JP2003183637A - 中性子シンチレータ - Google Patents
中性子シンチレータInfo
- Publication number
- JP2003183637A JP2003183637A JP2002264969A JP2002264969A JP2003183637A JP 2003183637 A JP2003183637 A JP 2003183637A JP 2002264969 A JP2002264969 A JP 2002264969A JP 2002264969 A JP2002264969 A JP 2002264969A JP 2003183637 A JP2003183637 A JP 2003183637A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- neutron
- single crystal
- scintillator
- neutron scintillator
- lbo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ガンマ線に対して低感度であるとともに高強度
中性子の計数を十分に行うことのできるシンチレーショ
ン検出器を実現する際に不可欠な、重元素を含まない中
性子シンチレータを提供する。 【解決手段】ＬｉおよびＢにより構成した酸化物に、Ｃ
ｕを添加する。ＬｉおよびＢにより構成した酸化物は、
組成比がＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる透明な単結晶である。
Ｃｕは、０．００１〜０．１ｗｔ％含有される。さらに
は、単結晶の方位が＜００１＞軸に成長させた単結晶か
ら成長軸に直角に切断、研磨した（００１）面をシンチ
レータ板結晶とするものである。
中性子の計数を十分に行うことのできるシンチレーショ
ン検出器を実現する際に不可欠な、重元素を含まない中
性子シンチレータを提供する。 【解決手段】ＬｉおよびＢにより構成した酸化物に、Ｃ
ｕを添加する。ＬｉおよびＢにより構成した酸化物は、
組成比がＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる透明な単結晶である。
Ｃｕは、０．００１〜０．１ｗｔ％含有される。さらに
は、単結晶の方位が＜００１＞軸に成長させた単結晶か
ら成長軸に直角に切断、研磨した（００１）面をシンチ
レータ板結晶とするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中性子シンチレー
タに関し、さらに詳細には、中性子散乱実験などに用い
る中性子検出器であるシンチレーション検出器における
シンチレータとして用いて好適な中性子シンチレータに
関する。
タに関し、さらに詳細には、中性子散乱実験などに用い
る中性子検出器であるシンチレーション検出器における
シンチレータとして用いて好適な中性子シンチレータに
関する。
【０００２】なお、シンチレータとは、放射線が当たっ
たときに当該放射線を吸収して蛍光を発する物質のこと
であるが、本明細書においては、特に、中性子が当たっ
たときに当該中性子を吸収して蛍光を発する物質のこと
を中性子シンチレータと称する。
たときに当該放射線を吸収して蛍光を発する物質のこと
であるが、本明細書においては、特に、中性子が当たっ
たときに当該中性子を吸収して蛍光を発する物質のこと
を中性子シンチレータと称する。
【０００３】
【発明の背景】現在、世界各国において、新しい大強度
パルス中性子源の建設計画が進行中である。こうした大
強度パルス中性子源により発生される中性子ビームの強
度は、現在稼働している中性子源と比較すると２〜３桁
は高くなるものと推測されている。
パルス中性子源の建設計画が進行中である。こうした大
強度パルス中性子源により発生される中性子ビームの強
度は、現在稼働している中性子源と比較すると２〜３桁
は高くなるものと推測されている。
【０００４】ところで、中性子散乱実験で用いられてい
る中性子検出器としては、３Ｈｅガスを用いた３Ｈｅガ
ス検出器と中性子シンチレータを用いたシンチレーショ
ン検出器が知られている。
る中性子検出器としては、３Ｈｅガスを用いた３Ｈｅガ
ス検出器と中性子シンチレータを用いたシンチレーショ
ン検出器が知られている。
【０００５】ここで、中性子は電荷を持っていないた
め、中性子を検出するためには、中性子を荷電粒子ある
いはガンマ線などに変換するコンバータが必要となる。
中性子コンバータとしては、３Ｈｅ、６Ｌｉ、１０Ｂ、
１１３Ｃｄ、１５５Ｇｄ、１５ ７Ｇｄが知られている
が、これらのうちＣｄおよびＧｄは重元素であり、ガン
マ線に対する感度が高いことから、中性子散乱実験用の
中性子検出器への応用には適していない。
め、中性子を検出するためには、中性子を荷電粒子ある
いはガンマ線などに変換するコンバータが必要となる。
中性子コンバータとしては、３Ｈｅ、６Ｌｉ、１０Ｂ、
１１３Ｃｄ、１５５Ｇｄ、１５ ７Ｇｄが知られている
が、これらのうちＣｄおよびＧｄは重元素であり、ガン
マ線に対する感度が高いことから、中性子散乱実験用の
中性子検出器への応用には適していない。
【０００６】このため、現在においては、ガンマ線に対
して低感度であるという理由から、 ３Ｈｅガスを用いた
中性子検出器である３Ｈｅガス検出器が主流となって用
いられている。この３Ｈｅガス検出器の中性子計数率は
１０４／ｓｅｃ程度であり、ガンマ線に対する感度が低
いので、３Ｈｅガス検出器は中性子の信号とガンマ線の
信号とをほぼ完全に識別することができる。
して低感度であるという理由から、 ３Ｈｅガスを用いた
中性子検出器である３Ｈｅガス検出器が主流となって用
いられている。この３Ｈｅガス検出器の中性子計数率は
１０４／ｓｅｃ程度であり、ガンマ線に対する感度が低
いので、３Ｈｅガス検出器は中性子の信号とガンマ線の
信号とをほぼ完全に識別することができる。
【０００７】一方、シンチレーション検出器は１０６／
ｓｅｃ程度の計数能力を持っているが、重元素を含んで
いることからガンマ線に対する感度が高く、実際の中性
子散乱実験で使用されるケースは限られていた。
ｓｅｃ程度の計数能力を持っているが、重元素を含んで
いることからガンマ線に対する感度が高く、実際の中性
子散乱実験で使用されるケースは限られていた。
【０００８】しかしながら、現在も建設が進められてい
