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Radon measurements with a compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer

有機シンチレータベースの小型$$alpha$$/$$beta$$検出器を用いたラドン測定

森下 祐樹; Ye, Y.*; Mata, L.*; Pozzi, S. A.*; Kearfott, K. J.*

Morishita, Yuki; Ye, Y.*; Mata, L.*; Pozzi, S. A.*; Kearfott, K. J.*

ラドン測定用のコンパクトな有機シンチレータベースの$$alpha$$/$$beta$$検出器を開発し、ユニークで小さなラドンチャンバーを使用して特徴付けた。検出器は、シリコン貫通電極(TSV)シリコン光電子増倍管(またはSiPM)と6mm$$times$$6mm$$times$$6mmのスチルベン結晶キューブで構成されている。SiPMからのアナログ信号はデジタイザに送信される。検出器は遮光ボックスに収納されており、$$^{222}$$Rnガスが内部に拡散できるようにボックスの片側に空気ろ紙が取り付けられる。ミシガン大学の地下室に設置された検出器とAlphaGUARD検出器を使用して、$$^{226}$$Ra線源とともに小さなラドンチャンバーに両方の検出器を配置して他の実験を行った。パルス形状識別手法を適用することにより、アルファスペクトルとベータスペクトルを同時にかつ明確に分離し、それらを定量的に測定することができた。測定されたアルファスペクトルに2つのピークが検出され、$$^{218}$$Poによる低エネルギーピークと$$^{214}$$Poによる高エネルギーピークであった。AlphaGUARDのラドン濃度と$$alpha$$/$$beta$$検出器の計数率との間の線形関係が確認された。$$alpha$$/$$beta$$検出器の厚さは10mm未満であった。したがって、このコンパクトな有機シンチレータベースの$$alpha$$/$$beta$$検出器は、新しいラドン検出システムとして有用となる可能性がある。

We have developed a compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer for radon measurements and have characterized it using a unique, small radon chamber. The spectrometer is composed of a through-silicon via (TSV) silicon photomultiplier (or SiPM) and a 6 mm $$times$$ 6 mm $$times$$ 6 mm stilbene crystal cube. Analog signals from the SiPM are sent to a digitizer. The detector is housed in a light-tight box, with a stacked air filter installed in one side of the box to enable $$^{222}$$Rn gas to diffuse to the inside. We conducted one experiment with the spectrometer and an AlphaGUARD detector placed in a basement at the University of Michigan, and we conducted other experiments with both detectors placed in a small radon chamber together with $$^{226}$$Ra sources. By applying a pulse-shape-discrimination technique, we were able to separate the alpha and beta spectra simultaneously and clearly and to measure them quantitatively. We found two peaks in the measured alpha spectrum: a lower-energy peak due to $$^{218}$$Po and a higher-energy peak due to $$^{214}$$Po. We found a linear relation between the radon concentration y from AlphaGUARD and the counting rates from the stilbene-SiPM detector. The alpha/beta spectrometer is less than 10 mm thick, and we expect that it will be easy to increase the sensitivity with future device construction. Thus, this compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer shows promise for use in novel radon-detection systems.

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