一種快中子探測器的製作方法
2023-10-26 02:05:37 1
專利名稱：一種快中子探測器的製作方法
技術領域：
本發明一般性地涉及核技術應用，特別是中子散射和安全檢測技術。更具體地，本發明涉及一種快中子探測器。
背景技術：
在傳統的針對核材料的安全檢測技術中，利用3He正比計數器和聚乙烯慢化體進行快中子檢測是一種常規技術。但是，這種技術至少存在兩方面的不足。1.3He供氣不足。由於3He是探測中子的重要核素，其世界範圍內較普遍出現的供貨不足問題已經對核材料安全檢測技術的應用提出了嚴重的挑戰，使得安檢設備的製造成本迅速飆升。2.在這種技術中，中子的慢化體積和測量體積是獨立的，即:慢化體積由聚乙烯構成，測量體積由3He正比計數器構成。慢化體積和測量體積在空間上存在競爭關係，而它們所分別對應的快中子慢化效率和熱中子吸收效率的乘積決定了最終的探測效率，所以既不能使慢化體積過大，也不能使測量體積過大，這就限制了該技術所能實現的最大快中子探測效率。
發明內容
本發明的一個目的旨在提供一種無需利用緊缺核素3He進行快中子檢測的新的技術方案，以便降低製造成本，更好地滿足安檢設備日益增長的市場需求。本發明的進一步的目的是要使得在本發明的技術方案中，對於快中子最大探測效率的實現不存在相互制約的因素，以迴避現有技術中慢化體積和測量體積間的競爭關係，獲得更大的快中子探測效率。總體而言，本發明創造性地採用如下基本思路來實現本發明的上述目的，以在有利地降低快中子探測器製造成本的同時獲得高的快中子探測效率:
1.利用塑料閃爍體來實現快中子探測器所需的中子慢化和信號形成功能；
2.利用在塑料閃爍體的表面進行中子敏感鍍膜處理來實現中子探測器所需的中子吸收功能。具體地，本發明提供了一種快中子探測器，包括:塑料閃爍體陣列，所述塑料閃爍體陣列包括至少一個塑料閃爍體單元，每個所述塑料閃爍體單元的側壁表面上包覆或塗鍍有中子敏感鍍膜。優選地，所述塑料閃爍體陣列具有接收入射快中子的第一端以及與所述第一端相對的第二端。而且優選地，所述快中子探測器還包括:光導裝置，其設置在所述塑料閃爍體陣列的所述第二端，以對所述塑料閃爍體單元中形成的出射到所述第二端的光進行收集和導向；以及光電轉換裝置，其設置在所述光導裝置的出射端，以將所述光導裝置收集和引導到其上的光轉換為電信號。優選地，所述塑料閃爍體單元的數量為多個。
優選地，所述中子敏感鍍膜是直接在每個所述塑料閃爍體單元的側壁表面上鍍膜形成的。優選地，所述中子敏感鍍膜是在基材上鍍膜形成的，鍍膜後的所述基材以使得所述中子敏感鍍膜與所述塑料閃爍體單元的側壁表面相接觸的方式包裹在所述塑料閃爍體單元的側壁表面上。優選地，形成所述中子敏感鍍膜的材料含有硼或釓。優選地，所述中子敏感鍍膜的厚度為0.1 μ m 4μ m。優選地，每個所述塑料閃爍體單元的高度為IOcm 50cm，長度和寬度為0.1cm 5cm。優選地，每個所述塑料閃爍體單元的橫截面皆為正多邊形，更優選地可為正方形或正六邊形。優選地，本發明的快中子探測器還可包括:放大成型電路，其接收所述光電轉換裝置輸出的電信號並對其進行放大整形；信號揀出電路，其接收所述放大成型電路輸出的電信號並從中提取出時間信號；延時電路，其接收所述信號揀出電路輸出的時間信號並對其進行延時；至少具有第一輸入通道和第二輸入通道的符合電路，所述第一輸入通道接收所述信號揀出電路輸出的非延時時間信號，所述第二輸入通道接收所述延時電路輸出的延時時間信號，並根據所述非延時時間信號和所述延時時間信號生成符合脈衝信號；以及計數器，其接收所述符合電路輸出的符合脈衝信號進行計數，獲得符合計數。在本發明的這種基於鍍膜塑料閃爍體實現的新型快中子探測器中，可以近似地認為慢化體積和測量體積是相同的，因此本發明有利地解決了現有技術中兩種體積相互競爭制衡的問題，能夠獲得更大的快中子探測效率。根據下文結合附圖對本發明優選實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特徵。
