JP2021038983A - Neutron measurement unit, neutron measurement device and neutron measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中性子測定用ユニット、中性子測定装置および、中性子測定方法に関する。 The present invention relates to a neutron measuring unit, a neutron measuring device, and a neutron measuring method.
次世代の放射線治療法として、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)が知られている。BNCTは、ホウ素同位体と中性子線との反応を利用してα線を発生させ、それを照射することによって所定の腫瘍細胞を破壊する治療法である。中性子源では、反応に必要な中性子線とともに、γ線も発生し、いずれも腫瘍細胞に照射される。γ線は、中性子線と生物学的効果比が異なり、また、γ線により所定の腫瘍細胞以外の細胞も破壊してしまう。そのため、BNCTを実施する場合には、照射する中性子線の量を確保しつつ、この中性子線に混在するγ線の量が多くなり過ぎないように、中性子線照射の精度を管理する必要があり、中性子線とγ線とを弁別した測定が行われている(特許文献1)。 Boron neutron capture therapy (BNCT) is known as a next-generation radiotherapy method. BNCT is a therapeutic method in which α rays are generated by utilizing the reaction between boron isotopes and neutron rays, and the irradiation thereof destroys predetermined tumor cells. At the neutron source, γ-rays are generated along with the neutron rays required for the reaction, and both are irradiated to the tumor cells. Gamma rays have a different biological effect ratio from neutron rays, and γ rays also destroy cells other than predetermined tumor cells. Therefore, when performing BNCT, it is necessary to control the accuracy of neutron irradiation so that the amount of neutron rays to be irradiated is secured and the amount of γ-rays mixed in the neutron rays does not become too large. , Measurements that discriminate between neutron rays and γ-rays have been performed (Patent Document 1).
特許文献1では、酸化アルミニウム、酸化ベリリウムを主成分とする熱蛍光体を用いて中性子線とγ線を測定する方法について開示されている。しかしながら、こうした熱蛍光体は、中性子線とγ線の両方と反応するが、中性子線に対しての感度は低く、BNCTで用いる量の中性子線と十分に反応させることが難しい。人体を対象としたBNCTにおいては、面積50cm2以上の領域について、中性子線とγ線とを弁別した測定を行う必要があり、このような測定を一点ずつ行っていると、測定時間が増大し、測定者の被ばくしてしまう虞がある。 Patent Document 1 discloses a method for measuring neutron rays and γ-rays using a thermal phosphor containing aluminum oxide and beryllium oxide as main components. However, although such a thermal phosphor reacts with both neutron rays and γ-rays, its sensitivity to neutron rays is low, and it is difficult to sufficiently react with the amount of neutron rays used in BNCT. In BNCT for the human body, it is necessary to perform measurements that discriminate between neutron rays and γ-rays in an area of 50 cm 2 or more, and if such measurements are performed one by one, the measurement time will increase. , There is a risk of exposure to the measurer.
測定時間を短縮するため、イメージングプレート、ラジオミックフィルムを用いて、広範囲の領域における中性子線の被照射線量の分布を、一度に捉える方法が提案されている。しかしながら、イメージングプレートは、ダイナミックレンジが、BNCTで求められる感度に対応したものでないため、実際に中性子線の被照射線量の分布を捉えることは難しい。一方、ラジオミックフィルムは、被照射線量ごとの感度にばらつきがあるため、得られる中性子線の被照射線量の分布の精度が低く、また、1回しか使用できないため、使用後には放射性廃棄物となってしまう。 In order to shorten the measurement time, a method has been proposed in which the distribution of the neutron irradiation dose in a wide range is captured at once by using an imaging plate and a radiomic film. However, since the dynamic range of the imaging plate does not correspond to the sensitivity required by BNCT, it is difficult to actually capture the distribution of the irradiation dose of the neutron beam. On the other hand, since the sensitivity of radiomic film varies depending on the irradiation dose, the accuracy of the distribution of the irradiation dose of the obtained neutron beam is low, and since it can be used only once, it is regarded as radioactive waste after use. turn into.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ホウ素中性子捕捉療法において、γ線との弁別を行うことなく、所定の広がりを有する領域に対して、中性子源から照射される中性子線の量を、短時間で測定することを可能とする、中性子測定用ユニット、中性子測定装置、および中性子測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in boron neutron capture therapy, the amount of neutron rays emitted from a neutron source to a region having a predetermined spread without discrimination from γ-rays. It is an object of the present invention to provide a neutron measurement unit, a neutron measurement device, and a neutron measurement method capable of measuring a neutron in a short time.
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
(1)本発明の一態様に係る中性子測定用ユニットは、カドミウムを含有する板状の中性子コンバータと、板状の熱蛍光体とを、両者の厚み方向を揃えて互いに重なるように備えている。 (1) The neutron measurement unit according to one aspect of the present invention includes a plate-shaped neutron converter containing cadmium and a plate-shaped thermal phosphor so as to be overlapped with each other by aligning the thickness directions of both. ..
(2)前記(1)に記載の中性子測定用ユニットにおいて、前記熱蛍光体が、100℃以上の温度で発光強度ピークを示す熱蛍光特性を有していることが好ましい。 (2) In the neutron measurement unit according to (1) above, it is preferable that the thermal phosphor has a thermal fluorescence characteristic showing an emission intensity peak at a temperature of 100 ° C. or higher.
(3)前記(1)または(2)のいずれかに記載の中性子測定用ユニットにおいて、前記熱蛍光体が、酸化アルミニウムと酸化ベリリウムのうち、少なくとも一方を含有していることが好ましい。 (3) In the neutron measurement unit according to any one of (1) or (2), it is preferable that the thermal phosphor contains at least one of aluminum oxide and beryllium oxide.
