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AbstractAbstract
[en] The B-RAD is a commercial device for dose rate monitoring and γ-ray spectrometry in high intensity magnetic fields. It consists of an active probe and a central unit: the probe is equipped with a LaBr3 crystal coupled with a Silicon Photomultiplier (SiPM) array, the central unit houses the main electronic circuit and the battery. Its response is only slightly affected by the magnetic field when the central unit is inside the field (variation <10% up to 1.5 T). It is linear between 1 μSv/h and 2 mSv/h and it has a good energy resolution (<5% at 662 keV) and a wide operational energy range (30 keV-1.5 MeV). A stilbene and an EJ-276 plastic scintillator were selected for dose rate measurements of fast neutrons. The stilbene shows a higher Figure of Merit (FOM) for the Pulse Shape Discrimination (PSD) (1.54 vs 0.90) and a higher detection efficiency (12% vs 9%). Both detectors show a good linearity of the count rate up to 1 mSv/h with a 137Cs source and 1.5 mSv/h with an Am-Be source. In the -10 deg. C to 40 deg. C temperature range, both detectors show a variation of the neutron count rate of 10%. Other two probes were investigated based on Cs2LiYCl6:Ce3+ (CLYC). The first employs CLYC-6 (enriched in 6Li) for thermal neutron detection. CLYC-6 shows an excellent n/γ discrimination capability (FOM > 2) and a high neutron detection efficiency per unit volume. The second probe employs a CLYC-7 (enriched in 7Li) suitable for fast neutron spectrometry. A proton/α-particle discrimination method is here proposed and tested, which improves the CLYC spectrometry capability up to around 6 MeV. A new passive n/γ discrimination method for CLYC was studied, based on the selection of the Coreto- Valence (CVL) scintillation light by optical filtering. According to the literature, CVL is only excited by γ-rays and emits in a different wavelength range than the other scintillation mechanisms. We verified that the intensity of the CVL under X and γ-ray irradiation is constant in the 17-662 keV range and the CVL is effectively quenched by neutrons. However, a residual signal of the CVL was detected also under neutron irradiation. A new thermal neutron source for the CERN Calibration Laboratory was designed, built and characterised. The source consists of a polyethylene cylindrical moderator and a polyethylene reflector. The optimum dimensions of the source were provided by Monte Carlo simulations. The new source provides a thermal neutron fluence of around 6000 cm-2s-1. (author)
[fr]
Le B-RAD est un detecteur commercial pour la mesure du debit de dose et la spectrometrie des rayons γ, capable de fonctionner dans les champs magnetiques intenses. Il est constitue d'une sonde et d'une unite centrale: la sonde est equipee d'un cristal de LaBr3 couplee a une matrice de photomultiplicateurs au silicium (SiPM), l'unite centrale abrite le circuit electronique principal et la batterie. Sa reponse est faiblement affectee par le champ magnetique lorsque l'unite centrale est a l'interieur du champ (variation <10% jusqu'a 1.5 T). Sa reponse est lineaire entre 1 μSv/h et 2 mSv/h. Le B-RAD possede une bonne resolution en energie (< 5% a 662 keV) et une large gamme d'energie (30 keV-1.5 MeV). Deux scintillateurs organiques, stilbene et EJ-276, ont ete selectionnes pour developper une sonde destinee aux mesures de debit de dose des neutrons rapides. Le stilbene a une figure de merite (FOM) plus elevee pour la discrimination des neutrons/rayons γ (n/γ) via la Pulse Shape Discrimination (PSD) (1.54 contre 0.90) et une meilleure efficacite de detection (12% contre 9%). Les deux detecteurs montrent une bonne linearite du taux de comptage jusqu'a 1 mSv/h avec une source de 137Cs et 1.5 mSv/h avec une source Am-Be. Entre -10 deg. C et 40 deg. C, les deux detecteurs montrent une variation du taux de comptage des neutrons de 10%. Une sonde basee sur le stilbene est actuellement en developpement. Deux autres sondes ont ete etudiees sur la base de scintillateurs Cs2LiYCl6:Ce3+ (CLYC). La premiere utilise un CLYC-6 (enrichi en 6Li) pour la detection des neutrons thermiques. Le CLYC-6 presente une excellente capacite de discrimination n/γ (FOM > 2) et une grande efficacite de detection des neutrons par unite de volume. La deuxieme sonde utilise un CLYC-7 (enrichi en 7Li) adapte a la spectrometrie des neutrons rapides. Une discrimination proton/particule α a ete proposee et testee, ce qui ameliore la capacite de spectrometrie du CLYC jusqu'a 6 MeV. Une nouvelle methode de discrimination passive n/γ pour le CLYC a ete developpee, basee sur la selection de la lumiere de scintillation Core-to-Valence (CVL) par filtrage optique. D'apres la litterature, la CVL est excitee seulement par les rayons γ et apparait dans une gamme de longueurs d'onde differente de celle des autres mecanismes de scintillation. Nous avons montre que l'intensite de la CVL sous irradiation aux rayons X et γ est constante dans la gamme 17-662 keV et que la CVL est efficacement reduite par les neutrons. Cependant, un residu de la CVL a ete detecte egalement sous irradiation neutronique. Une nouvelle source de neutrons thermiques pour le laboratoire d'etalonnage du CERN a ete concue, construite et caracterisee. La source se compose d'un moderateur cylindrique et d'un reflecteur en polyethylene. Les dimensions optimales de la source ont ete determinees par des simulations Monte Carlo. La nouvelle source fournit une fluence de neutrons thermiques de 6000 cm-2s-1. (auteur)Original Title
Caracterisation du radiametre B-RAD et developpement de nouvelles sondes
Primary Subject
Source
11 Apr 2022; 153 p; 134 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat, Specialite: Physique
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
ALPHA DOSIMETRY, COUNTING RATES, DOSE RATES, ENERGY RESOLUTION, FAST NEUTRONS, GAMMA DOSIMETRY, LANTHANUM BROMIDES, MONTE CARLO METHOD, NEUTRON DOSIMETRY, NEUTRON FLUENCE, NEUTRON SOURCES, ORGANIC CRYSTAL PHOSPHORS, PARTICLE DISCRIMINATION, PHOTOMULTIPLIERS, PROBES, PULSE DISCRIMINATORS, RADIOMETERS, STILBENE, THERMAL NEUTRONS
AROMATICS, BARYONS, BROMIDES, BROMINE COMPOUNDS, CALCULATION METHODS, DISCRIMINATORS, DOSIMETRY, ELECTRONIC CIRCUITS, ELEMENTARY PARTICLES, FERMIONS, HADRONS, HALIDES, HALOGEN COMPOUNDS, HYDROCARBONS, LANTHANUM COMPOUNDS, LANTHANUM HALIDES, MEASURING INSTRUMENTS, NEUTRONS, NUCLEONS, ORGANIC COMPOUNDS, PARTICLE IDENTIFICATION, PARTICLE SOURCES, PHOSPHORS, PHOTOTUBES, PULSE CIRCUITS, RADIATION DETECTORS, RADIATION SOURCES, RARE EARTH COMPOUNDS, RESOLUTION
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