後文將會參照附圖並以示例性而非限制性方式對本發明的優選實施例進行詳細描述，附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應理解的是，這些附圖未必是按實際比例繪製的。附圖中:
圖1是根據本發明一個優選實施例的快中子探測器所用的塑料閃爍體陣列的示意性透視 圖2是構成圖1所示塑料閃爍體陣列的一個塑料閃爍體單元的示意性放大透視 圖3是圖2所示塑料閃爍體單元的示意性橫截面視 圖4是根據本發明的另一個優選實施例利用鍍膜後的基材對塑料閃爍體單元的側面進行包裹的示意性圖示；
圖5是圖4所示鍍膜後的基材的示意性橫截面視 圖6是根據本發明一個優選實施例的快中子探測器的結構示意圖，其中示出了快中子入射到塑料閃爍體陣列後發生的慢化過程和吸收過程以及電離、發光過程；
圖7是基於時間符合方法對光電轉換裝置輸出的電信號進行處理，提高η/ Y比值的處理電路的示意性方框圖；圖8是示出了中子反衝質子信號與中子俘獲信號之間的時間分布關係的示例性曲線圖。
具體實施例方式本發明的快中子探測器採用如圖1所示的塑料閃爍體陣列10來實現中子慢化和光信號形成功能。塑料閃爍體陣列10具有接收入射快中子的第一端以及與所述第一端相對的第二端。快中子在從所述第一端射入閃爍體陣列10時，將會在其中發生慢化、吸收、電離發光的過程，從而實現對快中子的測量。塑料閃爍體陣列10可由至少一個(優選是多個)相同的塑料閃爍體單元12構成，其總體構形(由該陣列的外包絡線限定)可為任何適當的形狀，例如可為正方形、長方形、圓形、六邊形等。在圖1所示的優選實施例中，塑料閃爍體陣列10被構建為m X m的正方形陣列，其中m表示沿該陣列中的一個邊長所包括的塑料閃爍體單元的數量，因此m—般為大於等於2的正整數，優選可等於6、10或更大數值，更優選地可為12、15、20、25、30或更大數值。不過，在極端情況下，m也可等於1，也就是說，在這種極端情況下，本申請中所述的塑料閃爍體陣列可僅由一個塑料閃爍體單元12構成。每個塑料閃爍體單元12的橫截面優選可為各種正多邊形，更優選地可為正方形或正六邊形。圖2是構成圖1所示塑料閃爍體陣列10的一個塑料閃爍體單元12的示意性放大透視圖，圖3是圖2所示塑料閃爍體單元的示意性橫截面視圖，其中所示塑料閃爍體單元12具有高度H，長度L和寬度W。在本發明的一些實施例中，塑料閃爍體單元的高度H可為約IOcm 50cm，長度L和寬度W可分別為約0.1cm 5cm。特別地，在圖2和圖3所示的優選實施例中，塑料閃爍體單元的高度H優選為約20cm ;長度L和寬度W優選相等，皆為約1cm。當然，高度H，長度L和寬度W可以根據實際需要進行優化調整。每個塑料閃爍體單元12的側壁表面上包覆或塗鍍有一層具有厚度T的中子敏感鍍膜14。形成所述中子敏感鍍膜的材料優選含有硼或釓。在本發明的一些實施例中，厚度T的範圍可為約0.Ιμπι 4μπι，優選可為約Ιμπι。當然，這裡厚度T的具體大小也可根據需要適當調整。在本發明的一些優選實施例中，中子敏感鍍膜14可以直接在每個塑料閃爍體單元12的側壁表面上鍍膜形成，如圖2所示。如本領域技術人員可以意識到的，這種方法要求鍍膜工藝的溫度低於塑料閃爍體單元12的軟化溫度。在本發明的另一些優選實施例中，如圖4和圖5所示，中子敏感鍍膜14可首先在基材13上鍍膜形成，然後將帶有中子敏感鍍膜14的基材13以使得中子敏感鍍膜14與塑料閃爍體單元12的側壁表面相接觸的方式包裹在塑料閃爍體單元12的側壁表面上，使之具有中子敏感特性。在這樣的實施例中，基材13優選為鋁箔或其他合適的襯底材料。無論是在塑料閃爍體單元12直接鍍膜，還是在基材13上鍍膜，所用鍍膜工藝可為磁控濺射、電子束蒸發、電泳、原子層沉積等各種適當的方式。中子在射入塑料閃爍體陣列10後，將會發生如圖6所示的慢化過程和吸收過程。慢化過程和吸收過程都會產生高能的帶電粒子，其中慢化過程得到的是反衝質子，其能量與入射中子的能量相當。吸收過程得到的是核反應之後的帶電粒子，如果選用kiB作為中子反應核素，則反應式如下。