(4)前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の中性子測定用ユニットにおいて、前記中性子コンバータの厚みが、0.3mm以上0.5mm以下であることが好ましい。 (4) In the neutron measurement unit according to any one of (1) to (3), the thickness of the neutron converter is preferably 0.3 mm or more and 0.5 mm or less.
(5)前記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の中性子測定用ユニットにおいて、前記厚み方向からの平面視において、前記中性子コンバータと前記熱蛍光体とが重なっている領域の面積が、10mm2以上であることが好ましい。 (5) In the neutron measurement unit according to any one of (1) to (4), the area of the region where the neutron converter and the thermal phosphor overlap in a plan view from the thickness direction. Is preferably 10 mm 2 or more.
(6)前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の中性子測定用ユニットにおいて、前記厚み方向における前記中性子コンバータと前記熱蛍光体との距離が、β線の飛程距離以下であることが好ましい。 (6) In the neutron measurement unit according to any one of (1) to (5), the distance between the neutron converter and the thermal phosphor in the thickness direction is equal to or less than the range of β rays. It is preferable to have.
(7)本発明の一態様に係る中性子測定装置は、前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の中性子測定用ユニットと、前記熱蛍光体を加熱する加熱手段と、加熱された前記熱蛍光体による発光の強度を測定する測定手段と、を備えている。 (7) The neutron measuring apparatus according to one aspect of the present invention is heated by the neutron measuring unit according to any one of (1) to (6) above, the heating means for heating the thermal phosphor, and the heating means. It is provided with a measuring means for measuring the intensity of light emission by the thermal phosphor.
(8)本発明の一態様に係る中性子測定方法は、前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の中性子測定装置を用いた中性子測定方法であって、前記中性子測定用ユニットに対し、前記中性子コンバータ側から中性子線を照射し、前記中性子コンバータにおいて前記中性子線を電離放射線に変換させ、前記電離放射線を前記熱蛍光体に吸収させる第一工程と、前記電離放射線を吸収した前記熱蛍光体に対して加熱を行い、所定の温度領域で発光させる第二工程と、前記温度領域における前記発光の強度を積算することにより、前記中性子測定用ユニットに照射された前記中性子線の量を推定する第三工程と、を有する。 (8) The neutron measuring method according to one aspect of the present invention is a neutron measuring method using the neutron measuring device according to any one of (1) to (6) above, and is used in the neutron measuring unit. On the other hand, the first step of irradiating a neutron beam from the neutron converter side, converting the neutron beam into ionizing radiation in the neutron converter, and absorbing the ionizing radiation into the thermal phosphor, and the above-mentioned absorbing the ionizing radiation. The amount of the neutron beam irradiated to the neutron measurement unit by integrating the second step of heating the thermal phosphor and emitting light in a predetermined temperature region and the intensity of the light emission in the temperature region. It has a third step of estimating.
本発明によれば、ホウ素中性子捕捉療法において、γ線との弁別を行うことなく、所定の広がりを有する領域に対して、中性子源から照射される中性子線の量を、短時間で測定することを可能とする、中性子測定用ユニット、中性子測定装置、および中性子測定方法を提供することができる。 According to the present invention, in boron neutron capture therapy, the amount of neutron rays emitted from a neutron source is measured in a short time with respect to a region having a predetermined spread without discrimination from γ-rays. It is possible to provide a neutron measurement unit, a neutron measurement device, and a neutron measurement method.
以下、本発明を適用した実施形態に係る中性子測定用ユニット、中性子測定装置、および中性子測定方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the neutron measurement unit, the neutron measurement device, and the neutron measurement method according to the embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not be the same as the actual ones. Absent. Further, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited thereto, and the present invention can be appropriately modified without changing the gist thereof.
図1は、本発明の一実施形態に係る中性子測定用ユニット100の斜視図である。中性子測定用ユニット100は、主に、カドミウムを含有する板状の中性子コンバータ101と、板状の熱蛍光体102とで構成されており、両者を、厚み方向Tを揃えて互いに重なるように備えている。 FIG. 1 is a perspective view of a neutron measurement unit 100 according to an embodiment of the present invention. The neutron measurement unit 100 is mainly composed of a plate-shaped neutron converter 101 containing cadmium and a plate-shaped thermal phosphor 102, and both are provided so as to be overlapped with each other with the thickness direction T aligned. ing.
中性子測定用ユニット100では、まず、加速器や原子炉等の中性子源(不図示)から発生した中性子線(熱中性子線)L1およびγ線L2が、中性子コンバータ101に照射される。続いて、照射された中性子線L1は、中性子コンバータ101内でβ線、γ線、X線等の電離放射線L3に変換され、中性子コンバータ101から放出される。このうち電離放射線L3が、熱蛍光体102に照射されて吸収される。また、中性子コンバータ101に照射されたγ線L2は、中性子コンバータ101内で減衰して放出され、この放出されたγ線L4も、熱蛍光体102に照射されて吸収される。 In the neutron measurement unit 100, first, the neutron converter 101 is irradiated with neutron rays (thermal neutron rays) L 1 and γ rays L 2 generated from a neutron source (not shown) such as an accelerator or a reactor. Subsequently, the irradiated neutron beam L 1 is converted into ionizing radiation L 3 such as β-rays, γ-rays, and X-rays in the neutron converter 101, and is emitted from the neutron converter 101. Of these, the ionizing radiation L 3 is irradiated to the thermal phosphor 102 and absorbed. Further, the γ-ray L 2 irradiated to the neutron converter 101 is attenuated and emitted in the neutron converter 101, and the emitted γ-ray L 4 is also irradiated to the thermal phosphor 102 and absorbed.
