CN214750861U - 一种热中子探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热中子探测器，涉及探测设备技术领域，解决了热中子探测器结构复杂、体积大、不利于中子成像探测器的大面积集成和像素化读出的技术问题。该热中子探测器包括热中子转换体和硅光电倍增管，热中子转换体采用可以产生俄歇电子的材料制成，热中子转换体与硅光电倍增管的灵敏面紧密贴合连接；热中子转换体采用的可以产生俄歇电子的材料为钆材料；硅光电倍增管的灵敏面为无封装的裸片结构。本实用新型的硅光电倍增管直接探测热中子被转换体俘获后会产生的电子，电子在硅光电倍增管内经倍增放大后输出电信号，具有结构简单、体积小、成本低，便于成像探测器大面积集成和像素化读出的特点。

Description

一种热中子探测器

技术领域

本实用新型涉及探测设备技术领域，尤其是涉及一种热中子探测器。

背景技术

热中子探测器根据对热中子伴生的电离辐射粒子的探测方式的不同主要有三种：一种是闪烁探测器，采用热中子转换体+闪烁体+光电子倍增器结构，该类探测器将对热中子有高反应截面的元素掺入闪烁体内或者在闪烁体表面镀膜，热中子伴生的电离辐射粒子在闪烁体内激发闪烁光，闪烁光再由光电倍增器件转换成可识别的电信号；一种是气体探测器，采用热中子转换体+气体电子倍增器结构，该类探测器通过镀膜等方式将对热中子有高反应截面的元素置于气体探测器内部，热中子伴生的alpha或者电子在气体内发生电离作用，电离出的电子在气体内电场的作用下发生漂移、加速、与气体分子发生碰撞并倍增，经过多次级联倍增最后经由阳极收集形成可识别的电信号；一种是真空电子倍增探测器，采用热中子转换体+真空电子倍增器的架构结构，该类探测器也是采用镀膜等方式将有高反应截面的元素置于真空电子倍增器内部，热中子伴生的电子在真空内电场的作用下发生漂移、加速，撞击二次电子发射物质并产生倍增，经过多次级联倍增最后经由阳极收集并形成可识别的电信号。

热中子转换体是指与热中子有较高反应截面元素或者含有这些元素的物体，热中子被转换体俘获后会产生alpha、电子、gamma中的一种或几种伴生粒子。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有的闪烁探测器，需要闪烁体作为中间转换材料，先将热中子转换体产生的电离辐射转化成闪烁光，闪烁光再收集至光电倍增器产生电信号。这种设计包括中子转换体与闪烁材料的集成、闪烁体与光电器件的光学集成两个必要部分，闪烁体掺杂、切割或者表面镀膜本身成本就很高，有些闪烁材料存在潮解问题，需要封装，闪烁体本身通常需要包装反射膜等。这些设计成本高，结构复杂，不利于中子成像探测器的大面积集成和像素化读出。气体探测器和真空电子倍增探测器，由于都需要设置腔室，需要设计外壳，故体积都较大，无法小型化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种热中子探测器，以解决现有技术中存在的热中子探测器结构复杂、体积大、不利于中子成像探测器的大面积集成和像素化读出的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种热中子探测器，包括热中子转换体和硅光电倍增管，所述热中子转换体采用可以产生俄歇电子的材料制成，所述热中子转换体与所述硅光电倍增管的灵敏面紧密贴合连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述热中子转换体采用的可以产生俄歇电子的材料为钆材料。

作为本实用新型的进一步改进，所述热中子转换体为薄层结构，厚度不大于1cm。

作为本实用新型的进一步改进，所述热中子转换体采用氧化钆粉末经涂覆方式设置在所述所述硅光电倍增管的灵敏面上。

作为本实用新型的进一步改进，所述热中子转换体采用片状氧化钆经粘结方式设置在所述所述硅光电倍增管的灵敏面上。

作为本实用新型的进一步改进，所述所述硅光电倍增管的灵敏面为无封装的裸片结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述硅光电倍增管数量为两个，相对设置；所述热中子转换体两侧分别与两个所述硅光电倍增管的灵敏面紧密贴合连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述热中子转换体和所述硅光电倍增管的数量均为多个，且数量相同，所有的所述热中子转换体和所有的所述硅光电倍增管层叠交替设置。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

