三维方孔硅探测器的热中子探测影响研究

采用基于Monte-Carlo方法的Geant4程序对填充~6LiF中子转换材料的三维方孔硅探测器的热中子探测进行了模拟,研究了探测器结构与探测效率、能量沉积谱的关系。探究了方孔截面尺寸、孔间距、孔深度、系统最小可探测限(LLD)等参数对热中子探测效率的影响。研究结果表明,探测效率随截面尺寸或孔间距的增大先增加后减小,随孔深度的增加而增大,直到一个极限值。经优化结构参数,在LLD为300 keV的情况下,孔间距大于6μm的三维方孔硅探测器的探测效率受LLD的影响较小。理论上,三维方孔硅探测器的最佳尺寸为孔间距6μm、孔截面尺寸30μm、孔深度1 mm,其探测效率可达59.5%。     

LaBr3(Ce)探测器探测效率影响因素研究

LaBr₃（Ce）晶体是一种性能优异的新型无机闪烁体,是制作闪烁体探测器的优异材料。LaBr₃（Ce）探测器在核测井、环境监测、核医学等领域得到了广泛应用。探测器的探测效率是探测器设计和研制的一个重要指标,利用Geant4工具包建立LaBr₃（Ce）探测器的探测模型,对影响探测器的探测效率的相关因素进行研究。结果表明：探测效率与晶体截面形状、尺寸有关：矩形截面的探测效率低于圆形和方形截面,而且晶体径向尺寸越大而长度越短,探测效率越高;LaBr₃（Ce）探测器的探测效率与射线的能量有关：能量越高,探测效率越低;同时,若是发散的放射源,与探测器间距越小闪烁体的探测效率越高。通过探测器探测效率的影响因素分析,对基于LaBr₃（Ce）探测器研究和设计具有一定的参考价值和指导意义。     

碲锌镉探测器中子探测性能研究

研究了基于碲锌镉可以吸收其与中子的~(113)Cd(n,γ)反应产生的瞬发γ,采用~(241)Am-Be源进行中子探测实验,结果表明碲锌镉探测器对中子有较好的响应,能量分辨率较高;通过探测带电粒子间接探测中子,即在碲锌镉晶体表面涂硼,基于硼与中子反应产生的α和~7Li在碲锌镉中电离进行探测。采用MCNPX及Geant4两种软件模拟硼层厚度及CZT厚度对中子探测效率的影响,设置适当的甄别阈以降低γ射线的影响。模拟结果表明:当硼层厚度为2.7μm,碲锌镉厚度为1.6μm时可达到最大探测效率。对两种探测方法进行了对比研究,证明了碲锌镉应用于中子探测的可行性。     

MC法模拟预测六方氮化硼中子探测器主要性能

使用MC工具包Geant4模拟了:(1)0.025 3 eV的热中子在hBN中的吸收以及次级粒子的能量沉积,得到了能谱,并计算了 hBN对热中子的探测效率;模拟了天然hBN和10B 100％富集的h10BN两种材料;初步验证了 hBN作为固态热中子探测器材料的可行性.(2)0.662MeV的γ射线在h10BN中的能量沉...     

LYSO:Ce电子辐射探测器输出响应影响因素研究

针对地球静止轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO）空间粒子辐射对卫星在轨运行时产生的电离总剂量效应,将高性能铈掺杂硅酸钇镥（LYSO:Ce）晶体与铝层结合,来屏蔽质子辐照影响,实现电子辐射剂量的有效探测。基于Geant4建立探测器模型,比较不同材料的屏蔽效果,分析探测器响应特性,研究影响探测器输出响应的因素。结果表明：使用0.022 mm厚的铝层作为屏蔽层包裹光纤,可排除质子辐照影响;基于LYSO:Ce晶体的探测器具有较好的线性响应,电子穿越屏蔽层时产生的次级电子、光子可以提高探测器响应灵敏度;物质对电子的电离阻止本领与入射电子速度的平方近似成反比,适当增加电子与探测器之间传输距离,可增强探测器的辐射响应;探测器对能量区间在0.04～1 MeV的电子探测效率最高。通过研究LYSO:Ce晶体与铝层结合的电子辐射剂量探测器特性,为新型闪烁体空间辐射探测器设计提供技术参考和理论支撑。     

碳化硅探测器的最大线性电流研究

本文研究了电流型碳化硅探测器的最大线性电流特性,给出了最大线性电流计算方法,分析了辐射类型、灵敏区面积、灵敏区厚度和耗尽区电场强度对最大线性电流的影响,利用强脉冲X射线加速器和紫外激光源实验研究了碳化硅探测器的最大线性电流特性。研究结果表明,灵敏区面积4 cm2的碳化硅探测器可获得4 A以上的线性电流,不同规格碳化硅探测器最大线性电流的理论和实验结果最大相对偏差约23%。     

高纯锗谱仪探测效率的实验刻度与MC模拟

利用低本底高纯锗谱仪测量了标准源(~(133)Ba、~(137)Cs和~(60)Co)的各特征γ射线,得到了各特征能量下的探测效率,并通过拟合给出了高能端的探测效率曲线。同时,利用MC模拟工具包Geant4,模拟了各单能γ射线在高纯锗探测器组件中的输运过程,得到了不同能量下的模拟探测效率。比对结果发现:实验值与模拟值能很好地符合,可为开展相关产品的设计和制造提供参考。     

核材料移动对辐射探测器阵列探测下限影响的蒙特卡罗模拟

核辐射探测器阵列的探测下限是判断其是否符合探测要求的重要技术指标。从定性的角度易知，由于核材料移动时比静止时的探测下限低而更难以探测。文章通过建立蒙特卡罗模型并应用通用软件MCNP程序分析计算核材料的移动对核辐射探测器阵列探测下限的影响。     

