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。     

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。     

用于硼中子俘获治疗的FFAG加速器Lattice设计

研究设计了一种用于硼中子俘获治疗(BNCT)的紧凑型固定磁场交变梯度(FFAG)加速器。首先采用FFAG加速器磁铁的线性简化模型,计算确定了加速器的基本结构参数;再用WIN.AGILE程序进行了磁聚焦结构的设计和优化,得到了Beta函数、色散函数、包络函数及工作点等;采用MAD程序对设计结果进行了复算,并对两种程序的计算结果作了进一步的对比分析;最后采用ZGOUBI程序进行非线性磁场下粒子追踪。FFAG加速器的超周期为6,能量为11 MeV,场指数k为1.9,周长为11.1795 m,结构紧凑。分析结果表明,优化设计的FFAG加速器达到了预期的设计目标。     

用于DPF装置中子测量的闪烁体探测器

介绍了一种用于等离子体焦点装置(DPF装置)中子波形测量的塑料闪烁体探测器,该探测器由ST401型塑料闪烁体、XP2262B型光电倍增管构成。利用银活化中子探测器和DPF装置对该塑料闪烁体探测器进行标定,确定其中子灵敏度为0.022 5 pC每中子,,中子产额测量范围达到109～1011每脉冲,可以满足DPF装置中子参数测量的需要。     

用于DPF装置中子测量的闪烁体探测器

 介绍了一种用于等离子体焦点装置(DPF装置)中子波形测量的塑料闪烁体探测器,该探测器由ST401型塑料闪烁体、XP2262B型光电倍增管构成。利用银活化中子探测器和DPF装置对该塑料闪烁体探测器进行标定,确定其中子灵敏度为0.022 5 pC每中子,,中子产额测量范围达到10⁹～10¹¹每脉冲,可以满足DPF装置中子参数测量的需要。     

高效率BF3正比探测器阵列探测中子技术

针对中子产额范围宽、下限低，研制4个具有高中子探测效率的正比探测器，由置于慢化体内的BF3正比计数管阵列和电压前置放大器组成。每个探测器内共包括12支BF3正比计数管，并根据不同的数目分为两组。在图l所示的实验中，利用这种多管的正比探测器，可以对产额变化范围宽、下限低的不同脉冲中子源产额进行测量。     

SiC基中子探测器对热中子的响应

以SiC二极管和中子转换材料6LiF为基础,研制了SiC基中子探测器,并用241Am源与临界装置分别研究了SiC基中子探测器的粒子响应、热中子响应。结果表明：SiC基中子探测器能够满足241Am源粒子的计数测量,但由于SiC二极管灵敏区薄,故不能用于5.48 MeV的粒子能谱测量;SiC基中子探测器对热中子响应良好,不同功率下,脉冲幅度谱中可清晰看到由6Li(n,)3H的反应产物粒子、3H粒子形成的双峰;脉冲幅度甄别法可将射线及电子学噪声甄别掉;在直接测量与符合测量中,SiC基中子探测器的计数率均与临界装置功率成线性关系,且直接测量的线性度比符合测量的线性度好,最好可达0.999 97。研究表明：降低肖特基接触金属的厚度、增加其外延层厚度、提高其外延层品质,可将SiC二极管用于带电粒子能谱测量。     

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。     

贫金属星的中子俘获元素

利用分量系数公式并结合太阳系元素丰度的最新数据,计算了6?4颗贫金属星的中子俘获元素丰度.结果显示,快中子俘获过程(r过程)是贫金属星中子俘获元素的主要来源,且金属丰度小于–2.5的贫金属星的重中子俘获元素产量可能来自于纯r过程;重中子俘获元素与轻中子俘获元素来自于不同的天体物理场所     

4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度

对4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度进行了理论和实验研究。采用蒙特卡罗方法模拟了不同能量中子和不同厚度裂变靶产生的裂变碎片在4He中的能量沉积,计算结果表明:中子在4He气中的能量沉积曲线和裂变碎片的能量沉积曲线能够互补,从而使探测器对中子的能量响应变得更平坦;探测器的中子灵敏度为10-15 Ccm2量级。并对探测器的中子灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果较为一致。     

