大面积中子闪烁探测器阵列技术研究

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中子探测器的技术发展与应用

中子探测器的技术发展与应用在现代科学技术的广阔领域中，中子探测器宛如一位默默耕耘的“幕后英雄”，在众多重要的应用场景中发挥着关键作用。

从基础科学研究到工业生产，从医疗诊断到国家安全，中子探测器的身影无处不在。

要理解中子探测器，首先得明白中子的特性。

中子是一种不带电的粒子，这使得它们难以直接被探测。

但科学家们凭借着智慧和不懈的努力，开发出了多种巧妙的技术来捕捉这些“神秘来客”。

早期的中子探测器主要基于核反应原理。

其中，最常见的是使用硼或锂等材料。

当中子与这些材料发生反应时，会产生带电粒子，如α粒子或质子。

这些带电粒子随后可以通过电离室、正比计数器或盖革计数器等装置被探测到。

这种方法虽然简单直接，但在探测效率和分辨率方面存在一定的局限性。

随着技术的不断进步，闪烁体探测器逐渐崭露头角。

闪烁体材料在受到中子撞击时会发出闪光，通过光电倍增管将这些闪光转化为电信号，从而实现对中子的探测。

闪烁体探测器具有较高的探测效率和时间分辨率，在许多领域得到了广泛应用。

例如，在核物理实验中，它们能够帮助科学家精确测量中子的能量和飞行时间。

半导体探测器是另一种重要的中子探测技术。

半导体材料如硅或锗在受到中子照射时会产生电子空穴对，通过外加电场收集这些电荷，就可以得到与中子相关的信号。

半导体探测器具有体积小、能量分辨率高的优点，特别适用于需要高空间分辨率和能量分辨率的应用，如中子谱学研究和材料分析。

近年来，基于微结构技术的中子探测器发展迅速。

例如，微通道板探测器和像素探测器等，它们能够实现对中子的高空间分辨率和高计数率探测。

这些新型探测器在中子成像和同步辐射实验等领域发挥着重要作用，为科学家提供了前所未有的研究手段。

中子探测器在众多领域都有着广泛而重要的应用。

在核能领域，它们用于监测核反应堆中的中子通量和能量分布，确保反应堆的安全运行。

通过对中子的精确探测，可以及时发现异常情况，采取相应的措施，避免核事故的发生。

在材料科学研究中，中子探测器可以帮助科学家了解材料的微观结构和动态过程。

CsI(Tl)闪烁探测器脉冲形状鉴别最优积分条件的探究方法

收稿日期:20221218基金项目:国家自然科学基金资助项目(11875297,U 2032140,12205096);浙江省自然科学基金资助项目(L Q 22A 050001)㊂作者简介:刘玲(1973 ),女,辽宁沈阳人,沈阳师范大学教授,博士;通信作者:王建松(1972 ),男,浙江宁海人,湖州师范学院教授,博士㊂第41卷第3期2023年 6月沈阳师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n )V o l .41N o .3J u n .2023文章编号:16735862(2023)03026107C s I (T l )闪烁探测器脉冲形状鉴别最优积分条件的探究方法刘玲1,王凤兰1,2,孙晓慧2,李鹏程2,3,黄年伟2,刘佳丽2,刘顺菊2,刘丝雨2,吴茂盛2,池铭璇2,王建松2(1.沈阳师范大学物理科学与技术学院,沈阳 110034;2.湖州师范学院理学院,浙江湖州 313000;3.兰州大学核科学与技术学院,兰州 730000)摘要:介绍了脉冲波形分析中用电荷积分法鉴别带电粒子的方法,给出了C s I (T l)脉冲波形粒子鉴别能力的评估方法㊂用VM E (v e r s a m o d u l ee u r o c a r d )数据获取系统的电荷积分插件Q D C 和基于P X I (P C I e x t e n s i o n s f o r I n s t r u m e n t a t i o n )的X I A 获取系统获取C s I (T l )闪烁探测器的脉冲信号波形各有优缺点㊂相较于过去在实验中利用Q D C 电子学插件对闪烁体的脉冲波形做快㊁慢成分的在线积分处理,该研究在X I A 获取系统采集的C s I (T l )闪烁体真实脉冲波形基础上,利用R O O T 数据分析软件,在离线数据处理过程中利用程序调整积分门的延迟和宽度,研究了积分门的延迟和宽度的变化对探测器粒子鉴别能力的影响㊂定义了一种简单㊁明了的判断方法,通过比较2种不同粒子在二维鉴别谱中的分布距离来判断在不同积分门延迟和宽度下粒子的鉴别能力并研究其变化规律,探究该方法的可行性,为以后采用电荷积分插件实验提供参考㊂关键词:C s I (T l)闪烁探测器;脉冲形状分析;带电粒子鉴别;积分法中图分类号:O 571.1 文献标志码:A d o i :10.3969/j .i s s n .16735862.2023.03.014A n e x p l o r a t i o nm e t h o do f o p t i m a l i n t e g r a l c o n d i t i o n s f o r p u l s e s h a pe i d e n t if i c a t i o no fC s I (T l )s c i n t i l l a t i o nd e t e c t o r L I U L i ng 1,WA N G F e n g l a n 1,2,S U N X i a oh ui 2,L I P e n g c h e n g 2,3,HU A N G N i a n w e i 2,L I U J i a l i 2,L I U S h u nj u 2,L I U S i y u 2,WU M a o s h e n g 2,C H I M i n g x u a n 2,WA N GJ i a n s o n g 2(1.C o l l e g eo fP h y s i c a lS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ,S h e n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y ,S h e n y a n g 110034,C h i n a ;2.S c h o o l o f S c i e n c e ,H u z h o uU n i v e r s i t y ,Z h e j i a n g Hu z h o u313000,C h i n a ;3.S c h o o l o fN u c l e a rS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ,L a n z h o uU n i v e r s i t y,L a n z h o u730000,C h i n a )A b s t r a c t :T h e p a r t i c l e i d e n t i f i c a t i o n w i t hc h a r g e i n t e g r a lm e t h o di n p u l s ew a v e f o r m a n a l y s i s i s i n t r o d u c e da n dt h ee v a l u a t i o nf o r m u l af o rt h ea b i l i t y o fC s I (T l )p a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o nb yp u l s e w a v e f o r ma n a l y s i s i s g i v e n i nt h i s p a p e r .T h e r ea r es o m ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s f o rVM E (v e r s am o d u l e e u r o c a r d )d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e mu s i n g c h a r g e i n t e g r a l e l e c t r i cm o d u l eQ D Ca n d t h e X I Aa c q u i s i t i o n s y s t e m b a s e do nP X I (P C Ie x t e n s i o n sf o rI n s t r u m e n t a t i o n )b y r e c o r d i n g th ef u l l p u l s ew a v e f o r m.O t h e r t h a n t h eu s u a lw a y t o i n t e g r a t e t h e c h a r g eo f f a s t a n ds l o wc o m p o n e n t so f t h e s c i n t i l l a t o r p u l s ew a v e f o r mo n l i n e u s i n g Q D C i n t h e e x p e r i m e n t ,a t t h e p r e s e n tw o r k ,t h e d e l a y a n dw i d t ho f t h e i n t e g r a t i n gg a t eh a v eb e e na d j u s t e d t os t u d y t h e i r e f f e c t so n t h e a b i l i t y of p a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o nu s i n g t h eR O O Ts o f t w a r e i no f f l i n e a n a l y s i sb a s e do n t h e r e a l p u l s ew a v e f o r mo