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Installation and characterization of a liquid scintillation detector

18.03.2004

Flüssig-Szintillationsdetektoren werden zur Vermessung der spektralen Verteilung von Neutronenfeldern verwendet. Voraussetzung für den Einsatz dieser Detektoren ist eine möglichst genaue Bestimmung ihrer Eigenschaften. Dazu wurden bisher Monte-Carlo Simulationen eingesetzt, die mit den am PTB-Flugzeitspektrometer zur Verfügung stehenden Neutronenstrahlen überprüft wurden. Im Energiebereich oberhalb von 8 MeV, in dem die für Simulationen benötigten differentiellen Wirkungsquerschnitte nur unvollständig bekannt sind, erhält man dabei mit vertretbarem Arbeitsaufwand nur wenige experimentelle Stützstellen.

Bei der Charakterisierung eines für die Swedish Defense Research Agency (FOI) entwickelten Flüssig-Szintillationsdetektors wurde deshalb erstmals ein Verfahren eingesetzt, das eine vollständigere Charakterisierung des Detektors ermöglichen sollte. In einem Neutronenfeld mit einer kontinuierlichen Energieverteilung wurde mit Hilfe der Flugzeitmethode das Impulshöhenspektrum für viele aneinander anschließende schmale Energiebereiche bestimmt und so eine lückenlose experimentelle Responsematrix gewonnen. Die Normierung der einzelnen Spektren wurden so durchgeführt, dass im wesentlichen nur der gut bekannte Neutron-Proton Streuprozess beiträgt.

Abweichung der in einem Neutronenfeld mit kontinuierlicher Energieverteilung bestimmten Lichtausbeute eines BC501 Szintillationsdetektors von der mit dem bisherigen Verfahren ermittelten Lichtausbeute für Protonen. Bei dem bisherigen Verfahren standen oberhalb von 8 MeV lediglich vier Datenpunkte zur Verfügung, so dass eine lineare Approximation verwendet werden musste.

Die Abbildung zeigt, dass dieses Verfahren außerdem eine detailliertere Bestimmung der Lichtausbeute für Rückstossprotonen erlaubt. Zur Zeit wird untersucht, ob die experimentelle Bestimmung der Responsematrix den Einsatz von Entfaltungsverfahren über einen größeren Energiebereich ermöglicht. Eine wichtige Anwendung dafür wäre die Charakterisierung des 14.8 MeV Referenzneutronenfeldes der PTB, die nicht mit der Flugzeitmethode durchgeführt werden kann.