ICF中子产额测量中统计涨落分析及计算

 塑料闪烁探测器通常用来测量氘氘、氘氚聚变中子产额。中子在闪烁体中产生的质子数的统计涨落及质子在闪烁体中沉积能量的统计涨落为测量结果引入了两项不确定度分量。以氘氚聚变中子为例,分析了这两种统计涨落的概率密度函数的计算方法,该计算方法也适用于其它能量的单能快中子和塑料闪烁体作用的相应计算。     

闪烁光纤在γ射线辐照下部分特性的蒙特卡罗模拟

 闪烁光纤在射线成像方面的应用越来越广泛。为了进一步了解闪烁光纤在射线辐照下的基本特性，基于蒙特卡罗方法，利用计算机模拟分析了γ射线在闪烁光纤中的好事例率与光纤长度及射线能量的关系，能量沉积效率与光纤长度及射线能量的关系。此项工作对于闪烁光纤阵列在射线成像，剂量场测量等方面的研究很有价值。     

基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器数值模拟

基于蒙特卡罗的模拟方法,设计了一个基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器并对其性能进行了系统的研究。分析了该探测器在高能γ粒子辐照下的康普顿散射特性和圆形塑料闪烁光纤的能量泄漏情况,发现随着入射能量的不同,康普顿边缘峰值也相应变化,并且和入射光子能量一一对应。考虑阵列间粒子串扰的情况下,利用此特性得到该位置灵敏探测器在0.8~7.0 MeV的γ入射能量下,能量分辨率和空间分辨率分别能够达到10%和cm量级。但由于闪烁光纤原子序数较低,在较高能区的探测效率也较低,只有15%左右或更低。这就使得利用闪烁光纤阵列探测器不能同时满足较好的空间分辨率和能量分辨率,两者出现一定的矛盾。     

基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器数值模拟北大核心CSCD

基于蒙特卡罗的模拟方法,设计了一个基于塑料闪烁光纤阵列的γ射线位置灵敏探测器并对其性能进行了系统的研究.分析了该探测器在高能γ粒子辐照下的康普顿散射特性和圆形塑料闪烁光纤的能量泄漏情况,发现随着入射能量的不同,康普顿边缘峰值也相应变化,并且和入射光子能量--对应.考虑阵列间粒子串扰的情况下,利用此特性得到该位置灵敏探测器在0.8～7.0MeV的γ入射能量下,能量分辨率和空间分辨率分别能够达到10%和cm 量级.但由于闪烁光纤原子序数较低,在较高能区的探测效率也较低,只有15%左右或更低.这就使得利用闪烁光纤阵列探测器不能同时满足较好的空间分辨率和能量分辨率,两者出现-定的矛盾.     

基于光纤阵列的激光光斑测量方法

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法,采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法,获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器,实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明:光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s),系统空间分辨力优于3 mm,测量误差小于3%。     

塑料闪烁光纤阵列成像探测器在高能X射线辐照下的串扰分析

采用蒙特卡罗方法对闪烁光纤阵列探测器在高能X射线入射下的串扰进行了模拟研究,并且分析比较了加铅层对串扰的影响.研究中采用对表征成像系统空间分辨率参量——调制传递函数进行模拟分析和比较,得到在光纤阵列之间加入不同铅层厚度后对系统调制传递函数参量曲线的影响.研究结果表明:在高能射线下,采用闪烁光纤阵列作为成像探测器存在严重的次级粒子相互串扰的现象,而在阵列之间加入铅介质能够减少这种效应;但另一方面,若所加铅层太厚又会导致成像探测器像素过大而使得空间分辨率下降.通过模拟计算得出:只要在阵列之间加入适当厚度的铅介质,既可以有效抑止阵列之间次级粒子的串扰,同时又能提高闪烁光纤阵列探测器系统的空间分辨率.     

高灵敏度的快中子照相系统

快中子照相系统由闪烁光纤阵列和科学级可见光CCD等元件组成. 14 MeVD-T聚变中子在穿透样品后进入50 mm×50 mm闪烁光纤阵列，中子辐射转换为中心波长496 nm的绿光. 光纤阵列长100 mm，光纤截面500 μm×500 μm，100×100根闪烁体光纤组成阵列. 阵列对14 MeV中子探测效率经估算可达21.4%. CCD与光纤阵列之间采用反射镜和透镜耦合方式，使CCD避开中子源直接辐照. 综合考虑光纤尺寸、CCD记录噪声及中子源与受照样品几何关系等因素，理论上系统可获得整体分辨率1.5 mm的中子图像. 在K400直流加速器中子源上进行了初步实验，获得了中子图像.     

