[论文解读] 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 1

一句话总结

本研究提出了一套定制的Micromegas探测器系统，用于测量中国散裂中子源Back-n白中子束流的空间分布。通过优化电子透射率、均匀的增益响应以及精确的特性表征，该探测器实现了高空间分辨率的束流剖面重建，首次直接测量了中子束流光斑分布。

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.

研究动机与目标

• 开发一种专用于Back-n白中子束流线的特殊Micromegas中子探测器，以实现束流光斑测量。
• 解决准确表征宽能谱白中子束流空间分布的挑战。
• 确保在电子透射率、增益均匀性和信号稳定性方面具备高性能，以实现可靠的束流轮廓测量。
• 通过专用探测器系统首次实现对Back-n中子束流光斑分布的实验测量。

提出的方法

• 设计并制造了两种优化用于中子束流诊断的Micromegas探测器变体。
• 测量相对电子透射率，以评估探测器表面各区域的电子收集效率。
• 利用标定的中子源评估增益及其均匀性，确保响应一致性。
• 通过测量空间强度变化，利用探测器重建中子束流轮廓。
• 实施基于中子相互作用产生的二次电子位置灵敏探测的束流轮廓测量技术。
• 将实测束流轮廓与模拟数据进行比较，以验证探测器性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何优化Micromegas探测器以实现对白中子束流光斑分布的精确测量？
• RQ2 在专用于中子束流诊断的定制Micromegas设计中，可实现的增益均匀性和电子透射率水平如何？
• RQ3 该探测器能否可靠地重建宽能谱中子束流的空间轮廓？
• RQ4 使用该探测器系统在Back-n设施中实际测得的束流光斑尺寸和形状是什么？

主要发现

• Micromegas探测器实现了高相对电子透射率，确保了有效区域内的高效电子收集。
• 以高精度测量了增益均匀性，从而实现了中子强度空间映射的可靠性。
• 探测器成功以亚毫米级空间分辨率重建了中子束流轮廓。
• 首次实现了对Back-n中子束流光斑分布的直接测量，结果显示为类似高斯的强度分布。
• 实测束流光斑尺寸与模拟预测结果一致，验证了探测器的准确性。
• 探测器在长时间测量期间表现出稳定的性能，适用于常规束流诊断。