fC s I(T l)s c i n t i l l a t o r o b t a i n e db y X I Ad a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m.I n o r d e r t o e s t i m a t e t h e a b i l i t y o f p a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o nw i t h d i f f e r e n t i n t e g r a t i n g g a t e a n d s t u d y t h e r e g u l a r i t y,a c o n c i s e f o r m u l a i s d e f i n e d b yc o m p a r i s o no f t h ed i s t a n ce of t h e t w ok i n d so f p a r t i c l eo n t h e t w o-d i m e n s i o ns p e c t r u mf o r p a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o n,e x p l o r e t h ef e a s i b i l i t y o f t h i s m e t h o da n d p r o v i d er e f e r e n c ef o r f u t u r ee x p e r i m e n t su s i n g c h a r g e i n t e g r a t i o n p l u g i n s.K e y w o r d s:C s I(T l)s c i n t i l l a t i o nd e t e c t o r;p u l s es h a p ea n a l y s i s;c h a r g e d p a r t i c l e i d e n t i f i c a t i o n;i n t e g r a t i o nm e t h o dC s I(T l)闪烁探测器的发展已有百余年,其初期一直被用于电离辐射的探测㊂近年来,随着其性能的不断提升和优化,C s I(T l)闪烁探测器被更加广泛应用于放射束物理实验中[14]㊂C s I(T l)晶体的时间响应快㊁易加工储存㊁有较高的阻止本领和抗辐射能力,可用脉冲形状甄别技术甄别不同粒子,并且价格低廉,常用于中能重离子引起的核反应中带电粒子能量和位置的测量[56]㊂C s I(T l)晶体产生的闪烁光包含上升和衰减2个部分,其衰减部分包含快㊁慢2种成分,闪烁光荧光光子经光电转换器件收集㊁转换㊁放大,在阳极输出电脉冲信号,此电脉冲信号为包含快㊁慢成分的脉冲波形[7]㊂脉冲波形分析[813]可实现粒子种类的鉴别,常见的粒子鉴别算法有波形拟合法㊁积分法[14]㊁模糊聚类算法[1516]和矩阵算法㊂在过去的实验中,应用较为成熟的粒子鉴别算法为积分法㊂对于包含快㊁慢2种成分的脉冲波形可以利用积分法鉴别粒子的种类,在脉冲波形上选取快㊁慢成分所对应的时间区间进行积分,得到快㊁慢成分的电荷量,通过画二维谱可以得到分布在不同曲线上的不同粒子,并实现粒子种类的区分㊂积分门的延迟和宽度的变化会得到不同的快㊁慢成分的电荷量,二维谱中的曲线的分布也会随之发生变化,所以积分门的延迟和宽度的选取对探测器的粒子鉴别能力有很大的影响[14]㊂对于传统的VM E数据获取系统,积分法鉴别粒子需要在实验时设定快㊁慢成分的电荷积分门,利用电荷积分插件Q D C对闪烁体的脉冲波形实现快㊁慢成分的积分㊂这种方法对获取系统的数据传输能力和存储能力要求低,便于大规模通道实验,但是如果积分门和延迟时间选择不当,则有可能导致粒子鉴别效果不好,影响整个实验数据的质量㊂基于P X I的X I A获取系统可以将实验中真实的C s I(T l)闪烁探测器输出的每个粒子的脉冲波形完整记录下来,利用数据处理软件R O O T分析,查看每个事件的脉冲波形,逐个事件处理数据,可剔除其中的异常波形,在每一个脉冲波形上设置快㊁慢成分的电荷积分门,编写程序调整电荷积分门的延迟时间和宽度,计算不同的积分门延迟和宽度下探测器的粒子鉴别效果㊂这种方法虽然对数据传输能力和存储能力要求较强,可以通过后期软件处理保证粒子鉴别的效果㊂高辉等已经在文献[14]中利用模拟数据讨论过不同电荷积分门延迟和宽度下的粒子鉴别效果,找到了最佳电荷积分门延迟和宽度的规律㊂本文旨在利用真实实验数据,给出粒子鉴别效果的判断方法,讨论不同积分门延迟和宽度下的粒子鉴别效果,探究该方法的可行性㊂1 C s I(T l)探测器的工作原理C s I(T l)晶体的光输出总量依赖于C s I本身的属性和T l掺杂量,其产生的脉冲波形与入射粒子的能量㊁原子序数和质量数相关㊂不同的带电粒子在探测器中产生的闪烁光脉冲中快㊁慢成分的比例不同,所以得到的脉冲波形也有所差异[17]㊂脉冲波形中包含着带电粒子的A,Z等信息,可以应用脉冲波形分析的方法进行带电粒子种类的鉴别㊂一定能量的带电粒子入射到C s I(T l)晶体表面,激发形成平均电离密度为ρ的闪烁光脉冲由快㊁慢成分组成,t时刻的闪烁光脉冲形式可表示为N(t)ʈN f(ρ)τf e-t/τf+N s(ρ)τs e-t/τs(1)其中:N f(ρ),N s(ρ)分别为一次闪烁光脉冲中快㊁慢成分所包含的光子数;τf,τs分别表示快㊁慢成分的衰减时间;快㊁慢成分包含的光子数的比值N f(ρ)/N s(ρ)随ρ的增加而增加;τs基本与电离密度ρ无关;τf 是电离密度ρ的函数[18]㊂C s I(T l)晶体形成的闪烁光荧光光子经光导被光电转换器件收集㊁转换㊁放大,在阳极输出电脉冲信号,图1所示为本次实验获得的一个典型的脉冲波形,衰减部分的快㊁慢2种发光成分分别用虚线和点262沈阳师范大学学报(自然科学版)第41卷划线表示㊂C s I (T l )闪烁探测器的光输出与时间成指数关系,光输出的脉冲波形表达式如下:L (t )=h f a s t τf a s t e x p -t τæèçöø÷f a s t +h s l o w τs l o w e x p -t τæèçöø÷s l o w -h f r o n t τf r o n t e x p -t τæèçöø÷f r o n t (2)式中:第1项为脉冲波形衰减部分的快成分,称为f a s t ;第2项为衰减部分的慢成分,称为t a i l ;第3项是脉冲的上升部分;h f a s t ,h s l o w 和h f r o n t 是与电离密度相关的发光强度;τf a s t ,τs l o w 是衰减时间常数;τf r o n t 是信号的上升时间常数,一般为10~100n s ㊂因为具有很快的上升时间,而衰减的时间很长,因此,上升部分经常被忽略[14]㊂图1 C s I (T l )晶体的脉冲波形示意图F i g .1 S c h e m a t i cd i a g r a mo f p u l s ew a v e f o r mo f C s I (T l )c r ys t a l 2 实验设置及探测器布局实验中使用8ˑ8单元阵列C s I (T l )闪烁探测器,整个探测器的前表面设计成球面状,由64块C s I (T l )探测器单元构成㊂C s I (T l )晶体单元加工成前表面为21mmˑ21mm ㊁后表面为23.1mmˑ23.1mm ㊁高为50mm 的棱台,读出单元为日本滨松公司生产的R 1213型光电倍增管P MT (ph o t o m u l t i p l i e r t u b e ),其光阴极为φ=19mm 的圆面㊂为了更好耦合晶体与P MT ,用航天有机玻璃加工成光导连接C s I (T l)晶体的后表面与P MT 的光阴极㊂光电倍增管用铁筒屏蔽,晶体前表面用铝箔包裹,晶体侧面及光导用特氟龙膜包裹以增加光收集效率[1920]㊂本次实验是在兰州放射性束流线装置[21](R I B L L 1)上开展的,R I B L L 1的结构如图2所示㊂由H I R F L 提供的58AM e V 的13C 束流,轰击R I B L L 1中T 0处的次级束流产生靶9B e 得到前冲的6H e 粒子束流,4块二级铁设定磁刚度B ρ,经二级铁D 1选择,穿过C 1处的降能片,再经过二级铁D 2的选择纯化进入靶室T 1,穿过飞行时间起始探测器,再经过二级铁D 3,D 4的传输进入靶室T 2,穿过飞行时间停止探测器,得到次级束流6H e ,与大圆靶室内的反应靶发生反应㊂初级束13C 的平均流强为100e n A ,初级靶为厚度6mm 的B e 靶,降能器是厚度2mm 的A l ,在T 2处获得流强>3000p p s ㊁能量为30AM e V 的6H e 次级束流,纯度约为90%㊂相距17m 的T 1与T 2处的飞行时间探测器测量飞行时间(T O F ),用于次级束流的逐个事件鉴别㊂次级束射入真空大圆靶室内,靶室内探测器布局如图3所示,反应靶前放置2个双面硅微条探测器(D S S D ),依次记为S i _1,S i _2,D S S D 的正反面均有16条硅微条,用于测量与P b 靶反应前次级束带电粒子与硅微条作用的能量损失和径迹㊂靶后放置2个D S S D ,记为S i _3,S i _4,其正反面均有32条硅微条,用于测量与P b 靶反应后粒子与硅微条作用的能量损失和径迹㊂最后放置1个8ˑ8单元阵列C s I(T l )闪烁探测器,用于测量反应后带电粒子的能量和位置㊂真空靶室外放置7个B C 501A 液体闪烁体探测器,用于靶后中子的测量㊂数据获取采用VM E +基于P X I 的X I A 获取系统同步获取的方案,由VM E 获取t r i g g e r 给X I A 作为外部t r i g g e r ,VM E 与X I A 用同一脉冲发生器对齐㊂传统的VM E 获取系统直接将电信号经过成型后在A D C 将脉冲波形的峰值读出,记录信号的幅度㊂基于P X I 的X I A 获取系统可以直接处理前置放大信号并且直接获取信号波形,以提供更多更全面的信息㊂在数据处理时,将VM E 获取的数据与X