JP4352149B2

JP4352149B2 - 中性子用ガラスシンチレータ

Info

Publication number: JP4352149B2
Application number: JP2004005483A
Authority: JP
Inventors: 政樹片桐; 孝広小島; 紀彰筒井; 幸治今井
Original assignee: Chichibu Fuji Co Ltd
Current assignee: Chichibu Fuji Co Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-01-13
Also published as: JP2005200462A

Description

本発明は、中性子の検出に用いる濃縮したリチウム６（⁶Ｌｉ）と濃縮したホウ素１０（¹⁰Ｂ）とガラス素材の中に有する中性子用ガラスシンチレータに関するものである。
本発明においては、セリウム（Ｃｅ）をドープすることにより、放射線により蛍光を発するようにし、中性子コンバータである⁶Ｌｉあるいは¹⁰Ｂにより中性子との核反応により生ずる放射線粒子を検出し、ひいては中性子を検出する。更に、本発明においては、透明度を持つガラスシンチレータとすることにより厚い検出体の作製が可能となり、中性子、特にエネルギーの高い中性子の検出に威力をはっきすることができる。この結果、検出効率の大きい中性子検出器を実現し、かつ２次元的にもイメージを高速に取得できることを可能とする。

従来、蛍光体を用いた中性子検出器には、ＺｎＳ：Ａｇ蛍光体と⁶ＬｉＦを混合した中性子検出シートが開発され市販されてきた。混合する場合には接着材が用いられてきた。しかし、蛍光体との組み合わせのため厚い検出体を製作することは困難であった。

また、ガラスシンチレータとしては、⁶Ｌｉガラスシンチレータが使われてきたが、製作工程が非常に難しいことから価格が高いのが欠点であった。
さらにＬｉ、Ｂ及び酸素（Ｏ）からなるセリウム（Ｃｅ）ドープのＬＢＯガラスシンチレータが最近開発されたが、蛍光量が少なく、かつ蛍光量を増大させるためには１０％以上のＣｅをドープする必要があり、重元素のＣｅを多く含むことらバックグラウンドとなるガンマ線に対する感度が上がってしまうという欠点があった。

本発明においては、リチウム６（⁶Ｌｉ）及びホウ素１０（¹⁰Ｂ）を中性子コンバータとして含有したガラスシンチレータで、Ｃｅドープ量が５％以下で良く蛍光を発する中性子用シンチレータを開発する。

リチウム（Ｌｉ）と、ホウ素（Ｂ）と、リン（Ｐ）から構成され、リン（Ｐ）を３５％以上含むガラスを素材とし、これに５％以下のＣｅをドープ量した中性子用ガラスシンチレータを作製する。本ガラスシンチレータの製作時間は、１０時間以下であり、製作工程が容易なため、製作コストは安い。

本発明は、中性子用ガラスシンチレーターにおいて、セリウム（Ｃｅ）をドープすることにより、中性子コンバーターからの放射線に基づく増大された蛍光を発生させるようにして中性子の検出に威力を発揮させることができるものである。

（実施例１）
実施例１として、リチウム６（⁶Ｌｉ）を９５％以上濃縮したリチウムと、ホウ素１１（¹¹Ｂ）を９９％以上濃縮したしたホウ素（Ｂ）と、リン（Ｐ）から構成され、リチウム６（⁶Ｌｉ）の構成比がモル％で４５％であり、ホウ素（Ｂ）の構成比がモル％で２０％であり、リン（Ｐ）の構成比がモル比で３５％であるガラスにセリウム（Ｃｅ）をモル％比で１％加えた中性子用ガラスシンチレータを作製した。リチウムとしては炭酸リチウム（Ｌｉ₂ＣＯ₃）、ホウ素としてはホウ酸、そしてリンとしては５酸化リン（Ｐ₂Ｏ₅）そしてセリウムとしては酸化セリウム（ＣｅＯ２）を用いた。これらの薬品をよく混ぜた後、るつぼにいれて１０００℃の温度で２時間焼成しガラスシンチレータとした。雰囲気はグラファイトを用いて還元雰囲気で作製した。雰囲気ガスは炭酸ガスを用いた。

作製したガラスシンチレータにα線を照射して蛍光特性を測定した。測定結果を図１に示す。中心波長が３４５ｎｍであり、比較的狭い波長帯の蛍光を発することが確認された。蛍光強度は、従来の６Ｌｉガラスシンチレータに比較して、５％から１０％の蛍光量であることが確認できた。

