2020年12月3日-中子探测的历史

中子的发现对20世纪上半叶原子物理学的发展至关重要。原子核的本质随着1932年詹姆斯·查德威克发现中子而确立。

中子的探测需要一个特殊的环境，因为中子不是带电粒子，一般不会引起电离。然而，如果中子的相互作用是与高中子横截面的核素¹然后对中子的反应就变成可能了。常用作中子探测材料的核素有氦-3 (^3.他),锂- 6 (⁶李),boron-10 (¹⁰B)和铀235 (²³⁵探测器材料被一个减速剂包围，减速剂会降低中子的动能(使中子减速)。慢化中子通常称为热中子，因为它与靶材料相互作用的概率很高。

下面讨论的中子探测器是目前最常用的类型。

¹中子横截面表示入射中子与靶核相互作用的可能性。

氦- 3 (^3.He)充气比例探测器

^3.他在1939年被首次作为中子探测器提出。它最初被认为是一种放射性同位素，直到天然氦(主要是氦-4)的样品被发现。氦就在地壳下面，有300个原子^3.每一百万个原子⁴他。

由于没有电荷，中子与原子电子的相互作用是不可能的(如x射线、伽玛、电子或贝塔探测器)。因此，我们依赖于与原子核的相互作用。

n +^3.反应如下图所示，能量守恒为:

n +^3.他→^3.H + p + 764 keV

764kev的能量是573 keV的质子动能加上191kev的氚离子动能的总和。这种能量(电荷)作为子产物被收集，产生与热中子的764 keV能量成正比的输出脉冲。

^3.他提供了一个高效的中子探测器^3.它的反应是吸收热中子，产生¹H(质子)和a^3.氢离子(氚)。它对伽马射线的灵敏度可以忽略不计，是一种非常有用的中子探测器。不幸的是，供应^3.他仅限于作为氚衰变的副产品生产(氚的半衰期为12.3年);氚可以作为核武器的助推器，也可以作为反应堆运行的副产品。因此，由于可用性有限，这些探测器的价格有些高。

锂- 6 (⁶李)中子探测器

才气横溢的⁶李1957年首次报道了用于中子探测的玻璃。然而，直到20世纪90年代初，太平洋西北国家实验室才取得重大进展。这些新技术最初被列为机密，后来在1994年被解密。

闪烁玻璃纤维的工作原理是结合⁶锂和铈离子成玻璃成分。自⁶Li具有高的热中子吸收截面，这个反应将产生一个氚离子，一个粒子和动能。产生的电离转移到铈离子中，从而产生波长为390到600纳米的光子发射。这一事件导致每吸收一个中子就产生几千个光子的闪光。玻璃纤维作为耦合到PMT的闪烁光的波导。然后用脉冲形状识别(PSD)来分离伽玛和中子事件。

最近类似的反应是⁶锂在CLYC探测器中用于中子探测。CLYC晶体采用95%富集⁶Li和掺杂铈离子。该探测器对热中子产生3兆电子伏以上的单能量脉冲。这种伽马/中子分离甚至进一步增强了PSD和算法的改进。其他探测器，如CLLBC是可用的，并提供良好的伽马分辨率和中子分离高达20 mR/h和更高的伽马场。一些探测器提供快速计时(~60 ns)，因此计数率的大动态范围是可能的。

以上只是对有效中子探测器的简要介绍。如果您想了解更多关于这个主题的信息，请联系Cody Cole，电话:415-453-9955分机203或电子邮件c.cole@berkeleynucleonics.com．