Abstract We have developed a compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer for radon measurements and have characterized it using a unique, small radon chamber. The spectrometer is composed of a through-silicon via (TSV) silicon photomultiplier (or SiPM) and a 6 mm × 6 mm × 6 mm stilbene crystal cube. Analog signals from the SiPM are sent to a digitizer. The detector is housed in a light-tight box, with a stacked air filter installed in one side of the box to enable 222Rn gas to diffuse to the inside. We conducted one experiment with the spectrometer and an AlphaGUARD detector placed in a basement at the University of Michigan, and we conducted other experiments with both detectors placed in a small radon chamber together with 226Ra sources. By applying a pulse-shape-discrimination technique, we were able to separate the alpha and beta spectra simultaneously and clearly and to measure them quantitatively. We found two peaks in the measured alpha spectrum: a lower-energy peak due to 218Po and a higher-energy peak due to 214Po. We found a linear relation between the radon concentration y from AlphaGUARD and the counting rates x from the stilbene-SiPM detector: y (Bq/m3) = 51 x −276. The alpha/beta spectrometer is less than 10 mm thick, and we expect that it will be easy to increase the sensitivity with future device construction. Thus, this compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer shows promise for use in novel radon-detection systems.

中文翻译：

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使用基于有机闪烁体的紧凑型 α/β 光谱仪进行氡测量

摘要 我们开发了一种用于氡测量的紧凑型、基于有机闪烁体的 α/β 光谱仪，并使用独特的小型氡室对其进行了表征。光谱仪由硅通孔 (TSV) 硅光电倍增管 (或 SiPM) 和 6 mm × 6 mm × 6 mm 二苯乙烯晶体立方体组成。来自 SiPM 的模拟信号被发送到数字化仪。检测器装在一个不透光的盒子里，盒子的一侧安装了一个堆叠的空气过滤器，使 222Rn 气体能够扩散到内部。我们将光谱仪和 AlphaGUARD 探测器放置在密歇根大学的地下室中进行了一项实验，并且我们将两个探测器与 226Ra 源一起放置在一个小型氡室中进行了其他实验。通过应用脉冲形状识别技术，我们能够同时清晰地分离 alpha 和 beta 光谱并定量测量它们。我们在测得的 alpha 光谱中发现了两个峰：218Po 引起的较低能量峰和 214Po 引起的较高能量峰。我们发现来自 AlphaGUARD 的氡浓度 y 与来自二苯乙烯-SiPM 探测器的计数率 x 之间存在线性关系：y (Bq/m3) = 51 x −276。α/β 光谱仪的厚度不到 10 毫米，我们预计随着未来的设备构造，提高灵敏度会很容易。因此，这种基于有机闪烁体的紧凑型 α/β 光谱仪有望用于新型氡探测系统。由 218Po 引起的较低能量峰值和由 214Po 引起的较高能量峰值。我们发现来自 AlphaGUARD 的氡浓度 y 与来自二苯乙烯-SiPM 探测器的计数率 x 之间存在线性关系：y (Bq/m3) = 51 x −276。α/β 光谱仪的厚度不到 10 毫米，我们预计随着未来的设备构造，提高灵敏度会很容易。因此，这种基于有机闪烁体的紧凑型 α/β 光谱仪有望用于新型氡探测系统。由 218Po 引起的较低能量峰值和由 214Po 引起的较高能量峰值。我们发现来自 AlphaGUARD 的氡浓度 y 与来自二苯乙烯-SiPM 探测器的计数率 x 之间存在线性关系：y (Bq/m3) = 51 x −276。α/β 光谱仪的厚度不到 10 毫米，我们预计随着未来的设备构造，提高灵敏度会很容易。因此，这种基于有机闪烁体的紧凑型 α/β 光谱仪有望用于新型氡探测系统。