る大強度パルス中性子源が稼働すると、上記３Ｈｅガス
検出器の計数能力では高強度中性子の計数を十分には行
うことができないので、ガンマ線に対して低感度である
とともに高強度中性子の計数を十分に行うことのできる
シンチレーション検出器の開発が急務となっており、こ
のシンチレーション検出器に用いることのできる重元素
を含まない中性子シンチレータの提案が強く望まれてい
た。
る大強度パルス中性子源が稼働すると、上記３Ｈｅガス
検出器の計数能力では高強度中性子の計数を十分には行
うことができないので、ガンマ線に対して低感度である
とともに高強度中性子の計数を十分に行うことのできる
シンチレーション検出器の開発が急務となっており、こ
のシンチレーション検出器に用いることのできる重元素
を含まない中性子シンチレータの提案が強く望まれてい
た。
【０００９】なお、ＬｉおよびＢをコンバータとして用
いた中性子シンチレータの開発がこれまでも行われてき
ているが、重元素を含まない中性子シンチレータはこれ
まで開発されていない。また、化学組成Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７
を持つ材料は過去に研究された例はあるが、良い中性子
シンチレータとしての特性は得られていない。
いた中性子シンチレータの開発がこれまでも行われてき
ているが、重元素を含まない中性子シンチレータはこれ
まで開発されていない。また、化学組成Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７
を持つ材料は過去に研究された例はあるが、良い中性子
シンチレータとしての特性は得られていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した点
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、ガンマ線に対して低感度であるとともに高強度中性
子の計数を十分に行うことのできるシンチレーション検
出器を実現する際に不可欠な、重元素を含まない中性子
シンチレータを提供しようとするものである。
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、ガンマ線に対して低感度であるとともに高強度中性
子の計数を十分に行うことのできるシンチレーション検
出器を実現する際に不可欠な、重元素を含まない中性子
シンチレータを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による中性子シンチレータは、ＬｉおよびＢ
により構成した酸化物に、Ｃｕを添加したものである。
に、本発明による中性子シンチレータは、ＬｉおよびＢ
により構成した酸化物に、Ｃｕを添加したものである。
【００１２】このように、ＬｉおよびＢにより構成した
酸化物に、Ｃｕを少量添加することにより、中性子シン
チレータとしての良い特性を得ることができた。
酸化物に、Ｃｕを少量添加することにより、中性子シン
チレータとしての良い特性を得ることができた。
【００１３】即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明
は、ＬｉおよびＢにより構成した酸化物に、Ｃｕを添加
したものである。
は、ＬｉおよびＢにより構成した酸化物に、Ｃｕを添加
したものである。
【００１４】また、本発明のうち請求項２に記載の発明
は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、Ｃｕ
はＣｕ２Ｏで０．００１〜０．１ｗｔ％含有されたもの
である。
は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、Ｃｕ
はＣｕ２Ｏで０．００１〜０．１ｗｔ％含有されたもの
である。
【００１５】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
は、本発明のうち請求項１または請求項２のいずれか１
項に記載の発明において、ＬｉおよびＢにより構成した
酸化物を、組成比がＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる透明な単結
晶としたものである。
は、本発明のうち請求項１または請求項２のいずれか１
項に記載の発明において、ＬｉおよびＢにより構成した
酸化物を、組成比がＬｉ２Ｂ４Ｏ７からなる透明な単結
晶としたものである。
【００１６】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、単結
晶の方位が＜００１＞軸に成長させた単結晶から成長軸
に直角に切断、研磨した（００１）面をシンチレータ板
結晶とするようにしたものである。
は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、単結
晶の方位が＜００１＞軸に成長させた単結晶から成長軸
に直角に切断、研磨した（００１）面をシンチレータ板
結晶とするようにしたものである。
【００１７】即ち、本中性子シンチレータは、結晶構造
が正方晶形であるので、光学的には＜００１＞軸が対称
性によりすぐれているため、（００１）面に平行な板状
とし、中性子は＜００１＞軸に平行に入射することが好
ましい。
が正方晶形であるので、光学的には＜００１＞軸が対称
性によりすぐれているため、（００１）面に平行な板状
とし、中性子は＜００１＞軸に平行に入射することが好
ましい。
【００１８】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
は、単結晶からなる中性子シンチレータであって、中性
子計数能力が１０７／ｓｅｃ以上の中性子シンチレータ
としたものである。
は、単結晶からなる中性子シンチレータであって、中性
子計数能力が１０７／ｓｅｃ以上の中性子シンチレータ
としたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明による中性子シンチレータの実施の形態の一例を詳
細に説明するものとする。
発明による中性子シンチレータの実施の形態の一例を詳
細に説明するものとする。
【００２０】本発明の実施の形態の一例による中性子シ
ンチレータは、ＬｉおよびＢにより構成した酸化物にＣ
ｕを少量添加した単結晶である。ＬｉおよびＢにより構
