JP6204763B2 - Neutron scintillator and neutron detector - Google Patents

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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。   The present invention relates to a neutron scintillator and a neutron detector using the neutron scintillator. Specifically, the present invention relates to a novel neutron scintillator and a neutron detector capable of accurately measuring neutrons even in a field with high neutron detection efficiency and a high dose of γ-rays that become background noise.

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。   The neutron detector is an elemental technology that supports neutron utilization technology. In the security field such as cargo inspection, academic research field such as structural analysis by neutron diffraction, non-destructive inspection field, or medical field such as boron neutron capture therapy. With the development of neutron utilization technology, higher performance neutron detectors are required.

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。   Important characteristics required for the neutron detector include neutron detection efficiency and discrimination ability between neutrons and γ rays (hereinafter also referred to as n / γ discrimination ability). Neutron detection efficiency is the ratio of the number of neutrons counted by the detector to the number of neutrons incident on the detector. When the detection efficiency is low, the absolute number of neutrons to be measured decreases, and the measurement accuracy Decreases. In addition, γ-rays exist as natural radiation, and are also generated when a neutron hits a component of a detection system for detecting neutrons or an object to be inspected, so the n / γ discrimination ability is low, If γ rays are counted as neutrons, the accuracy of neutron counting decreases.

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。   When detecting neutrons, neutrons are generally detected using a neutron capture reaction because neutrons have a strong force to penetrate without any interaction in the material. For example, a helium 3 detector that detects using protons and tritium generated by a neutron capture reaction between helium 3 and neutrons has been conventionally known. This detector is a proportional counter filled with helium 3 gas, and has high detection efficiency and excellent n / γ discrimination. However, helium 3 is an expensive substance, and its resource amount is limited. There was a problem that there was.

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)。   Recently, a neutron detector using a neutron scintillator is being developed in place of the helium 3 detector. A neutron scintillator refers to a substance that emits fluorescence when neutrons are incident. The neutron scintillator is combined with a photodetector such as a photomultiplier tube to form a neutron detector. it can. Note that the various performances of the neutron detector using the neutron scintillator depend on the substances constituting the neutron scintillator. For example, if a large amount of isotopes having high neutron capture reaction efficiency are contained, the detection efficiency for neutrons is improved. Examples of such isotopes include lithium 6 and boron 10 (see, for example, Patent Document 1).

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。   In the neutron detector, the photodetector detects the light emitted from the neutron scintillator, and a pulse signal is output from the photodetector. In general, the number of neutrons is measured by the intensity of the pulsed signal, so-called peak value. That is, a predetermined threshold value is provided for the peak value, an event that indicates a peak value that exceeds the threshold value is counted as a neutron incident event, and an event that indicates a peak value that is less than the threshold value is treated as noise.

国際公開第2009/119378号パンフレットInternational Publication No. 2009/119378 Pamphlet

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。   Although the neutron detector using the neutron scintillator has the advantage of high detection efficiency for neutrons, it is sensitive to γ rays and has a problem of poor n / γ discrimination.

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。   The present invention has been made to solve the above problems, and provides a neutron detector excellent in neutron counting accuracy capable of accurately measuring neutrons even in a field where the dose of γ-rays that become background noise is high. The purpose is to provide.

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、無機蛍光体粒子とは異なる充填剤粒子をさらに混合することにより、該樹脂組成物中における無機蛍光体粒子の分散状態を均一なものとし、且つ該充填剤粒子として無機蛍光体粒子と蛍光特性が異なるか又は蛍光を発しない粒子を採用することによって、いっそう良好なn/γ弁別能が得られることを見出し、本発明を完成した。   The present inventors use various inorganic phosphors containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 in order to obtain various neutron scintillators with excellent neutron detection efficiency and n / γ discrimination ability. investigated. As a result, the inventors have conceived that the shape of the inorganic phosphor is particulate, and a resin composition obtained by mixing the inorganic phosphor particles and a resin is used as a neutron scintillator. Then, by further mixing filler particles different from the inorganic phosphor particles, the dispersion state of the inorganic phosphor particles in the resin composition is made uniform, and the inorganic phosphor particles and the fluorescent material are used as the filler particles. It has been found that a better n / γ discrimination ability can be obtained by employing particles having different characteristics or that do not emit fluorescence. The present invention has been completed.

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と、該無機蛍光体粒子と蛍光特性が異なるか又は蛍光を発しない充填剤粒子を含んでなる樹脂組成物からなり、前記無機蛍光体粒子の比表面積が50cm /cm 以上、1000cm /cm 以下である中性子シンチレーターが提供される。該中性子シンチレーターにおいて、充填剤粒子に由来する中性子捕獲同位体の量が、無機蛍光体粒子に由来する中性子捕獲同位体の量の1/2以下であることが好ましい。また、該中性子シンチレーターにおいて、無機蛍光体粒子に対する充填材粒子の体積分率を10〜800体積%とすることが好ましい。

That is, according to the present invention, inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 and filling that does not emit fluorescence or have fluorescence characteristics different from those of the inorganic phosphor particles Ri Do a resin composition comprising agent particles, the specific surface area of the inorganic phosphor particles 50 cm 2 / cm 3 or more, the neutron scintillator is provided Ru der 1000 cm 2 / cm 3 or less. In the neutron scintillator, the amount of neutron capture isotope derived from the filler particles is preferably ½ or less of the amount of neutron capture isotope derived from the inorganic phosphor particles. In the neutron scintillator, the volume fraction of the filler particles with respect to the inorganic phosphor particles is preferably 10 to 800% by volume.

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。   According to the present invention, there is provided a neutron detector comprising the neutron scintillator and a photodetector.

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。   According to the present invention, it is possible to provide a neutron scintillator excellent in neutron detection efficiency and n / γ discrimination ability and a neutron detector using the neutron scintillator. The neutron detector can accurately measure neutrons even in high gamma-ray doses that cause background noise, so it can be used for security inspections such as cargo inspection, academic research such as structural analysis by neutron diffraction, nondestructive It can be suitably used in the examination field or the medical field such as boron neutron capture therapy.

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。This figure is the figure which showed typically the measuring method of the internal transmittance in an Example. 本図は、実施例1で得られた波高分布スペクトルである。This figure is a pulse height distribution spectrum obtained in Example 1. 本図は、実施例2で得られた波高分布スペクトルである。This figure is a pulse height distribution spectrum obtained in Example 2. 本図は、実施例3で得られた波高分布スペクトルである。This figure is a pulse height distribution spectrum obtained in Example 3. 本図は、比較例1で得られた波高分布スペクトルである。This figure is a pulse height distribution spectrum obtained in Comparative Example 1. 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。This figure is a diagram showing a signal waveform when the neutron detector obtained in Example 4 is irradiated with neutrons. 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。This figure is a diagram showing a signal waveform when the neutron detector obtained in Example 4 is irradiated with γ rays. 本図は、本発明の作用機構を示す模式図である。This figure is a schematic diagram showing an operation mechanism of the present invention.

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。   The neutron scintillator of the present invention has inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 (hereinafter also simply referred to as inorganic phosphor particles) as a first constituent element.

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。   In the inorganic phosphor particles, α-rays and tritium or α-rays and lithium 7 (hereinafter also referred to as secondary particles) are generated by a neutron capture reaction between lithium 6 or boron 10 and neutrons, respectively. The energy of 4.8 MeV or 2.3 MeV is applied to the inorganic phosphor particles. By applying the energy, the inorganic phosphor particles are excited and emit fluorescence.

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。   A neutron scintillator using such inorganic phosphor particles has high neutron detection efficiency due to the high efficiency of the neutron capture reaction by lithium 6 and boron 10, and is applied to the inorganic phosphor particles after the neutron capture reaction. Because of its high energy, it excels in the intensity of fluorescence emitted when neutrons are detected.

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及び0.3atom/nm以上とすることが好ましく、それぞれ6atom/nm及び2atom/nm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。 In the present invention, the content of lithium 6 and boron 10 in the inorganic phosphor particles (hereinafter also referred to as neutron capture isotope content) is preferably 1 atom / nm 3 and 0.3 atom / nm 3 or more, respectively. Are particularly preferably 6 atom / nm 3 and 2 atom / nm 3 or more, respectively. The neutron capture isotope content refers to the number of neutron capture isotopes contained per 1 nm 3 of inorganic phosphor particles. By setting the neutron capture isotope content in the above range, the probability that incident neutrons cause a neutron capture reaction is increased, and the neutron detection efficiency is improved.

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)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。 Such neutron capture isotope content selects the chemical composition of the inorganic phosphor particles, and lithium 6 in lithium fluoride (LiF) or boron oxide (B 2 O 3 ) used as a raw material for the inorganic phosphor particles and It can adjust suitably by adjusting the isotope ratio of boron-10. Here, the isotope ratio is an element ratio of the lithium 6 isotope to the total lithium element and an element ratio of the boron 10 isotope to the total boron element. For natural lithium and boron, about 7.6% and about 19.9%. As a method of adjusting the neutron capture isotope content, a method of adjusting the isotope ratio of lithium 6 and boron 10 to a desired isotope ratio using a general-purpose material having a natural isotope ratio as a starting material Alternatively, there is a method in which a concentrated raw material in which the isotopic ratio of lithium 6 and boron 10 is previously concentrated to a desired isotope ratio or more is prepared, and the concentrated raw material and the general-purpose raw material are mixed and adjusted.

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以下とすることが好ましい。60atom/nm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。 On the other hand, the upper limit of the neutron capture isotope content is not particularly limited, but is preferably 60 atom / nm 3 or less. In order to achieve a neutron capture isotope content exceeding 60 atoms / nm 3 , it is necessary to use a large amount of special raw materials in which neutron capture isotopes are concentrated at a high concentration in advance, so that the production cost is extremely high. In addition, the selection of the type of inorganic phosphor particles is significantly limited.

