A new large-acceptance and high-efficiency neutron detector for missing-mass studies

Summary

A large-acceptance and high-efficiency neutron detector is described. The sensitive surface and volume of the detector are 2.16 m² and 0.78 m³, respectively. The detector consists of twenty-four elements of plastic scintillator, each having dimensions (100×18×18) cm³. The large volume of scintillator, in the particular geometrical arrangement chosen, allows a mean detection efficiency of about 25% in the range (70÷390) MeV neutron kinetic energy for a laboratory solid angle of 0.14 sr at 4 m radial distance. With the techniques adopted, calibrations with charged particles can be easily performed in a few hours using a low beam intensity. An interesting features of this instrument is the accuracy achieved in locating incident particles, which is ±1.4 cm for charged particles, and ±2.5 cm for neutrons. The accuracies achieved for the time-of-flight measurement are ±0.35 ns for charged particles and ±0.7 ns for neutrons. With these resolutions in the neutron time of flight and angle, the uncertainty in the missing mass is ±4 MeV for η, ±10 MeV for ω, and ±15 MeV for ϕ mesons.

Riassunto

Si descrive un rivelatore di neutroni a grande accettanza ed alta efficienza. La superficie ed il volume sensibili del rivelatore sono rispettivamente 2.16 m² e 0.78 m³. Il rivelatore consiste di ventiquattro elementi di scintillatore plastico, ciascuno avente le dimensioni (100×18×18) cm³. Il grande volume di scintillatore, nella particolare configurazione geometrica scelta, permette di ottenere una efficienza media di rivelazione di circa il 25% nell'intervallo di energia cinetica del neutrone (70÷390) MeV, coprendo un angolo solido di 0.14 sr nel laboratorio a una distanza radiale di 4 m. Con le tecniche adottate, calibrazioni con particelle cariche possono essere fatte in poche ore usando un fascio di bassa intensità. Una caratteristica interessante di questo strumento è la precisione ottenuta nella localizzazione di particelle incidenti; essa à di ±1.4 cm per particelle cariche e di ±2.5 cm per neutroni. Le precisioni ottenute nella misura del tempo di volo sono ±0.35 ns per particelle cariche e ±0.7 ns per neutroni. Con queste risoluzioni nel tempo di volo e nell'angolo del neutrone, l'incertezza sul difetto di massa risulta essere ±4 MeV per il mesone η, ±10 MeV per il mesone ω, ±15 MeV per il mesone ϕ.