中子探測器關鍵技術和器件實現國產化

據中國科學院高能物理研究所消息，近日，中國散裂中子源(CSNS)探測器團隊利用自主研製的磁控濺射大面積鍍硼專用裝置(圖1)，成功製備出滿足中子探測器需求的高性能大面積碳化硼薄膜樣品(圖2)，單片面積達到1500mm×500mm，薄膜厚度1 微米，全尺寸範圍內厚度均勻性優於±1.32%，是目前國際上用於中子探測的最大面積的碳化硼薄膜。

圖1. 自主研製的磁控濺射大面積鍍硼專用裝置

基於硼轉換的中子探測器因其優異的性能已成為當前國際上研究的熱點，隨着CSNS二期工程即將啓動，擬建的中子譜儀對大面積、高效率、位置靈敏的新型中子探測器需求緊迫。如何製備出高性能中子轉換碳化硼薄膜是其中最核心的技術，目前也只有美國、歐洲等少數幾個發達國家掌握了該項技術。

2016年在核探測與核電子學國家重點實驗室的支持下，CSNS探測器團隊與同濟大學朱京濤教授合作，開始研製一台磁控濺射大面積鍍硼專用裝置，鍍膜厚度範圍為0.01~5微米，同時支持單、雙面鍍膜，支持射頻和直流鍍膜。2021年6月，該裝置通過了重點實驗室驗收並投入使用。

圖2.  高性能大面積碳化硼薄膜樣品

經過多年的技術攻關和工藝試製，團隊攻克了濺射靶材製作、過渡層選擇、基材表面處理等對鍍膜質量影響大的關鍵技術，利用該裝置製備了多種規格的碳化硼薄膜，併成功應用於CSNS多台中子譜儀上的陶瓷GEM中子探測器，實現了中子探測器關鍵技術和器件的國產化，為接下來研製更大面積的高性能新型中子探測器提供了強有力的技術支撐。

本項目研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委以及核探測與核電子學國家重點實驗室的資助和支持。