發(fā)布時間：2020-10-27 02:54

　　 由于中子本身的獨特特性,中子散射技術(shù)已成為一種研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力學過程的理想探測技術(shù),該技術(shù)廣泛應(yīng)用于凝聚態(tài)物理、化學、生命科學、材料科學等多學科領(lǐng)域中。中國于2008年動工興建的中國散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS),當中迫切需求一種高性能指標的多絲正比室(Multi-wire Proportional Chamber,MWPC)探測器。由于近年來,3He氣體價格貴重導致此類探測器的缺乏,我們展開了代替3He氣體的MWPC探測器研制。在研制過程中,為了解決探測器的信號讀出法上所帶來的電子學線路復雜性問題以及更方便地得到很好的中子位置分辨性能指標,采用延遲塊對MWPC探測器的信號進行讀出�；谘舆t塊的信號讀出法是將包含中子的位置信息轉(zhuǎn)換成延遲塊兩端的時間差,再通過測試時間差來推算出中子入射探測器的位置信息的方法。對于延遲塊兩端,只需兩路的電子學路數(shù)與MWPC探測器進行連接,從而大大減少了讀出電子學線路的復雜性,更方便地分析性能指標。本文首先通過理論計算和模擬的程序包來研制出MWPC探測器,在此過程中闡明了對涂10B中子轉(zhuǎn)換層、探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作氣體選擇以及絲張力和間距的嚴格檢測等關(guān)鍵技術(shù)的研究以及對MWPC探測器的初步性能來驗證探測器能正常穩(wěn)定地工作。再展開對延遲塊的設(shè)計、延遲塊兩端的延遲時間差與位置關(guān)系加以研究,最后將延遲塊運用在MWPC探測器上,采用α源和中子源分別對其進行聯(lián)合性的性能測試實驗。通過測量延遲塊兩端的延遲時間差來獲取入射的帶電粒子在MWPC探測器當中產(chǎn)生的信號位置坐標,并分析出各自對應(yīng)的位置分辨結(jié)果。從α源的位置測量結(jié)果表明延遲塊可用于MWPC探測器的信號讀出的可行性,位置分辨好于2mm,比基于3He氣體的MWPC探測器取得的性能更好。從中子源的測試結(jié)果表明整套聯(lián)合測試系統(tǒng)可用于中子的探測。說明涂B10層的MWPC探測器與延遲塊讀出法相結(jié)合并達到很好的位置分辨性能,能應(yīng)用于中子的探測。這是結(jié)合延遲塊讀出的一次創(chuàng)新型MWPC探測器研制,也是第一次應(yīng)用于中子的探測,為MWPC探測器的研制優(yōu)化和延遲塊讀出法的熟練運用提供了實驗參考,也為后續(xù)的其他探測器與電子學聯(lián)調(diào)提供了寶貴的經(jīng)驗,對推動新型中子探測器與電子學的匹配、新型信號讀出法的研究有重要的意義。
【學位單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O571.53
【部分圖文】：

研究背景及意義在 1932 年，由英國的實驗物理學家查德威克利用 α 粒子撞擊金屬鈹?shù)牧酥凶�，實驗過程如圖 1.1 所示。中子作為一種不帶電的特殊粒子，使得沒有電子參與的原子核模型有了新的希望，也解決了量子力學是否適用于部的問題等難點。這是核物理以及其應(yīng)用發(fā)展史的一個重要的里程碑，具的重要意義。因此，1935 年查德威克獲得諾貝爾物理學獎。之后各領(lǐng)域的在核物理領(lǐng)域，還是在其他交叉領(lǐng)域，都與中子的研究有著緊密相連的關(guān),發(fā)現(xiàn)出的中子為核內(nèi)部的研究提供了方向，為今后研究核結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)研一條全新的道路。第二,在核結(jié)構(gòu)提出的基礎(chǔ)上，提出關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的新了原子核的基本組成,徹底否定了原子核的電子假設(shè)，人們重新對原子量與的關(guān)系和原子核的自旋、穩(wěn)定性等等原子核內(nèi)部的特性問題, 有了進一步和新的突破。隨著人們進一步展開對中子的研究，開闊了其應(yīng)用領(lǐng)域，也核物理相關(guān)的其他交叉領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，誕生出其他新應(yīng)用。

裝備和大型科學裝置也被帶動著發(fā)展，很多都已經(jīng)進入開始運行階段，甚至已用中子散射技術(shù)展開了對科研成果的研究。比如世界上運行的散裂中子源主要國的 ISIS、美國的 SNS、日本的 J-PARC，見圖 1.2 所示。然而，我國在中子源這方面的發(fā)展相對其他國家比較滯后，技術(shù)發(fā)展比較緩慢，并且缺乏高水平的中子源裝備設(shè)施，我國的研究員希望通過中子散射技術(shù)來進一步加強深化自己究進展，導致許多研究員逐步跑到國外的一系列大科學中子裝置上去進行科學。為滿足這領(lǐng)域的研究員需求以及促進我國科學研究的發(fā)展，必須盡快建設(shè)屬們自己的散裂中子源和相應(yīng)的中子散射裝備。為此，中國首先建立了中國先進堆(CARR)[7-9],開始對中子散射技術(shù)的研究。又從 2008 年開始，在廣東東莞修建展中國家的第一臺散裂中子源—中國散裂中子源（CSNS），隨著這些高科技裝建設(shè)，會使中子散射技術(shù)得到更好的發(fā)揮，同時使得我國的科學技術(shù)水平更上臺階，達到世界領(lǐng)先技術(shù)水平。

使束流提高到能量 1.6GeV 左右。最后從 RCS 引出的高能質(zhì)子束流經(jīng)傳輸線打向鎢靶，在靶上將產(chǎn)生的散裂中子進行慢化，再通過中子導管進一步引向各種中子譜儀在中子譜儀上開展各種實驗研究和用戶需求。為了促進我國科技水平達到國際先進水準，中國散裂中子源項目的總體設(shè)計指標如下：需要打靶的質(zhì)子束流功率控制在100kW[7-10]；脈沖重復頻率為 25Hz；每脈沖質(zhì)子數(shù)大約在 1.56×1013；需要 1.6Ge的質(zhì)子束動能；每個質(zhì)子、每單位立體角弧度為 0.1 達到很好的中子效率。其中的束流功率為 100kW 和脈沖重復頻率為 25Hz，可大幅地提高每個脈沖內(nèi)的中子通量數(shù)目。這些目標正是使中國散裂中子源的質(zhì)子束流功率、中子效率、脈沖中子通量等各種技術(shù)指標達到世界前沿水準，滿足我國現(xiàn)階段上，各種學科領(lǐng)域?qū)χ凶由⑸浼夹g(shù)的迫切需求。同時進一步優(yōu)化中子譜儀的設(shè)計，使得中子譜儀中的中子利用效率高度和譜儀分辨率精度得到更好的加強。
【參考文獻】

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本文編號：2857919