【摘要】：本工作完成了基于三層氣體電子倍增器(Triple GEM)的新型高效快中子探測器原型機的研制和測試,具體包括調(diào)研文獻、提出概念、編寫模擬程序、機械設(shè)計與組裝以及樣機測試。結(jié)果證實了原型機設(shè)計的合理性和實用性,達到了預(yù)期目的。該工作的具體內(nèi)容及結(jié)果可歸納為以下四個方面： 第一：本工作在國內(nèi)首次使用了多層高密度聚乙烯(Multi layers High Density Polyethylene)作為高效快中子轉(zhuǎn)化新結(jié)構(gòu)。通過軟件ANSYS、Garfield++和Geant4對它的合理性和性能進行了詳細地建模和理論計算。對D T中子源(14MeV)的模擬結(jié)果表明,當單層HDPE厚度是2400μ.m,氣隙厚度為500μm時,中子轉(zhuǎn)化效率最大為0.38%;把單層轉(zhuǎn)化厚度2400μm和氣體間隔500μm的組合作為一個轉(zhuǎn)化單元,當轉(zhuǎn)化單元數(shù)量達到400時,探測效率約為2.3%,比目前公布可查的數(shù)據(jù)高一個數(shù)量級；同時對入射中子與GEM的垂直距離探索性地進行了重建,結(jié)果表明,入射中子的位置重建精度好于2.6%。 第二：完成了單層氣體倍增器(Single GEM)和Triple GEM探測器的機械設(shè)計、加工組裝以及基本性能測試@5SFe源5.9keV X射線源。所研制探測器的工作氣體是體積比為80：20的Ar和CO2的混合氣體；信號讀出PCB板采用單面微條結(jié)構(gòu),每個條寬度為110μm,條與條的間隔為80μm,總共496條,靈敏區(qū)面積為10x10mm2。實驗結(jié)果表明,Single GEM探測器在無任何準直的情況下能量分辨率為17.6%,有效增益可達5.0E2; Triple GEM探測器利用無源電阻串提供偏壓,當探測器的偏壓為2373V時,能量分辨率在2mm準直孔存在的情況下為19.2%,有效增益可達5.0E4;探測器的探測效率達到98%,時間分辨率為22.6ns。 第三：使用Geant4程序?qū)熘凶釉贕EM探測器內(nèi)部輸運的物理過程進行了詳細模擬。模擬中所用中子源包括DT、DD (2.45MeV)和Am Be中子。結(jié)果表明,在快中子在探測器內(nèi)產(chǎn)生的次級粒子中,來源于富含氫的轉(zhuǎn)化層或Kapton (GEM材料)的反沖質(zhì)子和中子活化Ar原子產(chǎn)生的活化光子對沉積能量的貢獻最大,它們的貢獻量約占總額的90%。 第四：完成了多層HDPE轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加工,在Triple GEM探測器的基礎(chǔ)上建成了高效快中子探測器。Am Be源的實驗結(jié)果表明,當轉(zhuǎn)化層的層數(shù)為38時,探測器對快中子的響應(yīng)率是傳統(tǒng)的單層轉(zhuǎn)化技術(shù)的4倍多。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O571.53

【共引文獻】

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3 曹U，

本文編號：2619371