应用于缪子成像系统的大尺寸二维位置分辨探测器的研制

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1、缪子成像系统中二维位置分辨探测器研制王杰h2,冯笙琴I,王义2,王学武$,曾鸣2,谢波I(1、三峡大学理学院,湖北宜昌443002；2、清华大学工程物理系,北京100084)摘要：介绍了一种应用于缪子成像系统的新型二维高位置分辨探测器，MRPC探测器的冇效面积为1072mmxl072mm,先后对探测器在宇宙线和X射线下测试其性能，结果衣明探测效率高于98%,位置分辨好于272屮m关键词：位置分辨；缪子成像；MRPC中图分类号：TL811+.1文献标志码：A文章编号：在核走私越来越严重的今天，核材

2、料监测技术也变得越来越重要。走私的核材料通常隐藏在屏蔽层屮,因此检测重核材料要求粒子的能量很高，H被检物要在检测的过程避免因粒子照射叹性能发牛变化。缪子是犬然高能粒子，能量高且不与物质发牛显著相互作川，因此利川缪子成像町以实现安全、无损检测。国际上已经有很多缪子成像样机，比如LosAlamos实验室采用多丝正比室建立了缪子成像系统⑴；英国原子武器研究机构(AtomicWeaponsEstablishment)采用RPC作为位置分辨探测器建立了缪子成像系统囚;佛罗里达科技大学(FloridaIns

3、tituteofTechnology)采丿IJGEM探测器建立了缪了成像系统叫清华大学也参加了相关研究，于2013年采用MRPCK5］探测器建立了TUMUTY缪子成像系统即】，TUMUTY缪子成像系统及所成像如图1所示。如果缪子成像系统运用于工业上的集装箱检测，要求探测器血枳最好大于lm2oPblettersTHU―图1TUMUTY及所成像\&Alcubes1MRPC简介MRPC即多气隙电阻板室的英文缩写，其基本结构如图2所示。它的最外面两层结构是蜂窝板，蜂窝板主要起一个固定和支撑作用。因为其

4、原了序数比较低，因此对高能粒了的影响显得非常小。紧贴蜂窝板的是电路板的覆铜面，再往里面是电路板的读出条川來收集粒子雪崩产牛的电荷，探测器为二维读出，上下两个电路板的读出条相互垂直。再往里面是Mylar•膜，Mylar膜在这里充当电介质将碳膜和读出条隔开。收稿日期：2016-01-07基金项目：国家自然基金(11420101004)资助。作者简介：王杰(1990-),男，山西晋屮人，在读硕上生，从事核辐射探测技术研究。轉向内一层为涂在玻璃上的碳膜，通常碳膜上耍加很高的电压。而两个碳膜Z间则是用鱼线

5、隔开的多层玻璃。本探测器是二维位置分辨探测器，读出方式为单端读出，因此探测器釆用的是不对称结构，探测器所用的电路板由两块电路板拼接而成。表1所示为探测器的部分尺寸。图2MRPC结构示意图表1探测器部分尺寸部件名称规格/mm部件名称规格/mm读出电路板1160x1160下蜂窝板厚度15灵敏区域1072x1072电路板厚度0.8Mylar膜1110x1110Mylar膜厚度0.5蜂窝板1100x1100外玻璃厚度1.1内玻璃1100x1100内玻璃厚度0.7外玻璃1100x1100气隙厚度0.25碳

6、膜1092x1092探测器总血积1160x1160读出条间隙1.1总厚度31.8读岀条宽1.44总质量=25kg上蜂窝板厚度102数据采集系统数据采集系统采用的是CAEN公司生产的DT5742高速波形采样装置。每个装置有16+1路，最大采样率为5GS/So当一个触发信号來临时，所有的模拟内存缓冲区被冻结，随后模拟内存缓冲区数字化为12位分辨率的数字内存缓冲区，每一路可以记录1024个事例数，一个事例=1024xl2bito3宇宙线测试系统宁宙线测试系统如图3所示，当宇宙线穿过两个闪烁体和探测器时

7、，PMT1和PMT3两个信号经过甄别器(N844)Z后在符合器中符合(N455),符合信号再经过扇入扇出(N625)分成两路信号作为两个数据采集系统的触发信号，探测器的信号则是经过前放(AD8015),再经过转接盒将信号输入到数据采集系统中，这时数据采集系统会记录ZlW缓存的1024个数据。图3宇宙线测试框架图4X射线测试位置分辨实验装置如图4所示，为了保证探测器所接收到的是一束准直光线，实验中将一块开有小狭缝的铅皮置于探测器表而，将两块铅砖置于铅皮上面，保证两个铅砖紧密和连，此时认为两个铅砖之

8、间仍有1mm宽的缝隙，再将两块宽度为126

9、im的筠缝置于铅砖的上下表面，尽虽保证铅砖、磚缝、铅皮缝三者的中心对准探测器的第4路和第5路的中心位置。X光机距离探测器60cm。用X射线测试探测器的位置分辨率的时候闪烁体不能再作为触发，需采用探测器的自触发模式，将从电了学岀来的第4路和第5路信号符合作为触发信号。5主要性能测试与分析5.1漏电流的测试探测器工作气体成分为：氟利昂90%,异丁烷5%,六氟化硫5%；气体流量为100ML/min。探测器通气三天Z后缓慢加高压，每次加完高压之后漏电流会突然上