本发明总地涉及热中子探测器， 更具体地涉及微通道板的热中子 探测器及其制造方法。 背景技术

微通道板 (MicroChannel Plate), 是由数百万个直径 ~ 10 μ m、 长度 在几百 μ πι到几 mm、 壁厚几 μ m的玻璃管构成的板状结构。 啟通道板 已经广泛的应用于夜视仪、 X射线测量。 由于构成微通道板的玻璃管 直径仅在 ΙΟ μ πι量级， 因此它能够实现非常好的位置分辨。

在热中子测量的领域， 探测效率和空间分辨率是评价探测器的两 个重要指标。 近年来， 有人将微通道板用于对热中子的测量， 由于微 通道板良好的空间分辨率， 因此在热中子测量时能够获得~ ΙΟ μ πι 级 别的空间分辨能力。 但由于测量热中子需要诸如 10B, 6Li……等具有 很大热中子吸收截面的核素， 而构成微通道板的玻璃中通常并不含有 (或含量较少） 这样的核素， 因此由常规玻璃构成的微通道板对热中 子的探测效率并不高。 在一些工作中， 有人采取在普通的玻璃中掺杂 热中子吸收材料如 10B2O3、 natGd203的方式来改善热中子探测效率， 起到了一定的效果。 但是这种方法受到一定的限制——在普通玻璃 里 面不能增加太多的 10B2O3或 natGd203 , 否则玻璃的性能就将改变， 这将使微通道板的制备过程收到影响， 难以或无法实现微通道板的制 备。

现需要提供一种具有更高探测效率和更高空间 分辨率的热中子探 测器， 而该热中子探测器的正常制备却不会受到影响 。 发明内容

本发明的目的之一是提供一种制备不受影响却 具有更高探测效率 和更高空间分辨率的热中子探测器。

本发明的目的之二是提供一种能够提高热中子 探测器的探测效率 和空间分辨率的制造热中子探测器的方法。 因此， 根据本发明的第一方面， 提供一种热中子探测器。 该热中 子探测器包括微通道板， 微通道板包括多个形成微通道的玻璃管， 微 通道的内壁镀有含有热中子吸收材料的膜层。 通过利用成熟的镀膜技 术在微通道内壁上镀上含热中子吸收材料的膜 层， 不需要改变微通道 板的玻璃管的玻璃成分就能实现更高的探测效 率， 良好的空间分辨率， 以及更好的热中子 / Y抑制比， 因此也不会影响 ：通道板的制备过程， 从而可以利用现有商业可得的普通 4啟通道板。

根据本发明的热中子探测器的优选实施方式， 膜层的优选材料为 Gd203 , 优选厚度为 100ηπι ~ 1 μ ιη。

根据本发明的第二方面， 提供一种制造热中子探测器的方法。 该 方法包括： 提供微通道板， 微通道板由形成微通道的玻璃管组成； 和 在微通道的内壁上镀膜以形成含有热中子吸收 材料的膜层。 该方法利 用成熟的镀膜技术能够在现有商业可得的普通 微通道板的微通道内壁 上镀上含热中子吸收材料的膜层， 从而提高了热中探测器的探测效率 和空间分辨率。

根据本发明的方法的优选实施方式， 采用原子层沉积法 （Atomic Layer Deposition , 筒称 ALD ) 进行镀膜。

通过阅读下列的详细描述及参考附图， 本发明的其他目的和优点 将变得很明显。 附图说明

图 1为现有微通道板的典型结构的示意图；

图 2为图 1所示微通道板的典型结构的沿法线方向的剖� �示意图； 图 3 为根据本发明的热中子探测器的一个优选实施 例的剖面示意 图；

图 4为本发明的热中子探测器测量热中子的原理� �意图。 具体实施方式

图 1 显示了现有的微通道板的典型结构。 如图所示， 可以看到微 通道板是一个由大量玻璃管组成的板状玻璃。 图 2 则显示了该板状玻 璃沿着图 1 中所示法线方向的剖面结构。 从图 2 可以看到： 微通道板 由大量相同的孔径结构构成。 每一个孔径的直径为 D， 一般在 ΙΟ μ ιη 左右， 在孔径内是真空。 在孔径与孔径之间是玻璃， 玻璃的厚度为 W， 一般在几个 μ πι。 孔径的直径 D加上孔径间玻璃的厚度 W, 就是每个 孔径所占的尺寸？。 孔径沿着法线方向的长度为 L, 一般在几百 μ πι到 几 mm。 上述所有参数具体的大小可以由用户决定， 也可以由供货商的 产品目录决定。 在构成图 1、 2中微通道板的玻璃材料里， 通常只含有 少量或不含有热中子吸收材料， 因此无法实现高的热中子探测效率。

