CVD金刚石膜辐射探测器的研制与性能研究
发布时间：2021-10-28 10:34
随着核技术的广泛应用,核辐射探测器所面临的应用环境也变得越来越苛刻。辐射防护及辐射环境的安全可控也变得越来越重要。传统的半导体材料如硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等制成的半导体核辐射探测器,已经难以满足核裂变、核聚变、加速器、外太空等高温、高辐射环境下安全服役的要求,必须寻找新的材料制作新一代核辐射探测器。金刚石具有优异的光、电、热、机械及抗辐照性能,己成为制作新一代辐射探测器的首选材料。探测器级金刚石膜的制备、金刚石探测器的研制、各种辐射环境中金刚石膜探测器的应用,已经成为国内外辐射探测技术领域比较热门的课题。由于辐射探测技术往往与国防建设等有着直接密切的关系,目前人工合成高品质的金刚石及金刚石探测器核心技术,主要掌握在奥地利、美国的少数几家公司手中,我国使用的一些高品质金刚石探测器依赖于进口。研制用于强辐射环境下的高品质金刚石探测器,掌握自主知识产权,有利于实现核心部件的国产化。本文简要阐述了核辐射的概念、四种常见核辐射的探测原理、三类辐射探测器及探测器主要的性能指标、金刚石探测器的三个优势特点。重点介绍了国内外金刚石探测器相关的研究...
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁波频谱
南华大学博士学位论文8不同入射带电粒子，方程中只有z会不同。因此，入射粒子所带电荷越多，能量损失率就越高。对于相同能量的入射粒子，α粒子能量的损失率比质子大，但是比具有更高电荷态的离子校对于不同的吸收介质，主要是随NZ的乘积变化。NZ也就是吸收介质的电子密度。所以高原子序数、高密度的物质，就具有非常高的线性阻止本领或者能量损失率。图1.3不同的入射带电粒子在空气中传输时的能量损失率[9]。图1.3是多个不同的带电粒子在空气中传输时的能量损失率随入射能量的变化。图中显示不同的带电粒子在几百个兆电子伏（在这个能量下入射粒子的速度都已经接近光速）的时候能量损失率都收敛到一个恒定的极小值。因为他们相似的能量损失率，这些相对论粒子有时候又被称为“极小电离粒子”。快电子的情况也类似，因为它的质量非常低，在1MeV左右就已经达到了相对论速度。贝特公式对于低能的入射带电粒子不适用，因为低能入射粒子与吸收介质中的原子电荷交换变得重要起来。带正电的入射粒子能够从介质原子获得电子，从而有效降低它的电荷态，最终导致能量损失率降低。在传输路径的最后，这个粒子能够获得足够的电子从而变成一个中性原子。能量的损失率随入射粒子传输距离变化的曲线被称为布拉格曲线[11]，如图1.4所示。
第1章绪论9图1.4能量为几个MeV的α粒子沿传输路径的能量损失率，即布拉格曲线[11]。图中示意的是几个MeV的α粒子。在大部分路径上，α粒子携带的是2个正电荷，相应的能量损失率基本上是随1/E增加，这个与方程1.2一致。在传输路径的最后，α粒子会俘获电子从而降低所携带的电荷量，所以能量损失率会下降。对于任何一个特定的入射粒子，它与介质原子的微观相互作用是随机的，所以相应的这个入射粒子的能量损失也是一个随机过程。因此，单能的入射粒子束流通过一定厚度的吸收介质以后能谱就会有展宽。能量分布的展宽可以用来测量能量的离散度（stragglingeffect），这个离散度与沿着粒子束方向传输的距离有关。图1.5单能的粒子束入射介质之后在不同的空间位置对应的能量分布。其中E是粒子能量，X是入射轨迹方向传输的距离[9]。图1.5是初始为单能的粒子束入射介质后在不同空间位置能量分布的示意图。随着入射深度越来越深，前几个空间位置对应的能散越来越大，偏度
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fabrication and absolute calibration of B-dot probe for magnetic field measurement on a high power laser facility[J]. 况龙钰,薛飞彪,景龙飞,于瑞珍,杜华冰,易涛,李廷帅,黎航,余羿,王峰,江少恩,胡广月,郑坚. Plasma Science and Technology. 2020(08)
[2]多晶CVD金刚石型X射线光束诊断探测器研制[J]. 王炳杰,常广才,刘鹏,李玉晓,李贞杰. 核电子学与探测技术. 2018(06)
[3]直流电弧等离子体喷射法制备金刚石自支撑膜研究新进展[J]. 李成明,陈良贤,刘金龙,魏俊俊,黑立富,吕反修. 金刚石与磨料磨具工程. 2018(01)
[4]金刚石半导体材料和器件的研究现状[J]. 陈亚男,张烨,郁万成,龚猛,杨霏,刘瑞,王嘉铭,李玲,金鹏,王占国. 微纳电子技术. 2017(04)
