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Gadolinium-loaded Plastic Scintillators for Thermal Neutron Detection using Compensation

Authors :
Fabien Sguerra
Stephane Normand
Jonathan Dumazert
Guillaume H. V. Bertrand
Matthieu Hamel
Romain Coulon
Frederick Carrel
Laurence Méchin
Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques (LCAE)
Département Métrologie Instrumentation & Information (DM2I)
Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST)
Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Equipe Electronique - Laboratoire GREYC - UMR6072
Groupe de Recherche en Informatique, Image et Instrumentation de Caen (GREYC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)
Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA))
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
IEEE Transactions on Nuclear Science, IEEE Transactions on Nuclear Science, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 63 (3), pp.1551-1564. ⟨10.1109/TNS.2016.2535278⟩, IEEE Transactions on Nuclear Science, 2016, 63 (3), pp.1551-1564. ⟨10.1109/TNS.2016.2535278⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; Plastic scintillator loading with gadolinium-rich organometallic complexes shows a high potential for the deployment of efficient and cost-effective neutron detectors. Due to the low-energy photon and electron signature of thermal neutron capture by Gd-155 and Gd-157, alternative treatment to pulse-shape discrimination has to be proposed in order to display a count rate. This paper discloses the principle of a compensation method applied to a two-scintillator system: a detection scintillator interacts with photon and fast neutron radiation and is loaded with gadolinium organometallic compound to become a thermal neutron absorber, while a not-gadolinium loaded compensation scintillator solely interacts with the fast neutron and photon part of incident radiation. After the nonlinear smoothing of the counting signals, a hypothesis test determines whether the resulting count rate post-background response compensation falls into statistical fluctuations or provides a robust indication of neutron activity. Laboratory samples are tested under both photon and neutron irradiations, allowing the authors to investigate the performance of the overall detection system in terms of sensitivity and detection limits, especially with regards to a similar-active volume He-3 based commercial counter. The study reveals satisfactory figures of merit in terms of sensitivity and directs future investigation toward promising paths.

Details

Language :
English
ISSN :
00189499
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Nuclear Science, IEEE Transactions on Nuclear Science, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 63 (3), pp.1551-1564. ⟨10.1109/TNS.2016.2535278⟩, IEEE Transactions on Nuclear Science, 2016, 63 (3), pp.1551-1564. ⟨10.1109/TNS.2016.2535278⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b70751a04eaccc639f9f7bf83e190f49