JP2015040706A - Neutron scintillator and neutron detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温で用いる中性子シンチレーター及び該中性子シンチレーターを用いる中性子検出器に関する。詳しくは、１００〜２００℃の高温においてもシンチレーション光を効率的に光検出器に導くことが可能であり、かつ中性子検出効率が高く、且つ、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シンチレーター及び中性子検出器に関する。 The present invention relates to a neutron scintillator used at a high temperature and a neutron detector using the neutron scintillator. Specifically, in a field where the scintillation light can be efficiently guided to the photodetector even at a high temperature of 100 to 200 ° C., the neutron detection efficiency is high, and the dose of γ rays that become background noise is high. Also relates to a novel neutron scintillator and neutron detector that can accurately measure neutrons.
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、貨物検査等の保安分野、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、或いはホウ素中性子捕捉療法等の医療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。 The neutron detector is an elemental technology that supports neutron utilization technology. In the security field such as cargo inspection, academic research field such as structural analysis by neutron diffraction, non-destructive inspection field, or medical field such as boron neutron capture therapy. With the development of neutron utilization technology, higher performance neutron detectors are required.
このような中性子検出器の用途の一つに地中の資源探査がある。即ち、中性子源及び中性子検出器を備えた掘削ドリルを用いて、中性子源から放出され地層を介して中性子検出器に入射する中性子を計測することにより、掘削の過程で地層に含まれる資源を探査する方法が知られている（ＵＳ５５３９２２５参照）。 One of the uses of such a neutron detector is underground resource exploration. In other words, by using a drilling drill equipped with a neutron source and a neutron detector, the neutrons emitted from the neutron source and incident on the neutron detector through the formation are measured, thereby exploring the resources contained in the formation during the drilling process. Is known (see US Pat. No. 5,539,225).
一方、中性子検出器に求められる重要な特性として、中性子検出効率及び中性子とγ線との弁別能（以下、ｎ／γ弁別能ともいう）が挙げられる。中性子検出効率とは、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。 On the other hand, important characteristics required for a neutron detector include neutron detection efficiency and discrimination ability between neutrons and γ rays (hereinafter also referred to as n / γ discrimination ability). Neutron detection efficiency is the ratio of the number of neutrons counted by the detector to the number of neutrons incident on the detector. When the detection efficiency is low, the absolute number of neutrons to be measured decreases, and the measurement accuracy Decreases. In addition, γ-rays exist as natural radiation, and are also generated when a neutron hits a component of a detection system for detecting neutrons or an object to be inspected, so the n / γ discrimination ability is low, If γ rays are counted as neutrons, the accuracy of neutron counting decreases.
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、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という問題があった。 When detecting neutrons, neutrons are generally detected using a neutron capture reaction because neutrons have a strong force to penetrate without any interaction in the material. For example, a helium 3 detector that detects using protons and tritium generated by a neutron capture reaction between helium 3 and neutrons has been conventionally known. This detector is a proportional counter filled with helium 3 gas, and has high detection efficiency and excellent n / γ discrimination. However, helium 3 is an expensive substance, and its resource amount is limited. There was a problem that there was.
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）。 Recently, a neutron detector using a neutron scintillator is being developed in place of the helium 3 detector. A neutron scintillator refers to a substance that emits fluorescence when neutrons are incident. The neutron scintillator is combined with a photodetector such as a photomultiplier tube to form a neutron detector. it can. Note that the various performances of the neutron detector using the neutron scintillator depend on the substances constituting the neutron scintillator. For example, if a large amount of isotopes having high neutron capture reaction efficiency are contained, the detection efficiency for neutrons is improved. Examples of such isotopes include lithium 6 and boron 10 (see, for example, Patent Document 1).
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。 In the neutron detector, the photodetector detects the light emitted from the neutron scintillator, and a pulse signal is output from the photodetector. In general, the number of neutrons is measured by the intensity of the pulsed signal, so-called peak value. That is, a predetermined threshold value is provided for the peak value, an event that indicates a peak value that exceeds the threshold value is counted as a neutron incident event, and an event that indicates a peak value that is less than the threshold value is treated as noise.
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い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。 Although the neutron detector using the neutron scintillator has the advantage of high detection efficiency for neutrons, it is sensitive to γ rays and has a problem of poor n / γ discrimination.
前記中性子シンチレーターの中でも、高温環境下での特性に優れたシンチレーターとして、我々は、化学式ＬｉＭ１Ｍ２Ｘ６（ただし、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属元素であり、Ｍ２はＡｌ、Ｇａ及びＳｃから選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる少なくとも１種のハロゲン元素である）で表わされるコルキライト型結晶からなるシンチレーターを開示している（特願２０１１−０８２９９５）。しかしながら、当該コルキライト型結晶からなるシンチレーターについても、ｎ／γ弁別能に改善の余地があった。 Among the neutron scintillators, as a scintillator having excellent characteristics in a high temperature environment, we have a chemical formula LiM 1 M 2 X 6 (where M 1 is at least one alkaline earth selected from Mg, Ca, Sr and Ba). M 2 is at least one metal element selected from Al, Ga and Sc, and X is at least one halogen element selected from F, Cl, Br and I) A scintillator composed of a cordierite crystal is disclosed (Japanese Patent Application No. 2011-082995). However, there was room for improvement in the n / γ discrimination ability of the scintillator made of the corkyrite type crystal.
このような問題点を解決するために、我々は、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなり、かつ、シンチレーション光の透過性の高い樹脂組成物からなる中性子シンチレーターを提案している（特願２０１２−２７１３１８）。 In order to solve such a problem, we comprise inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 and have transparency of scintillation light. A neutron scintillator made of a high resin composition has been proposed (Japanese Patent Application No. 2012-271318).
しかしながら、上記樹脂組成物からなる中性子シンチレーターは、資源探査などの用途に使用しようとした場合、中性子検出器の信号／雑音比が低下する場合のあることが分かった。 However, it has been found that the signal / noise ratio of the neutron detector may decrease when the neutron scintillator made of the resin composition is used for applications such as resource exploration.
通常、物質は熱膨張により体積が増加し相対密度が低下すると、それに比例して屈折率も低下する。そして、無機粒子と樹脂とでは、熱膨張率が一桁以上相違することが普通であるため、温度変化による屈折率の変化の仕方が異なる。そのため、室温で透明性の高い（シンチレーション光の透過性の高い）樹脂組成物を制作しても、資源探査などの高温環境下で用いられる際には、上記屈折率変化のため、該環境下での屈折率が大きく相違することになり、樹脂組成物の光透過性が低い状態となってしまう。 In general, when the volume of a substance increases due to thermal expansion and the relative density decreases, the refractive index also decreases in proportion thereto. In general, the thermal expansion coefficient differs between the inorganic particles and the resin by an order of magnitude or more, and therefore, the manner in which the refractive index changes due to temperature change is different. Therefore, even if a resin composition having high transparency at room temperature (high scintillation light transmission property) is produced, when used in a high temperature environment such as resource exploration, the above refractive index change causes the change in the environment. In this case, the refractive index of the resin composition is greatly different, and the light transmittance of the resin composition is low.
このため、シンチレーション光が光検出器に十分に到達することができず、よって前記問題を生じることが分かった。 For this reason, it was found that the scintillation light could not reach the photodetector sufficiently, thus causing the above problem.
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であって、資源探査などの高温環境下で使用可能な中性子検出器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a neutron detector excellent in neutron counting accuracy that can accurately measure neutrons even in a field where the dose of γ-rays that become background noise is high. It is an object of the present invention to provide a neutron detector that can be used in a high-temperature environment such as resource exploration.
本発明者等は、樹脂の熱膨張率が高く、そのため無機蛍光体粒子に比べて高温での屈折率低下が著しい点に着目し、逆に、この屈折率が低下した状態で無機蛍光体粒子に屈折率を一致させれば良いことを着想した。そしてそのためには、室温では、無機蛍光体粒子に比べて樹脂の屈折率が高いものを採用すれば上記課題が解決できることを見いだし、本発明を完成した。 The present inventors focused on the fact that the thermal expansion coefficient of the resin is high, and therefore, the refractive index decrease at a high temperature is significant compared to the inorganic phosphor particles, and conversely, the inorganic phosphor particles in a state where the refractive index is decreased. The idea was to match the refractive index to For this purpose, the present inventors have found that the above problem can be solved by using a resin having a higher refractive index than that of inorganic phosphor particles at room temperature, thereby completing the present invention.
即ち本発明は、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子と有機樹脂とを含んでなる中性子シンチレーターであって、
１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率とが、前記無機蛍光体粒子の発光波長において一致することを特徴とする中性子シンチレーターである。
That is, the present invention is a neutron scintillator comprising inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 and an organic resin,
The neutron scintillator is characterized in that the refractive index of the inorganic phosphor particles and the refractive index of the organic resin coincide with each other at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles at any temperature in the range of 100 to 200 ° C.
本発明によれば、資源探査などの１００〜２００℃の範囲の環境下でも中性子検出効率及びｎ／γ弁別能に優れた中性子シンチレーター及び該中性子シンチレーターを用いた中性子検出器を提供できる。当該中性子検出器は高温下でも中性子を効率よく計測することができるため、資源探査などの分野で好適に使用できる。 According to the present invention, it is possible to provide a neutron scintillator excellent in neutron detection efficiency and n / γ discrimination ability even in an environment in the range of 100 to 200 ° C. such as resource exploration and a neutron detector using the neutron scintillator. Since the neutron detector can efficiently measure neutrons even at high temperatures, it can be suitably used in fields such as resource exploration.
本発明の中性子シンチレーターは、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子（以下、単に無機蛍光体粒子ともいう）を第一の構成要素とする。 The neutron scintillator of the present invention has inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 (hereinafter also simply referred to as inorganic phosphor particles) as a first constituent element.
該無機蛍光体粒子においては、リチウム６またはホウ素１０と中性子との中性子捕獲反応によって、それぞれα線及びトリチウムまたはα線とリチウム７（以下、２次粒子ともいう）が生じ、当該２次粒子によって、無機蛍光体粒子に４．８ＭｅＶまたは２．３ＭｅＶのエネルギーが付与される。当該エネルギーを付与されることによって、無機蛍光体粒子が励起され、蛍光を発する。 In the inorganic phosphor particles, α-rays and tritium or α-rays and lithium 7 (hereinafter also referred to as secondary particles) are generated by a neutron capture reaction between lithium 6 or boron 10 and neutrons, respectively. The energy of 4.8 MeV or 2.3 MeV is applied to the inorganic phosphor particles. By applying the energy, the inorganic phosphor particles are excited and emit fluorescence.
かかる無機蛍光体粒子を用いた中性子シンチレーターは、リチウム６及びホウ素１０による中性子捕獲反応の効率が高いため、中性子検出効率に優れており、また、中性子捕獲反応の後に無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーが高いため、中性子を検出した際に発せられる蛍光の強度に優れる。 A neutron scintillator using such inorganic phosphor particles has high neutron detection efficiency due to the high efficiency of the neutron capture reaction by lithium 6 and boron 10, and is applied to the inorganic phosphor particles after the neutron capture reaction. Because of its high energy, it excels in the intensity of fluorescence emitted when neutrons are detected.