I A 获取的数据组成新的数据文件㊂VM E 获取系统经A D C 读出信号的峰值,记为C s I ;X I A 获取系统获取真实的脉冲波形,并利用R O O T 找到脉冲波形的峰362 第3期刘玲,等:C s I (T l )闪烁探测器脉冲形状鉴别最优积分条件的探究方法值,记为p k C s I ㊂新文件中p k C s I 和C s I 为线性关系则说明事件同步匹配㊂图2 兰州放射性束流线F i g .2 R I B L L1图3 真空靶室内探测器布置示意图F i g .3 L a y o u t d i a g r a mo f d e t e c t o r i n v a c u u mt a r ge t r o o m 3 积分法C s I (T l )闪烁探测器输出包含带电粒子信息的脉冲波形,在脉冲波形上对快㊁慢成分设置f a s t g a t e 和s l o w g a t e 电荷积分门,对f a s t g a t e 积分得到的是Q f a s t ,对s l o w g a t e 积分得到的是Q s l o w ㊂做Q f a s t 和Q s l o w 二维谱,在Q f a s t 和Q s l o w 二维谱上不同的带电粒子分布在不同的曲线上,实现带电粒子的鉴别㊂积分门的延迟和宽度的变化会影响粒子的鉴别效果[14]㊂C s I (T l )晶体的光输出的脉冲波形可用式(2)描述,忽略掉上升时间的影响,可将式(2)简化为如下形式:L (t )=h f a s t τf a s t e x p -t τæèçöø÷f a s t +h s l o w τs l o w e x p -t τæèçöø÷s l o w (3)式中:τs l o w 是常数,约为4~7μs ;τf a s t ,h f a s t 与h s l o w 的比值(R )与粒子的种类(A ,Z )和能量E 有关,它们可用如下方程来表达[7]:R (E ,q )=R 0q 1/41-e x p -d q 1/4E æèçöø÷éëêêùûúúQ (4)τf a s t (E ,q )=τ0+τ1q 0.18341-e x p -d q 1/4E æèçöø÷éëêêùûúúQ (5)式(4)和式(5)中τ0,τ1,R 0和d 都是常数,由实验数据拟合而得到,而q =AZ 2(6)并且Q (q )=0.2851-e x p -q 0.æèçöø÷éëêêùûúú611q 0.102(7)由此知道h f a s t /h s l o w 是关于E ,A ,Z 的函数,也就是C s I (T l )晶体光输出包含了粒子的能量E 和种类(A ,Z )的信息㊂对式(3)积分可得到总的光输出:ʏɕ0L (t )d t =h f a s t +h s l o w (8)总的光输出有一个近似的公式[22]:L (E )=a 0+a 1E -a 2A Z 2l n E +a 2A Z 2a 2A Z æèçöø÷éëêêùûúú2(9)式中:a 0,a 1和a 2为常数;由式(4)和式(8)可以确定h f a s t 和h s l o w 的值㊂对式(3)用不同的时间区间进行积分就可以得到Q f a s t 和Q s l o w 的值,在Q f a s t 和Q s l o w 二维谱上不同粒子分布在不同的曲线上,由此实现粒子的鉴别㊂式(9)是总的光输出与粒子能量及种类的关系,可以用来刻度不同粒子的不同光输出总量所对应的能量㊂4 脉冲波形最优积分条件的研究R O O T 是一种面向对象的数据分析处理软件,是用C++编写的一种界面化的分析程序,它可以方便快捷地进行高能物理与核物理方面大数据量的分析和处理,其提供了柱状图㊁拟合工具㊁二维谱等常用的工具㊂R O O T 平台能够兼容C ++语言,用户可以根据自己的要求编写分析程序或再次开发㊂462沈阳师范大学学报(自然科学版) 第41卷本实验采用的基于P X I 的X I A 获取系统会记录下C s I (T l )闪烁探测器输出的每个事件的脉冲波形,在R O O T 环境下编写程序逐个事件分析脉冲波形,在脉冲波形上设置图1所示的快㊁慢成分的电荷积分门,做积分得到电荷量Q f a s t 和Q s l o w ,以Q f a s t 为横坐标,Q s l o w 为纵坐标,做Q f a s t -Q s l o w 二维谱,不同的带电粒子分布在不同的曲线上,实现反应靶后带电粒子种类的鉴别㊂次级束粒子的种类B ρ+(ΔE -T O F )方法鉴别㊂次级束粒子在R I B L L 1中经过二级铁时做圆弧运动,此时粒子所受的洛伦兹力提供向心力,即公式(10),其中ρ为圆弧轨道半径㊂B q v =m v 2ρ(10)简化得公式(11):B ρ=m q v (11)粒子经T 1到T 2的飞行时间T O F 与粒子的速度v 的关系由公式(12)计算㊂L =v t (12) 实验时4块二级铁的磁刚度B ρ均设置为定值,实验中T 1到T 2的距离L =17m ,飞行时间T O F 可测得,由公式(12)确定速度v ,已知B ρ和速度v 可确定粒子的质量和电荷的比值m /q ㊂粒子在D S S D 上的能量损失ΔE 可鉴别粒子的电荷数Z ㊂结合4块二级铁的磁刚度B ρ㊁探测器S i _1上次级束粒子的能损ΔE 和粒子经T 1至T 2的飞行时间(T O F ),就可以鉴别粒子的质量数A 和电荷数Z ,得到T O F -ΔE 二维谱,在T O F-ΔE 二维谱上便可以鉴别靶前带电粒子的种类,如图4所示㊂在T O F -ΔE 二维谱上对每种粒子卡窗,对于经过反应靶大部分未发生反应的粒子,可与Q f a s t -Q s l o w 二维谱上所鉴别的粒子种类进行比较[23],如图5所示㊂图4 T O F -ΔE 二维谱F i g .4 T O F -ΔE t w o -d i m e n s i o n a l s p e c t r u m 图5 Q f a s t -Q s l o w 二维谱F i g .5 Q f a s t -Q s l o w t w o -d i m e n s i o n a l s pe c t r u m 因粒子与硅微条作用时存在沟道效应或打偏的情况,导致一条硅微条读出的能量值小,故在T O F -ΔE 二维谱上6H e 可能与氚(t )落在同一区域,在卡窗选择t 粒子时就包含这部分6H e 粒子,所以在Q f a s t -Q s l o w 二维谱中出现t 中包含着6H e ,比照6H e 正常位置可以认定图5中所示位置为t ㊂在Q f a s t -Q s l o w 二维谱上定义一条过6H e 的直线A x +B y +C =0,选取t 和部分6H e ,应用公式(13)求出所选中粒子到该直线的距离:d =A x +B y +C A 2+B2(13) 利用R O O T 分析得图6所示的粒子距离分布的一维谱,对图6中的t 和6H e 两峰高斯拟合,得到两峰的中心值d 1,d 2和表征峰的宽度的参数σ1和σ2㊂将拟合得到的两峰的中心值的差值与两峰表征宽度的参数之和的比值定义为R ,即为公式(14),R 值的大小可反映粒子鉴别效果,与品质因子定义类似㊂R =d 2-d 1σ1+σ2(14) 为验证这种鉴别方式的可行性,选定一个f a s t g a t e 区间进行计算(以f a s t g a t e :0~50n s 为例)㊂计562 第3期刘玲,等:C s I (T l )闪烁探测器脉冲形状鉴别最优积分条件的探究方法算过程中改变s l o w g a t e区间的延迟和宽度,得到不同s l o w g a t e积分门延迟和宽度下的R值㊂将计算得到的R值在图7中表现出来,可以看出,随着s l o w g a t e积分门的改变,R值的变化有一定的规律㊂结果表明,将s l o w g a t e积分门的起点选在峰值后+300n s~+400n s,终点选在峰值后+1500n s~+1 800n s均可得到较优的鉴别效果㊂图6粒子距离分布一维谱F i g.6O n e-i m e n s i o n a l s p e c t r u mo f p a r t i c l ed i s t a n c ed i s t r i b u t i o n图7粒子鉴别效果比较图F i g.7C o m p a r i s o nd i a g r a mo f p a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o ne f f e c t5结语在R O O T环境下,对X I A获取系统获取的闪烁光脉冲波形应用脉冲波形分析的积分法鉴别带电粒子,利用点到直线的距离公式计算粒子分布的距离,计算得到可反映鉴别效果的R值,随着s l o w g a t e 积分门的延迟和宽度的变化,R值显现出明显的变化规律㊂足以说明用这种方法研究粒子鉴别效果是可行的㊂本文讨论了该方法的可行性,在后续的工作中应用该方法计算可得到积分法鉴别带电粒子时积分门的最佳区间范围,为以后利用Q D C插件做脉冲形状粒子鉴别的实验提供了参考㊂参考文献:[1]李松林,诸永泰,靳根明,等.中能重离子核反应产物测量装置4π带电粒子探测设备的研制[J].核电子学与探测技术,2002,22(6):485488.[2]S W E A N YS,L Y N C H W G,B R OWN K,e t a l.R e a c t i o nl o s s e so f c h a r g e d p a r t i c l e s i nC s I(T l)c r y s t a l s[J].N u c lI n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA,2021,1018:165798.[3]L IG,L O UJL,Y E Y L,e t a l.P r o p e r t y i n v e s t i g a t i o no f t h ew e d g e-s h a p e dC s I(T l)c r y s t a l s f o rac h a r g e d-p a r t i c l e t e l e s c o p e[J].