JP2013167467A - 中性子検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる中性子計数精度に優れた中性子検出器を提供する。
【解決手段】 中性子シンチレーター結晶を用いる中性子検出器において、前記中性子シンチレーター結晶としてＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶等のリチウム６を含有する結晶を用い、且つ、該中性子シンチレーター結晶の形状を、例えば少なくとも一つの辺の長さが数百μｍより小さな立方体とするなどして、その比表面積が６０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の形状を有するものとする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、中性子シンチレーター結晶を用いる中性子検出器に関する。詳しくは、バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる新規な中性子検出器に関する。

中性子検出器は、中性子利用技術を支える要素技術であって、ホウ素中性子捕捉療法等の医療分野、中性子回折による構造解析等の学術研究分野、非破壊検査分野、或いは貨物検査等の保安分野等における中性子利用技術の発展に伴い、より高性能な中性子検出器が求められている。

中性子検出器に求められる重要な特性として、中性子計数精度が挙げられる。当該中性子計数精度は、中性子に対する検出効率や中性子とγ線との弁別能（以下、ｎ／γ弁別能ともいう）等、種々の要因に影響される。検出効率とは、検出器に入射した中性子の数に対する検出器でカウントした中性子の数の比であって、検出効率が低い場合には、計測される中性子の絶対数が少なくなり、計測精度が低下する。また、γ線は、自然放射線として存在する他、中性子を検出するための検出系の構成部材、或いは被検査対象物に中性子が当たった際にも発生するので、ｎ／γ弁別能が低く、γ線を中性子として計数してしまうと中性子計数精度が低下する。

中性子を検出する場合は、中性子が物質中で何の相互作用もせずに透過する力が強いため、一般に中性子捕獲反応を利用して検出される。例えば、ヘリウム３と中性子との中性子捕獲反応によって生じるプロトン及びトリチウムを利用して検出するヘリウム３検出器が従来から知られている。この検出器は、ヘリウム３ガスを充填した比例計数管であって、検出効率が高くｎ／γ弁別能にも優れるが、小型化が困難であるため、微小部の計測や狭隘空間での計測が困難であるという問題があった。さらに、ヘリウム３は高価な物質であり、しかも、その資源量には限りがある。

昨今、上記ヘリウム３検出器に代わって、中性子シンチレーターを用いる中性子検出器の開発が進められている。中性子シンチレーターとは、中性子が入射した際に当該中性子の作用によって蛍光を発する物質のことをいい、当該中性子シンチレーターと光電子増倍管等の光検出器を組み合わせることにより、中性子検出器とすることができる。なお、当該中性子シンチレーターを使用する中性子検出器の前記各種性能は、中性子シンチレーターを構成する物質に依存する。例えば、中性子捕獲反応の効率が高い同位体を多量に含有すれば、中性子に対する検出効率が向上する。かかる同位体としてリチウム６やホウ素１０が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

前記中性子検出器においては、中性子シンチレーターから発せられた光を光検出器が検出し、光検出器からパルス状の信号が出力される。一般に、中性子の数は当該パルス状の信号の強度、所謂波高値を以って計測される。すなわち、前記波高値について、所定の閾値を設け、当該閾値を超える波高値を示した事象を中性子入射事象として計数し、当該閾値に満たない波高値を示した事象はノイズとして扱われる。

また、前記中性子シンチレーターを用いる中性子検出器の応用の一つとして、中性子シンチレーターと光検出器の間が光ファイバーにより接続された中性子検出器（以下、光ファイバー型中性子検出器という）の開発が進められている。当該光ファイバー型中性子検出器においては、中性子シンチレーターより発生するシンチレーション光が光ファイバーによって光検出器に伝送される。

当該光ファイバー型中性子検出器において、中性子シンチレーターとして、リチウム６を含むＬｉＦと蛍光体であるＡｇ添加ＺｎＳを混合した粉末（以下、ＬｉＦ／ＺｎＳという）や、リチウム６を含むガラスシンチレーター（以下、Ｌｉガラスという）を適用することが試みられている（それぞれ非特許文献１及び非特許文献２参照）。

