美國研究人員15日在《自然》雜志上發表研究報告稱，他們使用一種富含鋰的新型半導體材料，開發出可裝入口袋的小型中子半導體探測器。這種探測器高效且穩定，既可以作為便攜式設備用于現場檢查，也可以用在超大型探測設備上，有望成為新一代中子探測器。

基于LiInP2Se6單晶的中子探測器原型。 圖源：阿貢國家實驗室網站

高效的中子探測器在國家安全、醫學、天文學等許多領域都至關重要。目前廣泛使用的中子探測器主要有兩種類型——氣體探測器和閃爍體探測器。相比于這兩種探測器，中子半導體探測器體積更小，在某些方面更具優勢，因而成為一些科學家研究的重點目標。然而，可用于中子探測器的半導體材料并不好找，鋰因具有出色的中子吸收能力，被認為是一種理想的候選材料。但鋰遇水會碎裂，要使其成功用于中子探測器，還需要解決如何將鋰集成到半導體中并使其穩定的難題。

此次，美國西北大學和阿貢國家實驗室的研究人員發現了一種新的半導體材料LiInP2Se6——一種由鋰、銦、磷、硒組合而成的化合物。該化合物具有良好的熱中子俘獲截面、合適的帶隙和有效傳輸電荷的能帶結構，能夠直接檢測熱中子。其晶體結構很特別，鋰位于金屬層內部，水無法到達，因此可以制造出保持鋰穩定的工作裝置。

研究人員利用LiInP2Se6制成的中子探測器，具有很高的靈敏度，可以快速從非常弱的放射源中檢測出熱中子。其能將中子信號和伽馬射線等其他類型的核信號區分開來，還有助于防止誤報。此外，因富含鋰元素，只需少量LiInP2Se6就可以吸收大量中子，所以利用其制成的檢測設備可以足夠小。此次研究團隊制成的設備原型就很小巧，可以很容易地放入口袋中。

研究人員指出，在各個領域，小型中子探測器都有很大應用空間。他們的研究成果將會激發科學家對中子半導體探測器的研究興趣，從而使半導體探測器取代3He正比計數器（目前應用較廣的一種中子氣體探測器）成為可能。（記者 劉海英）