CN102375153A - 用于探测器中阳极与阴极电分离的系统、方法以及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的某些实施例可包括用于提供探测器中阳极与阴极电分离的系统、方法以及设备。根据本发明的示例实施例，呈现了用于提供中子探测器管的方法。该方法可包括在与中子探测器(100)关联的非导电阴极管(102)的内表面的至少一部分上施加导电层(104)；用阴极罩(112)密封中子探测器管(100)的第一部分(126)；以及用阳极罩(120)密封该中子探测管(100)的第二部分(128)。

Description

用于探测器中阳极与阴极电分离的系统、方法以及设备
技术领域
本发明一般涉及阳极与阴极的电分离，以及特别涉及在探测器中的阳极与阴极的电分离。
背景技术
某些放射性材料(包括钚)发射射线和/或亚原子粒子。钚-239与钚240例如从自发裂变事件发射伽马射线以及中子。探测钚能非常有挑战性，并且通常需要专门的科学仪器，其设计成探测中子。然而，探测自由中子能相当有挑战性，因为它们不携带电荷。
已经制造出能间接测量发射的自由中子的探测器。例如，当氦3吸收中子时产生带电粒子(氚与氕)，且能探测该带电粒子。利用氦3的中子探测器已被提出用于探测在集装箱中的走私钚，但是全球性的氦3短缺在某种程度上妨碍此发展。现已开发备选的材料以提供对氦3的替代。
中子探测器管典型地以在阴极与阳极之间大的电压势能运行，以及因此，在阴极与阳极之间通常需要电隔离的手段。探测器管典型地被密封以包含填充气体。传统的隔离以及密封方法包括陶瓷对金属的密封，其需要严格公差以及铜焊操作，其能增加对每个管的相当大的成本。通常，中子探测器管被用于包含多个探测器管的阵列，因此在每个管的组件中使用的任何昂贵的过程或者材料能导致最终阵列中相当大的费用。
发明内容
以上的需要的部分或者全部可通过本发明的某些实施例来解决。本发明的某些实施例可包括用于在探测器中阳极与阴极电分离的系统、方法以及设备。
根据本发明的示例实施例，呈现了用于提供中子探测器管的方法。该方法可包括在与中子探测器关联的非导电阴极管的内表面的至少一部分上施加导电层；在导电层的至少一部分上施加中子敏感阴极涂层；用阴极罩密封中子探测器管的第一部分；以及用阳极罩密封该中子探测管的第二部分。
根据另一示例实施例，提供了系统。该系统可包括电源、脉冲探测器、以及至少一个中子探测器管。该至少一个中子探测器管可包括阴极管。阴极管可包括带内表面的非导电的主体部分与在内表面的至少一部分上的导电层。阴极管可包括与导电层电联接的中子敏感阴极涂层。该阴极管可包括阴极罩以密封中子探测器管的第一部分。该阴极管还可包括阳极罩，其与阴极管的非导电主体部分联接以密封中子探测器管的第二部分。
根据另一示例实施例，提供了设备。该设备可包括阴极管。该阴极管可包括带内表面的非导电主体部分，以及在内表面至少一部分上的导电层。该阴极管可包括与导电层电联接的中子敏感阴极涂层。该阴极管还可包括阴极罩以密封阴极管的第一部分。阴极管还可包括阳极罩，其与阴极管的非导电主体部分联接以密封阴极管的第二部分。
本发明的其他实施例与方面在本文中详细地描述且被认为是所请求保护的发明的一部分。其他的实施例以及方面能参照接下来的详细说明、附图以及权利要求书来理解。
附图说明
现参考附上的表格与附图，其不必根据比例绘制，并且其中：
图1是根据本发明的示例实施例的图示的中子探测器管的框图。
图2是根据本发明的示例实施例的图示的中子探测器系统的框图。
图3是根据本发明的示例实施例的示例的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例将参照附图(其中示出了本发明的实施例)在下文中更充分地描述。然而，本发明可以许多不同形式来体现并且不应被理解为限制于本文阐述的实施例；而且，提供这些实施例使得本公开将是彻底的以及完全的，并且将向本领域内技术人员完全地传达本发明的范围。相同的数字全部涉及相同的元件。
