JP4791935B2 - Neutron / gamma ray discrimination method of scintillation neutron detector using ZnS phosphor - Google Patents

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Description

本発明は、中性子検出体としてＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法に関するものである。   The present invention relates to a neutron / gamma ray discrimination method for a scintillation neutron detector using a ZnS phosphor as a neutron detector.

中性子線量計測や中性子散乱実験に使用される中性子検出器あるいは中性子イメージ検出器としては、３Ｈｅ検出管あるいは位置敏感型３Ｈｅ検出管が用いられてきた。これらの検出管はガンマ線感度を低くくすることができるが、計数率特性が最大で１０Ｋｃｐｓが限界である。 As a neutron detector or neutron image detector used for neutron dosimetry and neutron scattering experiments, a 3 He detector tube or a position sensitive 3 He detector tube has been used. These detector tubes can reduce gamma-ray sensitivity, but the maximum count rate characteristic is 10 Kcps.

計数率特性を向上した中性子検出器としては、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートを用いた中性子検出器あるいは中性子イメージ検出器が使用されてきた。また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと波長シフトファイバを用いた高分解能中性子イメージ検出器が開発された。 As a neutron detector having improved count rate characteristics, a neutron detector or a neutron image detector using a neutron detection sheet in which a ZnS phosphor and a 6 LiF neutron converter are mixed has been used. In addition, a high-resolution neutron image detector using a neutron detection sheet in which a ZnS phosphor and a 6 LiF neutron converter are mixed and a wavelength shift fiber has been developed.

しかし、ガンマ線感度は３Ｈｅ検出管あるいは位置敏感型３Ｈｅ検出管と比較すると計数率特性を良い状態を保持したままでは十分低減する事ができなかった。ガンマ線感度を低減するためには図１７の従来の信号処理例に示すように大きな時定数で積分する必要があり、計数率特性が低下することが理由である。 However, the gamma-ray sensitivity could not be sufficiently reduced if the count rate characteristic is kept in a good state as compared with the 3 He detector tube or the position sensitive 3 He detector tube. In order to reduce the gamma ray sensitivity, it is necessary to integrate with a large time constant as shown in the conventional signal processing example of FIG. 17, and this is because the count rate characteristic is lowered.

また、１０Ｂを中性子コンバータとしてプラスチックシンチレータに入れた中性子検出器が、最近が開発されゼロクロッシング法とチャージ比較法を用いたガンマ線弁別が試みられた（非特許文献１参照）。しかし、複雑な回路構成を必要としているため、本発明の最終的目的である多チャンネルの２次元中性子検出器には適用することがなかなか困難である。
Nucl. Instr. And Methods, A484(2002)342-350 A neutron detector in which 10 B is used as a neutron converter in a plastic scintillator has recently been developed, and gamma ray discrimination using a zero crossing method and a charge comparison method has been attempted (see Non-Patent Document 1). However, since a complicated circuit configuration is required, it is difficult to apply to a multi-channel two-dimensional neutron detector which is the final object of the present invention.
Nucl. Instr. And Methods, A484 (2002) 342-350

Ｊ−ＰＡＲＣ等の大強度陽子加速器を用いた大強度パルス中性子源の建設が進んでおり、パルス中性子の強度および発生する中性子エネルギー範囲が広がるにつれ、高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、検出器を飽和させることなく、二次元中性子イメージを読み出すことが可能な中性子イメージ検出器の開発が不可欠となっている。特に、パルス中性子の強度も強くなるに従い、バックグラウンドとなるガンマ線強度も強くなる。   Construction of a high-intensity pulse neutron source using a high-intensity proton accelerator such as J-PARC is progressing, and as the intensity of the pulsed neutron and the range of generated neutron energy widen, it supports high count rates while maintaining high position resolution. However, it is indispensable to develop a neutron image detector that can read a two-dimensional neutron image without saturating the detector. In particular, as the intensity of the pulsed neutron increases, the intensity of the gamma ray that becomes the background also increases.

以上の条件下で使用するために必要な中性子検出器あるいは二次元中性子検出器の性能としては、まず高強度のパルス中性子に対応可能でかつガンマ線感度の低いものが要求される。   As the performance of a neutron detector or a two-dimensional neutron detector necessary for use under the above conditions, firstly, a neutron detector capable of dealing with high-intensity pulsed neutrons and having low gamma-ray sensitivity is required.

また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと直交した波長シフトファイバ束を用いた高分解能二次元中性子検出器の場合、波長シフトファイバ自身がガンマ線センサとなりＺｎＳ蛍光体とほぼ同じ蛍光信号を出力するため、ガンマ線感度が上ってしまうという問題があった。 In addition, in the case of a high-resolution two-dimensional neutron detector using a wavelength shift fiber bundle orthogonal to a neutron detection sheet in which a ZnS phosphor and a 6 LiF neutron converter are mixed, the wavelength shift fiber itself becomes a gamma ray sensor and is almost the same as the ZnS phosphor. Since the fluorescent signal is output, there is a problem that the gamma ray sensitivity is increased.

このため、中性子が入射した際、６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータ内で発生する粒子線をＺｎＳ蛍光体に入射させて中性子を検出するシンチレーション中性子検出器において、従来は、ＺｎＳ蛍光体の粒子線に対する蛍光寿命とガンマ線に対する蛍光寿命とが異なることを信号の積分することによりガンマ線の検出感度の低減を図ってきたが、計数率特性が犠牲にされていた。 For this reason, in a scintillation neutron detector that detects a neutron by causing a particle beam generated in a 6 Li or 10 B neutron converter to enter the ZnS phosphor when a neutron is incident, The integration of the signal that the fluorescence lifetime differs from the fluorescence lifetime for gamma rays has been attempted to reduce the detection sensitivity of gamma rays, but the count rate characteristic has been sacrificed.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＺｎＳ蛍光体を用いた中性子イメージ検出器において、計数率特性を維持したままガンマ線感度の低減を図ることを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce gamma-ray sensitivity while maintaining count rate characteristics in a neutron image detector using a ZnS phosphor. .

本発明者らは、中性子が入射した際、６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータ内で発生する粒子線をＺｎＳ蛍光体に入射させて中性子を検出するシンチレーション中性子検出器において、ＺｎＳ蛍光体の粒子線に対する蛍光寿命とガンマ線に対する蛍光寿命とが異なることを利用して、中性子を検出する際妨害となるガンマ線を除去する方法を考案した。 In the scintillation neutron detector that detects a neutron by causing a particle beam generated in a 6 Li or 10 B neutron converter to enter the ZnS phosphor when a neutron is incident, the present inventors have applied the particle beam of the ZnS phosphor to the particle beam. Using the difference between the fluorescence lifetime and the fluorescence lifetime for gamma rays, we have devised a method for removing gamma rays that interfere with neutron detection.

