[发明专利]一种基于多层涂硼薄膜和多丝正比室的中子探测器

说明书

技术领域

本申请涉及中子检测设备领域，特别是涉及一种基于多层涂硼薄膜和多丝正比室的中子探测器。

背景技术

中子和X射线都是人类探索物质微观结构的有力工具。自1895年发现X射线后，人们就开始利用X射线的衍射、散射等特点研究物质的内部结构，并取得了很大的成就。中子及中子散射的应用使人们对物质微观结构的认识日新月异，和X射线主要与原子外围电子云发生相互作用不同，中子与电子云基本不发生作用，而主要与物质中的原子核发生相互作用。此外，中子不带电、具有磁矩、穿透性强、能分辨轻元素、同位素和近邻元素以及具有非破坏性等特性，使得中子散射技术成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一，是多学科研究中探测物质微观结构和原子运动的强有力手段。

常用的中子探测器主要有基于涂硼技术的GEM探测器、基于³He气体的正比计数管及多丝正比室和基于⁶Li的闪烁体探测器等。其中使用得最多的是基于³He的气体探测器，主要有³He正比计数管阵列和³He多丝正比室。相对于其他类型探测器，³He气体探测器具有探测效率高、位置分辨好、n/γ分辨能力好、抗辐射能力强等优点，并且可以大面积制作。早期基于³He气体的探测器主要是³He正比计数管阵列，由于³He管的中子探测器效率不均匀，为提高管壁附近的探测效率，往往需要填充高气压的³He气体，此外壁效应较为明显，位置分辨也较差。相对于³He管阵列，³He多丝正比室便于大面积制作，且³He使用量较少，位置分辨高。因此，³He气体多丝正比室是高定位精度中子探测器的首要选择。

但是，目前国际上³He气体的短缺，导致其价格飞速的增长，而基于涂硼技术的GEM探测器，由于GEM膜工艺的限制，国内无法做到大面积的薄型标准型结构，因此需要自主研制一种新型的中子探测器。

发明内容

本申请的目的是提供一种结构改进的基于多层涂硼薄膜和多丝正比室的中子探测器。

本申请采用了以下技术方案：

本申请公开了一种基于多层涂硼薄膜和多丝正比室的中子探测器，该中子探测器包括至少一个中子检测单元，中子检测单元依序由相互平行的第一涂硼入射窗、第一读出丝面、阳极丝面、第二读出丝面和第二涂硼入射窗组成；第一读出丝面由若干条平行的镀金钨丝平面排列而成，两条镀金钨丝为一路读出通道，每一路读出通道上设置一个延迟块单元，第一读出丝面的所有延迟块单元串联后由两路信号引出；阳极丝面由若干条平行的镀金钨丝平面排列而成，阳极丝面的镀金钨丝与第一读出丝面的镀金钨丝走向相同；第二读出丝面由若干条平行的镀金钨丝平面排列而成，同样的，两条镀金钨丝为一路读出通道，每一路读出通道上设置一个延迟块单元，第一读出丝面的所有延迟块单元串联后由两路信号引出；并且，第二读出丝面的镀金钨丝与阳极丝面的镀金钨丝走向垂直。

其中，阳极丝面的镀金钨丝与第一读出丝面的镀金钨丝走向相同，是指两个面的镀金钨丝相互平行，可以理解，阳极丝面和第一读出丝面这两个面本身是平行的，而构成两者的镀金钨丝走向相同，即两者的镀金钨丝同为横向排布或纵向排布。而第二读出丝面的镀金钨丝与阳极丝面的镀金钨丝走向垂直，则是指两个面的镀金钨丝相互垂直；当然，第二读出丝面和阳极丝面这两个面本身也是平行的，因此，两者的镀金钨丝只是在空间上垂直，并无交点。

本申请的中子探测器，使用时，第一涂硼入射窗和第二涂硼入射窗连接负高压，阳极丝面连接正高压，中子经过涂硼入射窗的10B层后转换成电子信号。两个读出丝面，即阴极丝平面，分别双端读出，两个镀金钨丝相互垂直的读出丝面，分别定义为平面的X轴和Y轴，这样就可以确定中子的入射位置。也就是说，一个中子检测单元共输出五路信号，一路为阳极丝的时间信号，作为起始时间T信号，另外四路为阴丝的x1、x2、y1、y2作为位置信号。T信号是公共的时间信号，通过记录和其它阴极上时间信号的时间差，来确定中子的入射位置。在本申请的一种实现方式中，五路信号均使用快时间前置放大器放大，前置放大后的信号经过恒比定时器进行甄别后，进入TDC采集；这样通过计算位置信号和开门信号之间的时间差来确定入射中子的位置。