CN103403126B - 闪烁体、放射线检测装置及放射线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供在高温环境下发光特性良好的高温环境用闪烁体以及高温环境下的放射线的测定方法。具体而言，本发明涉及一种高温环境用闪烁体以及使用该闪烁体的高温环境下的放射线测定方法，该高温环境用闪烁体是以LiCaAlF6等为代表的、用化学式LiM1M2X6表示的氟铝酸钙锂型晶体，并且根据需要含有Ce、Eu等镧系元素，其中，M1是选自Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种碱土金属元素，M2是选自Al、Ga和Sc中的至少一种金属元素，X是选自F、Cl、Br和I中的至少一种卤素元素。
Description
技术领域
本发明涉及放射线检测装置中使用的闪烁体。更具体而言，本发明涉及由氟铝酸钙锂（colquiriite）型晶体形成的、在高温环境下使用的闪烁体、高温环境用放射线检测装置以及在高温下检测放射线的方法。
背景技术
闪烁体是照射α射线、β射线、γ射线、X射线、中子等放射线时吸收该放射线而发出荧光的物质，通过与光电倍增管等光检测装置组合，可作为放射线检测装置使用。
放射线检测装置在油田测井等资源勘探领域、断层拍摄等医疗领域、非破坏检查等工业领域、携带物品检查等安保领域、高能物理学等学术领域等众多应用领域中被广泛地利用。
用于油田测井的放射线检测装置设置在挖掘钻机的内部，在挖掘下检测γ射线、中子，用于推断地层的性状（专利文献1）。由于在挖掘下的使用中温度变动很大，因此对于用于油田测井的闪烁体要求在低于0℃到超过200℃的宽温度范围内具有良好的特性（参照非专利文献1）。
然而，如非专利文献1的图1所示，闪烁体一般存在在高温环境下发光量降低的问题。例如，锗酸铋（BGO）在约110℃下的发光量与室温下的发光量比较，降低至约16%。同样地，钨酸镉（CdWO4）的发光量在约150℃下降低至约20%。即使是高温环境下发光特性较好的添加Tl的碘化钠（Tl：NaI）或者氟化铯（CsF），在约140℃的高温环境下也存在发光量分别降低至约70%或约61%的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第5539225号
非专利文献
非专利文献1：C.L.Melcher,“SCINTILLATORSFORWELLLOGGINGAPPLICATIONS”,NuclarInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchB40/41(1989)1214-1218。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供高温环境下发光量良好的高温环境用闪烁体、高温环境用放射线检测装置以及使用该检测装置的高温环境下的放射线的测定方法。
用于解决问题的方案
本发明人等制作了各种闪烁体，并评价了高温下的发光量。结果发现，由具有特定化学组成的氟铝酸钙锂型晶体形成的闪烁体在高温下呈现良好的发光量，由此完成了本发明。
即，根据本发明提供高温环境用闪烁体，其特征在于，其由下述化学式所示的氟铝酸钙锂型晶体形成，
LiM1M2X6
式中，M1是选自由Mg、Ca、Sr和Ba组成的组中的至少一种碱土金属元素，M2是选自由Al、Ga和Sc组成的组中的至少一种金属元素，X是选自由F、Cl、Br和I组成的组中的至少一种卤素元素。
对于上述高温环境用闪烁体，优选具有以下特征：
1）上述氟铝酸钙锂型晶体用化学式LiCaAlF6表示；
