[發(fā)明專利]一種白光中子源帶電粒子探測(cè)譜儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811058066.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN109459454B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫志嘉;周良;樊瑞睿;王艷鳳;楊桂安;許虹;夏遠(yuǎn)光;唐彬;滕海云;周健榮;王征;陳元柏;周曉娟;修青磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞中子科學(xué)中心
• 主分類號(hào): G01N23/22
• 分類號(hào): G01N23/22;G01T1/36
• 代理公司: 深圳鼎合誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 李小焦;郭燕

本申請(qǐng)公開了一種用于白光中子源帶電粒子探測(cè)譜儀的帶電粒子探測(cè)器。本申請(qǐng)的帶電粒子探測(cè)器包括ΔE?E探測(cè)器和電離室探測(cè)器；ΔE?E探測(cè)器為復(fù)合式氣體?固體探測(cè)器，由相互獨(dú)立的小型多絲正比室氣體探測(cè)器和碘化銫固體探測(cè)器組成，采用0.5μm厚聚乙烯薄膜粒子束窗；電離室探測(cè)器采用8μm厚聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜粒子束窗。本申請(qǐng)的帶電粒子探測(cè)器，其ΔE?E探測(cè)器采用0.5μm厚聚乙烯薄膜粒子束窗，既可讓帶電粒子容易透過，又能耐5000Pa壓力差不破裂。電離室探測(cè)器粒子束窗采用8μm厚聚酰亞胺薄膜或PET，不僅能使帶電粒子極容易透過，且能承受1atm壓力。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及中子檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于白光中子源帶電粒子探測(cè)譜儀的帶電粒子探測(cè)器。

背景技術(shù)

白光中子源是一個(gè)極其有用的核數(shù)據(jù)測(cè)量研究工具，可以為新型核能設(shè)施設(shè)計(jì)、核天體物理研究、基礎(chǔ)物理科學(xué)以及國(guó)防科技等領(lǐng)域提供關(guān)鍵核數(shù)據(jù)。核數(shù)據(jù)測(cè)量研究在國(guó)際上已開展近八十年，經(jīng)歷了單能點(diǎn)中子源、共振區(qū)白光中子源、快白光中子源核數(shù)據(jù)測(cè)量幾個(gè)階段。1960年代以前主要利用低能加速器通過d-D、d-T、p-T和p-7Li等反應(yīng)產(chǎn)生具有一定強(qiáng)度的單能中子進(jìn)行中子反應(yīng)截面的測(cè)量工作。1960年代開始基于強(qiáng)流電子直線加速器的白光中子源相繼在美國(guó)、前蘇聯(lián)、歐洲和日本等國(guó)建成。白光中子源能在1eV-1MeV的共振中子能區(qū)提供很強(qiáng)的連續(xù)譜中子，其中，代表性的裝置有美國(guó)ORNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的ORELA和歐洲位于比利時(shí)Geel的JRC/IRMM實(shí)驗(yàn)室的GELINA。1980年代之后基于強(qiáng)流高能量質(zhì)子加速器的白光中子源由于其脈沖中子強(qiáng)度高、中子能譜范圍廣等優(yōu)勢(shì)逐步取代了基于電子直線加速器的白光中子源，成為核數(shù)據(jù)測(cè)量的最有力工具。這方面的代表裝置是美國(guó)LANL的基于800MeV質(zhì)子加速器 (縮寫LANSCE)建立的核數(shù)據(jù)測(cè)量裝置，以及歐洲CERN的基于20GeV的質(zhì)子同步加速器(縮寫PS)建立的核數(shù)據(jù)測(cè)量裝置(縮寫n-TOF)。

LANL設(shè)有共振中子靶站(Lujan Center，Target-1)和快中子靶站(WNR， Target-4)。在Lujan Center和WNR上已分別建設(shè)了多條白光中子束線，并建立了包括測(cè)量中子輻射俘獲截面的大型g探測(cè)器設(shè)備DANCE和中子探測(cè)器陣列 FIGARO等在內(nèi)很多臺(tái)譜儀，它們?cè)诠舱裰凶印⒖熘凶右约爸懈吣苤凶幽軈^(qū)測(cè)量了大量至關(guān)重要的核數(shù)據(jù)。日本則在位于Tokai的J-PARC大型質(zhì)子加速器上利用3GeV散裂中子源靶站上慢化的中子建設(shè)了一個(gè)核數(shù)據(jù)測(cè)量束線ANNRI。

國(guó)內(nèi)目前用于核數(shù)據(jù)測(cè)量的中子源主要有中國(guó)原子能科學(xué)研究院的中國(guó)先進(jìn)研究堆(縮寫CARR堆)和13MV串列加速器(縮寫5SDH-2)、北京大學(xué)的 4.5MV靜電加速器、蘭州大學(xué)的300kV中子發(fā)生器等。這些中子源的能量范圍在0.01～42MeV之間，它們對(duì)中國(guó)的核數(shù)據(jù)研究包括中國(guó)自己的CENDL核數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)庫(kù)做出了重要貢獻(xiàn)，但是它們的能量并不連續(xù)，各個(gè)加速器可分別提供部分能量片段的中子束，且束流強(qiáng)度較低。隨著我國(guó)先進(jìn)核能技術(shù)、基礎(chǔ)核物理、核天體物理以及國(guó)防建設(shè)等發(fā)展的需要，迫切需要一臺(tái)能區(qū)寬、強(qiáng)度高的白光中子源裝置以滿足全方面核數(shù)據(jù)測(cè)量的要求。

帶電粒子探測(cè)譜儀(縮寫LPDA)位于白光中子源的終端處，是中國(guó)散裂中子源首批投入運(yùn)行的4臺(tái)譜儀之一，用于測(cè)試中子引起的出射帶電粒子的數(shù)據(jù)，主要包括p、d、t、3He和4He等輕帶電粒子。這類數(shù)據(jù)對(duì)新一代核能，例如第四代反應(yīng)堆、ADS等，的研發(fā)尤為重要，涉及到中子探測(cè)、輻射防護(hù)與檢測(cè)、反應(yīng)堆控制與運(yùn)行等多個(gè)方面；同時(shí)，也對(duì)強(qiáng)子治療提供重要的支持。相比國(guó)際上同類型譜儀，LPDA具有探測(cè)器數(shù)量多、帶電粒子測(cè)量能區(qū)和中子測(cè)量能區(qū)寬等特點(diǎn)，如表1所示。

表1 LPDA與同類型譜儀的特征比較