液体闪烁体探测器测量皮秒激光脉冲中子源能谱

在星光Ⅲ实验装置上开展皮秒激光脉冲中子源实验,使用液体闪烁体探测器测得较好的中子信号,利用飞行时间法获得中子的能量/时间分布,通过示波器电压时间积分与阻抗之比得到不同能量段的电荷值。建立液体闪烁体探测器Geant4计算模型,通过实际打靶情况与标定情况下液体闪烁体探测器出光口收集到的可见光光子数之比,结合标定的灵敏度数据,获得液体闪烁体探测器对不同能量中子的灵敏度。计算得到源发射的中子能谱,能量在1 MeV以上的液体闪烁体探测器方向测得的中子产额为1.04108 sr-1。     

CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应的模拟研究

CsI(Tl)闪烁体是X光转换为可见光比较重要的一个部件,在惯性约束聚变中的X光诊断等方面有着十分重要的应用。通过Geant4软件较为全面地分析了CsI(Tl)闪烁体软X光能量响应,模拟了1~5keV的软X光入射不同厚度(20,30,50μm)CsI(Tl)的能量沉积谱,探究了粒子之间相互作用的物理过程,并比较了不同能量软X光在不同厚度CsI(Tl)闪烁体中的沉积效率。仿真结果表明,随着CsI(Tl)闪烁体厚度的增加,软X光在CsI(Tl)闪烁体中沉积的能量也逐渐增加,沉积效率与CsI(Tl)闪烁体厚度成正比。模拟研究为选择合适厚度的闪烁体做低能段软X光探测实验做铺垫。     

新型太阳中微子闪烁探测器的研制

概述了一种新型太阳中微子闪烁探测器的研制,其中载钆(Gd)液体闪烁体的Gd浓度达到5%、光的衰减长度≥150cm、对60keV的Gamma-ray之能量分辨率为21%(σ);直径1cm、厚3cm的GSO:Ce晶体,其发光产额约为NaI(Tl)晶体的20%、光的衰减时间为60ns、对662keVGamma-ray之能量分辨率为9.2%(σ).文章讨论了由这两种闪烁体构成的复合探测器的特点及作为太阳中微子探测器其本底的降低措施.对直径10cm、厚50cm的这种复合探测器的模拟计算表明其光的收集效率可达20%.     

一种新型的液闪阵列成像屏空间分辨特性

针对低强度射线成像,自主研制了一种像元为0.1 mm高探测效率的液闪阵列屏.为此,基于倾斜刀口边缘响应的测量原理,建立了理论模拟方法和实验研究方法,对该液闪阵列屏开展了空间分辨性能研究.通过理论模拟,给出了液闪阵列屏在14 MeV中子和1.25 MeV伽马射线激发下的调制传递函数,并与像元为0.1,0.3和0.5 mm的闪烁纤维阵列屏进行了理论对比.在60Co伽马射线源上,对液闪阵列屏和像元为0.3和0.5 mm的两种国产闪烁纤维阵列屏进行了调制传递函数实测研究.理论模拟和实验结果一致,均表明液闪阵列的空间特性优于闪烁纤维阵列屏,而且具有更好的均匀性,对1.25 MeV伽马,空间分辨接近0.9 lp/mm,而其他两种纤维阵列屏仅达到0.5 lp/mm,对于14 MeV中子,液闪阵列屏的空间分辨可达到1.8 lp/mm.     

辐射照相系统中转换屏的分辨率研究

 在高能X光辐射照相系统中，通常使用闪烁体材料的转换屏将X光转换为可见光进行探测。建立了转换屏空间分辨率的计算模型，模拟了转换屏的空间分辨率随屏的厚度、材料及X光子能量的变化关系，为系统的设计提供了参数。     

丝阵Z箍缩实验1维X光辐射功率分布

 在Angara-5-1联合实验中，利用条纹像机和光纤阵列实现时间分辨和1维空间分辨，得到了丝阵条纹像，观察到丝阵负载箍缩区X光辐射的1维轴向空间分布信息随时间的演化过程，考察了内爆的同步性和均匀性。通过对比不同结构负载内爆等离子体X光1维时空分布信息，发现由于内层等离子体对磁流体瑞利-泰勒不稳定性的抑制作用，(40+20)根双层钨丝阵比60根单层钨丝阵的内爆轴向同步性好，产生的X光辐射功率高；由于负载存在弯曲、断丝、扭曲等现象，(60+30)根双层钨丝阵比90根单层钨丝阵的轴向同步优势不明显；轴向同步性好与辐射功率高之间存在相关性；辐射波形前沿较快时，X光功率较高。     