かかる光ファイバー型中性子検出器は、微小部や狭隘空間における中性子の計測に適するため、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）用の中性子モニタや、原子炉内の中性子モニタとしての利用が試みられている。

国際公開第２００９／１１９３７８号パンフレット

Ｙ． Ｙａｍａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， "Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｆａｓｔ ｎｅｕｔｒｏｎ ｆｌｕｘ ｉｎ ａ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅａｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ Ｌｉ ａｎｄ Ｔｈ ｌｏａｄｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ"， Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ ４３２ （１９９９） ４０３―４０９． Ｔｅｔｓｕｒｏ Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ， ｅｔ ａｌ．， "Ｎｅｗ ｉｄｅａ ｏｆ ａ ｓｍａｌｌ−ｓｉｚｅｄ ｎｅｕｔｒｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｂｒｅ"， Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ １４６ （２０１１） ９２−９５．

前記中性子シンチレーターを用いる中性子検出器は、中性子に対する検出効率が高く、小型化が容易であるという利点を有するものの、γ線にも有感であり、ｎ／γ弁別能が乏しいという問題があった。

また、中性子シンチレーターとしてＬｉＦ／ＺｎＳを用いる場合には、後述するように、中性子を検出した際に出力される波高値のばらつきが大きいため、中性子計数精度に乏しいという問題があった。

一方、中性子シンチレーターとしてＬｉガラスを用いる場合には、Ｌｉガラスがγ線にも感度を有するため、ｎ／γ弁別能が不充分であった。

本発明は、前記問題を解決すべくなされたものであって、バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる中性子計数精度に優れた中性子検出器を提供することを目的とする。

本発明者等は、中性子を検出した際に出力される波高値のばらつきを低減するため、リチウム６を含有する結晶である中性子シンチレーター結晶を採用し、当該中性子シンチレーター結晶を用いる中性子検出器において、ｎ／γ弁別能を向上すべく種々検討した。その結果、前記中性子シンチレーター結晶の形状を、γ線によって励起される高速電子が結晶外に逸脱しやすい形状とすることによって、ｎ／γ弁別能を向上でき、良好な中性子計数精度が得られることを見出した。

また、当該中性子検出器において、中性子シンチレーター結晶と光検出器との間を光ファイバーで接続することによって、前記良好な中性子計数精度を有し、且つ、微小部や狭隘空間での使用に適する中性子検出器が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、中性子シンチレーター結晶を用いる中性子検出器であって、前記中性子シンチレーター結晶がリチウム６を含有する結晶であり、且つ、前記中性子シンチレーター結晶が、その比表面積が６０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の形状を有するものであることを特徴とする中性子検出器が提供される。

また、本発明によれば、中性子シンチレーター結晶と光検出器との間が光ファイバーにより接続されてなる中性子検出器が提供される。

本発明によれば、中性子計数精度に優れた中性子検出器を提供できる。当該中性子検出器はバックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる。また、本発明の中性子シンチレーター結晶と光検出器との間が光ファイバーにより接続されてなる中性子検出器は、微小部や狭隘空間における中性子の計測に適しており、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）用の中性子モニタや、原子炉内の中性子モニタとして好適に使用できる。

本図は、本発明の中性子検出器によって得られる波高分布スペクトルを模式的に示した図である。 本図は、中性子シンチレーターとしてリチウム６を含有する化合物と蛍光体化合物との混合物を用いた中性子検出器によって得られる波高分布スペクトルを模式的に示した図である。 本図は、中性子シンチレーターとして従来のリチウム６を含有する結晶を用いた中性子検出器によって得られる波高分布スペクトルを模式的に示した図である。 本図は、本発明の光ファイバー型中性子検出器の概略図である。 本図は、実施例１で得られた波高分布スペクトルである。 本図は、比較例１で得られた波高分布スペクトルである。 本図は、実施例２で得られた波高分布スペクトルである。

