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基于信号幅度的He管中子探测器刻度算法优化研究

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核电子学与探测技术 2024年

作者：许宇涵修青磊殷伟刚肖亮蒋孟奇周晓娟赖彦玲王艳凤周健荣孙志嘉魏亚东东莞理工学院机械工程学院中国散裂中子源东莞理工学院科技创新研究院

本研究针对中国散裂中子源下的高压中子衍射谱仪中核心组件——位置灵敏型3He管中子探测器的刻度问题进行了深入探究。通过实验验证和理论分析，揭示了传统刻度方法中未考虑到的中子信号幅度对刻度参数的影响，以及由此产生的位置分布... 详细信息

本研究针对中国散裂中子源下的高压中子衍射谱仪中核心组件——位置灵敏型3He管中子探测器的刻度问题进行了深入探究。通过实验验证和理论分析，揭示了传统刻度方法中未考虑到的中子信号幅度对刻度参数的影响，以及由此产生的位置分布畸变和空间分辨率降低的问题。为解决这些问题，本研究提出了一种改进的刻度算法，该算法能够有效地考虑中子信号幅度的变化，从而显著改善了探测器系统的空间分辨能力。经过实验结果分析显示，新的刻度算法不仅消除了位置分布的拖尾现象，而且提高了不同位置处的空间分辨率，与理论预期相符。本研究的成果为高压中子衍射谱仪在极端条件下的应用提供了重要的技术支持，并为进一步优化中子探测器的刻度方法和提高中子衍射技术的应用精度奠定了基础。

关键词：中国散裂中子源高压中子衍射谱仪位置灵敏型 He管中子探测器刻度算法空间分辨非线性效应

能量选择中子成像谱仪Timepix3相机数据获取系统的研制

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核电子学与探测技术 2024年

作者：席建普罗来华王修库于莉蒋兴奋滕海云邱勇翔沈培迅周建荣唐彬孙志嘉谭志坚中原工学院中国科学院高能物理研究所散裂中子源科学中心

中子数据获取系统，作为中子散射实验的核心组成部分，通过收集与物体相互作用的中子信息数据，为科学研究和工程应用提供重要的数据支持，帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源（China Spallation Neutro... 详细信息

中子数据获取系统，作为中子散射实验的核心组成部分，通过收集与物体相互作用的中子信息数据，为科学研究和工程应用提供重要的数据支持，帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source， CSNS）能量分辨中子成像谱仪（Energy-Resolution Neutron Imaging Spectrometer， ERNI）上的工程应用，设计并研制了一套数据获取系统（Data Acquisition System， DAQ），该系统能够实现相机的自动控制，并依据40毫秒的时间周期对数据进行高效的预处理。在系统硬件方面，采用多服务器集群来应对探测器的高数据带宽需求；在控制层面，采用了实验物理和工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System， EPICS）的软件框架提高了相机的自动化程度和谱仪接口的联动；在数据流处理上，采用了Kafka分布式流处理平台来使读出和分析解耦，提高灵活性，并通过对数据流按照T0（40ms为中子打靶的脉冲周期）打包来对中子数据进行预处理。通过在ERNI谱仪上进行的样品透射成像实验，验证了整套数据获取系统在束流条件下运行正常，能够成功获取到中子数据并进行了分析，测试结果符合预期，满足了ERNI谱仪的工程需求。

关键词：能量分辨成像谱仪数据获取 Timepix3探测器 EPICS Kafka

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磁控溅射制备碳化硼薄膜的结构与成分分析

光学仪器 2024年第2期46卷 63-68页

作者：朱京涛刘扬周健荣周晓娟孙志嘉崔明启同济大学物理科学与工程学院上海200092 散裂中子源科学中心广东东莞523803 中国科学院高能物理研究所北京100049