このため、本発明においては、ＺｎＳ蛍光体から放出され蛍光を基本的にフオトン（光子）計数する事により中性子とガンマ線を弁別する方法を提供し、計数率特性を維持したままガンマ線感度を低減する。   For this reason, the present invention provides a method for discriminating neutrons and gamma rays by counting the fluorescence emitted from the ZnS phosphor basically by photons, thereby reducing the gamma ray sensitivity while maintaining the count rate characteristics. .

ＺｎＳ蛍光体のガンマ線に対する特性として、その蛍光寿命が非常に短く光電子増倍管から出力される信号は２０ｎｓ以下のパルス幅を持つ。一方、中性子がＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータと組み合わせた中性子検出シートに入射した場合、発生したアルファ線等の粒子線はＺｎＳ蛍光体を発光させて蛍光寿命となる１μｓ以上の間フォトン信号を１つ以上放出する。基本的には以上のフォトン信号とその発生するタイミングの差を利用して電子回路により中性子とガンマ線を弁別する。 As a characteristic of the ZnS phosphor with respect to gamma rays, the fluorescence lifetime is very short, and the signal output from the photomultiplier has a pulse width of 20 ns or less. On the other hand, when neutrons are incident on a neutron detection sheet combined with a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter, the generated alpha rays and other particle beams cause the ZnS phosphor to emit light and have a fluorescence lifetime of 1 μs or longer. One or more photon signals are emitted. Basically, neutrons and gamma rays are discriminated by an electronic circuit using the difference between the photon signal and the timing at which it is generated.

また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと直交した波長シフトファイバ束を用いた高分解能二次元中性子検出器の場合、波長シフトファイバ自身がガンマ線センサとなりＺｎＳ蛍光体とほぼ同じ蛍光信号を出力するためガンマ線感度が上ってしまうという問題に対しても、ガンマ線に起因して発生する信号がＺｎＳ蛍光体により発生するガンマ線信号とほぼ同じあるので上記と同様にガンマ線を弁別できる。 In addition, in the case of a high-resolution two-dimensional neutron detector using a wavelength shift fiber bundle orthogonal to a neutron detection sheet in which a ZnS phosphor and a 6 LiF neutron converter are mixed, the wavelength shift fiber itself becomes a gamma ray sensor and is almost the same as the ZnS phosphor. Even for the problem that the gamma ray sensitivity increases due to the output of the fluorescent signal, the signal generated due to the gamma ray is almost the same as the gamma ray signal generated by the ZnS phosphor, so that the gamma ray can be discriminated similarly to the above. .

本発明によれば、ＺｎＳ蛍光体を用いた中性子イメージ検出器において、計数率特性を維持したままガンマ線感度の低減を図ることが可能となる。   According to the present invention, in a neutron image detector using a ZnS phosphor, it is possible to reduce the gamma ray sensitivity while maintaining the count rate characteristic.

（実施例１）
実施例１として、最初に、本発明によるＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法と従来方法との基本的な差を図１と従来例の図１７をもとにして比較しながら述べる。ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器においては、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命が１μｓ以上であり、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下と非常に短い、という差を利用して、従来はガンマ線感度を低減するために大きな時定数で積分し、その後波高弁別回路によりパルス波高の差を利用して中性子／ガンマ線の弁別を行ってきた。このため、計数率特性が低下した。また、積分回路等のアナログ回路が必要なため多チャンネル化する場合に小型化が困難でありかつコストもかかった。 Example 1
As Example 1, first, the basic difference between the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS phosphor according to the present invention and the conventional method is shown in FIG. 1 and FIG. 17 of the conventional example. I will describe it in comparison. In a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed, ZnS fluorescence is generated by a particle beam generated from 6 Li or 10 B when the neutron is incident on the neutron scintillator. By utilizing the difference that the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the body is 1 μs or more and the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the neutron scintillator is 20 ns or less when gamma rays are incident, the conventional gamma ray sensitivity is used. In order to reduce the neutron / gamma ray, it has been integrated with a large time constant, and the pulse height discriminating circuit is used to discriminate neutron / gamma rays. For this reason, the count rate characteristic deteriorated. Further, since an analog circuit such as an integration circuit is required, it is difficult to reduce the size and cost when the number of channels is increased.

一方、図１に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、時間の遅滞がないため、ＸとＹの２つの信号を２０ｎｓないし４０ｎｓの時間幅で同時計測することにより弁別できる。中性子の検出は、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅、実施例では１μｓで同時計測し中性子信号とする。しかし、先のガンマ線の場合も同時計測していることから、ガンマ線信号が有効な場合にはこの中性子信号を無効とする回路を用意する。また、ガンマ線信号と認識した場合でもその間に中性子が同時に入射し信号を出す場合もあることから、ガンマ線信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅１μｓから先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間（９６０ないし９８０ｎｓ）のゲート信号を作製し、ＸとＹからのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号がそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号として計数する。 On the other hand, in the discrimination method of the present invention shown in FIG. 1, when the neutron is incident on the neutron scintillator, the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the ZnS phosphor by the particle beam generated from 6 Li or 10 B and the gamma ray are incident. When discriminating gamma rays that interfere with the detection of neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from scintillators for neutrons is different, fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and fluorescence for gamma rays Measurement is performed using two photomultiplier tubes. In the case of gamma rays, a very fast pulse of 20 ns or less is taken out as a digital signal from two photomultiplier tubes (displayed as X and Y). Neutrons are extracted as digital signal trains as shown in the figure as pulse signals based on photons having a time width of 20 ns or less with a probability corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor. Since there is no time delay in gamma ray discrimination, it can be discriminated by simultaneously measuring two signals X and Y in a time width of 20 ns to 40 ns. Neutron detection is performed simultaneously with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor, in the example, 1 μs, and is used as a neutron signal. However, since the gamma ray is also measured at the same time, a circuit for invalidating the neutron signal is prepared when the gamma ray signal is valid. In addition, even when the signal is recognized as a gamma ray signal, neutrons may enter and emit a signal at the same time, so that the time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor is set to 20 to 40 ns using the gamma ray signal. A gate signal of a time (960 to 980 ns) subtracted from is generated, and a pulse signal based on at least one photon among photons based on photons from X and Y is counted during the gate time. In this case, it counts again as a neutron signal.

