《基於超快無機閃爍體的脈衝中子探測技術研究》是依託西北核技術研究院，由張顯鵬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於超快無機閃爍體的脈衝中子探測技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張顯鵬
- 依託單位：西北核技術研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
慣性約束核聚變（ICF）持續時間僅百皮秒量級，診斷其物理過程需要超高時間分辨的中子探測技術。新型超快ZnO晶體的出現使構建具有百皮秒甚至更快時間回響的中子探測系統成為可能。基於薄膜ZnO晶體，本項目提出兩種聚變中子探測系統設計方案：閃爍型反衝質子探測系統和具有反射式螢光收集結構的探測系統。與傳統ICF聚變中子探測技術相比，時間回響顯著提高，有望得到更好的套用。此外，ZnO材料對中子、質子、伽馬射線等不同射線回響發光特性也是本項目研究主要內容之一。目前關於ZnO晶體作為閃爍材料的研究還很匱乏，國際上僅有少量關於ZnO晶體在a粒子、脈衝X射線照射下回響發光特性的報導。深入研究ZnO晶體對不同射線的回響特性，對於開發高性能的ZnO晶體閃爍材料有重要幫助。本項目的開展不僅可以為ICF診斷提供更高時間分辨的測量系統，同時可為高性能ZnO晶體閃爍材料的研製及其在其他脈衝輻射探測領域的套用奠定基礎。
結題摘要
慣性約束核聚變（ICF）是一種涉及極端物理狀態的超快核反應過程，為實現ICF聚變超快DT中子脈衝的準確測量，本項目探索並研究了基於新型超快閃爍體ZnO薄膜的聚變中子探測方法。 針對聚變中子時間譜和中子產額測量不同的診斷目標，分別設計並研製了“Z”型反射結構超快聚變中子探測器和基於ZnO的反衝質子光電靶室兩種不同結構的新型中子探測系統，開展了關鍵性能實驗研究。其中，“Z”型反射結構超快聚變中子探測系統採用聚乙烯+ZnO晶體薄膜的組合結構作為中子探測靈敏單元，採用非球面凹面鏡進行光收集，有效解決了光電探測器直照干擾問題，時間回響可以達到百皮秒之內，比傳統的超快塑膠閃爍體提高約一個量級；反衝質子光電靶室採用ZnO晶體薄膜與超快回響的光電探測器代替傳統的Si-PIN探測器，使反衝質子靶室系統的時間回響由幾十納秒提升至亞納秒水平，同時實現了系統靈敏度在6個量級範圍內自由調節，更有利於實際測量。 為解決類似ZnO等發光極弱且特別快的閃爍體實驗困難，研究建立了射線激發閃爍體發光特性實驗平台和方法。實驗測量了一系列ZnO晶體樣品在射線激發下發光效率、發光衰減時間、發光光譜等基本特性參數，獲得了水熱法生長的ZnO:Ga晶體發光參數隨Ga摻雜濃度變化的基本規律曲線，首次發現ZnO:Ga發光衰減時間隨激發離子而變化，表明ZnO:Ga晶體具有粒子波形甄別能力。 此外，通過與國內研究單位合作，在大面積高質量ZnO晶體閃爍體的研究上也取得重要突破，目前可以獲得ZnO單晶薄膜直徑達到2英寸。利用大面積ZnO晶體，開展了脈衝X射線瞬態輻照成像相關研究，獲得短曝光實驗圖像，初步實驗結果表明ZnO晶體在脈衝X射線成像領域也有較好的套用前景。
