基於碳化矽的中子探測器關鍵技術研究

《基於碳化矽的中子探測器關鍵技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由王躍科擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於碳化矽的中子探測器關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王躍科
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

氣體、閃爍體及常規半導體中子探測器只能在常溫或低溫下保存和工作，無法套用於高溫、強輻射場等極端環境。為了在核試驗、核反應堆堆芯、高能物理試驗和太空等高溫高壓以及強輻射環境中進行中子探測，迫切需要研製出新型中子探測器。本項目以研製一種基於碳化矽半導體的新型中子探測器為目標，通過物理建模並結合軟體仿真研究中子在探測器中的輸運過程，預測探測器的中子探測性能，並以此為根據最佳化設計探測器的結構及製作工藝；然後根據最優的探測器參數和製作工藝研製探測器樣品，同時設計並搭建核電子學模組以構建一套完整的SiC中子測試系統；最後在多種溫度和輻射強度環境下對探測器的各項性能進行檢驗與標定。本項目的研究涉及材料學、物理學和信息科學等學科的交叉與融合，研究成果對促進我國核科學與試驗技術、粒子物理學和天體物理學的發展具有重要的科學意義，同時在核技術的安全利用、工業生產和日常生活等領域有廣泛的套用前景。

結題摘要

氣體、閃爍體及常規半導體中子探測器只能在常溫或低溫下保存和工作，無法套用於高溫、強輻射場等極端環境。為了在核試驗、核反應堆堆芯、高能物理試驗和太空等高溫高壓以及強輻射環境中進行中子探測，迫切需要研製出新型中子探測器。本項目以研製一種基於碳化矽半導體的新型中子探測器為目標，探索研究了研製過程中遇到的科學與技術問題以及相關的實現技術。本項目主要研究內容和結果如下： （1）建立了基體為SiC的PIN型平面中子探測器的物理模型，套用蒙特卡羅方法對SiC中子探測器的性能進行了模擬仿真，研究了活躍體積和聚乙烯轉化層對中子和γ射線探測效率及回響靈敏度的影響，給出了探測器可能達到的性能指標。 （2）結合國內外相關文獻與國內現有工藝水準，確定了碳化矽中子探測器的製作方案，包括SiC材料外延層生長、歐姆接觸電極製作、切片以及探測器管腳封裝等，成功完成了碳化矽中子探測器的製作。 （3）使用搭建的測量入射粒子能譜的測試系統對不同尺寸的探測器進行能量刻度。能量刻度後使用14MeV的單能中子源照射探測器，得到探測器的本徵探測效率，且測得的能譜與理論結果相符。 （4）研製了SiC中子探測器的1/f噪聲測試平台，對受過輻照以及未受輻照的不同尺寸的SiC探測器的1/f噪聲進行測試與分析。結果表明1/f噪聲可以用來評估半導體核輻射探測器的性能退化程度，並成為一種可靠性評價和探測器篩選的指標。 上述研究涉及材料學、物理學和信息科學等學科的交叉與融合，研究成果對促進我國核科學與試驗技術、粒子物理學和天體物理學的發展具有重要的科學意義，同時在核技術的安全利用、工業生產和日常生活等領域有廣泛的套用前景。