高压~4He气体闪烁体中子探测器的物理设计

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作者 范义奎 吴健 +3 位作者 李正 代少丰 叶岑明 范晓强 《核电子学与探测技术》 北大核心 2017年第12期1242-1247,共6页

高压4He气体闪烁体中子探测器是一种具有快响应、高n-γ甄别比和较高探测效率等特点的新型快中子探测器。本工作采用了蒙特卡罗方法研究了4He气体压强和几何尺寸对高压4He气体闪烁体中子探测器的性能影响规律,并开展了探测器结构的优化... 高压4He气体闪烁体中子探测器是一种具有快响应、高n-γ甄别比和较高探测效率等特点的新型快中子探测器。本工作采用了蒙特卡罗方法研究了4He气体压强和几何尺寸对高压4He气体闪烁体中子探测器的性能影响规律,并开展了探测器结构的优化设计。研究结果表明,气压增大可线性增加中子本征探测效率;探测器长度增加会降低中子的探测效率;探测器管径增加会使中子探测效率提高。当气压取120 atm,长度和管径分别取200 mm和44 mm时,探测器对近裂变谱中子(平均能量1.05 Me V)的探测效率为4.28%,为后续探测器制备提供理论指导。 展开更多

关键词 快中子 ^4He气体闪烁体 压强 几何尺寸 探测效率

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沟槽型硅微结构中子探测器的蒙特卡罗模拟研究 被引量：3

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作者 吴健 甘雷 +4 位作者 蒋勇 李俊杰 李勐 邹德慧 范晓强 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期204-209,共6页

采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器(MSND)性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究。研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最... 采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器(MSND)性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究。研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最优的沟槽宽度使得探测效率最大化;沟槽深度越大,探测效率越高。沟槽宽度和沟槽间距为15μm和5μm是一对优化的参数组合,可保证较高的探测效率和较平稳的系统甄别阈-探测效率曲线。当系统甄别阈取300keV时,沟槽宽度、间距和深度分别为15,5μm和200μm时的MSND热中子本征探测效率可达37.77%,与平面探测器相比提高了9.2倍;对137 Cs源662keV伽马射线的中子-伽马射线甄别比可达4.1×103,与平面探测器相比提高了23.7倍。本工作从理论上证明了MSND可解决传统平面型半导体中子探测器探测效率低的难题,同时可保持半导体探测器中子-伽马射线甄别容易的特点。 展开更多

关键词 微结构中子探测器 中子探测 硅探测器

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SiC基中子探测器对热中子的响应 被引量：9

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作者 陈雨 蒋勇 +6 位作者 吴健 范晓强 白立新 刘波 李勐 荣茹 邹德慧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2711-2716,共6页

以SiC二极管和中子转换材料6 LiF为基础,研制了SiC基中子探测器,并用241 Am源与临界装置分别研究了SiC基中子探测器的α粒子响应、热中子响应。结果表明:SiC基中子探测器能够满足241 Am源α粒子的计数测量,但由于SiC二极管灵敏区薄,故... 以SiC二极管和中子转换材料6 LiF为基础,研制了SiC基中子探测器,并用241 Am源与临界装置分别研究了SiC基中子探测器的α粒子响应、热中子响应。结果表明:SiC基中子探测器能够满足241 Am源α粒子的计数测量,但由于SiC二极管灵敏区薄,故不能用于5.48MeV的α粒子能谱测量;SiC基中子探测器对热中子响应良好,不同功率下,脉冲幅度谱中可清晰看到由6 Li(n,α)3 H的反应产物α粒子、3 H粒子形成的双峰;脉冲幅度甄别法可将γ射线及电子学噪声甄别掉;在直接测量与符合测量中,SiC基中子探测器的计数率均与临界装置功率成线性关系,且直接测量的线性度比符合测量的线性度好,最好可达0.999 97。研究表明:降低肖特基接触金属的厚度、增加其外延层厚度、提高其外延层品质,可将SiC二极管用于带电粒子能谱测量。 展开更多

关键词 SiC二极管 a粒子探测 中子探测 半导体探测器

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4H-SiC肖特基二极管α探测器研究 被引量：4

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作者 陈雨 范晓强 +5 位作者 蒋勇 吴健 白立新 柏松 陈刚 李理 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期57-61,共5页

碳化硅(SiC)是一种具有优良物理性能的宽禁带半导体材料,可作为探测器的优良探测介质。用241Am源5.486 MeV的α粒子研究4H-SiC肖特基二极管α探测器的能量分辨率和信号相对上升时间等特性。在真空室中,使SiC探测器暴露在α粒子下,SiC探... 碳化硅(SiC)是一种具有优良物理性能的宽禁带半导体材料,可作为探测器的优良探测介质。用241Am源5.486 MeV的α粒子研究4H-SiC肖特基二极管α探测器的能量分辨率和信号相对上升时间等特性。在真空室中,使SiC探测器暴露在α粒子下,SiC探测器输出良好的响应信号。SiC二极管对5.486 MeVα粒子的能量分辨率最佳可达3.4%;经前置放大器FH1047输出和示波器观测,脉冲幅度随偏压增加而稳定在(35.39±0.21)mV;脉冲上升时间随偏压增加而稳定在(137.87±9.44)ns。4H-SiC肖特基二极管对α粒子响应良好,可用于α粒子强度测量。结合SiC耐辐照、耐高温等特性,进一步改进后有望制成分辨率更高、上升时间更快、耐辐照的新型α探测器和中子探测器。 展开更多