なお、上記無機蛍光体粒子中のリチウム6の含有量(CLi,P)及びホウ素10の含有量(CB,P)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。 In addition, the content of lithium 6 (C Li, P ) and the content of boron 10 (C B, P ) in the inorganic phosphor particles are determined in advance according to the density of the inorganic phosphor particles, the lithium in the inorganic phosphor particles, and The mass fraction of boron and the isotope ratios of lithium 6 and boron 10 in the raw material can be obtained and can be obtained by substituting into the following formulas (1) and (2), respectively.

Li,P=ρ×WLi×RLi/(700−RLi)×A×10−23 (1)
B,P=ρ×W×R/(1100−R)×A×10−23 (2)
(式中、CLi,P及びCB,Pはそれぞれ無機蛍光体粒子中のリチウム6の含有量及びホウ素10の含有量、ρはシンチレーターの密度[g/cm]、WLi及びW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%]、RLi及びR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[6.02×1023]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、Eu,Na:LiCaAlF、Eu:LiSrAlF、Ce:LiCaAlF、Ce,Na:LiCaAlF、Ce:LiSrAlF、Ce:LiYF、Tb:LiYF、Eu:LiI、Ce:LiGd(BO、Ce:LiCsYCl、Ce:LiCsYBr、Ce:LiCsLaCl、Ce:LiCsLaBr、Ce:LiCsCeCl、Ce:LiRbLaBr等の結晶からなる無機蛍光体粒子、及び、LiO−MgO−Al−SiO−Ce系のガラスからなる無機蛍光体粒子等が挙げられる。
C Li, P = ρ × W Li × R Li / (700−R Li ) × A × 10 −23 (1)
C B, P = ρ × W B × R B / (1100−R B ) × A × 10 −23 (2)
(In the formula, C Li, P and C B, P are the contents of lithium 6 and boron 10 in the inorganic phosphor particles, respectively, ρ is the density [g / cm 3 ] of the scintillator, W Li and W B lithium and boron mass fraction of each in the inorganic phosphor particles [wt%], isotopic ratio of lithium 6 and boron 10 in each R Li and R B material [%], a is Avogadro's number [6.02 X10 23 ])
The inorganic phosphor particles are not particularly limited, and a conventionally known inorganic phosphor in the form of particles can be used. Specific examples are 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 6 Gd (BO 3 ) 3 , C Inorganic phosphor particles composed of crystals such as LiCs 2 YCl 6 , Ce: LiCs 2 YBr 6 , Ce: LiCs 2 LaCl 6 , Ce: LiCs 2 LaBr 6 , Ce: LiCs 2 CeCl 6 , Ce: LiRb 2 LaBr 6 , and the like consists Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 -Ce 2 O 3 system glass Aircraft phosphor particles, and the like.

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。   In the present invention, the wavelength of light emitted from the inorganic phosphor particles is preferably in the near-ultraviolet region to the visible light region, and is preferably in the visible light region in that it is easy to obtain transparency when mixed with a resin described later. Particularly preferred.

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。   In the present invention, it is preferable that the neutron capture isotope contained in the inorganic phosphor particles is lithium 6 only. By using only lithium 6 as the neutron capture isotope that contributes to the neutron capture reaction, a constant energy can always be imparted to the inorganic phosphor particles, and an extremely high energy of 4.8 MeV can be imparted. . Therefore, it is possible to obtain a neutron scintillator with little variation in fluorescence intensity and particularly excellent in fluorescence intensity.

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(ただし、M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。 Among inorganic phosphor particles containing only lithium 6 as a neutron capture isotope, chemical formula LiM 1 M 2 X 6 (where M 1 is at least one alkaline earth metal element selected from Mg, Ca, Sr and Ba) M 2 is at least one metal element selected from Al, Ga and Sc, and X is at least one halogen element selected from F, Cl, Br and I), and at least A cordierite type crystal containing one kind of lanthanoid element and a cordierite type crystal containing at least one kind of alkali metal element are preferred.

当該コルキライト型結晶を具体的に例示すればEu:LiCaAlF、Eu,Na:LiCaAlF、Eu:LiSrAlF及びEu,Na:LiSrAlF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。 If the corkrite type crystal is specifically exemplified, inorganic phosphor particles composed of Eu: LiCaAlF 6 , Eu, Na: LiCaAlF 6 , Eu: LiSrAlF 6 and Eu, Na: LiSrAlF 6 have a high light emission amount, and deliquescence. It is most preferable because it is not stable and chemically stable.

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、従来の無機蛍光体のバルク体に替えて、無機蛍光体の粒子を中性子シンチレーターの構成要素として用いることを特徴とする。以下、かかる無機蛍光体粒子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。   In order to improve the n / γ discrimination ability of a neutron scintillator, the present invention is characterized by using inorganic phosphor particles as a constituent element of a neutron scintillator instead of a conventional bulk material of an inorganic phosphor. . Hereinafter, the action mechanism in which the n / γ discrimination ability is improved by using such inorganic phosphor particles will be described.

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。   In general, when γ rays are incident on an inorganic phosphor, fast electrons are generated inside the inorganic phosphor, and the fast electrons impart energy to the inorganic phosphor, whereby the inorganic phosphor emits light. When the wave height value output by such light emission is as high as the wave height value due to the incidence of neutrons and both cannot be distinguished, γ rays are counted as neutrons, and an error occurs in neutron counting. In particular, when the dose of γ-rays is high, errors due to the γ-rays increase and become a significant problem.

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。   The peak value output from the neutron detector by the incidence of γ-rays depends on the energy imparted by the fast electrons, so by reducing the energy, it is output when the γ-rays are incident on the neutron scintillator. The peak value can be reduced.

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。   Here, the distance traveled by the high-speed electrons generated when γ rays are incident on the scintillator while moving the scintillator while energizing the scintillator is as long as several millimeters.

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。   On the other hand, when neutrons are incident on the scintillator, as described above, the secondary particles generated by the neutron capture reaction of lithium 6 and boron 10 contained in the inorganic phosphor in the scintillator with neutrons are inorganic. By applying energy to the phosphor, the inorganic phosphor emits light, but the range of the secondary particles is several μm to several tens μm, which is shorter than the high-speed electrons.

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。   As the first feature of the present invention, by making the inorganic phosphor into a particulate form, the above-mentioned fast electrons will be quickly deviated from the inorganic phosphor particles, and the energy given to the inorganic phosphor by the fast electrons will be reduced. It is what.

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。   In the present invention, the size of the inorganic phosphor particles is such that almost all the energy of the secondary particles generated by the incidence of neutrons is imparted to the inorganic phosphor, and fast electrons are preferably produced by the incidence of γ rays. Is preferably small enough to deviate.

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/cm以上である形状とすることが好ましく、比表面積が100cm/cm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。 According to the study by the present inventors, the shape of the inorganic phosphor particles is preferably a shape having a specific surface area of 50 cm 2 / cm 3 or more, and a shape having a specific surface area of 100 cm 2 / cm 3 or more. It is particularly preferable to do this. In the present invention, the specific surface area of the inorganic phosphor particles refers to the surface area per unit volume of the inorganic phosphor particles.

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。   Here, since the specific surface area in the present invention is a surface area per unit volume, (1) it tends to increase as the absolute volume of the inorganic phosphor particles decreases, and (2) the shape is spherical. The specific surface area is the smallest, and conversely, the larger the specific surface area of the inorganic phosphor particles is, the more the inorganic phosphor particles have a shape far from the true sphere. For example, when considering a cube having sides extending in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the specific surface area is the smallest in the case of a regular hexahedron with X = Y = Z, and the length in either axial direction is shortened. As a result, the specific surface area becomes larger even if the other axial side is made longer in the same volume.

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/cmであるが、同0.1cmの正6面体(0.001cm)の場合には、その比表面積は60cm/cmである。さらに同じ体積(0.001cm)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/cmとなる。 More specifically, the specific surface area of a regular hexahedron having a side of 0.5 cm is 12 cm 2 / cm 3 , but in the case of the regular hexahedron of 0.1 cm (0.001 cm 3 ), the ratio is The surface area is 60 cm 2 / cm 3 . Furthermore, when the thickness is 0.025 cm with the same volume (0.001 cm 3 ), the vertical and horizontal dimensions are 0.2 cm × 0.2 cm, and the specific surface area is 100 cm 2 / cm 3 .

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。   In other words, a large specific surface area indicates that at least one of the axial lengths has a very small portion. And since the fast electrons generated by the γ rays running in the small axial direction and the direction close to the axial direction deviate from the crystal as described above, the energy imparted to the inorganic phosphor particles from the fast electrons is reduced. It is something that can be done.

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/cm以上、より好ましくは比表面積が100cm/cm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。 The shape of a suitable inorganic phosphor particle based on the specific surface area has been found by the above knowledge and consideration, and the specific surface area is taken into account the energy imparted from the high-speed electrons to the inorganic phosphor particle. Above, it can use as a parameter | index of the shape which considered that the inorganic fluorescent substance particle has various particle | grain forms. In practice, the specific surface area is preferably 50 cm 2 / cm 3 or more, and more preferably, the specific surface area is 100 cm 2 / cm 3 or more, thereby obtaining a neutron detector particularly excellent in n / γ discrimination. it can.