中性子コンバータ101は、安価で大面積化が容易な材料であるカドミウムの同位体106Cd、108Cd、110Cd、111Cd、112Cd、113Cd、114Cd、116Cdのうち、少なくとも一つを主成分として含有している。中性子コンバータ101は、中性子線がカドミウムに衝突してγ線に変換される確率を高める観点から、中性子反応断面積の大きい110Cd、111Cd、112Cd、113Cdをより多く含んでいることが好ましい。中性子コンバータ101は、カドミウム以外の成分として、例えば、Gd、Li、Bの同位体等を含んでいてもよい。 The neutron converter 101 uses at least one of the cadmium isotopes 106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd, 113 Cd, 114 Cd, and 116 Cd, which are inexpensive and easy to increase the area. It is contained as a main component. The neutron converter 101 may contain more 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd, and 113 Cd having a large neutron reaction cross section from the viewpoint of increasing the probability that the neutron beam collides with cadmium and is converted into γ ray. preferable. The neutron converter 101 may contain, for example, isotopes of Gd, Li, and B as components other than cadmium.
中性子コンバータの厚み101bは、中性子線をγ線に変換させて放出する確率を高める観点から、0.3mm以上0.5mm以下であることが好ましく、0.4mm程度であればより好ましい。中性子コンバータ101が0.3mmより薄いと、中性線をγ線に変換する媒体としてのカドミニウムの含有量が少ないため、中性子線がカドミウムと衝突する確率が低く、γ線への変換を十分に行うことができない。その結果として、熱蛍光体102で吸収されるγ線の量が少なくなってしまう。一方、中性子コンバータ101が0.5mmより厚いと、変換されたγ線の外部への放出が妨げられ、一部のγ線が中性子コンバータ101内で自己吸収されてしまい、この場合にも、熱蛍光体102で吸収されるγ線の量が少なくなってしまう。 The thickness 101b of the neutron converter is preferably 0.3 mm or more and 0.5 mm or less, and more preferably about 0.4 mm, from the viewpoint of increasing the probability of converting the neutron beam into γ-ray and emitting it. If the neutron converter 101 is thinner than 0.3 mm, the content of cadmium as a medium for converting neutral rays to γ-rays is low, so the probability that neutron rays will collide with cadmium is low, and the conversion to γ-rays is sufficient. I can't do it. As a result, the amount of γ-rays absorbed by the thermal phosphor 102 is reduced. On the other hand, if the neutron converter 101 is thicker than 0.5 mm, the converted γ-rays are prevented from being emitted to the outside, and some γ-rays are self-absorbed in the neutron converter 101. The amount of γ-rays absorbed by the phosphor 102 is reduced.
熱蛍光体102は、熱蛍光特性を有する材料を主成分として含むセラミックであり、β線、γ線、X線等の電離放射線のエネルギーを蓄積した状態で熱を加えると、蓄積しているエネルギーの一部を光として放出する。本実施形態での熱蛍光特性としては、所定の温度領域のみにおいて発光するものであることが好ましく、約100℃以上の温度領域で発光強度ピークを示すものであれば、より好ましい。 The thermal phosphor 102 is a ceramic containing a material having thermal fluorescence characteristics as a main component, and when heat is applied in a state where the energy of ionizing radiation such as β-rays, γ-rays, and X-rays is stored, the stored energy is stored. Part of the light is emitted as light. The thermal fluorescence characteristics in the present embodiment are preferably those that emit light only in a predetermined temperature range, and more preferably those that show a emission intensity peak in a temperature range of about 100 ° C. or higher.
熱蛍光材料としては、中性子由来の電離放射線に対して高い熱蛍光特性を有するものであることが好ましく、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ベリリウム(BeO)等の酸化物が挙げられる。電離放射線の吸収効率を高める観点から、熱蛍光体102は、酸化アルミニウムと酸化ベリリウムのうち、少なくとも一方を含有していることが好ましい。熱蛍光体102に含有させる材料としては、酸化ベリリウムよりも取り扱いが容易な酸化アルミニウムの方が好ましい。なお、熱蛍光体102に酸化アルミニウムが含有されている場合、さらにクロムが含有されていてもよい。適度なクロムが含有されていると、熱蛍光感度やフェーディング特性が向上する。 The thermofluorescent material preferably has high thermofluorescence characteristics with respect to ionizing radiation derived from neutrons, and examples thereof include oxides such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and beryllium oxide (BeO). .. From the viewpoint of increasing the absorption efficiency of ionizing radiation, the thermal phosphor 102 preferably contains at least one of aluminum oxide and beryllium oxide. As the material contained in the thermal phosphor 102, aluminum oxide, which is easy to handle, is preferable to beryllium oxide. When the thermal phosphor 102 contains aluminum oxide, it may further contain chromium. When an appropriate amount of chromium is contained, the thermal fluorescence sensitivity and fading characteristics are improved.
