專利名稱：用于中子捕獲層的硼-10化合物的制作方法
用于中子捕獲層的硼-10化合物發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于中子探測(cè)的硼涂層，特別是涉及用于中子探測(cè)的硼涂層的熱擴(kuò)散涂敷。現(xiàn)有技術(shù)論述中子探測(cè)器可包括硼涂層，其用于和穿過的中子相互作用，并釋放帶電粒子進(jìn)入封閉體積以產(chǎn)生電信號(hào)。中子探測(cè)器的最佳性能可依賴于以下數(shù)個(gè)因素硼涂層厚度的均一性、其他元素及化合物的存在、總體硼涂層含量中特定硼同位素的比例。沉積硼至中子探測(cè)器表面上的之前已知的方法會(huì)導(dǎo)致涂層厚度的不規(guī)則。同樣這些方法會(huì)導(dǎo)致硼涂 層具有不希望的空隙，該空隙由探測(cè)器表面微特征附近的毛細(xì)管效應(yīng)造成，或者由于視線(line-of-sight)硼涂敷的限制造成。其他已知的方法包括使用粘合劑來將硼粘附到中子探測(cè)器上，這引入會(huì)干擾中子探測(cè)的雜質(zhì)。此外，一些沉積硼至中子探測(cè)器的表面上的之前已知的方法相對(duì)昂貴。因此，有使用最小痕跡的其他元素和化合物來制作中子探測(cè)器的長(zhǎng)度上的、相對(duì)薄的、均勻的硼涂層的優(yōu)化硼涂敷方法的需求。發(fā)明簡(jiǎn)述以下概述表述了簡(jiǎn)要概述以對(duì)于此處討論的系統(tǒng)和/或方法的一些方面提供一種基本的理解。這個(gè)概述不是對(duì)于此處討論的系統(tǒng)和/或方法的詳盡的總結(jié)。也并不旨在認(rèn)定重點(diǎn)/關(guān)鍵要素或描繪這些系統(tǒng)和/或方法的范圍。唯一的目的是為了以一種簡(jiǎn)化的方式來表述一些概念，以作為后文展示的具體描述的一個(gè)前序。本發(fā)明一方面提供了一種中子探測(cè)器，其包括限定內(nèi)部體積的外殼。該中子探測(cè)器的一部分作為陰極。該探測(cè)器包括位于所述內(nèi)部體積內(nèi)、作為陽極的中央結(jié)構(gòu)。該探測(cè)器包括位于壁的內(nèi)部的硼涂層，其中至少所述硼涂層的一些從含硼粉末中熱擴(kuò)散進(jìn)入所述壁從而形成對(duì)于中子敏感的硼涂層。該探測(cè)器包括電連接器，其操作式(operatively)連接到所述中央結(jié)構(gòu)來傳輸通過所述中央結(jié)構(gòu)收集的信號(hào)。本發(fā)明另一方面提供了一種擴(kuò)散含硼粉末至基板表面中來制作用于中子探測(cè)器的中子捕獲層的方法。該方法包括提供一導(dǎo)電基板并放置含硼粉末來接觸該導(dǎo)電基板。該方法包括使所述含硼粉末和所述導(dǎo)電基板經(jīng)受升高的溫度，使得一定量含硼粉末熱擴(kuò)散進(jìn)入導(dǎo)電基板中形成對(duì)中子敏感的硼涂層。該方法包括將該導(dǎo)電基板和硼涂層并入中子探測(cè)器中作為外殼的至少一部分。附圖
簡(jiǎn)述在參考附圖閱讀以下描述后，本發(fā)明的上述和其他方面對(duì)于本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。其中，圖I是本發(fā)明一方面的具有硼涂層的實(shí)例中子探測(cè)器的示意性視圖；圖2是圖I中的實(shí)例中子探測(cè)器一部分的橫截面視圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明一方面熱擴(kuò)散進(jìn)入基板的硼涂層；
