一种中子探测器硼膜阴极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中子探测器硼膜阴极及其制备方法。中子探测器硼膜阴极，是一种具有良好电学性能和中子灵敏性能的探测器阴极。阴极采用导电金属Al基体，阴极表面覆有中子灵敏薄膜，中子灵敏薄膜的原料组分包括：100份硼粉、15-25份7-12份固化剂和30-40份有机溶剂，所述份数为质量份数。本发明专利技术一种中子探测器硼膜阴极，制备简单、成本低廉，附着力高、均匀性好，所得探测器的探测效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种中子探测器硼膜阴极及其制备方法
本专利技术涉及一种中子探测器硼膜阴极及其制备方法。
技术介绍
中子的探测在和探测技术中占有特殊地位，它比带电粒子或γ射线的探测要困难得多，主要通过它与原子核相互作用产生带电粒子或者γ光子来实现。近年来涂硼气体探测器相比充3He或BF3探测器优势凸现，逐渐成为一种主要中子探测工具。定量涂硼阴极技术是制作涂硼气体探测器的重中之重，关系到探测器性能参数的确定及其使用环境的选择。因涂硼探测器发展起步较晚，国内外有关定量涂硼阴极技术的报道甚少，且现有技术中的阴极硼膜存在附着力差、均匀性差，从而影响探测器的探测效率。
技术实现思路
本专利技术新提供了一种中子探测器硼膜阴极及其制备方法。为解决上述技术问题，本实专利技术采用如下技术方案：一种中子探测器硼膜阴极，阴极表面覆有中子灵敏薄膜，中子灵敏薄膜的原料组分包括：100份硼粉、15-25份7-12份固化剂和30-40份有机溶剂，所述份数为质量份数。上述阴极为导电阴极，优选采用导电金属Al基体，涂膜前先预处理，上述中子探测器硼膜阴极，是用于中子探测的、具有良好电学性能和中子灵敏性能的探测器阴极。申请人经研究发现：阴极经过抛光、清洗、烘干等过程处理后，采用上述原料组分，通过溶剂调制、连接剂调制、涂覆、冷处理及烘干过程后，可得到均匀稳定的硼膜，且厚度可控；硼过少则硼层无法牢固涂在待涂区域，硼过多会造成硼膜的厚度不均匀；涂硼前溶液必须调均匀，如果存在颗粒状硼粉，容易使成形的硼膜产生凸起的硼粉颗粒，凸起的地方在探测器测试中加高电压后可能引起尖峰放电现象；用量过多会增大出射粒子能量的损耗，降低探测效率，过少附着力不够。上述中子探测器硼膜阴极的原料组份还包括3-5份增韧剂，所述份数为质量份数。这样可进一步增强所得膜的附着力、均匀性，同时保证探测效率。上述中子探测器硼膜阴极的原料组分还包括6-8份HO-[-CH2-NH-CO-NH-CH2-O]n-H、1-2份(COOH)2和0.8-1份C6H6O，所述份数为质量份数，上述n优选70-120。这样可更进一步增强所得膜的附着力、均匀性，同时提高探测器的探测效率。上述中子探测器硼膜阴极的原料组原料组分还包括3-4份和0.5-0.8份C36H70CaO，其中R1为所述份数为质量份数。这样可在保证硼膜均匀性性、附着力的同时，保证探测器的灵敏性。上述中n值为1-3。硼粉需要化学纯度和同位素纯度两个方面，其中化学纯度好于95％以上，B10丰度不小于90％。这样可进一步保证探测器的探测效率。上述固化剂优选为聚醚胺固化剂和酚醛胺类固化剂质量比为1.1-1.3的混合物。这样可进一步保证硼膜的附着力和干燥效率。上述有机溶剂优选为四氢呋喃、富马酸二甲酯、二甲基亚砜或丙酮。上述硼膜的厚度优选为2.5-3.5um，即为0.62-0.82mg/cm2。这样可使探测器的探测效率达到最佳值。上述中子探测器硼膜阴极的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：A、阴极处理：将阴极打磨、抛光、清洗、烘干；B、将除硼粉以外的原料组分混匀，得涂布液；C、将阴极上均匀涂布一层涂布液后，均匀喷洒硼粉，然后再上一层涂布液；D、将步骤C所得在92-96℃保温2-2.5小时，即得。申请人经研究发现：采用上述方法相对于浸没涂布等方法，可大幅度节约各种树脂、有机溶剂等的用量，且所得硼膜均匀、探测效率高，是既节约成本又能提高探测效率的最佳方法。包含上述中子探测器硼膜阴极的中子探测器，工作气体为90％Ar与10％CH4的混合物。上述气体电离电位低，电子的漂移速度大，电子吸附效应小，便于提高电子的收集效率；而且方便存储、运输，不损害健康。本专利技术未提及的技术均为现有技术。本专利技术一种中子探测器硼膜阴极，制备简单、成本低廉，附着力高、均匀性好，所得探测器的探测效率高。