基于6Li/7Li同位素玻璃探测器的低本底中子测量能力与脉冲形状甄别技术研究

《Radiation Measurements》：Capabilities for the low background measurements of neutrons combining 6Li 2O*SiO 2:Ce and 7Li 2O*SiO 2:Ce glass detecting elements

本研究针对中子探测中γ射线干扰严重的难题，开发了新型Ce掺杂锂硅酸盐玻璃探测器。通过对比6Li2O·SiO2:Ce和7Li2O·SiO2:Ce玻璃元件，结合脉冲形状甄别(PSD)技术，实现了n/γ比值提升至2.6，光产额提高30%。该研究为核反应堆监测、核废料处理等领域提供了高灵敏度探测器解决方案。

　　

在核能技术飞速发展的今天，中子探测技术如同一位沉默的哨兵，守护着核反应堆运行、核废料处理、空间辐射监测等重要领域的安全防线。然而这位哨兵却长期面临一个棘手难题：如何从纷繁复杂的γ射线背景中准确识别出中子信号？传统的气体探测器虽然可靠，但犹如笨重的老式仪器，存在探测效率低、空间分辨率差等局限。更令人头疼的是，当前广泛使用的锂玻璃闪烁体探测器，虽然具有化学稳定性好、机械强度高等优点，却难以彻底摆脱γ射线的干扰，就像在喧闹的集市中难以听清特定的对话声音。

为了解决这一难题，来自白俄罗斯国立大学核问题研究所的M. Korzhik教授团队开展了一项创新性研究。他们巧妙地运用"同位素配对"策略，同时开发了富含⁶Li同位素的中子敏感玻璃和富含⁷Li同位素的中子不敏感玻璃，就像为探测器配备了一对"火眼金睛"，能够分别捕捉中子信号和背景γ射线。这项发表于《Radiation Measurements》的研究成果，为高灵敏度中子探测器的设计开辟了新途径。

研究团队采用熔融淬火技术制备了Ce掺杂的锂硅酸盐玻璃样品，通过引入AlF₃部分替代SiO₂的创新配方，显著提升了材料性能。他们利用PMT（光电倍增管）和SiPM（硅光电倍增管）两种读出系统，在²³⁸Pu-Be中子源和¹³⁷Cs γ射线源条件下系统评估了探测器的性能指标。特别值得一提的是，团队采用了基于DRS4波形数字化板的先进信号采集系统，能够精确分析脉冲形状特征，为脉冲形状甄别(PSD)技术的应用提供了坚实基础。

结果部分的研究数据令人振奋。新开发的玻璃材料光产额比商用GS20参考样品提高了30%，⁶Li和⁷Li同位素玻璃的光产额差异控制在±6%以内。闪烁动力学分析显示其衰减过程符合三指数模型，包含42纳秒（占比48%）、96纳秒（33%）和600纳秒（19%）三个组分。最引人注目的是，n/γ比值达到了2.6，这意味着中子信号相对于γ射线背景的辨识度显著提升。脉冲形状甄别分析更是锦上添花，通过短门积分(Q_short)和长门积分(Q_long)的比值分析，有效区分了中子与γ射线事件。

讨论部分深入剖析了技术优势的内在机理。研究人员指出，0.5毫米厚的⁷DSL和⁶DSL玻璃片对天然γ本底具有相似响应特性，这种"配对设计"使得探测器能够分别采集纯γ本底谱和中子+γ混合谱，通过数学处理实现精准的本底扣除。研究还发现，提高光产额不仅改善了信号强度，更提升了脉冲形状甄别的效能，这是因为更强的信号为波形分析提供了更丰富的时间特征信息。

结论部分凝练了研究的核心价值。这项研究成功开发出具有优异性能的锂闪烁玻璃，通过创新性的同位素配对设计和脉冲形状甄别技术的结合，实现了中子探测灵敏度的显著提升。该方法不仅有效解决了γ射线干扰的长期难题，更为核设施监测、辐射防护等应用场景提供了可靠的技术支持。研究团队特别强调，这种探测器设计策略具有很好的普适性，未来可推广至其他类型的辐射探测材料开发中。

这项研究的意义远不止于技术层面的突破。它如同为辐射探测领域注入了一股清泉，让中子探测这项"古老"的技术焕发出新的活力。在核能安全日益受到重视的今天，高可靠性中子探测技术的进步，无疑为核电站安全运行、核废料安全处置等关键环节提供了更加可靠的技术保障。正如研究人员所言，这项技术的发展前景令人期待，未来或将在更多领域展现其应用价值。