位置灵敏型快中子闪烁体探测器

作     者：谷颖 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：欧阳晓平

授予年度：2022年

学科分类：082704[工学-辐射防护及环境保护] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：位置灵敏 快中子探测器 相互作用深度 双端读出 硅光电倍增管 

摘      要：轴向位置的精确测量是快中子探测领域的挑战和难题,其对高分辨率的快中子成像具有重要意义。改进位置和时间响应能使快中子成像获得更好的成像分辨率和对比度,提升时间分辨的困难主要来自相互作用深度（Depth of Interaction,DOI）的不确定性。针对位置改进的问题,本文设计了一种基于有机闪烁体阵列的双端读出型快中子探测器,并提出了一种用来校准DOI的方法。这种校准方法是基于快中子探测器双端读出的数据来进行系列计算和拟合,最终得到轴向位置校准曲线。提出的校准方法解决了快中子探测中轴向位置分辨率低的问题,提高了快中子探测器的空间位置分辨率。本文提出的有机闪烁体阵列双端读出型快中子探测器,大致由以下四部分组成:有机闪烁体阵列、耦合层、光导和光电转换器件。N×N的闪烁体构成了闪烁体阵列,每根闪烁体条除两个端面外,四个侧面都包裹反射材料用于光学隔离。耦合层的材料为硅脂,添加耦合层是为了提高光收集的效率并将闪烁体阵列与光导,光导与光电转换器紧密的连接在一起。有机闪烁体阵列与光电转换器件之间添加光导是为了实现快中子探测器更优的位置分辨。本文使用基于蒙特卡罗方法的Geant4模拟程序,模拟14 MeV的快中子入射EJ200塑料闪烁体条,产生荧光光子,荧光光子经反射膜反射到光电转换器件硅光电倍增管（Silicon Photo Multiplier,SiPM）上,经SiPM探测、记录后被杀死。根据校准DOI的方法计算轴向位置校准曲线,这种校准方法根据闪烁体两端的光电转换器件读出的数据,进行对比度计算和高斯拟合计算,最终通过多项式拟合得到轴向位置校准曲线。模拟结果表明,EJ200塑料闪烁体条涂敷ESR反射膜、铝箔、二氧化钛和无反射膜四种情况下,计算对比度范围分别为:0.42-0.57,0.16-0.91,0.32-0.68,0.26-0.76。EJ200塑料闪烁体涂敷二氧化钛时,选择18 mm、95 mm处照射点对闪烁体条进行快中子准直照射,计算校准位置及其不确定度分别为19.72±5.07 mm、95.49±6.43 mm。这种双端读出型快中子探测器和对应的校准DOI的方法,在快中子探测中取得了良好的定位效果,定位到精准的轴向位置,为进一步的研究提供了依据,本模拟可为实验作参考。