This paper presents a neutron detector configuration using EJ-301 scintillation liquid, a R9420 photo-multiplier and a homemade preamplifier. The detector qualities which include the energy linearity, efficiency response and neutron/gamma discrimination are guaranteed for neutron detection in the energy range from 0 to 3000 keVee. Regarding the neutron/gamma discrimination capability, four pulse shape discrimination (PSD) methods which are the threshold crossing time (TCT), pulse gradient analysis (PGA), charge comparison (CC) and correlation pattern recognition (CPR), were evaluated and discussed; among of these, the CPR method provides the best neutron/gamma discrimination.
A technique for the reduction of pulse pile-up effect in digital pulse-shape discrimination (PSD) of neutrons and gamma-rays with organic scintillation detectors is presented. The technique is based on an electronic reduction of the effective decay-time constant of scintillation pulses while retaining the PSD information of the pulses. The experimental results obtained with a NE213 liquid scintillation detector in a mixed radiation field of neutrons and gamma-rays are presented, demonstrating a figure of merit (FOM) of 1.20 ± 0.05 with an energy threshold of 350 keVee (electron equivalent energy) when the effective length of the pulses is reduced to 50 ns.
As the demand for the detection of special nuclear materials (SNMs) increases, the use of imaging instruments that can sensitively image both gamma-ray and neutron signatures has become necessary. This study compared the pulse shape discrimination (PSD) performance of gamma/neutron events when employing either a pixelated stilbene or a plastic (EJ-276) scintillator array coupled to a silicon photomultiplier (SiPM) array in a dual-particle imager. The stilbene array allowed a lower energy threshold above which neutron and gamma-ray events can be clearly distinguished. A greater number of events can, therefore, be used when forming both gamma-ray and neutron images, which shortens the time required to acquire the images by nearly seven times.
Changqi Liu;Kai Tao;Jinqiu Peng;Liming Huang;Dejun E;Weimin Li;Xiaohou Bai;Zhanwen Ma
Nuclear Engineering and Technology
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제56권10호
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pp.4390-4396
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2024
The response of an anti-Compton phoswich detector to gamma rays was investigated using Monte-Carlo method, and the pulses from different crystal cases, including gamma deposition only in the LaBr3(Ce) or CsI(Tl) crystal and coincidence in both crystals, were analyzed. A novel pulse discrimination method for gamma deposition events based on wavelet transform analysis, called SSD (Scale Shape Discrimination), was developed in this study. Compared to the traditional PSD (Pulse Shape Discrimination) method, SSD has the advantage of transforming one-dimensional pulses in the time-domain into two-dimensional time-frequency spectra, providing the more useful features for pulse discrimination. The performances of the Compton suppression and Full-energy peak loss using PSD and SSD methods was studied. The results show that the Compton suppression factor IPSD = 5.12 and ISSD = 5.32, and FEP loss factor PLPSD = 0.0554 and PLSSD = 0.0587. Meanwhile, the influences of the cutoff values for pulse discrimination on the results of I and PL with different method were analyzed.
We report a simple technique for direct neutron spectroscopy using pure LaCl3 crystals. Pure LaCl3 crystals exhibit considerably better pulse shape discrimination (PSD) capabilities with relatively good energy resolution as compared with Ce-doped LaCl3 crystals. Single crystals of pure and Ce-doped LaCl3 were grown using an inhouse-developed Bridgman furnace. PSD capabilities of these crystals were investigated using 241Am and 137Cs sources. Fast neutron detection was tested using a252Cf source and three separate bands corresponding to electron, proton, and alpha were observed. The proton band induced by the 35Cl(n,p)35S reaction can be used for direct neutron spectroscopy because proton energy is proportional to incident neutron energy. Owing to good scintillation performance and excellent PSD capabilities, pure LaCl3 is a promising candidate for space detectors and other applications that necessitate gamma/fast neutron discrimination capability.
The purpose of this study is to develop the systematic process on the discrimination of Sasang constitution with the pulse diagnosis apparatus. The pulse waves were acquired at the right and the left Guan point with 1420 people who were apparently healthy. In order to minimize the effect of aging on the shape of pulse wave, the age groups of 30s, 40s, and 50s were used. Taeum group was the best to classify, Soyang group was the worst. With the same group size, the sensitivity of Soyang group was increased. Input variables were selected with the consideration of the floating-sink ratio, tests of equality of group means, multiple comparison, multicollinearity, and structure matrix. To increase the sensitivity of Soyang, the variables which could tell the difference between Soyang and Soeum were selected.