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA,2021,1013:165637.[4]MA W H,P A T E L D,Y A N G Y Y,e ta l.O b s e r v a t i o no f6H e+t c l u s t e rs t a t e s i n9L i[J].P h y sR e vC,2021, 103(6):L061302.[5]MA S T I N U PF,M I L A Z Z OP M,B R U N O M,e t a l.C a l i b r a t i o no fC s I(T l)s c i n t i l l a t o r s f o rh e a v y i o n s(3-Z-54)i naw i d e e n e r g y r a n g e(E u-60M e V/u)[J].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA,1994,338(2/3):419424.[6]S T R A C E N E R D W,S A R A N T I T E S D G,S O B O T K A L G,e t a l.D w a r f b a l l a n d d w a r f w a l l:D e s i g n,i n s t r u m e n t a t i o n,a n dr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so fa4πC s I(T l)p l a s t i c p h o s w i c h m u l t i d e t e c t o rs y s t e m f o rl i g h tc h a r g ed p a r t i c le a n d i n t e r m e d i a t em a s sf r ag m e n t s p e c t r o m e t r y[J].N u c l I n s t r u m M e th o d sP h y sR e sS e c tA,1990,294(3):485503.[7]K AMA N I N D V,WA G N E R W,O R T L E P P H G.A m e t h o df o r t h e i n t r i n s i cc a l i b r a t i o no fC s I(T l)d e t e c t o r s[J].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA,1998,413(1):127137.[8]A V D E I C H I K O V V,G H E T T IR,G O L U B E V P,e ta l.E n e r g y c a l i b r a t i o no fC s I(T l)s c i n t i l l a t o ri n p u l s e-s h a p ei d e n t i f i c a t i o n t e c h n i q u e[J].N u c l I n s t r u ma n d M e t h o d sP h y sR e sS e c tA,2003,501(2/3):505513.[9]K R E U T ZP,KÜHM I C H E L A,P I N K E N B U R G C,e ta l.P h o t o d i o d er e a d o u ta n d p u l s es h a p ea n a l y s i so fC s I(T l) s c i n t i l l a t o r s i g n a l s[J].N u c l I n s t r u ma n d M e t h o d sP h y sR e sS e c tA,1987,260(1):120123.662沈阳师范大学学报(自然科学版)第41卷[10]G O N G W G ,K I M Y D ,P O G G IG ,e t a l .R e s o l u t i o nt e s t so fC s I (T l )s c i n t i l l a t o r s r e a do u tb ypi nd i o d e s [J ].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA ,1988,268(1):190199.[11]S A R A N T I T E S D G ,HU A P F ,D E V L I N M ,e ta l . T h e m i c r o b a l l d e s i g n ,i n s t r u m e n t a t i o n a n d r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f a4π-m u l t i d e t e c t o re x i t c h a n n e l -s e l e c t i o nd e v i c e f o rs p e c t r o s c o p i ca n dr e a c t i o n m e c h a n i s m s t u d i e s w i t hG a mm a s p h e r e [J ].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA ,1996,381(2/3):418432.[12]A I E L L O S ,A N Z A L O N E A ,C A R D E L L A G ,e ta l .L i g h t r e s p o n s ea n d p a r t i c l e i d e n t i f i c a t i o n w i t hl a r geC s I (T I )c r y s t a l s c o u p l e d t o p h o t o d i o d e s [J ].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA ,1996,369(1):5054.[13]A L D E R I G H IM ,A N Z A L O N E A ,B A S S S I N IR ,e t a l .P a r t i c l e i d e n t i f i c a t i o nm e t h o d i n t h eC s I (T l )s c i n t i l l a t o ru s e df o r t h eC H I M E R A4πd e t e c t o r [J ].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA ,2002,489(1/3):257265.[14]高辉,高启,肖国青,等.阵列C s I (T l )探测器鉴别轻带电粒子[J ].核电子学与探测技术,2008,28(6):11061109.[15]W I R T H R ,F I O R IE ,L O E H E R B ,e ta l .P a r t i c l ei d e n t i f i c a t i o n u s i ng c l u s t e r i n g a l g o r i th m s [J ].N u c lI n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA ,2013,717:7782.[16]S A V R A N D ,L ÖH E R B ,M I K L A V E C M ,e ta l .P u l s es h a p ec l a s si f i c a t i o ni nl i q u i ds c i n t i l l a t o r su s i n g t h e f u z z y c -m e a n s a l g o r i t h m [J ].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA ,2010,624(3):675683.[17]L A R O C H E L L EY ,B E A U L I E U L ,D J E R R O U DB ,e t a l .E n e r g y -l i g h t r e l a t i o n f o rC s I (T 1)s c i n t i l l a t o r s i nh e a v y i o n e x p e r i m e n t s a t i n t e r m e d i a t e e n e r g i e s [J ].N u c l I n s t r u m M e t h o d sP h y sR e sS e c tA ,1994,348(1):167172.[18]王高昇,诸永泰,王晓明,等.C s I (T I )闪烁探测器用于粒子鉴别[J ].高能物理与核物理,1989,13(5):440444.[19]姚向武,杨彦云,王建松,等.8ˑ8单元C s I (T l )探测阵列研制[J ].原子能科学技术,2010,44(3):358361.[20]金仕纶,王建松,王猛,等.ΔE -E 望远镜在9C 碎裂反应上的应用[J ].原子能科学技术,2012,46(4):385389.[21]Z HA N W L ,G U OZY ,L I U G H ,e t a l .R a d i o a c t i v e i o nb e a ml i n e i nL a n z h o u [J ].S c iC h i n aS e rA ,1999,42(5):528536. 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新型亚纳秒有机闪烁纤维中子探测器

