(57)【要約】  本発明は、コルキライト型フッ化物単結晶からなる中性子線検出用シンチレーターとシリコンフォトダイオードとを備えた中性子線検出装置であって、前記単結晶が、ランタノイドとしてＥｕのみを含んでおり、かつ、６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有し、さらに、Ｅｕの含有量が０．００２５乃至０．０５ｍｏｌ％であり、前記シンチレーターの厚みが１ｍｍを超えていることを特徴とする中性子線検出装置である。本発明により、十分に高い中性子線検出効率を有し、かつγ線の影響が少ない中性子線検出部を有し、全体の大きさとしては小型・軽量な中性子線検出装置が提供される。
2012121346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コルキライト型フッ化物単結晶からなる中性子線検出用シンチレーターとシリコンフォトダイオードとを備えた中性子線検出装置であって、
前記単結晶が、ランタノイドとしてＥｕのみを含んでおり、かつ、６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有し、
更に、Ｅｕの含有量が０．００２５乃至０．０５ｍｏｌ％であり、
前記シンチレーターの厚みが１ｍｍを超えていることを特徴とする中性子線検出装置。
【請求項２】
前記単結晶が、ＬｉＣａＡｌＦ６、ＬｉＳｒＡｌＦ６又はＬｉＣａ１−ｘＳｒｘＡｌＦ６（０＜ｘ＜１）で表わされる組成の基本単結晶中にＥｕを含有している、請求項１に記載の中性子線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子線の検出に用いる中性子線検出装置に関し、詳しくは６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有し、一定量のＥｕのみを含有するコルキライト型フッ化物単結晶からなる、厚い中性子線検出用シンチレーターとシリコンフォトダイオードとを備えた中性子線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子線検出装置は原子炉などの放射線管理区域やセキュリティ分野で用いられている。従来、３Ｈｅと中性子線との３Ｈｅ（ｎ，ｐ）Ｔ反応を利用する３Ｈｅガスを用いた検出装置が主に用いられてきた。中性子線はエネルギーに応じて、熱中性子線（約０．０２５ｅＶ）、熱外中性子線（約１ｅＶ）、低速中性子線（０．０３〜１００ｅＶ）、中速中性子線（０．１〜５００ｋｅＶ）、高速中性子線（５００ｋｅＶ以上）などに分類される。エネルギーの高い中性子線、例えば高速中性子線は、３Ｈｅ（ｎ，ｐ）Ｔ反応の発生確率が著しく低く、３Ｈｅガスを用いた中性子線検出装置による検出感度が低い。従って、中性子線検出装置の主な検出対象は、エネルギーの低い熱中性子線である。高速中性子線を検出する場合は、ポリエチレンなどの減速材を用いて、高速中性子線を熱中性子線まで減速させてから検出する方法が用いられており、例えば３Ｈｅを用いた中性子線検出装置部を球形ポリエチレン減速材で覆うレムカウンターやボナー球スペクトロメーターが使用されている。【０００３】
このように、熱中性子線に対する感度の高い中性子線検出装置として、３Ｈｅガスを用いた中性子線検出装置が長らく用いられてきた。しかし、３Ｈｅガスは希少なため、近年、価格が高騰している。更に、ガス式検出装置は大型で取り扱いが不便である。よって、代替技術への置き換えが求められている。代替技術の一例として、シリコンフォトダイオードの受光面に６ＬｉＦ膜を形成した検出装置が報告されている（非特許文献１）。該検出装置は、３Ｈｅと同様に熱中性子と核反応を起こすリチウム６（６Ｌｉ）を利用するものである。該検出装置において、熱中性子線は、以下のようにして検出される。即ち、熱中性子線と６Ｌｉとの核反応によりα線が生成し、該α線がシリコンフォトダイオードの受光面に照射され、その際のシリコンフォトダイオードの電流電圧特性の変化から、熱中性子線を検出できる。しかし、このような検出装置はいまだ実用化されていない。中性子線の検出効率を十分に得るためには６ＬｉＦ膜を厚くする必要があるが、６ＬｉＦ膜はα線を吸収する性質を有するために厚くすることができないからである。もしも６ＬｉＦ膜を厚くすると、核反応により生じたα線の多くが膜を通過する間に吸収され、その結果、シリコンフォトダイオードまで到達するα線の量が少なくなる。【０００４】
