一种中子探测器

本技术涉及中子检测设备领域，特别是涉及一种中子探测器。

背景技术：

1、中子是研究物质微观结构及其动力学性质的理想探针。目前中子散射已广泛用于物理、化学、材料、生物、地质、能源、医疗卫生和环境保护等众多学科领域。

2、位置灵敏中子探测器是中子散射谱仪的关键组成部件。长期以来，中子散射谱仪大多采用高气压氦-3中子探测器。但近年来出现的氦-3气体供应危机使得世界各国都在积极探寻替代氦-3的中子探测技术，其中基于10b涂层的气体探测器是替代中子探测器的主要发展方向之一。作为气体探测器，基于硼-10涂层的中子探测器的显著优点是具有极低的γ射线灵敏度。但由于单层硼-10对热中子的有效探测效率只能达到5％，如何实现高的中子探测效率是该类探测器要解决的主要关键技术问题。

3、在提高涂硼中子探测器探测效率方面，目前主要的方法是采用多层涂硼10薄膜，包括多层涂硼多丝正比室、涂硼气体电子倍增器(gem)等。多层涂硼多丝正比室的优点是探测材料对中子的散射小，但其最高计数率较低。当前的研究热点主要集中在基于多层涂硼gem的中子探测器的研制上面。由于gem膜的高压稳定性、膜的尺寸以及在gem表面制作10b涂层的技术工艺等因素的限制，利用多层gem膜制作大面积位置灵敏中子探测器具有一定的困难性。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种结构改进的中子探测器。

2、本技术采用了以下技术方案：

3、本技术公开了一种中子探测器，包括盖板、底座，以及安装在盖板和底座之间的若干个层叠的涂硼微间隙室电极，盖板和底座组成容纳涂硼微间隙室电极的气体腔；盖板上设置有入射窗，入射窗的内表面安装有涂硼阴极板；涂硼微间隙室电极包括基板，基板面向盖板的面设置有若干个相互平行的金属读出条，金属读出条的表面在与金属读出条相互垂直的方向设置有若干个相互平行的金属阳极条，并且，金属读出条和金属阳极条之间由绝缘层隔开；基板面向底座的面涂覆有硼薄膜层。

4、需要说明的是，本技术中，各层叠的涂硼微间隙室电极的金属阳极条的走向相同，即位于不同层的涂硼微间隙室电极的金属阳极条相互平行。本技术的中子探测器，相对于现有的多层涂硼多丝正比室，具有更高的位置分辨率和最高计数率；相对于现有的多层涂硼gem，本技术中子探测器每一层，即每个涂硼微间隙室电极，都自带二维读出能力，不需要添加额外的读出电极，更易于采用多层结构实现高效率中子探测。本技术的一种实现方式中，采用20个层叠的涂硼微间隙室电极，可以实现超过50％的热中子探测效率。

