[논문 리뷰] 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 Li외 84명|arXiv (Cornell University)|2019. 08. 06.

Particle Detector Development and Performance참고 문헌 12인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 중국 스파라션 뉴트론 서크루트(China Spallation Neutron Source)의 백-뉴트론(Back-n) 화이트 뉴트론 비드에서 공간 분포를 측정하기 위해 설계된 맞춤형 미크로메가스 검출기 시스템을 제시한다. 최적화된 전자 투과도, 균일한 신호 증폭 응답 및 정밀한 특성 분석을 통해 높은 공간 해상도로 뉴트론 비드의 스트립 분포를 직접 측정할 수 있는 정확한 비드 프로파일 재구성 성능을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 백-뉴트론 화이트 뉴트론 비드 라인에서 비드 스트립 측정을 위한 전용 미크로메가스 뉴트론 검출기 개발.
• 광범위한 스펙트럼을 가진 화이트 뉴트론 비드의 공간 분포를 정확히 특성화하는 데 도전하는 것.
• 신뢰할 수 있는 비드 프로파일링을 위해 전자 투과도, 증폭 균일성 및 신호 안정성 면에서 높은 성능 확보.
• 전용 검출기 시스템을 활용해 백-뉴트론 뉴트론 비드 스트립 분포에 대한 첫 번째 실험적 측정을 가능하게 하는 것.

제안 방법

• 뉴트론 비드 진단을 위해 최적화된 두 가지 변형의 미크로메가스 검출기 설계 및 제작.
• 검출기 표면 전역에서 전자 수집 효율을 평가하기 위해 상대적 전자 투과도 측정.
• 일관된 반응을 확보하기 위해 교정된 뉴트론 원천을 사용하여 증폭 및 증폭 균일성 평가.
• 공간 강도 변화 측정을 통해 뉴트론 비드 프로파일 재구성.
• 뉴트론 상호작용에서 발생하는 2차 전자의 위치 민감도 검출 기반의 비드 프로파일링 기법 구현.
• 검출기 성능 검증을 위해 측정된 비드 프로파일을 시뮬레이션 데이터와 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 화이트 뉴트론 비드 스트립 분포를 정확하게 측정하기 위해 미크로메가스 검출기를 어떻게 최적화할 수 있는가?
• RQ2 뉴트론 비드 진단을 위한 맞춤형 미크로메가스 설계에서 달성 가능한 증폭 균일성과 전자 투과도 수준은 무엇인가?
• RQ3 이 검출기는 광범위한 스펙트럼을 가진 뉴트론 비드의 공간 프로파일을 신뢰성 있게 재구성할 수 있는가?
• RQ4 이 검출기 시스템을 사용해 백-뉴트론 시설에서 측정한 실제 비드 스트립 크기와 형태는 무엇인가?

주요 결과

• 미크로메가스 검출기는 높은 상대적 전자 투과도를 확보하여 활성 영역 전역에서 효율적인 전자 수집을 보장한다.
• 증폭 균일성이 고정밀도로 측정되어 뉴트론 강도의 신뢰할 수 있는 공간 맵핑이 가능해졌다.
• 검출기는 밀리미터 이하의 공간 해상도로 뉴트론 비드 프로파일을 성공적으로 재구성했다.
• 백-뉴트론 뉴트론 비드 스트립 분포에 대한 첫 번째 직접 측정이 이루어졌으며, 가우시안 유사 강도 프로파일을 확인했다.
• 측정된 비드 스트립 크기는 시뮬레이션 예측과 일치하여 검출기의 정확성을 검증했다.
• 장기간 측정 기간 동안 안정된 성능을 보였으며, routine 비드 진단에 적합함을 입증했다.