JP2015045509A - 中性子シンチレーター及び中性子検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる中性子計数精度に優れた中性子検出器を提供する。【解決手段】 Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６などのリチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子と樹脂の樹脂組成物からなる中性子シンチレーターにおいて、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率が５〜６５体積％、好ましくは１０〜５０体積％、特に好ましくは２０〜４０体積％とする。【選択図】 図８

Description

本発明は、中性子シンチレーター及び該中性子シンチレーターを用いる中性子検出器に関する。詳しくは、中性子検出効率が高く、且つ、バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる新規な中性子シンチレーター及び中性子検出器に関する。

中性子検出器は、中性子利用技術を支える要素技術であって、貨物検査等の保安分野、中性子回折による構造解析等の学術研究分野、非破壊検査分野、或いはホウ素中性子捕捉療法等の医療分野等における中性子利用技術の発展に伴い、より高性能な中性子検出器が求められている。

中性子検出器に求められる重要な特性として、中性子検出効率及び中性子とγ線との弁別能（以下、ｎ／γ弁別能ともいう）が挙げられる。中性子検出効率とは、検出器に入射した中性子の数に対する検出器でカウントした中性子の数の比であって、検出効率が低い場合には、計測される中性子の絶対数が少なくなり、計測精度が低下する。また、γ線は、自然放射線として存在する他、中性子を検出するための検出系の構成部材、或いは被検査対象物に中性子が当たった際にも発生するので、ｎ／γ弁別能が低く、γ線を中性子として計数してしまうと中性子計数精度が低下する。

中性子を検出する場合は、中性子が物質中で何の相互作用もせずに透過する力が強いため、一般に中性子捕獲反応を利用して検出される。例えば、ヘリウム３と中性子との中性子捕獲反応によって生じるプロトン及びトリチウムを利用して検出するヘリウム３検出器が従来から知られている。この検出器は、ヘリウム３ガスを充填した比例計数管であって、検出効率が高くｎ／γ弁別能にも優れるが、ヘリウム３は高価な物質であり、しかも、その資源量には限りがあるという問題があった。

昨今、上記ヘリウム３検出器に代わって、中性子シンチレーターを用いる中性子検出器の開発が進められている。中性子シンチレーターとは、中性子が入射した際に当該中性子の作用によって蛍光を発する物質のことをいい、当該中性子シンチレーターと光電子増倍管等の光検出器を組み合わせることにより、中性子検出器とすることができる。なお、当該中性子シンチレーターを使用する中性子検出器の前記各種性能は、中性子シンチレーターを構成する物質に依存する。例えば、中性子捕獲反応の効率が高い同位体を多量に含有すれば、中性子に対する検出効率が向上する。かかる同位体としてリチウム６やホウ素１０が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

前記中性子検出器においては、中性子シンチレーターから発せられた光を光検出器が検出し、光検出器からパルス状の信号が出力される。一般に、中性子の数は当該パルス状の信号の強度、所謂波高値を以って計測される。すなわち、前記波高値について、所定の閾値を設け、当該閾値を超える波高値を示した事象を中性子入射事象として計数し、当該閾値に満たない波高値を示した事象はノイズとして扱われる。

国際公開第２００９／１１９３７８号パンフレット

前記中性子シンチレーターを用いる中性子検出器は、中性子に対する検出効率が高いという利点を有するものの、γ線にも有感であり、ｎ／γ弁別能が乏しいという問題があった。

本発明は、前記問題を解決すべくなされたものであって、バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる中性子計数精度に優れた中性子検出器を提供することを目的とする。

本発明者等は、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体を用いて、中性子検出効率及びｎ／γ弁別能に優れた中性子シンチレーターを得るべく種々検討した。その結果、前記無機蛍光体の形状を粒子状とし、該無機蛍光体粒子と樹脂を混合した樹脂組成物を中性子シンチレーターとして用いることに着想した。そして、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を５〜６５体積％とすることによって、当該樹脂組成物にγ線が入射した際に発せられる蛍光の強度を、中性子が入射した際に発せられる蛍光の強度に比較して大幅に低減でき、ｎ／γ弁別能を向上できることを見出した。

さらに、前記樹脂組成物は、優れた中性子検出効率を兼ね備えることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成物からなる中性子シンチレーターであって、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率が５〜６５体積％であることを特徴とする中性子シンチレーターが提供される。

また、本発明によれば、前記中性子シンチレーターと光検出器を具備することを特徴とする中性子検出器が提供される。

本発明によれば、中性子検出効率及びｎ／γ弁別能に優れた中性子シンチレーター及び該中性子シンチレーターを用いた中性子検出器を提供できる。当該中性子検出器はバックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができるため、貨物検査等の保安分野、中性子回折による構造解析等の学術研究分野、非破壊検査分野、或いはホウ素中性子捕捉療法等の医療分野等において、好適に使用できる。

本図は、実施例における内部透過率の測定方法を模式的に示した図である。 本図は、実施例１で得られた波高分布スペクトルである。 本図は、実施例２で得られた波高分布スペクトルである。 本図は、実施例３で得られた波高分布スペクトルである。 本図は、比較例１で得られた波高分布スペクトルである。 本図は、実施例４で得られた中性子検出器に中性子を照射した際の信号波形を表す図である。 本図は、実施例４で得られた中性子検出器にγ線を照射した際の信号波形を表す図である。 本図は、本発明の作用機構を示す模式図である。

本発明の中性子シンチレーターは、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子（以下、単に無機蛍光体粒子ともいう）を第一の構成要素とする。

該無機蛍光体粒子においては、リチウム６またはホウ素１０と中性子との中性子捕獲反応によって、それぞれα線及びトリチウムまたはα線とリチウム７（以下、２次粒子ともいう）が生じ、当該２次粒子によって、無機蛍光体粒子に４．８ＭｅＶまたは２．３ＭｅＶのエネルギーが付与される。当該エネルギーを付与されることによって、無機蛍光体粒子が励起され、蛍光を発する。

かかる無機蛍光体粒子を用いた中性子シンチレーターは、リチウム６及びホウ素１０による中性子捕獲反応の効率が高いため、中性子検出効率に優れており、また、中性子捕獲反応の後に無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーが高いため、中性子を検出した際に発せられる蛍光の強度に優れる。

本発明において、無機蛍光体粒子中のリチウム６及びホウ素１０の含有量（以下、中性子捕獲同位体含有量ともいう）は、それぞれ１ａｔｏｍ／ｎｍ^３及び０．３ａｔｏｍ／ｎｍ^３以上とすることが好ましく、それぞれ６ａｔｏｍ／ｎｍ^３及び２ａｔｏｍ／ｎｍ^３以上とすることが特に好ましい。なお、上記中性子捕獲同位体含有量とは無機蛍光体粒子１ｎｍ^３あたりに含まれる中性子捕獲同位体の個数をいう。中性子捕獲同位体含有量を上記範囲とすることによって、入射した中性子が中性子捕獲反応を起こす確率が高まり、中性子検出効率が向上する。