SiC中子探测器的研究进展

相比于气体、闪烁体及常规半导体中子探测器,基于第三代半导体材料SiC的中子探测器具有体积小、响应快、位置分辨率好、抗高温和耐辐照等众多优点。其中抗高温和耐辐照是应用于核反应堆堆芯、高能物理试验和太空等高温高压以及强辐射环境下的中子探测器需要突破的瓶颈。论文总结和分析了SiC的材料特性,SiC中子探测器的结构、工作原理、国内外发展现状以及存在的问题,并对我国中子探测器的发展趋势进行了探讨。     

电流型碳化硅探测器

本文从电流型半导体探测器的起源、传统电流型探测器在应用中的问题出发,论述了国内外在新型半导体探测器研制和电流型半导体探测器的研究现状。对半导体探测器结构和物理特性进行了研究,并重点介绍了电流型碳化硅（SiC）探测器的设计制作、响应性能研究、抗辐照性能研究等内容,为电流型半导体探测器的研究和应用提供参考。     

碳化硅VDMOS的静态和动态辐射损伤及其比较

对总剂量辐射环境下不同偏置状态的碳化硅功率场效应管（SiC VDMOS）的动态特性进行了相关研究。在比较3种偏置状态下60Co γ射线辐照对于SiC VDMOS器件阈值电压和开关特性影响的基础上,进行了室温退火试验。结果表明,随60Co γ射线辐照剂量的增加,氧化层积累陷阱电荷,导致静态特性中阈值电压降低。同时器件动态特性中开启时间略微缩短,关断时间骤增,开关损耗增大。器件受辐照后耗尽层厚度和阈值电压发生的变化是其开启和关断响应差异性退化的主要原因。     

碳化硅结势垒肖特基二极管的质子辐射效应

碳化硅结势垒肖特基二极管(SiC JBS)是新一代航天器电推进系统的关键部件,但高能粒子辐射严重威胁其可靠性与稳定性。为揭示其辐射损伤机理,为其抗辐射加固设计与考核评估储备数据,本研究基于加速器开展了先进商用SiC JBS 10~20 MeV中能质子地面辐照实验,并提取器件辐照前后的正向伏安特性、反向伏安特性、电容电压等电学参数及缺陷特性。系统分析器件关键特性随辐照条件的改变规律。结果显示,质子辐照引起了器件肖特基势垒升高、载流子浓度降低,且10 MeV较低能质子导致的位移损伤退化更严重。分析认为,PN结界面缺陷导致高性能商用SiC JBS反向电学性能对中能质子的辐照更加敏感,正向特性相对稳定,辐照生碳缺陷造成载流子去除效应是引起SiC JBS性能退化的主要机制。     

基于硅波导的连续太赫兹波辐射研究

为满足太赫兹无线通信系统对载波的需求,为解决现有辐射源在频率可调、室温条件工作等方面的局限性,从非线性介质的Maxwell方程入手对非线性聚合物的光学性质进行理论分析,建立硅波导配置的数学模型,设计了硅波导太赫兹波发生器并分析其性能。解决了该方法在散热、自由载流子方面的局限性。指出该STG装置可以将一个THz信号增加15 dB功率后偏移至光域,其输出光束将位于与THz频率加和的泵浦光频上,为THz探测的实现提供了重要依据。     

碳化硅气凝胶的模板限制反应法制备与特性

提出了一种酸催化制备间苯二酚 甲醛/二氧化硅复合气凝胶的方法,产物经碳化后得到碳/二氧化硅复合气凝胶。利用模板限制的镁热反应法,在低温（700 ℃）下将C/SiO₂气凝胶转化为纳米SiC气凝胶,并讨论了SiC的镁热反应机制。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和比表面积分析（BET）等测试技术对样品进行了表征。结果表明,产物由立方相SiC纳米晶组成,保留了与原始气凝胶模板相似的微观形貌,表观密度约为130 mg/cm³,比表面积约为230 m²/g。这种模板限制反应法适用于多种碳/过渡金属氧化物复合气凝胶向碳化物纳米泡沫材料的低温转化,将有利于激光惯性约束核聚变实验用靶的应用研究。     

硅半导体探测器个人剂量仪的研制

介绍个人剂量仪的工作原理,利用硅半导体光电二极管测量X、γ射线的特性和新颖的软件处理算法设计了一款个人剂量仪。在中国原子能科学研究院国防科技工业电离辐射一级计量站对仪器进行了测试,测试结果:剂量率测量范围(0.1μSv/h~1 Sv/h);剂量率固有误差:-15%~+4.7%;累积剂量固有误差:-11%~+5.7%;角响应:-19%~+4%(垂直方向),-20%~-2%(水平方向);在能量60 ke V~1.332 Me V范围内,相对137Cs的能量响应:-22%~+0.4%;实验测试结果符合国家剂量仪鉴定规程JJG1009-2006的要求。     

碳化硅热中子探测器的优化设计

采用MC法对用于热中子探测的碳化硅探测器开展设计。优化了中子转换层参数和半导体器件参数,研究表明采用~(10)B作为中子转换材料,其最优厚度为2μm,在系统甄别阈为300 keV时对应的探测效率理论值为3.29%。制备了碳化硅外延层厚度20μm,灵敏区面积5 mm×5 mm的碳化硅器件,在外加反向偏压达180V时,其漏电流仅20.8 nA。性能测试表明:该器件对4.7-6.0 MeV的α粒子具有极好的能量线性,其线性度达0.999 97。对5.49 MeV的α粒子的能量分辨率为1.03%,对应半高宽57.3keV,与SiC高分辨α探测器分辨率相当。