CSNS-WNS中子束流測(cè)量和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)PPT課件

1、鮑杰鮑杰 2016年年6月月 主要報(bào)告內(nèi)容主要報(bào)告內(nèi)容一一 中子能譜探測(cè)系統(tǒng)中子能譜探測(cè)系統(tǒng)；二二 中子注量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中子注量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);三三 中子束流剖面測(cè)量系統(tǒng)中子束流剖面測(cè)量系統(tǒng);四四 中子起始時(shí)刻中子起始時(shí)刻T0探測(cè)器和探測(cè)器和時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器。一一 中子能譜探測(cè)系統(tǒng)中子能譜探測(cè)系統(tǒng)利用利用nTOF法測(cè)量法測(cè)量主探測(cè)器：主探測(cè)器：235U/238U快裂變室快裂變室輔助探測(cè)器：液閃和鋰玻璃輔助探測(cè)器：液閃和鋰玻璃 (探測(cè)器都已經(jīng)探測(cè)器都已經(jīng)具備具備)U5/8和和Li6的截面數(shù)據(jù)的截面數(shù)據(jù)已有裂變靶指標(biāo)已有裂變靶指標(biāo) 235U靶靶238U靶靶同位素同位素235U90.21%

2、238U8.44%234U1.09%236U0.26%235U0.1%238U99.9%面密度面密度216g/cm2265.3 g/cm2活性區(qū)活性區(qū)直徑直徑26mm直徑直徑20mm樣品純度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響樣品純度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響Ai=i(N55+ N88 +.)235U靶靶:nToF測(cè)量全能譜測(cè)量全能譜235U90.21%+238U8.44%+234U1.09%+236U0.26%時(shí)，低能時(shí)，低能區(qū)同位素核貢獻(xiàn)可忽略，高能區(qū)修正系數(shù)小于區(qū)同位素核貢獻(xiàn)可忽略，高能區(qū)修正系數(shù)小于10%;235U99.9%+238U0.1%時(shí)，同位素核修正量可忽略。時(shí)，同位素核修正量可忽略。238U靶靶: nTo

3、F測(cè)量高能部分能譜測(cè)量高能部分能譜238U99.9% +235U0.1%時(shí)，同位素核修正量可忽略。時(shí)，同位素核修正量可忽略。能譜實(shí)驗(yàn)中的計(jì)數(shù)估算能譜實(shí)驗(yàn)中的計(jì)數(shù)估算 A=N 按模擬值按模擬值約約6106/cm2/s 裂變截面一般裂變截面一般1barn量級(jí)量級(jí) N約為約為1.51017個(gè)個(gè)/cm2 約約263g/ cm2。計(jì)數(shù)率約計(jì)數(shù)率約11cps(滿功率，滿功率，U8靶靶)對(duì)對(duì)U5靶，計(jì)數(shù)率至少幾百靶，計(jì)數(shù)率至少幾百cps.快裂變室探測(cè)器性能快裂變室探測(cè)器性能測(cè)量區(qū)間測(cè)量區(qū)間1eV200MeV;探測(cè)信號(hào)上升時(shí)間探測(cè)信號(hào)上升時(shí)間510ns;能譜不確定度能譜不確定度工作進(jìn)度工作進(jìn)度已經(jīng)完已經(jīng)完成成

4、任務(wù)任務(wù)待完待完成成任務(wù)任務(wù)探測(cè)器結(jié)構(gòu)設(shè)探測(cè)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成；計(jì)完成；前端電子學(xué)已前端電子學(xué)已具備；具備；靶樣靶樣品品已具備已具備；探測(cè)器外殼加工；探測(cè)器外殼加工；原子能院內(nèi)的實(shí)原子能院內(nèi)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。驗(yàn)測(cè)試。二二 中子注量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中子注量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)6Li(n,)T探測(cè)器性能探測(cè)器性能束流中心直徑束流中心直徑60mmLi6轉(zhuǎn)換靶直徑轉(zhuǎn)換靶直徑60mm靶物質(zhì)面密度靶物質(zhì)面密度200g/cm2金硅面壘探測(cè)器面積金硅面壘探測(cè)器面積2020mm2總探測(cè)效率總探測(cè)效率7%60mm準(zhǔn)直器計(jì)數(shù)率準(zhǔn)直器計(jì)數(shù)率滿功率滿功率600cps30mm準(zhǔn)直器計(jì)數(shù)率準(zhǔn)直器計(jì)數(shù)率25cps每分鐘統(tǒng)計(jì)不確定度每分鐘統(tǒng)計(jì)不確定

