一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种中子探测方法及装置，具体涉及一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法及装置，解决现有用于中子探测的3He材料稀缺且价格非常昂贵，急需研发可替代高探测效率3He气体探测器的新型中子探测器的技术问题；本发明专利技术一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法，实现探测中子的高效率、高信噪比和高中子/伽马比，实现中子探测。本发明专利技术还提供一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测装置，包括柔性单元；柔性单元包括至少一个闪烁体与至少一个氮化镓二维电子气器件的组合；氮化镓二维电子气器件分别设置在闪烁体的出射光路上。进而发展出新的可替代3He气体探测器的中子探测装置。的中子探测装置。的中子探测装置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种中子探测方法及装置，具体涉及一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法及装置。

技术介绍

[0002]中子可诱发核反应，由核反应产生并增殖中子，中子探测是核反应过程研究的最直接的手段之一。基于3He气体材料的探测器是实现中子探测的重要选择，由于3He与中子反应截面大，选择大体积、高填充气压的3He气体探测器可实现高的中子探测效率。但由于国际上3He材料稀缺、价格非常昂贵，研发可替代高探测效率3He气体探测器的新型中子探测器是国际上中子探测技术研究的热点和前沿问题之一。
[0003]利用固态含6Li和
10
B的转换材料，与闪烁体或半导体探测器通过对中子与固态含6Li和
10
B的转换材料作用，产生的带电粒子进行探测，进而获得中子信息，是实现中子探测的有效方式。但目前基于该方法的传统探测系统包含光电转换器件及半导体探测器等，导致探测系统体积庞大、工作偏压高以及探测系统结构复杂的问题。发展微型、柔性的中子探测方法及装置，是中子探测领域长期未解决的问题。
[0004]氮化镓二维电子气是一种柔性的二维器件，被成功用于光探测研究中，未见将其用于致电离辐射探测及中子探测中的相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有用于中子探测的3He材料稀缺且价格非常昂贵，急需研发可替代高效率探测3He气体探测器的新型中子探测器的技术问题，而提供一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法及装置，实现中子高效率探测、高信噪比和高中子/伽马比，进而发展出新的替代3He气体探测器的中子探测装置。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]1)在闪烁体的空隙中填入含6Li的中子转换物质；
[0009]2)中子与含6Li的中子转换物质发生6Li(n,α)反应，产生次级带电粒子；
[0010]3)将次级带电粒子的能量传递给闪烁体中的发光单元，使闪烁体发射可见光；
[0011]4)氮化镓二维电子气器件将可见光转换为电信号；
[0012]5)记录电信号，获得中子信号。
[0013]进一步地，步骤1)与步骤2)之间还包括步骤1
‑
2)，将填入含6Li的中子转换物质后的闪烁体旋涂于氮化镓二维电子气器件上。
[0014]一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测装置，用于实现上述的一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法，其特殊之处在于：包括柔性单元；
[0015]柔性单元包括至少一个闪烁体以及与至少一个闪烁体组合的至少一个氮化镓二
维电子气器件；
[0016]每个闪烁体的空隙中均填充有含6Li的裂变物质；
[0017]闪烁体与氮化镓二维电子气器件一一对应，且氮化镓二维电子气器件分别设置在闪烁体的出射光路上。
[0018]进一步地，所述氮化镓二维电子气器件包括从上到下依次设置的金电极、隔离层与N型GaN层；
[0019]隔离层为AlGaN；
[0020]金电极靠近闪烁体设置。
[0021]进一步地，所述氮化镓二维电子气器件还包括衬底；
[0022]N型GaN层设置在衬底上。
[0023]进一步地，所述闪烁体还包括反光层；
[0024]反光层设置在闪烁体的非发光面上。
[0025]进一步地，所述闪烁体与氮化镓二维电子气器件的材料均为柔性材料。
[0026]进一步地，所述闪烁体与氮化镓二维电子气器件均为全固态结构；
[0027]氮化镓二维电子气器件为双电极结构，且其工作偏压为1V
‑
5V。
