用于快中子照相的微通道板二维像探测器研究

A 2D microchannel plates imaging detector will be developed for fast neutron radiography. it consist of a polyethyene（PE） converter,a Chevron pair of microchannel plates（MCP）,a resister anode film,electronics,data acquisition and computer system.The PE converter is used to convert fast neutrons to the recoil protons.Secondary electrons will be produced by the recoil proton at the channel wall.In addition,the silicon in the MCP is used to convert fast neutrons to proton and a-particles via 28-Si(n,p)28-Al and 28-Si(n,a)25-Mg reaction.Above particles will also generate the secondary at the channel wall. With the MCP under a potential,the electrons will be multiplied and a gain greater than 10E7 will be obtained. The multiplied electrons signals will be collected and amplified by the resister anode and the electronic system.The signal data will be managed to obtain 2D image by a data acquisition computer system.The diameter of the sensitive area of 2D MCP imaging detector is about 160mm.it is hoped that 2D image resolution is not greater then 300um.The advantages of the detector are: a higher 2D resolution, high neutron radiation tolerant and lower sensitive for gamma-ray.

研制一套用于快中子照相的微通道板二维像探测器系统。该系统由一个聚乙烯转换器、一个对微通道板、电阻膜阳极、读出电子学、多路数据获取及计算机处理系统等组成。由聚乙烯转换器将快中子转换成反冲质子，反冲质子进入微通道板微孔与微通道板作用产生二次电子，另外，快中子与微通道板中的Si发生28-Si(n,p)28-Al和 28-Si（n，a）25-Mg核反应，产生a粒子和质子，a粒子和质子在微通道板微孔内表面也会产生二次电子。在电场的作用下二次电子在微通道板中倍增，将获得〉10E7的增益。倍增后的电子束轰击在微通道板后的阳极膜电极上，由与阳极膜连接的电子学系统读出，并经多路数据获取及计算机数据处理给出图像。拟研制的探测器的有效面积直径约160mm，二维位置分辨不大于300um，聚乙烯和微通道板中的Si对14MeV快中子的总转换效率约为1%。此探测器系统具有位置分辨高、抗中子辐照、伽玛射线相应小等优点。

针对DT快中子，开展了PE转换器转换效率的模拟研究，结果显示，PE转换器的最佳厚度可取为2mm，转换效率可达0.37%。开展了DT快中子束下PE上中子/质子转换点扩散函数随PE和MCP之间间距的变化的模拟研究，结果显示，PE和MCP之间间距应尽可能小。采用Geant4程序，开展了DT快中子束下PE+MCP系统快中子/质子转换及MCP微孔电子倍增电子束斑的模拟研究，结果显示，MCP微孔电子倍增后电子束斑的尺寸与MCP微孔尺寸相当。模拟研究了荧光屏上MCP电子倍增产生的电子束斑半高宽（FWHM）随荧光屏与MCP之间所加电场的变化规律的模拟研究，结果显示，为保证空间分辨，荧光屏与MCP之间应该加约2kV/mm的电场。通过模拟研究，完成了用于快中子照相的微通道板二维像探测器的设计。根据设计方案，完成了用于快中子照相的微通道板二维像探测器的研制及总体安装与调试。开展了MCP+荧光屏+反光镜+CCD相机系统的光学测试，确定了系统成像图像尺寸与实际尺寸的比例约为0.0876mm/pix；开展了小圆孔、狭缝样品条件下MCP+荧光屏+反光镜+CCD相机系统的光学测试，结果显示，系统能够清晰地显示0.5mm圆孔和0.1mm狭缝的图像，系统的本征空间分辨可达到约100um，样品边缘空间分辨不大于200um；开展了准直α粒子束成像测试，得到了2mm准直α粒子束的清晰图像，说明系统对带电粒子有良好的响应。采用聚四氟乙烯样品，开展了像探测器的DD快中子成像的初步测试，得到了快中子照相图像。完成了研究任务。下一步将继续开展DT快中子成像的实验测试，并进一步优化像探测器。