用于中子探测的敏感层及其形成方法技术

本公开提供一种用于中子探测的敏感层的形成方法，通过电泳涂装方法形成所述敏感层；其中电泳涂装液包括中子敏感物质、电泳漆和去离子水，所述中子敏感物质为10B单质、10B化合物或含10B混合物。还提供一种采用上述方法形成的用于中子探测的敏感层。该敏感膜层10B含量高，探测效率高；成膜厚度均匀稳定、一致性好；生产效率高，成本低。

Sensitive layer for neutron detection and its formation method

The present disclosure provides a method for the formation of a sensitive layer for neutron detection, which forms the sensitive layer by an electrophoretic coating, in which the electrophoretic coating consists of a neutron sensitive substance, an electrophoretic paint and a deionized water, the neutron sensitive substance is a 10B, a 10B compound, or a 10B mixture. A sensitive layer for neutron detection is also provided. The sensitive coating has high 10B content and high detection efficiency. The film thickness is uniform, stable and consistent, and the production efficiency is high and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
用于中子探测的敏感层及其形成方法
本专利技术涉及核
的中子探测技术，具体的涉及用于中子探测的敏感层及其形成方法。
技术介绍
用于探测中子的典型核素有3He(氦-3)、6Li(锂-6)、10B(硼-10)和155,157Gd(钆-155,157)等，其中3He综合性能最好，但供货严重不足，价格昂贵，国际上都在寻找替代品。综合来看，10B成为目前较优的选择，但是，作为中子敏感材料的固态10B、10B化合物或含10B混合物，必须以薄层形态附着于探测器结构表面，才能有效发挥其探测中子的作用，特别是当它们被应用在常见的探测中子的正比气体探测器中时，对敏感层有如下几个要求：层膜均匀，厚度适当(一般为1微米～5微米)，尽量低的其他同位素、其他元素或化合物的成份占比。现有的在中子探测器表面形成敏感层的方法有很多种，例如：化学气相沉淀法、物理气相沉淀法(包括磁控溅射和电子束蒸发)、静电喷涂、热扩散法、以及最新的原子层层积法等等。化学气相沉淀涉及较大量的化学污染以及安全防护和废弃物处理，较少被采用。WO2014120295A2公开通过磁控溅射形成敏感层，磁控溅射形成的敏感层成膜细密，但是镀膜设备昂贵，制作靶材损耗多，镀膜时间长。CN101314842A公开通过电子束蒸发法形成敏感层，电子束蒸发法和磁控溅射存在类似的优点和不足之处。US2013062531A1公开通过静电喷涂法形成敏感层，静电喷涂法成膜速度快，但是存在敏感层气隙比例较大，总量控制和均匀性不好控制的潜在问题。CN102967875A公开通过热扩散法形成敏感层，热扩散法成膜稳定，但是由于中子敏感元素是融嵌入探测器壁材料，无效成份比例增加，总体效率受到影响。CN103160799A公开通过原子层层积法形成敏感层，原子层层积法，成膜最为均匀致密，但是需要多种气体组分参加反应，大规模成膜时较为缓慢，且成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实现膜层厚度均匀稳定、一致性好、成本低的用于中子探测的敏感层及其形成方法。本专利技术一方面提供一种用于中子探测的敏感层的形成方法，通过电泳涂装方法形成所述敏感层；其中电泳涂装液包括中子敏感物质、电泳漆和去离子水，所述中子敏感物质为10B单质、10B化合物或含10B混合物。根据本专利技术的一实施方式，在电泳涂装之前包括研磨步骤，所述研磨步骤是将含硼粗粉末经高温烧结压制成磨球，然后采用所述磨球研磨所述敏感物质成0.1～5微米的颗粒。根据本专利技术的另一实施方式，在电泳涂装之前包括研磨步骤，所述研磨步骤是采用标准钢球磨球研磨所述敏感物质成0.1～5微米的颗粒，之后对研磨过的所述敏感物质进行去除铁成分处理。根据本专利技术的另一实施方式，所述去除铁成分处理包括酸洗除铁和铁磁式除铁中的至少一种去除铁成分处理。根据本专利技术的另一实施方式，所述硼化合物为10B4C或10B2O3。根据本专利技术的另一实施方式，所述电泳漆液是阳极型电泳漆或阴极型电泳漆。根据本专利技术的另一实施方式，所述阳极型电泳漆包括聚丁二烯阳极电泳漆、丙烯酸阳极电泳漆中的至少一种；所述阴极型电泳漆包括环氧阴极电泳漆、丙烯酸酯阴极电泳漆和聚胺酯阴极电泳漆中的至少一种。根据本专利技术的另一实施方式，在电泳形成所述敏感层之后，还包括加热步骤，除去所述敏感层中的有机物成分。根据本专利技术的另一实施方式，所述加热步骤是在惰性气体或还原性气体保护气氛下进行。