平面CdZnTe热中子探测器的性能优化与效率提升研究

本文创新性地采用平面CdZnTe（CZT）探测器实现热中子检测，通过优化识别方法（总效率法替代峰效率法）使0.5 mm薄型探测器本征效率达6.58%±0.76%，突破传统依赖558 keV光电峰的局限。研究在中国散裂中子源（CSNS）完成，为半导体热中子探测器（如替代3He）提供新思路，兼具成本与性能优势。

　　

亮点

热中子源

实验所用热中子（波长0.1-0.6 nm）源自中国散裂中子源(CSNS)第20号束线，中子通量高达10⁷-10⁸ cm^-2s^-1。束流脉冲频率25 Hz，为避免探测器堆叠效应，采用硼酸溶液调节中子通量至可测范围。

模拟环境

基于Geant4 v11.3.1蒙特卡洛模拟，复现¹¹³Cd(n,γ)¹¹⁴Cd反应级联γ射线能谱（数据源自ENSDF库），图3展示了γ射线能量与发生概率的对应关系。

模拟结果

（此处原文未提供具体数据，保留原始表述）

热中子识别与检测方法

¹¹⁴Cd退激产生的γ射线在CZT探测器内沉积能量的时间间隔极短（<1 μs），远低于探测器时间分辨率（10 μs），因此单次中子俘获仅产生一个计数信号。通过对比有无热中子吸收体（如镉片）的能谱差异，区分中子信号与背景噪声。

讨论

本研究方案效率显著优于依赖能谱峰值的传统方法。模拟表明，若探测器厚度≥1 mm，效率可突破10%。当前测量需复杂本底扣除，理想情况应采用纯中子"黑体"简化流程。

结论

22×22×0.5 mm平面CZT探测器通过创新方法实现6.58%±0.76%的本征热中子探测效率，为低成本半导体中子探测器发展奠定基础。

作者贡献声明

于翔：主导实验设计、数据分析及论文撰写；姜晓潘：负责项目资助与资源协调；唐斌：参与模拟验证与数据处理；其他作者协助实验或提供设备支持。

利益冲突声明

作者声明无潜在利益冲突。