防核燃料走私,科學家開發出口袋型中子探測器原型

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 20 日 10:09 | 分類 尖端科技 , 材料 , 材料、設備 follow us in feedly


無論是要從可疑包裹或車輛中檢測輻射以防範核燃料走私,還是用來測量核反應爐功率,都需要高效的熱中子探測器,然而現有中子探測器體積龐大,機動性突擊檢查不易。最近,美國阿貢國家實驗室與西北大學科學家合作,研發出第一款口袋型半導體中子探測器,體積大幅減小的同時檢測熱中子效率依然維持高水準。

中子探測器在國安、天文學、等離子體物理學、材料科學、晶體學(crystallography)等領域都相當重要,目前主流中子探測器有兩種,一種是基於氦氣的熱中子探測器,通常裝有氦-3 計數管,它吸收中子後會分解為 2 個氫離子,但有兩大缺點:相對笨重,以及氦-3 是稀有同位素,價格越來越昂貴。

另一種則是基於鋰或硼的閃光探測器,屬於間接轉換探測器,當重元素(例如鈾和鈽)衰變時會從原子核彈出中子,這種中子探測器便收集由核反應產生的閃爍光,但主要缺點依然是體積龐大。

如果能將中子探測器集成至半導體上,不只體積大幅縮小,中子探測率還能提升。鋰具有出色的中子吸收能力,是中子探測設備最有希望的材料,但要將鋰集成到半導體並使其穩定(鋰在遇水時會碎裂)就是另一挑戰了,目前已知能用於中子檢測的半導體材料很難製造而且更昂貴。

現在美國阿貢國家實驗室與美國西北大學科學家合作,開發出基於 LiInP2Se6 這種新材料的新型半導體中子探測器。相比於其他類型的材料,這種半導體中子探測器的優勢在於它能夠將中子直接轉換為可檢測的電荷,並將這些電荷收集在同一半導體介質中。

根據研究人員說法,這種探測器可用於 ILL 或 SPS 等設施上製造更緊湊的中子光譜儀,也能用於國安檢測的便攜式設備;此外,該探測器還可以抓出幾乎被忽略的伽馬射線,代表能避免混淆伽馬射線與中子而產生誤報。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:阿貢國家實驗室