说明书附图图1为电离室探测效率与硼膜线性厚度的关系图。图2为实施例1中不锈钢片上所得硼膜的示意图。图3为实施例1自制硼膜阴极正比计数器的探测效率。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1在不锈钢片上按如下方法涂布硼膜，如下步骤顺序相接：A、阴极处理：将阴极打磨、抛光、清洗、烘干；B、将除硼粉以外的原料组分混匀，得涂布液；C、将阴极上均匀涂布一层涂布液后，均匀喷洒硼粉，然后再上一层涂布液；D、将步骤C所得在92-96℃保温2-2.5小时，即得。中子探测器硼膜阴极的原料组分包括：100份硼粉(大连博恩坦科技有限公司的无定形富集10B硼粉(10B丰度90％，B含量95％)、20份(n的平均值为2.3)、10份固化剂(聚醚胺固化剂D400和酚醛胺类固化剂TZ500质量比为1.2的混合物)、35份有机溶剂、4份增韧剂(QS-BE)，7份份结构式为HO-[-CH2-NH-CO-NH-CH2-O]n-H的树脂(粉状，n为80-100，扎西杰布化工)、1.5份(COOH)2、0.9份C6H6O、3.5份和0.6份C36H70CaO，其中R1为所述份数为质量份数。有机溶剂为二甲基亚砜；硼膜的厚度为3um。上述方法所得硼膜附着力高、均匀性好，所得中子探测器的探测效率高，中子探测器的工作气体为90％Ar与10％CH4的混合物。运用上述方法，自制了一种在正比管计数器内壁(正比管阴极)附着上一层B10膜，作为热中子灵敏层。同时，将自制的涂硼热中子灵敏正比管放置到标准的241Am-Be中子源中进行实验测量。在800V高压下分别用7mm和20mm厚的圆柱形高密度聚乙烯(HDPE缠绕管A型，杭州联通管业有限公司)套管包裹正比管，1000秒内测得正比管的两组中子谱；再撤去高密度聚乙烯套管后相同条件下测得裸正比计数管的中子谱。用多道软件ums分析三组谱得出各谱的谱面积、全谱计数、平均能量以及计数率数据列于下表1。自制硼膜阴极正比计数器对应标准Am-Be中子源的探测效率为0.24％。Am-Be中子源的平均中子能量为4MeV，为快中子源。硼膜阴极为热中子(0.025eV)敏感。计算获得不同单能中子对应的自制硼膜阴极正比计数器的探测效率见图3。表1聚乙烯管包裹正比计数管后中子谱参数测量条件谱面积(S)全谱计数(C)平均能量(S/C)计数率(C/T)/cps裸正比管621973940.8417.39包裹7mm厚HDPE575076350.7537.64包裹20mm厚HDPE674592830.7279.28注：表格中的数据除全谱计数和计数率外，单位均为相对单位。对中子场来说，因Am-Be中子源发射的中子能量大都高达MeV量级，与正比管内硼膜作用截面本来就小，正比计数管裸管情况下计数率就相对较低。正比管外包裹高密度聚乙烯层越厚，中子在其中损失的能量就越多，进入正比管内的中子能量就越低，被探测到的概率也就越高，从而计数率相对较高。而对于γ场，γ光子的计数率是不会呈现这样的趋势的。这也就用实验证明，正比管记录到的信号确实是中子的信号。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中子探测器硼膜阴极，其特征在于：阴极表面覆有中子灵敏薄膜，中子灵敏薄膜的原料组分包括：100份硼粉、15‑25份7‑12份固化剂和30‑40份有机溶剂，所述份数为质量份数。

【技术特征摘要】
1.一种中子探测器硼膜阴极，其特征在于：阴极表面覆有中子灵敏薄膜，中子灵敏薄膜的原料组分包括：100份硼粉、15-25份7-12份固化剂、30-40份有机溶剂、3-5份增韧剂、6-8份HO-[-CH2-NH-CO-NH-CH2-O]n-H、1-2份(COOH)2、0.8-1份C6H6O、3-4份和0.5-0.8份C36H70CaO，其中R1为所述份数为质量份数。2.如权利要求1所述的中子探测器硼膜阴极，其特征在于：中n值为1-3。3.如权利要求1或2所述的中子探测器硼膜阴极，其特征在于：硼粉中B10丰度不小于90％。4.如权利要求1或2所述的中子探测器硼膜阴极，其特征在于：固化剂为聚醚胺固化剂和酚醛胺类...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志勇，陈国云，朱立，方美华，张紫霞，雷胜杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32