沟槽型硅微结构中子探测器的蒙特卡罗模拟研究

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。

微结构半导体中子探测器研制

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。

MC模拟计算单球多探测器中子谱仪能量响应曲线

利用MCNPX模拟计算了在三种几何辐照条件下和四种典型中子源入射时的单球中子谱仪的能量响应,模拟计算结果表明:当中子能量大于1MeV时,能量响应满足各向同性;当中子能量小于1MeV时,位于单球浅层的探测器响应各向同性变差241Am-Be中子源和252Cf中子源入射时,单球中子谱仪响应不受几何辐照条件影响,当中子源包含有热中子,超热中子和慢中子时,位于单球谱仪浅层的探测器能量响应因几何辐照条件不同而有差异。

三种新型半导体探测器的应用进展研究

介绍了3种常见的新型半导体探测器,即硅微条探测器、电制冷半导体探测器和微结构半导体中子探测器,对这3种探测器的工作原理及应用优势等进行了分析。