[5]空气中氚的测量方法探讨[J]. 程丰民,夏冰,丁洪深,罗磊,吕蕴海. 中国辐射卫生. 2017(01)
[6]核辐射探测器金刚石膜制备技术研究[J]. 童恒义,汪渊,周长庚,邱瑞. 核电子学与探测技术. 2014(12)
[7]稳态强磁场技术与科学研究[J]. 匡光力,邵淑芳. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(10)
[8]超纳米金刚石薄膜的性能和制备及应用[J]. 吕琳,汪建华,翁俊,张莹. 真空与低温. 2014(03)
[9]CVD金刚石大单晶外延生长及高技术应用前景[J]. 吕反修,黑立富,刘杰,宋建华,李成明,唐伟忠,陈广超. 热处理. 2013(05)
[10]化学气相沉积金刚石X射线探测器相对标定[J]. 侯立飞,李志超,袁永腾,况龙钰,杨国洪,刘慎业. 强激光与粒子束. 2012(08)
博士论文
[1]高纯金刚石的合成与氮空位色心的研究[D]. 陈良超.吉林大学 2019
[2]金刚石薄膜及异质结的生长与性质研究[D]. 沈洋.南京大学 2019
[3]CVD金刚石自支撑膜的高温石墨化行为研究[D]. 闫雄伯.北京科技大学 2019
[4]优质金刚石大单晶生长的数值模拟与实验研究[D]. 李亚东.吉林大学 2017
[5]新型高功率MPCVD装置研制与金刚石膜高效沉积[D]. 李义锋.北京科技大学 2015
[6]等离子体性状对CVD金刚石沉积结果影响的研究[D]. 李彬.北京科技大学 2015
[7]一种新颖的碳的同素异形体α-graphdiyne：第一性原理研究[D]. 牛小宁.兰州大学 2014
[8]CVD金刚石/铜复合材料的基础研究[D]. 刘学璋.中南大学 2013
[9]基于实时数字恒比定时技术的数字时间谱仪研究[D]. 孙剑.中国科学技术大学 2011
[10]纳米金刚石薄膜及其辐射探测器的制备和性能研究[D]. 沈沪江.上海大学 2010
硕士论文
[1]半绝缘GaAs中子探测器研究[D]. 王盛茂.东华理工大学 2018
[2]4H-SiC肖特基结型α粒子探测器的制备与性能研究[D]. 叶鑫.大连理工大学 2018
[3]用于同步辐射X射线光束诊断的多晶CVD金刚石探测器研制[D]. 王炳杰.郑州大学 2018
[4]单晶碳化硅衬底合成CVD金刚石薄膜的研究[D]. 曹阳.武汉工程大学 2018
[5]直流辉光放电CVD法制备纳米金刚石薄膜的研究[D]. 阳硕.武汉工程大学 2017
[6]SiC辐射探测器结构设计及性能研究[D]. 张凌民.长春理工大学 2017
[7]基于光电二极管的核辐射探测仪器的研制[D]. 陈祥鹏.中国地质大学(北京) 2016
[8]GaN基核辐射探测器研究[D]. 万明.东华理工大学 2015
[9]大尺寸金刚石膜制备的研究[D]. 张议丹.牡丹江师范学院 2015
[10]基于FPGA的伽玛射线探测系统数据采集与实现[D]. 陈磊.成都理工大学 2015
本文编号：3462698
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：174 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电磁波频谱
南华大学博士学位论文8不同入射带电粒子，方程中只有z会不同。因此，入射粒子所带电荷越多，能量损失率就越高。对于相同能量的入射粒子，α粒子能量的损失率比质子大，但是比具有更高电荷态的离子校对于不同的吸收介质，主要是随NZ的乘积变化。NZ也就是吸收介质的电子密度。所以高原子序数、高密度的物质，就具有非常高的线性阻止本领或者能量损失率。图1.3不同的入射带电粒子在空气中传输时的能量损失率[9]。图1.3是多个不同的带电粒子在空气中传输时的能量损失率随入射能量的变化。图中显示不同的带电粒子在几百个兆电子伏（在这个能量下入射粒子的速度都已经接近光速）的时候能量损失率都收敛到一个恒定的极小值。因为他们相似的能量损失率，这些相对论粒子有时候又被称为“极小电离粒子”。快电子的情况也类似，因为它的质量非常低，在1MeV左右就已经达到了相对论速度。贝特公式对于低能的入射带电粒子不适用，因为低能入射粒子与吸收介质中的原子电荷交换变得重要起来。带正电的入射粒子能够从介质原子获得电子，从而有效降低它的电荷态，最终导致能量损失率降低。在传输路径的最后，这个粒子能够获得足够的电子从而变成一个中性原子。能量的损失率随入射粒子传输距离变化的曲线被称为布拉格曲线[11]，如图1.4所示。
