暗物质寻找实验中CsI(Tl)晶体反符合探测器实验研究

一个正在建设的位于韩国Y2L地下实验室的低能暗物质探测实验中, 采用了CsI(Tl)晶体反符合探测器作为主动屏蔽体. 本工作对CsI(Tl)晶体反符合探测器的实验性能进行了研究. 通过FADC系统记录的脉冲波形数据, 研究了探测器的能量分辨率和波形甄别的能力; 研究相同能量γ射线入射到反符合探测器不同位置的相对光输出将有助于选择探测器的工作参数; 为了解晶体自身放射性对暗物质测量的影响, 利用低本底HPGe探测器对CsI(Tl)晶体内部的放射性进行了测量, 得到晶体内部Cs同位素的放射性活度. 探测器系统进行了约18d的试运行取数. 实验数据表明, CsI(Tl)晶体探测器的反符合效率约为31% HPGe探测器的本底计数率水平约为133cpd. 为了进行暗物质探测研究, 需要采取有效的方法进一步降低探测器的本底水平.     

低本底α/β仪测量饮用水中总 α放射性活度的实验室质量控制

总α放射性活度检测可避免繁琐的低水平放射性核素鉴定,是饮用水放射性水平的初筛监测手段之一。近年调查显示：我国饮用水总α放射性活度稳定保持在较低水平。低水平的α放射性活度检测需要高质量实验室质量控制,以保证检测结果的准确度。实验采用低本底α/β仪,以α闪烁体为探测器,吸收样品核辐射α粒子能量,使有机闪烁体分子ZnS(Ag)发射荧光,通过统计单位时间内的闪烁体发射荧光数目正比于核衰变数目,由此感应有效厚度样品层辐射的α粒子计数信号,对饮用水中总α放射性活度浓度检测。首先,实验以表面α粒子发射率为2～20粒子数/s(2π 方向)的电镀源测定本底α计数效率(CPS)。然后,在最优化的本底值、工作源效率、串道率等参数条件下,运用标准曲线法测定标准源α计数效率(ε)。最后,结合CPS和ε代值计算质控样总α体积活度、计数平均值(或总体积活度平均值)和标准偏差s,并以±s为上辅助线(upper auxiliary limit, UAL)和下辅助线(lower auxiliary limit, LAL),以±2s为上警告线(upper warning limit, UWL)和下警告线(lower warning limit, LWL),以±3s为上控制线(upper control limit, UCL)和下控制线(lower control limit, LCL),绘制本底α计数、标准源α计数和质控水样总α体积活度的均数质量控制图,以考察CPS和ε对质控水样总α体积活度测量质量控制的影响。数据结果显示,以电镀239Pu为工作源,以241Am为标准源,样品放置时间24 h,测量时间60 min,铺样厚度4 mg·cm-2时,本底α计数率CPS=0.000 37 s-1,工作源探测效率η=94.35%,α→β串道率Fα=0.41%,标准源计数效率ε=7.25%(Y=1.323X-5.285,R2=0.991 5)。统计结果显示：40份空盘本底α计数的受控范围为-1.61~5.82,33个点落在UAL与LAL范围内,2个点落在UWL与UAL范围内,3个点落在LWL与LAL范围内,2个点落在UWL与UCL之间,本底测量受控良好;24份标准源α计数的受控范围523.7~644.3,14个点落在UAL与LAL范围内,5个点落在UWL与UAL范围内,5个点落在LWL与LAL范围内,标准源测量受控良好;20份质控水样总α体积活度受控范围为0.007 91~0.057 86 Bq·L-1,11个点在UAL与LAL范围内,5个点在UWL与UAL范围内,3 个点在LWL与LAL范围内,1个点在LWL与LCL之间,质控水样测量实验室质量控制良好。因此,以α闪烁探测器对低水平α放射性计数测量时,控制α本底计数和标准源计数效率,这两个α统计计数中的主要不确定度来源,可以实现水样中总α放射性活度检测的有效实验室质量控制。     

