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1、第30卷增刊Ⅱ高能物理与核物理Vol.30,Supp.Ⅱ2006年12月HIGHENERGYPHYSICSANDNUCLEARPHYSICSDec.,2006¯缓发中子探测阵列的性能优化及测试*1)楼建玲李智焕叶沿林曹中鑫江栋兴华辉郑涛李湘庆葛愉成吴翠娥李琛庞丹阳卢飞范凤英马立英(北京大学物理学院技术物理系和重离子物理教育部重点实验室北京100871)摘要讲述了用于¯缓发中子发射测量的中子探测阵列的性能优化过程及测试结果.对中子探测器包装用的几种反射材料、光导和光电倍增管之间用的几种耦合材料行了系统的对比和研究.为了优
2、化电子学和实时监测整个探测阵列的工作状态,引入了LED光纤刻度监测系统.关键词中子探测阵列反射材料耦合材料LED光纤刻度监测系统1引言光纤刻度系统,从放大光输出幅度降低电子学阈值方面来提高其性能.¯缓发中子发射是轻丰中子不稳定核的一种主要衰变模式.通过对¯缓发中子的探测可以得到母2探测器本身的性能优化核的¯衰变模式,子核的高激发态能级等很多核结构的信息.为了研究轻丰中子区不稳定核的¯衰变对于探测器本身来说,影响光输出幅度的有两个性能及结构,北京大学建立了一套¯缓发中子探测重要因素:(1)闪烁体和光导的包装材料;(2)光
3、导与阵列[1](包括中子墙和中子球两部分),并于2004年顺PMT之间的耦合材料.首先对探测器所应用的多种利完成了第一次在束实验,得到了比较好的物理结包装反射材料进行测试比较.为了了解各种反射材果.首次发现了18N的两群¯缓发中子,能量分别为料的基本性能,减少反射材料的搜索范围,实验先在0.58§0.02MeV,0.79§0.04MeV;对应的分支比分别为直径为5cm,长为5cm的圆柱形小闪烁体上进行,用[2]ADC记录的60Co源的康普顿坪的半高宽道址来表征5.04§1.12%,0.28§0.06%.在束实验表明,整
4、个探测阵列的性能已经接近国闪烁体在不同包装材料下的光输出水平,表1给出了际上同类探测器的水平.为了进一步提高探测效率、实验结果.其中:毛面是指反射材料中较粗糙的一面降低探测阈值,实验结束后又对整个探测阵列进行了靠近闪烁体,光面是指较光滑的一面靠近闪烁体.一系列的性能优化.中子探测器的材料为富含质子表1小闪烁体在不同包装材料下的实验结果的塑料闪烁体BC408,其探测中子的原理为:中子打包装材料毛面半高道址光面半高道址在氢核上,通过n-p弹散产生反冲质子,反冲质子引起TYVEK1085D64326153TYVEK1072D
5、61876439闪烁体产生特征荧光,荧光信息经过闪烁体传输后被TYVEK1056D63406231PMT记录.所以提高探测效率降低阈值的关键是增TYVEK1042B62486228大光收集效率,提高光输出幅度.优化过程主要包括:A4纸49746974铝膜56475189(1)探测器本身的优化,对闪烁体和光导用的包装材镀铝mylar膜5774None料,光导与光电倍增管(PMT)之间用的耦合材料进行了系统地对比研究,从提高光输出幅度减少光传输损由表1可以看出:美国Dupont公司生产的4种失方面来优化其性能;(2)电子学
6、的优化,引入了LEDTYVEK纸的包装效果远好于其他的包装材料,且4*国家重点基础研究发展规划项目(G2000077400)和国家自然科学基金项目(10475004,10405001,10221003)资助1)E-mail:jllou@hep.pku.edu.cn205
7、207206高能物理与核物理(HEP&NP)第30卷种纸的包装效果在5%的误差范围内是一致的;镀铝结果表明,硅脂和硅油耦合时的光输出水平基本一致;mylar膜的效果要好于铝膜.根据以上结果,选定原始硅胶垫耦合时的光输出水平要比硅油和硅脂耦合时差反射材料
8、铝膜,TYVEK纸中的1056D,镀铝mylar膜,10%;空气耦合时(紧贴)的光输出水平最差,仅为硅油以及文献[3]中推荐的Millipore在中子墙单元短棒上和硅脂耦合时的50%.但是根据实际操作的经验可知:360(40£4.5£2.5cm)实验.实验时将Co源置于短棒中探测器的移动安装等会极大地降低硅油和硅脂的耦合间,用TDC记录短棒两端PMT输出信号的时间差(半效果,而硅胶垫是有一定弹性和粘性的固体,不存在宽代表时间分辨),用QDC记录短棒两端PMT输出信上述问题.综合考虑光输出幅度的大小和系统的稳定号的幅度.
9、测试结果与小闪烁体的结果一致:1056D纸性两方面因素后,选定硅胶垫EJ560作为耦合材料.的反射效果明显好于其他包装材料.图1给出了中子墙中20根短棒在用Al膜包装和用1056D纸包装时的3电子学的优化左端幅度对比图,由图可知,改为1056D的纸包装后,幅度均有80%以上的提高.电子学也是影响效率和阈值的重要因素.为了优化电子学
