JPH04290985A - Neutron detector - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】〔発明の目的〕[Object of the invention]
【０００２】0002
【産業上の利用分野】本発明は中性子検出器に係り、特
に熱中性子の検出感度が高く、中性子ラジオグラフィ等
において高速応答でリアルタイムに透過画像を撮影する
ことを可能とし、また構造を簡素化できる中性子検出器
に関する。[Industrial Field of Application] The present invention relates to a neutron detector, which has a particularly high detection sensitivity for thermal neutrons, makes it possible to take transmission images in real time with a fast response in neutron radiography, etc., and has a simplified structure. Regarding neutron detectors that can be used.
【０００３】0003
【従来の技術】中性子ラジオグラフィは、被検体を透過
して減衰した熱中性子線の強度分布を検出することによ
り、被検体の構造的または組成的情報を二次元画像とし
て得る方法であり、従来のＸ線やγ線での検査が困難な
水素含有化合物や金属と軽元素物質とから成る複合材料
の検査に有効であり、プラント機器、航空機や自動車部
品等の広い分野において有効な検査法として利用されて
いる。[Prior Art] Neutron radiography is a method of obtaining structural or compositional information of an object as a two-dimensional image by detecting the intensity distribution of thermal neutron beams that are attenuated after passing through the object. It is effective for inspecting hydrogen-containing compounds and composite materials consisting of metals and light element substances that are difficult to inspect with X-rays or gamma rays, and is an effective inspection method in a wide range of fields such as plant equipment, aircraft, and automobile parts. It's being used.
【０００４】従来、上記のような二次元画像は、透過し
た中性子線を可視光等に変換する中性子コンバータと、
可視光の強度に応じて感光する写真フィルムとによって
形成されていた。すなわち中性子吸収断面積が大で中性
子と原子核反応を起こし易い元素を含有する材料単独も
しくはそれらと蛍光体との混合材料から成る中性子コン
バータと、写真フィルムとを組み合せる写真フィルム法
が一般的に利用されていた。[0004] Conventionally, two-dimensional images as described above are produced using a neutron converter that converts transmitted neutron beams into visible light, etc.
It was made of photographic film that is sensitive to the intensity of visible light. In other words, a photographic film method is generally used that combines a photographic film with a neutron converter made of a material that has a large neutron absorption cross section and contains elements that easily cause nuclear reactions with neutrons, or a mixture of these materials and a phosphor. It had been.
【０００５】この場合において中性子コンバータを構成
する材料としては、例えば特開昭６２−２７７５８７号
公報に開示されているように、中性子吸収断面積が最も
大きいＧｄ金属箔やＧｄ酸化物微粒子とＺｎＳ：Ａｇ蛍
光体との混合物や、 ６ＬｉＦとＺｎＳ：Ａｇ蛍光体と
の混合物あるいはＧｄ２ Ｏ２ Ｓ：Ｔｂ蛍光体などが
使用されている。In this case, the materials constituting the neutron converter include, for example, Gd metal foil or Gd oxide fine particles, which have the largest neutron absorption cross section, and ZnS, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-277587. A mixture with Ag phosphor, a mixture of 6LiF and ZnS:Ag phosphor, or Gd2O2S:Tb phosphor is used.
【０００６】また環境測定用の中性子検出器では ６Ｌ
ｉガラスシンチレータやＬｉＩ：Ｅｕシンチレータまた
は、ホウ素やカドミウムを充填した液体シンチレータな
どの発光物質と光電子増倍管などの光検出手段とを組み
合せたものが一般に使用されている。[0006] Also, in a neutron detector for environmental measurement, 6L
A combination of a luminescent material such as an i-glass scintillator, a LiI:Eu scintillator, or a liquid scintillator filled with boron or cadmium and a photodetector such as a photomultiplier tube is generally used.
【０００７】またラジオグラフィが最も多く応用されて
いる医療用画像診断分野においては、従来レントゲン写
真が主流として使用されてきたが、近年になって、より
高解像度の画像が得られるＸ線イメージングプレートの
ようなＸ線デジタルラジオグラフィが注目されている。[0007] Furthermore, in the field of medical image diagnosis, where radiography is most often applied, X-ray photography has traditionally been the mainstream, but in recent years, X-ray imaging plates that can obtain images with higher resolution have been introduced. X-ray digital radiography is attracting attention.
【０００８】さらに工業製品の非破壊試験の分野で活用
される中性子ラジオグラフィは、前記と同様に写真フィ
ルム法が未だ主流である。しかしながら画像データをデ
ジタル化した方がデータ処理、伝送、保存などの取扱い
が容易となるため、中性子ラジオグラフィにおいても、
Ｘ線デジタルラジオグラフィと同様にデジタル化が強く
要求されており、画像信号をデジタル方式で取り込むこ
とが可能な中性子検出器が求められている。Furthermore, the photographic film method is still the mainstream of neutron radiography used in the field of non-destructive testing of industrial products, as mentioned above. However, digitizing image data makes data processing, transmission, storage, etc. easier, so neutron radiography also uses
As with X-ray digital radiography, there is a strong demand for digitization, and a neutron detector that can capture image signals digitally is required.