本発明において、無機蛍光体粒子中のリチウム６及びホウ素１０の含有量（以下、中性子捕獲同位体含有量ともいう）は、それぞれ１ａｔｏｍ／ｎｍ３及び０．３ａｔｏｍ／ｎｍ３以上とすることが好ましく、それぞれ６ａｔｏｍ／ｎｍ３及び２ａｔｏｍ／ｎｍ３以上とすることが特に好ましい。なお、上記中性子捕獲同位体含有量とは無機蛍光体粒子１ｎｍ３あたりに含まれる中性子捕獲同位体の個数をいう。中性子捕獲同位体含有量を上記範囲とすることによって、入射した中性子が中性子捕獲反応を起こす確率が高まり、中性子検出効率が向上する。 In the present invention, the content of lithium 6 and boron 10 in the inorganic phosphor particles (hereinafter also referred to as neutron capture isotope content) is preferably 1 atom / nm 3 and 0.3 atom / nm 3 or more, respectively. Are particularly preferably 6 atom / nm 3 and 2 atom / nm 3 or more, respectively. The neutron capture isotope content refers to the number of neutron capture isotopes contained per 1 nm 3 of inorganic phosphor particles. By setting the neutron capture isotope content in the above range, the probability that incident neutrons cause a neutron capture reaction is increased, and the neutron detection efficiency is improved.
かかる中性子捕獲同位体含有量は、無機蛍光体粒子の化学組成を選択し、また、無機蛍光体粒子の原料として用いるフッ化リチウム（ＬｉＦ）あるいは酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）等におけるリチウム６およびホウ素１０の同位体比率を調整することによって適宜調整できる。ここで、同位体比率とは、全リチウム元素に対するリチウム６同位体の元素比率及び全ホウ素元素に対するホウ素１０同位体の元素比率であって、天然のリチウム及びホウ素ではそれぞれ約７．６％および約１９．９％である。中性子捕獲同位体含有量を調整する方法としては、天然の同位体比を有する汎用原料を出発原料として、リチウム６およびホウ素１０の同位体比率を所期の同位体比率まで濃縮して調整する方法、或いはあらかじめリチウム６およびホウ素１０の同位体比率が所期の同位体比率以上に濃縮された濃縮原料を用意し、該濃縮原料と前記汎用原料を混合して調整する方法が挙げられる。 Such neutron capture isotope content selects the chemical composition of the inorganic phosphor particles, and lithium 6 in lithium fluoride (LiF) or boron oxide (B 2 O 3 ) used as a raw material for the inorganic phosphor particles and It can adjust suitably by adjusting the isotope ratio of boron-10. Here, the isotope ratio is an element ratio of the lithium 6 isotope to the total lithium element and an element ratio of the boron 10 isotope to the total boron element. For natural lithium and boron, about 7.6% and about 19.9%. As a method of adjusting the neutron capture isotope content, a method of adjusting the isotope ratio of lithium 6 and boron 10 to a desired isotope ratio using a general-purpose material having a natural isotope ratio as a starting material Alternatively, there is a method in which a concentrated raw material in which the isotopic ratio of lithium 6 and boron 10 is previously concentrated to a desired isotope ratio or more is prepared, and the concentrated raw material and the general-purpose raw material are mixed and adjusted.
一方、中性子捕獲同位体含有量の上限は特に制限されないが、６０ａｔｏｍ／ｎｍ３以下とすることが好ましい。６０ａｔｏｍ／ｎｍ３を超える中性子捕獲同位体含有量を達成するためには、あらかじめ中性子捕獲同位体を高濃度に濃縮した特殊な原料を多量に用いる必要があるため、製造にかかるコストが極端に高くなり、また、無機蛍光体粒子の種類の選択も著しく限定される。 On the other hand, the upper limit of the neutron capture isotope content is not particularly limited, but is preferably 60 atom / nm 3 or less. In order to achieve a neutron capture isotope content exceeding 60 atoms / nm 3 , it is necessary to use a large amount of special raw materials in which neutron capture isotopes are concentrated at a high concentration in advance, so that the production cost is extremely high. In addition, the selection of the type of inorganic phosphor particles is significantly limited.
なお、上記無機蛍光体粒子中のリチウム６及びホウ素１０の含有量は、あらかじめ無機蛍光体粒子の密度、無機蛍光体粒子中のリチウム及びホウ素の質量分率、及び原料中のリチウム６及びホウ素１０の同位体比率を求め、それぞれ以下の式（１）及び式（２）に代入することによって求めることができる。 The contents of lithium 6 and boron 10 in the inorganic phosphor particles are determined in advance according to the density of the inorganic phosphor particles, the mass fraction of lithium and boron in the inorganic phosphor particles, and the lithium 6 and boron 10 in the raw material. The isotope ratios can be obtained by substituting them into the following formulas (1) and (2), respectively.
リチウム６の含有量＝ρ×ＷＬｉ×ＣＬｉ／（７００−ＣＬｉ）×Ａ×１０−２３ （１）
ホウ素１０の含有量＝ρ×ＷＢ×ＣＢ／（１１００−ＣＢ）×Ａ×１０−２３ （２）
（式中、ρはシンチレーターの密度［ｇ／ｃｍ３］、ＷＬｉ及びＷＢはそれぞれ無機蛍光体粒子中のリチウム及びホウ素の質量分率［質量％］、ＣＬｉ及びＣＢはそれぞれ原料におけるリチウム６およびホウ素１０の同位体比率［％］、Ａはアボガドロ数［６．０２×１０２３］を示す）
前記無機蛍光体粒子は特に制限されず、従来公知の無機蛍光体を粒子状としたものを用いることができるが、具体的なものを例示すれば、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、Ｅｕ：ＬｉＩ、Ｃｅ：Ｌｉ６Ｇｄ（ＢＯ３）３、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＹＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＹＢｒ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＬａＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＬａＢｒ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＣｅＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＲｂ２ＬａＢｒ６等の結晶からなる無機蛍光体粒子、及び、Ｌｉ２Ｏ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃｅ２Ｏ３系のガラスからなる無機蛍光体粒子等が挙げられる。
Content of lithium 6 = ρ × W Li × C Li / (700-C Li ) × A × 10 −23 (1)
Content of boron 10 = ρ × W B × C B / (1100−C B ) × A × 10 −23 (2)
(Wherein, [rho is the density of the scintillator [g / cm 3], W Li and W B is lithium and the mass fraction of boron respectively in the inorganic phosphor particles [wt%], in each C Li and C B material Lithium 6 and boron 10 isotope ratio [%], A indicates Avogadro number [6.02 × 10 23 ]
The inorganic phosphor particles are not particularly limited, and a conventionally known inorganic phosphor in the form of particles can be used. Specific examples are Eu: LiCaAlF 6 , Eu, Na: LiCaAlF 6. , Eu: LiSrAlF 6 , Ce: LiCaAlF 6 , Ce, Na: LiCaAlF 6 , Ce: LiSrAlF 6 , Eu: LiI, Ce: Li 6 Gd (BO 3 ) 3 , Ce: LiCs 2 YCl 6 , Ce: LiCs 2 6 , Ce: LiCs 2 LaCl 6 , Ce: LiCs 2 LaBr 6 , Ce: LiCs 2 CeCl 6 , Ce: LiRb 2 LaBr 6 and other inorganic phosphor particles, and Li 2 O—MgO—Al 2 O 3 -SiO 2 -Ce inorganic phosphor particles or the like made of 2 O 3 based glass and the like.
本発明において、無機蛍光体粒子の発光する波長は、後述する樹脂と混合した際に透明性を得やすい点で、近紫外域〜可視光域であることが好ましく、可視光域であることが特に好ましい。 In the present invention, the wavelength of light emitted from the inorganic phosphor particles is preferably in the near-ultraviolet region to the visible light region, and is preferably in the visible light region in that it is easy to obtain transparency when mixed with a resin described later. Particularly preferred.
本発明において、無機蛍光体粒子に含有せしめる中性子捕獲同位体が、リチウム６のみであることが好ましい。中性子捕獲反応に寄与する中性子捕獲同位体をリチウム６のみとすることによって、常に一定のエネルギーを無機蛍光体粒子に付与することができ、また、４．８ＭｅＶもの極めて高いエネルギーを付与することができる。したがって、蛍光の強度のバラつきが少なく、且つ特に蛍光の強度に優れた中性子シンチレーターを得ることができる。 In the present invention, it is preferable that the neutron capture isotope contained in the inorganic phosphor particles is lithium 6 only. By using only lithium 6 as the neutron capture isotope that contributes to the neutron capture reaction, a constant energy can always be imparted to the inorganic phosphor particles, and an extremely high energy of 4.8 MeV can be imparted. . Therefore, it is possible to obtain a neutron scintillator with little variation in fluorescence intensity and particularly excellent in fluorescence intensity.
中性子捕獲同位体としてリチウム６のみを含有する無機蛍光体粒子の中でも、化学式ＬｉＭ１Ｍ２Ｘ６（ただし、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属元素であり、Ｍ２はＡｌ、Ｇａ及びＳｃから選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる少なくとも１種のハロゲン元素である）で表わされ、少なくとも１種のランタノイド元素を含有するコルキライト型結晶、及び当該コルキライト型結晶であって、さらに少なくとも１種のアルカリ金属元素を含有するコルキライト型結晶が好ましい。 Among inorganic phosphor particles containing only lithium 6 as a neutron capture isotope, chemical formula LiM 1 M 2 X 6 (where M 1 is at least one alkaline earth metal element selected from Mg, Ca, Sr and Ba) M 2 is at least one metal element selected from Al, Ga and Sc, and X is at least one halogen element selected from F, Cl, Br and I), and at least A cordierite type crystal containing one kind of lanthanoid element and a cordierite type crystal containing at least one kind of alkali metal element are preferred.
当該コルキライト型結晶を具体的に例示すればＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ６及びＥｕ，Ｎａ：ＬｉＳｒＡｌＦ６からなる無機蛍光体粒子が、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。 If the corkrite type crystal is specifically exemplified, inorganic phosphor particles composed of Eu: LiCaAlF 6 , Eu, Na: LiCaAlF 6 , Eu: LiSrAlF 6 and Eu, Na: LiSrAlF 6 have a high light emission amount, and deliquescence. It is most preferable because it is not stable and chemically stable.
本発明は、中性子シンチレーターのｎ／γ弁別能を向上せしめることを目的として、前記無機蛍光体の形状を粒子状とすることを特徴の一つとする。以下、かかる無機蛍光体粒子を用いることによって、ｎ／γ弁別能が向上する作用機序について説明する。 One feature of the present invention is that the inorganic phosphor is formed into a particulate shape for the purpose of improving the n / γ discrimination ability of the neutron scintillator. Hereinafter, the action mechanism in which the n / γ discrimination ability is improved by using such inorganic phosphor particles will be described.
一般に、γ線が無機蛍光体粒子に入射すると、無機蛍光体粒子の内部で高速電子が生成され、該高速電子が無機蛍光体粒子にエネルギーを付与することによって、無機蛍光体粒子が発光する。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。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。 In general, when γ rays are incident on inorganic phosphor particles, fast electrons are generated inside the inorganic phosphor particles, and the fast electrons impart energy to the inorganic phosphor particles, whereby the inorganic phosphor particles emit light. When the wave height value output by such light emission is as high as the wave height value due to the incidence of neutrons and both cannot be distinguished, γ rays are counted as neutrons, and an error occurs in neutron counting. In particular, when the dose of γ-rays is high, errors due to the γ-rays increase and become a significant problem.
