基于MCP的快中子像探测器模拟研究
特快中子测量中探测器角度模拟与屏蔽条件实验研究
光子脉冲宽度 分布 ， 确定 了特 快中子能谱测量的最佳屏蔽铅条件。
关键 词： 特快 中子 ； 探测角度 ； 屏蔽条件 ； 能谱
中图分类号 ： Ｔ Ｌ ８பைடு நூலகம்１ ６＋． ３ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ２ ５ ８ － ０ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ６ ） １ １ — １ １ ３ １ － ０ ４
的Ｔ ａ 靶， 通过 模拟 计算 得 到高 能 电子打 靶后 大 于１ Ｍ ｅ Ｖ 的 中子 和 光 子 角 度 及 其 能 量 分 布规
律如图 ３ ， 图 ４所 示 。
１
ｏ０ ０
图１ 特快 中子飞 行 时 间探测 系 统
１ ． ２ 原 理
高能 电子轰 击 金 属 靶 ， 轫 致 辐 射 产 生 光
不同种 类 的俘 获 截 面 引。我 国东 莞 的 散 裂 中子 源在 ２ ０ １ ８年 前 ¨ 仍 不 能 投入 使 用 ， 目前 中子 方 面 的实 验 对 中 子束 流需 求 量较 大 ， 因此 光 中子 源 的研 究 与应 用 也应 同时 进行 。强 激光
中子的探 测位 置。再基 于模 拟确定 的探测位 置， 采用不 同厚度的前 向屏蔽铅对光子脉宽进
产 生 的特快 中子 作 为 中子 源 ， 采用 Ｓ Ｔ ４ ０ １塑 料
作者简介 ： 邓超 （ １ ９ ９ １ 一） ， 男， 四川成 都人 ， 在读硕 士 生， 攻读方 向 为核 辐 射探 测 研究 。通 信作 者 ： 庹 先 国， 男， 教授 ， Ｅ—ｍ ａ ｉ ｌ ： ｔ ｕ ｏ ｘ ｇ ＠ｓ ｗ ｕ ｓ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
阈探 测器 法 和 Ｂ ｏ ｎ ｎ ｅ ｒ 球 法 等 。其 中 ， 飞 行 时
中子成像系统的建立与快中子共振成像的实验研究的开题报告
中子成像系统的建立与快中子共振成像的实验研究的开题报告一、研究背景中子成像技术被广泛应用于各种科学研究和工程领域。
与传统的X射线成像技术相比，中子成像可以穿透厚密的样品，因此能够提供更多的信息。
其中，快中子共振成像技术（Fast Neutron Resonance Radiography，FNRR）是一种基于中子吸收谱（Neutron Absorption Spectrum，NAS）的中子成像技术，可以用于探测轻元素和无机化合物等嵌置的物质，具有很高的分辨率和探测灵敏度。
二、研究目的本研究的主要目的是建立一套中子成像系统，并开展快中子共振成像的实验研究。
具体研究内容包括：1. 设计并建造中子成像系统，包括探测器、氢气冷源等。
2. 开展常规中子成像实验，测试系统的成像分辨率和探测灵敏度。
3. 利用快中子共振成像技术，探测不同嵌置物质的中子吸收谱，研究其谱线特征及影响因素，探究快中子共振成像的成像原理和优势。
4. 开展不同样品的快中子共振成像实验，如化合物、生物样本等，研究不同物质的成像效果和应用前景。
三、研究方法1. 设计并建造中子成像系统，包括放射性中子源、探测器、氢气冷源等部分，对系统进行调试和测试。
2. 根据常规中子成像的原理，利用制作不同密度和材质的样品进行成像测试，评估成像质量。
3. 开展快中子共振成像的实验，测量样品的中子吸收谱，并通过修正区间法或谐振峰法进行峰定位和谱线拟合。
4. 将测量得到的吸收谱进行成像处理，获得成像结果。
四、预期成果1. 建立一套中子成像系统，实现常规中子成像和快中子共振成像的实验。
2. 测试系统的成像分辨率和探测灵敏度，评估系统的性能。
3. 掌握快中子共振成像的原理和实验操作技术，研究快中子共振成像的谱线特征及影响因素。
4. 成功应用快中子共振成像技术，实现不同嵌置物质的成像探测，证明其在物质成分探测中的应用前景。
一种MCP光子计数位置灵敏探测器图像采集系统