特に、酸化アルミニウムは、放射線に対する高い空間分解能を有しており、得られる被照射線の分布の画像を鮮明にすることができる。また、酸化アルミニウムは、吸水性を有していないため、環境因子による影響が少ない水ファントム(水中)で用いることができ、高精度な測定を実現することができる。また、酸化アルミニウムは、熱蛍光特性を有する他の材料に比べて、均一性が高くて単純な構造を有しており、放射化後の半減期が短い材料であるため、繰り返し用いることができ、放射性廃棄物が生成される虞がない。また、酸化アルミニウムは、ダイナミックレンジ(検出できる最大信号と最小信号の比)が広いため、電離放射線を高い効率で吸収することができる。これらの理由により、熱蛍光体が含有する材料としては、酸化アルミニウムが最も好ましい。 In particular, aluminum oxide has a high spatial resolution for radiation, and can make the image of the distribution of the obtained irradiated line clear. Further, since aluminum oxide does not have water absorption, it can be used in a water phantom (in water) that is less affected by environmental factors, and highly accurate measurement can be realized. Further, aluminum oxide has a high uniformity and a simple structure as compared with other materials having thermal fluorescence characteristics, and has a short half-life after activation, so that it can be used repeatedly. , There is no risk of radioactive waste being generated. Further, since aluminum oxide has a wide dynamic range (ratio of the maximum signal to the minimum signal that can be detected), it can absorb ionizing radiation with high efficiency. For these reasons, aluminum oxide is most preferable as the material contained in the thermal phosphor.
熱蛍光体の厚み102bは、0.3mm以上2.0mm以下であることが好ましい。熱蛍光体を発光させる際に、熱蛍光体102の全体あるいは電離放射線を吸収している部分を加熱する必要があり、厚みが2.0mmを超えると昇温時間が長くなってしまい、好ましくない。熱蛍光体の厚み102bが0.3mm未満である場合には、照射された電離放射線のうち一部が吸収されずに透過してしまい、被照射線量に対する発光強度が減少し、堅牢性も低下する。 The thickness 102b of the thermal phosphor is preferably 0.3 mm or more and 2.0 mm or less. When making the thermal phosphor emit light, it is necessary to heat the entire thermal phosphor 102 or the portion absorbing ionizing radiation, and if the thickness exceeds 2.0 mm, the temperature rising time becomes long, which is not preferable. .. When the thickness 102b of the thermal phosphor is less than 0.3 mm, a part of the irradiated ionizing radiation is not absorbed and is transmitted, the emission intensity with respect to the irradiation dose is reduced, and the robustness is also lowered. To do.
同じ材料からなる複数の熱蛍光体を繋ぎ合わせた場合、それぞれの主面同士が一面を形成していても、繋ぎ目において被照射状態の変化が生じてしまうため、熱蛍光体102は一体であることが好ましい。 When a plurality of thermal phosphors made of the same material are joined together, even if their main surfaces form one surface, the irradiation state changes at the joint, so that the thermal phosphor 102 is integrated. It is preferable to have.
図1では、中性子発生用ユニット100の構成および動作を説明するために、中性子コンバータ101と熱蛍光体102とが大きく離間しているように示しているが、実際には、両者の対向面同士がほぼ密着するように、接近した状態で配置されるものとする。具体的には、両者の厚み方向Tにおける中性子コンバータ101と熱蛍光体102との距離Dは、中性子コンバータ101から放出されるβ線の飛程距離以下であるとする。被照射線量の分布を正しく検出するために、被照射面の全体にわたって、中性子コンバータ101との距離がほぼ均一になるように、中性子コンバータ101と熱蛍光体10とは、対向面同士が略平行になるように配置されていることが好ましい。 In FIG. 1, in order to explain the configuration and operation of the neutron generation unit 100, the neutron converter 101 and the thermal phosphor 102 are shown to be largely separated from each other, but in reality, the facing surfaces of the two are opposed to each other. Are arranged in close contact with each other so that they are in close contact with each other. Specifically, it is assumed that the distance D between the neutron converter 101 and the thermal phosphor 102 in the thickness direction T of both is equal to or less than the range D of β rays emitted from the neutron converter 101. In order to correctly detect the distribution of the irradiation dose, the neutron converter 101 and the thermal phosphor 10 are substantially parallel to each other so that the distance from the neutron converter 101 is substantially uniform over the entire irradiated surface. It is preferable that they are arranged so as to be.
図1では、中性子コンバータの一方の主面101aと、熱蛍光体の一方の主面102aとが、互いに同程度の面積を有し、厚み方向Tからの平面視において、ほぼ完全に重なっている場合について例示しているが、本実施形態がこの場合に限定されることはない。すなわち、二つの主面101a、102aの面積は、互いに異なっていてもよく、二つの主面101a、102aの少なくとも一部同士、好ましくは中央を含む少なくとも一部同士が、互いに重なっていればよい。 In FIG. 1, one main surface 101a of the neutron converter and one main surface 102a of the thermal phosphor have similar areas to each other and almost completely overlap each other in a plan view from the thickness direction T. Although the case is illustrated, the present embodiment is not limited to this case. That is, the areas of the two main surfaces 101a and 102a may be different from each other, and at least a part of the two main surfaces 101a and 102a, preferably at least a part including the center, may overlap each other. ..
厚み方向Tからの平面視において、中性子コンバータの主面101aと熱蛍光体の主面102aとが重なっている領域の面積は、10mm2以上であることが好ましい。ただし、腫瘍細胞等の所定のターゲットに照射する場合を想定すると、ターゲットが分布する領域より大きい面積を有することが好ましい。人体を対象としたBNCTに適用することを想定する場合、この面積は50cm2以上であることが好ましく、200cm2以上であればより好ましい。 In a plan view from the thickness direction T, the area of the region where the main surface 101a of the neutron converter and the main surface 102a of the thermal phosphor overlap is preferably 10 mm 2 or more. However, assuming the case of irradiating a predetermined target such as a tumor cell, it is preferable to have an area larger than the area where the target is distributed. When it is assumed that it is applied to BNCT targeting the human body, this area is preferably 50 cm 2 or more, and more preferably 200 cm 2 or more.