近年来国际上^(3)He资源的短缺造成了基于^(3)He的中子探测器高昂的成本,而以碳化硼薄膜作为中子转换层的硼基中子探测器逐渐成为了最有前景的替代方案。通过直流磁控溅射制备了Ti/B_(4)C多层膜,并使用透射电子显微镜(TEM)、飞行时间二... 详细信息

近年来国际上^(3)He资源的短缺造成了基于^(3)He的中子探测器高昂的成本,而以碳化硼薄膜作为中子转换层的硼基中子探测器逐渐成为了最有前景的替代方案。通过直流磁控溅射制备了Ti/B_(4)C多层膜,并使用透射电子显微镜(TEM)、飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对薄膜的结构与成分进行表征。结果表明:Ti层存在结晶情况;H、O、N元素为薄膜内部的主要杂质,且多分布于Ti层与B_(4)C-on-Ti过渡层中;更高的本底真空度能够降低碳化硼薄膜内的杂质含量,提高B含量占比;中子探测效率测试结果证明本底真空度的提高能够有效提高碳化硼中子转换层的效率。

关键词：中子光学碳化硼薄膜直流磁控溅射透射电子显微镜(TEM) X射线光电子能谱(XPS) 中子探测

基于信号幅度的^(3)He管中子探测器刻度算法优化研究

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核电子学与探测技术 2024年第2期44卷 372-379页

作者：许宇涵修青磊殷伟刚肖亮蒋孟奇周晓娟赖彦玲王艳凤周健荣孙志嘉魏亚东东莞理工学院机械工程学院东莞523808 中国散裂中子源东莞523890 东莞理工学院科技创新研究院东莞523808

本研究针对中国散裂中子源下的高压中子衍射谱仪中核心组件——位置灵敏型^(3)He管中子探测器的刻度问题进行了深入探究。通过实验验证和理论分析,揭示了传统刻度方法中未考虑到的中子信号幅度对刻度参数的影响,以及由此产生的位置分布... 详细信息

本研究针对中国散裂中子源下的高压中子衍射谱仪中核心组件——位置灵敏型^(3)He管中子探测器的刻度问题进行了深入探究。通过实验验证和理论分析,揭示了传统刻度方法中未考虑到的中子信号幅度对刻度参数的影响,以及由此产生的位置分布畸变和空间分辨率降低的问题。为解决这些问题,本研究提出了一种改进的刻度算法,该算法能够有效地考虑中子信号幅度的变化,从而显著改善了探测器系统的空间分辨能力。经过实验结果分析显示,新的刻度算法不仅消除了位置分布的拖尾现象,而且提高了不同位置处的空间分辨率,与理论预期相符。本研究的成果为高压中子衍射谱仪在极端条件下的应用提供了重要的技术支持,并为进一步优化中子探测器的刻度方法和提高中子衍射技术的应用精度奠定了基础。

关键词：中国散裂中子源高压中子衍射谱仪位置灵敏型~3He管中子探测器刻度算法空间分辨非线性效应

微小角中子散射谱仪的高分辨中子闪烁体探测器研究

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核技术 2024年第2期47卷 66-75页

作者：刘慧银杨洁黄畅唐彬周诗慧蔡小杰王修库曾莉欣岳秀萍陈少佳许虹郭大威陈旭孙志嘉郑州大学郑州450001 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心东莞523803

微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制... 详细信息

微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制了基于^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)结构的位置灵敏型闪烁体探测器,以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到,位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能,对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性,并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试,该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm,探测效率为(61.8±0.2)%@0.4 nm,达到了工程设计指标,满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。

关键词：闪烁体探测器硅光电倍增管波移光纤位置分辨探测效率

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辐照与退火对金刚石氮空位色心产率的影响

光学学报 2022年第13期42卷 120-127页

作者：何健刘金龙修青磊孙志嘉安康郑宇亭魏俊俊陈良贤李成明北京科技大学新材料技术研究院北京100083 中国科学院高能物理研究所核探测与核电子学国家重点实验室北京100049 东莞中子科学中心广东东莞523800