5、度好于好于3%工作進(jìn)度工作進(jìn)度已完成任務(wù)已完成任務(wù)待完成任務(wù)待完成任務(wù)探測(cè)器設(shè)計(jì)完成探測(cè)器設(shè)計(jì)完成 探測(cè)器外殼加工；探測(cè)器外殼加工；探測(cè)器和電子學(xué)采購；探測(cè)器和電子學(xué)采購；實(shí)驗(yàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)測(cè)試三三 中子束流剖面測(cè)量系統(tǒng)中子束流剖面測(cè)量系統(tǒng)閃爍陣列；閃爍陣列；iCCD(21所所)。閃爍陣列閃爍陣列200 keV-150 MeV 閃爍光纖閃爍光纖BCF-10，直徑，直徑500微米微米 ，5cm長(zhǎng)長(zhǎng)0.1 keV-200 keV 含含硼硼閃爍光纖，委托加工，直徑閃爍光纖，委托加工，直徑2mm方方案案一一方案二方案二電路設(shè)計(jì)方案電路設(shè)計(jì)方案基于多路讀出基于多路讀出ASIC包括高壓電源、前放、包括高壓電源、

6、前放、快成形、快甄別、采快成形、快甄別、采樣保持、樣保持、ADC、FPGA，通訊等功能。，通訊等功能。按探測(cè)器模塊劃分。按探測(cè)器模塊劃分。模塊間通過模塊間通過GPS秒脈秒脈沖進(jìn)行時(shí)間同步。沖進(jìn)行時(shí)間同步。探測(cè)時(shí)間范圍：探測(cè)時(shí)間范圍：300ns10us. 觸發(fā)時(shí)間測(cè)量精度：觸發(fā)時(shí)間測(cè)量精度：5ns指標(biāo)：上升時(shí)間指標(biāo)：上升時(shí)間1ns,位置分辨位置分辨3mm,滿功率計(jì)數(shù)率小于滿功率計(jì)數(shù)率小于100 cps(閃爍絲閃爍絲)工作進(jìn)展工作進(jìn)展閃爍屏探測(cè)器加工完成；閃爍絲探測(cè)器正在研制中閃爍屏探測(cè)器加工完成；閃爍絲探測(cè)器正在研制中;電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取研制中；有備用的電子學(xué)插件電子學(xué)和數(shù)據(jù)獲取研制中；有備用的電

7、子學(xué)插件.需要一次實(shí)驗(yàn)測(cè)試；需要一次實(shí)驗(yàn)測(cè)試；四四 T0探測(cè)器和時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器探測(cè)器和時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器直徑直徑10mm厚厚1mmBaF2配配H2496PMT工作進(jìn)度：都已經(jīng)訂貨，工作進(jìn)度：都已經(jīng)訂貨，23個(gè)月內(nèi)硬件完成個(gè)月內(nèi)硬件完成謝謝謝謝中子束流測(cè)量具體計(jì)劃中子束流測(cè)量具體計(jì)劃主要報(bào)告內(nèi)容主要報(bào)告內(nèi)容1 各探測(cè)器完成時(shí)間節(jié)點(diǎn)各探測(cè)器完成時(shí)間節(jié)點(diǎn)2 預(yù)備實(shí)驗(yàn)預(yù)備實(shí)驗(yàn)3 散裂源上實(shí)驗(yàn)安排次序和時(shí)間估算散裂源上實(shí)驗(yàn)安排次序和時(shí)間估算一一 各探測(cè)器時(shí)間節(jié)點(diǎn)各探測(cè)器時(shí)間節(jié)點(diǎn)名稱名稱時(shí)間點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)探測(cè)器外殼和支架探測(cè)器外殼和支架2016年年9月月30日日裂變靶片裂變靶片2016年年12月月31日日 ?裂變室

8、裝配完成裂變室裝配完成2016年年10月月31日日高純裂變靶高純裂變靶2017年年6月月31日日 ？裂變室裂變室中子注量監(jiān)視器中子注量監(jiān)視器名稱名稱時(shí)間點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)探測(cè)器外殼和支架探測(cè)器外殼和支架2016年年9月月30日日探測(cè)器和電子學(xué)探測(cè)器和電子學(xué)2016年年12月月31日日 探測(cè)器裝配完成探測(cè)器裝配完成2016年年12月月31日日束流剖面探測(cè)器束流剖面探測(cè)器名稱名稱時(shí)間點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)iCCD探測(cè)器探測(cè)器2016年年12月月31日日 閃爍屏閃爍屏+PSPMT 探探測(cè)器完成測(cè)器完成2016年年8月月31日日 專用電子學(xué)完成專用電子學(xué)完成2017年年8月月31日日 ？閃爍絲陣列閃爍絲陣列+PSPMT 探測(cè)