圖3是展示了具有熱擴(kuò)散進(jìn)入基板表面的硼的基板實(shí)例的照片，該基板用于圖I中的中子探測(cè)應(yīng)用；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明一方面，將含硼粉末擴(kuò)散進(jìn)入基板表面來制造用于中子探測(cè)器的中子捕獲層的方法的頂層流程圖。發(fā)明詳述附圖描述并說明了結(jié)合本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的實(shí)例實(shí)施方案。這些說明的實(shí)施例并不旨在作為本發(fā)明的限制。例如，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面可以在其他實(shí)施方案中、甚至其他類型的設(shè)備中使用。此外，此處使用的特定術(shù)語只是為了方便，且并不作為本發(fā)明的限制。更進(jìn)一步的，圖中相同的附圖標(biāo)記用來指示相同的要素。圖I中基本上展示了實(shí)例中子探測(cè)器10的示意性描述。應(yīng)該意識(shí)到圖I中展示了可能的結(jié)構(gòu)/構(gòu)造等的一個(gè)實(shí)例，在本發(fā)明范圍內(nèi)其他實(shí)例也是可以預(yù)期的。在一具體 實(shí)例中，中子探測(cè)器10例如通過觀測(cè)由中子引發(fā)的核反應(yīng)中釋放的帶電粒子來探測(cè)穿過的中子。中子探測(cè)器10能夠使用在各種應(yīng)用中，例如廢核燃料的輻射監(jiān)測(cè)或者在國(guó)土安全應(yīng)用中。中子探測(cè)器10可包括一外殼20。該外殼20可以具有圓形橫截面，形成了一圓筒狀外殼20，當(dāng)然，其他形狀的橫截面也是可以預(yù)期的。外殼20可以包括一壁30以及兩個(gè)端部40，從而限定一能夠容納氣體的內(nèi)部體積50。在一電路中，該外殼20能夠作為陰極部分。雖然公開的實(shí)例中描述了外殼20作為陰極部分，應(yīng)該意識(shí)到其他部分可以存在并作為陰極。例如，中子探測(cè)器可以包括一個(gè)或多個(gè)位于內(nèi)部體積50內(nèi)并電連接到外殼20的插入物(例如，鰭狀物，突出等)。絕緣體52可位于外殼20的兩個(gè)端部40上,來保持一中央結(jié)構(gòu)54在位置中并防止電荷在中央結(jié)構(gòu)54和外殼20之間通過直接接觸而傳遞。該中央結(jié)構(gòu)54可基本上定位于靠近外殼20的中心軸。該中央結(jié)構(gòu)54可具有和電線相似的比例，并能夠在電路中作為陽極。硼涂層60覆蓋壁30的內(nèi)表面。中子探測(cè)器10也包括一電連接器62，它裝配在絕緣體52之一上，用于傳輸該中央結(jié)構(gòu)54收集的信號(hào)。轉(zhuǎn)到圖2，硼涂層60能夠通過熱擴(kuò)散過程涂敷到外殼20的壁30的內(nèi)表面。當(dāng)然，如果其他部分存在(例如，一個(gè)或多個(gè)插入物)，這樣的其他部分可具有涂敷于其上的硼涂層。熱擴(kuò)散過程可用于將硼涂層60放置到面對(duì)內(nèi)部體積50的壁30的表面上。應(yīng)該意識(shí)到圖2中所示的構(gòu)成硼涂層60的顆粒只是用于說明的目的，并且并不代表實(shí)際的顆粒尺寸或刻度尺寸，因此不應(yīng)該用于確定相對(duì)尺寸。此外，顆粒的形狀僅僅是含硼粉末顆粒的展示。含硼粉末的顆?？砂ㄒ?guī)則和不規(guī)則的形狀和輪廓。熱擴(kuò)散是材料通過材料組成分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，從高濃度區(qū)域到低濃度區(qū)域的運(yùn)輸。