Study of light output and response function of liquid organic scintillator for high-energy neutron spectrometry

高エネルギー中性子測定のための液体有機シンチレータにおける光出力及び応答関数に関する研究

佐藤 大樹   ; 佐藤 達彦   ; 遠藤 章   ; 松藤 成弘*; 佐藤 眞二*; 高田 真志*; 石橋 健二*

Satoh, Daiki; Sato, Tatsuhiko; Endo, Akira; Matsufuji, Naruhiro*; Sato, Shinji*; Takada, Masashi*; Ishibashi, Kenji*

シンチレーション検出器を用いて中性子のエネルギースペクトルを測定するためには、検出器の応答関数が必要とされる。この応答関数を精度よく評価するためには、入射中性子とシンチレーション物質との核反応による荷電粒子生成と、それに伴う発光機構を解明することが重要である。そこで、液体有機シンチレータにおける、荷電粒子の運動エネルギーと光出力の相関を調べるために、放射線医学総合研究所HIMACにおいて、さまざまな荷電粒子に対する応答関数を測定した。液体有機シンチレータとして、中性子測定で広く利用されているBC501Aを用いた。各種荷電粒子は高エネルギー重イオンの炭素ターゲットへの入射核破砕反応により生成され、粒子弁別後に飛行時間からその運動エネルギーを求めた。実験から得た荷電粒子の運動エネルギーと光出力の相関を、半実験式と比較したところ、陽子と重陽子に関しては非常に良い一致を示した。しかし、粒子に関しては、系統的に大きな値を与えることを明らかにした。

The response functions of a BC501A liquid organic scintillator have been measured for incidence of various charged particles to investigate the relationship between the kinetic energy of the charged particles and the light output of BC501A. The experiment was performed at Heavy-Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC) utilizing spallation reactions by heavy ion bombardment on a graphite target. Charged particles incidental on BC501A were identified with the two-dimensional scatter plot of the time-of-flight and the light output. The light output of the BC501A scintillator was deduced as a function of the kinetic energy of the charged particles, and was compared with the semi-empirical formula. While the experimental data showed a good agreement with the formula for proton and deuteron, the data gave slightly larger values compared with the systematic trend for alpha particle.