ZnS闪烁探测器 具有波长偏移光纤读数

反射计探测器需要在很短的时间内探测到很多中子。这意味着它们需要设计成具有很高的计数率功能。不幸的是，当前的探测器需要改进，以满足反射计实验的需求，因此ISIS中子和Muon源的研究人员一直在研究一种可以探测的探测器。

通常使用使用ZnS：Ag / 6LiF闪烁体的中子探测器，因为当中子撞击时它会发出明亮的光。然后，光被波长偏移(WLS)光纤收集，并传输到光电倍增管(PMT)，在光电倍增管中将其转换为电信号。

使用ZnS：Ag的闪烁检测器并不是最佳选择，因为与闪烁器相关的余辉将每个光电倍增管(PMT)通道的速率能力限制为20kHz。SINE2020使英国ISIS的团队能够设计基于ZnS：Ag / 6LiF的闪烁体检测器，该检测器具有连接到多阳极(MA)PMT的WLS光纤读数，旨在同时提高该速率能力并降低成本。

事实证明，反射计通常只会在探测器表面上的1-3条线(或探测器像素)上散布高速率的中子。探测器的传统设计仅允许通过几个PMT通道拾取明亮的闪烁光，从而由于探测器的停滞时间而无法实现高中子计数率。如果可以将这种高强度分布在所有PMT上，而不是仅分布在少数几个PMT上，则可以提高速率能力。

该团队创建了一种具有128条交叉光纤的探测器，该探测器覆盖了32×32mm2的有效区域，分为4096个像素。光纤连接到两个64通道MA PMT。组件可以轻松地在中子束中旋转，因此强线可以随意分布在可变数量的PMT通道上。

该装置在CRISP光束线上进行了测试，以研究诸如位置分辨率，重影和速率能力之类的参数。该探测器的FWHM位置分辨率为0.6mm，速率能力提高了5倍。但是，交叉光纤设计无法充分利用速率能力的提高，而且存在重影问题(即中子定位不正确) )，则装配体呈非90度角。

因此，团队决定尝试一种新方法来提高费率功能。为什么不以允许单个检测器像素被光学隔离的方式分割检测器区域?这会损害水平方向的分辨率，但有助于消除重影。这就是研究人员对高纵横比二维(SHARD2)检测器所做的工作。

他们将检测器的64×64 mm2有效面积分成四个16mm宽的列或段。然后，每个段都覆盖有64个1mm直径的WLS光纤，它们分别连接到64通道MA PMT，形成一个像素。光纤和段之间通过薄不锈钢箔彼此光学隔离，以避免光从一根光纤传播到另一根光纤。这意味着PMT将只能检测恰好在单根光纤上发生的中子事件。然后将闪烁体片直接安装在纤维的前面和后面，即可完成布置。

与非分段检测器相比，在INTER光束线上进行测试时，速率能力提高了4倍以上。几乎没有重影，并且使用改进的电子设备可以轻松消除已发生的重影。当前位置分辨率为1mm，速率能力现在为几kHz / mm2。

分割的优点是可以使分割的一小部分能够检测到很高的中子率。您只需要确保强光束落在检测器的高速率部分上即可。因此，开发只需要集中精力提高检测器一部分的速率能力，这比要使整个活动区域都能够检测到这些更高的速率要便宜，并且占用的设备空间更少。

下一步的发展是通过兼容真空的机械装置将位置分辨率提高到0.5mm。这个新概念的第一个检测器将用于INTER反射仪，从而使光束线能够利用其新的导向并增加通量。

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