高中子伽马甄别坪响应掺铀YAG透明陶瓷中子探测器研究

YAG transparent ceramics doped uranium and scintillation neutron detector are proposed. Through the uranium oxide and luminescent ions suitable doped in YAG transparent ceramics, a new type of material with high light output, fast decay time and other characteristics can be obtained. Coupled with the photoelectric converter, this new material can be applied to pulse neutron measurement. Through the theoretical and experimental study, the influence of uranium and light ion doping concentration on the performance of materials are acquired, and optimal doping concentration will be achieved. Performance characteristics such as, the light output yield, emission spectrum, time response and neutron/gamma discrimination of this new material can be obtained through experimental research..This new material may have a good application prospect in neutron detection.

本课题旨在通过在YAG基质材料中掺杂铀的氧化物，并掺入合适的发光离子，生长出具有高光输出、快衰减时间等特点的透明陶瓷材料，并将该新型材料应用于中子辐射测量中。通过理论和实验研究，掌握铀和发光离子的掺杂浓度对材料辐射性能的影响，进行最优化掺杂，实验获得这种材料的光输出产额、发光光谱、时间响应以及中子/伽马分辨能力等性能特性。研究这种新型材料在中子探测中的应用性，为中子探测方法提供新的技术手段。

根据铀裂变碎片的强电离本领与YAG透明陶瓷的优良光学性能结合的物理思路，提出研制掺铀YAG透明陶瓷材料及闪烁中子探测器。这种新型探测器有可能在中子探测中取得较好的应用前景。.通过理论研究掌握了铀掺杂浓度对掺铀YAG透明陶瓷材料辐射性能的影响，获得了陶瓷材料在中子和伽马辐射作用下的相对光输出与铀掺杂浓度的关系，以及中子伽马分辨等特性参数，为新型中子探测材料的制备提供了基础参数。.采用醇水共沉淀法和固相反应法制备了纯相的掺铀YAG粉体，采用干压或凝胶注模的方法制备U：YAG陶瓷素坯，通过高真空烧结炉进行陶瓷烧结，通过掺杂组分的调整和工艺条件的探索，制备出0.5%以及1%U含量的掺铀YAG透明陶瓷材料。.对掺铀YAG透明陶瓷的光学性能参数进行了实验测量。依托核物理与化学研究所中子伽马辐射装置实验平台，对掺铀YAG透明陶瓷探测器的中子伽马辐射响应特性进行了实验测量。结果表明，相同尺寸的掺铀YAG透明陶瓷材料与ST401闪烁体材料相比光输出低约2-3倍；掺铀YAG透明陶瓷材料具有较强的中子伽马甄别能力，其DT中子灵敏度与1.25MeV 伽马射线灵敏度比值约3~4。该新型材料具有中子探测的应用潜力。