本公開(kāi)涉及慢中子探測(cè)，具體而言，涉及一種提高慢中子探測(cè)效率的慢中子探測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

隨著慢中子探測(cè)、成像技術(shù)在國(guó)土安全、材料監(jiān)測(cè)、慢中子散射源測(cè)量等多個(gè)方向應(yīng)用逐漸增多，對(duì)于慢中子探測(cè)器的需求也逐漸增加。然而，廣泛使用的³He氣體已不能滿足持續(xù)增長(zhǎng)的使用需求，不同類型的新型慢中子探測(cè)器被研發(fā)出來(lái)用于替代³He，包括氣體慢中子探測(cè)器、閃爍體慢中子探測(cè)器、半導(dǎo)體慢中子探測(cè)器等。

對(duì)一個(gè)慢中子探測(cè)器而言，慢中子轉(zhuǎn)換體是其中的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)。慢中子本身不帶電荷，除了少數(shù)幾種慢中子敏感核素如⁶Li、¹⁰B、Gd等，慢中子與其他物質(zhì)的反應(yīng)截面都比較小，直觀效果就是慢中子難以被直接探測(cè)到。慢中子轉(zhuǎn)換體內(nèi)部富含較多的慢中子敏感核素，能夠通過(guò)核反應(yīng)將慢中子轉(zhuǎn)換為帶電粒子。探測(cè)器可以較為方便地測(cè)量到這些帶電粒子的能量、位置信息，進(jìn)而可以得到入射慢中子的相關(guān)物理信息。

在氣體慢中子探測(cè)器設(shè)計(jì)中，根據(jù)使用的基礎(chǔ)探測(cè)器的不同，可有多種類型的慢中子轉(zhuǎn)換體與慢中子探測(cè)器，例如基于圓柱形正比探測(cè)器陣列的氣體慢中子探測(cè)器、基于平板型電離室堆疊的氣體慢中子探測(cè)器。

在基于圓柱形正比探測(cè)器陣列的氣體慢中子探測(cè)器中，最基本的慢中子探測(cè)單元是一個(gè)圓柱形的正比探測(cè)器，每個(gè)單元都有獨(dú)立的陽(yáng)極絲和信號(hào)收集處理系統(tǒng)，典型代表如“稻草管”慢中子探測(cè)器陣列。然而，探測(cè)器的慢中子敏感面積與慢中子探測(cè)效率大致與圓柱形正比探測(cè)器個(gè)數(shù)的二次方成正比，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)大量陽(yáng)極絲的安裝、維修會(huì)有很大的工作量，各個(gè)慢中子探測(cè)單元探測(cè)效率的差異也會(huì)影響系統(tǒng)整體的性能。