利用Si–PIN探测器测量DPF装置中子产额

介绍了Si-PIN中子探测器的结构和测量原理,分析了探测器对14MeV中子的灵敏度.利用该探测器测量了等离子焦点装置的D-T脉冲中子产额,实验结果与SDIN500探测器测量结果在5?%不确定度范围内一致     

个人中子剂量气泡探测器研制

中子固体气泡探测器被认为是唯一能够满足国际辐射防护委员会ICRP60要求的个人中子剂量计，它具有从低能中子到高能中子的平坦响应曲线和对γ射线不灵敏的优点.本工作将过热液滴均匀地分布在一种软聚合物中，制成了个人中子气泡剂量计,其灵敏度达到每毫雷姆40个气泡.还介绍了个人中子剂量气泡探测器的原理和制作过程.Neutron solid bubble detector was considered as a unique one for meeting the need of the personal neutron dosimeter recommended by International Committee of radiation protection,ICRP60.It has the flat response for neutron from low energy to high energy,and insensitive for gamma rays. In this work,superheated liquid drops were dispersed into a kind of soft polymer homogeneously.A personal neutron bubble dosimeter has been made,and the sensitivity reached to about 40bubbles/mrem.The principle and the processing procedure of bubble detector were also introduced in this paper.     

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.     

对γ不灵敏的PIN脉冲中子探测器

将PIN半导体制作成特殊组合结构的PIN脉冲中子探测器,利用三通道装置产生的γ脉冲和中子发生器DT反应产生的14MeV中子脉冲对探测器进行了研究.结果表明:PIN脉冲中子探测器对脉冲γ辐射不灵敏,对脉冲中子辐射的灵敏程度依赖于中子辐射转换靶,探测器的信噪比达到30∶1,是一种在中子、γ混合脉冲辐射场中测量脉冲中子的新型探测器     

4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度

对4He闪烁裂变中子探测器的中子灵敏度进行了理论和实验研究。采用蒙特卡罗方法模拟了不同能量中子和不同厚度裂变靶产生的裂变碎片在4He中的能量沉积,计算结果表明：中子在4He气中的能量沉积曲线和裂变碎片的能量沉积曲线能够互补,从而使探测器对中子的能量响应变得更平坦;探测器的中子灵敏度为10-15 Ccm2量级。并对探测器的中子灵敏度进行了实验标定,实验结果与理论计算结果较为一致。     

基于Micromegas探测技术的中子CT可行性研究(英文)

在培育新品种过程中能够实时掌握了解土壤中植物根系的形态以及其生长情况将为植物学家提供很多不可或缺的信息。对基于 micromegas 探测技术的中子 CT 在这一新应用的试验环境进行了仿真模拟, 通过三维图像重建后,得到了令人满意的预期结果。首先通过 Geant4 和 Garfield 模拟计算利用聚乙烯薄膜作为中子转换层的 micromegas 中子探测器, 得到了非常理想的位置分辨, 说明基于micromegas 探测技术建立中子 CT 照相系统的可行性。 然后利用MCNP仿真模拟14 MeV 中子CT 的实验环境, 最后由Matlab程序进行图像重建。In this paper, the possibility using micromegas(Micro Mesh Gaseous Structure) as neutron detector in 14 MeV neutron computed tomography(CT) has been simulated. The results show that the micromegas neutron detector has high spatial resolution and is a good candidate for neutron radiography. The three dimensional images of plant roots in soil are successfully and clearly obtained by the 14 MeV neutron CT with micromegas as a neutron detector. In the present simulation, MCNP is employed for 14 MeV neutron transport in the sample and Matlab for the 3 D photograph reconstruction.     

裂变中子角关联分布的数值模拟

为了实现对自发裂变中子源能量、多重性和中子角关联分布的数值模拟,开发了根据裂变过程,逐步给出裂变中子多重性、能量和角分布等参数的NESF数值模拟程序,并将该程序集成到现有中子输运软件中.重点介绍我们开发的用于模拟自发裂变中子源能量、多重性和中子角关联分布的程序的背景、物理依据、程序流程,以及基于该程序开展的中子角关联分布特征与核部件特征关联的数值模拟.     