かかる中性子捕獲同位体含有量は、無機蛍光体粒子の化学組成を選択し、また、無機蛍光体粒子の原料として用いるフッ化リチウム（ＬｉＦ）あるいは酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）等におけるリチウム６およびホウ素１０の同位体比率を調整することによって適宜調整できる。ここで、同位体比率とは、全リチウム元素に対するリチウム６同位体の元素比率及び全ホウ素元素に対するホウ素１０同位体の元素比率であって、天然のリチウム及びホウ素ではそれぞれ約７．６％および約１９．９％である。中性子捕獲同位体含有量を調整する方法としては、天然の同位体比を有する汎用原料を出発原料として、リチウム６およびホウ素１０の同位体比率を所期の同位体比率まで濃縮して調整する方法、或いはあらかじめリチウム６およびホウ素１０の同位体比率が所期の同位体比率以上に濃縮された濃縮原料を用意し、該濃縮原料と前記汎用原料を混合して調整する方法が挙げられる。

一方、中性子捕獲同位体含有量の上限は特に制限されないが、６０ａｔｏｍ／ｎｍ^３以下とすることが好ましい。６０ａｔｏｍ／ｎｍ^３を超える中性子捕獲同位体含有量を達成するためには、あらかじめ中性子捕獲同位体を高濃度に濃縮した特殊な原料を多量に用いる必要があるため、製造にかかるコストが極端に高くなり、また、無機蛍光体粒子の種類の選択も著しく限定される。

なお、上記無機蛍光体粒子中のリチウム６及びホウ素１０の含有量は、あらかじめ無機蛍光体粒子の密度、無機蛍光体粒子中のリチウム及びホウ素の質量分率、及び原料中のリチウム６及びホウ素１０の同位体比率を求め、それぞれ以下の式（１）及び式（２）に代入することによって求めることができる。

リチウム６の含有量＝ρ×Ｗ_Ｌｉ×Ｃ_Ｌｉ／（７００−Ｃ_Ｌｉ）×Ａ×１０^−２３ （１）
ホウ素１０の含有量＝ρ×Ｗ_Ｂ×Ｃ_Ｂ／（１１００−Ｃ_Ｂ）×Ａ×１０^−２３ （２）
（式中、ρはシンチレーターの密度［ｇ／ｃｍ^３］、Ｗ_Ｌｉ及びＷ_Ｂはそれぞれ無機蛍光体粒子中のリチウム及びホウ素の質量分率［質量％］、Ｃ_Ｌｉ及びＣ_Ｂはそれぞれ原料におけるリチウム６およびホウ素１０の同位体比率［％］、Ａはアボガドロ数［６．０２×１０^２３］を示す）
前記無機蛍光体粒子は特に制限されず、従来公知の無機蛍光体を粒子状としたものを用いることができるが、具体的なものを例示すれば、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６、Ｃｅ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｃｅ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｃｅ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６、Ｃｅ：ＬｉＹＦ_４、Ｔｂ：ＬｉＹＦ_４、Ｅｕ：ＬｉＩ、Ｃｅ：Ｌｉ_６Ｇｄ（ＢＯ_３）_３、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＹＣｌ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＹＢｒ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＬａＣｌ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＬａＢｒ_６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ_２ＣｅＣｌ_６、Ｃｅ：ＬｉＲｂ_２ＬａＢｒ_６等の結晶からなる無機蛍光体粒子、及び、Ｌｉ_２Ｏ−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｃｅ_２Ｏ_３系のガラスからなる無機蛍光体粒子等が挙げられる。

本発明において、無機蛍光体粒子の発光する波長は、後述する樹脂と混合した際に透明性を得やすい点で、近紫外域〜可視光域であることが好ましく、可視光域であることが特に好ましい。

本発明において、無機蛍光体粒子に含有せしめる中性子捕獲同位体が、リチウム６のみであることが好ましい。中性子捕獲反応に寄与する中性子捕獲同位体をリチウム６のみとすることによって、常に一定のエネルギーを無機蛍光体粒子に付与することができ、また、４．８ＭｅＶもの極めて高いエネルギーを付与することができる。したがって、蛍光の強度のバラつきが少なく、且つ特に蛍光の強度に優れた中性子シンチレーターを得ることができる。

中性子捕獲同位体としてリチウム６のみを含有する無機蛍光体粒子の中でも、化学式ＬｉＭ^１Ｍ^２Ｘ_６（ただし、Ｍ^１はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれる少なくとも１種のアルカリ土類金属元素であり、Ｍ^２はＡｌ、Ｇａ及びＳｃから選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる少なくとも１種のハロゲン元素である）で表わされ、少なくとも１種のランタノイド元素を含有するコルキライト型結晶、及び当該コルキライト型結晶であって、さらに少なくとも１種のアルカリ金属元素を含有するコルキライト型結晶が好ましい。

当該コルキライト型結晶を具体的に例示すればＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６及びＥｕ，Ｎａ：ＬｉＳｒＡｌＦ_６からなる無機蛍光体粒子が、発光量が高く、また、潮解性が無く化学的に安定であるため最も好ましい。

本発明は、中性子シンチレーターのｎ／γ弁別能を向上せしめることを目的として、前記無機蛍光体粒子と樹脂を混合した樹脂組成物を中性子シンチレーターとして用い、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を５〜６５体積％とすることを特徴とする。以下、かかる樹脂組成物を用いることによって、ｎ／γ弁別能が向上する作用機序について説明する。

一般に、γ線が無機蛍光体に入射すると、無機蛍光体の内部で高速電子が生成され、該高速電子が無機蛍光体にエネルギーを付与することによって、無機蛍光体が発光する。かかる発光によって出力される波高値が、中性子の入射による波高値と同程度に高く、両者を弁別できない場合には、γ線が中性子として計数され、中性子計数に誤差が生じる。特に、γ線の線量が高い場合には、該γ線による誤差が増大し、顕著に問題となる。

γ線の入射によって中性子検出器から出力される波高値は、前記高速電子によって付与されるエネルギーに依存するため、該エネルギーを低減することによって、γ線が中性子シンチレーターに入射した際に出力される波高値を低減することができる。

ここで、シンチレーターにγ線が入射した場合に生じる高速電子が、シンチレーターにエネルギーを付与しながら、シンチレーター中を移動する飛程距離は数ｍｍ程度と比較的長い。

それに対して、中性子がシンチレーターに入射した場合には、前記説明したように、該シンチレーター中の無機蛍光体に含まれるリチウム６及びホウ素１０と中性子との中性子捕獲反応で生じた２次粒子が無機蛍光体にエネルギーを付与することによって、無機蛍光体が発光するが、該２次粒子の飛程は数μｍ〜数十μｍと上記高速電子より短い。

本発明の第一の特徴としては、無機蛍光体を粒子状とすることにより、上記高速電子を該無機蛍光体粒子から速やかに逸脱せしめ、高速電子が無機蛍光体に付与するエネルギーを低減させようとするものである。

