[发明专利]一种白光中子源带电粒子探测谱仪

说明书

本申请公开了一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的带电粒子探测器。本申请的带电粒子探测器包括ΔE‑E探测器和电离室探测器；ΔE‑E探测器为复合式气体‑固体探测器，由相互独立的小型多丝正比室气体探测器和碘化铯固体探测器组成，采用0.5μm厚聚乙烯薄膜粒子束窗；电离室探测器采用8μm厚聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜粒子束窗。本申请的带电粒子探测器，其ΔE‑E探测器采用0.5μm厚聚乙烯薄膜粒子束窗，既可让带电粒子容易透过，又能耐5000Pa压力差不破裂。电离室探测器粒子束窗采用8μm厚聚酰亚胺薄膜或PET，不仅能使带电粒子极容易透过，且能承受1atm压力。

技术领域

本申请涉及中子检测领域，特别是涉及一种用于白光中子源带电粒子探测谱仪的带电粒子探测器。

背景技术

白光中子源是一个极其有用的核数据测量研究工具，可以为新型核能设施设计、核天体物理研究、基础物理科学以及国防科技等领域提供关键核数据。核数据测量研究在国际上已开展近八十年，经历了单能点中子源、共振区白光中子源、快白光中子源核数据测量几个阶段。1960年代以前主要利用低能加速器通过d-D、d-T、p-T和p-7Li等反应产生具有一定强度的单能中子进行中子反应截面的测量工作。1960年代开始基于强流电子直线加速器的白光中子源相继在美国、前苏联、欧洲和日本等国建成。白光中子源能在1eV-1MeV的共振中子能区提供很强的连续谱中子，其中，代表性的装置有美国ORNL国家实验室的ORELA和欧洲位于比利时Geel的JRC/IRMM实验室的GELINA。1980年代之后基于强流高能量质子加速器的白光中子源由于其脉冲中子强度高、中子能谱范围广等优势逐步取代了基于电子直线加速器的白光中子源，成为核数据测量的最有力工具。这方面的代表装置是美国LANL的基于800MeV质子加速器 (缩写LANSCE)建立的核数据测量装置，以及欧洲CERN的基于20GeV的质子同步加速器(缩写PS)建立的核数据测量装置(缩写n-TOF)。

LANL设有共振中子靶站(Lujan Center，Target-1)和快中子靶站(WNR， Target-4)。在Lujan Center和WNR上已分别建设了多条白光中子束线，并建立了包括测量中子辐射俘获截面的大型g探测器设备DANCE和中子探测器阵列 FIGARO等在内很多台谱仪，它们在共振中子、快中子以及中高能中子能区测量了大量至关重要的核数据。日本则在位于Tokai的J-PARC大型质子加速器上利用3GeV散裂中子源靶站上慢化的中子建设了一个核数据测量束线ANNRI。

国内目前用于核数据测量的中子源主要有中国原子能科学研究院的中国先进研究堆(缩写CARR堆)和13MV串列加速器(缩写5SDH-2)、北京大学的 4.5MV静电加速器、兰州大学的300kV中子发生器等。这些中子源的能量范围在0.01～42MeV之间，它们对中国的核数据研究包括中国自己的CENDL核数据评价库做出了重要贡献，但是它们的能量并不连续，各个加速器可分别提供部分能量片段的中子束，且束流强度较低。随着我国先进核能技术、基础核物理、核天体物理以及国防建设等发展的需要，迫切需要一台能区宽、强度高的白光中子源装置以满足全方面核数据测量的要求。

带电粒子探测谱仪(缩写LPDA)位于白光中子源的终端处，是中国散裂中子源首批投入运行的4台谱仪之一，用于测试中子引起的出射带电粒子的数据，主要包括p、d、t、3He和4He等轻带电粒子。这类数据对新一代核能，例如第四代反应堆、ADS等，的研发尤为重要，涉及到中子探测、辐射防护与检测、反应堆控制与运行等多个方面；同时，也对强子治疗提供重要的支持。相比国际上同类型谱仪，LPDA具有探测器数量多、带电粒子测量能区和中子测量能区宽等特点，如表1所示。

表1 LPDA与同类型谱仪的特征比较