Development of a neutron sintillator for a compact NRTA system

小型NRTAシステムのための中性子シンチレーション検出器の開発

伊藤 史哲*; Lee, J. ; 弘中 浩太 ; 高橋 時音; 鈴木 敏*; 堀 順一*; 寺田 和司*; 小泉 光生 

Ito, Fumiaki*; Lee, J.; Hironaka, Kota; Takahashi, Tone; Suzuki, Satoshi*; Hori, Junichi*; Terada, Kazushi*; Koizumi, Mitsuo

文部科学省補助金事業「核セキュリティ強化等推進事業費補助金」の下、核不拡散技術開発の一環として、レーザー駆動中性子源(LDNS)を用いたコンパクトな核共鳴透過分析(NRTA)システムの技術開発を行っている。NRTAにおいては、パルス中性子源から放出される中性子エネルギーが、飛行時間(TOF)法を用いて測定される。LDNSは、短い飛行距離でも高精度なTOF測定を行うために必要となる、短いパルス幅を持つという特性等から注目されている。短距離TOF測定では、減速材中の水素への中性子捕獲による2.2MeVガンマ線の飛来タイミングと、共鳴エネルギー付近の中性子の飛来タイミングが重なり、大きなガンマ線背景事象が存在することとなる。また、LDNSは発展途上であるため、中性子フラックスが十分ではなく、検出効率の高い検出器を用いることが望ましい。このため、我々は、高エネルギーガンマ線に対する検出効率が低く、かつ高い中性子感度を持つ検出器(多層型中性子検出器)を開発してきた。令和3年度の実験結果の一つとして、多層型中性子検出器が、高エネルギーガンマ線に対して低感度であることが確かめられた。

A compact Nuclear Resonance Transmission Analysis (NRTA) system using a Laser Driven Neutron Source (LDNS) has been developed as a part of the development of nuclear non-proliferation technology supported by the MEXT. In NRTA, the neutron energy emitted from a pulsed neutron source is measured using the time-of-flight (TOF) method. LDNS is of interest because of its short pulse width, which is necessary for accurate TOF measurements over short flight distances. In the short-distance TOF measurement, there will be a large gamma-ray background event due to the coincidence of the timing of the arrival of 2.2 MeV gamma-rays due to neutron capture on hydrogen in the moderator and the timing of the arrival of neutrons around the resonance energy. Since the LDNS is still under development, the neutron flux is not sufficient and it is desirable to use a detector with high detection efficiency. For these reasons, we have developed a detector with low efficiency to gamma-rays and high efficiency to neutrons (multilayer neutron detector). As one of the results of this year's experiments, we confirmed that the multilayer neutron detector have low sensitivity to gamma-rays.