新型亚纳秒有机闪烁纤维中子探测器丁楠;刘亚南;吴静;谢鸿志;陈亮【摘要】介绍了一种应用于脉冲中子时间谱测量的新型亚纳秒有机闪烁纤维中子探测器,叙述了这种中子灵敏型探测器的探测原理,详细阐述了探测器的结构设计及具体的制作工艺,并给出了达到的技术指标.同时报道了为制作探测器而研制的一种新型亚纳秒有机闪烁纤维,介绍了闪烁纤维的选材、制作及其时间响应特性.【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2014(009)001【总页数】5页(P93-96,100)【关键词】有机闪烁纤维阵列;中子灵敏度;时间响应;中子探测器【作者】丁楠;刘亚南;吴静;谢鸿志;陈亮【作者单位】中国电子科技集团公司第八研究所,合肥230000;中国电子科技集团公司第八研究所,合肥230000;中国电子科技集团公司第八研究所,合肥230000;西北核技术研究所,西安710024;西北核技术研究所,西安710024【正文语种】中文【中图分类】TL8120 引言脉冲中子辐射场是由脉冲中子、γ射线及电磁脉冲等组成的混合辐射场，具有强度大、动态范围宽、时间快等特点。

脉冲中子时间谱测量除要求探测器满足脉冲探测的基本要求外还需要解决以下几个突出难点：空间距离限制、γ射线干扰、散射本底等。

闪烁型探测器是辐射探测领域较为常见的一类探测器，工作在电流模式，可实现灵敏度调节，比较适合脉冲辐射场探测。

但是普通的闪烁型探测器不适合脉冲中子测量，因为其对γ射线的响应灵敏度强于对中子的响应灵敏度。

闪烁薄膜和有机闪烁纤维阵列中子探测器是用于脉冲中子测量的闪烁型探测器，它们优化了结构设计使探测器具有抑制γ射线干扰的能力，但其光电转换装置需要安置在闪烁体附近收集闪烁体发光，为了降低散射中子和γ射线对光电转换器的干扰，要对光电转换器进行严格的准直和屏蔽，受空间距离的限制使准直和屏蔽难以达到要求，故此类探测器也难以满足中子时间谱测量的要求。