厚みの問題を解決する方法として、６ＬｉＦ膜の代わりに６Ｌｉを含有する中性子線検出用シンチレーターを用いる方法が考えられる。本明細書において、中性子線検出用シンチレーターとは、中性子線が衝突する際に蛍光を発する物質からなるものを意味する。６Ｌｉを含有する中性子線検出用シンチレーターは、以下のようにして発光する。即ち、熱中性子線を該シンチレーターに照射すると、該熱中性子線と６Ｌｉとが核反応を起こしてα線が生じ、該α線が発光中心元素を励起して蛍光を発する。６Ｌｉを含有する中性子線検出用シンチレーターは、厚くすることができる。該シンチレーターも、６ＬｉＦ膜と同じく、α線を吸収する性質を有しているものの、該シンチレーターでは、α線が速やかに発光に変換され、この光がシンチレーター内で吸収されにくいからである。シンチレーターが、生じた蛍光がシリコンフォトダイオードまで到達しうる程度に透明である限り、受光面に対して垂直方向の厚みが厚い場合でも、その発光が受光面まで届くものと考えられる。【０００５】
しかしながら、上記の６Ｌｉを含有する中性子線検出用シンチレーターとシリコンフォトダイオードを組み合わせた検出装置も、いまだ実用化されていない。一般的に、シリコンフォトダイオードは長波長の光、特に約９００ｎｍの光に対して高感度であるが、４００ｎｍ以下の短波長の光に対する感度は低い。従来、６Ｌｉを含有する中性子線検出用シンチレーターとして、６Ｌｉガラスシンチレーターが一般的に用いられてきた。該シンチレーターの発光波長は３９５ｎｍであり、更に、該波長における発光強度も低い。従って、従来の６Ｌｉガラスシンチレーターは、シリコンフォトダイオードとの組み合わせに適さなかった。【０００６】
比較的長い発光波長を有する中性子線検出用シンチレーターとして、発光波長５４０ｎｍであるテルビウム添加ガドリニウムオキシサルファイド（Ｔｂ：Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）が挙げられ、該シンチレーターをイメージインテンシファイアと組み合わせた中性子線撮像機が提案されている（非特許文献２）。しかしながら、Ｔｂ：Ｇｄ２Ｏ２Ｓの有効原子番号は６１であり、リチウムカルシウムアルミニウムフルオライド｛（ＬｉＣａＡｌＦ６）有効原子番号１４｝やリチウムストロンチウムアルミニウムフルオライド｛（ＬｉＳｒＡｌＦ６）有効原子番号３０｝等と比べて非常に高い。このため、中性子線だけでなくγ線に対しても有感であり、Ｔｂ：Ｇｄ２Ｏ２Ｓのシンチレーターを有する中性子線検出装置では、中性子線だけを検出するのが困難であった。Ｔｂ：Ｇｄ２Ｏ２Ｓと同様に比較的長い発光波長を有する中性子検出用シンチレーターとして、ユウロピウム添加ヨウ化リチウム（Ｅｕ：６ＬｉＩ）も挙げられる。Ｅｕ：６ＬｉＩもまたシリコンフォトダイオードと組みわせることは可能であるが、激しい潮解性のため加工が困難である上に、有効原子番号が４６と比較的高く、γ線に対しても有感で中性子線だけを検出するのが困難であった。【０００７】
本発明者らは、先に、シリコンフォトダイオードと組み合わせて使用することができ、且つ、有効原子番号が低くてγ線による発光を起こしにくい中性子線検出用シンチレーターをいくつか提案している。
具体的には、特許文献１において、Ｔｉ等の第４周期元素を含み、且つ、６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有するコルキライト型フッ化物単結晶であって、更に、Ｃｅ又は／及びＥｕを含有するコルキライト型フッ化物単結晶からなる中性子線検出用シンチレーターを提案している。特許文献１のシンチレーターは、第４周期元素を含むことによって長波長の光を発するので、シリコンフォトダイオードと組み合わせることができるだけでなく、Ｃｅ又は／及びＥｕを含むことによって短波長の光を発するので、光電子増倍管とも組み合わせることができる。
特許文献２においては、少なくとも二種類の希土類元素を含有し、６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有するコルキライト型フッ化物単結晶からなる中性子線検出用シンチレーターを提案している。特許文献２のシンチレーターは、希土類元素としてＣｅ及び／又はＥｕを含有することで、短波長の光を発し、光電子増倍管と組み合わせることができ、また、Ｃｅ、Ｅｕ以外の希土類元素を含有することで長波長の光を発し、シリコンフォトダイオードとも組み合わせることができる。
