新型中子半导体探测器可装入口袋

基于LiInP2Se6单晶的中子探测器原型。     图源：阿贡国家实验室网站

美国研究人员15日在《自然》杂志上发表研究报告称，他们使用一种富含锂的新型半导体材料，开发出可装入口袋的小型中子半导体探测器。这种探测器高效且稳定，既可以作为便携式设备用于现场检查，也可以用在超大型探测设备上，有望成为新一代中子探测器。

高效的中子探测器在国家安全、医学、天文学等许多领域都至关重要。目前广泛使用的中子探测器主要有两种类型——气体探测器和闪烁体探测器。相比于这两种探测器，中子半导体探测器体积更小，在某些方面更具优势，因而成为一些科学家研究的重点目标。然而，可用于中子探测器的半导体材料并不好找，锂因具有出色的中子吸收能力，被认为是一种理想的候选材料。但锂遇水会碎裂，要使其成功用于中子探测器，还需要解决如何将锂集成到半导体中并使其稳定的难题。

此次，美国西北大学和阿贡国家实验室的研究人员发现了一种新的半导体材料LiInP2Se6——一种由锂、铟、磷、硒组合而成的化合物。该化合物具有良好的热中子俘获截面、合适的带隙和有效传输电荷的能带结构，能够直接检测热中子。其晶体结构很特别，锂位于金属层内部，水无法到达，因此可以制造出保持锂稳定的工作装置。

研究人员利用LiInP2Se6制成的中子探测器，具有很高的灵敏度，可以快速从非常弱的放射源中检测出热中子。其能将中子信号和伽马射线等其他类型的核信号区分开来，还有助于防止误报。此外，因富含锂元素，只需少量LiInP2Se6就可以吸收大量中子，所以利用其制成的检测设备可以足够小。此次研究团队制成的设备原型就很小巧，可以很容易地放入口袋中。

研究人员指出，在各个领域，小型中子探测器都有很大应用空间。他们的研究成果将会激发科学家对中子半导体探测器的研究兴趣，从而使半导体探测器取代3He正比计数器（目前应用较广的一种中子气体探测器）成为可能。