專利名稱：用于中子檢測(cè)器的含硼涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于中子檢測(cè)器的硼涂層，特別地，涉及用于中子檢測(cè)器的硼涂層的靜電噴涂應(yīng)用。
背景技術(shù)：
管狀中子檢測(cè)器可以包括硼涂層，以使其與通過(guò)的中子相互反應(yīng)并向封閉體積(enclosed volume)釋放帶電粒子以生成電信號(hào)。中子檢測(cè)器的最佳性能可取決于幾個(gè)因素，包括在所述中子檢測(cè)器長(zhǎng)度上的較薄且均勻的硼涂層，極低痕量的其他元素和化合物，以及在總的硼涂層含量中特殊硼同位素的比例。之前已知的在中子檢測(cè)器的表面上沉積硼的方法可以在所述中子檢測(cè)器的長(zhǎng)度上形成不規(guī)則厚度的硼涂層。由于所述檢測(cè)器表面的微特征周圍的毛細(xì)管作用，這些上述方法可造成硼涂層具有不希望的空隙。其他已知的方法包括使用粘合劑將硼粘附至所述中子檢測(cè)器，這會(huì)引入能干擾中子檢測(cè)的雜質(zhì)。此外，某些之前已知的在中子檢測(cè)器的表面上沉積硼的方法比較昂貴。因此，需要一種優(yōu)化的硼施加工藝，在中子檢測(cè)器長(zhǎng)度上形成較薄且均勻的硼涂層，該硼涂層具有極低痕量的其他元素和化合物。

發(fā)明內(nèi)容
以下概述呈現(xiàn)簡(jiǎn)化的概述，以提供對(duì)本文所討論的系統(tǒng)和/或方法的某些方面的基本理解。該概述并不是對(duì)本文所討論的系統(tǒng)和/或方法的寬泛綜述。其不是旨在確定關(guān)鍵的/決定性的要素，或者旨在劃定這類系統(tǒng)和/或方法的范圍。其唯一的目的是以一種簡(jiǎn)化的形式提出一些概念，作為在稍后部分給出的更加詳細(xì)的描述的鋪墊。一方面，本發(fā)明提供一種中子檢測(cè)器，其包括界定內(nèi)部體積的外殼。所述中子檢測(cè)器包括至少壁部分(at least a wall portion),所述壁部分起陰極作用。在一個(gè)實(shí)例中，所述壁部分具有微特征。所述中子檢測(cè)器包括位于所述內(nèi)部體積內(nèi)并起陽(yáng)極作用的中心結(jié)構(gòu)。所述中子檢測(cè)器包括在所述壁部分上的硼涂層，其中所述硼涂層通過(guò)靜電噴涂工藝施力口。在一個(gè)實(shí)例中，所述硼涂層符合(conform)所述壁部分上的微特征。所述中子檢測(cè)器包括電連接器，其可操作地連接至所述中心結(jié)構(gòu)，以傳輸所述中心結(jié)構(gòu)采集的信號(hào)。另一方面，本發(fā)明提供一種中子檢測(cè)器，其包括界定內(nèi)部體積的外殼。所述中子檢測(cè)器包括至少壁部分，所述壁部分起陰極作用并具有微特征。所述中子檢測(cè)器包括位于所述內(nèi)部體積內(nèi)并起陽(yáng)極作用的中心結(jié)構(gòu)。所述中子檢測(cè)器包括在所述壁部分上的硼涂層。所述硼涂層符合所述壁部分上的微特征并具有2-5微米的厚度。所述中子檢測(cè)器包括電連接器，其可操作地連接至所述中心結(jié)構(gòu)，以傳輸所述中心結(jié)構(gòu)采集的信號(hào)。再一方面，本發(fā)明提供在中子檢測(cè)器的表面上沉積硼涂層的方法。所述方法包括提供所述中子檢測(cè)器的導(dǎo)電表面。在一個(gè)實(shí)例中，所述壁部分具有微特征。所述方法包括用含硼粉末靜電噴涂所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面，以在所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面上形成硼涂層。在一個(gè)實(shí)例中，所述硼涂層符合位于所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面上的微特征。


通過(guò)閱讀以下描述并參考所附的附圖，本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將明白本發(fā)明的上述及其它方面。在附圖中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的示例性中子檢測(cè)器的示意圖，所述中子檢測(cè)器具有硼涂層；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的硼沉積過(guò)程中圖1中的所述示例性中子檢測(cè)器的一部分的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的硼沉積過(guò)程中圖1中的所述示例性中子檢測(cè)器的一部分的截面圖，其包含粘合劑；和圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的在中子檢測(cè)器的表面上沉積硼涂層的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在附圖中描述和說(shuō)明了結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性實(shí)施方案。