中子成像设备是核科学、核医学、核安全等领域的关键核心设备。本项目针对国家对二维平面中子探测器高端科学仪器设备的迫切需求，开展工程化研制与应用开发，通过自主创新掌握锂微晶玻璃、低功耗专用集成电路（ASIC）等核心部件的研发，研制自主可控产品，并在核领域和交叉领域进行应用示范，为中子科学、中子成像、辐射防护、核材料监管、核应急、中子测井等提供技术保障。项目将开发新型高光产额锂微晶玻璃，作为灵敏探测器进行高效热中子探测，替代日益短缺的3He材料，实现对中子场的二维监测以及对样品的二维成像检测。同时，通过自主研发掌握低功耗高集成度ASIC芯片制备核心技术，实现对4096路硅光电倍增管（SiPM）输出信号的分区读出、放大成形、数字化、控制和结果显示等。通过二维平面中子探测器部件质量控制、元件测试与校准等关键技术和算法研究，开展系统集成和产品开发，实现工程化应用示范和产业化推广，形成具有自主知识产权、质量稳定可靠的产品，实现在核安全、核物理和核化学等领域中子监测仪器中的应用。项目在四个方面获得了重要进展，取得了系列成果。
项目主要内容
二维中子探测器整机设计
二维中子探测器的基本原理如图所示。通过使用锂玻璃材料完成对中子的探测，并转化为可见光，通过SiPM阵列将可见光转化为电信号。通过SiPM阵列上的信号分布获得中子入射位置，通过对大量中子位置进行测量，实现对待测量物体的成像。项目主要优势是利用锂玻璃极大提高热中子探测效率，达到95%以上，实现对热中子的高效利用，提高成像质量，空间分辨率预期为0.9mm。
- 二维中子探测器数字模型
- 建立了二维探测器数字模型并开展蒙卡模拟研究，研究整体性能、算法，开展结构优化研究等。基于Geant4建立的二维中子探测器核心部件的数字模型如图3-4所示。
- SiPM性能测试
- 为使项目探测器发挥最佳性能，需选择低暗计数率(单位时间内由SiPM材料内载流子的热激发等原因引起的计数)、高光子探测效率(单位时间内 SiPM探测到的光子数与入射到SiPM表面的光子数的百分比)和高微单元密度(SiPM单位面积内的微像素个数)的SiPM。其中暗计数率会影响探测器的信噪比，光子探测效率会影响探测器输出信号幅度从而影响探测器的中子探测效率。
- 原型样机研制与性能测试
- 为了保证系统性能满足要求，开展了原型样机研制与性能测试研究，为整机设计积累研究经验和性能测试经验。原型样机使用一块尺寸为26 mm×26mm×5mm新型高光产额锂玻璃，耦合8×8 SiPM阵列（下文简称探头），通过设计配套的8×8阵列转接板，搭配CAEN研发的64通道数据采集卡（A5202），搭建了一台二维平面中子探测器原型样机，如图所示。