因此，研制具有强抗电磁干扰能力、高n/γ灵敏度比值、低屏蔽要求、快时间响应的中子探测器是实现脉冲中子时间谱测量的重要内容。

中子散射关键技术及前沿应用研究

中子散射关键技术及前沿应用研究中子散射是一种研究物质结构和性质的重要技术。

通过测量中子与原子或核子相互作用时的散射情况，可以揭示材料内部的结构、动态和磁性等信息。

中子散射技术广泛应用于材料科学、物理、化学、生物学等领域，对于推动科学研究和技术发展起着重要作用。

中子散射技术的研究历史可以追溯到上世纪30年代。

当时，人们已经意识到中子是一种非常适合用于研究原子结构的粒子，因为中子的波长与原子尺度相当，能够深入物质内部。

随着核能技术的发展，中子散射技术逐渐得到了推广和发展。

中子散射技术的关键在于有效控制中子的能谱和散射方向。

为了实现这一目的，科研人员们设计了各种中子源和中子散射实验装置。

常见的中子源包括核反应堆、加速器和中子散裂器等，这些源能够产生足够能量和强度的中子束。

而中子散射装置则通常包括中子散射仪、探测器、样品台等组件，用于测量中子与样品相互作用时的散射信息。

在实际应用中，中子散射技术可以用于多种材料的研究。

例如，通过中子散射技术可以研究晶体材料的晶格结构和缺陷，探测材料的磁性和电荷分布，揭示生物分子的结构和动态等。

中子散射还可以应用于催化剂研究、聚合物材料分析、生物医药领域等。

近年来，随着中子散射技术的不断进步，许多新的应用领域也逐渐展现出来。

例如，中子散射在纳米材料研究中的应用越来越受到关注。

由于中子的波长与纳米尺度相当，中子散射技术可以有效地研究纳米颗粒的结构与动态性质，为纳米材料的设计与制备提供重要信息。

此外，中子散射在生物医学领域的应用也逐渐增多。

通过中子散射技术可以研究生物大分子的结构和功能，了解蛋白质、核酸等生物分子在生物体内的相互作用和运动方式，为药物设计和疾病治疗提供重要参考。

除了基础研究和应用领域外，中子散射技术还在其他领域展现出了广阔的前景。

例如，在材料工程领域，中子散射技术可以用于研究材料的疲劳、腐蚀、变形等问题，为材料设计和工程应用提供重要信息。

在环境科学领域，中子散射技术可以用于研究大气、水体和土壤中的微观过程，为环境保护和资源利用提供支撑。

中子探测器的研究现状与发展趋势

科学技术创新2019.34的特点。

在这一时间段内，浦口区和江宁区进入经济迅速发展的阶段，相应的高档酒店的数量也随之增加，这也使得标准离差椭圆的发展主轴由于来自其偏东方向的江宁区和偏西方向的浦口区的拖拽作用而发生了偏移，这也体现了南京经济发展和城市建设的先后顺序和发展特点。

05年以来，通过标准离差椭圆的偏转角度可以看出，酒店的扩张方向再次发生偏移，平均在170度左右，又回到了近似于南———北走向。

与此同时，标准离差椭圆的面积不断扩大，长轴与短轴的长度也在不断增加，这说明酒店数量在不同方向上均有扩张，但主要的扩张方向又变成了近似于南———北走向。

在这一时期，栖霞区由于大学城的带动而迅速崛起，位于南京南北方向的六合区、高淳区、溧水区也有了相应的发展，在多重因素的综合作用下，使得酒店的扩张规模不断增大，扩张方向沿着南北方向逐渐稳定下来。

b.从扩张时间来看以新街口为中心，将南京划分为四个象限综合分析南京高档酒店的时空分异规律。

如图6所示，横轴代表年份，纵轴代表新增酒店距离南京经济中心的直线距离，其中直线距离是通过ArcGIS 中的测距工具获得。

通过读图，可以发现四个象限在时间和扩张距离上存在某些重要特征。

首先，随着时间推移，距离市中心距离较远的酒店纷纷出现，且数量越来越多，酒店从集中分布逐渐走向分散，但总体上来讲还是以经济中心为核心，呈现出一种组团式的分布特征；其次，第一象限是四个象限中起步最早的，而第三象限发展起步最晚，说明新街口东北方向首先进行了发展，而其西南方向的区域在改革开放后很长一段时间内都没有充分的进行发展；最后，在12年到19年这段时间，酒店数量经历了爆发式的增长，并且新增酒店距离新接口的距离幅也大幅展宽，这与南京近些年来经济、政治、社会、文教等各个领域的发展是有密切联系的。

4结论与讨论本文采用定量手段，以城市高档酒店这一典型因子来研究城市空间结构的时间演化特征，通过还原部分城市建设的历史，来把握城市建设的特点，并以此对城市发展做出相应的预测。

SiC中子探测器的研究进展

能制成高纯单晶体，在高偏压下正反向电流特性好
便于机械加工成势垒接触或欧姆接触，抗腐蚀
表２室温下ＳＣ与Ｓ、、ＡｉｉＧｅＧａｓ晶体
基势垒型和ＰＮ结型两种。Ｉ
的主要参数
图１ａ为４Ｓ（）Ｈ— ｉＣ中子探测器肖特基二极管示意图¨ｍ。在３０Ｉ厚的高纯４ ’ ¨ ５ｍｘＨ
和分析了ＳＣ的材料特性，ｉｉＳＣ中子探测器的结构、工作原理、国内外发展现状以及存在的问题，对我并
国中子探测器的发展趋势进行了探讨。
关键词：碳化硅；中子探测器；耐高温；抗辐射；展进
中图分类号：Ｔ１Ｌ８２＋．２文献标识码：Ａ文章编号：０５－３（０１１－０２０２８０４２１）２０７－６９
原子层的堆垛排序不同，可划分为立方密排的闪锌矿（）六角密排的纤锌矿（和菱形Ｃ、Ｈ）（）Ｒ三种基本结构类型。最常见的三种多型体为３Ｃ—ＳＣ、Ｈ —ＳＣ和６ —ＳＣ（、ｉ４ｉＨｉ３４或６代表每经过３４或６Ｓ — 、个ｉｃ双原子层堆垛重新重复排列）其中４Ｓ，Ｈ— ｉＣ工艺最为成熟，材料
中子探测在核医学及临床诊断、电站安核全检测系统、环境检测系统、核厚度相对较小，射线的响应能谱都集中在５０ｋＶ以下，０ｅ因此通过核反应和反冲
探测、空间物理学、航天航空和工业应用等众多领域都有着极其重要的意义 ¨ 。但气体、闪

