基于GEM的快中子位置灵敏探测器及其数据获取相关技术的研究

Since neutron doesn’t have charge and have strong penetration, can be used to 3D image the matter structure and its imaging ability is much higher than that of gamma rays and charged particles, it can play irreplaceable roles in exploring the deep inner structure. In all of the basic study and nuclear technology concerned neutron, the neutron detection should be included, sometimes, is the key fact for the success. The present project aims on bottleneck problems of low position resolution, huge aquisition data and low detection effeciency of fast neutron position sensetive detector based on GEM. Taking advantages of the previous researches done by the present group, emplying the method of time delay and track reconstruction of the recoil proton, the present group hopefully improves the neutron position resolution by a order experimentally; employing the method of recoil proton signal identification from others and pretreatment of the signals on the level of data aquisition, the present group hopefully reduces the data tranfering from data aquisition sysytem to computer minimum by a order experimentally.

中子不带电，穿透能力强，可以对物质结构进行三维立体成像，其对物质内部的成像深度是gamma射线和带电粒子无法相比的，在新材料以及深层次物质结构这些重大科学问题研究中能发挥无可替代的作用。在所有与中子相关的基础研究与核技术开发和应用中，中子探测都是不可回避、甚至事关成败的重要一环。GEM结构的快中子位置灵敏探测器的位置分辨低，数据采集量大，探测器效率低等瓶颈问题，充分利用课题组长期相关研究积累，采用时间延迟和反冲质子径迹重建等方法，在实验上使中子位置分辨提高一个量级；采用信号获取层面上的反冲质子信号与其他信号的甄别、信号的预处理等方法，使数据获取系统向计算机的的数据传输量减少一个量级以上，极大地减少探测系统的死时间，提高探测器系统的探测能力与探测效率。

针对基于GEM结构的快中子位置灵敏探测器的位置分辨低，数据采集量大，探测器效率低等瓶颈问题，在本项目的资助下，完成了各类GEM探测器的搭建，测量了探测器的能量分辨、时间分辨与位置分辨；利用FPGA开发板发展了一套相应的代码，实现了单周期内的Cluster的甄别和信息提取，得到了清晰的兰州大学校徽的成像图；开发了一套基于FPGA技术与集成前放APV25芯片，具有波形采样功能的相关数据获取系统；采用聚乙烯转换层与涂硼技术，以及所研制的基于APV25的相关数据获取系统，搭建了基于GEM的中子探测器系统，实验研究了中子探测的位置分辨与中子伽马甄别，热中子的位置分辨达到0.4um的水平，比国际同类技术好3-4倍，中子伽马甄别远大于10：1。