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Design of a mobile neutron spectrometer for the Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)

Solmaz, M. 1; Balzer, M. 2; Eitel, K. ORCID iD icon 3; Ferella, A.; Oberlack, U.; Pirling, U. 3; Pompa, F.; Tcherniakhovski, D. 2; Valerius, K. 3; Wüstling, S. ORCID iD icon 2
1 Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Astroteilchenphysik (IAP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Environmental neutrons are a source of background for rare event searches (e.g., dark matter direct detection and neutrinoless double beta decay experiments) taking place in deep underground laboratories. The overwhelming majority of these neutrons are produced in the cavern walls by means of intrinsic radioactivity of the rock and concrete. Their flux and spectrum depend on time and location. Precise knowledge of this background is necessary to devise sufficient shielding and veto mechanisms, improving the sensitivity of the neutron-susceptible underground experiments. In this report, we present the design and the expected performance of a mobile neutron detector for the LNGS underground laboratory. The detector is based on capture-gated spectroscopy technique and comprises essentially a stack of plastic scintillator bars wrapped with gadolinium foils. The extensive simulation studies demonstrate that the detector will be capable of measuring ambient neutrons at low flux levels (~$10^{-6}$ n/cm$^2$/s) at LNGS, where the ambient gamma flux is by about 5 orders of magnitude larger.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000163192
Veröffentlicht am 20.10.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1088/1748-0221/18/10/P10022
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Zitationen: 1
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Zitationen: 2
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Astroteilchenphysik (IAP)
Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP)
Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 01.10.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1748-0221
KITopen-ID: 1000163192
HGF-Programm 51.13.01 (POF IV, LK 01) Neutrinophysik und Dunkle Materie
Erschienen in Journal of Instrumentation
Verlag Institute of Physics Publishing Ltd (IOP Publishing Ltd)
Band 18
Heft 10
Seiten Art.-Nr.: P10022
Projektinformation GS2020_Neutron_GdH2O (BMBF, 05A21VK1)
Vorab online veröffentlicht am 13.07.2023
Nachgewiesen in Scopus
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