在基于平板型電離室堆疊的氣體慢中子探測(cè)器中，最基本的慢中子探測(cè)單元是一個(gè)平板型電離室，每個(gè)電離室有獨(dú)立的二維信號(hào)讀出系統(tǒng)，典型代表如Gd-GEM慢中子探測(cè)器。然而，單層平板電離室的慢中子探測(cè)效率比較低，需要采用多個(gè)堆疊、慢中子掠入射等方法提高整體的慢中子探測(cè)效率，但這會(huì)給整體的信號(hào)讀出處理帶來(lái)很大壓力，不方便實(shí)現(xiàn)大面積慢中子探測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，提出了一種慢中子探測(cè)裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種慢中子探測(cè)裝置，包括：第一慢中子轉(zhuǎn)換體和第二慢中子轉(zhuǎn)換體，所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體配置為與入射的中子發(fā)生反應(yīng)，并且產(chǎn)生電子；電子倍增和讀出裝置，設(shè)置在所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體之間，對(duì)所述電子進(jìn)行倍增并讀出。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述電子倍增和讀出裝置包括：第一陰極絲組，包括并行排列的多條電極絲，并且設(shè)置在所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體之間靠近所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體一端；第二陰極絲組，包括并行排列的多條電極絲，并且設(shè)置在所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體之間靠近所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體一端；讀出電極絲組，包括并行排列的多條電極絲，工作為陽(yáng)極，并且設(shè)置在所述第一陰極絲組和和所述第二陰極絲組之間，所述讀出電極絲組的多條電極絲與所述第一陰極絲組的多條電極絲和所述第二電極絲組的多條電極絲的延伸方向基本上垂直。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述的慢中子探測(cè)裝置還包括：第一陰極極板，相對(duì)于所述第一陰極絲組設(shè)置在所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體的另一端；第二陰極極板，相對(duì)于所述第二陰極絲組設(shè)置在所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體的另一端。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述的慢中子探測(cè)裝置還包括：第一電場(chǎng)保護(hù)絲組，包括多條并行排列的電極絲，設(shè)置在所述第一陰極絲組和所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體之間；第二電場(chǎng)保護(hù)絲組，包括多條并行排列的電極絲，設(shè)置在所述第二陰極絲組和所述第二中子轉(zhuǎn)換體之間。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述讀出電極絲組與第一陰極絲組之間的間距為2-3毫米，所述讀出電極的多條電極絲之間的間距為3-5毫米。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體的每一個(gè)包括：基體，包括沿與所述讀出電極的多條電極絲所在平面垂直的方向延伸的多個(gè)孔貫穿洞和所述多個(gè)貫穿孔洞之間的絕緣壁；硼層，至少覆蓋所述多個(gè)貫穿孔洞的暴露表面。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體的每一個(gè)的體積范圍為1-20000立方厘米，所述貫穿孔洞的直徑大小范圍在1-10毫米。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體的每一個(gè)是底面為10厘米×10厘米，高5厘米的長(zhǎng)方體涂硼慢中子轉(zhuǎn)換體，貫穿孔洞的直徑為3.6毫米。

根據(jù)一些實(shí)施例，硼層的涂布厚度為1-3微米，優(yōu)選為1.6微米。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述的慢中子探測(cè)裝置還包括：具有圓柱狀結(jié)構(gòu)的場(chǎng)籠，所述場(chǎng)籠圍繞所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體和所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體。

根據(jù)一些實(shí)施例，所述場(chǎng)籠包括多個(gè)同軸銅圈，所述多個(gè)同軸銅圈用于分別加上梯度電壓。

通過(guò)將讀出電路設(shè)置在兩個(gè)慢中子轉(zhuǎn)換體之間，使得在探測(cè)器外形尺寸不變的情況下，電子漂移距離降低了一半，提升了信號(hào)的平均過(guò)閾概率。

附圖說(shuō)明

為了更好的理解本發(fā)明，將根據(jù)以下附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述：

圖1示出根據(jù)本公開(kāi)一示例實(shí)施方式的慢中子轉(zhuǎn)換體的立體圖；

圖2示出圖1所示的慢中子轉(zhuǎn)換體的剖視圖；

圖3示出根據(jù)本公開(kāi)的慢中子轉(zhuǎn)換體的慢中子探測(cè)效率與硼層質(zhì)量厚度的關(guān)系圖；

圖4示出根據(jù)本公開(kāi)一示例實(shí)施方式的慢中子探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖5示出根據(jù)本公開(kāi)一示例實(shí)施方式的讀出電極和陰極絲組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的慢中子探測(cè)裝置的工作過(guò)程的示意圖；

圖7示出根據(jù)本公開(kāi)的慢中子探測(cè)裝置對(duì)過(guò)閾概率的提高的示意圖。

附圖沒(méi)有對(duì)實(shí)施例的所有電路或結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示。貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件或特征。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說(shuō)明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是：不必采用這些特定細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說(shuō)明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。這里使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。

下文中提到的“慢中子”是指低于某一特定值的中子。該值的選擇取決于具體應(yīng)用場(chǎng)合。例如，在中子物理及核技術(shù)應(yīng)用中，通常把能量低于1keV的中子稱為慢中子。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的慢中子探測(cè)裝置的問(wèn)題，本公開(kāi)的實(shí)施例提出了一種提高信號(hào)過(guò)閾概率的慢中子探測(cè)裝置。根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，慢中子探測(cè)裝置包括兩個(gè)慢中子轉(zhuǎn)換體以及設(shè)置在二者之間的讀出電極絲組和陰極絲組。通過(guò)將諸如獨(dú)處電極絲組之類的讀出電路設(shè)置在兩個(gè)慢中子轉(zhuǎn)換體之間，使得在探測(cè)器外形尺寸不變的情況下，電子漂移距離降低了一半，提升了信號(hào)的平均過(guò)閾概率。