這些舉例說(shuō)明的實(shí)例并非旨在為對(duì)本發(fā)明的限制。例如，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面可以在其他實(shí)施方案甚至其他類型的設(shè)備中使用。而且，在此使用的某些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了方便，而不能視為對(duì)本發(fā)明的限制。進(jìn)一步地，附圖中相同的附圖標(biāo)記用于指明相同的元件。圖1中大致示出了示例性中子檢測(cè)器10的示意圖。必須理解的是，圖1示出了具有可能結(jié)構(gòu)/配置/等等的一個(gè)實(shí)例，而本發(fā)明的范圍內(nèi)也預(yù)期包括其他的實(shí)例。在一個(gè)具體實(shí)例中，所述中子檢測(cè)器10用于檢測(cè)通過(guò)的中子，例如通過(guò)觀察在由中子誘發(fā)的核反應(yīng)中釋放的帶電粒子。中子檢測(cè)器10可以用于多種應(yīng)用中，例如用于廢核燃料的輻射監(jiān)測(cè)或用于國(guó)土安全應(yīng)用。所述中子檢測(cè)器10可包括外殼20。所述外殼20可以具有環(huán)形截面，形成圓柱形的外殼20，當(dāng)然也可以預(yù)期其他的截面形狀。所述外殼20可包括界定內(nèi)部體積50的壁30和兩個(gè)端40，所述內(nèi)部體積50中可含有氣體。所述壁30只是壁部分30的一個(gè)實(shí)例。必須理解的是，所述壁部分可以是壁的全部或部分，或任何其他結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有電連接至所述外殼20的壁表面。在電路中，所述外殼20可起陰極作用。絕緣體52可位于所述外殼20的所述兩個(gè)端40上，以固定中心結(jié)構(gòu)54到合適位置，并防止帶電粒子在所述中心結(jié)構(gòu)54和所述外殼20之間經(jīng)由直接接觸而通過(guò)。所述中心結(jié)構(gòu)54可大致位于所述外殼20的中心軸線附近。所述中心結(jié)構(gòu)54可具有與電線類似的比例，并能在電路中起陽(yáng)極作用。硼涂層60覆蓋所述壁30的內(nèi)表面。所述中子檢測(cè)器10還包括安裝在所述絕緣體52之一上的電連接器61，用于傳輸所述中心結(jié)構(gòu)54采集的信號(hào)。參考圖2，所述硼涂層60通過(guò)靜電噴涂應(yīng)用，也即電涂，施加至所述壁30的所述內(nèi)表面。必須理解的是，圖2和3中示出的組成所述硼涂層60的粒子只是用于說(shuō)明目的，而并非表示實(shí)際的粒子大小或標(biāo)度尺寸，因此不應(yīng)用于相對(duì)確定尺寸(例如，粒徑可能被夸大了)。另外，所述粒子的形狀只是含硼粉末粒子的球形表示。所述含硼粉末粒子可以包括不規(guī)則的形狀和分布(profile)。靜電噴涂應(yīng)用包括在載體流體中流化硼或含硼粉末62的小粒子。載體流體的實(shí)例包括壓縮氣體如空氣，氮?dú)?，氬氣以及本領(lǐng)域已知的其他氣體。將流化粒子穿過(guò)霧化器并靜電充電。所述靜電充電可以是通過(guò)從高壓電極電暈放電或本領(lǐng)域已知的任何其他使粒子帶電的方法而摩擦生電地發(fā)生。所述靜電噴涂操作可包括使用本領(lǐng)域已知的標(biāo)準(zhǔn)的靜電噴槍66。所述流化粒子被噴涂至導(dǎo)電表面，所述導(dǎo)電表面可以是所述中子檢測(cè)器10的所述外殼20的所述壁30的內(nèi)表面。所述靜電噴槍66可以移動(dòng)通過(guò)所述內(nèi)部體積50，抵達(dá)所述導(dǎo)電表面的整個(gè)區(qū)域。所述導(dǎo)電表面的實(shí)例包括但不限于金屬，具有金屬化沉積層的非金屬，和加熱的玻璃。在靜電噴涂過(guò)程期間，所述導(dǎo)電表面電接地，由此在所述導(dǎo)電表面和所述含硼粉末62的靜電充電的流化粒子之間提供電吸引力(或吸附力)。在靜電噴涂施加所述含硼粉末62的所述流化粒子時(shí)，靜電鏡象力(electrostatic image force)將所述流化粒子附著至所述導(dǎo)體表面上,并且每當(dāng)帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)都會(huì)出現(xiàn)靜電鏡象力。