【０００９】また空港における危険物検出装置や例えば
セラミックス製品の射出成形状況を監視する材料製造過
程監視装置などのように、中性子ラジオグラフィを利用
した装置においてはリアルタイム（同時）観察ができる
ことが当然要求される。この場合、装置に内蔵される中
性子検出器には、高感度性および高速応答性を備えるこ
とが必須となる。[0009] Furthermore, it is natural that real-time (simultaneous) observation is required for equipment that uses neutron radiography, such as hazardous material detection equipment at airports and material manufacturing process monitoring equipment that monitors the injection molding status of ceramic products. be done. In this case, it is essential that the neutron detector built into the device has high sensitivity and fast response.
【００１０】0010
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように写真フィルムを使用する方式である限りは、写真
フィルムの現像プロセスにある程度の時間がかかるため
、リアルタイム観察は事実上不可能である。However, as long as the conventional method uses photographic film, real-time observation is virtually impossible because the developing process of the photographic film takes a certain amount of time.
【００１１】上記問題を解決し、リアルタイム観察をシ
ステム的に実現する目的で、例えば特開昭６２−２７７
５８７号公報や“検査機器ニュース”第７０４号にて開
示されているように、暗箱を設け撮像管によって写真フ
ィルムの蛍光板部分を撮影する方法も採用されている。
しかし、この方法によると装置容量が極めて大きくなり
、また撮像管の配置によっては図形歪みが表われ、画像
精度が低くなる欠点があった。[0011] In order to solve the above problems and realize real-time observation in a systematic manner, for example,
As disclosed in Publication No. 587 and "Inspection Equipment News" No. 704, a method is also adopted in which a dark box is provided and the fluorescent screen portion of the photographic film is photographed using an imaging tube. However, this method has the disadvantage that the capacity of the device becomes extremely large, and that depending on the arrangement of the image pickup tube, graphic distortion may occur, resulting in low image accuracy.
【００１２】一方、従来の環境測定用の中性子検出器に
おいては、前記のようにＬｉＩ：Ｅｕシンチレータと光
電子増倍管とを組み合せたものが広く知られている。し
かしながらこの中性子検出器を中性子ラジオグラフィに
応用するためには、多数の光電子増倍管を装備すること
が必要であり、結果的に装置が大型化し、製造コストも
急騰してしまう問題点がある。On the other hand, as a conventional neutron detector for environmental measurement, a combination of a LiI:Eu scintillator and a photomultiplier tube as described above is widely known. However, in order to apply this neutron detector to neutron radiography, it is necessary to equip it with a large number of photomultiplier tubes, which results in an increase in the size of the device and a problem in that manufacturing costs skyrocket. .
【００１３】一方、環境の放射線測定や中性子回折実験
においては、放出される熱中性子の二次元分布を測定で
きる機能が要求される場合が多い。しかしながら、従来
の熱中性子検出器では、その空間分解能が低く、例えば
シンチレータと位置検出型光電子増倍管とを組み合せた
検出器でも、その空間分解能は３ｍｍ程度と低く、より
鮮明な画像を得るために、より高い分解能を備えた検出
器が求められている。On the other hand, in environmental radiation measurements and neutron diffraction experiments, a function that can measure the two-dimensional distribution of emitted thermal neutrons is often required. However, conventional thermal neutron detectors have low spatial resolution. For example, even a detector that combines a scintillator and a position-detecting photomultiplier tube has a low spatial resolution of about 3 mm. Therefore, detectors with higher resolution are required.
【００１４】また検出器に限らず、その構成要素が安定
しており、かつ構造が簡単である方が機器の製造コスト
も安価になる。しかるに従来の中性子検出器においては
、コンバータ部分が不安定であったり、成形が困難であ
る場合が多く、検出器の構造が複雑化する欠点がある。
例えば、前記のようなＬｉＩ：Ｅｕシンチレータは吸湿
性が強いため、シンチレータ外表面をプラスチック等で
気密に被覆する必要がある。またシンチレータが液状物
質で構成されている場合には、容器内に収容する必要が
あるため、構造が複雑になり、小型化が困難である等、
中性子検出器の構成部品として使用するに際しては解決
すべき課題が多い。[0014] In addition to the detector, if the components thereof are stable and the structure is simple, the manufacturing cost of the device will be lower. However, in conventional neutron detectors, the converter portion is often unstable or difficult to mold, resulting in a complicated detector structure. For example, since the LiI:Eu scintillator described above has strong hygroscopicity, the outer surface of the scintillator needs to be airtightly covered with plastic or the like. Furthermore, if the scintillator is made of a liquid substance, it must be housed in a container, making the structure complicated and making it difficult to downsize.
There are many issues to be solved when using it as a component of a neutron detector.