圖1示出根據(jù)本公開(kāi)一示例實(shí)施方式的慢中子轉(zhuǎn)換體的立體圖。圖2示出圖1所示的慢中子轉(zhuǎn)換體的剖視圖。應(yīng)理解，圖1和圖2示意性示出的結(jié)構(gòu)僅是根據(jù)本公開(kāi)的慢中子轉(zhuǎn)換體的一種示例，本公開(kāi)并不限于此。

如圖1和圖2所示，根據(jù)本公開(kāi)的慢中子轉(zhuǎn)換體100可包括基體120?；w120可包括沿第一方向貫穿所述基體的多個(gè)孔洞124和所述多個(gè)孔洞之間的絕緣壁122。

每個(gè)孔洞124可具有圓形或多邊形截面。根據(jù)一些實(shí)施例，每個(gè)孔洞具有正多邊形截面。根據(jù)另一些實(shí)施例，每個(gè)孔洞具有正六邊形截面且所述多個(gè)孔洞均勻排布，從而所述慢中子轉(zhuǎn)換體具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示，但本公開(kāi)不限于此。孔洞124可用于填充電離工作氣體，如后面所詳細(xì)描述的。

如圖2所示，慢中子轉(zhuǎn)換體100還包括至少覆蓋所述多個(gè)孔洞124的暴露表面的硼層126。根據(jù)一些實(shí)施例，可通過(guò)浸涂或其他合適的方式形成硼層126。

孔洞124可具有光滑的暴露表面，從而使覆蓋基體122的硼層具有較好的均勻性和表面粗糙度(例如，小于0.1微米的平整度)。

根據(jù)本公開(kāi)，可使用^natB(自然硼)或¹⁰B(提純硼)作為慢中子轉(zhuǎn)換材料。

根據(jù)一些實(shí)施例，基體120具有立方體或長(zhǎng)方體形狀，但本公開(kāi)不限于此。

根據(jù)一些實(shí)施例，絕緣壁122可具有1微米至50微米范圍內(nèi)的厚度。例如，絕緣壁可具有5微米至20微米范圍內(nèi)的厚度。根據(jù)一些實(shí)施例，絕緣壁122包括芳綸紙。

圖3示出根據(jù)本公開(kāi)的慢中子轉(zhuǎn)換體慢中子探測(cè)效率與硼層質(zhì)量厚度關(guān)系的曲線圖。

如圖3所示，如果使用^natB作為慢中子轉(zhuǎn)換材料，硼層的質(zhì)量厚度保持在0.232-0.694mg/cm2的范圍內(nèi)時(shí)(密度2.35g/cm³時(shí)，對(duì)應(yīng)厚度1-3μm，優(yōu)選為1.6μm)，可以實(shí)現(xiàn)較高的慢中子探測(cè)效率。

根據(jù)一些實(shí)施例，硼層具有0.232-0.694mg/cm²的質(zhì)量厚度。再根據(jù)一些實(shí)施例，所述硼層具有0.3-0.4mg/cm²的質(zhì)量厚度。再根據(jù)一些實(shí)施例，硼層具有0.37mg/cm²的質(zhì)量厚度。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，硼層太薄會(huì)導(dǎo)致與慢中子發(fā)生反應(yīng)的概率降低，而硼層太厚會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)生的重帶電粒子難以從轉(zhuǎn)換體的涂層內(nèi)進(jìn)入蜂窩狀孔洞，這均會(huì)大大降低整體的慢中子探測(cè)效果。

另外，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇慢中子轉(zhuǎn)換體的孔徑。根據(jù)一些實(shí)施例，孔洞124可具有0.1mm至20mm范圍內(nèi)的內(nèi)切圓直徑。根據(jù)另一些實(shí)施例，孔洞可具有3mm至10mm范圍內(nèi)的內(nèi)切圓直徑。在本申請(qǐng)中使用時(shí)，內(nèi)切圓指的是可與孔洞的最多邊相切的圓。