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/cm以下とすることが好ましい。該比表面積が1000cm/cm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/cm以下とすることが特に好ましい。 In the present invention, the upper limit of the specific surface area is not particularly limited, but is preferably 1000 cm 2 / cm 3 or less. When the specific surface area exceeds 1000 cm 2 / cm 3 , that is, when the length in the axial direction of at least one of the inorganic phosphor particles is excessively small, a neutron capture reaction between the lithium 6 and boron 10 and neutrons. There is a possibility that an event may occur in which the secondary particles generated in (1) deviate from the inorganic phosphor particles before giving the total energy to the inorganic phosphor particles. In such an event, the energy imparted to the inorganic phosphor particles by the incidence of neutrons decreases, so the intensity of light emitted from the inorganic phosphor decreases. In order to reliably give the total energy of the secondary particles to the inorganic phosphor particles and increase the intensity of light emission of the inorganic phosphor, it is particularly preferable that the specific surface area of the inorganic phosphor particles is 500 cm 2 / cm 3 or less.

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。   Although the term “axis” is used in the above description, it is merely used for convenience to indicate the spatial coordinate position of X, Y, and Z, and the inorganic phosphor particles used in the present invention have sides in these specific axial directions. Of course, it is not limited to the cube that has.

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。   When the inorganic phosphor particles are indefinite, the specific surface area can be easily determined from the density and mass-based specific surface area obtained using a density meter and a BET specific surface area meter.

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。   In the present invention, specific examples of the shape of the inorganic phosphor particles that are preferably used are flat, prismatic, cylindrical, spherical, or irregular particle forms, and have an equivalent surface area sphere equivalent diameter. The shape which is 50-1500 micrometers, Most preferably, it is 100-1000 micrometers is mentioned. From the viewpoint of ease of production and availability, an irregular shape obtained by pulverizing a bulk material is preferable.

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。   The inorganic phosphor particles having the shape described above can be suitably obtained by sieving. The sieving means particles that are substantially free of particles that pass through the lower screen through the upper screen using an upper screen with a predetermined mesh and a lower screen with a smaller mesh size than the upper screen. This is a classification method. In such sieving, at least one of the particles having a small axial length with respect to the sieve opening tends to pass through the sieve. Accordingly, the inorganic fluorescent particles having a shape in which the fast electrons excited by the γ-rays easily depart from the upper screen are separated, and the inorganic fluorescent particles having a shape in which the fast electrons generated by the γ-rays are easily deviated by the lower screen. It is easy to sort the body particles and remove the inorganic phosphor particles having such a shape that the secondary particles generated by the neutrons deviate.

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。   Specifically, by screening, inorganic phosphor particles that pass through a sieve having an aperture of 1000 μm and pass through a sieve having an aperture of 100 μm are substantially classified, and the inorganic phosphor particles are converted into a neutron scintillator. It is preferable to use it. Furthermore, it is particularly preferable to classify inorganic phosphor particles that pass through a sieve having an opening of 500 μm and pass through a sieve having an opening of 100 μm, and to use the inorganic phosphor particles in a neutron scintillator.

本発明の中性子シンチレーターは、上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、充填剤粒子前記優れた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。   The neutron scintillator of the present invention is characterized by comprising a resin composition (hereinafter also simply referred to as a resin composition) containing the inorganic phosphor particles. As understood from the above description, since the inorganic phosphor particles of the present invention are small in size as compared with generally used inorganic phosphors, there is a problem that the single inorganic phosphor particles have poor neutron detection efficiency. Such a problem can be solved by mixing a plurality of inorganic phosphor particles with a resin and dispersing them in the resin. The filler particles have excellent n / γ discrimination ability and yet have high neutron detection. An efficient neutron scintillator can be obtained.

すなわち、本発明の中性子シンチレーターの中性子検出効率は、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子に由来する中性子捕獲同位体の含有量に依存し、該含有量を高めることによって向上することができる。なお、かかる中性子捕獲同位体含有量は、樹脂組成物1nmあたりに平均的に含まれる無機蛍光体粒子由来の中性子捕獲同位体の個数をいい、リチウム6の含有量(CLi,C)及びホウ素10の含有量(CB,C)のそれぞれについて、前記無機蛍光体粒子中のリチウム6の含有量(CLi,P)及びホウ素10の含有量(CB,P)、ならびに樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率(V)を用いて、以下の式(3)及び式(4)より求めることができる。 That is, the neutron detection efficiency of the neutron scintillator of the present invention depends on the content of neutron capture isotopes derived from the inorganic phosphor particles in the resin composition, and can be improved by increasing the content. The neutron capture isotope content refers to the number of neutron capture isotopes derived from inorganic phosphor particles contained on average per 1 nm 3 of the resin composition, and the content of lithium 6 (C Li, C ) and For each of the content of boron 10 (C B, C ), the content of lithium 6 (C Li, P ) and the content of boron 10 (C B, P ) in the inorganic phosphor particles, and the resin composition It can obtain | require from the following formula | equation (3) and Formula (4) using the volume fraction (V) of the inside inorganic fluorescent substance particle.

Li,C=CLi,P×(V/100) (3)
B,C=CB,P×(V/100) (4)
(式中、CLi,C及びCB,Cはそれぞれ樹脂組成物中のリチウム6の含有量及びホウ素10の含有量、CLi,P及びCB,Pはそれぞれ無機蛍光体粒子中のリチウム6の含有量及びホウ素10の含有量、Vは樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率(V)[体積%]を示す)
本発明において樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の含有量は、特に限定されるものではないが、前記式から明らかなように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、中性子検出効率を向上できる。したがって、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を5体積%以上とすることが好ましく、10体積%以上とすることが特に好ましく、20体積%以上とすることが最も好ましい。樹脂組成物全体に対する無機蛍光体粒子の体積分率の上限は、特に制限されないが、樹脂組成物を製造する際の粘性等を考慮すると、80体積%未満が好ましく、50体積%未満がより好ましい。
C Li, C = C Li, P × (V / 100) (3)
C B, C = C B, P × (V / 100) (4)
(In the formula, C Li, C and C B, C are the contents of lithium 6 and boron 10 in the resin composition, respectively, C Li, P and C B, P are the lithium in the inorganic phosphor particles, respectively. 6 content and boron 10 content, V represents the volume fraction of inorganic phosphor particles in the resin composition (V) [volume%])
In the present invention, the content of the inorganic phosphor particles in the resin composition is not particularly limited, but as apparent from the above formula, by increasing the volume fraction of the inorganic phosphor particles in the resin composition. The neutron detection efficiency can be improved. Therefore, the volume fraction of the inorganic phosphor particles in the resin composition is preferably 5% by volume or more, particularly preferably 10% by volume or more, and most preferably 20% by volume or more. The upper limit of the volume fraction of the inorganic phosphor particles with respect to the entire resin composition is not particularly limited, but is preferably less than 80% by volume and more preferably less than 50% by volume in consideration of the viscosity when the resin composition is produced. .

ここで、上記無機蛍光体粒子は可能な限り樹脂中に均一に分散していることが望ましく、また粒子同士の間隔がある程度存在していた方が、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点で好ましい。そこで本発明においては、無機蛍光体粒子とは異なる充填剤粒子をさらに配合し、該充填剤粒子を無機蛍光体の粒子間に充填することによって、無機蛍光体粒子の間隔を保持しようとするものである(図8参照)。また、かかる態様においては、無機蛍光体から逸脱した高速電子が、そのエネルギーの一部を充填剤粒子に付与するため、無機蛍光体に付与されるエネルギーがさらに低下して、n/γ弁別能が向上する。   Here, it is desirable that the inorganic phosphor particles are dispersed as uniformly as possible in the resin, and if there is some spacing between the particles, high-speed electrons deviating from certain inorganic phosphor particles are present. It is preferable in that it is incident on other adjacent inorganic phosphor particles and energy is given to the inorganic phosphor particles to increase the total light emission. Therefore, in the present invention, filler particles different from the inorganic phosphor particles are further blended, and the filler particles are filled between the inorganic phosphor particles to maintain the spacing between the inorganic phosphor particles. (See FIG. 8). Further, in this embodiment, since the high-speed electrons deviating from the inorganic phosphor impart a part of the energy to the filler particles, the energy imparted to the inorganic phosphor is further reduced, and the n / γ discrimination ability is reduced. Will improve.

充填材粒子は、本発明の効果を得やすい点で無機蛍光体粒子100体積%に対して10体積%以上とすることが好ましく、30体積%以上とすることが特に好ましい。また無機蛍光体粒子の含有量を上記範囲で得るために、800体積%以下とすることが好ましく、300体積%以下とすることがより好ましく、150体積%以下が特に好ましい。   The filler particles are preferably 10% by volume or more, and particularly preferably 30% by volume or more with respect to 100% by volume of the inorganic phosphor particles, from the viewpoint of easily obtaining the effects of the present invention. Further, in order to obtain the content of the inorganic phosphor particles in the above range, it is preferably 800% by volume or less, more preferably 300% by volume or less, and particularly preferably 150% by volume or less.

本発明において、前記充填剤粒子は、無機蛍光体粒子と蛍光特性が異なるか又は蛍光を発しない粒子である。かかる粒子を採用することによって、n/γ弁別能を向上することができる。   In the present invention, the filler particles are particles having fluorescence characteristics different from those of the inorganic phosphor particles or not emitting fluorescence. By adopting such particles, the n / γ discrimination ability can be improved.

前記説明したように、本発明の中性子シンチレーターにおいては、γ線の入射によって生じる高速電子のエネルギーの内、一部は無機蛍光体粒子に付与され、一部は充填剤粒子に付与される。   As described above, in the neutron scintillator of the present invention, a part of the energy of fast electrons generated by the incidence of γ rays is applied to the inorganic phosphor particles, and a part is applied to the filler particles.