2）上述氟铝酸钙锂型晶体含有选自由Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组中的至少一种镧系元素；
3）镧系元素是Ce或Eu；
4）其用于检测中子，6Li的同位素比为20%以上。
根据本发明还提供高温环境用放射线检测装置，其特征在于，其具备上述高温环境用闪烁体和光检测器。
根据本发明进一步提供放射线的检测方法，其特征在于，在高温下使放射线入射至上述高温环境用闪烁体使得闪烁体发出荧光，并用检测器检测该荧光。在该放射线的检测方法中，优选的是，放射线为中子。
发明的效果
本发明的闪烁体可以在用于检测X射线、γ射线或中子的放射线检测装置中使用。与现有的闪烁体比较，即使在100℃以上、甚至是200℃的高温下，发光量也不易降低，或者发光量反而增加。因此，可以作为特别适合用于在油田测井等高温环境下使用的放射线检测装置使用的闪烁体。
附图说明
图1是利用提拉法（Czochraskimethod）制造本发明的闪烁体所用晶体的装置的示意图。
图2所示为对实施例1的闪烁体照射硬X射线而获得的发光光谱图。
图3所示为各种温度环境下实施例1的闪烁体的发光量的图。
图4所示为在各种温度环境下对闪烁体照射中子而取得脉冲高度分布谱时的实验体系的图。
图5所示为在各种温度环境下对实施例1的闪烁体照射中子而获得的脉冲高度分布谱图。
图6所示为对实施例2的闪烁体照射硬X射线而获得的发光光谱图。
图7所示为各种温度环境下实施例2的闪烁体的发光量的图。
图8所示为在各种温度环境下对实施例2的闪烁体照射中子而获得的脉冲高度分布谱图。
图9所示为对比较例1的闪烁体照射硬X射线而获得的发光光谱图。
图10所示为各种温度环境下比较例1的闪烁体的发光量的图。
图11所示为在各种温度环境下对比较例1的闪烁体照射中子而获得的脉冲高度分布谱图。
具体实施方式
本发明的高温环境用闪烁体由以下化学式所示的氟铝酸钙锂型晶体（以下也简称为氟铝酸钙锂型晶体）形成，
LiM1M2X6
式中，M1是选自Mg、Ca、Sr和Ba中的至少一种碱土金属元素，M2是选自Al、Ga和Sc之中的至少一种金属元素，X是选自F、Cl、Br和I中的至少一种卤素元素。该氟铝酸钙锂型晶体是属于空间群P31c的六方晶，可以容易地通过粉末X射线衍射方法鉴定。
其中，氟铝酸钙锂是指天然存在的LiCaAlF6化合物，具有特有的晶体结构。另外，称为氟铝酸钙锂型的情况下，是具有与氟铝酸钙锂类似的晶体结构的化合物，还包括该化合物中的元素部分置换为其它元素的化合物。
由上述氟铝酸钙锂型晶体形成的闪烁体由于在高温环境下的发光量的降低较小，因此，例如可特别适合用作在油田测井等高温环境下使用的放射线检测装置的高温环境用闪烁体。
在本发明中，高温环境是指闪烁体的温度为100℃以上的环境。关于该高温环境，只要温度的上限是在不超过闪烁体的熔点的范围内就没有特别限制，为了抑制闪烁体的发光特性的变动和用于检测闪烁体的发光的光检测器的运行特性的变动，优选为200℃以下。在闪烁体的周围温度超过200℃的环境下使用时，优选设置用于将上述闪烁体的温度设定为200℃以下的冷却机构。
在本发明的闪烁体中，最优选的是，上述氟铝酸钙锂型晶体是卤素元素为F的氟铝酸钙锂型晶体，这是因为无潮解性、化学稳定性优异。在该卤素元素为F的氟铝酸钙锂型晶体中，为了改善发光量等的闪烁体的特性，可以将一部分F置换为Cl、Br或I。
此外，在上述卤素元素为F的氟铝酸钙锂型晶体中，优选使用化学式LiCa1-xSrxAlF6（其中，x是0～1）所示的氟铝酸钙锂型晶体，因为其容易制作大型的晶体，另外可以提高作为闪烁体使用时的发光量。