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するため、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。 The peak value output from the neutron detector by the incidence of γ-rays depends on the energy imparted by the fast electrons, so by reducing the energy, it is output when the γ-rays are incident on the neutron scintillator. The peak value can be reduced.
本発明の中性子シンチレーターにおいては、サイズの小さな無機蛍光体粒子を用いるため、当該無機蛍光体粒子にγ線が入射した際に生じる高速電子が、その全エネルギーを付与する前に無機蛍光体粒子から逸脱する。そのため、該高速電子から無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーが低減され、γ線が入射した際に出力される波高値が、中性子が入射した際の波高値よりも低くなるため、ｎ／γ弁別能が向上する。 In the neutron scintillator of the present invention, since the inorganic phosphor particles having a small size are used, fast electrons generated when γ rays are incident on the inorganic phosphor particles are removed from the inorganic phosphor particles before imparting the total energy. Deviate. Therefore, the energy imparted to the inorganic phosphor particles from the fast electrons is reduced, and the peak value output when γ rays are incident is lower than the peak value when neutrons are incident. Discrimination ability is improved.
本発明において、無機蛍光体粒子の形状は、前記説明したように、γ線の入射によって生じる高速電子が無機蛍光体粒子から逸脱し、ｎ／γ弁別能が向上する形状であれば特に制限されない。一般にはサイズが小さい程、高速電子が無機蛍光体粒子から速やかに逸脱し、ｎ／γ弁別能が向上する。しかしながら、無機蛍光体粒子はその種類及び製法に応じて平板状、角柱状、円柱状、あるいは球状等の種々の粒子形態を有し、前記高速電子の逸脱のし易さは、かかる粒子形態によって異なるため、前記高速電子を無機蛍光体粒子から速やかに逸脱させるために好適な形状を知ることは、一般には困難である。 In the present invention, as described above, the shape of the inorganic phosphor particles is not particularly limited as long as fast electrons generated by the incidence of γ rays deviate from the inorganic phosphor particles and the n / γ discrimination ability is improved. . In general, the smaller the size, the faster the fast electrons deviate from the inorganic phosphor particles and the n / γ discrimination ability is improved. However, the inorganic phosphor particles have various particle forms such as a flat plate shape, a prismatic shape, a cylindrical shape, or a spherical shape depending on the type and production method, and the ease of departure of the fast electrons depends on the particle shape. Because of the difference, it is generally difficult to know a suitable shape for quickly deviating the fast electrons from the inorganic phosphor particles.
本発明者らの検討によれば、無機蛍光体粒子の形状を、その比表面積が５０ｃｍ２／ｃｍ３以上である形状とすることが好ましく、比表面積が１００ｃｍ２／ｃｍ３以上である形状とすることが特に好ましい。なお、本発明において、無機蛍光体粒子の比表面積とは、無機蛍光体粒子の単位体積当たりの表面積を言う。 According to the study by the present inventors, the shape of the inorganic phosphor particles is preferably a shape having a specific surface area of 50 cm 2 / cm 3 or more, and a shape having a specific surface area of 100 cm 2 / cm 3 or more. It is particularly preferable to do this. In the present invention, the specific surface area of the inorganic phosphor particles refers to the surface area per unit volume of the inorganic phosphor particles.
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）無機蛍光体粒子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、逆に無機蛍光体粒子の比表面積が大きいほど、該無機蛍光体粒子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。 Here, since the specific surface area in the present invention is a surface area per unit volume, (1) it tends to increase as the absolute volume of the inorganic phosphor particles decreases, and (2) the shape is spherical. The specific surface area is the smallest, and conversely, the larger the specific surface area of the inorganic phosphor particles is, the more the inorganic phosphor particles have a shape far from the true sphere. For example, when considering a cube having sides extending in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the specific surface area is the smallest in the case of a regular hexahedron with X = Y = Z, and the length in one of the axial directions is shortened. As a result, the specific surface area becomes larger even if the other axial side is made longer in the same volume.
より具体的には、１辺が０．５ｃｍの正６面体では比表面積が１２ｃｍ２／ｃｍ３であるが、同０．１ｃｍの正６面体（０．００１ｃｍ３）の場合には、その比表面積は６０ｃｍ２／ｃｍ３である。さらに同じ体積（０．００１ｃｍ３）で厚みを０．０２５ｃｍとした場合、縦横が０．２ｃｍ×０．２ｃｍのサイズとなり、よって比表面積は１００ｃｍ２／ｃｍ３となる。 More specifically, the specific surface area of a regular hexahedron having a side of 0.5 cm is 12 cm 2 / cm 3 , but in the case of the regular hexahedron of 0.1 cm (0.001 cm 3 ), the ratio is The surface area is 60 cm 2 / cm 3 . Furthermore, when the thickness is 0.025 cm with the same volume (0.001 cm 3 ), the vertical and horizontal dimensions are 0.2 cm × 0.2 cm, and the specific surface area is 100 cm 2 / cm 3 .
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、該高速電子から無機蛍光体粒子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。 In other words, a large specific surface area indicates that at least one of the axial lengths has a very small portion. And since the fast electrons excited by the γ rays running in the small axial direction and the direction close to the axial direction deviate from the crystal as described above, the energy imparted to the inorganic phosphor particles from the fast electrons is increased. It can be reduced.
前記比表面積に基づく好適な無機蛍光体粒子の形状は、上記の如き知見及び考察により見出されたものであり、当該比表面積を、高速電子から無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーを考慮する上で、無機蛍光体粒子が種々の粒子形態を有することを加味した形状の指標として用いることができる。そして実用上、当該比表面積を好ましくは５０ｃｍ２／ｃｍ３以上、より好ましくは比表面積が１００ｃｍ２／ｃｍ３以上とすることによって、特にｎ／γ弁別能に優れた中性子検出器を得ることができる。 The shape of a suitable inorganic phosphor particle based on the specific surface area has been found by the above knowledge and consideration, and the specific surface area is taken into account the energy imparted from the high-speed electrons to the inorganic phosphor particle. Above, it can use as a parameter | index of the shape which considered that the inorganic fluorescent substance particle has various particle | grain forms. In practice, the specific surface area is preferably 50 cm 2 / cm 3 or more, and more preferably, the specific surface area is 100 cm 2 / cm 3 or more, thereby obtaining a neutron detector particularly excellent in n / γ discrimination. it can.
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、３０００ｃｍ２／ｃｍ３以下とすることが好ましい。該比表面積が３０００ｃｍ２／ｃｍ３を超える場合、すなわち無機蛍光体粒子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及びホウ素１０と中性子との中性子捕獲反応で生じた２次粒子が、無機蛍光体粒子にその全エネルギーを付与する前に無機蛍光体粒子から逸脱する事象が生じるおそれがある。かかる事象においては、中性子の入射によって無機蛍光体粒子に与えられるエネルギーが低下するため、無機蛍光体の発光の強度が低下する。前記２次粒子の全エネルギーを確実に無機蛍光体粒子に与え、無機蛍光体の発光の強度を高めるためには無機蛍光体粒子の比表面積を１５００ｃｍ２／ｃｍ３以下とすることが特に好ましい。 In the present invention, the upper limit of the specific surface area is not particularly limited, but is preferably 3000 cm 2 / cm 3 or less. When the specific surface area exceeds 3000 cm 2 / cm 3 , that is, when the length of all the inorganic phosphor particles in the axial direction is extremely small, 2 generated by the neutron capture reaction of the lithium 6 and boron 10 with neutrons. There is a possibility that an event in which the secondary particles deviate from the inorganic phosphor particles before giving the total energy to the inorganic phosphor particles may occur. In such an event, the energy given to the inorganic phosphor particles by the incidence of neutrons decreases, so the intensity of light emission from the inorganic phosphor decreases. In order to reliably give the total energy of the secondary particles to the inorganic phosphor particles and increase the intensity of light emission of the inorganic phosphor, it is particularly preferable that the specific surface area of the inorganic phosphor particles is 1500 cm 2 / cm 3 or less.
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、本発明で用いる無機蛍光体粒子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。 Although the term “axis” is used in the above description, it is merely used for convenience to indicate the spatial coordinate position of X, Y, and Z, and the inorganic phosphor particles used in the present invention have sides in these specific axial directions. Of course, it is not limited to the cube that has.
また無機蛍光体粒子が不定形の場合、上記比表面積は密度計及びＢＥＴ比表面積計を用いて得られる密度及び質量基準の比表面積から容易に求めることができる。 When the inorganic phosphor particles are indefinite, the specific surface area can be easily determined from the density and mass-based specific surface area obtained using a density meter and a BET specific surface area meter.
また別の観点から本発明で用いる無機蛍光体粒子の大きさを規定すると、目開き２ｍｍのふるいを全通し、目開き１００μｍのふるいを通過する粒子を実質的に含んでいない粒子であることが好ましく、目開き１ｍｍのふるいを全通し、目開き１００μｍのふるいを通過する粒子を実質的に含んでいないことがより好ましい。このように篩分けした粒子は前記比表面積の粒子を得やすい。ここで、目開き１００μｍのふるいを通過する粒子を実質的に含んでいないとは、同目開きの篩で５分間振とうした際の質量変化が５％以下であることを言う。 Further, when the size of the inorganic phosphor particles used in the present invention is defined from another viewpoint, the particles may be substantially free of particles that pass through a sieve having an opening of 2 mm and pass through a sieve having an opening of 100 μm. Preferably, it is more preferable that particles passing through a sieve having an opening of 1 mm and passing through a sieve having an opening of 100 μm are substantially not included. Particles thus sieved are easy to obtain particles having the specific surface area. Here, the phrase “substantially free of particles passing through a sieve having an aperture of 100 μm” means that the mass change upon shaking for 5 minutes with a sieve with the same aperture is 5% or less.
本発明において、好適に用いられる無機蛍光体粒子の形状を具体的に例示すれば、平板状、角柱状、円柱状、球状、或いは不定形の粒子形態であって、等比表面積球相当径が１０〜６００μｍ、特に好ましくは２０〜３００μｍである形状が挙げられる。 In the present invention, specific examples of the shape of the inorganic phosphor particles that are preferably used are flat, prismatic, cylindrical, spherical, or irregular particle forms, and have an equivalent surface area sphere equivalent diameter. The shape which is 10-600 micrometers, Most preferably, it is 20-300 micrometers is mentioned.
前記無機蛍光体粒子の製造方法は特に限定されず、前記好適な形状の無機蛍光体粒子よりも大きな形状を有する無機蛍光体のバルク体を粉砕及び分級して、所期の形状の無機蛍光体粒子を得る方法、或いは、無機蛍光体の溶液を出発原料として粒子生成反応により、好適な形状の無機蛍光体粒子を直接得る方法が挙げられる。 The method for producing the inorganic phosphor particles is not particularly limited, and an inorganic phosphor having a desired shape is obtained by pulverizing and classifying a bulk body of the inorganic phosphor having a shape larger than that of the inorganic phosphor particles having a suitable shape. Examples thereof include a method for obtaining particles, and a method for directly obtaining inorganic phosphor particles having a suitable shape by a particle formation reaction using an inorganic phosphor solution as a starting material.