充填剤粒子が蛍光を発しない粒子である場合、該充填剤粒子に付与されるエネルギーは発光に寄与しなくなるため、γ線が入射した際に出力されるパルス状の信号の強度、すなわち波高値が、中性子が入射した場合と比較して大幅に低減される。したがって波高値に所定の閾値を設け、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γ線によるノイズとして処理することが容易となり、n/γ弁別能が向上する。   When the filler particles are particles that do not emit fluorescence, the energy imparted to the filler particles does not contribute to light emission, so the intensity of the pulsed signal that is output when γ rays are incident, that is, the peak value However, it is significantly reduced compared to the case where neutrons are incident. Therefore, a predetermined threshold value is set for the peak value, and an event showing a peak value exceeding the threshold value is counted as a neutron incident event, and an event showing a peak value less than the threshold value can be easily treated as noise caused by γ rays. Thus, the n / γ discrimination ability is improved.

一方、充填剤粒子が、無機蛍光体粒子と蛍光特性が異なる粒子である場合、中性子シンチレーターにγ線が入射した際には、無機蛍光体粒子と充填剤粒子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。   On the other hand, when the filler particles are particles having a fluorescence characteristic different from that of the inorganic phosphor particles, when the γ-rays are incident on the neutron scintillator, both the inorganic phosphor particles and the filler particles are given energy and emit fluorescence. To emit. On the other hand, when neutrons are incident, secondary particles generated in the inorganic phosphor particles do not deviate from the inorganic phosphor particles, so that only the inorganic phosphor particles emit fluorescence.

ここで、前記無機蛍光体粒子と該充填剤粒子は、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充填剤粒子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。   Here, since the inorganic phosphor particles and the filler particles have a difference in fluorescence characteristics such as fluorescence lifetime and emission wavelength, neutrons and γ rays can be discriminated using the difference in fluorescence characteristics. In other words, a mechanism is provided in the neutron detector that can distinguish the difference in fluorescence characteristics, and when both fluorescence derived from inorganic phosphor particles and fluorescence derived from filler particles are detected, an event in which γ rays are incident When only fluorescence derived from inorganic phosphor particles is detected, it can be treated as an event in which neutrons are incident. By taking such a process, a neutron detector that is particularly excellent in n / γ discrimination ability can be obtained.

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充填剤粒子の蛍光寿命の差異を識別でき得る波形解析機構、及び、無機蛍光体粒子と充填剤粒子の発光波長を識別でき得る波長解析機構が挙げられる。   A specific example of a mechanism capable of identifying a difference in fluorescence characteristics is a waveform analysis mechanism capable of identifying a difference in fluorescence lifetime between the inorganic phosphor particles and the filler particles, and light emission of the inorganic phosphor particles and the filler particles. There is a wavelength analysis mechanism that can identify the wavelength.

以下、前記波形解析機構について、無機蛍光体粒子の蛍光寿命に比較して、充填剤粒子の蛍光寿命が短い場合を例にとって、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。   Hereinafter, the waveform analysis mechanism will be illustrated more specifically by taking as an example a case where the fluorescence lifetime of the filler particles is shorter than the fluorescence lifetime of the inorganic phosphor particles. The waveform analysis mechanism includes a preamplifier, a main amplifier, a waveform analyzer, and a time amplitude converter.

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充填剤粒子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。   In the neutron detector of the present invention, which is a combination of the neutron scintillator and the photodetector, the signal output from the photodetector is input to the main amplifier via the preamplifier, and is amplified and shaped. Here, the intensity of the signal amplified and shaped by the main amplifier and output from the main amplifier increases with time. The time required for such increase (hereinafter also referred to as rise time) is the inorganic phosphor particles or Reflecting the fluorescence lifetime of the filler particles, the shorter the fluorescence lifetime, the shorter the rise time.

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。   In order to analyze the rise time, the signal amplified and shaped by the main amplifier is input to the waveform analyzer. The waveform analyzer time-integrates the signal input from the main amplifier, and outputs a logic signal when the time-integrated signal intensity exceeds a predetermined threshold. Here, the waveform analyzer is provided with two-stage threshold values, and the first logic signal and the second logic signal are output at a certain time interval.

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。   Next, the two logic signals output from the waveform analyzer are input to a time amplitude converter (TAC), and the time difference between the two logic signals output from the waveform analyzer is converted into a pulse amplitude. Output. The pulse amplitude reflects the time interval between the first logic signal and the second logic signal output from the waveform analyzer, that is, the rise time.

前記説明から理解されるように、γ線が入射した事象においては、蛍光寿命の短い充填剤粒子の蛍光が観測されるため、中性子が入射した事象に比較して相対的に立ち上がり時間が短くなり、該時間振幅変換器から出力されるパルス振幅も小さくなる。したがって、該パルス振幅に閾値を設けておき、パルス振幅が該閾値未満の場合にはγ線が入射した事象とし、パルス振幅が該閾値以上の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。   As understood from the above explanation, in the event that γ rays are incident, the fluorescence of the filler particles having a short fluorescence lifetime is observed, so that the rise time is relatively short compared to the event that neutrons are incident. The pulse amplitude output from the time amplitude converter is also reduced. Accordingly, a threshold value is provided for the pulse amplitude, and if the pulse amplitude is less than the threshold value, it is treated as an event in which γ rays are incident. it can.

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。   Hereinafter, the wavelength analysis mechanism will be illustrated more specifically. The wavelength analysis mechanism includes an optical filter, a second photodetector connected to the neutron scintillator through the optical filter, and a discrimination circuit.

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。   In this embodiment, part of the light emitted from the neutron scintillator is guided to the first photodetector without passing through the optical filter, and the other part is guided to the second photodetector through the optical filter. It is burned.

ここで、無機蛍光体粒子はAnmの波長で発光し、充填剤粒子は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充填剤粒子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。   Here, the inorganic phosphor particles emit light at a wavelength of Anm, and the filler particles emit light at a wavelength of Bnm different from Anm. Then, as described above, when the γ-rays are incident, both the inorganic phosphor particles and the filler particles emit fluorescence. Therefore, when the neutron is incident, the neutron scintillator emits light of Anm and Bnm. Since only the inorganic phosphor particles emit fluorescence, only the light of An nm is emitted.

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。   In this aspect, the optical filter is a filter that blocks light having a wavelength of Anm and transmits light having a wavelength of Bnm. Therefore, although the light of Anm emitted from the neutron scintillator when irradiated with neutrons reaches the first photodetector, it does not reach the second photodetector because it is blocked by the optical filter. On the other hand, among the light emitted from the scintillator when irradiated with γ-rays, the light of Anm is the same as the case of irradiating the neutron, but the light of Bnm reaches the first photodetector. And also reaches the second photodetector for transmission through the optical filter.

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。   Therefore, when Anm light is incident on the first photodetector and a signal is output from the photodetector, if no signal is output from the second photodetector, an event due to neutrons occurs, and Bnm light Is incident on the second photodetector and a signal is output from the photodetector, it can be identified as an event caused by γ rays.

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。   In this embodiment, a discrimination circuit is provided to discriminate neutrons and γ rays as described above. The discrimination circuit operates in synchronization with the signal from the first photodetector, and determines whether or not there is a signal from the second photodetector when the signal from the photodetector is output. Circuit. Specific examples of the discrimination circuit include an anti coincidence circuit and a gate circuit.

本発明における別の態様として、充填剤粒子として発光を発しない物質を用い、蛍光寿命や発光波長等の蛍光特性が無機蛍光体とは異なる有機蛍光体(以下、単に有機蛍光体という)を樹脂に混合する態様も本発明において好適に採用できる。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有機蛍光体に到達してエネルギーを付与し、該有機蛍光体が蛍光を発する。すなわち、中性子シンチレーターにγ線が入射した際には、無機蛍光体粒子と有機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。   As another aspect of the present invention, a substance that does not emit light is used as a filler particle, and an organic phosphor (hereinafter, simply referred to as an organic phosphor) having a fluorescence characteristic such as a fluorescence lifetime or a light emission wavelength that is different from that of an inorganic phosphor is resin. A mode of mixing with can also be suitably employed in the present invention. In such an embodiment, fast electrons generated by the incidence of γ-rays deviate from the inorganic phosphor particles, reach the organic phosphor and give energy, and the organic phosphor emits fluorescence. That is, when γ rays are incident on the neutron scintillator, both the inorganic phosphor particles and the organic phosphor give energy and emit fluorescence. On the other hand, when neutrons are incident, secondary particles generated in the inorganic phosphor particles do not deviate from the inorganic phosphor particles, so that only the inorganic phosphor particles emit fluorescence.

ここで、前記無機蛍光体粒子と該有機蛍光体は、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有機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。   Here, since the inorganic phosphor particles and the organic phosphor have a difference in fluorescence characteristics such as fluorescence lifetime and emission wavelength, neutrons and γ rays can be discriminated using the difference in fluorescence characteristics. In other words, a mechanism is provided in the neutron detector that can identify the difference in fluorescence characteristics, and when both fluorescence derived from inorganic phosphor particles and fluorescence derived from organic phosphors are detected, an event in which γ-rays are incident When only fluorescence derived from inorganic phosphor particles is detected, it can be treated as an event in which neutrons are incident. By taking such a process, a neutron detector that is particularly excellent in n / γ discrimination ability can be obtained.

蛍光特性の差異を識別できる機構としては、前記波形解析機構及び波長解析機構と同様のものを採用することができる。   A mechanism similar to the waveform analysis mechanism and the wavelength analysis mechanism can be adopted as a mechanism capable of identifying the difference in fluorescence characteristics.