（n,xnγ）反应截面测量的实验本底改进研究

瞬发γ射线法测量（n,xnγ）反应截面实验中,在线的实验本底对测量结果影响显著,是影响测量结果的关键因素。为了达到降低在线实验本底一个量级的目标,通过蒙特卡罗模拟程序给出了屏蔽体和准直器的改进方案,最终选取的屏蔽方案:在原有屏蔽体上加厚30 cm（C₂H₄）n+9 cmPb,原屏蔽墙加厚54 cm重混凝土,再在屏蔽体和屏蔽墙上共同加厚2 cm厚的铅（Pb）;准直孔开孔形状在圆柱形、圆锥形和对称双锥形这三种方案中准直效果和能量单一性方面对称双锥形准直孔最好。在屏蔽体改造完成后,利用尺寸为φ5.08cm×5.08 cm型液体闪烁体探测器（BC501）测量了改造后距准直孔右方径向距离70 cm处透射出来的中子和γ射线的相对强度,在扣除无束流天然本底后,有束流的中子本底降低了7.75倍,γ本底降低了38.5倍,改造效果达到了测量要求。In the experiment of measuring (n,xnγ) reaction cross section with prompt γ ray method, the experiment background has a significant influence on the result and is the key factor. In order to achieve the goal of reducing a certain amount of the experiment background, the improvement scheme of shield and collimator was given through Monte Carlo method and the shielding scheme was finally selected: add 30 cm(C₂H₄)n+9 cm Pb on the original shield, 54 cm heavy concrete on the original shield wall and then 2 cm thick lead(Pb) on the shield and shield wall. The collimation effect and energy uniformity of symmetrical double cone collimation hole are the best among cylindrical, conical, and symmetrical double cone. After the completion of the transformation of shield, the relative intensities of the transmitted neutron and γ rays from the 70 cm in right radial of the transformed collimation hole were measured with ?5.08 cm×5.08 cm type liquid scintillator detector(BC501). After deducting the natural background of no beam current, the neutron background of the beam current is reduced by 7.75 times and the γ background is reduced by 38.5 times, which meets the requirement.     

12C+13C熔合截面测量中统计模型引入的系统误差研究(英文)

在本工作中,我们分别采用薄靶和厚靶实验技术,测量了12C+13C反应在质心系能量4~6 MeV的熔合截面。实验得到了12C+13C反应的在线γ产额和离线的24Na活度,利用TALYS统计模型给出的反应道分支比,导出了熔合反应的总截面。通过对比不同实验得到的总截面,定量研究了统计模型修正所带来的系统误差:在线γ分支比修正引入的系统误差为14%;由离线24Na活度测量得到总截面时,24Na分支比修正带来的系统误差也为14%。     

NaI(Tl)探测器对23.8MeV γ射线的效率刻度方法

低能D(d,γ)~4He辐射俘获反应截面的研究在聚变领域和天体物理等领域中起到非常重要的作用。由于受到标准γ源能量的制约,在研究D(d,γ)~4He反应产生的23.8 MeV高能γ射线产额实验过程中不能用标准源进行效率刻度。采用实验测量与计算相结合的方法实现NaI(Tl)探测器对23.8 MeVγ射线的效率刻度是比较成熟可靠的。针对高能γ射线的产额低、本底大的情况,实验采用一个大型NaI(Tl)反康谱仪进行测量,以提高探测效率。NaI(Tl)探测器的效率,独特地采用了包括全能峰、单逃逸峰和双逃逸峰在内的效率来计算,经MCNP-4C程序模拟计算,结合实验测量的19F(p,αγ)~(16)O反应产生的6.13 MeVγ射线探测效率推算出该NaI(Tl)探测器在23.8 MeV的效率为(2.23±0.34)‰。该方法对研究高能γ射线效率刻度具有重要的参考价值。     

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。     

暗物质寻找实验中CsI（T1）晶体反符合探测器实验研究

一个正在建设的位于韩国Y2L地下实验室的低能暗物质探测实验中,采用了CsI（T1）晶体反符合探测器作为主动屏蔽体.本工作对CsI（T1）晶体反符合探测器的实验性能进行了研究.通过FADC系统记录的脉冲波形数据,研究了探测器的能量分辨率和波形甄别的能力;研究相同能量γ射线入射到反符合探测器不同位置的相对光输出将有助于选择探测器的工作参数;为了解晶体自身放射性对暗物质测量的影响,利用低本底HPGe探测器对CsI（T1）晶体内部的放射性进行了测量,得到晶体内部Cs同位素的放射性活度.探测器系统进行了约18d的试运行取数.实验数据表明,CsI（T1）晶体探测器的反符合效率约为31%,HPGe探测器的本底计数率水平约为133cpd.为了进行暗物质探测研究,需要采取有效的方法进一步降低探测器的本底水平.     

散裂中子源高气压二维位置灵敏3He探测器的实验研究

为满足中国散裂中子源多功能反射谱仪中子探测器的基本物理要求:有效面积达到200 mm×200 mm、探测效率大于50%（2Å）、位置分辨好于2 mm等,中国科学院高能物理研究所研制了3He高气压二维多丝正比室位置灵敏中子探测器。该探测器采用二维多丝室结构,腔体内充3He/C₃H₈（6 atm/2.5 atm）的组合气体。本文首先利用Am/Be中子源完成对探测器全面积均匀性测试,均匀性指标达到了95.1%;探测器在中国散裂中子源的20号束流线站安装后,对其进行了在束测量,通过飞行时间选取波长2.8Å的慢中子,测量了探测器二维位置分辨和二维成像性能。在X方向（垂直于阳极丝的方向）的位置分辨为0.99 mm,Y方向（平行于阳极丝的方向）的位置分辨为1.36 mm,探测器具有很好的二维位置分辨和二维成像能力。测量结果表明探测器满足反射谱仪的研制要求。     