关键 词 ：位 置灵敏 ； 计 数 ；图像 采集 ；Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ １ Ⅳ ＿ 中 图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ４ ． １ ； Ｔ Ｈ ６ ９ １ ． ９ 文献标 识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： ｌ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ — ５ ６ ３ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ １ ７
ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｔ ｓ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ
（ １ ． Ｃｈ ａ ｎｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ，Ｆｉ ｎ ｅ Ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ，Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈｕ ｎ １ ３ ０ ０ ３ ３，Ｃｈ ｉ ｎ ａ；
一
种 ＭＣ Ｐ光 子计数 位置 灵敏探测 器 图像 采集 系统
＊
何 玲 平 ， 岳 巾英 ， 陈 波
（ １ ． 中国科学院 长春光 学精密机械与物理研究所 ， 吉林 长春 ２ ． 长春工程学院 理学 院， 吉林 ， 长春 １ ３ ０ ０ ２ １ ） １ ３ ０ ０ ３ ３ ；
针对高探测效率热中子探测器的模拟研究陆年华清华
1.0
Detection Probability
Detection Probability
T=0.1um T=0.2um T=0.4um T=0.6um T=0.8um T=1.0um
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0
T=0.1um T=0.2um T=0.4um T=0.6um T=0.8um T=1.0um
9000 12000 15000 31000
150
Thickness (nm)
100
~208.65nm
50
0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Y (mm)
2018/8/22
Tsinghua University
19
Thanks for your attention!
2018/8/22
– 空间分辨率
– 计数率
固体探测器
– 结构紧凑 – 空间分辨率好 – 探测效率不高
• 中子的吸收 • 带电粒子的出射
2018/8/22
更好的探测系统？ 基于微通道板中子转换体
Tsinghua University
4
微通道板
D 12~13 μm P 15~16 μm
2018/8/22
Tsinghua University
厚度可以较小 带电粒子容易进入通道
– 可行√
2018/8/22 Tsinghua University 6
模拟研究
掺杂模型
镀膜模型
2018/8/22 Tsinghua University 7
模拟研究
• 模拟
– P1：中子在微通道板中消失的概率
MCP技术在高能物理研究中的应用
MCP技术在高能物理研究中的应用高能物理研究是一门颇具挑战性的学科，需要一系列先进的技术来支持其研究工作。
MCP技术就是其中之一，它可以被用于高能物理研究中的探测器上，帮助研究人员清晰地观测到高能粒子的轨迹，为探索宇宙奥秘提供了强有力的技术支持。
一、MCP技术介绍MCP技术全称为微通道板技术(Micro Channel Plate)，它是由许多小孔道组成的平板状探测器。
这些小孔道的直径只有数微米至数十微米不等，通常是由玻璃、石英或陶瓷等材料制成。
通过施加高电场，MCP可以将光子或电子的能量扩大成为可被测量的电荷。
MCP技术具有高增益、快速响应、高能量分辨率等优点，广泛应用于高能物理中探测器的制造，例如时间控制系统、位置感应器等。
