微通道型快中子飞行时间探测器的制作方法

[0001]
本发明属于中子能谱测量技术领域，具体涉及一种微通道型快中子飞行时间探测器。


背景技术：

[0002]
飞行时间法是一种测量中子能谱的常用方法，该方法通过测量中子的飞行距离l和飞行时间t来得到中子的飞行速度，即：v＝l/t，然后再利用公式“e＝1/2mv
2”推算出中子的能量e。
[0003]
在现有技术中，利用飞行时间法来测量中子能量的常用装置是闪烁探测器，闪烁探测器由有机闪烁体和光电倍增管组成，在探测过程中，中子进入闪烁体后沉积能量使得闪烁体产生荧光，部分荧光被光电倍增管收集形成电信号，然后即可得出中子的飞行距离l和飞行时间t，从而得出中子的能量e。
[0004]
但是，当待测量的中子源产生两种不同能量和强度的中子时，闪烁探测器会测量到两个中子信号，如果先到达探测器的中子强度比后到达的中子强度高很多，那么第一个信号的拖尾会将后面的信号掩盖，从而导致后面的信号无法被测量。而信号拖尾主要是由闪烁体的荧光余晖造成的，几乎无法消除，因此在这种测量场景中传统的闪烁探测器无法发挥作用。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明提供一种微通道型快中子飞行时间探测器，以解决现有技术中，在待测中子源产生两种不同能量和强度的中子时，后面的信号无法被测量的技术问题。
[0006]
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
[0007]
一种微通道型快中子飞行时间探测器，其关键在于：包括中子吸收体和设置在中子吸收体一侧的电子收集极，所述中子吸收体内阵列分布有通道，通道的内壁上设有次级电子发射层，各个所述通道均沿厚度方向贯穿中子吸收体，所述中子吸收体在对应通道两端的侧面上分别设有电极，两个电极之间加载有时间门控脉冲高压电路，用于在所述通道内形成电场，电场的方向朝向所述电子收集极。
[0008]
采用上述结构，中子吸收体探测到中子后，各个通道内会产生反冲质子，反冲质子撞击在次级电子发射层上产生电子，然后再在电场的作用下，电子在通道内向高电势方向运动，当电子又撞击通道壁时，次级电子发射层会发射出数个电子，产生倍增效应，从而保证有大量的电子会从通道输出出来，电子收集极将电子进行收集，即可得到能够被记录的时变电信号。此种中子探测方式，通道内没有闪烁体发光的过程，其信号的产生来自于中子吸收体中产生的电子，由于中子吸收体两端的电压为时间门控脉冲高压，所以当第一波强脉冲中子到达时关闭高压，此时将不会产生任何信号，在需要测量的第二波弱脉冲中子到达时再将高压开启，即可单独测量第二波中子的飞行时间。
[0009]
作为优选：所述中子吸收体采用聚乙烯制成。采用上述结构，聚乙烯中的氢原子含
量较高，能够确保中子在聚乙烯中与氢原子充分发生弹性散射产生反冲质子。
[0010]
作为优选：所述中子吸收体与电子收集极之间设有微通道板，该微通道板采用铅玻璃制成，微通道板的上下两侧之间加载有由时间门控脉冲电路控制的高压电场。采用上述结构，铅玻璃制成的微通道板能够对电子进行倍增，以确保电子进行倍增能够获得足够的信号强度。
[0011]
作为优选：所述次级电子发射层为al2o3薄膜，其以电镀方式设置在通道的内壁上。采用上述结构，当有电子撞击al2o3薄膜时，会产生更多的电子。
[0012]
作为优选：所述中子吸收体与次级电子发射层之间镀有导电层。采用上述结构，能够在次级电子发射层的电子消耗之后为其补充电子。
[0013]
作为优选：所述导电层为zno-al2o3薄膜。
[0014]
作为优选：所述次级电子发射层的平均二次电子发射系数为1。采用上述结构，能够保证探测器不同位置的中子灵敏度具有较好的一致性。
[0015]
作为优选：所述中子吸收体的厚度超过1cm。采用上述结构，能够提高对快中子的探测效率。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017]
1、微通道型中子飞行时间探测器利用时间门控功能，能够对中子飞行时间谱的信号在时域上进行选通，对于强干扰下的弱信号具有更高的测量信噪比。