當(dāng)硼和基板緊密接觸的時(shí)候，通過提供一圍繞基板的升高的溫度，硼可以擴(kuò)散進(jìn)入基板材料。熱擴(kuò)散可在基板的約退火溫度開始?；宓膶?shí)例包括但不限于鎳、鋁、不銹鋼以及鈦。含硼粉末的一些熱擴(kuò)散涂敷可包括助熔劑的使用。助熔劑可用于去除可出現(xiàn)在基板表面的氧化金屬的層。該助熔劑可以在熱擴(kuò)散過程之前用于去除任何氧化金屬，以促進(jìn)硼分子穿透進(jìn)入基板的表面。例如，含硼粉末漿料可以包括鹽酸(HCl)，以從鋁基板的表面去除鋁的氧化物，該氧化物會(huì)在熱擴(kuò)散過程中抑制硼分子穿透基板的表面。基板可用含硼粉末進(jìn)行冶金處理，然后將粉末和基板暴露于升高的溫度。含硼粉末可以通過多種方式涂敷到基板表面。例如，基板表面可用干燥粉末裝填，使得干燥粉末和基板表面緊密接觸。另一實(shí)例中，含硼粉末可包含在刷涂的漿料或糊劑中。該糊劑可包括含硼粉末以及10%的HCl和90%的去離子水(H2O)的溶液。再一實(shí)例中，含硼粉末可包括在含有異丙醇的漿料中。再一實(shí)例中，含硼粉末可以通過靜電噴涂操作涂敷到基板表面。上述僅僅是含硼粉末涂敷的實(shí)例，其他涂敷方法也是可以預(yù)期的。熱擴(kuò)散過程使硼原子擴(kuò)散進(jìn)入金屬基板，在基板金屬基材的表面形成了金屬間化合物。出于探測(cè)中子的目的，期望將硼擴(kuò)散進(jìn)入基板的表面，但是沒有必要在硼和基板材料之間形成合金。均一的擴(kuò)散深度通過例如擴(kuò)散過程的時(shí)間長(zhǎng)度、擴(kuò)散過程的溫度等過程變量控制。例如，擴(kuò)散進(jìn)入基板的硼的量和熱擴(kuò)散過程的時(shí)間長(zhǎng)度直接相關(guān)。熱擴(kuò)散過程的時(shí)間區(qū)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散進(jìn)入基板的硼就越多。類似的，硼擴(kuò)散進(jìn)入基板的速率和熱擴(kuò)散過程的溫度直接相關(guān)。因此，更高的溫度一般導(dǎo)致更高的硼擴(kuò)散進(jìn)入基板的速率。然而，較高的熱擴(kuò)散過程的溫度也可導(dǎo)致擴(kuò)散發(fā)生在漸增的擴(kuò)散區(qū)域，使得基板的一些表面區(qū)域在硼涂層60中具有空隙。因此，為了在盡可能多的基板表面區(qū)域上促進(jìn)高濃度硼涂層60，有時(shí)期望選擇過程變量來包括較低的熱擴(kuò)散溫度和較長(zhǎng)的熱擴(kuò)散過程時(shí)間。一個(gè)實(shí)例中，整個(gè)硼涂 層60擴(kuò)散進(jìn)入外殼20的壁30。然而，一般，硼涂層60包括已經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入基板表面的硼分子，和保持在基板表面上的硼層。在熱擴(kuò)散過程之后，通過超聲波應(yīng)用或其他已知去除多余含硼粉末的方法，任何多余的含硼粉末可從基板表面去除，不過，這不是必須的步驟。一個(gè)影響中子探測(cè)器10效率的變量是被硼涂層60覆蓋的基板表面區(qū)域的百分t匕。例如，進(jìn)入中子探測(cè)器10的中子被硼涂層60吸收，該硼涂層60接著釋放能夠?qū)е铝Ｗ酉嗷プ饔眉?jí)聯(lián)的其他帶電粒子，而該粒子接著和中子探測(cè)器10的中央結(jié)構(gòu)54陽極部分相互作用。一種典型的中子探測(cè)器10依賴于這些被釋放出的帶電粒子以及其他產(chǎn)物粒子相互作用的級(jí)聯(lián)，來產(chǎn)生一個(gè)代表一個(gè)或一群被探測(cè)到的中子的信號(hào)。