かかる製造方法の中でも、無機蛍光体のバルク体を粉砕及び分級する方法が、生産効率が高く、初期の無機蛍光体粒子を安価に得られるため好ましい。無機蛍光体のバルク体を粉砕する方法は特に限定されず、ハンマーミル、ローラーミル、ロータリーミル、ボールミル、或いはビーズミル等の公知の粉砕機をなんら制限なく用いることができる。中でも、比表面積が極端に大きい所謂微粉末の発生を抑制し、前記説明したような、好ましくは３０００ｃｍ２／ｃｍ３以下、特に好ましくは１５００ｃｍ２／ｃｍ３以下の比表面積を有する無機蛍光体粒子を得るためには、ハンマーミル及びローラーミルを用いることが特に好ましい。 Among these production methods, the method of pulverizing and classifying the bulk material of the inorganic phosphor is preferable because the production efficiency is high and the initial inorganic phosphor particles can be obtained at a low cost. A method for pulverizing the bulk of the inorganic phosphor is not particularly limited, and a known pulverizer such as a hammer mill, a roller mill, a rotary mill, a ball mill, or a bead mill can be used without any limitation. Among them, the generation of so-called fine powder having an extremely large specific surface area is suppressed, and as described above, inorganic phosphor particles having a specific surface area of preferably 3000 cm 2 / cm 3 or less, particularly preferably 1500 cm 2 / cm 3 or less. In particular, it is preferable to use a hammer mill and a roller mill.
また、前記無機蛍光体のバルク体を粉砕した無機蛍光体粒子を分級する方法は、乾式ふるい、湿式ふるい、或いは風力分級等の公知の方法を特に制限なく適用することができる。 In addition, as a method of classifying the inorganic phosphor particles obtained by pulverizing the bulk of the inorganic phosphor, a known method such as dry sieving, wet sieving, or air classification can be applied without particular limitation.
本発明の中性子シンチレーターは、前記無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成物（以下、単に樹脂組成物ともいう）からなることを特徴とする。前記説明から理解されるように、本発明の無機蛍光体粒子は、一般に用いられる無機蛍光体に比較してサイズが小さいため、単独の無機蛍光体粒子では中性子検出効率に乏しいという問題が生じる。かかる問題は、複数の無機蛍光体粒子を樹脂と混合し、当該樹脂中に分散せしめることによって解決することができ、前記優れたｎ／γ弁別能を有しながら、なおかつ高い中性子検出効率を有する中性子シンチレーターを得ることができる。 The neutron scintillator of the present invention is characterized by comprising a resin composition (hereinafter also simply referred to as a resin composition) containing the inorganic phosphor particles. As understood from the above description, since the inorganic phosphor particles of the present invention are small in size as compared with generally used inorganic phosphors, there is a problem that the single inorganic phosphor particles have poor neutron detection efficiency. Such a problem can be solved by mixing a plurality of inorganic phosphor particles with a resin and dispersing it in the resin, and has a high neutron detection efficiency while having the excellent n / γ discrimination ability. A neutron scintillator can be obtained.
本発明における樹脂組成物のもう一つの必須成分は有機樹脂である。当該樹脂としては、１００〜２００℃の温度において、前記無機蛍光体粒子の発光波長における該樹脂の内部透過率が８０％／ｃｍ以上であることが好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。かかる有機樹脂を具体的に例示すれば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等があげられる。また屈折率を調整するなどの目的で、複数の樹脂を混合して用いてもよい。 Another essential component of the resin composition in the present invention is an organic resin. As the resin, at a temperature of 100 to 200 ° C., the internal transmittance of the resin at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles is preferably 80% / cm or more, and particularly preferably 90% or more. Specific examples of such organic resins include silicone resins and fluororesins. A plurality of resins may be mixed and used for the purpose of adjusting the refractive index.
なお、本発明において、内部透過率とは、前記有機樹脂に光を透過せしめた際に該有機樹脂の入射側および出射側の表面で生じる表面反射損失を除いた透過率であって、光路長１ｃｍ当りの値で表す。該光路長１ｃｍ当りの内部透過率（τ１０）は、厚さの異なる一対の前記有機樹脂について、それぞれの表面反射損失を含む透過率を測定し、以下の式（３）に代入することによって求めることができる。 In the present invention, the internal transmittance is a transmittance excluding surface reflection loss that occurs on the incident side and emission side surfaces of the organic resin when light is transmitted through the organic resin, and the optical path length. It is expressed as a value per 1 cm. The internal transmittance (τ 10 ) per 1 cm of the optical path length is obtained by measuring the transmittance including the respective surface reflection losses for a pair of organic resins having different thicknesses and substituting them into the following formula (3): Can be sought.
ｌｏｇ（τ１０）＝｛ｌｏｇ（Ｔ２）−ｌｏｇ（Ｔ１）｝／（ｄ２−ｄ１） （３）
（式中、ｄ１及びｄ２は、一対の前記有機樹脂のｃｍ単位の厚さを示し、ｄ２＞ｄ１である。また、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ厚さがｄ１及びｄ２の有機樹脂の表面反射損失を含む透過率を示す）
本発明においては、１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率とが、前記無機蛍光体粒子の発光波長において一致する。通常、１００〜２００℃の高温域では、無機蛍光体粒子の屈折率が室温の場合と実質的に変化しないのに対して、有機樹脂は熱膨張とそれに伴う密度低下のために、屈折率が低下する。
log (τ 10 ) = {log (T 2 ) −log (T 1 )} / (d 2 −d 1 ) (3)
(Wherein d 1 and d 2 indicate the thickness in cm of the pair of organic resins, and d 2 > d 1. Further , T 1 and T 2 have thicknesses d 1 and d, respectively. 2 shows the transmittance including the surface reflection loss of the organic resin 2 )
In the present invention, at any temperature in the range of 100 to 200 ° C., the refractive index of the inorganic phosphor particles and the refractive index of the organic resin coincide with each other in the emission wavelength of the inorganic phosphor particles. Usually, in the high temperature range of 100 to 200 ° C., the refractive index of the inorganic phosphor particles does not substantially change from that at room temperature, whereas the organic resin has a refractive index due to thermal expansion and the accompanying density reduction. descend.
従って、１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において屈折率を一致させるためには、室温（２５℃）で前記無機蛍光体粒子の発光波長における該粒子の屈折率よりも、有機樹脂の屈折率を高くしておけばよい。具体的には無機蛍光体粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比が、１．０１〜１．０８であることが好ましく、１．０１〜１．０４であることが特に好ましい。無機蛍光体粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、１００〜２００℃の範囲において、無機蛍光体粒子と樹脂との界面における光の散乱を抑制することができ、本発明の中性子シンチレーターの透過率を高めることができる。透過率が高いほど、後段の光検出器へシンチレーション光を効率よく導くことができる。これにより、該光検出器から出力される信号の波高値が増大して中性子検出器の信号／雑音比が向上する。また、該波高値のバラつきも小さくなるため、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。 Therefore, in order to match the refractive index at any temperature in the range of 100 to 200 ° C., the refractive index of the organic resin is higher than the refractive index of the inorganic phosphor particles at the emission wavelength at room temperature (25 ° C.). You should keep the rate high. Specifically, the ratio of the refractive index of the organic resin to the refractive index of the inorganic phosphor particles is preferably 1.01 to 1.08, and particularly preferably 1.01 to 1.04. By setting the ratio of the refractive index of the organic resin to the refractive index of the inorganic phosphor particles in such a range, light scattering at the interface between the inorganic phosphor particles and the resin can be suppressed in the range of 100 to 200 ° C. The transmittance of the neutron scintillator of the present invention can be increased. The higher the transmittance, the more efficiently the scintillation light can be guided to the subsequent photodetector. Thereby, the peak value of the signal output from the photodetector is increased, and the signal / noise ratio of the neutron detector is improved. Further, since the variation of the peak value is reduced, it becomes easy to discriminate neutrons and γ rays by providing the threshold value.
前記無機蛍光体粒子の発光波長における屈折率は、屈折率計を用いて測定することができる。一般に、屈折率計の光源として、Ｈｅランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）、同ｒ線（７０６．５ｎｍ）、Ｈ２ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）、同Ｃ線（６５６．３ｎｍ）、Ｈｇランプのｉ線（３６５．０ｎｍ）、同ｈ線（４０４．７ｎｍ）、同ｇ線（４３５．８ｎｍ）、及び同ｅ線（５４６．１ｎｍ）を用いることができる。これら光源の中から、無機蛍光体粒子の発光波長より短波長側の光源及び長波長側の光源を適宜選択し、各光源の波長及び該波長において測定された屈折率を、それぞれ以下のセルマイヤーの式（４）に代入して定数Ａ及びＢを求めた後、同式に無機蛍光体粒子の発光波長を代入して所期の屈折率を求めることができる。なお、無機蛍光体粒子の発光波長が、前記いずれかの光源の波長と一致する場合は、当該光源を用いて屈折率を求めれば良い。また、かかる屈折率の測定においては、測定に適した形状の無機蛍光体のバルク体及び樹脂のバルク体を用いて良い。 The refractive index at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles can be measured using a refractometer. In general, as a light source for a refractometer, He line d line (587.6 nm), r line (706.5 nm), H 2 lamp F line (486.1 nm), C line (656.3 nm), The i-line (365.0 nm), h-line (404.7 nm), g-line (435.8 nm), and e-line (546.1 nm) of the Hg lamp can be used. Among these light sources, a light source on the short wavelength side and a light source on the long wavelength side with respect to the emission wavelength of the inorganic phosphor particles are appropriately selected, and the wavelength of each light source and the refractive index measured at the wavelength are respectively determined as follows. After substituting into the equation (4) to obtain the constants A and B, the desired refractive index can be obtained by substituting the emission wavelength of the inorganic phosphor particles into the equation. In addition, what is necessary is just to obtain | require a refractive index using the said light source, when the light emission wavelength of inorganic fluorescent substance particle corresponds with the wavelength of one of the said light sources. In the measurement of the refractive index, an inorganic phosphor bulk body and a resin bulk body having a shape suitable for the measurement may be used.
ｎ２−１＝Ａλ２／（λ２−Ｂ） （４）
（式中、ｎは波長λにおける屈折率を表し、Ａ及びＢは定数である）
上記屈折率は１００〜２００℃で求める必要がある。通常、市販の屈折率計には、定温の熱媒体を循環させて所望の温度での屈折率を測定する機能が付与されているため、該機能を利用して測定すればよい。
n 2 −1 = Aλ 2 / (λ 2 −B) (4)
(Where n represents the refractive index at wavelength λ, and A and B are constants)
The refractive index needs to be determined at 100 to 200 ° C. Usually, a commercially available refractometer is provided with a function of measuring a refractive index at a desired temperature by circulating a constant temperature heat medium.
前記樹脂組成物における無機蛍光体粒子と樹脂の混合割合は、特に限定されないが、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を１０％以上とすることが好ましく、２０％以上とすることが特に好ましい。該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率をかかる範囲とすることによって、樹脂組成物の単位体積当たりの中性子検出効率を向上させることができる。 The mixing ratio of the inorganic phosphor particles and the resin in the resin composition is not particularly limited, but the volume fraction of the inorganic phosphor particles in the resin composition is preferably 10% or more, and 20% or more. It is particularly preferred. By setting the volume fraction of the inorganic phosphor particles in the resin composition within such a range, the neutron detection efficiency per unit volume of the resin composition can be improved.
