中子探测器关键技术和器件实现国产化

据中国科学院高能物理研究所消息，近日，中国散裂中子源(CSNS)探测器团队利用自主研制的磁控溅射大面积镀硼专用装置(图1)，成功制备出满足中子探测器需求的高性能大面积碳化硼薄膜样品(图2)，单片面积达到1500mm×500mm，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。

图1. 自主研制的磁控溅射大面积镀硼专用装置

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CSNS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。如何制备出高性能中子转换碳化硼薄膜是其中最核心的技术，目前也只有美国、欧洲等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，CSNS探测器团队与同济大学朱京涛教授合作，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0.01~5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。

图2.  高性能大面积碳化硼薄膜样品

经过多年的技术攻关和工艺试制，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，利用该装置制备了多种规格的碳化硼薄膜，并成功应用于CSNS多台中子谱仪上的陶瓷GEM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。

本项目研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委以及核探测与核电子学国家重点实验室的资助和支持。