Research Progress on Glass-Based Neutron Dosimetry Materials

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1201

Abstract

Abstract:

With the rapid development of advanced nuclear systems， neutron-based medical therapies， and nuclear security technologies， the demand for neutron dosimetry materials with higher sensitivity， long-term stability， and engineering feasibility has grown substantially. Glass-based neutron dosimeters have attracted considerable interest due to their high compositional tunability， excellent chemical durability， strong radiation resistance， and capability for fabrication into bulk plates， thin films， and optical fibers. This review summarizes the interaction mechanisms between neutrons and matter， followed by an overview of four representative detection approaches， including fission， nuclear recoil， activation， and nuclear-reaction-based detection. The recent progress of various glass systems， including borosilicate， lithium silicate， phosphate glasses， and rare-earth-doped glasses， is comprehensively discussed， covering network structures， defect-center formation mechanisms， neutron-induced luminescence pathways， and dosimetric performance. Special attention is given to the ¹⁰B and ⁶Li， the role of Ce³⁺/Tb³⁺ dopants in scintillation processes， and the correlation between glass network topology， radiation stability， and sensitivity. Based on these research developments， the potential of glass-based neutron dosimetry materials in high-resolution detection， fiber-based sensing， and wide-energy-range applications is further highlighted. This review aims to provide guidance for the structural design and engineering development of next-generation neutron dosimetry materials.

Key words: neutron dosimetry, glass-based material, rare-earth doping, radiation-induced defect, neutron capture reaction, network structure

CLC Number:

TQ171

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Figures/Tables 6

Fig.1 Classification diagram of neutron-matter interaction［26］

Table 1 Thermal neutron fission cross-sections of 239Pu， 233U and 235U［35］

Nuclide	σ_f/（10^-24 cm²）
²³⁹Pu	744.0±2.5
²³³U	529.9±1.4
²³⁵U	583.5±1.3

Fig.2 Nuclear reaction cross-sections and neutron energy diagram of 10B， 6Li， and 3He nuclei［40］

Fig.3 Schematic diagram of borosilicate glass structure［48］

Fig.4 Schematic diagram of lithium silicate glass structure［61］

Fig.5 Schematic diagram of phosphate structure：（a） isolated PO4 tetrahedron （Q0），（b） dipolyphosphate group （Q1），（c） tripolyphosphate structure （Q2），（d） highly polymerized phosphate network structure （Q3/Q4）［73］

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