基于微通道板的中子探测器γ射线灵敏度

研制了一种基于微通道板的超快脉冲中子探测器,对其γ射线灵敏度进行了理论和实验研究。建立了探测器的γ射线灵敏度理论计算模型,利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量γ射线在不同厚度聚乙烯靶中产生的出射电子能谱和出射角度分布,并结合经验公式计算了单个电子在微通道板(MCP)孔道中产生的二次电子产额,最后得到了探测器的γ射线灵敏度,结果表明当聚乙烯靶厚度大于某一值时,γ射线灵敏度基本相同。利用西北核技术研究所的标准γ射线放射源对探测器的γ射线灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果一致。     

具有统计增强效应的(CF2)n-PIN夹层探测阵列

采用灵敏区尺寸为φ60mm, 厚度1000μm的大面积电流型厚PIN半导体探测器+聚四氟乙烯片+PA101低噪声放大器, 构建了灵敏度为10^－11C.cm²,具有显著统计增强效应的夹层高灵敏PIN探测阵列. 采用Monte-Carlo数值模拟方法, 研究了该探测阵列的统计增强效应和对γ射线探测灵敏度. 该阵列在极低强度脉冲γ射线探测中具有明显的统计增强效应, 且能量响应平坦, 单个阵列探测范围可达7个量级, 其γ灵敏度比直径为φ20mm, 厚度为250μm的单个PIN探测器高4个量级并可进行直接标定, 是低强度裂变n/γ混合场脉冲γ射线波形面积测量较理想的探测器, 已在有关科学实验中获得成功应用.     

X射线探测器的脉冲标定技术

利用强流电子束技术产生通量密度为10¹⁸—10¹⁹X-ray photon/sr·s的脉冲CuKX射线源,标定PIN型硅二极管半导体探测器对X光子的脉冲灵敏度。用绝对X射线监测器——P10气体脉冲电离室作为脉冲X射线通量密度的标准。脉冲电荷自动测量仪由微处理机进行程序控制,并予以实时校准。该电离室测量通量密度的精度为±5％,适用的能通量率范围可达4×10^-9—2×10²W/cm²,适用的光子能量范围为1.5—10keV,标定探测器的精度为±7.0％,并发现PIN型硅二极管的脉冲灵敏度比稳态X射线束标定的灵敏度高30％左右。 关键词：     

强脉冲γ射线能谱测量仪研制北大核心

研制出了一种用于强脉冲γ射线能谱测量的能谱仪,在感应电压叠加器实验平台上,测量了阳极杆箍缩二极管产生的强脉冲γ射线能谱。选择适合强脉冲γ射线测量的Si-PIN探测器阵列和铅过滤片作为测量系统,通过在能谱仪的前部放置不同厚度的铅衰减片,测量了感应电压叠加器的强脉冲γ射线的强度。理论计算了不同能量的光子经过不同厚度的铅衰减片以后在探测器阵列上的能量沉积,得到了探测器的灵敏度曲线。利用探测器上的理论计算的电荷量和实验波形的对应关系,求解了该加速器的能谱。光子的最高能量约为1.44 MeV,平均能量为0.68 MeV,其中能量在0.4-0.8 MeV范围内的光子数最多,占74.3%。     

强脉冲γ射线能谱测量仪研制

研制出了一种用于强脉冲γ射线能谱测量的能谱仪,在感应电压叠加器实验平台上,测量了阳极杆箍缩二极管产生的强脉冲γ射线能谱。选择适合强脉冲γ射线测量的Si-PIN探测器阵列和铅过滤片作为测量系统,通过在能谱仪的前部放置不同厚度的铅衰减片,测量了感应电压叠加器的强脉冲γ射线的强度。理论计算了不同能量的光子经过不同厚度的铅衰减片以后在探测器阵列上的能量沉积,得到了探测器的灵敏度曲线。利用探测器上的理论计算的电荷量和实验波形的对应关系,求解了该加速器的能谱。光子的最高能量约为1.44 MeV,平均能量为0.68 MeV,其中能量在0.4~0.8 MeV范围内的光子数最多,占74.3%。     

