一種微通道中子示蹤儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種微通道中子示蹤儀，包括一探頭、一高壓部與一供電部，所述高壓部連接所述供電部與所述探頭，接受所述供電部供給的電能為所述探頭提供高壓電平，其特征在于：所述探頭包括一殼體、一入射窗、一高壓極、一微通道板與一顯示屏。將中子轉(zhuǎn)化與電子倍增集成到了同一器件內(nèi)工作，大大節(jié)省了體積；采用了一層單向透射窗口，提高了測量精度；采用了曲管微通道板，減少了測量誤差；將高壓部與供電部集成到了手柄中，減小了體積，使設(shè)備使用更方便；顯示屏能夠接受電子，可同時獲取中子的強(qiáng)度與位置信息；探測靈敏度高，可實現(xiàn)每秒每平方厘米幾個中子的情況下泄露的微弱中子束檢測。
【專利說明】一種微通道中子示蹤儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及放射探測領(lǐng)域，尤其是一種微通道中子示蹤儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 中子散射譜儀在調(diào)試時，需要精確調(diào)整各個中子光學(xué)部件的相對位置，優(yōu)化中子 束流的品質(zhì)，以方便后續(xù)實驗測量；同時還需保證中子束流不泄露，以保證輻射安全。這就 需要一種實時便攜式的中子束強(qiáng)度和位置檢測裝置，沿著中子束流方向逐點監(jiān)測。常見的 中子二維位置靈敏探測器一般包括幾個部分：探頭、信號處理電子學(xué)模塊、電源、信號處理 軟件等等。通常中子信號最終輸入到電腦終端進(jìn)行儲存、顯示和處理。裝置整體體積龐大、 便攜性較差?，F(xiàn)在亟待出現(xiàn)一種便攜的中子二維位置靈敏探測器，將中子信號的探測、處 理、顯示集成到一起，方便實驗人員在現(xiàn)場隨時隨地檢測中子束流的品質(zhì)和屏蔽泄露情況， 提高現(xiàn)場工作效率。
[0003]鑒于上述缺陷，本實用新型創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本創(chuàng)作。 實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種微通道中子示蹤儀，用以克服上述技術(shù)缺陷。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種微通道中子示蹤儀，包括一探頭、一高壓部 與一供電部，所述高壓部連接所述供電部與所述探頭，接受所述供電部供給的電能為所述 探頭提供高壓電平，其特征在于：
[0006]所述探頭包括一殼體、一入射窗、一高壓極、一微通道板與一顯不屏；
[0007]所述殼體兩側(cè)分別設(shè)置有供待測中子束射入的所述入射窗與顯示中子位置的顯 示屏，所述微通道板與所述入射窗平行設(shè)置于所述殼體內(nèi)用于將檢測到的中子轉(zhuǎn)換為電子 團(tuán)；
[0008]所述高壓極包括一頂電極與一底電極，設(shè)置于所述入射窗后方的所述底電極上施 加零電壓，與設(shè)置于所述顯示屏后方的所述頂電極施加正電壓配合，在所述探頭內(nèi)形成電 場。
[0009]較佳的，所述微通道板包括若干微通道，所述微通道為中端彎折的長方體，徑向截 面為正方形。
[0010] 較佳的，所述探頭還包括一單向透射窗口，位于所述顯示屏之外，用于阻擋外界光 源入射至所述殼體內(nèi)部。
[0011] 較佳的，所述探頭還包括一玻璃密封層，位于所述單向透射窗口之外，用于保護(hù)所 述顯示屏與所述單向透射窗口。
[0012] 較佳的，所述高壓極還包括緊貼于所述微通道板上下表面的一微通道頂電極與一 微通道底電極，所述微通道頂電極為所述微通道底電極為帶有與所述微通道徑向截面相同 形狀通孔的金屬層；
[0013]所述微通道頂電極位于靠近所述頂電極的一側(cè)，所述微通道底電極位于靠近所述 底電極的一側(cè)，所述微通道頂電極電壓高于所述微通道底電極。
[0014] 較佳的，所述探頭還包括一第二微通道板，與所述微通道板平行設(shè)置。
[0015] 較佳的，所述探頭還包括一記錄部，所述記錄部包括一捕捉所述顯示屏上中子蹤 跡的攝像頭、一將所述攝像頭捕捉圖像處理成數(shù)據(jù)的處理器與一存儲器。
[0016] 較佳的，其還包括一手柄，所述手柄與所述探頭固定連接，并將所述高壓部與所述 供電部包裹在內(nèi)。
[0017] 較佳的，所述入射窗口為錯板，厚度2?5mm ;
