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Optical guide property of alternative He-3 neutron detectors using solid scintillators for nuclear safeguards

固体シンチレータを用いた保障措置用He-3代替中性子検出器の導光特性

大図 章; 中村 龍也; 高瀬 操; 倉田 典孝; 春山 満夫; 呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫

Ozu, Akira; Nakamura, Tatsuya; Takase, Misao; Kurata, Noritaka; Haruyama, Mitsuo; Kureta, Masatoshi; Soyama, Kazuhiko; Seya, Michio

日本原子力研究開発機構では、保障措置用He-3中性子検出器の代替として固体シンチレータを用いた検出器を開発している。その検出器は、アルミニウム製の矩形チューブ(長さ約300mm, 32$$times$$32mm)、シンチレータシート(39mm$$times$$250mm)、及び二つの光電子増倍管から構成される。シンチレータシートは、そのアルミニウム管内の矩形断面の斜め方向に設置され、光電子増倍管は管の両端に設置される。現在、検出効率としてHe-3検出器の約50%の値が得られ、かつ$$gamma$$線感度として5$$times$$10$$^{-7}$$が達成されている。この検出器の基本性能は、検出器管内のシンチレータ光の導光特性に大きく依存する。検出器管内のシンチレータ面から光電子増倍管までの光の伝送効率を光線追跡シミュレーションで評価した。その結果について、試験結果と比較して報告する。

Alternative He-3 neutron detectors using inorganic solid (ZnS:Ag/10B$$_{2}$$O$$_{3}$$) scintillators for nuclear safeguards have been developed in Japan Atomic Energy Agency (JAEA). The detector module is made mainly of three components: an aluminum regular square tube (32 mm $$times$$ 32 mm $$times$$ 300 mm), a rectangular scintillator sheet (39 mm $$times$$ 250 mm) and two PMTs. The scintillator sheet is fit on the diagonal inside the square tube, while the two PMTs are installed at both ends of the tube. At present, the detection efficiency of around 50% of that of the He-3 gas detector has been already achieved. The $$gamma$$ ray sensitivity of $$<$$ 5$$times$$10$$^{-7}$$ is also obtained. The fundamental performance of the alternative detector is strongly dependent on the optical guide property of scintillation lights inside of the tube. The transport properties of the scintillation lights detected with the PMTs was evaluated by a ray-tracing simulation. The results are discussed in comparison with the experimental results.

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