基于6Li+CdTe的新型中子探測器的優化設計研究

馬 龍 田立朝 馬燕云,2 呂中良 韓 鵬 彭 猛 楊曉虎張國博 李宵宵 單 飛

1（國防科技大學 文理學院 長沙 410073）

2（上海交通大學 IFSA協同創新中心 上海 200240）

為了在源頭上遏制核輻射恐怖襲擊，需要對特殊核材料（Special nuclear materials）實施有力監管。為有效監測特殊核材料的非法流轉，各個國際邊境口岸均安裝了輻射門禁監測系統［1-2］（Radiation portal monitor systems）。由于3He正比計數管具有高中子探測效率和強n/γ甄別能力等優勢，3He正比計數管在輻射監測系統中被廣泛用于特殊核材料自發裂變中子監測。

3He有很高的熱中子吸收截面（5 530 b）以及很低的γ靈敏度，通常被認為是中子探測的理想介質。近些年，3He氣體資源的短缺已經成為一個逐年加劇的問題，亟需研制出新的中子探測器用在核材料監測系統中來替代3He正比計數管［3］。6Li、10B、157Gd由于其具有高的熱中子吸收截面而被廣泛用于3He替代型中子探測器的轉換體。157Gd有極高的熱中子反應截面（240 000 b），但中子被捕獲后，會發射出多個不同能量的γ射線和三個不同能量的內轉換電子，致使其n/γ射線甄別能力較差；10B具有較高的熱中子吸收截面（3 840 b），但由于其核反應釋放的次級帶電粒子攜帶動能較低，僅2.8 MeV（4%）或2.31 MeV（96%）［4］，在10B中的射程較短。因此，10B轉換層只能做得很薄，導致探測器結構及電子學構成比較復雜；盡管6Li的熱中子吸收截面較低（940 b），但是由于其次級粒子攜帶動能較高（4.8 MeV）［4］，在6Li中的射程較長，6Li轉化層的厚度可顯著增加，從而減少轉換層層數，大大簡化探測器結構，提高其工作穩定性。

碲化鎘（CdTe）作為一種寬禁帶半導體在太陽電池中具有廣泛的應用，具有制作工藝成熟、成本低、尺寸靈活等優點。……