希ガス蛍光を利用したパルス中性子イメージング検出器開発のための基礎研究

• Project/Area Number: 17760688
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 齋藤 究 High Energy Accelerator Research Organization, 放射線科学センター, 助教 (40370077)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2007: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2006: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: シンチレーション / 希ガス

Research Abstract

ヘリウム/キセノン混合ガスのシンチレーション機構を解明する上で重要な、発光の時間波形、発光量を詳細に調べた。これらのデータは、ヘリウム/キセノン混合ガスを放射線検出器媒体として利用し、検出器開発を行う上でも重要な要素である。
混合ガスの全圧とキセノン分圧を変えてシンチレーションの時間波形・発光量を測定した。全圧は1.0MPaと0.657MPa、キセノン分圧は10^2Paから10^6Paの範囲で測定を行った。
明らかにしたことを以下に述べる。シンチレーションの立ち上がり時間は4nsec.以下であり、タイミング信号として優れている。測定したシンチレーション光の減衰は、ヘリウムの励起2原子分子の発光寿命(10usec.)より早い。光の減衰には幾つかの成分が存在し、キセノン分圧に依存する成分、依存しない成分がある。発光波形はキセノン分圧のみならず、全圧にも依存する。キセノンへ分配される放射線のエネルギー以上に発光量が大きい。発光波形と併せて考察するとヘリウムからキセノンへのエネルギー移行が起きている。キセノン分圧を増加させていくと発光量は増加していき、1%のキセノン濃度比で純キセノン1気圧と同程度の発光量となる。キセノン分圧が大きくなるとシンチレーションの減衰はキセノン励起2原子分子の寿命(99nsec.)に近づく。これはヘリウムからキセノンへのエネルギー移行過程の時間がキセノン励起2原子分子の寿命より十分短い時間で起きたためである。
以上の検出器媒体としての特性に基づき、ヘリウム/キセノン混合ガスチェンバー・マルチアノード光電子増倍管・64chPMT用ヘッドアンプ(preamp、shaper、trigger、ADCが一体となったPMT読み出しユニット)、VMEモジュールからなる2次元位置検出器を開発中である。

Research Products

• [Journal Article] Study of scintillation in helium mixed with xenon to develop thermal neutron detectors (2007)
  • Author(s): Kiwamu Saito, Shinichi Sasaki, Hiroko Tawara, Toshiya Sanami and Eido Shibamura
  • Journal Title: Nuclear Instruments & Methods in Physics Reserch A 581 Pages: 119-122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of Scintillation in Helium Mixed with Xenon to Develop Thermal Neutron Detectors (2006)
  • Author(s): K.Saito, S.Sasaki, H.Tawara, T.Sanami, E.Shibamura
  • Journal Title: 2007 VCI BOOK OF ABSTRACTS Pages: 121-121
• [Journal Article] Scintillation Property in Helium Mixed with Xenon (2005)
  • Author(s): K.Saito
  • Journal Title: 2005 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Recorde Pages: 1333-1333
• [Presentation] Basic Properties of Scintillation in Helium Mixed with Xenon and Their Application to A Position-sensitive Neutron Detector (2007)
  • Author(s): Kiwamu Saito, Shinichi Sasaki, Toshiya Sanami, Hiroko Tawara and Eido Shibamura
  • Organizer: 2007 IEEE Nuclear Science Symposium
  • Place of Presentation: Honolulu,Hawaii
  • Year and Date: 2007-10-31
• [Presentation] 希ガスシンチレーションの発光スペクトル測定 (2007)
  • Author(s): 齋藤究, 佐々木慎一, 俵裕子, 佐波俊哉, 萩原雅之, 柴村英道
  • Organizer: 応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学
  • Year and Date: 2007-09-06