実施例１の構成を図２に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図２に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。 The configuration of the first embodiment will be described based on the configuration diagram of the detector shown in FIG. As a scintillator for neutrons, a ZnS: Ag / 6 LiF neutron detection sheet manufactured by AST, UK is used. The thickness is 0.4 mm. A space of 2 mm is opened behind the detection sheet, optical fibers having a diameter of 1 mm are arranged, four are arranged, and two of each are connected to two photomultiplier tubes. Since the light emission intensity of the scintillator is strong at the time of connection, it is dimmed using a 5% neutral density filter made by Mersuglio and photon counting is possible. The length of the optical fiber is 1 m. R580 made by Hamamatsu Photonics is used as a photomultiplier tube at a bias voltage of 1100V. The signal output from the photomultiplier tube is amplified 10 times by a high-speed amplifier PM-AMP (No. 18) manufactured by Toyonobu Electronics, and then the wave height discriminator 8ch-discri. (No. 19) Discriminates the wave height. The discrimination level is 150 mV. Thereafter, signal processing based on the above basic operation description is performed using a special circuit composed of an AND circuit, a gate time generation circuit, a gate circuit, and an OR circuit shown in FIG.

なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。   Since the present invention is mainly applied as a one-dimensional or two-dimensional scintillation detector by coding using an optical fiber, the increase in cost for using two photomultiplier tubes is considered in this case. do not have to.

(実施例２)
実施例２として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図３を参照しながら述べる。 (Example 2)
As Example 2, a neutron / gamma ray discrimination method of a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed will be described with reference to FIG.

図３に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際に障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図３に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、ガンマ線の場合時間の遅滞がなくＸチャネルとＹチャネルの２つの信号が２０ｎｓの時間幅で生成されるため、Ｘチャネルについて４０ｎｓの遅延を遅延回路で行った後ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅でＸチャネルとＹチャネルを同時計測するとガンマ線については基本的に同時計測が行われない。 In the discrimination method of the present invention shown in FIG. 3, the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the ZnS phosphor by the particle beam generated from 6 Li or 10 B when neutron is incident on the neutron scintillator, and the neutron when gamma ray is incident When distinguishing gamma rays which are obstacles in detecting neutrons by utilizing the difference in fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the industrial scintillator, the fluorescence for the neutrons emitted from the ZnS phosphor and the fluorescence for the gamma rays are 2 Measurement is performed using a single photomultiplier tube. In the case of gamma rays, a very fast pulse of 20 ns or less is taken out as a digital signal from two photomultiplier tubes (displayed as X and Y). Neutrons are extracted as digital signal trains as shown in FIG. 3 as pulse signals based on photons having a time width of 20 ns or less with a probability corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor. In the case of gamma ray discrimination, in the case of gamma rays, there is no time delay and two signals of X channel and Y channel are generated with a time width of 20 ns. Therefore, after delaying 40 ns for the X channel with a delay circuit, the fluorescence of the ZnS phosphor If the X channel and the Y channel are measured simultaneously in the time width corresponding to the lifetime, basically no simultaneous measurement is performed for gamma rays.

実施例２の構成を図４に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図４に示すＡＮＤ回路と遅延回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的な動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。遅延時間としては余裕を持たせるため４０ｎｓとし、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。 The configuration of the second embodiment will be described based on the configuration diagram of the detector shown in FIG. As a scintillator for neutrons, a ZnS: Ag / 6 LiF neutron detection sheet manufactured by AST, UK is used. The thickness is 0.4 mm. A space of 2 mm is opened behind the detection sheet, optical fibers having a diameter of 1 mm are arranged, four are arranged, and two of each are connected to two photomultiplier tubes. Since the light emission intensity of the scintillator is strong at the time of connection, it is dimmed using a 5% neutral density filter made by Mersuglio and photon counting is possible. The length of the optical fiber is 1 m. R580 made by Hamamatsu Photonics is used as a photomultiplier tube at a bias voltage of 1100V. The signal output from the photomultiplier tube is amplified 10 times by a high-speed amplifier PM-AMP (No. 18) manufactured by Toyonobu Electronics, and then the wave height discriminator 8ch-discri. (No. 19) Discriminates the wave height. The discrimination level is 150 mV. Thereafter, signal processing based on the basic operation described above is performed using a special circuit composed of an AND circuit and a delay circuit shown in FIG. 4 and is output as a neutron signal. The delay time is set to 40 ns to provide a margin, and 1 μs is used as the time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor.

本発明の方法では、中性子の検出ロスがほとんどなく、適用しない場合に対して９９％以上の検出効率を有する。   In the method of the present invention, there is almost no detection loss of neutrons, and the detection efficiency is 99% or more as compared with the case where it is not applied.

なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。   Since the present invention is mainly applied as a one-dimensional or two-dimensional scintillation detector by coding using an optical fiber, the increase in cost for using two photomultiplier tubes is considered in this case. do not have to.

（実施例３）
実施例３として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図５を参照しながら述べる。図５に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図５に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線の弁別は、最初にガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をガンマ線信号の可能性があるため使用せず、中性子の場合にはそのあとＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅のフオトン（光子）に基づくパルス信号が来るので、蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製する。その後、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、中性子信号として両者とも同時計測信号が計数された場合に、最終的に中性子信号とする。 (Example 3)
As Example 3, a neutron / gamma ray discrimination method of a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed will be described with reference to FIG. In the discrimination method of the present invention shown in FIG. 5, the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the ZnS phosphor by the particle beam generated from 6 Li or 10 B when neutron is incident on the neutron scintillator, and the neutron when gamma ray is incident When distinguishing gamma rays that interfere with the detection of neutrons by utilizing the fact that the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the scintillator is different, two fluorescences for the neutrons emitted from the ZnS phosphor and two for the gamma rays are used. Measure using a photomultiplier tube. In the case of gamma rays, a very fast pulse of 20 ns or less is taken out as a digital signal from two photomultiplier tubes (displayed as X and Y). Neutrons are extracted as a digital signal sequence as shown in FIG. 5 as a pulse signal based on photons having a time width of 20 ns or less with a probability corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor. Gamma rays are discriminated first by measuring them as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed on a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime for gamma rays. As for the pulse signal output from the multiplier, the first pulse signal that has arrived is not used because of the possibility of a gamma ray signal. In the case of neutrons, the probability is then 20 ns with a probability corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor. Since a pulse signal based on photons of the following time width comes, a gate signal having a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the phosphor is produced. Thereafter, each gate signal is used for simultaneous measurement with the next pulse signal, and when both simultaneous measurement signals are counted as neutron signals, they are finally used as neutron signals.