[0028]进一步地，所述柔性单元至少为两个，每个柔性单元叠放设置或依次套设。
[0029]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
[0030]1、本专利技术柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法，采用含6Li的中子转换物质，相比于3He材料，6Li容易获得，且6Li(n,α)反应释放的能量大，其能量为4.786MeV，利于有效区分中子和伽马本底信号；氮化镓二维电子气器件是一类具有放大功能的器件，利用氮化镓二维电子气器件中的隔离层(AlGaN)和GaN之间形成的势阱，可实现有效探测可见光，并在可见光探测中获得高信噪比，将其用于中子引发的可见光探测，有望发展一类高性能中子探测器。
[0031]2、高中子/伽马比。中子与含6Li的裂变物质发生6Li(n,α)反应，产生的次级带电粒子能量高，高于辐射环境中伽马射线产生的信号，故利用含6Li的中子转换物质可研发高探测效率、高中子/伽马比的中子探测器。
[0032]3、高信噪比。氮化镓二维电子气器件通过双电极结构设计，可实现非常低的漏电水平(低暗电流)，含6Li的裂变物质与闪烁体可对单个中子产生大量光子，氮化镓二维电子气器件在光电转换过程中有放大作用，中子引发信号幅度会很高，远高于氮化镓二维电子气器件的漏电水平，故而在中子探测中可实现高信噪比。
[0033]4、高灵敏度。闪烁体和氮化镓二维电子气器件的两级放大结构特征(中子
→
可见光、可见光
→
电信号)，具有高响应灵敏度，可实现对单个中子信号的有效探测。
[0034]5、高探测效率。本专利技术柔性氮化镓二维电子气的中子探测装置中柔性单元的多层结构设计可获得高的中子探测效率。
[0035]6、全固态结构。氮化镓二维电子气器件中的N型GaN层可从衬底上剥离，闪烁体与氮化镓二维电子气器件均为全固态结构。
[0036]7、结构简单。含6Li的裂变物质和闪烁体可为旋涂在氮化镓二维电子气器件上的薄层柔性材料，使氮化镓二维电子气器件实现柔性卷曲或弯曲；则柔性单元采用叠层结构或者卷状多层结构，其尺寸也较小，单个柔性单元的厚度(叠层后的厚度)仅为几十nm
‑
几μ
m。
[0037]8、低工作偏压。传统的气体、半导体和闪烁中子探测器，一般需工作在几十伏
‑
几千伏工作偏压下，本专利技术所选的氮化镓二维电子气器件为双电极结构，工作偏压很低，可工作在1
‑
5V，甚至可工作在零偏压，其典型工作偏压为2V。
[0038]9、高抗辐照性能。闪烁体和氮化镓二维电子气器件均具有高抗辐照性能，使本专利技术适用于强辐射场下中子探测和辐射环境中长期工作。
附图说明
[0039]图1为本专利技术一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测装置实施例一的结构示意图；
[0040]图2为本专利技术一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法实施例一的原理图；
[0041]图3为本专利技术一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测装置实施例二中，每个柔性单元叠放设置的结构示意图；
[0042]图4为本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在闪烁体(1)的空隙中填入含6Li的中子转换物质；2)中子与含6Li的中子转换物质发生6Li(n,α)反应，产生次级带电粒子；3)将次级带电粒子的能量传递给闪烁体(1)中的发光单元，使闪烁体(1)发射可见光；4)利用氮化镓二维电子气器件(2)将可见光转换为电信号；5)记录电信号，获得中子信号。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法，其特征在于：步骤1)与步骤2)之间还包括步骤1
‑
2)，将填入含6Li的中子转换物质后的闪烁体(1)旋涂于氮化镓二维电子气器件(2)上。3.一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测装置，用于实现权利要求1
‑
2任一所述的一种基于柔性氮化镓二维电子气的中子探测方法，其特征在于：包括柔性单元；所述柔性单元包括至少一个闪烁体(1)与至少一个氮化镓二维电子气器件(2)的组合；每个所述闪烁体(1)的空隙中均填充有含6Li的裂变物质；所述闪烁体(1)与所述氮化镓二维电子气器件(2)一一对应，且氮化镓二维电子气器件(2)分别设置在闪烁体(1)的出射光路上。4.根据权利要求3所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘林月，欧阳晓平，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：