用于中国散裂中子源闪烁体中子探测器的^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏性能研究

^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏是闪烁体型中子探测器的重要组成部分,其性能优劣会直接影响着探测器的应用,为了筛选出满足中国散裂中子源(CSNS)上工程材料中子衍射谱仪和能量分辨中子成像谱仪的中子探测器需求的高性能闪烁屏,利用中国散裂中子源的20号中子束线,系统研究了AST公司的多种^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏样品的相对热中子探测效率和中子信号积分谱,并通过刻度光测试系统中的光电倍增管得到这些样品的出射光产额,选取出用于闪烁体中子探测器的最佳闪烁屏材料。研究结果表明,^(6)LiF∶ZnS(Ag)质量分数比为1∶2,基底材料为塑料,闪烁屏厚度为300μm的AST-26139闪烁体样品性能较高,满足中子谱仪的中子探测器需求。

用于位置灵敏型中子探测器的^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁体性能研究

研究了掺杂6LiF的ZnS(Ag)闪烁体对中子、γ射线的发光特性和EJ426闪烁体样品的热中子探测效率、出射光产额和γ灵敏度。EJ426的热中子探测效率为32.4%,出射光产额为8.01×103光子/中子,70 mV阈值时的γ灵敏度小于10-7,表明EJ426是较理想的闪烁体型位置灵敏中子探测器材料。

基于~6LiF/ZnS（Ag）闪烁体波移光纤读出中子探测器模拟研究

利用GEANT4构建二维位置灵敏型闪烁体中子探测器模型,并对探测器的关键性能进行了系统的模拟研究.计算结果表明,采用双层闪烁屏与波移光纤作为夹层的"三明治"式结构探测器,其热中子探测效率可以达到49.1%.模拟和实验均表明:探测器具有较好的n/γ抑制能力,γ灵敏度小于10-5;中子位置分辨率随着光纤芯间距和光纤与闪烁屏距离的减小呈现减小趋势,本征空间分辨率最好可以达到X轴0.08mm,Y轴0.12mm;光纤与闪烁屏之间采用空气耦合位置分辨率好于硅油耦合.模拟结果与部分实验结果的对比验证显示,探测器具有较好的二维成像能力.

强γ抑制的^(6)Li F/ZnS(Ag)中子探测器研制及性能测试

在慢热中子探测领域,为应对3He气体资源的日益短缺,迫切需要研究新型中子探测器以替代3He气体探测器。基于^(6)Li F/ZnS(Ag)的闪烁体材料由于具有中子截面大、探测效率高、γ抑制强等特点,是较为理想的中子探测材料。本文采用蒙特卡罗程序MCNP5构建闪烁体结构模型,在不同质量比、厚度参数条件下计算了中子探测效率,并对闪烁体结构参数进行了优化设计。利用纯国产的^(6)Li F和ZnS(Ag)材料研制了不同质量比和不同厚度的^(6)Li F/ZnS(Ag)闪烁体。通过252 Cf源和60 Co源测试了不同厚度和不同质量比条件下^(6)Li F/ZnS(Ag)闪烁体的探测效率及γ灵敏度。测试结果表明,^(6)Li F和ZnS(Ag)质量比1∶3、厚度400μm是较为理想的中子探测参数。新研制的^(6)Li F/ZnS(Ag)闪烁体的热中子探测效率达到30%以上,对γ具有较强的抑制能力,在45 mV阈值设置条件下γ灵敏度可达10-7。

面向宇宙线成分和能谱测量的新型ZnS(Ag)闪烁体热中子探测器

对EAS(广延大气簇射)在地面产生的热中子的测量为研究"膝"区原初宇宙线的成分和能量提供了一种新方法。在PRISMA-YBJ阵列取得成功后,2017年3月,在西藏大学(海拔3 650 m)安装了一种新的热中子探测阵列。阵列由16台EN-探测器组成,使用一种新型的掺B2O3的ZnS(Ag)闪烁体,用天然的硼化合物进行热中子捕获。主要用于测量EAS的两种重要成分:强子和电子。本文中,主要介绍探测技术的原理、阵列的部署以及阵列的初步运行结果。