[0018] 所述單向透射窗口為鋁鍍膜，厚度為250-500A;
[0019] 所述微通道板厚度為0? 3?3mm，所述微通道直徑6?15 ii m，微通道壁厚2? 3 u m〇
[0020] 較佳的，所述底電極、微通道底電極、微通道頂電極與頂電極所施加電壓分別為 0V、300V、2000V、5000V。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)比較本實用新型的有益效果在于：提供了一種微通道中子示蹤儀，將 中子轉(zhuǎn)化與電子倍增集成到了同一器件內(nèi)工作，大大節(jié)省了體積；采用了一層單向透射窗 口，提高了測量精度；采用了曲管微通道板，減少了測量誤差；將高壓部與供電部集成到了 手柄中，減小了體積，使設(shè)備使用更方便；顯示屏能夠接受電子，可同時獲取中子的強(qiáng)度與 位置信息；探測靈敏度高，可實現(xiàn)每秒每平方厘米幾個中子的情況下泄露的微弱中子束檢 測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本實用新型所述示蹤儀實施例一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本實用新型所述示蹤儀實施例一探頭結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3為本實用新型所述示蹤儀實施例二結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本實用新型所述示蹤儀實施例三探頭結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖5為本實用新型所述示蹤儀實施例四探頭結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖6為本實用新型所述示蹤儀實施例五探頭結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖7為本實用新型所述示蹤儀實施例六探頭結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖8為本實用新型所述示蹤儀實施例七探頭結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0030] 以下結(jié)合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細(xì)的說明。
[0031] 實施例一
[0032] 請參見圖1所示，圖1為本實用新型所述的中子示蹤儀實施例一結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 其包括，一探頭A1、一高壓部A2與一供電部A3
[0034] 所述探頭Al位于設(shè)備最前端，接受捕捉接受并且探測顯示中子；所述高壓部A2位 于所述探頭Al與所述供電部A3之間，并與二者連接，用于向所述探頭Al提供高壓；所述供 電部A3與所述高壓部A2連接，用于給所述高壓部A2供電。所述供電部A3可以為電池，也 可以外接移動電源或者充電寶之類的供電設(shè)備。
[0035] 請參見圖2，所示，圖2為本實用新型所述的中子示蹤儀實施例一探頭Al結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0036] 所述探頭Al包括一殼體la、一入射窗2a、一高壓極、一微通道板4a、一顯不屏5a。
[0037] 所述殼體Ia用于支撐所述探頭Al的主體結(jié)構(gòu)，其為一密封腔體結(jié)構(gòu)，其前方設(shè)置 有所述入射窗2a，用于供待探測的中子入射；尾部設(shè)置有所述顯示屏，入射至所述示蹤儀 的中子經(jīng)過探頭處理在所述顯示屏5a上面顯示為一個大點。從而使測試人員觀察到。
[0038] 所述高壓極包括多個不同的高壓梯級，實施例一中，包括一底極板31a與一頂極 板34a，所述底極板31a接入大地電壓，所述頂極板34a接入高壓，從而在所述探頭Al內(nèi)部 形成定向電場，使其中的帶電粒子能夠沿電場方向運(yùn)動，并且在所述顯示屏5a上面顯示出 來。
[0039] 所述殼體Ia內(nèi)部設(shè)置一微通道板4a，所述微通道板4a包括眾多的微通道，與所 述入射窗2a平行設(shè)置；如圖2所示，所述微通道板4a中的微通道具有彎折，而非標(biāo)準(zhǔn)的圓 柱形或長方形微通道，如此設(shè)置的優(yōu)點在于，對于任何從所述入射窗Ia中入射的任何角度 的中子，都會保證觸碰到所述微通道板4a中的微通道的通道壁上，杜絕了由于，例如采用 圓柱形或長方形微通道，出現(xiàn)完全平行于通道方向入射的中子，便會造成遺漏，導(dǎo)致測量失 準(zhǔn)。