実施例３の構成を図６に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図６に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。 The configuration of the third embodiment will be described based on the configuration diagram of the detector shown in FIG. As a scintillator for neutrons, a ZnS: Ag / 6 LiF neutron detection sheet manufactured by AST, UK is used. The thickness is 0.4 mm. A space of 2 mm is opened behind the detection sheet, optical fibers having a diameter of 1 mm are arranged, four are arranged, and two of each are connected to two photomultiplier tubes. Since the light emission intensity of the scintillator is strong at the time of connection, it is dimmed using a 5% neutral density filter made by Mersuglio and photon counting is possible. The length of the optical fiber is 1 m. R580 made by Hamamatsu Photonics is used as a photomultiplier tube at a bias voltage of 1100V. The signal output from the photomultiplier tube is amplified 10 times by a high-speed amplifier PM-AMP (No. 18) manufactured by Toyonobu Electronics, and then the wave height discriminator 8ch-discri. (No. 19) Discriminates the wave height. The discrimination level is 150 mV. Thereafter, signal processing based on the above basic operation description is performed using a special circuit composed of an AND circuit, a gate time generation circuit, and a gate circuit shown in FIG. 6, and is output as a neutron signal. 1 μs is used as the time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor.

なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。   Since the present invention is mainly applied as a one-dimensional or two-dimensional scintillation detector by coding using an optical fiber, the increase in cost for using two photomultiplier tubes is considered in this case. do not have to.

（実施例４）
実施例４として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図７を参照しながら述べる。 Example 4
As a fourth embodiment, a neutron / gamma ray discrimination method of a two-dimensional scintillation neutron detector combining a two wavelength shift fiber bundles orthogonal to a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed is shown in FIG. Will be described with reference to.

ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、波長シフトファイバがガンマ線に感度があるためガンマ線が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程でガンマ線弁別を行うことができる。 In the two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength shift fiber bundles with a neutron scintillator mixed with a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter, when the gamma rays described in Example 1 are incident Along with the fluorescence emitted from the neutron scintillator, the wavelength-shifted fiber is sensitive to gamma rays, which is an obstacle when gamma rays are detected. For this reason, the fluorescence lifetime of the fluorescence generated when gamma rays enter the wavelength shift fiber is measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less with photons superimposed on the time width of 20 ns or less. However, this signal can be subjected to gamma ray discrimination in the same process as fluorescence having a fluorescence lifetime of 20 ns or less emitted from the neutron scintillator when gamma rays are incident on the ZnS phosphor.

実施例４の構成を図８に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図８に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。 The configuration of the fourth embodiment will be described based on the configuration diagram of the detector shown in FIG. As a scintillator for neutrons, a ZnS: Ag / 6 LiF neutron detection sheet manufactured by AST, UK is used. The area of the neutron detection sheet is 32 mm × 32 mm, and the thickness is 0.4 mm. Two-dimensional scintillation is made by placing 64 wavelength shift fiber bundles of 0.5 mm × 05 mm behind the detection sheet and arranging 64 wavelength shift fibers perpendicular to the lower surface of the detection sheet to make a wavelength shift fiber bundle of the vertical axis and the horizontal axis. A detection element is configured. Each of the wavelength shift fiber bundles is connected to a 64-channel photomultiplier tube. BCF-92MC manufactured by Bicron, USA was used as the wavelength shift fiber. Two 64-channel multi-anode photomultiplier tubes H7546B manufactured by Hamamatsu Photonics are used as 64-channel photomultiplier tubes. As the bias voltage, 950 V is applied. The signal output from the multi-anode photomultiplier tube is a 64-channel amplifier disc made by Toyonobu Electronics (the same circuit configuration as the high-speed amplifier PM-AMP (No. 18) and the wave height discriminator 8ch-discri. (No. 19)). Amplify 10 times and discriminate wave height. The discrimination level is 150 mV. Thereafter, signal processing based on the above basic operation description is performed using a special circuit composed of an AND circuit, a gate time generation circuit, a gate circuit, and an OR circuit shown in FIG. 8, and is output as a neutron signal.

本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、５．４ｘ１０−６となり１５分の１となった。 A two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength-shifted fiber bundles with a neutron scintillator mixed with this ZnS phosphor and 6 LiF neutron converter was tested for gamma-ray sensitivity using a 60 Co gamma ray source. As a result, before the neutron / gamma ray discrimination was 9.0 × 10 −5 , and when the neutron / gamma ray discrimination of the present invention was performed, it became 5.4 × 10 −6 , which was 1/15.

（実施例５）
実施例５として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図９を参照しながら述べる。 (Example 5)
FIG. 9 shows a neutron / gamma ray discrimination method of a two-dimensional scintillation neutron detector in which two orthogonal wavelength shift fiber bundles are combined with a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed. Will be described with reference to.

ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、波長シフトファイバがガンマ線に感度があるためガンマ線が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程であることから、ガンマ線弁別は、ガンマ線の場合時間の遅滞がなくＸチャネルとＹチャネルの２つの信号が２０ｎｓの時間幅で生成されるため、Ｘチャネルについて４０ｎｓの遅延を遅延回路で行った後ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅でＸチャネルとＹチャネルを同時計測するとガンマ線については基本的に同時計測が行われない。 In the two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength shift fiber bundles with a neutron scintillator mixed with a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter, when the gamma rays described in Example 1 are incident Along with the fluorescence emitted from the neutron scintillator, the wavelength-shifted fiber is sensitive to gamma rays, which is an obstacle when gamma rays are detected. For this reason, the fluorescence lifetime of the fluorescence generated when gamma rays enter the wavelength shift fiber is measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less with photons superimposed on the time width of 20 ns or less. However, since this signal is the same process as the fluorescence having a fluorescence lifetime of 20 ns or less emitted from the neutron scintillator when gamma rays are incident on the ZnS phosphor, the gamma ray discrimination is not delayed in time in the case of gamma rays. Since the two signals of the Y channel and the Y channel are generated with a time width of 20 ns, a delay circuit delays the X channel by 40 ns, and then the X channel and the Y channel are simultaneously transmitted with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor. When measured, gamma rays are not basically measured simultaneously.

