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基于延迟块读出的多丝正比室探测器研制

何越峰  
【摘要】:由于中子本身的独特特性,中子散射技术已成为一种研究物质内部结构和动力学过程的理想探测技术,该技术广泛应用于凝聚态物理、化学、生命科学、材料科学等多学科领域中。中国于2008年动工兴建的中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS),当中迫切需求一种高性能指标的多丝正比室(Multi-wire Proportional Chamber,MWPC)探测器。由于近年来,3He气体价格贵重导致此类探测器的缺乏,我们展开了代替3He气体的MWPC探测器研制。在研制过程中,为了解决探测器的信号读出法上所带来的电子学线路复杂性问题以及更方便地得到很好的中子位置分辨性能指标,采用延迟块对MWPC探测器的信号进行读出。基于延迟块的信号读出法是将包含中子的位置信息转换成延迟块两端的时间差,再通过测试时间差来推算出中子入射探测器的位置信息的方法。对于延迟块两端,只需两路的电子学路数与MWPC探测器进行连接,从而大大减少了读出电子学线路的复杂性,更方便地分析性能指标。本文首先通过理论计算和模拟的程序包来研制出MWPC探测器,在此过程中阐明了对涂10B中子转换层、探测器结构设计、工作气体选择以及丝张力和间距的严格检测等关键技术的研究以及对MWPC探测器的初步性能来验证探测器能正常稳定地工作。再展开对延迟块的设计、延迟块两端的延迟时间差与位置关系加以研究,最后将延迟块运用在MWPC探测器上,采用α源和中子源分别对其进行联合性的性能测试实验。通过测量延迟块两端的延迟时间差来获取入射的带电粒子在MWPC探测器当中产生的信号位置坐标,并分析出各自对应的位置分辨结果。从α源的位置测量结果表明延迟块可用于MWPC探测器的信号读出的可行性,位置分辨好于2mm,比基于3He气体的MWPC探测器取得的性能更好。从中子源的测试结果表明整套联合测试系统可用于中子的探测。说明涂B10层的MWPC探测器与延迟块读出法相结合并达到很好的位置分辨性能,能应用于中子的探测。这是结合延迟块读出的一次创新型MWPC探测器研制,也是第一次应用于中子的探测,为MWPC探测器的研制优化和延迟块读出法的熟练运用提供了实验参考,也为后续的其他探测器与电子学联调提供了宝贵的经验,对推动新型中子探测器与电子学的匹配、新型信号读出法的研究有重要的意义。


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