低能中子探测的GEANT4模拟研究

研究了GEANT4蒙特卡罗模拟程序在低能中子核反应中应用的可行性, 新版的GEANT(4.9.4版本)升级了老版本在模拟6Li(n, α)3H核反应道的不足, 并且加入了最新截面数据库。 对多个核反应道进行了研究, 模拟结果显示核反应截面、 次级粒子能量和反应的分支比等是正确的; 比较了掺6Li材料热中子探测效率的实验结果与MCNP和GEANT4模拟结果, 它们基本一致。 研究表明, 利用GEANT4研究6Li(n, α)3H是可行的, 这为进一步研究闪烁体中子探测器的位置分辨率模拟提供了有力支持。 The feasible study of Monte Carlo simulation of low energy nuclear reaction was performed based on GEANT4. The reaction channel 6Li(n, α)3H, simulated insufficiently in the old version Geant4, can be given correct results in the new version (version 4.9.4). New cross section library was added into the program. The study of several nuclear reaction channels shows that the cross sections, the secondary particle energies and the branching ratios are consistent with the experimental values. For doped 6Li materials, the comparison of thermal neutrons detection efficiencies of experimental results, MCNP and GEANT4 simulations, shows that the simulations are reasonable. From the studies above, it is feasible to simulate the 6Li(n, α)3H reaction with GEANT4. It will provide helpful information for the further study of the position resolution of scintillation neutron detector.     

应用于热中子的nTHGEM探测器性能研究

随着脉冲强流中子源的发展,对高性能中子探测器提出了更大的挑战,3He气体资源严重短缺和高计数率中子探测器的迫切需求,已开始制约着中子源应用技术的发展。中国科学院高能物理研究所针对中子的特殊性,专门研发了一种陶瓷基材的nTHGEM（neutron Thick Gaseous Electron Multiplier）探测器用于中子探测。基于nTHGEM的中子探测器具有高计数率、高位置与时间分辨能力、增益大、制作工艺简单,且便于大面积制作的特点,是目前国际上发展替代3He探测技术的重要方向之一。为了详细研究nTHGEM探测器的本身性能,本工作使用55Fe放射源研究了nTHGEM探测器的增益、计数率稳定性、能量分辨率等关键参数与nTHGEM膜间电压、收集场强、漂移场强之间的关系,优化了nTHGEM探测器在不同工作气体中的工作参数,为后续进一步优化nTHGEM探测器设计和工艺奠定了基础。实验结果表明,单层nTHGEM探测器在Ar（90%）+CO₂（10%）混合气体中增益能达到103,探测器计数率稳定性良好。另外,还在中国原子能科学研究院的CARR反应堆（China Advanced Research Reactor）上进行了中子束流实验,通过狭缝测量到探测器位置分辨率为（3.01±0.03）mm（FWHM）,已经接近高气压3He MWPC中子探测器水平。With the development of pulsed intense neutron source, the high-performance neutron detector poses more challenges. The severe shortage of 3He gas resources and the urgent need of neutron detector with high counting rate have begun to restrict the neutron source application technology development. In response to the particularity of neutrons, the Institute of High Energy Physics of CAS developed a nTHGEM(neutron Thick Gaseous Electron Multiplier)of ceramic substrate for neutron detection. The neutron detector based on nTHGEM is one of the most important directions for the development of alternative 3He detection technology in the world at present because of its high counting rate, high position and time resolution, large gain, simple fabrication process and large area production. In order to study the properties of nTHGEM detector in detail, this paper studied the relationship between nTHGEM detector's gain, counting rate stability, energy resolution and other key parameters and nTHGEM film voltage, collection field strength and drift field strength using 55Fe radioactive source, Optimized the working parameters of nTHGEM detector in different working gases, which laid the foundation for further optimization of nTHGEM detector design and process. The experimental results show that the single-layer nTHGEM detector has a gain of 103 in a Ar(90%)+CO₂(10%) mixed gas with good counting rate stability. In addition, a neutron beam experiment was performed on the China Advanced Research Reactor at the China Institute of Atomic Energy, and the position resolution of the detector was (3.01±0.03) mm (FWHM) measured by slits. Its performance is close to the high pressure 3He MWPC neutron detector level.