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塑料闪烁体是高能物理中最常用的活性材料之一

发布时间:2020-07-17 04:11 作者:电玩城捕鱼

  塑料闪烁体是高能物理中最常用的活性材料之一。它们的特性使跟踪和区分粒子拓扑成为可能。除其他事项外,闪烁体还用于中微子振荡实验的探测器中,在其中重构中微子相互作用的最终状态。振荡现象的测量是通过比较近距离探测器(接近目标)和远距离探测器(最远几百公里)中微子的观测值来进行的。

  欧洲核子研究组织(CERN)积极参与了目前世界领先的日本中微子振荡实验T2K实验,该实验最近发布了令人鼓舞的结果。实验的近距离探测器的未来升级将为获得更精确的结果铺平道路。新型检测器将包括一个两吨的聚苯乙烯基塑料闪烁体检测器,该检测器分为1 x 1 x 1 cm 3的立方体,总共可形成约200万个敏感元素:立方体越小,结果越精确。这项技术可用于其他项目,例如DUNE近探测器。但是,更精确的测量将需要更精细的粒度,从而使检测器组件更难。

  这是由Albert De Roeck领导的CERN EP-Neutrino小组介入的地方,开发了一种涉及增材制造的新型塑料闪烁体生产技术。这项研究与乌克兰国家科学院的闪烁材料研究所(ISMA)进行了合作,该研究所在闪烁体材料的开发方面拥有丰富的专业知识,还曾在沃州的法国高等工程师学院和法国高等建筑学院( HEIG-VD),这是增材制造领域的专家。最终目标是3D打印“超级立方体”,即包含多个光学独立立方体的单个闪烁体块。3-D打印将解决组装单个立方体的问题,因此可以以任何尺寸生产,包括小于1 cm 3,而且速度相对较快(超过20 x 20 x 20 cm 3的体积大约可以在一天内生产出来)。

  到目前为止,合作取得了丰硕的成果。初步测试提供了第一个概念验证:3D打印的聚苯乙烯基闪烁体的熔融光产量与熔融沉积模型可比,其与传统闪烁体相当。但是通向即用型超级立方体的道路仍然漫长。在开发出用于光学隔离立方体的光反射器材料之前,将需要对闪烁体参数进行进一步优化和对3D打印机配置进行调整,然后对3D打印的闪烁体进行全面表征。

  这项新技术还可以为粒子检测领域开辟新的可能性。成功的3D打印塑料闪烁体探测器可以为在探测器构造中更广泛地使用该技术铺平道路,这可能会撼动使用粒子探测器的高能物理领域以及医学领域,例如,在癌症治疗中。而且,具有很高成本效益的3D打印机可以很容易地复制并用于多种场合。欧洲核子研究组织(CERN)的EP中微子小组和中微子平台的Umut Kose解释说:“我们的梦想超越了超级立方体。我们想认为,几年后,3D打印将使高中学生能够自己制造辐射探测系统。这项技术的广泛应用令人振奋。”

  现在在苏黎世联邦理工学院的Davide Sgalaberna无法掩饰他对这次冒险的热情:“这是3D打印首次用于真正的粒子探测器。我们正在将个人意愿转变为一个项目,我们充满希望这可能会带来突破。这真令人激动。” Davide的同事对此感到兴奋,一旦放松锁定使每个人都可以返回CERN,他们就准备恢复在3D打印探测器上的工作。


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