JP2005075916A - Neutron scintillator and method for preparing the same - Google Patents

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Hirohiko Shimizu
裕彦 清水
Tomohiro Adachi
智宏 安達
Kenji Sakai
健二 酒井
Shoichi Hosoya
正一 細谷
Mitsuru Ishii
満 石井
Tadanori Asai
宰里 浅井
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DAIICHI KIDEN KK
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Dai Ichi Kiden Co Ltd
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Dai Ichi Kiden Co Ltd
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    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/12—Compositions for glass with special properties for luminescent glass; for fluorescent glass

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a neutron scintillator formed thinner in structure than conventional neutron scintillators, and better than the conventional Li-based scintillator in gamma ray sensitivity and in position resolution. <P>SOLUTION: For the preparation of the neutron scintillator, which is in the form of glass wherein Ce is added to an oxide mainly comprising B and Li, the starting material which is a mixture of Li<SB>2</SB>B<SB>4</SB>O<SB>7</SB>and CeO<SB>2</SB>is heated at ≥950°C and kept for ≥1 hour, and is cooled. The cooling rate is ≥150°C/sec in the range from 800°C to 400°C. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、中性子シンチレータおよびその製造方法に関し、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のための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およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a neutron scintillator and a method for manufacturing the neutron scintillator, and more particularly to a neutron scintillator suitable for use as a scintillator in a scintillation detector for a neutron detector used in a neutron scattering experiment and the like, and a method for manufacturing the neutron scintillator.

なお、シンチレータとは、放射線が当たったときには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。   Note that the scintillator is a substance that absorbs the radiation and emits fluorescence when irradiated with radiation. In this specification, particularly, when the neutron hits, the scintillator absorbs the neutron and emits fluorescence. The substance is called a neutron scintillator.

現在、世界各国において、各種の物質の物性研究や原子核に関する基礎実験のために、新しい大強度パルス中性子源の建設が進行中である。こうした次世代の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、現在稼働している現状の中性子源と比較すると２〜３桁は大きくなる。   Currently, construction of a new high-intensity pulsed neutron source is underway in various countries around the world for the study of physical properties of various materials and basic experiments on nuclei. The intensity of the neutron beam generated by such a next-generation high-intensity pulsed neutron source is two to three orders of magnitude higher than the current neutron source that is currently in operation.

一方、中性子光学素子が日本を中心に開発されており、それを組み合わせることにより、中性子実験装置領域での実効的なビーム強度は、最終的には、５〜６桁まで大きくなると考えられている。   On the other hand, neutron optical elements have been developed mainly in Japan, and by combining them, the effective beam intensity in the neutron experimental device region will eventually increase to 5 to 6 digits. .


ところで、これまで中性子散乱実験で用いられている汎用的な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とが知られている。
However, so far as the general neutron detector that is used in neutron scattering experiments, 3 He gas 3 He gas detector using and the scintillation detector using a neutron scintillator it is known.

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、中性子吸収断面積の大きな３Ｈｅ、６Ｌｉ、１０Ｂ、１１３Ｃｄ、１５５Ｇｄ、１５７Ｇｄが知られているが、現在は、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。汎用的な３Ｈｅガス検出器の中性子計数率は１０４〜１０５／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。 Here, since neutrons have no charge, a converter that converts neutrons into charged particles or gamma rays is necessary to detect neutrons. As neutron converters, 3 He, 6 Li, 10 B, 113 Cd, 155 Gd, and 157 Gd, which have a large neutron absorption cross section, are known, but because of their low sensitivity to gamma rays, A 3 He gas detector, which is a neutron detector using 3 He gas, is mainly used. The general-purpose 3 He gas detector has a neutron count rate of about 10 4 to 10 5 / sec and low sensitivity to gamma rays, so the 3 He gas detector almost completely distinguishes neutron signals from gamma ray signals. can do.


一方、シンチレーション検出器は１０６／ｓｅｃ程度の計数能力を有するものの、固体のため密度が大きくなり、ガンマ線に対する感度が高くなってしまい、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。
On the other hand, although the scintillation detector has a counting capability of about 10 6 / sec, since it is a solid, the density becomes large and the sensitivity to gamma rays becomes high, and the cases used in actual neutron scattering experiments have been limited. .

しかしながら、現在も建設が進められている次世代の大強度パルス中性子源が稼働すると、３Ｈｅガス検出器の計数能力では中性子の多くを数え落としてしまうという問題がある。特に、中性子波長が短波長領域になるに従い、その傾向は顕著になる。 However, when the next-generation high-intensity pulsed neutron source, which is still under construction, operates, there is a problem that the counting capacity of the 3 He gas detector counts off most of the neutrons. In particular, this tendency becomes more prominent as the neutron wavelength becomes shorter.

従って、大強度パルス中性子源での中性子計数に対応でき、ガンマ線識別が十分実用に耐えうるシンチレーション検出器の開発が強く望まれている。そして、その実現には、シンチレータ素材の開発が最重要課題となっている。   Therefore, development of a scintillation detector that can cope with neutron counting with a high-intensity pulsed neutron source and that can sufficiently identify gamma rays in practical use is strongly desired. And the development of scintillator material has become the most important issue for its realization.


ところで、ＣｄならびにＧｄなどの重元素からなるシンチレータは高密度であり、中性子検出に対しガンマ線を用いることが多いため、バックグランドとなるガンマ線に対しても感度が高くなり、特殊な場合を除いて中性子散乱実験には適していない。
By the way, scintillators made of heavy elements such as Cd and Gd have a high density and often use gamma rays for detecting neutrons. Therefore, the sensitivity to background gamma rays is increased, except for special cases. Not suitable for neutron scattering experiments.

一方、ＬｉならびにＢは、中性子検出に〜ＭｅＶの荷電粒子生成反応を用いるため、ガンマ線感度に関係なく、シンチレーター素材を選別することができる。特に、Ｂは、同量のＬｉに対して約４倍の中性子検出効率が期待できるため、より薄いシンチレーターを作成することが可能になり、このためガンマ線感度や位置分解能の点で非常に有利になるので、理想的な中性子コンバーターということができる。   On the other hand, Li and B use a ~ MeV charged particle generation reaction for neutron detection, so that scintillator materials can be selected regardless of gamma ray sensitivity. In particular, B can expect a neutron detection efficiency about 4 times that of the same amount of Li, making it possible to create a thinner scintillator, which is very advantageous in terms of gamma-ray sensitivity and position resolution. Therefore, it can be called an ideal neutron converter.

しかしながら、Ｂは、生成される荷電粒子エネルギーが市販のＬｉガラス（Ｌｉ−Ｇｌａｓｓ）の半分程度であり、発光出力の点では不利とみなされており、従来の中性子シンチレータの殆どは、Ｌｉをコンバーターとして用いている。   However, B is considered to be disadvantageous in terms of light emission output because the generated charged particle energy is about half that of commercially available Li glass (Li-Glass), and most conventional neutron scintillators convert Li into a converter. It is used as.


ここで、現在実用化されている中性子シンチレータの代表としては、例えば、ＬｉＦ／ＺｎＳがある。この中性子シンチレータは、高い発光量を持ち（図１参照）、取り扱いにも優れているものの、不透明で発光寿命（〜１μｓｅｃ）も遅いため、検出効率や計数能力に限界が生じ、次世代大強度パルス中性子源には適さないものといえる。
Here, representative examples of neutron scintillators currently in practical use include LiF / ZnS. Although this neutron scintillator has a high light emission (see Fig. 1) and is excellent in handling, it is opaque and has a slow light emission lifetime (~ 1 µsec). It can be said that it is not suitable for a pulsed neutron source.

また、ＹやＧｄなどの希土類元素（Ｒ）で構成したＬｉ−Ｂ−Ｒ（Ｒは、ＹやＧｄなどの希土類元素である。）化合物に少量のＣｅを添加した酸化物単結晶も多数開発されているが、ガンマ線感度や光量の問題などで、未だ実用化には至っていない。   In addition, many oxide single crystals in which a small amount of Ce is added to a Li—B—R (R is a rare earth element such as Y or Gd) compound composed of rare earth elements (R) such as Y and Gd have been developed. However, it has not yet been put into practical use due to problems with gamma ray sensitivity and light intensity.

酸化物化合物中でも、ガンマ線感度が低いと見積もられる軽元素のみで構成されたものとして、ＬｉＢＯ３ならびにＬｉ２Ｂ４Ｏ７化合物があげられるが、中性子による発光が極めて小さい。さらに、これらにＣｅを添加した単結晶では、結晶中に固溶するＣｅは極めて少量であり、中性子による発光が小さく、実用化は困難である。 Among oxide compounds, LiBO 3 and Li 2 B 4 O 7 compounds can be cited as being composed only of light elements that are estimated to have low gamma-ray sensitivity, but neutron emission is extremely small. Furthermore, in single crystals in which Ce is added to these, the amount of Ce dissolved in the crystal is very small, light emission by neutrons is small, and practical application is difficult.

