有機シンチレータを用いた入射方向弁別可能な高エネルギー中性子検出器に関する研究

• Project/Area Number: 14780408
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 執行 信寛 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (40304836)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2002: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 高エネルギー中性子 / 中性子検出器 / 無機シンチレータ / 有機シンチレータ / 反跳陽子法 / ポリエチレン

Research Abstract

本年度は、反跳陽子ラディエータの厚さによる影響ついて研究を行った。
高エネルギー中性子の検出方法には、飛行時間法と反跳陽子法がある。このうち飛行時間法は検出原理が容易であるが、数百MeVの高エネルギー中性子を測定するためには長い飛行距離が必要となる。このため検出器の見込む立体角が減少し、単位時間辺りの検出数が少なくなり、統計量を上げるためには長時間測定が必要となる。一方、反跳陽子法では、中性子を反跳陽子ラディエータを通過させることによって一旦陽子に変換し、その陽子のエネルギーを検出器へのエネルギー付与を測定することになるので、検出器系を中性子発生点に近付けることができ、単位時間辺りの検出数を大きくすることができ、より短時間で必要な統計量を得ることができると考えられる。
ラディエータによって反跳された陽子を検出するには無機シンチレータが有用である。そこで無機シンチレータNaI(Tl)の周囲に有機シンチレータNE102Aを配置することにした。この組み合わせでは、NaI(Tl)の減衰時定数が230nsであるのに対して、NE102Aの減衰時定数は10nsと極端に異なるため、減衰時定数の異なる有機シンチレータを利用するよりも微分積分回路とゲート積分法を用いた信号波形弁別がより容易になることが利点となる。
米国ロスアラモス国立研究所ロスアラモス中性子科学研究センターのWNR施設で、この検出器の入射方向弁別特性を測定した。本年度は反跳陽子ラディエータに厚さ2cmと20cmのポリエチレンを使用した。厚いラディエータの方が検出効率が上がることが期待されたが、実効的な立体角が減少するため検出効率が下がることがわかった。しかしながらどちらのラディエータを使用した場合にも、検出器にまっすぐ入射した反跳陽子と斜めに入射した反跳陽子が弁別できることがわかった。