核保障用探测器的现状与发展

国际原子能机构(IAEA)建立了比较完整的核保障体系并不断加以完善,以确保有能力监督原子能技术的和平利用,以及保障相关核技术不被应用于军事用途。本文对IAEA核保障体系的建立和发展进行了描述。核保障技术的应用与发展依赖于探测技术的进步,国内在核保障技术方面做了大量的研究,基于各种探测需求开发了不同探测装置,如针对γ射线、X射线、中子的辐射探测器,针对衰变产生热量的量热计,针对不同质量数进行区分的质谱仪。对IAEA核保障设备的发展趋势进行了分析,提出了一些未来可以应用的探测器或探测技术。

时间投影室原理及其应用

时间投影室是一种广泛应用于大型物理实验的粒子鉴别探测器,它通过粒子径迹产生电离电子的漂移时间和漂移方向的投影位置确定径迹三维坐标,具备较好的能量分辨和很高的位置分辨能力。自时间投影室被发明以来,已广泛应用于国外的大科学实验装置上,在对撞机和固定靶实验等方面均发挥了很大的作用。虽然国内的科研机构在早期对时间投影室进行过一些初步研究,但由于技术的限制并没有展开过很多应用。近十年间,伴随着锦屏地下实验室的PandaX-Ⅲ实验的开展、东莞中国散裂中子源等一批科研装置的落地、环形正负电子对撞机的概念设计完成,时间投影室作为主径迹探测器在这些实验中承担了很大一部分工作,并已进行了更多的研发和使用。现阶段有必要对时间投影室在国内外的具体应用与发展进行梳理,本文先梳理出时间投影室的发展历史、工作原理和现状以及时间投影室上核心读出探测器的发展,然后介绍时间投影室在国外大科学实验装置上的应用和最新进展,最后给出时间投影室在国内科研项目上的应用。以此为时间投影室下一步的研发与应用奠定基础。

应用于时间投影室的光刻一体化微结构探测器性能研究

时间投影室(Time Projection Chamber,TPC)可以同时测量时间和位置信息,光刻一体化微结构探测器作为其读出探测器具有抗干扰性强、均匀性好、透过率高的特性。为了寻找探测器最佳的工作条件,使用55Fe豁免源测试了实验室研制的流气型光刻一体化微结构探测器在不同Ar和CO_(2)比例下的增益、能量分辨率以及在最优气体比例下的均匀性。根据测试结果,探测器在85%Ar和15%CO_(2)混合气体下增益达到最大,超过104,增益均匀性为3.26%,达到目前国际上光刻微结构探测器同等水平。对雪崩区厚度分别为100μm、160μm和220μm的3种光刻一体化微结构探测器增益及其均匀性进行比较,雪崩区厚度为160μm的探测器是更优的选择。研制了密闭型微结构探测器,通过测试证明,可以在常温常压下正常工作21天以上。闭气模式下探测器的增益与温度呈负相关,与流气模式下相反,两种模式下的能量分辨在短期内都不受小范围温度变化影响。

基于Bulk MicroMegas探测器的高能中子束空间分布测量

为验证中国原子能科学研究院(CIAE)自研的100 MeV回旋加速器中的高能中子束是否符合设计要求,利用自研的Bulk MicroMegas微结构气体探测器对该加速器中子场的空间分布进行了首次试验测量。首先通过模拟计算得到不同厚度聚乙烯(PE)转化膜对不同能量高能中子的转化效率、反冲质子的动能谱与角通量谱、反冲质子在Bulk MicroMegas气体探测器内的沉积能量谱以及中子与探测器结构物质反应产物占比等;然后利用Bulk MicroMegas探测器测量该回旋加速器产生的高能中子场在不同能量和距离处28个点位的中子通量分布,并根据通量分布计算中子束斑半径。结果表明,Bulk MicroMegas微结构气体探测器可以实现对高能中子场束斑边界成像,中子通量随束斑半径的变化关系符合常见束斑边界拟合函数;束斑半径测量结果与模拟计算结果接近。