実施例５の構成を図１０に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１０に示すＡＮＤ回路と遅延回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。 The configuration of the fifth embodiment will be described based on the configuration diagram of the detector shown in FIG. As a scintillator for neutrons, a ZnS: Ag / 6 LiF neutron detection sheet manufactured by AST, UK is used. The area of the neutron detection sheet is 32 mm × 32 mm, and the thickness is 0.4 mm. Two-dimensional scintillation is made by placing 64 wavelength shift fiber bundles of 0.5 mm × 05 mm behind the detection sheet and arranging 64 wavelength shift fibers perpendicular to the lower surface of the detection sheet to make a wavelength shift fiber bundle of the vertical axis and the horizontal axis. A detection element is configured. Each of the wavelength shift fiber bundles is connected to a 64-channel photomultiplier tube. BCF-92MC manufactured by Bicron, USA was used as the wavelength shift fiber. Two 64-channel multi-anode photomultiplier tubes H7546B manufactured by Hamamatsu Photonics are used as 64-channel photomultiplier tubes. As the bias voltage, 950 V is applied. The signal output from the multi-anode photomultiplier tube is a 64-channel amplifier disc made by Toyonobu Electronics (the same circuit configuration as the high-speed amplifier PM-AMP (No. 18) and the wave height discriminator 8ch-discri. (No. 19)). Amplify 10 times and discriminate wave height. The discrimination level is 150 mV. Thereafter, signal processing based on the basic operation described above is performed using a special circuit composed of an AND circuit and a delay circuit shown in FIG.

本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、３．６ｘ１０−５となり２．５分の１となった。 A two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength-shifted fiber bundles with a neutron scintillator mixed with this ZnS phosphor and 6 LiF neutron converter was tested for gamma-ray sensitivity using a 60 Co gamma ray source. As a result, before the neutron / gamma ray discrimination was 9.0 × 10 −5 , and when the neutron / gamma ray discrimination of the present invention was performed, it was 3.6 × 10 −5 , which was 1 / 2.5.

（実施例６）
実施例６として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１１を参照しながら述べる。 (Example 6)
As a sixth embodiment, a neutron / gamma ray discrimination method of a two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength shift fiber bundles with a neutron scintillator mixed with a ZnS phosphor and 6 Li or 10 B neutron converter is shown in FIG. Will be described with reference to.

ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、波長シフトファイバがガンマ線に感度があるためガンマ線が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程であることから、ガンマ線の弁別は、最初にガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をガンマ線信号の可能性があるため使用せず、中性子の場合にはそのあとＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅のフオトン（光子）に基づくパルス信号が来るので、蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製する。その後、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、中性子信号として両者とも同時計測信号が計数された場合に、最終的に中性子信号とする。 In the two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength shift fiber bundles with a neutron scintillator mixed with a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter, when the gamma rays described in Example 1 are incident Along with the fluorescence emitted from the neutron scintillator, the wavelength-shifted fiber is sensitive to gamma rays, which is an obstacle when gamma rays are detected. For this reason, the fluorescence lifetime of the fluorescence generated when gamma rays enter the wavelength shift fiber is measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less with photons superimposed on the time width of 20 ns or less. However, since this signal is the same process as the fluorescence whose luminescence lifetime emitted from the neutron scintillator is 20 ns or less when gamma rays are incident on the ZnS phosphor, the discrimination of gamma rays is first based on the fluorescence lifetime for gamma rays. As a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed in a time width of 20 ns or less, the pulse signals output from the two photomultiplier tubes are first respectively The incoming pulse signal is not used because it may be a gamma ray signal. In the case of neutrons, a pulse signal based on photons with a time width of 20 ns or less with a probability corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor is then obtained. Therefore, a gate signal having a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the phosphor is produced. Thereafter, each gate signal is used for simultaneous measurement with the next pulse signal, and when both simultaneous measurement signals are counted as neutron signals, they are finally used as neutron signals.

実施例６の構成を図１２に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１２に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。 The configuration of the sixth embodiment will be described based on the configuration diagram of the detector shown in FIG. As a scintillator for neutrons, a ZnS: Ag / 6 LiF neutron detection sheet manufactured by AST, UK is used. The area of the neutron detection sheet is 32 mm × 32 mm, and the thickness is 0.4 mm. Two-dimensional scintillation is made by placing 64 wavelength shift fiber bundles of 0.5 mm × 05 mm behind the detection sheet and arranging 64 wavelength shift fibers perpendicular to the lower surface of the detection sheet to make a wavelength shift fiber bundle of the vertical axis and the horizontal axis. A detection element is configured. Each of the wavelength shift fiber bundles is connected to a 64-channel photomultiplier tube. BCF-92MC manufactured by Bicron, USA was used as the wavelength shift fiber. Two 64-channel multi-anode photomultiplier tubes H7546B manufactured by Hamamatsu Photonics are used as 64-channel photomultiplier tubes. As the bias voltage, 950 V is applied. The signal output from the multi-anode photomultiplier tube is a 64-channel amplifier disc made by Toyonobu Electronics (the same circuit configuration as the high-speed amplifier PM-AMP (No. 18) and the wave height discriminator 8ch-discri. (No. 19)). Amplify 10 times and discriminate wave height. The discrimination level is 150 mV. Thereafter, signal processing based on the above basic operation description is performed using a special circuit composed of an AND circuit, a gate time generation circuit, and a gate circuit shown in FIG. 1 μs is used as the time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor.

本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、３．０ｘ１０−７となり３００分の１となった。 A two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength-shifted fiber bundles with a neutron scintillator mixed with this ZnS phosphor and 6 LiF neutron converter was tested for gamma-ray sensitivity using a 60 Co gamma ray source. As a result, before the neutron / gamma ray discrimination was 9.0 × 10 −5 , and when the neutron / gamma ray discrimination of the present invention was performed, it became 3.0 × 10 −7 , which was 1/300.