一方、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７化合物にＣｕやＮｉなどの賦活剤を添加して単結晶を作成し、これを中性子シンチレータとする試みがなされているが（例えば、特許文献１参照。）、この結晶では発光が比較的小さい。
特開２００３−１８３６３７号公報 On the other hand, an attempt has been made to make a single crystal by adding an activator such as Cu or Ni to a Li 2 B 4 O 7 compound and to use this as a neutron scintillator (see, for example, Patent Document 1). Crystals emit relatively little light.
JP 2003-183637 A

ところで、賦活剤としてのＣｅを加え易くするために、Ｌｉ酸化物のホスト物質をガラス状にする方法もとられている（例えば、非特許文献１参照。）。このＬｉガラスシンチレータは、光量も比較的大きく、透明なために中性子反応ピークを識別し易く、シグナル／ノイズ 比や中性子検出効率の点で優れている。
ＮＵＣＬＥＡＲ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ７５ （１９６９） ３５−４２ Ａ．Ｒ．ＳＰＯＷＡＲＴ，“ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＯＦ ＴＨＥ ＡＢＳＯＬＵＴＥ ＳＣＩＮＴＩＬＬＡＴＩＯＮ ＥＦＩＣＩＥＮＣＹ ＯＦ ＧＲＡＮＵＬＡＲ ＡＮＤ ＧＬＡＳＳ ＮＥＵＴＲＯＮ ＳＣＩＮＴＩＬＬＡＴＯＲＳ” By the way, in order to make it easy to add Ce as an activator, a method in which a host material of Li oxide is made into a glass is used (for example, see Non-Patent Document 1). Since this Li glass scintillator has a relatively large amount of light and is transparent, it is easy to identify neutron reaction peaks, and is excellent in terms of signal / noise ratio and neutron detection efficiency.
NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS 75 (1969) 35-42 A. R. SPOWART, “MEASUREMENT OF THE ABSOLUTE SCINTILLATION EFICIENCY OF GRANURAL AND GLAST NEUTRON SCINTILLATORS”

しかしながら、ＬｉガラスシンチレータはＬｉ含有量が少なく、特に短波長領域で高い検出効率を得ようとすると厚くなるため、ガンマ線感度や位置分解能の点で限界が生じてくるという問題点があった。   However, the Li glass scintillator has a small Li content, and becomes thick when trying to obtain a high detection efficiency particularly in a short wavelength region, so that there is a problem that a limit arises in terms of gamma ray sensitivity and position resolution.


そこで、ＬｉＢＯ３やＬｉ２Ｂ４Ｏ７結晶をガラス化して、賦活剤のＣｅの量を調整することにより、中性子による発光出力を大きくしシンチレーター特性を向上しようとする試みがなされている（例えば、非特許文献２参照。）。
細谷 正一、「中性子ビームの多角的利用」ワークショップ報告書、ＫＵＲＲＩ−ＫＲ−７８、ｐ１５−ｐ２０、「高速中性子シンチレータの開発」
Therefore, attempts have been made to increase scintillator characteristics by increasing the luminescence output by neutrons by vitrifying LiBO 3 or Li 2 B 4 O 7 crystals and adjusting the amount of Ce as an activator (for example, Non-patent document 2).
Shoichi Hosoya, “Diversified use of neutron beams” workshop report, KURRI-KR-78, p15-p20, “Development of fast neutron scintillators”

この非特許文献２に開示されたホストとなるガラスは、Ｌｉ２Ｏと２Ｂ２Ｏ３の混合物であり、定量的にはＢ２Ｏ３が６６ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏが３４ｍｏｌ％含有した組成である。 The glass used as the host disclosed in Non-Patent Document 2 is a mixture of Li 2 O and 2B 2 O 3 , and quantitatively has a composition containing 66 mol% B 2 O 3 and 34 mol% Li 2 O. is there.

しかしながら、これらのシンチレータは、Ｌｉガラスシンチレーターに比べて、発光出力はまだ小さい。また、たとえ発光出力が大きくなっても、Ｌｉを主な中性子コンバーター核とする限り、中性子検出特性の観点からはＬｉガラスに比べて大きな向上は期待できないものであった。   However, these scintillators still have a small light output compared to Li glass scintillators. In addition, even if the light output is increased, as long as Li is the main neutron converter nucleus, no significant improvement can be expected from the viewpoint of neutron detection characteristics compared to Li glass.

本発明は、上記した従来の技術の種々の問題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、従来の中性子シンチレータに比べてより薄く構成することができ、かつ、従来のＬｉベースシンチレータに比べてガンマ線感度や位置分解能の点で優れた中性子シンチレータおよびその製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the various problems of the above-described conventional technology. The object of the present invention is to make it thinner than a conventional neutron scintillator, and the conventional Li It is an object of the present invention to provide a neutron scintillator and a method for manufacturing the neutron scintillator that are superior in terms of gamma ray sensitivity and position resolution as compared with a base scintillator.

上記目的を達成するために、本発明は、Ｂを中性子コンバーターのベースにしたガラスシンチレータたる中性子シンチレータを実現しようとするものである。   In order to achieve the above object, the present invention aims to realize a neutron scintillator that is a glass scintillator using B as the base of a neutron converter.

ここで、Ｂは、同量のＬｉに対して約４倍の中性子検出効率が期待できるため、より薄いシンチレータを作成することが可能になり、従来のＬｉベースシンチレーターに比べて、ガンマ線感度や位置分解能の点で優れた中性子シンチレータを得ることができる。   Here, since B can expect a neutron detection efficiency about 4 times that of Li of the same amount, it becomes possible to create a thinner scintillator. Compared with a conventional Li-based scintillator, gamma ray sensitivity and position A neutron scintillator excellent in terms of resolution can be obtained.

実際のところ、次世代パルス中性子源に実用可能な中性子検出器の開発にとって、優れた中性子シンチレータ開発は最重要課題とされ、本発明は有力なシンチレーター素材を提供することができる。   In fact, the development of an excellent neutron scintillator is the most important issue for the development of a neutron detector that can be used in a next-generation pulsed neutron source, and the present invention can provide a powerful scintillator material.


ところで、上記したように、中性子検出のためのシンチレータには、中性子の吸収率が大きいＢおよびＬｉで構成され、中性子によって発する蛍光を外部に取り出すために、光学的には透明な材料をホストとする酸化物が必要である。さらにまた、このホスト材料に中性子による蛍光を発する賦活剤を含むことが必要である。
By the way, as described above, the scintillator for detecting neutrons is composed of B and Li, which have a high neutron absorption rate, and an optically transparent material is used as a host in order to extract fluorescence emitted by the neutrons to the outside. An oxide is required. Furthermore, it is necessary that this host material contains an activator that emits fluorescence by neutrons.

しかしながら、これまでの研究によれば、Ｂ−Ｌｉ−Ｏ化合物では、ホスト材料が単結晶の場合においてＣｅやＣｕを賦活剤にしたとき、その濃度が０．２％以上を固溶することができず発光量が小さいことが知られている（参考文献：Ｎ．Ｓｅｎｇｕｔｔｕｖａ ｅｔ ａｌ．， Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ ４８６ （２００２） ２６４−２６７）。   However, according to previous studies, in the case of B-Li-O compounds, when the host material is a single crystal, when Ce or Cu is used as an activator, its concentration can be 0.2% or more. It is known that the amount of luminescence cannot be achieved (reference document: N. Sengutuva et al., Nuclear Instruments and methods in Physics Research A 486 (2002) 264-267).


そこで、本発明においては、Ｂ−Ｌｉ−Ｏからなるホスト材を光学特性を損なうことのないガラスにより構成して、賦活剤となるＣｅを多く含ませるようにしたものである。
Therefore, in the present invention, the host material made of B—Li—O is made of glass that does not impair the optical characteristics, and contains a large amount of Ce as an activator.

即ち、シンチレータは、例えば、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２ＯおよびＣｅＯ２を出発原料として構成され、これらを高温で溶解した後に急速冷却してガラスとしたものである。 That is, the scintillator is made of, for example, B 2 O 3 , Li 2 O and CeO 2 as starting materials, and these are melted at a high temperature and then rapidly cooled to form glass.

このようにして作成したＢ−Ｌｉ−Ｃｅ酸化物ガラスは、光学的特性を損なうことなく、賦活剤のＣｅのほかは重元素を含むことなく、中性子はガンマ線の識別性が良いシンチレータが得られる。   The B-Li-Ce oxide glass produced in this way can obtain a scintillator with good gamma ray discrimination without damaging optical properties, without containing heavy elements other than Ce as an activator. .

さらに、ここで得られるＢ−Ｌｉ−Ｃｅ酸化物ガラスは、例えば、Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−ＣｅＯ２の組成比を適切に選択することによって、光学特性のうち光吸収端波長を短い側に移行させることによって光学特性を改善し、中性子による発光出力を大きくすることができる。 Furthermore, where the resulting B-Li-Ce oxide glass is, for example, by selecting B 2 O 3 -Li 2 the O-CeO 2 composition ratio properly, short inner light absorption edge wavelength of the optical properties By shifting to the side, the optical characteristics can be improved, and the light emission output by neutrons can be increased.

さらにまた、製造条件を適切な条件に選ぶことにより、シンチレータの性能を大きく、さらに再現性がよいシンチレータを得ることができる。   Furthermore, a scintillator with high scintillator performance and good reproducibility can be obtained by selecting manufacturing conditions as appropriate.


ところで、シンチレータの特性としては、発光した蛍光を取り出すのに際して、物質には光学的に高い品質の特性が要求される。具体的には、シンチレータ中に添加したＣｅの発光に対して、シンチレータの光の吸収端ができるだけ短波長であり、かつ透過率が大であることが必要である。
By the way, as a characteristic of the scintillator, when taking out the emitted fluorescence, the substance is required to have an optically high quality characteristic. Specifically, it is necessary for the light absorption edge of the scintillator to be as short as possible and to have a high transmittance with respect to the light emission of Ce added to the scintillator.

