基於裂變反應的CVD金剛石快中子探測器研究

《基於裂變反應的CVD金剛石快中子探測器研究》是依託西北核技術研究院，由仲雲紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於裂變反應的CVD金剛石快中子探測器研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：仲雲紅
• 依託單位：西北核技術研究院

項目摘要

探索基於CVD金剛石探測器件和強放射性裂變材料Np-237的裂變中子探測技術。Np-237具有0.4MeV較理想的裂變閾值和對中子平坦的能量回響，是裂變中子探測的理想材料，但其α粒子放射性比U-235高出約3個量級，傳統Si探測元件無法承受，一直無法用於實際探測。利用CVD金剛石探測器低噪聲，耐輻照，不易老化以及回響時間快，無死層，體積小等優點，研究基於大面積單晶CVD金剛石探測器和Np-237的裂變脈衝中子探測方法。本課題將從金剛石探測器對α粒子、X、γ射線和裂變碎片耐輻照性能、能量和時間回響等輻射特性研究入手，通過系統的理論模擬和實驗研究，研製基於Np-237和單晶CVD金剛石探測器的裂變中子通量探測系統，為低強度脈衝裂變中子通量準確監測奠定基礎，建立既有理想裂變閾值，又有很好能量回響的基於Np-237的強中子、γ混合場裂變中子探測技術。

結題摘要

Np-237具有較理想的裂變閾值和對中子平坦的能量回響，是裂變中子探測的理想材料，但其α粒子放射性比U-235高出約3個量級，傳統Si探測元件無法承受，一直無法用於實際探測。利用CVD金剛石探測器低噪聲，耐輻照，不易老化以及回響時間快，無死層，體積小等優點，研究基於大面積單晶CVD金剛石探測器和Np-237的裂變脈衝中子探測方法。 在本項目的支持下研製了單晶CVD金剛石探測器獲得了電流型的輻射探測器，其具暗電流僅為pA量級，噪聲為亞pA量級，伏安曲線具有良好的線性，說明探測器形成良好的歐姆接觸。在穩態γ輻射場下，單晶CVD金剛石探測器具有較高的信噪比以及穩定性。在脈衝X射線輻射場下，單晶CVD金剛石探測器脈衝回響半高寬為2ns，較矽探測器快。單晶CVD金剛石探測器對α粒子能譜具有較高的能量解析度。由於探測器有效面積小（晶體尺寸較大），使得其對裂變靶裂變碎片的測量效率低。基於U-235裂變靶測量時，由於熱中子引起干擾信號少，能夠對裂變碎片信號進分辨。基於Np-237裂變靶測量時，低能噪聲高，干擾反應多，導致裂變碎片信號難以分辨，測量較為不理想，需要進一步基於大面積的單晶CVD金剛石探測器開展該項研究。 本課題從CVD金剛石探測器對α粒子、X、γ射線和裂變碎片測量，耐輻照性能、脈衝時間回響等方面入手，系統的理論模擬和實驗研究，為CVD金剛石探測器套用奠定基礎。由於耐輻照性能強、脈衝回響時間快、暗電流及噪聲低的特點，用於西安脈衝堆脈衝輻射場注量率與時間關係的測量工作。