特許文献３においては、リチウム及びＩＩ価以上の金属元素を含むフッ化物結晶であって、１．１〜２０ａｔｏｍ／ｎｍ３の６Ｌｉを含み、有効原子番号が１０〜４０であり、且つ、Ｅｕ等のランタノイドを含む金属フッ化物結晶からなるシンチレーターを提案している。【０００８】
特許文献１〜３のシンチレーターは、シリコンフォトダイオードと組み合わせることができ、且つγ線による発光も起こしにくい。しかしながら、特許文献１〜３では、シンチレーターを厚くすることで中性子線の検出効率を上げることについては、一切検討されていない。
中性子線の検出効率は、照射された中性子線のうち核反応を起こす中性子線の割合、中性子線と６Ｌｉとの反応により生じたα線がシンチレーター内で吸収されるか否か、及びα線と発光中心元素との反応で生じる光が濃度消光により減衰するか否か等の複数の要因により左右される。
従って、シンチレーターの厚みを厚くしたときに、薄い場合に比べて、必ずしもシンチレーターとしての性能が向上するとは限らない。濃度消光の及ぼす影響、加工容易性、シンチレーターを構成する結晶の透明性等により、検出効率が低下したり、或いは、検出効率以外の性能が低下する可能性が高いからである。そのため、適切な構成元素や基本構造をなす結晶の種類、厚み等を検討して、実際にシンチレーターを作製し、更にシンチレーターとしての各種性能を評価するまでは、どのような特徴のシンチレーターが得られるかを予測するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／０５２５２６
【特許文献２】ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／０５２５２７
【特許文献３】ＷＯ２００９／１１９３７８
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｊ．Ｓｃｈｅｌｔｅｎ，ｅｔｃ．，ＰｈｙｓｉｃａＢ：Ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ  Ｍａｔｔｅｒ，２３４−２３６，（１９９７）１０８４−１０８６
【非特許文献２】Ｋ．Ｎｉｔｔｏｈ，ｅｔｃ．，Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＳｅｃｔｉｏｎＡ  Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ，  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ,Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ, ６０５,Ｉｓｓｕｅｓ１−２ (２００９)１０７−１１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、小型且つ軽量な中性子線検出装置であって、中性子線検出効率が十分に高く、γ線の影響が少ない中性子線検出用シンチレーターを有する中性子線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、特定量のＥｕを添加したコルキライト型フッ化物単結晶とシリコンフォトダイオードを組み合わせた場合、該単結晶で生ずる蛍光は、その波長が約３７０ｎｍと短いにもかかわらず、予想に反してシリコンフォトダイオードで受光可能であることが判明した。これは、該短波長の光の発光強度が高いからであると考えられる。また、該単結晶は、従来のシンチレーターよりも有効原子番号が低く、従って、該単結晶からなるシンチレーターとシリコンフォトダイオードとを組み合わせた中性子線検出装置は、γ線に対して低感度であり、中性子線検出装置として使用できる。さらに、Ｅｕの含有量を一定範囲にし、かつ該シンチレーターの厚みを厚くすると、中性子線の検出効率が高くなることもわかった。【００１３】
すなわち、本発明により、コルキライト型フッ化物単結晶からなる中性子線検出用シンチレーターとシリコンフォトダイオードとを備えた中性子線検出装置であって、
前記単結晶が、Ｅｕのみを含んでおり、かつ、６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有し、
さらに、Ｅｕの含有量が０．００２５乃至０．０５ｍｏｌ％であり、
