Development of a neutron detector LiTA12 for resonance energy region

共鳴領域用中性子検出器LiTAの開発

土川 雄介 ; 甲斐 哲也   ; 佐藤 節夫*; 及川 健一   ; 篠原 武尚   

Tsuchikawa, Yusuke; Kai, Tetsuya; Sato, Setsuo*; Oikawa, Kenichi; Shinohara, Takenao

中性子共鳴イメージングとは、中性子共鳴ピーク分析により、試料中に存在する元素の定量的評価だけでなく、分布を測定することができる可視化技術である。一般に、中性子イメージングは比較的軽元素の可視化に有効であると考えられている。しかし、軽元素の中性子共鳴の多くはkeV以上のエネルギーを持つため、元素の同定は容易ではない。大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)は、核破砕を起こす陽子ビームのバンチ幅が100ns程度と短いため、高エネルギー領域の測定に適しており、高速応答シンチレータ検出器を用いた軽元素同定のための検出器開発が進められている。MLFで稼働している2012年モデルの6-リチウム時間分析中性子検出器(LiTA12)は、50mm四方の感応面積を持ち、空間分解能は約700mである。この検出器は7Mcpsの計数率を持ち、高速な時間応答により共鳴エネルギー領域の中性子測定に使用されている。最近、LiTA12を使った自動測定やシーケンシャル測定が可能になった。LiTA12は現在、NIDやnGEMのような他の検出器と同じくらい使いやすくなってきた。現在、LiTAを使ってkeV以上の共鳴ピークを持つイメージングを可能とするように更新している。我々は、リチウムや一般的に使用される鉄のような数十から数百keVにピークを持つ元素の定量的イメージングを目指しており、そのためにガンマ線バックグラウンドの解明やプラスチックシンチレータを用いた検出器の高速応答のテストに取り組んでいる。本講演では、LiTA12の最近の開発と、この検出器を用いた測定例を紹介する。

Neutron resonance imaging is a visualization technique that enables to measure distribution as well as quantitative evaluation of each element present in a sample by neutron resonance peak analysis. In general, neutron imaging is considered to be effective in visualizing relatively light elements. However, since most of the neutron resonances of light elements have energies above keV, it has not been easy to identify light elements. The Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) is suitable for measurement in the high-energy region because the bunch width of the proton beam that causes spallation is as short as about 100 ns, and the development of detector for light element identification using a fast-response scintillator detector is in progress. The 2012 model lithium-6 time-analyzer neutron detector (LiTA12) in operation at MLF has a sensitive area of 50 mm square and has a spatial resolution of about 0.7 mm. It has 7 Mcps counting rate and is used for neutron measurements in the resonance energy region due to its fast time response. Recently, automated or sequential measurements using LiTA12 have become available. LiTA12 is now as easy to use as other detectors such as uNID and nGEM operating at RADEN/MLF. The system is currently being updated to support imaging with resonance peaks above keV. We are aiming for quantitative imaging of elements with peaks in the tens to hundreds of keV, such as lithium and the commonly used iron, and to this end we are working on elucidating the gamma-ray background and testing the fast response of detectors using plastic scintillators. In this presentation, we will present recent developments of LiTA12 and examples of measurements using the detector.