基于第三代宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)的辐射探测器,拥有卓越的抗辐照与耐高温性能,同时兼具超快的时间响应,是脉冲辐射/强辐射场理想的探测材料。在辐射环境中,碳化硅半导体材料受中子辐照,电学性能发生退化,影响辐射测量性能。本文...基于第三代宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)的辐射探测器,拥有卓越的抗辐照与耐高温性能,同时兼具超快的时间响应,是脉冲辐射/强辐射场理想的探测材料。在辐射环境中,碳化硅半导体材料受中子辐照,电学性能发生退化,影响辐射测量性能。本文基于蒙特卡罗模拟软件Geant4,开展不同能量的中子在4H-SiC中子探测器中的输运过程研究,重点关注灵敏层厚度下器件的位移损伤及其缺陷的分布特性。通过模拟仿真研究非电离能量损失(Non-ionizing Energy Loss,NIEL)和初级反冲原子(Primary Knock-on Atom,PKA)能谱随入射中子能量的变化规律,发现不同类型的中子在4H-SiC器件灵敏层中的辐照损伤存在差异。研究结果表明:在微米量级的探测器灵敏层内,NIEL沿入射深度方向均匀分布;中子能量越高,PKA动能越大,种类越丰富,但PKA大部分位于低能端。在PKA种类上,Si/C的PKA占比较大,且在高能中子入射下,非弹性散射是造成材料内部位移损伤的主要因素,通过发射带电粒子等过程产生的其他次级粒子也迅速增多,进一步造成了探测器灵敏层的辐照损伤。上述研究成果对促进宽禁带半导体辐射探测技术在极端场合下的应用具有积极的科学意义。展开更多
针对钍基熔盐堆白光中子源(Thorium Molten Salt Reactor with a Particle and Neutron Source,TMSRPNS)在运行过程中出现中子束流掉束或打火导致的束流不稳定的问题,有必要设计研发一种具有高计数率、低中子束流影响、高中子/伽马甄别...针对钍基熔盐堆白光中子源(Thorium Molten Salt Reactor with a Particle and Neutron Source,TMSRPNS)在运行过程中出现中子束流掉束或打火导致的束流不稳定的问题,有必要设计研发一种具有高计数率、低中子束流影响、高中子/伽马甄别性能的中子束流监测器。基于蒙特卡罗模拟软件Geant4,系统研究了薄膜塑料闪烁中子束流监测器的中子转换层厚度、闪烁体厚度,以及入射窗材料等关键参数对薄膜闪烁体的影响规律,分析结果表明:闪烁体中子转换层厚度约为2μm时具有相对合适的本征探测效率;闪烁体厚度为0.5 mm、甄别阈值为0.8 MeV时监测器具备γ射线不灵敏性能。同时,通过对比不同入射窗材料对于γ射线产生电子以及对中子散射的影响,选取电子产生较少且中子散射较小的铝作为入射窗材料。研究结果可为后续的中子束流监测器实物制备提供理论依据。展开更多
文摘基于第三代宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)的辐射探测器,拥有卓越的抗辐照与耐高温性能,同时兼具超快的时间响应,是脉冲辐射/强辐射场理想的探测材料。在辐射环境中,碳化硅半导体材料受中子辐照,电学性能发生退化,影响辐射测量性能。本文基于蒙特卡罗模拟软件Geant4,开展不同能量的中子在4H-SiC中子探测器中的输运过程研究,重点关注灵敏层厚度下器件的位移损伤及其缺陷的分布特性。通过模拟仿真研究非电离能量损失(Non-ionizing Energy Loss,NIEL)和初级反冲原子(Primary Knock-on Atom,PKA)能谱随入射中子能量的变化规律,发现不同类型的中子在4H-SiC器件灵敏层中的辐照损伤存在差异。研究结果表明:在微米量级的探测器灵敏层内,NIEL沿入射深度方向均匀分布;中子能量越高,PKA动能越大,种类越丰富,但PKA大部分位于低能端。在PKA种类上,Si/C的PKA占比较大,且在高能中子入射下,非弹性散射是造成材料内部位移损伤的主要因素,通过发射带电粒子等过程产生的其他次级粒子也迅速增多,进一步造成了探测器灵敏层的辐照损伤。上述研究成果对促进宽禁带半导体辐射探测技术在极端场合下的应用具有积极的科学意义。
文摘针对钍基熔盐堆白光中子源(Thorium Molten Salt Reactor with a Particle and Neutron Source,TMSRPNS)在运行过程中出现中子束流掉束或打火导致的束流不稳定的问题,有必要设计研发一种具有高计数率、低中子束流影响、高中子/伽马甄别性能的中子束流监测器。基于蒙特卡罗模拟软件Geant4,系统研究了薄膜塑料闪烁中子束流监测器的中子转换层厚度、闪烁体厚度,以及入射窗材料等关键参数对薄膜闪烁体的影响规律,分析结果表明:闪烁体中子转换层厚度约为2μm时具有相对合适的本征探测效率;闪烁体厚度为0.5 mm、甄别阈值为0.8 MeV时监测器具备γ射线不灵敏性能。同时,通过对比不同入射窗材料对于γ射线产生电子以及对中子散射的影响,选取电子产生较少且中子散射较小的铝作为入射窗材料。研究结果可为后续的中子束流监测器实物制备提供理论依据。