かかる有機蛍光体を具体的に例示すれば、2,5−Dipheniloxazole、1,4−Bis(5−phenyl−2−oxazolyl)benzene、1,4−Bis(2−methylstyryl)benzene、アントラセン、スチルベン及びナフタレン、ならびにこれらの誘導体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。   Specific examples of such organic phosphors include 2,5-Diphenyloxazole, 1,4-Bis (5-phenyl-2-oxazole) benzene, 1,4-Bis (2-methylstyryl) benzene, anthracene, stilbene and Organic phosphors such as naphthalene and derivatives thereof may be mentioned. Since such organic phosphors generally have a shorter fluorescence lifetime than the inorganic phosphor particles, they can be suitably used to improve n / γ discrimination using the difference in fluorescence lifetime.

本発明において、充填剤粒子が無機蛍光体粒子と同様に中性子捕獲同位体を含有し、樹脂組成物中の該充填剤粒子に由来する中性子捕獲同位体の含有量が、無機蛍光体に由来する中性子捕獲同位体の含有量に比肩する場合には、中性子検出効率が低下する場合がある。すなわち、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、一部の中性子入射事象において充填剤粒子中の中性子捕獲同位体が中性子捕獲反応を起こす。かかる事象においては、無機蛍光体粒子と蛍光特性が異なる発光が生じるか又は蛍光が生じず、いずれにしてもγ線入射事象として識別されるため、中性子の計数ロスが発生する。   In the present invention, the filler particles contain a neutron capture isotope similarly to the inorganic phosphor particles, and the content of the neutron capture isotope derived from the filler particles in the resin composition is derived from the inorganic phosphor. When compared with the content of neutron capture isotopes, the neutron detection efficiency may decrease. That is, the neutron capture isotope contained in the filler particle competes with the neutron capture isotope contained in the inorganic phosphor particle, and the neutron capture isotope in the filler particle is neutron capture in some neutron incident events. Cause a reaction. In such an event, light emission having a fluorescence characteristic different from that of the inorganic phosphor particles or fluorescence does not occur, and in any case, it is identified as a γ-ray incident event, and thus a neutron counting loss occurs.

したがって、特に優れた中性子検出効率を得るためには、中性子捕獲同位体を実質的に含まない充填剤粒子を用いて、樹脂組成物中の充填剤粒子に由来する中性子捕獲同位体の含有量を低減することが好ましい。具体的には、樹脂組成物中の充填剤粒子に由来する中性子捕獲同位体の含有量が、無機蛍光体粒子に由来する中性子捕獲同位体の含有量の1/2以下であることが好ましく、1/5以下であることがより好ましく、1/10以下であることが特に好ましい。該樹脂組成物中の充填剤粒子に由来するリチウム6の含有量(C’Li,C)及びホウ素10の含有量(C’B,C)は、無機蛍光体粒子の場合と同様に、充填剤粒子中のリチウム6の含有量(C’Li,P)及びホウ素10の含有量(C’B,P)をそれぞれ式(1)及び(2)より求め、これらの値と樹脂組成物中の充填剤粒子の体積分率(V’)を用いてそれぞれ式(3)及び(4)より求めることができる。 Therefore, in order to obtain particularly excellent neutron detection efficiency, the content of neutron capture isotopes derived from the filler particles in the resin composition is reduced using filler particles that are substantially free of neutron capture isotopes. It is preferable to reduce. Specifically, the content of the neutron capture isotope derived from the filler particles in the resin composition is preferably ½ or less of the content of the neutron capture isotope derived from the inorganic phosphor particles, It is more preferably 1/5 or less, and particularly preferably 1/10 or less. The content of lithium 6 (C ′ Li, C ) and the content of boron 10 (C ′ B, C ) derived from the filler particles in the resin composition are the same as in the case of the inorganic phosphor particles. The content of lithium 6 (C ′ Li, P ) and the content of boron 10 (C ′ B, P ) in the agent particles are determined from the formulas (1) and (2), respectively, and these values and the resin composition The volume fraction (V ′) of the filler particles can be obtained from equations (3) and (4), respectively.

当該充填材粒子としては、前記無機蛍光体粒子と同種の無機物であって、無機蛍光体粒子と蛍光特性が異なるか又は蛍光を発しない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剤粒子は、その比重が無機蛍光体粒子の比重と一致しているため、樹脂に混合した際に無機蛍光体粒子の間隙に均一に充填せしめることが容易である。さらに、該充填剤粒子は、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る。したがって、後述するように、無機蛍光体粒子の屈折率及び充填剤粒子の屈折率と樹脂の屈折率を近づけることにより、樹脂組成物の内部透過率を高めることが容易にできる。   As the filler particles, particles that are the same kind of inorganic substance as the inorganic phosphor particles and that have different fluorescence characteristics from the inorganic phosphor particles or do not emit fluorescence are most preferable. That is, the filler particles made of the same kind of inorganic substance as the inorganic phosphor particles have a specific gravity that matches the specific gravity of the inorganic phosphor particles, so that when mixed with the resin, the gaps between the inorganic phosphor particles are uniformly filled. Is easy. Further, since the refractive index of the filler particles matches the refractive index of the inorganic phosphor particles, if a resin having a refractive index close to that of the inorganic phosphor particles is selected, the filler particles and the resin are refracted by themselves. The rate is close. Therefore, as described later, the internal transmittance of the resin composition can be easily increased by bringing the refractive index of the inorganic phosphor particles and the refractive index of the filler particles close to the refractive index of the resin.

また充填材粒子として使用できる他の材料を例示すると、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。   Examples of other materials that can be used as filler particles include silica, titanium oxide, barium sulfate, calcium fluoride, magnesium fluoride, lithium fluoride, magnesium carbonate, strontium fluoride, mica (mica), and various glasses. Inorganic particles, or organic particles such as silicone resin, fluororesin, poly (meth) acrylate, polycarbonate, polystyrene, polyvinyl toluene, polyvinyl alcohol, polyethylene, and styrene butadiene.

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。   Since the filler particles are filled in the gaps between the inorganic phosphor particles, the shape thereof is preferably the same as that of the inorganic phosphor particles or smaller than that of the inorganic phosphor particles. Specifically, the particles are smaller than the inorganic phosphor particles by classifying them with a filler particle whose particle size is adjusted in the same manner as the inorganic phosphor particles, or with a sieve having a smaller opening than in the case of the inorganic phosphor particles. Each of the filler particles whose particle size is adjusted can be suitably used.

前記無機蛍光体粒子及び充填剤粒子の製造方法は特に限定されず、前記好適な形状の粒子よりも大きな形状を有するバルク体を粉砕及び分級して、所期の形状の粒子を得る方法、或いは、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及び充填剤粒子を直接得る方法が挙げられる。   A method for producing the inorganic phosphor particles and the filler particles is not particularly limited, and a method of obtaining particles having a desired shape by pulverizing and classifying a bulk body having a shape larger than the particles having the suitable shape, or And a method of directly obtaining inorganic phosphor particles and filler particles having a suitable shape by a particle generation reaction using a solution as a starting material.

かかる製造方法の中でも、バルク体を粉砕及び分級する方法が、生産効率が高く、所期の粒子を安価に得られるため好ましい。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。無機蛍光体粒子を製造する際には、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/cm以下、特に好ましくは500cm/cm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。 Among these production methods, a method of pulverizing and classifying a bulk body is preferable because production efficiency is high and desired particles can be obtained at low cost. The method for pulverizing the bulk body is not particularly limited, and a known pulverizer such as a hammer mill, a roller mill, a rotary mill, a ball mill, or a bead mill can be used without any limitation. When producing inorganic phosphor particles, the generation of so-called fine powder having an extremely large specific surface area is suppressed, and as described above, preferably 1000 cm 2 / cm 3 or less, particularly preferably 500 cm 2 / cm 3 or less. In order to obtain inorganic phosphor particles having a specific surface area, it is particularly preferable to use a hammer mill and a roller mill.

また、前記バルク体を粉砕した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。   In addition, as a method of classifying the particles obtained by pulverizing the bulk body, a known classification method such as dry sieving, wet sieving, or air classification can be applied without particular limitation.

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。   Among the classification methods, as described above, the method of classification by sieving is preferable because particles having a suitable specific surface area can be easily obtained. Moreover, according to this sieving, it can classify | categorize efficiently using an inexpensive installation.

本発明において、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。   In the present invention, in order to efficiently guide the fluorescence emitted from the inorganic phosphor particles in the resin composition to a subsequent photodetector, the resin composition is preferably a transparent body. According to the study by the present inventors, the resin composition emits from the inorganic phosphor particles by setting the internal transmittance per 1 cm of the optical path length to 30% / cm or more at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles. The emitted fluorescence can be efficiently guided to the subsequent photodetector. Thereby, the peak value of the signal output from the photodetector is increased, and the signal / noise ratio of the neutron detector is improved. Further, since the variation of the peak value is reduced, it becomes easy to discriminate neutrons and γ rays by providing the threshold value. The internal transmittance is preferably 50% / cm or more. By setting the internal transmittance to 50% / cm or more, a neutron detector particularly excellent in signal / noise ratio and n / γ discrimination ability can be obtained.

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(τ10)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(5)に代入することによって求めることができる。 In the present invention, the internal transmittance is a transmittance excluding surface reflection loss generated on the incident side and the outgoing side surface of the resin composition when light is transmitted through the resin composition, It is expressed as a value per 1 cm of optical path length. For the internal transmittance (τ 10 ) per 1 cm of the optical path length, the transmittance including the respective surface reflection losses is measured for a pair of resin compositions having different thicknesses, and is substituted into the following equation (5). Can be obtained.

log(τ10)={log(T)−log(T)}/(d−d) (5)
(式中、d及びdは、一対の前記樹脂組成物のcm単位の厚さを示し、d>dである。また、T及びTは、それぞれ厚さがd及びd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第3の必須成分は有機樹脂である。当該樹脂としては、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%以上であることが特に好ましい。かかる有機樹脂を具体的に例示すれば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等があげられる。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。また屈折率や強度等を調整する目的で、複数の樹脂を混合して用いてもよい。
log (τ 10 ) = {log (T 2 ) −log (T 1 )} / (d 2 −d 1 ) (5)
(In the formula, d 1 and d 2 indicate the thickness in cm of the pair of resin compositions, and d 2 > d 1. Also, T 1 and T 2 have thicknesses d 1 and d 2 shows the transmittance including the surface reflection loss of the resin composition of d 2 )
The third essential component of the resin composition in the present invention is an organic resin. The resin preferably has an internal transmittance of 80% / cm or more, particularly preferably 90% or more, at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles. Specific examples of such organic resins include silicone resins and fluororesins. Examples include poly (meth) acrylate, polycarbonate, polystyrene, polyvinyl toluene, and polyvinyl alcohol. A plurality of resins may be mixed and used for the purpose of adjusting the refractive index, strength, and the like.

