Design of a wide energy range stacked CR-39 detector diminishing contaminant photo-neutrons using Monte Carlo particle transport simulations

モンテカルロ粒子輸送コードを使用した光中性子を考慮した積層型CR-39の設計

金崎 真聡; 福田 祐仁; 榊 泰直; 余語 覚文; 神野 智史   ; 西内 満美子; 服部 篤人*; 松川 兼也*; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*

Kanasaki, Masato; Fukuda, Yuji; Sakaki, Hironao; Yogo, Akifumi; Jinno, Satoshi; Nishiuchi, Mamiko; Hattori, Atsuto*; Matsukawa, Kenya*; Kondo, Kiminori; Oda, Keiji*; Yamauchi, Tomoya*

CR-39飛跡検出器は電子線やX線との混成場においてもイオンのみを検出可能なためレーザー駆動イオン加速実験に幅広く用いられている。クラスターガスターゲットを使用したレーザー駆動イオン加速実験では、数十MeVのイオンとともに同様のエネルギーを有した電子線が発生する。高エネルギー電子線は媒質中において制動放射により光子を放出し、さらに、発生した光子は光核反応により光中性子を発生させる。CR-39に光中性子が入射した場合、CR-39内部に存在する原子との反応で反跳陽子や重イオンが飛跡を形成し、エッチングによりエッチピットとして現れる。CR-39を用いてイオン計測を行う場合、光中性子起因のエッチピットは十分なノイズになり得るため、高精度な計測を行うためには、その影響を十分に排除しなくてはならない。本研究では、モンテカルロ粒子輸送コードPHITSを利用して、光中性子の影響を最小限に抑えた状態で数百MeVのプロトンを計測可能な積層型CR-39の設計を行った。

A CR-39 detector has been widely utilized in the laser-driven ion acceleration experiments. In our experiments applying cluster-gas target, along with high energy ions with several tens of MeV, a significant amount of well-collimated high energy electrons with similar energies are produced. Such fast electrons could produce high energy photons. Furthermore, such photons could produce photo-neutrons. If the CR-39 is exposed to such photo-neutrons, it can record recoiled protons and other heavy ions generated by the photo-neutrons. In order to precisely diagnose only for laser accelerated protons and heavy ions, we have to keep the photo-neutron fluence level as low as possible. In the present study, to minimize the effect of photo-neutrons, we have optimized the geometry of the CR-39 detector unit by using Monte Carlo particle transport code PHITS. The developed detector unit allows us to diagnose the laser-accelerated ions up to several hundred MeV with less effect from photo-neutrons.