高效率的正电子湮没2γ和3γ寿命谱仪

用大体积BaF_2(φ40mm×30mm)探测器组装正电子湮没的2γ和3γ寿命谱仪,在2γ方式下,两个BaF_2探测器构成双重符合,得到系统的时间分辨为FWHM=212ps,计数效率比塑料闪烁探测器组装的谱仪估计高10倍以上.在3γ方式下,NaI(Tl)探测器与两个BaF_2构成三重符合,合理安排三探头的几何及合理选择各能窗的位置以优化对3γ湮没事例的测量,实验表明,新系统可用于研究强度微弱的电子偶素在固体中湮没的3γ寿命谱.     

高效率的正电子湮没2γ和3γ寿命谱仪

用大体积BaF₂ (φ40mm×30mm)探测器组装正电子湮没的2γ和3γ寿命谱仪,在2γ方式下,两个BaF₂探测器构成双重符合,得到系统的时间分辨为FWHM=212ps,计数效率比塑料闪烁探测器组装的谱仪估计高10倍以上.在3γ方式下,NaI(Tl)探测器与两个BaF₂构成三重符合,合理安排三探头的几何及合理选择各能窗的位置以优化对3γ湮没事例的测量,实验表明,新系统可用于研究强度微弱的电子偶素在固体中湮没的3γ寿命谱.     

便携式食品放射性检测仪的研制及测试

设计了一种便携式食品放射性检测仪,主要包括测量结构、核信号处理单元和能谱分析程序。核信号处理单元主要包括抗混叠低通滤波器、程控增益放大器、高速A/D采样、数字低通滤波、梯形成形、脉冲幅度甄别和能谱获取等。能谱分析程序主要包括能谱光滑、能谱寻峰、能量刻度、本底扣除以及活度计算等。最后,以测量¹³¹I核素为例,研究了仪器对不同体积样品的探测效率、刻度系数和最低可探测活度,并根据刻度系数对300 mL食品样品的放射性测量结果进行校正。结果表明,仪器对常见食品中¹³¹I的放射性活度检测结果误差小于10%,满足食品放射性测量需求。     

~(56)Fe(n,p)~(56)Mn反应截面测量

在E_n=12—18MeV,用活化法测量了~(56)Fe(n,p)~(56)Mn反应截面,在E_n=14.61±0.20MeV处做了绝对测量,结果为108.0±2.7毫巴.中子通量用伴随粒子法测定,并与反冲质子望远镜相比较,两种方法在1—2%的误差范围内一致.~(56)Mn的γ放射性用φ10×7.6厘米的NaI(Tl)闪烁谱仪测量,谱仪探测效率用4πβ-γ符合法标定的~(56)Mn标准源刻度.测量结果与现有数据进行了比较.     

元素分离样品中丰中子同位素弱γ活性探测

MPGeγ探测器的γ能量信号与4πΔEβ探测器的β射线能损信号符合后再与BGO探测的β+衰变的正电子湮灭511keV γ信号作反符合组成一种新的探测系统. 该系统可使γ谱测量的康普顿本底下降约一个数量级. 对缺中子同位素衰变γ射线的探测作强抑制的同时,丰中子同位素衰变γ射线的探测仍能保持相对单谱为(46±3)%的高效率. 使用该系统对已被合成的丰中子核素²⁰⁸Hg的半寿命进行了一次新的测定. 所得新的²⁰⁸Hg半寿命测定值41.5+min,与以往用放射化学母牛法给出的结果一致,测量误差有较大改进.     

用于符合测量的多通道符合计数器

符合测量在量子光学实验中有着重要的应用,它可以用于测量纠缠光子对和单光子干涉等实验。在使用过程中,经常用到三通道或更多通道的符合测量,这种情况下简单的门电路无法满足使用要求,而现场可编程门阵列(FPGA)为实现低成本、小体积的多通道符合计数系统提供了解决方案。同时,基于FPGA的多通道符合计数系统还可以提供ns精度的符合分辨时间,避免本底光噪声对探测器的影响,从而有效抑制偶然符合,进一步提高了多通道符合计数系统的性能。本文介绍了基于FPGA的多通道符合计数器,并实验测量了单光子探测器信号的符合计数。     

用低能弱γ源测量电子对的近阈产生截面

用2.7μCi的⁶⁰Co弱γ源和NaI(Tl)与Ge(Li)双探测器符合测量方法,测量了Al,Zn,Sn,Pb四种样品的电子对产生绝对截面。测量结果与前人用很强γ源得到的结果相符合,并验证了在近阈条件下,对产生截面满足Jaeger关系式:σ_pair=(Z²+aZ⁴)σ₀,求得对⁶⁰Co源γ光子,α=(1.51±0.23)×10^-4,σ_{0关键词：}     

