核物理是一门实验的学科，它的进步依赖于实验的发展，包括加速器的发展和探测器的发展。回旋加速器（1939年诺奖）和质子直线加速器（1951年诺奖）的发展是核物理实验研究的基础，也都是诺贝尔奖的工作；探测器技术的发展，以γ探测为例，经历了从闪烁体探测器，到半导体探测器，到加反康的半导体探测器，到γ示踪技术的发展，无论是探测器的分辨率还是探测效率都有很大的进步，从实验上加深了对原子核的认识。

为更好地支撑原子核精细谱学和核天体物理的实验研究，我们开展了粒子探测器研制方面的研究。针对实验所需的探测设备进行设计、模拟、制作及测试，以及数据获取等方面的研究工作。

 

探测器结构设计                         探测器Geant4模拟

 

     

【代表性成果】

l “山大碗”带电粒子探测器探测器阵列

熔合蒸发反应进行在束伽马谱学实验会打开众多的反应道，用带电粒子探测阵列进行反应道的标记，可以有效地挑选目标核，降低其他副反应产物带来的干扰。目前，国际上许多著名的伽马探测阵列都配有辅助的带电粒子探测阵列，如美国Gammasphere伽马探测阵列配有Microball，加拿大TIRGESS上使用的CsIBall带电粒子探测阵列，南非iThemba国家实验室AFRODITE探测阵列拥有的DIAMANT等。为实现反应道标记技术，我们自主设计制作了由CsI晶体组成的带电粒子探测阵列，可作为辅助探测器配合国内外的伽马阵列使用。第一期版本由64个CsI探测单元组成，已在南非iThemba实验室的⁷⁴Br在束伽马谱学实验中使用，覆盖25%的4π立体角如图(a)所示。可以探测熔合蒸发反应过程中释放的α粒子和质子，根据不同粒子信号波形的区别，利用脉冲形状甄别法进行粒子鉴别。我们将继续对该探测阵列进行升级改造，使之覆盖约95%的4π立体角，并实现更好的粒子鉴别能力，其设计图如图(b)所示。

  

 

 

图(a)为在南非iThemba国家实验室AFRODITE阵列中使用的带电粒子探测阵列、

图(b)为计划升级后的带电粒子探测阵列

 

 

利用脉冲形状甄别法对粒子进行鉴别

 

 

【研究展望】

由于高纯Ge探测器价格昂贵，并且只能在低温环境下工作，人们一直在探索新的能够制作伽马探测器的材料。近来，LaBr₃ 晶体由于发光衰减时间快，时间分辨好，被广泛应用于在束伽马谱学的实验，比如罗马尼亚的ROSPHERE阵列，法国的FATIMA阵列等。但LaBr₃晶体中的¹³⁸La有天然放射性本底，会对1.5MeV以下伽马射线的测量产生影响。最近更新的CeBr₃晶体可以克服这一缺陷，其能量分辨和时间性能均与LaBr₃探测器接近，且无自身放射性，将排除这部分的本底干扰。我们计划建设一套由CeBr₃和高纯锗组成的混合伽玛探测阵列，用于测量10ps∼ns量级的能级寿命，以及未来开展原子核的磁矩测量等。