[0018]
2、中子吸收体采用聚乙烯材料作为基底，且具备较大的灵敏厚度，对快中子具有极高的探测效率。
附图说明
[0019]
图1为微通道型快中子飞行时间探测器的原理示意图；
[0020]
图2为反应次级电子发射层和导电层在通道内的示意图；
[0021]
图3为通道为沟槽型结构的端面局部示意图；
[0022]
图4为通道为腰型孔的端面局部示意图。
具体实施方式
[0023]
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0024]
如图1和2所示，一种微通道型快中子飞行时间探测器，探测器涉及的核心部件有：中子吸收体1、微通道板4和电子收集极2，所述微通道板4位于中子吸收体1和电子收集极2之间，其中，中子吸收体1也是微通道结构，其采用聚乙烯制成，中子吸收体1内阵列分布有若干个贯通其厚度方向的通道1a，通道1a的内壁上依次镀有导电层1c和次级电子发射层1b，中子吸收体1在对应通道1a两端的侧面上各设有一个电极3，两个电极3之间加载有电压，用于在中子吸收体1的通道1a内形成电场，电场的方向朝向电子收集极2。微通道板4由铅玻璃加工制成，其两侧之间也加载有电压，本实施中，加载在中子吸收体1和微通道板4两侧的电压均为时间门控脉冲高压。
[0025]
微通道型快中子飞行时间探测器的工作原理如下所述：
[0026]
中子在聚乙烯制成的中子吸收体1中与氢原子发生弹性散射产生反冲质子，反冲质子撞击在通道1a内的次级电子发射层1b上产生电子，然后再在电场的加速作用下，电子
在通道1a内向高电势方向运动，当电子再次撞击通道1a壁时，次级电子发射层1b会发射出数个电子，产生倍增效应，所以会有大量的电子会从通道1a输出出来，然后电子收集极2将电子进行收集，即可得到能够被记录的时变电信号，从而完成中子飞行时间的测量。在中子吸收体1通道1a的出口面设置一块普通的微通道板4，将微通道板4两侧的时间门控脉冲高压打开，则能够进一步对电子进行倍增，以确保电子收集极2能够获得足够的信号强度。
[0027]
上述中子探测方式，由于通道1a内没有闪烁体发光的过程，其信号的产生来自于中子吸收体1中产生的电子，并且中子吸收体1和微通道板4两端的电压为时间门控脉冲高压，所以当第一波强脉冲中子到达时关闭高压，此时将不会产生任何信号，在需要测量的第二波弱脉冲中子到达时再将高压开启，即可单独测量第二波中子的飞行时间。即：中子吸收体1和微通道板4两端的电压采用时间门控脉冲高压，设置适当的开启时间窗口，即可在时域上对探测器的测量信号进行选通，使得窗口时间以外的信号不会对感兴趣的测量对象产生干扰。也就是说，微通道中子飞行时间探测器利用时间门控功能，能够对中子飞行时间谱的信号在时域上进行选通，对于强干扰下的弱信号具有更高的测量信噪比。
[0028]
进一步的，如图2所示，次级电子发射层1b和导电层1c以电镀方式设置在通道1a内，其中导电层1c为zno-al2o3薄膜，能够在次级电子发射层1b的电子消耗之后为其补充电子；次级电子发射层1b为al2o3薄膜，当有电子撞击al2o3薄膜时，会产生更多的电子。
[0029]
为了能够提高对快中子的探测效率，中子吸收体1的厚度大于等于1cm。在本实施中，中子吸收体1的通道1a不需要增益能力，原因是：通道1a内的初始电子可能产生于通道的任何位置，在通道1a前端产生的电子在通道1a中的路径比后端产生的电子更长，若电子在通道1a中有增益，那么将会导致中子在前端位置产生的信号幅度将远大于在后端。因此，次级电子发射层1b的平均二次电子发射系数优选设置为1，以确保探测器不同位置的中子灵敏度具有较好的一致性。
[0030]
进一步的，铅玻璃制成的微通道板4是一种大面阵的高空间分辨的电子倍增器件，属于现有成熟产品，其具体结构和工作原理此处不再赘述。
[0031]
如图3所示，为对中子具有更高的探测效率，中子吸收体1上的通道1a为沟槽型结构。
[0032]
如图4所示，中子吸收体1上分布的通道1a也可以是贯穿中子吸收体1厚度方向的腰型孔。
[0033]
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。