[发明专利]一种高灵敏度热中子探测器

权利要求书

1.一种高灵敏度热中子探测器，其特征在于，包括中子转换体、SiPM阵列成像系统及处理器；

所述中子转换体包括Gd金属层及与所述Gd金属层密接的朔闪光纤阵列；

所述Gd金属层用于接收照射待测样品后出射的热中子，并与其发生核反应产生内转换电子，所述内转换电子穿透所述Gd金属层进入所述朔闪光纤阵列；所述Gd金属层的厚度通过下述公式确定：

其中，σ_(n,Gd)为热中子与Gd金属的反应截面的面积，M_Gd155为单个Gd155金属原子的质量，M_Gd157为单个Gd157金属原子的质量，ρ_Gd为Gd金属的质量密度；

所述朔闪光纤阵列，用于将内转换电子在其中产生的可见光传输至所述SiPM阵列成像系统；

所述SiPM阵列成像系统，用于探测所述可见光并获得第一探测图像；

所述处理器，用于处理所述第一探测图像和无待测样品时获得的第二探测图像获得携带所述待测样品的信息的图像。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，所述朔闪光纤阵列包括多个二维阵列排布的塑料光纤；

所述塑料光纤的纤芯用于将内转换电子转换为可见光；

所述塑料光纤的皮层用于使所述可见光发生全反射传输至所述SiPM阵列成像系统。

3.根据权利要求2所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，所述塑料光纤的横截面为正多边形，在所述朔闪光纤阵列中，相邻的所述塑料光纤密切贴合。

4.根据权利要求2或3所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，所述塑料光纤的横截面尺寸范围为[50μm,100μm]。

5.根据权利要求1所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，利用光学胶将所述SiPM阵列成像系统与所述朔闪光纤阵列的光输出端粘合。

6.根据权利要求5所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，将Gd金属层与所述朔闪光纤阵列密接后，在所述Gd金属层表面及边界处覆盖一层全反射膜，以及将所述SiPM阵列成像系统与所述朔闪光纤阵列的光输出端粘合后，在所述SiPM阵列成像系统后表面及粘合边界处覆盖一层全反射膜。

7.根据权利要求4所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，所述热中子探测器的空间分辨率由所述塑料光纤的横截面尺寸确定：

其中，l_sp.res为热中子探测器的空间分辨率，d为所述塑料光纤的横截面尺寸。

8.根据权利要求1、2-3、5-7任一项所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，采用微纳3D打印技术制作朔闪光纤阵列，包括：

利用微纳3D打印技术打印蜂窝结构以获得塑料光纤的皮层；

将塑料光纤的纤芯材料热熔后注入所述蜂窝结构中，以获得朔闪光纤阵列。

9.根据权利要求8所述的高灵敏度热中子探测器，其特征在于，所述蜂窝结构的材料为三氧化二铝(AL₂O₃)。