基于散裂中子源的表面muon源设计及相关模拟技术研究

发布时间：2021-11-08 02:02

　　自1936年从宇宙射线中发现muon后,作为基本粒子的它在粒子物理和应用物理中成为广泛研究的对象,特别是利用高能质子束流轰击固体靶得到的高强度μ源,在粒子物理、材料科学、生命医学和地球物理等诸多学科中发挥重要的作用。表面muon作为μ源类型中最基本的一种,它是利用束线系统将μ靶表面逸出动能仅为4.1MeV的μ+进行收集、输运而得到的,其极化率极高(-100%)。将表面muon注入物质材料中,利用自旋极化的muon与物质材料及磁场环境相互作用的物理机制,通过探测静止衰变产生的正电子便能研究材料内部微观结构信息,这便是凝聚态物理、材料物理等领域中常用的μSR谱学技术(Muon Spin Rotation, Relaxation, Resonance and related Research)的基本原理。本文主要研究基于散裂中子源的表面muon源的物理设计,通过大量模拟计算对表面muon源的三大组成系统进行研究,主要包括：μ靶Monte Carlo模拟计算、表面muon束流光学计算以及μSR谱仪中探测器系统的Geant4模拟研究。具体研究对象包含建设中的日本muon源装置(J-PARC MU...

【文章来源】： 中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：144 页

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 muon基本性质及muon源简介
        1.1.1 muon基本性质
        1.1.2 质子加速器发展现状
        1.1.3 μ源产生模式
        1.1.4 国际muon源装置发展现状
    1.2 国际μSR谱学研究介绍
        1.2.1 μSR谱学基本原理
        1.2.2 μSR谱学基本类型
        1.2.3 μSR谱学研究进展
    1.3 脉冲慢正电子束装置研究进展
        1.3.1 正电子湮没技术
        1.3.2 脉冲慢正电子技术的发展
第2章 J-PARC表面muon源的模拟研究
    2.1 J-PARC及其MUSE
        2.1.1 J-PARC简介
        2.1.2 MUSE μ源建设
    2.2 J-PARCμ靶的模拟研究
        2.2.1 muon靶以及靶区强磁场
        2.2.2 次级粒子产率
        2.2.3 强边缘磁场对靶产率及初始质子束的影响
    2.3 S-Line的模拟计算
        2.3.1 S-Line的具体布局及模拟中考虑的方案
        2.3.2 束流传输理论及模拟计算中的实际考虑
        2.3.3 S-Line束流光学计算
        2.3.4 本节小结
    2.4 D-Line的模拟计算
        2.4.1 具体束线布局及相关细节考虑
        2.4.2 D-Line初始表面muon源相空间分布
        2.4.3 D-Line束流光学模拟计算
        2.4.4 D-Line表面muon束流探测并与模拟比较
    2.5 本章小结
第3章 CSNS试验型表面muon源的模拟研究
    3.1 CSNS及国内μ发展规划
        3.1.1 CSNS规划
        3.1.2 高能质子应用区以及试验型muon源规划
    3.2 CSNS muon靶初步模拟研究
        3.2.1 模拟条件
        3.2.2 靶材料
        3.2.3 靶长度
        3.2.4 靶半径
        3.2.5 本节小结
    3.3 CSNS常规表面muon束线模拟设计
        3.3.1 常规束线布局
        3.3.2 初始源相空间分布
        3.3.3 E-Line束流光学计算
    3.4 本章小结
第4章 应用于μSR谱仪的塑料闪烁体的模拟研究
    4.1 脉冲型μSR谱仪
        4.1.1 脉冲型μSR谱仪探测器常规布局
        4.1.2 脉冲型μSR谱仪电子学探测系统
        4.1.3 EMuS脉冲型μSR谱仪发展机遇
    4.2 Geant4的模拟设计方案
        4.2.1 模拟框架设计
        4.2.2 Geant4程序设计
    4.3 元件参数与谱仪性能关系的模拟研究
        4.3.1 光导中全反射光子的最大入射角计算
        4.3.2 晶体条中正电子能损的计算
        4.3.3 正电子在晶体条中光产额的计算
        4.3.4 长晶体条输运效率对谱学测量的影响探究
        4.3.5 晶体尺寸、最小探测时间和计数率之间关系
    4.4 本章小结
第5章 脉冲慢正电子束空间和时间聚焦的G4Beamline模拟
    5.1 脉冲慢正电子束装置升级
        5.1.1 正电子源系统
        5.1.2 磁场系统
        5.1.3 脉冲斩波及集束系统
        5.1.4 模拟介绍
    5.2 正电子束流的空间聚焦模拟
        5.2.1 磁场系统对束流输运的影响
        5.2.2 加速电压对空间聚焦的影响
    5.3 脉冲慢正电子束流的时间聚焦模拟
        5.3.1 时间聚焦理论
        5.3.2 斩波器、预集束和主集束参数设置对时间聚焦的影响
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
附录
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国散裂中子源上试验型Muon产生靶的设计优化 [J]. 刘艳芬,许文贞,谭宗泉,梁赢,孔伟,叶邦角.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2012(11)
[2]Simulation of time bunching for a pulsed positron beam [J]. 高传波,熊涛,郗传英,翁惠民,叶邦角,韩荣典,周先意.  Chinese Physics B. 2008(11)
[3]慢正电子束产生实验 [J]. 韩荣典,郭学哲,翁惠民,谢力,张少强.  物理学报. 1988(09)

博士论文
[1]基于放射源的慢正电子脉冲束装置的研制[D]. 熊涛.中国科学技术大学 2010



本文编号：3482780