金刚石夹层探测器对14 MeV中子的响应

在本文中，我们展示了50 $\mu$m薄金刚石探测器对14 MeV中子的响应的测量。此类中子在聚变反应堆中产生，并且对ITER中子诊断具有特殊意义。在半导体探测器中，金刚石具有最适合聚变反应堆恶劣辐射和温度条件的性质。然而，300-500 $\mu$m厚的金刚石探测器在通量量级为 $10^{14}$ n/cm$^2$ 的中子照射下就已遭受显著辐射损伤。预计50 $\mu$m厚的金刚石将承受 $>10^{16}$ n/cm$^2$ 的通量。我们测试了两块50 $\mu$m厚的单晶CVD金刚石，堆叠形成用于符合测量的“三明治”探测器。该探测器测量了入射到一块金刚石上的14 MeV中子转换为 $\alpha$ 粒子的过程，这些 $\alpha$ 粒子在第二块金刚石中被探测到，并与核反冲符合。对于 $^{12}C(n,\alpha)^{9}Be$ 反应，探测器中沉积的总能量可给出初始中子能量值。有效面积3$\times$3 mm$^2$ 的探测器通过该反应测得的14 MeV中子探测灵敏度为 $5\times 10^{-7}$ counts cm$^2$/n。该值与Geant4模拟结果吻合良好。探测器的本征能量分辨率经确定为240 keV FWHM，仅使ITER的14 MeV中子能量展宽增加10%。