本发明的某些实施例可实现在探测器中的阳极与阴极之间的电隔离。本发明的实施例还可提供被用于密封探测器管的更加成本有效的材料与方法。例如，通过使用材料的某些设置来制备探测器管(包括导电表面、敏感涂层、以及非导电区域)，阴极主体的部分可在阴极与阳极之间提供电隔离并且可实现玻璃对玻璃和/或金属对金属的密封的使用，来替代昂贵的陶瓷对金属的密封。
本发明的某些示例实施例还可包括用于在中子探测器管中使用的中子敏感涂层。例如，在本发明的某些实施例中，包括硼-10、锂-6、钆、或者铀235的中子敏感材料可被施加为用于热中子探测的涂层。这样的材料可被施加为化合物、或者通过添加粘合剂材料来施加。例如，聚合物粘合剂可被利用以将纯元素富集的硼-10粘附于阴极衬底。涂层化合物的该形式可包括例如铝粉末，以提供既中子敏感又导电的单个涂层。化合物(比如B4C、BN、或B2O3)是可被施加为中子敏感层的其他的硼化合物的示例。
某些示例实施例可在中子敏感涂层中利用铀235。该材料可施加为氧化物(U3O8或UO2)或者可与其他添加剂结合用于导电特性。在某些示例实施例中，硼或者锂化合物可提供某些用于入口监测器的优点，因为其低原子序数提供良好的伽马射线排斥。
根据某些示例实施例，在中子探测器管中的阴极衬底可由玻璃管或者拉长的圆柱制成，且玻璃管内表面至少一部分被金属化，使得金属涂层延伸至该管的第一端，但是在短于第二端处终止。金属化的表面可至少部分地以中子敏感化合物涂敷以形成阴极。(导电)金属阴极罩可然后通过在金属罩与金属化的表面之间的金属对金属的密封的应用来密封第一端。第二、未金属化的端可通过在未金属化的玻璃管衬底与阳极罩之间的玻璃对玻璃密封的应用以(非导电的)玻璃阳极罩来密封。根据本发明的示例实施例，阳极电线可通过玻璃管的主体从第一端到第二端延伸，并且可机械地粘附于阴极罩，但通过非导电的锚与阴极罩电隔离。
根据本发明的示例实施例，用于电分离阳极与阴极并且用于密封探测器管的材料与部件的各个设置现将参照附图描述。
图1根据本发明的示例实施例，图示示例的中子探测器管100。在示例实施例中，中子探测器管100可包括阴极管102，其由非导电材料(比如玻璃)制成。在另一示例实施例中，阴极管102由密封兼容、非导电的材料(比如塑料)制成。阴极管可包括第一部分126以及第二部分128。在示例的实施例中，阴极管102可用作导电层104的衬底，导电层104可选择性地被施加于阴极管102的内表面，使得导电层104延伸至第一端部分126，但未一直达到阴极管104的第二端部分128。在示例实施例中，导电层可具有比大约25微米少的厚度。例如，在第二端128附近可存在非导电部分，使得阴极管102衬底是未以导电层104施加于衬底的裸露玻璃。在本发明的某些实施例中，导电层104可包括连续的金属化的层。在某些示例实施例中，金属化的层可包括铝。
根据本发明的示例实施例，导电层102可至少部分地涂敷有阴极涂层106。在某些示例实施例中，阴极涂层106可包括中子敏感材料。根据本发明的某些示例实施例，阴极层106可包括硼-10。在某些示例实施例中，硼-10阴极涂层可包含大约0.25至约0.7mg每平方厘米的硼-10。在本发明的另一示例实施例中，阴极涂层106可包括锂-6、钆、或铀235。根据本发明的示例实施例，阴极涂层106还可包括粘合剂材料以将阴极涂层106保持在一起，并且允许其粘附在导电层104上。例如，聚合物材料可包括在粘合剂中。在某些示例实施例中，阴极涂层106或者粘合剂可包括导电材料，比如铝粉末，以形成导电阴极层106。在这样的实施例中，导电阴极涂层106可直接施加于玻璃阴极管102衬底，从而代替导电层102。在另一示例实施例中，导电阴极涂层106可施加于导电层102。
根据某些示例实施例，阳极电线108可通过阴极管102的中心从靠近第一端部分126至靠近第二端部分128延伸。根据本发明的示例实施例，阳极罩120可邻近第二端部分128保持、固定、或者粘附阳极电线108。在示例实施例中，非导电阳极电线锚110可邻近第一端部分126保持、固定、或者粘附阳极电线108。根据示例实施例，阳极电线锚110可由玻璃或者陶瓷制成，并且可附连于或者部分包含在导电阴极罩112中，使得阳极电线110不发生与阴极罩112的电接触。在某些实施例中，阳极电线锚110可附连于或者部分包含在阴极罩112中，使得没有必要进行密封以保持中子探测器管100内的填充气体114避免在阴极罩112与阳极电线锚110之间的界面处逃离探测器管100。根据示例实施例，阳极电线108的第一端可被固定于阳极电线锚110，其可牢固地粘附于阴极罩112。在示例实施例中，阴极罩112可包括与阳极电线锚110或者阳极电线108的非导电连接。