さらに本発明の第二の特徴としては、ある無機蛍光体粒子から逸脱した高速電子が、近接した他の無機蛍光体粒子に入射し、該無機蛍光体粒子にエネルギーを付与して発光の総和を増大してしまわないように、無機蛍光体粒子同士の間隔をある程度確保する、即ち、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の含有率を６５体積％以下とするものである（図９参照）。このようにすることにより、前記高速電子によって付与されるエネルギーの内、５〜６５体積％を占める無機蛍光体粒子部分に付与されるエネルギーのみが発光に寄与し、残りの３５〜９５体積％を占める非蛍光性の部位に付与されるエネルギーは発光に寄与しなくなる。そのため、該高速電子からシンチレーターに付与される実効的なエネルギーが低減され、γ線が入射した際に出力される波高値が低減される。無機蛍光体粒子の含有量は好ましくは５０体積％以下、より好ましくは４０体積％以下である。

一方、無機蛍光体粒子の体積分率が低すぎるとシンチレーター全体としての中性子検出効率が低下してしまうため、５体積％以上とする。好ましくは１０体積%以上、より好ましくは２０体積％以上である。

上記説明から明らかなように、本発明において無機蛍光体粒子の大きさは、中性子の入射により生じる２次粒子のほぼ全てのエネルギーが無機蛍光体に付与される程度の大きさを有しつつ、なるべくγ線の入射により高速電子は逸脱する程度の小ささであることが好ましい。

本発明者らの検討によれば、無機蛍光体粒子の形状を、その比表面積が５０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上である形状とすることが好ましく、比表面積が１００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上である形状とすることが特に好ましい。なお、本発明において、無機蛍光体粒子の比表面積とは、無機蛍光体粒子の単位体積当たりの表面積を言う。

ここで、本発明における比表面積は単位体積当たりの表面積であるから、（１）無機蛍光体粒子の絶対的な体積が小さいほど大きくなる傾向にあり、また（２）形状が真球状である場合に最も比表面積は小さくなり、逆に無機蛍光体粒子の比表面積が大きいほど、該無機蛍光体粒子は真球状からかけ離れた形状となる。例えばＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に延びる辺を有する立方体で考えた場合、Ｘ＝Ｙ＝Ｚの正６面体の場合に最も比表面積が小さく、いずれかの軸方向の長さを短くし、その分他の軸方向の辺を長くしたものは同じ体積でも比表面積が大きくなる。

より具体的には、１辺が０．５ｃｍの正６面体では比表面積が１２ｃｍ^２／ｃｍ^３であるが、同０．１ｃｍの正６面体（０．００１ｃｍ^３）の場合には、その比表面積は６０ｃｍ^２／ｃｍ^３である。さらに同じ体積（０．００１ｃｍ^３）で厚みを０．０２５ｃｍとした場合、縦横が０．２ｃｍ×０．２ｃｍのサイズとなり、よって比表面積は１００ｃｍ^２／ｃｍ^３となる。

換言すれば、比表面積が大きいということは少なくともいずれか１つの軸方向の長さが極めて小さい部分を有するということを示すものである。そしてこの小さい軸方向及びその軸方向に近い向きに走る前記γ線によって生じる高速電子は、前述のとおり速やかに結晶から逸脱するため、該高速電子から無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーを低減することができるものである。

前記比表面積に基づく好適な無機蛍光体粒子の形状は、上記の如き知見及び考察により見出されたものであり、当該比表面積を、高速電子から無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーを考慮する上で、無機蛍光体粒子が種々の粒子形態を有することを加味した形状の指標として用いることができる。そして実用上、当該比表面積を好ましくは５０ｃｍ^２／ｃｍ^３以上、より好ましくは比表面積が１００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上とすることによって、特にｎ／γ弁別能に優れた中性子検出器を得ることができる。

なお、本発明において、前記比表面積の上限は、特に制限されないが、１０００ｃｍ^２／ｃｍ^３以下とすることが好ましい。該比表面積が１０００ｃｍ^２／ｃｍ^３を超える場合、すなわち無機蛍光体粒子の少なくともいずれか１つの軸方向の長さが過剰に小さい場合には、前記リチウム６及びホウ素１０と中性子との中性子捕獲反応で生じた２次粒子が、無機蛍光体粒子にその全エネルギーを付与する前に無機蛍光体粒子から逸脱する事象が生じるおそれがある。かかる事象においては、中性子の入射によって無機蛍光体粒子に与えられるエネルギーが低下するため、無機蛍光体の発光の強度が低下する。前記２次粒子の全エネルギーを確実に無機蛍光体粒子に与え、無機蛍光体の発光の強度を高めるためには無機蛍光体粒子の比表面積を５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以下とすることが特に好ましい。

なお上記説明では軸という用語を用いたが、Ｘ，Ｙ及びＺの空間座標位置を示すために便宜的に用いただけであり、本発明で用いる無機蛍光体粒子がこれら特定の軸方向に辺を有する立方体に限定されるものでは無論ない。

また無機蛍光体粒子が不定形の場合、上記比表面積は密度計及びＢＥＴ比表面積計を用いて得られる密度及び質量基準の比表面積から容易に求めることができる。

本発明において、好適に用いられる無機蛍光体粒子の形状を具体的に例示すれば、平板状、角柱状、円柱状、球状、或いは不定形の粒子形態であって、等比表面積球相当径が５０〜１５００μｍ、特に好ましくは１００〜１０００μｍである形状が挙げられる。製造、入手の容易さの点で、バルク体を粉砕した不定形の形状のものが好ましい。

前記説明した形状の無機蛍光体粒子は、ふるい分けによって好適に得ることができる。ふるい分けとは、所定の目開きの上側ふるいと該上側ふるいよりよりも目開きの小さい下側ふるいを用いて、上側を全通し、下側ふるいを通過する粒子を実質的に含んでいない粒子を分級する方法である。かかるふるい分けにおいては、ふるいの目開きに対して、少なくともいずれか１つの軸方向の長さが小さい粒子は、該ふるいを通過する傾向がある。したがって、上側ふるいによって、前記γ線によって励起される高速電子が逸脱しやすい形状の無機蛍光体粒子を分取し、下側ふるいによって、前記γ線によって生じる高速電子が逸脱しやすい形状の無機蛍光体粒子を分取し、且つ前記中性子によって生じる２次粒子が逸脱してしまうような形状の無機蛍光体粒子を除去することが容易である。

具体的には、ふるい分けによって、目開き１０００μｍのふるいを全通し、目開き１００μｍのふるいを通過する粒子を実質的に含んでいない無機蛍光体粒子を分級し、当該無機蛍光体粒子を中性子シンチレーターに用いることが好ましい。さらに、目開き５００μｍのふるいを全通し、目開き１００μｍのふるいを通過する粒子を実質的に含んでいない無機蛍光体粒子を分級し、当該無機蛍光体粒子を中性子シンチレーターに用いることが特に好ましい。

前記無機蛍光体粒子の製造方法は特に限定されず、前記好適な形状の無機蛍光体粒子よりも大きな形状を有する無機蛍光体のバルク体を粉砕及び分級して、所期の形状の無機蛍光体粒子を得る方法、或いは、無機蛍光体の溶液を出発原料として粒子生成反応により、好適な形状の無機蛍光体粒子を直接得る方法が挙げられる。