成した酸化物は、例えば、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７の組成比を備
えた透明な単結晶であり、ＣｕがＬｉ２Ｂ４Ｏ７単結晶
に添加される場合には、Ｃｕは、例えば、Ｃｕ２Ｏで重
量比が０．００１〜０．１ｗｔ％含有されることが好ま
しい。
ンチレータは、ＬｉおよびＢにより構成した酸化物にＣ
ｕを少量添加した単結晶である。ＬｉおよびＢにより構
成した酸化物は、例えば、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７の組成比を備
えた透明な単結晶であり、ＣｕがＬｉ２Ｂ４Ｏ７単結晶
に添加される場合には、Ｃｕは、例えば、Ｃｕ２Ｏで重
量比が０．００１〜０．１ｗｔ％含有されることが好ま
しい。
【００２１】なお、本明細書においては、ＬｉおよびＢ
により構成した酸化物の単結晶を「ＬＢＯ単結晶」と称
する。
により構成した酸化物の単結晶を「ＬＢＯ単結晶」と称
する。
【００２２】こうした本発明による中性子シンチレータ
は、例えば、以下の実施例１および実施例２に示す製造
方法により作製することができる。
は、例えば、以下の実施例１および実施例２に示す製造
方法により作製することができる。
【００２３】１．製造方法
１−１．実施例１（Ｃｕ添加ＬＢＯ単結晶）
実施例１は、ＬＢＯ単結晶にＣｕを少量添加して構成し
た中性子シンチレータの製造方法を示す。
た中性子シンチレータの製造方法を示す。
【００２４】Ｃｕを添加したＬＢＯ単結晶である中性子
シンチレータは、ブリッジマン法、より詳細には、縦型
ブリッジマン法で育成した。単結晶育成炉は、カンタル
線ヒータ加熱方式の３ゾーンからなる縦型ブリッジマン
式電気炉である。
シンチレータは、ブリッジマン法、より詳細には、縦型
ブリッジマン法で育成した。単結晶育成炉は、カンタル
線ヒータ加熱方式の３ゾーンからなる縦型ブリッジマン
式電気炉である。
【００２５】用いたるつぼの寸法は、約φ２０ｍｍ×１
６０ｍｍ、下部にはφ５×５０ｍｍの種管を設け、それ
らの中間には断面の角度が９０°の円錐形のコーン部が
溶接されている。なお、るつぼの厚さは０．３ｍｍであ
り、材質はＰｔである。
６０ｍｍ、下部にはφ５×５０ｍｍの種管を設け、それ
らの中間には断面の角度が９０°の円錐形のコーン部が
溶接されている。なお、るつぼの厚さは０．３ｍｍであ
り、材質はＰｔである。
【００２６】Ｃｕを添加していない無添加ＬＢＯ単結晶
を約φ４．９ｍｍ×３７ｍｍに加工し、当該加工した無
添加ＬＢＯ単結晶を種結晶として、上記るつぼ内の下部
に設置した。種結晶の長手方向（単結晶育成方向）の方
位は、ＬＢＯ結晶の光学的異方性を考慮して＜００１＞
とした。原料は、富山薬品工業株式会社製の純度が９
９．９９％の高純度四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ
４Ｏ７）と市販の純度９９．９９％の酸化銅（Ｃｕ
２Ｏ）とであり、Ｃｕ２Ｏの濃度が０．０５ｗｔ％とな
るように秤量して用いた。即ち、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７を４
９．７５ｇ、Ｃｕ２Ｏを０．０２５ｇ秤量し、それを混
合してるつぼに投入した。原料を投入したるつぼを、上
記電気炉内の下部に設置した。
を約φ４．９ｍｍ×３７ｍｍに加工し、当該加工した無
添加ＬＢＯ単結晶を種結晶として、上記るつぼ内の下部
に設置した。種結晶の長手方向（単結晶育成方向）の方
位は、ＬＢＯ結晶の光学的異方性を考慮して＜００１＞
とした。原料は、富山薬品工業株式会社製の純度が９
９．９９％の高純度四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ
４Ｏ７）と市販の純度９９．９９％の酸化銅（Ｃｕ
２Ｏ）とであり、Ｃｕ２Ｏの濃度が０．０５ｗｔ％とな
るように秤量して用いた。即ち、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７を４
９．７５ｇ、Ｃｕ２Ｏを０．０２５ｇ秤量し、それを混
合してるつぼに投入した。原料を投入したるつぼを、上
記電気炉内の下部に設置した。
【００２７】次に、電気炉を加熱し、炉内の種管の上部
位置がＬＢＯ単結晶の融点である９１７℃になるように
した。この位置が、ＬＢＯ単結晶育成の育成ポイントと
なる。
位置がＬＢＯ単結晶の融点である９１７℃になるように
した。この位置が、ＬＢＯ単結晶育成の育成ポイントと
なる。
【００２８】また、炉内の温度勾配がＬＢＯ単結晶育成
に適した２３℃／ｃｍとなるように各ゾーンの温度を調
整した。るつぼのシード部が育成ポイントとなる位置ま
で、るつぼを上昇させて停止させ、約２４時間保持し
て、るつぼ内の原料を融かした。その後るつぼを０．３
ｍｍ／ｈの速度で降下させることで、単結晶を育成し
た。単結晶育成中の炉内雰囲気は、窒素である。
に適した２３℃／ｃｍとなるように各ゾーンの温度を調
整した。るつぼのシード部が育成ポイントとなる位置ま
で、るつぼを上昇させて停止させ、約２４時間保持し
て、るつぼ内の原料を融かした。その後るつぼを０．３
ｍｍ／ｈの速度で降下させることで、単結晶を育成し
た。単結晶育成中の炉内雰囲気は、窒素である。
【００２９】全ての原料が単結晶化した位置まで降下さ
せた後は、るつぼの降下を停止し、各ゾーンの温度を約
２０時間で室温まで下げた。冷却が完了して室温に達し
たら炉内から単結晶の入ったるつぼを取出し、るつぼを
剥ぎ取ることで単結晶を取出した。
せた後は、るつぼの降下を停止し、各ゾーンの温度を約
２０時間で室温まで下げた。冷却が完了して室温に達し
たら炉内から単結晶の入ったるつぼを取出し、るつぼを
剥ぎ取ることで単結晶を取出した。
【００３０】このようにして得られた単結晶は、下部の
種結晶が約３０ｍｍ、コーン部の長さが約１０ｍｍ、平
行部が約φ２０×５５ｍｍ、全重は約４９ｇであった。
単結晶の良質部分の微量分析を行った結果、Ｃｕ２Ｏ濃
度は０．０３ｗｔ％であり、添加したＣｕが確実に固溶
していることが確認できた。得られた単結晶の良質部分
を切断機を用いて、成長軸に垂直に特定の寸法に切り出
し、必要な面（００１）を鏡面に研磨して、Ｃｕ添加Ｌ
ＢＯ単結晶の評価用サンプルとした。
種結晶が約３０ｍｍ、コーン部の長さが約１０ｍｍ、平
行部が約φ２０×５５ｍｍ、全重は約４９ｇであった。
単結晶の良質部分の微量分析を行った結果、Ｃｕ２Ｏ濃