同时，这一技术还可以应用于其他领域，如粒子显微镜、荧光显微镜、光谱学等等。
二、MCP技术在高能物理研究中的应用非常广泛。
在粒子物理学中，MCP经常被用作电子和离子的探测器，可以测量它们的能量、速度、轨迹等信息，进而推断它们的性质和行为。
此外，MCP还可以被用于大能量物理实验中，如PANDA实验中的强子谱仪(Spectrometer)就使用了MCP技术。
这些探测器可以将高能粒子的信息探测出来，帮助研究人员了解高能粒子之间的相互作用，探寻宇宙本源。
这些实验中使用的MCP技术需要能够在极端的环境下运行，因为高能物理实验通常在高能粒子的辐射环境下进行，而MCP则需要能够承受这种辐射并继续保持其探测能力。
因此，压制辐射和适当的材料选择是MCP技术在高能物理实验中应用的核心问题。
三、MCP技术的发展随着科技的发展和应用的普及，MCP技术在高能物理研究中的应用也越来越广泛。
以PANDA实验为例，该实验中使用的MCP技术已经在其压制辐射和能量分辨率方面有了很大的提高，具有更好的探测效率和信噪比。
另外，MCP技术还在不断的发展之中。
例如，MCP-CVD技术就是一种将金属膜喷射石墨表面，然后在高温下沉积钨阳极和阴极来制造MCP的新方法。
应用于中子照相的热中子敏感微通道板
应用于中子照相的热中子敏感微通道板潘京生;顾燕;孙建宁;苏德坦;陆强【摘要】介绍了中子成像探测技术的应用.由于直接在微通道板(MCP)玻璃中掺加中子灵敏核素可使MCP对热中子敏感,从而可将MCP事件计数成像探测器的优势成功地应用于以中子为探针的成像探测技术,本文开展了热中子敏感微通道板的研究.通过在MCP玻璃中掺摩尔百分比为3％的Gd2O3,并沿用MCP的制作方法,完成了直径为50 mm和106 mm的大面阵热中子敏感MCP的制作,并进行了基于这种大面阵热中子敏感MCP的中子事件计数成像探测器的中子成像实验.理论和实验结果都验证了掺摩尔百分比为3％的Gd2O3 MCP可取得对热、冷中子30％～50％的探测效率.最后,进一步介绍了目前开展的封装式中子敏感MCP增强管的研制工作.基于掺Gd2O3的MCP增强管并经光学耦合到CCD或CMOS相机的紧凑混合传感器结构是实现高时空分辨能力的中子照相无损检测技术的有效途径.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)003【总页数】7页(P660-666)【关键词】中子照相;中子相机;中子敏感微通道板;增强CCD;增强CMOS-APS 【作者】潘京生;顾燕;孙建宁;苏德坦;陆强【作者单位】北方夜视技术股份有限公司,江苏南京211102;北方夜视技术股份有限公司,江苏南京211102;北方夜视技术股份有限公司,江苏南京211102;北方夜视技术股份有限公司,江苏南京211102;北方夜视技术股份有限公司,江苏南京211102【正文语种】中文【中图分类】TL816.3;TN151.11 引言在凝聚体物理学、材料科学和工程、地球科学以及生物科学等多个基础科学领域，中子成像已成为一种有效的探测方式。
中子相互作用概率与核结构的相关性决定了不同材料对中子的吸收系数经常有着数量级的差别，因此中子成像可获得更高的分辨力和灵敏度，而通过中子计算机断层成像进一步保留中子吸收的空间分布信息，对其物理结构按照实际的空间相对位置和方向进行可视化成像，有助于理解材料缺陷发展和器件失效的基本机制［1－4］。
^(10)B+Si快中子探测器设计
^(10)B+Si快中子探测器设计
夏广鹏;杜泽;张雍;朱光宇;谢宏明;李志学;魏源;顾可伟;宋睿;景龙
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2022(42)2
【摘要】介绍了一种基于^(10)B+Si的快中子探测器的设计.利用MCNPX软件对^(10)B+Si快中子探测器进行建模,并且对其探测器效率、几何参数、慢化材料进行了模拟计算,给出了含硼橡胶作为慢中子吸收层、聚乙烯作为慢化层、硼薄膜作为反射层的设计方案.模拟计算以及实测结果表明,该探测器可以满足质子加速器低能区的束损监测需求.
