中子探测器关键技术和器件实现国产化

天津消防网讯 记者从中国科学院高能物理研究所东莞研究部获悉，近日，中国散裂中子源探测器团队成功制备出高性能大面积碳化硼薄膜，实现了中子探测器关键技术和器件的国产化。

高性能大面积碳化硼薄膜样品。（受访者供图）

中国散裂中子源是位于广东省东莞市境内的大科学装置，被誉为观察微观世界的“超级显微镜”，能在不对物质造成破坏的前提下“看穿”材料的微观结构，中子探测器就是这个大科学装置的“眼睛”。

据了解，此次制备出的碳化硼薄膜样品单片面积达到1500毫米×500毫米，薄膜厚度1微米，全尺寸范围内厚度均匀性优于±1.32%，是目前国际上用于中子探测的最大面积的碳化硼薄膜。该样品由我国自主研制的磁控溅射大面积镀硼专用装置制备。

我国自主研制的磁控溅射大面积镀硼专用装置。（受访者供图）

基于硼转换的中子探测器因其优异的性能已成为当前国际上研究的热点，随着中国散裂中子源二期工程即将启动，拟建的中子谱仪对大面积、高效率、位置灵敏的新型中子探测器需求紧迫。制备出高性能中子转换碳化硼薄膜是其中最核心的技术，目前只有美国和欧洲少数几个发达国家掌握了该项技术。

2016年，在核探测与核电子学国家重点实验室的支持下，中国散裂中子源探测器团队与同济大学教授朱京涛合作，开始研制一台磁控溅射大面积镀硼专用装置，镀膜厚度范围为0.01微米至5微米，同时支持单、双面镀膜，支持射频和直流镀膜。2021年6月，该装置通过了重点实验室验收并投入使用。

经过多年的技术攻关和工艺试制，中国散裂中子源探测器团队攻克了溅射靶材制作、过渡层选择、基材表面处理等对镀膜质量影响大的关键技术，利用该镀硼专用装置制备了多种规格的碳化硼薄膜，并成功应用于中国散裂中子源多台中子谱仪上的陶瓷GEM（气体电子倍增器）中子探测器，实现了中子探测器关键技术和器件的国产化，为接下来研制更大面积的高性能新型中子探测器提供了强有力的技术支撑。