基于SiPM读出的塑料闪烁体探测器时间性能研究

研究了基于硅光电倍增管(SiPM)双端读出的面积为10 cm ×10 cm的薄塑料闪烁体探测器的时间性能。239Pu放射源测试结果显示:(1)在多支SiPM串连读出方式下,随着SiPM数量的增加,探测器时间分辨逐渐变好;(2)在固定12支SiPM数量不变的情况下,并联支路越多,探测器时间分辨越差;(3)采用快时间塑料闪烁体并增加其厚度,可有效提高探测器时间分辨;(4)采用比束斑尺寸更大的塑料闪烁体,可有效提高探测器时间分辨的位置均匀性;(5)对于1 mm厚的EJ232塑料闪烁体探测器,在单端12支SiPM串行连接的情况下,可获得好于131 ps的时间分辨。这一研究对RIBLL2起始时间探测器的升级改造具有重要的指导意义。     

r探测器的中子灵敏度标定技术

CeF3，YaP：Ce等无机晶体分别配光电倍增管构成的探测器，对r线有较高的探测效率，被称为r测器。由于其中子灵敏度比相同能量的r敏度要低数倍，有的甚至低一个量级，因此中子辐射源与周围环境物质作用产生的散射中子和r线将严重影响其输出电流，导致中子灵敏度的标定难以实现。     

2维位置灵敏中子探测器读出

介绍了基于厚型气体电子倍增探测器(THGEM)的位置灵敏热中子探测器中,采用专用集成电路的阵列电荷灵敏前置放大和可编程器件的读出电子学设计。专用集成电路采用VA64TA2,64通道输入电荷灵敏放大成型,触发输出。控制电路使用了现场可编程器件。两者结合,显著减少了读出电路在探测器内所占据的空间。介绍了VA64TA2裸片的封装,给出了电路的原理和时序,进行了线性和电子学噪声试验,结果表明电路具有16 fC的线性动态范围,电子学噪声仅为75个电子电荷。     

SiPM高压电源研制与验证

硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)是新一代的半导体光子探测器,被广泛应用在高能物理、核医学成像及核物理等领域.由于不同的SiPM的偏置电压不同,为满足SiPM的工作电压需求,设计一款电压可调的,且具有温度自适应功能的高压电源.高压电源主要利用DC/DC模块产生高压来给SiPM供电....     

沟槽型硅微结构中子探测器的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器（MSND）性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究。研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最优的沟槽宽度使得探测效率最大化;沟槽深度越大,探测效率越高。沟槽宽度和沟槽间距为15 m和5 m是一对优化的参数组合,可保证较高的探测效率和较平稳的系统甄别阈-探测效率曲线。当系统甄别阈取300 keV时,沟槽宽度、间距和深度分别为15,5 m和200 m时的MSND热中子本征探测效率可达37.77%,与平面探测器相比提高了9.2倍;对137Cs源662 keV伽马射线的中子-伽马射线甄别比可达4.1103,与平面探测器相比提高了23.7倍。本工作从理论上证明了MSND可解决传统平面型半导体中子探测器探测效率低的难题,同时可保持半导体探测器中子-伽马射线甄别容易的特点。     

沟槽型硅微结构中子探测器的蒙特卡罗模拟研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了微结构参数、填充致密度等因素对沟槽型微结构半导体中子探测器(MSND)性能的影响规律,并开展了沟槽型MSND的优化设计研究。研究表明,随着沟槽间距的增加,MSND的探测效率呈下降趋势;当沟槽间距固定时,存在最优的沟槽宽度使得探测效率最大化;沟槽深度越大,探测效率越高。沟槽宽度和沟槽间距为15μm和5μm是一对优化的参数组合,可保证较高的探测效率和较平稳的系统甄别阈-探测效率曲线。当系统甄别阈取300keV时,沟槽宽度、间距和深度分别为15,5μm和200μm时的MSND热中子本征探测效率可达37.77%,与平面探测器相比提高了9.2倍;对137 Cs源662keV伽马射线的中子-伽马射线甄别比可达4.1×103,与平面探测器相比提高了23.7倍。本工作从理论上证明了MSND可解决传统平面型半导体中子探测器探测效率低的难题,同时可保持半导体探测器中子-伽马射线甄别容易的特点。     