根据本发明的示例实施例，阴极罩112可由导电材料(比如金属)制成。在某些实施例中，阴极罩112可由铝制成。根据本发明的示例实施例，阴极罩112可通过将阴极罩112主体的至少一部分插入阴极管102的第一端部分126而附连在阴极管102的第一端部分126。例如，阴极罩112可包括凹进部分或者圆形槽，其可接纳阴极管102的第一端部分126。在示例实施例中，第一部分界面115可在阴极罩112的至少一部分与在阴极管102的内表面上的导电层104之间形成。在本发明的某些示例实施例中，阴极管102可在第一部分126处以阴极罩112来密封。在示例实施例中，第一部分密封116可被用于密封第一部分界面115。在本发明的某些示例实施例中，第一部分密封116可以是金属对金属的密封，其将导电阴极罩112与阴极管导电层104电连接，同时提供不透气的密封。在本发明的示例实施例中，中子探测器管100的第一部分126可在阴极罩112与导电层104之间的第一部分界面115处以导电密封116来密封。
根据本发明的其他示例实施例，阴极罩112可至少部分地以非导电材料(比如玻璃)制成，使得第一部分界面115可以玻璃对玻璃的密封(117)、而不是金属对金属的密封116来密封。在该示例实施例中，导电层104可不延伸至第一部分126的端部，但可(如图1中所示，在虚线部分的导电层之前)结束，使得阴极管102的暴露的玻璃部分可以玻璃对玻璃的密封(117)密封于玻璃阴极罩112。在某些示例实施例中，外部的电连接可通过导电电线、桥、或者导电通路与导电层104发生。例如，在某些实施例中，一个或者多个导体或者导电电线134可与导电层104电接触，并且电线134可通过阴极罩112延伸以形成阴极电极以用于与外部设备的电连接。在示例实施例中，玻璃阴极罩112可形成，使得气密或者不透气的密封围绕导电电线134形成，导电电线134通过阴极罩112延伸。
在另一示例实施例中，一个或者多个导电通道134可与导电层104电接触，并且通道136可通过阴极管102延伸以形成阴极电极以用于与外部设备的电连接。在示例实施例中，通道136可形成使得气密或者不透气的密封在通道136通过阴极管102延伸的界面处形成。
根据本发明的示例实施例，密封中子探测器管100的第一部分可包括以玻璃对玻璃密封(117)来密封在阴极罩112与阴极管102的非导电部分之间的第一部分界面115。在某些实施例中，与第一部分界面115接触的阴极罩112的至少一部分包括玻璃。
根据示例实施例，阴极管128的第二端部分128可用阳极罩120来密封。在本发明的某些示例实施例中，阳极罩120可由非导电材料(比如玻璃或者陶瓷)来制得。在示例实施例中，阳极罩120可在阴极管102的非导电部分124处与阴极管102形成第二部分界面117。在示例实施例中，阳极罩120可包括槽或者凹进部分，其可接纳阴极管102的第二端部分128，使得阳极罩120的至少一部分延伸入阴极管102的第二端部分128以形成第二部分界面117。在示例实施例中，阳极罩120可在第二部分界面117处通过第二部分密封118来密封于阴极管102。在某些示例实施例中，第二部分密封118可以是玻璃对玻璃的密封。在另一示例实施例中，第二部分密封118根据阳极罩120的材料可以是玻璃对陶瓷的密封。根据示例实施例，密封中子探测器100的第二端部分128可包括以玻璃密封118来密封在阳极罩120与阴极管102的非导电部分124之间的第二部分界面117。
根据本发明的示例实施例，阳极罩120可在阳极电线/罩界面122处提供用于阳极电线108的密封锚。在示例实施例中，阳极电线108可通过阳极罩120延伸以实现中子探测器管100的内部之外的阳极电连接130。在示例实施例中，阳极罩120还可包括净化管132，其通过阳极罩120延伸并且允许中子探测器管100的内部被抽空或者被净化，以及然后用填充气体114来填充。填充气体114可包括氩、甲烷、和/或CO2。在中子探测器管被净化以及用填充气体114填充以后，净化管132可被密封以保持填充气体114免于逃离。