一方、前記樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は５０％以下とすることが好ましく、４０％以下とすることが特に好ましい。無機蛍光体粒子の体積分率が５０％を超える場合、すなわち樹脂組成物中で無機蛍光体粒子が極めて密に充填されている場合には、γ線の入射によって生じた高速電子が、無機蛍光体粒子から逸脱した後に隣接する他の無機蛍光体粒子に到達してエネルギーを付与する事象が生じる恐れがある。かかる事象が生じた場合には、隣接する複数の無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーの和が大きくなるため、γ線による波高値が上昇してｎ／γ弁別能が悪化する。 On the other hand, the volume fraction of the inorganic phosphor particles in the resin composition is preferably 50% or less, and particularly preferably 40% or less. When the volume fraction of the inorganic phosphor particles exceeds 50%, that is, when the inorganic phosphor particles are packed very densely in the resin composition, the fast electrons generated by the incidence of γ rays are the inorganic fluorescence. After deviating from the body particles, an event may occur in which energy is imparted by reaching other adjacent inorganic phosphor particles. When such an event occurs, the sum of the energy imparted to a plurality of adjacent inorganic phosphor particles increases, so that the peak value due to γ rays increases and the n / γ discrimination ability deteriorates.
本発明において、前記樹脂組成物は無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂を混合したスラリー状またはペースト状の樹脂組成物として用いても良く、或いは無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂前駆体を混合した後に該樹脂前駆体を硬化せしめた固体状の樹脂組成物として用いても良い。 In the present invention, the resin composition may be used as a slurry-like or paste-like resin composition in which inorganic phosphor particles and a liquid or viscous resin are mixed, or the inorganic phosphor particles and a liquid or viscous resin precursor. After mixing, the resin precursor may be used as a solid resin composition cured.
当該樹脂組成物の製造方法は特に制限されないが、以下に具体的な製造方法を例示する。 Although the manufacturing method in particular of the said resin composition is not restrict | limited, A specific manufacturing method is illustrated below.
本発明における樹脂組成物をスラリー状またはペースト状の樹脂組成物として用いる場合には、まず、無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂を混合する。かかる混合操作においては、プロペラミキサー、プラネタリーミキサー、またはバタフライミキサー等の公知の混合機を特に制限なく用いることができる。 When the resin composition in the present invention is used as a slurry-like or paste-like resin composition, first, inorganic phosphor particles and a liquid or viscous resin are mixed. In such a mixing operation, a known mixer such as a propeller mixer, a planetary mixer, or a butterfly mixer can be used without particular limitation.
次いで、混合操作において樹脂組成物中に生じた気泡を脱泡する。かかる脱泡操作においては、真空脱泡機、または遠心脱泡機等の脱泡機を特に制限なく用いることができる。かかる脱泡操作を行うことによって、気泡による光の散乱を抑制することができ、樹脂組成物の内部透過率を高めることができる。 Next, bubbles generated in the resin composition in the mixing operation are defoamed. In the defoaming operation, a defoamer such as a vacuum defoamer or a centrifugal defoamer can be used without any particular limitation. By performing such defoaming operation, light scattering due to bubbles can be suppressed, and the internal transmittance of the resin composition can be increased.
なお、前記混合操作及び脱泡操作において、樹脂組成物の粘度を低下せしめ、混合及び脱泡を効率よく行う目的で、樹脂組成物に有機溶媒を添加しても良い。 In the mixing operation and defoaming operation, an organic solvent may be added to the resin composition for the purpose of reducing the viscosity of the resin composition and efficiently mixing and defoaming.
本発明において樹脂組成物を固体状のものとして用いる場合には、液体または粘体の樹脂前駆体を用いて前記と同様に混合操作及び脱泡操作を行う。次いで、得られた無機蛍光体粒子と樹脂前駆体の混合物を所望の形状の鋳型に注入し、該樹脂前駆体を硬化せしめる。硬化せしめる方法は特に制限されないが、加熱、紫外線照射、或いは触媒添加により、樹脂前駆体を重合する方法が好適である。 When the resin composition is used as a solid in the present invention, a mixing operation and a defoaming operation are performed in the same manner as described above using a liquid or viscous resin precursor. Next, the obtained mixture of inorganic phosphor particles and resin precursor is injected into a mold having a desired shape, and the resin precursor is cured. The curing method is not particularly limited, but a method of polymerizing the resin precursor by heating, ultraviolet irradiation, or addition of a catalyst is preferable.
ここで、本発明の樹脂組成物からなる中性子シンチレーターは、スラリー状またはペースト状で用いることができ、また、固体状で用いる場合にも所望の形状の鋳型によって成型できるため、任意の形状とすることが容易である。したがって、本発明によれば、用途に応じてファイバー状、中空チューブ状、或いは大面積の中性子シンチレーターを提供することができる。 Here, the neutron scintillator made of the resin composition of the present invention can be used in a slurry form or a paste form, and can be molded with a mold having a desired shape even when used in a solid form. Is easy. Therefore, according to the present invention, a neutron scintillator having a fiber shape, a hollow tube shape, or a large area can be provided depending on the application.
なお、前記無機蛍光体粒子と樹脂の比重が異なる場合には、無機蛍光体粒子が液状樹脂又は硬化前の樹脂中で沈降または浮上して分離し、中性子シンチレーターとしての特性が不均一となる恐れがある。かかる無機蛍光体粒子の分離を抑制し、一様な特性の中性子シンチレーターを得るために、前記樹脂組成物中に充填材粒子をさらに含有させることが好ましい。当該充填材粒子が無機蛍光体粒子同士の間隙に充填されることによって、前記無機蛍光体粒子の分離を抑制することができる。 If the specific gravity of the inorganic phosphor particles is different from that of the resin, the inorganic phosphor particles may settle or float and separate in the liquid resin or the resin before curing, resulting in non-uniform characteristics as a neutron scintillator. There is. In order to suppress the separation of the inorganic phosphor particles and obtain a neutron scintillator with uniform characteristics, it is preferable to further include filler particles in the resin composition. By filling the filler particles in the gaps between the inorganic phosphor particles, separation of the inorganic phosphor particles can be suppressed.
また、該充填材粒子の比重を無機蛍光体粒子と同等とすることが特に好ましい。充填材粒子の比重を無機蛍光体粒子と同等とすることによって、該充填材粒子及び無機蛍光体粒子が、樹脂中で沈降または浮上する速度が一致し、該充填材粒子が無機蛍光体粒子同士の間隙に精緻に充填されるため、無機蛍光体粒子が前記樹脂組成物中に均一に分散され、中性子シンチレーターの一様性がさらに向上する。 Moreover, it is particularly preferable that the specific gravity of the filler particles is equal to that of the inorganic phosphor particles. By making the specific gravity of the filler particles equal to that of the inorganic phosphor particles, the speed at which the filler particles and the inorganic phosphor particles settle or float in the resin coincides with each other, and the filler particles are separated from each other by the inorganic phosphor particles. Therefore, the inorganic phosphor particles are uniformly dispersed in the resin composition, and the uniformity of the neutron scintillator is further improved.
さらに、該充填材粒子は、前記無機蛍光体粒子の発光波長における１００〜２００℃での屈折率が、１００〜２００℃での樹脂の屈折率に近いものを用いることが好ましい。具体的には該充填材粒子の屈折率に対する透明樹脂の１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度での屈折率の比が、０．９５〜１．０５であることが好ましく、０．９８〜１．０２であることがより好ましく、１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度で一致することが特に好ましい。充填材粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、充填材粒子と樹脂との界面における光の散乱を抑制することができ、本発明における樹脂組成物の内部透過率を高めることができる。 Further, it is preferable that the filler particles have a refractive index at 100 to 200 ° C. at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles close to the refractive index of the resin at 100 to 200 ° C. Specifically, the ratio of the refractive index of the transparent resin to the refractive index of the filler particles at any temperature in the range of 100 to 200 ° C. is preferably 0.95 to 1.05, and 0.98. It is more preferable that it is ˜1.02, and it is particularly preferable that they coincide at any temperature in the range of 100 to 200 ° C. By setting the ratio of the refractive index of the transparent resin to the refractive index of the filler particles in such a range, light scattering at the interface between the filler particles and the resin can be suppressed, and the internal transmission of the resin composition in the present invention can be suppressed. The rate can be increased.
かかる充填材粒子の形状は特に制限されないが、無機蛍光体粒子同士の間隙に充填せしめるため、無機蛍光体粒子と同等の形状、またはその大きさが無機蛍光体粒子以下であることが好ましい。 The shape of the filler particles is not particularly limited. However, in order to fill the gaps between the inorganic phosphor particles, it is preferable that the shape is equal to or smaller than that of the inorganic phosphor particles.
また樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積の２０％以上とすることが好ましい。かかる混合割合とすることによって、無機蛍光体粒子の分離を抑制する効果が充分に発揮される。なお、該充填材粒子の樹脂組成物への混合割合の上限は、特に制限されない。特に、中性子シンチレーターのｎ／γ弁別能を劇的に向上させる目的で、無機蛍光体粒子の体積分率を著しく低減する場合には、無機蛍光体粒子を均一に分散せしめるべく多量の充填材粒子を混合することが好ましい。但し、樹脂組成物を製造する際の粘性等を考慮すると５００％以下が好ましく、２００％以下がより好ましく、１２０％以下がさらに好ましい。また樹脂組成物全体を１００体積％とした場合、８０体積％未満が好ましく、５０体積％未満がより好ましい。 The mixing ratio in the resin composition is preferably 20% or more of the volume of the inorganic phosphor particles. By setting it as such a mixing ratio, the effect which suppresses isolation | separation of inorganic fluorescent substance particles is fully exhibited. In addition, the upper limit of the mixing ratio of the filler particles to the resin composition is not particularly limited. In particular, in order to dramatically reduce the volume fraction of inorganic phosphor particles for the purpose of dramatically improving the n / γ discrimination ability of the neutron scintillator, a large amount of filler particles are used to uniformly disperse the inorganic phosphor particles. Are preferably mixed. However, when considering the viscosity at the time of producing the resin composition, 500% or less is preferable, 200% or less is more preferable, and 120% or less is more preferable. Moreover, when the whole resin composition is 100 volume%, less than 80 volume% is preferable and less than 50 volume% is more preferable.
かかる充填材粒子としては、具体的には、シリカ、酸化チタン、硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、炭酸マグネシウム、フッ化ストロンチウム、雲母（マイカ）、及び各種ガラス等の無機物粒子、或いはシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリ（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン及びスチレンブタジエン等の有機物粒子等が挙げられる。 Specific examples of the filler particles include inorganic substances such as silica, titanium oxide, barium sulfate, calcium fluoride, magnesium fluoride, lithium fluoride, magnesium carbonate, strontium fluoride, mica (mica), and various glasses. Examples of the particles include organic particles such as silicone resin, fluorine resin, poly (meth) acrylate, polycarbonate, polystyrene, polyvinyl toluene, polyvinyl alcohol, polyethylene, and styrene butadiene.
