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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:1807.06390 (physics)
[提交于 2018年7月17日 ]

标题: 掺铈的Gd${}_{3}$Al${}_{2}$Ga${}_{3}$O${}_{12}$闪烁体用于紧凑、高效和高时间分辨率的快中子探测器

标题: Ce-doped Gd${}_{3}$Al${}_{2}$Ga${}_{3}$O${}_{12}$ scintillator for compact, effective and high time resolution detector of the fast neutrons

Authors:Mikhail Korzhik (1 and 2), Kai-Thomas Brinkmann (3), Georgy Dosovitskiy (1), Valery Dormenev (3), Andrei Fedorov (1 and 2), Dmitry Kozlov (2), Vitaly Mechinsky (1 and 2), Hans-Georg Zaunick (3) ((1) National Research Center "Kurchatov Institute", Moscow, Russia, (2) Institute for Nuclear Problems of Belarus State University, Minsk, Belarus, (3) Physics Institute, Justus Liebig University, Giessen, Germany)
摘要: 钆-铝-镓石榴石 Gd${}_{3}$Al${}_{2}$Ga${}_{3}$O${}_{12}$:Ce闪烁体被证明是首次用于快速中子探测器的优异闪烁材料。 此外,其应用可以根据中子的能量谱获得不同的响应。 这是由于该材料首先含有高含量的Gd,能够吸收中子并随后发射$\gamma$-量子,其次由于高停止功率、快速的闪烁动力学、高闪烁光输出和良好的能量分辨率,能够有效地检测这种辐射。 通过模拟显示,在用GAGG:Ce晶体在中子照射下获得的$\gamma$-量子脉冲高度谱中可以区分出几个特征区域,能量约为90和190,以及511 keV;所有这些线条的相对强度都取决于入射中子的动能。 这一点通过使用Am-Be中子源的后续测量得到了证实。 闪烁体对511 keV的$\gamma$-量子的符合时间分辨率优于200ps,这使其成为通过飞行时间技术分离中子的首选材料。 检测特性相结合为构建紧凑且快速的中子探测器创造了前景,该探测器能够单独检测每个粒子并记录其特定响应。 这种可能性可能为基于中子的检测技术带来好处,例如利用飞行时间方法和基于加速器的明亮中子源的新能力。
摘要: Gadolinium-aluminum-gallium garnet Gd${}_{3}$Al${}_{2}$Ga${}_{3}$O${}_{12}$:Ce scintillator is demonstrated to be an excellent scintillation material for detector of fast neutrons for the first time. Moreover, its application allows to obtain different responses to neutrons depending on their energy spectrum. This is achieved because the material, firstly, has high content of Gd, which absorbs neutrons with following emission of $\gamma$-quanta, and, secondly, detects this radiation efficiently thanks to high stopping power, fast scintillation kinetics, high scintillation light yield and good energy resolution. It was shown by simulation that several characteristic regions could be distinguished in $\gamma$-quanta pulse height spectra acquired with GAGG:Ce crystal under neutron irradiation, with energies nearly 90 and 190, and 511 keV; all these lines have different relative intensities depending on incident neutrons kinetic energy. This was confirmed by followed measurements with Am-Be neutron source. Scintillator shows coincidence time resolution better than 200ps for$\gamma$-quanta of 511 keV energy, what makes it the material of choice to separate neutrons by time-of-flight technique. Combining of detecting properties creates prospects to construct compact and fast neutron detector, capable of detection of each particle individually and registration of its specific response. This possibility could bring benefits to neutron-based examination techniques, e.g. utilizing time of flight methods and new capabilities of accelerator based bright neutron sources.
评论: 19页,8图
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det)
引用方式: arXiv:1807.06390 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:1807.06390v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.1807.06390
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Mikhail Korjik Prof. [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2018 年 7 月 17 日 12:48:21 UTC (1,061 KB)
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