Evaluation of quenching characteristics of Li-containing scintillators

Li含有シンチレーターの消光特性評価

渡辺 賢一*; 大島 裕也*; 執行 信寛*; 平田 悠歩   

Watanabe, Kenichi*; Oshima, Yuya*; Shigyo, Nobuhiro*; Hirata, Yuho

Liを含むシンチレータ材料は中性子検出に使用されている。Li含有シンチレータは中性子によって生成されたトリトンとアルファ線を検出しており、これらの粒子はガンマ線に比べて高いエネルギーを付与するため、Li含有シンチレータはガンマ線と中性子を分別して測定できる。しかし、シンチレータの発光効率は消光効果と呼ばれる現象により粒子線に対して低下する。正確に中性子とガンマ線を分別するためには消光効果の評価が必要となる。消光効果によるシンチレーション効率変化予測にはBirksの式が用いられるが、Birksの式に含まれる消光係数を決定する必要がある。そこで、本研究ではPHITSを使用し、消光係数をフリーパラメータとしたBirksの式に基づき消光効果を考慮したLi含有シンチレータの発光量を計算した。そして、シミュレーション結果と実験により得られた発光量を比較することで、Liガラス、Ce:LiCaAlF、Eu:LiCaAlFシンチレータの消光係数を決定した。

Lithium-containing scintillators are used for neutron detection; Li-containing scintillators detect tritons and alpha rays produced by neutrons. Since these particles deposit higher energy than gamma rays, Li-containing scintillators can separate gamma rays and neutrons. However, the luminescence efficiency of scintillator decreases for ion beams due to a phenomenon called the quenching effect. Evaluation of the quenching effect is necessary to accurately separate neutrons and gamma rays. The Birks equation is used to predict the scintillation efficiency change due to the quenching effect, but it is necessary to determine the quenching coefficient in the Birks equation. In this study, we used PHITS to calculate the luminescence of Li-containing scintillators considering the quenching effect based on Birks' equation with the quenching coefficient as a free parameter. Then, by comparing the simulated results with the experimentally obtained luminescence, the extinction coefficients of Li glass, Ce:LiCaAlF, and Eu:LiCaAlF scintillators were determined.