采用高能电子辐照结合真空退火,在金刚石内部形成氮空位色心。对比研究了辐照与退火前后金刚石宏观颜色变化及内部缺陷转变,讨论了不同辐照剂量和真空退火温度对氮空位产率的影响规律。结果显示,氮空位色心浓度随着辐照剂量的增加呈现... 详细信息

采用高能电子辐照结合真空退火,在金刚石内部形成氮空位色心。对比研究了辐照与退火前后金刚石宏观颜色变化及内部缺陷转变,讨论了不同辐照剂量和真空退火温度对氮空位产率的影响规律。结果显示,氮空位色心浓度随着辐照剂量的增加呈现先升高后降低的趋势,这是由于辐照剂量越高则空位更容易形成空位簇,空位簇在退火过程中不能形成氮空位色心。氮空位色心浓度随退火温度的升高逐渐增加,在800~900℃区间达到饱和,当温度继续升高时,氮空位色心浓度反而下降,这源于辐照过程产生的间隙原子在高温下与氮空位的相互作用。

关键词：光学器件氮空位色心金刚石电子辐照退火

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中子单粒子效应数据获取系统设计与实现

核电子学与探测技术 2023年第5期43卷 985-991页

作者：龚嘉伟魏亚东陈少佳杜晨胡志良孙志嘉东莞理工学院东莞523808 中国科学院高能物理研究所北京100049 散裂中子源科学中心东莞523803

单粒子效应是一种威胁航天器安全的空间环境效应,为了航天事业的发展,对该效应进行模拟实验尤为重要,中国散裂中子源(CSNS)建设的大气中子辐照谱仪(ANIS)为该实验提供了先进的中子单粒子效应测试与科研平台。基于Qt开发了中子单粒子效... 详细信息

单粒子效应是一种威胁航天器安全的空间环境效应,为了航天事业的发展,对该效应进行模拟实验尤为重要,中国散裂中子源(CSNS)建设的大气中子辐照谱仪(ANIS)为该实验提供了先进的中子单粒子效应测试与科研平台。基于Qt开发了中子单粒子效应测试系统的数据获取系统软件,应用于ANIS谱仪,通过该软件能够实现对测试系统的配置和监测、数据存储和显示等。通过在实验室和ANIS谱仪的实验结果表明,该数据获取系统软件稳定可靠,可以满足ANIS谱仪单粒子效应测试需求。

关键词： Qt 中子单粒子效应数据获取 CSNS ANIS

Gd_(2)O_(2)S:Tb闪烁陶瓷的制备与结构:水浴合成中H_(2)SO_(4)/Gd_(2)O_(3)摩尔比的影响

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无机材料学报 2023年第4期38卷 452-460页

作者：吴俊林丁继扬黄新友朱丹阳黄东代正发杨文钦蒋兴奋周健荣孙志嘉李江中国科学院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室上海201899 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 江苏大学材料科学与工程学院镇江212013 散裂中子源科学中心东莞523803 中国科学院高能物理研究所核探测与核电子学国家重点实验室北京100049

Gd_(2)O_(2)S:Tb闪烁陶瓷以其明亮的绿色发光、高能量转换效率和高中子俘获截面而广泛应用于中子成像和工业无损检测等领域,但Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷中存在的Gd_(2)O_(3)第二相影响其闪烁性能。本工作以H_(2)SO_(4)和Gd_(2)O_(3)为原料,... 详细信息