（実施例７）
実施例７として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１３を参照しながら述べる。図１３に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を１個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが光電子増倍管からのデジタル信号として１つだけ取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図１３に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、ガンマ線の信号が２０ｎｓの時間幅で１個生成するだけのため、計数回路を用いて一定時間計測し２個以上の信号が計測された時にガンマ線信号を弁別し中性子信号として計数する。 (Example 7)
As Example 7, a neutron / gamma ray discrimination method of a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed will be described with reference to FIG. In the discrimination method of the present invention shown in FIG. 13, the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the ZnS phosphor by the particle beam generated from 6 Li or 10 B when neutron is incident on the neutron scintillator, and the neutron when gamma ray is incident When discriminating gamma rays that interfere with the detection of neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the scintillator is different, one fluorescence for the neutron and one for the gamma ray emitted from the ZnS phosphor Measure using a photomultiplier tube. In the case of gamma rays, only one very fast pulse of 20 ns or less is taken out as a digital signal from the photomultiplier tube. Neutrons are extracted as a digital signal sequence as shown in FIG. 13 as a pulse signal based on photons having a time width of 20 ns or less with a probability corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor. In gamma ray discrimination, only one gamma ray signal is generated with a time width of 20 ns, so a gamma ray signal is discriminated and counted as a neutron signal when two or more signals are measured using a counting circuit. .

実施例７の構成を図１４に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６Ｌｉ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、２本の光ファイバを光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１４に示す計数回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。計数回路での計数時間は、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。 The configuration of the seventh embodiment will be described based on the configuration diagram of the detector shown in FIG. As a scintillator for neutrons, a ZnS: Ag / 6 Li neutron detection sheet manufactured by AST, UK is used. The thickness is 0.4 mm. A 2 mm space is opened behind the detection sheet, an optical fiber having a diameter of 1 mm is disposed, and the two optical fibers are connected to a photomultiplier tube. Since the light emission intensity of the scintillator is strong at the time of connection, it is dimmed using a 5% neutral density filter made by Mersuglio and photon counting is possible. The length of the optical fiber is 1 m. R580 made by Hamamatsu Photonics is used as a photomultiplier tube at a bias voltage of 1100V. The signal output from the photomultiplier tube is amplified 10 times by a high-speed amplifier PM-AMP (No. 18) manufactured by Toyonobu Electronics, and then the wave height discriminator 8ch-discri. (No. 19) Discriminates the wave height. The discrimination level is 150 mV. Thereafter, signal processing based on the above-described basic operation description is performed using the counting circuit shown in FIG. 14 and output as a neutron signal. As the counting time in the counting circuit, 1 μs is used as the time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor.

（実施例８）
実施例８として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１５を参照しながら述べる。 (Example 8)
As Example 8, a neutron / gamma ray discrimination method of a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed will be described with reference to FIG.

ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定する場合、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する。この時、光電子増倍管からのアナログ信号を高速増幅器で増幅し、その後波高弁別器でデジタル化する。このデジタル化信号を実施例では５０ＭＨｚのクロックを持つＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いていてサンプリングする。サンプリング周期は、５０ＭＨｚのクロックの場合２０ｎｓなので十分サンプリング可能である。その後サンプリングで得た信号はクロックと同期したモードを用いて実施例で述べた信号処理を行うことによりシンチレーション中性子検出器及び二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別が可能となる。   When measuring fluorescence with respect to neutrons emitted from a ZnS phosphor and fluorescence with respect to gamma rays using a photomultiplier tube, for neutrons, it is measured as a pulse signal based on photons (photons) having a time width of 20 ns or less, For gamma rays, a pulse signal having a time width of 20 ns or less is measured as a signal in which photons are superimposed in a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime. At this time, an analog signal from the photomultiplier tube is amplified by a high-speed amplifier and then digitized by a wave height discriminator. In the embodiment, the digitized signal is sampled using an FPGA (Field Programmable Gate Array) having a 50 MHz clock. Since the sampling period is 20 ns for a 50 MHz clock, sufficient sampling is possible. Thereafter, the signal obtained by sampling is subjected to the signal processing described in the embodiment using a mode synchronized with a clock, whereby the neutron / gamma ray discrimination of the scintillation neutron detector and the two-dimensional scintillation neutron detector becomes possible.

（実施例９）
実施例９として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１６を参照しながら述べる。 Example 9
As Example 9, a neutron / gamma ray discrimination method of a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed will be described with reference to FIG.

ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定する場合、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する。この時、光電子増倍管からのアナログ信号を高速増幅器で増幅し、その後波高弁別器でデジタル化する。このデジタル化信号を実施例では５０ＭＨｚのクロックを持つＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いていてサンプリングする。サンプリングする場合に、図１６に示すように中性子の入射によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命に従って２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）が重畳して連続した波形となって出力された場合に、連続した波形をクロックに基づいてサンプリングする。このようなサンプリングする事によりこれまで１つの信号として扱われていたフォトン信号を実際の数に近くなる２個以上のパルス信号列として取り出すことが可能となる。   When measuring fluorescence with respect to neutrons emitted from a ZnS phosphor and fluorescence with respect to gamma rays using a photomultiplier tube, for neutrons, it is measured as a pulse signal based on photons (photons) having a time width of 20 ns or less, For gamma rays, a pulse signal having a time width of 20 ns or less is measured as a signal in which photons are superimposed in a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime. At this time, an analog signal from the photomultiplier tube is amplified by a high-speed amplifier and then digitized by a wave height discriminator. In the embodiment, the digitized signal is sampled using an FPGA (Field Programmable Gate Array) having a 50 MHz clock. When sampling is performed, photons having a time width of 20 ns or less are superimposed and output in a continuous waveform according to the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from the ZnS phosphor upon incidence of neutrons as shown in FIG. In the case, the continuous waveform is sampled based on the clock. Such sampling makes it possible to extract a photon signal that has been treated as one signal so far as two or more pulse signal sequences that are close to the actual number.

サンプリングで得た信号はクロックと同期したモードを用いて実施例で述べた信号処理を行うことによりシンチレーション中性子検出器及び二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別が可能となる。   The signal obtained by sampling is subjected to the signal processing described in the embodiment using a mode synchronized with a clock, thereby enabling neutron / gamma ray discrimination of the scintillation neutron detector and the two-dimensional scintillation neutron detector.

産業上の利用の可能性Industrial applicability

本発明によれば、ＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレータと波長シフトファイバとを組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器にも対応可能としていることから、Ｊ−ＰＡＲＣなどの大強度陽子加速器を用いたパルス中性子を使用し飛行時間法（ＴＯＦ）を適用した中性子散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展に寄与することが大きい。   According to the present invention, it is possible to cope with a two-dimensional scintillation neutron detector combining a scintillator using a ZnS phosphor and a wavelength shift fiber, and therefore, a pulsed neutron using a high-intensity proton accelerator such as J-PARC. It contributes greatly to the progress of physical physics research and structural biology research such as neutron scattering using time-of-flight method (TOF).

