[科普中国]-中子传感器

中子探测

中子是不带电粒子，它通过物质时不能直接产生电离。子核作用时产生的次级带电粒子。

中子和原子核的相互作用有：产生带电粒子的核反应、核反冲、核裂变及活化等。在测井中，是以核反应为基础来探测慢中子的，在个别情况下，也可以用来探测快中子。

10B（n，α）7Li反应

10B（n,α）7Li反应是目前探测慢中子中用最广泛的。主要原因是硼的材料比较容易获得，气态的可以选用BF3气体，固态的可以选取氧化硼或碳化硼，天然硼中10B的含量约为9.8%。为了提高探测效率，在制造中子探测器时采用浓缩硼（10B的浓度在96%以上），而浓缩硼的获得并不十分困难。

6Li（n，α）T反应

该反应的优点是放出能量最大（4.78MeV），给出较大的脉冲，所以很容易把中子产生的脉冲与γ射线本底区分开来。由于锂没有合适的气体化合物，所以使用时只能采用固体材料。另外，天然锂中6Li含量只有7.5%，故以天然锂做成的探测器的探测效率低。通常都用碘化锂晶体和锂玻璃来制成闪烁计数器，它们含浓缩6Li，一般在90%以上，探测效率可达80%～90%。

3He（n，p）T反应

该反应的优点是反应截面最大，但反应时放出的能量最小，而且探测器不容易去除γ射线本底。二另外，天然氦气中3He的含量非常低，大约只有1.4 x 10.-4%，所以3He的制备比较困难。近年来，随着3He的来源日益增多，利用3He（n，p）T反应探测中子的方法也开始逐步推广。1

常用的中子探测器三氟化硼正比计数管探测慢中子最通用的是三氟化硼正比计数管，一般称为BF3计数管。它的结构基本上和测量γ射线的G-M计数管一样，只是管内充的是BF3气体。中子射人计数管后，由10B（n，α）7Li反应产生α粒子和7Li核，这两种粒子在计数管内引起电离，经气体放大后输出电压脉冲。在测量中子时往往混杂着一些γ射线，γ射线在计数管壁上打出的电子也能引起电离，但电子的射程要比α粒和7Li大得多，因而在计数管灵敏部分中损耗能量后所产生的脉冲信号是比较小的，靠一定的甄别阈就可以把这些γ射线本底脉冲去掉。

含硼闪烁计数器这种计数器的闪烁体是ZnS(Ag)加硼的化合物。中子进入闪烁体后，通过10B（n，α）7Li反应产生α粒子和7Li核，它们使ZnS(Ag)发光。由于10B的慢中子作用截面很大，所以这种计数器的探测效率较高，并且它还可以甄别并去掉γ射线本底，故目前已被广泛应用。

含锂闪烁计数器这种计数器的闪烁体有两种形式，一种是铕激活碘化锂[LiI(Eu)]晶体，另一种是铈激活锂玻璃[LiO2·2SiO2(ce)]，这些闪烁体都是利用6Li（n，α）T反应产生的T和α粒子使其发光的。由于6Li（n，α）T的反应能量很大（Q=4.78MeV），因而计数器可以给出很大的电压脉冲，比较容易甄别去掉由γ射线引起的本底。

这种探测器适用的中子能量范围较宽，可以测量从热中子到几十万电子伏范围内的中子。特别是它对热中子的探测效率极高。例如，对于4mm厚的闪烁体，热中子的探测效率已达100%。随着中子能量的增加，其探测效率降低，但对中等能量的中子仍有一定的探测效率。

锂玻璃闪烁体的特点是耐酸，耐化学腐蚀，耐潮湿及耐高温，它宜于在恶劣的环境中使用。

半导体探测器在两个金硅面垒型半导体之问夹一层含6Li的薄膜，中子射入薄膜以后由6Li（n，α）T反应产生α粒子和T粒子，它们分别被两个金硅面垒半导体探测器所记录并输出脉冲，输出脉冲的幅度相当于入射中子的能量加上6Li（n，α）T反应能Q值。因此，这种探测器不仅可以测量中子的强度，而且也可以测量中子的能量。

半导体探测器的特点是体积小、响应快，以及对γ射线不灵敏。因此，这种探测器可以在较强的γ射线本底情况下工作。1