基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量，研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置，并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统，实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化，在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量，其量程为650 ns～10 ms，电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验，成功获得了中子束流剖面及10.65 μs～10 ms范围的飞行时间谱，对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验，验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。     

基于延迟块读出的多丝正比室探测器的研制

为了验证延迟块读出法(Delay-line Readout Method)在大面积中子探测器位置测量中的可行性,研制了一整套应用于中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程的二维位置灵敏多丝正比室(Multi-wire Proportional Chamber,MWPC)探测器原型样机。入射粒子在探测器中的位置信号首先通过一组5 ns延迟块在相反两端输出,再进入高精度时数转换器(Time to Digital Converter,TDC)电子学系统,转换为时间差数字信号的方式记录下来,最后运用root软件进行数据分析。分析结果表明:从绘制的二维图中能看到α源3个不同位置坐标,与α源的摆放位置一致且位置分辨均好于2 mm,说明研制出的MWPC探测器与延迟块读出法能完美匹配起来,达到高精度的位置测量需求。     

用于普通能谱实验室的基于VME总线的数据获取系统研制

介绍了一套基于VME总线的实验室数据获取系统的设计及应用。此系统主要针对普通核物理或探测器实验室的实验探测器系统,获取系统硬件用通用ADC插件作为模数转换,用基于VME总线的单板机算计进行数据传输。获取程序基于ROOT数据处理平台,可实现在线监控数据,并使用直方图等数据格式将数据存储。通过这套系统获得的碲锌镉探测器对241Am的59 keVγ射线能谱,数据获取速率达4 MB/s。这套数据获取系统可很好地应用在探测器测试及相关实验领域。     

中国第一台高性能白光中子源——CSNS反角白光中子源及其应用

基于中国散裂中子源（CSNS）建设的我国第一台高性能白光中子源--反角白光中子源（Back-n）是国际上综合性能最好的白光中子源之一，能区范围覆盖meV～百MeV，飞行时间测量分辨率可在全能区达到1%以内，中子注量率国际领先。自2018年3月建成以来，Back-n已开展了一系列的核数据测量实验、探测器标定实验、中子辐射效应实验和中子照相研究，科研产出效率非常高，实验数据质量达到了研究要求，为我国多领域的科学研究和应用研究提供了一个强大的平台。本文对该白光中子源的性能特点、已投入运行和规划中的核数据测量实验谱仪进行了综述，并指出了主要应用方向。     

自制CsI(Tl)晶体的能量测量性能

本文介绍了近代物理研究所自行生长的CsI(Tl)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果。测量662keVγ射线时得到好于10%的能量分辨(采用光电倍增管读出),同时光输出可达到同类型晶体的130%;测量能量为30MeV/u左右的重离子时得到好于2%的能量分辨(采用光二极管读出)。     

自制CsI(Tl)晶体的光输出非均匀性

实验测试了中国科学院近代物理研究所制备的9根大尺寸闪烁晶体样品(40mm×40mm×300mm)的光输出及其非均匀性。使用了多种光反射材料和包装方法对样品进行包装,对其光输出及其非均匀性进行测试。对实验数据进行分析,确定了大尺寸晶体的最佳读出端和包装方法。在测试中,所有CsI(Tl)闪烁晶体样品的光输出非均匀性均好于7%,部分样品可达到2%左右。结合本次实验结果,对影响CsI(Tl)晶体光输出非均匀性的因素进行了简要分析。     

自制CsI(T1)晶体的能量测量性能

本文介绍了近代物理研究所自行生长的CsI(T1)晶体用于γ射线及重离子能量测量的结果.测量662 keV γ射线时得到好于10%的能量分辨(采用光电倍增管读出),同时光输出可达到同类型晶体的130%;测量能量为30MeV/u左右的重离子时得到好于2%的能量分辨(采用光二极管读出).     

自制CsI（TI）晶体的光输出非均匀性

实验测试了中国科学院近代物理研究所制备的9根大尺寸闪烁晶体样品（40mm×40mm×300mm）的光输出及其非均匀性。使用了多种光反射材料和包装方法对样品进行包装,对其光输出及其非均匀性进行测试。对实验数据进行分析,确定了大尺寸晶体的最佳读出端和包装方法。在测试中,所有CsI（T1）闪烁晶体样品的光输出非均匀性均好于7％,部分样品可达到2％左右。结合本次实验结果,对影响CsI（T1）晶体光输出非均匀性的因素进行了简要分析。     

硅探测器信号电荷分配技术的研究

大规模阵列Si-PIN探测器和DSSD探测器与Front-end ASIC耦合时的动态范围匹配是亟待解决的问题。本文基于硅探测器信号的产生与特性,设计了3种解决探测器与前端电子学动态范围匹配问题的耦合方法,并结合理论模型与实验结果的对比分析,验证了3种方法的可行性。     

VA140的单粒子闩锁试验研究

专用集成电路是为特定用户或特定电子系统制作的集成电路,具有高性能、高可靠性等优点。专用集成电路VA140是中国暗物质卫星有效载荷硅微条探测器的关键器件。为测试VA140的抗单粒子闩锁特性,设计了简单的测试系统。应用兰州近代物理研究所重离子加速器进行测试,得到了有效试验数据。对试验数据进行处理,得到了VA140的闩锁截面与线性能量传输值的关系曲线、VA140的闩锁阈值及饱和截面,为其航天应用提供必要试验依据。