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实现国产化!这个先进陶瓷材料“出圈”

作者:中国工陶 更新时间:2023-10-26 10:27 来源:中国工陶 点击数:1147

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,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,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。

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中子探测器是一种用于检测和测量中子辐射的仪器,其一直被视为核科学和粒子物理学研究的关键设备。而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,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,目前也只有美国和欧洲少数几个发达国家掌握了该项技术。

经过多年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。

碳化硼是一种重要的非金属材料,超常的硬度性能使其成为最理想的高温耐磨材料,且碳化硼在高温下表现出较高的热稳定性。碳化硼另外一个重要的性能就是具有较高的热中子吸收能力,其中子俘获截面高(600 barns),俘获能谱宽,不产生放射性同位素,二次射线能量低,而且耐腐蚀、热稳定性好等特点,被广泛地用于核工业。因此,碳化硼的良好特性使得碳化硼薄膜逐渐成为了在各个领域都有应用潜力的材料。碳化硼薄膜作为一种高性能中子探测材料,可以在核反应堆监测、放射性示踪剂监测、中子束流能量测量等方面发挥重要作用。还可以在中子保护、中子测井和中子源开发等领域发挥独特优势。因此,这项技术的应用将为中子探测技术的发展开辟新的道路。