单光子计数闪烁探测器灵敏度标定方法

根据NaI(Tl)闪烁探测器可用于单光子计数的特性,探索了一种测量放射源入射下闪烁探测器脉冲电荷谱来实现其绝对灵敏度标定的方法。实验对标定系统的电荷数字转换记录器进行了绝对标定,得到了用于ICF实验中重要诊断设备滤波-荧光谱仪的NaI(Tl)闪烁探测器的绝对灵敏度。灵敏度标定数据不确定度小于10%,较传统的放射源标定方法(15%)显著提高,同时标定能量范围扩大到100keV以上。最后,实验结果与Geant4模拟程序计算的结果进行了比对,符合得较好。     

用于脉冲n/γ混合场γ强度测量的ICI探测器

研制成功一种基于康普顿效应, 用于脉冲裂变n/γ混合场γ强度绝对测量的新型辐射探测器—ICI(绝缘体－导体－绝缘体)探测器. 除具有现有真空康普顿和介质康普顿探测器时间响应快、线性电流大、抗辐射干扰能力强等优点外,该探测器从结构上抑制了真空康普顿在快脉冲γ测量中的前后负冲信号, 并且工作时不需要高真空, 而γ灵敏度却与同尺寸介质康普顿探测器相当. 由于其探测灵敏介质厚度小于2mm, 因而在群脉冲辐射探测中, 不会显著影响后续和周围探测器的 测量环境, 是一种探测脉冲γ射线较理想的探测器.     

一种对中子相对不灵敏的大动态脉冲γ辐射探测器

使用CeF₃闪烁体配以CHT3,CHT5型大线性电流光电倍增管,组合成光电探测器.实验测量表明:CeF₃光电探测器对⁶⁰Coγ灵敏度约为常规塑料闪烁体ST401探测器的0.5—0.6倍,而对于脉冲DT中子,CeF₃探测器灵敏度相对于同尺寸闪烁体ST401探测器的灵敏度低约1个量级,探测器线性电流大于1.5A,暗流小于10nA,是一种对中子相对不灵敏的大动态脉冲γ辐射探测器.     

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。     

一种基于~4He气闪烁体的裂变中子探测器

研制了一种新中子探测器,它以²³⁵UO₂裂变靶作为转换靶,⁴He气体作为闪烁体.该探测器充分结合了²³⁵U和⁴He两种核素的特点,从而具有中子能量响应平坦、中子灵敏度较高、n/γ分辨本领高等优点,能很好地在混合脉冲裂变辐射场中测量中子.本文对探测器的原理和结构设计进行了介绍,计算了不同能量中子、γ射线在探测器中的能量沉积,并从理论和实验上对探测器的中子灵敏度、γ射线灵敏度、n/γ分辨本领和时间响应进行了研究.结果表明探测器的中子灵敏度约10^-15C·cm²,γ灵敏度约10^-17C·cm²,时间响应约33.1 ns.     

组合PIN脉冲中子探测器灵敏度研究

对新型组合PIN脉冲中子探测器的灵敏度进行了研究,实验测量探测器的DT中子灵敏度和γ相对灵敏度,用Monte?Carlo方法计算了探测器的中子灵敏度.实验测量和计算表明:通过转换靶的选取,组合PIN探测器的中子灵敏度在一定范围内连续可调,组合PIN探测器对γ的灵敏度比普通PIN探测器低2个量级,是一种对γ不灵敏的新型脉冲中子探测器.     

Digital pulse shape discrimination methods for n-γ separation in an EJ-301 liquid scintillation detector

A digital pulse shape discrimination system based on a programmable module NI-5772 has been established and tested with an EJ-301 liquid scintillation detector. The module was operated by running programs developed in Lab VIEW, with a sampling frequency up to 1.6 GS/s. Standard gamma sources22 Na,137Cs and60 Co were used to calibrate the EJ-301 liquid scintillation detector, and the gamma response function was obtained. Digital algorithms for the charge comparison method and zero-crossing method have been developed. The experimental results show that both digital signal processing(DSP) algorithms can discriminate neutrons from γ-rays. Moreover,the zero-crossing method shows better n-γ discrimination at 80 ke Vee and lower, whereas the charge comparison method gives better results at higher thresholds. In addition, the figure-of-merit(FOM) for detectors of two different dimensions were extracted at 9 energy thresholds, and it was found that the smaller detector presented better n-γseparation for fission neutrons.     

