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。     

基于GEANT4的CsI(Tl)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟, 得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(Tl)晶体测量γ射线的能谱。对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性。该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具。 With the modeling of the light transportation in crystal and electron multiplication in the PMT, a Monte Carlo simulation of CsI(Tl) scintillator detector has been implemented with Geant4 toolkit. The energy spectra simulated with different crystal shape, size and wrappings are obtained. And the reliability of the simulation parameters is confirmed by comparing with the measurements. The simulation code can be used as an reliable tool for the design of scintillator detectors.     

基于GEANT4的CsI(T1)闪烁体探测器的Monte Carlo模拟

对闪烁光在晶体内的传输以及光电子倍增过程进行了建模,基于GEANT4软件包对CsI(T1)闪烁体探测器进行了蒙特卡罗模拟,得到了不同形状、尺寸和包装的CsI(T1)晶体测量γ射线的能谱.对比模拟和测试结果,两者得到了很好的符合,从而验证了模拟参数的合理性和可靠性.该模拟程序的建立为闪烁体探测器的设计提供了更精确的开发工具.     

塑料闪烁体阵列探测器读出ASIC中峰值保持电路的设计

塑料闪烁体阵列探测器(PSD,简称塑闪阵列探测器)的输出信号经过前置放大器和滤波成形电路后输出准高斯波形,利用峰值保持电路可对准高斯波形信号的峰值进行采样和保持,以便后续的电子学系统对其进行进一步的分析。本工作采用180 nm CMOS工艺设计并实现了一款峰值保持电路ASIC芯片,每通道主要由跨导放大器(OTA)、电流镜和充电电容三部分电路组成。实验室电子学功能和性能测试结果表明：峰值保持电路功能良好;输入动态范围为33～940 mV,非线性误差优于0.8%,下垂速率好于8.6μV/μs,峰值探测延迟时间小于35 ns,芯片单通道静态功耗为825μW,达到设计要求。     

环形正负电子对撞机带电粒子鉴别的飞行时间探测器

环形正负电子对撞机(circular electron-positron collider, CEPC)通过d E/dx的测量进行长寿命带电粒子的鉴别,要求对d E/dx的测量达到约3%的精度.但d E/dx的测量对带电粒子π/K,π/P和K/P各有一个分辨盲区,对应的横动量分别为1 GeV/c, 1.6 GeV/c和2 GeV/c.一种解决方案是采用高精度飞行时间(time of flight, TOF)探测器填补分辨盲区,探测器系统的时间分辨要求小于50 ps.针对这一要求本文提出一种小颗粒飞行时间探测器,具体方案为采用小块塑料闪烁体(1 cm×1 cm×0.3 cm)侧面耦合硅光电倍增管读出.介绍了该探测器的构建以及利用90 Sr电子准直源和高速波形采集电子学对该探测器的性能标定.结果显示,采用恒比定时法,该探测器的时间分辨约为48 ps,可以满足CEPC对飞行时间探测器的要求.     

长塑料闪烁计数器教学实验的研究

将长塑料闪烁计数器引入核与粒子物理实验教学 ,实验中测量了长塑料闪烁体技术衰减长度等性能参量 ,并取得了较好的教学效果 .     

实时离子探测器——塑料闪烁体性能的实验研究

利用静电离子加速器对实时离子探测器——塑料闪烁体的特性 (包括灵敏度、动态范围、能量响应, 及空间分辨等)进行了实验研究,并对闪烁体探测器与其他传统的离子探测器的特性进行了比较. 对闪烁体在激光等离子体实验的离子束诊断中的可能应用进行了探讨.塑料闪烁体的应用可满足高重复频率激光等离子体离子加速实验高效率运行的要求,为实验研究提供强有力的支持.     

用于中子位置灵敏探测器的SiPM性能研究

为满足中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程材料衍射谱仪的探测器需求,CSNS探测器组设计并研制了基于硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)读出的闪烁体探测器。本工作针对该探测器,选取了Sensl MicroFJ-30035-TSV和Hamamatsu S13363-3050NE-16两种型号的SiPM,开展了其击穿电压、增益、温度特性、暗计数率等关键性能的测试。测试结果显示,两者单光子分辨能力,增益、暗计数率等性能均可满足当前闪烁体探测器需求,相同过偏压下,前者增益高于后者,且Hamamatsu SiPM增益对温度更敏感。测试了两SiPM的温度补偿系数分别为22.0 mV/℃(Sens1)和53.6 mV/℃(Hamamatsu),为后续SiPM温度补偿电路设计奠定了基础。利用研制的探测器工程样机,在CSNS BL09下测试了两种SiPM读出的探测器对2.8 ?中子探测效率分别为76%和68%,为目标探测器及同类型探测器的SiPM选型提供了参考。     

