光子学报, 2014, 43 (12): 1204003, 网络出版: 2014-12-26   

高探测效率低噪声的大面阵热中子敏感微通道板

High Dectection Efficiency Low Noise Large Format Neutron Sensitive Microchannel Plate
作者单位
1 北方夜视技术股份有限公司, 南京 211102
2 微光夜视技术重点实验室, 西安710065
3 清华大学 工程物理系, 北京 100084
摘要
在微通道板玻璃中掺中子灵敏核素, 并去除玻璃中的天然放射性同位素成份, 可以实现微通道板对热中子的敏感, 使探测器具有极低的背景事件率.在微通道板玻璃中掺加3 mol%的Gd2O3,同时去除玻璃中的K2O和/或Rb2O, 制作成50 mm直径、0.6 mm厚度、10 μm孔径的微通道板,实现了对25.3 meV热中子33%的探测效率,同时探测器的暗计数率低至0.11 events cm-2·s-1.通过计算和分析热中子在微通道板基体中的俘获概率和155,157Gd(n, γ)156,158Gd反应所能引发的有效信号, 说明了通过微通道板的结构优化, 掺3 mol%Gd2O3的微通道板可以实现最大50%的热中子探测效率.在此基础上, 进一步完成了106 mm直径10 μm孔径的掺3 mol% Gd2O3的优化结构大面阵低噪声中子敏感微通道板的制作.
Abstract
Both direct addition of neutron-absorbing atoms into Microchannel Plate (MCP) glass and elimination of content contained natural radioactive isotope can make MCP sensitive to neutrons without changing the remainder of the fabrication process,while such a neutron-sensitive detector has very low background rate. The 50 mm format and 10 μm pore size MCP which fabricated by a MCP glass doped with 3 mol% Gd2O3 and eliminate K2O and Rb2O contnent demonstrated its capability to image thermal neutrons with 33% detection efficiency and low dark count rate of 0.11 events cm-2·s-1. Through calculation and analysis of the capture probability of neutron within a MCP matrix and the effective signal which arised from 155,157Gd(n, γ)156,158Gd reaction production,our study indicated that the maximum detection efficiency of 50% can be achieved for this MCP doped with 3 mol% Gd2O3 and optimized geometry. In addition,a 106 mm-diameter and 10 μm pore size neutron sensitive MCP doped with 3 mol% Gd2O3 and optimized geometry were fabricated based on above-mentioned method.

潘京生, 孙建宁, 韩晓明, 张蓉, 孙赛林, 杨祎罡, 田阳, 金戈, 张正君, 邵爱飞, 苏德坦. 高探测效率低噪声的大面阵热中子敏感微通道板[J]. 光子学报, 2014, 43(12): 1204003. PAN Jing-sheng, SUN Jian-ning, HAN Xiao-ming, ZHANG Rong, SUN Sai-ling, YANG Yi-gang, TIAN Yang, JIN Ge, ZHANG Zheng-jun, SHAO Ai-fei, SU De-tan. High Dectection Efficiency Low Noise Large Format Neutron Sensitive Microchannel Plate[J]. ACTA PHOTONICA SINICA, 2014, 43(12): 1204003.

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