此外，上述化学式中x为0的LiCaAlF6最优选作为中子检测用的闪烁体。该LiCaAlF6由于有效原子序数较小，因此，在中子检测中可以降低对构成背景噪音的γ射线的敏感度。另外，在本发明中，有效原子序数是用下式定义的指标。
有效原子序数=（ΣWiZi 4）1/4
式中，Wi是构成闪烁体的元素中第i序号的元素的质量百分率，Zi是构成闪烁体的元素中第i序号的元素的原子序数。
在本发明的高温环境用闪烁体中，上述氟铝酸钙锂型晶体优选含有选自由Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组中的至少一种镧系元素。
该镧系元素起着用于在放射线入射时发光的活化剂的作用，可以提高闪烁体的发光量。另外，由含有这些镧系元素的氟铝酸钙锂型晶体形成的闪烁体例外地即使在超过200℃的高温环境下也能适用。
在上述镧系元素中，Ce是特别优选的元素之一。通过使氟铝酸钙锂型晶体中含有Ce，可以获得高温环境下发光量的降低特别小的闪烁体。另外，Ce产生的发光由于荧光寿命短，因此可以获得快速响应性优异的闪烁体。
如下所述，例如，由用化学式LiCaAlF6表示的、含有Ce的氟铝酸钙锂型晶体形成的闪烁体具有发光量在超过200℃的高温环境下比在常温环境下提高的极其罕见的特长，因此，即使在超过200℃的高温环境下也可适用。
另外，在上述镧系元素中，Eu也是特别优选的元素。通过使氟铝酸钙锂型晶体中含有Eu，可以获得高温环境下发光量的降低较少且发光量极高的闪烁体。
例如，由用化学式LiCaAlF6表示的、含有Eu的氟铝酸钙锂型晶体形成的闪烁体具有即使在300℃的高温环境下也能维持常温环境下的发光量的50%，因此，即使在200～300℃的高温环境下也可适用。
镧系元素的含量相对于氟铝酸钙锂型晶体优选为0.01～0.5mol%。通过将该含量设定为0.01mol%以上，可以提高闪烁体的发光量，通过将该含量设定为0.5mol%以下，可以避免闪烁体制造中的白浊等问题。另外，如下所述在闪烁体的制造中，镧系元素的含量可以通过混合原料中添加的镧系元素的卤化物的混合比来适当调整。
本发明的闪烁体对作为检测对象的放射线没有限制，可以用于检测X射线、α射线、β射线、γ射线或中子等放射线。尤其是可以使晶体中含有6Li同位素，因此在放射线中的中子的检测中发挥了最大的效果。即，该6Li同位素的中子捕获反应的效率高，通过中子捕获反应可以容易地检测出入射至闪烁体的中子，因此含有6Li同位素的上述氟铝酸钙锂型晶体特别适合作为中子检测用闪烁体。
使用本发明的闪烁体作为中子检测用闪烁体时，优选将上述6Li同位素比设定为20%以上。6Li同位素比是6Li同位素占全部锂元素的存在比率，其影响对中子的检测效率。即，如上所述，入射至闪烁体的中子通过与该6Li同位素发生中子捕获反应而被检测，因此，6Li同位素比越高，作为中子检测用闪烁体使用时对中子的检测效率越高。
所述6Li同位素比可以通过调整作为原料使用的LiF等卤化锂（以下称为LiX）中的6Li的同位素比来适当调整。
天然存在的Li中，6Li的同位素比不过是约7.6%，但将6Li的同位素浓缩、提高了6Li的同位素比的原料有市售，可以容易地获得。在本发明中，作为调整6Li的同位素比的方法，可列举出：使用将6Li的同位素浓缩至所需的6Li的同位素比的原料的方法；或者预先准备6Li被浓缩至所需的6Li的同位素比以上的原料，再将该浓缩的原料与具有天然的同位素比的常用原料混合来调整的方法。
在本发明中，通过将6Li的同位素比设定为20%以上，可以充分提高所得氟铝酸钙锂型晶体对中子的检测效率。此外，为了提高检测效率，优选设定为50%以上，最优选设定为90%以上。
在本发明中，氟铝酸钙锂型晶体可以以单晶或多晶的任一种形态使用，但单晶是优选的，因为不发生因晶格缺陷引起的非辐射迁移、晶界处的闪烁光的散逸等导致的损失，可以形成发光量高的闪烁体。