塑料闪烁体探测器测量宇宙射线μ子寿命实验

本文设计了基于快时间响应的塑料闪烁体和光电倍增管组成的宇宙射线μ子探测器.带电粒子在探测器中产生的电脉冲信号波形由数字化仪读出并记录在计算机.通过离线数据分析完成μ子衰变事例选择、脉冲信号定时和寿命拟合等步骤.实验中脉冲信号上升时间小于20 ns,噪声小于3 mV,经估算使用前沿定时方法得到的探测器时间分辨率可达到纳秒量级.μ子平均寿命测量值为2.188±0.045μs,与粒子数据表(PDG)给出的μ子寿命测量值在误差范围内是符合的.     

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.     

超重反冲余核时间探测器性能测试

介绍了一种铝制内椭球面反射镜闪烁薄膜探测器,对其探测效率、光收集效率和时间性能的测试. 结果分析表明采用1 μm厚的BC498闪烁薄膜探测器测量实验中超重反冲余核, 探测效率接近100％, 时间分辨好于200 ps, 其性能满足超重反冲余核时间测量的要求. A thin plastic scintillator film detector with an inner ellipsoidal reflection mirror made of aluminum is introduced. Detection efficiency and light collection efficiency of the detector have been investigated. The time resolution of the detector has been also studied. The testing results show that the detection efficiency of BC498 with the thickness of 1 micron to be used in the coming superheavy synthesis experiments is approximately 100%, and the time resolution is better than 200 ps (σ). The performances of the thin plastic scintillator film detector meet the requirements for the time measurement of the superheavy element synthesis.     

低本底液闪中子探测器的材料测试研究

为测量中国锦屏地下实验室（China JinPing underground Laboratory,CJPL）极低通量的中子本底,需要建造大型快中子液体闪烁体探测器。建造探测器需要选用低放射性本底材料,并且化学性质稳定,不与液体闪烁体发生反应而影响液体闪烁体（EJ-335）的性能。为此,建造了小型液闪探测器,在其中分别放入聚四氟乙烯、无氧铜、氟橡胶、全氟醚橡胶这4种材料进行长期浸泡,并分别进行了如下测试:液闪长时间浸泡各种材料前后液闪的吸收光谱测试;用60Co γ源检测小型液闪探测器光产额随时间的变化情况;用Am-Be中子源检验探测器在浸泡前后的n-γ甄别性能。最终实验结果表明,聚四氟乙烯和全氟醚这2种材料与液闪有很好的兼容性,可作为大型快中子液闪探测器的容器和密封圈的备选材料。In order to measure the flux and spectrum of neutron background which is extremely low in China JinPing underground Laboratory (CJPL), liquid scintillator detector with large scale used to detect fast neutron need to be fabricated. Surrounding materials used in detector require the excellent performance, such as low radioactivity as well as stable chemical properties, which do not react with liquid scintillator, so as to avoid affecting the performance of detector. Polytetrafluoroethylene(PTFE), highly purified no-oxygen copper, fluororubber and perfluoroelastomer had been put in a small detector and soaked for a long time. The change of absorption spectrum and light yield along with time as well as the performance of n-γ discrimination after soaked were tested. The results show that PTFE and Perfluoroelastomer are compatible with liquid scintillator, which offers a reference for the selection of material used in container and seal of liquid scintillator detector used to detect fast neutron.     

用于GPPD谱仪的大面积闪烁体中子探测器性能测试

中国散裂中子源（Chinese Spallation Neutron Source,CSNS）的建成为中子散射技术的发展和应用奠定了基础。通用粉末衍射谱仪（general purpose powder diffractometer,GPPD）是CSNS一期建设的三条谱仪之一。研制了用于GPPD的大面积闪烁体探测器阵列,在CSNS的BL20中子束线上开展了探测器关键性能参数的实验测试。测试结果显示,对波长为1.4 Å和2.8 Å的中子,其探测效率分别为（38.5±1.7）%和（56.1±1.1）%,模拟与实验相结合,给出对2 Å的中子,其探测效率约为（46.1±2.0）%,有效面积内的探测效率不均匀度约为19.6%,经优化后可以降低到14.9%;探测器位置分辨可以达到4.0 mm×4.0 mm,最高计数率约79 kHz。探测器单元的整体性能指标能满足GPPD的物理需求。     

