Performance study of a phoswich detector in the mixed field of neutrons and charged particles

Abstract

To measure a neutron spectrum accurately in the mixed field of neutrons and charged particles, a phoswich detector was developed. It has a structure in which a NE213 organic liquid scintillator was connected to a NE115 plastic scintillator via an optical glass. If a charged particle enters into the detector, fast and slow pulses come out from NE213 and NE115, respectively. If, however, a neutron or gamma-ray enters into the detector, only the fast pulse from NE213 comes out. Light flashes from both scintillators are registered by one photomultiplier. Using a technique of pulse shape discrimination based on the decay time differences of flash light, the detector is able to discriminate neutron events from charged particle events. A mixed field of neutrons and protons was produced by bombarding 135 MeV protons on a 10 mm thick Li target. In a two-dimensional plot of slow- versus total-component pulses, the existence of five different areas can be noticed. They are the areas due to gamma-rays, neutrons, protons that stopped inside NE115 or glass, protons that interacted with both NE115 and NE213, and electrical noise events. This phoswich detector is useful to measure neutrons which are mixed with protons in a field.

中性子と荷電粒子の混合場において中性子スペクトルを正確に計測するために、フォスウィッチ検出器を開発した。NE213有機液体シンチレータとNE115プラスチック・シンチレータが光学ガラスを介して接続した構造をもっている。荷電粒子が検出器に入射するとNE213では高速パルスが、NE115では遅速パルスが発生する。中性子またはγ線が入射するとNE213から高速パルスのみが発生する。両シンチレータの光フラッシュは1つの光電子増倍管に記録される。光フラッシュの減衰時間差に基づいたパルス形識別技術を使用して、荷電粒子事象と中性子事象を識別できる。10mm厚のLi標的に135MeVプロトンを照射して、中性子とプロトンの混合場を生成した。全成分パルス対遅速パルスの2次元プロットに、γ線、中性子、NE115またはガラス内部で停止したプロトン、NE115とNE213の両方と相互作用したプロトン、電気的ノイズ事象の5つの領域が見られる。このフォスウィッチ検出器は、プロトンとの混合場における中性子の計測に有用である。