在平衡時(shí)，導(dǎo)體中可沒(méi)有電場(chǎng)。因此，電荷移動(dòng)至它的表面以屏蔽任何外部電荷的場(chǎng)在外。在導(dǎo)體外面，這種表面電荷的效果與當(dāng)移開所述導(dǎo)體并用所述外部帶電體的一個(gè)相等且相對(duì)的鏡像替換所述導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的效果相同。所述帶電流化粒子與導(dǎo)體中它們的“鏡像”之間的吸引力使流化粒子的涂層保持在合適位置。所述靜電鏡象力是緊接著所述流化粒子的靜電沉積之后的主要粘附力。一般這些力會(huì)在較短時(shí)幀內(nèi)消失，有時(shí)持續(xù)幾分鐘至幾小時(shí)。在所述靜電鏡象力消失之后，有三種粘附力具有足夠量值和程度，從而將靜電沉積的流化粒子最終附著至所述導(dǎo)電表面上。這些力是靜電接觸有勢(shì)力，范德華力，和毛細(xì)作用力。靜電接觸有勢(shì)力將所述流化粒子導(dǎo)向并附著至所述導(dǎo)電表面，并且在靜電鏡像力消失之后，這些靜電力依然是主要的粘附力。所述流化粒子上電荷的信號(hào)使得來(lái)自該附著機(jī)構(gòu)的庫(kù)侖力建設(shè)性地增加至由使所述流化粒子帶電的摩擦和電暈充電方法二者產(chǎn)生的力。所述靜電接觸有勢(shì)力只施加至相互接觸的不同材料。因此，它有助于涂層粘附至所述導(dǎo)電表面，而不能有助于所述流化粒子彼此之間的內(nèi)聚力。當(dāng)靜電噴涂設(shè)備不再產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)或當(dāng)所述導(dǎo)電表面被移走以用于隨后的處理時(shí)，所述靜電接觸有勢(shì)力消失。范德華力同樣有助于將所述流化粒子附著至所述導(dǎo)體表面。在物體間緊密接觸的任何系統(tǒng)中，范德華力可以存在。盡管這些力的量值在某種程度上取決于所選擇的流化粒子(例如，含硼化合物)，但是一般地，只要所述粒子足夠小，并且所述硼涂層60如此形成，以在粒子之間提供大量密切的接觸，則該量值通常足夠高，從而將所述流化粒子適當(dāng)附著至所述導(dǎo)體表面。對(duì)于密切接觸的流化粒子來(lái)說(shuō)，范德華力可以非常大，但是這種力只在實(shí)際接觸區(qū)域內(nèi)有效。毛細(xì)作用力同樣有助于將所述流化粒子附著至所述導(dǎo)體表面。在兩個(gè)流化粒子之間或流化粒子與所述導(dǎo)電表面之間的接觸區(qū)域中液體的存在能大大影響粘附力。毛細(xì)作用力的量級(jí)可比所描述的其他粘附力更大。因此，有時(shí)使用通入蒸汽操作，以便暫時(shí)改善靜電沉積涂層的粘附。當(dāng)水分蒸發(fā)后，所述毛細(xì)作用力消失。盡管如此，通常會(huì)由于在存在毛細(xì)作用力時(shí)接觸區(qū)域內(nèi)的局部小粒子重排或增加，產(chǎn)生有益的殘留粘附增加。參考圖3，如果所述的粘附力未在所述流化粒子和所述導(dǎo)電表面之間提供所需粘附，則可在此過(guò)程中加入粉末或液體形式的添加劑或粘合劑70。這些粘合劑70 —般是可以熱固化的聚合物，或在溶劑蒸發(fā)后會(huì)固化的溶劑化聚合物。但是，添加劑或粘合劑70并不是必須存在的。四種參數(shù)已被確定會(huì)顯著影響所述硼或含硼粉末的靜電噴涂沉積粒徑，粒子導(dǎo)電率，濕度和噴涂設(shè)備的高壓設(shè)置。粒徑對(duì)所述硼涂層60的形成有強(qiáng)烈的影響。單個(gè)粒子上的飽和電荷隨著所述粒子半徑的平方(r2)變化。因?yàn)橥繉用繂挝缓穸鹊牧Ｗ訑?shù)隨著粒子半徑的立方的倒數(shù)(Ι/r3)變化，所述涂層上的電荷與粒子半徑的倒數(shù)(Ι/r)成比例。因此,粒徑越小,則電荷越高并且靜電粘附越好。由于與粒子末端速度(terminal velocity)有關(guān),粒徑同樣會(huì)影響所述硼或含硼粉末的所得靜電噴涂沉積。所述流化粒子的末端速度與粒子半徑直接成比例。尺寸越小，粒子相對(duì)于所述靜電噴涂霧化器的載體流體的速度則越低，因此沉積速率也越低。另外，如果所述流化粒子可變形，那么較低的粒子速度將引起其與導(dǎo)電表面碰撞后的彈性變形較少，產(chǎn)生在某種程度上弱于可能的范德華吸附力。粒徑會(huì)進(jìn)一步影響所述硼涂層60的厚度尺度。撞擊所述導(dǎo)電表面的第一流化粒子通過(guò)它們的鏡像力吸引至所述導(dǎo)電表面，所述鏡像力等于粒子電荷的平方除以粒子半徑的平方的四倍(q2/4r2)。在大多數(shù)情況下，沉積的粒子會(huì)慢慢地失去其電荷，并且接下來(lái)的每一層都會(huì)增加表面電勢(shì)。