【００１５】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、従来の中性子検出器と比較して熱中
性子の検出感度が高く高速応答でリアルタイム撮影に好
適であり、構造が簡単な中性子検出器を提供することを
目的とする。
〔発明の構成〕The present invention has been made to solve the above problems, and has a higher thermal neutron detection sensitivity than conventional neutron detectors, a fast response, suitable for real-time imaging, and a simple structure. The purpose of this research is to provide a neutron detector. [Structure of the invention]
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、シンチレータを構成する材料を種々変
えて、その感度等の特性を測定するとともに、シンチレ
ータ光を検出する検出素子との組合せを変えて、全体構
造の簡素化を図り、本発明に係る中性子検出器を完成し
た。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present inventors changed the materials constituting the scintillator and measured their characteristics such as sensitivity, and also developed a detection element for detecting scintillator light. By changing the combination of , the overall structure was simplified, and the neutron detector according to the present invention was completed.
【００１７】すなわち本発明に係る中性子検出器は、入
射する中性子線の強度に応じてシンチレーション光を出
射するシンチレータと、このシンチレータからの出射光
を電気信号に変換する半導体光検出素子とを一体に組み
合せて成り、上記シンチレータが、中性子吸収元素とし
てのＧｄと、付活剤としてＰｒ，ＴｂおよびＥｕから選
択される少なくとも１種の元素とを含有する焼結体から
構成されることを特徴とする。That is, the neutron detector according to the present invention integrates a scintillator that emits scintillation light depending on the intensity of an incident neutron beam and a semiconductor photodetector element that converts the emitted light from the scintillator into an electrical signal. The scintillator is characterized in that it is composed of a sintered body containing Gd as a neutron absorbing element and at least one element selected from Pr, Tb and Eu as an activator. .
【００１８】[0018]
【作用】シンチレータの前面から入射した熱中性子は、
中性子吸収断面積が大きなＧｄを含有したシンチレータ
に効率よく吸収され、エネルギに変換される。そして、
これらの吸収エネルギによって付活剤であるＴｂ，Ｐｒ
，Ｅｕがシンチレータ光を発し、このシンチレータ光が
半導体光検出素子に吸収され、入射した中性子線の強度
に応じた電気信号に変換され出力される。[Operation] Thermal neutrons incident from the front of the scintillator are
The neutrons are efficiently absorbed by a scintillator containing Gd, which has a large neutron absorption cross section, and converted into energy. and,
These absorbed energy activate the activators Tb and Pr.
, Eu emits scintillator light, this scintillator light is absorbed by the semiconductor photodetection element, converted into an electrical signal corresponding to the intensity of the incident neutron beam, and output.
【００１９】上記構成に係る中性子検出器によれば、中
性子吸収特性が優れたＧｄと付活剤として発光特性に優
れたＰｒ，ＴｂおよびＥｕから選択される少なくとも１
種の元素とを含有する焼結体で形成したシンチレータを
使用しており、また検出感度が高く構造が簡素な半導体
光検出素子とを一体に組み合せて構成しているため、検
出器全体として構造が簡素であり、感度特性に優れた中
性子検出器を得ることができる。According to the neutron detector having the above structure, Gd having excellent neutron absorption characteristics and at least one selected from Pr, Tb and Eu having excellent light emission characteristics are used as activators.
It uses a scintillator made of a sintered body containing a seed element, and is combined with a semiconductor photodetector element that has high detection sensitivity and a simple structure, so the overall structure of the detector is It is possible to obtain a neutron detector that is simple and has excellent sensitivity characteristics.
【００２０】[0020]
【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。図１は本発明に係る中性子検出器の一
実施例を示す斜視図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a neutron detector according to the present invention.
【００２１】すなわち本実施例に係る中性子検出器は、
入射する中性子線の強度に応じてシンチレーション光を
出射するシンチレータ１と、このシンチレータ１からの
出射光を電気信号に変換する半導体光検出素子２とを一
体に組み合せて成り、上記シンチレータ１が、中性子吸
収元素としてのＧｄと、付活剤としてＰｒ，Ｔｂおよび
Ｅｕから選択される少なくとも１種の元素とを含有する
焼結体から構成される。[0021] That is, the neutron detector according to this embodiment is as follows:
It consists of a scintillator 1 that emits scintillation light according to the intensity of an incident neutron beam, and a semiconductor photodetector element 2 that converts the emitted light from this scintillator 1 into an electrical signal. It is composed of a sintered body containing Gd as an absorbing element and at least one element selected from Pr, Tb, and Eu as an activator.
