基于Gd3(Al,Ga)5O12:Ce/SiPM闪烁探测器的台式中子飞行时间谱仪研制与性能验证

《Radiation Physics and Chemistry》：Toward a table-top neutron time-of-flight spectrometer on a base of (Gd,Y,Lu) 3(Al ,Ga) 5O 12:Ce/SiPM scintillation detectors

本文创新性地验证了钆铝镓石榴石闪烁探测器(GAGG/SiPM)在0.5米超短基线下实现中子飞行时间(TOF)测量的可行性。该探测器通过像素化设计有效抑制本底，在1纳秒时间分辨率下对0.1-6 MeV中子能区实现蒙特卡洛模拟与实验的高度吻合，为开发紧凑型中子谱仪提供了关键技术路径。

　　

章节精选

样品与测量

我们从候选材料中选择了GAGG晶体进行实验验证——这家伙可是铝镓石榴石家族里时间分辨率最高的"尖子生"！实验采用64像素的GAGG阵列（每个像素40毫米长）与滨松多像素光子计数器(MPPC)耦合，像素间用泰维克隔膜实现光学隔离，这种设计让探测器像蜂巢一样既能独立响应又能协同工作。

靶材厚度优化

质子束轰击铅靶产生中子时，我们像黄金矿工一样仔细优化了靶厚。模拟显示（图2），增加铅靶厚度对高能中子影响不大，却能显著提升60 MeV以下能区的中子通量。当铅靶厚度达到6厘米时，既能保证中子产额，又能有效减少质子带来的干扰信号，简直是为短基座测量量身定制的"中子发生器"！

结论

GAGG/SiPM像素化闪烁探测器在0.5米超短基线上成功实现了中子飞行时间测量，就像在乒乓球桌上完成了百米赛跑计时！虽然铅靶产生的瞬发γ射线会在最初几纳秒内"刷屏"，但结合最新快中子探测技术，这种探测器展现出在台式谱仪中实现宽能区中子能谱分析的巨大潜力。