此外，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇慢中子轉(zhuǎn)換體的高度，以兼顧較高的慢中子探測(cè)效率與較好的電子導(dǎo)出效果。根據(jù)一些實(shí)施例，基體120具有1cm至30cm范圍內(nèi)的高度。例如，基體120可具有4cm至6cm范圍內(nèi)的高度。

根據(jù)一些實(shí)施例，兩個(gè)慢中子轉(zhuǎn)換體的每一個(gè)的體積范圍為1-20000立方厘米，所述孔洞124的直徑大小范圍在1-10毫米。此外，優(yōu)選地，慢中子轉(zhuǎn)換體可以底面為10厘米×10厘米，高5厘米的長(zhǎng)方體涂硼慢中子轉(zhuǎn)換體，貫穿孔洞124的直徑為3.6毫米。

根據(jù)一些實(shí)施例，可通過(guò)將納米級(jí)硼粉均勻沉積在芳綸紙基材上而制成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)切割與裁剪可以制成孔徑、長(zhǎng)度、硼層厚度均滿足應(yīng)用場(chǎng)景要求的慢中子轉(zhuǎn)換體。

圖4示意性示出根據(jù)本公開(kāi)一示例實(shí)施方式的慢中子探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖。

如圖4所示，慢中子探測(cè)裝置可包括第一慢中子轉(zhuǎn)換體520和第二慢中子轉(zhuǎn)換體530和電場(chǎng)保護(hù)絲組及陰陽(yáng)信號(hào)絲組540。第一慢中子轉(zhuǎn)換體520和第二慢中子轉(zhuǎn)換體530可以是如前結(jié)合圖1、圖2和圖3所述的慢中子轉(zhuǎn)換體。慢中子探測(cè)裝置還包括設(shè)置在所述第一慢中子轉(zhuǎn)換體520一端的上陰極極板510和設(shè)置在所述第二慢中子轉(zhuǎn)換體530一端的下陰極極板560。所述陰極極板510與電場(chǎng)保護(hù)絲組及陰陽(yáng)信號(hào)絲組540中的陽(yáng)極絲組形成電場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)電子向陽(yáng)極絲組漂移。類似地，所述陰極極板560與電場(chǎng)保護(hù)絲組及陰陽(yáng)信號(hào)絲組540中的陽(yáng)極絲組形成電場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)電子向陽(yáng)極絲組漂移，如后面將詳細(xì)描述的。

如前所述，第一慢中子轉(zhuǎn)換體520和第二慢中子轉(zhuǎn)換體530均可包括基體120和硼層126?；w120的多個(gè)孔洞124中填充電離工作氣體，以用于產(chǎn)生電子?？墒褂秒娮訖M向擴(kuò)散系數(shù)小的工作氣體，使電子在漂移導(dǎo)出過(guò)程中的橫向擴(kuò)散盡量小。根據(jù)一些實(shí)施例，電離工作氣體可以是95％的氬氣與5％的二氧化碳的混合氣體，但本公開(kāi)不限于此，也可以氣體適宜的工作氣體。

根據(jù)一些實(shí)施例，如圖4所示，慢中子探測(cè)裝置還可包括具有圓柱狀結(jié)構(gòu)的場(chǎng)籠550，所述場(chǎng)籠550圍繞所述兩個(gè)慢中子轉(zhuǎn)換體520和530。場(chǎng)籠550可包括多個(gè)同軸銅圈，所述多個(gè)同軸銅圈用于分別加上梯度電壓。場(chǎng)籠550可起到隔離屏蔽的作用，并可約束內(nèi)部氣體環(huán)境的等勢(shì)面在大部分區(qū)域保持平行，即形成近似的勻強(qiáng)電場(chǎng)。

此外，根據(jù)一些實(shí)施例，慢中子探測(cè)裝置還可包括保護(hù)環(huán)(未示出)。保護(hù)環(huán)可設(shè)置在場(chǎng)籠兩側(cè)，用于提供兩端平面的電位，對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)起輔助作用。

