JP2005077235A - 光ファイバを利用した放射線及び中性子検出器 - Google Patents
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Abstract
コンパクトで、ガンマ線に対するバックグランドが少なく、製作及びメインテナンスが容易な光ファイバ用いた中性子イメージ検出器を提供する。
【解決手段】
透明な光ファイバの側面を削り取り、側面から蛍光を入射する側面光検出型光ファイバを用い、蛍光体あるいはシンチレータからの蛍光を検出することによりガンマ線に対するバックグランドが少ない中性子イメージ検出器を実現する。また、光ファイバを90度に曲げて光電子増倍管に導くことを可能とすることにより検出器のサイズを小さくすると共に、中性子検出媒体と側面光検出型光ファイバからなる検出部とクリアファイバを用いた読みだしブロックとを分離した構造の検出器とすることにより製作及びメインテナンスが容易な中性子イメージ検出器とする。
【選択図】 図16
Description
ることを特徴とし、図31に示すように蛍光体シートあるいはシンチレータ板の上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出する。あるいは、図32に示すように、短波長側蛍光検出用波長シフトファイバと長波長側蛍光波長シフトファイバの2種類の波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、その上に蛍光体シートあるいはシンチレータ板を配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出する。
実施例1として、一辺の長さが0.5mmの正方形の透明な光ファイバを用い、透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を5cmの範囲の長さの部分を、20μmの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の紙を用いた構造の側面光検出型光ファイバの構造図を図1に示す。光ファイバとしては、米国バイクロン社製の一辺が0.5mmの正方形の透明な光ファイバBCF−98を用いる。本側面光検出型光ファイバの蛍光に対する位置分布特性について、蛍光光度計を改良して測定した。測定の結果、図2に示すように、5cmの範囲でほぼ一様な分布が得られた。検出効率は、678nmのレーザー光源を用いて校正した結果、約0.5%であった。
実施例2として、透明な光ファイバの削り取った側面の反対側の側面に設ける反射材として、白色の紙、テフロン(登録商標)板あるいは白色の塗料あるいはアルミニウム箔あるいはポリスチレン板について、実施例2のファイバの2cmの部分の場所で比較測定した結果を表1に示す。併せて、黒色板及びアルミニウム板の結果についても比較のため示す。削り取り面からの入射で0.4%から0.5%の光検出効率が得られるのに対して、黒色板及びアルミニウム板など乱反射しない材料を用いた場合には、それぞれ0.04%、0.2%とほぼ半分以下の検出効率となり、本実施例が有効であることがわかる。
実施例3として、上記実施例1において、削り取った側面の反対側の面に設ける光を乱反射する材料として、白色の紙などの代わりに粉末の蛍光体を用いた場合について図4をもとに説明する。図4をみるとわかるように、削り取った側面とその裏面の両方の面に蛍光体を配置する。表1に示すように、蛍光体についての削り取り面からの入射とその裏面から入射の場合の光検出効率は、それぞれ0.55%と0.33%である。蛍光体としてはZnS:Agと中性子コンバータである6LiFを混合した中性子検出媒体(厚さ:0.4mm)を用いた場合、中性子が入射すると1500個以上の光が放出される。0.33%の検出効率でも光検出器には5個の光子が伝達される。光検出器として光電子増倍管を用いた場合、その量子効率は約20%なので、光子の電気信号としては1個が得られ、フォトンカウンティング法を用いれば十分中性子を検出する事ができる。この検出媒体は不透明なため厚さを0.5mm以上にすることができないことから、本実施例とすることにより、厚さが2倍となり、実質0.8mmの厚さの中性子検出器とすることができ、検出効率をほぼ2倍に増加した中性子検出器を構成することができる。
(実施例4)
実施例4として、一辺の長さが0.5mmの正方形の透明な光ファイバを用い、透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を12cmの範囲の長さの部分を、30μmの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の塗料を塗布した構造の側面光検出型を用いる。光ファイバとしては、米国バイクロン社製の一辺が0.5mmの正方形の透明な光ファイバBCF−98を用いる。本側面入射光ファイバの蛍光に対する位置分布特性について、蛍光光度計を改良して測定した。測定の結果、図5に示すように、ほぼ指数関数にのる分布が得られた。これは、実施例1に比較し15cmと長い部分について光ファイバを削り取る場合、削り始めの部分の検出効率が高く、先の方にゆくに従い検出効率が下がってしまうためである。このため、光ファイバの両端から光検出を行う。図5の分布を用いて光ファイバの両端から光を検出した場合、図5に示すような入射位置分布特性が得られる。この結果、幅広い領域にわたって、光に対する検出効率が入射位置にほとんど依存しない側面検出型光ファイバとして用いることができることが確認できた。
(実施例5)
実施例5として、本発明による2次元放射線イメージ検出器の構造を図6に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体として常用されているZnS:Agを用いる。ZnS:Agを厚さ0.2mmのシート状にした蛍光体シートの下面に、図6に示すように2つの透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Bicron社製BCF−98のクリアファィバを用いる。クリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが0.2mmであることから、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された2つの光ファイバ束のクリアファイバはそれぞれ1本ごとに光検出器に接続する。
(実施例6)
実施例6として、本発明による2次元放射線イメージ検出器の構造を図7に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体として常用されているZnS:Agを用いる。ZnS:Agを厚さ0.2mmのシート状にした蛍光体シートの下面に、図7に示すようにこれら検出媒体から放出される蛍光の短波長側に感度を持つ短波長用波長シフトファイバ及び透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
短波長用波長シフトファイバとしては、350nmから440nmまでの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換する米国Bicron社製BCF−92を用いる。また、透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Bicron社製BCF−98のクリアファィバを用いる。波長シフトファイバとクリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが0.2mmであることから、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバ及びクリアファイバを1本ごとに光検出器に接続する。
(実施例7)
