[发明专利]一种基于光学折射率变化的超宽带中子探测器

说明书

本发明公开了一种基于光学折射率变化的超宽带中子探测器，属于核辐射探测技术领域，包括：由顺序固定的碳氢材料层、碘化铯层、半导体和衬底组成的探测单元、高压电源及中子束；在碳氢材料层和衬底的外表面上分别电镀第一金属膜和第二金属膜；第一金属膜与高压电源的负极电性连接；中子束入射到所述探测单元后，中子与碳氢材料层中的质子发生碰撞，产生反冲质子，反冲质子进入碘化铯层后产生自由电子；通过第一金属膜和第二金属膜之间负高压的电场作用将碘化铯层中产生的自由电子注入到半导体中，引起半导体的光学折射率变化；该探测器能够将中子束转化为半导体材料的折射率变化，利用光学干涉测量半导体材料的折射率变化获得中子束的强度信息。

技术领域

本发明属于核辐射探测技术领域，具体涉及一种基于光学折射率变化的超宽带中子探测器。

背景技术

中子探测是核辐射探测领域研究的重要内容之一。传统的中子学探测方式是利用探测材料与中子束相互作用产生自由电子，对这些自由电子进行收集产生电流或电压加以探测。这种方法是基于电子学探测系统，对于脉冲中子束探测而言，激发、产生脉冲电流或电压以及传输过程中，脉冲电流或电压信号中高频成分会受到电子探测系统带宽的限制，导致信号高频成分衰减甚至丢失，严重限制了探测系统的时间分辨能力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于光学折射率的变化超宽带中子探测器，该探测器能够将中子束转化为半导体材料的折射率变化，利用光学干涉测量半导体材料的折射率变化获得中子束的强度信息。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种基于光学折射率变化的超宽带中子探测器，包括：由顺序固定的碳氢材料层、碘化铯层、半导体和衬底组成的探测单元、高压电源及中子束；

在碳氢材料层和衬底的外表面上分别电镀第一金属膜和第二金属膜；第一金属膜与高压电源的负极电性连接，因此，在第一金属膜和第二金属膜之间形成负高压的电场；

中子束沿第一金属膜法线方向入射到所述探测单元后，中子与碳氢材料层中的质子发生碰撞，产生反冲质子，反冲质子进入碘化铯层后产生电离效应，并产生自由电子；通过第一金属膜和第二金属膜之间负高压的电场作用将碘化铯层中产生的自由电子注入到半导体中，引起半导体的光学折射率变化。

进一步的，包括：上述中子探测器和光学系统；

所述光学系统用于测量中子探测器的半导体的光学折射率的变化量，通过半导体的折射率变化量得到碘化铯层产生自由电子的数量，进而探测中子束强度。

进一步的，所述光学系统包括：位于中子探测器的衬底所在侧的激光器、分光棱镜、反射镜及光学探测器；

反射镜和光学探测器分别位于分光棱镜的上、下两侧；中子探测器和激光器分别位于分光棱镜的左、右两侧；第二金属膜上加工有信号孔；

所述分光棱镜用于将激光器发出的激光光束分为互相垂直的参考光束和探测光束，其中，参考光束被反射镜反射后沿原路返回；探测光束经过信号孔并沿第二金属膜法线方向垂直入射到所述探测单元后，被第一金属膜反射后沿原路返回；反射回来的参考光束和探测光束再次经过分光棱镜后，在光学探测器上形成干涉条纹；

所述光学探测器用于记录所形成的干涉条纹；

依据所述干涉条纹的位移变化量获取所述半导体的光学折射率的变化量，进而获取中子束的强度信息。

进一步的，通过改变所述中子探测器与分光棱镜棱镜之间的距离，实现对探测光束的光程调节。

有益效果：(1)本发明通过中子束引起半导体的光学折射率变化，并通过光学干涉的方法(即通过探测光束的位相变化)来探测半导体的光学折射率变化，进而实现对中子束强度的探测；利用光学系统能够处理超宽带信号特点，解决了现有的电子学系统带宽受限的问题，实现了超宽带、高灵敏、高时间分辨率的辐射探测。