An Improved Proton Recoil Telescope Detector for Fast Neutron Spectroscopy

For fast neutron spectroscopy in MeV region, a recoil proton telescope detector was designed and constructed so as to increase in detection efficiency without appreciable deterioration in energy resolution by adopting a special type of recoil proton radiator which is a combination of a ring-shaped vertical radiator and a cone-shaped horizontal radiator at a certain geometry. A neutron stopper was built in the detector system to minimize the background due to direct exposure of the Si(Li) detectors to primary incident neutrons. The detection efficiency and the energy resolution calculated at various neutron energies and geometries are given and these characteristics of the detector system were tested by 14.1 MeV neutrons. As the calculation predicted, the relative detection efficiency in case of the combined radiator system is almost 2.2 times of that for a single, ring-shaped vertical radiator system. The calculated energy resolution is 3.7% FWHM, whereas the measured resolution was 3.9% which means resolution broadening of approximately. 30% was resulted by introducing a combined radiator system into the telescope. Increase in background less than 40% was also observed.

MeV 영역의 속중성자분광을 위해 재래의 radiator system을 개량하여 ringshaped vertical radiator와 cone-shaped horizontal radiator를 공용한 특수한 recoil proton radiator assembly를 사용함으로서 energy 분해능의 저하없이 검출효율을 높이도록 recoil Proton telescope detector를 설계ㆍ제작하였다. 이 검출기에는 입사중성자속에 대한 Si(ti) 검출기의 직접노출을 피함으로서 background를 줄일수 있도록 입사중성자차폐부도 고안 내장되어 있다. 이 개량된 recoil proton telescope detector의 검출효율 및 energy 분해능을 중성자 energy 1-15 MeV에 대하여 radiator system과 Si(Li) 검출기사이의 거리변화에 따라 이론적인 계산치로 도출ㆍ표시하였으며, 실험적검증의 예로서 이 거리를 29cm로 하고 중성자 energy를 14.1 MeV로 하였을 때의 검출기의 제특성측정결과를 얻어 분석하였다. 측정결과의 분석에 의하면 이론에서 추정된것처럼 혼합형 radiator system을 사용하였을 때의 검출 효율은 단일 radiator system을 사용한 재래식 검출기의 검출효율의 2.2배의 증가를 보인데 반하여 energy 분해능의 저하는 불과 30%, background의 증가는 약40% 말만임을 알수가 있었다. 또한 측정에 의한 14.1 MeV 중성자에 대한 energy 분해능은 3.9% FWHM었는데, 이는 이논적인 3.7% FWHM와 거의 완전한 일치를 보이고 있음도 입증되였다.