中子敏感鍍膜及其形成方法
2023-06-01 19:46:16
專利名稱：中子敏感鍍膜及其形成方法
技術領域：
本發明一般性地涉及核技術應用中的中子探測技術，具體地涉及中子敏感鍍膜及其形成方法。
背景技術：
由於近年來3He氣體供貨短缺，導致應用於中子散射、國土安全的中子探測器面臨無氣可用的困局。為了解決因為3He缺乏導致的問題，國際同行近來一直在研究破解這一問題的方法。由於能夠用於探測中子的核素種類非常有限，典型的核素有3Hh6Li^B和155，157Gd等。而這其中3He已經面臨供貨不足；6Li則存在靈敏度低、所形成的探測介質不穩定的問題；155，157Gd雖然靈敏度很高，但是其產生的帶電粒子能量較低、Y較多，因此不利於中子信號的形成與高η/γ抑制比的實現。綜合來看，以kiB作為探測核素是目前最優的選擇，因而下面將以重點以kiB為例進行描述。但是需要說明的是，本領域技術人員均可認識至IJ，下面針對kiB作為中子敏感核素討論的問題對於6Li和155』157Gd也同樣存在，而且本發明的技術方案也可適用於以6Li和155，157Gd作為中子敏感核素的應用中。由於kiB具有較高的熱中子吸收截面[email protected]，其吸收中子之後以100%的概率放出帶電粒子、且帶電粒 子能量較高(為2.31MeV)，產生的Y射線能量較低(為478keV)，這使得wB有可能實現較高的探測效率和較好的n/ Y抑制比。在實現中子測量的過程中，通常需要三個步驟:1)探測介質吸收中子；2)中子被探測介質中的kiB核素吸收後放出帶電粒子，帶電粒子射出探測介質；3)射出探測介質的帶電粒子在氣體(或固體表面)中發生電離形成電子和離子，這些電子和離子被探測器的陰極和陽極收集形成信號。對於這三個步驟，可以用三個參數P1、P2、P3來分別描述其概率=P1反映中子在探測介質中被吸收的概率，P2反映中子被吸收後產生的帶電粒子α和7Li射出探測介質的概率，P3反映射出探測介質的帶電粒子發生後續電離之後形成的可觀測信號的概率。中子探測器總的探測效率P由下式(I)決定:
P = ij X xi|( I )
一般而言，帶電粒子電離形成的信號經過後續放大(探測器內在的雪崩放大，或者電路放大)，很容易被探測到，因此P3 —般接近100%的效率，於是式(I)可簡化為: P = P1XP2(2)
這樣，為了提高探測器的總體探測效率P，就需要提高P1和P2，但是這裡P1和P2存在競爭的關係一二者是此消彼長的。為了使探測介質對中子吸收的概率增大，要求探測介質的厚度越大越好，但是這個厚度的增大會使得帶電粒子射出探測介質的概率減小。式3給出了中子與kiB的反應式，表I給出了反應之後帶電粒子的能量及其在典型介質B4C中的射程。
圖1示意性地示出了中子在探測介質中發生反應產生的α粒子和7Li離子的出射過程。
權利要求
1.一種形成中子靈敏鍍膜的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟: 步驟a:將至少一層基材置於反應腔中； 步驟b:對所述反應腔抽真空；步驟c:將第一敏感膜前驅體饋入所述反應腔中，使得所述第一敏感膜前驅體的分子被吸附在基材表面上或者被吸附在基材表面上已形成的分子膜上，從而形成一層由所述第一敏感膜前驅體的分子構成的分子膜，其中所述第一敏感膜前驅體中含有中子敏感核素；步驟d:將與所述第一敏感膜前驅體不發生化學反應的惰性衝洗物饋入所述反應腔中，以清除所述反應腔中沒有被吸附的所述第一敏感膜前驅體的分子； 步驟e:將不同於所述第一敏感膜前驅體的另一敏感膜前驅體饋入所述反應腔中，以使所述另一敏感膜前驅體與所述基材表面上剛形成的分子膜發生化學反應； 步驟f:將與所述另一敏感膜前驅體不發生化學反應的惰性衝洗物饋入所述反應腔中，以清除所述反應腔中沒有與所述基材表面上的分子膜發生化學反應的所述另一敏感膜前驅體的分子； 步驟g:如果還有需要饋入所述反應腔以與所述基材表面上剛形成的分子膜發生化學反應的其他敏感膜前驅體，那麼針對每種尚未被饋入的其他敏感膜前驅體重複步驟e和步驟f; 步驟h:重複步驟c至步驟g，直到形成的各層分子膜的總厚度達到期望值，從而形成含有中子敏感核素的鍍膜。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述中子敏感核素是kiB15
