Transcript Gd를 넣은 액체 섬광검출기의 특성 연구

Gd를 넣은 액체 섬광
검출기의 특성 연구
KPS in JNU
J.H.So from KNU
BHANG H.C., CHOI J.H., KWAK J.W., KIM S.C., KIM S.K.,
KIM S.Y., LEE H.S., LEE J., LEE M.J., LEE J.H., MYUNG S.S.,
KIM Y.D., LEE J.I., KIM H.J., KWON Y.J., HWANG M.J.,
HAHN I.S., LI Jin, HE Dao, LI Xin, ZHU J.J., YUE Q.
Introduction

Property

환경방사선과 Cosmic-ray에 의한 중성자 Background를
효과적으로 검출


원자로에서 방출되는 중성미자 검출에 이용

환경 중성자 모니터링
Why Gd loaded liquid scintillator

Neutron capture Cross section의 극대화

입사입자와의 반응 시간이 빠름

Material과의 혼합에 용이
Theory about Gd, B loading
Liquid Scintillator
C
H
Neutron
H
n
Gd
C
Gamma
N과 C, H와 충돌, n은
에너지를 잃게 된다.
1. 입자 입사 후 Scintillator 내부에서 n Capture
2. 입사한 입자가 Scintillator내부에서
material과 충돌, 외부로 방출
3. 입사한 입자가 Scintillator 표면에서 Capture
• 액체 섬광물질 속으로 입사한 중성자는 에너지를 잃게 되고, 에너지를 잃고 멈춘
중성자는 loading된 Gd와 반응하여 Gamma를 방출하게 된다.
• 이때 방출되는 Gamma의 E를 측정하여 중성자검출 여부를 판단하게 된다.
Theory about Gd, B loading(계속)
– Neutron capture reaction
● n과의 반응에서 multi gamma 생성 ☞ Q value : 8MeV
● Gd의 열중성자에 대한 Cross section : 255,000 barn
1.
157Gd
2.
10B
(n, α) 반응
● 510B + 10n(중성자) → 37Li + 24α ☞ Q value : 2.792MeV(ground state)
→ 37Li* + 24 α ☞ Q value : 2.310MeV(excited state)
● 10B 의 열중성자에 대한 Cross section : 3840 barn
3. 6Li(n, α) 반응
● 36Li + 01n → 13H + 24α ☞ Q value : 4.78MeV
● Li의 열중성자에 대한 Cross section : 940 barn
4. 3He(n, p)반응
● 23He + 01n → 13H + 11p ☞ Q value : 0.764MeV
● He의 열중성자에 대한 Cross section : 5330 barn
Gd loading 방법 1

Gd(2-ethylhexnoate) loading

Gadolinium 2-ethylhexnoate(~25% in toluene)

BC501A 와 STD의 질량비로 혼합(0.1%~1.5%)

시험관 속에 10g의 liquid scintillator에 Molecule
mass의 g수를 계산하여 혼합, 실험

안정성에 대해서는 미지수
Measurement (Ⅰ)
(light out, Cs137)
BC501A
Gd 1.5% loaded BC501A
Measurement (Ⅱ)
(n/γ separation from Cf252)
BC501A
Gd 1.5% loaded BC501A
Gd loading 방법 2

Gd compound와 Tri ethyl phosphate의 혼합 시 6개의 H2O
가 분리되고 Gd는 Phosphate와 결합, 유기물의 형태가 됨

Gd(NO3)3(H2O)6 + 3(C6H15O4P)
→ Gd(NO3)3(C6H15O4P)3 + 6H2O

혼합된 compound를 LS에 질량비(1.5%)로 혼합

10g sample을 제작하여 실험을 실시
Gd-Phosphate product
( Before rotating)

두 물질의 적정 혼합비율 확인을 위해
3 종류의 sample을 제작
H2O
→ 1 : 2.5, 1 : 3, 1 : 3.5

적정 비율이 1 : 3 ~
1 : 3.5 사이임을 확인

용해되지 못한 물질
없음
1 : 3 혼합물을 LS에 Loading
1: 2.5
1:3
1 : 3.5
Gd-Phosphate product
( After rotating)
1 : 3.5 비율
1 : 2.5 비율
H2O
완전히 섞이지 않은
화합물이 생성
1 : 3 비율
Gd-Phosphate product(15h)
새로운 층이 형성
• Loading직후에 불투명
상태를 보이다가 시간이
지나면서 서서히 맑아
지는 것을 확인
• 새로운 층과 침전물이 발생
→ 시간이 지나도 여전히 존재
바닥에 침전물이 발생
Gd compound를 LS에 Loading한 직후와 15시간 후
실험 장비
DAQ System
Oscilloscope
Samples
PMT + Sample
Lightout Comparison
Condition
- HV : -1400
- Source : Cs137
- Count : 2000
• 모든 Sample은 제작 후
3개월이 지난 뒤 측정
• 3개월은 안정성을 확인
하기에는 불충분
• 좀더 오랜 기간이 필요
Only BC501A
(10g)
BC501A + Gd
(10g, 0.638g)
BC501A + Gd Phosphate
(9.16g, 0.84g)
Summary and Plan

Gd loading방법1과 방법2를 사용, Gd loaded liquid
scintillator에 관한 연구를 수행

Loading한 Gd 유기물의 양에 따른 light out의 감소에
대한 체계적인 연구 수행

장시간에 걸친 실험을 통한 Gd를 넣은 혼합물의 안정성
연구 필요(1년 이상)

중성자 선원을 사용하여 n/γ 분리에 대한 연구