如果穿過中子探測(cè)器10的中子穿過沒有硼涂層60的區(qū)域，典型的分子相互作用將不會(huì)發(fā)生，從而代表了一個(gè)或一群被探測(cè)到的中子的信號(hào)將不會(huì)在中央結(jié)構(gòu)54陽極上生成。因此，在其他變量保持相等的情形下，覆蓋有工作硼涂層60的基板表面區(qū)域的比例約等于中子探測(cè)器10的效率。例如，如果硼涂層60覆蓋了 92%的基板表面區(qū)域，中子探測(cè)器10的效率就是92%。因此，期望產(chǎn)生覆蓋實(shí)際能達(dá)到的盡可能多的基板表面區(qū)域的硼涂層60。為了使得中子探測(cè)器10最低限度有效，硼涂層60覆蓋至少大約85%的基板表面。應(yīng)該理解，含硼粉末可包括純硼、硼化合物或者含有硼的混合物。含硼粉末也可以包括自然生成的硼同位素的特定比例。例如，總硼含量可以是最小約97重量同位素與總硼含量的比率可為最小約98重量％。硼具有兩種天然生成的同位素，10B和11B, —般以約20%的kiB對(duì)約80%的11B的比率發(fā)現(xiàn)。在平均環(huán)境下，當(dāng)和自由中子相互作用時(shí)，兩種同位素反應(yīng)非常不同。進(jìn)入中子探測(cè)器10的中子被kiB吸收，然后釋放能夠引起粒子相互作用級(jí)聯(lián)的其他帶電粒子，所述粒子然后和中子探測(cè)器10的中央結(jié)構(gòu)54陽極部分(最好參照附圖I)相互作用。一種典型的中子探測(cè)器10依賴于這些釋放的帶電粒子以及其他所得粒子相互作用的級(jí)聯(lián)，來產(chǎn)生一個(gè)代表一個(gè)或一群被探測(cè)到的中子的信號(hào)。然而，同位素11B只是吸收中子而不會(huì)釋放出其他的帶電粒子，使得11B無法用于中子探測(cè)應(yīng)用。這兩種天然生成的硼同位素之間在中子吸收性能上的差異意味著，在其他變量保持相等時(shí)，同位素kiB與總硼含量的比例約等于中子探測(cè)器10的效率。例如，在其他所有變量保持相等時(shí)，如果硼涂層60包含92%的kiB和8%的11B,該中子探測(cè)器10在涂布區(qū)域上的效率就是92% (不考慮涂層中的少量雜質(zhì))。因此，期望產(chǎn)生實(shí)際可達(dá)到的盡可能高的同位素kiB與含硼粉末中總硼含量的比例。含硼粉末的熱擴(kuò)散涂敷的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是該涂敷需要很少或不需要粘合劑來將含硼粉末粘附到基板上。該過程能夠在各種基板上以非常高的硼對(duì)粘合劑比例在硼涂層60中產(chǎn)生相對(duì)高的粘附性。一個(gè)用于中子探測(cè)應(yīng)用的含硼粉末實(shí)例中，與硼粉末混合的可溶性殘留物為每克硼少于7. OOXlO-4克可溶性殘留物?？扇苄詺埩粑锏囊粋€(gè)實(shí)例是有機(jī)污染物。應(yīng)該意識(shí)到，術(shù)語“有機(jī)”為寬闊和廣泛的類別。一部分，該類別包括含有碳組分的材料。所述有機(jī)污染物可能是在噴射研磨操作中被引入到硼粉末中，其來源是例如空氣壓縮機(jī)油、用在噴射研磨機(jī)內(nèi)部的線性聚合材料的顆粒、用于將線性聚合材料粘附到噴射研磨機(jī)內(nèi)壁的粘合材料、以及粘合劑材料。含硼粉末的熱擴(kuò)散不必需要粘合劑將粉末粘附到傳導(dǎo)表面。結(jié)果，和一些先前已知的硼涂敷過程(例如油中的硼粉末，具有橡膠粘合劑基分散體)相比，含硼粉末的熱擴(kuò)散涂敷可減少在最終硼涂層60中的可溶性殘留物。