【００２２】上記中性子検出器に使用されるシンチレー
タ１は、例えば図２に示すように短冊状に形成された複
数のシンチレータ要素１ａをセパレータ板３を介して順
次接着して形成した多チャンネル型シンチレータで構成
される。上記セパレータ板３は隣接するシンチレータ要
素１ａ，１ａ間におけるγ線（Ｇｄ（ｎ．γ）反応によ
る反跳γ線）のクロストークを防止するために設けられ
るものであり、γ線吸収率の大きい重金属、例えば鉛や
タングステンの薄板にて形成される。また各セパレータ
板３の両面には、各シンチレータ要素１ａで発生したシ
ンチレータ光を効率よく反射させるための反射剤が塗布
されている。The scintillator 1 used in the above-mentioned neutron detector is, for example, a multi-channel scintillator formed by sequentially adhering a plurality of scintillator elements 1a formed into strips through a separator plate 3, as shown in FIG. Consists of. The separator plate 3 is provided to prevent crosstalk of γ-rays (rebound γ-rays due to Gd(n.γ) reaction) between adjacent scintillator elements 1a, 1a, and has a high γ-ray absorption rate. It is made of a thin plate of heavy metal, such as lead or tungsten. Further, both surfaces of each separator plate 3 are coated with a reflective agent for efficiently reflecting scintillator light generated by each scintillator element 1a.
【００２３】また上記各シンチレータ要素１ａは、例え
ば組成式が（Ｇｄ１−ｘ Ｍｘ ）２ Ｏ２ Ｓまたは
（Ｇｄ１−ｘ Ｍｘ ）２ Ｏ３ （但し、ＭはＰｒ，
ＴｂおよびＥｕから選択される少なくとも１種の元素で
あり、ｘは原子比で０．０００１≦ｘ≦０．１を満足す
る値である。）で表わされる焼結体から構成するとよい
。Ｇｄは中性子吸収断面積が大きく、中性子線を高い効
率でシンチレータ要素１ａ内に吸収する。またＰｒ，Ｔ
ｂ，Ｅｕはいずれも吸収した中性子線エネルギに対応し
て効率よく、シンチレータ光を出射する付活剤として作
用する。Each scintillator element 1a has, for example, a compositional formula of (Gd1-x Mx)2O2S or (Gd1-xMx)2O3 (where M is Pr,
It is at least one element selected from Tb and Eu, and x is a value satisfying 0.0001≦x≦0.1 in terms of atomic ratio. ) is preferably made of a sintered body. Gd has a large neutron absorption cross section and absorbs neutron beams into the scintillator element 1a with high efficiency. Also Pr, T
b and Eu both act as activators that efficiently emit scintillator light in response to absorbed neutron beam energy.
【００２４】また上記シンチレータの組成において、Ｇ
ｄに対するＰｒ，Ｔｂ，Ｅｕの含有量ｘは、原子比で０
．０００１〜０．１の範囲に設定することが必要である
。すなわちＭ元素（Ｐｒ，Ｔｂ，Ｅｕ）の含有量が原子
比で０．０００１未満であると、発光感度が低下する。
一方、これらの付活剤Ｍの濃度が高くなるほど発光強度
は大きくなるが、その含有量ｘが０．１を超えると濃度
消光によって同様に発光強度が低下してしまう。したが
ってＭ元素の含有量ｘは上記の範囲に設定される。
特にＭ元素がＰｒの場合は、その含有量は０．０００１
〜０．０２の範囲が望ましく、またＴｂ，Ｅｕの場合に
は０．００１〜０．１の範囲が好適である。[0024] Furthermore, in the composition of the scintillator, G
The content x of Pr, Tb, and Eu with respect to d is 0 in atomic ratio.
．． It is necessary to set it in the range of 0001 to 0.1. That is, when the content of the M element (Pr, Tb, Eu) is less than 0.0001 in atomic ratio, the luminescence sensitivity decreases. On the other hand, as the concentration of these activators M increases, the emission intensity increases, but if the content x exceeds 0.1, the emission intensity similarly decreases due to concentration quenching. Therefore, the content x of the M element is set within the above range. Especially when the M element is Pr, its content is 0.0001
A range of 0.02 to 0.02 is desirable, and in the case of Tb and Eu, a range of 0.001 to 0.1 is preferred.
【００２５】また、上記シンチレータ１の厚さｔは、１
〜３ｍｍの範囲に設定するとよい。シンチレータ１の厚
さｔが１ｍｍ未満であると、シンチレータ１内において
、γ線および内部転換電子を充分に吸収することが困難
となる。一方、厚さｔが３ｍｍを超えるとシンチレータ
１の透光性が悪化し、シンチレータ光の取出し効率が低
下し、結果的に後述する半導体光検出素子からの電気出
力が低下し、中性子の検出感度が低下してしまう。その
ため厚さｔは１〜３ｍｍの範囲が好適である。Further, the thickness t of the scintillator 1 is 1
It is preferable to set it within the range of ~3 mm. When the thickness t of the scintillator 1 is less than 1 mm, it becomes difficult to sufficiently absorb γ-rays and internal conversion electrons within the scintillator 1. On the other hand, when the thickness t exceeds 3 mm, the light transmittance of the scintillator 1 deteriorates, the scintillator light extraction efficiency decreases, and as a result, the electrical output from the semiconductor photodetector element described later decreases, and the neutron detection sensitivity decreases. will decrease. Therefore, the thickness t is preferably in the range of 1 to 3 mm.