本発明の中性子検出器は、中性子シンチレーター結晶を用いる中性子検出器であって、当該中性子シンチレーター結晶がリチウム６を含有する結晶（以下、Ｌｉ−６結晶という）であることを特徴とする。当該Ｌｉ−６結晶を用いることによって、中性子を検出した際に出力される波高値のばらつきを低減でき、中性子計数精度を高めることができる。

Ｌｉ−６結晶からなる中性子シンチレーター結晶においては、リチウム６と中性子との中性子捕獲反応でα線及びトリチウムが生じ、当該α線及びトリチウムによって、中性子シンチレーター結晶に４．８ＭｅＶのエネルギーが付与される。この付与エネルギーは、個々の中性子入射事象において一定であるため、中性子シンチレーター結晶から発せられる光の量、並びに当該光を光検出器が検出して出力される波高値のばらつきが小さくなる。

かかる波高値のばらつきを低減することによる効果を図１〜３を用いて説明する。なお、図１〜３は横軸に波高値をとり、縦軸に各波高値を示した事象の頻度を示した波高分布スペクトルである。

図１は、本発明の中性子検出器によって得られる波高分布スペクトルを模式的に示した図である。中性子シンチレーターとしてＬｉ−６結晶を用いた場合には、前述したように常に４．８ＭｅＶのエネルギーが付与されるため、図１に実線で示すように、４．８ＭｅＶに相当する波高値の位置にピーク（以下、中性子ピークという）が形成される。なお、波高値の低い位置にあるスロープは、γ線によるノイズあるいは電気的ノイズであり、後述する本発明における形状の中性子シンチレーター結晶を採用することによって中性子ピークと充分に分離できている。したがって、例えば図１の鎖線の位置に前記波高値に対する閾値を設けることが容易である。

ここで、中性子検出器においては、周囲温度の変化による中性子シンチレーターの発光量の変動、或いは、光検出器のゲインの変動等によって、波高値がしばしば変動する。波高値が上昇及び低下した場合の波高分布スペクトルを図１にそれぞれ破線及び点線で示す。図１より、波高値が変動しても中性子計数にほとんど誤差を生じないことが分かる。また、中性子ピークを常に把握しておき、中性子ピークの位置を基準として前記閾値を逐次変更することによって、さらに中性子計数精度を高めることも可能である。

これに対して、中性子シンチレーターとして、ＬｉＦ／ＺｎＳに代表されるようなリチウム６を含有する化合物と蛍光体化合物との混合物を用いた場合には、本発明における中性子シンチレーター結晶と同等の形状を有するものを採用しても波高分布スペクトルが図２に示すようなスロープ状のスペクトルとなる（非特許文献１、Ｆｉｇ．４−ａ参照）。この場合、前記中性子ピークのような中性子入射事象を明確に示す指標が無いため、前記閾値を設けることが非常に困難である。閾値を過剰に高く設けた場合には、中性子の計数が低下して見かけの検出効率が低下する。また、閾値を過剰に低く設けた場合には、γ線によるノイズあるいは電気的ノイズに由来する事象が中性子計数に混入し、中性子計数精度が低下する。

さらに、前記波高値の変動が生じた場合には、中性子計数精度が大きく低下する。波高値が上昇及び低下した場合の波高分布スペクトルを、それぞれ図２の破線及び点線で示す。かかる波高分布スペクトルの変化は、中性子シンチレーターの発光量の変動や光検出器のゲインの変動等によるものか、或いは、中性子数の増減によるものかを、図２から知ることはできず、したがって中性子計数に多大な誤差を生じる。

一方、図３は、中性子シンチレーターとして従来の形状の（大型で比表面積の小さい）Ｌｉ−６結晶を用いた中性子検出器によって得られる波高分布スペクトルを模式的に示した図である。図３において、γ線の入射に由来するスロープ（点線）が中性子ピークと同程度の波高値まで達しているため、閾値を超える波高値を与えたγ線（斜線部）が、中性子として計数されて誤差となる。特に、γ線の線量が高い場合には、該γ線による誤差が増大し、顕著に問題となる。