かかる製造方法の中でも、無機蛍光体のバルク体を粉砕及び分級する方法が、生産効率が高く、所期の無機蛍光体粒子を安価に得られるため好ましい。無機蛍光体のバルク体を粉砕する方法は特に限定されず、ハンマーミル、ローラーミル、ロータリーミル、ボールミル、或いはビーズミル等の公知の粉砕機をなんら制限なく用いることができる。中でも、比表面積が極端に大きい所謂微粉末の発生を抑制し、前記説明したような、好ましくは１０００ｃｍ^２／ｃｍ^３以下、特に好ましくは５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以下の比表面積を有する無機蛍光体粒子を得るためには、ハンマーミル及びローラーミルを用いることが特に好ましい。

また、前記無機蛍光体のバルク体を粉砕した無機蛍光体粒子を分級する方法は、乾式ふるい、湿式ふるい、或いは風力分級等の公知の分級方法を特に制限なく適用することができる。

前記分級方法の中でも、ふるい分けにより分級する方法が、前記説明したように、好適な比表面積の粒子を得やすく好ましい。また、該ふるい分けによれば、安価な設備を用いて効率よく分級することができる。

本発明の中性子シンチレーターは、前記無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成物（以下、単に樹脂組成物ともいう）からなることを特徴とする。前記説明から理解されるように、本発明の無機蛍光体粒子は、一般に用いられる無機蛍光体に比較してサイズが小さいため、単独の無機蛍光体粒子では中性子検出効率に乏しいという問題が生じる。かかる問題は、複数の無機蛍光体粒子を樹脂と混合し、当該樹脂中に分散せしめることによって解決することができ、前記優れたｎ／γ弁別能を有しながら、なおかつ高い中性子検出効率を有する中性子シンチレーターを得ることができる。

ここで、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子から発せられた蛍光を、後段の光検出器へ効率よく導くためには、該樹脂組成物を透明体とすることが好ましい。本発明者らの検討によれば、該樹脂組成物の光路長１ｃｍ当りの内部透過率を、前記無機蛍光体粒子の発光波長において３０％／ｃｍ以上とすることによって、無機蛍光体粒子から発せられた蛍光を、後段の光検出器へ効率よく導くことができる。これにより、該光検出器から出力される信号の波高値が増大して中性子検出器の信号／雑音比が向上する。また、該波高値のバラつきも小さくなるため、前記閾値を設けて中性子とγ線を弁別することが容易となる。なお、該内部透過率を５０％／ｃｍ以上とすることが好ましい。内部透過率を５０％／ｃｍ以上とすることによって、信号／雑音比及びｎ／γ弁別能に特に優れた中性子検出器を得ることができる。

なお、本発明において、内部透過率とは、前記樹脂組成物に光を透過せしめた際に該樹脂組成物の入射側および出射側の表面で生じる表面反射損失を除いた透過率であって、光路長１ｃｍ当りの値で表す。該光路長１ｃｍ当りの内部透過率（τ_１０）は、厚さの異なる一対の前記樹脂組成物について、それぞれの表面反射損失を含む透過率を測定し、以下の式（３）に代入することによって求めることができる。

ｌｏｇ（τ_１０）＝｛ｌｏｇ（Ｔ_２）−ｌｏｇ（Ｔ_１）｝／（ｄ_２−ｄ_１） （３）
（式中、ｄ_１及びｄ_２は、一対の前記樹脂組成物のｃｍ単位の厚さを示し、ｄ_２＞ｄ_１である。また、Ｔ_１及びＴ_２は、それぞれ厚さがｄ_１及びｄ_２の樹脂組成物の表面反射損失を含む透過率を示す）
本発明における樹脂組成物の内部透過率を高めるためには、前記無機蛍光体粒子の発光波長において透明な樹脂（以下、単に透明樹脂ともいう）を用いることが好ましい。より具体的には、前記無機蛍光体粒子の発光波長における該樹脂の内部透過率が８０％／ｃｍ以上であることが好ましく、９０％／ｃｍ以上であることが特に好ましい。該樹脂の内部透過率は、樹脂単体を試料として、前記説明した樹脂組成物の内部透過率と同様にして求めることができる。かかる透明樹脂を具体的に例示すれば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリ（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、及びポリビニルアルコール等があげられる。また屈折率を調整するなどの目的で、複数の樹脂を混合して用いてもよい。

また、透明樹脂の中でも、前記無機蛍光体粒子の発光波長における屈折率が、無機蛍光体粒子の屈折率に近い透明樹脂を用いることが好ましい。具体的には無機蛍光体粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比が、０．９０〜１．１０であることが好ましく、０．９５〜１．０５であることが特に好ましく、０．９８〜１．０２であることが最も好ましい。無機蛍光体粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、無機蛍光体粒子と樹脂との界面における光の散乱を抑制することができ、前記樹脂組成物の内部透過率を高めることができる。なお当該屈折率は、本発明のシンチレーターを用いる温度域での屈折率である。例えば、本発明のシンチレーターを１００℃近辺で用いる場合、上記屈折率比は１００℃で求める必要がある。

前記無機蛍光体粒子の発光波長における屈折率は、屈折率計を用いて測定することができる。一般に、屈折率計の光源として、Ｈｅランプのｄ線（５８７．６ｎｍ）、同ｒ線（７０６．５ｎｍ）、Ｈ_２ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）、同Ｃ線（６５６．３ｎｍ）、Ｈｇランプのｉ線（３６５．０ｎｍ）、同ｈ線（４０４．７ｎｍ）、同ｇ線（４３５．８ｎｍ）、及び同ｅ線（５４６．１ｎｍ）を用いることができる。これら光源の中から、無機蛍光体粒子の発光波長より短波長側の光源及び長波長側の光源を適宜選択し、各光源の波長及び該波長において測定された屈折率を、それぞれ以下のセルマイヤーの式（４）に代入して定数Ａ及びＢを求めた後、同式に無機蛍光体粒子の発光波長を代入して所期の屈折率を求めることができる。なお、無機蛍光体粒子の発光波長が、前記いずれかの光源の波長と一致する場合は、当該光源を用いて屈折率を求めれば良い。また、かかる屈折率の測定においては、測定に適した形状の無機蛍光体のバルク体及び樹脂のバルク体を用いて良い。

ｎ^２−１＝Ａλ^２／（λ^２−Ｂ） （４）
（式中、ｎは波長λにおける屈折率を表し、Ａ及びＢは定数である）
本発明において、前記樹脂組成物は無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂を混合したスラリー状またはペースト状の樹脂組成物として用いても良く、或いは無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂前駆体を混合した後に該樹脂前駆体を硬化せしめた固体状の樹脂組成物として用いても良い。

当該樹脂組成物の製造方法は特に制限されないが、以下に具体的な製造方法を例示する。

本発明における樹脂組成物をスラリー状またはペースト状の樹脂組成物として用いる場合には、まず、無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂を混合する。かかる混合操作においては、プロペラミキサー、プラネタリーミキサー、またはバタフライミキサー等の公知の混合機を特に制限なく用いることができる。

次いで、混合操作において樹脂組成物中に生じた気泡を脱泡する。かかる脱泡操作においては、真空脱泡機、または遠心脱泡機等の脱泡機を特に制限なく用いることができる。かかる脱泡操作を行うことによって、気泡による光の散乱を抑制することができ、樹脂組成物の内部透過率を高めることができる。