【００２６】さらに上記各シンチレータ要素１ａは、上
記組成式を有する原料混合体を熱間静水圧プレス（ＨＩ
Ｐ）法によって加熱状態で加圧成形して形成されるセラ
ミックス焼結体から製造される。Further, each of the scintillator elements 1a is produced by hot isostatic pressing (HI) a raw material mixture having the above compositional formula.
P) It is manufactured from a ceramic sintered body that is formed by pressure molding in a heated state.
【００２７】本実施例の中性子検出器は、透光性を有す
る上記セラミックス製のシンチレータ１と、このシンチ
レータ１からのシンチレータ光を検出して電気信号に変
換する半導体光検出素子とから成り、上記半導体光検出
素子としては、例えばＳｉフォトダイオード４が採用さ
れる。The neutron detector of this embodiment is composed of the scintillator 1 made of the above-mentioned light-transmitting ceramic and a semiconductor photodetector element that detects the scintillator light from the scintillator 1 and converts it into an electric signal. For example, a Si photodiode 4 is used as the semiconductor photodetector element.
【００２８】このフォトダイオード４は、図１に示すよ
うに中性子の入射面とは反対側のシンチレータ１の表面
に一体に接着されることにより、シンチレータ１に光学
的に接している。As shown in FIG. 1, the photodiode 4 is in optical contact with the scintillator 1 by being integrally bonded to the surface of the scintillator 1 on the side opposite to the neutron incident surface.
【００２９】図３は半導体光検出素子としての、多チャ
ンネル型フォトダイオード４の構成例を示す斜視図であ
り、１枚の半導体基板５上に複数の短冊状のフォトダイ
オード素子６を一体に配設して構成される。各フォトダ
イオード素子６には信号取出し用の端子７が形成されて
おり、この各端子７と、絶縁基板８上に印刷された配線
端子とが、図示しないワイヤボンディングによって電気
的に接続されている。FIG. 3 is a perspective view showing an example of the configuration of a multi-channel photodiode 4 as a semiconductor photodetecting element, in which a plurality of strip-shaped photodiode elements 6 are integrally arranged on one semiconductor substrate 5. established and configured. Each photodiode element 6 is formed with a terminal 7 for signal extraction, and each terminal 7 and a wiring terminal printed on an insulating substrate 8 are electrically connected by wire bonding (not shown). .
【００３０】そして、図２に示すように構成された多チ
ャンネル型のシンチレータ１と、図３に示すように構成
された多チャンネル型のフォトダイオード４との各チャ
ンネル位置が一致するように、例えばガラス用接着剤な
どの透明接着剤を用いて一体に接着接合することにより
、図１に示すような多チャンネル型の中性子検出器９が
製造される。For example, the channels of the multi-channel scintillator 1 configured as shown in FIG. 2 and the multi-channel photodiode 4 configured as shown in FIG. A multi-channel neutron detector 9 as shown in FIG. 1 is manufactured by adhesively bonding them together using a transparent adhesive such as a glass adhesive.
【００３１】このように、シンチレータ１と半導体光検
出素子としてのフォトダイオード４とから成る本実施例
の中性子検出器によれば、中性子線はシンチレータ１の
前面（図１において上面）に照射される。シンチレータ
１は、特に中性子吸収断面積が大きなＧｄ元素を構成要
素として含有しているため、入射した中性子線は、シン
チレータ１にほとんど吸収される。吸収された中性子線
は（ｎ，γ）反応によりγ線と、内部転換電子に変換さ
れる。本実施例のように、シンチレータ１の厚みを１〜
３ｍｍ程度に設定することにより、シンチレータ１内で
吸収されるγ線は１ＭｅＶ以下の低エネルギγ線が大部
分となり、また内部転換電子も約７０ＫｅＶと低エネル
ギレベルとなり、シンチレータ１内に充分に吸収される
。
そしてこれらの吸収エネルギによって付活剤であるＴｂ
，Ｐｒ，Ｅｕがシンチレーション光を発する。出射され
たシンチレーション光は、シンチレータ１と光学的に接
したフォトダイオード４によって検出され、ここで電気
信号に変換される。こうして中性子検出器９に入射した
中性子線の強度に応じた電気信号が出力される。電気信
号は各端子７を通り図示しない信号処理回路に伝送され
て画像データとして再構成される。As described above, according to the neutron detector of this embodiment, which is composed of the scintillator 1 and the photodiode 4 as a semiconductor photodetecting element, the neutron beam is irradiated onto the front surface of the scintillator 1 (the upper surface in FIG. 1). . Since the scintillator 1 contains the Gd element, which has a particularly large neutron absorption cross section, as a component, most of the incident neutron beam is absorbed by the scintillator 1. The absorbed neutron beam is converted into gamma rays and internally converted electrons by the (n, gamma) reaction. As in this embodiment, the thickness of the scintillator 1 is
By setting the thickness to approximately 3 mm, most of the gamma rays absorbed within the scintillator 1 are low energy gamma rays of 1 MeV or less, and the internal conversion electrons are also at a low energy level of approximately 70 KeV, and are sufficiently absorbed within the scintillator 1. be done. And by these absorbed energies, the activator Tb
, Pr, and Eu emit scintillation light. The emitted scintillation light is detected by a photodiode 4 that is in optical contact with the scintillator 1, and is converted into an electrical signal there. In this way, an electrical signal corresponding to the intensity of the neutron beam incident on the neutron detector 9 is output. The electrical signals are transmitted through each terminal 7 to a signal processing circuit (not shown) and reconstructed as image data.
