CR-39探测器应用于带电粒子识别的实验研究
徐秀清
学位类型硕士
导师夏晓彬
2018
学位授予单位中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
关键词粒子鉴别方法 Cr-39 核径迹 蚀刻条件 Α粒子 质子
摘要随着核物理研究的发展和核技术应用的普及,粒子探测和鉴别技术在各领域的应用日渐广泛。由于在很多核反应中,反应道多、反应产物复杂、干扰射线多等因素,给实验测量带来了困难。因此,精准地探测粒子的能量、种类、角分布、反应截面等信息一直是核物理研究和核技术应用的重点。在复杂的核反应中,经常伴有α粒子和质子的产生,两种粒子混在一起,需要使用合适的粒子鉴别方法将两者区分开来。可用于粒子鉴别的方法有很多。相较于其他鉴别方法,固体核径迹分析方法有着不可取代的优势。CR-39是固体径迹探测器(SSNTD)中性能较为良好的一种。CR-39探测器具有灵敏度高,探测阈低,受环境因素影响小,抗干扰能力强,对β、γ以及电子等射线不敏感等优点。本文从理论模拟和实验测量两个方面对CR-39应用于α粒子和质子的识别进行研究。本文应用粒子与物质相互作用理论和径迹蚀刻动力学经验模型,模拟了α粒子和质子在CR-39固体径迹探测器上的径迹形貌,分别计算出3~8MeV的α粒子和1~9MeV的质子最佳蚀刻条件。根据对应的最佳蚀刻条件,计算获得的α粒子和质子的径迹直径、灰度值、径迹深度,据此对相同能量的α粒子和质子、不同能量的α粒子、不同能量的质子、射程相似的α粒子和质子进行识别。同时,用CR-39固体探测器对α粒子和质子进行了实验测量,与理论模拟值进行了对比分析,两者差异在0.37%~9.7%之间,实验验证了模拟方法的可行性。本章的结构以及主要内容如下:第一章为绪论。论述了本课题的研究背景和意义,详细介绍了各种粒子鉴别方法的原理和优缺点,论述了CR-39国内外研究现状,最后简要介绍了研究内容及目的。第二章为辐射损伤径迹及径迹形成机制。简要的介绍了径迹形成的机制,详细分析α粒子与质子在CR-39中的射程和能量损失率。第三章为蚀刻径迹的动力学模拟。介绍了蚀刻阶段径迹蚀刻的动力学模型,模拟了α粒子和质子在CR-39固体径迹探测器上的径迹形貌,分析了蚀刻温度和蚀刻时间对径迹直径和径迹深度的影响,并分别计算出3~8MeV的α粒子和1~9MeV的质子最佳蚀刻条件。根据各能量的α粒子和质子对应的最佳蚀刻条件,模拟分析各能量的α粒子和质子在各最佳蚀刻条件下的径迹轮廓。第四章为α粒子与质子的识别实验。采用称重法进行体蚀刻速率的测量,在98℃的6.25mol/L NaOH溶液蚀刻下测量得到体蚀刻速率值为10.41μm/h,并与理论计算值14.87μm/h进行了比较,确定实验测量值更为符合本研究所用CR-39。使用~(241)Am粒子源对CR-39进行照射,将照射后的CR-39逐层蚀刻,采用的蚀刻条件是98℃的6.25mol/L的NaOH溶液分别蚀刻30min、60min、90min、120min、150min、170min。对蚀刻后α粒子径迹进行分析,与理论模拟值进行了对比分析,两者差异在0.37%~9.7%之间。用CR-39固体探测器对3MeV的α粒子和3MeV的质子进行实验测量,在98℃的6.25mol/L的NaOH溶液中蚀刻45min后,两种粒子径迹区分明显。第五章为α粒子与质子识别的初步分析。根据对应的最佳蚀刻条件,计算获得的α粒子和质子的径迹直径、灰度值、径迹深度,提出了将相同能量的α粒子和质子、不同能量的α粒子、不同能量的质子、射程相似的α粒子和质子区分开来的方法。第六章为总结与展望。总结了本文的研究内容及研究结果,并提出了论文可以继续完善的地方。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/28518
专题中科院上海应用物理研究所2011-2018年
作者单位中国科学院上海应用物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
徐秀清. CR-39探测器应用于带电粒子识别的实验研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2018.
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