基于信号幅度的^(3)He管中子探测器刻度算法优化研究

本研究针对中国散裂中子源下的高压中子衍射谱仪中核心组件——位置灵敏型^(3)He管中子探测器的刻度问题进行了深入探究。通过实验验证和理论分析,揭示了传统刻度方法中未考虑到的中子信号幅度对刻度参数的影响,以及由此产生的位置分布畸变和空间分辨率降低的问题。为解决这些问题,本研究提出了一种改进的刻度算法,该算法能够有效地考虑中子信号幅度的变化,从而显著改善了探测器系统的空间分辨能力。经过实验结果分析显示,新的刻度算法不仅消除了位置分布的拖尾现象,而且提高了不同位置处的空间分辨率,与理论预期相符。本研究的成果为高压中子衍射谱仪在极端条件下的应用提供了重要的技术支持,并为进一步优化中子探测器的刻度方法和提高中子衍射技术的应用精度奠定了基础。

中国先进研究堆中子织构谱仪二维位置灵敏探测器数据分析与处理方法

中子织构谱仪在航空航天、交通、核工业等领域关键材料的织构研究中具有独特的优势。为了提升探测效率,中国先进研究堆中子织构谱仪在2020—2021年进行了升级改造,将探测系统从单个3He计数管升级为大尺寸二维位置灵敏探测器。本研究针对中国先进研究堆中子织构谱仪升级后的实验测量数据,提出了从二维位置灵敏探测器获得的衍射中子计数到织构极图转换的数据处理与分析方法,并基于该方法使用Python语言开发了中子织构数据处理和分析软件系统,对实际测量数据的应用验证了该软件系统的可靠性。该系统实现了二维位置灵敏探测器数据到极图数据的转换和极图绘制,满足了中子织构谱仪升级后的功能需求。

CeF_3闪烁探测器对DD中子的相对灵敏度

用国内近年新研制的CeF3闪烁体和常用闪烁体ST401分别配特性相同的光电倍增管,构成两种闪烁体探测器,在强度不随时间变化的DD中子源场中测量了这两种闪烁探测器的相对灵敏度,测量结果表明:CeF3闪烁探测器对DD中子的灵敏度比同尺寸ST401的灵敏度低一个量级以上。

在25AMeV^6He+~9Be双中子转移反应中位置灵敏望远镜探测器的应用

叙述了25 AMeV^6He+~9Be 双中子转移反应微分截面测量的实验设计思想。对某些角度望远镜探测器的构造进行了改进,并与其它探测器一起用于出射粒子鉴别。实验的初步分析结果表明:基于双中子转移反应设计的探测器布局和构造达到了实验的设计要求。

2维位置灵敏中子探测器读出

介绍了基于厚型气体电子倍增探测器(THGEM)的位置灵敏热中子探测器中,采用专用集成电路的阵列电荷灵敏前置放大和可编程器件的读出电子学设计。专用集成电路采用VA64TA2,64通道输入电荷灵敏放大成型,触发输出。控制电路使用了现场可编程器件。两者结合,显著减少了读出电路在探测器内所占据的空间。介绍了VA64TA2裸片的封装,给出了电路的原理和时序,进行了线性和电子学噪声试验,结果表明电路具有16fC的线性动态范围,电子学噪声仅为75个电子电荷。

中国散裂中子源快循环同步加速器环斜切型束流位置探测器设计

束流位置探测器(BPM)是加速器束流测量系统的重要组成部分。本文通过在斜切型BPM的差和比计算式中引入相对电极间的耦合电容及电容差,解释实测灵敏度偏小、存在零点偏移量的原因。结合模拟软件CST的仿真结果及推得的计算式,得到BPM几何结构与电子学参数的关系。最后,基于CSNS-RCS环上参数及电子学要求,得到优化的BPM几何结构及其电子学参数值。

脉冲DT中子场中的CeF_3、ST401闪烁探测器输出比对

本工作对国内近年新研制的CeF3用于γ测量时的抗中子干扰能力进行研究,在脉冲DT中子源场中对分别由CeF3 和ST401构成的闪烁探测器输出进行比较测量。在相同测点中子注量率情况下的测量结果表明:ST401探测器的输出电荷比同体积的CeF3 高10多倍;ST401探测器的电流输出峰值幅度比同体积的CeF3 高30多倍。由此可得到CeF3 对中子相对不灵敏,在n、γ混合辐射场中测量快γ辐射时,该无机晶体将是一种较合适的候选闪烁体。

井下3He中子探测器模拟前端电路的研究

为提升3He中子探测器在井下应用时电信号提取的质量,降低各种噪声对3He中子探测器输出信号的污染,提高中子能谱测量和中子通量分布测量的精准度,提出了一种适用于井下应用的3He中子探测器模拟前端电路的设计。通过对3He中子探测器输出电信号模型进行分析,结合石油测井应用对中子探测信息提取要求,采用电荷灵敏放大器配合极零相消电路与比例放大电路构成探测器信号提取前置电路,后级配接积分整形放大电路,实现中子脉冲信号信息提取前0V^3.5V范围内精密准高斯脉冲信号成形。经实验测定,脉冲信号成形后信号幅度非线性小于1%,脉冲展宽约4.7μs左右,可有效提升井下中子脉冲分析的可靠性、精确性。