由上述单晶形成的闪烁体是无色或轻度着色的透明晶体，闪烁光的透过性优异。另外，具有良好的化学稳定性，在通常的使用中，没有发现短期内的性能劣化。此外，机械强度和加工性也是良好的，容易在加工成所需的形状之后使用。
对于由所述单晶形成的闪烁体的制造方法没有特别限制，可以通过公知的晶体制造方法来制造。优选通过提拉法或微下拉法（micropullingdownmethod）来制造。通过用提拉法或微下拉法制造，可以制造透明性等品质优异的单晶。根据微下拉法，可以以特定的形状直接制造单晶，而且可以在短时间内制造。另一方面，根据提拉法，可以廉价地制造直径数英寸的大型单晶。
以下说明通过提拉法制造由氟铝酸钙锂型单晶形成的闪烁体时的一般方法。
首先，将规定量的原料填充到坩埚1中。对原料的纯度没有特别限制，优选为99.99%以上。通过使用这种纯度高的原料，可以提高所得晶体的纯度，因此发光量等特性提高。原料可以使用粉末状或粒状的原料，也可以预先烧结或熔融固化之后使用。
作为原料，根据目标氟铝酸钙锂型晶体，使用将LiX、上述碱土金属的卤化物（例如MgF2、CaF2、SrF2和BaF2等）、上述金属元素的卤化物（例如AlF3、GaF3和ScF3等）以及上述镧系元素的卤化物（例如CeF3、PrF3和NdF3等）适当混合的混合原料。
以使得该混合原料中的LiX、碱土金属的卤化物和金属元素的卤化物的配合比为1:1:1的摩尔比的方式制备。然而，通过诸如上述提拉法、或微下拉法之类的熔体生长法来制造时，由于LiX和金属元素的卤化物容易挥发，因此可以使它们各自过量1～10%左右。挥发量根据晶体的制造条件（温度、气氛、工序等）而完全不同，因此，理想的是预先调查LiX和金属元素的卤化物的挥发量来确定原料的配合比。
氟铝酸钙锂型晶体中含有的镧系元素的量可以根据在上述混合原料中添加的镧系元素的卤化物的配合比来任意地调整。相对于氟铝酸钙锂型晶体，该配合比优选为0.1～5mol%。通过将混合比设定为0.1mol%以上，可以提高发光量，通过设定为5mol%以下，可以避免单晶的白浊等问题。
接着，如图1所示那样地设置填充有上述原料的坩埚1、加热器2、绝热材料3和可动平台4。除了坩埚1外也可以还设置一个底部开孔的坩埚来固定并悬挂加热器2等，形成双重坩埚结构。
另外，将种晶5安装在自动直径控制装置6的前端。可以使用高温下耐腐蚀性优异的铂等金属代替种晶，而使用所制造的氟铝酸钙锂型晶体或者具有与其近似的晶体结构的单晶可以避免多晶化、晶体的裂纹，因此是优选的。
其中，上述自动直径控制装置由测定晶体重量的负荷传感器、将测定的重量反馈给加热器输出的电路系统构成，通过使用该自动直径控制装置，可以精度良好且稳定地制造所需直径的晶体。
接着，使用抽真空装置，将室7的内部抽真空至1.0×10-3Pa以下，然后将高纯度氩气等非活性气体导入室内，进行气体置换。对气体置换后的室内的压力没有特别限制，通常是大气压。通过该气体置换操作，可以除去原料或室内附着的水分，可以阻止由所述水分引起的晶体的劣化。
为了避免通过上述气体置换操作也未能除去的水分产生的不良影响，优选使用与水分反应性高的清除剂。该清除剂可以适宜地使用四氟甲烷等，与上述非活性气体混合后导入室内。
进行气体置换操作之后，通过高频线圈8和加热器2将原料加热，使之熔融。对加热方式没有特别限制，例如，可以适宜地采用使用碳加热器等的电阻加热方式代替使用上述高频线圈和加热器的感应加热方式。
接着，使熔融的原料熔体与种晶接触。调整加热器输出使得达到与种晶接触的部分发生凝固的温度，然后在利用自动直径控制装置6的控制下，边自动调整提拉速度边提拉晶体。其中，为了调整液面高度，可以沿上下方向适当移动可动平台4。通过边适当调整高频线圈的输出，边连续地提拉，在达到所需长度处与液面分开，用使得晶体不发生裂纹的充分时间进行冷却，从而可以获得单晶。