また、中性子源として原子炉を用いた同種の研究にも利用できる。さらに、今後発展が見込まれるＩＴＥＲ等の核融合における強ガンマ線環境下での中性子計測にも利用できる   It can also be used for similar research using a nuclear reactor as a neutron source. Furthermore, it can also be used for neutron measurement under strong gamma-ray environment in fusion such as ITER which is expected to develop in the future.

実施例１に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 1. FIG. 実施例１に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 1. FIG. 実施例２に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 2. FIG. 実施例２に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 2. FIG. 実施例３に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 3. FIG. 実施例３に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 3. FIG. 実施例４に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 4. FIG. 実施例４に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 4. FIG. 実施例５に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 5. FIG. 実施例５に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 5. FIG. 実施例６に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 6. FIG. 実施例６に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 6. FIG. 実施例７に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 7. FIG. 実施例７に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 7. FIG. 実施例８に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 8. FIG. 実施例９に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。It is a figure explaining the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on Example 9. FIG. 従来例に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を示す図である。It is a figure which shows the neutron / gamma ray discrimination method of the scintillation neutron detector using the ZnS fluorescent substance which concerns on a prior art example.

Claims (9)

ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号をＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測し中性子信号する共に、平行して時間幅２０ｎｓから４０ｎｓの時間幅で同時計測を行い、同時計測信号が得られた場合には、先に蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測して得られた中性子信号を無効とし、次にこの同時計測信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅から先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間のゲート信号を作製し、２つの光電子増倍管からのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号をそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。 In a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed, the ZnS phosphor is generated by a particle beam generated from 6 Li or 10 B when a neutron is incident on the neutron scintillator. When discriminating gamma rays that interfere with the detection of neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutrons differs from the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutron scintillators when gamma rays are incident Fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and fluorescence for gamma rays are measured using two photomultiplier tubes. For neutrons, pulse signals based on photons (photons) having a time width of 20 ns or less are measured. Measure and measure the photons within the time span of 20ns or less, which is the fluorescence lifetime for gamma rays. Measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal superimposed with a photon, and simultaneously measured with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphors. In addition to neutron signals, parallel measurement is performed in parallel with a time width of 20 ns to 40 ns. When a simultaneous measurement signal is obtained, simultaneous measurement is performed with a time width corresponding to the fluorescent lifetime of the phosphor. The neutron signal obtained in this manner is invalidated, and a gate signal of a time obtained by subtracting 20 to 40 ns from the time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor is prepared using this simultaneous measurement signal, and 2 When a pulse signal based on at least one photon from photons from two photomultiplier tubes is counted during the gate time, the neutron signal again. Neutron / gamma discrimination method of scintillation neutron detector using ZnS phosphor, characterized by. ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されたパルス信号の内片方の信号のみを２０ｎｓから４０ｎｓ遅延した後、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測を行い、同時計測信号を計数した場合に、中性子信号することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子・ガンマ線弁別方法。 In a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed, the ZnS phosphor is generated by a particle beam generated from 6 Li or 10 B when a neutron is incident on the neutron scintillator. When discriminating gamma rays that interfere with the detection of neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutrons differs from the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutron scintillators when gamma rays are incident Fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and fluorescence for gamma rays are measured using two photomultiplier tubes. For neutrons, pulse signals based on photons (photons) having a time width of 20 ns or less are measured. Measure and measure the photons within the time span of 20ns or less, which is the fluorescence lifetime for gamma rays. After a pulse signal having a time width of 20 ns or less is measured as a signal superimposed with photons, only one of the pulse signals output from the two photomultiplier tubes is delayed by 20 ns to 40 ns, and then ZnS A neutron / gamma ray discrimination method for a scintillation neutron detector using a ZnS phosphor, wherein simultaneous measurement is performed in a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the phosphor, and the simultaneous measurement signal is counted, and a neutron signal is output. ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をもとにＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製し、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、両者とも同時計測信号が計数された場合に、中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。 In a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed, the ZnS phosphor is generated by a particle beam generated from 6 Li or 10 B when a neutron is incident on the neutron scintillator. When discriminating gamma rays that interfere with the detection of neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutrons differs from the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutron scintillators when gamma rays are incident Fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and fluorescence for gamma rays are measured using two photomultiplier tubes. For neutrons, pulse signals based on photons (photons) having a time width of 20 ns or less are measured. Measure and measure the photons within the time span of 20ns or less, which is the fluorescence lifetime for gamma rays. Measured as a pulse signal with a time width of 20 ns or less as a signal superimposed with photons, and the pulse signals output from the two photomultiplier tubes are respectively ZnS fluorescence based on the first pulse signal. Create a gate signal with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the body, and simultaneously measure the next pulse signal using each gate signal. A neutron / gamma ray discrimination method for a scintillation neutron detector using a ZnS phosphor. ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号をＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測し中性子信号する共に、平行して時間幅２０ｎｓから４０ｎｓの時間幅で同時計測を行い、同時計測信号が得られた場合には、先に蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測して得られた中性子信号を無効とし、次にこの同時計測信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅から先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間のゲート信号を作製し、２つの光電子増倍管からのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号をそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。 In a two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength shift fiber bundles with a neutron scintillator mixed with a ZnS phosphor and 6 Li or 10 B neutron converter, when the neutron is incident on the neutron scintillator, 6 Li or Detecting neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from ZnS phosphors by particle beams generated from 10 B is different from that of fluorescence emitted from scintillators for neutrons when gamma rays are incident When discriminating gamma rays that are obstacles, the fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and the fluorescence for gamma rays are measured using two photomultiplier tubes. Measured as a pulse signal based on photons with photons, and against gamma rays Is measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed within a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime, and at the same time, when gamma rays enter the wavelength shift fiber, Measurement is performed as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed in a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime, and the pulse signals output from the two photomultiplier tubes are ZnS fluorescence. Simultaneous measurement and neutron signal with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the body, and simultaneous measurement with a time width of 20 ns to 40 ns in parallel and when a simultaneous measurement signal is obtained, The neutron signal obtained by simultaneous measurement with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the laser is invalidated, and then this simultaneous measurement signal is used to control the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor. A pulse signal based on at least one photon (photon) out of pulse signals based on photons from two photomultiplier tubes, by generating a gate signal of a time obtained by subtracting 20 to 40 ns from the previously set time width. A neutron / gamma ray discrimination method for a two-dimensional scintillation neutron detector using a ZnS phosphor, wherein a neutron signal is obtained again when the signal is counted during the gate time. ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されたパルス信号の内片方の信号のみを２０ｎｓから４０ｎｓ遅延した後、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測を行い、同時計測信号を計数した場合に、中性子信号することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。 In a two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength shift fiber bundles with a neutron scintillator mixed with a ZnS phosphor and 6 Li or 10 B neutron converter, when the neutron is incident on the neutron scintillator, 6 Li or Detecting neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from ZnS phosphors by particle beams generated from 10 B is different from that of fluorescence emitted from scintillators for neutrons when gamma rays are incident When discriminating gamma rays that are obstacles, the fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and the fluorescence for gamma rays are measured using two photomultiplier tubes. Measured as a pulse signal based on photons with photons, and against gamma rays Is measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed within a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime, and at the same time, when gamma rays enter the wavelength shift fiber, One of the pulse signals output from two photomultiplier tubes, measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed in a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime. After delaying only the signal of 20 ns to 40 ns, simultaneous measurement is performed with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor, and when the simultaneous measurement signal is counted, a neutron signal is used. A two-dimensional scintillation neutron detector with a neutron / gamma discrimination method. ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をもとにＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製し、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、両者とも同時計測信号が計数された場合に、中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。 In a two-dimensional scintillation neutron detector combining two orthogonal wavelength shift fiber bundles with a neutron scintillator mixed with a ZnS phosphor and 6 Li or 10 B neutron converter, when the neutron is incident on the neutron scintillator, 6 Li or Detecting neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from ZnS phosphors by particle beams generated from 10 B is different from that of fluorescence emitted from scintillators for neutrons when gamma rays are incident When discriminating gamma rays that are obstacles, the fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and the fluorescence for gamma rays are measured using two photomultiplier tubes. Measured as a pulse signal based on photons with photons, and against gamma rays Is measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed within a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime, and at the same time, when gamma rays enter the wavelength shift fiber, Measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed in a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime, and for each pulse signal output from two photomultiplier tubes, Based on the first pulse signal, a gate signal with a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor is created, and the next pulse signal is measured simultaneously using each gate signal. Neutral signal of 2D scintillation neutron detector using ZnS phosphor / Gamma-ray discrimination method. ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、計数回路を用いて、ガンマ線が入射した場合には、２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号が必ず１個のみ計数されるのに対し、中性子が入射した場合にはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅内に、フォトンパルス信号があらかじめ設定した２個以上の設定値に到達した際に発生する信号を中性子信号として検出することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。 In a scintillation neutron detector using a neutron scintillator in which a ZnS phosphor and a 6 Li or 10 B neutron converter are mixed, the ZnS phosphor is generated by a particle beam generated from 6 Li or 10 B when a neutron is incident on the neutron scintillator. When discriminating gamma rays that interfere with the detection of neutrons using the fact that the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutrons differs from the fluorescence lifetime of fluorescence emitted from neutron scintillators when gamma rays are incident Fluorescence for neutrons emitted from ZnS phosphors and fluorescence for gamma rays are measured using a photomultiplier tube, and for neutrons, it is measured as a pulse signal based on photons with a time width of 20 ns or less, For gamma rays, photons (light When a gamma ray is incident using a counting circuit, only one pulse signal having a time width of 20 ns or less is always counted. On the other hand, when a neutron is incident, a signal generated when the photon pulse signal reaches two or more preset values within a time width corresponding to the fluorescence lifetime of the ZnS phosphor is generated. A neutron / gamma ray discrimination method for a two-dimensional scintillation neutron detector using a ZnS phosphor. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器又は請求項４乃至７のいずれか１項記載のＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法において、前記ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、波長シフトファイバを蛍光検出に用いる場合に波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する場合に、光電子増倍管からのアナログ信号を波高弁別器でデジタル化した後５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのクロックを用いてこれらの信号をサンプリングし、サンプリングした後は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の信号処理をクロックと同期したモードで行うことによりガンマ線信号を弁別し、中性子信号として検出することを特徴とする中性子／ガンマ線弁別方法。 The neutron / scintillation neutron detector using the ZnS phosphor according to any one of claims 1 to 3 or the two-dimensional scintillation neutron detector using the ZnS phosphor according to any one of claims 4 to 7. In the gamma ray discrimination method, the fluorescence for neutrons emitted from the ZnS phosphor and the fluorescence for gamma rays are measured using a photomultiplier, and for neutrons, a pulse based on photons (photons) having a time width of 20 ns or less. Measured as a signal, measured as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed on a time width of 20 ns or less, which is the fluorescence lifetime for gamma rays, and fluorescence detection of a wavelength-shifted fiber When using gamma rays in the wavelength shift fiber, the fluorescence lifetime of the wavelength shift fiber is 2 When measuring as a pulse signal having a time width of 20 ns or less as a signal in which photons are superimposed in a time width of ns or less, an analog signal from the photomultiplier tube is digitized by a pulse height discriminator and then 50 MHz. Or sampling these signals using a 200 MHz clock, and after sampling, gamma ray signals are discriminated by performing the signal processing according to any one of claims 1 to 7 in a mode synchronized with the clock, A neutron / gamma ray discrimination method characterized by detecting as a signal. 請求項８記載の中性子／ガンマ線弁別方法において、光電子増倍管からのアナログ信号を波高弁別器でデジタル化した後５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのクロックを用いてこれらの信号をサンプリングする場合に、中性子の入射によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命に従って２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）が重畳して連続した波形となって出力された場合に、サン連続した波形をクロックに基づいてサンプリングし、２個以上のパルス信号列として取り出し、前記信号処理をクロックと同期したモードで行うことによりガンマ線信号を弁別し、中性子信号として検出することを特徴とする中性子／ガンマ線弁別方法。   9. The neutron / gamma ray discrimination method according to claim 8, wherein when analog signals from a photomultiplier tube are digitized by a pulse height discriminator and then these signals are sampled using a 50 MHz to 200 MHz clock, the neutron is incident. When photons with a time width of 20 ns or less are superimposed and output in a continuous waveform according to the fluorescence lifetime of the fluorescence emitted from the ZnS phosphor, the sun continuous waveform is sampled based on the clock. A neutron / gamma ray discrimination method characterized in that a gamma ray signal is discriminated and extracted as a neutron signal by taking out as two or more pulse signal trains and performing the signal processing in a mode synchronized with a clock.
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