本実施形態の中性子測定は、次の手順で行うことができる。まず、中性子測定用ユニット100の中性子コンバータ側101に、中性子線L1を照射し、中性子コンバータ101において中性子線L1をβ線、γ線、X線等の電離放射線L3に変換させ、この電離放射線L3を熱蛍光体102に吸収させる(第一工程)。 The neutron measurement of the present embodiment can be performed by the following procedure. First, the neutron converter side 101 of the neutron measurement unit 100 is irradiated with the neutron beam L 1 , and the neutron converter 101 converts the neutron beam L 1 into ionizing radiation L 3 such as β ray, γ ray, and X ray. The ionizing radiation L 3 is absorbed by the thermal phosphor 102 (first step).
図2は、本発明の一実施形態に係る中性子測定装置200の断面図である。中性子測定装置200は、主に、図1の中性子測定用ユニット100と、中性子測定用ユニット100を構成する熱蛍光体102の加熱手段103と、熱蛍光体102による発光の強度を測定する測定手段104と、外部からの光を遮蔽する容器(暗箱)105と、を備えている。ここでは、中性子コンバータ101の図示を省略している。加熱手段103は、主に、公知のヒータ103Aと、その温度制御装置103Bとで構成されている。測定手段104は、主に、CCDカメラ等の撮像装置104Aと、その制御および得られた画像の解析を行う制御装置104Bとで構成されている。熱蛍光体102とヒータ103Aとは、暗箱105の内部に収容されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the neutron measuring device 200 according to the embodiment of the present invention. The neutron measuring device 200 mainly includes the neutron measuring unit 100 of FIG. 1, the heating means 103 of the thermal phosphor 102 constituting the neutron measuring unit 100, and the measuring means for measuring the intensity of light emission by the thermal phosphor 102. It includes 104 and a container (dark box) 105 that shields light from the outside. Here, the illustration of the neutron converter 101 is omitted. The heating means 103 is mainly composed of a known heater 103A and a temperature control device 103B thereof. The measuring means 104 is mainly composed of an image pickup device 104A such as a CCD camera and a control device 104B for controlling the image pickup device 104A and analyzing the obtained image. The thermal phosphor 102 and the heater 103A are housed inside the dark box 105.
上記第一工程の後に、電離放射線L3を吸収した熱蛍光体102を、中性子測定装置200のヒータ103A上に、電離放射線が入射した面(被照射面)が撮像装置104A側を向くように設置する。その状態で、温度制御装置103Bを用いてヒータ103Aを昇温させることにより、この熱蛍光体102に対して加熱を行い、所定の温度領域で発光させる(第二工程)。 After the first step, the heat phosphor 102 absorbs the ionizing radiation L 3, on the heater 103A neutron measuring apparatus 200, as the surface of the ionizing radiation is incident (the illuminated surface) faces the imaging apparatus 104A side Install. In that state, the heater 103A is heated by using the temperature control device 103B to heat the thermal phosphor 102 and emit light in a predetermined temperature range (second step).
続いて、発光状態の熱蛍光体102の画像を撮像装置104Aを用いて取得し、取得した画像を解析装置104Bに送り、そこで当該温度領域における発光の強度を積算し、発光強度に対応する被照射線量を算出することにより、中性子測定用ユニット100に照射された中性子線L1の線量を推定する(第三工程)。ここで算出される被照射線量には余剰γ線の線量が含まれているが、その線量の比率は、100分の1より小さいため、算出される中性子線の線量は、ほぼ中性子由来の電離放射線L3の線量であり、これを、実際に中性子源から照射された中性子線L1の線量と見なすことができる。 Subsequently, an image of the thermal phosphor 102 in the light emitting state is acquired by using the imaging device 104A, and the acquired image is sent to the analyzer 104B, where the intensity of light emission in the temperature region is integrated and the subject corresponding to the light emission intensity is integrated. by calculating the radiation dose estimates the dose of neutron radiation L 1 irradiated to neutron measuring unit 100 (third step). The irradiation dose calculated here includes the dose of surplus γ-rays, but since the ratio of the dose is smaller than 1/100, the calculated dose of neutron rays is almost neutron-derived ionization. a dose of radiation L 3, which can be actually viewed as a dose of neutron radiation L 1 emitted from the neutron source.
以上のように、本実施形態に係る中性子測定用ユニット100によれば、中性子源から発生する中性子線L1の線量の測定を、中性子線そのものではなく、中性子線とカドミウムとの反応を介して得られた電離放射線L3を、熱蛍光体102に吸収させて行う。この中性子線由来の電離放射線(特にβ線)L3は、中性子源から不可避的に発生する余剰γ線L2に比べて、高い効率で熱蛍光体102に吸収される。電離放射線を吸収した熱蛍光体は、所定の温度領域において高い強度の発光を示すことができる。 As described above, according to the neutron measurement unit 100 according to the present embodiment, the measurement of the dose of neutron radiation L 1 generated from the neutron source, rather than neutron radiation itself, via reaction with neutrons and cadmium The obtained ionizing radiation L 3 is absorbed by the thermal phosphor 102. The ionizing radiation (particularly β-ray) L 3 derived from the neutron beam is absorbed by the thermal phosphor 102 with higher efficiency than the surplus γ-ray L 2 inevitably generated from the neutron source. A thermal phosphor that has absorbed ionizing radiation can exhibit high intensity light emission in a predetermined temperature range.
