Development of a pulse-width-discriminating He position-sensitive detector system

佐藤 節夫*; 梶本 亮一; 稲村 泰弘

Journal of Neutron Research, 24(3-4), p.427 - 434, 2023/01

https://doi.org/10.3233/JNR-220016

In many neutron scattering experiments, He-gas position-sensitive detectors (PSDs) are employed to obtain high-quality data. However, the exact position where a neutron is detected cannot be determined if two or more neutrons are simultaneously captured at different positions. This results in noise and degrades the quality of the data. In particular, such noise is a serious source of spurious scattering in inelastic neutron scattering instruments equipped with a large number of long PSDs recently developed at pulsed neutron sources. Herein, we introduce a pulse-width-discriminating PSD system that monitors the pulse width and height of the collected data. The system utilizes previously developed neutron-readout boards and removes instances of two or more simultaneous captures from the data to significantly improve the performance of PSDs. We also propose a new program to monitor the pulse width from PSD data using a hardware function implemented for other purposes. We confirm that the noise decreases to a level almost equal to that of the background. Although the developed program is applied to an inelastic scattering experiment, it is applicable to other types of experiments in which mispositioned signals should be eliminated as noise.

Characteristics of the 2012 model lithium-6 time-analyzer neutron detector (LiTA12) system as a high efficiency detector for resonance absorption imaging

甲斐 哲也; 佐藤 節夫*; 廣井 孝介; Su, Y. H.; 瀬川 麻里子; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 篠原 武尚; 及川 健一; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.496 - 500, 2018/12

https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.11.086

The 2012 model lithium-6 time-analyzer neutron detector (LiTA12) system, based on a lithium glass scintillator and multi-anode photomultiplier tube, has the highest neutron efficiency among the detectors for pulsed neutron imaging together with a flexibility of the efficiency by changing the thickness of the lithium glass. The authors expect this detector system could become a main detector system for the energy-resolved neutron imaging system, RADEN, at J-PARC, and have started evaluation of the LiTA12 system. For example, spatial resolution for resonance absorption imaging was evaluated by using a line-pair pattern made by 3 micro meter thick gold on a quartz plate. Less than 1 mm width line pairs were resolved at an 8 Mcps neutron counting rate and around 5 eV neutron energy.

The Fermi chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 河村 聖子; 横尾 哲也*; 中谷 健; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB025_1 - SB025_6, 2011/01

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB025

4SEASONS is a Fermi chopper spectrometer, which is in operation in Materials and Life Science Experimental Facility (MLF), J-PARC. It is intended to provide high-efficiency measurement of weak inelastic signals on novel spin and lattice dynamics with thermal neutrons. For this purpose, the spectrometer utilizes the coupled moderator and advanced instrumental design such as an elliptic-shaped converging neutron guide with high-critical angle supermirrors inside, long (2.5 m) position sensitive detectors, and a Fermi chopper feasible for multiple-incident-energy (multi-) measurement with the repetition rate multiplication technique. Here we show detailed design of the spectrometer, evaluation of its performance, and some examples of measurements.

Analysis of neutronic experiment on a simulated mercury spallation neutron target assembly bombarded by Giga-electron-Volt protons

前川 藤夫; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 高田 弘; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; Jerde, E.*; Glasgow, D.*; 仁井田 浩二*; 中島 宏; et al.

Nuclear Science and Engineering, 150(1), p.99 - 108, 2005/05

https://doi.org/10.13182/NSE05-A2504

米国BNLのAGS加速器による1.94, 12, 24GeVの陽子ビームを入射した鉛反射体付き水銀核破砕中性子ターゲット模擬体系における中性子工学実験の解析を行い、陽子加速器駆動による核破砕中性子源に対する中性子工学計算の妥当性検証を行った。解析にはモンテカルロ法粒子輸送計算コードNMTC/JAM, MCNPX, MCNP-4A、及びJENDL, LA-150の核データライブラリを用いた。その結果、取り扱ったエネルギー範囲がGeVからmeVまで12桁以上に及ぶにもかかわらず、高速中性子束及び熱中性子束の計算値はほぼ40%以内で実験値と一致した。このことから、これらの計算コードとデータの組合せによる中性子工学計算により、核破砕中性子源の核特性評価を適切に行えるとの結論を得た。

Current status of the AGS spallation target experiment

中島 宏; 高田 弘; 春日井 好己; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 甲斐 哲也; 今野 力; 池田 裕二郎; 大山 幸夫; 渡辺 昇; et al.

