希ガス蛍光を利用したパルス中性子イメージング検出器開発のための基礎研究

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ヘリウム/キセノン混合ガスのシンチレーション機構を解明する上で重要な、発光の時間波形、発光量を詳細に調べた。これらのデータは、ヘリウム/キセノン混合ガスを放射線検出器媒体として利用し、検出器開発を行う上でも重要な要素である。混合ガスの全圧とキセノン分圧を変えてシンチレーションの時間波形・発光量を測定した。全圧は1.0MPaと0.657MPa、キセノン分圧は10^2Paから10^6Paの範囲で測定を行った。明らかにしたことを以下に述べる。シンチレーションの立ち上がり時間は4nsec.以下であり、タイミング信号として優れている。測定したシンチレーション光の減衰は、ヘリウムの励起2原子分子の発光寿命(10usec.)より早い。光の減衰には幾つかの成分が存在し、キセノン分圧に依存する成分、依存しない成分がある。発光波形はキセノン分圧のみならず、全圧にも依存する。キセノンへ分配される放射線のエネルギー以上に発光量が大きい。発光波形と併せて考察するとヘリウムからキセノンへのエネルギー移行が起きている。キセノン分圧を増加させていくと発光量は増加していき、1%のキセノン濃度比で純キセノン1気圧と同程度の発光量となる。キセノン分圧が大きくなるとシンチレーションの減衰はキセノン励起2原子分子の寿命(99nsec.)に近づく。これはヘリウムからキセノンへのエネルギー移行過程の時間がキセノン励起2原子分子の寿命より十分短い時間で起きたためである。以上の検出器媒体としての特性に基づき、ヘリウム/キセノン混合ガスチェンバー・マルチアノード光電子増倍管・64chPMT用ヘッドアンプ(preamp、shaper、trigger、ADCが一体となったPMT読み出しユニット)、VMEモジュールからなる2次元位置検出器を開発中である。