5、本技术的一种实现方式中，涂硼微间隙室电极的基板为铝基印刷线路板。

6、优选的，铝基印刷线路板的厚度为0.3-1mm。

7、本技术的一种实现方式中，涂硼微间隙室电极的金属读出条为铜条，金属读出条的宽度为0.5-2mm。

8、本技术的一种实现方式中，涂硼微间隙室电极的金属阳极条的材料为金，金属阳极条的厚度为1-3μm，宽度为10-20μm，条间距为200-500μm。

9、本技术的一种实现方式中，涂硼微间隙室电极的硼薄膜层的厚度为0.1-10μm。

10、优选的，硼薄膜层的厚度为0.5-4μm，更优选为1-3μm。

11、本技术的一种实现方式中，若干个层叠的涂硼微间隙室电极中，两个涂硼微间隙室电极之间的间隙为3-6mm，优选为4-5mm。

12、本技术的一种实现方式中，涂硼阴极板的基板为铝基印刷线路板，铝基印刷线路板表面涂覆10b4c薄膜。

13、优选的，铝基印刷线路板的厚度为0.3-1mm。

14、本技术的一种实现方式中，10b4c薄膜的厚度为0.1-10μm，优选为0.5-4μm，更优选为1-3μm。

15、本技术的一种实现方式中，气体腔上设置有高压接头和信号引出接头，各电极分别通过高压接头和信号引出接头与高压电源和信号读出电子学系统相连。

16、本技术的一种实现方式中，信号读出电子学系统包括快电荷灵敏前置放大器、多通道数字化仪；中子探测器的信号位置读出采用延迟线读出法，每根金属阳极条、金属读出条均连接到延迟线模块的端口上，延迟线模块两端的输出信号分别通过电荷灵敏前置放大器进行放大和定时甄别，电荷灵敏前置放大器输出的定时信号通过多通道数字化仪进行时间记录，通过测量信号到达延迟线模块两端的时间差确定脉冲电流信号的产生位置，即中子的入射位置。

17、需要说明的是，延迟线模块的作用是实现两端信号到达的时间差；电荷灵敏前置放大器设置于延迟线模块串联后引出的两路信号上，电荷灵敏前置放大器的作用是延迟线模块的信号，信号大到可以被电子学获取到，能够更明显的看到两端信号到达的时间差，实现更准确的测量时间差。可以理解为，延迟线模块是直接让两端的信号出现时间差，而电荷灵敏前置放大器则是将信号放大，进行时间差的测量；因此，延迟线模块的特征阻抗和电荷灵敏前置放大器的设计相匹配，可以减小或避免原始信号的损失，而进一步的放大。

18、还需要说明的是，本技术中，延迟线模块会直接影响中子探测器的性能，采用延迟线模块芯片既可以节省实验空间，又可以保证信号从输出到电荷灵敏前置放大器之间延迟时间的一致性。本技术的一种实现方式中采用了data delay device公司生产的1507-50c延迟块芯片，每个延迟块芯片有十个延迟块单元，每个延迟块单元的延迟时间为5ns，等效电感为l＝1μh，等效电容为c＝25pf。一个1507-50c延迟块芯片有14个触角，其中10个与金属读出条相连，一路输入或者输出，一路悬空，最后两路接地。

19、本技术的一种实现方式中，中子探测器的工作气体为一个大气压的氩气和二氧化碳。

20、需要说明的是，工作气体采用氩气和二氧化碳的混合气体，中子与硼反应后，产生的次级粒子主要是与混合气体中的ar分子产生原初电离，而二氧化碳作为淬灭性气体，主要是防止探测器打火，损坏探测器部件。

21、本技术的一种实现方式中，中子探测器包括2-20个层叠的涂硼微间隙室电极。

22、需要说明的是，本技术的一种实现方式中，采用4个层叠的涂硼微间隙室电极的热中子探测效率可以达到19％，8个层叠的涂硼微间隙室电极的热中子探测效率可以达到30％，20个层叠的涂硼微间隙室电极的热中子探测效率可以达到50％以上，能够满足中子检测的使用需求，具有更高的位置分辨率和最高计数率。

23、还需要说明的是，本技术的中子探测器，如不采用涂硼电极，则可采用单层结构应用于x射线或其它粒子位置测量。如仅仅进行中子的计数测量，则可只由金属阳极条进行读出；将所有金属阳极条连接在一起作为一个通道输出，信号经放大甄别后即可利用计数器等设备进行中子计数测量。

24、本技术的有益效果在于：

25、本技术的中子探测器，创造性的将耐高计数率的二维微间隙室与多层涂硼技术结合起来，能够实现高计数率、高位置分辨和高效率中子探测。相对于现有的多层涂硼多丝正比室，本技术的中子探测器具有更高的位置分辨率和最高计数率。相对于现有的多层涂硼gem，本技术中子探测器每一层都自带二维读出能力，不需要添加额外的读出电极，更易于采用多层结构实现高效率中子探测。