さらに充填材粒子としては、無機蛍光体粒子と同種であって、ドーピング元素がない無機物からなる充填材粒子が最も好ましい。すなわち、無機蛍光体粒子と同種の無機物からなる充填材粒子は、その比重が無機蛍光体粒子の比重と一致しているため、前記説明したように無機蛍光体粒子を前記樹脂組成物中に均一に分散せしめることができる。さらに、該充填材粒子は、その屈折率が無機蛍光体粒子の屈折率と一致しているため、無機蛍光体粒子と屈折率が近い樹脂を選択すれば、自ら該充填剤粒子と樹脂の屈折率が近くなり、樹脂組成物の内部透過率を高めることが容易にできる。より好ましくは前記化学式ＬｉＭ１Ｍ２Ｘ６で示され、ランタノイド元素などがドーピングされていない結晶である。 Further, the filler particles are most preferably filler particles made of an inorganic material that is the same kind as the inorganic phosphor particles and has no doping element. That is, the filler particles made of the same kind of inorganic material as the inorganic phosphor particles have the same specific gravity as that of the inorganic phosphor particles, so that the inorganic phosphor particles are uniformly distributed in the resin composition as described above. Can be dispersed. Furthermore, since the refractive index of the filler particles matches the refractive index of the inorganic phosphor particles, if a resin having a refractive index close to that of the inorganic phosphor particles is selected, the filler particles and the resin are refracted by themselves. The rate becomes close, and the internal transmittance of the resin composition can be easily increased. More preferably, the crystal is represented by the chemical formula LiM 1 M 2 X 6 and is not doped with a lanthanoid element or the like.
なお、該充填剤粒子は前記中性子捕獲同位体を実質的に含まないことが好ましい。該充填剤粒子が中性子捕獲同位体を含む場合には、該充填剤粒子に含まれる中性子捕獲同位体が、前記無機蛍光体粒子に含まれる中性子捕獲同位体と競合し、無機蛍光体粒子による中性子捕獲反応が阻害されて中性子シンチレーターの中性子検出効率が低下する恐れがある。ただし、無機蛍光体粒子による中性子捕獲反応を顕著に阻害しない範囲においては、該充填剤粒子が中性子捕獲同位体を含んでいても良い。本発明者らの検討によれば、充填剤粒子の中性子捕獲同位体含有量が、無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体含有量の１／１０以下であれば、問題なく使用することができる。なお、該充填剤粒子の中性子捕獲同位体含有量は、前記説明した無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体含有量と同様にして求めることができる。 The filler particles preferably do not substantially contain the neutron capture isotope. When the filler particle contains a neutron capture isotope, the neutron capture isotope contained in the filler particle competes with the neutron capture isotope contained in the inorganic phosphor particle, and neutrons from the inorganic phosphor particle The capture reaction may be hindered and the neutron detection efficiency of the neutron scintillator may be reduced. However, as long as the neutron capture reaction by the inorganic phosphor particles is not significantly inhibited, the filler particles may contain a neutron capture isotope. According to the study by the present inventors, if the neutron capture isotope content of the filler particles is 1/10 or less of the neutron capture isotope content of the inorganic phosphor particles, it can be used without any problem. The neutron capture isotope content of the filler particles can be obtained in the same manner as the neutron capture isotope content of the inorganic phosphor particles described above.
本発明において、前記無機蛍光体粒子及び樹脂に加えて、中性子捕獲同位体を含有しない蛍光体（以下、中性子不感蛍光体ともいう）をさらに混合してなる中性子シンチレーターとすることが好ましい。 In the present invention, a neutron scintillator obtained by further mixing a phosphor not containing a neutron capture isotope (hereinafter also referred to as a neutron insensitive phosphor) in addition to the inorganic phosphor particles and the resin is preferable.
かかる態様においては、γ線の入射によって生じた高速電子が、前記無機蛍光体粒子から逸脱した後に該中性子不感蛍光体に到達してエネルギーを付与し、該中性子不感蛍光体が蛍光を発する。すなわち、γ線が入射した際には、無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の双方がエネルギーを付与され蛍光を発する。一方、中性子が入射した際には、無機蛍光体粒子で生じた２次粒子は無機蛍光体粒子から逸脱しないため、無機蛍光体粒子のみが蛍光を発する。 In such an embodiment, fast electrons generated by the incidence of γ rays reach the neutron insensitive phosphor after deviating from the inorganic phosphor particles and give energy, and the neutron insensitive phosphor emits fluorescence. That is, when γ rays are incident, both the inorganic phosphor particles and the neutron-insensitive phosphor give energy and emit fluorescence. On the other hand, when neutrons are incident, secondary particles generated in the inorganic phosphor particles do not deviate from the inorganic phosphor particles, so that only the inorganic phosphor particles emit fluorescence.
ここで、前記無機蛍光体粒子と該中性子不感蛍光体は、蛍光寿命や発光波長等の蛍光特性に差異を有するため、かかる蛍光特性の差異を利用して中性子とγ線を弁別することができる。すなわち、蛍光特性の差異を識別できる機構を中性子検出器に設けておき、無機蛍光体粒子に由来する蛍光と中性子不感蛍光体に由来する蛍光の双方が検出された場合にはγ線が入射した事象とし、無機蛍光体粒子に由来する蛍光のみが検出された場合にはγ線が入射した事象として処理することができる。かかる処理を講じることによって、ｎ／γ弁別能に特に優れた中性子検出器を得ることができる。 Here, since the inorganic phosphor particles and the neutron-insensitive phosphor have a difference in fluorescence characteristics such as fluorescence lifetime and emission wavelength, neutrons and γ rays can be discriminated using the difference in fluorescence characteristics. . That is, a mechanism capable of discriminating the difference in fluorescence characteristics is provided in the neutron detector, and when both the fluorescence derived from the inorganic phosphor particles and the fluorescence derived from the neutron-insensitive phosphor are detected, gamma rays are incident. When only fluorescence derived from inorganic phosphor particles is detected as an event, it can be processed as an event in which γ rays are incident. By taking such a process, a neutron detector that is particularly excellent in n / γ discrimination ability can be obtained.
蛍光特性の差異を識別できる機構を具体的に例示すれば、前記無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の蛍光寿命の差異を識別でき得る波形解析機構、及び、無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の発光波長を識別でき得る波長解析機構が挙げられる。 A specific example of a mechanism capable of identifying a difference in fluorescence characteristics is a waveform analysis mechanism capable of identifying a difference in fluorescence lifetime between the inorganic phosphor particles and the neutron-insensitive phosphor, and the inorganic phosphor particles and the neutron-insensitive phosphor. And a wavelength analysis mechanism that can identify the emission wavelength.
以下、前記波形解析機構について、より具体的に例示する。該波形解析機構は、前置増幅器、主増幅器、波形解析器及び時間振幅変換器により構成される。 Hereinafter, the waveform analysis mechanism will be illustrated more specifically. The waveform analysis mechanism includes a preamplifier, a main amplifier, a waveform analyzer, and a time amplitude converter.
前記中性子シンチレーターと光検出器と組み合わせてなる本発明の中性子検出器において、該光検出器より出力された信号を、前置増幅器を介して主増幅器へ入力し、増幅・整形する。ここで、主増幅器で増幅・整形され、該主増幅器より出力される信号の強度は経時的に増加するが、かかる増加に要する時間（以下、立ち上がり時間ともいう）は、前記無機蛍光体粒子あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命を反映しており、蛍光寿命が短い程、立ち上がり時間が短くなる。 In the neutron detector of the present invention, which is a combination of the neutron scintillator and the photodetector, the signal output from the photodetector is input to the main amplifier via the preamplifier, and is amplified and shaped. Here, the intensity of the signal amplified and shaped by the main amplifier and output from the main amplifier increases with time. The time required for such increase (hereinafter also referred to as rise time) is the inorganic phosphor particles or This reflects the fluorescence lifetime of the neutron-insensitive phosphor. The shorter the fluorescence lifetime, the shorter the rise time.
該立ち上がり時間を解析するため、主増幅器で増幅・整形された信号を波形解析器に入力する。波形解析器は、前記主増幅器より入力された信号を時間積分し、当該時間積分された信号強度が所定の閾値を超えた際にロジック信号を出力する。ここで、波形解析器には二段階の閾値が設けられており、第一のロジック信号と第二のロジック信号がある時間間隔を以て出力される。 In order to analyze the rise time, the signal amplified and shaped by the main amplifier is input to the waveform analyzer. The waveform analyzer time-integrates the signal input from the main amplifier, and outputs a logic signal when the time-integrated signal intensity exceeds a predetermined threshold. Here, the waveform analyzer is provided with two-stage threshold values, and the first logic signal and the second logic signal are output at a certain time interval.
次に波形解析器から出力される二つのロジック信号を時間振幅変換器（Ｔｉｍｅ ｔｏ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， ＴＡＣ）に入力し、波形解析器から出力される二つのロジック信号の時間差をパルス振幅に変換して出力する。該パルス振幅は、波形解析器から出力される第一のロジック信号と第二のロジック信号の時間間隔、すなわち立ち上がり時間を反映する。 Next, the two logic signals output from the waveform analyzer are input to a time amplitude converter (TAC), and the time difference between the two logic signals output from the waveform analyzer is converted into a pulse amplitude. Output. The pulse amplitude reflects the time interval between the first logic signal and the second logic signal output from the waveform analyzer, that is, the rise time.
前記説明から理解されるように、該時間振幅変換器から出力されるパルス振幅が小さい程、立ち上がり時間が短く、したがって前記無機蛍光体粒子あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命が短いと識別される。 As understood from the above description, the smaller the pulse amplitude output from the time-amplitude converter, the shorter the rise time, and thus the shorter the fluorescence lifetime of the inorganic phosphor particle or neutron-insensitive phosphor.
以下、前記波長解析機構について、より具体的に例示する。該波長解析機構は、光学フィルタ、該光学フィルタを介して中性子シンチレーターに接続される第二の光検出器、及び弁別回路により構成される。 Hereinafter, the wavelength analysis mechanism will be illustrated more specifically. The wavelength analysis mechanism includes an optical filter, a second photodetector connected to the neutron scintillator through the optical filter, and a discrimination circuit.
本態様において、中性子シンチレーターから放出される光の一部は前記光学フィルタを介さずに第一の光検出器に導かれ、他の一部は光学フィルタを介して第二の光検出器に導かれる。 In this embodiment, part of the light emitted from the neutron scintillator is guided to the first photodetector without passing through the optical filter, and the other part is guided to the second photodetector through the optical filter. It is burned.
ここで、無機蛍光体粒子はＡｎｍの波長で発光し、中性子不感蛍光体はＡｎｍとは異なるＢｎｍの波長で発光するものとする。すると、前記説明したように、γ線が入射した際には無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の双方が蛍光を発するため、中性子シンチレーターからはＡｎｍ及びＢｎｍの光が発せられ、中性子が入射した際には無機蛍光体粒子のみが蛍光を発するため、Ａｎｍの光のみが発せられる。 Here, the inorganic phosphor particles emit light at a wavelength of Anm, and the neutron-insensitive phosphor emits light at a wavelength of Bnm different from Anm. Then, as described above, when γ rays are incident, both the inorganic phosphor particles and the neutron-insensitive phosphor emit fluorescence, so that light of Anm and Bnm is emitted from the neutron scintillator, and neutrons are incident. In this case, only the inorganic phosphor particles emit fluorescence, so only the light of Annm is emitted.
本態様において、前記光学フィルタは、Ａｎｍの波長の光を遮り、且つＢｎｍの波長の光を透過するフィルタである。したがって、中性子を照射した際に中性子シンチレーターから発せられたＡｎｍの光は、第一の光検出器には到達するが、第二の光検出器には光学フィルタによって遮られるため到達しない。一方で、γ線を照射した際にシンチレーターから発せられた光の内、Ａｎｍの光については前記中性子を照射した場合と同様であるが、Ｂｎｍの光は、第一の光検出器に到達し、また光学フィルタを透過するため第二の光検出器にも到達する。 In this aspect, the optical filter is a filter that blocks light having a wavelength of Anm and transmits light having a wavelength of Bnm. Therefore, although the light of Anm emitted from the neutron scintillator when irradiated with neutrons reaches the first photodetector, it does not reach the second photodetector because it is blocked by the optical filter. On the other hand, among the light emitted from the scintillator when irradiated with γ-rays, the light of Anm is the same as the case of irradiating the neutron, but the light of Bnm reaches the first photodetector. And also reaches the second photodetector for transmission through the optical filter.
