针对高探测效率热中子探测器的模拟研究

针对高探测效率热中子探测器的模拟研究 学生陆年华指导老师杨祎罡清华大学工程物理系粒子技术与辐射成像教育部重点实验室 lnh2005011660@gmail.com Tsinghua University

报告提纲 • 背景介绍 • 探测器设计 • 基于MCP的热中子转换体 • 提升MCP的热中子吸收能力 • 模拟计算 • 中子在MCP中的衰减 • 带电粒子的出射 • 热中子探测效率 • 结论与展望 Tsinghua University

背景介绍 • 安全检查&无损检测 • X射线方法 • 技术成熟 • 应用广泛 • 中子方法 • 补充X射线方法 • 大部分重元素 • 某些轻元素 • 有机物质 • 爆炸物 • 区分同位素 X-ray & Neutron Tsinghua University

气体探测器 灵敏体积大信噪比较好空间分辨率差气体对带电粒子的阻止能力固体探测器结构紧凑空间分辨率好探测效率不高中子的吸收带电粒子的出射微型脉冲强子源（CPHS） @Tsinghua University 参数实现探测效率 >50% @ 25.3meV 热中子空间分辨率 <100 μm 计数率 103counts/mm2/s 中子探测器更好的探测系统？基于微通道板中子转换体 Tsinghua University

微通道板 D 12~13 μm P 15~16 μm Tsinghua University

MCP只是载体 结构的优异性中子吸收核素 10B~3835b natGd~49700b MCP结合中子吸收核素掺杂镀膜掺杂：受MCP玻璃成分的限制中子吸收核素的密度较小需要大的厚度带电粒子不容易进入通道可行？镀膜：不受MCP玻璃成分的限制中子吸收核素的密度很大厚度可以较小带电粒子容易进入通道可行√ 中子转换实现 Tsinghua University

模拟研究 掺杂模型镀膜模型 Tsinghua University

模拟研究 • 模拟 • P1：中子在微通道板中消失的概率 • MCNP5模拟 • 25.3meV Neutron • natGd2O3镀膜 • P2：电子从镀层中出射到通道中的概率 • MCNP5模拟 Tsinghua University

P1 :中子在MCP中的衰减概率 • 25.3meV thermal neutron @ MCP • 镀膜 & 掺杂 • 中子俘获后放出的带电粒子的概率为Pne • 10B(n, α)7Li @ Pne=1 • natGd (n, γ) @ Pne=0.794 • 157Gd(n, γ)158Gd @ Pne=0.5887 Tsinghua University

P2 :带电粒子的出射概率 • 中子俘获得到的带电粒子 • α、7Li+、内转换电子、俄歇电子 • 10B(n, α)7Li中子俘获反应产物能量及其射程 • 中子俘获反应形成连续的带电粒子源 Tsinghua University

热中子探测效率 10B掺杂MCP 157Gd掺杂MCP Tsinghua University

热中子探测效率 10B2O3镀膜 natGd2O3镀膜 Tsinghua University

镀膜研究 ALD: Atomic Layer Deposition 原子层沉积 • 优点: • 极好的保形性 • 大面积、均匀性的纯薄膜 • 简单精确地薄膜厚度控制 • 不需要控制反应物流量的均一性 • 薄膜生长可在低温下进行（室温到400oC） • 缺点: • 沉积速度慢 • 沉积材料的选择 Tsinghua University

镀膜研究 Tsinghua University

镀膜研究 孔深度7μm ，直径100nm 使用ALD镀膜得到46nm厚的均匀薄膜保形效果很好 Tsinghua University

初步镀膜效果 微通道板孔，是凹下去的镀层natGd2O3 交界处玻璃断面 Tsinghua University

初步镀膜效果 Tsinghua University

镀膜结果 ~208.65nm Tsinghua University

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