石田恭平, 川崎健夫, 高橋克幸 小野裕明A, 宮田等、宮本賀透

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1 石田恭平, 川崎健夫, 高橋克幸 小野裕明A, 宮田等、宮本賀透
環境中性子モニターのための予備実験 第39回　日本物理学会新潟支部例会 2010年12月4日 長岡技術科学大学 石田恭平, 川崎健夫, 高橋克幸 小野裕明A, 宮田等、宮本賀透 新潟大学, 日歯大新潟A

2 研究目的 1. 小型可搬型検出器を用いて、今まで測定されていな い様々な地点での環境中性子量を測定する。
2. 主な環境中性子起源 : 宇宙線による核破砕 3.その他の環境中性子要因 (不安定核を含む)岩盤中の原子核崩壊による放出 核廃棄物等が存在した場合、中性子量が増加 4. 様々な地点に移動しながら測定する為 「小型化」、「可搬型」にする。 →中性子検出効率を高める工夫が必要 本研究では、ガドリニウムを中性子吸収体に用いた 小型検出器のプロトタイプを作成しその性能評価を行う。

3 検出原理 Ｇｄ ガドリニウム（Gd）を用いる事で中性子を効率よく検出する。 合計8MeVのガンマ線
陽子 Ｇｄ 熱中性子 中性子 中性子は陽子と衝突しながらエネルギーを失い熱化する。 熱中性子化するとGdに吸収され、合計8MeVのガンマ線を放出する。 そのガンマ線をガイガー・ミュラー計数管（GM管）や結晶シンチレータを用いて検出する。 ガイガー・ミュラー計数管：ガンマ線計数が可能なガス検出器

4 GM管を用いた検出器 市販のGM管を用いて中性子検出器を作成 （GAMMASCOUT GmbH/ドイツ）
中性子の減速、検出の為に ステアリン酸ガドリニウムを使用する。 3. ステアリン酸ガドリニウム（C17H35COOH）の利点 水素原子を含むために中性子減速材となる。 ガドリニウムにより熱中性子吸収効率が高い。 環境中性子検出の予備実験として中性子線源でテストを行う。

5 実験セットアップと結果 ガドリニウム有りの場合 36cm ガドリニウム無しの場合 36cm 測定時間：12時間
　ガドリニウム有りの場合 測定時間：12時間 GM管 : 1時間毎計測数を記録 ガドリニウムの有無で比較する。 36cm 鉛ブロック ステアリン酸ガドリニウム粉末 ホウ素入りポリエチレンブロック 241Am/Be中性子線源 12時間測定結果 　ガドリニウム無しの場合 中性子線源 Gd有り Gｄ無し 線源あり 6064カウント 6006カウント 線源無し 6030カウント 36cm ガドリニウムの有無で優位な差は見られなかった。

6 ＧＭ管を用いた測定のまとめ 1. GM管、ステアリン酸ガドリニウムを用いて 中性子信号の測定を行った。
2.中性子捕獲信号によるカウント数の増加は 　　観測できなかった。 3. 中性子吸収体であるガドリニウムを覆う検出器領域が小さいため、検出効率が悪かったと考えられる。 　　→GM管の数を増やすことを考える

7 GSOZ結晶シンチレータを用いた中性子検出器
GSOZ（Gd2SiO5Zr）結晶シンチレータ 陽電子画像診断(PET)に用いられる市販の結晶シンチレータ －サイズ：4×6×20 mm　(日立化成) －密度がNaIと比較して大きい（6.7g/cm3） －NaIと比較して信号が早く、潮解性がない －内部にガドリニウムGdを含む 中性子検出器に応用できる可能性 NaI GSOZ(Gd2SiO5Zr) 密度（g/cm3） 3.67 6.71 蛍光出力 NaI(TI)：100 100 20 放射長（cm） 1.38 2.59 減衰時間 数usec 30～60ns 今回は環境中性子検出の予備実験としてGSOZ結晶シンチレータのエネルギー較正を行う

8 実験セットアップ GSOZ結晶シンチレータ 2inch PMT 2cm Muon veto 検出器 6mm×2個 =1.2cm 4mm
GSOZ(Ce) 2cm Muon veto 検出器 6mm×2個 =1.2cm 4mm Φ5mm 31.1mm 線源 21mm 31.5mm 鉛のコリメータ シールド　（最低でもそれぞれ5cmの厚さ） 　白：ホウ素入りポリエチレンブロック 　灰色：鉛ブロック 線源 線源からGSOZまで1cm

9 データ取得ロジック * * 信号の幅は約200ns VME ADCを用いてデータを取得 信号 GSOZ結晶 Gate Muon veto
Delay ADC PMT Discri G.G. Gate veto Muon veto VME ADCを用いてデータを取得 PMT Discri G.G. * 信号 GSOZ結晶 50ns Gate 350ns Muon veto 100μs * 信号の幅は約200ns

10 60Co線源でのエネルギー分布 1.17MeVのピーク 1.33MeVのピーク 10count/bin 60Co 60Ni
2.505 γ1 γ2 Β－ 1.332 60Ni Γ1: 1.17MeV(100%) Γ2:1.33MeV (100%) 1.17MeVのピーク エネルギー分布は 「コンプトンエッジ」と 「2つのガンマ線吸収ピーク」 が確認出来る。 1.33MeVのピーク コンプトンエッジ 一次直線+2つのガウス関数でフィッティング 10count/bin

11 エネルギー較正（1） エネルギー直線性 直線からのばらつき 較正値：1609 ADCカウント/MeV ばらつきは+-1.5%以内
μ0:1862 σ0: 60.44 μ1: 2160 σ1: 65.16 較正値：1609 ADCカウント/MeV ばらつきは+-1.5%以内

12 エネルギー分解能評価 1.17, 1.33 MeVの二つのガンマ線吸収ピークから エネルギー分解能を評価する エネルギー分解能
s/m (%) 1.33 MeV ピーク エネルギー分解能 ： 7%　 (FWHM)

13 GSOZ結晶の測定のまとめ 環境中性子観測の予備実験として、 GSOZ結晶シンチレータのエネルギー較正を 60Co線源を用いて行った。 (1) エネルギー分布の評価 → コンプトンエッジ、1.173MeVと1.33MeVの 吸収ピークを観測しフィッティングを行った。 (2) 2つの吸収ピークからのエネルギー較正、 分解能評価を行った → エネルギー較正値：1609 ADC/MeV → エネルギー分解能：

14 今後の予定 1. GM管を用いた検出器 (1)検出器数を増やしアクセプタンスを増やす。 (2)長時間測定を行う。 (3)カリフォルニウム(Cf)線源を用い、中性子入射数を増やしてみる。 2. GSO結晶シンチレータを用いた検出器 実際に241Am/Be線源からの中性子測定を行う。