[发明专利]中子转换器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中子转换器的制造方法。

背景技术

当今中子被应用于有关生物和凝聚态物质性能检测的基础研究。这种多方面的探索可以通过内部性能，利用衍射、反射、小角散射、光谱以及断层成像等手段，尤其是生物细胞中针对单晶体、磁性层、聚合物膜进行时间和空间分辨的研究。如果中子的动能由减速器和选择器而被减低为热能，中子的德布罗意波长就会以足够的精度与固体中的原子间距相对应。因此，可以通过散射过程对固体的结构进行非常精确的检测。在低能量区，通过中子可以获得有关固体内部能量状态的结论。中子的空间分辨检测对于本申请是必需的。

常用的检测器系统是在高压下利用³He气来检测中子。这些系统具有高检测效率(高达95％)和低计数率接受度。³He计数管和所谓的多丝正比室(MWPC)³He气体探测器顶多在mm的范围具有空间分辨率，而且只是在涉及大量资源的应用中才会被用来形成均匀且大面积的中子探测器。这种技术代表了业内的技术水平，然而，迄今为止还没有很大的动力以寻求其他替代方案。

由于³He的来源有限而中子探测器的需求增长，近年来，有关替代的探测器材料的研究和开发在持续发展。对³He气体探测器的一种已知替代方案为¹⁰B固体探测器。同位素¹⁰B具有相对大的中子吸收截面以及，相关的，与同位素³He的吸收效率相比，在10^-2至10⁴eV较宽能量范围的70％吸收效率。这相当于从0.286nm至0.286pm的波段。

与通常的³He气体探测器相比较，使用¹⁰B固体探测器另外还能够改善中子探测的空间分辨率。所述¹⁰B固体探测器可以包括基底(基材)或含¹⁰B的膜层。

为了实施，对于转换器(即层-基体系)会有下述要求：

-诸如铝或铝合金的中子透明材料的膜层相对于薄板(基材)的尽可能高的粘附性；

-用于热中子和冷中子的基材的高传输率；

-与辐射负荷相关以及在机械和热应力下的良好系统稳定性。

所述涂层还应具有高均匀性的层厚、化学组成和同位素比率，以及尽量少的杂质。用于以相对于表面的小角度辐射时进行中子探测时转换器层的较高量子效率也是本发明的目的之一。一般来讲，在固体探测器上含¹⁰B涂层的制造成本应当是实际可接受的。

US 6771730公开了一种具有含同位素¹⁰B的碳化硼层的半导体中子转换器。所述碳化硼是在硅半导体层上通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)所产生的。

WO 2013/002697 A1描述了一种包含碳化硼层的中子转换器组件的制造方法。在所述方法中，碳化硼层被应用到中子通透基材上，同样地采用了PECVD。

然而，已知的涂层不能满足上述所有在质量或经济上的需求，尤其是如果需要在较大板材上进行涂覆。

例如，C.et al.J.Appl.Phys.111,104908(2012)提到，通过温度处理和高速涂覆来获得增强的粘着力。为了获得增强的粘着力，必须考虑较大的涂层厚度参数以及更高的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中子转换器的制造方法，其中所述中子转换器可以满足上述对转换器(膜层+基材)的要求：特别是，能在几微米的程度具有连续、均匀的含¹⁰B材料的涂层，以及能够在长时间辐射过程中保持非常良好的附着力和优异的热学和机械稳定性。

另外，本发明的目的还包括提供一种具有上述改善性能的中子转换器。包括基底(基材)和含¹⁰B膜层的¹⁰B固体中子转换器在探测器样机测试中成功实现了上述的目的。

这些目的是通过权利要求1所述的制造方法和权利要求12所述的中子转换器来实现的。

根据本发明，金属基材在第一步骤中进行抛光，并且在后续步骤中通过溅射进行碳化硼或硼膜的涂覆。