专利名称：涂硼中子探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及中子探测器领域，更具体地涉及涂硼中子探测器。
背景技术：
众所周知，中子探测器就是能探测中子的探测器。因为中子本身不带电，不能产生电离或激发，所以不能用普通探测器直接探测。它是利用中子与掺入探测器中的某些原子核作用(包括核反应、核裂变或核反冲)所产生的次级粒子进行测量。现有技术中最常见的中子探测器就是3He中子探测器，例如3He正比计数管中子探测器。3He中子探测器的探测原理基于核反应法，其核反应过程如下3 He +η —> 1H + 3H +765KeV (1)反应产物为质子与氚核的带电粒子。热中子引起反应产生的反应能在质子与氚核之间分配。质子与氚核工作于3He气体为工作气体的正比计数管内。质子与氚核通过气体时，同3He气体发生电离碰撞，使3He气体分子电离，同时损失部分能量，形成大量的离子对 (电子与正离子)。3He中子探测器作为一种气体探测器，在其中心阳极丝上加正高压，阳极丝与外壳管壁之间形成电�。谕饧拥绯〉淖饔孟拢庑┑缱雍驼胱臃直鹣蛘�、负电极漂移，电子漂向阳极丝，正离子漂向阴极壁，而被电极收集。3He中子探测器通常为同轴圆柱形结构，其中阳极丝位于作为阴极的圆筒形管壁的纵向中心轴上。3He中子探测器性能成熟稳定、使用广泛，近年在科研及反恐、安检领域的大量应用，但是，3He气体的全球年产量却没有增加，这使得3He气供应变得极为紧缺，因此，寻找性价比好，能够替代3He中子探测器的产品成为本领域研发重点。于是有人希望利用在管内壁上涂硼的正比计数管中子探测器来代替3He中子探测器。这种涂硼中子探测器相比3He中子探测器价格要便宜很多。然而，这种涂硼中子探测器的中子计数率仅是同尺寸3He中子探测器的十分之一左右，探测效率很低。因此，人们期待这种涂硼中子探测器的进一步改进，以便获得一种探测效率高、价格又相对便宜的中子探测器。
实用新型内容本实用新型的第一个目的是提供一种涂硼中子探测器，该涂硼中子探测器包括 阴极管，其内部沿纵向形成多个通道，每个通道的内壁都涂有硼材料；电极丝，充当阳极，其被纵向地布置在每个所述通道内，该电极丝适于被施加高压；以及绝缘端板，所述阴极管的每一端都固定有所述绝缘端板，所述电极丝通过所述绝缘端板与所述阴极管固定在一起。该涂硼中子探测器通过阴极管内设置多个内壁涂有硼材料的通道，不仅提高了中子探测器的探测效率，使其能够达到甚至超过相同尺寸的3He中子探测器的探测效率，而且价格要比3He中子探测器便宜得多。作为优选实施例，阴极管由多个涂有硼材料的基板拼接形成，从而形成所述多个通道。进一步地，每个所述基板呈L形，由平面状的基板折叠形成，使得每个通道具有方形截面，或者每个所述基板含有至少一个L形台阶，由平面状的基板折叠形成，使得每个通道具有方形截面。由涂有硼材料的基板拼接产生阴极管，使得本实用新型的中子探测器制造和安装调试工艺得以简化，并且有效减少了硼材料碎屑及其造成的干扰。基板可以在折叠之前被涂上硼材料。或者，基板是在折叠之后被涂上硼材料，这样能进一步减少硼材料碎屑及其造成的干扰。进一步地，阴极管沿其纵向可以具有圆形、方形等形状的截面，这根据实际需要决定。所述多个通道形成阵列，所述阵列可为2X2到MXN，其中，M、N均为大于2的整数。作为本实用新型涂硼中子探测器的另一优选实施例，阴极管的内部设有涂有硼材料的分隔板，从而形成所述多个通道。所述阴极管沿其纵向具有圆形或方形截面。进一步地，所述阴极管和所述分隔板由相同材料制成。所述通道的长度可以从50mm到3000mm，沿所通道长度的截面的长度和宽度可以从 2mm 至Ij 15mm。所述硼材料的涂覆方法选自电泳法、物理气相沉淀法和等离子喷涂法中的一种。 所述物理气相沉淀法包括电子束蒸发、磁控溅射和脉冲激光沉积等。所述硼材料选自由自然组分硼材料和经过筛选的富含硼-10的不同比例组分硼材料组成的组中的至少一种。所述硼材料包括 B, B4C, B10H14, BN, B2O3, B6S0进一步地，每个所述绝缘端板中设有独立的电极丝固定装置，用于固定所述电极丝。所述电极丝固定装置为对应每个所述通道的夹丝管，其嵌在所述绝缘端板中以允许所述通道中的电极丝从其中穿过并固定该电极丝。所述绝缘端板由一块整板制成。