最終，在某一極限硼涂層60厚度，所述導(dǎo)電表面上將不再發(fā)生沉積。任何試圖超過(guò)該臨界厚度的努力都會(huì)使表面電勢(shì)超過(guò)所述層的介電強(qiáng)度，由此導(dǎo)致局部放電，并且大部分電荷將泄漏至所述導(dǎo)電表面。由于沒(méi)有足夠的粘附力以將粒子保持在位于涂層表面上，任何試圖向所述導(dǎo)電表面電噴涂額外的含硼粉末62的努力都將導(dǎo)致那些額外的流化粒子從涂層掉落。所述極限涂層厚度取決于粒徑，較小的粒徑通常導(dǎo)致極限涂層厚度變小。在一個(gè)實(shí)例中，所述限制性的涂層厚度可以是約25微米。粒子導(dǎo)電率是能顯著影響所述硼或含硼粉末的所得靜電噴涂沉積的另一因素。對(duì)于呈現(xiàn)的導(dǎo)電率大于約10_8西門子厘米―1 (ScnT1)的流化粒子來(lái)說(shuō)，摩擦電充電極小，而暈電荷快速流失至所述導(dǎo)電表面，降低粉末與所述導(dǎo)電表面之間的粘附。對(duì)于呈現(xiàn)的導(dǎo)電率更高的流化粒子來(lái)說(shuō)，可從導(dǎo)電表面獲得電荷，而該粉末則會(huì)趨向于將自身從所述導(dǎo)體表面排斥。對(duì)于呈現(xiàn)的導(dǎo)電率低于約10_12至Kr14ScnT1的粉末來(lái)說(shuō)，由于在沉積期間不能通過(guò)收集表面(collectingsurface)來(lái)中和電荷,沉積的效率會(huì)受到影響。低導(dǎo)電率的流化粒子趨向于在所述外部粉末層和所述導(dǎo)電表面之間產(chǎn)生電壓梯度，可超過(guò)空氣的火花擊穿的電壓梯度，并導(dǎo)致出現(xiàn)被稱作為“反電暈坑洞(back-cOTona cratering) ”或“電壓孔”的情形。局部擊穿會(huì)產(chǎn)生相反荷電的離子，這會(huì)中和所述粉末的電荷并在沉積的粉末中形成坑洞。在靜電噴涂沉積應(yīng)用中，流化粒子導(dǎo)電率是粉末沉積效率中的重要因素。調(diào)節(jié)靜電沉積環(huán)境的溫度或濕度可以有益地改變粉末導(dǎo)電率。一般的調(diào)節(jié)劑可包括但不限于水蒸氣，三乙胺，H2SO4, SO2, NaCl 和 NaOH0靜電沉積環(huán)境的濕度是能顯著影響所述硼或含硼粉末的所得靜電噴涂沉積的又一因素。存在可施加于所述靜電噴涂設(shè)備和所述導(dǎo)電表面之間的最大電壓。如果超出該最大電壓，將會(huì)出現(xiàn)空氣的火花擊穿。一般地，在恒溫下，在較高濕度水平下施加的最大電壓可增大。因此，濕度越高，能用于靜電沉積應(yīng)用的可用的充電和驅(qū)動(dòng)電壓也越高。但是，如果濕度過(guò)高以至于濕氣實(shí)際上在所述靜電噴涂設(shè)備上凝結(jié)，那么將出現(xiàn)其他漏壓路徑。此夕卜，如果粉末呈現(xiàn)的導(dǎo)電率高，高濕度會(huì)對(duì)粉末充電過(guò)程產(chǎn)生負(fù)面影響。濕度同樣在上述的毛細(xì)作用力中起到了重要的作用。靜電噴涂設(shè)備的高壓設(shè)置是能顯著影響所述硼或含硼粉末的所得靜電噴涂沉積的又一因素。粒子的最大電荷與所述靜電噴涂設(shè)備的高壓設(shè)置有直接的關(guān)系。如此，所述靜電噴涂設(shè)備的電壓量值的增加會(huì)導(dǎo)致所述粉末涂層厚度增加，這是因?yàn)榉勰┝Ｗ拥碾姾闪恐翟黾硬⑶以谒鲮o電噴涂設(shè)備的電極上形成了更密集的粉末粒子云。所得粉末涂層厚度的增加，通過(guò)允許更快的靜電噴涂設(shè)備線速度和更少的施加次數(shù)以獲得期望的硼涂層60厚度，得到所述導(dǎo)電表面的更有效的硼粉末涂層。靜電噴涂含硼粉末62以在中子檢測(cè)器10的內(nèi)表面上形成硼涂層60，能提供均勻地符合所述導(dǎo)電表面的表面特征的額外好處。在所述導(dǎo)電表面的面上可能出現(xiàn)諸如突起和凹陷的微特征，這些微特征可能通過(guò)一般的硼涂層施加而不充分地覆蓋。例如，一種硼涂層施加方法包括將所述導(dǎo)電表面浸入硼或硼化合物的水基分散體中。水分子的毛細(xì)作用會(huì)阻礙所述硼或硼化合物均勻地覆蓋所述導(dǎo)電表面的微特征。某些對(duì)中子檢測(cè)器的硼涂層施加可包括將硼涂層以漿料施加至圓柱體的內(nèi)部。在接下來(lái)的干燥操作中，因?yàn)樵谕耆稍镏皾{料會(huì)流動(dòng)，因此重力可影響所述硼涂層的厚度。靜電噴涂施加所述含硼粉末能消除由重力對(duì)含硼粉末漿料的不良效果。例如，可以將圓柱形的中子檢測(cè)器部件懸掛起來(lái)，使得圓柱體的軸線處于垂直方向，從而干燥涂敷內(nèi)徑的漿料。然后，重力會(huì)自然而然地將漿料往下拉并使其穿過(guò)所述圓柱體，從而在所述圓柱體的長(zhǎng)度上形成不均勻的硼涂層和可變內(nèi)徑。