为了除去卤素原子的缺损或热应变引起的晶体缺陷，可以对制造的晶体进行退火处理。
所得单晶具有良好的加工性，可以加工成所需的形状再作为闪烁体使用。加工时，可以没有任何限制地使用公知的片锯、线锯等切断机、磨削机或者研磨盘。
对本发明的闪烁体的形状没有特别限制，优选具有与下述光检测器相对的光出射面，该光出射面实施了光学研磨。通过具有所述光出射面，可以使由闪烁体产生的光有效地入射至光检测器。
对上述光出射面的形状没有限制，可以适当选择使用一边边长为数mm～数百mm见方的四边形或者直径数mm～数百mm的圆等适应用途的形状。另外，闪烁体在放射线入射方向上的厚度根据作为检测对象的放射线而不同，一般为数百μm～数百mm。
在不与光检测器相对的面上，通过施加由铝或特氟隆（注册商标）等形成的光反射膜，可以防止由闪烁体产生的光的散逸，因此是优选的。
本发明的闪烁体可以与光检测器组合，作为高温环境用放射线检测器。即，通过光检测器将由照射放射线而从闪烁体发出的光转换为电信号，可以以电信号形式捕捉放射线的有无和强度。
对光检测器的种类没有特别限制，优选使用高温环境下特性优异的高温环境用光电倍增管。如果具体例示所述高温环境用光电倍增管，可列举出HamamatsuPhotonicsK.K.制R4177系列、R3991A系列、R1288A系列、R1288AH系列、R6877A系列、R9722A系列、R4607系列和R5473系列等。
作为本发明的高温环境用放射线检测装置的另外的实施方式，可列举出下述实施方式：将闪烁体设置在高温环境下，在离开该闪烁体的位置设置光检测器，用光导将上述闪烁体与光检测器之间光学连接。根据该实施方式，仅将闪烁体设置在高温环境下而光检测器可以设置在低温环境下，因此可以没有限制地选择使用常用的光检测器而不需要使用上述高温环境用光电倍增管。另外，该实施方式可以使光检测器的设置空间远离测定部，因此可以特别适合在狭隘空间的测定中采用。
上述光导只要能够将由闪烁体发出的光传输给光检测器就可以没有特别限制地使用，鉴于光的传输效率和设置的自由度，优选使用光纤。
对于制作本发明的高温环境用放射线检测装置的方法没有特别限制，例如，可以将闪烁体的光出射面与光检测器的光检测面紧贴着设置，将电源和信号读取电路与光检测器连接，制作放射线检测装置。另外，上述信号读取电路一般由前置放大器、整形放大器、多道脉冲高度分析器（multi-channelpulse-heightanalyzer）和示波器等构成。
另外，在上述使用光导的实施方式中，将闪烁体的光出射面与光导的一个端面紧贴着设置，将光检测器的光检测面与光导的另一个端面紧贴着设置，将电源和信号读取电路与光检测器连接，从而制作出放射线检测装置。
对所述高温环境用放射线检测装置的用途没有特别限制，可适合用作高温环境下使用的油田测井用的放射线检测装置。
另外，通过将多个施加了上述光反射膜的闪烁体排列且使用位置敏感型光检测器作为光检测器，可以赋予放射线检测装置以位置分辨能力。
实施例
以下举出实施例来具体说明本发明，但本发明不受这些实施例的任何限制。另外，实施例中说明的所有特征的组合并非本发明的解决手段所必须。
实施例1
（闪烁体的制造）
使用图1所示的利用提拉法的晶体制造装置并按照以下所示的方法制造用化学式LiCaAlF6表示的、含有作为镧系元素的Ce的氟铝酸钙锂型晶体。其中，6Li的同位素比为95%。
作为原料，使用纯度99.99%以上的LiF、CaF2、AlF3和CeF3的高纯度氟化物粉末。另外，作为LiF，使用6Li的同位素比为95%的市售产品。坩埚1、加热器2和绝热材料3使用高纯度碳制的材料。