度は０．０３ｗｔ％であり、添加したＣｕが確実に固溶
していることが確認できた。得られた単結晶の良質部分
を切断機を用いて、成長軸に垂直に特定の寸法に切り出
し、必要な面（００１）を鏡面に研磨して、Ｃｕ添加Ｌ
ＢＯ単結晶の評価用サンプルとした。
【００３１】２．評価
次に、上記した実施例１により製造されたＣｕ添加ＬＢ
Ｏ単結晶の評価用サンプルに中性子を照射し、中性子シ
ンチレーション特性の評価を行って、Ｃｕ添加ＬＢＯ単
結晶の中性子シンチレータとしての機能を評価した。ま
た、中性子シンチレーションの特性と密接に関連する紫
外線照射による発光特性を評価した。
Ｏ単結晶の評価用サンプルに中性子を照射し、中性子シ
ンチレーション特性の評価を行って、Ｃｕ添加ＬＢＯ単
結晶の中性子シンチレータとしての機能を評価した。ま
た、中性子シンチレーションの特性と密接に関連する紫
外線照射による発光特性を評価した。
【００３２】２−１−１．中性子を用いた評価方法
Ｃｕ２Ｏ濃度０．０５ｗｔ％のＬＢＯ単結晶の中性子シ
ンチレーション特性の評価を行った。評価に用いたセッ
トアップを図１に示す。用いた中性子の波長は、λ＝
１．１ｎｍ（Δλ／λ＝１３％）である。試料は、対向
した２つの光電子増倍管（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｈ６５
６８）で挟み込んだ。試料と光電子増倍管の窓は、オプ
ティカルグリースを用いて接着した。光電子増倍管に
は、電圧−９５０Ｖを印加した。光電子増倍管の遮光に
は、中性子透過性のある塩化ビニールの遮光シートを用
いた。２つの光電子増倍管の出力信号のうち、同期した
信号のみを電荷積分型アナログデジタル変換器（Ｐｈｉ
ｌｉｐｓ ７１６６）を用いて計測した。
ンチレーション特性の評価を行った。評価に用いたセッ
トアップを図１に示す。用いた中性子の波長は、λ＝
１．１ｎｍ（Δλ／λ＝１３％）である。試料は、対向
した２つの光電子増倍管（Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｈ６５
６８）で挟み込んだ。試料と光電子増倍管の窓は、オプ
ティカルグリースを用いて接着した。光電子増倍管に
は、電圧−９５０Ｖを印加した。光電子増倍管の遮光に
は、中性子透過性のある塩化ビニールの遮光シートを用
いた。２つの光電子増倍管の出力信号のうち、同期した
信号のみを電荷積分型アナログデジタル変換器（Ｐｈｉ
ｌｉｐｓ ７１６６）を用いて計測した。
【００３３】Ｃｕ添加ＬＢＯ単結晶の中性子シンチレー
ション特性を評価するために、試料に中性子を照射した
際と、ビームラインを中性子の遮蔽材である６ＬｉＦを
３０ｗｔ％含んだ厚さ５ｍｍのテフロン（登録商標）板
で塞いだ際の光電子増倍管の出力信号を測定し比較し
た。また、比較のため、中性子シンチレータＬｉガラス
［Ｂｉｃｒｏｎ ＧＳ２０］のシンチレーション光の測
定を行った。
ション特性を評価するために、試料に中性子を照射した
際と、ビームラインを中性子の遮蔽材である６ＬｉＦを
３０ｗｔ％含んだ厚さ５ｍｍのテフロン（登録商標）板
で塞いだ際の光電子増倍管の出力信号を測定し比較し
た。また、比較のため、中性子シンチレータＬｉガラス
［Ｂｉｃｒｏｎ ＧＳ２０］のシンチレーション光の測
定を行った。
【００３４】また、参考のため、ＬＢＯ単結晶の中性子
吸収率測定を行った。
吸収率測定を行った。
【００３５】２−１−２．紫外線を用いた評価方法
Ｃｕ２Ｏ濃度の異なるＬｉ２Ｂ４Ｏ７単結晶を数種類作
製して、紫外線による発光強度を蛍光分光光度計（日立
Ｆ４５００）を用いて測定した。測定に用いた試料形状
は、面積が１０×２０ｍｍ、厚さが５ｍｍｔで表面を平
滑に鏡面研磨した。
製して、紫外線による発光強度を蛍光分光光度計（日立
Ｆ４５００）を用いて測定した。測定に用いた試料形状
は、面積が１０×２０ｍｍ、厚さが５ｍｍｔで表面を平
滑に鏡面研磨した。
【００３６】２−２−１．中性子を用いた評価結果
Ｃｕ添加ＬＢＯ単結晶（ＬＢＯ（Ｃｕ））において、中
性子の照射に伴う発光が認められ、良い発光特性が観測
された。
性子の照射に伴う発光が認められ、良い発光特性が観測
された。
【００３７】測定したシンチレーション光の信号の積分
値のヒストグラムおよび信号波形を図２乃至図５に示
す。
値のヒストグラムおよび信号波形を図２乃至図５に示
す。
【００３８】図２および３は、それぞれ試料ＬＢＯ（Ｃ
ｕ）に中性子を照射した時と照射していない時に測定し
た出力信号の積分値のヒストグラムである。この２つの
図の比較から、中性子の照射によりＬＢＯ（Ｃｕ）が発
光することが明らかとなった。図４および５に、それぞ
れＬＢＯ（Ｃｕ）および比較のために測定したＬｉガラ
ス［Ｂｉｃｒｏｎ Ｇ２０］のシンチレーション光波形
を示す。ＬＢＯ（Ｃｕ）のシンチレーション光の減衰時
間は約２ナノ秒であり、Ｌｉガラスと比較して桁違いに
短いことがわかった。また、ＬＢＯ（Ｃｕ）のシンチレ
ーション光の光量は、Ｌｉガラスの数％であった。
ｕ）に中性子を照射した時と照射していない時に測定し
た出力信号の積分値のヒストグラムである。この２つの
図の比較から、中性子の照射によりＬＢＯ（Ｃｕ）が発
光することが明らかとなった。図４および５に、それぞ
れＬＢＯ（Ｃｕ）および比較のために測定したＬｉガラ
ス［Ｂｉｃｒｏｎ Ｇ２０］のシンチレーション光波形
を示す。ＬＢＯ（Ｃｕ）のシンチレーション光の減衰時
間は約２ナノ秒であり、Ｌｉガラスと比較して桁違いに
短いことがわかった。また、ＬＢＯ（Ｃｕ）のシンチレ
ーション光の光量は、Ｌｉガラスの数％であった。
【００３９】ＰｕｒｅＬＢＯ（無添加のＬＢＯ単結晶）
に対して、中性子の吸収率測定を行った結果、波長０．
６５ｎｍおよび０．３７ｎｍの中性子に対して共に１０
０％であった。参考までに、熱中性子（波長０．１８ｎ
ｍ）および冷中性子（波長０．６５ｎｍ）に対する吸収
率の計算値を図６に示す。
に対して、中性子の吸収率測定を行った結果、波長０．
６５ｎｍおよび０．３７ｎｍの中性子に対して共に１０
０％であった。参考までに、熱中性子（波長０．１８ｎ
ｍ）および冷中性子（波長０．６５ｎｍ）に対する吸収
率の計算値を図６に示す。
【００４０】２−２−２．紫外線を用いた評価結果
ＬＢＯ（Ｃｕ）結晶に紫外線を照射し、蛍光の測定を行
った。その結果、波長が２４５ｎｍの紫外線の励起によ
って３６０ｎｍに強い蛍光が現れることを確認した。ま
