世界首个半导体中子探测器!让体积巨大的探测器变“袖珍”

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近来,美国西北大学(Northwestern University)和阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的研讨人员开发了一种新资料,为一类新的中子凯发游戏勘探器打开了大门。

高效的中子勘探器能够勘探到私运的核资料,对国家安全至关重要。

现在,有两类勘探器运用氦气或亮光。这些勘探器十分大——有时有一堵墙那么大。

这种新资料能够制作出第三类勘探器:一种能够吸收中子并发生易于丈量的电信号的半导体。

这种根据半导体的勘探器也是高效和安稳的。

它既能够用于小型便携设备的现场检测,也能够用于运用晶体阵列的大型勘探器。

这项研讨将宣布在1月16日的《天然》期刊上。

“人们对半导体中子勘探器的想象由来已久,”西北大学的Mercouri Kanatzidis说,他领导了这项研讨。

“主意是有的,但没有人有适宜的资料去做。”

当铀和钚等重元素衰变时,它们的原子会从原子核中射出中子。

大多数中子勘探器是所谓的闪耀体,它的作业原理是感应喷射出的中子,然后宣布光来提示运用者。

这种新资料是一种半导体,不发光,而是直接勘探由中子引起的电信号。

除了安全使用外,中子勘探器还用于辐射安全、天文学、等离子体物理学、资料科学和晶体学。

传统类型的热中子勘探仪从20世纪50年代就开始运用了,可是一种有用的半导体资料依然难以找到。

锂极具吸收中子的才能,很快成为最有出路的中子勘探设备资料。但将锂整合到半导体中并使其安稳(锂遇水易碎)则是另一回事。

“你能够找到好的半导体,但他们没有锂,”Kanatzidis说。

“或许你能够找到不适合半导体的安稳锂化合物。咱们发现了两个国际的平衡点。特定的锂-6同位素含量丰厚,本钱低价,是一种强中子吸收剂。”

在他们的研讨中,Kanatzidis和他的团队发现了正确的资料组合来制作作业设备,一起也能坚持锂的安稳。

他们的新资料,锂-铟-磷-硒(lithium-indium-phosphorous-selenium),是分层的结构并含有丰厚的锂-6同位素。

“这种晶体结构很特别,”Kanatzidis说。

“锂在层中,所以水无法抵达它。这是这种资料的一大重要特色。”

由此发生的半导体中子勘探器能够勘探到哪怕是十分弱小的源宣布的热中子——并且能够在纳秒内勘探到。

它还能够区别中子和其他类型的核信号,比方伽马射线。这样能够避免误报。

最终一个额定的优点是:这种资料含有很多的锂。

因而,一个更小的部分的资料能够吸收与巨大设备相同数量的中子。这就导致了设备小到能够放在你的手里。

Kanatzidis说:“重要的是要有各种尺度和尽可能多品种的中子勘探器,比方咱们的新半导体。”

“你想要一个像墙那么大的,你能够开着货车从它周围通过。但你也想要小型的,便于实地查看的。”

原文出处:

https://knowridge.com/2020/01/scientists-create-first-stable-semiconductor-neutron-detector/

Scientists create first stable semiconductor neutron detector

作者:Northwestern University

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