A Half-millimetre spatial resolution fibre-coded linear position-sensitive scintillator detector with wavelength-shifting fibre read-out for neutron detection

中村 龍也; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 606(3), p.675 - 680, 2009/07

https://doi.org/10.1016/j.nima.2009.05.013

A fibre-coded linear scintillator detector with a half-millimetre spatial resolution was developed with wavelength-shifting fibre read-out. The head of the detector comprised a ZnS/LiF scintillator placed on the ribbon of WLS fibres. Both ends of the fibres were coded to reduce the number of read-out photomultipliers and associated electronic circuitry. The prototype detector in which the fibre ribbon was sandwiched between two ZnS/LiF scintillators exhibited a spatial resolution of 0.5 mm, a detection efficiency of 35% for 1- neutrons, and a sensitivity of less than . This type of detector would be useful where a submillimetre spatial resolution is required with large detector coverage such as in neutron reflectometers.

波長シフトファイバを用いた高検出効率,高位置分解能型2次元シンチレータ中性子検出器の開発研究; J-PARC/MLF生命物質構造解析装置「iBIX」のためのコンパクト型検出器の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 細谷 孝明*; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦; Schooneveld, E.*; Rhodes, N.*

JAEA-Research 2008-115, 33 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-115.pdf:3.77MB

J-PARC/MLFの生命物質構造解析装置に実機として供与することのできる波長シフトファイバを用いた高検出効率,高位置分解能型2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。検出器を構成する各要素について当該装置仕様に基づいて最適化し高性能化を図った。有感面積13.313.3cm,不感面積率30%以下であるコンパクトなプロトタイプ検出器を試作しISISパルス中性子源にてその動作性能を確認した。開発した2次元検出器は当該装置に要求された仕様をほぼ満足するものであった。

6464チャンネル高位置分解能中性子イメージ検出器の検出特性

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; Rhodes, N.*; Schoonveld, E.*

JAERI-Research 2004-020, 19 Pages, 2004/12

JAERI-Research-2004-020.pdf:4.57MB

ZnS:Ag/LiFシンチレータと波長シフトファイバを用いた背面読み取り法により位置検出を行う6464チャンネル高位置分解能中性子イメージ検出器の検出特性を英国ラザフォードアップルトン研究所のISISにおいて測定した。その結果、ISISが実際に用いているApplied Scintillator Technology(AST)社製シンチレータを用いた場合、熱中性子に対して検出効率が24.5%であることがわかった。また、同時に線感度をCo線源を用いて測定した結果、710counts/photonsであることがわかった。原研で開発したZnS:AgとLiFとの比が1.5:1としたシンチレータでは熱中性子に対して検出効率が14.5%とISISのものに対して約60%であることがわかった。検出効率については、1-1, 1-2, 2-1、及び2-2コインシデンス法についてそれぞれ評価した。本検出器による中性子イメージ特性は、原研CNRF施設を用いて評価した。直径2mmの穴のあいたCdコリメータを用いて測定した結果、明瞭なビームイメージが得られることがわかった。2-2コインシデンス法を用いた場合には、検出効率は下がるものの位置分解能が改善されることを確認した。

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,1; ISIS型1次元中性子検出器の試作と作動試験結果

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 中村 龍也; 曽山 和彦; 美留町 厚; 佐藤 節夫*; Rhodes, N.*

no journal, , 

大強度陽子加速器(J-PARC)計画における物質生命科学研究施設に設置予定の中性子散乱施設、特に残留応力解析や粉末回折実験施設では、大面積の1次元中性子検出器が必要とされる。このため、われわれは英国ラザフォードアップルトン研究所にあるISISに設置されているものと同タイプのZnSシンチレーション検出器の開発・試作を開始した。試作した中性子検出器は、ZnS+Liを検出媒体としたシンチレーション検出器で、その有感面積は実機のハーフサイズで196mm372mmであり、位置分解能は3mmである。検出器システムの作動試験を原子力機構の中性子標準校正施設内の中性子線源(Cf線源)にて行った。その結果、各チャンネルのファイバのコーディングが誤りなく行われていること、及び基本的な作動性能を確認した。

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,8; ISIS型1次元中性子検出器のパルス中性子照射試験

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 中村 龍也; 曽山 和彦; 美留町 厚; 佐藤 節夫*; Rhodes, N.*; Schooneveld, E.*

no journal, , 

JAEAで製作したISIS型1次元中性子検出システムのPMT以降の計測系を小型の検出ヘッドを用いて中性子照射試験を英国RALで行った。Am-Be減速体系での試験では、JAEA製のものとISISオリジナルのData Acquisition Electronics出力のディスクリ特性は両者ともほぼ同等であること、したがってJAEA製のPMT, PMT基板及びDAEが正常動作していることを確認した。また、パルス中性子照射試験をISISのROTAXで行った。試料としてNiロッドを用いた試験では、Niによる回折ピークが幾つか観測されたが、これらのピークは両システムで同じであり、TOF機能も正常に動作していることを確認した。また、chごとの積分強度もほぼ一致していることも確認できた。このため、JAEAで製作したPMT以降の計測系はISISにて実機として作動しているものと同等の性能を有していることが確認された。