关键词 α探测器 肖特基二极管 4H—SiC

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微结构半导体中子探测器研制 被引量：1

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作者 吴健 蒋勇 +5 位作者 李俊杰 温左蔚 甘雷 李勐 邹德慧 范晓强 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2016年第5期521-524,537,共5页

微结构半导体中子探测器具备探测效率高、响应时间快、体积小等优点,性能相对传统平面型半导体中子探测器有本质提升。采用蒙卡方法分析了器件微结构参数对沟槽型微结构探测器的性能影响规律,并结合工艺条件制备出沟槽宽度26μm,沟槽间... 微结构半导体中子探测器具备探测效率高、响应时间快、体积小等优点,性能相对传统平面型半导体中子探测器有本质提升。采用蒙卡方法分析了器件微结构参数对沟槽型微结构探测器的性能影响规律,并结合工艺条件制备出沟槽宽度26μm,沟槽间距13μm,沟槽深度22μm,灵敏区面积1.8×1.8 cm^2的微结构探测器。该探测器在10 V的反向偏压下,漏电流仅1.24×10^(-7)A/cm^2,优于国外研究组报道的漏电流特性。利用同位素α源开展了带电粒子探测性能测试,所制备微结构探测器可实现241Am源α粒子探测。在外加0 V偏压时,微结构探测器即可获得与电子学噪声区分明显的241Am源α粒子能谱。本工作证明了微结构探测器对带电粒子具有良好的探测性能。 展开更多

关键词 微结构中子探测器 MC模拟 半导体探测器

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Si-PIN核辐射半导体探测器性能测量研究 被引量：4

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作者 郭子瑜 李明富 +2 位作者 李莉 金长江 蒋勇 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期414-418,共5页

为解决金硅面垒半导体探测器存在的漏电流较大、表面不可擦拭、受环境影响严重、使用稳定性较差等缺点,开展性能更优异的Si-PIN核辐射探测器研究具有十分重要的意义,可推动α、n、裂变碎片能谱测量等技术进步。论文介绍了离子注入与平... 为解决金硅面垒半导体探测器存在的漏电流较大、表面不可擦拭、受环境影响严重、使用稳定性较差等缺点,开展性能更优异的Si-PIN核辐射探测器研究具有十分重要的意义,可推动α、n、裂变碎片能谱测量等技术进步。论文介绍了离子注入与平面工艺相结合制作Si-PIN探测器的方法,对灵敏面积为20 mm×20 mm的Si-PIN探测器主要开展了I-V、C-V电学特性参数测量研究,开展了Si-PIN探测器对226Ra源α粒子的能量分辨率、能量线性响应研究工作。当反向偏压为2 043 pF时,探测器全耗尽时的漏电流为40nA、结电容为43pF,对α粒子的最佳能量分辨率为0.68%,探测器线性响应良好。 展开更多

关键词 核辐射探测器 Α粒子 能量分辨率

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高温下4H-SIC α探测器的性能研究 被引量：2

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作者 李正 雷家荣 +6 位作者 范义奎 吴锟霖 蒋勇 白忠雄 高辉 鲁艺 吴健 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2018年第6期805-810,共6页

制成了基于4H碳化硅(4H-SiC)二极管的4H-SIC探测器,研究了室温~200℃下该探测器的IV特性,同时研究了该温度范围内4H-S1C探测器对α粒子的探测性能,获得了该探测器测得的α能谱及其半高宽和能量分辨率随温度变化的规律。探测器的正向电... 制成了基于4H碳化硅(4H-SiC)二极管的4H-SIC探测器,研究了室温~200℃下该探测器的IV特性,同时研究了该温度范围内4H-S1C探测器对α粒子的探测性能,获得了该探测器测得的α能谱及其半高宽和能量分辨率随温度变化的规律。探测器的正向电流值随着温度上升而逐渐增大,开启电压逐渐减小;当反向偏压一定时,在温度大于100℃时探测器的漏电流随温度迅速增加。但在温度为200℃和反向偏压为70V的条件下,探测器的漏电流仅为190nA.在室温~200℃范围内,4H-SiC探测器均具备α粒子探测能力。所得能谱的峰值随温度增加而增大,变化幅度相对于峰值小于1%;环境温度为200℃时,探测器的能量分辨率可达1.86%。本研究结果表明,4H-SiCα探测器具有良好的耐高温能力。 展开更多

