基于延迟线的MWPC中子探测器信号读出

发布时间：2020-04-22 19:52

【摘要】：中子散射是研究物质微观结构的重要手段。近年来,随着国内中子源和中子散射谱仪的建设,对中子探测器读出电子学的需求越来越大。3He气体多丝正比中子探测器具有探测效率高,n/γ分辨好,位置分辨好等优点,被广泛应用于国内外中子散射实验装置。中国工程物理研究院中子散射研究堆是国内首个中子散射应用平台,本文针对该平台配备的3He气体多丝正比室探测器,设计了一套基于延迟线法的电子学读出系统。相比于其他读出方法,延迟线读出法利用延迟线实现位置-时间转换,通过测量时间间隔可以推算出中子的位置信息,只需要一路阳极触发和四路阴极读出,能够大大简化读出电子学的设计,同时能实现很好的位置分辨和较高的计数率,能够充分满足反应堆中子源的需求。本文在充分调研国内外同类读出电子学的基础上,深入研究了延迟线读出法涉及的关键技术,设计的读出电子学系统主要分为三个部分,时间测量,数据处理,数据传输。采用恒比定时插件结合高精度的时间数字化芯片TDC-GPX实现时间测量,采用可编程FPGA实现数据处理和系统控制,采用基于SOC技术的模块化千兆网卡实现数据传输,能够实时地将数据传输到后端电脑。测试结果表明,时间测量分辨率为81ps,精度好于50ps,积分非线性好于0.5LSB,微分非线性好于1LSB,在250ns延迟线下计数率可达1.3MHz,具有良好的二维成像能力,满足设计需求。通过基于NIM标准的模块化设计,本设计具有成本低,结构简单,性能可靠,可在线升级等优点,并能够应用于与时间测量、读出的相关领域。
【图文】：

研究平台,中子,中子散射

研究方式无可替代的重要作用ＰＰ１。中子散射实验需要高通量的仪。用于中子散射的中子源主要有两类，反应堆中子源和散裂中Ｗ提供稳定持续的中子束流，平均强度可Ｗ达到１０＂邋ｉｖｃｍ－Ｖｉ；的中子源，最高时的脉冲强度可Ｗ达到ｌ0＂ｉｖｃｍ－Ｖｉ，但平均强度特点和优势相互补充，成为材料、化学、生命科学、核物理等领相关尖端技术如纳米、信息、空间、医疗等的发展提供了创新平研究较早，早在上世纪５０年代就建造了＂跃进一号中子晶体谱仪＂用。进入２１世纪，国家意识到中子散射应用的重要意义，开始的建设。中国原子能科学研究院于２００１年开始建造６０ＭＷ的中，２００２年中国工程物理研究院（简称中物院）开始建造中国２０１０年中国开始建造发展中国家第一台散裂中子源（ＣＳＮＳ）［７］。中中子散射研巧进入新的阶段，必将推动我国前沿基础科学研究的建造的中国绵阳研究堆于２０１２年通过国家验收，２０Ｍ年完成中行，是我国首个中子散射科研平台。中国绵阳研巧堆和相关谱仪。逡逑人逦冷邋｜｜ｉｒ邋义Ｗ逡逑

中子探测,反应截面,核素

中子散射所用到的中子都是低能的热中子或冷中子，通常都采用核反应法，使中子逡逑与原子核发生核反应，通过测量核反应放出的带电粒子实现中子的探测Ｗ。常用于中子逡逑探测的核素有＂７Ｇｄ，３Ｈｅ，１化，６Ｕ等，其反应截面与中子能量的关系如图１．２所示。逡逑其中除３Ｈｅ是气体之外，ｉ＾Ｇｄ，＇％，６Ｌｉ都是固体，虽然有较大的反应截面，但反应产逡逑生的次级带电粒子难Ｗ穿透探测物质自身，因此很难达到较高的探测效率。＇０：８可＾制逡逑作成ＢＦ３气体，但是ＢＦ３有毒性，而且是负电性气体，对电子有强烈的吸附作用，因此逡逑也难Ｗ达到较高的探测效率Ｗ。逡逑？＿Ｉ邋，，邋，１…逦．啤逦逦，邋，逦０３＾逡逑Ｉ邋Ｕ邋；邋＇邋＇邋Ｉ邋Ｉ逦Ｉ邋Ｉ邋＇邋＞邋＜邋Ｍ邋Ｉ邋ｊ—１邋Ｉ邋Ｉ邋■邋ｆ邋Ｉ邋■邋Ｉ邋ＩＩ邋．邋Ｉ邋？邋ｔ邋Ｉ邋１邋－逡逑Ｉ邋／逡逑？ｊ邋ｑ２邋Ｌｉ逦—－邋１—１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋ｉ邋ｉ邋Ｉ＿Ｉ邋Ｉ—ｎ－ｉ－ｉｉ－邋—邋‘邋■邋Ｉ邋．邋？」逡逑１０0逦１0１逦１0２逦１0３逡逑Ｎｅｕｔｒｏｎ邋巨ｎｅｒｇｙ邋（ｍｅＶ）逡逑图１．２常用中子探测核素的反应截面逡逑目前使用最广泛的是基于３Ｈｅ气体的中子探测器，世界上约７５％的中子谱仪所采用逡逑的探测器都是此类探测器１Ｗ。３Ｈｅ气体不仅具有很大的反应截面
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL816.3

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