[发明专利]蜂窝型热中子探测器

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及核技术应用，特别是中子散射和安全检测技术。更具体地，本发明涉及热中子探测器。

背景技术

在传统的针对核材料的安全检测技术中，利用³He正比计数器进行热中子检测是一种常规技术。但是，由于³He气体的缺乏，用于中子散射和安全检测的热中子探测器在使用成本方面出现了很大的问题。为了解决所谓“³He供应危机”问题，本领域技术人员正在研究新型的热中子探测器来取代传统的³He正比计数器。

如本领域中已知的，热中子测量要基于某些特定的核反应进行。能够用来进行热中子测量的核反应通常应该具备如下两个基本特点：

· 核反应截面大，以便有高的热中子吸收效率P₁；

· 有高能带电粒子产生，且高能带电粒子产生概率P₂要大，因为只有这样的高能带电粒子才能在后续过程中发生有效电离、形成可用信号。

对于最终的探测效率P而言，还应该考虑带电粒子进入探测器的信号形成体积并形成信号的概率P₃。最终，探测效率P可由下式确定：

其中，热中子吸收效率P₁和高能带电粒子产生概率P₂由探测器所用核素的种类决定，带电粒子进入探测器的信号形成体积并形成信号的概率P₃则由探测器的设计特点决定。具有较大P₁和P₂的核素一般是³He、⁶Li、¹⁰B、¹⁵⁵Gd和¹⁵⁷Gd。考虑到核素截面和实际可用性问题，¹⁰B，¹⁵⁵Gd和¹⁵⁷Gd是本领域当前较为关心的热点核素。如何将这些核素进行有效的利用，设计合理的探测器结构来取代传统的³He正比计数器是本领域关心的重点问题。为此，现有技术提供了涂硼稻草管中子探测器、多栅探测器等具有不同结构的探测器。

发明内容

本发明的一个目的旨在提供一种无需利用紧缺核素³He进行热中子检测的新的技术方案，以便降低制造成本。

本发明的一个进一步的目的是要使得本发明的技术方案相对于现有技术而言具有减小或消除了中子检测死区、加工工艺简单和/或γ灵敏度低等特点。

具体地，本发明提供了一种热中子探测器，其包括：蜂窝结构，所述蜂窝结构由一个或多个中空正六棱柱形的蜂窝单元构成，其中每个所述蜂窝单元的管壁内侧涂覆有中子吸收材料。

优选地，每个所述蜂窝单元的管壁电学接地；沿每个所述蜂窝单元的中心轴线设置有阳极丝；而且在每个所述蜂窝单元的腔室内充有正比工作气体。

优选地，所述热中子探测器还包括：包围在所述蜂窝结构径向外侧的支撑框架；以及具有中央开孔的第一模板和第二模板，所述第一模板和所述第二模板分别邻接或邻近所述蜂窝结构的两端固定于所述支撑框架。

优选地，所述蜂窝结构经由多组沿其包络圆周线方向均匀分布的弹簧连接到所述支撑框架，以保持所述蜂窝结构的空间稳定性，其中每组弹簧由至少两个沿所述支撑框架的纵向轴线方向彼此间隔开的弹簧组成。

优选地，所述中央开孔由一个正六边形孔或多个相互邻接贯通的正六边形孔构成，沿每个所述蜂窝单元的中心轴线延伸的阳极丝经过所述第一模板和所述第二模板的所述中央开孔的对应正六边形孔的中心连接到相对于所述第一模板和所述第二模板固定的电连接装置上。

优选地，所述正比工作气体的压力范围为0.1～10大气压。

优选地，所述蜂窝单元的管壁由铝、铜或不锈钢制成。

优选地，涂覆在所述蜂窝单元的管壁内侧的中子吸收材料的厚度范围为0.1μm～4μm。

优选地，所述中子吸收材料为含硼材料或含钆材料。

优选地，每个所述蜂窝单元的长度为10cm～100cm，边长为2mm～5mm。

在本发明的这种热中子探测器中，由于采用了对中子敏感的蜂窝结构，使得本发明无需利用紧缺核素³He也可进行热中子检测，有效降低了热中子探测器的制造成本。进一步地，由于正六棱柱形的蜂窝单元能够无缝地排列在一起构成完整的蜂窝结构，使得本发明相对于现有技术而言具有减小或消除了中子检测死区等特点。