Monte Carlo simulation of the efficiency of neutron detection in the INCA balloon version

Abstract

In this report the procedure of optimization of neutron counter arrangement over the INCA (Ionization Neutron Calorimeter) volume was described. It was required to obtain the maximum efficiency for neutron detection at a given weight of the calorimeter, which was no more than 1,000 kg, and at the minimal thickness of the device. A direct Monte Carlo simulation of neutron transport and neutron detection by counters were performed. For the simulation, an original hadron transport code SHIELD capable of simulating hadron cascades in macroscopic targets of an arbitrary geometric configuration and chemical composition in the hadron energy range up to 1 TeV were used. The code included a neutron transport code based on the 28-group neutron cross section library BNAB. Neutron-nucleus interactions taken into account were elastic scattering, inelastic scattering, (n,2n) reaction, neutron capture, and fission. The efficiency of neutron detection, determined to be the ratio of the total number of detected neutrons to the total number of source neutrons, varied from 9.6 percent to 26.1 percent. It might be enhanced by increasing the number of counters within some reasonable limit.

本報ではINCA(イオン化中性子カロリメータ)における中性子計数管の最適な配列の手順について述べた。1,000kg以下の特定の重量および最小の装置厚を持つカロリメータにおいて最大の中性子検出効率を得ることを要求した。中性子輸送および計数管を用いて中性子の検出の直接モンテ・カルロ・シミュレーションを行った。シミュレーションでは、1TeVまでのハドロン・エネルギー範囲において任意の形状および化学組成を有する巨視的ターゲットにおけるハドロン・カスケードをシミュレートできる独自のハドロン輸送コードSHIELDを用いた。本コードは28群の中性子断面積ライブラリBNABに基づく中性子輸送コードを含んでおり、シミュレーションに際しては、弾性散乱、非弾性散乱、(n,2n)反応、中性子捕獲、および核分裂などの中性子-原子核相互作用を考慮した。検出された全中性子数とソースの全中性子数の比で定義される中性子検出効率は、9.6%?26.1%であった。この値は、ある適当な制限内でカウンタ数を増やすことによって改善される可能性がある。