可以装在口袋的新型中子探测器

美国国土安全部可能很快就会有一个新工具来丰富其武器库。 来自西北大学和阿贡国家实验室的研究人员开发了一种新材料，为新型中子探测器打开了大门。
       这种新材料具有感应走私核材料的能力，高效的中子探测器对于国家安全至关重要。当前，有两类探测器，其使用氦气或闪光灯。这些探测器非常大，甚至有些有一堵墙的大小。 西北大学和阿贡实验室的材料引入了第三种类型：可以吸收中子并产生易于测量电信号的半导体。基于半导体的探测器也是高效且稳定的。它既可以用于小型便携式设备中进行现场检查，也可以用在使用晶体阵列的大型检测器中。
       这项研究发表在1月16日的《Nature》上。 “长期以来人们都在想象半导体中子探测器。” 领导这项研究的西北航空的Mercouri Kanatzidis说，“这个想法一直存在，但是没有人拥有合适的材料来做到这一点。” 当重元素（例如铀和钚）衰变时，它们的原子会从其原子核中弹出中子。大多数中子探测器是所谓的闪烁器，其工作原理是感测喷射的中子，然后发光以警告用户。这种新材料是半导体，并不发光，而是直接检测中子感应的电信号。
       除国防安全应用外，中子探测器还用于辐射安全、天文学、等离子体物理学、材料科学和晶体学。 自1950年代以来一直使用经典类型的热中子探测器，但实用的半导体材料仍然难以捉摸。锂在吸收中子方面表现出色，迅速成为最有希望的中子探测设备材料。但是，将锂集成到半导体中并使其稳定（锂在遇水时会碎裂）是另外一回事。
    “可以找到好的半导体，但是它们没有锂。” Kanatzidis说，“或者，也可以找到稳定的锂化合物，而不是好的半导体。我们找到了两全其美的方法。特定的锂6同位素，其相当丰富且成本低廉，是一种强大的中子吸收剂。” 在他们的研究中，Kanatzidis和他的团队发现了正确的材料组合，以制造出一种可以保持锂稳定的工作装置。他们的新材料，锂-铟-磷-硒，在结构上分层并富含锂6同位素。 “这种晶体结构很特殊。” Kanatzidis说，“锂在金属层内部，因此水不能到达它。这是这种材料的一个重要的重要特征。” 最终的半导体中子探测器甚至可以从非常弱的源中探测热中子，而且可以在纳秒内完成。它还可以区分中子和其他类型的核信号，例如伽马射线。这样可以防止误报。 最后一个额外的好处是：该材料包含大量的锂。因此，一小部分材料可以吸收与巨型装置相同数量的中子。这导致设备可以足够小，甚至可以手持。
    “重要的是要拥有各种尺寸的中子探测器，并尽可能多地使用中子探测器，例如我们的新型半导体探测器。” Kanatzidis说， “我们需要和墙一样大的探测器，这样可以在卡车通过它旁边时检测。但是，也需要可以随身携带以进行现场检查的小型探测器。”

图：LiInP2Se6的结构性质