基于SCA波形采样读出电子学的CSNS Back-n中子飞行时间测量

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)对中子核数据测量和核技术应用等多个领域均有重要意义。为监测其中子束斑轮廓、束流密度及束流能量，研制了由镀硼微网格气体(Micromegas)探测器构成的束流剖面监测装置，并通过测量中子的飞行时间(TOF)来获得能量信息。采用基于开关电容阵列(SCA)专用集成电路(ASIC)的波形采样电子学系统，实现了128路Micromegas探测器阳极条信号的低噪声放大、成形和波形数字化，在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片中实现了对信号过阈时间的实时测量，其量程为650 ns～10 ms，电子学时间分辨好于10 ns。在CSNS Back-n上开展实验，成功获得了中子束流剖面及10.65 μs～10 ms范围的飞行时间谱，对应的中子能量范围约为0.16 eV～0.14 MeV。利用钽、钴等吸收体进行了中子共振吸收峰的检验，验证了读出电子学系统的功能及飞行时间测量的正确性。     

可控中子源密度测井仪的密度响应特性与算法研究

在可控中子源密度测井中，脉冲中子源的中子产额存在波动，采用探测器绝对计数的密度算法受地层环境、测量条件的影响较大，因此会导致密度算法的精度较差。为提高密度测量的稳定性和精确性，本文针对可控中子源一体化测井仪的研发需要，建立了适合所研发仪器的密度算法：首先，结合蒙特卡罗数值模拟软件MCNP对新型一体化测井仪及地层进行了建模；然后，利用所建模型，模拟了在不同岩性、孔隙度条件下可控中子源发射的快中子与地层物质的相互作用过程，并通过记录γ探测器的近、远非弹性散射γ计数和俘获γ计数，中子探测器的近热中子及近超热中子计数信息，获得了一体化测井仪探测器计数与地层密度之间的响应关系，并对影响密度算法的主要因素进行了分析；最后，在密度响应特性分析的基础上，提出了使用近超热中子与近热中子计数比、近远非弹γ计数比来提高稳定性和精确性的可控中子源密度测井新算法。采用新密度算法对所建模型进行计算，结果表明，砂岩、灰岩、白云岩3种岩性下计算的密度与真密度非常接近，其相对误差小于6%。与哈里伯顿和斯伦贝谢算法的计算结果相比，本文方法显示了更好的效果：公式参数少、没有探测器的绝对计数、精确度高。