應用于白光中子束線的低氣壓純氦氣正比計數器

楊 洲,王小胡,呂 游,樊瑞睿,秋妍妍,孫 康

(1. 西南科技大學 理學院,四川綿陽 621002;2. 散裂中子源科學中心加速器技術部,廣東東莞 523803;3. 深圳技術大學 先進材料測試技術研究中心,廣東深圳 518118)

位于中國散裂中子源的反角白光中子源(Back-n)是世界上性能最優秀的白光中子源之一,具有能譜寬、注量率高及時間結構優異等特征,適用于核數據測量工作[1]。中子與3He的反應截面是非常重要的核數據,它的精確測量對于中子探測設備的標定及大爆炸核合成理論的檢驗具有重要物理意義[2]。基于3He工作氣體的正比計數器是中子探測領域中的主要設備,常用于測量中子通量。本文作者團隊計劃在Back-n上使用基于純3He工作氣體的正比計數器,開展能量為電子伏量級的中子與3He反應截面的測量工作。該實驗中,3He氣體既作為靶材與中子反應產生質子和氚粒子,也作為探測器的工作氣體使質子和氚電離產生原始電子,從而產生感應信號。通過對探測器的信號波形進行分析定時,結合質子打靶時間,可得到中子的飛行時間,從而確定中子的能量[3]。通過記錄探測器的信號,結合Back-n上的中子注量率數據,最終得到中子與3He的反應截面。

Back-n具有較高的中子注量率,達2×107cm-2·s-1, 1 eV～100 MeV能區內中子的時間分辨率均好于1%。3He正比計數器內部通常為高氣壓及添加少量猝滅氣體的3He混合氣體。然而對于常壓或高壓的正比計數器,Back-n的高注量率中子會導致探測器出現堆積效應,影響探測器的測量精度。與常壓或高壓正比計數器相比,低氣壓的正比計數器靈敏度低,但更適用于高注量率的中子環境。……