中子探测探头及中子探测芯片制造技术

本实用新型专利技术涉及一种中子探测探头及中子探测芯片，剂量率小于等于剂量限定值时，通过脉冲模式电路获取中子探测探头的探测信号，其输出脉冲数与探测信号对应的中子数相同，通过外部处理器计算得到探测结果；而当剂量率大于剂量限定值，会超过脉冲模式电路计数率上限，此时采用电流模式电路，将测量到的电流转换为电压，通过外部处理器计算探测结果。基于此，在实现辐射探测设备的芯片化的同时，通过脉冲读出模式和电流读出模式协同工作，实现中子探测芯片对中子辐射的宽量程探测。

【技术实现步骤摘要】
中子探测探头及中子探测芯片
本技术涉及辐射探测
，特别是涉及一种中子探测探头及中子探测芯片。
技术介绍
辐射探测是一种通过辐射探测器观察特定对象的微观现象的技术手段。其中，辐射探测器是辐射探测的核心设备，其主要是利用粒子与物质的相互作用的原理，将核辐射和粒子的微观现象表征为可观察的宏观现象。传统的辐射探测器主要有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。其中，传统的辐射探测器利用的粒子与物质的相互作用的原理，主要是利用带电粒子与半导体材料的相互作用，使半导体材料产生电信号，从测量电信号来计算辐射信息。然而，中子作为一种中性粒子，传统的半导体材料无法与中子产生相互作用，即通过半导体材料无法探测中子的辐射信息。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的半导体材料无法与中子产生相互作用，即通过半导体材料无法探测中子的辐射信息的缺陷，提供一种中子探测探头及中子探测芯片。一种中子探测探头，包括半导体器件以及设置在所述半导体器件一侧的中子转换层；所述中子转换层用于将入射中子转换为反应信号；所述半导体器件用于根据所述反应信号生成探测信号。上述的中子探测探头，通过中子转换层将入射中子转换为反应信号，并通过半导体器件根据反应信号生成探测信号。基于此，可通过计算半导体器件生成的探测信号，计算入射中子对应的探测。在其中一个实施例中，所述半导体器件包括PN结，所述中子转换层包括6LiF层；所述6LiF层设置在所述PN结的N区表面。在其中一个实施例中，所述半导体器件包括光电式半导体，所述中子转换层包括6LiF和ZnS(Ag)混合涂层。在其中一个实施例中，所述6LiF和ZnS(Ag)混合涂层的厚度为400至500μm。在其中一个实施例中，还包括设置在所述光电式半导体与所述6LiF和ZnS(Ag)混合涂层间的保护层。一种中子探测芯片，包括芯片外壳，以及设置在芯片外壳内的脉冲模式电路、电流模式电路和如上述任一实施例的中子探测探头；其中，所述脉冲模式电路包括前置放大单元和次级主放大单元；所述前置放大单元的输入端用于在所述中子探测探头的剂量率小于等于剂量限定值时获取所述中子探测探头的探测信号；所述前置放大单元的输出端用于通过所述次级主放大单元连接外部处理器；其中，所述电流模式电路包括所述电流测量单元和所述电流转换单元；所述电流测量单元的输入端用于在所述中子探测探头的剂量率大于剂量限定值时获取所述中子探测探头的探测信号，所述电流测量单元的输出端用于通过所述电流转换单元连接外部处理器。上述的中子探测芯片，剂量率小于等于剂量限定值时，通过脉冲模式电路获取中子探测探头的探测信号，其输出脉冲数与探测信号对应的中子数相同，外部处理器计算得到探测结果；而当剂量率大于剂量限定值，会超过脉冲模式电路计数率上限，此时采用电流模式电路，将测量到的电流转换为电压，通过外部处理器计算探测结果。基于此，在实现辐射探测设备的芯片化的同时，通过脉冲读出模式和电流读出模式协同工作，实现中子探测芯片对中子辐射的宽量程探测。在其中一个实施例中，所述脉冲模式电路还包括幅度甄别单元和单稳态触发单元；所述前置放大单元的输出端用于依次通过所述次级主放大单元、幅度甄别单元和单稳态触发单元连接外部处理器。在其中一个实施例中，还包括设置在芯片外壳内的内置处理器；所述前置放大单元的输出端通过所述次级主放大单元连接所述内置处理器；所述电流测量单元的输出端通过所述电流转换单元连接内置处理器。在其中一个实施例中，前置放大单元包括电荷灵敏放大器，次级主放大单元包括成形滤波电路。在其中一个实施例中，幅度甄别单元包括甄别器或第一模数转换电路，单稳态触发单元包括单稳态触发电路。在其中一个实施例中，电流测量单元包括跨阻放大器或电流采样电路；电流转换单元可选用第二模数转换电路。在其中一个实施例中，还包括升压模块；其中，升压模块用于接入芯片级电压，并对芯片级电压作升压处理，将升压后的芯片级电压为中子探测探头提供偏压。在其中一个实施例中，芯片外壳包括电磁屏蔽盒。附图说明图1为一实施方式的中子探测探头结构示意图；图2为另一实施方式的中子探测探头结构示意图；图3为一实施方式的中子探测芯片电路模块结构示意图；图4为一实施方式的脉冲模式电路图；图5为一实施方式的前置放大单元设计电路图；图6为一实施方式的次级主放大单元设计电路图；图7为另一实施方式的中子探测芯片电路模块结构示意图。具体实施方式为了更好地理解本技术的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本技术进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本技术，并不用于限定本技术。本技术实施例提供了一种中子探测探头。一种中子探测探头，包括半导体器件以及设置在所述半导体器件一侧的中子转换层；所述中子转换层用于将入射中子转换为反应信号；所述半导体器件用于根据所述反应信号生成探测信号。其中，中子探测探头在探测中子辐射时，中子转换层与入射中子产生反应，生成反应信号。在其中一个实施例中，反应信号包括电荷或光信号。在其中一个实施例中，中子转换层包括转换材料为10B、6Li、158Gd、157Gd或113Cd等的转换层。作为一个较优的实施方式，中子转换层选用转换材料为6Li的转换层。6Li与热中子具有较大的反应界面，产生的次级带电粒子能量大，6Li与中子发生核反应后会发射一个3H能量为E3H＝2.73MeV以及一个α粒子能量为Eα＝2.05MeV。在其中一个实施例中，基于6Li转换材料可进一步选用6LiF转换材料，6LiF在单位质量内锂原子具有较高的密度。即，转换材料为6Li的转换层可进一步选用转换材料为6LiF的转换层。其中，半导体器件接收中子转换层发射出的反应信号，半导体器件内部的半导体材料与反应信号产生相互作用，生成探测信号。在其中一个实施例中，探测信号为电信号。在其中一个实施例中，图1为一实施方式的中子探测探头结构示意图，如图1所示，所述半导体器件包括PN结，所述中子转换层包括6LiF层；所述6LiF层设置在所述PN结的N区表面。如图1所示，6LiF层设置在PN结的N区表面，在6LiF层接收到入射中子后产生反应，生成α粒子作为反应信号。在应用一实施方式的中子探测探头时，PN结两端存在偏压，此时α粒子入射到PN结的耗尽层，会产生一个有效的脉冲信号，即探测信号。在其中一个实施例中，半导体器件可选用二极管。在其中一个实施例中，6LiF层直接涂覆在PN结的N区表面，与PN结的N区直接接触。一般地，具备PN结的半导体器件表面均具有保护层，6LiF层涂覆到保护层内，与PN结的N区表面直接接触。需要注意的是，在满足探测信号的生成需求的前提下，6LiF层还可设置在P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中子探测探头，其特征在于，包括半导体器件以及设置在所述半导体器件一侧的中子转换层；/n所述中子转换层用于将入射中子转换为反应信号；/n所述半导体器件用于根据所述反应信号生成探测信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种中子探测探头，其特征在于，包括半导体器件以及设置在所述半导体器件一侧的中子转换层；
所述中子转换层用于将入射中子转换为反应信号；
所述半导体器件用于根据所述反应信号生成探测信号。


