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Neutron detection by superconducting tunnel junctions on a Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$ single-crystal absorber

Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$単結晶中性子吸収体と超伝導トンネル接合による中性子検出器

中村 龍也  ; 片桐 政樹; 浮辺 雅宏*; 池内 隆志*; 大久保 雅隆*

Nakamura, Tatsuya; Katagiri, Masaki; Ukibe, Masahiro*; Ikeuchi, Takashi*; Okubo, Masataka*

Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$単結晶上に製作した超伝導トンネル接合素子(STJ)により中性子を検出することに成功した。本検出器は、中性子核反応($$^{6}$$Li+n$$rightarrow$$T+$$alpha$$+4.78MeV、あるいは、$$^{10}$$B+n$$rightarrow$$$$^{7}$$Li+$$alpha$$+2.3MeV)の結果励起される多数のフォノンを単結晶表面に製作された超伝導トンネル接合素子により検出することで中性子を検出する。LBO単結晶は、中性子吸収断面積の大きい$$^{6}$$Li, $$^{10}$$Bから構成され、かつ、低原子番号の元素により構成されていることから、ほぼ100%に近い検出効率と低バックグランドが実現される。また、核反応の結果生じる二次粒子の飛程が短いため、直列接合型STJ素子、あるいは、STJアレイ群によりイメージング検出器を構成すると数ミクロン以下の高位置分解能も期待できる。われわれは上述の検出器を製作し、中性子検出に供することができることを実証した。さらに1.3mmの距離をおいて製作した二つのSTJ素子の波高相関測定から、中性子位置検出器としても動作可能であることを確認している。

We succeeded in detecting neutrons using superconducting tunnel junctions (STJs) fabricated on a single crystal of Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$. Neutrons are captured in the crystal by the nuclear reactions $$^{6}$$Li + n $$rightarrow$$ T+ $$alpha$$ + 4.78 MeV and $$^{10}$$B + n $$rightarrow$$ $$^{7}$$Li + $$alpha$$ + 2.3 MeV, and generated phonons propagate in the absorber and are measured by the STJs. We selected a single crystal of Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$ as the absorber material because of properties such as the large neutron cross-section of $$^{6}$$Li and $$^{10}$$B, low $$gamma$$-ray sensitivity, short particle range in the substrate, and fast phonon velocity. Series-connected or multiple STJs on the crystal would enable two-dimensional neutron imaging with high detection efficiency, low gamma-ray background, and a high spatial resolution of a few microns. We demonstrate neutron detection by the STJs and show their X-ray response and neutron detection. The correlation in pulse heights between two junctions located 1.3mm apart clearly indicates the possibility of neutron imaging.

発表言語

 :

English

掲載資料名

 :

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A

巻

 :

520

号

 :

1-3

ページ数

 :

p.67 - 69

発行年月

 :

2004/03

発表会議名

 :

10th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD10)

開催年月

 :

2003/07

開催都市

 :

Genoa

開催国

 :

Italy

キーワード

 :

Superconducting Tunnel Junction; Neutron; Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$; High Spatial Resolution; High Detection Efficiency

特許データ

 :

PDF

 :


論文URL

 :

https://doi.org/10.1016/j.nima.2003.11.222

研究データの公開先DOI

 :

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使用施設

 :

JRR-3M(研究炉3)  

広報プレスリリース

 :

論文解説記事
(成果普及情報誌)

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受委託・共同研究相手機関

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Access

 :

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InCites™

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パーセンタイル：83.54

分野：Instruments & Instrumentation

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