关键词 4H-SiC探测器 高温 漏电流 能谱 能量分辨率

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4H-SiC探测器的γ辐照影响研究 被引量：1

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作者 李正 吴健 +6 位作者 白忠雄 吴锟霖 范义奎 蒋勇 尹延朋 谢奇林 雷家荣 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期111-114,共4页

为研究4H-SiC探测器的抗γ辐照性能,使用40万Ci级的60Co源对4H-SiC探测器进行了数次辐照,累积辐照剂量最大为1MGy(Si),并在辐照后对4H-SiC的性能进行了测试。随着累积辐照剂量增加,4H-SiC探测器的正向电流增大,而反向电流恰好相反;根据4... 为研究4H-SiC探测器的抗γ辐照性能,使用40万Ci级的60Co源对4H-SiC探测器进行了数次辐照,累积辐照剂量最大为1MGy(Si),并在辐照后对4H-SiC的性能进行了测试。随着累积辐照剂量增加,4H-SiC探测器的正向电流增大,而反向电流恰好相反;根据4H-SiC探测器的正向I-V曲线可提取理想因子和肖特基势垒,理想因子从1.87增加到2.18,肖特基势垒从1.93V减小至1.69V;4H-SiC探测器对241Am源产生的α粒子进行探测时,探测器的电荷收集率从95.65%退化到93.55%,测得能谱的能量分辨率由1.81%退化到2.32%。4H-SiC探测器在受到1MGy(Si)的γ辐照后,与未受到辐照时相比,在探测能量为5.486MeV的α粒子时能量分辨率和电荷收集率仅退化了28.18%和2.2%,仍具备优良的探测性能。 展开更多

关键词 4H-SiC探测器 Γ辐照 I-V特性 α探测器

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4H-SiC电流型探测器对^(60)Co源γ射线的响应研究 被引量：1

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作者 郭子瑜 李明富 +2 位作者 李莉 金长江 吴健 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期618-621,共4页

为研究4H-SiC电流型探测器对γ射线的探测性能,采用4H-SiC制成肖特基二极管,并利用60Co源形成的强γ辐射场研究其对γ射线的响应特性及其影响因素。实验结果表明,当外加反向电压为195 V时,4H-SiC探测器漏电流仅为11.4 pA/cm2,远低于Si... 为研究4H-SiC电流型探测器对γ射线的探测性能,采用4H-SiC制成肖特基二极管,并利用60Co源形成的强γ辐射场研究其对γ射线的响应特性及其影响因素。实验结果表明,当外加反向电压为195 V时,4H-SiC探测器漏电流仅为11.4 pA/cm2,远低于Si基探测器漏电流。当4H-SiC探测器置于强γ辐射场时,由γ射线导致的信号电流为249 nA,比本底信号电流大5个量级。同时4H-SiC探测器在零偏压时也能对γ射线产生明显的信号,均值电流为85 nA。随工作电压增大,4H-SiC探测器的γ响应随之增大。结合4H-SiC探测器体积小、响应快、耐高温和耐辐照等特点,可将4H-SiC探测器用于强钴源点注量在线监测等方面。 展开更多

关键词 碳化硅 探测器 γ响应

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4H-SiC肖特基二极管的电荷收集特性 被引量：6

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作者 吴健 雷家荣 +3 位作者 蒋勇 陈雨 荣茹 范晓强 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1793-1797,共5页

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管,研究了该探测器对241 Am源α粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.99×1015/... 针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管,研究了该探测器对241 Am源α粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.99×1015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66eV,理想因子为1.07,表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700V时,该二极管未击穿,其漏电流仅为21nA,具有较高的击穿电压。在反向偏压为0～350V范围内研究了该探测器对3.5MeVα粒子电荷收集效率,在0V时为48.7%,在150V时为99.4%,表明该探测器具有良好的电荷收集特性。 展开更多

关键词 电荷收集效率 半导体探测器 宽禁带半导体 4H碳化硅

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Rossi-α测量方法的蒙特卡罗直接模拟 被引量：1

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作者 卢玉朝 谢奇林 +1 位作者 宋凌莉 刘汉刚 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第B09期370-373,共4页

本文基于Geant4toolkit开发了用于Rossi-α测量方法模拟的蒙特卡罗直接模拟程序,模拟计算了橡树岭实验室基准装置6个不同几何尺寸浓缩铀圆柱系统的瞬发中子衰减常数α,同时采用脉冲中子源方法模拟计算了α,二者结果一致。蒙特卡罗直接... 本文基于Geant4toolkit开发了用于Rossi-α测量方法模拟的蒙特卡罗直接模拟程序,模拟计算了橡树岭实验室基准装置6个不同几何尺寸浓缩铀圆柱系统的瞬发中子衰减常数α,同时采用脉冲中子源方法模拟计算了α,二者结果一致。蒙特卡罗直接模拟计算结果与实验结果存在偏差,空隙是产生偏差的最主要原因,随着次临界度的加深,空隙的影响减小,计算和实际测量的α的相对偏差从19%变为0.19%。 展开更多

关键词 瞬发中子衰减常数 Rossi-α 蒙特卡罗直接模拟

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