使用离轴光学系统的气体切伦科夫探测器

基于探测器的测量原理,并针对卡塞格林光学系统的不足,分析了一种新型气体切伦科夫探测器的光学结构。该探测器采用3片90°离轴抛物镜和1片平面反射镜组成的离轴光学系统以减少对光线的阻挡,并将探测窗口置于光学系统的出瞳以提高光收集效率。分析了光学系统的光束限制和光线追迹结果。设计了探测器的集成结构,从提高探测器效率和减少信号干扰等角度分析了探测器的关键设计和制造要求。

GEANT4接续计算方法以及在GRH系统优化设计中的应用

遗传算法调用GEANT4优化设计方法应用于气体切伦科夫探测器GRH(Gamma Reaction History)系统设计过程可有效提高探测器指标,然而GEANT4程序计算耗时。本文研究了GEANT4程序的接续计算方法,采用函数拟合方式和文件读入的方式进行了接续计算源描述,采用文件读入的方式接续计算结果与直接计算结果吻合良好,效率相差1.4%,时间谱半高宽相差2.1%。采用接续计算方法使得整体优化时间下降50%以上,提高了计算效率。该接续计算方法也可应用于其他采用GEANT4直接模拟收敛困难的计算问题。

氘氚聚变反应历史测量系统优化设计及亚纳秒信号恢复方法研究

针对传统光路追迹设计方法的不足,建立了遗传算法调用Geant4程序优化设计方法并应用于气体切伦科夫系统的优化设计,取得了较传统光路追迹设计方法优良的系统时间响应和探测效率,对于GCD(gas Cherenkov detector)系统,优化设计后探测效率增加20%且时间响应压缩7.2%,对于GRH(gamma reaction history)系统,优化结果效率较传统光路追迹方法相对提高91.2%。针对聚变测量过程,通过比较研究,确立了MRNSD(modified residual norm steepest descent)方法为聚变反应历史测量过程信号恢复方法,该方法可实现在响应函数半高宽10倍于待恢复信号半高宽,且存在相对信号峰值10%高斯白噪声情况下的亚纳秒信号恢复,适合于氘氚聚变反应历史测量。

聚变反应随时间变化诊断装置辐射转换体设计

聚变反应随时间变化诊断装置是惯性约束聚变(ICF)研究中的一项重要诊断设备,使用蒙特卡罗程序Geant4研究了基于气体切伦科夫探测器的聚变反应随时间变化诊断装置的时间分辨和辐射转换效率,给出了优化后的辐射转换体材料厚度,以及CO2气室压力与长度。模拟计算表明,优化后的系统时间分辨可达22 ps左右,伽马-切伦科夫光子转换效率可达4.7×10-3 Cherenkov photons/gamma。

基于14 MeV中子的烧氚历史诊断模拟研究

针对直接测量16.7 MeV进行烧氚历史诊断所需聚变产额高的情况,模拟研究了利用14 MeV中子与副靶作用产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断的情况,计算了几种材料14 MeV中子作用产生的次级伽马能谱以及切伦科夫辐射阈能之上的非弹伽马数目,对副靶材料和厚度进行了选择。计算了14 MeV中子产生的切伦科夫光子时间谱,分析了光电转换器件处伽马、电子以及正电子等噪声信号,分析了气体切伦科夫系统测量统计涨落与聚变中子产额之间的关系,确定了气体切伦科夫系统所适用的最低聚变中子产额,通过测量14 MeV中子与副靶产生的非弹伽马进行烧氚历史诊断较直接测量16.7 MeV伽马可将测量所需聚变中子产额降低2个量级。

磁单极子实验

磁单极子又称磁荷,理论上假设的只有单一磁极的粒子。1931年,英国理论物理学家狄拉克,根据电和磁的对称性,推测自然界中电荷量子化的事实必然要求磁单极子存在。自此以后,人们千方百计寻找磁单极子,进行过许多实验。