一种基于SiPM的新型起始时间探测器研制

本文介绍了一种新型起始时间探测器的研制。该探测器的灵敏面积为60 mm×60 mm,利用120根直径为1 mm的塑料闪烁光纤分成两层错位紧致排布,且上下相邻的3根光纤作为一个探测单元,每个探测单元均采用硅光电倍增管从双端读出信号。采用90Sr放射源对单根光纤进行了性能测试,结果表明,闪烁光沿着光纤方向的有效传播速度约为17 cm/ns,对应的时间分辨优于600 ps。此外,利用中国科学院近代物理研究所第二条放射性束流线（RIBLL2）提供的240 MeV/u的15N次级束研究了该探测器的性能。束流测试结果表明:该探测器的时间分辨为（150±15）ps,纵向位置分辨为（1.8±0.2）cm,并且结合该探测器以及RIBLL2束流线外靶实验终端上的其他探测器,可以对实验中产生的5 ≤ Z ≤ 8的各种同位素进行非常好的粒子鉴别。     

用于中子测量的俘获探测器研究

为了在弱中子场和有限小空间内测量绝对裂变率, 制作了俘获探测器, 研究了俘获探测器的性能。 介绍了用于中子测量的俘获探测器和铅屏蔽室, 以及该探测器系统在特定条件下测量裂变反应率的结果, 并与裂变室测量结果进行了比较。 探讨了铅屏蔽室大小对测量结果的影响。 To detect the absolute neutron flux in a weak neutron field and restricted space, the fission fragment trapping detector was fabricated and the properties of the detector were studied. In this paper, the detector and shielding chamber used in neutron detection were described and the experimental measurements of the fission rate in specific condition were performed with the detection system and the result has been compared with that obtained by fission chamber. The influence of the shielding chamber on the measured results was analyzed.     

新型位置灵敏光电倍增管的性能测量

位置灵敏型光电倍增管(PS-PMT)代表了基于单个管子的原理开发新概念γ相机的技术进步.最近,日本滨松公司出品了一种新型紧凑型的PSPMT—R7600-C12.根据正电子放射断层成像系统(PET)的应用特点,我们测试了由该PS-PMT组合成的闪烁晶体阵列探测器的空间分辨率、空间线性度、增益均匀性及时间分辨率LSO与该PS-PMT的组合空间分辨率达到1.4mm,而且显示出良好的空间线性、增益均匀性及优异的时间分辨特性.     

可用于激光核聚变的闪烁中子探测器

在当前激光核聚变实验中,中子集中在短时间内出现、且产额低。为适应这种特点,要求探测器的效率高,分辨时间短。利用闪烁中子探测器探测激光核聚变所产生的中子,能测定中子产额,记录中子能量,而且探测效率高,分辨时间短。缺点是易受γ射线、X射线的干扰。     

用于垒下重离子熔合裂变研究的两维位置灵敏探测器

描述了用于近垒和垒下重离子熔合裂变实验的主要探测器——两维位置灵敏雪崩室(BPAC)的结构、工作原理及性能.给出了利用BPAC探测到的84MeV(E_cm)¹⁶O+²³²Th反应中不同碎片角区的碎片折叠角分布,并从中区分了转移裂变和复合核裂变的碎片角分布.从而证明转移裂变不是导致碎片角分布各向异性异常的原因.同时,实验结果支持了预平衡裂变模型对碎片角分布异常现象的解释.     

光电倍增管中子直照灵敏度响应

 光电倍增管的中子直照响应对脉冲中子探测器的设计和实际应用具有重要影响。分析了中子束直接照射光电倍增管产生直照响应的过程和机理。中子与光电倍增管入射窗硼硅玻璃中的硼和硅发生(n,α)和(n,p)反应,导致窗玻璃产生荧光,从而使光阴极发射光电子。在5SDH-2小串列加速器上,选用9815B和9850B两种光电倍增管进行实验,得到了光电倍增管的中子直照灵敏度能谱响应曲线。结果表明：中子能量由低到高变化时,光电倍增管的中子直照灵敏度也随之增大;两种光电倍增管的中子直照灵敏度比值为1.9×10²~2.74×10²,该值与其相应的增益比量级一致。     

光电倍增管中子直照灵敏度响应

光电倍增管的中子直照响应对脉冲中子探测器的设计和实际应用具有重要影响。分析了中子束直接照射光电倍增管产生直照响应的过程和机理。中子与光电倍增管入射窗硼硅玻璃中的硼和硅发生(n,α)和(n,p)反应,导致窗玻璃产生荧光,从而使光阴极发射光电子。在5SDH-2小串列加速器上,选用9815B和9850B两种光电倍增管进行实验,得到了光电倍增管的中子直照灵敏度能谱响应曲线。结果表明：中子能量由低到高变化时,光电倍增管的中子直照灵敏度也随之增大;两种光电倍增管的中子直照灵敏度比值为1.9×102~2.74×102,该值与其相应的增益比量级一致。     