製作したガラスシンチレータの表面に浜松ホトニクス製Ｒ７６０型光電子増倍管を装着し中性子検出器とした。測定する場所で１００／ｃｍ²・ｓの中性子束の強度を持つＡｍ−Ｌｉ中性子線源を用いて、中性子に対する検出特性を測定した。測定された波高分布を図２に示す。電気的ノイズから中性子によるピークが分離できることが確認された。

（実施例２）
実施例２として、濃縮しないリチウム（Ｌｉ）と、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を９６％以上濃縮したしたホウ素（Ｂ）と、リン（Ｐ）から構成され、リチウムの構成比がモル％で３５％であり、ホウ素（Ｂ）の構成比がモル％で３０％であり、リン（Ｐ）の構成比がモル比で３５％であるガラスにセリウム（Ｃｅ）をモル％比で１％加えた中性子用ガラスシンチレータを作製した。リチウムとしては炭酸リチウム（Ｌｉ₂ＣＯ₃）、ホウ素としてはホウ酸、そしてリンとしては５酸化リン（Ｐ₂Ｏ₅）そしてセリウムとしては酸化セリウム（ＣｅＯ２）を用いた。これらの薬品をよく混ぜた後、るつぼにいれて１０００℃の温度で２時間焼成しガラスシンチレータとした。雰囲気はグラファイトを用いて還元雰囲気で作製した。雰囲気ガスは炭酸ガスを用いた。

作製したガラスシンチレータにα線を照射して蛍光特性を測定した。測定結果を図３に示す。中心波長が３６０ｎｍであり、比較的狭い波長帯の蛍光を発することが確認された。また、４２０ｎｍにも構造に基づくと考えられる４２０ｎｍのピークがあることも確認された。蛍光強度は、従来の⁶Ｌｉガラスシンチレータに比較して、１−２％以下の蛍光量であることが確認できた。

製作したガラスシンチレータの表面に浜松ホトニクス製Ｒ７６０型光電子増倍管を装着し中性子検出器とした。測定する場所で１００／ｃｍ²・ｓの中性子束の強度を持つＡｍ−Ｌｉ中性子線源を用いて、中性子に対する検出特性を測定した。測定された波高分布を図４に示す。濃縮したホウ素１０（¹⁰Ｂ）を中性子コンバータとした場合、中性子捕獲により生成する粒子のエネルギーがリチウム６（⁶Ｌｉ）に比較して約３０％でありかつ、ガラスシンチレータの蛍光効率もホウ素の含有量を増加させた場合少なくなることから、ピークとはならず連続スペクトルとなるが、中性子を測定可能であることが確認できた。

濃縮したリチウム６（⁶Ｌｉ）を中性子コンバータとした中性子用ガラスシンチレータのα線に対する蛍光スペクトルを示す図である。濃縮したリチウム６（⁶Ｌｉ）を中性子コンバータとした中性子用ガラスシンチレータの中性子に対する波高スペクトルを示す図である。濃縮したホウ素１０（¹⁰Ｂ）を中性子コンバータとした中性子用ガラスシンチレータのα線に対する蛍光スペクトルを示す図である。濃縮したホウ素１０（¹⁰Ｂ）を中性子コンバータとした中性子用ガラスシンチレータの中性子に対する波高スペクトルを示す図である。

Claims

リチウム６（⁶Ｌｉ）を９０％以上濃縮したリチウムと、ホウ素１１（¹¹Ｂ）を９５％以上濃縮したしたホウ素（Ｂ）と、リン（Ｐ）から構成され、ホウ素（Ｂ）の構成比がモル％で１０％以上３０％以下であり、リン（Ｐ）の構成比がモル比で３５％以上及び５５％以下であるガラスにセリウム（Ｃｅ）をモル％比で０．５％から４％まで加えて作製した中性子用ガラスシンチレータ。
リチウム（Ｌｉ）と、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を９０％以上濃縮したしたホウ素（Ｂ）と、リン（Ｐ）から構成され、ホウ素（Ｂ）の構成比がモル％で１０％以上３０％以下であり、リン（Ｐ）の構成比がモル％で３５％以上及び５５％以下であるガラスにセリウム（Ｃｅ）をモル％比で０．５％から４％まで加えて作製した中性子用ガラスシンチレータ。