第1章绪论9图1.4能量为几个MeV的α粒子沿传输路径的能量损失率，即布拉格曲线[11]。图中示意的是几个MeV的α粒子。在大部分路径上，α粒子携带的是2个正电荷，相应的能量损失率基本上是随1/E增加，这个与方程1.2一致。在传输路径的最后，α粒子会俘获电子从而降低所携带的电荷量，所以能量损失率会下降。对于任何一个特定的入射粒子，它与介质原子的微观相互作用是随机的，所以相应的这个入射粒子的能量损失也是一个随机过程。因此，单能的入射粒子束流通过一定厚度的吸收介质以后能谱就会有展宽。能量分布的展宽可以用来测量能量的离散度（stragglingeffect），这个离散度与沿着粒子束方向传输的距离有关。图1.5单能的粒子束入射介质之后在不同的空间位置对应的能量分布。其中E是粒子能量，X是入射轨迹方向传输的距离[9]。图1.5是初始为单能的粒子束入射介质后在不同空间位置能量分布的示意图。随着入射深度越来越深，前几个空间位置对应的能散越来越大，偏度
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fabrication and absolute calibration of B-dot probe for magnetic field measurement on a high power laser facility[J]. 况龙钰,薛飞彪,景龙飞,于瑞珍,杜华冰,易涛,李廷帅,黎航,余羿,王峰,江少恩,胡广月,郑坚. Plasma Science and Technology. 2020(08)
[2]多晶CVD金刚石型X射线光束诊断探测器研制[J]. 王炳杰,常广才,刘鹏,李玉晓,李贞杰. 核电子学与探测技术. 2018(06)
[3]直流电弧等离子体喷射法制备金刚石自支撑膜研究新进展[J]. 李成明,陈良贤,刘金龙,魏俊俊,黑立富,吕反修. 金刚石与磨料磨具工程. 2018(01)
[4]金刚石半导体材料和器件的研究现状[J]. 陈亚男,张烨,郁万成,龚猛,杨霏,刘瑞,王嘉铭,李玲,金鹏,王占国. 微纳电子技术. 2017(04)
[5]空气中氚的测量方法探讨[J]. 程丰民,夏冰,丁洪深,罗磊,吕蕴海. 中国辐射卫生. 2017(01)
[6]核辐射探测器金刚石膜制备技术研究[J]. 童恒义,汪渊,周长庚,邱瑞. 核电子学与探测技术. 2014(12)
[7]稳态强磁场技术与科学研究[J]. 匡光力,邵淑芳. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2014(10)
[8]超纳米金刚石薄膜的性能和制备及应用[J]. 吕琳,汪建华,翁俊,张莹. 真空与低温. 2014(03)
[9]CVD金刚石大单晶外延生长及高技术应用前景[J]. 吕反修,黑立富,刘杰,宋建华,李成明,唐伟忠,陈广超. 热处理. 2013(05)
[10]化学气相沉积金刚石X射线探测器相对标定[J]. 侯立飞,李志超,袁永腾,况龙钰,杨国洪,刘慎业. 强激光与粒子束. 2012(08)
博士论文
[1]高纯金刚石的合成与氮空位色心的研究[D]. 陈良超.吉林大学 2019
[2]金刚石薄膜及异质结的生长与性质研究[D]. 沈洋.南京大学 2019
[3]CVD金刚石自支撑膜的高温石墨化行为研究[D]. 闫雄伯.北京科技大学 2019
[4]优质金刚石大单晶生长的数值模拟与实验研究[D]. 李亚东.吉林大学 2017
[5]新型高功率MPCVD装置研制与金刚石膜高效沉积[D]. 李义锋.北京科技大学 2015
[6]等离子体性状对CVD金刚石沉积结果影响的研究[D]. 李彬.北京科技大学 2015
[7]一种新颖的碳的同素异形体α-graphdiyne：第一性原理研究[D]. 牛小宁.兰州大学 2014
[8]CVD金刚石/铜复合材料的基础研究[D]. 刘学璋.中南大学 2013
[9]基于实时数字恒比定时技术的数字时间谱仪研究[D]. 孙剑.中国科学技术大学 2011
[10]纳米金刚石薄膜及其辐射探测器的制备和性能研究[D]. 沈沪江.上海大学 2010
硕士论文
[1]半绝缘GaAs中子探测器研究[D]. 王盛茂.东华理工大学 2018
[2]4H-SiC肖特基结型α粒子探测器的制备与性能研究[D]. 叶鑫.大连理工大学 2018
[3]用于同步辐射X射线光束诊断的多晶CVD金刚石探测器研制[D]. 王炳杰.郑州大学 2018
[4]单晶碳化硅衬底合成CVD金刚石薄膜的研究[D]. 曹阳.武汉工程大学 2018
[5]直流辉光放电CVD法制备纳米金刚石薄膜的研究[D]. 阳硕.武汉工程大学 2017
[6]SiC辐射探测器结构设计及性能研究[D]. 张凌民.长春理工大学 2017
[7]基于光电二极管的核辐射探测仪器的研制[D]. 陈祥鹏.中国地质大学(北京) 2016
[8]GaN基核辐射探测器研究[D]. 万明.东华理工大学 2015
[9]大尺寸金刚石膜制备的研究[D]. 张议丹.牡丹江师范学院 2015
[10]基于FPGA的伽玛射线探测系统数据采集与实现[D]. 陈磊.成都理工大学 2015
本文编号：3462698
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