最佳中子探測(cè)器10性能部分依賴于涂敷到中子探測(cè)器10的壁30上的硼粉末中可溶性殘留物的最低水平。可溶性殘留物例如有機(jī)污染物可脫氣，將有機(jī)化合物引入中子探測(cè)器10的內(nèi)部體積50。在制造過程中，內(nèi)部體積50充滿了用于有效操作中子探測(cè)器10的具體氣體制劑。由脫氣產(chǎn)生的有機(jī)化合物可污染這個(gè)具體氣體制劑，并降低中子探測(cè)器10的有效操作。因此，特別期望具有一種含有相對(duì)較少或不含有粘合劑的含硼粉末，幫助保持污染物在每克硼的可溶性殘留物小于7. OOXlO-4克的水平，用于中子探測(cè)應(yīng)用。一個(gè)實(shí)例中，含硼粉末可含有通過將硼原料噴射研磨成特定顆粒尺寸而形成的結(jié)晶硼顆粒。例如，超過約75%的所述顆粒直徑小于約I微米，超過約95%的所述顆粒直徑小于約3微米，并且基本上所有顆粒的顆粒直徑小于約15微米。最佳中子探測(cè)器10性能部分依賴于涂敷到中子探測(cè)器10的壁30上的相對(duì)薄的硼涂層60。理想情況下，進(jìn)入中子探測(cè)器10的中子被硼涂層60吸收，其隨后釋放能夠在內(nèi)部體積50中導(dǎo)致粒子相互作用級(jí)聯(lián)的其他帶電粒子，所述粒子然后和中子探測(cè)器10的中央結(jié)構(gòu)54陽極部分相互作用。然而，如果熱擴(kuò)散的硼涂層60相對(duì)厚，硼將只是簡(jiǎn)單地吸收中子而不會(huì)釋放其他帶電粒子，從而變得“自陷”，使中子探測(cè)器10無效。因此，期望采用顆粒尺寸約為直徑I微米的含硼粉末來在中子探測(cè)器壁30上形成相對(duì)薄的涂層。尺寸大約I微米的硼顆粒對(duì)于熱擴(kuò)散涂敷以及用于中子探測(cè)的各種硼沉積的其他方法特別有效。期望的硼擴(kuò)散進(jìn)入基板的深度可以是大約I微米。中子探測(cè)器10中期望的硼涂層60厚度可以是2-5微米厚，或者，3-4微米厚。含硼粉末熱擴(kuò)散進(jìn)入用于中子探測(cè)器10的基板具有以下優(yōu)勢(shì)生成的硼涂層60符合基板的微特征?；灞砻嫔系闹T如隆起或凹陷的微特征可以不充分地被典型硼涂層涂敷所覆蓋。例如，硼涂覆涂敷的一種方法包括將傳導(dǎo)表面浸入硼或硼化合物的水基分散體中。水分子的毛細(xì)管效應(yīng)可以阻止硼或硼化合物完全覆蓋傳導(dǎo)表面的微特征。用于中子探測(cè)器10的硼涂層的一些涂敷可以涉及漿料涂敷硼涂層至圓筒體的內(nèi)部。在隨后的干燥操作中，由于在完全干燥之前漿料會(huì)流動(dòng)，重力會(huì)影響硼涂層60的厚度。其他涂布技術(shù)，例如靜電噴涂以及大多數(shù)氣相沉積技術(shù)具有視線限制。由于微特征隆起相對(duì)于含硼粉末的點(diǎn)源的投影，這些限制會(huì)抑制含硼粉末在基板表面上的均一涂敷。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，靜電噴涂以及大多數(shù)氣相沉積技術(shù)在形成的硼涂層60中包括“陰影間隙”(shadow gaps)或者空隙?？障栋l(fā)生是因?yàn)榛灞砻娴囊恍﹨^(qū)域充分隱藏含硼粉末的點(diǎn)源。因?yàn)槿绱?，含硼粉末不有效沉積或粘附于基板的陡峭溢出的表面或者隱藏在表面上的微特征隆起之后的表面。這導(dǎo)致了由空隙和部分硼涂層60的區(qū)域組成的陰影間隙的形成。如之前所述，硼涂層區(qū)域?qū)偦灞砻鎱^(qū)域比值的降低，會(huì)降低中子探測(cè)器10的效率。因此，期望采用一種不經(jīng)受視線沉積技術(shù)并產(chǎn)生陰影間隙的含硼粉末沉積技術(shù)。一種帶有熱擴(kuò)散硼涂層60的鎳基板實(shí)例的照片展示在圖3中。該基板具有突出的支柱高度大約為400微米的支柱。類似暗斑或者針點(diǎn)的點(diǎn)是熱擴(kuò)散進(jìn)入鎳基板表面的硼顆粒。在彩色照片中，會(huì)看到這些點(diǎn)為褐色或黑褐色。