[0040] 對中子的探測過程如下：將所述探頭放置于中子束附近，中子經(jīng)所述入射窗口 2a 射入所述殼體Ia的腔體中，并撞擊所述微通道板4a的微通道壁上。中子與所述微通道壁 內(nèi)摻雜的kiB發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生7Li和4He粒子，7Li和 4He粒子從微通道板壁中出射，在所述 高壓極形成的電場的作用下撞擊到鄰近微通道壁上產(chǎn)生次級電子，隨后經(jīng)過系列雪崩倍增 生成大量雪崩電子，雪崩電子團(tuán)最終入射到所述顯示屏5a上形成熒光光斑。也就是說，將 整個示蹤儀接近中子束，每一個中子均會在所述顯示屏5a上形成一個點，從而可以使操作 者方便地初步確定中子束的品質(zhì)或是屏蔽泄露的情況，從而確定下一步動作。
[0041] 本實施例中，所述入射窗2a為鋁窗，厚度為3mm，所述底電極31a、所述頂電極34a 為錯板，厚度1mm，所述顯示屏5a厚度I. 5mm。
[0042] 所述微通道板4a為摻雜kiB的微通道板，所述微通道徑向截面形狀為正方形，所述 微通道板4a直徑為10 ii m，通道壁厚為2. 5 ii m，上述微通道板4a厚度為I. 5mm。采用摻iqB 的微通道板，即中子靈敏元素直接摻雜到微通道板的玻璃基材中，在探測過程中，在所述微 通道板4a處同時實現(xiàn)了中子的轉(zhuǎn)化和電子的倍增放大，大大地縮減了了裝置整體體積。
[0043] 所述底電極3Ia接入OV電壓，所述頂電極34a接入5000V電壓。
[0044] 本實施例實測，對中子的位置分辨率高，對冷中子的位置分辨可達(dá)到15 ii m。
[0045] 實施例二
[0046] 請參見圖3所示，圖3為本實用新型實施例二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 實施例二與實施例一相似，不同之處在于，其還包括一手柄部A4,所述手柄部A4 將所述高壓部A2與所述供電部A3集成在內(nèi)，同時便于操作人員進(jìn)行握持。
[0048] 所述手柄部A4 -段與所述探頭Al固定連接，其可以使操作者在使用示蹤儀探測 中子時，對示蹤儀的操作更加靈活。
[0049] 實施例二所述的中子示蹤儀體積很小，使用靈活，外形尺寸60_X60mm，有效探測 面積為50mmX 50mm，厚度僅為25mm。
[0050] 實施例三
[0051] 請參見圖4所示，圖4為本實用新型實施例四探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052] 如上述實施例所述的示蹤儀，實施例四中，探頭Al包括一殼體lb、一入射窗2b、高 壓極、一微通道板4b、一顯不屏5b;高壓極包括一頂電極34b與一底電極31b。其還包括一 單向透光膜6b，所述單向透光膜6b能夠阻擋從所述顯示屏5b方向試圖入射至所述殼體Ib 內(nèi)的光線，而允許探測到的中子所形成的電子團(tuán)在所述顯示屏5b上形成的光線透射到所 述殼體Ib外，而使操作者捕捉到中子探測影像。
[0053] 如此設(shè)置，使測量精度大大提高，從外部入射的光會嚴(yán)重影響示蹤儀器性能，嚴(yán)重 時，甚至使儀器無法工作。
[0054] 本實施例中，所述單向透光膜6b為3,50A的鋁膜，加上上所述的單向透光膜6b， 不但能夠提高測量精度，消除外界干擾，還可以略微提升熒光屏的機(jī)械性能，由于顯示屏幕 主體材料為玻璃，所以有些時候非常脆弱，所述單向透光膜6b能夠略微提升所述顯示屏5b 的機(jī)械性能，包括韌性、抗拉，提升機(jī)械性能的同時不會使整體變得更加沉重。
[0055] 本實施例中，所述入射窗2b為錯窗，厚度為5mm，所述底電極31b、所述頂電極34b 為錯板，厚度1mm，所述顯示屏5b厚度2mm。
[0056] 所述微通道板4b為摻雜kiB的微通道板，所述微通道截面形狀為方形，所述微通道 板4b直徑為15 ii m，通道壁厚為3 ii m，上述微通道板4b厚度為3mm。
[0057] 實施例四
[0058] 請參見圖5所示，圖5為本實用新型實施例四探頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0059] 如上述的實施例所述，實施例四探頭Al包括一殼體lc、一入射窗2c、高壓極、一微 通道板4c、一顯不屏5c ;高壓極包括一頂電極34c、一底電極31c與一單向透光膜6c。