替代地， 所述绝缘端板由对应每个通道的单元板组合形成。优选地，所述绝缘端板面向所述通道的一侧上设有对应每个通道的限位孔，例如， 漏斗形限位孔，以方便所述电极丝经由该孔进入所述夹丝管。中子探测器还包括外壳，所述外壳包括形成密封腔室的管体、底盘和陶瓷密封盘， 所述阴极管位于所述密封腔室内，所述陶瓷密封盘上设有中心电极，所述中心电极与每个所述通道内的电极丝形成电连接。所述陶瓷密封盘上还设有充排气管，用于抽真空和充气操作。本实用新型的第二个目的是提供一种涂硼中子探测器，该涂硼中子探测器包括 通道阵列，充当阴极，所述通道阵列由多个涂有硼材料的基板拼接形成，使得每个通道的内壁都涂有硼材料；电极丝，充当阳极，其被纵向地布置在每个所述通道内，该电极丝适于被施加高压；以及绝缘端板，所述通道阵列的每一端都固定有所述绝缘端板，所述电极丝通过所述绝缘端板与所述通道阵列固定在一起。该涂硼中子探测器通过多个涂有硼材料的基板拼成通道阵列，其中每个通道的内壁都涂有硼材料，因此该中子探测器不仅制造工艺简单，而且极大地提高了涂硼中子探测器的探测水平。通过阅读下列的详细描述及参考附图，本实用新型的其他目的和优点将变得很明显。
图1为根据本实用新型的涂硼中子探测器的一个实施例的轴向截面图；图2为图1所示实施例的径向截面图；图3为图1所示实施例的局部放大示意图；图4为制造根据本实用新型的制造涂硼中子探测器的方法的第一实施例的示意图；图5为制造根据本实用新型的制造涂硼中子探测器的方法的第二实施例的示意图；以及图6为根据本实用新型的涂硼中子探测器的另一个实施例的透视图。
具体实施方式
图1示出根据本实用新型的涂硼中子探测器的一个实施例。参见图1，本实用新型的涂硼中子探测器的主体包括作为阴极的管1、适于施加高压的电极丝4和绝缘端板2，其中，管1内部沿纵向形成多个通道11，每个通道11的内壁上镀有硼材料形成的膜。每个通道11内沿纵向都布置有电极丝4，优选地电极丝4与所述通道基本同轴。绝缘端板2分别固定在管1的两端。绝缘端板2上设有供每个电极丝4通过的通道21，电极丝4的两端则分别穿过该通道21并固定在绝缘端板2上。如图3所示，管1两端的壁分别嵌入绝缘端板2中。作为一个优选实施例，管1及其内部的通道11是通过涂有硼材料的基板12拼接形成。如图2所示，涂有硼材料的基板11拼接成井字形的组合，产生了 4X4的通道11的阵列，所有通道11沿管1的轴向都具有相同的方形截面，整个管1沿其纵向也具有方形截面。然而，通过基板拼接，可以形成的管截面和通道截面并不限于方形，例如为圆形，棱形， 矩形，三角形等，这取决于实际需要。如图4所示，涂有硼材料的基板12为长方形，其被沿中线折成“L”形，将两个“L” 形基板12沿长边用氩弧焊、锡焊或胶粘的方法联接成一个方管，将多个方管依图4所示排列成通道阵列。当然，硼材料也可以基板12被折成L形后再涂覆到基板上。可选地，如图5所示，涂有硼材料的基板12被折成含至少一个“L”形台阶的形状， 然后将多个该基板组合以形成图5所示的通道阵列。同样地，硼材料也可以基板12被折叠后再涂覆硼材料。当然，在其它实施例中，基板也可以被折成其它形状，以便组合产生圆形、棱形、三角形等通道截面形状。在该实施例中，通道长度为200mm，而沿通道长度的每个通道截面积为 4. 5mmX4. 5mm。当然，在其它实施例中，每个通道截面的长度和宽度优选可以在2mm 15mm 的范围内选择，通道长度则可以在50mm 3000mm的范围内选择。进一步地，为了增强通道壁的强度，在通道的中段可以增加若干段支撑板。在该实施例中，基板采用0. 3mm厚铝板。在其它实施例中，基板也可以由适于充当阴极的铝、铍、塑料材料等制成，厚度可以在0. Olmm Imm的范围内选择。[0041]基板上涂覆约Iym厚的B4C材料，其中，硼-10约占总硼含量的90%。优�。鸩牧系耐扛埠穸然箍梢栽�0. Ιμπι 4μπι范围内选择。在其他实施例中，硼-10占总硼含量可以在的19% 99. 9%范围内选择。硼材料通过电子束蒸发法镀膜到基板上。在其它实施例中，其它涂覆方法也可采用，例如电泳法，磁控溅射、脉冲激光沉积等物理气相沉淀法(PVD)以及等离子喷涂法等。优选地，如图3所示，绝缘端板2上嵌有夹丝管3，夹丝管3的数目与通道11的相一致，并与绝缘端板2上的通道相通。