Development of a new neutron multi-detector
Développement d'un nouveau multi-détecteur de neutrons
Résumé
Beta-decay is a crucial tool in exploring the structure of exotic nuclei. The decay of neutronrich nuclei is often followed by the emission of delayed neutrons. This work focuses on the R&D for a new modular time-of- ight array for decay spectroscopy. The detector will use a liquid scintillator, allowing for neutron-gamma discrimination, and will be coupled to a digital acquisition system. The neutron-gamma discrimination was investigated using the FASTER digital electronics. First, the well known charge comparison method was studied and performances superior to those obtained with standard analogue electronics were obtained. Di erent methods were also explored and compared quantitatively. Except for the method of Gatti and De Martini, charge comparison provides the best discrimination. In order to overcome the limitations of liquid scintillators for low-energy neutrons (En<1 MeV), the light yield and discrimination capabilities were evaluated for 7 small volume scintillators including liquids, crystals and new discriminating plastic scintillators. The best performances were obtained for stilbene and p-therpenyl crystals. Intrinsic detection e fficiencies and cross talk probabilities of the envisaged modules were measured with monoenergetic neutrons in the range 0.5 to 15.5 MeV. In the case of cross talk, this represents the fi rst measurements ever made for low energy neutrons (1.4 to 5 MeV). Monte Carlo simulations were undertaken for both the effi ciencies and cross talk. In the case of the former very good agreement was found, and while the overall behavior of the cross talk could be reproduced more sophisticated simulations need to be developed.
L'étude de la décroissance est un outil crucial pour la structure des noyaux exotiques. Ladécroissance des noyaux riches en neutrons est souvent suivie de l'émission de neutrons retardés. Ce travail porte sur le développement d'un nouveau multidétecteur pour la spectroscopie temps de vol des neutrons retardés. Ce détecteur utilisera un scintillateur liquide permettant la discrimination neutron-gamma et une électronique numérique. La discrimination neutron-gamma avec l'électronique numérique FASTER a tout d'abord été étudiée. Avec la méthode de comparaison de charges, une amélioration de la discrimination est obtenue par rapport à l'électronique classique. Di fférentes méthodes de discrimination ont ensuite été explorées avec des signaux échantillonnés et comparées. Le filtre de Gatti et De Martini est la meilleure méthode, suivie par la comparaison de charges. Afi n de dépasser les limitations des scintillateurs liquides pour les neutrons de basse énergie (<1 MeV), le rendement en lumière et la discrimination de 7 scintillateurs de petit volume (liquides, cristaux, nouveaux plastiques discriminants) ont été évalués. Les cristaux de stilbène et de paraterphényle présentent les meilleures performances. L'effi cacité de détection et le taux de diaphonie des modules envisagés ont été mesurés avec des neutrons monoénergétiques dans la gamme 0,5 à 15,5 MeV. Ces mesures de diaphonie sont les premières e ectuées à basse énergie neutrons (de 1,4 à 5 MeV). Les simulations Monte-Carlo réalisées sont en bon accord avec les données d'e fficacité. Bien qu'elles reproduisent également le comportement global de la diaphonie, des simulations plus sophistiquées doivent être développées.
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