在本发明的示例实施例中，第二部分密封118(玻璃对玻璃)可规定为大于约200伏特/密耳(7.6伏特/微米)的介电强度。在本发明的示例实施例中，第二部分密封118可被指定成真空密闭度为约1*10-9标准cc/sec氦。在本发明的示例实施例中，第二部分密封118可以规定为约1014欧姆*厘米的体积电阻率。在本发明的某些示例实施例中，第一部分密封116(金属对金属)可被指定成真空密闭为约1*10-9标准cc/sec氦。在本发明的某些示例实施例中，第一部分密封116可被指定成具有比约100欧姆*厘米少的电阻系数。在本发明的其他示例实施例中，第一部分密封116可被指定成具有比约10欧姆*厘米少的电阻系数。在某些示例实施例中，第一部分密封116可被指定使得第一部分密封116的体积电阻当探测器电流穿过导电密封时不会造成明显的电压降。
图2根据本发明的示例实施例描绘了示例的中子探测器系统200。在示例实施例中，系统200可包括一个或者多个探测器管202。在示例实施例中，中子探测器管可与DC电源204连接。例如，电源可在关联每个探测器管202的阳极与阴极之间提供直流电压势能。在示例实施例中，在阳极与阴极之间的势能可以是约600至约1200伏特的范围中。在示例实施例中，一个或者多个电源204可被利用。在示例实施例中，阵列中的多个探测器管202可并联连接。在示例实施例中，脉冲探测器206可接收并且探测来自一个或者多个中子探测器管202的脉冲。在示例实施例中，来自电源204的高压可例如通过一个或者多个滤波电容器208被阻挡。在示例实施例中，电容器208可被利用以使瞬时、脉冲、以及交流电信号通过，但不是使来自电源204的DC电压通过。
根据本发明的示例实施例，脉冲探测器206可与控制器210通信。控制器210可包括存储器212、一个或者多个处理器214、以及一个或者多个输入/输出界面216。在示例实施例中，控制器210还可包括一个或者多个网络界面218。根据示例实施例，存储器212可包括操作系统220与数据222。在本发明的示例实施例中存储器还可包括计数器模块224，其可提供计算机可执行指令给一个或者多个处理器214以用于识别、计数、和/或进一步分析接收自脉冲探测器的脉冲。在示例实施例中，计数器模块224协同输入/输出界面216或者网络界面218可提供自由中子的存在的指示。在示例实施例中，计数器模块224协同输入/输出界面216或者网络界面218可提供每单位时间探测到的中子的数量的指示。
用于提供中子探测器管的示例方法300现将参照图3的流程图来描述。方法300以框302开始，并且根据示例实施例，包括在与中子探测器关联的非导电阴极管的内表面的至少一部分上施加导电层。在框304，并且根据示例实施例，方法300包括在导电层的至少一部分上施加中子敏感阴极涂层。在框306，并且根据示例实施例，方法300包括以阴极罩密封中子探测器管的第一部分。在框308，并且根据示例实施例，方法300包括以阳极罩密封中子探测管的第二部分。方法300在框308之后结束。
相应地，本发明的示例实施例能提供创造某些系统、方法以及设备的技术效果，该系统、方法以及设备能被利用以用于探测某些放射性材料的存在。本发明的示例实施例能提供进一步的技术效果：提供用于密封中子探测器管、同时提供在阳极与阴极之间的电绝缘的系统、方法以及设备。本发明的示例实施例能提供进一步的技术效果：提供用于经由与阴极接触的金属密封来对至少一个电极提供电导性的系统、方法、以及设备。本发明的示例实施例能提供进一步的技术效果：提供用于经由金属桥或者导体从导电层到至少一个外部电极提供电导性，同时允许两端界面以玻璃对玻璃的密封来密封的系统、方法、以及设备。本发明的示例实施例能提供进一步的技术效果：提供可实现玻璃对玻璃和/或金属对金属密封来替代昂贵的陶瓷对金属的密封的使用的系统、方法、以及设备。