夹丝管3在绝缘端板2背对所述通道11的一侧上突起，这样通过夹扁该夹丝管的突起部分就能将从其中穿过的电极丝4固定在绝缘端板2上。 当然，电极丝也可以通过其它方式固定在绝缘端板2上。夹丝管材料是Φ 1. Imm的铜管，其内壁厚为0. 15mm。在其它实施例中，夹丝管也可以是夹丝管可以是镍管等。绝缘端板2面对通道11的一侧上还设有限位孔，优选漏斗形限位孔22，以方便电极丝4穿过所述绝缘端板2中的通道。所述限位孔与绝缘端板上的通道21相通。在本实施例中，绝缘端板由整块玻璃纤维板加工成。可选地，在其它实施例中，绝缘端板可以根据每个通道截面积的大小分割加工成小的块，然后通过框架组合起来，其材料可以从陶瓷、聚四氟乙烯、聚酰亚胺以及聚醚醚酮等其它多种绝缘材料中选择。在本实施例中，高压电极丝采用Φ 30 μ m的镀金钨丝。在其它实施例中，根据电压的不同，电极丝的直径可以在20 μ m 60 μ m的范围内选择，其材料还可以是镍铬合金等其他金属微丝。高压电极丝4从每个通道11中穿过，经绝缘端板2的漏斗形限位孔22和通道21， 进入两端的夹丝管3。在通过工装给予电极丝4 一定的张紧力后，使用夹钳将绝缘端板两端的夹丝管4夹扁以固定该电极丝。进一步地，如图6所示，作为本实用新型涂硼中子探测器的另一个实施例，该中子探测器还包括外壳，该外壳由不锈钢外方管6、外方管底盘5和外方管陶瓷密封盘7组成， 形成密封腔室，探测器的主体位于该密封腔室中，即管1、电级丝4及绝缘端板2。作为接地极的涂硼基板组合1与不锈钢外方管6相连。所有高压电极丝4连在一起用于高压引入和信号输出，并与顶端的外方管陶瓷密封盘7的外接中心电极702形成电连接以由此引出。顶端外方管陶瓷密封盘7靠近边缘处设置有充排气管701，用于抽真空和充气操作。当然，如果将两侧绝缘端板上的各个高压电极丝(电极丝采用具有一定阻值的镍铬合金丝等)分别引出，就成为位置敏感的中子探测器阵列。在另外的实施例中，所述外壳并不限于方形，例如可以由外圆管、外圆管底盘和外圆管密封盘组成。作为本实用新型涂硼中子探测器的另一实施例(未图示)，阴极管为常规圆筒形管，并且其内壁涂覆有硼材料。在所述阴极管内沿其纵向增设有涂有硼材料的分隔板，以在所述阴极管内形成多个纵向通道，电极丝从每个通道内经过。本实施例未描述的细节可以同上述实施例。下面详细描述制造本实用新型的涂硼中子探测器的方法的一个实施例的过程提供多个长方形的基板；[0056]用所述硼材料镀膜所述基板；沿镀膜后的所述基板的中线将所述基板折成L形(如图4所示)；将所述L形基板依次插入绝缘端板的相应沟槽中形成作为接地极的通道阵列，每个通道的内壁都涂有硼材料；提供充当阳极的电极丝，其适于被施加高压；将所述电极丝纵向地布置在每个所述通道内；使电极丝通过绝缘端板上的漏斗形限位孔，进入已嵌入两端绝缘板中的夹丝管内；用夹钳将一端的夹丝管夹扁以固定电极丝的一端；通过另一端吊重物(例如60克左右)的方式给予电极丝以张紧力；然后将另一端的夹丝管夹扁以固定电极丝的另一端。进一步地，还提供外壳，所述外壳包括形成密封腔室的管体、底盘和陶瓷密封盘， 所述通道阵列置于所述密封腔室内，所述陶瓷密封盘上设有中心电极和充排气管，所有电极丝连到一起通过所述中心电极引出，以便弓丨入高压和输出信号。或者，在另外一个实施例中，沿镀膜后的所述基板的中线将所述基板折成含至少一个L形台阶的基板(如图5所示)。在又一个实施例中，在所述基板折叠后再进行硼材料的涂覆。虽然已经描述了本实用新型的典型实施例，应该明白本实用新型不限于这些实施例，对本专业的技术人员来说，本实用新型的各种变化和改进都能实现，例如，一个实施例中的元件及其相应技术规定可以应用在另一个实施例中，但这些都在本实用新型权利要求的精神和范围之内。
权利要求1.一种涂硼中子探测器，其包括阴极管，其内部沿纵向形成多个通道，每个通道的内壁都涂有硼材料；电极丝，充当阳极，其被纵向地布置在每个所述通道内，该电极丝适于被施加高压；以及绝缘端板，所述阴极管的每一端都固定有所述绝缘端板，所述电极丝通过所述绝缘端板与所述阴极管固定在一起。
2.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述阴极管由多个涂有硼材料的基板拼接形成，从而形成所述多个通道。