塑料闪烁体中子探测效率及相对发光产额的标定

利用加速器中子源研究了用于标定塑料闪烁体中子探测效率及相对发光产额的实验技术 ,在四川大学原子核科学技术研究所 2 .5MeV静电加速器上 ,利用T(p,n)和D(d ,n)核反应作为中子源 ,在 0 .6—5MeV中子能区对直径为 40mm ,厚度为 5mm的 1 42 1塑料闪烁体的中子探测效率及相对发光产额进行了测定.A method used for the calibration of neutron efficiency and the relative photo yield of plastic scintillator is studied. T(p,n) and D(d,n) reactions are used as neutron resources. The neutron efficiencies and the relative photo yields of plastic scintillators 1421 (40 mm in diameter and 5 mm in thickness) are determined in the neutron energy range of 0.655—5 MeV.     

闪烁体探测器中光的衰减通式(英文)

闪烁体探测器被广泛应用于当今粒子物理与原子核物理实验中。研究闪烁探测器的光衰减规律（LASD）对时间和能量的准确测量都十分重要,这一点对条形闪烁探测器尤为如此。本文以圆柱闪烁探测器为例,对各向同性的闪烁光进行立体角积分,进而研究不同立体角下光程差异对结果的影响。在数值计算的基础上,导出了描述LASD的通用公式。在一定条件下,公式可以约化为双指数衰减形式。对于DAMPE上PSD的实验数据,该公式能使闪烁体远端的拟合偏差从大约10%降低至2%以下。同时,模型也能够很好地描述Kaiser实验、Gierlik实验和Platino实验的实验数据。Scintillator detectors are widely used in modern nuclear and particle physics experiments. Studying the light attenuation of scintillator detector (LASD) is vitally important for extracting proper measurements of energy and time. In this paper, we integrate the isotropic fluorescence over solid angle to study the influence on overall light-intensity from varying optical path at different angle. Based on numerical results, a universal formula for describing LASD is derived. Under certain condition, our formula can be written as a form of widely-used double-exponential function. The universal formula describes the experimental data of PSD at DAMPE, reducing the maximum deviation at far-side of the scintillator from~10% to less than 2%. Moreover, our model also deciphers Kaiser's experiment, Gierlik's experiment and Platino's experiment successfully.     

双层飞行时间探测器(TOF)的性能研究

利用BC408塑料闪烁体直接耦合R2490–05高抗磁光电倍增管,组成双层飞行时间探测器.通过2GeV的π–束流测量,结果表明其本征时间分辨(标准偏差)≤50ps.利用该探测单元组成的飞行时间探测器系统,以其时间性能、结构、技术成熟和价格的优势,可以应用到τ–c工厂的带电粒子鉴别系统上.     

The Etch-Induction Time T i and Etch-Critical Time T c in CR-39 Plastic Nuclear Track Detector

The etch-induction time, T_c, is measured for α-particles in CR-39 plastic track detector and the etch-critical time, T_c, is calculated for α-particles in CR-39 detector as a function of α-energy, E, and incident angle, 0. The etch-induction time was found to be independent of dip angle and directly proportional to the α-particle energy in the range from 1–6.1 MeV. The etch-critical time was found to be zero for angles greater than the critical angle, 0_c, whereas at angles less than 0_c, the etch-induction time, T_i, was increased by the value of T_c.

Die Induktionsätzzeit T_i wurde für Alpha-Teilchen in einem CR-39 Plast-Kernspurdetektor gemessen und die kritische Ätzzeit T_c wurde für die Alpha-Teilchen als Funktion der Energie und des Einfallswinkels berechnet. Es wurde gefunden, daβ die Induktionsätzzeit unabhängig vom Eintauchwinkel und direkt abhängig von der Teilchenenergie im Bereich von 1 … 6.1 MeV ist. Die kritische Ätzzeit war Null für Winkel, die gröβer als der kritische Winkel 0_c waren, während für Winkel, die kleiner als 0_c waren, die Induktionsätzzeit T_i zunahm bis zum Wert von T_c.     

RIBLL终端LASCAR闪烁体阵列探测器研制进展

介绍了RIBLL终端LASCAR闪烁体阵列探测器的工作原理和结构特点. 描述了为满足放射性核束实验的要求而对阵列所作的重要改进. 给出了LASCAR构型优化改造的工作设想和实施步骤. The principles and structure characteristics of LASCAR scintillator array detector at RIBLL terminal are described. Special emphases are laid upon the latest progress for the development of LASCAR array detector to meet the requirements of the RIB experiments. The working plan and steps for optimizing configuration of the LASCAR multi unit neutron scintillator array detector are also presented.