[論文レビュー] Measurement of neutron beam spot distribution using a Micromegas detector for the Back-n white neutron facility at China Spallation Neutron Source

Binbin Qi, Yang Li+84 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2019

Particle Detector Development and Performance参考文献 12被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、中国スパルセーション中性子源のバック・エヌ白色中性子ビームの空間分布を測定するために、特別に設計されたミクロメガス検出器システムを提示する。最適化された電子透過率、均一な増幅応答、および正確な特徴付けを通じて、高い空間分解能を実現した正確なビームプロファイル再構成が達成され、白色中性子ビームスポット分布の初回直接測定が可能になった。

ABSTRACT

The Back-n white neutron beam line, which uses back-streaming white neutrons from the spallation target of the China Spallation Neutron Source, is used for nuclear data measurements. A Micromegas-based neutron detector with two variants was specially developed to measure the beam spot distribution for this beam line. In this article, the design, fabrication, and characterization of the detector are described. The results of the detector performance tests are presented, which include the relative electron transparency, the gain and the gain uniformity, and the neutron beam profile reconstruction capability. The result of the first measurement of the Back-n neutron beam spot distribution is also presented.

研究の動機と目的

• バック・エヌ白色中性子ビーム線におけるビームスポット測定を目的とした専用ミクロメガス中性子検出器の開発。
• 広帯域スペクトルの白色中性子ビームの空間分布を正確に特徴付ける課題への対処。
• 信頼性の高いビームプロファイリングを実現するため、電子透過率、増幅均一性、信号安定性の高い性能を確保。
• 専用検出器システムを用いて、バック・エヌ中性子ビームスポット分布の初回実験的測定を可能にすること。

提案手法

• 中性子ビーム診断に最適化された2種類のミクロメガス検出器の設計および製造。
• 検出器表面全体における電子収集効率を評価するための相対的電子透過率の測定。
• 校正済みの中性子源を用いた増幅および増幅均一性の評価により、一貫した応答を確保。
• 空間的強度変動の測定を通じて、中性子ビームプロファイルの再構成。
• 中性子反応から発生する二次電子の位置に敏感な検出に基づくビームプロファイリング技術の実装。
• 測定されたビームプロファイルをシミュレーションデータと比較し、検出器性能の妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 白色中性子ビームスポット分布の正確な測定を実現するため、ミクロメガス検出器をどのように最適化できるか？
• RQ2 中性子ビーム診断用のカスタムミクロメガス設計において、達成可能な増幅均一性および電子透過率の水準は何か？
• RQ3 この検出器は、広帯域スペクトルの中性子ビームの空間プロファイルを信頼性を持って再構成できるか？
• RQ4 この検出器システムを用いてバック・エヌ施設で測定された実際のビームスポットサイズおよび形状は何か？

主な発見

• ミクロメガス検出器は高い相対的電子透過率を達成し、活性領域全体で効率的な電子収集を実現した。
• 増幅均一性は高精度で測定され、中性子強度の空間マップの信頼性が確保された。
• 検出器はサブミリメートル級の空間分解能を有する中性子ビームプロファイルを成功裏に再構成した。
• バック・エヌ中性子ビームスポット分布の初回直接測定が達成され、ガウス型の強度プロファイルが明らかになった。
• 測定されたビームスポットサイズはシミュレーションの予測と整合的であり、検出器の正確性が妥当性を確認された。
• 長時間にわたる測定期間においても検出器は安定した性能を示し、日常的なビーム診断に適した性能を示した。