基于闪烁体阵列的双端读出快中子探测器及其轴向位置校准方法

轴向位置的精确测量是快中子探测领域的挑战和难题,对高分辨率的快中子成像具有重要意义。改进位置和时间响应能使快中子成像获得更好的成像分辨率和对比度,而提升时间分辨的困难主要来自相互作用深度(depth of interaction,DOI)的不确定性。针对位置改进的问题,设计了一种基于有机闪烁体阵列的双端读出快中子探测器,提出了一种用于校准DOI的方法。该校准方法基于快中子探测器双端读出的数据来进行系列计算和拟合,最终得到轴向位置校准曲线。研究结果表明,该校准方法解决了快中子探测中轴向定位不准确的问题,提高了快中子探测器的位置分辨率。

r探测器的中子灵敏度标定技术

CeF3，YaP：Ce等无机晶体分别配光电倍增管构成的探测器，对r线有较高的探测效率，被称为r测器。由于其中子灵敏度比相同能量的r敏度要低数倍，有的甚至低一个量级，因此中子辐射源与周围环境物质作用产生的散射中子和r线将严重影响其输出电流，导致中子灵敏度的标定难以实现。

用于中子成像探测器的混合掺杂nMCP模拟及优化

为了给CSNS中子谱仪提供性能优异的能量分辨中子成像探测器,本文设计了兼具高探测效率和高位置分辨的中子探测器。根据中子灵敏微通道板(nMCP)的中子探测原理和信号产生机制,使用Geant4建立nMCP的模拟模型以及位置分辨的计算模型,使用蒙特卡罗模拟对硼钆混合掺杂nMCP的探测效率和位置分辨2个关键性能展开了优化,并对nMCP中由中子入射位置不同产生的响应不均匀性进行了研究。结果表明:对于8μm孔径,10μm孔间距,1°倾角的nMCP,混合掺杂摩尔百分比为10的B_(2)O_(3)和摩尔百分比为0.4的Gd_(2)O_(3),在保持15μm位置分辨的同时可以最高达到28%的探测效率。相对于无倾角的nMCP,在有通道倾角的nMCP中这种响应不均匀现象更加严重。本文的模拟结果为开发用于能量分辨中子成像的高性能nMCP提供了有力的数据支持。

位置灵敏^3He管中子探测器前端电子学设计

介绍了清华大学微型脉冲强子源(CPHS)中子小角散射谱仪中3 He管探测器的前端电子学设计。该谱仪设计采用一维3 He管探测器阵列,使用电荷分配法确定中子入射位置。在基于电荷分配法的双端读出电路中,设计者需要考虑更多的因素如高压隔直电容、运放的输入阻抗、成形电路的结构等,这些因素都会给位置分辨带来影响。该文通过分析这些因素的影响,并结合SPICE软件仿真,对电路参数进行优化,给出一个简单可行的电路设计方案,并通过初步实验验证了可行性。

基于波长转换光纤和ZnS(Ag)/H_3^(10)BO_3闪烁屏的中子位置灵敏探测器初步研究

目的本文基于波长转换光纤和ZnS(Ag)/H_3^(10)BO_3闪烁屏,研发一套用于中子谱仪的中子位置灵敏探测器。方法采用波长转换光纤和ZnS(Ag)/H_3^(10)BO_3闪烁屏测量中子位置信息的方法,使用硅光电倍增管阵列和"模式匹配"算法,建立实验装置。并通过实验室中子源和反应堆热中子孔道初步测试了实验装置的性能。结果该实验装置的灵敏面积为80 mm×80 mm,位置分辨率为5 mm×5 mm,探测器热中子探测效率4.4%±0.2%,计数能力10~4/s。结论实验装置的性能指标能够满足中子谱仪系统的需求。

散裂中子源高气压二维位置灵敏~3He探测器的实验研究

为满足中国散裂中子源多功能反射谱仪中子探测器的基本物理要求:有效面积达到200 mm×200 mm、探测效率大于50%(2?)、位置分辨好于2 mm等,中国科学院高能物理研究所研制了3He高气压二维多丝正比室位置灵敏中子探测器。该探测器采用二维多丝室结构,腔体内充3He/C3H8(6 atm/2.5 atm)的组合气体。本文首先利用Am/Be中子源完成对探测器全面积均匀性测试,均匀性指标达到了95.1%;探测器在中国散裂中子源的20号束流线站安装后,对其进行了在束测量,通过飞行时间选取波长2.8?的慢中子,测量了探测器二维位置分辨和二维成像性能。在X方向(垂直于阳极丝的方向)的位置分辨为0.99 mm,Y方向(平行于阳极丝的方向)的位置分辨为1.36 mm,探测器具有很好的二维位置分辨和二维成像能力。测量结果表明探测器满足反射谱仪的研制要求。

