用于真空的低功耗鋰玻璃束流監(jiān)測(cè)器研制.pdf

1、中國(guó)第一臺(tái)高通量散裂中子源CSNS（China Spallation Neutron Source）大科學(xué)裝置的建設(shè)，項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入到設(shè)備安裝的階段。高性能的中子束流監(jiān)測(cè)器是散裂中子源譜儀建設(shè)中的關(guān)鍵器件之一，在一定程度上決定著譜儀的靈敏度和精度。傳統(tǒng)的透過式3He束流監(jiān)測(cè)器在中子通量不高時(shí)，能夠有效的進(jìn)行束流的監(jiān)測(cè)和修正，但由于計(jì)數(shù)率的限制，無(wú)法滿足高通量中子源的要求。而鋰玻璃閃爍體作為中子探測(cè)器，其探測(cè)的脈沖中子信號(hào)的衰減時(shí)間約為70

2、 ns?？紤]一定的電子學(xué)時(shí)間，理論上，基于鋰玻璃的束流監(jiān)測(cè)器的計(jì)數(shù)率至少能達(dá)到1 MHz。同時(shí)鋰玻璃的制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，是吸收型中子束流監(jiān)測(cè)器的理想選擇之一。
　　本論文主要研制CSNS小角譜儀的第三中子束流監(jiān)測(cè)器。它的作用是結(jié)合第二束流監(jiān)測(cè)器，計(jì)算中子透過樣品的透射率。根據(jù)工程應(yīng)用的需求，采用鋰玻璃耦合光電倍增管作為束流監(jiān)測(cè)器的信號(hào)讀出結(jié)構(gòu)。由于該束流監(jiān)測(cè)器應(yīng)用于小角譜儀真空腔的真空環(huán)境下，同時(shí)預(yù)留的幾何空間非常小（需

3、控制在Φ80 mm×150 mm以內(nèi)）。因此，如何防止高壓打火、降低功耗以及緊湊設(shè)計(jì)等工程技術(shù)難點(diǎn)在研制過程中需要進(jìn)行詳細(xì)考慮。
　　本文首先利用 Geant4工具包針對(duì)探測(cè)器的不同性能要求，對(duì)各組件的尺寸大小進(jìn)行有效優(yōu)化。根據(jù)6Li（n,α）T核反應(yīng)產(chǎn)生的次級(jí)粒子的射程、不同厚度鋰玻璃中的中子轉(zhuǎn)換效率大小以及不同能量γ射線的靈敏度，確定了原理樣機(jī)的鋰玻璃厚度將選擇1 mm；根據(jù)鋰玻璃中不同發(fā)光位置的光傳輸效率值的分布特性，確定了

4、光導(dǎo)的幾何形狀、高度值以及材料特性。其次，基于示波器，利用Labview軟件編寫了一套合適電荷測(cè)量、波形記錄的DAQ數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，并利用RC微分電路對(duì)其進(jìn)行了電荷刻度?；谶@套數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，使用4 mm厚的GN2型國(guó)產(chǎn)鋰玻璃耦合XP2020型光電倍增管，在Cf-252同位素中子源實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)鋰玻璃進(jìn)行了詳細(xì)的性能測(cè)試，獲取了鋰玻璃探測(cè)中子的基本性能參數(shù)，如中子和γ射線脈沖信號(hào)的基本特征、n/γ甄別、中子平均光產(chǎn)額等。
　　根據(jù)模擬

5、優(yōu)化的結(jié)果和前期實(shí)驗(yàn)得到的鋰玻璃性能參數(shù)，對(duì)鋰玻璃束流監(jiān)測(cè)器原理樣機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)開發(fā)。一方面，選取功耗為0.47 W的分壓座解決散熱問題，同時(shí)設(shè)計(jì)真空高壓打火實(shí)驗(yàn)獲取打火區(qū)域，發(fā)現(xiàn)小角譜儀真空腔的實(shí)驗(yàn)氣壓處在打火區(qū)域內(nèi)，為樣機(jī)的防高壓打火提供數(shù)據(jù)參考。另一方面，原理樣機(jī)的Cf-252中子源測(cè)試結(jié)果表明，使用電荷幅度進(jìn)行n/γ的甄別，可以達(dá)到很好的效果，但對(duì)樣機(jī)的電流進(jìn)行電荷積分，意味著束流監(jiān)測(cè)器無(wú)法做到高計(jì)數(shù)率，而直接利用脈沖高度進(jìn)行n/