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电阻板室作为中子探测器

发布时间:2019-03-14 00:22:01

正在开发电阻板室(RPC)作为中子的探测器,作为SINE2020的一部分。来自葡萄牙LIP Coimbra的LuísMargato,Andrey Morozov和Alberto Blanco一直致力于该项目。这是他们所做的。

第1步:概念设计

LuísMargato和他的团队最初使用Monte Carlo模拟来研究Boron-10 RPC的设计概念。使用开源代码(ANTS2工具包),他们评估了改变探测器参数和材料的影响:例如气隙的宽度,中子转换器层厚度或探测器上中子束的入射角。经过探索,是时候制作一些原型了。

第2步:概念验证

作为模拟的结果,在LIP Coimbra的实验室中,在负责涂层生产的ESS检测器涂层车间的C. Hoglund的帮助下构建了混合RPC原型。它在法国的Laue-Langevin研究所进行了测试。比较两个RPC原型,一个具有中子转换层,一个没有,表明中子转换器允许检测中子并且也具有良好的空间分辨率。这个概念有效!

第3步:原型

接下来又制作了两个具有不同气隙宽度(0.35mm和1mm)的原型,并与FRMII的Karl Zeitelhack合作在TREFF光束线上进行测试,作为SINE2020的一部分。结果显示,对于4.7埃的中子,空间分辨率优于0.25mm FWHM,检测效率为12.5%。这些与模拟结果非常一致,包括预期更好的性能和更薄的气隙的分辨率。但是,通过提供中子捕获的几个机会,它能够进一步改善吗?

第4步:多层

利用性能更好的气隙,在LIP上组装了一个多层结构中具有双间隙RPC的探测器,并在FRMII进行了测试。原型包含10个双间隙10B RPC(包括20个中子转换器层),并保持空间分辨率性能。测得的检测效率约为60%,使多层设计非常令人鼓舞。两个结果再次与模拟很好地吻合。

第5步:伽玛灵敏度

遗憾的是,从中子束路径中的样本或其他材料发射的伽马射线可能会干扰探测器的响应,从而导致结果出现错误事件,因此理解并减少它们对正在开发的RPC的影响非常重要。使用Co-60和Na-22伽马源,10B RPC的特征在于它们的伽玛灵敏度。然后,当评估参数时,可以改进设计。

初步结果表明,对于由Na-22伽马源照射的双间隙RPC,RPC对Na-22伽马射线和高原中心电压高压区域的敏感性可降至~10-对于511keV光子,6可以在考虑1.27MeV时低于10-5。在没有关于伽马灵敏度的探测器的任何优化的情况下获得这些结果,因此通过优化关于该方面的探测器设计,可以减少这些值。

下一步:

利用这种有前景的探测器技术,我们需要研究如何进一步改进当前的设计和材料,例如优化多层器件中的中子转换器层厚度以提高计数率能力。所以,就目前而言,Luís使用从原型测试中获得的信息回到模拟的虚拟世界。

特别是,该团队正在考虑提高探测器的计数率,以便尽可能多地计算每秒每平方毫米的中子数。

用于未来研究的其他领域包括考虑探测器材料中的中子散射并且改变中子束从垂直入射的入射角的探测器的建模。

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