錦屏深地核天體物理實驗BGO探測器的研制.pdf

1、錦屏深地核天體物理實驗（Jinping Underground NuclearAstrophysics lab，簡稱JUNA)項目將在中國錦屏深地實驗室開展恒星平穩(wěn)氦燃燒階段關(guān)鍵的(α,γ)和(α,n)反應(yīng)，以及恒星平穩(wěn)氫燃燒階段關(guān)鍵的(p,γ)和(p,α)反應(yīng)的直接測量。該項目需要一個高探測效率的4π陣列γ探測器和本底極低的實驗環(huán)境?？紤]到鍺酸鉍（Bi4Ge3O12，簡稱BGO）的探測效率高，阻止本領(lǐng)強，放射性本底低和不易潮解等優(yōu)良性

2、能，JUNA項目計劃研制一套BGO探測器陣列，用于(α,γ)和(p,γ)反應(yīng)的γ射線探測。
　　我們?yōu)锽GO探測器陣列設(shè)計了兩種方案，然后通過對兩種方案的12C(a,γ)16O實驗?zāi)茏V模擬，確定采用由八塊梯形組成的陣列方案。然后通過對相對效率的計算，確定將探測器陣列的長度設(shè)計為250 mm。
　　為了測試上海硅酸鹽研究所生產(chǎn)的BGO晶體是否滿足我們的實驗要求，我們先組裝了一臺BGO原型機，并用其進行了能量分辨率測試。測試結(jié)果

3、表明硅酸鹽研究所生產(chǎn)的BGO晶體能量分辨率和穩(wěn)定性等性能達到世界先進水平，滿足我們要求。由于JUNA項目對實驗環(huán)境本底的要求極高，我們又用原型機進行了本底測試，并根據(jù)測試結(jié)果，對實驗使用的屏蔽體進行了改善。最終，我們設(shè)計出了基本達到實驗要求的屏蔽方案。
　　由于BGO晶體的光產(chǎn)額對溫度敏感，用BGO探測器探測γ射線時，溫度的變化會導(dǎo)致γ能譜峰位的漂移和能量分辨率的變化。國內(nèi)外針對這一問題的研究所使用的BGO的尺寸都比較小，為了探究

4、溫度對大尺寸BGO探測器測量的影響，我們用自己設(shè)計并制作了簡易制冷系統(tǒng)，先后對尺寸為4cm×4 cm×3 cm和6 cm×8 cm×25 cm的BGO晶體進行了降溫，用137Cs源測量了其γ能譜峰位和能量分辨率，對BGO探測器性能隨溫度的變化關(guān)系進行了研究。結(jié)果表明：在我們測試的溫度區(qū)間內(nèi)，BGO探測器的γ能譜峰位與溫度呈良好的線性關(guān)系，能量分辨率隨溫度的降低而提高。通過這次測試，我們對BGO的溫度特性有了一定認識，也為將來研制BGO探