圖5示出根據(jù)本公開(kāi)一示例實(shí)施方式的讀出電極和陰極絲組的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，為了構(gòu)造一個(gè)與陰極極板相對(duì)、且電子能夠順利穿過(guò)的漂移極，本公開(kāi)的一些實(shí)施例中使用了一組金屬絲構(gòu)成電場(chǎng)保護(hù)絲組541和545，以隔絕漂移電場(chǎng)與倍增電場(chǎng)，同時(shí)無(wú)礙電子的運(yùn)動(dòng)。如圖5所示，考慮到電子會(huì)從上下兩側(cè)到達(dá)倍增和讀出裝置542、543和544，且便于在大面積探測(cè)領(lǐng)域使用，本公開(kāi)的實(shí)施例中采用二維多絲電極的技術(shù)構(gòu)建電子倍增器，即利用三組絲構(gòu)成平行的第一和第二陰極絲組542、544所在平面與陽(yáng)極絲組543所在平面，其中第一和第二陰極絲組542、544的電極絲與陽(yáng)極絲組543的電極絲的方向相互垂直，利用陽(yáng)極絲附近的強(qiáng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電子雪崩，雪崩產(chǎn)生的電子會(huì)很快被陽(yáng)極絲收集，而產(chǎn)生的正離子則會(huì)漂移一段距離，然后被第一和第二陰極絲組542、544收集。

如圖4和圖5所示，第一陰極絲組542包括并行排列的多條電極絲，并且設(shè)置在第一慢中子轉(zhuǎn)換體520和第二慢中子轉(zhuǎn)換體530之間靠近第一慢中子轉(zhuǎn)換體一端。第二陰極絲組544包括并行排列的多條電極絲，并且設(shè)置在第一慢中子轉(zhuǎn)換體520和第二慢中子轉(zhuǎn)換體530之間靠近第二慢中子轉(zhuǎn)換體一端。讀出電極絲組543包括并行排列的多條電極絲，工作為陽(yáng)極，并且設(shè)置在第一陰極絲組542和和第二陰極絲組544之間，所述讀出電極絲組543的多條電極絲與第一陰極絲組542的多條電極絲和第二電極絲組544的多條電極絲的延伸方向基本上垂直。根據(jù)一些實(shí)施例，作為陽(yáng)極絲組的讀出電極絲組543與第一陰極絲組542以及第二陰極絲組543的絲間距均為2-3mm，優(yōu)選為2mm，陽(yáng)極絲組的絲間距為3-5mm，優(yōu)選為4mm。

如圖5所示的，慢中子探測(cè)裝置還包括第一電場(chǎng)保護(hù)絲組541和第二電場(chǎng)保護(hù)絲組545。第一電場(chǎng)保護(hù)絲組541包括多條并行排列的電極絲，設(shè)置在第一陰極絲組542和第一慢中子轉(zhuǎn)換體520之間。第二電場(chǎng)保護(hù)絲組545包括多條并行排列的電極絲，設(shè)置在第二陰極絲組544和第二中子轉(zhuǎn)換體545之間。

圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的慢中子探測(cè)裝置的工作原理。下面參照?qǐng)D5和圖6描述根據(jù)本公開(kāi)的慢中子探測(cè)裝置的工作原理。

如圖6所示，根據(jù)本公開(kāi)的慢中子探測(cè)過(guò)程可分為三大部分：慢中子吸收到電子形成、電子漂移、電子倍增及信號(hào)收集。

慢中子吸收到電子形成階段的物理過(guò)程發(fā)生在慢中子轉(zhuǎn)換體內(nèi)部。入射慢中子在硼層126中發(fā)生¹⁰B(n，α)⁷Li反應(yīng)，產(chǎn)生重帶電粒子α粒子與⁷Li，它們的運(yùn)動(dòng)方向相反且是在4π立體角內(nèi)均勻分布的。因此，每次反應(yīng)最多只有一個(gè)粒子進(jìn)入蜂窩狀孔洞124的氣體環(huán)境中。當(dāng)α粒子或⁷Li在孔洞124內(nèi)的氣體環(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)通過(guò)電離作用沉積能量，產(chǎn)生電子。這些電子如果被探測(cè)器探測(cè)到，就能夠形成相應(yīng)的電信號(hào)。