た、蛍光の強度は添加したＣｕの濃度に依存することも
明らかになった。
った。その結果、波長が２４５ｎｍの紫外線の励起によ
って３６０ｎｍに強い蛍光が現れることを確認した。ま
た、蛍光の強度は添加したＣｕの濃度に依存することも
明らかになった。
【００４１】図７はその結果を示したが、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ
７にＣｕ２Ｏを添加すると蛍光が現れ、Ｃｕ２Ｏが０．
０３ｗｔ％の添加で蛍光が最大になり、Ｃｕ２Ｏがさら
に増加すると蛍光強さは減少し、０．１ｗｔ％の添加で
は蛍光が著しく減少した。
７にＣｕ２Ｏを添加すると蛍光が現れ、Ｃｕ２Ｏが０．
０３ｗｔ％の添加で蛍光が最大になり、Ｃｕ２Ｏがさら
に増加すると蛍光強さは減少し、０．１ｗｔ％の添加で
は蛍光が著しく減少した。
【００４２】２−３．評価結果のまとめ
ＣｕをドープしたＬＢＯ単結晶について、比較的良い中
性子シンチレーション特性が観測された。光量的にも、
Ｌｉガラスの数％であり、実用のレベルであると思われ
る。また、シンチレーション光のパルス幅は２ナノ秒程
度であり、ＺｎＳやＬｉガラスのシンチレータと比べ
て、桁違いに短いことから、高計数率、高時間分解能が
期待できる。具体的には、中性子計数能力は１０７／ｓ
ｅｃ以上となる。検出効率についても、ＺｎＳより高
く、Ｌｉを濃縮６Ｌｉに変換することでさらに向上する
ことが可能である。また、ガンマ線に対する感度も低い
と期待されることから、中性子シンチレーション検出器
として実用化するための条件を十分備えている。
性子シンチレーション特性が観測された。光量的にも、
Ｌｉガラスの数％であり、実用のレベルであると思われ
る。また、シンチレーション光のパルス幅は２ナノ秒程
度であり、ＺｎＳやＬｉガラスのシンチレータと比べ
て、桁違いに短いことから、高計数率、高時間分解能が
期待できる。具体的には、中性子計数能力は１０７／ｓ
ｅｃ以上となる。検出効率についても、ＺｎＳより高
く、Ｌｉを濃縮６Ｌｉに変換することでさらに向上する
ことが可能である。また、ガンマ線に対する感度も低い
と期待されることから、中性子シンチレーション検出器
として実用化するための条件を十分備えている。
【００４３】Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７にＣｕ２Ｏを添加すると蛍
光が現れ、Ｃｕ２Ｏが０．０３ｗｔ％の添加で蛍光が最
大になり、Ｃｕ２Ｏがさらに増加すると蛍光強さは減少
し、０．１ｗｔ％の添加では蛍光が著しく減少する。中
性子シンチレータとしてはＬｉ２Ｂ４Ｏ７に対してＣｕ
２Ｏを少なくとも０．００１ｗｔ％以上で、多くは０．
１ｗｔ％まで含む組成で、望ましくは０．０１ｗｔ％か
ら０．０８ｗｔ％までのＣｕ２Ｏを含む単結晶が望まし
いと結論できる。
光が現れ、Ｃｕ２Ｏが０．０３ｗｔ％の添加で蛍光が最
大になり、Ｃｕ２Ｏがさらに増加すると蛍光強さは減少
し、０．１ｗｔ％の添加では蛍光が著しく減少する。中
性子シンチレータとしてはＬｉ２Ｂ４Ｏ７に対してＣｕ
２Ｏを少なくとも０．００１ｗｔ％以上で、多くは０．
１ｗｔ％まで含む組成で、望ましくは０．０１ｗｔ％か
ら０．０８ｗｔ％までのＣｕ２Ｏを含む単結晶が望まし
いと結論できる。
【００４４】以上において説明したように、本発明によ
るＣｕ添加ＬＢＯ単結晶（ＬＢＯ（Ｃｕ）、より詳細に
は、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（Ｃｕ））の発光パルス幅は２ナノ
秒程度であり、このシンチレータを用いることにより、
非常に高い計数能力、あるいは、高い時間分解能を持っ
た中性子検出器を開発することが可能である。代表的な
中性子シンチレータであるＺｎＳおよびＬｉガラスの発
光パルス幅は、それぞれ１０００ナノ秒、２００ナノ秒
である。
るＣｕ添加ＬＢＯ単結晶（ＬＢＯ（Ｃｕ）、より詳細に
は、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（Ｃｕ））の発光パルス幅は２ナノ
秒程度であり、このシンチレータを用いることにより、
非常に高い計数能力、あるいは、高い時間分解能を持っ
た中性子検出器を開発することが可能である。代表的な
中性子シンチレータであるＺｎＳおよびＬｉガラスの発
光パルス幅は、それぞれ１０００ナノ秒、２００ナノ秒
である。
【００４５】また、本発明によるＣｕ添加ＬＢＯ単結晶
（ＬＢＯ（Ｃｕ）、より詳細には、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（Ｃ
ｕ））は軽元素で構成されているため、ガンマ線に対す
る感度が低い。現在実用化されている中性子シンチレー
タの中では、ＺｎＳがガンマ線に対する感度が最も低く
（３Ｈｅガス検出器より１〜２桁高い）、最もよく使わ
れている。Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７はＺｎＳよりもガンマ線に対
する感度が低いと期待できる。さらに、本発明によるＣ
ｕ添加ＬＢＯ単結晶（ＬＢＯ（Ｃｕ）、より詳細には、
Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（Ｃｕ））が中性子を吸収した際に発光
する光の光量は、中性子シンチレータ、Ｌｉガラスの数
％であり、実用可能なレベルにある。
（ＬＢＯ（Ｃｕ）、より詳細には、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（Ｃ
ｕ））は軽元素で構成されているため、ガンマ線に対す
る感度が低い。現在実用化されている中性子シンチレー
タの中では、ＺｎＳがガンマ線に対する感度が最も低く
（３Ｈｅガス検出器より１〜２桁高い）、最もよく使わ
れている。Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７はＺｎＳよりもガンマ線に対
する感度が低いと期待できる。さらに、本発明によるＣ
ｕ添加ＬＢＯ単結晶（ＬＢＯ（Ｃｕ）、より詳細には、
Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７（Ｃｕ））が中性子を吸収した際に発光
する光の光量は、中性子シンチレータ、Ｌｉガラスの数
％であり、実用可能なレベルにある。
【００４６】本発明による中性子シンチレータは、光学
的には３６０ｎｍの発光波長に対して透明であることが