为了提高本发明的热中子探测器的探测效率和 空间分辨率， 本发 明采用的方式是不改变玻璃的组分， 而只是在微通道板的玻璃孔径的 内表面上进行镀膜。 在一个优选实施方式中， 镀膜方式采用原子层沉 积法。 当然， 在其它实施方式中， 也可以采用其它已知的镀膜方法。 图 3 显示了根据本发明的热中子探测器的一个优选 实施方式的剖面示 意图。 如图所示， 镀膜后的微通道板较之镀膜前增加了一个热中 子吸 收材料膜层，其厚度为 T,这膜层构成了微通道板中的热中子探测部分� �� 镀膜之后， 在每个孔径的内表面， 都实现了这样厚度的镀膜。 在优选 实施方式中， 热中子吸收材料膜层的厚度范围为 100ηπι ~ 1 μ πι。 热中 子吸收材料膜层含有强热中子吸收能力的元素 Gd， 该元素以氧化物 Gd203 的形式存在。 当然， 在其它实施方式中， 吸收热中子的元素也 可为 B、 Li、 或富集后的 155Gd、 157Gd、 10B或 6Li， 这些元素通常 是以氧化物的形式存在， 例如 B203 , 但也可以是其它形式的化合物。 经过镀膜， 普通的微通道板就具有了热中子探测能力， 从而可以构成 热中子探测器。

图 4显示了本发明的热中子探测器的热中子探测� �理。 如图所示， 入射热中子 （ 1 )射向镀膜之后的微通道板， 由于镀膜后的微通道板在 孔径内部有一个厚度为 lOOnm〜数 μ ηι 的热中子吸收材料层， 而该镀 膜层中所含的材料具有非常强的热中子吸收能 力， 因此当该热中子射 入镀膜层时， 热中子将被强烈的吸收。 在镀膜层吸收入射热中子 （ 1 ) 后， 热中子吸收材料中的核素将会放出带电粒子（ 2 ) , 它可以是电子、 o粒子、 或其它重带电粒子。 带电粒子 （2 ) 具有很大的动能， 因此能 够穿透镀膜层和玻璃而进入真空， 当带电粒子再次进入玻璃的墙壁时， 将会在玻璃中撞击产生倍增电子 （3 ) 。 在微通道板的两端施加了一个 电压， 正极在下， 负极在上， 这个电压在^：通道板的上下表面之间形 成了一个电场， 倍增电子 （3 ) 受到电场力的作用将向下运动， 并且在 运动过程中会因为与管壁的再次碰撞而产生倍 增电子 （4 ) 。 这里倍增 电子 （3 ) 的电量比带电粒子 （2 ) 大， 倍增电子 （4 ) 的电量比倍增电 子 （3 ) 的电量， 即每次和管壁的碰撞都会使得电量增多。 这样的倍增 过程还将持续多次， 直到电子射出孔径， 形成倍增电子 （5 ) 。 此时倍 增电子（5 )的电量已经足够大， 使得后续电路对它的测量变得很容易； 由于微通道板的孔径构成了对倍增电子的位置 限制作用， 使得形成的 出射电子只能在一个孔径之内， 这样就可以保证热中子探测器获得良 好的空间分辨率。 需注明的是， 由于带电粒子 （2 ) 的能量很大， 因此 在相邻的孔径内也会观察到电子， 但是这些电子的数量相对很少， 因 此不会对热中子探测器的空间分辨率产生实质 性影响。

由于热中子射入的镀膜纯度可以很高， 因此热中子吸收核素的空 间密度很大， 因此尽管镀膜的厚度较薄， 仍然可以实现很高的热中子 探测效率。 经过测试， 当镀膜厚度为 300nm时， 对 25.3meV热热中子 的探测效率可以达到 50 %以上。

需要说明的是， 图 4 中微通道板两端所施加的电压可以按照常规 微通道板所需的电压。 微通道板放大之后的出射电子 （5 )用常规的信 号读出电路就可以分析。

虽然已经描述了本发明的典型实施例， 应该明白本发明不限于这 些实施例， 对本专业的技术人员来说， 本发明的各种变化和改进都能 实现， 但这些都在本发明权利要求的精神和范围之内 。