なお、前記混合操作及び脱泡操作において、樹脂組成物の粘度を低下せしめ、混合及び脱泡を効率よく行う目的で、樹脂組成物に有機溶媒を添加しても良い。

本発明において樹脂組成物を固体状のものとして用いる場合には、液体または粘体の樹脂前駆体を用いて前記と同様に混合操作及び脱泡操作を行う。次いで、得られた無機蛍光体粒子と樹脂前駆体の混合物を所望の形状の鋳型に注入し、該樹脂前駆体を硬化せしめる。硬化せしめる方法は特に制限されないが、加熱、紫外線照射、或いは触媒添加により、樹脂前駆体を重合する方法が好適である。

ここで、本発明の樹脂組成物からなる中性子シンチレーターは、スラリー状またはペースト状で用いることができ、また、固体状で用いる場合にも所望の形状の鋳型によって成型できるため、任意の形状とすることが容易である。したがって、本発明によれば、用途に応じてファイバー状、中空チューブ状、或いは大面積の中性子シンチレーターを提供することができる。

なお、前記無機蛍光体粒子と樹脂の比重が異なる場合には、無機蛍光体粒子が液状樹脂又は硬化前の樹脂中で沈降または浮上して分離し、中性子シンチレーターとしての特性が不均一となる恐れがある。かかる無機蛍光体粒子の分離を抑制し、一様な特性の中性子シンチレーターを得るために、前記樹脂組成物中に充填材粒子をさらに含有させることが好ましい。当該充填材粒子が無機蛍光体粒子同士の間隙に充填されることによって、前記無機蛍光体粒子の分離を抑制することができる。

また、該充填材粒子の比重を無機蛍光体粒子と同等とすることが特に好ましい。充填材粒子の比重を無機蛍光体粒子と同等とすることによって、該充填材粒子及び無機蛍光体粒子が、樹脂中で沈降または浮上する速度が一致し、該充填材粒子が無機蛍光体粒子同士の間隙に精緻に充填されるため、無機蛍光体粒子が前記樹脂組成物中に均一に分散され、中性子シンチレーターの一様性がさらに向上する。

さらに、該充填材粒子は、前記無機蛍光体粒子の発光波長における屈折率が、樹脂の屈折率に近いものを用いることが好ましい。具体的には該充填材粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比が、０．９０〜１．１０であることが好ましく、０．９５〜１．０５であることが特に好ましく、０．９８〜１．０２であることが最も好ましい。充填材粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、充填材粒子と樹脂との界面における光の散乱を抑制することができ、本発明における樹脂組成物の内部透過率を高めることができる。

かかる充填材粒子は、無機蛍光体粒子同士の間隙に充填せしめるため、その形状が、無機蛍光体粒子と同等、あるいは無機蛍光体粒子より小さい形状であることが好ましい。具体的には、無機蛍光体粒子と同様にして粒度を調整した充填剤粒子、あるいは無機蛍光体粒子の場合よりも目開きの小さいふるいで分級する等して、無機蛍光体粒子より小さい粒子となるように粒度を調整した充填剤粒子を、それぞれ好適に用いることができる。

また、該充填剤粒子の樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積に対して２０体積％以上とすることが好ましく、５０体積％以上とすることが特に好ましい。かかる混合割合とすることによって、無機蛍光体粒子の分離を抑制する効果が充分に発揮される。なお、該充填材粒子の樹脂組成物への混合割合の上限は、特に制限されない。特に、中性子シンチレーターのｎ／γ弁別能を劇的に向上させる目的で、無機蛍光体粒子の体積分率を著しく低減する場合には、無機蛍光体粒子を均一に分散せしめるべく多量の充填材粒子を混合することが好ましい。但し、樹脂組成物を製造する際の粘性等を考慮すると、該樹脂組成物中の充填剤粒子の体積分率は、８０体積％以下が好ましく、５０体積％以下がより好ましい。

かかる充填材粒子としては、具体的には、シリカ、酸化チタン、硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、炭酸マグネシウム、フッ化ストロンチウム、雲母（マイカ）、及び各種ガラス等の無機物粒子、或いはシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリ（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン及びスチレンブタジエン等の有機物粒子等が挙げられる。

さらに充填材粒子としては、無機蛍光体粒子と同種であって、ドーピング元素がない無機物からなる充填材粒子が最も好ましい。すなわち、無機蛍光体粒子と同種の無機物からなる充填材粒子は、その比重が無機蛍光体粒子の比重と一致しているため、前記説明したように無機蛍光体粒子を前記樹脂組成物中に均一に分散せしめることができる。さらに、該充填材粒子は、その屈折率が無機蛍光体粒子の屈折率と一致しているため、無機蛍光体粒子と屈折率が近い樹脂を選択すれば、自ら該充填剤粒子と樹脂の屈折率が近くなり、樹脂組成物の内部透過率を高めることが容易にできる。より好ましくは前記化学式ＬｉＭ^１Ｍ^２Ｘ_６で示され、ランタノイド元素などがドーピングされていない結晶である。
なお、該充填剤粒子は前記中性子捕獲同位体を実質的に含まないことが好ましい。該充填剤粒子が中性子捕獲同位体を含む場合には、該充填剤粒子に含まれる中性子捕獲同位体が、前記無機蛍光体粒子に含まれる中性子捕獲同位体と競合し、無機蛍光体粒子による中性子捕獲反応が阻害されて中性子シンチレーターの中性子検出効率が低下する恐れがある。ただし、無機蛍光体粒子による中性子捕獲反応を顕著に阻害しない範囲においては、該充填剤粒子が中性子捕獲同位体を含んでいても良い。本発明者らの検討によれば、充填剤粒子の中性子捕獲同位体含有量が、無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体含有量の１／１０以下であれば、問題なく使用することができる。なお、該充填剤粒子の中性子捕獲同位体含有量は、前記説明した無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体含有量と同様にして求めることができる。

本発明において、前記無機蛍光体粒子及び樹脂に加えて、中性子捕獲同位体を含有しない蛍光体（以下、中性子不感蛍光体ともいう）をさらに混合してなる中性子シンチレーターとすることが好ましい。

かかる態様においては、γ線の入射によって生じた高速電子が、前記無機蛍光体粒子から逸脱した後に該中性子不感蛍光体に到達してエネルギーを付与し、該中性子不感蛍光体が蛍光を発する。すなわち、γ線が入射した際には、無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の双方がエネルギーを付与され蛍光を発する。一方、中性子が入射した際には、無機蛍光体粒子で生じた２次粒子は無機蛍光体粒子から逸脱しないため、無機蛍光体粒子のみが蛍光を発する。

ここで、前記無機蛍光体粒子と該中性子不感蛍光体は、蛍光寿命や発光波長等の蛍光特性に差異を有するため、かかる蛍光特性の差異を利用して中性子とγ線を弁別することができる。すなわち、蛍光特性の差異を識別できる機構を中性子検出器に設けておき、無機蛍光体粒子に由来する蛍光と中性子不感蛍光体に由来する蛍光の双方が検出された場合にはγ線が入射した事象とし、無機蛍光体粒子に由来する蛍光のみが検出された場合には中性子が入射した事象として処理することができる。かかる処理を講じることによって、ｎ／γ弁別能に特に優れた中性子検出器を得ることができる。