本発明において、Ｌｉ−６結晶は、前述したように中性子の入射によって常に一定のエネルギーが付与されるという要件を満たす限りにおいては、不純物が添加されていても良く、異物が混入していても良い。

また、Ｌｉ−６結晶は、単結晶、多結晶、或いはセラミックス等の形態で用いることができるが、格子欠陥に起因する非輻射遷移や結晶粒界でのシンチレーション光の散逸などによるロスを生じることなく、発光量の高い中性子シンチレーター結晶とするため、単結晶であることが好ましい。

本発明において、公知のＬｉ−６結晶を特に制限なく使用できるが、Ｌｉ−６結晶の発光量が１０００ｐｈｏｔｏｎ／ｎｅｕｔｒｏｎ以上であることが好ましく、５０００ｐｈｏｔｏｎ／ｎｅｕｔｒｏｎ以上であることが特に好ましい。発光量が高いＬｉ−６結晶を用いることによって、中性子の入射に由来する波高値が電気的ノイズに由来する波高値を大きく上回るため、前記閾値を設けやすく、また、中性子計数精度が向上する。なお、中性子シンチレーター結晶と光検出器との間を光ファイバーによって接続する場合には、光ファイバーにおける光の伝送ロスを考慮し、Ｌｉ−６結晶の発光量が１００００ｐｈｏｔｏｎ／ｎｅｕｔｒｏｎ以上であることが好ましく、２００００ｐｈｏｔｏｎ／ｎｅｕｔｒｏｎ以上であることが特に好ましい。

かかるＬｉ−６結晶として具体的なものを例示すれば、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６、Ｃｅ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｃｅ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｃｅ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６、Ｅｕ：ＬｉＩ、Ｃｅ：Ｌｉ_６Ｇｄ（ＢＯ_３）_３、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＹＣｌ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＹＢｒ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＬａＣｌ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＬａＢｒ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＣｅＣｌ_６、Ｃｅ：ＬｉＲｂ_２ＬａＢｒ_６等が挙げられる。

前記例示したＬｉ−６結晶の中でも、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６及びＥｕ，Ｎａ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６が、発光量が高く、また、潮解性が無く化学的に安定であるため最も好ましい。

本発明は前記中性子シンチレーター結晶の形状が、その比表面積が６０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の形状を有するものであることを最大の特徴とする。なお、本発明において、中性子シンチレーター結晶の比表面積とは、中性子シンチレーター結晶の単位体積当たりの表面積を言う。本発明者らの検討によれば、前記比表面積を６０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上とすることによって、γ線が中性子シンチレーター結晶に入射した際に出力される波高値を低減することができ、前記閾値を設けて中性子とγ線を弁別することが容易となる。

一般に、γ線が中性子シンチレーター結晶に入射すると、中性子シンチレーター結晶の内部で高速電子が生成され、該高速電子が中性子シンチレーター結晶にエネルギーを付与することによって、中性子シンチレーター結晶が発光する。かかる発光によって出力される波高値が、中性子の入射による波高値と同程度に高く、両者を弁別できない場合には、γ線が中性子として計数され、中性子計数に誤差が生じる（前述の図３）。

γ線の入射によって中性子検出器から出力される波高値は、前記高速電子によって付与されるエネルギーに依存し、該エネルギーを低減することによって、γ線が中性子シンチレーター結晶に入射した際に出力される波高値を低減することができる。

前記高速電子から中性子シンチレーター結晶に付与されるエネルギーを低減する方法として、中性子シンチレーター結晶のサイズを小さくすることが挙げられる。中性子シンチレーター結晶のサイズを小さくすると、前記高速電子がその全エネルギーを付与する前に中性子シンチレーター結晶から逸脱するため、該高速電子から中性子シンチレーター結晶に付与されるエネルギーを低減することができる。しかしながら、中性子シンチレーター結晶は、その用途に応じて平板状、角柱状、円柱状、あるいは球状等の種々の形状を有し、前記高速電子から中性子シンチレーター結晶に付与されるエネルギーは、かかる形状によっても異なるため、どの程度サイズを小さくすればγ線による波高値を充分に低減できるかを知ることは、一般には困難である。