圖3中最亮的區(qū)域是可見鎳的區(qū)域，在彩色照片中會(huì)看到為白色。圖4中大體上描述了在中子探測(cè)器10的傳導(dǎo)表面上熱擴(kuò)散硼涂層60的一種實(shí)例方法。該方法可以連同在圖I中所示的實(shí)例中子探測(cè)器10以及圖中2中所示的熱擴(kuò)散含硼粉末的涂敷一起使用。該方法包括提供一導(dǎo)電基板的步驟110。該導(dǎo)電基板可以通過例如鎳，鋁和鈦的金屬來制造，當(dāng)然其他材料，包括帶有金屬化表面的非金屬也可以預(yù)期。導(dǎo) 用簡(jiǎn)單的片材而且該片材隨后可以形成為任何期望的形狀。該方法也包括放置含硼粉末接觸導(dǎo)電基板的步驟120。含硼粉末可以通過多種方法涂敷到基板表面。例如，可以在基板表面裝填干燥粉末，使得干燥粉末和基板表面緊密接觸。在另一實(shí)例中，含硼粉末可以包含在刷涂漿料或糊劑中。該糊劑可以包括含硼粉末以及HCl和去離子水的溶液。再一實(shí)例中，含硼粉末可以包括在含有異丙醇的漿料中。再一實(shí)例中，含硼粉末可以通過靜電噴涂操作涂敷到基板表面上。上述僅僅是含硼粉末涂敷的實(shí)例，其他涂敷方法也是可以預(yù)期的。在將含硼粉末涂敷到基板表面之后，可通過超聲波應(yīng)用或其他去除多余含硼粉末的方法，將任何多余的含硼粉末從基板表面去除。該方法也包括使含硼粉末和導(dǎo)電基板經(jīng)受升高的溫度的步驟130。該升高的溫度促進(jìn)熱擴(kuò)散過程，該熱擴(kuò)散過程是材料通過材料組分分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)從高濃度區(qū)域到低濃度區(qū)域的運(yùn)輸。熱擴(kuò)散過程將硼原子擴(kuò)散進(jìn)入金屬基板，在表面基金屬處形成金屬間化合物。出于中子探測(cè)的目的，期望將硼擴(kuò)散進(jìn)入基板的表面，但是不必在硼和基板材料之間形成合金。一個(gè)實(shí)例中，整個(gè)硼涂層60被擴(kuò)散進(jìn)入外殼20的壁30。然而，一般，硼涂層60包括已經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入基板表面的硼分子和保持在基板表面上的硼層。該方法也包括將導(dǎo)電基板和硼涂層60并入中子探測(cè)器10的步驟140。導(dǎo)電基板可以用作中子探測(cè)器10的外殼20的壁30。進(jìn)入中子探測(cè)器10的中子被硼涂層60吸收，其隨后釋放導(dǎo)致粒子相互作用級(jí)聯(lián)的其他帶電粒子，該粒子然后和中子探測(cè)器10的中央結(jié)構(gòu)54陽極部分相互作用。一種典型的中子探測(cè)器10依賴于這些被釋放出的帶電粒子以及其他產(chǎn)物粒子相互作用的級(jí)聯(lián)，來產(chǎn)生一個(gè)代表一個(gè)或一群被探測(cè)到的中子的信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)例中，該方法包括覆蓋基板表面至少約85 %的硼涂層60。在其他變量保持相等的情形下，覆蓋有工作硼涂層60的基板表面區(qū)域的比例約等于中子探測(cè)器10的效率。例如，如果硼涂層60覆蓋了 92%的基板表面區(qū)域，中子探測(cè)器10的效率就是92%。因此，期望產(chǎn)生覆蓋實(shí)際中能達(dá)到的盡可能多的基板表面區(qū)域的硼涂層60。在另一個(gè)實(shí)例中，該方法可包括含硼粉末也可以包括天然生成的硼同位素的特定比例。例如，總硼含量可最小為約97重量％，kiB同位素與總硼含量的比例可最小為約98重量％。