【００３２】本実施例に係る中性子検出器９によれば、
中性子吸収特性が優れたＧｄと付活剤として発光特性に
優れたＰｒ，ＴｂおよびＥｕから選択される少なくとも
１種の元素とを含有する焼結体で形成したシンチレータ
１を使用しており、また検出感度が高く構造が簡素な半
導体光検出素子としてのフォトダイオード４とを一体に
組み合せて構成しているため、検出器全体として構造が
簡素であり、感度特性に優れた中性子検出器を得ること
ができる。According to the neutron detector 9 according to this embodiment,
The scintillator 1 is made of a sintered body containing Gd, which has excellent neutron absorption properties, and at least one element selected from Pr, Tb, and Eu, which have excellent luminescence properties, as an activator. To obtain a neutron detector which has a simple structure as a whole and has excellent sensitivity characteristics since it is configured by integrally combining a photodiode 4 as a semiconductor photodetecting element with high detection sensitivity and a simple structure. Can be done.
【００３３】なお図１に示した多チャンネル型中性子検
出器９は、シンチレータ要素１ａとフォトダイオード素
子６とを一次元的（１方向）に配列して多チャンネルを
形成している。しかし本発明は図１に示す実施例に限定
されない。すなわち上記シンチレータ要素１ａとフォト
ダイオード素子６とを二次元的（２方向）に配列するこ
とにより多チャンネル型中性子検出器としてもよい。こ
の検出器を中性子ラジオグラフィに使用すれば、被検体
を透過してきた中性子線による二次元画像を得ることが
できる。The multi-channel neutron detector 9 shown in FIG. 1 has multiple channels formed by arranging scintillator elements 1a and photodiode elements 6 one-dimensionally (in one direction). However, the invention is not limited to the embodiment shown in FIG. That is, by arranging the scintillator element 1a and the photodiode element 6 two-dimensionally (in two directions), a multi-channel neutron detector may be obtained. If this detector is used in neutron radiography, it is possible to obtain a two-dimensional image of the neutron beam that has passed through the object.
【００３４】次に本発明に係る中性子検出器のシンチレ
ータの組成に基づく効果について、以下の実施例および
比較例に基づいて、より具体的に説明する。Next, effects based on the composition of the scintillator of the neutron detector according to the present invention will be explained in more detail based on the following examples and comparative examples.
【００３５】実施例１
実施例１として、組成式（Ｇｄ０．９９９ Ｐｒ０．０
０１ ）２ Ｏ２ Ｓを有する原料混合体を熱間静水圧
プレス（ＨＩＰ）処理して厚さ１ｍｍのシンチレータ要
素を多数調製した。
またシンチレータ要素と同じ高さを有する鉛の薄板を加
工して多数のセパレータ板を用意した。セパレータ板の
両面には、シンチレータ要素で発生したシンチレーショ
ン光を効率よく反射させるための反射剤として白色塗料
を塗布している。一方図３に示すような多チャンネル型
Ｓｉフォトダイオードを用意し、上記複数のシンチレー
タ要素を、中間にセパレータ板を介して順次透明接着剤
を用いて接合するとともに、各シンチレータ要素のチャ
ンネルとフォトダイオードのチャンネルとが一致するよ
うに、フォトダイオード上にシンチレータを接着接合し
、図１に示すような多チャンネル型中性子検出器（実施
例）を製造した。Example 1 As Example 1, the composition formula (Gd0.999 Pr0.0
A raw material mixture containing 01)2O2S was subjected to hot isostatic pressing (HIP) to prepare a large number of scintillator elements each having a thickness of 1 mm. In addition, a large number of separator plates were prepared by processing thin lead plates having the same height as the scintillator elements. Both sides of the separator plate are coated with white paint as a reflective agent to efficiently reflect scintillation light generated by the scintillator elements. On the other hand, a multi-channel Si photodiode as shown in FIG. A scintillator was adhesively bonded onto the photodiode so that the channels coincided with each other, and a multichannel neutron detector (Example) as shown in FIG. 1 was manufactured.
【００３６】実施例２〜１８
シンチレータの組成および厚さをそれぞれ表１に示すよ
うに調製した以外は実施例１と同一の製造方法を使用し
て同一寸法を有する実施例２〜１８の中性子検出器を作
成した。Examples 2 to 18 Neutron detection of Examples 2 to 18 having the same dimensions using the same manufacturing method as Example 1 except that the composition and thickness of the scintillator were prepared as shown in Table 1. I created a vessel.