前記シンチレーターの厚みが１ｍｍを超えていることを特徴とする中性子線検出装置が提供される。【００１４】
本発明の中性子線検出装置においては、前記単結晶が、ＬｉＣａＡｌＦ６、ＬｉＳｒＡｌＦ６又はＬｉＣａ１−ｘＳｒｘＡｌＦ６（０＜ｘ＜１）で表わされる組成の基本単結晶中にＥｕを含有していることが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、コルキライト型フッ化物単結晶からなる中性子線検出用シンチレーターとシリコンフォトダイオードとを備えた中性子線検出装置であって、前記単結晶が、希土類としてＥｕのみを含み、かつ、６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有し、Ｅｕ含有量は０．００２５乃至０．０５ｍｏｌ％であり、前記シンチレーターの厚みが厚いことを特徴とする中性子線検出装置である。シリコンフォトダイオードは小型且つ軽量である。従って、該中性子線検出装置は、小型且つ軽量の中性子線検出装置として有用であり、環境中の中性子線の有無の判別などに用いられるサーベイメーターなどの用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本図は、本発明のシンチレーターに使用される結晶のチョクラルスキー法による製造装置の概略図である。
【図２】本図は、本発明の中性子線検出装置の模式図である。
【図３】本図は、熱中性子線を照射したとき、及び遮蔽したときの、実施例１の中性子線検出装置の電流電圧特性の図である。
【図４】本図は、熱中性子線を照射したとき、及び遮蔽したときの、実施例１の中性子線検出装置の波高分布スペクトル図である。
【図５】本図は、熱中性子線を照射したとき、及び遮蔽したときの、比較例１の中性子線検出装置の波高分布スペクトル図である。
【図６】本図は、熱中性子線を照射したとき、及び遮蔽したときの、比較例２の中性子線検出装置の波高分布スペクトル図である。
【図７】本図は、熱中性子線を照射したとき、及び遮蔽したときの、比較例３の中性子線検出装置の波高分布スペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の中性子線検出装置は、厚みが１ｍｍを超えているシンチレーターとシリコンフォトダイオードからなり、該シンチレーターは、ランタノイドとしてＥｕのみを含んでおり、かつ、６Ｌｉを０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上含有し、さらに、Ｅｕの含有量が０．００２５乃至０．０５ｍｏｌ％であるコルキライト型フッ化物単結晶からなる。
なお、コルキライトとは、天然に存在するＬｉＣａＡｌＦ6化合物をいい、特有の結晶構造を有する。また、コルキライト型といった場合には、コルキライトに類似した構造を有する化合物であって、該化合物中の元素が他の元素に一部置き換わったものも含む。
【００１８】
本発明において、コルキライト型フッ化物単結晶として、好適には、ＭＸＭＹＭＺＦ６の化学式で表される化合物の単結晶を基本構造とする結晶（以下、コルキライト型基本結晶と云う）が例示される。当該化学式において、ＭＸはＬｉを必ず含み、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓからなる群より選ばれる少なくとも一種類の元素であり、ＭＹはＣａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｄ及びＢｅからなる群より選ばれる少なくとも一種類の元素であり、ＭＺはＡｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群より選ばれる少なくとも一種類の元素である。ＭＸは中性子線を検出するのに必要なＬｉを必ず含んでいる。更に、電荷調整を行う場合はＮａを含むことが好ましい。
当該コルキライト型単結晶は、空間群Ｐ３１ｃに属する六方晶であって、粉末Ｘ線回折の手法によって容易に同定することができる。
前記コルキライト型基本結晶の中でも、化学式ＬｉＣａＡｌＦ６、ＬｉＳｒＡｌＦ６又はＬｉＣａ１−ｘＳｒｘＡｌＦ６（０＜ｘ＜１）で表わされる化合物の単結晶が、大型の結晶を作製しやすく、また、シンチレーターとして用いる際の発光強度が高いという点で、好ましい。中でもＬｉＣａＡｌＦ６は、有効原子番号が小さく、γ線に対する感度が低いため、最も好ましい。
【００１９】