ここにおいて、本願発明者は、シンチレータの発光出力がこれら光の吸収端や吸収率に影響され、さらにそれらはホストとなるＢ２Ｏ３の濃度に影響され、Ｂ２Ｏ３をさらに多く含むことによってさらにすぐれた特性のシンチレータになることを明らかにした。 Here, the inventor of the present application considers that the light emission output of the scintillator is affected by the absorption edge and absorption rate of these lights, and further, they are affected by the concentration of B 2 O 3 serving as a host, and contain more B 2 O 3. It became clear that it becomes a scintillator with even better characteristics.


本発明は、本願発明者の上記した知見に基づいてなされたものであり、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ＢおよびＬｉを主構成要素として構成した酸化物にＣｅを添加してガラスにしたものである。
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned findings of the inventor of the present application, and the invention described in claim 1 of the present invention is obtained by adding Ce to an oxide composed of B and Li as main components. Glass.

また、本発明のうち請求項１に記載の発明は、本発明のうち請求項２に記載の発明において、上記ガラスは、ＣｅＯ２が１０〜３０ｍｏｌ％含有されているようにしたものである。 The invention of claim 1 is the invention of claim 2 of the present invention, the glass is one that CeO 2 is as is contained 10 to 30 mol%.

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、上記ガラスは、ＢとＬｉとの組成比がＢ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ比で７５／２５〜９５／５モル比含有されているようにしたものである。 Further, the invention according to claim 3 of the present invention is the invention according to claim 1 or claim 2 of the present invention, wherein the glass has a composition ratio of B and Li of B. in 2 O 3 / Li 2 O ratio is obtained by the 75 / 25-95 / 5, as is the molar ratio.

また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、出発原料としてＬｉ２Ｂ４Ｏ７とＣｅＯ２とを混合した後に、少なくとも９５０℃以上の温度で加熱して１時間以上保持し、その後に８００〜４００℃の温度の間を１５０℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却して製造するようにしたものである。 The invention according to claim 4 of the present invention comprises mixing Li 2 B 4 O 7 and CeO 2 as starting materials, and then heating at a temperature of at least 950 ° C. and holding for 1 hour or more, Further, it is manufactured by cooling between 800 and 400 ° C. at a rate of 150 ° C./sec or more.

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、出発原料としてＢ２Ｏ３とＬｉ２ＣＯ３とＣｅＯ２とを混合し、その後に少なくとも９５０℃以上の温度で加熱して１時間以上保持した後に、８００〜４００℃の温度の間を１５０℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却して中性子シンチレータを製造するようにしたものである。 In the invention according to claim 5 of the present invention, B 2 O 3 , Li 2 CO 3 and CeO 2 are mixed as starting materials, and then heated at a temperature of at least 950 ° C. for 1 hour or more. After holding, the neutron scintillator is manufactured by cooling between 800 and 400 ° C. at a rate of 150 ° C./sec or more.

また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、出発原料としてＬｉ２Ｂ４Ｏ７にＢ２Ｏ３を加えてＢ−Ｌｉガラスを作製し、上記作製したＢ−Ｌｉガラスを室温で粉砕し、出発原料として上記粉砕したＢ−ＬｉガラスとＣｅＯ２とを混合した後に、少なくとも９５０℃以上の温度で加熱して１時間以上保持し、その後に８００〜４００℃の温度の間を１５０℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却して中性子シンチレータを製造するようにしたものである。 The invention of claim 6 of the present invention, the Li 2 B 4 O 7 was added to B 2 O 3 to produce a B-Li glass as a starting material, at room temperature B-Li glass prepared above After pulverizing and mixing the pulverized B-Li glass and CeO 2 as a starting material, the mixture is heated at a temperature of at least 950 ° C. and held for 1 hour or more, and then the temperature between 800 to 400 ° C. is 150 ° C. A neutron scintillator is manufactured by cooling at a rate of at least ° C./sec.

また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項４、請求項５または請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記出発原料を室温以上で加熱、溶解ならびに冷却中は、還元ガス雰囲気で行うようにしたものである。   The invention according to claim 7 of the present invention is the invention according to any one of claims 4, 5 or 6 of the present invention, wherein the starting material is heated above room temperature, During melting and cooling, it is performed in a reducing gas atmosphere.

また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項４、請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記出発原料をカーボンるつぼに投入して加熱ならびに溶解を行うようにしたものである。   The invention according to claim 8 of the present invention is the invention according to any one of claims 4, 5, 6 or 7, wherein the starting material is carbon. It is put into a crucible and heated and melted.

また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項４、請求項５、請求項６、請求項７または請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記中性子シンチレータを室温に冷却した後に、５００℃以下の温度で少なくとも２時間以上熱処理するようにしたものである。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 4, 5, 6, 7, or 8. The neutron scintillator is cooled to room temperature and then heat-treated at a temperature of 500 ° C. or lower for at least 2 hours.

また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、本発明のうち請求項９に記載の発明において、上記５００℃以下の温度で少なくとも２時間以上熱処理した後に、３００〜５００℃の温度において還元性雰囲気で少なくとも３０分以上保持して熱処理するようにしたものである。   The invention according to claim 10 of the present invention is the invention according to claim 9 of the present invention, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or lower for at least 2 hours, and then at a temperature of 300 to 500 ° C. The heat treatment is performed by holding in a reducing atmosphere for at least 30 minutes or more.

本発明は、以上説明したように構成されているので、従来の中性子シンチレータに比べてより薄く構成することができ、かつ、従来のＬｉベースシンチレータに比べてガンマ線感度や位置分解能の点で優れた中性子シンチレータおよびその製造方法を提供することができるという優れた効果を奏する。   Since the present invention is configured as described above, it can be configured thinner than conventional neutron scintillators, and is superior in terms of gamma ray sensitivity and position resolution compared to conventional Li-based scintillators. There is an excellent effect that a neutron scintillator and a manufacturing method thereof can be provided.

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およびその製造方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。   Hereinafter, an example of an embodiment of a neutron scintillator and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.


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、主としてＢとＬｉにより構成した酸化物で、これにＣｅを添加して構成した光学的に透明なガラスである。このガラスは、例えば、Ｂ２Ｏ３とＬｉ２Ｏとのモル比が７８／２８以上であり、これにＣｅＯ２を１０〜３０ｍｏｌ％を含むことが好ましい。
The neutron scintillator according to an example of the embodiment of the present invention is an optically transparent glass composed of an oxide mainly composed of B and Li and added with Ce. In this glass, for example, the molar ratio of B 2 O 3 and Li 2 O is 78/28 or more, and it is preferable that this glass contains 10 to 30 mol% of CeO 2 .


なお、本明細書においては、ＢおよびＬｉにより構成した酸化物ガラスを「Ｂ−Ｌｉガラス（Ｂ−Ｌｉ−Ｇｌａｓｓ）」と称することとし、Ｂ−ＬｉガラスにＣｅを添加したＢ、ＬｉおよびＣｅを含むガラスを「Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラス（Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅ−Ｇｌａｓｓ）」と称することとする。
In the present specification, an oxide glass composed of B and Li is referred to as “B-Li glass (B-Li-Glass)”, and B, Li, and Ce obtained by adding Ce to B-Li glass are used. The glass containing is referred to as "B-Li-Ce glass (B-Li-Ce-Glass)".

こうした本発明による中性子シンチレータ、即ち、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスよりな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。   Such a neutron scintillator according to the present invention, that is, a neutron scintillator made of B-Li-Ce glass, can be produced by, for example, the production methods shown in Examples 1 and 2 below.


１．製造方法
１−１．実施例１（ＣｅＯ２添加Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７ガラス）
実施例１は、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの一例として、ＬｉとＢとの比がＬｉ２Ｏと２Ｂ２Ｏ３となる分子式Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７に対して、ＣｅをＣｅＯ２の状態で添加して構成したＣｅＯ２添加Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７ガラスよりなる中性子シンチレータであり、以下にその製造方法を説明する。
1. Manufacturing method 1-1. Example 1 (CeO 2 -added Li 2 B 4 O 7 glass)
In Example 1, as an example of B-Li-Ce glass, Ce is in the state of CeO 2 with respect to the molecular formula Li 2 B 4 O 7 in which the ratio of Li to B is Li 2 O and 2B 2 O 3. It is a neutron scintillator made of CeO 2 -added Li 2 B 4 O 7 glass that is added and configured, and its manufacturing method will be described below.


図２には、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスを製造する際に用いる電気溶解ガラス作製装置の一例の概略構成が示されている。
FIG. 2 shows a schematic configuration of an example of an electromelting glass manufacturing apparatus used when manufacturing B-Li-Ce glass.

