一种中子管制造技术

本发明专利技术提供了一种新型中子管和与其配套使用的前置放大器，从而获得一种成本低、易于制作、抗γ射线干扰以及工作寿命长、工作稳定等优点的中子管和具有体积小、工作可靠、信号成形时间短、信噪比高等优点的前置放大器。

Neutron tube

The present invention provides a new type of neutron tube pre amplifier and matched, so as to obtain a neutron has the advantages of low cost and easy production, resistance to gamma ray interference and long service life and stable work of the pipe and has the advantages of small volume, reliable work, signal forming time is short, the signal-to-noise ratio of the preamplifier etc..

【技术实现步骤摘要】
一种中子管
本专利技术属于精密仪器设备制造领域，具体涉及一种中子管和前置放大器。
技术介绍
中子是非带电子粒子，对其探测要经过中子与物质相互作用产生的次级带电粒子探测来实现。目前对于中子的探测主要有以下四种方法：核反应法、核反冲法、核裂变法和中子活化法。一、核反应法：中子本身不带电，与原子核不发生库仑作用，因此容易进入原子核，发生核反应。选择可以产生带电粒子的核反应，通过探测带电粒子引起的电离激发信号，实现对中子的探测。这种方法主要用于探测慢中子的强度，个别情况下也可用来测量快中子能谱。目前应用最多的是以下三种核反应：n+10B→α+7Li+2.792MeVσ=3837±9bn+6Li→α+3T+4.786MeVσ=940±4bn+3He→p+3T+0.765MeVσ=5333±7b中子与其他原子核反应截面一般是几个靶恩，由于上述三种反应截面都很大，常采用这三种核反应来探测中子。目前应用最广泛的是10B（n,α）反应，因为硼-10材料比较容易获得。气态的可选用BF3气体，固态的可选用氧化硼或碳化硼。Li没有合适的气体化合物，使用时只能采用固体材料；其中基于6LiF/ZnS闪烁体和波移光纤结构的大面积位置灵敏型热中子探测器已成为近些年的研究热点。3He（n,p）是三个反应中反应截面最大的，但是3He在天然同位素中的丰度非常低，大约只有1.4×10-4%，获取十分困难，价格十分昂贵。因此很多实验组都开始研发新型中子探测器来代替基于3He的中子探测器。二、核反冲法：入射能量为E的中子和原子核发生弹性散射时，中子的运动方向改变，能量也有所减少，中子减少的能量传递给原子核，使原子核以一定速度运动，这个原子核就称为“反冲核”。反冲核作为带电粒子，易于探测，反冲核探测信号与入射中子强度及能量有关。此方法主要用来探测快中子，主要是利用富含氢材料中的质子反冲进行探测。三、核裂变法：中子与重核作用可以发生裂变，裂变法就是通过记录重核裂变碎片来探测中子的方法。对于热中子、慢中子，总是选用235U、239Pu、233U做裂变材料。四、活化法：中子和原子核相互作用时，辐射俘获是主要的作用过程。中子很容易进入原子核形成一个处于激发态的复合核，复合核通过发射一个或者几个光子迅速退激回到基态。这种俘获中子放出γ辐射的过程称为“辐射俘获”，用（n，γ）表示。通过测量γ计数，经计算得到中子辐射场强度。目前中子探测方法应用较多的是中子与3He和BF3气体核反应方法。但是也具有以下不足，前者由于3He气体获取较为困难，因此3He管不仅昂贵，而且目前为国外产品所垄断；后者由于采用气体，密度较低，因而不易做成小尺寸，且探测效率较低，同时BF3是一种有毒物质，制作工艺要求特殊，难度加大，对探测的安全性构成威胁。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术的上述不足，提供了一种新型中子管和与其配套使用的前置放大器，从而获得一种成本低、易于制作、抗γ射线干扰以及工作寿命长、工作稳定等优点的中子管和具有体积小、工作可靠、信号成形时间短、信噪比高等优点的前置放大器。中子管技术方案如下：一种中子管，包括管体1、绝缘环2、阳极丝3、上端盖4、绝缘端子5、阴极6、阳极7、碳化硼涂层8，管体1为中空的圆柱形管，内壁涂有厚度为1μm～6μm的碳化硼涂层8，所述管体1的一端使用绝缘环2密封，另一端使用上端盖4密封，并且所述上端盖4的中心处制有绝缘端子5，阳极7位于所述绝缘端子5上并与上端盖4绝缘，所述上端盖4的外侧制有阴极6，并且所述阴极6与管体1的外壁及上端盖4电导通；阳极丝3置于管体1内部，其一端固定于所述绝缘环2，另一端固定于绝缘端子5并与所述阳极7焊接电导通；同时，密封的管体1的空腔内密封有0.1～1个大气压的Ar气和CH4气的混合气体，其中按照体积比Ar气为70%～95%。上述Ar气和CH4气的混合气体配比和压力可以达到电离信号大及信号稳定的效果。同时，碳化硼涂层8的厚度为1μm～6μm，以达到中子反应截面和离子透射率效果。中子管尺寸是基于实际非均匀性中子场中子通量测量，适合位置灵敏度要求较高、探测面积不很大的中子场通量测量，故本技术方案中的中子管具体尺寸根据实际情况确定。以上优选技术指标按对效果影响的重要性排序如下：涂硼厚度、混合气体成份及配比和压力、阳极丝直径、管体内径，以上所述达到中子探测效率高、信号幅度较大、信号成形时间短等效果是指以上技术指标的变化对中子管及信号探测性能的影响。优选，所述碳化硼涂层8中硼-10同位素含量大于90%。优选，所述碳化硼涂层8的厚度为2μm。优选，所述碳化硼涂层8使用氧化硼涂层替换。优选，所述阳极丝3的直径为15μm～50μm，以达到阳极丝附近强电场效果。优选，所述管体1的内径为10mm～30mm，以达到电场强度和平均自由程目的。适用于本专利技术中子管的前置放大器的技术方案如下：前置放大器为电荷灵敏放大器，包括电荷放大电路、极零相消电路、基线恢复电路，原理图分别参见附图2、3、4，前置放大器原理总图参见附图9。直流高压电源经保护电阻R3、R6供到中子管阳极丝，交流成分经电阻R3、电容C1接地滤掉；中子管阴极接电阻R11后接地。J1为直流高压输入，J2为脉冲信号输入，J3为低压直流电源输入。J3为独立标准电源，经电容C10、C11、C12、C13、C14和电感L1、L2进行直流滤波，滤掉交流成分，为有源器件进行直流供电。由中子管阳极丝引出的脉冲信号经隔直电容C6、电阻R9送入电荷放大器。电荷放大器（见附图2）的运算放大器为AD8065，由直流低压电源经电阻R1、电容C2和电阻R2、电容C3滤波电路供电，同相输入端经电阻R22接地，同相输入端由稳压管D1和电阻R13稳压，脉冲信号经电阻R12送入反相输入端；输出端信号经反馈电路Rf1和Cf1送入反相输入端，经电荷放大器输出的电压信号送入极零相消电路。电荷放大器的作用是为了将输入的电荷信号经放大形成电压信号输出，输出信号送入极零相消电路。极零相消电路（见附图3）由变阻器VR1和电容C8并联后经电阻R14接地，其输入端接电阻R7将信号送入测试点TP1，其输出端接电阻R8将信号送入测试点TP2，输出信号送入基线恢复电路。极零相消电器是为了将脉冲信号形成的极点进行消除，从而缩短信号成形时间，并降低信号堆积。基线恢复电路（见附图4）的运算放大器为AD817A，由直流电源经电阻R4、电容C4和电阻R5、电容C5滤波后供电，前级信号经电阻R10送入同相输入端；由变阻器VR2、电阻R16、R17和R23对反馈信号进行分压送入反相输入端，通过电阻R15、R21和改变变阻器VR2的电位对电源分压，改变变阻器VR2的电位可使调节好后的反相输入端电位抵消同相输入端的基线漂移，电容C7、C9对直流电源进行交流滤波。输出端将信号送入测试点P1。基线恢复电路是为了将电源零点漂移或由电荷累积造成的零点漂移恢复为对地零位。优选，JP1、JP2、JP3为附加设置，其中，R18、R19、R20、R23为分压保护电阻，JP3为预留设置，拓展增加滤波或者改变时间常数；当跳线JP1、JP2选择为3，4时，工作在电荷灵敏放大器状态下；当跳线JP1、JP2选择为1，2时，工作在电压灵敏放大器状态下。优选，P2、P3、P4、P5为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中子管，其特征在于，包括管体、绝缘环、阳极丝、上端盖、绝缘端子、阴极、阳极、碳化硼涂层，管体为中空的圆柱形管，内壁涂有厚度为1μm～6μm的碳化硼涂层，所述管体的一端使用绝缘环密封，另一端使用上端盖密封，并且所述上端盖的中心处制有绝缘端子，阳极位于所述绝缘端子上并与上端盖绝缘，所述上端盖的外侧制有阴极，并且所述阴极与管体的外壁及上端盖电导通；阳极丝置于管体内部，其一端固定于所述绝缘环，另一端固定于绝缘端子并与所述阳极焊接电导通；同时，密封的管体的空腔内密封有0.1～1个大气压的Ar气和CH

