วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ประกอบด้วยลิเธียม-6 แสดงให้เห็นถึงสัญญาที่ดีในการสร้างเครื่องตรวจจับนิวตรอนความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูง วัสดุเลเยอร์ 2 มิติถูกสร้างขึ้นและทดสอบโดยนักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกา และสักวันหนึ่งสามารถนำมาใช้ในเครื่องตรวจจับที่สิ่งอำนวยความสะดวกการกระเจิงนิวตรอน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความละเอียดเชิงพื้นที่ของการทดลอง
อุปกรณ์ที่ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์
ยังสามารถพัฒนาเป็นเครื่องตรวจวัดรังสีส่วนบุคคลและมีการใช้งานด้านความปลอดภัย เช่น การตรวจจับวัสดุกัมมันตภาพรังสี เช่น พลูโทเนียม นิวตรอนความร้อนเป็นอนุภาคพลังงานต่ำที่สร้างขึ้นในปริมาณมากในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และล่าสุดในโรงงานเครื่องเร่งอนุภาค พวกมันมีความยาวคลื่นเดอบรอกลีที่เท่ากันกับระยะห่างของอะตอมในของแข็งและโมเลกุล ดังนั้นจึงสามารถใช้ในการทดลองการเลี้ยวเบนที่ตรวจสอบโครงสร้างของวัสดุได้
นิวตรอนความร้อนจะตรวจจับได้ยาก เว้นแต่จะถูกดูดซับโดยนิวเคลียส ซึ่งจะสลายไปเป็นอนุภาคที่มีประจุซึ่งสามารถตรวจจับได้ เครื่องตรวจจับนิวตรอนความร้อนที่พบมากที่สุดคือหลอดที่มีฮีเลียม-3 ซึ่งสลายตัวเป็นไฮโดรเจนไอออน 2 ตัวเมื่อดูดซับนิวตรอน แม้ว่าจะเป็นที่นิยม แต่เครื่องตรวจจับเหล่านี้มีข้อเสียสองประการ: ค่อนข้างเทอะทะ และฮีเลียม-3 เป็นไอโซโทปหายากที่มีราคาแพงขึ้นเรื่อยๆ
การเสริมสมรรถนะไอโซโทปเครื่องตรวจจับนิวตรอนใหม่นี้สร้างขึ้นโดยMercouri Kanatzdisและเพื่อนร่วมงานที่ Northwestern University และ Argonne National Laboratory หัวใจของมันคือเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติที่ประกอบด้วยลิเธียม อินเดียม ฟอสฟอรัส และซีลีเนียม (LiInP 2 Se 6 ) วัสดุนี้ได้รับการเสริมสมรรถนะถึง 95% ด้วยไอโซโทปลิเธียม-6 ซึ่งปกติแล้วจะเป็น 8% ของลิเธียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
นิวเคลียสลิเธียม-6 ชอบดูดซับนิวตรอน
และสลายตัวไปเป็นไอโอนิกไอโอดีนและไอโอดีนของไอโอดีน ซึ่งใช้ร่วมกันประมาณ 5 MeV ของพลังงานจลน์ กระบวนการสลายลิเธียม-6 ให้พลังงานมากกว่าฮีเลียม-3 หรือโบรอน-10 ซึ่งใช้ในเครื่องตรวจจับนิวตรอนด้วย ซึ่งหมายความว่าควรสร้างสัญญาณการตรวจจับที่แรงกว่าและมีสัญญาณรบกวนน้อยกว่า
นักฟิสิกส์ได้พัฒนารูปแบบต่างๆ ในการตรวจจับการสลายตัวของลิเธียม-6 แต่สิ่งเหล่านี้ล้วนมีข้อบกพร่อง การออกแบบหนึ่งเกี่ยวข้องกับการฝังลิเธียม-6 ไว้ในตัวเรืองแสงวาบ ซึ่งไอออนจะสร้างแสงวาบซึ่งสามารถตรวจจับได้
การแปลงทางตรงและทางอ้อม
“เครื่องตรวจจับการเรืองแสงวาบเป็นเครื่องตรวจจับการแปลงทางอ้อมและต้องใช้หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์เพื่อรวบรวมแสงที่วาบจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งทำให้ระบบตรวจจับโดยรวมมีปริมาณมาก Kanatzdis อธิบาย แต่ Kanatzdis และเพื่อนร่วมงานได้ใช้แนวทาง “การแปลงโดยตรง” ซึ่งกระบวนการดูดซับและการตรวจจับเกิดขึ้นในวัสดุเดียวกัน – LiInP 2 Se 6
Kanatzdis อธิบาย “เครื่องตรวจจับนิวตรอนความร้อนโดยใช้สารกึ่งตัวนำแบบการแปลงโดยตรงสามารถเปลี่ยนเหตุการณ์นิวตรอนเป็นประจุที่ตรวจจับได้โดยตรงและรวบรวมประจุเหล่านั้นในตัวกลางเซมิคอนดักเตอร์เดียวกัน “สิ่งนี้สามารถเพิ่มความละเอียดเชิงพื้นที่ได้ ปริมาตรของเครื่องตรวจจับสามารถลดลงได้อย่างมากและยังคงมีประสิทธิภาพในการตรวจจับสูงต่อนิวตรอนความร้อน”
