初めて作成された安定した半導体中性子検出器

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ビデオ: 「室温で動作する低雑音・広帯域テラヘルツ波検出器」 北里大学 一般教育部 教授 伊藤弘 2022, 12月
初めて作成された安定した半導体中性子検出器
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科学者たちは、熱中性子の直接検出に適した安定した固体を初めて合成しました。潜在的に、半導体特性を備えた新しい化合物に基づいて、コンパクトで高感度の検出器を作成できます。これは、安全性、核医学、結晶学、天体物理学の分野で役立つ可能性があります。

中性子は、原子核を構成する電気的に中性の重い粒子です。自由中性子は、核反応の結果として現れる可能性があり(核兵器の内部と原子炉の運転中の両方)、物質の結晶構造を決定し、宇宙線の一部として宇宙から地球に到達するために使用されます。

個々の粒子のエネルギーによる中性子の分類があります。カテゴリの1つは熱中性子であり、0.025電子ボルトのオーダーの運動エネルギーを持っています-おそらく室温で。このような粒子は、固体中の原子または分子間の距離にほぼ対応するドブロイ波長によって特徴付けられ、材料の構造に関する回折を使用して物質の構造を研究することを可能にします。

熱中性子は検出が困難です。通常、原子核による吸収が使用され、続いて荷電粒子が放出され、直接記録されます。今日、熱中性子を検出するための主な方法は、ヘリウム3で満たされた比例計数管またはシンチレータに基づいています。ただし、いくつかの欠点があります。原則として、非常にかさばり、ヘリウム3はまれで高価な同位体であり、シンチレータは、結果として生じるグローを記録するために追加の機器を必要とします。

ノースウェスタン大学のMercouriKanatzidisが率いる米国の科学者は、リチウム、インジウム、リン、セレンLiInP2Se6の半導体化合物の平坦な層で構成される根本的に新しい検出器を開発しました。この物質の主な利点は、このイベントの吸収と登録の両方が半導体自体の内部で発生するため、中性子を直接検出できることです。

主な特徴は、熱中性子の吸収断面積が大きい高濃度の同位体を使用したことでした。この場合、リチウム6であり、著者が合成​​した物質は95%に濃縮されていましたが、天然物質。中性子との反応により、リチウムがトリチウムとヘリウム4に崩壊し、これらが合わせて約5メガ電子ボルトの運動エネルギーを占めます。この指標では、リチウム6は、ヘリウム3やホウ素10などの他の同様の核よりも優れているため、より感度が高く、ノイズの少ない受信機が可能になる可能性があります。

新しいデバイスの動作原理は、電離放射線の半導体検出器に似ています。中性子を吸収したリチウムの崩壊生成物は、物質の内部に自由電荷(電子と正孔)を生成します。電気信号として記録されます。

著者によって実施されたテストは、材料がプルトニウム源からの中性子の小さなフラックスでさえ記録することができることを示しました。さらに、応答時間はわずか数ナノ秒でした。

初期の物理学者は、中性子の核移動速度を測定し、中性子電荷の最大値を指定し、ネオンとフッ素の非常に重い同位体を決定しました。

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