実施例として後述するように、この中性子線由来の電離放射線L3による発光強度は、不可避的に発生する余剰γ線L2による発光強度の約100倍以上となる。そのため、得られた発光強度は、電離放射線L3の寄与によるものと見なすことができる。したがって、得られた発光強度から、余剰γ線L2の寄与を弁別することなく、熱蛍光体102に吸収された電離放射線L3のみの線量を、容易に測定することができる。この測定結果に基づいて、中性子源で発生する放射線のうち、実際に被照射体(ここでは熱蛍光体102)に照射される中性子線L1の線量を算出することができる。 As will be described later as an example, the emission intensity of the ionizing radiation L 3 derived from the neutron beam is about 100 times or more the emission intensity of the surplus γ-ray L 2 that is inevitably generated. Therefore, the obtained emission intensity can be considered to be due to the contribution of ionizing radiation L 3. Therefore, the dose of only the ionizing radiation L 3 absorbed by the thermal phosphor 102 can be easily measured from the obtained emission intensity without discriminating the contribution of the surplus γ-ray L 2. Based on this measurement result, of the radiation generated by neutron source, actually (in this case the thermal phosphor 102) irradiated body can be calculated dose of neutron radiation L 1 irradiated to.
本実施形態の中性子測定用ユニットにより、所定の中性子源から照射される中性子線L1の線量と、熱蛍光体102の被照射面における被照射線量の二次元的な分布について、正確に把握することができる。これにより、生体等の所定の面積を有する領域に対し、中性子線を照射して治療を行うことを想定した、治療計画の検証、中性子線照射の精度管理を適切に行うことが可能となる。 Neutron measuring unit of the present embodiment, the dose of neutron radiation L 1 emitted from a given neutron source, the two-dimensional distribution of the irradiation dose in the irradiated surface of the heat phosphor 102, to accurately grasp be able to. This makes it possible to appropriately perform verification of a treatment plan and accuracy control of neutron irradiation assuming that a region having a predetermined area such as a living body is treated by irradiating a neutron beam.
また、治療領域が広範囲に及ぶ場合であっても、中性子コンバータおよび熱蛍光体の被照射面の面積を大きくすることにより、被照射線量の分布情報を同時に取得することができる。したがって、従来のように、治療領域を複数の微小領域に分割し、微小領域ごとに測定を行う場合に比べて、放射線の照射回数を減らすことができ、測定者の被ばく確率を大幅に低減させることができる。 Further, even when the treatment area is wide, the distribution information of the irradiation dose can be acquired at the same time by increasing the area of the irradiation surface of the neutron converter and the thermal phosphor. Therefore, as compared with the conventional case where the treatment area is divided into a plurality of minute areas and the measurement is performed for each minute area, the number of irradiations of radiation can be reduced and the exposure probability of the measurer is greatly reduced. be able to.
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, the effects of the present invention will be made clearer by examples. The present invention is not limited to the following examples, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist thereof.
(比較例)
上記実施形態において中性子コンバータを除いた状態で、中性子源から発生する中性子線およびγ線を、熱蛍光体に対して直接照射した。照射時間は約1.5時間とした。熱蛍光体としては、酸化アルミニウムを約99%、Crを約0.05w%含み、主面(被照射面)の面積が100mm2、厚みが0.7mmのものを用いた。
(Comparison example)
In the above embodiment, with the neutron converter removed, the thermal phosphor was directly irradiated with neutron rays and γ-rays generated from the neutron source. The irradiation time was about 1.5 hours. As the thermal phosphor, one containing about 99% of aluminum oxide and about 0.05 w% of Cr, having an area of the main surface (irradiated surface) of 100 mm 2 and a thickness of 0.7 mm was used.
照射後に、加熱した熱蛍光体の発光強度を測定した。図3は、測定によって得られたグロー曲線を示すグラフである。グラフの横軸は温度(℃)を示し、グラフの縦軸は相対熱蛍光強度を示している。 After the irradiation, the emission intensity of the heated thermal phosphor was measured. FIG. 3 is a graph showing the glow curve obtained by the measurement. The horizontal axis of the graph shows the temperature (° C.), and the vertical axis of the graph shows the relative thermal fluorescence intensity.
(実施例1)
上記実施形態に沿って中性子測定を行い、中性子源から発生する中性子線およびγ線を、中性子コンバータを介して熱蛍光体に照射した。照射時間は約1.5時間とした。中性子コンバータとしては、天然カドミウム板を使用し、主面(被照射面)の面積が100mm2、厚みが0.5mmのものを用いた。熱蛍光体としては、比較例と同じものを用いた。
(Example 1)
Neutron measurement was performed according to the above embodiment, and the neutron beam and γ ray generated from the neutron source were irradiated to the thermal phosphor via the neutron converter. The irradiation time was about 1.5 hours. As the neutron converter, a natural cadmium plate was used, and a neutron converter having a main surface (irradiated surface) with an area of 100 mm 2 and a thickness of 0.5 mm was used. As the thermal phosphor, the same one as in the comparative example was used.
照射後に、加熱した熱蛍光体の発光強度を測定した。図3は、比較例の測定によって得られたグロー曲線を示すグラフである。図4は、比較例の測定によって得られたグロー曲線と、実施例1の測定によって得られたグロー曲線とを重ねて示すグラフである。 After the irradiation, the emission intensity of the heated thermal phosphor was measured. FIG. 3 is a graph showing the glow curve obtained by the measurement of the comparative example. FIG. 4 is a graph showing the glow curve obtained by the measurement of Comparative Example and the glow curve obtained by the measurement of Example 1 superimposed.