【总页数】6页(P274-279)
【作者】夏广鹏;杜泽;张雍;朱光宇;谢宏明;李志学;魏源;顾可伟;宋睿;景龙
【作者单位】兰州大学核科学与技术学院;中国科学院近代物理研究所;中国科学院大学
【正文语种】中文
【中图分类】TL816.3
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1.测量反应堆快中子注量率的电流型宽禁带半导体探测器设计
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5.基于闪烁体阵列的双端读出快中子探测器及其轴向位置校准方法
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一种基于聚乙烯的MCP中子探测器[发明专利]
![一种基于聚乙烯的MCP中子探测器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/894c78117c1cfad6185fa789.png)
专利名称：一种基于聚乙烯的MCP中子探测器专利类型：发明专利
发明人：张小东,欧阳晓平,姜文刚,谭新建,翁秀峰申请号：CN201710225170.3
申请日：20170407
公开号：CN106970412A
公开日：
20170721
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种应用于超快脉冲中子辐射场中测量中子时间谱的中子探测器，特别涉及一种利用中子与聚乙烯反应产生的反冲质子入射在MCP中产生二次电子并倍增输出脉冲电流信号，从而实现对中子测量的探测器。
用以克服现有技术中中子探测器时间响应慢的缺陷。
包括外筒、高压电缆头、信号电缆头，密封固定在外筒前端面的入射窗，密封固定在外筒后端面的出射窗，以及在所述外筒内沿入射中子传播方向依次固定设置的转换靶、二次电子倍增器件和陶瓷片，所述转换靶为聚乙烯片，所述二次电子倍增器件为叠放设置的若干MCP片，二次电子倍增器件两侧分别加载所述高压电缆头的阴极和阳极，所述信号电缆头的信号采集端设置在所述陶瓷片外侧。
申请人：西北核技术研究所
地址：710024 陕西省西安市灞桥区平峪路28号
国籍：CN
代理机构：西安智邦专利商标代理有限公司
代理人：倪金荣
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在类G4VProcess中被定义，不同的物理过程的设计在细节上是不同的。
（5）粒子和材料的定义
用于描述粒子和材料的物理特性来实现粒子与物质相互作用的模拟。粒子的 定义基于类G4ParticleDefinition
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基于MCP的快中子像探测器模拟研究与设计
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目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 MCP的模拟研究与设计
基于MCP的快中子像探测器模拟研究与设计
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设计概述
构成要素：事件产生器、探测器模拟、数据的重建和分析等 要求：(1)各个要素之间要有良好的交互窗口；
(2)这几个基本要素要能够被其它模块调用并使用。
设计理念（1）模块化
模块化的编写方式可以让使用者能够迅速 地调用所需的元素，提高了工作的效率
（2）灵活化
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天体物理
Geant4简介
加速器 设计
粒子 物理
原子核物理应用探测器 Nhomakorabea设计医学 物理
辐射防护
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Geant4简介
物理模型（核心）：包含了几乎所有的已知的粒子间相互作用（电磁
相互作用、弱相互作用、强子间强相互作用和光学现象）
Geant4简介
蒙卡方法：依靠重复的随机抽样以得到理想的数值结果
蒙卡方法解决问题的三个主要步骤： （1）构造或描述概率过程 （2）实现从已知概率分布抽样 （3）建立各种估计量
Geant4（for GEometry ANd Tracking）：基于蒙卡方法编写的程序
模拟粒子在物质中的输运过程的工具包，主要由粒子跟踪、几何模型、物 理模型和碰撞过程等几大模块组成。
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研究背景
微通道板（ Micro-channel Plate ）由于具有较高的增益和较好的空 间分辨被广泛的应用于X射线成像、电子成像等，但其在快中子成像领 域的应用还不太成熟。
图2 微通道板的结构示意图
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2、新型快中子MCP模拟研究 2-1：微通道板基体材料的优化选择 2-2：长径比的优化选择 2-3：不同层数微通道板转换效率的模拟计算
