[发明专利]中子探测器

说明书

本发明涉及一种中子探测器，首次允许构造大约1m²至2m²的大探测器面积，而中子的空间分辨率小于2mm。另外，在堆叠结构的模块化构造情况下，可以获得与³He计数管相当的检测灵敏度(约60％)，或者，在具有更多检测器元件的情况下，更高。通过使用薄的基板(例如铝片)并省去外部压力容器，所述中子探测器即使尺寸较大也相对较轻，并且制作成本较低。所述中子探测器包括至少一个模块(探测器元件)，其各自包括两个相互平行的、由第一中子透明材料制成的基板，所述基板各自跨接在由第二中子透明材料制成的自支撑框架上以形成补偿容积，并且在远离所述自支撑框架的一侧面上涂覆中子吸收材料，其中涂覆中子吸收材料的所述侧面分别面向另一基板的内侧，以及填充有计数气体的气密的测量空间，其被限定在彼此相对的基板涂覆的内侧之间并且其中设置有平行于所述基板的两个电极线平面，而在各个电极线平面中有电极线平行延伸，并且所述电极线平面由间隔框架彼此隔开。所述模块可以依次以堆叠方式布置。

技术领域

本发明涉及中子探测器及其用途。

背景技术

中子探测器用于，例如在辐射防护监视或基础研究中，监视和测定自由中子的流量和光谱。由于中子缺乏电荷，因此仅与物质发生微弱的相互作用，因此必须通过与合适的中子吸收材料发生核反应来检测其存在，在此过程中会产生电荷载流子或带电的放射性核素，可以使用合适的检测器进行检测，例如，装有计数气体的计数管。

粒子与中子吸收材料的相互作用用横截面σ来描述，该横截面的单位尺寸为1barn(10^-24cm²)。总横截面σ_tot可以通过每单位时间的相互作用数除以入射粒子通量密度来计算。在相互作用期间产生的次级粒子应在计数气体中具有足够的自由程，以使所述粒子可以到达检测器的敏感区域，并在该处沉积足够大的能量以进行检测。沉积的能量到电离的转换对于检测很重要。

常规的中子吸收材料将在下面描述：

同位素³He(³He+n→³H+¹H+0.764MeV；σ＝5.327barns)，在中子俘获后会产生质子和氚核的物质，被广泛用于比例计数管中。优点是较大的截面和较小的原子序数(Z＝2)，从而确保探测器的低γ灵敏度。缺点之一是气体中反应产物的路径长，这对空间分辨率具有负面影响。包括多个基于³He的分离的中子探测器的中子探测器设置是已知的，例如可见于WO2015/088748A1。

转换材料⁶Li(⁶Li+n→³H+α+4.78MeV；σ＝940barns)通常用于闪烁体，既可以用作掺杂剂，也可以用作闪烁体晶体的组成部分。但是，它也可以用作气体检测器中的转换膜。主要优点是反应过程中释放大量的能量。可惜的是，横截面相对较小并且处理复杂。包括多个基于⁶Li的中子探测器元件的中子探测器设置是已知的，例如可见于WO 2015/173540A1。所使用的闪烁材料是ZnS(Ag)，与⁶LiF混合作为中子吸收材料。

¹⁰B(¹⁰B+n→⁷Li+α+2.792MeV(6％)；σ＝3.842barns)用于充有BF₃的气体检测仪，但由于其毒性而难以操作。在固态检测器中，可使用化学惰性的B₄C，既可作为掺杂剂，也可作为转换薄膜。横截面可达大于⁶Li的4倍，释放的能量足以产生可检测的信号。具有多个掺杂有¹⁰B的多边形中子探测器元件的中子探测器设置是已知的，例如可见于EP 3 187 902A1。