基于nTHGEM热中子探测器的实验研究

摘要

随着国际上新一代中子源的发展，传统的中子探测器已经不能满足高通量的应用需求，同时面临当前3He气体资源严重短缺的国际形势，研究替代3He的新型中子探测器已成为粒子探测领域的研究热点。基于GEM(Gaseous Electron Multiplier)的涂硼中子探测器，通过添加硼中子转化层，实现对热中子的测量。它继承了GEM探测器计数率高、时间空间分辨率较好、结构简单、造价较低等特点，是未来替代3He中子探测器的一个发展方向。　　利用Geant4程序包对探测器物理过程进行蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟，研究了热中子转换效率与硼中子转化层厚度、层数的关系。根据中子探测的特殊性，中科院高能物理研究所专门研发了一种基于陶瓷材料的nTHGEM(Neutron THick GEM)，利用X光机和252Cf中子源对其进行了详细的实验研究。配合二维读出电子学系统，组建了nTHGEM热中子探测器样机，利用中国绵阳研究堆（CMRR）中子束流环境，对探测器系统做整体测试，包括中子束斑成像，热中子、冷中子的飞行时间谱等。同时，对信号读出板、高压电源等探测器系统的关键部件，针对使用环境做了相应的改进。　　传统GEM探测器在流气式环境下工作，由于气瓶、管路等供气系统的存在，限制了探测器的使用范围。以流气式GEM探测器为基础，做了初步的密闭化研究。通过改进探测器腔体的结构设计，提高了其密封性能，并更换了探测器内部元件以减少杂质气体的释放，为探测器实现密闭化创造了条件。

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第一章 引言

第二章 中子的产生与探测

2.1 中子源的发展与应用

2.2 中子探测技术

2.3 涂硼GEM中子探测器研究现状

2.4 本章小结

第三章 基于nTHGEM的涂硼中子探测器

3.1 中子探测专用nTHGEM膜

3.2 探测器的结构与原理

3.3 硼中子转化层的模拟研究

3.4 信号读出板的设计与优化

3.5 高压电源的小型化设计

3.6 本章小结

第四章 nTHGEM的性能研究

4.1 X光机测试

4.2 252Cf中子源测试

4.3 本章小结

第五章 中国工程物理研究院反应堆束流实验

5.1 反应堆中子实验装置介绍

5.2 冷热中子TOF能谱实验

5.3 探测器老化试验

5.4 本章小结

第六章 GEM探测器的密闭化研究

6.1 密闭式探测器研究意义

6.2 探测器密闭腔体设计

6.3 探测器内部元件选择

6.4 探测器密封性能测试

6.5 探测器宇宙射线测试

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

发表文章情况

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