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目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 MCP的模拟研究与设计
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MCP的模拟研究与设计
1、铅玻璃MCP对快中子转换效率模拟研究 1） MCP模拟模型
MCP参数 长 宽 厚度 D(孔径) L(孔长) θ(倾斜角)
50mm 50mm 1mm 25μm
1mm
8°
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图3 仿真模型示意图
图4 不同层数微通道板的结构
所有的物理过程实现的代码对用户都是开 源的，使用者能够更方便地了解、修改或增加 自己所需的物理过程。
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设计概述
对粒子输运的模拟主要包括以下几部分： ① 几何和材料模型的构造 ② 粒子与物质相互作用物理模型的构建 ③ 粒子的跟踪及管理 ④ 碰撞过程的数字化及管理 ⑤ 事件和粒子轨迹的管理 ⑥ 可视化界面 ⑦ 与用户的交互界面
Geant4模块调用及关系框图
依据粒子的轨迹来由事件类来组成一 个事件，并由运行函数来储存这些事 件，从而完成一次束流在探测器中的 传输。最后使用数据提取类来处理这 些事件的堆积。
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设计概述
Geant4体系结构 （1）Event
Event类为初级粒子的产生，定义包括了初级粒子的种类，角分布，能量分 布等初级粒子的基本属性。
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设计概述
以上这些类要实现其功能，都要 求提供跟踪粒子的信息和它们正 在发生的物理作用过程信息。
跟踪类就负责根据步长进行粒子 轨迹的跟踪
过程类用于实现物理相互作用模 型的启用
几何模型类用于处理粒子在不同 几何模型之间的传输。
以上提到的过程都可以被跟踪类 调用，该类为几何体积内碰撞和 数字化过程提供粒子轨迹的状态 和信息。
数值分析
基于MCP的快中子像探测器模拟 研究与设计
2019.05.16
目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 MCP的模拟研究与设计
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基于MCP的快中子像探测器模拟研究与设计
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目录
一、选题背景 二、Geant4简介 三、 MCP的模拟研究与设计
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基于MCP的快中子像探测器模拟研究与设计
优势：
① 该程序所能模拟的粒子涵盖了大量的长寿命粒子、材料和元素， 能量范围从250eV一直到TeV量级均可模拟。
② 材料库也涵盖了大部分已知常用材料。 ③ 完善的粒子与物质相互作用的相关物理模型模块，建有完整的反应截
面数据库模块，可以方便调用并实现最优的模拟。 ④ 开源不收取版权使用费等优点
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研究背景
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1. 中子束 2. 入射窗 3. MCP+SCR 4. 真空腔 5. 反射镜 6. CCD相机
快中子像探测探测器示意图
基于MCP的快中子像探测器模拟研究与设计
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研究内容
采用 模拟程序 Geant4开展MCP转换效率的 研究，通过模拟完成以下工作： 1、铅玻璃MCP对快中子转换效率模拟研究
选题背景
快中子照相是一种重要的无损检测手段，是利用快中子射线 穿过被检测物时强度的变化，获得物体及其缺陷的一种成像方式。
图1 快中子照相原理图
目前用于快中子照相的探测系统，空间分辨率和转换效率普 遍偏低。研制高探测效率、高空间分辨的快中子像探测器，仍然 是推进快中子照相技术发展和应用的关键技术之一。
（2）几何和探测器系统
几何模块主要用于描述一个几何的结构和当初次粒子通过几何体后粒子的增 殖等。引入了逻辑体和物理体的概念。 实体：定义物体形状、大小 逻辑体：确定材料 物理体：确定位置
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设计概述
Geant4体系结构 （3）粒子的追踪
Geant4对粒子的跟踪依赖粒子的输运过程，每一个粒子在模拟要求的精度下 按照步长移动。每一个步长包含一系列反应，譬如粒子的散射，衰变，二次 粒子的产生等。