4H-SiC SBD型中子探測器研究.pdf

1、中子作為組成物質(zhì)原子核的重要基本粒子之一，呈電中性，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、技術(shù)、材料、資源等各方面，對人類社會和經(jīng)濟(jì)增長產(chǎn)生了廣泛的影響，中子輻照時(shí)會損害儀器質(zhì)量和人體健康。中子探測在核爆炸探測、核材料探測、核電站安全監(jiān)測、加速器運(yùn)行場所、航空航天、環(huán)境監(jiān)測、空間物理學(xué)和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域的研究備受關(guān)注。由此，在核電站安全監(jiān)測和核材料監(jiān)控以及空間物理等領(lǐng)域?qū)χ凶拥奶綔y有著重要的意義?；镜暮颂綔y器都是基于電和磁的相互作用來實(shí)現(xiàn)探測的，然而中子不

2、攜帶電荷，與原子核間不存在庫侖力作用，不能電離或者激發(fā)原子，所以中子的探測區(qū)別于阿爾法，貝塔等帶電粒子的探測，不能直接被探測到，需要通過探測帶電的粒子來間接被探測到，核反應(yīng)法和核反沖法是常用的探測方法，此外還有核裂變法以及核活化法，其中慢中子常用核反應(yīng)法探測，快中子常用核反沖法探測。
　　傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料制作的中子探測器在一般的環(huán)境下表現(xiàn)良好，但在高溫強(qiáng)輻射環(huán)境下，傳統(tǒng)的中子探測器的性能會惡化，無法穩(wěn)定可靠地工作。第三代化合物半導(dǎo)體

3、SiC材料與Si和GaAs等第一、二代半導(dǎo)體材料相比，具有禁帶寬度大，熱穩(wěn)定性好，熱導(dǎo)率高和抗輻照能力優(yōu)越等的突出優(yōu)點(diǎn)，是高頻、高溫和抗輻照器件制備和研究的優(yōu)選材料，能夠滿足高溫強(qiáng)輻照條件下對中子探測的材料性能需求，SiC基的中子探測器已經(jīng)成為高溫強(qiáng)輻照領(lǐng)域中子探測的研究熱點(diǎn)。
　　本文首先簡述中子探測的方法和中子探測器的發(fā)展，總結(jié)了探測方法的適用對象和常規(guī)中子探測器的原理、優(yōu)缺點(diǎn)；接著介紹了SiC材料的基本性質(zhì)和SiC中子探測器

4、的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，得出4H-SiC由于良好的耐高溫和抗輻照等特性以及成熟的工藝技術(shù)而成為優(yōu)選的制作材料，并且國內(nèi)研究現(xiàn)狀與發(fā)達(dá)國家還有較大差距；然后在SBD工作原理的基礎(chǔ)上，考慮6LiF轉(zhuǎn)換層對熱中子的反應(yīng)靈敏度，和α粒子和3H粒子在SiC材料中的平均射程設(shè)計(jì)了一個(gè)4H-SiC SBD中子輻照探測器；最后模擬了熱中子與6LiF發(fā)生6LiF（n，α）3H核反應(yīng)后α粒子和3H粒子的角分布能譜，并分析了中子探測器對α粒子和3H粒子的電流脈沖響