本专利技术另一方面提供一种采用上述方法形成的用于中子探测的敏感层。根据本专利技术的一实施方式，所述敏感层的厚度为1～5微米。与现有技术相比，本专利技术通过电泳涂装法形成用于中子探测的敏感层，电泳涂装法具有(1)成膜速度快，1平米量级的大面积中子敏感层可以在几分钟内完成镀制，探测器也可以被卷成管状或其他形状，在相同人工工作量下，产量可以超越目前所知其它成膜方法，生产效率高；(2)成膜厚度均匀稳定、一致性好、可重复性好，这对中子探测器获得较好的探测效率及保持探测效率的一致性非常有意义；(3)节约原材料，电泳涂装对原料粉末利用率可以达到85％，综合生产成本低。更进一步，本专利技术在形成敏感层之后通过加热步骤去除敏感层内多余有机物，提高了敏感层的探测效率，工作中不会产生“毒化”工作气体。更进一步，本专利技术中形成敏感层的敏感物质为微米级的颗粒，可以牢固吸附在金属(例如：不锈钢、铝、铜等)基材表面，提高了敏感层与基材的黏附性。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1示出平板状探测器基材电泳成膜示意图；图2示出管状探测器基材电泳成膜示意图；以及图3示出含中子敏感层的探测器基体加热和有机气体的收集、过滤及排放示意图。其中，附图标记说明如下：11：电泳槽；12：电泳液；13：平板状导电电极；14：平板状探测器基材；15：电源；21：电泳槽；22：电泳液；23：柱状导电电极；24：管状探测器基材；25：电源；31：封闭加热装置；32：进气口；33：方形截面的管状探测器基体；34：圆形截面的管状探测器基体；35：双面附着中子敏感层的平板型探测器基体；36：出气口；37：气体过滤装置。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。在附图中描述和示出的是结合本专利技术的一个或更多个方面的示范实施例。这些示出的实例并非意图对本专利技术进行限制。本专利技术的一个或更多个方面可用在其它的实施例且甚至是其它类型的装置中。此外，某些术语在文中仅是为了方便使用而并不看作是对本专利技术的限制。本专利技术的用于中子探测的敏感层通过电泳涂装方法形成。电泳涂装形成敏感层的步骤如下：1a：准备电泳液，电泳液包括中子敏感物质粉末、电泳漆液和水；1b；将上述三种物质以一定比例在容器中充分混合、搅拌；1c：准备好被涂敷工件(即用于附着敏感层的探测器表面基材)及必要工装；1d：准备好电泳槽、电源、正负连接线和专用导电电极等电泳必要组件；1e：将1a中准备好的混合液倒入电泳槽中，将正极(或负极)连接线连接到被涂敷工件上，将负极(或正极)连接线连到导电电极上；1f：电源设置适当的电压和通电时间后，导通回路，完成敏感层附着过程；1g：取出被涂敷工件并烘干。中子敏感物质可以是10B单质、10B化合物或含10B混合物。10B化合物可以是10B4C、10B2O3等。电泳漆可以是阳极型电泳，例如：聚丁二烯阳极漆、阳极丙烯酸等；也可以是阴极型电泳漆，例如：环氧电泳漆、丙烯酸酯电泳漆和聚胺酯电泳漆等。水中的离子含量越少越好，一般选用去离子水。根据电泳的工艺特点，中子敏感物质粉末、电泳漆和水需保持合适的比例并且应搅拌均匀。被涂敷工件，即用于附着敏感层的探测器表面基材。被涂敷工件为导体，敏感层将附着在其上表面或下表面。在涂敷之前还可以包括对被涂敷工件进行表面处理步骤，除去被涂敷表面的污物、油脂等，以净化被涂敷表面增加涂层和工件的黏着性。根据中子探测器设计要求，其形状可以是平板状、管状等。根据探测器基材的形状选择适合形状的导电电极。例如，探测器基材是平板状，导电电极也是平板状。图1示出平板状探测器基材单面电泳成膜示意图，平板状导电电极13和平板状探测器基材14结构大致相同，两者平行安置于电泳槽11中，待成膜的基材部分全部浸入到电泳液12中，平板状导电电极13和平板状探测器基材14之间形成一个平板型电场电泳布置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于中子探测的敏感层的形成方法，其特征在于，通过电泳涂装方法形成所述敏感层；其中电泳涂装液包括中子敏感物质、电泳漆和水，所述中子敏感物质为10B单质、10B化合物或含10B混合物。

【技术特征摘要】
2016.12.26 CN 20161121852051.一种用于中子探测的敏感层的形成方法，其特征在于，通过电泳涂装方法形成所述敏感层；其中电泳涂装液包括中子敏感物质、电泳漆和水，所述中子敏感物质为10B单质、10B化合物或含10B混合物。2.根据权利要求1所述的用于中子探测的敏感层的形成方法，其特征在于，在电泳涂装之前包括研磨步骤，所述研磨步骤是将含硼粗粉末经高温烧结压制成磨球，然后采用所述磨球研磨所述敏感物质成0.1～5微米的颗粒。3.根据权利要求1所述的用于中子探测的敏感层的形成方法，其特征在于，在电泳涂装之前包括研磨步骤，所述研磨步骤是采用标准钢球磨球研磨所述敏感物质成0.1～5微米的颗粒，之后对研磨过的所述敏感物质进行去除铁成分处理。4.根据权利要求3所述的用于中子探测的敏感层的形成方法，其特征在于，所述去除铁成分处理包括酸洗除铁和铁磁式除铁中的至少一种去除铁成分处理。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永强，张清军，李元景，赵自然，常建平，王燕春，孙立风，白楠，翟兴亮，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11