ここで、本発明における比表面積は単位体積当たりの表面積であるから、（１）その絶対的な体積が小さいほど大きくなる傾向にあり、また（２）形状が真球状である場合に最も比表面積は小さくなり、逆に物体の比表面積が大きいほど、該物体は真球状からかけ離れた形状となる。例えばＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に延びる辺を有する立方体で考えた場合、Ｘ＝Ｙ＝Ｚの正６面体の場合に最も比表面積が小さく、いずれかの軸方向の長さを短くし、その分他の軸方向の辺を長くしたものは同じ体積でも比表面積が大きくなる。

より具体的には、１辺が１ｃｍの正６面体では比表面積が６ｃｍ^２／ｃｍ^３であるが、同０．５ｃｍの正６面体（０．１２５ｃｍ^３）の場合には、その比表面積は１２ｃｍ^２／ｃｍ^３である。さらに同じ体積（０．１２５ｃｍ^３）で厚みを０．０３１２５ｃｍとした場合、縦横が２ｃｍ×２ｃｍのサイズとなり、よって比表面積は６６ｃｍ^２／ｃｍ^３となる。

換言すれば、比表面積が大きいということは少なくともいずれか１つの軸方向の長さが極めて小さい部分を有するということを示すものである。そしてこの小さい軸方向及びその軸方向に近い向きに走る前記γ線によって励起される高速電子は、前述のとおり速やかに結晶から逸脱するため、該高速電子から中性子シンチレーター結晶に付与されるエネルギーを低減することができるものである。

本発明は上記の如き知見及び考察によりなされたものであり、本発明者らの検討によれば、当該比表面積を、高速電子から中性子シンチレーター結晶に付与されるエネルギーを考慮する上で、中性子シンチレーター結晶が種々の形状を有することを加味したサイズの指標として用いることができる。そして実用上、当該比表面積を６０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上とすることによって、バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することが可能な中性子検出器を得ることができる。

なお、本発明において、前記比表面積の上限は、特に制限されないが、５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以下とすることが好ましい。該比表面積が５００ｃｍ^２／ｃｍ^３を超える場合、すなわち中性子シンチレーター結晶の全ての軸方向の長さが極めて小さい場合には、前記リチウム６と中性子との中性子捕獲反応で生じたα線及びトリチウムが、中性子シンチレーター結晶に４．８ＭｅＶのエネルギーを付与する前に中性子シンチレーター結晶から逸脱する事象が生じる。かかる事象が頻発すると、前記中性子ピークが形成されず、中性子検出精度が低下するおそれがある。明瞭な中性子ピークを得るためには、中性子シンチレーター結晶の比表面積を２００ｃｍ^２／ｃｍ^３以下とすることが特に好ましい。

なお上記説明では軸という用語を用いたが、Ｘ，Ｙ及びＺの空間座標位置を示すために便宜的に用いただけであり、本発明で用いる中性子シンチレーター結晶がこれら特定の軸方向に辺を有する立方体に限定されるものでは無論ない。

本発明において、中性子シンチレーター結晶の形状は、前記比表面積を満たす形状であれば特に制限されず、光検出器や光ファイバーとの組合せに適した形状を適宜選択して用いることができる。具体的には、厚さが数百μｍの平板状、一辺が数百μｍ角の角柱状、直径が数百μｍの円柱状、あるいは直径が数百μｍの球状等の形状の中性子シンチレーター結晶を用いることができる。当該数百μｍの具体的な値としては１００〜７００μｍ、好ましくは２００〜５００μｍという値が挙げられる。

本発明の中性子検出器は、前記中性子シンチレーター結晶と光検出器と組み合わせてなる。即ち、中性子の入射によって中性子シンチレーター結晶から発せられた光は、光検出器によって電気信号に変換され、中性子の入射が電気信号として計測されるため、中性子計数等に用いることができる。本発明において、光検出器は特に限定されず、光電子増倍管、フォトダイオード等の従来公知の光検出器を何ら制限なく用いることができる。

