Development of a phoswich detector for low-energy gamma rays emitted from alpha emitters

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*

福島第一原子力発電所の廃止措置では、アルファ核種を含む配管の汚染検査は重要である。アルファ粒子の外部からの測定は非現実的であるため、検出はアルファ核種によって放出されるガンマ線を測定する方法がとられている。そのため、低エネルギーガンマ線を検出するためのフォスウィッチ検出器を開発し、実験的に検証した。検出器はエネルギー付与特性を考慮して設計され、YAP:CeまたはHR-GAGGシンチレータとBGOシンチレータの組み合わせで構成され、信号増幅には光電子増倍管を使用した。異なるガンマ線エネルギーを入射したとき、1層目と2層目のシンチレータ内のエネルギー付与の違いを示すことができた。この違いを識別し、低エネルギーガンマ線と高エネルギーガンマ線を効果的に識別することができた。

The decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station requires thorough inspection of piping for contamination, including alpha nuclides. Since external alpha particle measurements are impractical, detection relies on gamma-rays emitted by the alpha nuclides. Therefore, a phoswich detector for detecting low-energy gamma-rays was developed and experimentally validated. The detector was designed with consideration of energy deposition characteristics and consists of YAP:Ce or HR-GAGG scintillators in combination with BGO scintillators, employing a photomultiplier tube for signal amplification. Validation procedures included Monte Carlo simulations and measurements using actual radiation sources. Both measurement and simulation results demonstrate a correlation in scintillator energy depositions across different gamma-ray energies. Pulse Shape Discrimination (PSD) plots effectively differentiate between low-energy and high-energy gamma-rays, thereby confirming the predictions from simulations. These results suggest promising potential for developing a sensitive low-energy gamma-ray detector utilizing various scintillator combinations. The phoswich detector shows promise for effectively detecting low-energy gamma-rays emitted by alpha nuclides in piping.