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氟化钡探测器的设计组装和性能测试

马霄云  
【摘要】: 为了精确测量keV能区的中子俘获截面,中国原子能科学研究院经过详细的设计研究提出要建造一套4π全吸收型BaF_2探测器(GTAF:Gamma-ray TotalAbsorption Facility),这样的探测器对γ射线有很高的探测效率和好的能量和时间分辨,并且由于它的时间分辨在600ps左右,所以俘获中子的能量可以通过飞行时间测定。这些特征组合起来使得这样的探测器可以以很高的精度测定两种同位素的俘获截面比。 4πBaF_2探测器是由12个五边和30个六边棱台形氟化钡晶体组成一个厚度为15cm的4π探测器,中心有一个半径为10cm的空腔。所有的晶体都有反射层并通过光学硅油耦合与光电倍增管连接,组成独立的γ射线探测器单元。每个探测器模块对置于中心的γ射线源几乎具有相同的立体角。 本文即详细描述了设计组装和测试单个BaF_2晶体探测器的全过程,包括晶体材料选择,反射层包装方法以及单个探测器的组装测试,包括40块探测器的能量分辨率测试,并对分辨率的长期稳定性进行了监测;还测定了BaF_2探测器的时间分辨能力以及对γ射线的探测效率。 结果表明,晶体反射层的选择和包装方法对于探测器的分辨率影响很大,在选择了较好的的反射层条件后,单个BaF_2晶体探测器对于662keV的γ射线分辨一般在14%左右。时间分辨能力为670ps左右。在经过4至5个月之后,探测器分辨率会有不同程度的下降,挑选出5个探测器,在改变了晶体处理方法后发现,大部分探测器的分辨率稳定性得到了改善,希望在以后继续做这方面的尝试。


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