蛍光特性の差異を識別できる機構を具体的に例示すれば、前記無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の蛍光寿命の差異を識別でき得る波形解析機構、及び、無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の発光波長を識別でき得る波長解析機構が挙げられる。

以下、前記波形解析機構について、より具体的に例示する。該波形解析機構は、前置増幅器、主増幅器、波形解析器及び時間振幅変換器により構成される。

前記中性子シンチレーターと光検出器と組み合わせてなる本発明の中性子検出器において、該光検出器より出力された信号を、前置増幅器を介して主増幅器へ入力し、増幅・整形する。ここで、主増幅器で増幅・整形され、該主増幅器より出力される信号の強度は経時的に増加するが、かかる増加に要する時間（以下、立ち上がり時間ともいう）は、前記無機蛍光体粒子あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命を反映しており、蛍光寿命が短い程、立ち上がり時間が短くなる。

該立ち上がり時間を解析するため、主増幅器で増幅・整形された信号を波形解析器に入力する。波形解析器は、前記主増幅器より入力された信号を時間積分し、当該時間積分された信号強度が所定の閾値を超えた際にロジック信号を出力する。ここで、波形解析器には二段階の閾値が設けられており、第一のロジック信号と第二のロジック信号がある時間間隔を以て出力される。

次に波形解析器から出力される二つのロジック信号を時間振幅変換器（Ｔｉｍｅ ｔｏ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ， ＴＡＣ）に入力し、波形解析器から出力される二つのロジック信号の時間差をパルス振幅に変換して出力する。該パルス振幅は、波形解析器から出力される第一のロジック信号と第二のロジック信号の時間間隔、すなわち立ち上がり時間を反映する。

前記説明から理解されるように、該時間振幅変換器から出力されるパルス振幅が小さい程、立ち上がり時間が短く、したがって前記無機蛍光体粒子あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命が短いと識別される。

以下、前記波長解析機構について、より具体的に例示する。該波長解析機構は、光学フィルタ、該光学フィルタを介して中性子シンチレーターに接続される第二の光検出器、及び弁別回路により構成される。

本態様において、中性子シンチレーターから放出される光の一部は前記光学フィルタを介さずに第一の光検出器に導かれ、他の一部は光学フィルタを介して第二の光検出器に導かれる。

ここで、無機蛍光体粒子はＡｎｍの波長で発光し、中性子不感蛍光体はＡｎｍとは異なるＢｎｍの波長で発光するものとする。すると、前記説明したように、γ線が入射した際には無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の双方が蛍光を発するため、中性子シンチレーターからはＡｎｍ及びＢｎｍの光が発せられ、中性子が入射した際には無機蛍光体粒子のみが蛍光を発するため、Ａｎｍの光のみが発せられる。

本態様において、前記光学フィルタは、Ａｎｍの波長の光を遮り、且つＢｎｍの波長の光を透過するフィルタである。したがって、中性子を照射した際に中性子シンチレーターから発せられたＡｎｍの光は、第一の光検出器には到達するが、第二の光検出器には光学フィルタによって遮られるため到達しない。一方で、γ線を照射した際にシンチレーターから発せられた光の内、Ａｎｍの光については前記中性子を照射した場合と同様であるが、Ｂｎｍの光は、第一の光検出器に到達し、また光学フィルタを透過するため第二の光検出器にも到達する。

そのため、Ａｎｍの光が第一の光検出器に入射し、該光検出器から信号が出力された際に、第二の光検出器から信号が出力されなければ中性子による事象とし、Ｂｎｍの光が第二の光検出器に入射して該光検出器から信号が出力されればγ線による事象として識別することができる。

なお、本態様において、前記のように中性子とγ線を弁別するために弁別回路が設けられる。該弁別回路は、前記第一の光検出器からの信号に同期して動作し、該光検出器からの信号が出力された際に、第二の光検出器からの信号の有無を判定する回路である。該弁別回路として具体的なものを例示すれば、反同時計数回路、ゲート回路等が挙げられる。

かかる中性子不感蛍光体を具体的に例示すれば、２，５−Ｄｉｐｈｅｎｉｌｏｘａｚｏｌｅ、１，４−Ｂｉｓ（５−ｐｈｅｎｙｌ−２−ｏｘａｚｏｌｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ等の有機蛍光体が挙げられる。かかる有機蛍光体は、一般に前記無機蛍光体粒子に比較して蛍光寿命が短いため、蛍光寿命の差異を利用してｎ／γ弁別能を向上させるために好適に用いることができる。

本発明の中性子検出器は、前記中性子シンチレーターと光検出器と組み合わせてなる。即ち、中性子の入射によって中性子シンチレーターから発せられた光は、光検出器によって電気信号に変換され、中性子の入射が電気信号として計測されるため、中性子計数等に用いることができる。本発明において、光検出器は特に限定されず、光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ガイガーモードアバランシェフォトダイオード等の従来公知の光検出器を何ら制限なく用いることができる。

なお、中性子シンチレーターは、光検出器に対向する光出射面を有し、当該光出射面は平滑な面であることが好ましい。かかる光出射面を有することによって、中性子シンチレーターで生じた光を効率よく光検出器に入射できる。また、光検出器に対向しない面に、アルミニウム或いはポリテトラフロロエチレン等からなる光反射膜を施すことにより、中性子シンチレーターで生じた光の散逸を防止することができ、好ましい。

本発明の中性子シンチレーターと光検出器とを組み合わせて中性子検出器を製作する方法は特に限定されず、例えば、光検出器の光検出面に中性子シンチレーターの光出射面を光学グリース或いは光学セメント等で光学的に接着し、光検出器に電源および信号読出し回路を接続して中性子検出器を製作することができる。なお、前記信号読出し回路は、一般に前置増幅器、整形増幅器、及び多重波高分析器などで構成される。

また、前記光反射膜が施された中性子シンチレーターを多数配列し、光検出器として位置敏感型光検出器を用いることにより、中性子検出器に位置分解能を付与することができる。

以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

実施例１
本実施例では、Ｅｕを０．０４ｍｏｌ％ドープしたＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる無機蛍光体粒子を用い、中性子検出器を製作した。

該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶は、中性子捕獲同位体としてリチウム６のみを含有する。該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶の密度は３．０ｇ／ｃｍ^３、リチウムの質量分率は３．２質量％、原料におけるリチウム６の同位体比率は９５％であり、したがってその中性子捕獲同位体含有量は、前記式（１）より、９．１ａｔｏｍ／ｎｍ^３である。

また、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶に放射線を照射し、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶の発光波長を蛍光光度計で測定した結果、３７０ｎｍであった。なお、該放射線は、中性子照射時に生じる２次粒子の一つであるα線とし、線源として^２４１Ａｍを用いた。

Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる無機蛍光体粒子の製造に際し、まず、約２ｃｍ角の不定形の形状を有する前記Ｅｕ：ＬｉＣＡＦ_６結晶のバルク体を用意し、該バルク体をハンマーミルによって粉砕した後、乾式分級により分級して２００μｍの上側ふるいを通過し、１００μｍの下側ふるいに残留したものを集め不定形の無機蛍光体粒子を得た。

該無機蛍光体粒子の質量基準の比表面積を、ＢＥＴ比表面積計を用いて測定したところ、０．０１５ｍ^２／ｇであった。したがって、単位体積当たりの表面積は、４５０ｃｍ^２／ｃｍ^３であった。

