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辐射致折射率变化用于MeV级脉冲辐射探测的初步研究

彭博栋 宋岩 盛亮 王培伟 黑东炜 赵军 李阳 张美 李奎念

辐射致折射率变化用于MeV级脉冲辐射探测的初步研究

彭博栋, 宋岩, 盛亮, 王培伟, 黑东炜, 赵军, 李阳, 张美, 李奎念
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  • MeV级脉冲辐射的高时间分辨测量是惯性约束核聚变诊断领域迫切需要解决的难题,国际上尚无成熟的解决方案. 利用脉冲辐射对半导体折射率的超快调制效应,有望建立新的解决方案. 为研究体材料半导体折射率对MeV级脉冲辐射的响应规律,分析了系统输出与入射辐射强度的对应关系,分析了基于半导体折射率变化测量MeV级脉冲辐射系统的时间分辨的影响因素. 基于自由载流子折射率调制原理,建立了半导体材料在MeV级脉冲辐射作用下折射率调制测量系统,整个系统的时间分辨1 ns. 在最大能量为0.2 MeV的电子束和X射线束轰击下,本征GaAs折射率恢复时间约30 ns,比可见光激发下要长,分析其原因是高能激发下GaAs内部陷阱参与了载流子复合过程. X射线光子束轰击下,折射率建立时间比电子束轰击下长,光子沉积能量产生过剩载流子的时间过程可达到ns量级. 基于建立的系统和分析方法,可对其他半导体在伽马脉冲辐射或电子束辐射作用下折射率变化开展系统的研究,为建立实际的可用于MeV级脉冲辐射测量的快响应探测系统奠定了基础.
      通信作者: 彭博栋, peng_bodong@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11505141,11505139)和强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室(批准号:SKLIPR1316)资助的课题.
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    Vernon S P, Lowry M E, Baker K L, Bennett C V, Celeste J R, Cerjan C, Haynes S, Hernandez V J, Hsing W W, LaCaille G A, London R A, Moran B, Von Wittenau A S, Steele P T, Stewart R E 2012 Rev. Sci. Instrum. 83 10D307

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    Liang L L, Tian J S, Wang T, Li F L, Gao G L, Wang J F, Wang C, Lu Y, Xu X Y, Cao X B, Wen W L, Xin L W, Liu H L, Wang X {2014 Acta Phys. Sin. 63 060702 (in Chinese) [梁玲亮, 田进寿, 汪韬, 李福利, 高贵龙, 王俊锋, 王超, 卢裕, 徐向晏, 曹希斌, 温文龙, 辛丽伟, 刘虎林, 王兴 2014 物理学报 63 060702]

    [3]

    Baker K L, Stewart R E, Steele P T, Vernon S P, Hsing W W, Remington B A {2013 Appl. Phys. Lett. 103 15111

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    Wang B, Bai Y L, Cao W W, Xu P, Liu B Y, Hou Y S, Zhu B L, Hou X 2015 Acta Phys. Sin. 64 200701 (in Chinese) [王博, 白永林, 曹伟伟, 徐鹏, 刘百玉, 缑永胜, 朱炳利, 候洵 2015 物理学报 64 200701]

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    Peng B D, Song Y, Sheng L, Wang P W, Yuan Y, Hei D W, Zhao J {2014 High Power Laser and Particle Beams 26 114005 (in Chinese) [彭博栋, 宋岩, 盛亮, 王培伟, 袁媛, 黑东炜, 赵军 2014 强激光与粒子束 26 114005]

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    Herrmann H W, Hoffman N, Wilson D C, Stoeffl W, Dauffy L, Kim Y H, McEvoy A, Young C S, Mack J M, Horsfield C J, Rubery M, Miller E K, Ali Z A 2010 Rev. Sci. Instrum. 81 10D33

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  • 引用本文:
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-10
  • 修回日期:  2016-05-19
  • 刊出日期:  2016-08-05

辐射致折射率变化用于MeV级脉冲辐射探测的初步研究

  • 1. 西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
  • 通信作者: 彭博栋, peng_bodong@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11505141,11505139)和强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室(批准号:SKLIPR1316)资助的课题.

摘要: MeV级脉冲辐射的高时间分辨测量是惯性约束核聚变诊断领域迫切需要解决的难题,国际上尚无成熟的解决方案. 利用脉冲辐射对半导体折射率的超快调制效应,有望建立新的解决方案. 为研究体材料半导体折射率对MeV级脉冲辐射的响应规律,分析了系统输出与入射辐射强度的对应关系,分析了基于半导体折射率变化测量MeV级脉冲辐射系统的时间分辨的影响因素. 基于自由载流子折射率调制原理,建立了半导体材料在MeV级脉冲辐射作用下折射率调制测量系统,整个系统的时间分辨1 ns. 在最大能量为0.2 MeV的电子束和X射线束轰击下,本征GaAs折射率恢复时间约30 ns,比可见光激发下要长,分析其原因是高能激发下GaAs内部陷阱参与了载流子复合过程. X射线光子束轰击下,折射率建立时间比电子束轰击下长,光子沉积能量产生过剩载流子的时间过程可达到ns量级. 基于建立的系统和分析方法,可对其他半导体在伽马脉冲辐射或电子束辐射作用下折射率变化开展系统的研究,为建立实际的可用于MeV级脉冲辐射测量的快响应探测系统奠定了基础.

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