この電気溶解ガラス作製装置は、従来より公知の構造を備えたものであるので、その構成ならびに作用に関する詳細な説明は省略するが、符号１２は原料２６（後述する。）を加熱するヒーターを示し、符号１４は炉心管を示し、符号１６はイソライト耐火物を示し、符号１８はフランジを示し、符号２０は流量計を示し、符号２２はＡｒ＋Ｈ２ガス流入口を示し、符号２４は原料１８が投入されるカーボンるつぼを示し、符号２６はヒーター１２により加熱して溶解させる原料を示し、符号２８はカーボンるつぼ２４を支持するるつぼ台を示し、符号３０はるつぼ台２８を支持する支持棒を示し、符号３２は支持棒３０を矢印Ａ方向（上方向）および矢印Ｂ方向（下方向）に上下動する駆動機構を示す。 Since this electromelting glass manufacturing apparatus has a conventionally known structure, a detailed description of its configuration and operation is omitted, but reference numeral 12 denotes a heater for heating the raw material 26 (described later). , 14 represents a core tube, 16 represents an isolite refractory, 18 represents a flange, 20 represents a flow meter, 22 represents an Ar + H 2 gas inlet, 24 represents a raw material 18 Reference numeral 26 denotes a carbon crucible to be charged, reference numeral 26 denotes a raw material heated and melted by the heater 12, reference numeral 28 denotes a crucible base that supports the carbon crucible 24, and reference numeral 30 denotes a support bar that supports the crucible base 28. Reference numeral 32 denotes a drive mechanism that moves the support rod 30 up and down in the direction of arrow A (upward) and in the direction of arrow B (downward).


本発明によるＣｅＯ２添加Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７ガラスは、上記した電気溶解ガラス作製装置を用いて、原料２６を高温で溶解した後に急冷することにより作製される。ガラスの溶解雰囲気は、Ａｒに２〜５％のＨ２を混合した還元ガスである。
The CeO 2 -added Li 2 B 4 O 7 glass according to the present invention is produced by rapidly cooling the raw material 26 after melting it at a high temperature using the above-described electromelting glass producing apparatus. The melting atmosphere of the glass is a reducing gas in which Ar is mixed with 2 to 5% H 2 .

より詳細には、原料２６としての出発原料のＬｉ２Ｂ４Ｏ７は、純度が９９．９９％の高純度で、これに市販の９９．９％のＣｅＯ２を用いた。このＬｉ２Ｂ４Ｏ７原料は粉末状であり、分子式からその組成比はＢ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝６６／３４である。 More specifically, the starting material Li 2 B 4 O 7 as the raw material 26 had a high purity of 99.99%, and commercially available 99.9% CeO 2 was used for this. This Li 2 B 4 O 7 raw material is in powder form, and the composition ratio is B 2 O 3 / Li 2 O = 66/34 from the molecular formula.

ガラスの作成は、全量が１１ｇで予め所定の組成になるように、それぞれの原料を計算・秤量した後に、プラスチック製のボールミルで３０分間均一になるように混合した。即ち、ＣｅＯ２が１０ｍｏｌ％では、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７は９．８８ｇ、ＣｅＯ２は１．１２ｇ秤量した。また、ＣｅＯ２が２０ｍｏｌ％では、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７は８．７７ｇ、ＣｅＯ２は２．２３ｇ秤量した。 For the preparation of the glass, each raw material was calculated and weighed so that the total amount was 11 g and a predetermined composition was obtained, and then mixed with a plastic ball mill for 30 minutes so as to be uniform. That is, when CeO 2 was 10 mol%, 9.88 g of Li 2 B 4 O 7 and 1.12 g of CeO 2 were weighed. Moreover, the CeO 2 is 20mol%, Li 2 B 4 O 7 is 8.77 g, CeO 2 was 2.23g weighed.


上記したように、ガラスの溶解にはカーボンるつぼ２４を使用するが、そのカーボンるつぼ２４の寸法は、例えば、直径がφ３０ｍｍ、高さが３０ｍｍである。
As described above, the carbon crucible 24 is used for melting the glass. The dimensions of the carbon crucible 24 are, for example, a diameter of 30 mm and a height of 30 mm.

このカーボンるつぼ２４は、るつぼ台２８により支持されているが、このるつぼ台２８は、例えば、アルミナセラミックスの板により形成することができる。   The carbon crucible 24 is supported by a crucible base 28. The crucible base 28 can be formed by an alumina ceramic plate, for example.

るつぼ台２８を支持する支持棒３０は、駆動機構３２により矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に移動可能であるので、カーボンるつぼ２４が炉心管１４内に位置する図２に示す状態から、駆動機構３２により支持棒３０を矢印Ｂ方向に移動させて、カーボンるつぼ２４を炉心管１４外に位置させることにより、カーボンるつぼ２４を急速冷却することができる。   Since the support rod 30 that supports the crucible base 28 can be moved in the directions of arrow A and arrow B by the drive mechanism 32, the drive mechanism 32 starts from the state shown in FIG. 2 where the carbon crucible 24 is located in the core tube 14. Thus, the carbon crucible 24 can be rapidly cooled by moving the support rod 30 in the direction of arrow B and positioning the carbon crucible 24 outside the core tube 14.


ここで、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスを製造するには、ヒーター１２により炉心管１４内を予め１０５０℃に加熱するとともに１０５０℃に保持し、かつ、炉内を還元性雰囲気に保っておく。
Here, in order to manufacture B-Li-Ce glass, the inside of the furnace core tube 14 is preliminarily heated to 1050 ° C. by the heater 12 and held at 1050 ° C., and the inside of the furnace is kept in a reducing atmosphere.

このような状態において、駆動機構３２により支持棒３０を矢印Ａ方向（上方向）に移動することにより、炉心管１４外に位置するカーボンるつぼ２４を、図２に示すように炉心管１４内に位置させる。   In such a state, by moving the support rod 30 in the direction of arrow A (upward) by the drive mechanism 32, the carbon crucible 24 positioned outside the core tube 14 is moved into the core tube 14 as shown in FIG. Position.

そして、カーボンるつぼ２４の温度が８００℃で１０分、９５０℃で１０分保持した後、最終的には１１００℃に加熱して少なくとも1時間以上保持する。   And after hold | maintaining the temperature of the carbon crucible 24 at 800 degreeC for 10 minutes and 950 degreeC for 10 minutes, it finally heats to 1100 degreeC and hold | maintains it for at least 1 hour or more.

この長時間の保持は、原料２６の溶解中に発生するガスを除くための脱泡処理のためであり、さらに、添加するＣｅＯ２中のＣｅの原子価は４価であったが、長時間保持することによって原子価が３価になり、シンチレータとしては好ましい状態になるからである。 This long-time retention is due to the defoaming treatment for removing the gas generated during the dissolution of the raw material 26. Furthermore, the Ce valence in CeO 2 to be added was tetravalent, This is because the valence becomes trivalent by holding, and the scintillator is in a preferable state.


原料２６を溶解した後に、駆動機構３２により支持棒３０を矢印Ｂ方向（下方向）に降下させてカーボンるつぼ２４を急冷して、溶融したＬＢＯ原料をガラス化させる。このとき、冷却は少なくとも８００〜４００℃までの間を１５０℃/ｓｅｃ以上の速さで冷却させると、カーボンるつぼ２４中の原料２６は透明なガラスになる。冷却速度がこの速度よりも遅いとき、原料は結晶化したＬｉ２Ｂ４Ｏ７の析出物によって白濁して、透明なガラスにならない。反対に、冷却速度が著しく速いときには、原料は透明なガラスになるが、ひび割れして板状のガラスが得られない。
After the raw material 26 is dissolved, the support rod 30 is lowered in the direction of arrow B (downward) by the drive mechanism 32 to rapidly cool the carbon crucible 24 to vitrify the molten LBO raw material. At this time, if the cooling is performed at a rate of 150 ° C./sec or more at least between 800 and 400 ° C., the raw material 26 in the carbon crucible 24 becomes transparent glass. When the cooling rate is slower than this rate, the raw material becomes clouded by crystallized Li 2 B 4 O 7 precipitates and does not become transparent glass. On the other hand, when the cooling rate is remarkably high, the raw material becomes transparent glass, but it is cracked and a plate-like glass cannot be obtained.


この溶解に際しては、カーボンるつぼ２４の内面にＢＮをスプレーしておくと、ガラスがカーボンるつぼ２４の内面に濡れて付着することなく、板状のガラスをカーボンるつぼ２４から容易に取り外すことができる。
In this melting, if BN is sprayed on the inner surface of the carbon crucible 24, the plate-like glass can be easily removed from the carbon crucible 24 without the glass getting wet and adhering to the inner surface of the carbon crucible 24.


このようにして得られたガラスは、約φ３０ｍｍで厚さが６ｍｍであった。このガラスは、切断機を用いて「１０ｍｍ×１０ｍｍ」の正方形に切断し、さらに厚さが１ｍｍとなるようにスライスし、その後に両面が鏡面になるまで研磨して評価用サンプルとした。
The glass thus obtained had a diameter of about 30 mm and a thickness of 6 mm. This glass was cut into a square of “10 mm × 10 mm” using a cutting machine, further sliced so as to have a thickness of 1 mm, and then polished until both surfaces became mirror surfaces to obtain samples for evaluation.


なお、ガラスの歪みとりのための熱処理として、上記のようにして製造したガラスを室温に冷却した後に、５００℃以下の温度で少なくとも２時間以上熱処理するようにしてもよい。
As a heat treatment for removing the distortion of the glass, the glass produced as described above may be cooled to room temperature and then heat treated at a temperature of 500 ° C. or lower for at least 2 hours.

同様に、ガラスの歪みとりのための熱処理として、上記のように５００℃以下の温度で少なくとも２時間以上熱処理した後に、３００〜５００℃の温度において還元性雰囲気で少なくとも３０分以上保持して熱処理するようにしてもよい。   Similarly, as a heat treatment for removing distortion of glass, after heat treatment at a temperature of 500 ° C. or lower for at least 2 hours or more as described above, the heat treatment is performed at a temperature of 300 to 500 ° C. in a reducing atmosphere for at least 30 minutes or more You may make it do.