高精度环形谱仪等时性模式的闭轨校正模拟

高精度环形谱仪（SRing）是HIAF装置的重要组成部分,闭轨校正设计是该同步加速器设计的关键部分。由于等时性模式（γ_t=1.43）线性光学水平β函数很大,磁铁场误差及安装误差会引起较大的闭轨畸变,并导致线性光学发生变化。模拟过程采用奇异值分解（SVD）算法,通过多次计算响应矩阵并计算校正铁校正量实现闭轨校正。同时考虑BPM误差的影响,并通过减少特征值使用个数降低校正铁校正量。校正后全环最大闭轨小于0.8 mm,线性光学也得到明显优化。     

THGEM探测器X光斑寻迹和位置分辨实验研究

介绍了一种基于THGEM的X射线光斑寻迹探测器,用于X射线单光子计量技术研究和测量,探测器有效面积200 mm×200 mm,采用128路基于ASIC和FPGA的高速读出电子学,探测器分为中间高分辨区和外围低分辨区两部分,两部分共用一套读出电子学。实验在中国计量科学研究院利用X光机产生的束线,测试光斑位置、光斑精细分布以及探测器的位置分辨。实验结果表明,探测器实现了同时对光斑寻迹和光斑的精细测量,探测器中间高分辨区x方向的位置分辨率为0.63 mm（FWHM）,y方向位置分辨率为0.62mm（FWHM）,探测器各项性能指标均达到了预期目标。This paper introduces the detector of X-ray spot tracing based on the THGEM. It is used for X ray single photon measurement technology research and measurement with an effective area of 200 mm×200 mm. The circuit board has 128 array of high speed readout electronics based on ASIC and FPGA. And it is divided into two parts:the middle area of high sensitive and the peripheral area of low sensitive. The two parts share a set of readout electronics. The experiment tests the position and the fine structure of the beam line produced by X ray machine in National Institute of Metrology. The results of the experimental show that the detector realizes both the spot tracing and the fine structure of the spot. The position resolution is 0.63 mm in x direction and 0.62 mm in y direction in high sensitive of the detector, which achieve the desired goal of preliminary design.     

积分中值定理在放射性氙样品γ谱效率刻度技术中的应用

在实验室HPGe探测器测量分析氙气样品过程中需要用到相对方法进行分析, 然而由于放射性氙同位素半衰期较短, 制作相应的标准气体比较难, 给谱仪系统刻度带来困难.针对该问题, 提出使用混合面源模拟刻度四种氙同位素气体源的效率, 并提出将积分中值定理应用到面源刻度实验过程, 大大简化了中间流程, 提高了测量的准确性.利用氙分离纯化系统在高氡环境下采集样品, 获得了天然放射性¹³³Xe气体γ谱, 通过计算得到其活度浓度. 积分中值位置处的混合面源刻度结果和气体源刻度结果一致, 说明本文提出的面源刻度技术及积分中值定理的思想在HPGe 探测器效率刻度测量分析中是有效可行的. 关键词： 面源 无源效率刻度软件 效率刻度     

强辐射环境下高能脉冲裂变中子探测方法

在研究通道衰减、探测方法分离和探测器中子/射线本征分辨的基础上,研究了测量高能脉冲裂变中子数目的探测技术。基于电流型Si-PIN探测器,设计了减本底的背靠背探测结构,给出了测量强射线和低能散射中子干扰信号及有效扣除强辐射本底的实现方法,最终实现了高n/n和n/分辨测量和强裂变中子、射线混合场中的高能脉冲裂变中子数目探测,探测系统的信号/辐射本底比可达到10倍以上。     

中国散裂中子源小角中子散射谱仪探测器研制

中子小角散射探测器是小角散射（SANS）谱仪的关键设备之一,探测器要求有足够大的探测面积、较高的探测效率及较好的空间分辨率,能够在真空腔中稳定地工作并可在腔体内前后移动。综合考虑,SANS探测器采用120只8 mm直径位置灵敏3He管,组成有效面积1 000 mm（X）×1 020 mm（Y）的二维探测器阵列。探测器阵列分为10个模块,每一个模块功能完全独立,包括12只3He管及其对应的读出电子学和数据获取系统。读出电子学位于探测器背面的回字形密闭腔体内,由CSNS电子学组自主研发。SANS探测器从设计、选型、样机、调试到安装历时三年,中子束流实验结果显示探测器探测效率大于50%（@2Å）,空间分辨率好于10 mm（FWHM）,完全达到设计要求,目前正在中国散裂中子源小角散射谱仪运行使用。