9、器探測(cè)器待定待定T0和時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器和時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器名稱名稱時(shí)間點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)探測(cè)器外殼和支架探測(cè)器外殼和支架2016年年9月月3日日探測(cè)器和電子學(xué)探測(cè)器和電子學(xué)2016年年12月月31日日 二二 預(yù)備實(shí)驗(yàn)預(yù)備實(shí)驗(yàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康臅r(shí)間點(diǎn)時(shí)間點(diǎn)備注備注T0信號(hào)和時(shí)間結(jié)信號(hào)和時(shí)間結(jié)構(gòu)測(cè)量構(gòu)測(cè)量2016年年8月月31日前日前dD,dT裂變室（能譜和裂變室（能譜和注量）注量）2016年年8月月31日前日前dD,dTSi-Mon(注量注量)2016年年12月月31日前日前堆上熱中子堆上熱中子閃爍陣列（剖面閃爍陣列（剖面測(cè)量）測(cè)量）2016年年12月月31日前日前dD,dT,d-BeiCCD(剖面測(cè)量剖

10、面測(cè)量)2016年年12月月31日前日前dD,dT,d-BeCSNS-WNS束流監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)次序束流監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)次序1 安裝調(diào)試安裝調(diào)試T0和時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器；和時(shí)間結(jié)構(gòu)探測(cè)器；2 安裝注量監(jiān)視探測(cè)器；安裝注量監(jiān)視探測(cè)器；3 安裝裂變室和其它輔助探測(cè)器測(cè)量中子能譜；安裝裂變室和其它輔助探測(cè)器測(cè)量中子能譜； 4 安裝束流剖面探測(cè)器和測(cè)量；安裝束流剖面探測(cè)器和測(cè)量；5 利用能譜和剖面數(shù)據(jù)，通過利用能譜和剖面數(shù)據(jù)，通過Si-Mon(注量監(jiān)視器注量監(jiān)視器)數(shù)數(shù)據(jù)得到實(shí)時(shí)注量數(shù)據(jù)；據(jù)得到實(shí)時(shí)注量數(shù)據(jù)；6 安裝大片裂變靶探測(cè)器同時(shí)測(cè)量，給出準(zhǔn)直器出射安裝大片裂變靶探測(cè)器同時(shí)測(cè)量，給出準(zhǔn)直器出射 中子計(jì)數(shù)。中子計(jì)

11、數(shù)。裂變室測(cè)量時(shí)間估算裂變室測(cè)量時(shí)間估算A=Nt 考慮滿功率考慮滿功率10%輸出中子，一種準(zhǔn)直器情況輸出中子，一種準(zhǔn)直器情況能譜測(cè)量（單能區(qū)測(cè)量計(jì)數(shù)至少大于能譜測(cè)量（單能區(qū)測(cè)量計(jì)數(shù)至少大于105）：）：U238：計(jì)數(shù)率：計(jì)數(shù)率1cps1MeV-10MeV-100MeV:2* 105測(cè)量時(shí)間測(cè)量時(shí)間2* 105秒，約秒，約3天輻照時(shí)間。天輻照時(shí)間。U235 低能區(qū)計(jì)數(shù)高，考慮低能區(qū)計(jì)數(shù)高，考慮1MeV-10MeV-100MeV，約等同約等同U238截面，測(cè)量時(shí)間約截面，測(cè)量時(shí)間約3天。天。 以以U238為標(biāo)準(zhǔn)（截面相對(duì)為標(biāo)準(zhǔn)（截面相對(duì)U235低，時(shí)間低，時(shí)間2）；）；兩個(gè)測(cè)量位置（時(shí)間兩個(gè)測(cè)量位置（時(shí)間2）；單雙束團(tuán)結(jié)構(gòu)（時(shí)）；單雙束團(tuán)結(jié)構(gòu)（時(shí)間間2）；）； 因此測(cè)量時(shí)間是約半個(gè)月因此測(cè)量時(shí)間是約半個(gè)月 ，考慮不可控問題時(shí)，考慮不可控問題時(shí)間間2，因此裂變室測(cè)量能譜總時(shí)間是一個(gè)月。，因此裂變室測(cè)量能譜總時(shí)間是一個(gè)月。液閃和鋰液閃和鋰6玻璃探測(cè)效率高，有效測(cè)量時(shí)間估算玻璃探測(cè)效率高，有效測(cè)量時(shí)間估算2天。天。iCCD測(cè)量測(cè)量8個(gè)能區(qū)，預(yù)計(jì)測(cè)量時(shí)間個(gè)能區(qū)，預(yù)計(jì)測(cè)量時(shí)間3天。天。閃爍陣列預(yù)計(jì)測(cè)量時(shí)間閃爍陣列預(yù)計(jì)測(cè)量時(shí)間3天。天。Si-Mon（束流實(shí)時(shí)監(jiān)視）預(yù)計(jì)測(cè)量時(shí)間（束流實(shí)時(shí)監(jiān)視）預(yù)計(jì)測(cè)量時(shí)間2天。天。中子數(shù)絕對(duì)測(cè)量預(yù)計(jì)測(cè)量時(shí)間中子