Direct Detection of Fast Neutrons by Organic Semiconducting Single Crystal Detectors

中子探测 材料科学 中子 闪烁体 中子通量 有机半导体 探测器 半导体 光电子学 中子温度 光学 核物理学 物理
作者
Dou Zhao,Pingkun Cai,W. S. Cheng,Wenbao Jia,Binbin Zhang,Menghua Zhu,Linyue Liu,Xiaoping Ouyang,P.J. Sellin,Wanqi Jie,Yadong Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (7) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202108857
摘要

Abstract Fast neutron detection is significant for neutron imaging and flux monitoring but cannot be directly achieved by inorganic semiconductors. The traditional detection is mainly mediated by an organic scintillator and a coupled photodetector, resulting in signal losses. Here, a direct detection method for fast neutrons is demonstrated based on organic semiconducting single crystals (OSSCs) detectors. Methyl 4‐hydroxybenzoate (4MHB, C 6 H 5 O‐COOCH 3 ) and 4‐hydroxycyanobenzene (4HCB, C 6 H 5 O‐CN). The organic semiconductor acts as a fast neutron sensitive material due to its high hydrogen density, simultaneously as a semiconductor that generates the electric signal. The detectors based on 4MHB crystals can quantitatively measure the dose and energy of the fast neutron flux with a response time of 0.5 µs and detection efficiency of 78.5% cm −3 . Effects of functional groups on fast neutron detection performances are also investigated as a guideline to synthesis new molecules for this purpose. Furthermore, neutron radiation effects on these detectors are investigated. Hydrogen‐related point defects are generated by fast neutrons, but device performances remain robust after irradiation of 10 13 n cm −2 fast neutrons. This study demonstrates that OSSCs show great potential as direct fast neutron detectors and particularly have highly‐localized and tissue‐equivalent properties that benefit neutron imaging and cancer therapy applications.

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