Efficiency optimization of microchannel plate (MCP) neutron imaging detectors. I. Square channels with 10B doping

マイクロチャネルプレート（MCP）中性子イメージング検出器の効率最適化。I. 10Bドーピングによる正方形チャネル

引用

Tremsin, AS, Feller, WB, & Downing, RG (2005). マイクロチャネルプレート（MCP）中性子イメージング検出器の効率最適化：I. 10Bドーピングによる正方形チャネル。 核物理学研究における計測機器および方法セクションA：加速器、分光計、検出器および関連機器、 539 （1–2）、278–311。

キーワード

  • 中性子検出
  • 検出効率
  • 中性子イメージング

簡単な

ガラスに高濃度の 10B 原子を組み込んだマイクロチャネルプレート (MCP) は、 微細構造によりチャネル壁が薄くなり、中性子捕獲反応生成物がチャネル内に最大限に逃げて、検出可能な電子なだれを発生させることができるため、 最大 78% の中性子検出効率を達成できます。

まとめ

この記事では、 ¹⁰Bを添加したマイクロチャネルプレート (MCP) を使用して中性子検出の効率を最大化する方法について説明します。この研究では、円形または六角形のデザインに比べて効率が優れているため、正方形のチャネルを持つ MCP に焦点を当てています。

  • 中性子検出を強化する鍵は、中性子吸収の確率 (P1) と反応生成物が開いたチャネルに逃げる確率 (P2) という 2 つの確率を最適化することにあります。
  • 全体的な中性子検出効率は、P1、P2、および電子なだれが発生する確率（P3、1 に近いと想定）の積です。

中性子吸収の最大化（P1）

  • P1 を 1 に近づけるには、高密度の ¹⁰B 原子を持つ十分に厚い MCP を使用する必要があります。
  • 単一の MCP の厚さには実際的な制限があるため、複数の MCP をシェブロン型または Z スタック型に積み重ねることが魅力的なソリューションとなります。
  • この積み重ねられた構成により、電子の増倍プロセスを損なうことなく中性子の吸収を増やすことができます。
  • 8 µm の細孔を持つ厚さ 1 mm の MCP を 3 つスタックするだけで、P1 を 0.52 から 0.9 に増加できます。

反応生成物の逃避の最適化（P2）

  • P2は、適切なチャネル幅（d）を選択しながらMCPの壁厚（W）を最小限に抑えることで最大化されます。
  • この研究では、8 µm の細孔と 2 µm の壁を持つ MCP の P2 をシミュレートし、壁内の中性子捕獲点への依存性を実証しています。
  • 結果は、この特定の MCP ジオメトリでは、P2 が最大 78% になる可能性があることを示しています。

モデルの予測と結論

このモデルは、高 P1 用のスタックされた MCP 構成と高 P2 用の最適化されたチャネル寸法を組み合わせることで、非常に効率的な中性子カウントを実現できると予測しています。これらの MCP ベースの検出器は、高い空間分解能 (約 10 µm) とサブナノ秒のタイミング機能を備えているため、さまざまな中性子検出アプリケーションに適しています。

出典: https://escholarship.org/content/qt7v17n03g/qt7v17n03g.pdf?t=lnqz51

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