なお、中性子シンチレーター結晶は、光検出器に対向する光出射面を有し、当該光出射面は光学研磨が施されていることが好ましい。かかる光出射面を有することによって、中性子シンチレーター結晶で生じた光を効率よく光検出器に入射できる。また、光検出器に対向しない面に、アルミニウム或いはテフロン（登録商標）等からなる光反射膜を施すことにより、中性子シンチレーター結晶で生じた光の散逸を防止することができ、好ましい。

本発明の中性子シンチレーター結晶と光検出器とを組み合わせて中性子検出器を製作する方法は特に限定されず、例えば、光検出器の光検出面に中性子シンチレーター結晶の光出射面を光学グリース或いは光学セメント等で光学的に接着し、光検出器に電源および信号読出し回路を接続して中性子検出器を製作することができる。なお、前記信号読出し回路は、一般に前置増幅器、整形増幅器、及び多重波高分析器などで構成される。

また、前記光反射膜が施された中性子シンチレーター結晶を多数配列し、光検出器として位置敏感型光検出器を用いることにより、中性子検出器に位置分解能を付与することができる。

中性子シンチレーター結晶と光検出器との間を光ファイバーによって接続することによって、光ファイバー型中性子検出器とすることができる。かかる光ファイバー型中性子検出器は、中性子計数精度に優れるばかりでなく、微小部や狭隘空間における中性子の計測において、好適に用いることができる。

当該光ファイバー型中性子検出器の概略図を図４に示す。該光ファイバー型中性子検出器においては、中性子シンチレーター結晶から発せられた光が、光ファイバー中を伝搬して光検出器に到達し、光検出器によって電気信号に変換される。

本発明の光ファイバー型中性子検出器を製作する方法は特に限定されず、例えば、中性子シンチレーター結晶と光ファイバー、及び、光ファイバーと光検出器をそれぞれ光学的に接着する以外は、前記と同様にして製作することができる。また、光検出器および信号読出し回路も前記と同様のものを用いることができる。

本発明の光ファイバー型中性子検出器で用いる光ファイバーは特に制限されず、公知の光ファイバーを用いることができる。中でも光の伝送効率に鑑みて、コアと呼ばれる芯材の周囲を、該コアより屈折率の低い材質で覆った、所謂コア−クラッド構造を有するものが好ましい。また、光ファイバーの材質は特に制限されず、フッ素系ポリマー、ポリカーボネート、ポリスチレン等のプラスチック材、或いは石英ガラス等のガラス材を用いることができる。特に中性子やγ線の線量が多い場で用いる場合には、放射線耐性に鑑みて石英ガラスファイバーを用いることが好ましい。

以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

実施例１
本実施例では、中性子シンチレーター結晶としてＬｉ−６結晶であるＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶を用い、中性子検出器を製作した。該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶の形状は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍの平板状であり、比表面積が７１ｃｍ^２／ｃｍ^３の形状を有するものであった。また、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶の発光量は２５０００ｐｈｏｔｏｎ／ｎｅｕｔｒｏｎであった。なお、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶の１０ｍｍ×１０ｍｍの面を光出射面として用いるため、当該面には光学研磨を施した。

まず、前記中性子シンチレーター結晶の光出射面以外の面にテープ状のテフロン（登録商標）を巻いて光反射膜とした。次いで、光検出器として光電子増倍管（浜松ホトニクス社製 Ｒ７６００Ｕ）を用意し、当該光電子増倍管の光検出面と前記中性子シンチレーター結晶の光出射面を光学グリースによって光学的に接着した。

前記光電子増倍管に電源および信号読出し回路を接続して中性子線検出器を製作した。なお、前記信号読出し回路として、光電子増倍管側から前置増幅器、整形増幅器及び多重波高分析器を接続した。

