中子探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)和器件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化

新華社廣州10月17日電（記者 田建川）記者從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所東莞研究部獲悉，近日，中國(guó)散裂中子源探測(cè)器團(tuán)隊(duì)成功制備出高性能大面積碳化硼薄膜，實(shí)現(xiàn)了中子探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)和器件的國(guó)產(chǎn)化。

中國(guó)散裂中子源是位于廣東省東莞市境內(nèi)的大科學(xué)裝置，被譽(yù)為觀察微觀世界的“超級(jí)顯微鏡”，能在不對(duì)物質(zhì)造成破壞的前提下“看穿”材料的微觀結(jié)構(gòu)，中子探測(cè)器就是這個(gè)大科學(xué)裝置的“眼睛”。

據(jù)了解，此次制備出的碳化硼薄膜樣品單片面積達(dá)到1500毫米×500毫米，薄膜厚度1微米，全尺寸范圍內(nèi)厚度均勻性優(yōu)于±1.32%，是目前國(guó)際上用于中子探測(cè)的最大面積的碳化硼薄膜。該樣品由我國(guó)自主研制的磁控濺射大面積鍍硼專用裝置制備。

基于硼轉(zhuǎn)換的中子探測(cè)器因其優(yōu)異的性能已成為當(dāng)前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)，隨著中國(guó)散裂中子源二期工程即將啟動(dòng)，擬建的中子譜儀對(duì)大面積、高效率、位置靈敏的新型中子探測(cè)器需求緊迫。制備出高性能中子轉(zhuǎn)換碳化硼薄膜是其中最核心的技術(shù)，目前只有美國(guó)和歐洲少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家掌握了該項(xiàng)技術(shù)。

2016年，在核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持下，中國(guó)散裂中子源探測(cè)器團(tuán)隊(duì)與同濟(jì)大學(xué)教授朱京濤合作，開(kāi)始研制一臺(tái)磁控濺射大面積鍍硼專用裝置，鍍膜厚度范圍為0.01微米至5微米，同時(shí)支持單、雙面鍍膜，支持射頻和直流鍍膜。2021年6月，該裝置通過(guò)了重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)收并投入使用。

經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)和工藝試制，中國(guó)散裂中子源探測(cè)器團(tuán)隊(duì)攻克了濺射靶材制作、過(guò)渡層選擇、基材表面處理等對(duì)鍍膜質(zhì)量影響大的關(guān)鍵技術(shù)，利用該鍍硼專用裝置制備了多種規(guī)格的碳化硼薄膜，并成功應(yīng)用于中國(guó)散裂中子源多臺(tái)中子譜儀上的陶瓷GEM（氣體電子倍增器）中子探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了中子探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)和器件的國(guó)產(chǎn)化，為接下來(lái)研制更大面積的高性能新型中子探測(cè)器提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。