在該干燥方法后，所述硼涂層的可變內(nèi)徑通常在圓柱體的頂部比較薄而在圓柱體的底部比較厚。在圓柱體較長(zhǎng)時(shí)，這可能是非常嚴(yán)重的問(wèn)題。備選地，靜電噴涂施加將所述含硼粉末62的靜電吸引力直接提供至所述導(dǎo)電表面的面的所有區(qū)域，包括任何出現(xiàn)的諸如局部突起和凹陷的微特征。這使得在所述圓柱體的內(nèi)徑上形成了更好的、首尾相連的涂層一致性。必須理解的是，所述含硼粉末62可以包括純硼、硼化合物或包含硼的混合物。所述含硼粉末62也可以包括特定比例的天然存在的硼同位素。例如，總的硼含量最低可以是約97wt %，而相對(duì)于總的硼含量，同位素kiB的比例最低可以是約98wt %。硼有兩種天然存在的同位素，kiB和11B,其通常以約20%的kiB和約80%的11B的比例存在。在普通環(huán)境下，當(dāng)與自由中子相互作用時(shí)，這兩種同位素的反應(yīng)截然不同。理想地，進(jìn)入所述中子檢測(cè)器10的中子被kiB吸收，然后kiB釋放能引起粒子相互作用的級(jí)聯(lián)的帶電粒子，隨后所述帶電粒子與所述中子檢測(cè)器10的中心結(jié)構(gòu)54陽(yáng)極部分相互作用(最好參考圖1)。通常的中子檢測(cè)器依靠這些釋放的帶電粒子以及其它所產(chǎn)生的粒子相互作用的級(jí)聯(lián)，形成表示檢測(cè)到的中子或中子團(tuán)的信號(hào)。但是，同位素11B簡(jiǎn)單地吸收中子而不釋放其他帶電粒子，這使得在中子檢測(cè)應(yīng)用中11B無(wú)效。這兩種天然存在的硼同位素在中子吸收行為上的差別意味著同位素kiB占總的硼含量的比例大致上等于所述中子檢測(cè)器10的效率。例如，如果硼涂層60包含92%的kiB和8%的11B,那么所述中子檢測(cè)器10在所述涂敷區(qū)域上就是92%有效(不考慮涂層中的少量雜質(zhì))。因此，希望在所述含硼粉末62中形成的kiB同位素占總的硼含量的比例是實(shí)際上能得到的最高比例。在一個(gè)實(shí)例中，所述含硼粉末62可以包括將硼原料噴射研磨至特定粒徑而形成的晶態(tài)硼粒子。例如，超過(guò)約75%的粒子的直徑小于約I微米，超過(guò)約95%的粒子的直徑小于約3微米，并且基本上所有粒子的粒徑小于約15微米。中子檢測(cè)器10的最佳性能部分取決于施加至所述外殼20的所述中子檢測(cè)器壁30的較薄的硼涂層60。理想地，進(jìn)入所述中子檢測(cè)器10的中子被硼吸收，然后硼釋放能在所述內(nèi)部體積50內(nèi)引起粒子相互作用的級(jí)聯(lián)的其他帶電粒子，隨后所述帶電粒子與所述中子檢測(cè)器10的陽(yáng)極部分相互作用。但是，如果施加的硼粉末比較厚，硼將會(huì)簡(jiǎn)單地吸收中子而不會(huì)釋放其他帶電粒子，并且變得“自陷(self-trapping)”，這使得中子檢測(cè)器10無(wú)效。因此，期望獲得一種粒徑為直徑約I微米的最佳硼粉末，以在所述中子檢測(cè)器10的表面上形成較薄的涂層。對(duì)于用靜電噴槍66的靜電噴涂應(yīng)用以及在其他沉積含硼粉末62以用于中子檢測(cè)的方法中，使用大小為約I微米的硼粒子尤其有效。在中子檢測(cè)器10中，期望的硼涂層60的厚度可為2-5微米厚，或者，3-4微米厚。由于靜電粘附力每次在導(dǎo)電表面上沉積一層粉末，靜電噴涂應(yīng)用特別適合于向?qū)щ姳砻媸┘泳鶆蚯冶〉耐繉印＠?，不?huì)出現(xiàn)帶電硼粒子施加不均勻的情況，這是因?yàn)橛伸o電噴涂操作產(chǎn)生的粘附力會(huì)將粉末粒子導(dǎo)向?qū)ε鹆Ｗ邮┘幼畲笪Φ乃鰧?dǎo)電表面上的區(qū)域。這些對(duì)硼粒子施加最大吸引力的區(qū)域指的是那些沒(méi)有硼粒子層覆蓋所述導(dǎo)電表面的區(qū)域。另外的硼粒子將不會(huì)被吸引至或粘附至已經(jīng)被硼粒子層覆蓋的區(qū)域，而必定會(huì)首先導(dǎo)向沒(méi)有硼粒子的區(qū)域。只有在整個(gè)所述導(dǎo)電表面的表面都被硼粒子覆蓋以后，第二層硼才會(huì)被附著至先前沉積的硼粒子上。含硼粉末62的靜電噴涂施加能在噴涂設(shè)備每次通過(guò)(pass)時(shí)沉積有效于中子檢測(cè)的單個(gè)硼粒子層，當(dāng)然，也可以預(yù)期噴涂設(shè)備的多次通過(guò)。在所述靜電噴涂施加完成以后，所述導(dǎo)電表面和硼涂層60可以經(jīng)歷后續(xù)處理，以進(jìn)一步將所述硼涂層60附 著至所述導(dǎo)電表面，但是，這并不是必需的步驟。在一個(gè)實(shí)例中，所述導(dǎo)電表面和所述硼涂層60可以經(jīng)過(guò)升溫以便硼化所述導(dǎo)電表面，其中硼分子遷移至所述導(dǎo)電表面內(nèi)。