なお、本発明において、有効原子番号とは下記式； 
有効原子番号＝（ΣＷｉＺｉ４）１／４
式中、
Ｗｉは、シンチレーターを構成する元素のうちのｉ番目の元素の質量
分率、
Ｚｉは、シンチレーターを構成する元素のうちのｉ番目の元素の原子
番号、
で定義される指標である。
【００２０】
本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶の６Ｌｉ含有量は、中性子線検出用シンチレーターとして必要な、中性子線に対する感度を得るという観点から、０．８０ａｔｏｍ／ｎｍ３以上とする必要がある。さらに、中性子線に対する感度をより高めるためには、該６Ｌｉ含有量を４ａｔｏｍ／ｎｍ３以上とすることが好ましい。
６Ｌｉ含有量の上限は９ａｔｏｍ／ｎｍ３である。コルキライト型フッ化物単結晶における６Ｌｉ含有量は、理論上最大で９ａｔｏｍ／ｎｍ３程度であり、これ以上の６Ｌｉ含有量のものを得ることはできない。
本発明において、上記６Ｌｉ含有量とは、本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶１ｎｍ３あたりに含まれるＬｉ元素の個数をいう。入射した中性子線は、６Ｌｉと核反応を起こしてα線を生じさせる。従って、該６Ｌｉ含有量は中性子線に対する感度に影響し、６Ｌｉ含有量が多いほど中性子線に対する感度が向上する。
【００２１】
かかる６Ｌｉ含有量は、中性子線検出用シンチレーターの基本構造となる結晶化合物の組成について好適なものを選択するか、または、Ｌｉ原料として用いるＬｉＦ等の６Ｌｉ存在比率を調整することによって、適宜調整できる。ここで、６Ｌｉ存在比率とは、全Ｌｉ元素に対する６Ｌｉ同位体の元素比率であり、天然の存在比率は約７．６％である。６Ｌｉ存在比率を調整する方法としては、天然の存在比率の汎用原料を出発原料として、該出発原料を所期の６Ｌｉ存在比率まで濃縮して調整する方法、或いはあらかじめ所期の６Ｌｉ存在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。
【００２２】
なお、上記６Ｌｉ含有量（ａｔｏｍ／ｎｍ３）は、下記〔式１〕；
６Ｌｉ含有量＝Ａ×Ｃ×ρ×１０−２３／Ｍ  〔式１〕
式中、
Ａは、アボガドロ数［６．０２×１０２３］、
Ｃは、Ｌｉ元素中の６Ｌｉ存在比率［％］、
ρは、本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶の密度
［ｇ／ｃｍ３］、
Ｍは、分子量［ｇ／ｍｏｌ］、
によって求めることができる。
【００２３】
本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶は、無色ないしはわずかに着色した透明な結晶であり、良好な化学的安定性を有している。また、通常の使用条件下で短期間使用した場合に、性能の劣化は認められない。更に、機械的強度及び加工性も良好であり、容易に所望の形状に加工することができる。
【００２４】
本発明に用いるシンチレーターは、その厚みを厚くすることで中性子線に対する検出感度を向上することができる。本発明において、シンチレーターの厚みとは、該シンチレーターをシリコンフォトダイオードの受光面に接着する際の、受光面と接着する面に対する垂直方向の長さを示す。シンチレーターの形状は、直方体もしくは立方体であって、最も短い辺の長さが１ｍｍを超えるもの、または、円板もしくは円柱状であって、円に対する垂直方向の長さが１ｍｍを超えるものが好ましい。さらに、厚みを１．５ｍｍ以上、２ｍｍ以上、４ｍｍ以上、１０ｍｍ以上とすると、中性子線と６Ｌｉとの核反応の確率を向上でき、中性子線の検出効率を更に高めることができるため、より好ましい。また、厚みの増加により、中性子線と６Ｌｉとの核反応を起こす確率が高まるため、エネルギーの低い熱中性子線だけでなく、熱中性子線よりもエネルギーの高い中性子線、例えば熱外中性子線も検出対象にできるという利点もある。しかし、厚みを厚くするほど、シリコンフォトダイオードの受光面と接着していない部分の面積が増え、この部分から蛍光が漏れてしまい、発光をシリコンフォトダイオードの受光面へ集光する効率が悪化する。従って、厚みの上限は２００ｍｍ程度とすることが好ましい。従来公知の６ＬｉＦ膜は、その内部でα線を吸収するという問題があり、本発明のシンチレーターのように厚くすることはできない。本発明のシンチレーターは、核反応で生じたα線が速やかに発光中心元素と反応して光に変換されるので、その問題はなく、高い中性子線検出効率が得られ、熱外中性子線も検出可能であるという点で、非常に有益である。
