太阳中子能谱仪的探测器研制

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太阳中子观测是太阳物理研究中的一项重要内容,目前,国内外进行太阳中子探测的主要手段是通过地面中子观测站。然而,地面中子观测站难以获得能量为几百MeV以下太阳中子的信息。  本论文针对能量范围为10-100MeV能量的太阳中子进行中子探测方法的研究以及中子探测器的研制工作。  论文首先对适用于太阳中子探测的塑料闪烁光纤阵列方案进行FLUKA模拟分析论证,提出了混合尺寸光纤阵列的设计方案,解决了采用单一尺寸光纤搭建的光纤阵列中探测效率低、能量范围窄的问题。  其次,针对闪烁光纤阵列探测器对多通道电子学的需求进行了256路并行读出电子学的研制;并提出了探测器中的数据处理方案,解决了带电粒子与高能γ射线甄别的问题。  再次,基于以上的探测器设计思路及技术方案,研制出了一套基于传导光纤及并行电子学的太阳中子探测器系统,并在D-T中子源下进行了实验测试,测试能量分辨率为41%。  最后,针对基于传导光纤及并行读出电子学的太阳中子探测器系统中光传输效率低、电子学规模过于庞大等问题,进行了探测器的优化设计,研制出了一台基于直接光耦合及多路复用电子学的太阳中子探测器,且完成了在14-19MeV加速器中子源下的实验测试。探测器对14MeV中子的能量分辨率为43%,与基于传导光纤及并行读出电子学的太阳中子探测器系统的能量分辨率相当。且探测器在测试能量范围14-19MeV内具有良好的能量线性。  本工作表明,研制出的基于混合尺寸光纤阵列的中子探测器可以有效实现10-100MeV太阳中子的探测,在未来的太阳中子探测中具有良好的应用前景。
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