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，慢中子穿過(guò)硼層126時(shí)發(fā)生¹⁰B(n，α)⁷Li反應(yīng)的概率與α粒子、⁷Li進(jìn)入孔洞124的平均概率決定整個(gè)探測(cè)器可能的慢中子探測(cè)效率。如前參照?qǐng)D3所述，當(dāng)硼層的質(zhì)量厚度保持在0.232-0.694mg/cm²的范圍內(nèi)時(shí)(密度2.35g/cm³時(shí)，對(duì)應(yīng)厚度1-3μm)，可以實(shí)現(xiàn)較高的慢中子探測(cè)效率。

由于重帶電粒子的電離效應(yīng)，電子產(chǎn)生的初始位置分布在整個(gè)慢中子轉(zhuǎn)換體的各個(gè)蜂窩狀孔洞的內(nèi)部。為使這些電子形成輸出的電信號(hào)，本公開(kāi)的方案使電子從孔洞內(nèi)漂移出來(lái)。如前所述，電子在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下向慢中子轉(zhuǎn)換體的一端漂移，即向電子倍增和讀出裝置542、543、544漂移。

考慮到電子會(huì)從上下兩側(cè)到達(dá)倍增和讀出裝置542、543、544，且便于在大面積探測(cè)領(lǐng)域使用，本公開(kāi)的實(shí)施例采用了如上所述的二維多絲電極的技術(shù)構(gòu)建電子倍增器，即利用三組絲構(gòu)成平行的第一和第二陰極絲組542、544所在平面與陽(yáng)極絲組543所在平面，其中第一和第二陰極絲組542、544的電極絲與陽(yáng)極絲組543的電極絲的方向相互垂直，利用陽(yáng)極絲附近的強(qiáng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電子雪崩，雪崩產(chǎn)生的電子會(huì)很快被陽(yáng)極絲收集，而產(chǎn)生的正離子則會(huì)漂移一段距離，然后被第一和第二陰極絲組542、544收集。

上述實(shí)施例的慢中子探測(cè)器中有兩個(gè)涂硼熱中子轉(zhuǎn)換體520和530，它們共用一個(gè)電子雪崩及信號(hào)收集裝置，呈平面對(duì)稱關(guān)系。這樣設(shè)計(jì)使得在探測(cè)器外形不變的情況下，最大的電子漂移距離將會(huì)下降一半，這對(duì)于提升探測(cè)器的探測(cè)性能很有幫助。

為了去除電子學(xué)噪聲與γ射線信號(hào)，所有的氣體中子探測(cè)器都需要設(shè)定一定的閾值，而在閾值與電子雪崩看似恒定的情況下，電子漂移結(jié)果的好壞則會(huì)在很大程度上影響中子探測(cè)效率。圖7給出了在閾值確定時(shí)電子漂移長(zhǎng)度與信號(hào)過(guò)閾概率之間的關(guān)系，由圖7可知，若將一個(gè)100mm高的中子轉(zhuǎn)換體拆成兩個(gè)50mm高的轉(zhuǎn)換體，并從中間讀出信號(hào)，即可將最大漂移距離從100mm縮短為50mm，則信號(hào)的平均過(guò)閾概率能提升5％-10％。

用例如上述的涂硼熱中子轉(zhuǎn)換體以及中間多絲讀出的設(shè)計(jì)，可以制成性能較好的氣體中子探測(cè)器。相較于利用單個(gè)新型涂硼熱中子轉(zhuǎn)換體設(shè)計(jì)的探測(cè)器，在不增大探測(cè)器體積的前提下縮短了電子在熱中子轉(zhuǎn)換體內(nèi)的漂移距離，可以提高探測(cè)器整體的探測(cè)效率。

雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語(yǔ)是說(shuō)明和示例性、而非限制性的術(shù)語(yǔ)。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。