權利要求
1.一種快中子探測器，其特徵在於包括: 塑料閃爍體陣列，所述塑料閃爍體陣列包括至少一個塑料閃爍體單元，每個所述塑料閃爍體單元的側壁表面上包覆或塗鍍有中子敏感鍍膜。
2.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於， 所述塑料閃爍體陣列具有接收入射快中子的第一端以及與所述第一端相對的第二端；而且 所述快中子探測器還包括: 光導裝置，其設置在所述塑料閃爍體陣列的所述第二端，以對所述塑料閃爍體單元中形成的出射到所述第二端的光進行收集和導向；以及 光電轉換裝置，其設置在所述光導裝置的出射端，以將所述光導裝置收集和引導到其上的光轉換為電信號。
3.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於，所述塑料閃爍體單元的數量為多個。
4.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於，所述中子敏感鍍膜是直接在每個所述塑料閃爍體單元的側壁表面上鍍膜形成的。
5.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於，所述中子敏感鍍膜是在基材上鍍膜形成的，鍍膜後的所述基材以使得所述中子敏感鍍膜與所述塑料閃爍體單元的側壁表面相接觸的方式包裹在所述塑料閃爍體單元的側壁表面上。
6.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於，形成所述中子敏感鍍膜的材料含有硼或釓。
7.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於，所述中子敏感鍍膜的厚度為0.1 μ m 4 μ m0
8.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於，每個所述塑料閃爍體單元的高度為IOcm 50cm,長度和寬度為0.1cm 5cm。
9.根據權利要求1所述的快中子探測器，其特徵在於，每個所述塑料閃爍體單元的橫截面皆為正多邊形。
10.根據權利要求8所述的快中子探測器，其特徵在於，每個所述塑料閃爍體單元的橫截面皆為正方形或正六邊形。
11.根據權利要求2所述的快中子探測器，其特徵在於還包括: 放大成型電路，其接收所述光電轉換裝置輸出的電信號並對其進行放大整形； 信號揀出電路，其接收所述放大成型電路輸出的電信號並從中提取出時間信號； 延時電路，其接收所述信號揀出電路輸出的時間信號並對其進行延時； 至少具有第一輸入通道和第二輸入通道的符合電路，所述第一輸入通道接收所述信號揀出電路輸出的非延時時間信號，所述第二輸入通道接收所述延時電路輸出的延時時間信號，並根據所述非延時時間信號和所述延時時間信號生成符合脈衝信號；以及 計數器，其接收所述符合電路輸出的符合脈衝信號進行計數，獲得符合計數。
全文摘要
本發明提供了一種快中子探測器，其包括塑料閃爍體陣列，所述塑料閃爍體陣列包括至少一個塑料閃爍體單元，每個所述塑料閃爍體單元的側壁表面上包覆或塗鍍有中子敏感鍍膜。本發明的這種基於鍍膜塑料閃爍體實現的快中子探測器有利地解決了現有技術中慢化體積和測量體積相互競爭的問題，能夠獲得更大的快中子探測效率。
文檔編號G01T3/06GK103185894SQ20111044616
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者楊禕罡, 張勤儉, 劉毅 申請人:同方威視技術股份有限公司