[0060] 實施例四中，所述微通道板4c包括一第一微通道板與一第二微通道板，所述兩個 微通道板平行設(shè)置，在中子通過所述入射窗2c進(jìn)入到所述殼體Ic的腔體內(nèi)后，先進(jìn)入所述 第一微通道板中，在所述第一微通道板中初次產(chǎn)生雪崩電子團(tuán)，隨后，產(chǎn)生的電子團(tuán)離開所 述第一微通道板，進(jìn)入所述第二微通道板，在所述第二微通道板的微通道壁上進(jìn)行二次雪 崩效應(yīng)，產(chǎn)生更大的雪崩電子團(tuán)，打到所述顯示屏5c上。經(jīng)過兩次微通道板的放大，雪崩電 子團(tuán)的質(zhì)量顯著提高，顯示屏5c上顯示的示蹤點會變得更加清晰，特別有利于中子束質(zhì)量 較低的情形，能夠敏銳地探測到極少量的中子放射。
[0061] 本實施例中，本實施例中，所述入射窗2c為鋁窗，厚度為2mm，所述底電極31c、所 述頂電極34c為錯板，厚度0? 2mm，所述顯示屏5c厚度1mm。
[0062] 所述微通道板4c為摻雜kiB的微通道板，所述微通道截面形狀為方形，所述微通道 板4c直徑為6 iim，通道壁厚為3 iim，上述微通道板4c厚度為3mm。所述單向透光膜6c為 鋁膜，厚度為250 A。
[0063] 實施例五
[0064] 請參見圖6所示，圖6為本實用新型實施例五探頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0065] 如上述的實施例所述，實施例五探頭Al包括一殼體Id、一入射窗2d、高壓極、一微 通道板4d、一顯不屏5d與一單向透光膜6d ;高壓極包括一頂電極34d、一底電極3Id與一 單向透光膜6d。其還包括一密封玻璃板7d，所不密封玻璃板7d位于所述單向透光膜6d之 夕卜，可以對所述顯示屏5d、所述單向透光膜6d起到保護(hù)的作用。
[0066] 本實施例中，本實施例中，所述入射窗2d為鋁窗，厚度為2mm，所述底電極31d、所 述頂電極34d為錯板，厚度0? 2mm，所述顯示屏5d厚度1mm。
[0067] 所述微通道板4c為摻雜kiB的微通道板，所述微通道截面形狀為方形，所述微通道 板4d直徑為6 ii m，通道壁厚為2 ii m，上述微通道板4d厚度為0? 3mm。所述單向透光膜6d 為鋁膜，厚度為300 A。
[0068] 實施例六
[0069] 請參見圖7所示，圖7為本實用新型實施例六探頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0070] 如上述的實施例所述，實施例六探頭Al包括一殼體If、一入射窗2f、高壓極、一微 通道板4f、一顯不屏5f與一單向透光膜6f、一密封玻璃板7f ;高壓極包括一頂電極34f、一 底電極31f。所述高壓級還包括一微通道頂電極33f與一微通道底電極32f。
[0071] 所述微通道頂電極33f與所述微通道底電極32f為與所述微通道板4f上下表 面緊密貼合的具有與微通道相匹配形狀的孔的網(wǎng)格的極薄金屬板，本實施例中，厚度為 0. 5mm〇
[0072] 本實施例中，所述高壓極包括所述頂電極34f、所述微通道頂電極33f、所述微通 道底電極32f與所述底電極31f，四個電極形成一電極梯度，本實施例中，所述頂電極34f 接入0V、所述微通道頂電極33f接入300V、所述微通道底電極接入2000V、所述底電極接入 5000V。如此設(shè)置電壓值，可以在非微通道部降低不必要的電場，可以最大限度的降低需要 的電壓，并將電場盡量集中在需要電場高度集中的位置，以減少功耗。
[0073] 實施例七
[0074] 請參見圖8所示，圖8為本實用新型實施例七探頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0075] 如上述的實施例所述，實施例六探頭Al包括一殼體lg、一入射窗2g、高壓極、一微 通道板4g、一顯示屏5g與一單向透光膜6g ;高壓極包括一頂電極34g、一底電極31g、一微 通道頂電極33g與一微通道底電極32g。
[0076] 實施例八中，所述探頭Al還包括一記錄部8g，所述記錄部8g用于處理所述顯示屏 5g上面顯示的影像，并且形成記錄文件。
[0077] 所述處理部8g包括一攝像頭、一處理器、和一存儲器，所述攝像頭可以捕捉在所 述顯示器5g上顯示的點，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苄盘査椭了鎏幚砥髦?，所述處理器將中子出現(xiàn) 的時間與坐標(biāo)記錄，送至所述存儲器存儲，便于操作人員在后期進(jìn)行復(fù)查與統(tǒng)計。