但是，在很多情況下，不經(jīng)進(jìn)一步處理，所述粘附力將充分使所述硼涂層60附著至所述壁30的內(nèi)表面。在靜電噴涂之后，也可以進(jìn)行其他操作，包括進(jìn)行濕氣處理以除去所述硼涂層60和所述導(dǎo)電表面上任何不需要的靜電電荷。在用于中子檢測(cè)應(yīng)用的含硼粉末62的一個(gè)實(shí)例中，與所述含硼粉末共混(comingle)的可溶性殘余物為少于7. OOX 1(Γ4克可溶性殘余物每克硼。可溶性殘余物的一個(gè)實(shí)例是有機(jī)污染物。必須理解的是，術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”是一個(gè)寬泛的分類。在一個(gè)部分中，所述分類包括含有碳成分的材料。所述有機(jī)污染物可以在噴射研磨過(guò)程中從諸如空氣壓縮機(jī)油、噴射式粉碎機(jī)內(nèi)部使用的聚合內(nèi)襯材料的粒子以及用于將聚合內(nèi)襯材料附著至噴射式粉碎機(jī)內(nèi)壁的粘附材料的來(lái)源引入所述硼粉末。含硼粉末62的靜電噴涂并不一定需要粘合劑70以將所述粉末附著至所述導(dǎo)電表面。因此，與一些之前已知的硼施加方法(例如在油中的硼粉末與基于橡膠粘合劑的分散體)相比，含硼粉末62的靜電噴涂施加可以減少成品硼涂層60中的可溶性殘余物的量。中子檢測(cè)器10的最佳性能部分地取決于施加至所述中子檢測(cè)器10的表面上的所述硼粉末中的可溶性殘余物的最低水平。例如有機(jī)污染物的可溶性殘余物能夠排氣(outgas)，這會(huì)將有機(jī)化合物引入所述中子檢測(cè)器10的內(nèi)部體積50中。在制造過(guò)程中，所述內(nèi)部體積50中填充有特殊配方的氣體以使所述中子檢測(cè)器10有效操作。排氣形成的所述有機(jī)化合物會(huì)污染該特殊配方的氣體，并且會(huì)降低所述中子檢測(cè)器10的有效操作。因此，特別期望一種含硼粉末62以用于中子檢測(cè)應(yīng)用，其中相對(duì)于每克硼含有小于7. OOX 10_4克可溶性殘余物。
在將硼涂層60施加至所述中子檢測(cè)器壁30的過(guò)程中，含硼粉末的所述靜電噴涂施加同樣可不需要粘合劑70。靜電噴涂操作可依靠壓縮氣體和電磁力將所述含硼粉末62推向?qū)щ姳砻娌⑹乖摲勰└街了鰧?dǎo)電表面。電磁附著力可以用作將所述硼涂層60保持在所述導(dǎo)電表面上所需的唯一的力。所述硼涂層60中與硼共混的化學(xué)元素和化合物會(huì)對(duì)中子檢測(cè)器10的效率帶來(lái)不良影響。從硼涂層施加過(guò)程中除去粘合劑70材料幫助限制所述硼涂層60中會(huì)降低所述中子檢測(cè)器10效率的材料的量。伽馬輻射能迫使除硼以外的材料向所述中子檢測(cè)器10的內(nèi)部體積50中排放帶電粒子。繼而，這些帶電粒子能吸引至所述中子檢測(cè)器10的中心結(jié)構(gòu)54陽(yáng)極上，由此產(chǎn)生假陽(yáng)性中子檢測(cè)信號(hào)。硼不受伽馬輻射影響，并且不會(huì)由于與伽馬輻射之間的相互作用而排放帶電粒子并產(chǎn)生假陽(yáng)性中子檢測(cè)信號(hào)。因此，除去所述粘合劑70能得到更有效率的中子檢測(cè)器10。此外，除去所述粘合劑70也幫助限制能與所述含硼粉末62共混的可溶性殘余物的量。如前所述，所述中子檢測(cè)器10的最佳性能部分地取決于施加至所述中子檢測(cè)器10的導(dǎo)電表面上的所述含硼粉末62中可溶性殘余物的最低水平。在有助于確保中子檢測(cè)器10靈敏度一致的同時(shí)，含硼粉末62的靜電噴涂同樣能降低中子檢測(cè)器10的制造成本。例如，含硼粉末62的靜電噴涂可以在環(huán)境溫度和環(huán)境壓力下進(jìn)行，因此消除了對(duì)所述硼涂層的施加保持特殊環(huán)境的成本。含硼粉末62的靜電噴涂也可以在少量或沒(méi)有覆蓋氣體的情況下進(jìn)行，消除了特殊環(huán)境的成本。由于在制造過(guò)程中消除了這些變量，也有助于在中子檢測(cè)器10靈敏度水平中確?？芍貜?fù)、可再現(xiàn)的結(jié)果。與其他諸如真空沉積之類的含硼粉末施加技術(shù)的方法相比，硼涂層60的靜電噴涂施加能降低中子檢測(cè)器10的生產(chǎn)成本。通過(guò)將接近于會(huì)在最終產(chǎn)品的所述導(dǎo)電表面上保留的含硼粉末62實(shí)際量的量的含硼粉末62施加至所述導(dǎo)電表面上，含硼粉末62的靜電噴涂還能減少在所述中子檢測(cè)器10的生產(chǎn)過(guò)程中的廢料量。相較而言，使用含硼粉末62的漿料并隨后排出額外材料的方法有更多量的廢料產(chǎn)品。