漂移室性能模拟研究-Indico-中国科学院高能物理研究所教学文稿

1、漂移室性能模拟研究-Indico-中国科学院高能物理研究所背景背景总体设计指标：总体设计指标：打靶质子束流功率：打靶质子束流功率：200 kW200 kW脉冲重复频率：脉冲重复频率：25 Hz25 Hz每脉冲质子数：每脉冲质子数：1.561.5610101313质子束动能：质子束动能：1.6 GeV1.6 GeV最高中子通量：最高中子通量：5 51010-3-3 n n* *p p-1-1* *SrSr-1-12020条中子束线条中子束线高通量粉末衍射仪、小角散射仪和多高通量粉末衍射仪、小角散射仪和多功能反射仪功能反射仪背景背景200mm 200mm中子探测器技术参数技术参数指标指标有效面积有

2、效面积20cm20cm探测效率探测效率50% 2位置分辨位置分辨(FWHM)2mm*2mm阳极丝距阳极丝距2mm气体比分气体比分(6atm)3He(2.5atm)C3H8读出通道读出通道101 路（路（X：50，Y：50，Anode：1）多功能反射谱仪 n + 3He p + 3H + 764 keV 25,000-30,000 electron-ion pairs Operation gas: 6atm.3He + 2.5atm.C3H8Position resolution: 80% of proton range中子探测器介绍中子探测器介绍多丝正比室由阴极平面、阳极平面以及两个正交的读出

3、平面组成；阴极平面：阴极平面：由粘贴在入射窗内表面的铝膜和Kapton膜组成；阳极平面：阳极平面：由直径为15 m的镀金钨丝组成，丝间距为2mm，张力为25g，所有阳极丝连接在一起，用于能量测试和系统触发；X X读出平面：读出平面：由直径为50 m的镀金钨丝组成，金属丝方向与阳极丝平行，丝间距为1mm，张力为40g，四根丝连接在一起形成一路读出；Y Y读出平面：读出平面：由宽度为1.6mm的金属条组成，条间距为2mm，方向与阳极丝垂直，两根条连接在一起形成一路读出。中子探测器介绍（续）中子探测器介绍（续）理论位置分辨理论位置分辨中子的位置分辨由探测器结构及电子学引起的测量误差和由于次级粒子(1

4、H和3H)的射程引起的电离重心偏差决定探测器结构及电子学引起的偏差为 = 220 um (FWHM)由于次级粒子射程引起的电离重心偏差为 =1.360.84=1.08mm (FWHM)221.1eionxxxmm exionx原型机X射线位置分辨质子在气体中的射程电子学介绍电子学介绍电子学读出系统基于6U-VME64x规范设计。主要组件包括：电荷灵敏前置放大器电荷测量插件扇出插件VME机箱及控制器LabVIEW数据获取软件连接电缆等。电子学结构框图电子学刻度电子学刻度电荷灵敏度积分非线性电荷分辨基线平均值分布测试指标测试指标测试结果测试结果增益4.332 0.2142 LSB/fC 积分非线性

5、0.204%0.045% 电荷分辨0.814 fC 0.046 fC基线31.45.6 (LSB) AM-BEAM-BE中子源测试中子源测试Am-Be中子源强度：5.18105n/s平均能量：4.5MeV测试环境源库中的中子源较多，同时中子与金属碰产生很多次级的射线；镉上中子的影响；高能中子反冲质子的影响200mm 200mm 中子探测器中子探测器AM-BEAM-BE中子源测试中子源测试位置分辨4.9mm4.9mm很好的位置线性良好的二维成像能力镉YX200mm 200mm 中子探测器中子探测器结果分析结果分析GEANT4GEANT4模拟模拟200mm 200mm 中子探测器中子探测器中子源强

6、度太弱太弱（慢化后1cm-2s-1）；中子源经过慢化体慢化后在探测器窗前相当于面源相当于面源，斜入射中子斜入射中子太多，同时有很多镉上中子；快中子快中子进入探测器，反冲质子影响；位置分辨为 =4.9mm=4.9mm；探测器具有较好的位置线性位置线性度及成像能力成像能力；亟待准直热中子束！亟待准直热中子束！束流测试束流测试测试环境原子能院CARR堆应力谱仪中子束品质：中子波长1.37 束流强度估算值：104105 cm-2s-1束斑尺寸实际值：5 mm 40 mm中子束斑成像测试装置示意图测试现场照片狭缝测试位置分辨狭缝测试位置分辨准直狭缝狭缝成像狭缝测试位置分辨狭缝测试位置分辨X方向位置分辨由

7、阳极丝间距决定，实测结果为1.8mm1.8mm；Y方向位置分辨见下页分析。垂直于阳极丝方向平行于阳极丝方向卷积拟合公式卷积拟合公式探测器对于极窄狭缝的响应位置谱为高斯分布，其中 为探测器的位置分辨假设入射中子分布为均匀分布，分布宽度为狭缝宽度那么实验分布应该为以上两个分布的卷积 20()2012xgfxe 1ufxba exp001gubxaxfxfxfxFFba狭缝测试位置谱卷积拟合结果狭缝测试位置谱卷积拟合结果狭缝编号狭缝宽度原始分布FWHM高斯分布0探测器位置分辨FWHM10.8mm1.35 mm0.5240.01mm1.230.02 mm21.0mm1.43 mm0.500.01mm1

8、.180.02 mm32.0mm1.81 mm0.520.01mm1.220.02 mm小孔分辨能力小孔分辨能力小孔阵列小孔成像小孔分辨能力小孔分辨能力 = 0.7 mm = 1.0 mmd = 1.5 mmNo/d = 2.0 mmYesHalfd = 3.0mmYesYesd = 4.0mmYesYes小孔成像在Y方向的投影小结小结得到沿阳极丝方向位置分辨为1.23mm1.23mm (FWHM);很好的位置线性位置线性和成像能力成像能力。下次束测计划通过更窄的狭缝测试探测器不同位置的位置分辨能力；探测器成像能力进一步测试；如有可能，希望能够测试探测器对不同波长的中子的响应；考虑样品测试。致谢致谢感谢高能所电子学组赵豫斌老师、数据获取的章红宇老师和赵