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及び充填材粒子の屈折率の双方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及び充填剤粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比が、いずれも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。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及び充填剤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。   Among the transparent resins, it is preferable to use a transparent resin having a refractive index at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles close to both the refractive index of the inorganic phosphor particles and the refractive index of the filler particles. Specifically, the ratio of the refractive index of the transparent resin to the refractive index of the inorganic phosphor particles and the refractive index of the filler particles is preferably 0.90 to 1.10, preferably 0.95 to 1.05. It is particularly preferred that it is 0.98 to 1.02. By making the ratio of the refractive index of the transparent resin within such a range, light scattering at the interface between the inorganic phosphor particles and the resin and the interface between the filler particles and the resin can be suppressed, and the inside of the resin composition The transmittance can be increased. In addition, the said refractive index is a refractive index in the temperature range which uses the scintillator of this invention. For example, when the scintillator of the present invention is used near 100 ° C., the refractive index ratio needs to be obtained at 100 ° C.

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(6)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、充填剤粒子と同一物質のバルク体及び樹脂のバルク体を用いて良い。 The refractive index at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles can be measured using a refractometer. In general, as a light source for a refractometer, He line d line (587.6 nm), r line (706.5 nm), H 2 lamp F line (486.1 nm), C line (656.3 nm), The i-line (365.0 nm), h-line (404.7 nm), g-line (435.8 nm), and e-line (546.1 nm) of the Hg lamp can be used. Among these light sources, a light source on the short wavelength side and a light source on the long wavelength side with respect to the emission wavelength of the inorganic phosphor particles are appropriately selected, and the wavelength of each light source and the refractive index measured at the wavelength are respectively determined as follows. After substituting into the equation (6) to obtain the constants A and B, the desired refractive index can be obtained by substituting the emission wavelength of the inorganic phosphor particles into the equation. In addition, what is necessary is just to obtain | require a refractive index using the said light source, when the light emission wavelength of inorganic fluorescent substance particle corresponds with the wavelength of one of the said light sources. In the measurement of the refractive index, a bulk body of an inorganic phosphor having a shape suitable for the measurement, a bulk body of the same material as the filler particles, and a bulk body of resin may be used.

−1=Aλ/(λ−B) (6)
(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及び充填剤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及び充填剤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。
n 2 −1 = Aλ 2 / (λ 2 −B) (6)
(Where n represents the refractive index at wavelength λ, and A and B are constants)
In the present invention, the resin composition may be used as a slurry-like or paste-like resin composition in which inorganic phosphor particles and filler particles are mixed with a liquid or viscous resin, or inorganic phosphor particles and filler particles. And a liquid or viscous resin precursor may be mixed and then used as a solid resin composition obtained by curing the resin precursor.

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。   Although the manufacturing method in particular of the said resin composition is not restrict | limited, A specific manufacturing method is illustrated below.

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、無機蛍光体粒子及び充填剤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。   When the resin composition in the present invention is used as a slurry or paste resin composition, first, inorganic phosphor particles and filler particles are mixed with a liquid or viscous resin. In such a mixing operation, a known mixer such as a propeller mixer, a planetary mixer, or a butterfly mixer can be used without particular limitation.

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。   Next, bubbles generated in the resin composition in the mixing operation are defoamed. In the defoaming operation, a defoamer such as a vacuum defoamer or a centrifugal defoamer can be used without any particular limitation. By performing such defoaming operation, light scattering due to bubbles can be suppressed, and the internal transmittance of the resin composition can be increased.

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。   In the mixing operation and defoaming operation, an organic solvent may be added to the resin composition for the purpose of reducing the viscosity of the resin composition and efficiently mixing and defoaming.

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及び充填剤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。   When the resin composition is used as a solid in the present invention, a mixing operation and a defoaming operation are performed in the same manner as described above using a liquid or viscous resin precursor. Next, the obtained mixture of inorganic phosphor particles, filler particles and resin precursor is injected into a mold having a desired shape, and the resin precursor is cured. The curing method is not particularly limited, but a method of polymerizing the resin precursor by heating, ultraviolet irradiation, or addition of a catalyst is preferable.

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。   Here, the neutron scintillator made of the resin composition of the present invention can be used in a slurry form or a paste form, and can be molded with a mold having a desired shape even when used in a solid form. Is easy. Therefore, according to the present invention, a neutron scintillator having a fiber shape, a hollow tube shape, or a large area can be provided depending on the application.

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。   The neutron detector of the present invention is a combination of the neutron scintillator and a photodetector. That is, the light emitted from the neutron scintillator by the incidence of neutrons is converted into an electrical signal by a photodetector, and the incidence of neutrons is measured as an electrical signal, so that it can be used for neutron counting and the like. In the present invention, the photodetector is not particularly limited, and a conventionally known photodetector such as a photomultiplier tube, a photodiode, an avalanche photodiode, or a Geiger mode avalanche photodiode can be used without any limitation.

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。   The neutron scintillator preferably has a light exit surface facing the photodetector, and the light exit surface is preferably a smooth surface. By having such a light exit surface, light generated by the neutron scintillator can be efficiently incident on the photodetector. Further, it is preferable that a light reflecting film made of aluminum, polytetrafluoroethylene, or the like is provided on a surface that does not face the light detector, so that dissipation of light generated by the neutron scintillator can be prevented.

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。   The method of manufacturing the neutron detector by combining the neutron scintillator of the present invention and the photodetector is not particularly limited. For example, the light emission surface of the neutron scintillator is connected to the light detection surface of the photodetector with optical grease or optical cement. A neutron detector can be fabricated by optically bonding and connecting a power source and signal readout circuit to the photodetector. The signal readout circuit is generally composed of a preamplifier, a shaping amplifier, a multiple wave height analyzer, and the like.

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。   Further, by arranging a large number of neutron scintillators provided with the light reflecting film and using a position sensitive photodetector as a photodetector, it is possible to give a position resolution to the neutron detector.

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。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution means of the present invention.

実施例1
本実施例では、Euを0.04mol%ドープしたEu:LiCaAlF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。
Example 1
In this example, a neutron detector was manufactured using inorganic phosphor particles made of Eu: LiCaAlF 6 crystal doped with 0.04 mol% of Eu.

該Eu:LiCaAlF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結晶の密度は3.0g/cm、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(CLi,P)は、前記式(1)より、9.1atom/nmである。 The Eu: LiCaAlF 6 crystal contains only lithium 6 as a neutron capture isotope. The density of the Eu: LiCaAlF 6 crystal is 3.0 g / cm 3 , the mass fraction of lithium is 3.2% by mass, the isotope ratio of lithium 6 in the raw material is 95%, and therefore its neutron capture isotope content (C Li, P ) is 9.1 atom / nm 3 based on the formula (1).

また、該Eu:LiCaAlF結晶に放射線を照射し、該Eu:LiCaAlF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。 In addition, the Eu: LiCaAlF 6 crystal was irradiated with radiation, and the emission wavelength of the Eu: LiCaAlF 6 crystal was measured with a fluorometer. The radiation was α-ray, which is one of secondary particles generated during neutron irradiation, and 241 Am was used as a radiation source.

Eu:LiCaAlF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。 When producing inorganic phosphor particles comprising Eu: LiCaAlF 6 crystals, first, a bulk body of Eu: LiCAF 6 crystals having an irregular shape of about 2 cm square is prepared, and the bulk body is pulverized by a hammer mill. Then, the particles were classified by dry classification, passed through an upper sieve of 200 μm, and those remaining on the lower sieve of 100 μm were collected to obtain amorphous inorganic phosphor particles.

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/gであった。したがって、単位体積当たりの表面積は、450cm/cmであった。 It was 0.015 m < 2 > / g when the specific surface area of the mass basis of this inorganic fluorescent substance particle was measured using the BET specific surface area meter. Therefore, the surface area per unit volume was 450 cm 2 / cm 3 .

本実施例において、LiCaAlF結晶からなり、蛍光を発しない充填剤粒子を用いた。該LiCaAlF結晶の密度は3.0g/cm、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(C’Li,P)は、前記式(1)より、0.73atom/nmであった。また、該LiCaAlF結晶の比重は、前記Eu:LiCaAlF結晶と同一であり、3.0g/cmであった。 In this example, filler particles made of LiCaAlF 6 crystals and not emitting fluorescence were used. The density of the LiCaAlF 6 crystal is 3.0 g / cm 3 , the mass fraction of lithium is 3.7% by mass, the isotope ratio of lithium 6 in the raw material is 7.6%, and therefore its neutron capture isotope content (C ′ Li, P ) was 0.73 atom / nm 3 from the formula (1). Further, the specific gravity of the LiCaAlF 6 crystals, the Eu: LiCaAlF 6 crystal and the same was 3.0 g / cm 3.

