用于月球水探测的紧凑型低功耗超热中子计数器

月球水的探测与表征对于实现人类和机器人对月球的可持续探索至关重要。轨道中子能谱仪（如 Lunar Prospector 和 Lunar Reconnaissance Orbiter 上的仪器）已揭示了极地附近的富氢区域，但受限于粗糙的空间分辨率和低计数效率。我们提出了一种基于涂硼硅成像器的紧凑、轻量且低功耗的超热中子探测器，旨在从月球车等移动平台以分米尺度探测地下氢。该仪器利用 $^{10}$B 的高中子俘获截面，将超热中子转化为全耗尽硅成像器中可探测的 $\alpha$ 和 $^{7}$Li 离子，提供独特的事件拓扑以识别中子并抑制本底。蒙特卡罗模拟表明，3 $\mu$m 的硼层可实现最佳中子探测效率，并辅以聚乙烯慢化进一步增强对 0.4 eV-500 keV 超热能区的灵敏度。对于 10 cm$^2$ 的有效面积，该探测器在 15 分钟测量中可实现对低至 0.01 wt % 的 H$_2$O 重量分数的灵敏度。这种可扩展、便携、低质量的设计非常适合集成到即将到来的 Artemis 和商业月球车中，为就地资源勘探和轨道测量的地面真值验证提供变革性能力。