Background: As neutron fields are always accompanied by gamma rays, it is essential to distinguish neutrons from gamma rays in the detection of neutrons. Neutrons and gamma rays can be separated by pulse shape discrimination (PSD) methods. Recently, we performed characterization of a stilbene scintillator detector and an EJ-301 liquid scintillator detector with a high-speed digitizer DT5730 and investigated optimized PSD variables for both detectors. This study is for providing a basis for developing fast neutron/gamma-ray dual-particle imager. Materials and Methods: We conducted PSD experiments using stilbene scintillator and EJ-301 liquid scintillator and evaluated neutron and gamma ray discriminability of each PSD method with a $^{137}Cs$ gamma source and a $^{252}Cf$ neutron source. We implemented digital signal processing techniques to apply two PSD methods - the charge comparison (CC) method and the constant time discrimination (CTD) method - to distinguish neutrons from gamma rays. We tried to find optimized PSD variables giving the best discriminability in a given experimental condition. Results and Discussion: For the stilbene scintillator detector, the charge comparison method and the constant time discrimination method both delivered the PSD FOM values of 1.7. For the EJ-301 liquid scintillator detector, both PSD methods delivered the PSD FOM values of 1.79. With the same PSD variables, PSD performance was excellent in $300{\pm}100keVee$, $500{\pm}100keVee$, and $700{\pm}100keVee$ energy regions. This result shows that we can achieve an effective discrimination of neutrons from gamma rays using these scintillator detector systems. Conclusion: We applied both PSD methods to a stilbene and a liquid scintillator and optimized the PSD performance represented by FOM values. We observed a good separation performance of both scintillators combined with a high-speed digitizer and digital PSD. These results will provide reference values for the dual-particle imager we are developing, which can image both fast neutrons and gamma rays simultaneously.
The importance of fast neutron detection for nuclear safeguards purposes has increased due to its potential advantages such as reasonable cost and higher precision for larger sample masses of nuclear materials. Pulse-shape discrimination (PSD) is inevitably used to discriminate neutron- and gamma-ray- induced signals from organic scintillators of very high gamma sensitivity. The light output (LO) threshold corresponding to several MeV of recoiled proton energy could be necessary to achieve fine PSD performance. However, this leads to neutron count losses and possible distortion of results obtained by neutron multiplicity counting (NMC)-based nuclear material accountancy (NMA). Moreover, conventional PSD techniques are not effective for counting of neutrons in a high-gamma-ray environment, even under a sufficiently high LO threshold. In the present work, PSD performance (figure-of-merit, FOM) according to LO bands was confirmed using a conventional charge comparison method (CCM) and compared with results obtained by convolution neural network (CNN)-based PSD algorithms. Also, it was attempted, for the first time ever, to reject fake neutron signals from distorted PSD regions where neutron-induced signals are normally detected. The overall results indicated that higher neutron detection efficiency with better accuracy could be achieved via CNN-based PSD algorithms.
Bing-Qi Liu;Hao-Ran Liu;Lan Chang;Yu-Xin Cheng;Zhuo Zuo;Peng Li
Nuclear Engineering and Technology
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제55권9호
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pp.3359-3366
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2023
In this study, a spiking cortical model (SCM) based n-g discrimination method is proposed. The SCM-based algorithm is compared with three other methods, namely: (i) the pulse-coupled neural network (PCNN), (ii) the charge comparison, and (iii) the zero-crossing. The objective evaluation criteria used for the comparison are the FoM-value and the time consumption of discrimination. Experimental results demonstrated that our proposed method outperforms the other methods significantly with the highest FoM-value. Specifically, the proposed method exhibits a 34.81% improvement compared with the PCNN, a 50.29% improvement compared with the charge comparison, and a 110.02% improvement compared with the zero-crossing. Additionally, the proposed method features the second-fastest discrimination time, where it is 75.67% faster than the PCNN, 70.65% faster than the charge comparison and 38.4% slower than the zero-crossing. Our study also discusses the role and change pattern of each parameter of the SCM to guide the selection process. It concludes that the SCM's outstanding ability to recognize the dynamic information in the pulse signal, improved accuracy when compared to the PCNN, and better computational complexity enables the SCM to exhibit excellent n-γ discrimination performance while consuming less time.
배관 내부의 방사성 오염도를 측정하기 위한 ZnS(Ag)/플라스틱섬광체 조합의 알파/베타선 동시측정용 phoswich 검출기를 개발하였다. 알파/베타선 동시측정용 phoswich 검출기의 오염위치에 따른 검출 성능을 PSD (Pulse shape discrimination) 방법을 이용하여 평가하였다. 또한, 검출기를 방사성 오염물질로부터 보호하기 위한 오염방지용 필름에 대한 방사선 감쇄 정도를 실험적으로 평가하였다. PSD 방법으로 알파/베타선 분리 정도를 측정한 결과 충분히 알파와 베타선이 분리되었으며 오염방지용 필름의 적용 가능성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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