必要であり、このためには単結晶でなければならない。
単結晶の作製にはブリッジマン法が望ましく、本発明で
はこの方法の採用によって比較的容易に直径が２０ｍｍ
以上の単結晶を作製することができた。
的には３６０ｎｍの発光波長に対して透明であることが
必要であり、このためには単結晶でなければならない。
単結晶の作製にはブリッジマン法が望ましく、本発明で
はこの方法の採用によって比較的容易に直径が２０ｍｍ
以上の単結晶を作製することができた。
【００４７】さらに作製する単結晶は成長軸が＜００１
＞としたが、単結晶作製上の問題もなく、作製したイン
ゴッットの成長軸に垂直に切断した（００１）ウエハを
シンチレータ板とした時には、中性子が板に垂直に入射
して発光させたとき、蛍光の放散に異方性がなく、これ
を用いることにより優れた性能の中性子検出用のイメー
ジプレートを構成することができる。
＞としたが、単結晶作製上の問題もなく、作製したイン
ゴッットの成長軸に垂直に切断した（００１）ウエハを
シンチレータ板とした時には、中性子が板に垂直に入射
して発光させたとき、蛍光の放散に異方性がなく、これ
を用いることにより優れた性能の中性子検出用のイメー
ジプレートを構成することができる。
【００４８】なお、上記した実施の形態においては、Ｌ
ＢＯ単結晶にＣｕを添加する際の割合は、０．００１〜
０．１ｗｔ／とすることができる。
ＢＯ単結晶にＣｕを添加する際の割合は、０．００１〜
０．１ｗｔ／とすることができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、ガンマ線に対して低感度であるとともに高
強度中性子の計数を十分に行うことのできるシンチレー
ション検出器を実現する際に不可欠な、重元素を含まな
い中性子シンチレータを提供することができるという優
れた効果を奏する。
ているので、ガンマ線に対して低感度であるとともに高
強度中性子の計数を十分に行うことのできるシンチレー
ション検出器を実現する際に不可欠な、重元素を含まな
い中性子シンチレータを提供することができるという優
れた効果を奏する。
【図１】中性子シンチレーション特性評価時の実験セッ
トアップを示す。
トアップを示す。
【図２】中性子照射時のＬＢＯ（Ｃｕ）のシンチレーシ
ョン光信号積分値のヒストグラムを示す。
ョン光信号積分値のヒストグラムを示す。
【図３】中性子非照射時のＬＢＯ（Ｃｕ）のシンチレー
ション光信号積分値のヒストグラムを示す。
ション光信号積分値のヒストグラムを示す。
【図４】ＬＢＯ（Ｃｕ）のシンチレーション光信号波形
を示す。
を示す。
【図５】Ｌｉガラスのシンチレーション光信号波形を示
す。
す。
【図６】熱中性子（波長０．１８ｎｍ）および冷中性子
（波長０．６５ｎｍ）に対する吸収率（計算値）のＬＢ
Ｏ厚さ依存性を示す。
（波長０．６５ｎｍ）に対する吸収率（計算値）のＬＢ
Ｏ厚さ依存性を示す。
【図７】ＬＢＯ（Ｃｕ）の蛍光強度とＣｕ２Ｏ濃度の関
係を示す。
係を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｔ 3/06 Ｇ０１Ｔ 3/06
(72)発明者 清水 裕彦
埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所
内
(72)発明者 奥 隆之
埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所
内
(72)発明者 安達 智宏
埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所
内
(72)発明者 酒井 健二
埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所
内
(72)発明者 石橋 浩之
茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式
会社総合研究所内
(72)発明者 須佐 憲三
茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式
会社総合研究所内
(72)発明者 ナチムス セングットバン
茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式
会社総合研究所内
(72)発明者 石井 満
東京都調布市下石原１−54−１ 株式会社
第一機電内
(72)発明者 小林 正明
茨城県つくば市大穂１−54−１ 高エネル
ギー加速器研究機構内
Ｆターム(参考） 2G088 EE30 FF09 GG10 JJ37
4G077 AA02 BD07 CD02 EA02 EB01
EC02 ED02 FG16 HA20 MB04
4H001 CA02 CA04 CA08 XA03 XA05
XA08 YA29
Claims (5)
- 【請求項１】 ＬｉおよびＢにより構成した酸化物に、
Ｃｕを添加したものである中性子シンチレータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の中性子シンチレータに
おいて、ＣｕはＣｕ ２Ｏで０．００１〜０．１ｗｔ％含
有されたものである中性子シンチレータ。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２のいずれか１項
に記載の中性子シンチレータにおいて、ＬｉおよびＢに
より構成した酸化物は、組成比がＬｉ２Ｂ４Ｏ７からな
る透明な単結晶である中性子シンチレータ。 - 【請求項４】 請求項３に記載の中性子シンチレータに
おいて、単結晶の方位が＜００１＞軸に成長させた単結
晶から成長軸に直角に切断、研磨した（００１）面をシ
ンチレータ板結晶とするものである中性子シンチレー
タ。 - 【請求項５】 単結晶からなる中性子シンチレータであ
って、中性子計数能力が１０７／ｓｅｃ以上の中性子シ
ンチレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002264969A JP2003183637A (ja) | 2001-09-14 | 2002-09-11 | 中性子シンチレータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001279563 | 2001-09-14 | ||