用于软X射线图像诊断的CMOS探测系统

通过将闪烁体光纤面板与CMOS图像传感器耦合,研制了在线诊断X射线图像的CMOS探测系统。通过XOP软件计算,确定了响应能区为1~10keV的CsI闪烁体厚度为30μm。在微点X射线源平台上,基于标准的Typ 18-d型分辨率板对CMOS探测系统的空间分辨能力进行了实验测试,结果为60μm。在神光Ⅲ原型激光装置上,利用该套CMOS探测系统在流体力学不稳定性与混合实验中对钛背光源的光谱进行了诊断,获得了清晰的类氢和类氦光谱图像。数据分析显示,实测的谱分辨为442,与理论分析符合较好。CMOS探测系统小巧轻便,性价比高,适合各大高校与科研院所用于在线诊断软X射线图像。     

DESCANT – the deuterated scintillator array for neutron tagging

The DESCANT array is a new device for neutron detection based on deuterated liquid scintillator. It has been designed to be coupled with the TIGRESS and GRIFFIN γ-ray spectrometers to enable neutron tagging in fusion-evaporation reactions, and β-delayed neutron studies.     

Neutron light output function and resolution investigation of the deuterated organic liquid scintillator EJ-315

In this paper we investigate the light response to fast neutrons and estimate the pulse height resolution of a deuterated liquid organic scintillator, EJ-315, considering the detector's non-linear light response to gamma-rays. Initially, collision data and a neutron beam trigger are recorded in coincidence mode, and incident neutron energy is calculated with a time-of-flight technique. Fast neutrons are further discriminated from gamma-ray background based on the scintillation material decay patterns using a pulse shape discrimination algorithm. A light response matrix composed of multiple neutron energy and their corresponding light outputs is derived. The pulse height resolution property of the EJ-315 is characterized utilizing the derivatives of the pulse height distributions with corrections of the measurements setup uncertainties. Additionally, the EJ-315's pulse height resolution is also characterized by comparing the smoothed derivatives of quasi-monoenergetic neutron pulse height distributions, given by the Peierls-formula-based analytic model, to match the measurement data. Results show rather consistent 10–13% pulse resolution for mono-energetic neutrons with kinetic energy above 2 MeV. The resolution decreases slightly with an increase in neutron energy indicating the improved resolution performance of EJ-315 in the higher energy events.     

The Monte-Carlo simulation on a scintillator neutron detector

A simulation of the properties of the shifting scintillator neutron detector using 6LiF/ZnS(Ag) scintillation screens is performed.The simulation results show that the light attenuation length of standard BC704 scintillator is about 0.65 mm.Its thermal neutron detection efficiency,gamma sensitivity and intrinsic spatial resolution can achieve around 50.0%,10 5and 0.18 mm(along X-axis) respectively.For the detector,air coupling position resolution is better than the silicone oil coupling.Some of the simulation results are compared with experimental results.They are in agreement.This work will be helpful for constructing neutron detector for high intensity powder diffractometer at Chinese spallation neutron source.     

Preliminary study of light yield dependence on LAB liquid scintillator composition

Liquid scintillator(LS) will be adopted as the detector material in JUNO(Jiangmen Underground Neutrino Observatory). The energy resolution requirement of JUNO is 3%, which has never previously been reached.To achieve this energy resolution, the light yield of liquid scintillator is an important factor. PPO(the fluor) and bis-MSB(the wavelength shifter) are the two main materials dissolved in LAB. To study the influence of these two materials on the transmission of scintillation photons in LS, 25 and 12 cm-long quartz vessels were used in a light yield experiment. LS samples with different concentration of PPO and bis-MSB were tested. At these lengths, the light yield growth is not obvious when the concentration of PPO is higher than 4 g/L. The influence from bis-MSB becomes insignificant when its concentration is higher than 8 mg/L. This result could provide some useful suggestions for the JUNO LS.     

Employing cherenkov radiation and fluorescence light in calibrating the energy of giant air showers

A classic procedure for estimating the energy of giant air showers in terms of the parameter s(600) (density of energy deposition in a scintillator at a distance of 600 m from the shower axis) is analyzed on the basis of the model of quark-gluon strings. A simulation of the signal s(600) by means of the CORSIKA code leads to estimates of energy that are approximately 1.6 times lower than those adopted at the Yakutsk array. Estimates of energy on the basis of Cherenkov radiation agree with experimental data within the errors. Calculations of the distributions of energy deposited in the atmosphere indicate that more than 20% of this energy can be deposited at distances in excess of 100 m from the shower axis.