美國(guó)研究人員15日在《自然》雜志上發(fā)表研究報(bào)告稱，他們使用一種富含鋰的新型半導(dǎo)體材料，開發(fā)出可裝入口袋的小型中子半導(dǎo)體探測(cè)器。這種探測(cè)器高效且穩(wěn)定，既可以作為便攜式設(shè)備用于現(xiàn)場(chǎng)檢查，也可以用在超大型探測(cè)設(shè)備上，有望成為新一代中子探測(cè)器。

基于LiInP2Se6單晶的中子探測(cè)器原型。 圖源：阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站

高效的中子探測(cè)器在國(guó)家安全、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)等許多領(lǐng)域都至關(guān)重要。目前廣泛使用的中子探測(cè)器主要有兩種類型——?dú)怏w探測(cè)器和閃爍體探測(cè)器。相比于這兩種探測(cè)器，中子半導(dǎo)體探測(cè)器體積更小，在某些方面更具優(yōu)勢(shì)，因而成為一些科學(xué)家研究的重點(diǎn)目標(biāo)。然而，可用于中子探測(cè)器的半導(dǎo)體材料并不好找，鋰因具有出色的中子吸收能力，被認(rèn)為是一種理想的候選材料。但鋰遇水會(huì)碎裂，要使其成功用于中子探測(cè)器，還需要解決如何將鋰集成到半導(dǎo)體中并使其穩(wěn)定的難題。

此次，美國(guó)西北大學(xué)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的半導(dǎo)體材料LiInP2Se6——一種由鋰、銦、磷、硒組合而成的化合物。該化合物具有良好的熱中子俘獲截面、合適的帶隙和有效傳輸電荷的能帶結(jié)構(gòu)，能夠直接檢測(cè)熱中子。其晶體結(jié)構(gòu)很特別，鋰位于金屬層內(nèi)部，水無法到達(dá)，因此可以制造出保持鋰穩(wěn)定的工作裝置。

研究人員利用LiInP2Se6制成的中子探測(cè)器，具有很高的靈敏度，可以快速?gòu)姆浅Ｈ醯姆派湓粗袡z測(cè)出熱中子。其能將中子信號(hào)和伽馬射線等其他類型的核信號(hào)區(qū)分開來，還有助于防止誤報(bào)。此外，因富含鋰元素，只需少量LiInP2Se6就可以吸收大量中子，所以利用其制成的檢測(cè)設(shè)備可以足夠小。此次研究團(tuán)隊(duì)制成的設(shè)備原型就很小巧，可以很容易地放入口袋中。

研究人員指出，在各個(gè)領(lǐng)域，小型中子探測(cè)器都有很大應(yīng)用空間。他們的研究成果將會(huì)激發(fā)科學(xué)家對(duì)中子半導(dǎo)體探測(cè)器的研究興趣，從而使半導(dǎo)體探測(cè)器取代3He正比計(jì)數(shù)器（目前應(yīng)用較廣的一種中子氣體探測(cè)器）成為可能。（記者 劉海英）