用位置灵敏光电倍增管读出的CsI(Tl)探测器

报道了用双维位置灵敏光电倍增管读出的CsI(T1)探测器,其CsI(T1)晶体厚度为10mm,灵敏面积为60mm×60mm.探测器的空间位置分辨为0.81mm(FWHM).用蒙特卡罗的方法对该探测器作了进一步模拟研究,其结果与实际测试的结果很好地一致.     

用于脉冲中子探测器的小型化高压模块性能研究

高压电源的性能特性对闪烁中子探测器的性能有着十分重要的影响。为克服传统高压供电设备体积大、便携性差的问题,在便携式脉冲中子探测器研制中拟采用内部集成小型化高压模块为光电倍增管提供高压的技术路线。根据实验结果,选用的高压模块最高输出高压可达2.5 kV并且具有良好的输出一致性,可适应16~36 V的工作电压,连续工作稳定性及温度稳定性优良,可以满足脉冲中子探测器研制的要求。     

光电倍增管对14 MeV脉冲中子的直照响应

采用ING-103型DPF脉冲中子源产生的14.1 MeV脉冲中子对EMI两个不同型号的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B进行了直照实验。针对DPF脉冲中子源产生中子脉冲的同时也会产生X射线脉冲的特点,采取了飞行时间法及吸收衰减法来消除X射线对中子脉冲的干扰。利用中子及X射线速度的差异,将光电倍增管放置在离源较远的测点位置,测得了X射线脉冲和中子脉冲时间上错开的双峰波形。通过在辐射通道内添加5 cm厚的铅吸收体有效地抑制了X射线峰,在离源较近的测量位置测到了干净的脉冲中子波形。根据实测波形,得到的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B中子直照灵敏度分别为10-13与10-15量级,该结果与理论计算结果在量级上一致。     

光电倍增管对14 MeV脉冲中子的直照响应

 采用ING-103型DPF脉冲中子源产生的14.1 MeV脉冲中子对EMI两个不同型号的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B进行了直照实验。针对DPF脉冲中子源产生中子脉冲的同时也会产生X射线脉冲的特点,采取了飞行时间法及吸收衰减法来消除X射线对中子脉冲的干扰。利用中子及X射线速度的差异,将光电倍增管放置在离源较远的测点位置,测得了X射线脉冲和中子脉冲时间上错开的双峰波形。通过在辐射通道内添加5 cm厚的铅吸收体有效地抑制了X射线峰,在离源较近的测量位置测到了干净的脉冲中子波形。根据实测波形,得到的光电倍增管EMI-9815B和EMI-9850B中子直照灵敏度分别为10^-13与10^-15量级,该结果与理论计算结果在量级上一致。     

通讯波段单光子探测器的研制

将InGaAs/InP雪崩光电二极管应用于盖革模式下,采用门脉冲模式淬灭雪崩,并使用魔T混合网络抑制尖峰噪声,实现了通信波段1550 nm的单光子探测.在APD工作温度为223 K时,测得暗计数率与探测效率的比值为0.035.     

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.     

基于单元探测器的激光跟踪技术研究

在激光通信、激光制导和交会对接的过程中,为了实现对远距离目标的捕获和跟踪,提出了一种基于单元探测器的激光跟踪技术,该技术以单元探测器测量距离信息,通过快反镜使光束螺旋扫描视场,并反馈角度信息,由此得到三维图像。信号处理端通过处理三维图像可以获取目标相对视场中心的脱靶量,控制端根据脱靶量驱动快反镜偏转,使目标一直处于扫描视场中,从而实现目标跟踪。该技术的优点是能将单元探测器引入到捕获跟踪领域中,不再需要使用阵列探测器定位回波光斑的中心,所以回波能量密度更高,有利于实现远距离的激光跟踪,特别是能够结合单光子探测器来极大地提高跟踪距离。使用该方法进行了仿真实验,并在室内使对3.75 m处的目标进行了捕获跟踪实验。实验结果表明,仿真与实验结果具有很高的一致性,其中对角速度为9.07 mrad/s目标的捕获概率达到了72.5%。