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可以装在口袋的新型中子探测器
时间:2020-02-14 07:15 作者:admin666 来源:
 
      

美国国土安全部可能很快就会有一个新工具来丰富其武器库。 来自西北大学和阿贡国家实验室的研究人员开发了一种新材料,为新型中子探测器打开了大门。
       这种新材料具有感应走私核材料的能力,高效的中子探测器对于国家安全至关重要。当前,有两类探测器,其使用氦气或闪光灯。这些探测器非常大,甚至有些有一堵墙的大小。 西北大学和阿贡实验室的材料引入了第三种类型:可以吸收中子并产生易于测量电信号的半导体。基于半导体的探测器也是高效且稳定的。它既可以用于小型便携式设备中进行现场检查,也可以用在使用晶体阵列的大型检测器中。
       这项研究发表在1月16日的《Nature》上。 “长期以来人们都在想象半导体中子探测器。” 领导这项研究的西北航空的Mercouri Kanatzidis说,“这个想法一直存在,但是没有人拥有合适的材料来做到这一点。” 当重元素(例如铀和钚)衰变时,它们的原子会从其原子核中弹出中子。大多数中子探测器是所谓的闪烁器,其工作原理是感测喷射的中子,然后发光以警告用户。这种新材料是半导体,并不发光,而是直接检测中子感应的电信号。
       除国防安全应用外,中子探测器还用于辐射安全、天文学、等离子体物理学、材料科学和晶体学。 自1950年代以来一直使用经典类型的热中子探测器,但实用的半导体材料仍然难以捉摸。锂在吸收中子方面表现出色,迅速成为最有希望的中子探测设备材料。但是,将锂集成到半导体中并使其稳定(锂在遇水时会碎裂)是另外一回事。
    “可以找到好的半导体,但是它们没有锂。” Kanatzidis说,“或者,也可以找到稳定的锂化合物,而不是好的半导体。我们找到了两全其美的方法。特定的锂6同位素,其相当丰富且成本低廉,是一种强大的中子吸收剂。” 在他们的研究中,Kanatzidis和他的团队发现了正确的材料组合,以制造出一种可以保持锂稳定的工作装置。他们的新材料,锂-铟-磷-硒,在结构上分层并富含锂6同位素。 “这种晶体结构很特殊。” Kanatzidis说,“锂在金属层内部,因此水不能到达它。这是这种材料的一个重要的重要特征。” 最终的半导体中子探测器甚至可以从非常弱的源中探测热中子,而且可以在纳秒内完成。它还可以区分中子和其他类型的核信号,例如伽马射线。这样可以防止误报。 最后一个额外的好处是:该材料包含大量的锂。因此,一小部分材料可以吸收与巨午夜片型装置相同数量的中子。这导致设备可以足够小,甚至可以手持。
    “重要的是要拥有各种尺寸的中子探测器,并尽可能多地使用中子探测器,例如我们的新型半导体探测器。” Kanatzidis说, “我们需要和墙一样大的探测器,这样可以在卡车通过它旁边时检测。但是,也需要可以随身携带以进行现场检查的小型探测器。”

图:LiInP2Se6的结构性质

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