粒子物理学中的探测器技术解析

粒子物理学中的探测器技术解析粒子物理学是研究物质最基本组成和相互作用的学科，它帮助我们更深入地了解宇宙的起源和本质。

而探测器技术在粒子物理实验中扮演着至关重要的角色。

本文将探讨一些常见的粒子物理探测器技术，并解析其原理和应用。

一、放射性探测器放射性探测器是粒子物理实验中最基本的探测器之一。

它利用放射性物质通过放射性衰变释放的粒子来检测粒子的性质和能量。

常见的放射性探测器有闪烁体探测器和气体探测器。

闪烁体探测器通过闪烁效应来检测粒子。

当粒子经过闪烁体时，其能量会被转化为光子。

闪烁体中的荧光物质会发光，光信号被光电倍增管放大并测量。

闪烁体探测器常用于测量低能量的粒子，如电子和光子等。

气体探测器则利用粒子通过气体介质时引起的电离和电子乘以倍增仪器中的放大器放大。

常见的气体探测器有电离室和比例计数器等。

气体探测器适用于高能量粒子的测量，如带电粒子和中子。

二、追踪探测器追踪探测器用于测量粒子的轨迹，可以帮助研究人员了解粒子的运动规律和相互作用过程。

常见的追踪探测器有闪烁纤维探测器和硅微条探测器。

闪烁纤维探测器是一种利用闪烁纤维管道来探测粒子轨迹的仪器。

当粒子通过闪烁纤维时，闪烁纤维中的荧光物质会被激发产生光信号。

光信号经过光电倍增管增强和测量，可以得到粒子的轨迹信息。

硅微条探测器则是一种利用硅微条来探测粒子轨迹的探测器。

硅微条探测器由许多狭窄而长的硅微条组成。

当粒子经过硅微条时，会在其中产生电荷。

通过测量不同微条上的电荷，可以重建出粒子的运动轨迹。

三、量能探测器量能探测器用于测量粒子的能量。

粒子的能量是粒子物理实验中一项重要的特征之一，它帮助研究人员了解粒子的性质和相互作用。

常见的量能探测器有电离室和色散计数器等。

电离室是一种利用粒子在气体介质中电离引起的电荷来测量粒子能量的仪器。

粒子穿过电离室时，会带走部分气体中的电荷。

通过测量粒子带走的电荷，可以计算出粒子的能量。

色散计数器则是一种利用粒子在介质中的色散效应来测量粒子能量的探测器。

核物理实验中的探测器技术进展

核物理实验中的探测器技术进展在探索微观世界的奥秘、深入研究核物理现象的征程中，探测器技术的不断发展和创新始终扮演着至关重要的角色。

核物理实验旨在揭示原子核的结构、性质以及各种核反应过程，而探测器则是获取这些宝贵信息的关键工具。

近年来，随着科学技术的飞速进步，核物理实验中的探测器技术也取得了显著的进展，为核物理研究带来了前所未有的机遇和挑战。

传统的核物理探测器主要包括气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器等。

气体探测器，如正比计数器和盖革计数器，通过测量入射粒子在气体中产生的电离效应来探测粒子。

闪烁探测器则利用闪烁体材料在受到粒子激发时发出的闪光来实现探测。

半导体探测器，如硅探测器，凭借其高分辨率和良好的能量线性响应，在核物理实验中得到了广泛应用。

然而，随着核物理研究的深入和实验要求的不断提高，传统探测器在某些方面逐渐显露出局限性。

例如，在对高能粒子的探测中，传统探测器的能量分辨率和位置分辨率可能无法满足要求；在大规模实验中，探测器的计数率和抗辐射能力也面临着严峻的考验。

为了克服这些问题，科研人员不断探索和创新，推动了新型探测器技术的发展。

一种重要的新型探测器技术是时间投影室（Time Projection Chamber，TPC）。

TPC 可以同时提供粒子的三维径迹和能量信息，具有出色的空间分辨率和能量分辨率。

它通过在充满气体的腔体中施加电场，使入射粒子电离产生的电子在电场作用下漂移，并在探测器的端面上被收集和测量。

通过分析电子的漂移时间和位置，可以重建粒子的径迹和能量。

TPC 在重离子碰撞实验、中微子实验等领域发挥了重要作用。

另一个引人注目的进展是微结构气体探测器（Micro Pattern Gas Detector，MPGD）的出现。

MPGD 结合了气体探测器和半导体探测器的优点，具有高计数率、高位置分辨率和良好的时间分辨率。

其中，气体电子倍增器（Gas Electron Multiplier，GEM）和微网格气体探测器（Micromegas）是 MPGD 的典型代表。

大面积中子探测器阵列研制

大面积中子探测器阵列研制
金革，江晓，李锋，张岳华，王坚，梁昊，虞孝麒
（安徽省物理电子学重点实验室，中国科学技术大学近代物理系，合肥２０２）３０６
摘要：神光ｍ” 型是国家在建的ＩＦ诊断装置，的建设给我们提出了ＩＦ中子诊断方面的新 “ 原Ｃ它Ｃ的研究课题。分析了“ 神光ＨＩ原型中中子探测需求，论了ＩＦ实验中中子探测方法，计了基于中＇ ’ 讨Ｃ设子飞行时间测量技术的电子学读出和记录系统。
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第２卷７
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第４期
７月
核电子学与探测技术
ＮｕｌａｌｃｒｎｃｃｅｒＥｅｔｏｉｓ＆ＤｔｃｉｎＴｅｈｏｏｙｅｅｔｃｎｌｇｏ
Ｖｏ．７Ｎ。４１２．
Ｊｌ２０ｕｙ０７
在 “ 光 Ⅲ” 型建立的ｎＦ探测器阵神原ＴＯ
列由９０６个独立的闪烁体一光电倍增管组成。闪烁体由９０６个７６ｃ。２ｍ×７６ｍ中子灵敏。２ｃ的塑料闪烁体组成，放在离靶约１ｍ的地方。７ＤＴ中子产额为１１平均每个探测器有Ｏ～Ｏ，０１．个计数，．～Ｏ５即有１００个探测器各０～５０自测到１个计数，将这１００个粒子数组成０￣５０
行电荷测量，来进行时间游动校正。激光同用
基金项目：博士点基金项目（０５３８４）２００５０７资助作者简介：（９）男，徽休宁人，国科学金革１６，安中

lhaaso实验原理

lhaaso实验原理LHAASO实验原理LHAASO（Large High Altitude Air Shower Observatory）是中国科学院建设的大型高海拔空中阵列观测站，旨在研究极高能宇宙射线。

