Gd, B loaded liquid scintillator for detecting thermal neutron

Presentation on theme: "Gd, B loaded liquid scintillator for detecting thermal neutron"— Presentation transcript:

1 Gd, B loaded liquid scintillator for detecting thermal neutron
Presentation in Mooju workshop So joong ho(KNU) Kim hong joo(Pf.KNU) Kwak jung won(Dr.SNU)

2 Introduction ● Property 1. WIMP로부터 환경방사선과 Cosmic-ray에 의한 중성자
Background를 효과적으로 검출 2. 중성미자 검출에 이용 3. 환경 중성자 모니터링 ● Why using liquid scintillator loaded Gd, B 1. 입사입자에 대한 빠른 반응시간과 반응성 2. Material과의 혼합에 용이 3. Neutron capture Cross section의 증가(Gd, B loaded)

3 Theory about Gd, B loading
1. 입자 입사 후 Scintillator 내부에서 n Capture e 2. 입사한 입자가 Scintillator내부에서 material과 충돌, 외부로 방출 3. 입사한 입자가 Scintillator 표면에서 Capture

4 Theory about Gd, B loading(계속)
1. 157Gd – Neutron capture reaction ● n과의 반응에서 multi gamma 생성 ☞ Q value : 8MeV ● Gd의 열중성자에 대한 Cross section : 255,000 barn 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

5 Scintillator formulation
● Liquid scintillator loading 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 해당 비율의 g수를 혼합, 실험 2. B (Trimethylborate 98%) loading ○ 전반적인 혼합방법은 Gd와 동일(단 10~90%) ○ B의 특징 (moisture sensitive) : N2 bubbling이 필요

6 Experiment Setup Samples of LS PMT + Sample R&D 전경 VME 전자회로

7 How to experiment ● Electronic setup V M E (For light out check) PMT
Discriminator High Voltage Delay (50ns) Gate Generator ADC Gate Root DAQ

8 2. FA25MHz (For neutron capture signal)
PMT Discriminator High Voltage Shaper Gate Generator FADC 25MHz Gate Root DAQ

9 Measurement (BC501A, light out)
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 85% 0.1% 0.2% 0.5% 1.0% 1.5% Measurement (BC501A, light out) Only BC501A Gd loaded BC501A BC501A는 Gd loading에서는 1.5%까지 loading을 하더라도 lightout의 감소가 크지 않음을 확인. B의 경우 60%까지 loading하여 실험. B loaded BC501A

10 Measurement (STD, light out)
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 90% 0.1% 0.2% 0.5% 1.0% 1.5% Measurement (STD, light out) Gd loaded STD B loaded STD STD역시 BC501A와 거의 동일한 형태를 보여줌을 확인. ※ STD (Standard Scintillator) : PC + PPO(1.5~4g/l) + POPOP(10~50mg)

11 Measurement (Neutron capture from Cf252)
Only BC501A B60% loading B loading의 경우 연세대 이종호 학생에 의한 선행 연구에서는 분리에 무리가 없었던 것으로 판명 전체적으로 material의 혼합에 의한 측정에서 bc501a 단독으로 측정하는 값에 비해 크게 뒤지지 않음을 확인 Gd1.5% loading

12 Measurement (Neutron capture time from Cf252, Gd1.5% loaded)
Neutron capture time : 4.4 μs Palo Verde experiment( published) : 30 μs(Gd 0.1% loading in BC523) ※ Capture time in Unloaded liquid scintillator : 180 μs

13 Conclusion & Plan Gd, B Loading으로 Liquid scintillator의 중성자 검출에 대한 활용성을 높일 수 있음을 확인 Neutrino Capture time을 측정 현재 시험관 크기의 실험으로 확인 된 사실을 토대로 대용량 실험을 계획(1 ~ 5 ℓ) 대용량 실험에서도 만족할만한 결과를 얻을 시 NMD에 활용