2.根据权利要求1所述的中子探测探头，其特征在于，所述半导体器件包括PN结，所述中子转换层包括6LiF层；
所述6LiF层设置在所述PN结的N区表面。


3.根据权利要求1所述的中子探测探头，其特征在于，所述半导体器件包括光电式半导体，所述中子转换层包括6LiF和ZnS(Ag)混合涂层。


4.根据权利要求3所述的中子探测探头，其特征在于，所述6LiF和ZnS(Ag)混合涂层的厚度为400至500μm。


5.根据权利要求3所述的中子探测探头，其特征在于，还包括设置在所述光电式半导体与所述6LiF和ZnS(Ag)混合涂层间的保护层。


6.一种中子探测芯片，其特征在于，包括芯片外壳，以及设置在芯片外壳内的脉冲模式电路、电流模式电路和如权利要求1至5任意一项所述的中子探测探头；
其中，所述脉冲模式电路包括前置放大单元和次级主放大单元；所述前置放大单元的输入端用于在所述中子探测探头的剂量率小于等于剂量限定值时获取所述中子探测探头的探测信号；所述前置放大单元的输出端用于通过所述次级主放大单元连接外部处理器；
其中，所述电流模式电路包括所述电流测量单元和所述电流转换单元；所述电流测量单元的输入端用于在所述中子探测探头的剂量率大于剂量限定值时获取所述中子...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟华强，
申请(专利权)人：广州兰泰胜辐射防护科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44