1 郑州大学郑州 450001
2 中国科学院高能物理研究所北京 100049
3 散裂中子源科学中心东莞 523803
微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源（China spallation neutron source，CSNS）工程目前在建的谱仪之一，为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量，要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下，研制了基于6LiF/ZnS（Ag）闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier，SiPM）结构的位置灵敏型闪烁体探测器，以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到，位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能，对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性，并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试，该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm，探测效率为（61.8±0.2）%@0.4 nm，达到了工程设计指标，满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。
闪烁体探测器 硅光电倍增管 波移光纤 位置分辨 探测效率 Neutron scintillator detector Silicon photomultiplier Wavelength shift fiber Position resolution Detection efficiency
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 3.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
4 4.散裂中子源科学中心, 东莞 523803
5 5.中国科学院 高能物理研究所, 核探测与核电子学国家重点实验室, 北京 100049
Gd2O2S:Tb闪烁陶瓷以其明亮的绿色发光、高能量转换效率和高中子俘获截面而广泛应用于中子成像和工业无损检测等领域, 但Gd2O2S:Tb陶瓷中存在的Gd2O3第二相影响其闪烁性能。本工作以H2SO4和Gd2O3为原料, 采用水浴法合成Gd2O2S:Tb前驱体, 研究了H2SO4与Gd2O3的摩尔比(n)对前驱体和Gd2O2S:Tb粉体性能的影响。前驱体的化学组成随n增大而变化：2Gd2O3·Gd2(SO4)3·xH2O(n<2.00)、Gd2O3·2Gd2(SO4)3·xH2O (2.25≤n≤2.75)和Gd2(SO4)3·8H2O(n=3.00), 经过空气煅烧和氢气还原后, 所有的粉体均形成Gd2O2S相。Gd2O2S:Tb粉体的形貌与前驱体的相组成密切相关, 随着n增大, Gd2O2S:Tb粉体的XEL强度增加呈现出两个阶段, 对应前驱体的相转变阶段。采用真空预烧结合热等静压烧结制备了Gd2O2S:Tb陶瓷, 相较于n为2.00、2.25、2.50, 其他n制备的Gd2O2S:Tb陶瓷都达到了较高的相对密度和XEL强度, 不同n制备的陶瓷中都存在Gd2O3第二相, n增大有利于减少陶瓷内部的第二相, 为进一步消除Gd2O2S:Tb陶瓷中的第二相提供了思路。
水浴法 H2SO4与Gd2O3摩尔比 Gd2O2S:Tb纳米粉体 闪烁陶瓷 water-bath method molar ratio of H2SO4 to Gd2O3 Gd2O2S:Tb nanopowder scintillation ceramics
1 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083
2 中国科学院高能物理研究所核探测与核电子学国家重点实验室，北京 100049
3 东莞中子科学中心，广东 东莞 523800
采用高能电子辐照结合真空退火，在金刚石内部形成氮空位色心。对比研究了辐照与退火前后金刚石宏观颜色变化及内部缺陷转变，讨论了不同辐照剂量和真空退火温度对氮空位产率的影响规律。结果显示，氮空位色心浓度随着辐照剂量的增加呈现先升高后降低的趋势，这是由于辐照剂量越高则空位更容易形成空位簇，空位簇在退火过程中不能形成氮空位色心。氮空位色心浓度随退火温度的升高逐渐增加，在800~900 ℃区间达到饱和，当温度继续升高时，氮空位色心浓度反而下降，这源于辐照过程产生的间隙原子在高温下与氮空位的相互作用。
光学器件 氮空位色心 金刚石 电子辐照 退火 光学学报
2022, 42(13): 1316001
曾莉欣 1,2,3赵豫斌 1,2,3陈少佳 1,2,3田兴成 1,2,3[ ... ]孙志嘉 1,2,3,*
1 中国科学院 高能物理研究所，北京 100049
2 散裂中子源科学中心，广东 东莞 523803
3 核探测与核电子学国家重点实验室，北京 100049
为满足中国散裂中子源（CSNS）多功能反射谱仪（MR）主探测器高气压3He多丝正比室探测器（MWPC）的需求，研制了专用的读出电子学系统。该系统主要由核心前放板和触发扇出板构成，其中以前放板为核心，采用了6块前放板实现探测器142路模拟信号的数字化，并通过判选机制甄别中子信息，将有效中子事例打包发送给后端，触发扇出板提供同一时刻到达的T0信号和触发信号，以确保数据的对齐。读出电子学系统分别在实验室和束流条件下，进行了相关指标测试，测试结果表明性能优于设计要求。目前MWPC探测器已经成功安装到MR谱仪现场，并且已经开始稳定运行。
多功能反射谱仪 多丝正比室探测器 重心法 前置放大器 可编程逻辑阵列 multi-functional reflectance spectrometer multiwire proportional chamber detector barycenter method preamplifier FPGA 强激光与粒子束
2021, 33(8): 086001
赵东旭 1,2,3,*章红宇 1,2孙志嘉 1,2,3王修库 1,2,3肖亮 1,2,3
1 核探测与核电子学国家重点实验室, 北京 100049
2 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
3 散裂中子源科学中心, 广东 东莞 523803
作为中国散裂中子源（CSNS）工程中多功能反射（RM）谱仪一部分的3He管探测器数据获取系统不仅要具有基本的读取和处理数据的功能，还需要协调配合谱仪的整体运行，稳定可靠地与其它异构系统进行交互。通过规划数据获取的整体框架，采取有效的方式优化关键部分，另外挑选合适的三方软件包整合到数据获取系统中，达到了该系统操作方便灵活、功能完善、运行稳定可靠并且高效率，满足谱仪实验需求的目的。包括数据获取系统在内的多功能反射谱仪顺利通过了国家验收，目前这套数据获取系统已经成功应用在多功能反射谱仪的束流实验中。
多功能反射谱仪 数据获取 散裂中子源 束流实验 3He管探测器 reflectometer data acquisition CSNS beam test 3He tubes detector 强激光与粒子束
2019, 31(9): 096002
1 中国石油大学(北京) 理学院, 北京 102249
2 中国科学院 高能物理研究所实验物理中心, 北京 100049
研究了掺杂6LiF的ZnS(Ag)闪烁体对中子、γ射线的发光特性和EJ426闪烁体样品的热中子探测效率、出射光产额和γ灵敏度。EJ426的热中子探测效率为32.4%, 出射光产额为8.01×103光子/中子, 70 mV阈值时的 γ灵敏度小于10-7, 表明EJ426是较理想的闪烁体型位置灵敏中子探测器材料。
6LiF/ZnS(Ag)闪烁体 热中子探测效率 光产额 γ灵敏度 6LiF/ZnS(Ag) scintillators thermal neutron detection efficiency light yield γ sensitivity
