中子探测篇(3)_常用中子探测器介绍

上篇介绍了中子探测的基本原理，本篇将介绍用于中子探测的各种类型的探测器，它们各有不同的性能和特点，适用于不同的场合。

一，气体探测器

1，  三氟化硼(BF3)正比计数管

测量中子最通用的是BF3正比计数管。它的基本结构和测量γ射线的G-M管一样，只是管内充的是BF3气体。热中子通过10B(n, α)7Li反应在计数管内产生离子对，再经过气体放大输出信号，这种管子测量热、慢中子效率都相当高，在计数管外面套上一层石蜡或者塑料慢化剂，也可以用于记录快中子。

 

2，  硼电离室和裂变室

硼电离室和裂变室是目前反应堆中必不可少的控制部件，它们用来测量热中子通量。在反应堆中热中子通量正比于堆的功率，因此可以用这种探测器来控制反应堆的启动和运转。

 

1）  硼电离室

在电离室的一个电极上涂一层含浓缩10B的膜，中子打在硼膜上，通过10B(n, α)7Li反应产生α粒子和7Li核，其中之一在气体中产生电离，通常记录它们引起的电离电流来确定入射中子通量。

 

2）  裂变室

在电离室的电极上涂上裂变物质—235U，中子打在铀上，235U发生裂变，记录裂变碎片的电离作用也能探测中子。

 

二，闪烁探测器

50年代以前中子探测大多靠气体探测器，但随着闪烁技术的发展，探测中子也都用闪烁体探测器。60年代发展的半导体探测器大大改变了带电粒子和γ射线的测量技术，但是在中子测量方面，闪烁探测器仍然是最常用的。这是因为中子测量都是经过核反应间接测量的，而中子对物质的穿透能力比带电粒子和γ射线要大得多，所以要提高中子探测器的探测效率是很不容易的，而闪烁探测器的特点是效率高，时间响应快，这对提高效率，增加计数率都十分有利。

 

1，  硫化锌ZnS(Ag)快中子屏

快中子屏是由ZnS(Ag)粉末与有机玻璃均匀混合，然后热压成圆柱形。其作用原理是快中子在有机玻璃中产生的反冲质子使ZnS(Ag)发光，并通过有机玻璃光导透出，探测效率大概为1%~2%。

 

2，  硫化锌ZnS(Ag)慢中子屏

它是把ZnS(Ag)、甘油和硼酸混合，压制密封在有机玻璃盖的铝盒内。中子通过10B(n, α)7Li反应产生α和7Li，使ZnS(Ag)发光，对热中子的探测效率为5%~10%。

 

3，  锂玻璃闪烁体

锂玻璃闪烁体是铈激活的锂玻璃，成分是LiO2-2SiO2(Ce)。它是利用6Li(n, α)3T反应产生的T和α使闪烁体发光。

 

4，  有机闪烁体

所有的有机闪烁体都是碳氢化合物，含有大量的氢原子，所以都可用于快中子测量。快中子打在氢核上，通过n-p弹性散射产生反冲质子，反冲质子引起闪烁体的特征荧光而被PMT记录。

 

有机闪烁体的另一共同点是发光衰减时间短，因此可以用于高强度中子通量测量。在快中子能谱测量技术——飞行时间法中，发光时间快的有机闪烁体是唯一可采用的探测器。

 

有机闪烁体还有一个特点，即闪烁光输出产额随时间的变化对于电子和重带电粒子是不同的(前者由γ射线产生，后者由快中子产生的反冲质子产生)。利用适当的电子学波形甄别技术可以将中子和γ给出的脉冲区分开，因此可以在较强的γ本底下测中子。目前常用的有机闪烁体包括蒽晶体、塑料闪烁体以及液体闪烁体(闪烁探测器篇已提到过)。

 

三，半导体探测器

60年代以来半导体探测器发展很快，相应的产生了用半导体探测器测量中子的各种方法。其原理仍不外乎用某种辐射体通过核反应、氢反冲、或裂变产生重带电粒子，然后用半导体探测器记录。

 

半导体探测器的特点是体积小，响应快，对γ不灵敏。因此半导体谱仪可以在较强γ本底下工作，经常用来测量反应堆内的快中子能谱。但需要注意的是，由于半导体探测器的辐射损伤，高本底的γ射线或高通量的中子探测很快就使半导体探测器报废。

 

参考文献：

[1]原子核物理实验方法

[2]粒子探测技术及数据获取

[3]核电子学

[4]模拟电子技术基础

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