１−２．実施例２（Ｂ２Ｏ３とＬｉ２Ｏの比が６６／３４よりも大きいＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラス）
ＬＢＯガラスにＣｅを添加する場合に、出発原料にはＢ２Ｏ３とＬｉ２ＯおよびＣｅＯ２を用い、これらを混合して溶解するのが一般的であるが、このときＬｉ２Ｏは一般にはＬｉ２ＣＯ３を使用する。
1-2. Example 2 (large B-Li-Ce glass than B 2 O 3 and Li 2 O ratio of 66/34)
In the case of adding Ce to LBO glass, the B 2 O 3 and Li 2 O and CeO 2 used as the starting material, but dissolve as a mixture thereof is generally, at this time Li 2 O is generally Uses Li 2 CO 3 .

しかしながら、使用するＬｉ２ＣＯ３は、
Ｌｉ２ＣＯ３→Ｌｉ２Ｏ＋ＣＯ２
の分解反応によって、加熱中において約５００℃近傍でカーボンるつぼ２４内は泡だってくる。このために、溶解中は加熱を緩やかにして、急激な発生ガスによる泡の発生を防止することが必要である。 However, the Li 2 CO 3 used is
Li 2 CO 3 → Li 2 O + CO 2
Due to the decomposition reaction, the inside of the carbon crucible 24 becomes bubbles at about 500 ° C. during heating. For this reason, it is necessary to moderate the heating during dissolution to prevent the generation of bubbles due to a sudden generated gas.


Ｂ２Ｏ３とＬｉ２Ｏの比が、
Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝６６／３４
よりもＢ２Ｏ３が多い組成のガラスの作製では、出発原料としては、例えば、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７にＢ２Ｏ３を加え、さらにＣｅＯ２を加えて溶解することも可能であり、本発明においては、予めＬｉ２Ｂ４Ｏ７にＢ２Ｏ３を加えて最初にＢ−Ｌｉガラスを作成した。その後に、得られたＢ−Ｌｉガラスを室温で粉砕し、これにＣｅＯ２を加えて混合溶解してＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスを作成した。このように２段で溶解すると、ガラス組成は均一になる。
The ratio of B 2 O 3 and Li 2 O is
B 2 O 3 / Li 2 O = 66/34
In the production of a glass having a composition with more B 2 O 3 than the starting material, for example, B 2 O 3 can be added to Li 2 B 4 O 7 and further CeO 2 can be added and dissolved. In the present invention, B 2 Li 3 was added to Li 2 B 4 O 7 in advance to prepare B-Li glass first. Thereafter, the obtained B-Li glass was pulverized at room temperature, and CeO 2 was added thereto and mixed and dissolved to prepare a B-Li-Ce glass. Thus, when it melt | dissolves in two steps, a glass composition will become uniform.


作成するガラスの組成は、分子式が
ｘ（ｍＬｉ２Ｏ＋ｎＢ２Ｏ３）＋ｙＣｅＯ２
で表される組成に秤量した。ここでｘおよびｙ、ｍおよびｎはいずれもｍｏｌ％である。
The composition of the glass to be produced is such that the molecular formula is x (mLi 2 O + nB 2 O 3 ) + yCeO 2
Weighed to a composition represented by Here, x and y, m and n are all mol%.

予め計算した出発原料の重量および溶解に使用した原料の重量の一例を、図３として表に示した。   An example of the weight of the starting material calculated in advance and the weight of the starting material used for dissolution is shown in the table as FIG.

この図３に示す表について説明すると、Ｂ２Ｏ３が７８ｍｏｌ％、Ｌｉ２Ｏが２２ｍｏｌ％のＢ−Ｌｉ−ＯガラスにＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％加えるときの組成は、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７が５．８２ｇでＢ２Ｏ３が３．７０ｇであり、これを一次のＢ−Ｌｉガラスとする。二次溶解においては、これにＣｅＯ２を１．４８ｇ添加してＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスを作成した。 Referring to the table shown in FIG. 3, B 2 O 3 is 78 mol%, the composition when Li 2 O is added to CeO 2 20 mol% to 22 mol% of B-Li-O glass, Li 2 B 4 O 7 is It is 5.82 g and B 2 O 3 is 3.70 g, and this is the primary B-Li glass. In secondary melting, 1.48 g of CeO 2 was added thereto to prepare a B—Li—Ce glass.

このようにして作成したガラスは、切断機を用いて「１０ｍｍ×１０ｍｍ」の正方形に切断し、さらに厚さが１ｍｍとなるようにスライスし、その後に両面が鏡面になるまで研磨して評価用サンプルとした。   The glass thus prepared is cut into a square of “10 mm × 10 mm” using a cutting machine, further sliced to a thickness of 1 mm, and then polished until both surfaces become mirror surfaces for evaluation. A sample was used.


なお、製造に際してのシステム構成や加熱・冷却条件などの温度管理については実施例１と同様であるので、実施例１の記載を援用するものとして、重複する説明は省略する。
Since temperature management such as system configuration and heating / cooling conditions during manufacturing is the same as that in the first embodiment, the description of the first embodiment is used and redundant description is omitted.


３．評価
３−１．評価方法
上記した実施例１および実施例２により製造されたＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの評価用サンプルに中性子を照射して、シンチレーシヨン特性の評価を行ない、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの中性子シンチレータとしての性能を評価した。
3. Evaluation 3-1. Evaluation method The sample for evaluation of the B-Li-Ce glass produced in Example 1 and Example 2 described above was irradiated with neutrons to evaluate the scintillation characteristics, and as a neutron scintillator of B-Li-Ce glass The performance of was evaluated.

なお、中性子の照射には原子炉や大型の加速器が必要であるので、評価は主として２４１Ａｍから出るアルファ（α）線によって行ない、ついで中性子照射による確認実験を行うことにした。原子核−中性子反応から生ずる荷電粒子エネルギーは２．４ＭｅＶ（１０Ｂ）、４．８ＭｅＶ（６Ｌｉ）であるのに対して、２４１Ａｍからのアルファ線のエネルギーは５．５ＭｅＶである。それぞれの粒子によるＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの発光はほぼ比例すると考えられるから、アルファ線による測定は比較的容易であり、評価は効率的に行うことができる。 Since a nuclear reactor and a large accelerator are required for neutron irradiation, the evaluation was performed mainly by alpha (α) rays emitted from 241 Am, and then a confirmation experiment by neutron irradiation was performed. The charged particle energy resulting from the nucleus-neutron reaction is 2.4 MeV ( 10 B), 4.8 MeV ( 6 Li), whereas the energy of alpha rays from 241 Am is 5.5 MeV. Since the light emission of the B-Li-Ce glass by each particle is considered to be approximately proportional, the measurement by alpha rays is relatively easy, and the evaluation can be performed efficiently.


３−２．アルファ線および中性子による評価方法
測定は、５．５ＭｅＶのアルファ線を発するＲＩ（ラジオアイソトープ）の容量が５ＫＢｑの２４１Ａｍを用いた。
3-2. Evaluation method using alpha rays and neutrons Measurement was performed using 241 Am having a capacity of 5 KBq of RI (radioisotope) that emits 5.5 MeV alpha rays.

図４には、本発明によるＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線および中性子線によるシンチレータ特性評価に用いた蛍光出力測定システムの概要が示されている。なお、この蛍光出力測定システムは従来より公知のシステムであるので、その詳細な構成ならびに作用の説明は省略する。   FIG. 4 shows an outline of a fluorescence output measurement system used for scintillator characteristic evaluation of the B-Li-Ce glass according to the present invention using alpha rays and neutron rays. Since this fluorescence output measurement system is a conventionally known system, a detailed description of its configuration and operation is omitted.


図４を参照しながら評価方法の概要を説明すると、試料は光グリースを用いて光電子増倍管（ＰＭＴ）（型名：Ｈ６５２２、窓材：ＵＶガラス）の窓に貼り付けた。光電子増倍管は電圧１７００〜２２００Ｖを印加し、試料とＲＩとの距離は２ｍｍとした。測定した信号は、ＣＡＭＡＣクレート内の電荷積分方式ＡＤＣモジュール（ＬｅＣｒｏｙ:２２４９Ｗ）によって解析し、発光量を求めた。
The outline of the evaluation method will be described with reference to FIG. 4. The sample was attached to the window of a photomultiplier tube (PMT) (model name: H6522, window material: UV glass) using optical grease. The photomultiplier tube applied a voltage of 1700 to 2200 V, and the distance between the sample and RI was 2 mm. The measured signal was analyzed by a charge integration type ADC module (LeCroy: 2249W) in the CAMAC crate to obtain the light emission amount.

図５には、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線による発光スペクトルの測定結果の一例が示されている。この図５において、横軸は発光強さであってＣｈ（チャンネル）で表示しており、また、縦軸は各チャンネル間のパルスの頻度である。従って、図５に表れたピークの最大を示すときの横軸のチャンネル数が、試料の発光量に相当する。   FIG. 5 shows an example of the measurement result of the emission spectrum of the B-Li-Ce glass with alpha rays. In FIG. 5, the horizontal axis represents the light emission intensity and is expressed in Ch (channel), and the vertical axis represents the frequency of pulses between the channels. Therefore, the number of channels on the horizontal axis when indicating the maximum of the peak shown in FIG. 5 corresponds to the light emission amount of the sample.

