Garfield 模拟工作气体对涂硼MRPC 热中子探测器性能的影响.PDF

第 37 卷 第 7 期 核 技 术 Vol.37, No.7 2014 年 7 月 NUCLEAR TECHNIQUES July 2014 Garfield 模拟工作气体对涂硼MRPC 热中子 探测器性能的影响 单 卿 曾 捷 贾文宝 凌永生 黑大千 魏勇红 张 焱 （南京航空航天大学材料科学与技术学院 南京 210016 ） 摘要 多气隙电阻板室(Multi-gap Resistive Plate Chamber, MRPC)是一种新型气体探测器，具有探测效率高和 时间分辨好等优点，在内层玻璃涂硼后可用于热中子探测。不同的工作气体对涂硼 MRPC 热中子探测器的性 能有很大影响。利用 Garfield 模拟了不同工作气体的汤生系数、电子吸附系数、漂移速度 v 、扩散系数 D 等物理参数，并计算给出了 MRPC 的时间分辨率 、本征探测效率。通过模拟结果对工作气体进行优化，为 t 探测器的实际制作和实验测试提供必要的指导。 关键词 涂硼多气隙电阻板室(Multi-gap Resistive Plate Chamber, MRPC)热中子探测器，工作气体，Garfield 模 拟，探测效率，时间分辨 中图分类号 TL816+ .3 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.070201 多气隙电阻板室 (Multi-gap Resistive Plate Chamber, MRPC) 是 20 世纪 90 年代发展起来的一 种新型气体探测器，具有很高的时间分辨(100 ps)[1] [2] [3] 和本征探测效率(95%) 、抗辐照性能强 、结构 简单且可以大面积制作[4]等优点。在 RHIC-STAR 、 LHC-ALICE 、FAIR-CBM 等大型实验装置上，MRPC 已被广泛的用于构建飞行时间探测系统。鉴于 MRPC 优良的性能，我们拟在 MRPC 内层玻璃涂上 热中子转换层，通过核反应法来探测热中子。 探测器结构如图 1[5]所示，由 2 块外层玻璃板 图1 涂硼 MRPC 热中子探测器结构示意图 和 5 块内层玻璃板组成，内充有合适的工作气体， Fig.1 Structure of the boron-coated MRPC thermal neutron 高压加在外层玻璃板上形成强电场，内层玻璃板电 detector. 位悬浮。在内层玻璃板上涂上 10B 作为热中子转换 10 1 粒子电离过程的模拟 体。热中子进入 MRPC 后，与热中子转换体中的 B 发生核反应产生 粒子和 Li-7 ，带电粒子在气体的 利用 Srim 程序模拟了 粒子电离过程，包括单 电离会导致气体雪崩过程，并在读出电极上产生感 位距离的电子–离子团个数、电子–离子团的大小分 应信号而被读出。 布、带电粒子的能量损失等参数，这些参数与入射 MRPC 常用的工作气体是由惰性气体、电负性 粒子的能量和气体成分有关。模拟中温度设置为常 气体和猝灭气体等按不同比例配制而成的混合气 温，一个标准大气压，不同比例的混合气体，入射 体，不同组分的工作气体对 MRPC 性能有很大的影