当該LiCaAlF結晶からなる充填剤粒子は、無機蛍光体粒子と同様に、LiCaAlF結晶のバルク体を粉砕し、目開きが100μmのふるいを通過したものを用いた。 Filler particles consisting of the LiCaAlF 6 crystal, similar to the inorganic phosphor particles, pulverizing the bulk of LiCaAlF 6 crystal, mesh opening used was passed through a sieve of 100 [mu] m.

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。 In this example, a silicone resin (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KER-7030) was used as the resin. The resin is composed of two liquids, liquid A and liquid B. After preparing an equal amount of two liquids to prepare a resin precursor, the resin precursor can be cured by heating and used. The resin is a transparent resin having an internal transmittance of 95% / cm at the emission wavelength of 370 nm of the Eu: LiCaAlF 6 crystal.

前記Eu:LiCaAlF結晶、LiCaAlF結晶、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結晶のバルク体、LiCaAlF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(6)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結晶、LiCaAlF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、及び充填剤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。 The refractive index at room temperature of the Eu: LiCaAlF 6 crystal, LiCaAlF 6 crystal, and the silicone resin at 370 nm was measured using a refractometer. In the measurement of the refractive index, a bulk body of Eu: LiCaAlF 6 crystal, a bulk body of LiCaAlF 6 crystal, and a bulk body of resin having a predetermined shape suitable for the measurement were used. As a light source for the refractometer, i-line (365.0 nm) and h-line (404.7 nm) of an Hg lamp were used. The constants A and B were obtained by substituting the wavelength of each light source and the refractive index measured at the wavelength into the Cermeier equation (6), and then the refractive index at 370 nm was obtained using the equation. As a result, the refractive indexes of Eu: LiCaAlF 6 crystal, LiCaAlF 6 crystal, and silicone resin at 370 nm are 1.40, 1.40, and 1.41, respectively, and the refractive index of the transparent resin with respect to the refractive index of the inorganic phosphor particles. The ratio of the refractive index and the ratio of the refractive index of the transparent resin to the refractive index of the filler particles were both 1.01.

前記Eu:LiCaAlF結晶からなる無機蛍光体粒子10.0g、LiCaAlF結晶からなる充填剤粒子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。 10.0 g of inorganic phosphor particles made of Eu: LiCaAlF 6 crystals, 10.0 g of filler particles made of LiCaAlF 6 crystals, and 10.0 mL of a silicone resin resin precursor in which equal amounts of liquid A and liquid B are mixed in advance. Was added to a mixing vessel, and 1 mL of toluene was added for the purpose of reducing the viscosity of the mixture.

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。   These were mixed well using a stir bar, and then bubbles generated in the mixture in the mixing operation were defoamed using a vacuum defoamer.

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、無機蛍光体粒子と充填剤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。   Next, each was poured into a mold made of polytetrafluoroethylene having a diameter of 2 cm, a thickness of about 0.3 cm, and a thickness of about 1 cm, heated at 80 ° C. for 5 hours to distill off toluene, and then heated at 100 ° C. for 24 hours. Thus, the resin precursor was cured to obtain a neutron scintillator of the present invention comprising a resin composition containing inorganic phosphor particles and filler particles.

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剤粒子が0.56gずつ含まれており、無機蛍光体粒子及び充填剤粒子の密度から、これらの体積はともに0.19mLである。したがって、該樹脂組成物に対する無機蛍光体粒子の体積分率(V)及び充填剤粒子の体積分率(V’)は共に20体積%であった。したがって、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子に由来する中性子捕獲同位体の含有量(CLi,C)及び充填剤粒子に由来する中性子捕獲同位体の含有量(C’Li,C)は、それぞれ1.8atom/nm及び0.15atom/nmであり、C’Li,CはCLi,Cの1/12であった。なお、無機蛍光体粒子に対する充填剤粒子の体積分率は100体積%であった。 The resin composition had a diameter of 2 cm, a thickness of 0.3 cm, and a volume of 0.94 mL. In addition, the resin composition contains 0.56 g of inorganic phosphor particles and filler particles, and the volume of both is 0.19 mL from the density of the inorganic phosphor particles and the filler particles. Therefore, the volume fraction (V) of the inorganic phosphor particles and the volume fraction (V ′) of the filler particles relative to the resin composition were both 20% by volume. Therefore, the content of neutron capture isotopes derived from inorganic phosphor particles in the resin composition (C Li, C ) and the content of neutron capture isotopes derived from filler particles (C ′ Li, C ) are: Each of them was 1.8 atom / nm 3 and 0.15 atom / nm 3 , and C ′ Li and C were 1/12 of C Li and C , respectively. The volume fraction of the filler particles relative to the inorganic phosphor particles was 100% by volume.

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)を測定した。次いで、直径が2cm、厚さが0.3cm(d)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)の樹脂組成物を介して光検出器に入射した光の強度(I)を測定した。該IをIで除することにより、厚さが0.3cm(d)の樹脂組成物の表面反射損失を含む透過率(T)を得た。同様にして、厚さが1cm(d)の樹脂組成物を介して光検出器に入射した光の強度(I)を測定し、樹脂組成物の表面反射損失を含む透過率(T)を得た。これらd、d、T及びTの値を前記式(5)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。 With respect to the resin composition, the internal transmittance per 1 cm of the optical path length at the emission wavelength (370 nm) of the inorganic phosphor particles was measured by the following method. First, as shown in the left diagram of FIG. 1, light having a wavelength of 370 nm was incident on the light detection surface of the photodetector, and the intensity (I 0 ) of the incident light was measured. Next, a resin composition having a diameter of 2 cm and a thickness of 0.3 cm (d 1 ) is placed on the light detection surface of the photodetector as shown in the right diagram of FIG. 1, and light having a wavelength of 370 nm is incident thereon. the thickness was measured 0.3 cm (d 1) light intensity through the resin composition enters the light detector (I 1). By dividing the I 1 with I 0, thickness was obtained 0.3cm transmittance including the surface reflection loss of the resin composition of (d 1) (T 1) . Similarly, the light intensity through the resin composition is incident on the photodetector having a thickness of 1 cm (d 2) a (I 2) is measured, the transmittance including the surface reflection loss of the resin composition (T 2 ) The values of d 1 , d 2 , T 1 and T 2 were substituted into the equation (5), and the internal transmittance per 1 cm of the optical path length was determined. As a result, it was 67% / cm.

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。   A neutron detector of the present invention was manufactured by connecting a neutron scintillator made of a resin composition having a diameter of 2 cm and a thickness of 0.3 cm to a photodetector. First, one surface of the neutron scintillator having a diameter of 2 cm was used as a light emitting surface, and tape-like polytetrafluoroethylene was wound around a surface other than the light emitting surface to form a light reflecting film. Next, a photomultiplier tube (H6521 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) is prepared as a photodetector, and after optically bonding the light detection surface of the photomultiplier tube and the light emitting surface of the neutron scintillator with optical grease, The neutron scintillator and the photodetector were covered with a black sheet for shading.

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。   A power source was connected to the photomultiplier tube, and a preamplifier, a shaping amplifier, and a multi-wave height analyzer were connected as a signal readout circuit from the photomultiplier tube side to obtain a neutron detector of the present invention.

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。   The performance of the neutron detector of the present invention was evaluated by the following method. Cf-252 with 2.4 MBq of radioactivity is installed in the center of a 20 cm square cubic high-density polyethylene, and a neutron detector is installed so that a scintillator is arranged at a position close to the high-density polyethylene, Neutrons from Cf-252 were irradiated at a reduced speed with high density polyethylene.

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。   A high voltage of -1300 V was applied to the photomultiplier using a power source connected to the photomultiplier. The light emitted from the neutron scintillator was converted into a pulsed electric signal by a photomultiplier by the incidence of neutrons, and the electric signal was input to the multi-wave height analyzer via a preamplifier and a shaping amplifier. A pulse height distribution spectrum was created by analyzing the electrical signal input to the multi-wave height analyzer.

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。   Next, instead of neutrons, 0.86 MBq of radioactive Co-60 was installed at a distance of 5 cm from the neutron scintillator, and γ-rays from the Co-60 were irradiated. A spectrum was created. The dose of γ rays at a distance of 5 cm from Co-60 with a radioactivity of 0.83 MBq is a very high dose of 10 mR / h.

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。   The obtained wave height distribution spectrum is shown in FIG. The solid line and the dotted line in FIG. 2 are wave height distribution spectra under neutron and γ-ray irradiation, respectively. In the wave height distribution spectrum, the horizontal axis represents the relative value with the wave height value of the neutron peak being 1.

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。   From FIG. 2, a clear neutron peak can be confirmed, and the crest value of the electric signal generated by the incidence of γ rays is much lower than the crest value of the neutron peak, and gamma rays and neutrons can be easily distinguished. I understand.

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。   The dispersion (σ) was obtained by fitting the neutron peak with a normal distribution function, and a threshold value was set at a peak value 3σ lower than the peak value of the neutron peak. The threshold value is indicated by a broken line in FIG. The frequency of signals exceeding the threshold was counted for 300 seconds for each of neutron irradiation and γ-ray irradiation, and the count rate (counts / sec) was determined. The results are shown in Table 1. As can be seen from Table 1, the neutron detector of the present invention has a γ-ray count rate of only 0.043 Counts / sec even in the presence of extremely high doses of γ-rays. It can be seen that the error is minor.

