基于 petawatt 濋激驱动的单事件中子时-of-flight 光谱学

快速中子诱导核反应是推进我们对基本核过程、星际核合成以及包括 reactor safety、医学同位素生产和材料研究在内的应用的关键。随着许多研究 reactor 正在逐步淘汰，基于加速器的中子源变得越来越重要。激光驱动中子源（LDNS）具有独特优势——超短中子脉冲可实现更高能量分辨率、每脉冲高通量以及大幅度缩小占地面积。然而，其在单事件快速中子光谱学中的应用尚未得到验证，需实现稳定的多次射击操作，并要求探测器能够在 petawatt 级激光等离子体相互作用的极端环境下正常工作。本文在 DRACO~PW 激光中展示了一种概念验证实验，采用 pitcher-catcher 配置稳定产生每射击 6-7×10^7 个能量超过 1 MeV 的中子，超过 200 次射击，以每分钟一次的射击频率。采用距离源头仅 1.5 米的单晶金刚石探测器进行中子时-of-flight 测量，能够分辨单个中子诱导反应。观察到的反应速率与由真实时间诊断伴随 gamma、离子和电子通量推断的蒙特卡罗模拟结果一致。随着最近在重复频率、靶具和离子加速度效率方面的进展，本工作为未来快速中子诱导反应研究奠定了基础，尤其适用于需要短命同位素测量或要求高瞬时中子通量的场景。