一种Li玻璃中子探测器的制作方法

一种li玻璃中子探测器
技术领域
1.本实用新型属于li玻璃中子探测技术领域，具体涉及一种li玻璃中子探测器。


背景技术：

2.中子探测在核能利用、放射性同位素生产、核医学及核物理研究等领域日益广泛。中子是中性的高能粒子，穿透性强，但它不能引起物质电离而无法被直接探测。借助其与其它轻核粒子发生核反应后产生次级带电粒子，通过测量次级带电粒子可实现中子测量。
3.从上世纪五六十年代发展起来的6li玻璃闪烁探测器一直是中子测量领域的重要工具，其主要机理是：在玻璃中掺杂6li元素，利用中子和6li的核反应产生次级带电粒子(α、3h)引发基质材料电离。电离产生的电子将能量转移给玻璃闪烁体原子核外的价带电子并使其激发，由于激发态是不稳定态，不稳定的电子通过发射一定波长的紫外-可见光退回基态。通过捕捉这个特定波长的紫外-可见光我们可以反推次级带电粒子的数量，从而实现中子的测量。中子与6li的核反应公式如下：
4.σ0＝940b
5.其中，σ0是中子与原子核发生反应的截面，该值越大说明核反应几率越大；反应q值越大，说明次级粒子获得的能量越高，有利于甄别γ射线信号；从以上公式可看到6li玻璃闪烁体是一种很理想的低能中子、热中子的探测介质，有一定的中子探测效率(反应截面)。同时由于6li平均原子序数z较高，其对γ辐射响应也较为灵敏。
6.目前市场上成熟的6li玻璃探测介质是原北京核仪器厂(国营261厂)生产的st-602型6li玻璃。其采用铈(ce)激活6li的原理。设计成小薄圆片(ф＝50mm，厚度1mm)的形式。这种结构比例，主要考虑其直径与2英寸(ф＝51mm)的光电倍增管端窗直径一致，有利于与光电倍增管完全耦合，提高了探测器的封装简易性及仪器稳定性，常见于小型便携式探测器。但是由于6li核素含量寸偏小(ф＝50mm，d＝1mm的体积内6li的含量)，对中子的立体角也只有2π一个面，中子探测器效率远小于其它类型中子探测器，限制了6li玻璃探测器应用于大型中子测量系统。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种li玻璃中子探测器，其具有较大的中子反应面积，提升了6li核素的含量，提高了中子探测效率，扩大了6li玻璃中子探测器的应用领域。
8.本实用新型的技术方案如下：一种li玻璃中子探测器，包括外壳、顶盖、底盖、光导、6li玻璃片、光电倍增管和分压器；
9.所述的外壳的一端连接有顶盖，外壳内设有光导，光导上贴有6li玻璃片，光导的一端连接有光电倍增管，外壳一端连接有底盖，底盖上嵌入有分压器，分压器与光电倍增管连接。
10.所述的外壳为圆筒状结构其两端开口。
11.所述的外壳的内壁具有不同的厚度，一端为厚壁面一端为薄壁面。
12.所述的外壳厚壁面的一端开口处通过螺纹的方式连接有圆形顶盖。
13.所述的外壳的薄壁面一端通过螺纹的方式连接有圆形底盖。
14.所述的光导每个面都加工有嵌入槽。
15.所述的嵌入槽内间隔贴有正方形薄片状的6li玻璃片。
16.所述的6li玻璃片外涂有二氧化钛镀层。
17.所述的二氧化钛镀层外粘贴有避光胶带。
18.所述的光导为六棱柱型。
19.本实用新型的有益效果在于：使用光导组件，将6li玻璃贴于光导表面，增加6li玻璃数量，提高中子的探测效率。现有的6li玻璃中子探测器基本不使用光导，且体积小，探测器效率不高，定位仅限于小型便携式仪器；其次将光导组件外表面做成六棱形，最大限度增加6li玻璃的贴合数量，有效提高中子的响应面积；最后将六棱形表面设有嵌入槽，使得6li玻璃可以完美嵌入光导中，有利于耦合严紧性，减小光的折射，避免封装时6li玻璃刮伤损坏；探测器整体外壳内部采用分段尺寸，减小内部元件晃动，耐冲击，提高仪器防护等级。
附图说明
20.图1为本实用新型所提供的一种li玻璃中子探测器总体结构示意图；
21.图2为图1中的局部放大图；
22.图3为图1的剖视图。
23.图中：1外壳，2顶盖，3光导，46li玻璃片，5二氧化钛镀层，6避光胶带，7光电倍增管，8分压器，9底盖，10嵌入槽。
具体实施方式
