[发明专利]中子探测器与中子探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及中子探测技术，尤其涉及一种中子探测器与中子探测方法。

背景技术

随着新一代中子科学装置性能的提高，对中子探测器的提出了新的挑战。中子束通量越来越高要求中子探测器具有高计数率，为提高中子利用率同时缩短测量时间要求中子探测器具有高探测器效率，测量的空间范围宽要求探测器灵敏面积大，谱仪分辨率的提高要求探测器具有高的位置分辨率(～mm)。

为了满足上述需求，现有的中子探测器目前绝大多数采用高气压³He气体进行中子探测，主要分为两类：一类是采用多根位置灵敏型高气压³He管拼成一个面探测器系统，在合适的电子学读出条件下可达到2～5mm的位置分辨率；另一类是高气压³He多丝正比室，位置分辨率约2mm；这两类探测器都能实现大面积探测，探测效率达50%以上，γ抑制比高，且均有商业化产品，是一项工艺成熟的技术。

但是在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下缺点：现有的中子探测器，绝大多数采用高气压³He气体进行中子探测，然而，这种基于³He的探测技术本征计数能力有限(例如小于100kHz)，飞行时间（Time of Flight；TOF）时间分辨率差，已经不能满足当前高通量的中子探测器发展的需求。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种中子探测器与中子探测方法，用于解决现有技术中采用高气压³He气体进行中子探测，导致本征计数能力有限以及时间分辨率差的缺陷，能够满足当前高通量的中子探测器发展的需求。

本发明提供了一种中子探测器，包括用于提供漂移电场的漂移电极、用于对入射的中子进行转换的涂硼气体电子倍增器结构，用于对所述中子转换后产生的原初电子进行气体放大的气体电子倍增器结构以及用于读出气体放大后的电子信号的读出电极；所述漂移电极、所述涂硼气体电子倍增器结构、所述气体电子倍增器结构和所述读出电极互相平行设置，且顺次排列；所述涂硼气体电子倍增器结构采用至少一个级联的第一气体电子倍增器膜构成，且所述第一气体电子倍增器膜的至少一面涂有硼层；所述气体电子倍增器结构包括第二气体电子倍增器膜。

本发明还提供了一种中子探测方法，所述中子探测方法采用如上中子探测器探测中子，所述中子探测方法包括：

涂硼气体电子倍增器结构对入射的中子进行转换，得到原初电子；

漂移电极提供的漂移电场对所述原初电子进行作用，使得所述原初电子向靠近气体电子倍增器结构的方向漂移；

所述气体电子倍增器结构对所述原初电子进行气体放大，得到放大后的电子信号；

所述放大后的电子信号在电场的作用下，向靠近读出电极的方向漂移；

所述读出电极读出所述放大后的电子信号。

本发明的中子探测器与中子探测方法，通过采用涂硼气体电子倍增器结构对入射的中子进行转换，实现对中子探测，其中涂硼气体电子倍增器结构中的硼层为硼-10，价格低、可商业大量。且硼-10作为常用固体中子转换材料，其转换效率高。且涂硼气体电子倍增器结构采用至少一个级联的第一气体电子倍增器膜构成，能够大大提高中子探测效率。另一方面气体电子倍增器作为新型的探测器，计数率高，时间分辨率好，加上硼层，可实现更高量级的时间分辨，同时该中子探测器兼具气体探测器的共同优点γ抑制能力高、成本低和可大面积制作。

且近年来出现³He气体资源严重供应不足的国际形势，目前价格为5年前的10倍以上，且一直在上涨，这一情况的出现使得中子探测器继续使用高气压³He气体探测器搭建大规模探测系统几乎不再可能。近十年来，全世界科学家一直在努力寻求替代³He气体的新型中子探测技术，使得该方向目前正成为粒子探测领域的新热点。气体电子倍增器是近年来蓬勃发展起来且技术日趋成熟的新型气体探测器，性能十分突出，有很好的位置分辨，高计数率，耐辐射，信号读出方式简单、灵活，能大面积制作，应用范围广，能够满足当前高通量的中子探测器发展的需求。

附图说明