Efficiency optimization of microchannel plate (MCP) neutron imaging detectors. I. Square channels with 10B doping

微通道板（MCP）中子成像探测器的效率优化。I. 10B掺杂的方形通道

引用

Tremsin, A. S., Feller, W. B., & Downing, R. G. (2005). 微通道板 (MCP) 中子成像探测器的效率优化：I. 掺杂10B的方形通道。《核仪器与物理研究方法》A部分：加速器、谱仪、探测器及相关设备，539(1-2)，278-311。

关键词

  • 中子探测
  • 探测效率
  • 中子成像

简述

玻璃中掺入高浓度10B原子的微通道板 (MCP) 可实现高达 78% 的中子探测效率，因为其微观结构允许较薄的通道壁，从而最大限度地促进中子俘获反应产物逸入通道，从而产生可探测的电子雪崩。

摘要

本文探讨了如何使用掺杂¹⁰B的微通道板（MCP）最大限度地提高中子探测效率。本研究重点关注方形通道的MCP，因为方形通道的MCP比圆形或六边形设计具有更高的效率。

  • 增强中子探测的关键在于优化两个概率：中子吸收概率（P1）和反应产物逃逸到开放通道的概率（P2）。
  • 总中子探测效率是P1、P2和产生电子雪崩概率（P3，假设接近于1）的乘积。

最大化中子吸收率（P1）

  • 要使P1接近1，需要使用足够厚且¹⁰B原子密度高的MCP。
  • 由于单个MCP厚度的实际限制，将多个MCP堆叠成人字形或Z字形排列是一个颇具吸引力的解决方案。
  • 这种堆叠结构可以在不影响电子倍增过程的情况下增加中子吸收。
  • 仅堆叠三个厚度为 1 毫米、孔径为 8 微米的 MCP，即可将 P1 从 0.52 提高到 0.9。

优化反应产物逃逸 (P2)

  • 通过最小化 MCP 壁厚 (W) 并选择合适的通道宽度 (d)，可以最大化 P2。
  • 本研究模拟了孔径为 8 微米、壁厚为 2 微米的 MCP 的 P2，证明了 P2 与壁内中子俘获点的相关性。
  • 结果表明，对于这种特定的 MCP 几何结构，P2 可高达约 78%。

模型预测与结论

该模型预测，通过结合堆叠 MCP 结构以实现高 P1 值，并优化通道尺寸以实现高 P2 值，可以实现非常高效的中子计数。这些基于微通道板 (MCP) 的探测器将具有高空间分辨率（约 10 微米）和亚纳秒级定时能力，适用于各种中子探测应用。

来源：https://escholarship.org/content/qt7v17n03g/qt7v17n03g.pdf?t=lnqz51

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