首先，分别称量LiF、CaF2、AlF3和CeF3，使得LiF、CaF2、AlF3和CeF3的混合比（摩尔比）为1.01:1:1.03:0.02，充分混合而制备混合原料。其中，混合原料的总重量为3kg。将所得混合原料填充到坩埚1中，将该坩埚1设置在可动平台4上，在其周围依次设置加热器2和绝热材料3。接着，将作为种晶5的、加工成6×6×30mm3的长方体形状的LiCaAlF6单晶安装在自动直径控制装置的前端。
使用由油封旋转泵和油扩散泵构成的抽真空装置，将室6内抽真空至5.0×10-4Pa，然后，将四氟甲烷-氩气混合气体导入室7内直至为大气压，进行气体置换。
对高频线圈8施加高频电流，通过感应加热将原料加热，使之熔融。移动种晶5，使种晶5的6×6mm2的面与熔融的原料的液面接触。调整加热器的输出，使得达到与种晶接触的部分发生凝固的温度，然后在利用自动直径控制装置6的控制下，将晶体的直径慢慢扩大至55mm，此后，在将直径恒定地保持在55mm的同时提拉晶体。
在上述提拉晶体的工序中，使可动平台4上升，使得液面高度为恒定，边调整高频线圈的输出边连续提拉，使得晶体的直径为恒定，在达到约80mm的长度的位置与液面分开，经约48小时冷却，获得直径55mm、长度约80mm的单晶。
将该单晶的一部分粉碎，对所得粉末进行X射线衍射测定，结果可知，该单晶是氟铝酸钙锂型晶体的一种、即LiCaAlF6单晶。
另外，使用将上述单晶的一部分粉碎而获得的粉末，通过碱熔融法制备溶液，使用电感耦合等离子体质谱分析法测定Ce的含量，结果Ce的含量相对于氟铝酸钙锂型晶体为0.04mol%。
由此，本实施例中制造的单晶是用化学式LiCaAlF6表示的、含有0.04mol%Ce且6Li的同位素比为95%的氟铝酸钙锂型晶体。
通过具有金刚石线的线锯将所得氟铝酸钙锂型晶体切断。接着，通过研磨盘对该晶体的整个表面进行磨削和光学研磨，加工成10mm×6mm×0.5mm的形状，获得本发明的闪烁体。
（各种温度环境下的发光特性的评价：硬X射线照射）
对于所得闪烁体，通过以下的方法测定照射硬X射线时的发光特性。
首先，将闪烁体设置在发光光谱的测定装置内部，使加热器和用于计测闪烁体的温度的热电偶与该闪烁体紧贴着设置。
接着，使用以钨作为靶的密封式X射线管（ToshibaElectronTubesandDevicesCo.,Ltd.制，A-41L-W）对闪烁体照射硬X射线。通过密封式X射线管产生硬X射线时的管电压和管电流分别为60kV和40mA。用聚光镜将由闪烁体的紫外线出射面发出的紫外线聚光，用分光器（分光计器制）单色化，记录200～400nm范围内的各波长下的发光强度，获得由闪烁体产生的发光的光谱。室温下获得的发光光谱示于图2。
上述测定的结果确认本实施例的闪烁体通过照射硬X射线而呈现了以289nm为峰波长的发光，起到闪烁体的作用。
接着，使用加热器将闪烁体加热，测定闪烁体的温度为30℃、83℃、130℃和200℃的各温度环境下的发光量。所得结果示于图3。在该图3中，纵轴是上述发光光谱的峰波长289nm下的发光量，30℃下的发光量表示为1。从图3可以看出，本实施例的闪烁体即使在200℃的高温环境下发光量也不降低，可有效作为高温环境用闪烁体。
（各种温度环境下的发光特性的评价：中子照射）
对于所得闪烁体，通过以下方法测定照射中子时的发光特性。
首先，如图4所示，将加热器9和用于计测闪烁体的温度的热电偶10与闪烁体11紧贴着设置，将作为光检测器的光电倍增管12（HamamatsuPhotonicsK.K.制H6521）设置在与闪烁体的光出射面相对的位置上。其中，闪烁体的光出射面与光电倍增管的光检测面的距离为10mm。
