A Method for estimating light quenching in inorganic scintillator detectors for radioactive ion beam experiments

Kreinder, B.; Cox, I.*; Grzywacz, R.*; 西尾 勝久; 他24名*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1085, p.171298_1 - 171298_7, 2026/05

https://doi.org/10.1016/j.nima.2026.171298

In recent experiments, inorganic scintillators have been used to study the decays of exotic nuclei, providing an alternative to silicon detectors and enabling measurements that were previously impossible. However, proper use of these materials requires us to understand and quantify the scintillation process, specifically in response to very heavy nuclei. In this work, we show a simplified method based on the models of Birks (1951) and Meyer and Murray (1962) to parametrize the light output of inorganic scintillators in response to beams of energetic heavy ions over a broad range of energies. We test the accuracy of our parametrization approach by calculating light output and quenching factors for various ions and comparing them with experimental data from Lutetium Yttrium Orthosilicate (LYSO:Ce), a common inorganic scintillator. The Meyer-Murray model suggests that, for sufficiently heavy ions at high energies, the majority of the light output is associated with the creation of delta electrons, which are induced by the passage of the beam through the material. These delta electrons dramatically impact the response of detection systems when subject to ions with velocities typical of beams in modern fragmentation facilities. To illustrate this, we also present a qualitative estimate of the effects of delta rays on overall light output using the Birks-Meyer-Murray parametrization. The approach presented herein will serve as a basic framework for further, more rigorous studies of scintillator response to heavy ions. This work is a crucial first step in planning future experiments where energetic exotic nuclei are interacting with scintillator detectors.

Development of dose monitoring system applicable to various radiations with wide energy ranges

佐藤 達彦; 佐藤 大樹; 遠藤 章; 山口 恭弘

Journal of Nuclear Science and Technology, 42(9), p.768 - 778, 2005/09

https://doi.org/10.3327/jnst.42.768

高エネルギー加速器施設の作業環境,環境中のバッグランドに存在する中性子,光子,ミューオンによる線量を高感度に測定できる線量測定システムDARWIN(Dose monitoring system Applicable to various Radiations with WIde energy raNges)を開発した。この測定システムは、検出器に液体有機シンチレータをLi-6含有ZnS(Ag)シンチレータで取り囲んだホスウィッチ型検出器を用い、各粒子に起因する信号を波形弁別により識別し、これに線量変換係数を乗じることでリアルタイムで線量を評価することができる。実験及び計算により、DARWINは、従来のモニタに比べ感度,適用粒子の多様性及び適用エネルギー範囲の点で優れた特性を有することを明らかにした。

Development of neutron-monitor detectors applicable to energies from thermal to 100MeV

遠藤 章; Kim, E.; 山口 恭弘; 佐藤 達彦; 吉澤 道夫; 田中 進; 中村 尚司; Rasolonjatovo, A. H. D.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 41(Suppl.4), p.510 - 513, 2004/03

http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00223131.2004.10875759

原研・大学プロジェクト共同研究「陽子加速器施設における放射線安全性に関する研究」において実施した、広帯域エネルギー対応中性子モニタ用検出器の開発について報告する。中性子スペクトル測定に用いられる有機液体シンチレータの発光量を、線量に換算するスペクトルを計算し、これを用いて数MeVから100MeVの中性子線量を評価する方法を開発した。また、液体シンチレータとLi-6ガラスシンチレータを組合せ、熱エネルギーから100MeVまでの中性子線量測定に適用可能な複合型検出器を開発した。開発した評価手法の妥当性及び検出器の特性を、TIARA等における照射試験によって確認した。その結果、開発した検出器は、中性子モニタ用検出器として利用可能であることを明らかにした。

広帯域エネルギー中性子モニタ用検出器の開発(共同研究)

Kim, E.; 遠藤 章; 山口 恭弘; 吉澤 道夫; 田中 進; 潮見 大志*; 中村 尚司*; Rasolonjatovo, D. R. D.*

JAERI-Tech 2002-041, 73 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-041.pdf:4.47MB

大強度高エネルギー陽子加速器施設においては、熱エネルギーから数100MeVまでのエネルギー成分を持つ中性子に対する線量評価が、作業者及び一般公衆の安全確保上極めて重要である。本研究では、有機液体シンチレータ,B入り有機液体シンチレータ,Liガラスシンチレータを用いて、熱エネルギーから100MeVまで線量評価可能な中性子モニタ用検出器を開発した。本研究の第一段階では、有機液体シンチレータにスペクトル荷重関数法(G関数法)を適用して、数MeV以上の中性子線量を測定する方法を開発し、この信頼性を数種類の中性子場において確認した。この方法をもとに、測定エネルギー範囲を熱中性子まで拡張するために、B(n, )Li反応により熱中性子まで感度を持つBを含有させた有機液体シンチレータについて、応答関数及びG関数を求めて、線量測定特性を解析した。その結果、G関数により生成する粒子の発光による低エネルギー領域の中性子弁別が困難であることもわかった。そこでさらに、Li(n, )H反応により低エネルギー領域の中性子を測定するLiガラスシンチレータち有機液体シンチレータを組み合わせた検出器を考案した。そして、この目的のために新たに開発したSCINFUL-CGコード等を用いて、Liガラスシンチレータ,有機液体シンチレータの各々について、適切な応答特性が得られる検出器の形状を設計し、これに基づき検出器を製作した。製作した検出器の検出効率及び応答関数を計算及び実験により評価した。その結果、開発した検出器は、中性子モニタ用検出器として使用可能であることを実証した。

Measurements of response function of organic liquid scintillator for neutron energy range up to 135MeV

中尾 徳晶*; 中村 尚司*; 馬場 譲*; 上蓑 義朋*; 中西 紀喜*; 中島 宏; 田中 俊一

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 362, p.454 - 465, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(95)00193-X

12.7cm直径12.7長さのBC501A有機液体シンチレータの応答関数を、飛行時間法を用いて、135MeVまでの中性子エネルギー領域において測定を行った。その結果をいくつかの応答関数計算コードと比較したところ、20MeV以下では良く一致したが、20MeV以上では不一致が見られた。その原因は、炭素の反応断面積及びシンチレータ内で生成される荷電粒子の発光効率が適切でないためである。最終的に、測定値を基に計算値と組み合わせて、0から120MeVまでの応答関数行列を作成した。

Spectrum Measurements of Intermediate Nergy Neutrons by an Organic Scintillator

古田 悠; 金原 節朗; 海江田 圭右

Nuclear Instruments and Methods, 84(2), p.269 - 274, 1970/00

抄録なし