3.根据权利要求2所述的涂硼中子探测器，其特征在于每个所述基板呈L形，由平面状的基板折叠形成，使得每个通道具有方形截面。
4.根据权利要求2所述的涂硼中子探测器，其特征在于每个所述基板含有至少一个L 形台阶，由平面状的基板折叠形成，使得每个通道具有方形截面。
5.根据权利要求1或2所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述通道形成阵列，所述阵列可为2X2到MXN，其中，M、N均为大于2的整数。
6.根据权利要求3或4所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述基板是在折叠之前被涂上硼材料。
7.根据权利要求3或4所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述基板是在折叠之后被涂上硼材料。
8.根据权利要求3或4所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述基板厚度从0.Olmm 至Ij 1mm。
9.根据权利要求3或4所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述基板由铝、铍、塑料材料之一制成。
10.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述硼材料包括B，B4C, B10H14 BN, B2O3 B6S0
11.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述硼材料涂覆厚度从 0. 1 μ m 至Ij 4 μ m0
12.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述阴极管由铝、铍、塑料材料之一制成。
13.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述阴极管的内部设有涂有硼材料的分隔板，从而形成所述多个通道。
14.根据权利要求13所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述阴极管沿其纵向具有圆形或方形截面。
15.根据权利要求13所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述阴极管和所述分隔板由相同材料制成。
16.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述通道的长度可以从50mm 到3000mm，沿所通道长度的截面的长度和宽度可以从2mm到15mm。
17.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述硼材料的涂覆方法选自电泳法、物理气相沉淀法和等离子喷涂法中的一种。
18.根据权利要求17所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述物理气相沉淀法包括电子束蒸发、磁控溅射和脉冲激光沉积。
19.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于每个所述绝缘端板中设有独立的电极丝固定装置，用于固定所述电极丝。
20.根据权利要求19所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述电极丝固定装置为对应每个所述通道的夹丝管，其嵌在所述绝缘端板中以允许所述通道中的电极丝从其中穿过并固定该电极丝。
21.根据权利要求20所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述绝缘端板面向所述通道的一侧上设有对应每个通道的限位孔，以方便所述电极丝经由该孔进入所述夹丝管。
22.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述绝缘端板可以由下列材料中的一种制成陶瓷、玻璃纤维板、聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚醚醚酮。