【００２５】
本発明のシンチレーターの厚みと核反応の確率との関係を、具体的に計算すると、以下の通りとなる。
即ち、６Ｌｉを９ａｔｏｍ／ｎｍ３程度含有するシンチレーターに、０．０２５ｅＶの熱中性子線を照射すると仮定すると、このシンチレーターの、６Ｌｉと中性子線との反応断面積は９４０ｂａｒｎである。これらの条件の下、照射した中性子線のうち６Ｌｉと核反応を起こす中性子線の確率を算出すると、該シンチレーターの厚みが１ｍｍのときの確率は約６０％となる。厚みが１．５ｍｍのときの確率は約７０％であり、厚みが２ｍｍのときの確率は約８０％であり、厚みが４ｍｍのときの確率は約９０％である。一般に、核反応の確率が５０％を超えるシンチレーターは、実用化に適している。
ただし、シンチレーター中の６Ｌｉ含有量を少なくする場合や、エネルギーの高い中性子線、例えば約１ｅＶの熱外中性子線まで検出対象を広げる場合は、シンチレーターをより厚い厚みにすることが好ましい。６Ｌｉを９ａｔｏｍ／ｎｍ３含有する本発明のシンチレーターに、１ｅＶの熱外中性子線を照射すると仮定すると、このシンチレーターの、６Ｌｉと１ｅＶの中性子線との反応断面積は、１８８ｂａｒｎである。これらの条件の下、シンチレーターの厚みが１０ｍｍのとき、照射した中性子線のうち６Ｌｉと核反応を起こす中性子線の確率は約７０％であることが、算出できる。
【００２６】
本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶は、前記コルキライト型基本結晶中にＥｕ元素を含有する。Ｅｕ元素は、コルキライト型基本結晶の結晶格子間や結晶を構成する元素の一部と置換して存在するものと推測されるが、正確な存在形態は不明である。該元素を含有することにより、該中性子線と６Ｌｉとの反応により生じるα線がＥｕ元素と反応し、約３７０ｎｍの波長域の光を含有する発光が得られる。シリコンフォトダイオードは、一般に、約９００ｎｍの波長域の光に対しては最大の感度を有するが、短波長領域の光に対する感度は低い。従って、約３７０ｎｍという短波長の光をシリコンフォトダイオードが受光することは大変困難であることが予想される。にもかかわらず、本発明では、Ｅｕを含有するコルキライト型フッ化物単結晶からなるシンチレーターとシリコンフォトダイオードを組み合わせると、該ダイオードが、該シンチレーターが発する蛍光を受光することができる。これは、本発明のシンチレーターが発する約３７０ｎｍの波長域の光の強度が高いためであると考えられる。
【００２７】
本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶におけるＥｕ元素の含有量は、中性子線照射時に十分な量の発光を得るという観点から、本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶１モルあたり、０．００２５ｍｏｌ％以上である。また、単結晶育成が容易であり、且つ、熱外中性子線等のエネルギーの高い中性子線も検出できるという観点から、Ｅｕ元素の含有量は、０．０５ｍｏｌ％以下である。Ｅｕ元素の含有量が多すぎると、単結晶中に白濁が生じやすくなり結晶の育成が困難となる。また、厚い結晶の育成も困難になり、高エネルギーの中性子線を検出できる程度の厚みを有するシンチレーターを製造できなくなる。
【００２８】
本発明においては、Ｅｕ元素の含有量が上記範囲にあるので、シンチレーターの厚みを増加させても発光量はあまり低下せず、信号強度のバラつきも抑えられる。Ｅｕ元素の含有量を上記範囲より多くすると、シンチレーターの厚みを増加させたときに発光量が大きく低下して、信号強度がバラつく。
即ち、本発明においては、熱中性子線に対する検出効率を高めたり、高エネルギーの中性子線を検出するという観点から、上記の量のＥｕを用いると同時に、シンチレーターの厚みを厚くする。一般に、シンチレーター内にＥｕが多く存在すると、Ｅｕ同士の距離が近くなる。シンチレーターが薄い場合は、Ｅｕの距離が近くても特に問題は生じないが、シンチレーターが厚いと、発光が減衰する「自己吸収」という現象の影響により、検出装置としての性能が悪くなる。