進(jìn)入中子探測(cè)器10的中子被kiB吸收，然后釋放能夠引起粒子相互作用級(jí)聯(lián)的其他帶電粒子，所述粒子然后和中子探測(cè)器10的中央結(jié)構(gòu)54陽極部分(最好參照附圖I)相互作用。一種典型的中子探測(cè)器10依賴于這些被釋放出的帶電粒子以及其他產(chǎn)物粒子相互作用的級(jí)聯(lián)，來產(chǎn)生一個(gè)代表一個(gè)或一群被探測(cè)到的中子的信號(hào)。在其他變量保持相等時(shí)，同位素kiB與總硼含量的比例約等于中子探測(cè)器10的效率。因此，期望產(chǎn)生實(shí)際能達(dá)到的盡可能高的同位素kiB與含硼粉末中總硼含量的比例。在又一個(gè)實(shí)例中，該方法可包括污染物水平降低了的含硼粉末。最佳中子探測(cè)器10性能部分地依賴于涂敷到中子探測(cè)器10表面上的含硼粉末中可溶性殘留物的最低水平?？扇苄詺埩粑锢缬袡C(jī)污染物可脫氣，向中子探測(cè)器10的內(nèi)部體積50引入有機(jī)化合物。在制造過程中，內(nèi)部體積50充滿了具體氣體制劑，用于中子探測(cè)器10的有效操作。由脫氣導(dǎo)致的有機(jī)化合物可污染該具體氣體制劑，并降低中子探測(cè)器10的有效造作。因此，特別期望具有一種含硼粉末，其包括的污染物水平小于每克硼7. OOX 10_4克的可溶性殘留 物，用于中子探測(cè)應(yīng)用。實(shí)施例I :將一個(gè)鎳基板用熱擴(kuò)散方法硼化。將鎳基板用硼粉裝填，并用丙醇促進(jìn)含硼粉末和鎳基板表面的緊密接觸和潤(rùn)濕。丙醇在干燥爐內(nèi)蒸發(fā)。然后將裝填含硼粉末的鎳基板在含75%氮?dú)夂?5%氫氣的保護(hù)氣體的爐中以580°C加熱5小時(shí)?；蛘邔⒀b填含硼粉末的鎳基板在含有相同的保護(hù)氣體的爐中以960°C加熱20分鐘。然后通過超聲破碎法將多余的含硼粉末從鎳基板表面除去。實(shí)施例2 :將一個(gè)鈦基板用熱擴(kuò)散方法硼化。將鈦基板用硼粉裝填，并用丙醇促進(jìn)含硼粉末和鈦基板表面的緊密接觸和潤(rùn)濕。丙醇在干燥爐內(nèi)蒸發(fā)。然后將裝填有含硼粉末的鈦基板在真空條件下、在射頻(RF)線圈中加熱至910°C 10分鐘。實(shí)施例3 :將一個(gè)鋁基板用熱擴(kuò)散方法硼化。將鋁基板用含硼漿料涂布。該漿料的液體組分包括作為助熔劑的10%的HCl和90%的水。將漿料涂敷到鋁試樣上，并在一個(gè)加熱板(hot plate)上加熱到大約320°C。然后將鋁試樣超聲破碎以除去松散粘附的材料并在鋁上發(fā)現(xiàn)一個(gè)永久性的棕色污點(diǎn)。鋁試樣上的這個(gè)永久性的棕色污點(diǎn)表明了硼的存在。本發(fā)明已參考以上所述的實(shí)例實(shí)施方案作了描述。在閱讀和理解本說明書的基礎(chǔ)上，其他人可以想到修改和變更。結(jié)合了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的實(shí)例實(shí)施方案旨在包括所有這些修改和變更，至它們落入所附權(quán)利要求范圍之內(nèi)的程度。
權(quán)利要求
1.一個(gè)中子探測(cè)器，其包括 限定內(nèi)部體積的外殼； 一個(gè)部分，其作為陰極； 中央結(jié)構(gòu)，其位于所述內(nèi)部體積內(nèi)且作為陽極； 在陰極部分上的硼涂層，其中至少所述硼涂層的一些從含硼粉末中熱擴(kuò)散進(jìn)入陰極部分從而形成對(duì)于中子敏感的硼涂層；以及 電連接器，其操作式連接到所述中央結(jié)構(gòu)來傳輸通過所述中央結(jié)構(gòu)收集的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中子探測(cè)器，其中所有的硼涂層都擴(kuò)散進(jìn)入所述陰極部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中子探測(cè)器，其中所述外殼包括限定壁而所述陰極部分是所述壁的至少一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中子探測(cè)器，其中所述壁的表面至少85%被硼涂層覆蓋。