中性子線検出器を遮光用のブラックシートで覆った後に、約１ＭＢｑの放射能のＣｆ−２５２からの中性子を、４０ｍｍの厚みのポリエチレンブロックで減速して照射した。

光電子増倍管に接続された電源を用いて、６００Ｖの高電圧を光電子増倍管に印加した。中性子の入射によって、中性子シンチレーター結晶で生じた発光パルスを光電子増倍管でパルス状の電気信号に変換し、当該電気信号を前置増幅器、整形増幅器を介して多重波高分析器に入力した。多重波高分析器に入力された電気信号を解析して波高分布スペクトルを作成した。

次に、中性子に替えて、約１ＭＢｑの放射能のＣｏ−６０からのγ線を照射する以外は、前記と同様にして波高分布スペクトルを作成した。

得られた波高分布スペクトルを図５に示す。図５の実線および点線は、それぞれ中性子およびγ線照射下での波高分布スペクトルである。なお、当該波高分布スペクトルにおいて、横軸を中性子ピークの波高値を１とした相対値で示した。

図５より、明瞭な中性子ピークが確認でき、また、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値は、中性子ピークの波高値に比較してはるかに低く、容易にγ線と中性子を弁別できることが分かる。

比較例１
中性子シンチレーター結晶として、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの平板状であり、比表面積が２４ｃｍ^２／ｃｍ^３の形状を有するものであるＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶を用いる以外は、実施例１と同様にして中性子検出器を製作し、中性子およびγ線照射下での波高分布スペクトルを作成した。

得られた波高分布スペクトルを図６に示す。図６の実線および点線は、それぞれ中性子およびγ線照射下での波高分布スペクトルである。なお、当該波高分布スペクトルにおいて、横軸を中性子ピークの波高値を１とした相対値で示した。

図６では、明瞭な中性子ピークが確認できるものの、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値が、中性子ピークの波高値に一部重なっており、γ線と中性子の弁別が困難であることが分かる。

実施例２
本実施例では、中性子シンチレーター結晶としてＬｉ−６化合物であるＥｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶を用い、中性子検出器を製作した。該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶の形状は、直径０．３ｍｍ、長さが０．４ｍｍの円柱状であり、比表面積が１８０ｃｍ^２／ｃｍ^３の形状を有するものであった。また、該Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶の発光量は３００００ｐｈｏｔｏｎ／ｎｅｕｔｒｏｎであった。

コアの直径が５００μｍ、長さが２ｍのプラスチック製光ファイバーを用いて、該光ファイバーの一端にＥｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶を、他の一端に光検出器である光電子増倍管（浜松ホトニクス社製 Ｈ６６１２）の光検出面をそれぞれ光学グリースによって光学的に接着した。Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶の周囲に反射材としてテープ状のテフロン（登録商標）を巻き、アルミニウム箔で遮光をした。光電子増倍管の後段に前置増幅器（ＯＲＴＥＣ １１３）、線形増幅器（ＯＲＴＥＣ ５７２）を接続し、処理された信号を多重波高分析器に入力し、波高分布スペクトルを得た。得られた波高分布スペクトルを図７に実線で示す。また、中性子の影響のみを取り除くため、中性子シンチレーター結晶を中性子遮蔽材であるＣｄ板で覆った場合の波高分布スペクトルを図７に破線で示す。Ｃｄ板で中性子を遮蔽した際、ガンマ線は多く存在するにもかかわらず、中性子ピークの波高値に達するγ線は、ほとんど検出されておらず、中性子のみを選択的に検出できていることがわかる。

１ 中性子シンチレーター結晶
２ 光ファイバー
３ 光検出器
４ 信号読出し回路

Claims (3)

1. 中性子シンチレーター結晶を用いる中性子検出器において、
   前記中性子シンチレーター結晶がリチウム６を含有する結晶であり、
   且つ、前記中性子シンチレーター結晶が、その比表面積が６０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の形状を有するものであることを特徴とする中性子検出器。
2. 中性子シンチレーター結晶と光検出器との間が光ファイバーにより接続されてなる請求項１記載の中性子検出器。
3. ホウ素中性子捕捉療法用の中性子モニタである請求項１又は２記載の中性子検出器。

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