具体的には、シンチレーター内のシリコンフォトダイオードから遠い位置において、Ｅｕとα線との反応により蛍光が生じると、該蛍光は、シンチレーター内を通過する際に他のＥｕ元素に衝突し、減衰される。そのため、該蛍光を該ダイオードで受光する際に、発光強度が低くなる。逆に、ダイオードと近い位置で生じた蛍光は、すぐにダイオードに到達するので、減衰されにくく、その発光強度は高くなる。このように、発光位置によって、シリコンフォトダイオードが受光する光の強度が大きく異なり、シリコンフォトダイオードからの電気信号の波高値も大きく異なる。電気信号の波高値が異なると、中性子線が検出できていることを示す波高値の範囲を広く設定せねばならず、また、検出ピークを得るまでに長時間を要する、等の不都合が生じる。
【００２９】
本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶は、ランタノイドとしてＥｕのみを含有し、遷移金属及び他の希土類元素を含有しない。本発明において、遷移金属とはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎを意味し、他の希土類元素とは、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｙ、Ｓｃ及びＰｍを意味する。Ｅｕ以外の発光中心元素を更に含有させると、Ｅｕ由来の発光が減少しやすくなる等の不都合が生じるからである。
【００３０】
後述するコルキライト型フッ化物単結晶の製造過程では、Ｅｕの偏析現象が起こる場合がある。このような場合であっても、実効偏析係数（ｋ）をあらかじめ求めておき、下記〔式２〕；
Ｃｓ＝ｋＣ０（１−ｇ）ｋ−１                  〔式２〕
式中、
Ｃｓは本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶中のＥｕの含有量
［ｍｏｌ％］、
ｋは実効偏析係数、
Ｃ０は原料中のＥｕの量［ｍｏｌ％］、
ｇは固化率、
に基づいて原料中のＥｕ含有量（Ｃ０の値）を調整すれば、所望の量のＥｕを含有するコルキライト型フッ化物単結晶を容易に得ることができる。
尚、本発明において、固化率は、結晶の成長方向における位置を表す指標であり、原料全体の重量に対して固化している部分の重量が占める割合から求められる。即ち、固化率０の位置とは、得られた結晶のうち最初に結晶化された部分を表し、固化率０．１の位置とは、溶融原料全体の重量の１０重量％までを使用して結晶化された部分を表す。チョクラルスキー法は通常、結晶化させるのは溶融原料の３０重量％以下である。例えば、チョクラルスキー法により溶融原料の３０重量％を結晶化して製造された結晶においては、固化率０の位置は結晶の最上部にあたり、固化率０．３の位置は最下部にあたる。
【００３１】
実効偏析係数としては、文献（例えば、Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  Ｃｅ−ｄｏｐｅｄ  ＬｉＣａＡｌＦ６  ａｎｄ  ＬｉＳｒＡｌＦ６  ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌｓ  ｂｙ  ｔｈｅ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｕｎｄｅｒ  ＣＦ４  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）に記載されている値を採用してもよいが、実効偏析係数は育成手法によって変動するので、予め求めておいた値を用いるのが好ましい。例えば、本発明者等の測定によると、チョクラルスキー法により得られるＬｉＣａＡｌＦ６に対するＥｕの実効偏析係数は、０．０２５であった。
実際の結晶中のＥｕの含有量（ｍｏｌ％）は、一般的な元素分析の手法（例えば、ＩＣＰ質量分析、ＩＣＰ発光分析）によって確認できる。
【００３２】
本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶の製造方法は特に限定されず、公知の方法によって製造することができるが、チョクラルスキー法によって製造することが好ましい。チョクラルスキー法で製造することにより、透明性等の品質に優れたコルキライト型フッ化物単結晶を製造することができ、更に、直径が数インチの大型結晶を製造することが可能となる。
以下、チョクラルスキー法によって本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶を製造する際の、一般的な方法について、図１に基づき説明する。