そのため、Ａｎｍの光が第一の光検出器に入射し、該光検出器から信号が出力された際に、第二の光検出器から信号が出力されなければ中性子による事象とし、Ｂｎｍの光が第二の光検出器に入射して該光検出器から信号が出力されればγ線による事象として識別することができる。 Therefore, when Anm light is incident on the first photodetector and a signal is output from the photodetector, if no signal is output from the second photodetector, an event due to neutrons occurs, and Bnm light Is incident on the second photodetector and a signal is output from the photodetector, it can be identified as an event caused by γ rays.
なお、本態様において、前記のように中性子とγ線を弁別するために弁別回路が設けられる。該弁別回路は、前記第一の光検出器からの信号に同期して動作し、該光検出器からの信号が出力された際に、第二の光検出器からの信号の有無を判定する回路である。該弁別回路として具体的なものを例示すれば、反同時計数回路、ゲート回路等が挙げられる。 In this embodiment, a discrimination circuit is provided to discriminate neutrons and γ rays as described above. The discrimination circuit operates in synchronization with the signal from the first photodetector, and determines whether or not there is a signal from the second photodetector when the signal from the photodetector is output. Circuit. Specific examples of the discrimination circuit include an anti coincidence circuit and a gate circuit.
かかる中性子不感蛍光体を具体的に例示すれば、２，５−Ｄｉｐｈｅｎｉｌｏｘａｚｏｌｅ、１，４−Ｂｉｓ（５−ｐｈｅｎｙｌ−２−ｏｘａｚｏｌｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ等の有機蛍光体が挙げられる。かかる有機蛍光体は、一般に前記無機蛍光体粒子に比較して蛍光寿命が短いため、蛍光寿命の差異を利用してｎ／γ弁別能を向上させるために好適に用いることができる。 Specific examples of such neutron-insensitive phosphors include organic phosphors such as 2,5-Dipheniloxazole and 1,4-Bis (5-phenyl-2-oxazole) benzene. Since such organic phosphors generally have a shorter fluorescence lifetime than the inorganic phosphor particles, they can be suitably used to improve n / γ discrimination using the difference in fluorescence lifetime.
本発明の中性子検出器は、前記中性子シンチレーター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ないが、１００〜２００℃の高温における動作特性に優れた高温用光電子増倍管を用いることが好ましい。かかる高温用光電子増倍管を具体的に例示すれば、浜松ホトニクス社製 Ｒ３９９１Ａ、Ｒ１２８８Ａ、Ｒ１２８８ＡＨ及びＲ５４７３−０２が挙げられる。或いは、光検出器の温度を約６０℃以下に保持する冷却機構を設けることによって、一般的な光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ガイガーモードアバランシェ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。 The neutron detector of the present invention is a combination of the neutron scintillator and a photodetector. That is, the light emitted from the neutron scintillator by the incidence of neutrons is converted into an electrical signal by a photodetector, and the incidence of neutrons is measured as an electrical signal, so that it can be used for neutron counting and the like. In the present invention, the photodetector is not particularly limited, but it is preferable to use a high-temperature photomultiplier tube excellent in operating characteristics at a high temperature of 100 to 200 ° C. Specific examples of such high-temperature photomultiplier tubes include R3991A, R1288A, R1288AH, and R5473-02 manufactured by Hamamatsu Photonics. Alternatively, a known photo detector such as a general photomultiplier tube, a photodiode, an avalanche photodiode, or a Geiger mode avalanche photodiode is provided by providing a cooling mechanism that keeps the temperature of the photodetector at about 60 ° C. or less. Can be used without any limitation.
なお、中性子シンチレーターは、光検出器に対向する光出射面を有し、当該光出射面は平滑な面であることが好ましい。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ポリテトラフロロエチレン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で生じた光の散逸を防止することができ、好ましい。 The neutron scintillator preferably has a light exit surface facing the photodetector, and the light exit surface is preferably a smooth surface. By having such a light exit surface, light generated by the neutron scintillator can be efficiently incident on the photodetector. Further, it is preferable that a light reflecting film made of aluminum, polytetrafluoroethylene, or the like is provided on a surface that does not face the light detector, so that dissipation of light generated by the neutron scintillator can be prevented.
本発明の中性子シンチレーター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。 The method of manufacturing the neutron detector by combining the neutron scintillator of the present invention and the photodetector is not particularly limited. For example, the light emission surface of the neutron scintillator is connected to the light detection surface of the photodetector with optical grease or optical cement. A neutron detector can be fabricated by optically bonding and connecting a power source and signal readout circuit to the photodetector. The signal readout circuit is generally composed of a preamplifier, a shaping amplifier, a multiple wave height analyzer, and the like.
また、前記光反射膜が施された中性子シンチレーターを多数配列し、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。 Further, by arranging a large number of neutron scintillators provided with the light reflecting film and using a position sensitive photodetector as a photodetector, it is possible to give a position resolution to the neutron detector.
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。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution means of the present invention.
実施例１
本実施例では、Ｅｕを０．０４ｍｏｌ％ドープしたＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子を用い、中性子検出器を製作した。
Example 1
In this example, a neutron detector was manufactured using inorganic phosphor particles made of Eu: LiCaAlF 6 crystal doped with 0.04 mol% of Eu.
該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶は、中性子捕獲同位体としてリチウム６のみを含有する。該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の密度は３．０ｇ／ｃｍ３、リチウムの質量分率は３．２質量％、原料におけるリチウム６の同位体比率は９５％であり、したがってその中性子捕獲同位体含有量は、前記式（１）より、９．１ａｔｏｍ／ｎｍ３である。 The Eu: LiCaAlF 6 crystal contains only lithium 6 as a neutron capture isotope. The density of the Eu: LiCaAlF 6 crystal is 3.0 g / cm 3 , the mass fraction of lithium is 3.2% by mass, the isotope ratio of lithium 6 in the raw material is 95%, and therefore its neutron capture isotope content Is 9.1 atom / nm 3 from the formula (1).
また、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶に放射線を照射し、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の発光波長を蛍光光度計で測定した結果、３７０ｎｍであった。なお、該放射線は、中性子照射時に生じる２次粒子の一つであるα線とし、線源として２４１Ａｍを用いた。 In addition, the Eu: LiCaAlF 6 crystal was irradiated with radiation, and the emission wavelength of the Eu: LiCaAlF 6 crystal was measured with a fluorometer. The radiation was α-ray, which is one of secondary particles generated during neutron irradiation, and 241 Am was used as a radiation source.
Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子の製造に際し、まず、約２ｃｍ角の不定形の形状を有する前記Ｅｕ：ＬｉＣＡＦ６結晶のバルク体を用意し、該バルク体をハンマーミルによって粉砕した後、乾式分級により分級して、２００μｍの上側ふるいを通過し１００μｍの下側ふるいに残留したものを集め不定形の無機蛍光体粒子を得た。 When producing inorganic phosphor particles comprising Eu: LiCaAlF 6 crystals, first, a bulk body of Eu: LiCAF 6 crystals having an irregular shape of about 2 cm square is prepared, and the bulk body is pulverized by a hammer mill. Then, the particles were classified by dry classification, and the particles that passed through the upper sieve of 200 μm and remained on the lower sieve of 100 μm were collected to obtain amorphous inorganic phosphor particles.
該無機蛍光体粒子の質量基準の比表面積を、ＢＥＴ比表面積計を用いて測定したところ、０．０１５ｍ２／ｇであった。したがって、単位体積当たりの表面積は、４５０ｃｍ２／ｃｍ３であった。 It was 0.015 m < 2 > / g when the specific surface area of the mass basis of this inorganic fluorescent substance particle was measured using the BET specific surface area meter. Therefore, the surface area per unit volume was 450 cm 2 / cm 3 .
本実施例において、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材粒子を用いた。該ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の密度は３．０ｇ／ｃｍ３、リチウムの質量分率は３．７質量％、原料におけるリチウム６の同位体比率は７．６％であり、したがってその中性子捕獲同位体含有量は、前記式（１）より、０．７３ａｔｏｍ／ｎｍ３であった。また、該ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の比重は、前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶と同一であり、３．０ｇ／ｃｍ３であった。 In this example, filler particles made of LiCaAlF 6 crystals were used. The density of the LiCaAlF 6 crystal is 3.0 g / cm 3 , the mass fraction of lithium is 3.7% by mass, the isotope ratio of lithium 6 in the raw material is 7.6%, and therefore its neutron capture isotope content Was 0.73 atom / nm 3 from the formula (1). Further, the specific gravity of the LiCaAlF 6 crystals, the Eu: LiCaAlF 6 crystal and the same was 3.0 g / cm 3.
当該ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材粒子は、無機蛍光体粒子と同様にバルク体を粉砕した後、乾式分級により分級して、２００μｍの上側ふるいを通過し１００μｍの下側ふるいに残留したものを用いた。 The filler particles composed of the LiCaAlF 6 crystals are the same as the inorganic phosphor particles, but after pulverizing the bulk body, the particles are classified by dry classification, passed through a 200 μm upper sieve, and remain on the 100 μm lower sieve. It was.
本実施例では、有機樹脂としてシリコーン樹脂（信越化学製、ＫＥＲ−２５００）を用いた。該樹脂はＡ液とＢ液の２液からなり、等量の２液を混合して樹脂前駆体を調製した後、該樹脂前駆体を加熱により硬化せしめて使用することができる。該有機樹脂を硬化せしめ、厚さが０．３ｃｍ及び１ｃｍの試験片を用意し、前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の発光波長である３７０ｎｍにおいて、表面反射損失を含む透過率をそれぞれ測定し、前記式（３）に代入することによって内部透過率を求めた。その結果、１００〜２００℃の温度において内部透過率が９２〜９５％／ｃｍであった。 In this example, a silicone resin (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KER-2500) was used as the organic resin. The resin is composed of two liquids, liquid A and liquid B. After preparing an equal amount of two liquids to prepare a resin precursor, the resin precursor can be cured by heating and used. The organic resin was cured, test pieces having thicknesses of 0.3 cm and 1 cm were prepared, and the transmittance including surface reflection loss was measured at 370 nm, which is the emission wavelength of the Eu: LiCaAlF 6 crystal. The internal transmittance was determined by substituting for (3). As a result, the internal transmittance was 92 to 95% / cm at a temperature of 100 to 200 ° C.
