漂移室性能模拟研究.ppt

报告人： 田立朝 核探测与核电子学国家重点实验室 中国科学院高能物理研究所 2012.12.14 基于3He的二维位置灵敏中子探测器 束流测试 目录 中子探测器介绍 实验室测试 束流测试 小结 背景 总体设计指标： 打靶质子束流功率：200 kW 脉冲重复频率：25 Hz 每脉冲质子数：1.56×1013 质子束动能：1.6 GeV 最高中子通量：5×10-3 n*p-1*Sr-1 20条中子束线高通量粉末衍射仪、小角散射仪和多功能反射仪 背景 200mm ×200mm中子探测器 技术参数 指标 有效面积 20cm×20cm 探测效率 50% @2? 位置分辨(FWHM) 2mm*2mm 阳极丝距 2mm 气体比分 (6atm)3He＋(2.5atm)C3H8 读出通道 101 路（X：50，Y：50，Anode：1） 多功能反射谱仪 n + 3He ? p + 3H + 764 keV ? ~25,000-30,000 electron-ion pairs Operation gas: 6atm.3He + 2.5atm.C3H8 Position resolution: ~80% of proton range 中子探测器介绍 多丝正比室由阴极平面、阳极平面以及两个正交的读出平面组成； 阴极平面：由粘贴在入射窗内表面的铝膜和Kapton膜组成； 阳极平面：由直径为15 μm的镀金钨丝组成，丝间距为2mm，张力为25g，所有阳极丝连接在一起，用于能量测试和系统触发； X读出平面：由直径为50 μm的镀金钨丝组成，金属丝方向与阳极丝平行，丝间距为1mm，张力为40g，四根丝连接在一起形成一路读出； Y读出平面：由宽度为1.6mm的金属条组成，条间距为2mm，方向与阳极丝垂直，两根条连接在一起形成一路读出。 中子探测器介绍（续） 理论位置分辨 中子的位置分辨由探测器结构及电子学引起的测量误差和由于次级粒子(1H和3H)的射程引起的电离重心偏差决定 探测器结构及电子学引起的偏差为 = 220 um (FWHM) 由于次级粒子射程引起的电离重心偏差为 =1.36×0.84=1.08mm (FWHM) 原型机X射线位置分辨 质子在气体中的射程 电子学介绍 电子学读出系统基于6U-VME64x规范设计。 主要组件包括： 电荷灵敏前置放大器 电荷测量插件 扇出插件 VME机箱及控制器 LabVIEW数据获取软件 连接电缆等。 电子学结构框图 电子学刻度 电荷灵敏度 积分非线性 电荷分辨 基线平均值分布 测试指标 测试结果 增益 4.332 ± 0.2142 LSB/fC 积分非线性 0.204%±0.045% 电荷分辨 0.814 fC ± 0.046 fC 基线 31.4±5.6 (LSB) AM-BE中子源测试 Am-Be中子源 强度：5.18×105n/s 平均能量：4.5MeV 测试环境 源库中的中子源较多，同时中子与金属碰产生很多次级的γ射线； 镉上中子的影响； 高能中子反冲质子的影响 200mm × 200mm 中子探测器 AM-BE中子源测试 位置分辨4.9mm 很好的位置线性 良好的二维成像能力 镉 Y X 200mm × 200mm 中子探测器 结果分析——GEANT4模拟 200mm × 200mm 中子探测器 中子源强度太弱（慢化后~1cm-2s-1）； 中子源经过慢化体慢化后在探测器窗前相当于面源，斜入射中子太多，同时有很多镉上中子； 快中子进入探测器，反冲质子影响； 位置分辨为σ =4.9mm； 探测器具有较好的位置线性度及成像能力； 亟待准直热中子束！ 束流测试 测试环境 原子能院CARR堆应力谱仪 中子束品质： 中子波长1.37 ? 束流强度估算值：104~105 cm-2s-1 束斑尺寸实际值：5 mm × 40 mm 中子束斑成像 测试装置示意图 测试现场照片 狭缝测试位置分辨 准直狭缝 狭缝成像 狭缝测试位置分辨 X方向位置分辨由阳极丝间距决定，实测结果为1.8mm； Y方向位置分辨见下页分析。 垂直于阳极丝方向 平行于阳极丝方向 卷积拟合公式 探测器对于极窄狭缝的响应位置谱为高斯分布，其中 为探测器的位置分辨 假设入射中子分布为均匀分布，分布宽度为狭缝宽度 那么实验分布应该为以上两个分布的卷积 狭缝测试位置谱卷积拟合结果 狭缝编号 狭缝宽度 原始分布FWHM 高斯分布σ0 探测器位置分辨FWHM 1 0.8mm 1.35 mm 0.524±0.01mm 1.23±0.02 mm 2 1.0mm 1.43 m