Development of secondary particles detection system with stilbene organic scintillator in J-PARC RCS

J-PARC RCSにおける有機シンチレータを用いた2次粒子計測の開発

吉本 政弘  ; 岡部 晃大  ; 金正 倫計  

Yoshimoto, Masahiro; Okabe, Kota; Kinsho, Michikazu

J-PARC RCSでは、リニアックから400MeVのHビームを入射し、荷電変換薄膜で陽子に変換する。ビーム入射期間中において、荷電変換薄膜は入射されるHビームだけでなく周回するビームとも衝突する。高エネルギー大強度ビームを薄膜に照射すると核反応が生じ、二次粒子である陽子及び中性子が発生する。この二次粒子が薄膜周辺に強い放射化を引き起こし問題となっている。そこで発生した二次粒子の計測を計画しており、そのためには陽子・中性子・線を区別できる粒子検出器の開発が必須となる。そこで、われわれはスチルベン有機シンチレータとプラスチックシンチレータを組み合わせた粒子検出器の開発を進めている。スチルベンシンチレータはパルス波形弁別(PSD)手法を用いることで線と中性子・陽子とを弁別することができる。一方、中性子にほとんど反応しないプラスチックシンチレータをスチルベンシンチレータの前に設置することで、陽子と中性子との区別する仕組みが構築できる。本発表では、特に開発中のスチルベンシンチレータのPSD性能試験について報告する。

In the J-PARC RCS, 400 MeV H beams from the LINAC are injected to the stripper foils so that the most of beams are converted to protons. The stripper foil is irradiated not only by the injected H beams but also by the circulating protons. The high energy and intense beam irradiation into the foil generates secondary neutrons and protons via nuclear reactions. These secondary particles cause high residual activation around the stripper foil. To measure the secondary particles from the stripper foil, the particle detector system is required to discriminate among proton, neutrons and rays. Then, we develop the detector system combining a stilbene organic scintillator and a plastic scintillator. The stilbene scintillator can discriminate rays and other particles (protons and neutrons) with the Pulse Shape Discrimination (PSD) function. Furthermore, it can separate protons from neutrons by using the plastic scintillator which is set on the front of the stilbene scintillator. In this presentation, we report the PSD performance test of the stilbene scintillator in the utility tunnel in the RCS.