[0078] 所述微通道頂電極33g與所述微通道底電極32g,厚度為0. 2?1mm。
[0079] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，對實用新型而言僅僅是說明性的，而非 限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在實用新型權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行 許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種微通道中子示蹤儀，包括一探頭、一高壓部與一供電部，所述高壓部連接所述供 電部與所述探頭，接受所述供電部供給的電能為所述探頭提供高壓電平，其特征在于： 所述探頭包括一殼體、一入射窗、一高壓極、一微通道板與一顯不屏； 所述殼體兩側(cè)分別設(shè)置有供待測中子束射入的所述入射窗與顯示中子位置的顯示屏， 所述微通道板與所述入射窗平行設(shè)置于所述殼體內(nèi)用于將檢測到的中子轉(zhuǎn)換為電子團(tuán)； 所述高壓極包括一頂電極與一底電極，設(shè)置于所述入射窗后方的所述底電極上施加零 電壓，與設(shè)置于所述顯示屏后方的所述頂電極施加正電壓配合，在所述探頭內(nèi)形成電場。
2. 如權(quán)利要求1所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述微通道板包括若干微通 道，所述微通道為中端彎折的長方體，徑向截面為正方形。
3. 如權(quán)利要求1所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述探頭還包括一單向透射 窗口，位于所述顯示屏之外，用于阻擋外界光源入射至所述殼體內(nèi)部。
4. 如權(quán)利要求3所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述探頭還包括一玻璃密封 層，位于所述單向透射窗口之外，用于保護(hù)所述顯示屏與所述單向透射窗口。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述高壓極還包 括緊貼于所述微通道板上下表面的一微通道頂電極與一微通道底電極，所述微通道頂電極 為所述微通道底電極為帶有與所述微通道徑向截面相同形狀通孔的金屬層； 所述微通道頂電極位于靠近所述頂電極的一側(cè)，所述微通道底電極位于靠近所述底電 極的一側(cè)，所述微通道頂電極電壓高于所述微通道底電極。
6. 如權(quán)利要求3所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述探頭還包括一第二微通 道板，與所述微通道板平行設(shè)置。
7. 如權(quán)利要求3或6所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述探頭還包括一記錄 部，所述記錄部包括一捕捉所述顯示屏上中子蹤跡的攝像頭、一將所述攝像頭捕捉圖像處 理成數(shù)據(jù)的處理器與一存儲器。
8. 如權(quán)利要求3或6所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，其還包括一手柄，所述手 柄與所述探頭固定連接，并將所述高壓部與所述供電部包裹在內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求3或6中任一項權(quán)利要求所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述入 射窗口為鋁板，厚度2?5mm; 所述單向透射窗口為鋁鍍膜，厚度為250-500人； 所述微通道板厚度為〇. 3?3mm，所述微通道直徑6?15μm，微通道壁厚2?3μm。
10. 如權(quán)利要求9所述的微通道中子示蹤儀，其特征在于，所述底電極、微通道底電極、 微通道頂電極與頂電極所施加電壓分別為〇V、300V、2000V、5000V。
【文檔編號】G01T3/00GK204044370SQ201420471512
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】陳東風(fēng), 劉蘊(yùn)韜, 高建波, 孫凱, 王洪立, 韓松柏, 劉新智, 李玉慶, 王子軍 申請人:中國原子能科學(xué)研究院