Development of fission neutron measurement system using GAGG scintillator

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05384
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 執行 信寛 九州大学, 工学研究院, 助教 (40304836)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: GAGGシンチレータ / 中性子 / エネルギースペクトル / プラスチックシンチレータ

Outline of Annual Research Achievements

GAGGシンチレータには低エネルギー中性子に対して大きな捕獲断面積を有するガドリニウムが含まれる。ガドリニウムの中性子捕獲反応で放出 される即発ガンマ線のエネルギー測定と中性子の飛行時間測定を組み合わせることで、有機シンチレータでは測定が難しい1 MeV以下の中性子 まで測定するシステムを開発し、核分裂反応からの即発中性子のエネルギースペクトル測定への適用を目指す。本年度は、まずシミュレーションによりCf-252から放出される連続エネルギー中性子をGAGGシンチレータに入射した場合のGAGGシンチレータの応答を計算し、中性子捕獲反応により放出される即発ガンマ線と中性子の飛行時間を調べることで中性子のエネルギースペクトルを測定できるか検討した。次にGAGGシンチレータを一般的な光電子増倍管に接続し、実験によりCf-252中性子源からの中性子を用いてGAGGシンチレータの発光量と中性子の運動エネルギーの関係を測定した。中性子のエネルギーはCf-252中性子源のすぐ近傍に置いたプラスチックシンチレータと中性子源から離れた場所にあるGAGGシンチレータの信号の時間差から飛行時間法により導出した。同時に中性子とガンマ線に対して有感なプラスチックシンチレータの応答と比較し、エネルギースペクトルに関する情報を得た。これらの結果から最適化が必要であるもののGAGGシンチレータと飛行時間法を組み合わせて使用することで低エネルギー中性子のエネルギースペクトルの測定が可能であることが示された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

シミュレーションにより研究に適したGAGGシンチレータの大きさの見積もりを行うことを計画していたが、予想以上に大きさの見積もりに時間を要することがわかったため。

Strategy for Future Research Activity

Cf-252中性子源からの中性子を有効に活用してGAGGシンチレータの応答特性を測定するために、Cf-252から発生する中性子のエネルギーに適したGAGGシンチレータの大きさをシミュレーションにより検討する。

Causes of Carryover

シミュレーションによりGAGGシンチレータの大きさを決定した上で購入を計画していたが、想定以上に大きさの決定に時間を要することがわかったため、最適ではない大きさのシンチレータを使用することと認め、次年度使用額が生じた。2021年度にシミュレーションを実施して研究遂行に必要となるGAGGシンチレータの大きさを決定して購入する計画である。