Characterization of multilayer Thick-GEM geometries as ¹⁰B converters aiming thermal neutron detection

Abstract

Abstract. Boron-based thermal neutron detectors have recently regained some attention from the instrumentation community as a strong alternative to helium-3 detectors. From the existing concepts exploiting boron layers in position sensitive detectors, the Cascade [1] is the one that takes full advantage of the 2D capabilities of gaseous detectors, with the position resolution not limited by the architecture of the detector. In this work, a proposal for the Cascade detector, based on Thick-GEMs is presented, together with some preliminary studies of the suitable pitch that optimizes the neutron conversion efficiency, while keeping the collection efficiency intact. The characterization of Thick-GEM prototypes produced in Brazil with hole pitch from 0.75 to 3 mm shows that these devices already present a stable performance at low gains, also resulting in fair energy resolution, when cascaded with a standard Kapton TM 50 µm GEM. Results of the first attempts of boron film depositions with Ion Beam Assisted Deposition and characterization by Ion Beam Analysis are also presented.

Ion backflow studies with a triple-GEM stack with increasing hole pitch

“…Ref. [14] shows a comparative study of the anode current as the drift field changes for GEMs and Thick-GEMs of different hole pitch.…”

Desenvolvimento de Detectores de Nêutrons Sensível à Posição

“…Em 2015 uma colaboração entre o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e o Centro de Instrumentação e Física de Altas Energias do Instituto Física da Universidade de São Paulo (HEPIC-IFUSP) deu início ao estudo de viabilidade e construção de detectores de nêutrons para técnicas de difração, espectroscopia, imagem e monitoramento de feixe. Inicialmente, foram construídos protótipos de um detector para monitoramento de feixe, utilizando um detector GEM (Gas Electron Multiplier) [8] e uma espessa camada do isótopo 10 B (s a = 3835 barns) com área de (10x10) cm 2 como conversor [9,10] no qual o processo será explicado com um pouco mais detalhes adiante. Atualmente já se encontra em andamento a implementação das medidas de posição do nêutron incidente no detector, por meio da carga coletada em diferentes trilhas de cobre no anodo.…”

“…A baixa eficiência também é adequada para o propósito inicial de desenvolvimento de um protótipo sensível à posição para monitoramento de feixe. Após a implementação das medidas de posição, daremos início à construção de protótipos com camadas de 10 B depositadas sobre os GEM, com objetivo de aumentar a eficiência de detecção para outras aplicações em espalhamento de nêutrons.…”

X-Ray fluorescence imaging system based on Thick-GEM detectors

“…The drift field was 400 V/cm, maintaining collection efficiency equal to 1 and the extraction field was 1 kV/cm. The experimental data can be seen in [59], together with details from the measurements.…”

“…The collection efficiency was also measured as a function of the drift field, for the different hole pitches and compared with the ones obtained for GEMs with 140 µm (S) and 280 µm (LP) pitches [59] and a simulation of the 1 mm pitch.…”