CSNS-WNS中子束流测量和监测系统设计PPT课件

1、鲍杰鲍杰 2016年年6月月 主要报告内容主要报告内容一一 中子能谱探测系统中子能谱探测系统；二二 中子注量实时监测系统中子注量实时监测系统;三三 中子束流剖面测量系统中子束流剖面测量系统;四四 中子起始时刻中子起始时刻T0探测器和探测器和时间结构探测器时间结构探测器。一一 中子能谱探测系统中子能谱探测系统利用利用nTOF法测量法测量主探测器：主探测器：235U/238U快裂变室快裂变室辅助探测器：液闪和锂玻璃辅助探测器：液闪和锂玻璃 (探测器都已经探测器都已经具备具备)U5/8和和Li6的截面数据的截面数据已有裂变靶指标已有裂变靶指标 235U靶靶238U靶靶同位素同位素235U90.21%

2、238U8.44%234U1.09%236U0.26%235U0.1%238U99.9%面密度面密度216g/cm2265.3 g/cm2活性区活性区直径直径26mm直径直径20mm样品纯度对实验结果的影响样品纯度对实验结果的影响Ai=i(N55+ N88 +.)235U靶靶:nToF测量全能谱测量全能谱235U90.21%+238U8.44%+234U1.09%+236U0.26%时，低能时，低能区同位素核贡献可忽略，高能区修正系数小于区同位素核贡献可忽略，高能区修正系数小于10%;235U99.9%+238U0.1%时，同位素核修正量可忽略。时，同位素核修正量可忽略。238U靶靶: nTo

3、F测量高能部分能谱测量高能部分能谱238U99.9% +235U0.1%时，同位素核修正量可忽略。时，同位素核修正量可忽略。能谱实验中的计数估算能谱实验中的计数估算 A=N 按模拟值按模拟值约约6106/cm2/s 裂变截面一般裂变截面一般1barn量级量级 N约为约为1.51017个个/cm2 约约263g/ cm2。计数率约计数率约11cps(满功率，满功率，U8靶靶)对对U5靶，计数率至少几百靶，计数率至少几百cps.快裂变室探测器性能快裂变室探测器性能测量区间测量区间1eV200MeV;探测信号上升时间探测信号上升时间510ns;能谱不确定度能谱不确定度工作进度工作进度已经完已经完成成

4、任务任务待完待完成成任务任务探测器结构设探测器结构设计完成；计完成；前端电子学已前端电子学已具备；具备；靶样靶样品品已具备已具备；探测器外壳加工；探测器外壳加工；原子能院内的实原子能院内的实验测试。验测试。二二 中子注量实时监测系统中子注量实时监测系统6Li(n,)T探测器性能探测器性能束流中心直径束流中心直径60mmLi6转换靶直径转换靶直径60mm靶物质面密度靶物质面密度200g/cm2金硅面垒探测器面积金硅面垒探测器面积2020mm2总探测效率总探测效率7%60mm准直器计数率准直器计数率满功率满功率600cps30mm准直器计数率准直器计数率25cps每分钟统计不确定度每分钟统计不确定

5、度好于好于3%工作进度工作进度已完成任务已完成任务待完成任务待完成任务探测器设计完成探测器设计完成 探测器外壳加工；探测器外壳加工；探测器和电子学采购；探测器和电子学采购；实验测试实验测试三三 中子束流剖面测量系统中子束流剖面测量系统闪烁阵列；闪烁阵列；iCCD(21所所)。闪烁阵列闪烁阵列200 keV-150 MeV 闪烁光纤闪烁光纤BCF-10，直径，直径500微米微米 ，5cm长长0.1 keV-200 keV 含含硼硼闪烁光纤，委托加工，直径闪烁光纤，委托加工，直径2mm方方案案一一方案二方案二电路设计方案电路设计方案基于多路读出基于多路读出ASIC包括高压电源、前放、包括高压电源、

6、前放、快成形、快甄别、采快成形、快甄别、采样保持、样保持、ADC、FPGA，通讯等功能。，通讯等功能。按探测器模块划分。按探测器模块划分。模块间通过模块间通过GPS秒脉秒脉冲进行时间同步。冲进行时间同步。探测时间范围：探测时间范围：300ns10us. 触发时间测量精度：触发时间测量精度：5ns指标：上升时间指标：上升时间1ns,位置分辨位置分辨3mm,满功率计数率小于满功率计数率小于100 cps(闪烁丝闪烁丝)工作进展工作进展闪烁屏探测器加工完成；闪烁丝探测器正在研制中闪烁屏探测器加工完成；闪烁丝探测器正在研制中;电子学和数据获取研制中；有备用的电子学插件电子学和数据获取研制中；有备用的电

