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中子极化与探测装置的研究

中子极化与探测装置的研究

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作者：杨洲西南科技大学

学位级别：硕士

中子是微观尺度的重要探针,在物理学、核工程、材料科学等领域中具有广泛的应用。Back-n反角白光中子源是优秀的中子研究平台。中子没有电荷,磁场是影响中子运动的主要因素。中子自旋过滤器(Neutron Spin Flitter,NSF)利用极化的He气体... 详细信息

中子是微观尺度的重要探针,在物理学、核工程、材料科学等领域中具有广泛的应用。Back-n反角白光中子源是优秀的中子研究平台。中子没有电荷,磁场是影响中子运动的主要因素。中子自旋过滤器(Neutron Spin Flitter,NSF)利用极化的He气体可以选择性的过滤掉某个自旋方向的中子部分从而获得极化中子。极化中子具有更强的材料探测能力,专门用于研究材料的磁性、拓扑性质与探测材料中的磁场分布。He既是典型的气体探测器正比计数器的工作气体,又是极化中子产生的重要材料。研究中子与极化He反应过程为极化中子实验奠定理论基础。中子极化与探测装置的研究为未来在Back-n进行中子极化实验、时间反演变换中T-Violation宇称破缺探寻提供基础。本文分别介绍了中子探测技术和中子极化技术,着重的介绍了基于He的中子探测装置与中子极化装置。首先,为实现在中子极化过程中对中子实时探测设计、制作并研究了一种可安装在极化He腔室中的中子探测元件。通过测试获得了探测元件的电压增益曲线,证明该探测元件的粒子探测功能。其次,针对亚稳态光泵浦中的极化He气压较低以及白光中子源的中子通量较高情况,对低气压纯氦气正比计数器开展相关研究,设计并制作一种流气式、可内置放射源的正比计数器。通过Geant4和Garfield++蒙卡程序对该探测器的α探测信号及电子漂移进行模拟。通过进行低气压纯氦气正比计数器的α源信号测试实验,确定了低气压纯氦正比计数器在0.25～1 atm范围内的稳定工作气压区间,证明了低气压正比计数器的计数能力。最后,为确认白光束线能够进行极化中子标定及极化He具有不同于普通He的中子反应截面,设计和制作出极化He的中子自旋过滤器,EPR电子顺磁系统测得该中子自旋过滤器内部He极化率大于50%,弛豫时间超过220 h。利用在线极化系统开展了极化He的白光中子透射测量实验,为后续计算极化He的中子反应全截面提供了原始数据。

关键词：中子探测中子极化正比计数器自旋中子过滤器 3He Back-n

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