実施例7として、本発明による2次元放射線イメージ検出器の構造を図8に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体として常用されているZnS:Agを用いる。ZnS:Agを厚さ0.2mmのシート状にした蛍光体シートの下面に、図8に示すようにこれら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の50%以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバ及び透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の50%以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバとしては、390nmから500nmまでの蛍光に感度があり、520nmの蛍光に波長変換するクラレ社製Y?8(有機蛍光体濃度100ppm)を用いる。また、透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Bicron社製BCF−98のクリアファィバを用いる。波長シフトファイバとクリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが0.2mmであることから、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバ及びクリアファイバを1本ごとに光検出器に接続する。
(実施例8)
実施例8として実施例5をもとに構成した例について図9をもとに説明する。
実施例9として、本発明による中性子イメージ検出器の構造を図10に示す。
本実施例では中性子を検出することととし、中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてZnS:Agを用い、中性子コンバータとしては6LiFを用いた厚さ0.4mmの米国バイクロン社製BC−702を用いる。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように2つのこれら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の50%以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の50%以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバとしては、390nmから500nmまでの蛍光に感度があり、520nmの蛍光に波長変換するクラレ社製Y?8(有機蛍光体濃度100ppm)を用いる。この波長シフトファイバの吸収特性を図11に示す。吸収特性が50%以下であることがわかる。直角に配置し2つの波長シフトファイバ束の背後に、中性子検出媒体用蛍光体として米国バイクロン社製BC−702を配置した構造とする。本構成とした場合、2つの波長シフトファイバ束を用いた光読み取りが両サイドから可能となるため、中性子検出媒体の厚さが2倍となり、実質0.8mmの厚さの中性子イメージ検出器とすることができ、検出効率をほぼ2倍に増加した中性子イメージ検出器を構成することができる。
(実施例10)
通常、波長シフトファイバを含めた光ファイバの最小曲げ半径は、0.5mmの径の光ファイバでも10mmを必要とする。しかし、蛍光体あるいはシンチレータと組み合わせて光ファイバを用いる場合、この曲げ径がデッドスペースとなるため、曲げ径を小さくする必要がある。光ファイバのコァ材料がポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート樹脂とし、円形の光ファイバの場合にはその直径を0.25mmないし1mmとし、正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さを、0.25mmないし1mmの光ファイバとし、曲げ径が直径あるいは一辺の長さの1倍ないし1.5倍の範囲で、45度から105度の角度範囲で曲げた場合の光の透過特性を測定した。光ファイバとしては、一辺が0.5mmで正方形光ファイバである米国Bicron社製BCF−98のクリアファィバを用いた。この結果、図12に示すように光ファイバの素材を選択することにより、90度まで曲げても50%近くの透過率が得られることがわかった。
(実施例11)
実施例11として、本発明による中性子イメージ検出器の構造を図14に示す。実施例10において示した、45度から105度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを2本以上隙間なく並べかつ、立体交差することにより2種類の光ファイバ束を配置することを実現し中性子イメージの検出を可能とした実施例である。
(実施例12)
本実施例は、放射線あるいは中性子の検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体からの蛍光を、波長シフトファイバを用いて検出する場合、波長シフトファイバ自身がガンマ線検出体となるため、あまり長くして使うとガンマ線によるバックグラウンドを受けてしまうことと、同時にあまり長くすると波長シフトファイバの波長シフトされた蛍光の透過率が悪くなってしまうことを改善するために使用される。また、波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバを用いて蛍光を検出する部分と、検出された蛍光を光検出器まで導く部分を分離して製作し、メインテナンスを容易にすることを実現することができる。
中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてZnS:Agを用い、中性子コンバータとしては6LiFを用いた厚さ0.4mmの米国バイクロン社製BC−702を用いる。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように2つの透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
(実施例13)
実施例12で述べた波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバと、透明な円形の光ファイバとの接続面にグリースを用いた実施例について述べる。
Claims (13)
- シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、光ファイバを構成材料の1つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、一辺の長さが0.25mmないし2mmの正方形の透明な光ファイバを用い、透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を1cmないし20cmの範囲の長さの部分を、20μmないし50μmの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光を乱反射する材料を設けた構造とした側面光検出型光ファイバを用いて、検出媒体からの蛍光を検出し、放射線あるいは中性子を検出することを特長とした放射線検出器あるいは中性子検出器。
- 上記請求項1において、削り取った側面の反対側の面に設ける光を乱反射する材料として、白色の紙あるいはテフロン(登録商標)あるいは白色の塗料あるいはアルミニウム箔あるいはポリスチレン板を用いることを特長とした放射線検出器あるいは中性子検出器。
- 上記請求項1において、削り取った側面の反対側の面に設ける光を乱反射する材料として、粉末の蛍光体を用いた放射線検出媒体あるいは中性子検出媒体を用い、削り取った側面とその裏面の両方の面から蛍光体からの光を検出し放射線あるいは中性子の検出効率を上げることを特長とした放射線検出器あるいは中性子検出器。