【００３７】比較例１
比較例１として、従来の中性子検出器のシンチレータに
用いられてきたＬｉＩ：Ｅｕ発光体を厚さ１ｍｍに調節
し、図３に示す多チャンネル型フォトダイオード上に一
体に接合して、実施例１と同寸法の多チャンネル型中性
子検出器を調製した。Comparative Example 1 As Comparative Example 1, a LiI:Eu emitter, which has been used in the scintillator of a conventional neutron detector, was adjusted to a thickness of 1 mm, and was integrally bonded onto a multi-channel photodiode shown in FIG. A multichannel neutron detector having the same dimensions as in Example 1 was prepared.
【００３８】比較例２
比較例２として、従来の中性子ラジオグラフィ用中性子
検出器の中性子コンバータ材料として使用されている、
ＬｉＦ粉体とＺｎＳ：Ａｇ蛍光体とを結合剤中に混合さ
せた固形物を厚さ１ｍｍに成形し、図３に示す多チャン
ネルフォトダイオード上に一体に接合して、実施例１と
同寸法の多チャンネル型中性子検出器を製造した。Comparative Example 2 As Comparative Example 2, a material used as a neutron converter material in a conventional neutron detector for neutron radiography was used.
A solid mixture of LiF powder and ZnS:Ag phosphor in a binder was molded to a thickness of 1 mm, and was integrally bonded onto the multichannel photodiode shown in FIG. 3 to form the same dimensions as in Example 1. A multi-channel neutron detector was manufactured.
【００３９】比較例３
比較例３として、従来の中性子ラジオグラフィ用中性子
検出器の中性子コンバータ材料として使用されている、
Ｇｄ２ Ｏ３ 粉体とＺｎＳ：Ａｇ蛍光体とを結合剤中
に混合させた固形物を厚さ１ｍｍに成形し、図３に示す
多チャンネルフォトダイオード上に一体に接合して多チ
ャンネル型中性子検出器を製造した。Comparative Example 3 As Comparative Example 3, a material used as a neutron converter material in a conventional neutron detector for neutron radiography was used.
A solid material made by mixing Gd2O3 powder and ZnS:Ag phosphor in a binder is molded to a thickness of 1 mm, and is integrally bonded onto the multichannel photodiode shown in Fig. 3 to form a multichannel neutron detector. was manufactured.
【００４０】以上のように調製した実施例１〜１８およ
び比較例１〜３の各中性子検出器に対して、小型サイク
ロトロンから発生する所定強度の中性子線を一定時間照
射した。照射した熱中性子束の線量は１．１×１０６
ｎ／ｃｍ２ ・ｓｅｃ であり、照射時間は５分間とし
た。そして各フォトダイオードから出力される電気信号
値を測定して、各中性子検出器の感度を評価した。各検
出器の感度は、比較例１に示す中性子検出器のフォトダ
イオードから出力される電気信号値を基準値１００とし
、相対的な比率で表したものである。また、シンチレー
タの化学的安定性を比較するためシンチレータを空気中
に放置し経時変化を観察したところ、比較例１で用いた
ＬｉＩ：Ｅｕは１日後には潮解してしまい、極めて不安
定であるのに対し、実施例１〜１８のものは数ヶ月経っ
ても安定であった。Each of the neutron detectors of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3 prepared as described above was irradiated with a neutron beam of a predetermined intensity generated from a small cyclotron for a certain period of time. The dose of irradiated thermal neutron flux is 1.1×106
n/cm2·sec, and the irradiation time was 5 minutes. The electrical signal values output from each photodiode were then measured to evaluate the sensitivity of each neutron detector. The sensitivity of each detector is expressed as a relative ratio, with the electrical signal value output from the photodiode of the neutron detector shown in Comparative Example 1 being a reference value of 100. In addition, in order to compare the chemical stability of the scintillator, we left the scintillator in the air and observed its changes over time, and found that the LiI:Eu used in Comparative Example 1 deliquesced after one day and was extremely unstable. On the other hand, those of Examples 1 to 18 were stable even after several months.
【００４１】上記の測定評価結果を下記表１に示す。The above measurement and evaluation results are shown in Table 1 below.
【００４２】[0042]
【表１】[Table 1]
【００４３】表１に示す結果から明らかなように、実施
例１〜１８に示す中性子検出器は、いずれも比較例１〜
３に示す従来の検出器と同等以上の感度を有し、大部分
は２〜６倍の優れた感度を有することが確認された。As is clear from the results shown in Table 1, the neutron detectors shown in Examples 1 to 18 are all the same as those in Comparative Examples 1 to 18.
It was confirmed that the detector has a sensitivity equal to or higher than that of the conventional detector shown in No. 3, and most of the detectors have a sensitivity that is 2 to 6 times better.
【００４４】また化学的安定性の点においては、比較例
１のＬｉＩ：Ｅｕ製シンチレータ要素は吸湿性を有して
いるため、発光特性および感度が経時的に低下してしま
う一方、実施例１〜１８に係る検出器のシンチレータ要
素は、いずれも極めて安定性に優れているため、感度の
経時変化もなく中性子線の測定操作の信頼性を大幅に向
上させることができる。In terms of chemical stability, since the LiI:Eu scintillator element of Comparative Example 1 has hygroscopicity, the luminescence properties and sensitivity deteriorate over time, whereas the scintillator element of Example 1 Since all of the scintillator elements of the detectors according to items 1 to 18 have extremely excellent stability, there is no change in sensitivity over time and the reliability of neutron beam measurement operations can be greatly improved.