図3のグラフから、比較例の熱蛍光体は、200℃〜400℃の温度領域で発光しており、温度が300℃になったときに、発光強度が最大になっていることが分かる。図4のグラフから、実施例1の熱蛍光体も、比較例と同じ温度領域で発光しており、また、同じ温度で発光強度が最大になっている。この結果は、比較例の熱蛍光体と実施例1の熱蛍光体とが、同じ熱蛍光特性を有するものであることを示している。つまり、中性子コンバータの有無以外については、同じ条件で測定されていることが分かる。 From the graph of FIG. 3, it can be seen that the thermal phosphor of the comparative example emits light in the temperature range of 200 ° C. to 400 ° C., and the emission intensity becomes maximum when the temperature reaches 300 ° C. From the graph of FIG. 4, the thermal phosphor of Example 1 also emits light in the same temperature range as in Comparative Example, and the emission intensity is maximized at the same temperature. This result shows that the thermal phosphor of Comparative Example and the thermal phosphor of Example 1 have the same thermal fluorescence characteristics. In other words, it can be seen that the measurements are made under the same conditions except for the presence or absence of the neutron converter.
一方、発光強度の数値を比較すると、実施例1の熱蛍光体の最大発光強度は、比較例の熱蛍光体の最大発光強度の100倍以上となっている。グロー曲線を、200℃〜400℃の範囲で積分して得られる発光量(図3、4のグラフの横軸とグロー曲線とで囲まれた斜線部分に相当)で比較すると、実施例1の発光量と比較例の発光量とでは、さらに高い倍率の違いになっている。これは、熱蛍光体に対する、変換された中性子線由来の電離放射線の被吸収率(吸収されやすさ)が、変換されていない中性子線そのものの被吸収率に比べて、飛躍的に高められているためと考えられる。 On the other hand, when the numerical values of the emission intensities are compared, the maximum emission intensity of the thermal phosphor of Example 1 is 100 times or more the maximum emission intensity of the thermal phosphor of the comparative example. Comparing the glow curves by the amount of light emitted by integrating in the range of 200 ° C. to 400 ° C. (corresponding to the shaded portion surrounded by the horizontal axis of the graphs of FIGS. 3 and 4 and the glow curve), Example 1 There is a higher difference in magnification between the amount of light emitted and the amount of light emitted in the comparative example. This is because the absorption rate (easiness of absorption) of the converted neutron-derived ionizing radiation with respect to the thermal phosphor is dramatically increased compared to the absorption rate of the unconverted neutron beam itself. It is thought that it is because of it.
したがって、得られた発光強度は、電離放射線の寄与によるものと見なせることが分かるため、得られた発光強度から、余剰γ線の寄与を弁別することなく、熱蛍光体に吸収された電離放射線のみの線量を、容易に測定することができる。この測定結果に基づいて、中性子源で発生する中性子線のうち、実際に被照射体(ここでは熱蛍光体)に照射される中性子線の線量を算出することができる。
Therefore, it can be seen that the obtained emission intensity can be considered to be due to the contribution of ionizing radiation. Therefore, only the ionizing radiation absorbed by the thermal phosphor without discriminating the contribution of excess γ-rays from the obtained emission intensity. The dose of can be easily measured. Based on this measurement result, among the neutron rays generated by the neutron source, the dose of the neutron beam actually irradiated to the irradiated object (here, the thermal phosphor) can be calculated.
(実施例2)
図5は、実施例2に係る中性子測定用ユニットの構成を、模式的に示す平面図である。中性子コンバータ、熱蛍光体としては、実施例1と同じ組成のものを用いた。中性子コンバータの主面101a、熱蛍光体の主面102aの面積を、それぞれ1600mm2、6400mm2とし、両者の厚み方向からの平面視において、図5に示すように、中性子コンバータ101が、熱蛍光体102の中央部と重なるように配置した。この状態で、20分間の中性子線照射を行った。この場合、熱蛍光体102のうち、中性子コンバータ101と重なっている部分には、中性子場に混在するγ線と、中性子線が中性子コンバータで変換されたγ線やβ線などの電離放射線が照射され、中性子コンバータ101と重なっていない部分には、中性子線と中性子場に混在するγ線が直接照射されることになる。
(Example 2)
FIG. 5 is a plan view schematically showing the configuration of the neutron measurement unit according to the second embodiment. As the neutron converter and the thermal phosphor, those having the same composition as in Example 1 were used. Neutron converter major surface 101a, the area of the main surface 102a of the thermal phosphor, respectively and 1600mm 2, 6400mm 2, in a plan view from both the thickness direction, as shown in FIG. 5, the neutron converter 101, thermoluminescence It was arranged so as to overlap the central portion of the body 102. In this state, neutron irradiation was performed for 20 minutes. In this case, the portion of the thermal phosphor 102 that overlaps with the neutron converter 101 is irradiated with γ-rays mixed in the neutron field and ionizing radiation such as γ-rays and β-rays in which the neutron rays are converted by the neutron converter. Therefore, the portion that does not overlap with the neutron converter 101 is directly irradiated with the neutron beam and the γ-ray mixed in the neutron field.
図6は、放射線照射後の熱蛍光体102のうち、強く発光している部分(強発光部分)102Aと、ほとんど発光が見られない部分(弱発光部分)102Bの分布を示す画像である。図7は、図6の熱蛍光体102のうち直線Cが付されている部分における、強発光部分102Aと弱発光部分102Bの発光強度を、グレー値で比較するグラフである。グラフの横軸は、図6に示す熱蛍光体102の一端からの距離(ピクセル)を示している。グラフの縦軸は、図6の熱蛍光体102の画像におけるグレー値を示している。 FIG. 6 is an image showing the distribution of a portion (strongly emitting portion) 102A that emits strong light and a portion (weakly emitting portion) 102B that hardly emits light in the thermal phosphor 102 after irradiation. FIG. 7 is a graph for comparing the emission intensities of the strong light emitting portion 102A and the weak light emitting portion 102B in the portion of the thermal phosphor 102 of FIG. 6 where the straight line C is attached by a gray value. The horizontal axis of the graph shows the distance (pixels) from one end of the thermal phosphor 102 shown in FIG. The vertical axis of the graph shows the gray value in the image of the thermal phosphor 102 of FIG.