将电源和信号读取电路与上述光电倍增管连接。其中，作为上述信号读取电路，从光电倍增管侧连接整形放大器和多道脉冲高度分析器。用遮光用的黑薄板13罩着以便不使来自闪烁体以外的光入射至上述光电倍增管，然后使用与光电倍增管连接的电源对光电倍增管施加1400V的高电压。
用100mm厚的聚乙烯障碍物15将放射能约3.7MBq的252Cf封闭放射线源14产生的中子减速后对闪烁体进行照射。通过中子的入射，用光电倍增管将由闪烁体产生的发光脉冲转换为脉冲状的电信号，经由整形放大器将该电信号输入多道脉冲高度分析器。对输入多道脉冲高度分析器的电信号进行分析，制作脉冲高度分布谱。
使用与温度调节器连接的加热器9和热电偶10，加热使得闪烁体的温度达到25℃、100℃、200℃及300℃，在各温度环境下制作上述脉冲高度分布谱。
所得脉冲高度分布谱示于图5。其中，该脉冲高度分布谱的横轴表示脉冲状的电信号的波高值、即闪烁体的发光量，在此处，用以25℃的常温环境下脉冲高度分布谱的峰的波高值为100的相对值表示。另外，纵轴表示显示各波高值的电信号的计测频率，在此处，用计数/秒（counts/sec）来表示。
从图5可以看出，能够确认作为检测中子的结果而产生的峰，在任一温度环境下均可以检测中子。另外可以看出，本实施例的闪烁体在200℃和300℃的高温环境下分别显示了常温环境下的155%和230%的发光量，具有在高温环境下发光量增加的优异特征。
实施例2
（闪烁体的制造）
制造用化学式LiCaAlF6表示的、含有作为镧系元素的Eu的氟铝酸钙锂型晶体。其中，6Li的同位素比为95%。
除了LiF、CaF2、AlF3和EuF3的混合比（摩尔比）为1.01:1:1.03:0.02以外，与实施例1同样地获得单晶。对于所得单晶，与实施例1同样地进行X射线衍射测定和利用电感耦合等离子体质谱分析法的测定，结果，本实施例中制造的单晶是用化学式LiCaAlF6表示的、含有0.04mol%Eu且6Li的同位素比为95%的氟铝酸钙锂型晶体。
将所得氟铝酸钙锂型晶体与实施例1同样地加工成10mm×6mm×0.5mm的形状，获得本发明的闪烁体。
（各种温度环境下的发光特性的评价：硬X射线照射）
除了将用于测定的波长范围设定为300～500nm以外，与实施例1同样地测定闪烁体的发光特性。
室温下获得的发光光谱示于图6。确认本实施例的闪烁体通过照射硬X射线而呈现以374nm为峰波长的极强的发光，起到闪烁体的作用。
接着，使用加热器将闪烁体加热，测定闪烁体的温度为27℃、49℃、108℃、140℃和200℃的各温度环境下的发光量。所得结果示于图7。在该图7中，纵轴是上述发光光谱的峰波长374nm下的发光量，27℃下的发光量表示为1。从图7可以看出，本实施例的闪烁体在140℃和200℃的高温环境下分别维持了27℃的发光量的81%和70%，可有效作为高温环境用闪烁体。
（各种温度环境下的发光特性的评价：中子照射）
作为闪烁体，使用上述化学式LiCaAlF6表示的、含有0.04mol%Eu且6Li的同位素比为95%的氟铝酸钙锂型晶体，除此以外，与实施例1同样地操作，测定照射中子时的各温度环境下的发光特性。
所得脉冲高度分布谱示于图8。其中，该脉冲高度分布谱的横轴表示脉冲状的电信号的波高值、即闪烁体的发光量，在此处，用以25℃的常温环境下脉冲高度分布谱的峰的波高值为100的相对值表示。另外，纵轴表示显示各波高值的电信号的计测频率，在此处，用计数/秒来表示。
从图8可以看出，能够确认作为检测中子的结果而产生的峰，在任一温度环境下均可以检测中子。另外可以看出，本实施例的闪烁体在200℃和300℃的高温环境下分别显示了常温环境下的75%和50%的发光量，在高温环境下发光量的减少是极小的。