與漿料施加相比，含硼粉末62的靜電噴涂的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低了在施加之前與所述硼材料的存儲(chǔ)有關(guān)的成本和努力。使用靜電噴涂含硼粉末62的中子檢測(cè)器10的制造操作包括存儲(chǔ)干的硼粉末?；蛘?，之前已知的硼的漿料施加包括存儲(chǔ)含硼液體。這些液體會(huì)在存儲(chǔ)和制造過(guò)程中帶來(lái)某些擔(dān)心，例如所存儲(chǔ)液體合適粘度的保持，霉菌生長(zhǎng)，真菌生長(zhǎng)，在額外施加至中子檢測(cè)器10圓柱體時(shí)排出的液體的回收，所述液體的過(guò)濾，以及所述液體中凝聚體的最小化。含硼粉末62的存儲(chǔ)和靜電噴涂則不存在任何上述擔(dān)心。此外，與基于漿料的施加相比，含硼粉末62的靜電噴涂降低對(duì)硼分子氧化的擔(dān)心。硼漿料中存在的水帶來(lái)水分子離解的可能性，使得游離氧和硼分子結(jié)合。當(dāng)氧化的硼分子包含在中子檢測(cè)器10的硼涂層60中時(shí)，已經(jīng)知道會(huì)降低所述中子檢測(cè)器10的效率。圖4大致描述了在中子檢測(cè)器的導(dǎo)電表面上沉積硼涂層60的示例性方法。所述方法可以與圖1所示的示例性中子檢測(cè)器以及圖2和3所示的流化粒子的施加相關(guān)地進(jìn)行。所述方法包括提供所述中子檢測(cè)器的導(dǎo)電表面的步驟110。所述導(dǎo)電表面可以由金屬、具有金屬化沉積層的非金屬或經(jīng)加熱以改善導(dǎo)電率的玻璃制成。所述導(dǎo)電表面可以是圓柱體的內(nèi)表面，當(dāng)然，也可以預(yù)期其他具有內(nèi)表面的幾何形狀。所述方法還包括將含硼粉末靜電噴涂所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面的步驟120。在靜電噴涂過(guò)程中，所述導(dǎo)電表面電接地，由此在所述導(dǎo)電表面和所述含硼粉末的靜電帶電流化粒子之間提供電粘附力。所述粘附力將所述流化粒子結(jié)合至所述導(dǎo)電表面。獲得的硼涂層60具有均勻施加至所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面上的最佳厚度。此外，所述硼涂層60符合位于所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面上的任何存在的微特征。在所述方法的一個(gè)實(shí)例中，可以在靜電噴涂所述含硼粉末的流化粒子的同時(shí)將粘合劑施加至所述導(dǎo)電表面。當(dāng)靜電粘附力強(qiáng)度不足以將硼涂層保持在所述導(dǎo)電表面上的合適位置時(shí)，這個(gè)額外的步驟是必不可少的。在所述方法的另一個(gè)實(shí)例中，所述硼涂層的均勻厚度為2至5微米。在所述方法的再一個(gè)實(shí)例中，所述硼涂層的均勻厚度為3至4微米。在所述方法的另一個(gè)實(shí)例中，所述含硼粉末包括約97wt%的最低總硼含量和相對(duì)于總硼含量為約98wt %的kiB同位素最低比例。在所述方法的再一個(gè)實(shí)例中，所述含硼粉末包括與硼共混的一定量的可溶性殘余物，該量為少于7. OOXlO-4克可溶性殘余物每克硼。已經(jīng)參考上述示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明。通過(guò)閱讀并理解說(shuō)明書的內(nèi)容，能夠想到其它修改和變更。結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的示例性實(shí)施方案旨在包括所有這樣的修改和變更，只要這些修改和變更落在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種中子檢測(cè)器，其包括 界定了內(nèi)部體積的外殼； 至少壁部分，所述壁部分起陰極作用； 位于所述內(nèi)部體積內(nèi)并起陽(yáng)極作用的中心結(jié)構(gòu)； 在所述壁部分上的硼涂層，其中所述硼涂層通過(guò)靜電噴涂工藝施加；和 電連接器，其可操作地連接至所述中心結(jié)構(gòu)，以用于傳輸所述中心結(jié)構(gòu)采集的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)器，其中所述壁部分具有微特征，并且所述硼涂層符合所述壁部分上的所述微特征。
3.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其中所述壁部分是所述外殼的一部分。
4.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其中所述硼涂層的厚度為2-5微米。
