用于CSNS反角白光中子源的双屏栅电离室设计及性能研究

为测量中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于^(10)B(n,α)7Li和6Li(n,t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simcenter Magnet Electric程序对屏栅电离室的工作气体、极间距和电场分布等工作参数进行模拟设计,并采用α源及CF_(4)、P10、90%Ar-10%CO_(2)三种气体对电离室进行性能参数测试。结果表明,选定电子漂移速度快、扩散系数小,以及阻止本领大的CF_(4)作为CSNS/Back-n束上测试工作气体,阴极-栅极和栅极-阳极间距分别为20 mm和5 mm。屏栅电离室收集区∅74 mm范围内是电场均匀区,场强的相对偏差≤0.03%;性能测试结果表明,工作气体为CF_(4)时,电离室对^(239)Pu/^(241)Am/^(244)Cm混合α面源具有很好的能量分辨,最佳能量分辨率为2.4%@5.48 MeV。对比平板型电离室和硅微条探测器的测量结果,验证了本工作研制的屏栅型电离室的能量分辨优势。