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中子探測(cè)器，其中所述壁為圓筒體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中子探測(cè)器，其中所述硼涂層包括約97重量％的最小總硼含量和約98重量％的kiB同位素與總硼含量的最小比率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中子探測(cè)器，其中硼涂層包括每克硼小于7.OOXlO-4克的可溶解殘留物。
8.一種將含硼粉末擴(kuò)散進(jìn)入基板表面來為中子探測(cè)器制造中子捕獲層的方法，該方法包括 提供一個(gè)導(dǎo)電基板； 放置含硼粉末來接觸該導(dǎo)電基板； 使含硼粉末和導(dǎo)電基板經(jīng)受升高的溫度從而使一定量的含硼粉末熱擴(kuò)散進(jìn)入導(dǎo)電基板形成對(duì)中子敏感的硼涂層；并且 將所述導(dǎo)電基板和硼涂層并入中子探測(cè)器，作為外殼的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所有的硼涂層都擴(kuò)散進(jìn)入該導(dǎo)電基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中提供導(dǎo)電基板的步驟包括，提供所述基板作為限定內(nèi)部體積的外殼的壁的至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述壁的表面至少85%被所述硼涂層覆蓋。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述壁為圓筒體。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述硼涂層包括約97重量％的最小總硼含量和約98重量％的kiB同位素與總硼含量的最小比率。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述硼涂層包括每克硼小于7.OOXlO-4克的可溶解殘留物。
全文摘要
本發(fā)明為用于中子捕獲層的硼-10化合物，中子探測(cè)器包括限定內(nèi)部體積的殼。所述中子探測(cè)器的一部分作為陰極。所述探測(cè)器包括位于所述內(nèi)部體積內(nèi)、作為陽極的中央結(jié)構(gòu)。所述探測(cè)器包括位于壁內(nèi)部的硼涂層，其中至少所述硼涂層的一些從含硼粉末中熱擴(kuò)散進(jìn)入所述壁從而形成對(duì)于中子敏感的硼涂層。所述探測(cè)器包括電連接器，其操作式連接到所述中央結(jié)構(gòu)來傳輸通過所述中央結(jié)構(gòu)收集的信號(hào)。一個(gè)相關(guān)的使硼熱擴(kuò)散的方法包括使含硼粉末經(jīng)受升高的溫度從而使一定量的含硼粉末熱擴(kuò)散。
文檔編號(hào)G01T3/00GK102967875SQ20121043316
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者J·M·盧斯蒂希 申請(qǐng)人:通用電氣公司