5.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其中所述硼涂層的厚度為3-4微米。
6.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其中所述硼涂層包括約97wt%的最低總硼含量和相對(duì)于總硼含量為約98被％的kiB同位素最低比例。
7.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其中所述硼涂層包括與硼共混的一定量的可溶性殘余物，該量為少于7. OOXlO-4克可溶性殘余物每克硼。
8.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其中所述內(nèi)部體積中包括至少一種氣體。
9.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其中所述壁部分是圓柱體。
10.如權(quán)利要求2所述的中子檢測(cè)器，其進(jìn)一步包括粘合劑，以提高所述硼涂層對(duì)所述壁的粘附。
11.一種中子檢測(cè)器，其包括 界定內(nèi)部體積的外殼； 至少壁部分，所述壁部分起陰極作用并具有微特征； 位于所述內(nèi)部體積內(nèi)并起陽(yáng)極作用的中心結(jié)構(gòu)； 在所述壁部分上的硼涂層，所述硼涂層符合所述壁部分上的微特征并具有2-5微米的厚度；和 電連接器，其可操作地連接至所述中心結(jié)構(gòu)，以用于傳輸所述中心結(jié)構(gòu)采集的信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的中子檢測(cè)器，其中所述壁部分是所述外殼的一部分。
13.如權(quán)利要求11所述的中子檢測(cè)器，其中所述硼涂層的厚度是3-4微米。
14.如權(quán)利要求11所述的中子檢測(cè)器，其中所述硼涂層包括約97被％的最低總硼含量和相對(duì)于總硼含量為約98被％的kiB同位素最低比例。
15.一種在中子檢測(cè)器的表面上沉積硼涂層的方法，其包括 提供所述中子檢測(cè)器的導(dǎo)電表面；和 用含硼粉末靜電噴涂所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面，在所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面上形成硼涂層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中提供所述中子檢測(cè)器的導(dǎo)電表面的步驟包括提供所述導(dǎo)電表面以使所述導(dǎo)電表面上具有微特征，并且所述用含硼粉末靜電噴涂所述中子檢測(cè)器的所述導(dǎo)電表面的步驟使得在所述導(dǎo)電表面上形成符合位于所述導(dǎo)電表面上的所述微特征的硼涂層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括向所述導(dǎo)電表面施加粘合劑。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述硼涂層的厚度為2-5微米。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述硼涂層的厚度為3-4微米。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述含硼粉末包括約97wt%的最低總硼含量和相對(duì)于總硼含量為約98wt%的kiB同位素最低比例。
全文摘要
一種中子檢測(cè)器，其包括界定了內(nèi)部體積的外殼。所述中子檢測(cè)器包括至少壁部分，所述壁部分起陰極作用。在一個(gè)實(shí)例中，所述壁部分具有微特征。所述中子檢測(cè)器包括位于所述內(nèi)部體積內(nèi)并起陽(yáng)極作用的中心結(jié)構(gòu)。所述中子檢測(cè)器包括在所述壁部分上的硼涂層。在一個(gè)實(shí)例中，所述硼涂層通過(guò)靜電噴涂工藝施加。在一個(gè)實(shí)例中，所述硼涂層符合所述壁部分上的微特征。在一個(gè)實(shí)例中，所述壁部分具有2-5微米的厚度。所述中子檢測(cè)器具有電連接器，其可操作地連接至所述中心結(jié)構(gòu)，以用于傳輸所述中心結(jié)構(gòu)采集的信號(hào)。本發(fā)明還提供了用于沉積所述硼涂層的相關(guān)方法。
文檔編號(hào)G01T3/00GK103048677SQ20121046208
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者J·M·魯斯迪格, J·B·詹斯馬 申請(qǐng)人:通用電氣公司