なお、中性子による発光測定も、図４に示すシステムを用いて同様な評価方法で行った。ただし、中性子による発光測定の場合には、図４における２４１Ａｍ線源を外して、その代わりに中性子を照射して発光量を評価した。 In addition, the light emission measurement by neutron was also performed by the same evaluation method using the system shown in FIG. However, in the case of luminescence measurement with neutrons, the 241 Am radiation source in FIG. 4 was removed, and instead neutrons were irradiated to evaluate the amount of luminescence.


一方、発光パルスの時間特性の測定は、図４におけるデジタルオシロスコープ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ）に５０〜１００個程度の発光信号の波形を取り込み、平均化することで求めた。
On the other hand, the measurement of the time characteristic of the light emission pulse was obtained by taking the waveform of about 50 to 100 light emission signals into a digital oscilloscope (Digital Oscilloscope) in FIG.

図６には、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの蛍光減衰スペクトルの測定結果の一例が示されている。この図６において、横軸は時間であり、また、縦軸はパルスの強度である。   FIG. 6 shows an example of the measurement result of the fluorescence decay spectrum of B-Li-Ce glass. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents pulse intensity.

図６において、蛍光は鋭い立ち上がりと、その後の減衰の後、続いて緩やかな減衰が観察される。最初の急激な減衰は不明であるが、その後の緩やかな減衰はＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの中のＣｅによる蛍光の主たる減衰であり、蛍光の強度Ｉは、
Ｉ＝Ｉ０ｌｏｇ（−ｔ／τ)
で示す減衰曲線に従っている。ここでｔは時間、τは時間特性の程度を表す定数であり、τを減衰定数として評価した。 In FIG. 6, the fluorescence is observed to have a sharp rise followed by a slow decay followed by a slow decay. The initial rapid decay is unknown, but the subsequent slow decay is the main decay of fluorescence due to Ce in the B-Li-Ce glass, and the fluorescence intensity I is
I = I 0 log (−t / τ)
It follows the attenuation curve shown in. Here, t is time, τ is a constant representing the degree of time characteristics, and τ is evaluated as an attenuation constant.


３−３．評価結果
１）蛍光出力
Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスでは、アルファ線による発光が観察された。実験を行ったサンプルの組成を、「ｘ（ｍＢ２Ｏ３−ｎＬｉ２Ｏ）−ｙＣｅＯ２」で表示した。即ち、ｙは添加したＣｅＯ２の濃度（ｍｏｌ％）であり、残りはｘでＢ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏのホストガラスの量である。従って、ｘ量は「１−ｙ」となる。さらに、ホストとなるＬｉ−Ｂガラスの組成比はｍ／ｎであり、ｍｏｌ比（モル比）で表示している。
3-3. Evaluation result 1) Fluorescence output In the B-Li-Ce glass, light emission by alpha rays was observed. The composition of the sample in which the experiment was performed was represented by “x (mB 2 O 3 —nLi 2 O) -yCeO 2 ”. That is, y is the concentration (mol%) of the added CeO 2 , and the rest is the amount of B 2 O 3 —Li 2 O host glass with x. Therefore, the x amount is “1-y”. Furthermore, the composition ratio of the Li—B glass serving as the host is m / n, and is expressed in mol ratio (molar ratio).


図７〜図９は、代表的なＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスについて、アルファ線による発光のエネルギースペクトルを示す。
7 to 9 show energy spectra of light emission by alpha rays for a typical B-Li-Ce glass.

具体的には、図７（ａ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝６６／３４」であるものに、ＣｅＯ２を５ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、図７（ｂ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝６６／３４」であるものに、ＣｅＯ２を１０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、図７（ｃ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝６６／３４」であるものに、ＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示している。 Specifically, FIG. 7A shows a B-Li-Ce glass in which 5 mol% of CeO 2 is added to the host glass whose composition is “B 2 O 3 / Li 2 O = 66/34”. The measurement results are shown in FIG. 7B. FIG. 7B shows a B-Li-Ce glass in which 10 mol% of CeO 2 is added to the host glass whose composition is “B 2 O 3 / Li 2 O = 66/34”. FIG. 7 (c) shows the measurement results, and FIG. 7 (c) shows a B-Li-Ce glass in which the composition of the host glass is “B 2 O 3 / Li 2 O = 66/34” and 20 mol% of CeO 2 is added. The measurement results are shown.

また、図８（ａ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７２／２８」であるものに、ＣｅＯ２を１０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、図８（ｂ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７２／２８」であるものに、ＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示している。 FIG. 8A shows the measurement result of B-Li-Ce glass in which 10 mol% of CeO 2 is added to the composition of the host glass “B 2 O 3 / Li 2 O = 72/28”. FIG. 8B shows the measurement result of the B-Li-Ce glass in which the composition of the host glass is “B 2 O 3 / Li 2 O = 72/28” and 20 mol% of CeO 2 is added. Show.

さらに、図９（ａ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７８／２２」であるものに、ＣｅＯ２を５ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、図９（ｂ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７８／２２」であるものに、ＣｅＯ２を１０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、図９（ｃ）は、ホストガラスの組成が「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７８／２２」であるものに、ＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示している。 Further, FIG. 9A shows the measurement result of B-Li-Ce glass in which 5 mol% of CeO 2 is added to the composition of the host glass having “B 2 O 3 / Li 2 O = 78/22”. FIG. 9B shows the measurement result of the B-Li—Ce glass in which the composition of the host glass is “B 2 O 3 / Li 2 O = 78/22” and 10 mol% of CeO 2 is added. FIG. 9C shows the measurement result of the B-Li-Ce glass in which the composition of the host glass is “B 2 O 3 / Li 2 O = 78/22” and 20 mol% of CeO 2 is added. Show.

アルファ線による発光は、ＣｅＯ２濃度が高くなると著しく増加し、さらにホストガラス中のＢ２Ｏ３が増加しても発光出力が増加している。 The light emission by alpha rays increases remarkably as the CeO 2 concentration increases, and the light emission output increases even if B 2 O 3 in the host glass increases.


図１０は、上記した図７〜図９に示す測定結果および図７〜図９に示す場合とは異なるＣｅＯ２組成ならびにホストガラスの組成（Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ組成）で測定した場合の測定結果をまとめて示したグラフである。
FIG. 10 shows the measurement results shown in FIGS. 7 to 9 and the case of measuring with a CeO 2 composition different from the case shown in FIGS. 7 to 9 and the composition of the host glass (B 2 O 3 / Li 2 O composition). It is the graph which showed collectively the measurement result of.

この図１０に示すグラフを得るために、ＣｅＯ２組成については３０ｍｏｌ％まで、また、Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ組成については６６／３４、７２／２８、７８／２２、８４／１６および９０／１０について、それぞれ試料を作成し、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの発光出力のＣｅＯ２濃度およびＢ２Ｏ３の濃度依存性について測定した。 To obtain the graph shown in FIG. 10, up to 30 mol% for the CeO 2 composition and 66/34, 72/28, 78/22, 84/16 and 90 for the B 2 O 3 / Li 2 O composition. Each sample was prepared for / 10, and the CeO 2 concentration and the B 2 O 3 concentration dependency of the light emission output of the B—Li—Ce glass were measured.

その結果、発光強さはＣｅＯ２濃度が多くなるほど増加し、さらに、Ｂ２Ｏ３濃度が多くなるほど増加することが明らかになった。 As a result, it became clear that the emission intensity increases as the CeO 2 concentration increases, and further increases as the B 2 O 3 concentration increases.

なお、この実験では、Ｂ２Ｏ３がさらに多い「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝９５／５」についてもＣｅＯ２を加えて試料を作成したが、無色透明なガラスが得られなかった。 In this experiment, B 2 O 3 has been created a sample by adding CeO 2 also more often "B 2 O 3 / Li 2 O = 95/5 ", a colorless transparent glass was not obtained.


２）減衰特性
代表的なＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスについて、アルファ線および中性子による発光の減衰特性を測定し、その結果を図１１の表に示した。
2) Attenuation characteristics For typical B-Li-Ce glasses, the attenuation characteristics of light emission by alpha rays and neutrons were measured, and the results are shown in the table of FIG.

図１１に示す表の結果らからも理解されるように、Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの蛍光の減衰は添加したＣｅＯ２の濃度の増加とともに早くなり、さらにＢ２Ｏ３が増加すると大きくなる傾向を示した。 As understood from the results of the table shown in FIG. 11, the decay of the fluorescence of the B-Li-Ce glass becomes faster as the concentration of the added CeO 2 increases, and further increases as B 2 O 3 increases. showed that.

しかしながら、得られた減衰定数は３３〜４５ｎｓの範囲にあって、その値は比較的小さく、シンチレータとしては好ましい値であった。   However, the obtained attenuation constant was in the range of 33 to 45 ns, and its value was relatively small, which was a preferable value for a scintillator.


３）中性子検出特性
図１２に、中性子による蛍光の検出結果を示す。図１２の中性子による発光スペクトルから、Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏが８４／１６のとき、ＣｅＯ２が１０ｍｏｌ％および２０ｍｏｌ％では、発光強度はそれぞれ１４０ｃｈおよび１８８ｃｈであり、また、ＣｅＯ２が２０ｍｏｌ％では、Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏが７８／２２と８４／１６とでは、それぞれ１６４ｃｈと１８８ｃｈであった。
3) Neutron detection characteristics FIG. 12 shows the result of fluorescence detection by neutrons. From the neutron emission spectrum of FIG. 12, when B 2 O 3 / Li 2 O is 84/16, when CeO 2 is 10 mol% and 20 mol%, the emission intensity is 140 ch and 188 ch, respectively, and CeO 2 is 20 mol. %, B 2 O 3 / Li 2 O was 164 ch and 188 ch for 78/22 and 84/16, respectively.

このようにＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの中性子によるシンチレータ特性は、ＣｅＯ２の濃度が多くなるほど、またＢ２Ｏ３の濃度が高くなるほど、発光強度が大きくなっているのがわかる。 Thus, it can be seen that the neutron scintillator characteristics of B-Li-Ce glass increase in emission intensity as the concentration of CeO 2 increases and as the concentration of B 2 O 3 increases.


３−４．評価結果のまとめ
Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−ＣｅＯ２で作成したガラスに関して、良好なシンチレーシヨン特性を見出すことができた。
3-4. Summary of evaluation results Good scintillation characteristics were found for the glass made of B 2 O 3 —Li 2 O—CeO 2 .

まず、シンチレーシヨンの減衰速度は３５〜４５ｎｓとこれまでのＬｉガラスの７０ｎｓよりも速い。   First, the decay rate of scintillation is 35 to 45 ns, which is faster than 70 ns of conventional Li glass.

また、シンチレータの発光出力は、現在、最高の発光強度を示すと言われているＬｉＦ／ＺｎＳ：Ａｇよりも小さいが、Ｌｉガラスの約１０％程度の値を示した。中性子検出器としては、シンチレータの出力は大きいに越したことはないが、この出力は実用できるレベルにある。   Further, the light output of the scintillator is smaller than LiF / ZnS: Ag, which is currently said to have the highest light emission intensity, but is about 10% of that of Li glass. As a neutron detector, the output of the scintillator has never been large, but this output is at a practical level.

さらに、γ線との識別性を示す密度と実効原子番号の４乗の積がほぼ一桁（６．１＝１９／３．１）良い、中性子の吸収率が大きいＢ濃度が非常に多く含まれているなどの優れた特性を備えている。   In addition, the density of γ-rays and the fourth power of the effective atomic number are almost one digit (6.1 = 19 / 3.1), and the B concentration with a large neutron absorption rate is very high. It has excellent characteristics such as.

従って、これらの特徴から、本願発明者により発明されたＢ−Ｌｉ−Ｃｅシンチレータガラスは中性子検出器として実用化するための条件を十分備えていると結論できる。   Therefore, from these characteristics, it can be concluded that the B-Li-Ce scintillator glass invented by the present inventor has sufficient conditions for practical use as a neutron detector.


以上において説明したように、本発明によるＢ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−ＣｅＯ２で構成されるガラス（Ｂ−Ｌｉ−Ｃｅガラス）の発光パルスの巾は、３３〜４５ｎｓと従来のシンチレータよりも早く、その発光強度はやや小さいが実用化可能であり、さらにγ線と中性子線との識別性がＬｉガラスの６倍大きいことから、このシンチレータガラスを用いることにより、優れた中性子検出器を開発することが可能である。
As described above, the emission pulse width of the glass (B-Li-Ce glass) composed of B 2 O 3 —Li 2 O—CeO 2 according to the present invention is 33 to 45 ns, which is larger than that of the conventional scintillator. Early, its luminescence intensity is a little small, but it can be put to practical use. Furthermore, the discrimination between γ-rays and neutrons is 6 times larger than Li glass, so we developed an excellent neutron detector by using this scintillator glass. Is possible.


なお、上記したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの組成は、Ｂ２Ｏ３とＬｉ２Ｏの比が７５／２５〜９５／５の範囲で、これにＣｅＯ２を１０〜３０ｍｏｌ％含むガラス組成である。
In addition, the composition of the above-described B—Li—Ce glass is a glass composition in which the ratio of B 2 O 3 and Li 2 O is in the range of 75/25 to 95/5 and 10 to 30 mol% of CeO 2 is contained therein. .

しかしながら、Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏが９０／１０を超えてＢ２Ｏ３の濃度がさらに多くなるとガラスが作りにくく、実用的にはＢ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏが９０／１０の組成域が好ましい。 However, when B 2 O 3 / Li 2 O exceeds 90/10 and the concentration of B 2 O 3 is further increased, it is difficult to produce glass, and practically a composition of B 2 O 3 / Li 2 O is 90/10. A range is preferred.


このＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの作成では、出発原料としてＬｉ２Ｏ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｂ２Ｏ３ならびにＬｉ２Ｂ４Ｏ７を適宜に用いてこれらにＣｅＯ２を添加・混合し、これを９５０℃以上で１時間以上、溶解保持し、その後急速に冷却する。なお、冷却は８００〜４００℃の間を１５０℃／ｓｅｃの速度で行うと良好な特性のシンチレータが得られる。
In the preparation of this B-Li-Ce glass, Li 2 O, Li 2 CO 3 , B 2 O 3 and Li 2 B 4 O 7 are appropriately used as starting materials, and CeO 2 is added and mixed to them. Is dissolved and held at 950 ° C. or higher for 1 hour or longer, and then rapidly cooled. It should be noted that a scintillator with good characteristics can be obtained by cooling at a rate of 150 ° C./sec between 800 and 400 ° C.

さらに、ガラスの作成中は雰囲気を還元雰囲気とし、詳しくはＡｒまたはＮ２ガスに２％以上のＨ２を混合してガラスを作成すると、特性が良いシンチレータが得られる。 Furthermore, a scintillator with good characteristics can be obtained by making the atmosphere a reducing atmosphere during the production of glass, specifically, by producing glass by mixing 2% or more of H 2 with Ar or N 2 gas.


以上において詳細に説明したように、中性子シンチレータのガンマ線識別能力にとって、中性子の光量ピークを識別でき、シンチレータの密度を小さく厚さを薄くできることが重要である。中性子コンバーター核としてＢを多量に含み、光学的に透明な本発明の中性子シンチレータは、上記の条件を十分満たしている。Ｂコンバーター核を多量に含む性質は中性子検出効率を向上し、特に短波長側の中性子検出に有効に働く。現状ではＢは天然組成のものを用いているが、１０Ｂをエンリッチし、中性子検出を行えば、上記の利点はさらに特化され、熱外中性子領域で高い中性子検出効率を持った位置敏感型検出器が実現できる。
As described in detail above, it is important for the gamma ray discrimination ability of the neutron scintillator that the neutron light intensity peak can be discriminated and the scintillator density can be reduced and the thickness reduced. The neutron scintillator of the present invention that contains a large amount of B as a neutron converter nucleus and is optically transparent satisfies the above conditions sufficiently. The nature of containing a large amount of B converter nuclei improves the neutron detection efficiency and works particularly well for detecting neutrons on the short wavelength side. At present, B has a natural composition. However, if 10 B is enriched and neutron detection is performed, the above advantages will be further specialized, and position sensitive type with high neutron detection efficiency in the epithermal neutron region. A detector can be realized.

一方、本発明による中性子シンチレータは減衰速度が小さく、発光出力も実用できるレベルであるので、高強度の中性子の計数を十分行うことができ、次世代パルス中性子源に実用可能な中性子シンチレータを提供することができる。   On the other hand, the neutron scintillator according to the present invention provides a neutron scintillator that is capable of sufficiently counting high-intensity neutrons and practical for next-generation pulsed neutron sources because the neutron scintillator according to the present invention has a low decay rate and a light emission output that is practical. be able to.