実施例2
Eu:LiCaAlF結晶からなる無機蛍光体粒子12.5g、LiCaAlF結晶からなる充填剤粒子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。該樹脂組成物について、V及びV’はそれぞれ25体積%及び15体積%であり、CLi,C及びC’Li,Cはそれぞれ2.3atom/nm及び0.11atom/nmであり、C’Li,CはCLi,Cの1/21であった。なお、無機蛍光体粒子に対する充填剤粒子の体積分率は60体積%であった。
Example 2
Eu: LiCaAlF 6 inorganic phosphor particles 12.5g of crystalline, filler particles 7.5g consisting LiCaAlF 6 crystal, and advance equal amounts of A liquid and B liquid resin precursor 10.0mL of the mixed silicone resin A neutron scintillator made of the resin composition of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except for mixing. For the resin composition, V and V 'are 25 vol% and 15 vol% respectively, C Li, C and C' Li, C are each 2.3atom / nm 3 and 0.11atom / nm 3, C 'Li, C was 1/21 of C Li, C. The volume fraction of the filler particles relative to the inorganic phosphor particles was 60% by volume.

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。   With respect to the resin composition, the internal transmittance per 1 cm of optical path length at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was 71% / cm.

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。   In the same manner as in Example 1, a neutron detector was manufactured using the resin composition, creation of a pulse height distribution spectrum, setting of a threshold value, and counting of signals exceeding the threshold value under neutron irradiation and γ-ray irradiation. A rate measurement was performed to evaluate the performance of the neutron detector. The obtained wave height distribution spectrum is shown in FIG. 3, and the results of counting rate measurement are shown in Table 1. From FIG. 3, a clear neutron peak can be confirmed, and the crest value of the electric signal generated by the incidence of γ-ray is much lower than that of the neutron peak, and γ-ray and neutron can be easily distinguished. I understand.

実施例3
Eu:LiCaAlF結晶からなる無機蛍光体粒子14.9g、LiCaAlF結晶からなる充填剤粒子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。該樹脂組成物について、V及びV’はそれぞれ30体積%及び10体積%であり、CLi,C及びC’Li,Cはそれぞれ2.7atom/nm及び0.073atom/nmであり、C’Li,CはCLi,Cの1/37であった。なお、無機蛍光体粒子に対する充填剤粒子の体積分率は33体積%であった。
Example 3
Eu: LiCaAlF 6 inorganic phosphor particles 14.9g of crystalline, filler particles 5.0g consisting LiCaAlF 6 crystal, and advance equal amounts of A liquid and B liquid resin precursor 10.0mL of the mixed silicone resin A neutron scintillator of the present invention comprising a resin composition was produced in the same manner as in Example 1 except for mixing. For the resin composition, V and V ′ are 30% by volume and 10% by volume, respectively, C Li, C and C ′ Li, C are 2.7 atom / nm 3 and 0.073 atom / nm 3 , respectively. C ′ Li, C was 1/37 of C Li, C. The volume fraction of the filler particles relative to the inorganic phosphor particles was 33% by volume.

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、70%/cmであった。   With respect to the resin composition, the internal transmittance per 1 cm of the optical path length at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was 70% / cm.

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。   In the same manner as in Example 1, a neutron detector was manufactured using the resin composition, creation of a pulse height distribution spectrum, setting of a threshold value, and counting of signals exceeding the threshold value under neutron irradiation and γ-ray irradiation. A rate measurement was performed to evaluate the performance of the neutron detector. The obtained pulse height distribution spectrum is shown in FIG. 4, and the results of counting rate measurement are shown in Table 1. From FIG. 4, a clear neutron peak can be confirmed, and the crest value of the electrical signal generated by the incidence of γ rays is much lower than the crest value of the neutron peak, so that γ rays and neutrons can be easily distinguished. I understand.

また、実施例1〜3の比較から、無機蛍光体粒子に対する充填剤粒子の体積分率を高めることによって、n/γ弁別能を向上できることが分かる。また、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できることが分かる。   Moreover, it turns out that n / gamma discrimination ability can be improved by raising the volume fraction of the filler particle | grains with respect to an inorganic fluorescent substance particle from the comparison of Examples 1-3. Moreover, it turns out that the neutron detection efficiency per unit volume of a resin composition can be improved by raising the volume fraction of the inorganic fluorescent substance particle in a resin composition.

比較例1
Eu:LiCaAlF結晶からなる無機蛍光体粒子20g、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。該樹脂組成物については、充填剤粒子を用いていない。なお、該樹脂組成物について、Vは50体積%であり、CLi,Cはそれぞれ4.6atom/nmであった。
Comparative Example 1
Resin composition in the same manner as in Example 1 except that 20 g of inorganic phosphor particles composed of Eu: LiCaAlF 6 crystals and 10.0 mL of a silicone resin resin precursor in which equal amounts of liquid A and liquid B were mixed in advance were mixed. A neutron scintillator of the present invention consisting of a product was produced. The resin composition does not use filler particles. As for the resin composition, V is 50 vol%, C Li, C were, respectively, 4.6atom / nm 3.

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、70%/cmであった。   With respect to the resin composition, the internal transmittance per 1 cm of the optical path length at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was 70% / cm.

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、前記実施例1〜3に比較して、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値が高く、n/γ弁別能に劣ることが分かる。また、表1の計数率においても、γ線の計数率が9.6Counts/sec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おそれがある。   In the same manner as in Example 1, a neutron detector was manufactured using the resin composition, creation of a pulse height distribution spectrum, setting of a threshold value, and counting of signals exceeding the threshold value under neutron irradiation and γ-ray irradiation. A rate measurement was performed to evaluate the performance of the neutron detector. FIG. 5 shows the obtained pulse height distribution spectrum, and Table 1 shows the results of counting rate measurement. In FIG. 5, although a clear neutron peak can be confirmed, it can be seen that the crest value of the electric signal generated by the incidence of γ rays is high and the n / γ discrimination ability is inferior compared with Examples 1-3. Also, in the count rates of Table 1, the count rate of γ rays is as large as 9.6 Counts / sec, and in the presence of such a very high dose of γ rays, errors derived from γ rays with respect to the neutron count become a significant problem. There is a fear.

実施例4
前記実施例1において、無機蛍光体粒子、充填剤粒子粒子、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、有機蛍光体を樹脂に混合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。該樹脂組成物中について、V及びV’ならびにCLi,C及びC’Li,Cは実施例1と同様である。
Example 4
In Example 1, when mixing the inorganic phosphor particles, the filler particle particles, and the resin precursor of the silicone resin, instead of 1 mL of toluene, 1 mL of a toluene solution in which 5 wt% of 2,5-Dipheniloxazole was dissolved was added. A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except for adding. That is, in this example, a neutron scintillator made of a resin composition obtained by mixing an organic phosphor with a resin was produced. In the resin composition, V and V ′ and C Li, C and C ′ Li, C are the same as in Example 1.

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。   With respect to the resin composition, the internal transmittance per optical path length of 1 cm at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles was measured in the same manner as in Example 1. As a result, it was 68% / cm.

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。   In the same manner as in Example 1, a neutron detector was manufactured using the resin composition. However, in order to observe the signal waveform output from the photomultiplier tube, an oscilloscope was connected instead of the signal readout circuit composed of the preamplifier, the shaping amplifier and the multiple wave height analyzer.

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、無機蛍光体粒子と有機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有機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。   In the same manner as in Example 1, the neutron detector was irradiated with neutrons and γ rays, and the signal waveform output from the photomultiplier tube was recorded using an oscilloscope. Signal waveforms obtained under neutron irradiation and γ-ray irradiation are shown in FIGS. 6 and 7, respectively. The inset in each figure is an enlarged view around time 0. 6 and 7, when neutrons are incident, only inorganic phosphor particles emit fluorescence, whereas when γ rays are incident, both inorganic phosphor particles and organic phosphors give energy. It can be seen that fluorescence is emitted when applied, and that there is a clear difference in fluorescence lifetime between the inorganic phosphor particles and the organic phosphor. Therefore, by providing the neutron detector in the present embodiment with the waveform analysis mechanism described above, a neutron detector that is particularly excellent in n / γ discrimination can be obtained.

Figure 0006204763
Figure 0006204763

1 中性子シンチレーター
2 光検出器
1 Neutron scintillator 2 Photodetector

Claims (6)

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、該無機蛍光体粒子と蛍光特性が異なるか又は蛍光を発しない充填材粒子とを含んでなる樹脂組成物からなり、前記無機蛍光体粒子の比表面積が50cm /cm 以上、1000cm /cm 以下である中性子シンチレーター。 Resin comprising inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10 and filler particles having fluorescence characteristics different from those of the inorganic phosphor particles or not emitting fluorescence Ri Do from the composition, the specific surface area of the inorganic phosphor particles 50 cm 2 / cm 3 or more, 1000 cm 2 / cm 3 or less der Ru neutron scintillator. 前記無機蛍光体粒子の比表面積が100cm /cm 以上、500cm /cm 以下である請求項1記載の中性子シンチレーター。 The inorganic specific surface area of the phosphor particles 100 cm 2 / cm 3 or more, 500cm 2 / cm 3 or less der Ru claim 1 neutron scintillator according. 充填材粒子が蛍光を発しないものである請求項1又は2記載の中性子シンチレーター。 The neutron scintillator according to claim 1 or 2, wherein the filler particles do not emit fluorescence . 充填材粒子が無機物粒子である請求項1〜3いずれか1項記載の中性子シンチレーター。 The neutron scintillator according to any one of claims 1 to 3 , wherein the filler particles are inorganic particles . 無機蛍光体粒子が、目開き200μmのふるいを全通する粒子であって、目開き100μmのふるいを通過する粒子実質的に含んでいない粒子である請求項1〜4いずれか1項記載の中性子シンチレーター。 Inorganic phosphor particles, a particle of Zentsu the sieve mesh opening 200 [mu] m, eye particles passing through the sieve opening 100μm the claims 1 to 4, wherein any one is a particle that is substantially free Neutron scintillator. 請求項1〜5いずれか1項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。   A neutron detector comprising the neutron scintillator according to any one of claims 1 to 5 and a photodetector.
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