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,12; ISIS型1次元中性子検出器の中性子回折実験結果

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 中村 龍也; 曽山 和彦; 美留町 厚; 佐藤 節夫*; Rhodes, N.*; Schooneveld, E.*

no journal, , 

J-PARCの新材料解析装置用中性子検出器としてこれまで開発してきたISIS型大面積型シンチレーション検出器を用いて中性子回折実験を試みた。中性子回折実験は、JRR-3のMUSASIポートで行った。この試験では、中性子ビームをコリメートし、これを試料に照射し、その散乱中性子を試作した検出器で測定した。使用した試料は、Si(粉末),Ni(粉末)、及びFe(二相構造)である。二相構造のFe試料は、体心立方構造(-Fe)と面心立方構造(-Fe)が混合されてできたもので、それぞれ異なった格子定数を有する。なお、MUSASIポートでは中性子を取り出すためのモノクロメータとしてシリコンを用いており、中性子波長は2.2である。Ni及びSiの散乱角を校正点とし、散乱角の関数としての二相構造Fe試料の散乱強度プロファイルからピークの散乱角を決定し、格子定数を求めた。その結果、-Fe相は3.593、-Fe相は2.860となり、以前KEKで測定した値とほぼ一致し正確な値が得られた。

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,13; 工学回折装置用実機型1次元中性子検出器の製作

坂佐井 馨; Harjo, S.; 中村 龍也; 盛合 敦; 片桐 政樹; 曽山 和彦; Rhodes, N.*; Schooneveld, E.*

no journal, , 

大強度陽子加速器(J-PARC)計画における中性子散乱実験施設、特に残留応力解析装置として用いられる工学回折計(匠)に必要な中性子検出器として、われわれは英国ラザフォードアップルトン研究所にあるISISに設置されているものと同タイプのZnSシンチレーション検出器を試作した。本検出器は、光電子増倍管を除いた検出器外形が8051370217mm、重量120kgの大型のものである。検出器有感面積は1m20cmで曲率R=2mを有し、位置分解能は3mmである。また、1台あたりの検出ピクセル数は360chで、ISISにあるENGIN-Xのものと比べて3倍となっている。22mmにコリメートした中性子ビームを検出器に照射してその出力を測定したところ、ビーム照射chのみに強いピークが観測され、コーディングにミスがなく、検出器が正常動作していることが確認された。また、検出器はHe検出器と同等の検出効率(43%@1)と20kcps程度までの出力直線性を有していることがわかった。

J-PARC/MLF匠検出器のための高検出効率ZnS中性子有感シンチレータの開発

中村 龍也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; 片桐 政樹; 曽山 和彦; Rhodes, N.*; Schooneveld, E. M.*; 筒井 紀彰*

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学研究施設(MLF)、BL19の工学材料装置「匠」には10台の大面積1次元シンチレータ検出器がインストールされる。われわれは本検出器の高検出効率化を図るためZnSシンチレータを開発してきた。本発表では、開発したZnS/LiF及びZnS/BOを検出器に装填した場合の中性子検出器の特性試験結果について報告する。シンチレータとしては中性子コンバータであるLiF及びBOの量を標準品よりも増大するということを基本に製作した。これらを匠実機検出器と同一の構造を有する27ピクセル検出器に装填し、中性子計数,線感度,バックグランド計数等の試験評価を行った。その結果、これまでISISで使用されてきた標準品と比較して、2030%の中性子検出効率が改善すること、線感度は同等であることを確認した。

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,17; J-PARC工学材料回折装置用中性子検出器の性能試験

坂佐井 馨; 中村 龍也; 盛合 敦; Harjo, S.; 伊藤 崇芳; 阿部 淳; 相澤 一也; 片桐 政樹; 曽山 和彦; Rhodes, N.*; et al.

no journal, , 

大強度陽子加速器(J-PARC)計画における中性子散乱実験施設、特に残留応力解析装置として用いられる工学回折計(匠)に必要な中性子検出器として、われわれは英国ラザフォードアップルトン研究所にあるISISに設置されているものと同タイプのZnSシンチレーション検出器を試作し、その概要及び基本的な作動試験結果についてこれまで報告してきた。製作した検出器はMLFのビームラインに設置され、2008年9月に中性子ビームを受け入れコミッショニングを行った。その結果、試料として直径10mmの単相鉄に中性子を照射した場合、鉄の面間隔dに起因した散乱ピークがはっきりと確認でき、検出器が正常に動作していることが確認できた。

小型1次元検出器を用いた中性子回折実験

坂佐井 馨; 中村 龍也; 藤 健太郎; 盛合 敦; 片桐 政樹*; 曽山 和彦; Rhodes, N.*; Schoonveld, E.*

no journal, , 

J-PARCの工学材料回折装置匠のシンチレーション検出器と同じ構造を持つ小型の検出器を製作し、JRR-3のRESA-IIにて中性子回折実験を試みた。製作した検出器は、RESA-IIの使用波長2.2では中性子検出効率84%を有し、線感度はCo-60換算で310であった。試料としてNiの粉末を用いた実験を行ったところ、Niの面間隔に起因する明瞭な散乱ピークが確認できた。