基于Triple GEM新型高效快中子探测器的研制

发布时间：2020-04-08 13:00

【摘要】：本工作完成了基于三层气体电子倍增器(Triple GEM)的新型高效快中子探测器原型机的研制和测试,具体包括调研文献、提出概念、编写模拟程序、机械设计与组装以及样机测试。结果证实了原型机设计的合理性和实用性,达到了预期目的。该工作的具体内容及结果可归纳为以下四个方面： 第一：本工作在国内首次使用了多层高密度聚乙烯(Multi layers High Density Polyethylene)作为高效快中子转化新结构。通过软件ANSYS、Garfield++和Geant4对它的合理性和性能进行了详细地建模和理论计算。对D T中子源(14MeV)的模拟结果表明,当单层HDPE厚度是2400μ.m,气隙厚度为500μm时,中子转化效率最大为0.38%;把单层转化厚度2400μm和气体间隔500μm的组合作为一个转化单元,当转化单元数量达到400时,探测效率约为2.3%,比目前公布可查的数据高一个数量级；同时对入射中子与GEM的垂直距离探索性地进行了重建,结果表明,入射中子的位置重建精度好于2.6%。 第二：完成了单层气体倍增器(Single GEM)和Triple GEM探测器的机械设计、加工组装以及基本性能测试@5SFe源5.9keV X射线源。所研制探测器的工作气体是体积比为80：20的Ar和CO2的混合气体；信号读出PCB板采用单面微条结构,每个条宽度为110μm,条与条的间隔为80μm,总共496条,灵敏区面积为10x10mm2。实验结果表明,Single GEM探测器在无任何准直的情况下能量分辨率为17.6%,有效增益可达5.0E2; Triple GEM探测器利用无源电阻串提供偏压,当探测器的偏压为2373V时,能量分辨率在2mm准直孔存在的情况下为19.2%,有效增益可达5.0E4;探测器的探测效率达到98%,时间分辨率为22.6ns。 第三：使用Geant4程序对快中子在GEM探测器内部输运的物理过程进行了详细模拟。模拟中所用中子源包括DT、DD (2.45MeV)和Am Be中子。结果表明,在快中子在探测器内产生的次级粒子中,来源于富含氢的转化层或Kapton (GEM材料)的反冲质子和中子活化Ar原子产生的活化光子对沉积能量的贡献最大,它们的贡献量约占总额的90%。 第四：完成了多层HDPE转化结构的设计和加工,在Triple GEM探测器的基础上建成了高效快中子探测器。Am Be源的实验结果表明,当转化层的层数为38时,探测器对快中子的响应率是传统的单层转化技术的4倍多。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O571.53

【共引文献】

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本文编号：2619371