應(yīng)用于中子探測(cè)的nTHGEM性能研究

應(yīng)用于中子探測(cè)的nTHGEM性能研究由于中子不帶電、具有磁矩等優(yōu)勢(shì),中子應(yīng)用技術(shù)非廣泛,例如中子活化分析、中子測(cè)井和中子照相等技術(shù)。伴隨世界上高通量中子源的建立和發(fā)展,中子源通量高達(dá)10^8⁹n/cm²?s,探測(cè)中子經(jīng)常使用的³He正比計(jì)數(shù)管已經(jīng)不能滿足高通量的中子源探測(cè)要求。新型發(fā)展起來的GEM（GasElectronMultiplier）探測(cè)器具有高計(jì)數(shù)率、高位置分辨、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),并且在入射窗涂一定厚度的硼作為中子轉(zhuǎn)換層就可以探測(cè)中子,已成為國際上代替³He正比管的研究熱點(diǎn)。基于以上研究背景,本文主要對(duì)nTHGEM（neutronTHickGEM）探測(cè)器性能進(jìn)行模擬與實(shí)驗(yàn)研究。模擬軟件主要包括:Ansys、Garfield++、Geant4。通過計(jì)算nTHGEM膜孔中心的電場(chǎng)強(qiáng)度、入孔系數(shù)和出孔系數(shù)確定探測(cè)器工作的電壓,得到漂移區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度在1³kV/cm范圍,nTHGEM兩端電壓差在900¹100V范圍,收集區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度在2⁴kV/cm范圍。通過計(jì)算不同氣體成分下探測(cè)器的有效增益變化曲線,得到工作氣體采用Ne/CO₂更易獲得較高的增益。工作氣體為Ar/CO₂時(shí),CO₂含量越少,探測(cè)器增益越高,但同時(shí)電子的橫向擴(kuò)散越大。nTHGEM膜的rim尺寸越小,探測(cè)器易達(dá)到較高增益。入射X射線時(shí),隨著收集區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度增加,信號(hào)寬度最終穩(wěn)定在55ns左右。入射單個(gè)光子時(shí),產(chǎn)生的電子在氣體中橫向擴(kuò)散為1.0mm。計(jì)算中子與硼-10的核反應(yīng),得到出射帶電粒子的角度,以及出射粒子能量分布,單個(gè)中子的橫向擴(kuò)散為1.8mm。不同收集區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度下中子的信號(hào)寬度維持在120ns左右。實(shí)驗(yàn)部分主要對(duì)大面積（200mm?200mm）nTHGEM探測(cè)器進(jìn)行了束流測(cè)試、探測(cè)器成像實(shí)驗(yàn)