各種材料よりなる中性子シンチレータの性能比較表である。It is a performance comparison table of neutron scintillators made of various materials. 本発明によるＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスを製造する際に用いる電気溶解ガラス作製装置の一例を示す概略構成説明図である。It is schematic structure explanatory drawing which shows an example of the electromelting glass preparation apparatus used when manufacturing the B-Li-Ce glass by this invention. 本願発明者による実験において作製したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの組成と出発原料の秤量組成の一例を示す表である。It is a table | surface which shows an example of the composition of the B-Li-Ce glass produced in the experiment by this inventor, and the weighing composition of a starting material. 本発明によるＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線および中性子線によるシンチレータ特性評価に用いた蛍光出力測定システムの概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the fluorescence output measuring system used for the scintillator characteristic evaluation by the alpha ray and neutron beam of B-Li-Ce glass by this invention. 本発明によるＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線による発光スペクトルの測定結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement result of the emission spectrum by the alpha ray of the B-Li-Ce glass by this invention. 本発明によるＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの蛍光減衰スペクトルの測定結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement result of the fluorescence decay spectrum of B-Li-Ce glass by the present invention. 「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝６６／３４」の組成のＢ−ＬｉガラスにＣｅＯ２を添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線による発光のエネルギースペクトルを示すグラフであり、（ａ）はＣｅＯ２を５ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、（ｂ）はＣｅＯ２を１０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、（ｃ）はＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示す。 "B 2 O 3 / Li 2 O = 66/34 " is a graph showing the energy spectrum of the light emission B-Li glass composition according alpha of B-Li-Ce glass doped with CeO 2 of, (a) shows the measurement results of the B-Li-Ce glass of CeO 2 was added 5mol%, (b) shows the measurement results of the B-Li-Ce glass of CeO 2 was added 10 mol%, the (c) is CeO 2 The measurement result of B-Li-Ce glass added with 20 mol% is shown. 「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７２／２８」の組成のＢ−ＬｉガラスにＣｅＯ２を添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線による発光のエネルギースペクトルを示すグラフであり、（ａ）はＣｅＯ２を１０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、（ｂ）はＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示す。 "B 2 O 3 / Li 2 O = 72/28 " is a graph showing the energy spectrum of the light emission B-Li glass composition according alpha of B-Li-Ce glass doped with CeO 2 of, (a) shows the measurement results of the B-Li-Ce glass of CeO 2 was added 10mol%, (b) shows the measurement results of the B-Li-Ce glass of CeO 2 was added 20 mol%. 「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７８／２２」の組成のＢ−ＬｉガラスにＣｅＯ２を添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線による発光のエネルギースペクトルを示すグラフであり、（ａ）はＣｅＯ２を５ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、（ｂ）はＣｅＯ２を１０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示し、（ｃ）はＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの測定結果を示す。 "B 2 O 3 / Li 2 O = 78/22 " is a graph showing the energy spectrum of the light emission B-Li glass composition according alpha of B-Li-Ce glass doped with CeO 2 of, (a) shows the measurement results of the B-Li-Ce glass of CeO 2 was added 5mol%, (b) shows the measurement results of the B-Li-Ce glass of CeO 2 was added 10 mol%, the (c) is CeO 2 The measurement result of B-Li-Ce glass added with 20 mol% is shown. 図７〜図９に示す測定結果および図７〜図９に示す場合とは異なるＣｅＯ２組成ならびにホストガラスの組成（Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ組成）で測定した場合の測定結果をまとめて示したグラフである。The measurement results shown in FIGS. 7 to 9 and the measurement results in the case of measuring with a CeO 2 composition different from that shown in FIGS. 7 to 9 and the composition of the host glass (B 2 O 3 / Li 2 O composition) are summarized. It is the shown graph. 本発明による代表的なＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスのアルファ線および中性子による発光の減衰特性の測定結果を示す表である。It is a table | surface which shows the measurement result of the attenuation | damping property of the light emission by the alpha ray and neutron of typical B-Li-Ce glass by this invention. 本発明によるＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの中性子による蛍光の検出結果を示すグラフであり、（ａ）は「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７８／２２」の組成のＢ−ＬｉガラスにＣｅＯ２を５ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの検出結果を示し、（ｂ）は「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝７８／２２」の組成のＢ−ＬｉガラスにＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの検出結果を示し、（ｃ）は「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝８４／１６」の組成のＢ−ＬｉガラスにＣｅＯ２を１０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの検出結果を示し、（ｄ）は「Ｂ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ＝８４／１６」の組成のＢ−ＬｉガラスにＣｅＯ２を２０ｍｏｌ％添加したＢ−Ｌｉ−Ｃｅガラスの検出結果を示す。Is a graph showing the result of detection of the fluorescence due to neutrons B-Li-Ce glasses according to the invention, (a) shows the CeO the B-Li glass composition of the "B 2 O 3 / Li 2 O = 78/22 " 2 The detection result of B-Li-Ce glass to which 5 mol% was added is shown, and (b) was obtained by adding 20 mol% of CeO 2 to B-Li glass having a composition of “B 2 O 3 / Li 2 O = 78/22”. B-Li-Ce indicates the detection result of the glass, (c) is "B 2 O 3 / Li 2 O = 84/16 'added with B-Li-Ce a CeO 2 10 mol% in B-Li glass composition of shows the detection result of the glass, (d), "B 2 O 3 / Li 2 O = 84/16 " of the B-Li-Ce glass of CeO 2 was added 20 mol% in B-Li glass composition of the detection result Show.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ヒーター
１４ 炉心管
１６ イソライト耐火物
１８ フランジ
２０ 流量計
２２ Ａｒ＋Ｈ２ガス流入口
２４ カーボンるつぼ
２６ 原料
２８ るつぼ台
３０ 支持棒
３２ 駆動機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heater 14 Core tube 16 Isolite refractory 18 Flange 20 Flowmeter 22 Ar + H 2 gas inlet 24 Carbon crucible 26 Raw material 28 Crucible base 30 Support rod 32 Drive mechanism

Claims (10)

ＢおよびＬｉを主構成要素として構成した酸化物にＣｅを添加してガラスにした
ことを特徴とする中性子シンチレータ。 A neutron scintillator characterized in that Ce is added to glass with an oxide composed of B and Li as main components. 請求項１に記載の中性子シンチレータにおいて、
前記ガラスは、ＣｅＯ２が１０〜３０ｍｏｌ％含有されている
ことを特徴とする中性子シンチレータ。 In the neutron scintillator according to claim 1,
The glass contains 10 to 30 mol% of CeO 2. A neutron scintillator characterized in that 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、
前記ガラスは、ＢとＬｉとの組成比がＢ２Ｏ３／Ｌｉ２Ｏ比で７５／２５〜９５／５モル比含有されている
ことを特徴とする中性子シンチレータ。 In the neutron scintillator according to any one of claims 1 and 2,
The glass contains a B / Li composition ratio of 75/25 to 95/5 in a B 2 O 3 / Li 2 O ratio. 出発原料としてＬｉ２Ｂ４Ｏ７とＣｅＯ２とを混合した後に、少なくとも９５０℃以上の温度で加熱して１時間以上保持し、その後に８００〜４００℃の温度の間を１５０℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却して製造する
ことを特徴とする中性子シンチレータの製造方法。 After mixing Li 2 B 4 O 7 and CeO 2 as starting materials, the mixture is heated at a temperature of at least 950 ° C. and held for 1 hour or more, and then a temperature between 800 to 400 ° C. is 150 ° C./sec or more. A method for producing a neutron scintillator, which is produced by cooling at a speed of 出発原料としてＢ２Ｏ３とＬｉ２ＣＯ３とＣｅＯ２とを混合した後に、少なくとも９５０℃以上の温度で加熱して１時間以上保持し、その後に８００〜４００℃の温度の間を１５０℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却して中性子シンチレータを製造する
ことを特徴とする中性子シンチレータの製造方法。 After mixing B 2 O 3 , Li 2 CO 3 and CeO 2 as starting materials, the mixture is heated at a temperature of at least 950 ° C. and held for 1 hour or more, and then the temperature between 800 to 400 ° C. is 150 ° C. A method for producing a neutron scintillator, wherein the neutron scintillator is produced by cooling at a rate of at least / sec. 出発原料としてＬｉ２Ｂ４Ｏ７にＢ２Ｏ３を加えてＢ−Ｌｉガラスを作製し、前記作製したＢ−Ｌｉガラスを室温で粉砕し、出発原料として前記粉砕したＢ−ＬｉガラスとＣｅＯ２とを混合した後に、少なくとも９５０℃以上の温度で加熱して１時間以上保持し、その後に８００〜４００℃の温度の間を１５０℃／ｓｅｃ以上の速度で冷却して中性子シンチレータを製造する
ことを特徴とする中性子シンチレータの製造方法。 B 2 Li 3 is added to Li 2 B 4 O 7 as a starting material to prepare a B-Li glass, the B-Li glass thus prepared is pulverized at room temperature, and the pulverized B-Li glass and CeO are used as starting materials. 2 is mixed and heated at a temperature of at least 950 ° C. and held for 1 hour or longer, and then cooled between 800 to 400 ° C. at a rate of 150 ° C./sec or more to produce a neutron scintillator. A method of manufacturing a neutron scintillator characterized by the above. 請求項４、請求項５または請求項６のいずれか１項に記載の中性子シンチレータの製造方法において、
前記出発原料を室温以上で加熱、溶解ならびに冷却中は、還元ガス雰囲気で行う
ことを特徴とする中性子シンチレータの製造方法。 In the manufacturing method of the neutron scintillator of any one of Claim 4, Claim 5, or Claim 6,
A method for producing a neutron scintillator, wherein the starting material is heated, melted and cooled at room temperature or higher in a reducing gas atmosphere. 請求項４、請求項５、請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の中性子シンチレータの製造方法において、
前記出発原料をカーボンるつぼに投入して加熱ならびに溶解を行う
ことを特徴とする中性子シンチレータの製造方法。 In the manufacturing method of the neutron scintillator of any one of Claim 4, Claim 5, Claim 6 or Claim 7,
A method for producing a neutron scintillator, wherein the starting material is charged into a carbon crucible and heated and melted. 請求項４、請求項５、請求項６、請求項７または請求項８のいずれか１項に記載の中性子シンチレータの製造方法において、
前記中性子シンチレータを室温に冷却した後に、５００℃以下の温度で少なくとも２時間以上熱処理する
ことを特徴とする中性子シンチレータの製造方法。 In the method for manufacturing a neutron scintillator according to any one of claims 4, 5, 6, 6, 7 or 8,
After the neutron scintillator is cooled to room temperature, the neutron scintillator is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or lower for at least 2 hours. 請求項９に記載の中性子シンチレータの製造方法において、
前記５００℃以下の温度で少なくとも２時間以上熱処理した後に、３００〜５００℃の温度において還元性雰囲気で少なくとも３０分以上保持して熱処理する
ことを特徴とする中性子シンチレータの製造方法。 In the manufacturing method of the neutron scintillator according to claim 9,
A method for producing a neutron scintillator, comprising heat-treating at a temperature of 500 ° C. or lower for at least 2 hours and then holding and heat-treating at a temperature of 300 to 500 ° C. for at least 30 minutes in a reducing atmosphere.
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