Development of a compact alpha/beta detector for in-pipe contamination measurement

管内汚染測定用小型・検出器の開発

森下 祐樹   ; 山田 勉*; 中曽根 孝政*; 菅野 麻里奈*; 佐々木 美雪  ; 眞田 幸尚   ; 鳥居 建男*  

Morishita, Yuki; Yamada, Tsutomu*; Nakasone, Takamasa*; Kanno, Marina*; Sasaki, Miyuki; Sanada, Yukihisa; Torii, Tatsuo*

配管に直接挿入できる新しいコンパクトなアルファ/ベータ検出器の作成した。検出器であるホスウィッチ検出器は、アルファ粒子とベータ粒子用のシンチレーターで構成される。アルファ粒子の場合、厚さ3.25mg/cmのZnS(Ag)シンチレータが1層目として使用され、6mm6mm6mmのセリウムドープGdGaAlO (GGAG)シンチレータが2層目シンチレータとして用いられた。GAGGシンチレータの底部には有効径8mmの小型光電子増倍管(H14603、浜松ホトニクス株式会社)を光学グリスで接続した。信号は小型光電子増倍管に内蔵されたプリアンプで増幅され、デジタイザー(DT5730S、CAEN)に入力された。アルファ/ベータ識別性能を確認した。続いて、アルファ粒子とベータ粒子を放出するトリウム源を同時に測定した。アルファ波形とベータ波形を区別するために、電荷積分(CI)法を採用した。2次元パルス形状識別(PSD)マップは、アルファ粒子とベータ粒子の2つのクラスターの分布を示し、どちらも効果的に識別された。検出器の外形寸法は22.0mm22.0mm30.0mmで、配管内に直接挿入して測定することが可能である。今後の課題として、シンチレータの組み合わせを変更することで、アルファ粒子とベータ粒子の識別の最適化を目指す。

We have tried to create a novel compact alpha/beta detector capable of direct insertion into piping for the immediate assessment of alpha and beta contamination. The detector, a phoswich detector, comprises scintillators for alpha and beta particles. For alpha particles, a ZnS(Ag) scintillator with a thickness of 3.25 mg/cm was used as the initial layer, while a cerium-doped GdGaAlO (GGAG) scintillator measuring 6 mm 6 mm 6 mm served as the scintillator for the secondary layer for beta particles. The bottom of the GAGG scintillator was coupled with optical grease to a compact photomultiplier tube (H14603, Hamamatsu Photonics K.K.), with an effective diameter of 8 mm. The signal was amplified by a preamplifier embedded in the compact photomultiplier tube and then the signal was input to a digitizer (DT5730S, CAEN). to confirm the alpha/beta discrimination performance. Subsequently, a thorium source emitting alpha and beta particles concurrently conducted measurement. A charge integration (CI) method was employed to distinguish the alpha and beta waveforms. A 2-dimensional Pulse Shape Discrimination (PSD) map showed the distribution of two clusters of alpha and beta particles, both of which were effectively discriminated. The detector has outer dimensions of 22.0 mm 22.0 mm 30.0 mm, facilitating direct insertion into a pipe for measurement purposes. As a future endeavor, we aim to optimize the discrimination between alpha and beta particles by modifying the combination of scintillators.