金刚石探测器多球谱仪的响应函数和极化效应研究
批准号:
12105144
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胡志猛
依托单位:
学科分类:
中子技术及应用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡志猛
中文摘要
以托卡马克装置周围中子场为代表的强脉冲中子场注量率高(>1e7/cm2/s)、能区宽(热中子-几MeV),其中子能谱和注量的准确测量是困扰已久的技术难题。本项目在金刚石探测器多球谱仪研究基础上,提出刻度非同类多球谱仪响应函数的间接方法,建立谱仪的响应函数矩阵;发展消除极化效应、改善脉冲高度谱形的新方法,以有效减弱或消除辐照损伤对谱仪性能的影响。拟开展以下研究:分析多球谱仪响应函数变化的物理机制;探索谱仪性能退化和极化效应随金刚石辐照损伤的变化规律;发展自动识别和消除极化效应的操作方案;通过金刚石探测器优化设计改善谱仪的脉冲高度谱形和减弱或消除极化效应。最终完成开发一套响应函数可靠、计数准确的金刚石探测器多球谱仪,为聚变堆强中子场测量提供新的解决方案。
英文摘要
The intense pulsed neutron fields represented by those around tokamaks have the high neutron flux larger than 1e7/cm2/s and the wide energy range from the thermal region to several MeV. The precise measurement of the neutron spectrum and fluence is always a puzzle. An indirect method is proposed for deriving the response functions of a Bonner sphere spectrometer (BSS) from the other type of BSS. The methods such as eliminating the polarization effect and improving the pulse height spectrum shape of the diamond detector are proposed to reduce or eliminate the influence of the neutron radiation damage to BSS on the BSS performance. The following work will be carried out: revealing the mechanism of the BSS response function change; determining the change of the BSS performance and the polarization effect varying with the radiation damage of neutrons to the diamond detector; optimizing the diamond detector design to improve the pulse height spectrum shape and to reduce or eliminate the polarization effect. The project is aimed to develop a diamond detector-based BSS which is well calibrated and has high count accuracy. The BSS provides a new solution to measuring the intense neutron fields around fusion reactors.
以托卡马克装置周围中子场为代表的强脉冲中子场注量率高(>1e7/cm2/s)、能区宽(热中子-几MeV),其中子能谱和注量的准确测量是困扰已久的技术难题。本项目前期利用金刚石等第三代半导体探测器的响应快、结构紧凑、耐辐照的优势,研发兼具传统主动型多球谱仪在线测量功能和被动型多球谱仪可测量强中子场功能的新型主动型多球谱仪,而该谱仪响应函数矩阵的可靠性和长期工作稳定性是亟需研究的关键问题。该谱仪比传统主动型多球谱仪探测效率低三个量级以上,难以直接使用准单能中子源进行直接实验刻度。本项目通过在材料和结构上对金刚石热中子计数器进行设计,使其与已知参数的3He计数器在热中子屏蔽效应等效,从而构建响应函数形状与3He计数器多球谱仪一致的多球谱仪,进而通过两种多球谱仪在同一中子场计数的比值实现响应函数矩阵在热中子-20MeV能区的快速精准实验测量。分析结果表明,该方法在10-9MeV到20MeV的中子能量范围内,两种谱仪的响应函数比值几乎固定,变化幅度小于5.5%,比值的不确定度小于1.7%。此外,本项目从模拟和实验两方面对SiC探测器进行了详细研究。使用TCAD程序模拟研究了SiC第三代半导体探测器在聚变场所强中子场的信号输出的性能表现,实现了包括输出电流信号、电荷收集效率、探测器电场强度分布、极化效应的预测研究。研究结果表明,极化效应与探测器辐照损伤程度和载流子在探测器中的分布密切相关,辐照损伤程度越严重、载流子局域性越高,极化效应越明显。并使用带电粒子源和中子源开展性能测试和辐照损伤的实验研究。测试结果表明,所研发的SiC探测器对5.48MeV alpha粒子能量分辨率高达0.35%,与金刚石探测器相当(0.31%);而且经1e14/cm2注量中子辐照后性能基本不变,证明了其较强的抗辐照能力。本项目的研究成果对于托卡马克装置、反应堆、散裂中子源等场所强中子场测量的应用具有重要指导意义。
面向BNCT中子束流监测的高性能GEM中子谱仪关键技术研究
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批准号:12375297
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项目类别:面上项目
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资助金额:53万元
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批准年份:2023
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负责人:胡志猛
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依托单位:
国内基金
海外基金