单晶金刚石探测器对14 MeV 单能中子的响应

黄广伟 吴坤 陈晔 李林祥 张思远 王尊刚 朱红英

周春芝1)† 张逸韵2)3)‡ 刘志强2)3) 伊晓燕2)3) 李晋闽2)3)

1) (国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205)

2) (中国科学院半导体研究所照明研发中心, 北京 100083)

3) (中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100190)

(2021 年5 月12 日收到; 2021 年6 月9 日收到修改稿)

1 引 言

14 MeV 能区中子是国际标准化组织推荐的一系列参考辐射场之一[1], 其注量率的准确测量是中子计量的重要内容, 在核参数测量、反应堆设计和运行、中子核技术应用及中子计量仪表的校准等方面均有应用, 具有重要意义[2,3]. 由于其测量的准确程度直接影响到其他中子参数的准确性, 因此人们一直致力于减少它的测量不确定度. 14 MeV 能区中子主要由T(d, n)4He 反应产生, 通过该反应, 中子产额可达到1012n/s 甚至更高, 个别反应堆中子源在堆的活性区注量率可达1015—1016n/(cm2·s)[4].在这样的束流强度下, 以硅为代表的传统半导体材料极易受到辐射损伤, 导致探测器性能变差, 使测量结果变得不可靠. 金刚石材料具有强耐辐照能力强、载流子迁移率高、热导率高等优点[5-8], 是制备辐射探测器的理想材料. 近年来单晶金刚石材料生长技术日益成熟[9], 金刚石探测器在能谱和计数方面的应用成为可能, 目前已经应用于α 粒子、电子[10]、X 射线和γ射线[11]的测量. 此外12C可与快中子相互作用产生独立的特征峰, 因此其特别适合用于14 MeV 能区中子场的准确测定[12-15]. 本文介绍了高性能金刚石中子探测器的制备工艺, 并搭建中子监测系统……