脈沖中子能譜的電流模式飛行時間測量方法（CTOF）的研究王松林，周斌，曾智蓉，胡志良，于全芝，殷雯，梁天驕中國科學(xué)院高能物理研究所

中國科學(xué)院物理研究所脈沖中子能譜的電流模式飛行時間測量方法（CTOF）的研究主要內(nèi)容CTOF的研究意義CTOF的研究內(nèi)容和工作進(jìn)展下一步工作2主要內(nèi)容CTOF的研究意義231：CTOF的研究意義CurrentModeTime-of-Flight(CTOF)是指探測器工作在電流模式下（非脈沖模式）來測量TOF譜。在低計數(shù)率的時候，可以使用脈沖模式的TOF測量方式。當(dāng)計數(shù)率很大的時候，脈沖模式的測量方式會出現(xiàn)信號的疊加，不能正確的測量出TOF譜。在散裂中子源調(diào)試運行期間，質(zhì)子束流強度較低，如果使用脈沖模式測量中子TOF譜，探測器的計數(shù)率會非常低，測量時間較長，會對靶站等實驗基礎(chǔ)設(shè)施帶來較大的活化水平。采用探測效率高的鋰玻璃中子探測器，為了應(yīng)對較高的計數(shù)率，同時希望測量時間較短以便降低調(diào)試期間的活化水平，采用電流模式的TOF測量方式，可以在較短的幾個質(zhì)子脈沖周期內(nèi)得到探測器位置處的熱區(qū)中子能譜和中子通量。同時采用CTOF技術(shù)測量中子能譜，探測器、電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)備簡單，移動較為方便，可以在線對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到中子能譜的相關(guān)數(shù)據(jù)。31：CTOF的研究意義CurrentModeTime-4優(yōu)點：使用較高探測效率的探測器在較短的時間內(nèi)（幾個質(zhì)子束脈沖）得到TOF譜，減少調(diào)試期間引起散裂中子源靶站各部件的活化程度，測量設(shè)備簡單。缺點：事先標(biāo)定探測器對單個中子的平均電荷量，才能將CTOF譜轉(zhuǎn)換得到中子能譜；中子能譜信息不如脈沖模式探測器的TOF方法得到的數(shù)據(jù)精確。4優(yōu)點：使用較高探測效率的探測器在較短的時間內(nèi)（幾個質(zhì)子束脈5

S.Meigo,etal.,J.Nucl.Sci.andTechnol.Vol37Suppl.1(2000)789.5S.Meigo,etal.,J.Nucl.S6

S.Meigo,etal.,J.Nucl.Sci.andTechnol.Vol37Suppl.1(2000)789.6S.Meigo,etal.,J.Nucl.S7S.Meigo,etal.,ProceedingsofPAC09,TU6PFP066.14397S.Meigo,etal.,Proceedings82：CTOF的研究內(nèi)容電流模式的鋰玻璃探測器、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)獲取軟件進(jìn)行研究和實驗調(diào)試。鋰玻璃探測器：分析探測器分壓器的陽極匹配電阻對時間分辨的影響，同時分析光電倍增管加不同高壓對光電特性的影響，通過實驗找出較好的工作電壓和分壓器匹配電阻，并在熱中子源上標(biāo)定出單個中子的平均電荷量。選取合適的數(shù)據(jù)采集卡，并根據(jù)“鋰玻璃探測器—采集卡—數(shù)據(jù)獲取計算機的工作模式，使用Labview程序編寫數(shù)據(jù)獲取軟件，并通過函數(shù)發(fā)生器來對此軟件進(jìn)行調(diào)試，研究出較方便快捷的操作界面。為了對CTOF的測量結(jié)果進(jìn)行定量分析，在相同實驗條件下，將對低探測效率中子探測器的TOF結(jié)果與CTOF測量結(jié)果進(jìn)行比較驗證。82：CTOF的研究內(nèi)容電流模式的鋰玻璃探測器、數(shù)據(jù)采集卡和9探測器探頭（GS20）材料鋰玻璃鋰的質(zhì)量百分比（%）76Li的豐度（%）96密度2.5g/cc波長(nm)395厚度(mm)4光電倍增管R329-02型號R329-02光譜響應(yīng)范圍（nm）300-650光陰級雙堿、有效尺寸Φ46mm倍增級線性聚焦、12打拿級脈沖線性100mA@2%偏差200mA@5%偏差2.1：鋰玻璃探測器（CSNS探測器系統(tǒng)合作）9探測器探頭（GS20）材料鋰玻璃鋰的質(zhì)量百分比（%）76L光電倍增管性能測試（R329-02）光電倍增管性能測試（R329-02）單光電子譜的測量單光電子譜的測量絕對增益高壓(V)1850190019502000單光電子譜電荷量(fC)320403.7513.7610增益2.00*1062.52*1063.21*1063.81*106光電倍增管的增益與所加的電壓滿足：G=a*Vb

，其中a為與打拿極材料以及分壓電路相關(guān)的常數(shù)，b為增益系數(shù)。下圖顯示了高壓-增益曲線的實驗結(jié)果和擬合結(jié)果，最后得到了參數(shù)a和參數(shù)b的值。絕對增益高壓(V)1850190019502000單光電子譜脈沖線性脈沖線性是指在脈沖工作方式下，PMT的陽極輸出電流與入射光強的比例關(guān)系。當(dāng)一個實驗要測量信號時，照射到PMT上的光強差別可能很大，所以我們需要了解PMT的動態(tài)范圍，即在多大范圍內(nèi)PMT的陽極輸出電流與入射光強保持線性。脈沖線性脈沖線性是指在脈沖工作方式下，PMT的陽極輸出電流與鋰玻璃探測器課件2.2：鋰玻璃探測器2.2：鋰玻璃探測器Cf-252中子源Cf-252中子源鋰玻璃探測器課件鋰玻璃探測器課件Cf-252中子源+14cm聚乙烯慢化器19Cf-252中子源+14cm聚乙烯慢化器19202.2：電子學(xué)系統(tǒng)—數(shù)據(jù)采集卡(PCIE-1816H)16路模擬輸入，高達(dá)5MS/s，16位分辨率2路模擬量輸出，高達(dá)3MS/s，16位分辨率模擬量輸入輸出支持模擬和數(shù)字觸發(fā)器模擬量輸出支持波形生成24路可編程數(shù)字I/O通道2個32位可編程計數(shù)器/定時器板載FIFO存儲器(4k采樣)支持微軟Windows8（僅桌面控制模式）/7/XP202.2：電子學(xué)系統(tǒng)—數(shù)據(jù)采集卡(PCIE-1816H)212.3：數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)—Labview軟件編寫212.3：數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)—Labview軟件編寫223：下一步工作計劃計劃在ISIS中子源上進(jìn)行驗證性實驗。在反應(yīng)堆中子源上測量鋰玻璃探測器的探測效率。TOF和CTOF的比較。223：下一步工作計劃計劃在ISIS中子源上進(jìn)行驗證性實驗?？偨Y(jié)明確了CTOF技