基于时间差法的位置灵敏3He正比计数管位置分辨性能研究

中子定位技术可用于乏燃料后处理流程监测,以避免发生核临界安全事故。利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)算法模拟了不同中子发射方式、^(3)He气压、管径、慢化体厚度等对位置灵敏^(3)He正比计数管位置分辨能力和探测效率的影响。对于管径为2.54 cm、灵敏区长80 cm、^(3)He气压为405300 Pa的位置灵敏^(3)He正比计数管,MC模拟结果表明:轴向各处位置分辨能力相同,对热中子点源的位置分辨极限为0.17 cm;慢化体厚5 cm且^(244)Cm源紧贴慢化体外壁时中子探测效率为3.0%,位置分辨为9.25 cm。用时间差法测试了^(244)Cm源在灵敏区不同位置、源管距、慢化体厚度等情况下此位置灵敏^(3)He正比计数管对^(244)Cm源的位置分辨能力与探测效率,测试结果表明:实验装置的理论位置分辨极限可达2.64 cm,当慢化体厚5 cm且^(244)Cm源紧贴慢化体外壁时位置分辨为18.50 cm,为理论值的一半。

穿透型金刚石X射线位置灵敏探测器及其在同步辐射光束线上的应用

X射线位置灵敏探测器是同步辐射光束线上不可缺少的重要部件,由它所提供的光束位置和强度的实时数据是监测光束线运行状态的重要依据。为适应对高亮度同步辐射光束的测量需要,我们成功地研制了一套穿透型金刚石位置灵敏探测器,并在上海光源生物大分子结构晶体学束线(BL17U1)上对其性能进行了测定。测量数据表明,在整块探测器(2.5 mm×2.5 mm)上均具有极好的线性响应,探测器的信/噪比(S/N)>5×103,位置分辨能力为s=(136±11)nm,光强强度的测量精度和线性度均<0.1%,能满足第三代同步辐射和第四代光源(自由电子激光)束线上对光强、光斑位置及其运动轨迹的监测需求,是束线诊断的重要设备。

基于LaBr_(3)(Ce)晶体耦合SiPM的位置灵敏探测器的研制与性能校正

γ相机可用于放射性物质的准确定位,因此在核电站大修以及核退役设施的源项定位等核工业领域具有重要应用价值。针对高能量分辨率、高计数率、小型化γ相机探测器的设计要求,提出了采用8×8根6.4 mm×6.4 mm×20 mm的LaBr_(3)(Ce)晶体阵列通过硅脂耦合8×8的硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier Tube,SiPM)阵列的方式构成γ相机的位置灵敏探测器,并根据脉冲信号特征设计了相应的读出电路。通过测试发现,该探测器模块在662 keV的γ射线照射下,64根晶体条的平均能量分辨率为4.96%,最佳的能量分辨率为3.92%,最差为5.91%。后续进行了各个晶体条像素的峰位一致性和灵敏度一致性的测试和校正,取得了较好的效果。测试结果表明:该探测器在能量分辨率、峰位一致性以及灵敏度一致性等性能方面均能够满足预先设定的γ相机成像的设计要求,具备了核工业领域的应用前景。

针对位置灵敏涂硼稻草管中子探测器的读出电子学设计

涂硼稻草管中子探测器将替代3 He管探测器应用在清华大学微型脉冲强子源(CPHS)小角散射谱仪上。该文设计了针对该新型位置灵敏中子探测器的读出电子学系统,通过分析探测器和前端电路的噪声,得出了位置分辨率的估算方法,并结合根据探测器输出信号特征优化了电路参数。对1.0m长的涂硼稻草管及其读出电子学系统分别进行了电荷注入测试和中子束流测试,位置分辨率的测试结果分别为2.7mm和4.5 mm。实验结果表明:涂硼稻草管及其读出电子学系统的性能可以满足CPHS小角散射谱仪对中子位置测量的需求。

一种用于脉冲中子源测量系统的电流灵敏前置放大器的研制

简要介绍了一种与3He中子探测器相匹配用于脉冲中子源测量系统的电流灵敏前置放大器。该放大器能够适用于高计数率情况下中子通量密度的测量,具有输出信号上升时间快、噪声低、体积小、稳定性好和功耗低等特点。

CARR中子残余应力谱仪的设计与应用

中国先进研究堆(CARR)旁的中子残余应力谱仪是我国第1台利用中子衍射方法测量残余应力的设备。它的样品台及部分附属设备从瑞典引进,结合CARR的实际情况,完成了概念设计、物理设计及机械加工,目前谱仪正在调试中。新的单色器屏蔽体起飞角在41°～109°连续可变,采用五维姿态调整台,方便灵活地调整单色器的位置。使用双聚焦Si(311)单色器,谱仪的分辨可以达到0.2%。一维中子位置灵敏探测器ORDELA1128N的主要指标与REST上使用的ORDELA1150N的相比有了很大改进。谱仪的附属设备多样,具备开展织构测量和材料原位拉伸等实验研究的能力。