24.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
25.本实用新型的目的是针对现有6li玻璃结构局限，提供一种新型的6li玻璃中子探测器，其具有较大的中子反应面积，提升了6li核素的含量，提高了中子探测效率(与同尺寸3he中子探测器基本一致)，扩大了6li玻璃中子探测器的应用领域。
26.如图1-3所示，一种li玻璃中子探测器，包括外壳1、顶盖2、底盖9、光导3、6li玻璃片4、二氧化钛镀层5、避光胶带6、光电倍增管7和分压器8。
27.其中，外壳1为圆筒状结构其两端开口，外壳1的内壁具有不同的厚度，一端为厚壁面一端为薄壁面。，外壳1厚壁面的一端开口处通过螺纹的方式连接有圆形顶盖2，如图2所示，外壳1内安装有六棱柱型的光导3，光导3的每个面都加工有嵌入槽10，间隔的嵌入槽内贴有正方形薄片状的6li玻璃片4，6li玻璃片4外涂有二氧化钛镀层5，二氧化钛镀层5外粘贴有避光胶带6，光导3的一端与顶盖2相接触，光导3的另一端连接有光电倍增管7，外壳1的较薄壁面的一端通过螺纹的方式连接有圆形底盖10，底盖10上嵌入有分压器8，分压器8与光电倍增管7连接。
28.将6li玻璃片4做成正方形的小薄片，均匀贴在光导3表面，延长光导长度增加6li玻璃数量，增加中子反应面积，提高中子探测效率。
29.实施例：
[0030]6li玻璃片4尺寸为20mm*20mm*1mm的正方体小薄片。本发明的实施例中选择20mm
的边长主要考虑生产玻璃的结晶炉的尺寸，同时兼顾光导和光电倍增管端窗直径大小。6li玻璃厚度越大，中子探测效率越高。这是因为厚度越大，6li含量越多。但受限于自身的核反应截面，中子探测效率与6li玻璃厚度(即6li含量)并不是线性增长。综合考虑性价比因素，本实用新型的实施例中选择1mm厚度6li玻璃。
[0031]
本实用新型中引入光导3组件，目的是增加6li玻璃的数量，同时把6li玻璃发出的光传导到光电倍增管7上实现测量。理论上讲，只要光导性能足够卓越，没有光损耗，光导可以无限延长。本实施例选择圣戈班(saint-gobain)公司产的bc-800丙烯酸塑料材料(亚克力材料)作为光导。其优势是：导光率高、传输速度快、耐温高等优点。
[0032]
为了增加6li玻璃的接触面积，将光导3加工成六棱柱型，边长2.3mm，总长为500mm。为了保证6li玻璃片能稳定的贴在光导表面，加工了1.2mm深的嵌入槽。由于光电倍增管的直径固定(2英寸)，在这个直径范围内可使用的最大表面积就是六棱形。表面积扩大，6li玻璃的耦合数量也增多，与中子反应的概率增大。
[0033]
通过估算同尺寸3he中子探测器的探测效率(ф＝50mm,l＝500mm)，为了满足6li玻璃中子探测器的探测效率与3he中子探测器的一致，采用6li玻璃的数量及光导的粘贴方式为：间隔贴3个整面。
[0034]
其优势有：
[0035]
(1)几乎无“盲区”。由于是间隔并贴满整个面，中子几乎可以与每个面的6li反应(正面、背面均可响应)，没有死角。
[0036]
(2)性价比更高。软件估算的结果看，贴3个面基本能达到效率一致。如果贴满6个面，效率肯定有所增加，但价格也更贵。
[0037]6li玻璃6与光导通过圣戈班(saint-gobain)公司产的光学硅脂(bc-630)进行贴合，然后外层均匀涂抹二氧化钛5反射层，确保反应产生的光信号不会溢出。最后用避光胶带6完全缠绕密封，避免外部光线穿入。
[0038]
光电倍增管选用滨松(hamamatsu)的r329-02型光电倍增管7，采用此型号的管子，主要考虑其脉冲线性好。脉冲线性指在脉冲工作方式下，pmt的阳极输出电流与入射光强的比例关系。当一个实验要测量信号时，照射到pmt上的光强差别较大，了解pmt的动态范围，可以确定多大电压下pmt的阳极输出电流与入射光强保持线性。
[0039]
探测器外壳1及整体封装。光导3的端面使用光学硅脂(bc-630)与光电倍增管7耦合，并整体放入不锈钢外壳1中。外壳1由不锈钢制成，不同位置内径尺寸不同，保证每个部分都能严丝合缝，不至于光导在内部晃动。
[0040]
顶盖2和底盖9为螺旋扣方式，从两端扣紧里面的探测器，二次固定。