本实用新型提供的热中子探测器，基于热中子转换体+硅光电倍增管的新型热中子探测器架构，采用特殊设计的硅光电倍增管直接探测热中子被转换体俘获后会产生的电子，电子在硅光电倍增管内经倍增放大后输出电信号，本实用新型提供的热中子探测器结构简单、体积小、成本低，便于成像探测器大面积集成和像素化读出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型热中子探测器的结构示意图；

图2是本实用新型热中子探测器一种实施例的结构示意图；

图3是本实用新型热中子探测器另一种实施例的结构示意图。

图中1、热中子转换体；2、硅光电倍增管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种热中子探测器，包括热中子转换体1和硅光电倍增管2，热中子转换体1采用可以产生俄歇电子的材料制成，热中子转换体1与硅光电倍增管2的灵敏面紧密贴合连接。

采用以上结构，省掉了闪烁体，不仅结构更加简单，而且由于热中子转换体1和硅光电倍增管2紧贴设置，便于电子的探测。

作为本实用新型的一种可选实施方式，热中子转换体1采用的可以产生俄歇电子的材料为钆材料。

为了缩短射程，本实用新型中，热中子转换体1为薄层结构，厚度不大于1cm。通过将热中子转换体1设置成薄层结构，可以提高电子穿出转换体的概率，电子穿出转换体后射入硅光电倍增管的灵敏面，硅光电倍增管的灵敏面采用无封装的裸片结构以提高电子穿过表面进入灵敏层的概率，射入灵敏层的电子触发雪崩放大，最终形成可识别的电信号。

不仅便于电子被探测，而且也使热中子转换体1中的电子全部穿出，提高探测效率。

作为本实用新型的一种可选实施方式，热中子转换体1采用氧化钆粉末经涂覆方式设置在硅光电倍增管2的灵敏面上。具体的，可将氧化钆粉末内掺入胶水，搅拌后均匀的直接涂抹在SiPM硅光电倍增管2上，待胶水凝固后便形成薄层的热中子转换体1。

作为本实用新型的另一种可选实施方式，热中子转换体1采用片状氧化钆经粘结方式设置在硅光电倍增管2的灵敏面上。

进一步需要说明的是，硅光电倍增管2的灵敏面为无封装的裸片结构。

为了提高中子探测效率，可以在中子转换体两边都覆盖硅光电倍增管或者做成多层结构。

如图2所示，作为本实用新型的一种可选实施方式，硅光电倍增管2数量为两个，相对设置；热中子转换体1两侧分别与两个硅光电倍增管2的灵敏面紧密贴合连接。

如图3所示，作为本实用新型的一种可选实施方式，热中子转换体1和硅光电倍增管2的数量均为多个，且数量相同，所有的热中子转换体1和所有的硅光电倍增管2层叠交替设置。

本实用新型提供的热中子探测器，基于热中子转换体+硅光电倍增管的新型热中子探测器架构，采用特殊设计的硅光电倍增管直接探测热中子被转换体俘获后会产生的电子，电子在硅光电倍增管内经倍增放大后输出电信号，本实用新型提供的热中子探测器结构简单、体积小、成本低，便于成像探测器大面积集成和像素化读出。

这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种热中子探测器，其特征在于，包括热中子转换体和硅光电倍增管，所述热中子转换体采用可以产生俄歇电子的材料制成，所述热中子转换体与所述硅光电倍增管的灵敏面紧密贴合连接。

2.根据权利要求1所述的热中子探测器，其特征在于，所述热中子转换体采用的可以产生俄歇电子的材料为钆材料。

3.根据权利要求2所述的热中子探测器，其特征在于，所述热中子转换体为薄层结构，厚度不大于1cm。

4.根据权利要求3所述的热中子探测器，其特征在于，所述热中子转换体采用氧化钆粉末经涂覆方式设置在所述硅光电倍增管的灵敏面上。

5.根据权利要求3所述的热中子探测器，其特征在于，所述热中子转换体采用片状氧化钆经粘结方式设置在所述硅光电倍增管的灵敏面上。

6.根据权利要求4或5所述的热中子探测器，其特征在于，所述硅光电倍增管的灵敏面为无封装的裸片结构。

7.根据权利要求1所述的热中子探测器，其特征在于，所述硅光电倍增管数量为两个，相对设置；所述热中子转换体两侧分别与两个所述硅光电倍增管的灵敏面紧密贴合连接。

8.根据权利要求1所述的热中子探测器，其特征在于，所述热中子转换体和所述硅光电倍增管的数量均为多个，且数量相同，所有的所述热中子转换体和所有的所述硅光电倍增管层叠交替设置。

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