เครื่องตรวจจับของพวกเขาทำงาน
เหมือนกับเครื่องตรวจจับสารกึ่งตัวนำทั่วไป — แรงดันไบอัสถูกนำไปใช้กับชิ้นส่วนของสารกึ่งตัวนำ LiInP 2 Se 6 เมื่อนิวเคลียสลิเธียม-6 สลายตัวหลังจากดูดซับนิวตรอน ไอออนของฮีเลียมและไฮโดรเจนจะไถลผ่านเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เกิดอิเล็กตรอนและรูเคลื่อนที่ได้ ประจุเหล่านี้จะถูกขับผ่านเซมิคอนดักเตอร์ด้วยแรงดันไบแอสและตรวจพบว่าเป็นสัญญาณไฟฟ้า บูรณาการได้ง่ายเนื่องจากเป็นสารกึ่งตัวนำ Kanatzdis กล่าวว่า “เครื่องตรวจจับสามารถรวมเข้ากับระบบอิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบันได้อย่างง่ายดายด้วยลักษณะการประมวลผลที่รวดเร็วและขนาดกะทัดรัด”
ทีมงานใช้เทคนิคที่เรียกว่าการขนส่งไอเคมี (CVT) เพื่อสร้างผลึก LiInP 2 Se 6ที่มีพื้นที่ประมาณ 1 ตารางเซนติเมตรและความหนาไม่เกิน 1 มม. (ดูรูป) การตอบสนองของเครื่องตรวจจับได้รับการประเมินก่อนโดยใช้แหล่งที่มาของอนุภาคแอลฟา (นิวเคลียสฮีเลียม-4) ซึ่งส่งพลังงานประมาณเดียวกันไปยังเซมิคอนดักเตอร์เป็นเหตุการณ์การสลายตัวของการดูดซับนิวตรอน เครื่องตรวจจับแสดงการตอบสนองที่น่าพอใจมากเมื่อเปรียบเทียบกับประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับนิวตรอนอื่นๆ ที่ได้รับการทดสอบโดยใช้อนุภาคแอลฟา
จากนั้นจึงศึกษาการตอบสนองของเครื่องตรวจจับต่อฟลักซ์ของนิวตรอนความร้อนที่สร้างขึ้นโดยกลั่นกรองเอาท์พุตของแหล่งกำเนิดนิวตรอนกัมมันตภาพรังสี แม้ว่าฟลักซ์จะต่ำมาก แต่ก็ตรวจพบนิวตรอนความร้อน “LiInP 2 Se 6เป็นเครื่องตรวจจับนิวตรอนความร้อนโดยตรงของเซมิคอนดักเตอร์ตัวแรกที่แสดงให้เห็นถึงพีคนิวตรอนที่มีพลังงานเต็มที่ได้รับการแก้ไขแล้วเหนือพื้นหลัง” Kanatzdis กล่าว
‘การเข้ารหัสทางกายภาพ’ ใช้นิวตรอนเพื่อเปรียบเทียบหัวรบนิวเคลียร์ทีมงานกล่าวว่าประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกโดยการเพิ่มผลึกขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งน่าจะเป็นไปได้ ในที่สุดพวกเขาอ้างว่า “LiInP 2 Se 6มีศักยภาพในการแปลงเทคโนโลยีการตรวจจับนิวตรอน”
ตามข้อมูลของ Kanatzdis เครื่องตรวจจับสามารถใช้เพื่อสร้าง “สเปกโตรมิเตอร์นิวตรอนที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นในสถานที่ต่างๆ เช่น ILL หรือ SPS ที่ทำการทดลองการกระเจิงนิวตรอนแบบยืดหยุ่นและไม่ยืดหยุ่น” นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่อุปกรณ์พกพาสำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัยในประเทศเช่นการตรวจจับวัสดุเช่นยูเรเนียมและพลูโทเนียม ลักษณะกะทัดรัดของเครื่องตรวจจับหมายความว่าสามารถใช้ในการใช้งานด้านความปลอดภัยจากรังสี เช่น เครื่องวัดปริมาณรังสีส่วนบุคคล
“เครื่องตรวจจับ LiInP 2 Se 6 ของเรา ยังแสดงให้เห็นถึงความไวของรังสีแกมมาเล็กน้อย ซึ่งหมายความว่าจะไม่สร้างสัญญาณเตือนที่ผิดพลาดโดยทำให้รังสีแกมมาสับสนกับนิวตรอน” เขากล่าวเสริม
Credit : eltinterocolectivo.com europeancrafts.net eyeblinkentertainment.com fitflopclearancesale.net fullmoviewatchonline.net girlsonthewallmovie.com gp32europe.com halowarscentral.com hatterkepekingyen.info hopendream.net
