【国际论文】氧化镓（Ga₂O₃）作为区分中子和伽马的辐射探测器

        氧化镓（Ga₂O₃）是一种很有前景的超宽禁带半导体，可用于辐射探测，有望在单个晶体器件中集成电子和闪烁功能。该研究确定了 β-Ga₂O₃ 在钇-88（⁸⁸Y）伽马射线照射下的闪烁响应。然后，使用自发裂变源锎-252（²⁵²Cf）产生的混合中子和伽马辐射场来测量闪烁信号。采用脉冲形状鉴别和恒定分数鉴别技术来区分中子和伽马相互作用事件。进一步的研究表明，β-Ga₂O₃ 对伽马射线和中子的瞬时响应可能通过围绕初始峰值的瞬时脉冲拟合方法来区分这两种粒子。对于伽马射线照射，我们观察到上升时间（τ_r）为 2.1 ns，衰减时间（τ_d）为 9.5 ns，半峰全宽（FWHM）为 6.2 ns。对于中子，其上升时间为 2.3 ns，衰减时间为 12.1 ns，半峰全宽为 9.4 ns，且峰值强度降低。金刚石探测器对伽马射线和中子信号的上升时间和衰减时间表现得更为对称，因此通过这种方法区分这两种信号的效果较差。这凸显了 β-Ga₂O₃ 区分中子和伽马粒子的能力。这些发现展示了 Ga₂O₃ 作为下一代半导体在核安全和医学成像等应用中的潜力，在这些应用中，精确区分中子和伽马相互作用至关重要。

图 1. 块状 β-Ga₂O₃ 晶体样品（直径 25.4 mm，楔形厚度为 4 至 6 mm）的三视图（左、中、右）。在中间的图像中，晶体平放在 Thorlabs R3L3S1P 分辨率靶上，以展示光学分辨率和透射率。左图和右图显示了楔形深度和可见清晰度。

图 2. 使用 ⁸⁸Y 作为伽马源进行伽马场探测的实验示意图。⁸⁸Y 发出的伽马射线经过一段固定的距离到达 β-Ga₂O₃ 闪烁器（顶部）和溴化锂闪烁器（底部），每个闪烁器都被包在一个铝盖内，并与 Hamamatsu R1250 光电倍增管（PMT）相连。从光电倍增管接收到的闪烁信号被发送到泰克公司的 MSO64B 混合信号示波器上，以便对每个闪烁体的伽马射线相互作用进行阈值触发。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0262102