[实用新型]含硼气膜快中子探测器

说明书

技术领域

本实用新型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，本实用新型涉及一种快中子探测器。

背景技术

对于口岸、港口等场所的安全检测技术而言，放射性物质检测技术是其中重要的一项。对放射性物质的检测主要包含针对γ射线和中子射线的探测。在传统的针对中子射线的探测技术中，利用³He正比计数器和聚乙烯慢化体进行快中子检测是一种常规方案。但是，由于世界性的³He供气不足、价格高昂问题，导致该方案中³He正比计数器的实用性不断下降，因此人们一直在寻找³He的替代解决方案。

由于探测中子的反应类型是核反应，而核反应的参与者是中子与原子核。高探测效率所要求的高中子吸收截面与带电粒子出射特性使得可用的核素（与原子核对应）类型非常有限。总体而言，¹⁰B，⁶Li，^155, 157Gd是仅有的可选核素，而¹⁰B又是其中的优选核素。目前，国际上已经成立了合作组来专门研究基于¹⁰B的中子探测器。

在申请人2011年12月28日提交的、申请号为201110446162.4的中国专利申请中，提供了一种可以基于¹⁰B作为中子反应核素的快中子探测器。该专利申请的优选实施例利用由涂硼铝箔包裹的塑料闪烁体来实现快中子探测，其基本原理为：快中子在塑料闪烁体中发生反冲，将能量交给反冲质子（或其它原子核，如¹²C），质子在塑料闪烁体中进行电离、发光形成第一个信号；与此同时，中子的能量降低并被慢化为热中子，直至被附着在铝箔表面的硼层所吸收。硼层中的¹⁰B与热中子发生如下反应：

                （1）

该反应的产物为⁷Li和α粒子，它们均携带若干MeV的动能，且互为背向。二者之一穿透硼层进入塑料闪烁体形成电离、发光，从而形成第二个信号。所述第一个信号和第二个信号之间存在时间差。该时间差的大小并不确定，但是近似为指数分布，典型的均值大小一般为数十微秒，具体均值由探测器的结构参数（塑料闪烁体的尺寸与涂硼厚度）决定。

上述中国专利申请中提供的技术方案有其特有的优点，但是该技术需要例如在铝箔等基底材料上涂硼形成含硼镀膜，而该工艺的单位时间产出率较低。此外，由于存在铝箔这样的基底材料，使得反应式（1）中生成的两个背向带电粒子α和⁷Li中只有一个粒子能够进入塑料闪烁体单元，这使得其所形成的信号幅度降低，不利于提高“第二个信号”的幅度，不利于改善符合特性。

实用新型内容

本实用新型的一个目的旨在提供一种无需利用紧缺核素³He进行快中子检测的新的技术方案，以便降低制造成本，更好地满足日益增长的安检设备对快中子探测器的需求。

本实用新型一个进一步的目的是要简化快中子探测器的制造工艺，提高生产效率。

本实用新型另一个进一步的目的是要提高快中子探测器探测过程中所形成信号的幅度，更有利地改善快中子探测器的符合特性。

总体而言，本实用新型创造性地采用如下基本思路来实现本实用新型的上述目的，即：利用塑料闪烁体为中子慢化和信号形成介质，利用含硼气体在相邻塑料闪烁体之间形成的含硼气膜作为中子吸收介质，从而形成一种新型的快中子探测器。为描述方便，本文将这种新型的快中子探测器类型称为“含硼气膜快中子探测器”。

具体地，本实用新型提供的快中子探测器包括：具有中空腔室的封装件；设置在所述腔室中的塑料闪烁体阵列，所述塑料闪烁体阵列包括多个塑料闪烁体单元，相邻所述塑料闪烁体单元之间存在间隙；以及充入且气密密封在所述腔室中的含硼气体，所述含硼气体在相邻塑料闪烁体单元之间的间隙中形成含硼气膜。

优选地，所述含硼气体为BF₃气体。替代性地，所述含硼气体亦可为BBr₃气体。

优选地，所述含硼气膜的厚度范围由下式确定：0.1atm·mm ≤ P×d ≤ 9atm·mm，其中P为所充含硼气体的气压，d为所述含硼气膜的厚度。

优选地，当所充含硼气体的气压为1个标准大气压时，所述含硼气膜的厚度为大约0.8mm～1.2mm，更优选地为大约1mm。