在本发明的示例实施例中，中子探测器系统200可包括任何数量的软件应用，其被执行以利于任何的运行。在示例实施例中，一个或者多个I/O界面可利于在中子探测器系统200与一个或者多个输入/输出装置之间的通信。例如，通用串行总线端口、串行端口、磁盘驱动、CD-ROM驱动、和/或一个或者多个用户界面装置，比如显示器、键盘、键区、鼠标、控制面板、触摸屏显示器、麦克风、等等，可利于用户与中子探测器系统200之间的交互。一个或者多个I/O界面可被利用以接收或者收集来自广泛种类的输入装置的数据和/或用户指令。接收的数据可如本发明的各个实施例中所希望地通过一个或者多个计算机处理器处理和/或存储在一个或者多个存储器装置中。
一个或者多个网络界面可利于中子探测器系统200的输入与输出与一个或者多个合适的网络和/或连接的连接；例如，利于与与系统关联的任何数量的传感器的通信的连接。一个或者多个网络界面可进一步利于与一个或者多个合适的网络的连接；例如，局域网、广域网、国际互联网、蜂窝式网络、无线电频率网络、启用BluetoothTM(由Telefonaktiebolaget LM Ericsson拥有)网络、启用Wi-FiTM(由Wi-FiAlliance拥有)网络、基于卫星网络的任何有线网络、任何无线网络、等等，用于与外部装置和/或系统的通信。
如希望地，本发明的实施例可包括具有图1与2中所图示的或多或少的部件的中子探测器管100以及中子探测器系统200。
根据本发明的示例实施例以上参照系统、方法、设备和/或计算机程序产品的框以及流程图来描述本发明。将理解，框图与流程图的一个或者多个框、以及在框图与流程图中的框的组合相应地能通过计算机可执行程序指令实现。同样，框图与流程图的某些框可不必需要以呈现的顺序实施，或者根据本发明的某些实施例根本不必需要实施。
这些计算机可执行程序指令可在通用计算机、专用计算机、处理器、或者其他可编程数据处理设备上加载以产生特定的机器，使得在计算机、处理器、或者其他可编程数据处理设备执行的指令生成用于实现流程图框中指定的一个或者多个功能的手段。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器能指引计算机或者其他可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括指令手段的制造品，指令手段实现流程图框中指定的一个或者多个功能。作为示例，本发明的实施例可提供计算机程序产品，其包括计算机可用的媒介，其具有计算机可读程序代码或者包含在其内的程序指令，所述计算机可读程序代码适合于被执行以实现流程图框中指定的一个或者多个功能。计算机程序指令还可在计算机或者其他可编程数据处理设备上加载以促使一系列运行单元或者步骤在计算机或者其他可编程的设备上实施以产生计算机实现过程，使得在计算机或者其他可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图框中指定的功能的单元或者步骤。
相应地，框图与流程图的框支持用于实施指定功能的手段的组合、用于实施指定功能的单元或者步骤的组合以及用于实施指定功能的程序指令手段。还将理解，框图与流程图的每个框、以及在框图与流程图中的框的组合能通过专用目的、硬件基础的实施指定功能、单元或者步骤的计算机系统、或者专用目的硬件以及计算机指令的组合来实现。
尽管本发明已经结合目前认为是在各个实施例中最实用的内容来描述，应理解，本发明不限于公开的实施例，且正相反，被规定为覆盖包括附上的权利要求书的范围内的各个修改以及等同的设置。尽管在本文中采用具体的术语，它们仅用于普通并且描述性的意义且未出于限制的目的。
该书面描述使用示例公开本发明(其中包括最佳模式)，并且还能使本领域的任何技术人员实践本发明，包括制作和使用任何装置或者系统，以及实施任何包含的方法。本发明的专利范围在权利要求书中限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。这些其他的示例如果具有与该权利要求书的字面语言无不同的结构单元，或者它们包括了与权利要求的字面语言无实质区别的等同结构单元则被规定为在该权利要求书的范围内。
部件列表
  100   中子探测器管   102   阴极管(非导电材料(玻璃))
