科学研究

2.4 实验测试：

闪烁体的测试：实验测试了美国Saint-Gobain公司的BC704、BC704#和美国Eljen Technology公司的EJ426三种6LiF/ZnS闪烁屏，下表给出了三种闪烁屏的参数，其中BC704是目前市面上最常用的中子探测闪烁体，BC704#为定制产品，而EJ426亦是EJ公司刚刚推出的新产品。由于ZnS闪烁屏的光衰减长度在mm量级，三个样品的厚度均小于1mm。衬底材料均采用对热中子散射截面最小的铝，同时衬底与闪烁体粉末接触的一面经过仔细抛光以提高反射率，增大出射光产额。实验使用的光电倍增管是XP2020，三种闪烁屏测得的探测效率结果如下图所示。为了达到要求的探测效率，探测器采用了双层闪烁屏，中间夹光纤阵列的结构，此时探测效率为η=η0+（1-η0）·η0，其中η0为第一层闪烁屏的探测效率。样品 6LiF:ZnS质量比 厚度（μm） 尺寸 衬底材料BC704 1:4 400 250*250mm2 1mm AlBC704# 1:2 400 250*250mm2 1mm AlEJ426 1:3 400 250*250mm2 1mm Al三种闪烁屏的参数

闪烁屏测试实验装置参数 BC-704 BC-704# EJ-426计算率（（n/s*cm2）） 0.53 0.74 0.69探测效率理论值 23.2 30.1 32.4探测效率实验值 26.4 ～ 36.0三种闪烁屏的探测效率在对XP2020单光子标定之后，还可以计算出三种闪烁屏的光产额（闪烁屏表面出射的光子数），测得的三种闪烁屏电荷的分布（2.5pC/channel）。经计算，三种闪烁屏的光产额分别为BCF704：7.4×103，BCF704#：8.1×103，EJ426：1.0×104

三种闪烁屏出射光子的测试结果通过以上测试发现，和美国Eljen Technology公司的EJ426探测效率和光产额都是三种闪烁屏中最高的。具体的其他性能目前还在测试中，请参见散裂工作日志（Elog）。波移光纤的测试：SSND上的波移光纤采用的是美国圣戈班公司生产的BCF-91A，其主要功能是收集闪烁屏中产生的蓝光，将其转换成绿光并传播至光电倍增管。在这过程中存在很多光子损失的因素，最终达到光电倍增管光电面的光子数由以下公式给出（包括前面闪烁屏的因素）。对于光纤的具体性能测试正在进行中（参见Elog）。N = Yeff × Ω × Cshift × Cre-emission × Ctrap × Ctransmission × Cbend其中Yeff为闪烁体的有效光产额，Ω为波移光纤覆盖的空间立体角，Cshift为波移光纤的光吸收效率，Cre-emission是波移光纤吸收绿光发射蓝光的几率，Ctrap为波移光纤发出的蓝光被波移光纤捕获效率，Ctransmission为波移光纤的光传输效率，Cbend为光纤转弯处的光传输效率。Yeff、Cshift、Cre-emission和Ctrap是闪烁体及光纤的固有参数，而Ω、Ctransmission和Cbend直接与光纤阵列的排布相关。通过M.C.模拟计算可以得到较合理的探测器光路设计参数，如光纤排布间距、光纤与闪烁屏间距、光纤转弯半径等。探测器实体设计中参考该模拟结果，结合实际测试结果，得到探测器的最佳设计参数。模拟结果参见Elog。另外，由于探测器设计中，光纤需要转弯，因此对光纤传输的损失率进行了测试。如下图所示：

光纤转弯损失率随转弯直径的变化从实验结果可以看出，在转弯直径为2cm的地方，光纤传输损失率有突变，直径小于2cm时，损失率急剧增加。最终探测器光纤的弯转直径选为2cm。光电倍增管的测试：目前，探测器样机性能的测试都是通过光电倍增管XP-2020来进行测试的，结果显示热中子经探测器之后，到达光电倍增管端面的光子数可达100个左右，且单个热中子的信号主要集中在2us的时间范围内，根据此结果，H8500的后端电子学读出系统正在设计加工，H8500的测试也已经开展，具体进展请参见Elog。Decoupling