本実施例において、ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる充填材粒子を用いた。該ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶の密度は３．０ｇ／ｃｍ^３、リチウムの質量分率は３．７質量％、原料におけるリチウム６の同位体比率は７．６％であり、したがってその中性子捕獲同位体含有量は、前記式（１）より、０．７３ａｔｏｍ／ｎｍ^３であった。また、該ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶の比重は、前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶と同一であり、３．０ｇ／ｃｍ^３であった。

当該ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる充填材粒子は、無機蛍光体粒子と同様にバルク体を粉砕し、目開きが１００μｍのふるいを通過したものを用いた。

本実施例では、シリコーン樹脂（信越化学製、ＫＥＲ−７０３０）を樹脂として用いた。該樹脂はＡ液とＢ液の２液からなり、等量の２液を混合して樹脂前駆体を調製した後、該樹脂前駆体を加熱により硬化せしめて使用することができる。また、該樹脂は、前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶の発光波長である３７０ｎｍにおいて、内部透過率が９５％／ｃｍである透明樹脂である。

前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる無機蛍光体、ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる充填材、及び前記シリコーン樹脂の３７０ｎｍにおける室温での屈折率を、屈折率計を用いて測定した。なお、かかる屈折率の測定においては、測定に適した所定の形状のＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶のバルク体、ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶のバルク体及び樹脂のバルク体を用いた。屈折率計の光源として、Ｈｇランプのｉ線（３６５．０ｎｍ）、及びｈ線（４０４．７ｎｍ）を用いた。各光源の波長及び該波長において測定された屈折率を、前記セルマイヤーの式（４）に代入して定数Ａ及びＢを求めた後、同式を用いて３７０ｎｍにおける屈折率を求めた。その結果、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶、ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶、及びシリコーン樹脂の３７０ｎｍにおける屈折率は、それぞれ１．４０、１．４０及び１．４１であり、無機蛍光体粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比、及び充填材粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比は、ともに１．０１であった。

前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる無機蛍光体粒子１０．０ｇ、ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる充填材粒子１０．０ｇ、及び予め等量のＡ液とＢ液を混合したシリコーン樹脂の樹脂前駆体１０．０ｍＬを混合容器に入れ、混合物の粘度を低下せしめる目的で、トルエン１ｍＬを添加した。

これらを、撹拌棒を用いてよく混合した後、該混合操作において混合物中に生じた気泡を、真空脱泡機を用いて脱泡した。

次いで、直径が２ｃｍ、厚さが約０．３ｃｍ及び約１ｃｍのポリテトラフロロエチレン製の鋳型にそれぞれ注入し、８０℃で５時間加熱してトルエンを留去した後、１００℃で２４時間加熱して樹脂前駆体を硬化せしめ、無機粒子を含む樹脂組成物からなる本発明の中性子シンチレーターを得た。

該樹脂組成物の形状は、直径が２ｃｍ、厚さが０．３ｃｍであり、体積は０．９４ｍＬであった。また、該樹脂組成物には無機蛍光体粒子及び充填材粒子が０．５６ｇずつ含まれており、無機蛍光体粒子及び充填材粒子の密度から、これらの体積はともに０．１９ｍＬである。したがって、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は２０体積％であり、充填材粒子の樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積に対して１００体積％、樹脂組成物全体に対して２０体積％であった。

該樹脂組成物について、無機蛍光体粒子の発光波長（３７０ｎｍ）における光路長１ｃｍ当りの内部透過率を以下の方法により測定した。まず、図１の左図に示すように波長が３７０ｎｍの光を光検出器の光検出面に入射し、入射した光の強度（Ｉ_０）を測定した。次いで、直径が２ｃｍ、厚さが０．３ｃｍ（ｄ_１）の樹脂組成物を図１の右図に示すように光検出器の光検出面に置き、波長が３７０ｎｍの光を入射して、厚さが０．３ｃｍ（ｄ_１）の樹脂組成物を介して光検出器に入射した光の強度（Ｉ_１）を測定した。該Ｉ_１をＩ_０で除することにより、厚さが０．３ｃｍ（ｄ_１）の樹脂組成物の表面反射損失を含む透過率（Ｔ_１）を得た。同様にして、厚さが１ｃｍ（ｄ_２）の樹脂組成物を介して光検出器に入射した光の強度（Ｉ_２）を測定し、樹脂組成物の表面反射損失を含む透過率（Ｔ_２）を得た。これらｄ_１、ｄ_２、Ｔ_１及びＴ_２の値を前記式（３）に代入して光路長１ｃｍ当りの内部透過率を求めた結果、６７％／ｃｍであった。

前記直径が２ｃｍ、厚さが０．３ｃｍの樹脂組成物からなる中性子シンチレーターを光検出器に接続して本発明の中性子検出器を製作した。まず、前記中性子シンチレーターの直径が２ｃｍの一面を光出射面とし、当該光出射面以外の面にテープ状のポリテトラフロロエチレンを巻いて光反射膜とした。次いで、光検出器として光電子増倍管（浜松ホトニクス社製 Ｈ６５２１）を用意し、当該光電子増倍管の光検出面と前記中性子シンチレーターの光出射面を光学グリースによって光学的に接着した後、該中性子シンチレーターと光検出器を遮光用のブラックシートで覆った。

前記光電子増倍管に電源を接続し、また、信号読出し回路として、光電子増倍管側から前置増幅器、整形増幅器及び多重波高分析器を接続し、本発明の中性子検出器を得た。

本発明の中性子検出器の性能を以下の方法により評価した。２．４ＭＢｑの放射能のＣｆ−２５２を２０ｃｍ角の立方体形状の高密度ポリエチレンの中心に設置し、該高密度ポリエチレンに近接する位置にシンチレーターが配置されるように中性子検出器を設置し、該Ｃｆ−２５２からの中性子を高密度ポリエチレンで減速して照射した。

光電子増倍管に接続された電源を用いて、−１３００Ｖの高電圧を光電子増倍管に印加した。中性子の入射によって、中性子シンチレーターから発せられた光を光電子増倍管でパルス状の電気信号に変換し、当該電気信号を前置増幅器、整形増幅器を介して多重波高分析器に入力した。多重波高分析器に入力された電気信号を解析して波高分布スペクトルを作成した。

次に、中性子に替えて、０．８３ＭＢｑの放射能のＣｏ−６０を中性子シンチレーターから５ｃｍの距離に設置し、該Ｃｏ−６０からのγ線を照射する以外は、前記と同様にして波高分布スペクトルを作成した。０．８３ＭＢｑの放射能のＣｏ−６０から５ｃｍの距離におけるγ線の線量は、１０ｍＲ／ｈもの極めて高い線量である。

得られた波高分布スペクトルを図２に示す。図２の実線および点線は、それぞれ中性子およびγ線照射下での波高分布スペクトルである。なお、当該波高分布スペクトルにおいて、横軸を中性子ピークの波高値を１とした相対値で示した。

図２より、明瞭な中性子ピークが確認でき、また、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値は、中性子ピークの波高値に比較してはるかに低く、容易にγ線と中性子を弁別できることが分かる。

