α粒子與裂變碎片的甄別課件

1、用于高精度裂變截面測量的時(shí)間投影室（TPC）的初步研究清華大學(xué)工程物理系閆洋洋導(dǎo)師：李玉蘭 教授內(nèi)容提綱背景介紹TPC測量裂變截面的優(yōu)勢模擬方法及結(jié)果結(jié)論以及下一步計(jì)劃背景介紹核反應(yīng)堆、核武器以及核素合成等領(lǐng)域?qū)α炎兘孛娴葏?shù)的精度有較高的要求：1%；目前對(duì)于235U、238U、239Pu等主要裂變核素，反應(yīng)截面目前的精度為3%-5%，在快中子區(qū)域精度會(huì)更差。不同實(shí)驗(yàn)測得的239Pu的反應(yīng)截面不同實(shí)驗(yàn)測得的239Pu/235U反應(yīng)截面4背景介紹-傳統(tǒng)測量方法及問題裂變室結(jié)構(gòu)框圖不確定度來源：1、粒子與裂變碎片的甄別2、束流和靶厚度的不一致性3、使用235U作為參考靶背景介紹- TPCTPC能夠

2、精確的測出帶電粒子在漂移區(qū)域的三維徑跡和dE/dxTPC用于裂變截面測量時(shí)的優(yōu)勢粒子裂變碎片裂變室能譜示意圖裂變碎片粒子能量與射程關(guān)系圖1、粒子與裂變碎片的甄別7TPC用于裂變截面測量時(shí)的優(yōu)勢2、靶的厚度不一致性裂變室：使用計(jì)數(shù)儀掃描靶不同位置處的衰變速率計(jì)數(shù)器本身標(biāo)定的誤差計(jì)數(shù)器的探測效率的不一致，大角度的粒子會(huì)在靶中損失掉大部分的能量，效率較低；測量給出的是平均值，但靶的厚度的不一致一般在5%左右。TPC：TPC對(duì)低能量粒子的探測效率大約為100%，粒子探測效率引起的誤差會(huì)非常小。TPC可以測量粒子的三維徑跡，徑跡的起始點(diǎn)為粒子飛離靶的位置，可以直接測量靶不同位置處的計(jì)數(shù)率，直接測得厚度的

3、不一致性。8TPC用于裂變截面測量時(shí)的優(yōu)勢3、參考靶裂變室：一般使用的參考靶為235U，其裂變截面的不確定度1%TPC：目前已知的精度最高的反應(yīng)截面為1H(n, n)1H反應(yīng)，不確定度為0.2%；TPC的漂移氣體中一般含有H原子，并且氣體的均勻性很好，可以作為很好的參考靶研究目標(biāo)研制出具有區(qū)分裂變碎片、alpha粒子和輕帶電粒子能力，可用于核裂變截面測量的TPC原型樣機(jī)。TPC結(jié)構(gòu)框圖模擬方法探測器的定義入射粒子的產(chǎn)生粒子徑跡SRIM電子漂移擴(kuò)散吸附Pad信號(hào)的產(chǎn)生電子學(xué)濾波徑跡重建及結(jié)果分析ROOTGeant4Garfield尺寸參數(shù)氣體參數(shù)靶核信息5MeV 粒子重核：68.4MeV 54X

4、e粒子輕核：99.8MeV 38Sr粒子對(duì)于235U，衰變，能量4.4MeV.裂變碎片包括重核和輕核：重核原子序數(shù)一般為52-54，平均能量68.4MeV輕核.原子序數(shù)一般為38-40，平均能量99.8MeV射程參數(shù)設(shè)置尺寸：150mm*60mmpad形狀：六邊形氣體選擇：P10漂移電場：130V/cm1、飽和速度的電場較低2、電子吸附系數(shù)較低3、與裂變室的氣體相同表1、氣體參數(shù)電子漂移速度電子橫向擴(kuò)散系數(shù)電子縱向擴(kuò)散系數(shù)電子吸附系數(shù)模擬結(jié)果粒子能量：0-5MeV均勻分布fission能量：0-110MeV均勻分布Energy/MeVRange/cm粒子fission粒子能量：0-5MeV均勻

5、分布fission能量：0-5MeV均勻分布粒子裂變碎片pad=1mmpad=2mmpad=3mmpad=4mm定義重疊率：與裂變碎片重疊的粒子數(shù)占總的粒子數(shù)的比例2022/7/26Pad大小/mm重疊率/%Pad信號(hào)信息Pad最小信號(hào)Pad最大信號(hào)pad電流time/10nsNumber of electronspad電流time/10nsNumber of electrons電流峰值為90000個(gè)電子，持續(xù)時(shí)間800nspad上電子數(shù)約為1.87*106；電流峰值約為200個(gè)電子電流持續(xù)時(shí)間為110nspad上電子數(shù)目約為1000壓強(qiáng)的影響粒子裂變碎片P=0.75atmP=1.5atm粒子能量：0-5MeV均勻分布fission能量：0-5MeV均勻分布