LHAASO实验原理基于宇宙射线与大气相互作用的产物——空气阵列射击，通过探测这些射击产物来研究宇宙射线的来源、加速机制以及宇宙学问题。

LHAASO实验中，主要采用了水切伦科夫探测器（WCDA）和大面积径向液体闪烁体探测器（KM2A）两种探测器。

WCDA探测器由数千个水池组成，每个水池内填充着清澈透明的水。

当宇宙射线穿过大气层时，产生的次级粒子会与水分子产生相互作用，激发出切伦科夫光。

这些光子被WCDA探测器中的光电倍增管探测到，并转化为电信号，最终被记录和分析。

WCDA探测器的主要任务是测量宇宙射线的能量和入射角度。

由于水的折射率与入射粒子的能量密切相关，通过测量切伦科夫光的发射角度和光的强度，可以推断入射粒子的能量和入射角度。

这样，我们就能够对宇宙射线进行精确测量和研究。

另一种探测器KM2A则用于测量宇宙射线的能量谱和组分。

KM2A 由一层大面积的液体闪烁体探测器组成，液体闪烁体中添加了探测宇宙射线所需的元素。

当宇宙射线穿过液体闪烁体时，产生的次级粒子会与闪烁体中的分子发生作用，产生闪烁光。

这些光子会被探测器中的光电倍增管记录下来，并最终转化为电信号。

KM2A探测器的工作原理基于闪烁体的发光效应。

宇宙射线的能量越高，产生的次级粒子越多，闪烁光的强度也越大。

通过测量闪烁光的强度和光的时间特性，可以推断宇宙射线的能量和组分。

这样，我们就能够获取宇宙射线的重要信息，并研究宇宙射线的产生和传播机制。

除了WCDA和KM2A探测器，LHAASO还配备了一系列附属设备，如电子望远镜阵列、中子探测器和电子光子探测器等。

这些设备的协同工作，使得LHAASO成为一个多功能的宇宙射线观测站。

总的来说，LHAASO实验原理基于宇宙射线与大气相互作用的产物，通过探测和测量宇宙射线的次级粒子和能量来研究宇宙射线的本质和起源。

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可以观测不同角度的中子谱，不仅可以用来测量卫和 ρR ，还可以用来研究中子的各向异性，
例如研究在超强激光实验中的中子是热核聚变中子还是光核反应中子。
1
1. 1
原理
物理测量原理
已知中子 Doppler 展宽与燃料离子温度之间的关系为
•
en and the main causes affecting the system function are
analyz巳d.
The
r巳alization
path is
Key words: Large area neutron scintillation detectorarray , Area density , Design plan
mo
LaNSA 放在靶室正下方 20 m 处。探测系统时间响应 2.3 ns 。当 Pb 厚 7.6 cm 时， DT 中
子探测效率 27% ，可探测产额 2.3XI0 5 以上的 DT 中子。 1998 年，日本在 GEKKO xl[上建成了多道中子谱仪 MAMDALA ，如图 2 所示。它由两套 421 道的阵列组成，共 842 道。闪烁体尺寸为 rþ 10. 5 cm X 10 cm o MANDALA 放在地
通过测量纯氧靶的次级中子能谱，可以给出 <pR> 。在这种低产额下，大阵列中子探测器系
统目前几乎是国际上使用的唯
探测手段，已成 ICF 中诊断 <pR> 的标准技术。这种技术的
研究和设备的建立不仅具有非凡的实用价值，同时还可以展示一个国家在 ICF 研究领域的
综合实力。另外，对于"神光Ill"原型上将进行的一些非对称内爆实验，初级 DD 中子产额也
MEDUSA;90 年代中在 Osaka 大学 GEKKO xl[上建立的 MAMDALA 及 2004 年建立在卢瑟福实验室的 LaNSA 。图 1 是 Livermore 实验室 Nova 装置上的 LaNSA 。阵列由 960 个独立的闪烁体一光电倍增管组成，闪烁体是 BC505 液体闪烁体，尺寸为 10 cm 的正方体。探测器尺寸超过 4
39
号|
---'--日
ICF 的最终目标是实现高温高密度热核点火 o 因此，研究聚变燃料离子温度和高密度
〈 ρR> 是极其重要的。随着 ICF 精密物理的发展以及"神光Ill"原型的建立，迫切需要开发高
密度〈 ρ，R> 诊断技术 o 从价格和安全性考虑，无论是目前国际上进行的内爆实验还是在将来
的"神光田"原型及主机上进行的内爆实验，主要都不是用氯靶，而是以充纯氧燃料靶为主。
t::, E
= cJT
(1)
式中丁和 t::， E 均以 keV 为单位。对 DT 中子， C=177; 对 DD 中子， C=82.5 。设中子源到探测器的距离为 L ，中子能量 E 和飞行时间 t 的关系为
t= 旦」主
μE
(2)
式中 L ， E 和 t 的单位依次为 m ， MeV 和 ns 。对式 (2) 微分，并将中子的平均能量
CNIC-01869 CAEP-0181
大面积中子闪烁探测器阵列技术研究
陈家斌
(中国工程物理研究院激光聚变研究中心，绵阳， 621900)
摘要
介绍了在神光 E 原型上建立大面积中子闪烁探测器阵列用于诊断压缩密度的具体方法，其中包括物理实验原理、探测器工作原理、
电子学系统设计和探测器系统对靶室等环境的要求。给出了各部件的具巳tc.
III
prototype is
presented , including experimental principle , detector working principle , electronics sysThe detailed
paramet巳rs
for parts are giv
面积中子闪烁探测器阵列的实现途径。
关键词:压缩密度大面积中子闪烁探测器阵列设计方案
38
Technique Investigation on Large Area Neutron Scintillation Detector Array
(1 n Chinese)
CHEN Jiabin CResearch Centre of Laser Fusion , CAEP ，孔1ianyang ， 621900)
在 10 5 ~ 10 6 范围，多道中子探测器系统还可以给出离子温度 T i ( 可以测到几百巳V 以下的
T，)。国际上目前已建成四套用于 <pR> 诊断的多道中子探测器系统:即 20 世纪 90 年代初期建立在 Livermore Nova 装置上的 LaNSA; 90 年代中期建立在 Rochester 大学 Omega 上的
ABSTRACT
The detailed project for
d巳 veloping
Large
Ar 巳a
Neutron Scintillation Detector Array
(LaNSA) to be used for measuring fusion fuel area density on Shenguang tem design and the needs for target introduced.
..:,.' ....................... .. ……………………. . :品且ι马:φ30 →÷忏忏忡::::: :::.r:.Y.: 探测器阵 7!J': :