  104   导电层(金属化)   106   阴极涂层(硼10)
  108   阳极电线   110   阳极电线锚
  112   阴极罩   114   填充气体(氩与CO2)
  115   第一部分界面   116   第一部分密封(导电的)
  117   第二部分界面   118   第二部分密封(玻璃)
  120   阳极罩   122   阳极电线/罩界面
  124   非导电部分   126   第一部分
  128   第二部分   130   阳极连接
  132   净化管   134   电极电线(通过阴极罩)
  136   电极通道(通过阴极管壁)   200   中子探测器系统
  202   中子探测器管   204   电源
  206   脉冲探测器   208   电容器
  210   控制器   212   存储器
  214   处理器   216   输入/输出界面
  218   网络界面   220   操作系统
  222   数据   224   计数器模块
  300   方法流程图   302   框
  304   框   306   框
  308   框   310   框
  312   框

Claims (10)

1.一种用于提供中子探测器管的方法，该方法包括：
在与中子探测器(100)关联的非导电阴极管(102)的内表面的至少一部分上施加导电层(104)；
在所述导电层(104)的至少一部分上施加中子敏感阴极涂层(106)；
用阴极罩(112)密封所述中子探测器管(100)的第一部分(126)；以及
用阳极罩(120)密封所述中子探测管(100)的第二部分(128)。
2.如权利要求1所述的方法，其中密封所述中子探测器(100)的所述第一部分(126)包括以导电密封(116)来密封所述阴极罩(112)与所述导电层(104)之间的第一部分界面(115)。
3.如权利要求1所述的方法，其中密封所述中子探测器(100)的所述第二部分(128)包括以玻璃密封(118)来密封所述阳极罩(120)与所述阴极管(102)的非导电部分(124)之间的第二部分界面(117)。
4.如权利要求1所述的方法，其中密封所述中子探测器管(100)的第一部分(126)包括以玻璃密封来密封所述阴极罩(112)与所述阴极管(102)的非导电部分之间的第一部分界面(115)，其中与所述第一部分界面(115)接触的所述阴极罩(112)的至少一部分包括玻璃。
5.如权利要求1所述的方法，其中施加所述导电层(104)包括施加中子敏感涂层。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括固定阳极电线(108)的第一端至阳极电线锚(110)，其中所述阳极电线锚(110)牢固地粘附于所述阴极罩(112)，并且其中所述阴极罩(112)包括与所述阳极电线锚(110)或者阳极电线(118)的非导电连接。
7.如权利要求1所述的方法，其中施加所述导电层(104)包括向所述非导电阴极管(102)的内表面的至少一部分施加铝金属化层。
8.一种系统，包括：
电源(204)；
脉冲探测器(206)；以及
至少一个中子探测器管(202)，其包括：
阴极管(102)，其包括：
带内表面的非导电主体部分(124)；
在所述内表面的至少一部分上的导电层(104)；以及
与所述导电层(104)电联接的中子敏感阴极涂层(106)；
阴极罩(112)，其用以密封所述中子探测器管(202)的第一部分(126)；
阳极罩(120)，其与所述阴极管(102)的非导电主体部分(124)联接以密封所述中子探测器管(202)的第二部分(128)。
9.如权利要求8所述的系统，其中玻璃密封密封所述阴极罩与所述阴极管的非导电部分之间的第一部分界面，其中与所述第一部分界面接触的所述阴极罩的至少一部分包括玻璃。
10.如权利要求8所述的系统，其中玻璃密封(118)密封所述阳极罩(120)与所述阴极管(102)的非导电主体部分(124)之间的第二部分界面(117)。
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