H_3^(10)BO_3/ZnS(Ag)热中子闪烁体转换屏的涂布法制备及性能研究

本文采用涂布法制备了一系列H310BO3/ZnS(Ag)闪烁体转换屏样品,对其成分配比进行了优化。结果表明,最佳的H310BO3/ZnS(Ag)质量比在1∶6～1∶7之间,最佳的黏合剂用量为总质量的25%。利用中子照相设备对转换屏的发光均匀性进行了成像分析,结果显示光输出非常均匀;对楔形镉条进行中子成像,并采用调制传递函数(modulation transfer function,MTF)方法计算了系统分辨率,结果显示,在MTF值为0.1时,对于厚度分别为270(11)、350(14)、404(9)及505(15)μm的转换屏,其相应的系统空间分辨率分别为255.6、315.9、371.0和471.3μm。

用于复合闪烁体的α、β脉冲甄别电路设计

设计了一种用于复合闪烁体,能够甄别区分α、β脉冲信号的甄别电路,并给出了测试结果。结果表明该电路能很好地甄别α、β脉冲信号,满足了α、β复合闪烁体探测器的要求。

α、β复合闪烁体厚度与探测效率的关系

通过对不同质量厚度的ZnS(Ag)涂层和不同厚度的塑料闪烁体相结合的复合闪烁体探测效率的实验研究,找出了其最佳结合比,使复合闪烁体对α、β粒子的探测效率达到最优化。

用于离子诱导光子发射显微镜的闪烁体材料

建立了可用于器件单粒子效应(single event effect,SEE)敏感区定位的离子诱导光子发射显微镜(ion photon emission microscopy,IPEM)实验方法,利用光子产生、传输和探测装置,设计搭建了IPEM光学成像系统,测试了适用于该系统的多种闪烁体材料的发射光谱和衰减时间等光学性质,分析对比了160 MeV的Cl离子束辐照不同种类和不同厚度的闪烁体材料时的IPEM系统空间分辨率。研究结果表明,选用10μm厚的ZnS(Ag)粉末作为闪烁体材料时,IPEM光学成像系统空间分辨率最佳为2.8μm;同时,降低闪烁体材料的厚度可提高系统的空间分辨率。

波移光纤性能研究

对2种波移光纤的特性进行了研究.实验结果表明,型号为V-11 (200) MS的波移光纤整体性能比BCF-91A波移光纤性能更好.与前者相比,后者在20 mm的弯曲半径下的光传输损耗要高4.8倍.而同时,2个光纤的光衰减长度相当类似,分别为(2.00±0.02)m和(1.98±0.02)m.此外,Y-11 (200) MS型波移光纤的相对光转换效率比BCF-91A的要高出50％.因此,在制作闪烁体中子探测器时,使用Y-11 (200) MS型波移光纤是一种很好的选择.

手持式低功耗多功能辐射监测仪设计

为满足核电站运行、同位素生产、放射性治疗等辐照环境的α、β和Y的放射性污染测量,本研究设计了一种手持式低功耗多功能辐射监测仪,其探测装置由两个φ30mm的ZnS(Ag)塑料闪烁体、光电倍增管、GM计数管等组成。探测装置测量窗口直径为30mm,放置有厚度为2.4μm的铝膜和30μm的钛膜,可分别进行a、β放射性污染测量,同时内置计数管可实现对由Y干扰引起a、β放射性测量误差的修正。经实验验证,G-M计数管对γ射线的测量相对误差为9.432%,对a粒子的2π探测效率为32.02%,对β粒子的2π探测效率为32.33%,结果表明本研究设计的多功能辐射监测仪具有较好的a、β和r探测性能。