微结构半导体中子探测器技术研究

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1、ＴＬ８１６３－５３３１（）＿＿＿＿密级＿ＵＤＣ————————苗号—中圃工程物理妍究院学位论文微结构半导体中子探测器技术研究甘雷＿＿范晓强研究员指导教师姓名申请学位级别硕±剖ｋ名称核能科学与工程论文提交日期２０１５年４月论文答辩日期￥５Ｊ学位授予单位和日期中国工程物理研究院孙寿华研巧员答辩委员会主化—＇＇—………稼觀受载授唐焚环研究员ｈＩＴｆ阅＞＾雷海乐研巧员２０１５年４月２０日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本

2、人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证一书使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。７：：签字日期知５年６月？日学位论文作者签名甘言！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，同时，允许论文被查阅、借阅和送交国家

3、有关部口或机构授权中国工程物理研究院研究生部可Ｗ将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进巧检索，可Ｗ影印、汇编学位论文。、缩印或扫描等复制手段保存学位论文作者签名；咕香导师签名：签字曰期７＾１广签字曰期；；知６月？曰年月戸日（女年微结构半导体中子探测器技术研究搞要３基于Ｈｅ气体的正比计数管在科学研究、国±和环境安全、反应堆与核安全Ｗ及中３子福射防护等领域都有着非常广泛的应用。目前，Ｈｅ主要是利用库存核武器中氣同位３素的衰变来生产。随着冷战的结束，肅库存量的减少导致Ｈｅ

4、气体的供应量逐年下降，Ｐ３３再加上近几年全球范围内对Ｈｅ气体的需求量大大增加，导致Ｈｅ气体的供需缺口日益３一３增大。Ｈｅ气体资源紧缺已经成为个逐年加剧的问题，因此亟需开展替代Ｈｅ的新型中子探测器技术研究。微结构半导体中子探测器突破了平面型半导体中子探测器探测效率低的问题，还具有时间响应快、体积小、工作偏压低、ｎ／丫易甄别等优点，因此在替３代Ｈｅ方面具有很大的优势。本论文从微结构半导体中子探测器的物理设计、中子转换材料的填充工艺Ｗ及实验研究Ｈ个方面系统地研究了基于微结构半导体的新型中子探

5、测器技术，为深入开展微结构半导体中子探测器技术研究奠定了重要基础。为研究结构、参数、中子转换材料填充密度及甄别阀大小等因素对微结构半导体－中子探测器热中子本征探测效率的影响规律，本论文通过ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法建立了探测６器的相关物理模型，采用Ｇｅａｎｔ４程序计算了不同微结构形式的探测器在不同参数、ＬｉＦ的不同填充密度Ｗ及不同甄别阔值下的热中子本征探测效率。对比发现，沟槽深度、孔深度越深，柱高度越髙，热中子本征探测效率越高。在小尺寸下，沟槽结构在较大的甄别阔范围内具有较高的和稳定的热

6、中子本征探测效率；孔结构的热中子本征探测效率稳定性最好，但效率最低；柱结构随甄别阀的增大其探测效率下降很快。尺寸増大后，沟槽结构的热中子本征探测效率最高，，孔结构最低柱结构的热中子本征探测效率介于两者之间。中子转换材料的填充密度越大，反应产物在中子转换材料中的射程越小，但在一定路径内热中子被靴核吸收的越多。因此，当器件尺寸较小时，中子转换材料的填充密度越大，热中子本征探测效率越高；随着器件尺寸的增大，自吸收作用的不利影响逐。渐增强，反而导致热中子本征探测效率迅速下降在探测器的制备工艺

7、方面，重点开展了中子转换材料填充工艺的研究。在己研究过的Ｈ种填充技术中，超声振动填充不致密，而且填充后材料存在脱落的可能性。电子束蒸发比较适合填充深度不大的微结构，否则填满所耗费的时间很长。离也填充工艺简单，当填充材料的颗粒度较小时填充效果好一，是种较为理想的材料填充技术。Ｉ微结构半导体中子探测器技术研究为了获得微结构半导体中子探测器原型器件的性能指标，首先对器件进行了电学性－８０能测讯ＩＶ测试结果表明当反向偏压达到Ｖ时，微结构半导体中子探测器原型器件尚未被击穿，漏电流仅为１６

8、．５＾１乂左右，具备较为理想的反向电流特性。随后搭建了〇１粒子２＂实验测量系统，利用Ａｍ源开展了微结构半导体中子探测器原型器件对带电粒子的响应特性实验研究。结果表明该探测器对ａ粒子具有良好的响应特性，具备了将其用于中子探测的基本条件。针对用干法刻蚀、超声振动填充的微结构半导体中子探测器原型器件的中子探测效２５２率问题，分别用该器件和桂ＰＩＮ平面型探测器对Ｃｆ中子源