| JP2001-279563 | 2001-09-14 | ||
| JP2002264969A JP2003183637A (ja) | 2001-09-14 | 2002-09-11 | 中性子シンチレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003183637A true JP2003183637A (ja) | 2003-07-03 |
Family
ID=27615157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002264969A Pending JP2003183637A (ja) | 2001-09-14 | 2002-09-11 | 中性子シンチレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003183637A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006234773A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Japan Atomic Energy Agency | ガラス状化イメージングプレート |
| JP2007024629A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Japan Atomic Energy Agency | 低ガンマ線感度化中性子及び粒子線用イメージングプレート |
| WO2007077939A1 (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Riken | 中性子検出器 |
| WO2012029951A1 (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | 学校法人 立教学院 | 熱蛍光体及びその製造方法 |
| JP2012052072A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Rikkyo Gakuin | 熱蛍光板状体、熱蛍光積層体、熱蛍光板状体の製造方法、及び熱蛍光積層体の製造方法 |
| JP2012052071A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Rikkyo Gakuin | 熱蛍光板状体、熱蛍光積層体、熱蛍光板状体の製造方法、及び熱蛍光積層体の製造方法、 |
| WO2012081658A1 (ja) * | 2010-12-16 | 2012-06-21 | 株式会社トクヤマ | 中性子用シンチレーターおよび中性子検出器 |
| JP2012127703A (ja) * | 2010-12-13 | 2012-07-05 | Tokuyama Corp | 指向性放射線検出器および透明遮蔽材 |
| JP2018505421A (ja) * | 2014-11-28 | 2018-02-22 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 高計数率シンチレーション検出器 |
-
2002
- 2002-09-11 JP JP2002264969A patent/JP2003183637A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006234773A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Japan Atomic Energy Agency | ガラス状化イメージングプレート |
| JP4587843B2 (ja) * | 2005-02-28 | 2010-11-24 | 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 | ガラス状化イメージングプレート |
| JP2007024629A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Japan Atomic Energy Agency | 低ガンマ線感度化中性子及び粒子線用イメージングプレート |
| WO2007077939A1 (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Riken | 中性子検出器 |
| JP2007183149A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Institute Of Physical & Chemical Research | 中性子検出器 |
| JP2012052070A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Rikkyo Gakuin | 熱蛍光体及びその製造方法 |
| JP2012052072A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Rikkyo Gakuin | 熱蛍光板状体、熱蛍光積層体、熱蛍光板状体の製造方法、及び熱蛍光積層体の製造方法 |
| JP2012052071A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Rikkyo Gakuin | 熱蛍光板状体、熱蛍光積層体、熱蛍光板状体の製造方法、及び熱蛍光積層体の製造方法、 |
| WO2012029951A1 (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-08 | 学校法人 立教学院 | 熱蛍光体及びその製造方法 |
| US8932488B2 (en) | 2010-09-03 | 2015-01-13 | Rikkyo Gakuin | Thermoluminescent phosphor and method of producing the same |
| JP2012127703A (ja) * | 2010-12-13 | 2012-07-05 | Tokuyama Corp | 指向性放射線検出器および透明遮蔽材 |
| WO2012081658A1 (ja) * | 2010-12-16 | 2012-06-21 | 株式会社トクヤマ | 中性子用シンチレーターおよび中性子検出器 |