図6、7から分かるように、熱蛍光体102のうち、中性子コンバータ101と重なっておらず、直接照射されている部分が、弱発光部分102Bとなっているのに対し、中性子コンバータと重なっており、中性子コンバータを介して照射されている部分は、強発光部分102Aとなっている。中性子コンバータで変換されたγ線やβ線などの電離放射線が、中性子源側から見て、強発光部分102Aより若干外側に広がった範囲に照射されているため、弱発光部分102Bのうち、強発光部分102Aの近傍でも、その分の弱い発光が見られている。この広がって照射されている電離放射線の寄与を除けば、強発光部分102Aの近傍では、ほとんど発光が見られないと考えられる。 As can be seen from FIGS. 6 and 7, the portion of the thermal phosphor 102 that does not overlap with the neutron converter 101 and is directly irradiated is the weak light emitting portion 102B, whereas it overlaps with the neutron converter. The portion irradiated via the neutron converter is a strong light emitting portion 102A. Since ionizing radiation such as γ-rays and β-rays converted by the neutron converter is irradiated in a range slightly outward from the strong light emitting part 102A when viewed from the neutron source side, the strong light emitting part 102B is strongly emitted. Even in the vicinity of the light emitting portion 102A, weak light emission corresponding to that amount is observed. Except for the contribution of the spread and irradiated ionizing radiation, it is considered that almost no light emission is observed in the vicinity of the strong light emitting portion 102A.
したがって、強発光部分102Aでの発光量は、実質的に、弱発光部分102Bでの発光量の数100倍以上も大きくなっており、十分に検出可能な量となっているため、これに基づいて、照射される中性子線の線量を高い精度で推定することができる。熱蛍光体の各位置の被照射線量は、被照射面積によらず、一回の中性子線照射で測定することができるため、被照射線量の分布情報を短時間で得ることができる。 Therefore, the amount of light emitted by the strong light emitting portion 102A is substantially several hundred times or more larger than the amount of light emitted by the weak light emitting portion 102B, which is a sufficiently detectable amount. Therefore, the dose of the irradiated neutron beam can be estimated with high accuracy. Since the irradiation dose at each position of the thermal phosphor can be measured by one neutron beam irradiation regardless of the irradiation area, the distribution information of the irradiation dose can be obtained in a short time.
これらの結果から、所定の広がりを有する領域において、熱蛍光体の発光を利用した中性子線の検出を行う場合、中性子コンバータを介さないで照射する従来の方法に比べて、中性子コンバータ介して照射する本発明の方法が極めて有効であることが分かる。 From these results, when detecting a neutron beam using the emission of a thermal phosphor in a region having a predetermined spread, the neutron beam is irradiated through the neutron converter as compared with the conventional method of irradiating without the neutron converter. It can be seen that the method of the present invention is extremely effective.
100・・・中性子測定用ユニット
101・・・中性子コンバータ
101a・・・中性子コンバータの主面
101b・・・中性子コンバータの厚み
102・・・熱蛍光体
102a・・・熱蛍光体の主面
102b・・・熱蛍光体の厚み
102A・・・強発光部分
102B・・・弱発光部分
103・・・加熱手段
103A・・・ヒータ
103B・・・温度制御装置
104・・・測定手段
104A・・・撮像装置
104B・・・制御装置
105・・・暗箱
200・・・中性子測定装置
D・・・中性子コンバータと熱蛍光体との距離
L1・・・中性子線
L2、L4・・・γ線
L3・・・電離放射線
T・・・中性子コンバータ、熱蛍光体の厚み方向
100 ... Neutron measurement unit 101 ... Neutron converter 101a ... Neutron converter main surface 101b ... Neutron converter thickness 102 ... Thermal phosphor 102a ... Thermal phosphor main surface 102b ... ··································································································································································. Device 104B ... Control device 105 ... Dark box 200 ... Neutron measuring device D ... Distance between neutron converter and thermal phosphor L 1 ... Neutron beam L 2 , L 4 ... γ ray L 3 ... Ionizing radiation T ... Neutron converter, thickness direction of thermal phosphor
Claims (8)
前記熱蛍光体を加熱する加熱手段と、
加熱された前記熱蛍光体による発光の強度を測定する測定手段と、を備えていることを特徴とする中性子測定装置。 The neutron measurement unit according to any one of claims 1 to 6.
A heating means for heating the thermal phosphor and
A neutron measuring device comprising: a measuring means for measuring the intensity of light emission by the heated thermal phosphor.
前記中性子測定用ユニットに対し、前記中性子コンバータ側に中性子線を照射し、前記中性子コンバータにおいて前記中性子線を電離放射線に変換させ、前記電離放射線を前記熱蛍光体に吸収させる第一工程と、
前記電離放射線を吸収した前記熱蛍光体に対して加熱を行い、所定の温度領域で発光させる第二工程と、
前記温度領域における前記発光の強度を積算することにより、前記中性子測定用ユニットに照射された前記中性子線の量を推定する第三工程と、を有することを特徴とする中性子測定方法。 A neutron measurement method using the neutron measurement unit according to any one of claims 1 to 6.
The first step of irradiating the neutron measuring unit with a neutron beam on the neutron converter side, converting the neutron beam into ionizing radiation in the neutron converter, and absorbing the ionizing radiation into the thermal phosphor.
The second step of heating the thermal phosphor that has absorbed the ionizing radiation and causing it to emit light in a predetermined temperature range, and
A neutron measurement method comprising a third step of estimating the amount of the neutron beam irradiated to the neutron measurement unit by integrating the intensity of the light emission in the temperature region.
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