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材、及び前記シリコーン樹脂の３７０ｎｍにおける室温（２５℃）での屈折率を、屈折率計を用いて測定した。なお、かかる屈折率の測定においては、測定に適した所定の形状のＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶のバルク体、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶のバルク体及び樹脂のバルク体を用いた。屈折率計の光源として、Ｈｇランプのｉ線（３６５．０ｎｍ）、及びｈ線（４０４．７ｎｍ）を用いた。各光源の波長及び該波長において測定された屈折率を、前記セルマイヤーの式（４）に代入して定数Ａ及びＢを求めた後、同式を用いて３７０ｎｍにおける屈折率を求めた。その結果、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、及びシリコーン樹脂の３７０ｎｍにおける屈折率は、それぞれ１．４０、１．４０及び１．４３であり、無機蛍光体粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比、及び充填材粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比は、ともに１．０２であった。 The refractive index at room temperature (25 ° C.) at 370 nm of the inorganic phosphor made of Eu: LiCaAlF 6 crystal, the filler made of LiCaAlF 6 crystal, and the silicone resin was measured using a refractometer. In the measurement of the refractive index, a bulk body of Eu: LiCaAlF 6 crystal, a bulk body of LiCaAlF 6 crystal, and a bulk body of resin having a predetermined shape suitable for the measurement were used. As a light source for the refractometer, i-line (365.0 nm) and h-line (404.7 nm) of an Hg lamp were used. The constants A and B were determined by substituting the wavelength of each light source and the refractive index measured at the wavelength into the Cermeier equation (4), and then the refractive index at 370 nm was determined using the equation. As a result, the refractive indexes of Eu: LiCaAlF 6 crystal, LiCaAlF 6 crystal, and silicone resin at 370 nm are 1.40, 1.40, and 1.43, respectively, and the refractive index of the organic resin with respect to the refractive index of the inorganic phosphor particles. The ratio of the refractive index and the ratio of the refractive index of the organic resin to the refractive index of the filler particles were both 1.02.
高温下での屈折率を同様にして測定した結果、１２５℃において、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、及びシリコーン樹脂の３７０ｎｍにおける屈折率は、全て１．４０となり、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率、及び充填材粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率が、ともに一致した。 As a result of measuring the refractive index at a high temperature in the same manner, the refractive indices at 370 nm of Eu: LiCaAlF 6 crystal, LiCaAlF 6 crystal, and silicone resin were all 1.40 at 125 ° C., and the refractive index of the inorganic phosphor particles The refractive index and the refractive index of the organic resin, and the refractive index of the filler particles coincided with the refractive index of the organic resin.
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子１０．０ｇ、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材粒子１０．０ｇ、及び予め等量のＡ液とＢ液を混合したシリコーン樹脂の樹脂前駆体１０．０ｍＬを混合容器に入れ、混合物の粘度を低下せしめる目的で、トルエン１ｍＬを添加した。 10.0 g of inorganic phosphor particles composed of Eu: LiCaAlF 6 crystals, 10.0 g of filler particles composed of LiCaAlF 6 crystals, and 10.0 mL of a silicone resin resin precursor in which equal amounts of liquid A and liquid B are mixed in advance. Was added to a mixing vessel, and 1 mL of toluene was added for the purpose of reducing the viscosity of the mixture.
これらを、撹拌棒を用いてよく混合した後、該混合操作において混合物中に生じた気泡を、真空脱泡機を用いて脱泡した。 These were mixed well using a stir bar, and then bubbles generated in the mixture in the mixing operation were defoamed using a vacuum defoamer.
次いで、直径が２ｃｍ、厚さが約０．３ｃｍのポリテトラフロロエチレン製の鋳型にそれぞれ注入し、８０℃で５時間加熱してトルエンを留去した後、１００℃で２４時間加熱して樹脂前駆体を硬化せしめ、無機蛍光体粒子を含む樹脂組成物からなる本発明の中性子シンチレーターを得た。 Next, each was poured into a polytetrafluoroethylene mold having a diameter of 2 cm and a thickness of about 0.3 cm, heated at 80 ° C. for 5 hours to distill off toluene, and then heated at 100 ° C. for 24 hours to obtain a resin. The precursor was cured to obtain a neutron scintillator of the present invention comprising a resin composition containing inorganic phosphor particles.
該樹脂組成物の形状は、直径が２ｃｍ、厚さが０．３ｃｍであり、体積は０．９４ｍＬであった。また、該樹脂組成物には無機蛍光体粒子及び充填材粒子が０．５６ｇずつ含まれており、無機蛍光体粒子及び充填材粒子の密度から、これらの体積はともに０．１９ｍＬである。したがって、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は２０％であり、充填材粒子の樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積の１００％であった。 The resin composition had a diameter of 2 cm, a thickness of 0.3 cm, and a volume of 0.94 mL. Further, the resin composition contains 0.56 g of inorganic phosphor particles and filler particles, and the volume of both is 0.19 mL from the density of the inorganic phosphor particles and filler particles. Therefore, the volume fraction of the inorganic phosphor particles in the resin composition was 20%, and the mixing ratio of the filler particles to the resin composition was 100% of the volume of the inorganic phosphor particles.
前記直径が２ｃｍ、厚さが０．３ｃｍの樹脂組成物からなる中性子シンチレーターを光検出器に接続して本発明の中性子検出器を製作した。まず、前記中性子シンチレーターの直径が２ｃｍの一面を光出射面とし、当該光出射面以外の面にテープ状のポリテトラフロロエチレン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 Ｒ１２８８ＡＨ）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の光出射面を光学グリースによって光学的に接着した後、該中性子シンチレーターと光検出器を遮光用のアルミ箔で覆った。 A neutron detector of the present invention was manufactured by connecting a neutron scintillator made of a resin composition having a diameter of 2 cm and a thickness of 0.3 cm to a photodetector. First, one surface of the neutron scintillator having a diameter of 2 cm was used as a light emitting surface, and tape-like polytetrafluoroethylene was wound around a surface other than the light emitting surface to form a light reflecting film. Next, a photomultiplier tube (R1288AH manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) is prepared as a photodetector, and after optically bonding the photodetecting surface of the photomultiplier tube and the light emitting surface of the neutron scintillator with optical grease, The neutron scintillator and the photodetector were covered with a light shielding aluminum foil.
前記光電子増倍管に電源を接続し、また、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、本発明の中性子検出器を得た。 A power source was connected to the photomultiplier tube, and a preamplifier, a shaping amplifier, and a multi-wave height analyzer were connected as a signal readout circuit from the photomultiplier tube side to obtain a neutron detector of the present invention.
本発明の中性子検出器を１２５℃の恒温器内に設置し、その性能を以下の方法により評価した。２．４ＭＢｑの放射能のＣｆ−２５２を２０ｃｍ角の立方体形状の高密度ポリエチレンの中心に設置し、該Ｃｆ−２５２からの中性子を高密度ポリエチレンで減速して照射した。 The neutron detector of the present invention was installed in a thermostat at 125 ° C., and its performance was evaluated by the following method. Cf-252 with 2.4 MBq of radioactivity was placed in the center of a 20 cm square cubic high-density polyethylene, and the neutrons from the Cf-252 were irradiated with the high-density polyethylene decelerated.
光電子増倍管に接続された電源を用いて、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から発せられた光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。 A high voltage was applied to the photomultiplier tube using a power source connected to the photomultiplier tube. The light emitted from the neutron scintillator was converted into a pulsed electric signal by a photomultiplier by the incidence of neutrons, and the electric signal was input to the multi-wave height analyzer via a preamplifier and a shaping amplifier. A pulse height distribution spectrum was created by analyzing the electrical signal input to the multi-wave height analyzer.
次に、中性子に替えて、０．８３ＭＢｑの放射能のＣｏ−６０を用いて、該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。 Next, a pulse height distribution spectrum was prepared in the same manner as described above, except that Co-60 having a radioactivity of 0.83 MBq was used instead of neutron and γ-rays were emitted from the Co-60.
得られた波高分布スペクトルを図１に示す。図１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。 The obtained wave height distribution spectrum is shown in FIG. The solid line and dotted line in FIG. 1 are the pulse height distribution spectra under neutron and γ-ray irradiation, respectively. In the wave height distribution spectrum, the horizontal axis represents the relative value with the wave height value of the neutron peak being 1.
図１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。 From FIG. 1, a clear neutron peak can be confirmed, and the crest value of the electric signal generated by the incidence of γ rays is much lower than the crest value of the neutron peak, so that γ rays and neutrons can be easily distinguished. I understand.
実施例２
シリコーン樹脂として室温での屈折率が１．４５のもの（信越化学製、ＫＥＲ−６０２０）を用いた。当該シリコーン樹脂は１７５℃でＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子と屈折率が一致した。
Example 2
A silicone resin having a refractive index of 1.45 at room temperature (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KER-6020) was used. The silicone resin had a refractive index equal to that of inorganic phosphor particles composed of Eu: LiCaAlF 6 crystals at 175 ° C.
実施例１と同様にして中性子検出器を作成し、これを１７５℃の恒温器内に設置し、その性能を実施例１と同様にして測定した。 A neutron detector was prepared in the same manner as in Example 1, and this was installed in a thermostat at 175 ° C., and its performance was measured in the same manner as in Example 1.
得られた波高分布スペクトルを図２に示す。図２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。 The obtained wave height distribution spectrum is shown in FIG. The solid line and the dotted line in FIG. 2 are wave height distribution spectra under neutron and γ-ray irradiation, respectively. In the wave height distribution spectrum, the horizontal axis represents the relative value with the wave height value of the neutron peak being 1.
図２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。 From FIG. 2, a clear neutron peak can be confirmed, and the crest value of the electric signal generated by the incidence of γ rays is much lower than the crest value of the neutron peak, and gamma rays and neutrons can be easily distinguished. I understand.
比較例１
シリコーン樹脂として室温での屈折率が１．４５のもの（樹脂が信越化学製、ＫＥＲ−７０３０）を用いた。
Comparative Example 1
A silicone resin having a refractive index of 1.45 at room temperature (resin made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KER-7030) was used.
実施例１と同様にして直径が２ｃｍ、厚さが０．３ｃｍの樹脂組成物からなる中性子シンチレーターを製造したが、これは室温でほぼ透明であった。この樹脂組成物（中性子シンチレーター）を加熱したところ、温度上昇と共に徐々に透明性を失い、１２５℃、１７５℃では著しく白濁し、透明性を失った。 A neutron scintillator made of a resin composition having a diameter of 2 cm and a thickness of 0.3 cm was produced in the same manner as in Example 1, and it was almost transparent at room temperature. When this resin composition (neutron scintillator) was heated, it gradually lost transparency as the temperature rose, and it became cloudy and lost transparency at 125 ° C and 175 ° C.
上記中性子シンチレーターを用いて中性子検出器を作成し、２５℃、１２５℃及び１７５℃で性能を評価した。結果を図３ないし図５に示すが、室温での性能は良好なものの、高温では中性子の感度が悪く、資源探査などの高温での使用には不十分なものであった。 A neutron detector was prepared using the neutron scintillator, and performance was evaluated at 25 ° C, 125 ° C, and 175 ° C. The results are shown in FIGS. 3 to 5. Although the performance at room temperature is good, the sensitivity of neutrons is poor at high temperatures, which is insufficient for use at high temperatures such as resource exploration.
Claims (5)
１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率とが、前記無機蛍光体粒子の発光波長において一致することを特徴とする中性子シンチレーター。 A neutron scintillator comprising inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 and an organic resin,
A neutron scintillator wherein the refractive index of the inorganic phosphor particles and the refractive index of the organic resin coincide with each other at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles at any temperature in the range of 100 to 200 ° C.
無機蛍光体粒子の２５℃での屈折率と有機樹脂の２５℃での屈折率との比が、前記無機蛍光体粒子の発光波長において１：１．０１〜１．０８の範囲にある中性子シンチレーター。 A neutron scintillator comprising inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 and an organic resin,
Neutron scintillator in which the ratio of the refractive index of inorganic phosphor particles at 25 ° C. to the refractive index of organic resin at 25 ° C. is in the range of 1: 1.01 to 1.08 at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles. .
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