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国重实验室团队成功开展原型多用途时间投影室探测器(MTPC)第二次中子束流实验

( 2021-02-17 )

        202117日至27日,核探测与核电子学国家重点实验室派出研究生团队,赴位于广东东莞的中国散裂中子源Back-n白光中子束线,合作开展了原型多用途时间投影室探测器(MTPC)第二次束流实验并取得圆满成功。

    此次束流实验利用合作研制的面向中子核数据测量应用的原型MTPC,对6Li与中子发生带电粒子出射反应的产物进行了径迹测量和种类鉴别,以获得相关核素的反应截面数据,同时也对原型MTPC及读出电子学的功能和关键性能进行了成功验证。

 精确的中子核反应数据对核天体物理大爆炸核合成模型研究、新一代快堆和加速器驱动嬗变研究装置等核工程、新一代半导体抗辐照设计及中子治疗等领域都具有重要意义。受到高性能的中子源和精密的探测谱仪的限制,长期以来我国的高精度核数据还比较匮乏。散裂白光中子束线的建成,以及具有高位置分辨、高能量分辨等特点的微结构气体探测器近年来在国内的蓬勃发展,为这一问题的解决带来了曙光。针对核数据测量的国家战略需求,自2019年起,国家重点实验室科大分部和高能物理研究所分部开展合作,启动了基于微网格气体探测器(Micromegas)和可扩展电子学的“多用途时间投影室探测器(MTPC)”项目。其中高能物理研究所(散裂中子源科学中心)樊瑞睿副研究员带领团队负责原型MTPC的物理设计、系统集成、束流实验方案设计和组织实施、以及物理数据分析,国家重点实验室封常青教授带领团队负责读出电子学系统的设计和研制,国家重点实验室张志永副研究员负责Micromegas核心探测器模块的研制,高能物理研究所顾旻皓副研究员负责数据获取(DAQ)软件系统的开发。该合作得到了国家自然科学基金优青项目(批准号:11922510)、中国科学技术大学创新团队培育基金(中央高校基本科研业务费专项资金:WK2360000011)等经费的资助。


 作为第一阶段的合作成果,合作团队于2019年度研制完成了一套1519通道的原型MTPC,并于20201月成功开展了第一次束流实验。

 (概况见网页链接:http://sklpde.ustc.edu.cn/2020/0309/c7107a414221/page.htm


 在第一次束流实验成功的基础上,针对白光中子束线高通量、宽能量范围的特点,项目团队在2020年度提出了原型MTPC读出电子学全新的升级方案,并努力克服了疫情的影响,在不到一年的时间内如期完成了1519路电子学系统的设计和工程研制,确保了此次束流实验的顺利开展。电子学升级后的原型MTPC不仅信号波形的采样深度增加了一倍,系统的触发率也由300Hz提升到了20kHz以上,同时还具备了更强大的实时信号处理潜力和更高的数据传输带宽,能更好地适应高通量中子核数据测量的需求。

 在为期近两周的束流实验过程中,MTPC探测器、读出电子学及DAQ软件均运行稳定,获得了高质量的实验数据,物理分析工作正在有序开展。此次实验还验证了所采用的Micromegas探测器的长期可靠性,以及读出电子学的技术路线的可行性和在高事例率中子束流条件下的工作能力,为下一步计划开展的更大规模的万通道MTPC研制奠定了技术基础。

 图1   原型MTPC的第二次中子束流测试现场



 图2   实验人员现场合影


 图3   束流实验中测到的粒子三维径迹


 图4   束流实验测得的次级带电粒子产物的初步分析结果




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