中子谱仪标定测试平台设计及其探测系统预制研究
发布时间：2020-09-24 17:23
为开展中子散射方法对特殊材料的定量分析、中子散射谱仪部件研发及基准测试的研究,从而推进我国中子散射技术的发展,并满足国内科研机构对自主研发的中子散射谱仪关键部件进行检测的需求,中国工程物理研究院拟建设一台中子标定测试束流装置。针对此重大需求,本文提出一种基于反应堆中子源的中子谱仪标定测试平台的概念设计,并针对其探测器系统展开预制研究工作。首先利用蒙特卡洛程序VITESS对装置的整体结构进行模拟分析,然后根据仿真结果对其光路以及主要部件的物理参数进行优化。装置具有中子波长在0.1～0.3nm之间连续可调、中子/X射线/γ射线可同步分析等优点。安装在监视器和样品台之间的准直器设计成可拆卸结构,未安装准直器时,装置工作于高通量模式,此时样品台处中子(波长0.1nm)束流强度可达6.15×106n/cm2·s;安装准直器时,装置工作于较高分辨模式(分辨率可达0.2%),此时样品台处中子(波长0.1nm)束流强度可达2.07×106n/cm2·s。装置的监视器系统和狭缝系统已完成设计加工,监视器系统采用基于气体倍增原理的探测器设计思路,最大计数率可达108/cm2·s,中子透过率大于95%：狭缝系统通过四组电机带动四组中子屏蔽刀片水平／垂直方向移动,实现窗口尺寸的调整。最大窗口尺寸10×100mm2。最小窗口尺寸为全封闭状态。每组刀片线性移动精度可达0.01mm,当狭缝处于全关闭状态时,中子透过率小于0.02%。装置的单色器系统和样品台系统已完成工程设计,单色器系统采用垂直聚焦模式,聚焦半径在1.5～4m范围内可调,单色器安装在一个具有多自由度移动能力的转台上,它可随转台一起运动,进而实现晶面之间可选和起飞角可调的目的。样品台具有大尺寸、大承重和多自由度移动等特点,方便同环境加载设备或Kappa测角仪配合使用,使之升级成为一台具有多物理场耦合环境加载能力的中子织构分析谱仪。作为装置核心部件,探测系统的性能直接影响到装置的整体指标。为了克服全球3He气源紧缺这一困局,本文研制出一种新型基于10B薄膜的中子位置灵敏探测器。作为原理性验证.第一版探测器采用单层1oB薄膜结构设计思路,其有效面积为100-100mm2,基于延迟线方法读出。针对上述新型探测器的特征参数,提出一种基于时间差的读出电子学方法。包括前置放大器、恒比定时甄别器、时间数字转换电路以及数据获取软件等部分。其中前置放大器基于互阻原理设计,可处理双极性信号,具有信噪比高且增益自动控制等特点。阳极前放为单路设计,同相输出：读出条(丝)前放为四路设计,反相输出。经前放处理后的输出信号上升沿时间小于50ns,信号持续时间小于500ns,信噪比优于20dB。恒比定时甄别器采用飞利浦公司的NIM715模块实现,该模块为负极性输入.具有同时处理5路信号的能力。时间数字转换电路采用ASIC+FPGA结构设计,核心器件为TDC-GPX芯片。可同时处理8路含有时间信息的信号,时间精度可达81ps。同时,文中还介绍了数据获取软件的设计过程,该软件安装在上位机中,与时间数字转换电路通过千兆以太网通讯。软件具有数据再分析以及中子入射位置可视化等功能。借助冷中子三轴谱仪,对自主研制的探测器及读出电子学系统的性能开展了测试,结果显示探测器效率约为3.5%@0.4nm,位置分辨率约为5mm,上述指标与理论分析结果相近。为了提高探测器效率,文中给出了多层1oB薄膜结构探测器的设计思路。理论上,多层10B薄膜结构探测器的探测效率最高可达40%@0.25nm。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL817.3
【部分图文】：
２．２．１邋ＮＳＴＢ概念设计逡逑为充分利Ｗ有限中？束流孔道资源，ＮＳＴＢ巧与离压巧射谱化共同使用一逡逑条束流孔道。换空间布局示意图化图２．３所示，逡逑１８逡逑
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本文编号：2826027
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL817.3
【部分图文】：
２．２．１邋ＮＳＴＢ概念设计逡逑为充分利Ｗ有限中？束流孔道资源，ＮＳＴＢ巧与离压巧射谱化共同使用一逡逑条束流孔道。换空间布局示意图化图２．３所示，逡逑１８逡逑
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本文编号：2826027
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