用于真空的低功耗鋰玻璃束流監(jiān)測器研制.pdf

1、中國第一臺高通量散裂中子源CSNS（China Spallation Neutron Source）大科學裝置的建設，項目已經進入到設備安裝的階段。高性能的中子束流監(jiān)測器是散裂中子源譜儀建設中的關鍵器件之一，在一定程度上決定著譜儀的靈敏度和精度。傳統的透過式3He束流監(jiān)測器在中子通量不高時，能夠有效的進行束流的監(jiān)測和修正，但由于計數率的限制，無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器，其探測的脈沖中子信號的衰減時間約為70

2、 ns?？紤]一定的電子學時間，理論上，基于鋰玻璃的束流監(jiān)測器的計數率至少能達到1 MHz。同時鋰玻璃的制作工藝相對簡單，價格便宜，是吸收型中子束流監(jiān)測器的理想選擇之一。
　　本論文主要研制CSNS小角譜儀的第三中子束流監(jiān)測器。它的作用是結合第二束流監(jiān)測器，計算中子透過樣品的透射率。根據工程應用的需求，采用鋰玻璃耦合光電倍增管作為束流監(jiān)測器的信號讀出結構。由于該束流監(jiān)測器應用于小角譜儀真空腔的真空環(huán)境下，同時預留的幾何空間非常?。ㄐ?/p>

3、控制在Φ80 mm×150 mm以內）。因此，如何防止高壓打火、降低功耗以及緊湊設計等工程技術難點在研制過程中需要進行詳細考慮。
　　本文首先利用 Geant4工具包針對探測器的不同性能要求，對各組件的尺寸大小進行有效優(yōu)化。根據6Li（n,α）T核反應產生的次級粒子的射程、不同厚度鋰玻璃中的中子轉換效率大小以及不同能量γ射線的靈敏度，確定了原理樣機的鋰玻璃厚度將選擇1 mm；根據鋰玻璃中不同發(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量、波形記錄的DAQ數據獲取系統，并利用RC微分電路對其進行了電荷刻度?；谶@套數據獲取系統，使用4 mm厚的GN2型國產鋰玻璃耦合XP2020型光電倍增管，在Cf-252同位素中子源實驗平臺上對鋰玻璃進行了詳細的性能測試，獲取了鋰玻璃探測中子的基本性能參數，如中子和γ射線脈沖信號的基本特征、n/γ甄別、中子平均光產額等。
　　根據模擬

5、優(yōu)化的結果和前期實驗得到的鋰玻璃性能參數，對鋰玻璃束流監(jiān)測器原理樣機進行了設計開發(fā)。一方面，選取功耗為0.47 W的分壓座解決散熱問題，同時設計真空高壓打火實驗獲取打火區(qū)域，發(fā)現小角譜儀真空腔的實驗氣壓處在打火區(qū)域內，為樣機的防高壓打火提供數據參考。另一方面，原理樣機的Cf-252中子源測試結果表明，使用電荷幅度進行n/γ的甄別，可以達到很好的效果，但對樣機的電流進行電荷積分，意味著束流監(jiān)測器無法做到高計數率，而直接利用脈沖高度進行n/