基于Triple GEM新型快中子探测器中子解谱技术的研究

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本工作完成了基于Triple GEM新型快中子探测器中子解谱相关工作,具体包括文献调研、编写模拟程序、编写解谱程序以及参与实验平台搭建。结果证实相关解谱算法在新型探测器中的实用性和精确性,达到预期目的。该工作的具体内容及结果可归结为以下三个方面:第一:本工作使用高密度聚乙烯薄膜(HDPE)作为转化材料,利用Geant4程序包对其耦合在Triple GEM阴极探测器结构进行建模和理论计算。对D-D,D-T,Am-Be中子源的模拟结果表明,随着HDPE厚度的增加,反冲质子的产额也随之增加,但是当HDPE厚度达到一定厚度时,探测效率均接近一个饱和值,对D-D,D-T和Am-Be快中子源的最佳厚度分别为,0.8mm,2mm和1.2mm,相应的探测效率约为0.07%,0.37%,和0.12%;如果把对应各个能量入射中子的最佳厚度的聚乙烯薄膜和500μm气隙组合为一个单元,结果显示对于D-T中子源,当转化单元数达到300左右,最佳转化效率达到近10%;对D-D中子源,当转化单元达到300时,最佳转化效率可达4%,即采取多层聚乙烯薄膜比单层聚乙烯薄膜要高出近一个数量级,因此使用多层聚乙烯材料可有效提高探测效率。第二:完成新型探测器转化结构优化。事实上,中子与聚乙烯发生弹性散射后将损失部分能量,因此对厚度均匀的聚乙烯薄膜来说,对后续的聚乙烯转化层厚度已经不是最优厚度,为了进一步提高中子转化效率,本工作采用聚乙烯厚度递减的方式,增大反冲质子逃出转化层的几率。第三:使用MATLAB软件自行编写了基于GRAVEL算法,极大似然算法,改进型极大似然算法,最小二乘法和遗传算法的中子解谱程序,并对模拟输入的单能中子源(2MeV,4MeV,8MeV,12MeV,14MeV)和连续能谱中子源(Am-Be)进行了解谱,解谱结果表明,上面五种算法均适用于基于Triple GEM新型快中子探测器,对单能及连续能谱中子谱解谱效果良好,峰位准确,展宽较小。
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