Detekcija nevtronov s SiC detektorjem

Za detekcijo nevtronov se trenutno najbolj uporabljajo plinski 3He detektotji, vendar se zaloga 3He na Zemlji zmanjšuje. Posledično, se je začelo iskati načine detekcije nevtronov brez uporabe 3He-tehnologije. Detektorji nevtronov, ki lahko zaznajo nevtrone iz fisijskega materiala, se uporabljajo za preverjanje jedrskih bojnih glav ali za preprečevanje ilegalnega prevažanja radiološkega materiala. V zadnjih letih so postali najbolj priljubljeni polprevodniški detektoji, predvsem tisti, izdelani iz materialov s široko pasovno vrzeljo. Vedno bolj uporabljen je material silicijev karbid (SiC), saj ima za razliko od drugih polprevodnikov (germanij), široko pasovno vrzel že pri sobni temperaturi. Ta lastnost omogoča dobro spektralno resolucijo brez potrebe po hlajenju detektorja. SiC polprevodniške naprave se pogosto uporabljajo v močnostni elektroniki. Zaradi preproste izdelave se najpogoste uporablja kristal 4H-SiC. Te naprave imajo dobro spektralno ločljivost pri sobni temperaturi in visoko toleranco na sevanje. Nevtrone lahko SiC polprevodnik zazna preko konverterskega materiala, saj v njem preko nevtronskih reakcij nastajajo nabiti delci. Izbira materiala za konverter je odvisna od nevtronskega energijskea spektra, ki nas zanima. Za detekcijo termičnih nevtronov se običajno uporabljata 10B in 6Li. Takšni detektorji so že obsežno raziskani tudi na Inštitutu Jožefa Stefana (IJS), kjer razvijajo detektorje na podlagi simulacij in meritev na raziskovalnem reaktorju TRIGA Mark II.

Neutron detection with SiC detectors

As the supply of 3He diminishes, a need for neutron detectors without the typical 3He-technology has arisen. Neutron detectors capable of detecting neutrons from fissile material are used to discover and inspect nuclear warheads and to prevent illicit trafficking of radiological materials. In recent years, semiconductor detectors have become most popular, especially those made from materials with a wide band gap like silicon carbide (SiC). The wide band gap at room temperature gives good spectral resolution in comparison to other semiconductor detectors (High Purity Germanium-HPGe) that require almost cryogenic temperatures. SiC semiconductor devices are widely used in power electronics, especially the easily fabricated 4H-SiC crystal. They have good spectral resolution at room temperature and have a high radiation tolerance. To detect neutrons, a layer of converter material is added to the detector. In the converter material charged particles are created from neutron reactions and detected in the SiC detector. Different materials can be used depending on the neutron energy spectrum of interest. For the detection of thermal neutrons, 10B and 6Li are typically used. Such detectors have been studied extensively, including an ongoing research and development effort with experimental testing at the Jožef Stefan Institute (JSI) TRIGA Mark II. research reactor.