气体闪烁体光学方法测量中子能谱研究

发布时间：2021-02-08 12:06

　　中子能谱是研究和诊断核反应过程特性最重要的特征量之一。本论文研究探索了一种适用于测量脉冲中子能谱的技术方法,这是一种基于气体闪烁体和CCD相机（Charge-coupled Device,CCD）的能谱测量的光学方法。本质是依据带电粒子束径迹长度确定能量,粒子径迹分布只取决于气体闪烁体和粒子本身,而不受源脉冲状态的限制。光学成像的测量方法即可应用于脉冲辐射场,又可实现对强流稳态辐射场带电粒子束能谱的测量,具有测量直观、能量分辨好、适用于多种带电粒子束、量程范围宽且简单方便可调等特点。这种测量能谱的新方法与中子与氢核的弹性散射的反冲质子测量原理相结合,通过转换靶将中子转换为反冲质子,可进而求出入射中子能谱分布。这种方法对于中子谱学的研究、聚变/裂变物理诊断具有十分重要的学术价值和实践意义。本论文研究目标是建立一套基于光学方法的能谱测量系统。粒子束流入射到气体闪烁体中,粒子沿射程径迹沉积能量并激发气体闪烁体发光,采用CCD相机获取气体闪烁发光图像并根据图像反演求解入射粒子束的能谱。研究内容包括:1.通过理论推导与模拟计算建立相关模型,研究入射中子与反冲质子的能量关系;入射中子角度、入射中子... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 中子能谱及其测量方法概况
        1.2.1 中子及中子能谱
        1.2.2 中子能谱测量方法
        1.2.3 径迹成像技术的发展
    1.3 本课题的主要研究内容
第2章 理论基础
    2.1 测量中子能谱的反冲质子方法
    2.2 质子在物质中的能量沉积规律
    2.3 气体闪烁发光机理
    2.4 本章小结
第3章 气体闪烁体光学方法模拟研究
    3.1 反冲质子系统
        3.1.1 聚乙烯靶厚度
        3.1.2 探测器相对位置
        3.1.3 反冲质子微分产额
    3.2 气体介质选择
        3.2.1 工作气体选择
        3.2.2 掺杂气体选择
        3.2.3 掺杂浓度及混合气体压强研究
    3.3 气体发光图像及特征
        3.3.1 质子直接激发
        3.3.2 反冲质子激发
    3.4 基于光学图像的能量响应线性及分辨研究
        3.4.1 能量响应线性研究
        3.4.2 能量分辨研究
    3.5 探测效率研究
        3.5.1 单方向测量
        3.5.2 多方向测量
    3.6 本章小结
第4章 中子能谱的解谱研究
    4.1 中子解谱概述
    4.2 解谱算法研究
        4.2.1 GRAVEL算法
        4.2.2 势函数下降内点算法
        4.2.3 直接算法
        4.2.4 数值试验测试
    4.3 中子能谱的解谱
        4.3.1 解谱结果
        4.3.2 求解精度评估
        4.3.3 计算效率评估
    4.4 多方向加权方法
        4.4.1 基本原理
        4.4.2 计算结果
        4.4.3 应用实例
    4.5 本章小结
第5章 基于光学方法的带电粒子能量实验测量
    5.1 实验装置物理设计
        5.1.1 闪烁发光单元
        5.1.2 充气与抽真空系统
        5.1.3 粒子入射窗
        5.1.4 光学观察窗
    5.2 直接读出方法
        5.2.1 CCD相机及主要特点
        5.2.2 闪烁发光直接成像
    5.3 α粒子能谱测量
        5.3.1 成像结果
        5.3.2 α粒子能谱反演
    5.4 质子能谱的测量
        5.4.1 吸收体的设计
        5.4.2 质子能谱反演
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 工作展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]EJ301液体闪烁体探测器的波形甄别和能量刻度[J]. 常乐,刘应都,杜龙,王玉廷,曹喜光,张国强,王宏伟,马春旺,张松,钟晨,李琛.  核技术. 2015(02)
[2]反冲质子磁分析技术用于氘氚中子能谱测量研究[J]. 周林,蒋世伦,祁建敏,王立宗.  物理学报. 2012(07)
[3]紧凑型磁质子反冲谱仪磁分析系统的能量刻度[J]. 祁建敏,周林,蒋世伦,彭太平.  原子能科学技术. 2011(07)
[4]利用252Cf快裂变室测量BC501A液闪探测器的相对探测效率和响应函数[J]. 言杰,李澄,刘荣,蒋励,鹿心鑫,王玫.  物理学报. 2011(03)
[5]磁质子反冲谱仪磁分析系统的设计[J]. 祁建敏,蒋世伦,周林,彭太平.  强激光与粒子束. 2010(05)
[6]求解单调线性互补问题的势下降内点算法[J]. 雍龙泉.  陕西理工学院学报(自然科学版). 2009(04)
[7]脉冲中子、伽马探测系统性能表征与设计技术[J]. 欧阳晓平.  中国工程科学. 2009(05)
[8]脉冲辐射探测技术[J]. 欧阳晓平.  中国工程科学. 2008(04)
[9]聚变脉冲中子源特性的近距离测量方法[J]. 杨洪琼,唐正元,潘文明,温树槐,赵毓武,马弛,吴兴春,杨建伦.  核电子学与探测技术. 2005(02)
[10]固体径迹探测器在加速器驱动洁净核能系统中的应用[J]. 史永谦,李义国,夏普,罗璋琳.  核技术. 2002(07)

博士论文
[1]磁质子反冲谱仪的研制与实验研究[D]. 祁建敏.清华大学 2011

硕士论文
[1]磁质子反冲谱仪磁分析系统的模拟和实验研究[D]. 周林.中国工程物理研究院 2010
[2]基于CCD的图像采集和处理系统[D]. 顾一.浙江大学 2008



本文编号：3023893