Proceedings of 6th Meeting of the Task Force on Shielding Aspects of Accelerators, Targets and Irradiation Facilities (SATIF-6), (OECD/NEA No.3828), p.27 - 36, 2004/00

米国ブルックヘブン国立研究所AGS(Alternating Gradient Synchrotron)加速器を用いて行われている一連の核破砕ターゲット実験及びその解析の概要について報告する。本実験では、中性子発生特性,遮蔽設計パラメータに関する情報を得ることを目的として、AGS加速器から得られる数GeV,数百kJの陽子ビームを水銀核破砕ターゲットに入射し、そこで発生する二次粒子を用いて、中性子工学及び遮蔽に関する実験を過去4年間にわたって行ってきた。昨年、遮蔽実験を行うとともに、これまでの実験結果の解析を通して大強度陽子加速器施設の設計コードの精度検証が精力的に行われている。本報告では、昨年行った遮蔽実験の最新結果及びこれまで行ってきた実験解析の結果について紹介する。

Analysis of the AGS experiment on mercury target with a moderator and a lead reflector bombarded by GeV energy protons

前川 藤夫; 仁井田 浩二*; 明午 伸一郎; 春日井 好己; 池田 裕二郎; 高田 弘; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; ASTE Collaboration Team

JAERI-Conf 2001-002, p.983 - 991, 2001/03

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Conf-2001-002-Part1.pdf

MW級の陽子加速器を利用した核破砕中性子源に対する中性子工学計算の妥当性検証に必要なデータ取得を目的とし、米国BNLのAGSシンクロトロンのGeV陽子ビームを入射した鉛反射体付き水銀ターゲットにおける中性子工学実験が行われた。本研究では、この実験の解析をNMTC/JAM、MCNP-4A,MCNPXコード,及びJENDL,LA-150の核データライブラリを用いて行い、これら計算手法の精度評価を行った。その結果、さまざまなしきい放射化反応率、減速材からの熱中性子スペクトルともに、計算値は実験値と約50%以内の精度で一致した。以上から、これらの計算手法は核破砕中性子源の核特性評価において十分な精度があるとの結論を得た。

Measurement of activation reaction rate distribution on a mercury target with a lead-reflector and light-water-moderator for high energy proton bombardment using AGS accelerator

春日井 好己; 高田 弘; 明午 伸一郎; 前川 藤夫; 中島 宏; 池田 裕二郎; 猪野 隆*; 佐藤 節夫*; Jerde, E.*; Glasgow, D.*

JAERI-Data/Code 2000-042, 62 Pages, 2001/02

JAERI-Data-Code-2000-042.pdf:1.96MB

ASTE (AGS Spallation Target Experiment)共同実験の一環として、ブルックヘブン国立研究所のAGS加速器を使って、鉛反射対及び軽水減速材付き水銀ターゲットからGeV領域の陽子入射によって発生する核破砕中性子の特性を実験的に調べた。入射陽子のエネルギー1.94,12及び24GeVについて、水銀ターゲットに沿った位置における種々の反応率を放射化法で測定した。放射化検出器としては、インジウム,ニオブ,アルミニウム,コバルト及びビスマスを用い、0.33~4.09MeVのしきいエネルギーをカバーした。本レポートは、実験方法及びすべての実験結果をまとめたものである。

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,9; ISIS型1次元中性子検出器の中性子照射試験結果

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.*; 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検出器の中性子照射試験を行った。中性子照射試験は、原子力機構放射線標準施設棟(FRS)の熱中性子校正場(Cf線源,黒鉛減速体系)で行った。試験では、一様性及び中性子感度を測定した。その結果、検出器出力もほぼ一様であり、標準偏差で5.3%程度であった。また、検出器位置における中性子束から感度を評価すると、約65%となった。また、検出器の計数特性を調べるため、JRR-3のMUSASIポートでビーム試験を行った。この試験では、中性子ビームをコリメートし、これを検出器の有感部分に照射した。この結果、試作した検出器は約10cpsまでの範囲で直線性を有し、しかもその出力は比較したHe検出器とほぼ同じであるため、検出効率はHe検出器(43%@1)と同等の性能を有していることがわかった

チョッパー分光器「四季」の現状

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 中島 健次; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 水野 文夫; 柴田 薫; et al.

no journal, , 

「四季」はJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)に設置されるチョッパー型非弾性散乱装置の一つであり、数100meV以下のエネルギー領域で中分解能ながら従来の装置に比して飛躍的な測定効率の向上を目指した装置である。今年度後半からの供用開始に向けて現在建設が急ピッチで進められ、9月には一部の機器が未整備ながらも中性子ビームを使用した試験調整運転を開始した。本発表では「四季」の建設状況を9月のビーム実験の結果も交えながら報告する。

チョッパー型中性子分光器「四季」の現状

梶本 亮一; 中村 充孝; 横尾 哲也*; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 高橋 伸明; 河村 聖子; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

no journal, , 

「四季」は大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設(MLF)のパルス中性子源に建設されたフェルミチョッパー型中性子分光器である。中性子非弾性散乱測定によって高温超伝導体等に見られる新奇な磁気励起・フォノンを効率よく調べることを目的としており、国内外の他の同種の装置に比べて熱中性子領域においてより高い測定強度・測定効率を達成することを目指している。本装置は2008年9月より中性子ビームを使った機器調整を進めていたが、2009年6月よりいよいよ非弾性散乱測定を開始した。そこでは早くも非弾性散乱の新手法の実証実験に成功するなど装置性能の高さを予感させる結果が得られている。最近はさらに装置整備を進めるとともに、高温超伝導酸化物等を対象とした本格実験も開始した。本発表では装置の現状について整備状況及び最近の実験データを交えて報告する。