【００４５】このように各実施例に係る中性子検出器に
よれば、Ｇｄ２ Ｏ２ Ｓ：ＭまたはＧｄ２ Ｏ３ ：
Ｍ（但し、ＭはＰｒ，Ｔｂ，Ｅｕから選択される少なく
とも１種の元素）のように、中性子吸収断面積が特に大
きく中性子吸収能に優れたＧｄを含有し、また発光特性
が優れた付活剤としてのＴｂ，Ｅｕ，Ｐｒを含有し、透
光性を有するセラミックスで形成したシンチレータを備
えるとともに、フォトダイオードのような構造が簡単で
光検出能が高い半導体光検出素子を備えて構成されてい
るため、従来の中性子検出器と比較して特に感度が著し
く改善され、構造も簡素化される。そのため環境モニタ
用の中性子検出器や中性子デジタルラジオグラフィ用の
中性子検出器などのように高速応答でリアルタイムに線
量を計測できる中性子検出器として極めて有用である。As described above, according to the neutron detector according to each embodiment, Gd2 O2 S:M or Gd2 O3:
M (where M is at least one element selected from Pr, Tb, and Eu) contains Gd, which has a particularly large neutron absorption cross section and excellent neutron absorption ability, and also has excellent light emission characteristics. It is equipped with a scintillator made of translucent ceramics containing Tb, Eu, and Pr as active agents, and a semiconductor photodetecting element with a simple structure and high photodetecting ability, such as a photodiode. This significantly improves the sensitivity and simplifies the structure compared to conventional neutron detectors. Therefore, it is extremely useful as a neutron detector that can measure dose in real time with high-speed response, such as a neutron detector for environmental monitoring or a neutron detector for neutron digital radiography.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る中性子検出
器によれば、中性子吸収特性が優れたＧｄと付活剤とし
て発光特性に優れたＰｒ，ＴｂおよびＥｕから選択され
る少なくとも１種の元素とを含有する焼結体で形成した
シンチレータを使用しており、また検出感度が高く構造
が簡素な半導体光検出素子とを一体に組み合せて構成し
ているため、検出器全体として構造が簡素であり、感度
特性に優れた中性子検出器を得ることができる。As explained above, the neutron detector of the present invention uses Gd, which has excellent neutron absorption properties, and at least one selected from Pr, Tb, and Eu, which have excellent luminescence properties, as an activator. It uses a scintillator made of a sintered body containing elements, and is combined with a semiconductor photodetector element that has high detection sensitivity and a simple structure, so the overall structure of the detector is simple. Therefore, a neutron detector with excellent sensitivity characteristics can be obtained.
【図１】本発明に係る中性子検出器の一実施例を示す斜
視図。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a neutron detector according to the present invention.
【図２】図１に示す中性子検出器に使用されるシンチレ
ータの構成例を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of a scintillator used in the neutron detector shown in FIG. 1;
【図３】図１に示す中性子検出器に使用される半導体光
検出素子の構成例を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a semiconductor photodetecting element used in the neutron detector shown in FIG. 1;
１ シンチレータ １ａ シンチレータ要素 ３ セパレータ板 ４ フォトダイオード ５ 半導体基板 ６ フォトダイオード素子 ７ 端子 ８ 絶縁基板 ９ 中性子検出器 1.Scintillator 1a scintillator element 3 Separator plate 4 Photodiode 5 Semiconductor substrate 6 Photodiode element 7 Terminal 8 Insulating substrate 9 Neutron detector
Claims (1)
チレーション光を出射するシンチレータと、このシンチ
レータからの出射光を電気信号に変換する半導体光検出
素子とを一体に組み合せて成り、上記シンチレータが、
中性子吸収元素としてのＧｄと、付活剤としてＰｒ，Ｔ
ｂおよびＥｕから選択される少なくとも１種の元素とを
含有する焼結体から構成されることを特徴とする中性子
検出器。1. A scintillator that emits scintillation light according to the intensity of an incident neutron beam, and a semiconductor photodetection element that converts the emitted light from the scintillator into an electrical signal, the scintillator comprising:
Gd as a neutron absorbing element and Pr, T as an activator
A neutron detector comprising a sintered body containing at least one element selected from B and Eu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5443091A JPH04290985A (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Neutron detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5443091A JPH04290985A (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Neutron detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04290985A true JPH04290985A (en) | 1992-10-15 |
Family
ID=12970506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5443091A Pending JPH04290985A (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Neutron detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04290985A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002071816A (en) * | 2000-08-29 | 2002-03-12 | Japan Atom Energy Res Inst | Two-dimensional radiation and neutron image detector |
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-
1991
- 1991-03-19 JP JP5443091A patent/JPH04290985A/en active Pending
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