23.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述绝缘端板由一块整板制成。
24.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述绝缘端板由对应每个通道的单元板组合形成。
25.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述中子探测器还包括外壳，所述外壳包括形成密封腔室的管体、底盘和陶瓷密封盘，所述阴极管位于所述密封腔室内，所述陶瓷密封盘上设有中心电极，所述中心电极与每个所述通道内的电极丝形成电连接。
26.根据权利要求25所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述陶瓷密封盘上还设有充排气管，用于抽真空和充气操作。
27.根据权利要求1所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述阴极管沿其纵向的截面可为圆形或方形。
28.—种涂硼中子探测器，其包括通道阵列，充当阴极，所述通道阵列由多个涂有硼材料的基板拼接形成，使得每个通道的内壁都涂有硼材料；电极丝，充当阳极，其被纵向地布置在每个所述通道内，该电极丝适于被施加高压；以及绝缘端板，所述通道阵列的每一端都固定有所述绝缘端板，所述电极丝通过所述绝缘端板与所述通道阵列固定在一起。
29.根据权利要求28所述的涂硼中子探测器，其特征在于每个所述基板呈L形，由平面状的基板折叠形成，使得每个通道具有方形截面。
30.根据权利要求28所述的涂硼中子探测器，其特征在于每个所述基板含有至少一个L形台阶，由平面状的基板折叠形成，使得每个通道具有方形截面。
31.根据权利要求29或30所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述基板是在折叠之前被涂上硼材料。
32.根据权利要求29或30所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述基板是在折叠之后被涂上硼材料。
33.根据权利要求28所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述通道阵列可为2X2到 MXN，其中，M、N均为大于2的整数。
34.根据权利要求28所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述中子探测器还包括外壳，所述外壳包括形成密封腔室的管体、底盘和陶瓷密封盘，所述通道阵列位于所述密封腔室内，所述陶瓷密封盘上设有中心电极，所述中心电极与每个所述通道内的电极丝形成电连接。
35.根据权利要求34所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述陶瓷密封盘上还设有充排气管，用于抽真空和充气操作。
36.根据权利要求34所述的涂硼中子探测器，其特征在于所述外壳沿其长度可具有圆形截面或方形截面。
专利摘要本实用新型公开了一种涂硼中子探测器，该涂硼中子探测器包括阴极管，其内部沿纵向形成多个通道，每个通道的内壁都涂有硼材料；电极丝，充当阳极，其被纵向地布置在每个所述通道内，该电极丝适于被施加高压；以及绝缘端板，所述阴极管的每一端都固定有所述绝缘端板，所述电极丝通过所述绝缘端板与所述阴极管固定在一起。优�。跫苡啥喔鐾坑信鸩牧系幕迤唇有纬�。该涂硼中子探测器通过阴极管内设置多个内壁涂有硼材料的通道，不仅提高了中子探测器的探测效率，使其能够达到甚至超过相同尺寸的3He中子探测器的探测效率，而且价格要比3He中子探测器便宜得多。
文档编号G01T3/00GK202221480SQ20112011364
公开日2012年5月16日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者刘以农, 姚楠, 张清军, 李元景, 毛绍基, 王永强, 董淑强, 赵自然, 陈志强 申请人:同方威视技术股份有限公司, 清华大学
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