- 上記請求項1−3において、透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を持つ側面光検出型光ファイバの両端を、光検出器に接続し、検出媒体からの蛍光を検出し、放射線あるいは中性子を検出することを特長とした放射線検出器及び中性子検出器。
- シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、光ファイバを構成材料の1つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体の下部の面に、請求項1−3の透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を持つ側面光検出型光ファイバを並列に配置し、その背後の面に、これらの波長シフトファイバと直角に請求項1−3の透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を持つ側面光検出型光ファイバを並列に配置した構造とし、これら2つの側面光検出型光ファイバから得られた横軸及び縦軸の位置パルス信号の同時計数測定を行うことにより、放射線あるいは中性子の2次元入射位置を決定することを特長とした2次元放射線イメージ検出器あるいは2次元中性子イメージ検出器。
- シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、光ファイバを構成材料の1つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体の下部の面に、これら検出媒体から放出される蛍光の波長帯の短い波長側に感度を持つ波長シフトファイバを並列に配置し、その背後の面に、これらの波長シフトファイバと直角に請求項1−3の透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を持つ側面光検出型光ファイバを並列に配置した構造とし、波長帯の短い波長側に感度を持つ波長シフトファイバと側面光検出型光ファイバから得られた横軸及び縦軸の位置パルス信号の同時計数測定を行うことにより、放射線あるいは中性子の2次元入射位置を決定することを特長とした2次元放射線イメージ検出器あるいは2次元中性子イメージ検出器。
- シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、波長シフトファイバを構成材料の1つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体の下部の面に、これら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の50%以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバを並列に配置し、その背後の面に直角に、これらの波長シフトファイバと直角に請求項1−3の透明な光ファイバの4つの側面の1つの側面を削り取った部分を持つ側面光検出型光ファイバを配置した構造とし、これら2つの波長シフト光ファイバから得られた横軸及び縦軸の位置パルス信号の同時計数測定を行うことにより、放射線あるいは中性子の2次元入射位置を決定することを特長とした放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器。
- 上記請求項5−7において、直角に配置し2つの光検出用光ファイバの背後に、検出媒体で蛍光体を配置した構造とし、これら2つの光検出用光ファイバから得られた横軸及び縦軸の位置パルス信号の同時計数測定を行うことにより、放射線あるいは中性子の2次元入射位置を決定することを特長とした放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器。
- シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、波長シフトファイバを構成材料の1つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体の下部の面に、これら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の50%以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバを並列に配置し、その背後の面に直角に、同じ特性を持つ波長シフトファイバを並列に配置し、さらにその背後に、検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体を配置した構造とし、これら2つの波長シフト光ファイバから得られた横軸及び縦軸の位置パルス信号の同時計数測定を行うことにより、放射線あるいは中性子の2次元入射位置を決定することを特長とした放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器。
- シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、光ファイバを構成材料の1つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、光ファイバのコァ材料がポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート樹脂であることを特長とし、円形の光ファイバの場合にはその直径を0.25mmないし1mmとし、正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さを、0.25mmないし1mmの光ファイバとし、曲げ径が直径あるいは一辺の長さの1倍ないし1.5倍の範囲で、45度から105度の角度範囲に曲げた部分を持つことを特長とした放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器。
- 請求項10の45度から105度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを2本以上隙間なく並べて配置する場合に、固定する構造材に、円形の光ファイバの場合にはその直径と同じ長さに坑あけ精度に応じた長さを加えた長さ以上の間隔で離した2つ以上の孔の列を設けて、あるいは正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さの1.42倍の長さに坑あけ精度に応じた長さを加えた長さ以上の間隔で離した2つ以上の孔の列を設けて、45度から105度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを並べて、放射線あるいは中性子の入射位置を検出することを特長とした放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器。
- シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、検出媒体からの蛍光を波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバを用いて検出し放射線あるいは中性子を検出する際に、波長シフトファイバを透明な円形の光ファイバに接続し、透明な円形の光ファイバの他端を光検出器に導くことにより放射線あるいは中性子を検出する検出器において、円形の波長シフトファイバの場合にはその直径の1倍から1.5倍の直径の透明な光ファイバを、あるいは正方形の波長シフトファイバの場合にはその一辺の長さの1.42倍から2倍の長さを直径とする透明な円形の光ファイバを用いることを特長とした放射線イメージ検出器及び中性子イメージ検出器。
- 上記請求項12において、波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバと、透明な円形の光ファイバとの接続面にグリースを用いることを特長とした放射線検出器及び中性子検出器。
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