比较例1
（闪烁体的制造）
将市售的锂玻璃（Saint-GobainK.K.制，GS-20）与实施例1同样地加工成10mm×6mm×0.5mm的形状，获得闪烁体。
（各种温度环境下的发光特性的评价：硬X射线照射）
除了将用于测定的波长范围设定为300～500nm以外，与实施例1同样地测定锂玻璃闪烁体的发光特性。室温下获得的发光光谱示于图9。锂玻璃闪烁体通过照射硬X射线而呈现以390nm为峰波长的发光。
接着，使用加热器将闪烁体加热，测定闪烁体的温度为20℃、90℃、140℃和200℃的各温度环境下的发光量。所得结果示于图10。在该图10中，纵轴是上述发光光谱的峰波长390nm下的发光量，20℃下的发光量表示为1。从图10可以看出，本比较例中使用的现有公知的锂玻璃闪烁体在140℃和200℃的高温环境下分别降低到20℃的发光量的32%和11%，难以作为高温环境用闪烁体应用。
（各种温度环境下的发光特性的评价：中子照射）
除了使用上述锂玻璃作为闪烁体以外，与实施例1同样地操作，测定照射中子时的各温度环境下的发光特性。
所得脉冲高度分布谱示于图11中。其中，该脉冲高度分布谱的横轴表示脉冲状的电信号的波高值、即闪烁体的发光量，在此处，用以25℃的常温环境下脉冲高度分布谱的峰的波高值为100的相对值表示。另外，纵轴表示显示各波高值的电信号的计测频率，在此处，用计数/秒来表示。
从图11可以看出，能够确认在200℃以下的高温环境下作为检测中子的结果而产生的峰，但在300℃的高温环境下发光量显著减少，不能确认作为检测中子的结果而产生的峰。另外可以看出，本比较例的闪烁体在200℃的高温环境下发光量减少至常温环境下的40%，难以在高温环境下使用。
附图标记说明
1坩埚
2加热器
3绝热材料
4可动平台
5种晶
6自动直径控制装置
7室
8高频线圈
9加热器
10热电偶
11闪烁体
12光电倍增管
13黑薄板
14252Cf封闭放射线源
15聚乙烯障碍物
Claims (6)
1.一种闪烁体用于在100℃以上且不超过闪烁体的熔点的温度范围的高温环境下检测中子的用途，其特征在于，所述闪烁体由下述化学式所示的氟铝酸钙锂型晶体形成，
LiM1M2X6
式中，M1是选自由Mg、Ca、Sr和Ba组成的组中的至少一种碱土金属元素，M2是选自由Al、Ga和Sc组成的组中的至少一种金属元素，X是选自由F、Cl、Br和I组成的组中的至少一种卤素元素，
其中，6Li的同位素比为20％以上。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述氟铝酸钙锂型晶体用化学式LiCaAlF6表示。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述氟铝酸钙锂型晶体含有选自由Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb组成的组中的至少一种镧系元素。
4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述镧系元素是Ce或Eu。
5.一种放射线检测装置用于在100℃以上且不超过闪烁体的熔点的温度范围的高温环境下检测中子的用途，其特征在于，所述放射线检测装置具备权利要求1～4的任一项所述的闪烁体和光检测器。
6.一种中子的检测方法，其特征在于，在100℃以上且不超过闪烁体的熔点的温度范围的高温下使中子入射至权利要求1～4的任一项所述的闪烁体使得闪烁体发出荧光，并用光检测器检测该荧光。
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