7、子学插件.需要一次实验测试；需要一次实验测试；四四 T0探测器和时间结构探测器探测器和时间结构探测器直径直径10mm厚厚1mmBaF2配配H2496PMT工作进度：都已经订货，工作进度：都已经订货，23个月内硬件完成个月内硬件完成谢谢谢谢中子束流测量具体计划中子束流测量具体计划主要报告内容主要报告内容1 各探测器完成时间节点各探测器完成时间节点2 预备实验预备实验3 散裂源上实验安排次序和时间估算散裂源上实验安排次序和时间估算一一 各探测器时间节点各探测器时间节点名称名称时间点时间点探测器外壳和支架探测器外壳和支架2016年年9月月30日日裂变靶片裂变靶片2016年年12月月31日日 ?裂变室

8、装配完成裂变室装配完成2016年年10月月31日日高纯裂变靶高纯裂变靶2017年年6月月31日日 ？裂变室裂变室中子注量监视器中子注量监视器名称名称时间点时间点探测器外壳和支架探测器外壳和支架2016年年9月月30日日探测器和电子学探测器和电子学2016年年12月月31日日 探测器装配完成探测器装配完成2016年年12月月31日日束流剖面探测器束流剖面探测器名称名称时间点时间点iCCD探测器探测器2016年年12月月31日日 闪烁屏闪烁屏+PSPMT 探探测器完成测器完成2016年年8月月31日日 专用电子学完成专用电子学完成2017年年8月月31日日 ？闪烁丝阵列闪烁丝阵列+PSPMT 探测

9、器探测器待定待定T0和时间结构探测器和时间结构探测器名称名称时间点时间点探测器外壳和支架探测器外壳和支架2016年年9月月3日日探测器和电子学探测器和电子学2016年年12月月31日日 二二 预备实验预备实验测试实验目的测试实验目的时间点时间点备注备注T0信号和时间结信号和时间结构测量构测量2016年年8月月31日前日前dD,dT裂变室（能谱和裂变室（能谱和注量）注量）2016年年8月月31日前日前dD,dTSi-Mon(注量注量)2016年年12月月31日前日前堆上热中子堆上热中子闪烁阵列（剖面闪烁阵列（剖面测量）测量）2016年年12月月31日前日前dD,dT,d-BeiCCD(剖面测量剖

10、面测量)2016年年12月月31日前日前dD,dT,d-BeCSNS-WNS束流监测的实验次序束流监测的实验次序1 安装调试安装调试T0和时间结构探测器；和时间结构探测器；2 安装注量监视探测器；安装注量监视探测器；3 安装裂变室和其它辅助探测器测量中子能谱；安装裂变室和其它辅助探测器测量中子能谱； 4 安装束流剖面探测器和测量；安装束流剖面探测器和测量；5 利用能谱和剖面数据，通过利用能谱和剖面数据，通过Si-Mon(注量监视器注量监视器)数数据得到实时注量数据；据得到实时注量数据；6 安装大片裂变靶探测器同时测量，给出准直器出射安装大片裂变靶探测器同时测量，给出准直器出射 中子计数。中子计

11、数。裂变室测量时间估算裂变室测量时间估算A=Nt 考虑满功率考虑满功率10%输出中子，一种准直器情况输出中子，一种准直器情况能谱测量（单能区测量计数至少大于能谱测量（单能区测量计数至少大于105）：）：U238：计数率：计数率1cps1MeV-10MeV-100MeV:2* 105测量时间测量时间2* 105秒，约秒，约3天辐照时间。天辐照时间。U235 低能区计数高，考虑低能区计数高，考虑1MeV-10MeV-100MeV，约等同约等同U238截面，测量时间约截面，测量时间约3天。天。 以以U238为标准（截面相对为标准（截面相对U235低，时间低，时间2）；）；两个测量位置（时间两个测量位置（时间2）；单双束团结构（时）；单双束团结构（时间间2）；）； 因此测量时间是约半个月因此测量时间是约半个月 ，考虑不可控问题时，考虑不可控问题时间间2，因此裂变室测量能谱总时间是一个月。，因此裂变室测量能谱总时间是一个月。液闪和锂液闪和锂6玻璃探测效率高，有效测量时间估算玻璃探测效率高，有效测量时间估算2天。天。iCCD测量测量8个能区，预计测量时间个能区，预计测量时间3天。天。闪烁阵列预计测量时间闪烁阵列预计测量时间3天。天。Si-Mon（束流实时监视）预计测量时间（束流实时监视）预计测量时间2天。天。中子数绝对测量预计测量时间中子