| JP2012126854A (ja) * | 2010-12-16 | 2012-07-05 | Tokuyama Corp | 中性子用シンチレーターおよび中性子検出器 |
| US8809797B2 (en) | 2010-12-16 | 2014-08-19 | Tokuyama Corporation | Scintillator for neutrons and neutron detector |
| JP2018505421A (ja) * | 2014-11-28 | 2018-02-22 | フォルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 高計数率シンチレーション検出器 |
| US10451750B2 (en) | 2014-11-28 | 2019-10-22 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Scintillation detector with a high count rate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2494416C2 (ru) | Сцинтиллятор для детектирования нейтронов и нейтронный детектор | |
| RU2389835C2 (ru) | Pr-СОДЕРЖАЩИЙ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ МОНОКРИСТАЛЛ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ДЕТЕКТОР ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ОБСЛЕДОВАНИЯ | |
| Suzuki et al. | Fast and high-energy-resolution oxide scintillator: Ce-doped (La, Gd) 2Si2O7 | |
| TWI525228B (zh) | 閃爍器用石榴石型結晶及使用其之輻射線檢測器 | |
| US6921901B1 (en) | Lutetium yttrium orthosilicate single crystal scintillator detector | |
| JP2007517949A (ja) | 高輝度及び高速の中性子シンチレータ | |
| EP2565682B1 (en) | Scintillator for neutrons and neutron detector | |
| JP2003183637A (ja) | 中性子シンチレータ | |
| JP2006199727A (ja) | シンチレータおよびそれを用いた放射線検出器 | |
| JPWO2012121346A1 (ja) | 中性子線検出装置 | |
| WO2011115179A1 (ja) | 中性子検出用シンチレーター、中性子線検出器及び中性子線撮像装置 | |
| JPH0264008A (ja) | エツクス線及び／又はガンマ線の検出用のシンチレーターとして有用なランタニドケイ酸塩の単結晶 | |
| EP2636772B1 (en) | Colquiriite-type crystal, scintillator for neutron detection, and neutron radiation detector | |
| US20030062486A1 (en) | Neutron scintillator | |
| EP2679652A1 (en) | Scintillator for neutron detection, and neutron radiation detector | |
| WO2005021677A1 (ja) | 中性子シンチレータおよびその製造方法 | |
| JP2008239351A (ja) | 酸化物結晶の製造方法、酸化物結晶及びシンチレータ並びに検査器及び検査装置 | |
| JP5737978B2 (ja) | 中性子検出用シンチレーター及び中性子線検出器 | |
| WO2012105694A1 (ja) | 中性子線検出用シンチレーター及び中性子線検出装置 | |
| Shah et al. | LaBr/sub 3: Ce scintillators for gamma ray spectroscopy | |
| Lecoq | New scintillating crystals for PET scanners | |
| JPH06316494A (ja) | シンチレーター用単結晶 | |
| Yanagida et al. | Evaluation of properties of YAG (Ce) ceramic crystal scintillators | |
| Ryzhikov et al. | Studies of effects of isovalent dopants on spectral-kinetic and scintillation characteristics of zinc selenide | |
| SCINTILLATOR | I lllll llllllll Ill lllll lllll lllll lllll lllll 111111111111111111111111111111111 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031201 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040316 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050825 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20080421 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080513 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080930 |