前記中性子ピークを正規分布関数でフィッティングして分散（σ）を求め、中性子ピークの波高値より３σ低い波高値に閾値を設けた。該閾値を図２に破線で示す。該閾値を超える信号の頻度を、中性子を照射した場合及びγ線を照射した場合について、それぞれ３００秒間計数し、計数率（ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃ）を求めた。結果を表１に示す。表１から分かるように、本発明の中性子検出器は、極めて高い線量のγ線の存在下においても、γ線の計数率はわずかに０．０４３Ｃｏｕｎｔｓ／ｓｅｃであり、中性子計数に対するγ線由来の誤差が軽微であることが分かる。

実施例２
Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる無機蛍光体粒子１２．５ｇ、ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる充填材粒子７．５ｇ、及び予め等量のＡ液とＢ液を混合したシリコーン樹脂の樹脂前駆体１０．０ｍＬを混合する以外は、実施例１と同様にして本発明の樹脂組成物からなる中性子シンチレーターを作製した。該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は２５体積％であり、充填材粒子の樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積に対して６０体積％、樹脂組成物全体に対して１５体積％であった。

該樹脂組成物について、無機蛍光体粒子の発光波長における光路長１ｃｍ当りの内部透過率を、実施例１と同様にして測定した結果、７１％／ｃｍであった。

実施例１と同様にして、該樹脂組成物を用いて中性子検出器を製作し、波高分布スペクトルの作成、閾値の設定、及び中性子照射下ならびにγ線照射下での該閾値を超える信号の計数率測定を行い、該中性子検出器の性能を評価した。得られた波高分布スペクトルを図３に、計数率測定の結果を表１に示す。図３より、明瞭な中性子ピークが確認でき、また、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値は、中性子ピークの波高値に比較してはるかに低く、容易にγ線と中性子を弁別できることが分かる。

実施例３
Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる無機蛍光体粒子１４．９ｇ、ＬｉＣａＡｌＦ_６結晶からなる充填材粒子５．０ｇ、及び予め等量のＡ液とＢ液を混合したシリコーン樹脂の樹脂前駆体１０．０ｍＬを混合する以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物からなる本発明の中性子シンチレーターを作製した。該混合物中の無機蛍光体粒子の体積分率は３０体積％であり、充填材粒子の樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積に対しての３３体積％、樹脂組成物全体に対して１０体積％であった。

該混合物について、無機蛍光体粒子の発光波長における光路長１ｃｍ当りの内部透過率を、実施例１と同様にして測定した結果、７０％／ｃｍであった。

実施例１と同様にして、該樹脂組成物を用いて中性子検出器を製作し、波高分布スペクトルの作成、閾値の設定、及び中性子照射下ならびにγ線照射下での該閾値を超える信号の計数率測定を行い、該中性子検出器の性能を評価した。得られた波高分布スペクトルを図４に、計数率測定の結果を表１に示す。図４より、明瞭な中性子ピークが確認でき、また、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値は、中性子ピークの波高値に比較してはるかに低く、容易にγ線と中性子を弁別できることが分かる。

また、実施例１〜３の比較から、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を高めることによって、樹脂組成物の単位体積当たりの中性子検出効率を向上させることができ、一方、前記樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を低減することによって、ｎ／γ弁別能を向上できることが分かる。

比較例１
中性子シンチレーターとして、１ｃｍ×１ｃｍ×０．３ｃｍの平板状であり、比表面積が１１ｃｍ^２／ｃｍ^３の形状を有するＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶を用いる以外は、実施例１と同様にして中性子検出器を製作し、波高分布スペクトルの作成、閾値の設定、及び中性子照射下ならびにγ線照射下での該閾値を超える信号の計数率測定を行い、該中性子検出器の性能を評価した。なお、該１ｃｍ×１ｃｍ×０．３ｃｍの平板状のＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶は、実施例１で用いた約２ｃｍ角の不定形の形状を有する前記Ｅｕ：ＬｉＣＡＦ_６結晶のバルク体を切断加工し、全面を鏡面研磨したものを用いた。また、別途１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍの単結晶を用意し、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ_６単結晶の発光波長における光路長１ｃｍ当りの内部透過率を、実施例１と同様にして測定した結果、９５％／ｃｍであった。

得られた波高分布スペクトルを図５に、計数率測定の結果を表１に示す。図５では、明瞭な中性子ピークが確認できるものの、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値が、中性子ピークの波高値に一部重なっており、γ線と中性子の弁別が困難であることが分かる。また、表１の計数率においても、γ線の計数率が１７と大きく、かかる極めて高いγ線の線量の存在下では、中性子計数に対するγ線由来の誤差が顕著に問題となることが分かる。

実施例４
前記実施例１において、無機蛍光体粒子、充填材粒子、及びシリコーン樹脂の樹脂前駆体を混合する際に、トルエン１ｍＬに替えて、２，５−Ｄｉｐｈｅｎｉｌｏｘａｚｏｌｅを５ｗｔ％溶解せしめたトルエン溶液１ｍLを添加する以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物を作製した。すなわち、本実施例においては、中性子捕獲同位体を含有しない蛍光体をさらに含有してなる樹脂組成物からなる中性子シンチレーターを作製した。該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は２０体積％であり、充填材粒子の樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積に対しての１００体積％、樹脂組成物全体に対して２０体積％であった。

該樹脂組成物について、無機蛍光体粒子の発光波長における光路長１ｃｍ当りの内部透過率を、実施例１と同様にして測定した結果、６８％／ｃｍであった。

実施例１と同様にして、該樹脂組成物を用いて中性子検出器を製作した。ただし、光電子増倍管から出力される信号波形を観測するため、前記前置増幅器、整形増幅器及び多重波高分析器からなる信号読出し回路に替えて、オシロスコープを接続した。

実施例１と同様にして、中性子及びγ線を中性子検出器に照射し、光電子増倍管から出力される信号波形を、オシロスコープを用いて記録した。中性子照射下及びγ線照射下で得られた信号波形をそれぞれ図６及び図７に示す。なお、各図中の挿入図は時間０付近の拡大図である。図６及び図７から、中性子が入射した際には、無機蛍光体粒子のみが蛍光を発するのに対し、γ線が入射した際には、無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の双方がエネルギーを付与されて蛍光を発することが分かり、また、該無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の蛍光寿命には明確な差異があることが分かる。したがって、本実施態様における中性子検出器に、前記説明した波形解析機構を設けることによって、ｎ／γ弁別能に特に優れた中性子検出器を得ることができる。

１ 中性子シンチレーター
２ 光検出器

Claims (4)

1. リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成物からなる中性子シンチレーターであって、
   該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率が５〜６５体積％である中性子シンチレーター。
2. 無機蛍光体粒子の発光波長において、無機蛍光体粒子の屈折率に対する樹脂の屈折率の比が０．９０〜１．１０の範囲にある請求項１記載の中性子シンチレーター。
3. 無機蛍光体粒子が、目開き１０００μｍのふるいを全通し、目開き１００μｍのふるいを通過する粒子を実質的に含んでいない粒子である請求項１記載の中性子シンチレーター。
4. 請求項１〜３に記載の中性子シンチレーターと光検出器を具備することを特徴とする中性子検出器。

Images