專利名稱：一種快中子探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及核技術(shù)應(yīng)用，特別是中子散射和安全檢測技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉及一種快中子探測器。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的針對核材料的安全檢測技術(shù)中，利用3He正比計數(shù)器和聚乙烯慢化體進(jìn)行快中子檢測是一種常規(guī)技術(shù)。但是，這種技術(shù)至少存在兩方面的不足。1.3He供氣不足。由于3He是探測中子的重要核素，其世界范圍內(nèi)較普遍出現(xiàn)的供貨不足問題已經(jīng)對核材料安全檢測技術(shù)的應(yīng)用提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，使得安檢設(shè)備的制造成本迅速飆升。2.在這種技術(shù)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(gòu)成，測量體積由3He正比計數(shù)器構(gòu)成。慢化體積和測量體積在空間上存在競爭關(guān)系，而它們所分別對應(yīng)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(shù)所能實現(xiàn)的最大快中子探測效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的旨在提供一種無需利用緊缺核素3He進(jìn)行快中子檢測的新的技術(shù)方案，以便降低制造成本，更好地滿足安檢設(shè)備日益增長的市場需求。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是要使得在本發(fā)明的技術(shù)方案中，對于快中子最大探測效率的實現(xiàn)不存在相互制約的因素，以回避現(xiàn)有技術(shù)中慢化體積和測量體積間的競爭關(guān)系，獲得更大的快中子探測效率?？傮w而言，本發(fā)明創(chuàng)造性地采用如下基本思路來實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，以在有利地降低快中子探測器制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(xiàn)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(jìn)行中子敏感鍍膜處理來實現(xiàn)中子探測器所需的中子吸收功能。具體地，本發(fā)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(cè)壁表面上包覆或涂鍍有中子敏感鍍膜。優(yōu)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(yōu)選地，所述快中子探測器還包括:光導(dǎo)裝置，其設(shè)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(jìn)行收集和導(dǎo)向；以及光電轉(zhuǎn)換裝置，其設(shè)置在所述光導(dǎo)裝置的出射端，以將所述光導(dǎo)裝置收集和引導(dǎo)到其上的光轉(zhuǎn)換為電信號。優(yōu)選地，所述塑料閃爍體單元的數(shù)量為多個。
優(yōu)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(cè)壁表面上鍍膜形成的。優(yōu)選地，所述中子敏感鍍膜是在基材上鍍膜形成的，鍍膜后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(cè)壁表面相接觸的方式包裹在所述塑料閃爍體單元的側(cè)壁表面上。優(yōu)選地，形成所述中子敏感鍍膜的材料含有硼或釓。優(yōu)選地，所述中子敏感鍍膜的厚度為0.1 μ m 4μ m。優(yōu)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(yōu)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(yōu)選地可為正方形或正六邊形。優(yōu)選地，本發(fā)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(zhuǎn)換裝置輸出的電信號并對其進(jìn)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并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并對其進(jìn)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，并根據(jù)所述非延時時間信號和所述延時時間信號生成符合脈沖信號；以及計數(shù)器，其接收所述符合電路輸出的符合脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，獲得符合計數(shù)。在本發(fā)明的這種基于鍍膜塑料閃爍體實現(xiàn)的新型快中子探測器中，可以近似地認(rèn)為慢化體積和測量體積是相同的，因此本發(fā)明有利地解決了現(xiàn)有技術(shù)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(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。


后文將會參照附圖并以示例性而非限制性方式對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，這些附圖未必是按實際比例繪制的。附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)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(gòu)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(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例利用鍍膜后的基材對塑料閃爍體單元的側(cè)面進(jìn)行包裹的示意性圖示；
圖5是圖4所示鍍膜后的基材的示意性橫截面視 圖6是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的快中子探測器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中示出了快中子入射到塑料閃爍體陣列后發(fā)生的慢化過程和吸收過程以及電離、發(fā)光過程；