3.如權利要求2所 述的方法，其特徵在於，所述第一敏感膜前驅體是BBiv
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述另一敏感膜前驅體是H2O或NH3。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少一層基材為多層平面基材，各層基材之間存在間距。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述間距被設置成使得所述至少一層基材的基材長度與所述間距之比處於2000:1至40:1的範圍內。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法在步驟h之後還包括以下步驟: 步驟1:將第一保護膜前驅體饋入所述反應腔中，使得所述第一保護膜前驅體的分子被吸附基材表面上已有的分子膜上，從而形成一層由所述第一保護膜前驅體的分子構成的分子膜； 步驟j:將與所述第一保護膜前驅體不發生化學反應的惰性衝洗物饋入所述反應腔中，以清除所述反應腔中沒有被吸附的所述第一保護膜前驅體的分子； 步驟k:將不同於所述第一保護膜前驅體的另一保護膜前驅體饋入所述反應腔中，以使所述另一保護膜前驅體與所述基材表面上剛形成的分子膜發生化學反應； 步驟1:將與所述另一保護膜前驅體不發生化學反應的惰性衝洗物饋入所述反應腔中，以清除所述反應腔中沒有與所述基材表面上的分子膜發生化學反應的所述另一保護膜前驅體的分子； 步驟m:如果還有需要饋入所述反應腔以與所述基材表面上剛形成的分子膜發生化學反應的其他保護膜前驅體，那麼針對每種尚未被饋入的其他保護膜前驅體重複步驟k和步驟I ;步驟η:重複步驟i至步驟m，直到形成的各層保護性分子膜的總厚度達到另一期望值，從而形成保護膜，以防止所述含有中子敏感核素的鍍膜出現潮解變質或脫落。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述第一保護膜前驅體是三甲基鋁。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述另一保護膜前驅體是H2O或臭氧。
10.一種中子靈敏鍍膜，其特徵在於所述中子靈敏鍍膜包括: 含有中子敏感核素的鍍膜；以及 提供在所述含有中子敏感核素的鍍膜上的保護膜，其保護所述含有中子敏感核素的鍍膜不被損壞或退化。
11.如權利要求10所述的中子靈敏鍍膜，其特徵在於，所述中子敏感核素是WB。
12.如權利要求11所述的中子靈敏鍍膜，其特徵在於，所述含有中子敏感核素的鍍膜由B2O3或BN構成。
13.如權利要求10所述的中子靈敏鍍膜，其特徵在於，所述保護膜由Al2O3構成。
14.一種中子靈敏鍍膜，其特徵在於，所述中子靈敏鍍膜由權利要求1 一 9中任一項所述的方法製成。
全文摘要
本發明涉及中子敏感鍍膜及其形成方法。本發明的形成中子靈敏鍍膜的方法主要包括將第一敏感膜前驅體饋入反應腔中，使得第一敏感膜前驅體的分子被吸附在基材表面上，從而形成一層由該前驅體的分子構成的分子膜；在清除了反應腔中多餘的前驅體後，將不同於第一敏感膜前驅體的另一敏感膜前驅體饋入反應腔中，以使所述另一敏感膜前驅體與基材表面上剛形成的分子膜發生化學反應；之後清除掉反應腔中多餘的前驅體；如果還有其他需要饋入的敏感膜前驅體，則依次將其饋入進行反應，並清除多餘的前驅體；重複上述饋入前驅體、清除多餘前驅體的步驟，直到形成期望厚度的含有中子敏感核素的鍍膜。
文檔編號C23C16/44GK103160799SQ20111042625
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者楊禕罡, 李元景, 張勤儉, 陸年華, 宮輝, 曾鳴 申請人:同方威視技術股份有限公司, 清華大學