β延发质子衰变实验中质子-电子鉴别系统研制

β-delayed proton emission is currently one of popular topics in nuclear structure physics. It is crucial to distinguish β-delayed proton emission from β decay precisely and extract their relative ratio. Experimentally parent nuclei are mainly identified through proton-γ fast coincidence method. However, because of the electrons from β decay, it is impossible to obtain a clear proton spectrum just though Si detectors. This project will develop a proton-electron identification system with a four-layer structure (ΔE1-ΔE2-E1-E2), in which the ΔE signal is given by gas detectors and the E information is read out by Si detectors. This system can effectively distinguish between protons and electrons，moreover，ΔE detectors can also read out the track information of the emitted protons. In this project, the electron effects to proton spectrum in β-delayed proton emission experiments can be eliminated, which consequently improves the efficiency of event selection and the accuracy of the nuclear spectral decay data.

β延发质子放射性是当前核结构研究的热点之一，准确区分β衰变道和β延发质子衰变道，并筛选提取出后者的相对分支比非常重要。实验中主要使用p-γ符合测量方法指认母核，Si探测器探测到的质子谱会叠加到很强的电子本底上，从而不能得到清晰的质子谱。本项目研制一套四层结构（ΔE1-ΔE2-E1-E2）的质子-电子鉴别单元，多个鉴别单元组成实验中所需的探测谱仪，ΔE信号由气体探测器给出，E信号由Si探测器给出。该鉴别系统有着大立体角探测范围，可以区分大多数的低能质子和电子，具有位置读出功能的ΔE探测器可以给出衰变质子的径迹信息，解决β延发质子衰变实验中质子谱受到电子的影响，提高事件的筛选效果，提高核谱学衰变数据的精度。

根据项目计划，测试了由气体电离室和Si探测器组成的ΔE1-ΔE2-E鉴别系统。低能的质子电子鉴别主要依赖低气压下多层取样电离室来鉴别，由于粒子在气体中的能损太低，需要探测器自身带有放大功能才能测到。研制了多层取样电离室所需的丝网电极，并在实验内使用放射源进行测试。通过对多路信号进行关联分析，电离室对α粒子和电子有较好的鉴别能力。利用Geant4模拟低气压下的多层气隙中电子、质子和α粒子的能损情况，并与实验做了对比。针对传统电荷灵敏前放的体积大，噪声较大、功耗较大、信号堆积等问题，研发了一款小型的适用于电离室的放大器。发展波形采集技术，对数据进行了一系列的处理和分析，掌握了的低气压下气体电离信号的波形处理技术。在束的β延发质子实验中，衰变母核注入到Si探测器的深度较深，衰变的低能质子和低能电子均无法从Si探测器中穿透出来，且空间范围受限，探测器没有进行在束测试。利用CSR内靶实验终端的低动量质子弹散实验，测试了不同能量下的质子信号波形，并进行波形分析，为波形鉴别低能质子和电子提供了参考数据。