圖7是基于時間符合方法對光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的電信號進(jìn)行處理，提高η/ Y比值的處理電路的示意性方框圖；圖8是示出了中子反沖質(zhì)子信號與中子俘獲信號之間的時間分布關(guān)系的示例性曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明的快中子探測器采用如圖1所示的塑料閃爍體陣列10來實現(xiàn)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?？熘凶釉趶乃龅谝欢松淙腴W爍體陣列10時，將會在其中發(fā)生慢化、吸收、電離發(fā)光的過程，從而實現(xiàn)對快中子的測量。塑料閃爍體陣列10可由至少一個(優(yōu)選是多個)相同的塑料閃爍體單元12構(gòu)成，其總體構(gòu)形(由該陣列的外包絡(luò)線限定)可為任何適當(dāng)?shù)男螤?，例如可為正方形、長方形、圓形、六邊形等。在圖1所示的優(yōu)選實施例中，塑料閃爍體陣列10被構(gòu)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(shù)量，因此m—般為大于等于2的正整數(shù)，優(yōu)選可等于6、10或更大數(shù)值，更優(yōu)選地可為12、15、20、25、30或更大數(shù)值。不過，在極端情況下，m也可等于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(gòu)成。每個塑料閃爍體單元12的橫截面優(yōu)選可為各種正多邊形，更優(yōu)選地可為正方形或正六邊形。圖2是構(gòu)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(fā)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(yōu)選實施例中，塑料閃爍體單元的高度H優(yōu)選為約20cm ;長度L和寬度W優(yōu)選相等，皆為約1cm。當(dāng)然，高度H，長度L和寬度W可以根據(jù)實際需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。每個塑料閃爍體單元12的側(cè)壁表面上包覆或涂鍍有一層具有厚度T的中子敏感鍍膜14。形成所述中子敏感鍍膜的材料優(yōu)選含有硼或釓。在本發(fā)明的一些實施例中，厚度T的范圍可為約0.Ιμπι 4μπι，優(yōu)選可為約Ιμπι。當(dāng)然，這里厚度T的具體大小也可根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整。在本發(fā)明的一些優(yōu)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(cè)壁表面上鍍膜形成，如圖2所示。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到的，這種方法要求鍍膜工藝的溫度低于塑料閃爍體單元12的軟化溫度。在本發(fā)明的另一些優(yōu)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，然后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(cè)壁表面相接觸的方式包裹在塑料閃爍體單元12的側(cè)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(yōu)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(fā)、電泳、原子層沉積等各種適當(dāng)?shù)姆绞健Ｖ凶釉谏淙胨芰祥W爍體陣列10后，將會發(fā)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(chǎn)生高能的帶電粒子，其中慢化過程得到的是反沖質(zhì)子，其能量與入射中子的能量相當(dāng)。吸收過程得到的是核反應(yīng)之后的帶電粒子，如果選用kiB作為中子反應(yīng)核素，則反應(yīng)式如下。
權(quán)利要求
1.一種快中子探測器，其特征在于包括: 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(cè)壁表面上包覆或涂鍍有中子敏感鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于， 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(dǎo)裝置，其設(shè)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(jìn)行收集和導(dǎo)向；以及 光電轉(zhuǎn)換裝置，其設(shè)置在所述光導(dǎo)裝置的出射端，以將所述光導(dǎo)裝置收集和引導(dǎo)到其上的光轉(zhuǎn)換為電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于，所述塑料閃爍體單元的數(shù)量為多個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于，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(cè)壁表面上鍍膜形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于，所述中子敏感鍍膜是在基材上鍍膜形成的，鍍膜后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(cè)壁表面相接觸的方式包裹在所述塑料閃爍體單元的側(cè)壁表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于，形成所述中子敏感鍍膜的材料含有硼或釓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于，所述中子敏感鍍膜的厚度為0.1 μ m 4 μ m0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的快中子探測器，其特征在于，每個所述塑料閃爍體單元的橫截面皆為正多邊形。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的快中子探測器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求2所述的快中子探測器，其特征在于還包括: 放大成型電路，其接收所述光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的電信號并對其進(jìn)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并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并對其進(jìn)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，并根據(jù)所述非延時時間信號和所述延時時間信號生成符合脈沖信號；以及 計數(shù)器，其接收所述符合電路輸出的符合脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，獲得符合計數(shù)。
全文摘要
本發(fā)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(cè)壁表面上包覆或涂鍍有中子敏感鍍膜。本發(fā)明的這種基于鍍膜塑料閃爍體實現(xiàn)的快中子探測器有利地解決了現(xiàn)有技術(shù)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(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者楊祎罡, 張勤儉, 劉毅 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司