Gd_(2)O_(2)S:Tb闪烁陶瓷以其明亮的绿色发光、高能量转换效率和高中子俘获截面而广泛应用于中子成像和工业无损检测等领域,但Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷中存在的Gd_(2)O_(3)第二相影响其闪烁性能。本工作以H_(2)SO_(4)和Gd_(2)O_(3)为原料,采用水浴法合成Gd_(2)O_(2)S:Tb前驱体,研究了H_(2)SO_(4)与Gd_(2)O_(3)的摩尔比(n)对前驱体和Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体性能的影响。前驱体的化学组成随n增大而变化:2Gd_(2)O_(3)·Gd_(2)(SO_(4))_(3)·xH_(2)O(n<2.00)、Gd_(2)O_(3)·2Gd_(2)(SO_(4))_(3)·xH_(2)O(2.25≤n≤2.75)和Gd_(2)(SO_(4))_(3)·8H_(2)O(n=3.00),经过空气煅烧和氢气还原后,所有的粉体均形成Gd_(2)O_(2)S相。Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体的形貌与前驱体的相组成密切相关,随着n增大,Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体的XEL强度增加呈现出两个阶段,对应前驱体的相转变阶段。采用真空预烧结合热等静压烧结制备了Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷,相较于n为2.00、2.25、2.50,其他n制备的Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷都达到了较高的相对密度和XEL强度,不同n制备的陶瓷中都存在Gd_(2)O_(3)第二相,n增大有利于减少陶瓷内部的第二相,为进一步消除Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷中的第二相提供了思路。

关键词：水浴法 H_(2)SO_(4)与Gd_(2)O_(3)摩尔比 Gd_(2)O_(2)S:Tb纳米粉体闪烁陶瓷

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VIS中电路模拟算法的GPU实现

VIS中电路模拟算法的GPU实现

作者：孙志嘉电子科技大学

学位级别：硕士

电路模拟是在数字电路自动设计中最为常用的验证方法,随着数字集成电路的快速发展,电路规模越来越大,复杂性越来越高,传统的电路模拟方法已越来越难以满足设计者的需求,为了提高模拟速度,不少人把目光转向并行电路模拟。近年来,随着图... 详细信息

电路模拟是在数字电路自动设计中最为常用的验证方法,随着数字集成电路的快速发展,电路规模越来越大,复杂性越来越高,传统的电路模拟方法已越来越难以满足设计者的需求,为了提高模拟速度,不少人把目光转向并行电路模拟。近年来,随着图形处理器软硬件技术的快速发展,基于GPU的通用计算已经越来越得到重视,正在形成一个新的研究领域。NVIDIA公司最新的通用计算GPU编程模型-cuda并行编程模型除了在图形处理领域有重要应用外,在非图形处理方面也提供了巨大的运算资源。在统一计算设备架构下,基于GPU的计算能够提供强大的存储器带宽和计算能力,采用C语言作为编程语言,使其具有良好的可编程性。VIS是一款开源的形式化验证和电路模拟软件。本文在深入分析VIS中与电路模拟相关代码的基础上,结合CUDA并行编程技术,在电路模拟的并行算法方面进行了探讨,主要内容包括:介绍了VIS的发展历史和总体结构,并将其与其他电路模拟验证软件做了对比,详细分析了VIS的优缺点;其次,对VIS用到的中间文件格式blifmv文件做了详细介绍,分析了bilfmv文件的语法结构。分析了GPU的特点和发展历程,对NVIDIA公司推出的统一计算设备结构编程模型做了详细介绍。将CUDA并行编程模型与传统的并行编程进行对比,分析了CUDA并行编程模型的优缺点。并对如何搭建CUDA编程环境和使用CUDA进行并行编程做了详细介绍。介绍了常用的电路模拟算法:同步事件驱动模拟算法和基于周期的电路模拟算法,并对各种算法的优缺点做了介绍。这些算法在不同程度上提高了电路模拟速度,但仍有一定局限性。本文在分析VIS中电路模拟代码后,得到VIS中电路模拟算法,在该算法基础上,结合CUDA并行编程技术,并对现有的并行电路模拟算法:同步事件驱动并行电路模拟算法做了研究后,对算法进行优化改进,提出了基于GPU的并行电路模拟算法,大大提高了电路模拟的速度。

关键词： VIS 电路模拟 CUDA 优化