Determination of charge states of single swift heavy projectiles by high-energy delta-electrons

The effective charge state is an important particle parameter which is required for the calculation of many effects concerning the interaction between radiation and matter such as an estimate of the radial dose of swift heavy projectiles, stopping power and so on. A new method for the determination of effective charge states of heavy ions is based on the measurement of the number of high-energy delta-electrons which are ejected from a target by the penetrating ion. These electrons are detectable with a CCD-detector and their number can be correlated to the effective charge state of the projectile for known particle velocities. This method is even applicable to operation with single swift heavy ions within statistical bounds.     

Field-resolved characterization of femtosecond electromagnetic pulses with 400 THz bandwidth

We propose and demonstrate an ultrabroadband concept to characterize amplitude and phase changes of femtosecond pulses. The radiation is superimposed with the first subharmonic spectral components from the same laser source. This effective ω/2ω pulse pair induces a coherently controlled charge current in a time-integrating semiconductor detector. An interferometric variation of the time delay between the harmonically related components then reveals the electric field of the 2ω part. This method is realized with the second harmonic of a compact Er:fiber source centered at 390 THz and a GaAs-based detector. Most strikingly, it is sensitive to ～π/20 phase changes and can be utilized to analyze femtojoule pulses.     

快脉冲高电压大电流测量探头标定方法

基于脉冲形成原理提出了一种快脉冲高电压大电流测量探头的在线标定方法。利用闪光二号加速器输出线和二极管作为脉冲形成线,结合研制的低电感开关和负载,产生一个前沿小于3 ns、脉宽20 ns的准方波,对二极管电压测量探头微分型电容分压器和电流测量探头微分环进行了在线标定,得到测量探头在实际使用环境中的时间响应小于4 ns。该方法消除了非在线标定环境和实际环境无法统一对标定结果的影响,可推广应用于传输线型脉冲功率装置的探头标定。     

基于单光子探测及脉冲位置调制的激光通信关键技术研究

为了实现高灵敏度的空间激光通信,并提高传输信道的抗干扰能力,将单光子探测技术和脉冲位置调制技术相结合,采用门控电路与反馈淬灭电路相结合的方式淬灭单光子探测器雪崩,设计了插入帧头法用于脉冲位置调制解调。用现场可编程门阵列进行了脉冲位置调制解调过程的仿真,验证了插入帧头法的有效性与可行性。在此基础上搭建了1 550 nm的脉冲位置调制激光通信实验,同时测试了单光子探测器在不同参数下的性能。结果表明,当探测效率为25%,触发延时为8.00 ns,门宽为5.0 ns,死时间为0.1μs时,单光子探测器性能最佳。最后测试了不同调制速率下单光子探测器的探测灵敏度,结果表明,当通信码速率为1 Mbps时,通信灵敏度为-51.8 dBm;当通信码速率为4 Mbps时,通信灵敏度为-41.0 dBm,实现了高灵敏度的空间激光通信。     

Quantum-limited sensitivity of single-electron-transistor-based displacement detectors

We consider a model of a quantum-mechanical resonator capacitively coupled to a single electron transistor (SET). The tunnel current in the SET is modulated by the vibrations of the resonator, and thus the system operates as a displacement detector. We analyze the effect of the backaction noise of charge fluctuations in the SET onto the dynamics of the resonator and evaluate the displacement sensitivity of the system. The relation between the "classical" and "quantum" parts of the SET charge noise and their effect on the measured system are also discussed.     

Development of Displacement Current Tomography System

A novel tomography system based on the displacement current induced by charged particles has been developed. This measurement is sensitive to both the particle charge and velocity. This system differs from previous ones because it demands only one plane of sensors to measure velocity. This paper starts with modeling of the induction caused by a single charged particle. The model is validated by experiments and by three dimensional field calculations. This basic model is extended from the single particle system to multi-particle systems by Fourier transform and is also confirmed by experiments. Finally, a new image reconstruction method for this displacement current tomography system is proposed and the reconstructed images are compared with simple particle flows.