【技术特征摘要】
1.一种中子管，其特征在于，包括管体、绝缘环、阳极丝、上端盖、绝缘端子、阴极、阳极、碳化硼涂层，管体为中空的圆柱形管，内壁涂有厚度为1μm～6μm的碳化硼涂层，所述管体的一端使用绝缘环密封，另一端使用上端盖密封，并且所述上端盖的中心处制有绝缘端子，阳极位于所述绝缘端子上并与上端盖绝缘，所述上端盖的外侧制有阴极，并且所述阴极与管体的外壁及上端盖电导通；阳极丝置于管体内部，其一端固定于所述绝缘环，另一端固定于绝缘端子并与所述阳极焊接电导通；同时，密封的管体的空腔内密封有0.1～1个大气压的Ar气和CH4气的混合气体，其中按照体积比Ar气为70%～95%。2.根据权利要求1所述的一种中子管，其特征在于所述碳化硼涂层中硼-10同位素含量大于90%。3.根据权利要求2所述的一种中子管，其特征在于所述碳化硼涂层的厚度为2μm。4.根据任一权利要求1～3所述的一种中子管，其特征在于所述碳化硼涂层中的碳化硼使用氧化硼替换。5.根据权利要求4所述的一种中子管，其特征在于所述阳极丝的直径为15μm～50μm。6.根据权利要求5所述的一种中子管，其特征在于所述管体的内径为10mm～30mm。7.一种中子管用前置放大器，其特征在于，包括电荷放大电路、极零相消电路、基线恢复电路；其中，J1为直流高压输入，J2为脉冲信号输入，J3为低压直流电源输入；J3经电容C10、C11、C12、C13、C14和电感L1、L2进行直流滤波，滤掉交流成分，为有源器件进行直流供电；直流高压电源经保护电阻R3、R6供到中子管阳极丝，交流成分经电阻R3、电容C1接地滤掉；中子管阴极接电阻R11后接地，然后由中子管阳极丝引出的脉冲信号经隔直电容C6、电阻R9...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁彦霞，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：山东,37