[发明专利]一种管壁中子灵敏层制备方法及正比计数管

说明书

本发明公开了一种管壁中子灵敏层制备方法及正比计数管，本发明利用磁控溅射方式制备硼中子灵敏层，该法制备的硼灵敏层与金属管体材料的可控性好、界面结合力强，涂层纯度高、结构单一、致密度高，探测数据更加准确可靠。本发明的制备方法适用于正比计数器的管壁中子灵敏层的制备，同时也适用于其他需要涂层的管件。

技术领域

本发明属于核辐射探测技术领域，具体涉及一种管壁中子灵敏层制备方法及正比计数管。

背景技术

中子探测在核辐射探测技术中占有重要地位，其是通过中子与吸收体发生核反应产生带电粒子或γ光子来实现。目前，国内外最常用的是³He和BF₃正比计数管，其中³He正比计数管由于其具有较高的γ射线分辨能力和探测效率成为应用十分广泛的探测器之一，但由于自然界中³He相对丰度较少，仅0.000137％，储量受限且价格昂贵；BF₃正比计数管虽具有简便、可靠、探测效率高的特点，但在10keV-10MeV之间的探测效率随中子能量变化缓慢，对γ射线不灵敏，同时BF₃是电负性气体，其中氟自由基能将工作气体中产生的电子在其被收集前俘获从而影响阳极上的电子收集，且BF₃气体对环境存在潜在危害而逐渐被淘汰。而近年来研制的硼层中子探测器克服了以上不足，有长寿命和良好的抗环境干扰能力等优点，逐渐成为一种主要中子探测工具。

硼层中子探测器中的中子灵敏层(即硼层)的制备是研制涂硼探测器的关键，决定着探测器性能参数及使用环境的选择。目前，国内外有关硼灵敏层制作方法的报道很少，多采用电泳、喷涂、手工刷涂和浸酯涂硼的制备方法，但此类方法存在涂层结合性、均匀性、重复性差等缺点，尤其是刷涂和浸酯涂硼法中树脂的存在会增加α粒子和Li离子能量损失，最终降低正比管的探测效率。

发明内容

本发明针对现有中子灵敏层制备技术的不足，提出了一种全新的管壁中子灵敏层(硼层)方法，利用磁控溅射方式制备硼中子灵敏层，该法制备的硼灵敏层与金属管体材料的可控性好、界面结合力强，涂层纯度高、结构单一、致密度高，探测数据更加准确可靠。

本发明通过下述技术方案实现：

一种管壁中子灵敏层制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，制备磁控溅射柱状靶材；

步骤S2，管体预处理；

步骤S3，将预处理之后的管体安装在真空室内的工件架上，并使磁控溅射柱状靶材位于管体中心位置；

步骤S4，关闭真空室，开始抽真空，使得真空室内本底真空度优于2×10^-3Pa；

步骤S5，向真空室中充工作气体，将真空室内真空度控制在预设范围内，采用磁控溅射沉积方式进行中子灵敏层沉积；

步骤S6，镀膜结束后，继续向真空室中充工作气体，待工件降温后即可打开真空室取工件。

优选的，本发明的步骤S5中采用的磁控溅射沉积方式为直流磁控溅射沉积方式、射频磁控溅射沉积方式、单极性脉冲磁控溅射沉积方式或多极性脉冲磁控溅射沉积方式。

优选的，本发明的步骤S5中进行中子灵敏层沉积过程中，将真空室内的真空度控制在0.5～15Pa。

优选的，本发明的步骤S5中针对不同的管件，通过沉积时间来控制涂层厚度，所述中子灵敏层厚度为1～5um。

优选的，本发明的步骤S5中向真空室中充入的工作气体为氩气。

优选的，本发明的步骤S1制备磁控溅射柱状靶材具体为：将富集硼或单体硼粉体粘接在靶心上制作磁控溅射柱状靶材。

优选的，本发明的步骤S2管体预处理具体包括：