【００３３】
本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶を製造するにあたり、原料として、ＥｕＦ３、ＭＸＦ、ＭＹＦ２及びＭＺＦ３を用いることが好ましい。これらの純度は特に限定されないが、それぞれが９９．９９％以上であることが好ましい。また、これらの原料を予め混合した、混合原料を用いることが好ましい。かかる混合原料を用いることにより、結晶の純度を高めることができ、発光強度等の特性が向上する。混合原料は、粉末状あるいは粒状で用いても良く、あらかじめ焼結或いは溶融固化させてから用いてもよい。
【００３４】
また、ＭＸＦに必ず含有するＬｉＦの原料としては、コルキライト型フッ化物単結晶の６Ｌｉ含有量を調整しやすいという点から、６Ｌｉを濃縮したものを用いることが好ましい。濃縮濃度は、シンチレーターの６Ｌｉ含有量が０．８ａｔｏｍ／ｎｍ３以上となるような濃度である限り特に制限はないが、シンチレーター中の６Ｌｉの含有量が多いほど、育成した結晶を中性子線検出用シンチレーターとして用いる際の中性子線検出効率が高くなるため、シンチレーター中の６Ｌｉの含有量が多くなるような濃縮濃度が、好ましい。
【００３５】
上記混合原料において、ＭＸＦ、ＭＹＦ２およびＭＺＦ３は、ＭＸ：ＭＹ：ＭＺ＝１：１：１の比率（モル比）となるように秤量し、混合すればよい。
ＥｕＦ３は、前記した範囲の含有量となるように配合する。具体的には、ＥｕＦ３の秤量値は、前記した偏析現象を考慮し、目標とするＥｕ元素の含有量よりも多く設定することが好ましい。得られる結晶中の添加元素の含有量を秤量値から算出する際に用いる偏析係数は、添加元素の種類や成長速度など育成条件によって変動するため、結晶作製条件ごとに元素分析などで実際の濃度を調べて決定することが望ましい。
また、高温で揮発性が高い原料粉末を用いる場合は、該原料粉末を、目標とする含有量よりも多く秤量し、混合しても良い。揮発量は、結晶育成条件（温度・雰囲気・工程）によって異なるため、予め揮発量を調べて配合量を決めることが望ましい。
【００３６】
上記原料を坩堝１に充填する。該坩堝１、ヒーター２、断熱材３及び可動ステージ４を図１に示すようにセットする。坩堝１の上に、底部に穴の開いた坩堝をもう一つ設置し、ヒーター２等に固定して吊るすことで、二重坩堝構造を採用してもよい。
次に、種結晶５を自動直径制御装置６の先端に取り付ける。種結晶５としては、白金などの高融点の金属を用いることもできるが、育成した結晶の結晶性が良好であるという観点から、コルキライト型フッ化物単結晶もしくはそれと近い結晶構造を持った単結晶を用いることが好ましい。例えば、ＬｉＣａＡｌＦ６単結晶を６ｍｍ×６ｍｍ×３０ｍｍ程度のサイズの直方体形状であって、３０ｍｍの辺がｃ軸方向に沿うように切断、研削、研磨したものを用いることができる。自動直径制御装置６は、種結晶５と育成された結晶との合計重量を測定し、その測定値から種結晶５の引き上げ速度を調整するための装置である。引き上げ速度を調整すると、育成する結晶の直径を制御することができる。該装置６では、チョクラルスキー法の結晶育成用に市販されている引上装置用ロードセルを用いることができる。
【００３７】
次に真空排気装置を用いて、チャンバー７の内部を１．０×１０−３Ｐａ以下まで真空排気した後、高純度アルゴン等の不活性ガスをチャンバー内に導入してガス置換を行う。ガス置換後のチャンバー内の圧力は特に限定されないが、大気圧が一般的である。このガス置換操作によって、原料或いはチャンバー内に付着した水分を除去することができ、かかる水分に由来する結晶の劣化を防ぐことができる。
【００３８】
上記ガス置換操作によっても除去できない水分による悪影響を避けるため、フッ化亜鉛等の固体スカベンジャー或いは四フッ化メタン等の気体スカベンジャーを用いることが好ましい。固体スカベンジャーを用いる場合には、該スカベンジャーを原料中に予め混合しておく方法が好適である。気体スカベンジャーを用いる場合には、該スカベンジャーを上記不活性ガスに混合してチャンバー内に導入する方法が好適である。
【００３９】
ガス置換操作後、高周波コイル８及びヒーター２によって原料を加熱して溶融する。加熱方法は特に限定されず、例えば該高周波コイル８とヒーター２の構成に替えて、抵抗加熱式のカーボンヒーター等を適宜用いてもよい。
【００４０】
次いで、溶融した原料融液を、種結晶５と接触させる。種結晶５と接触した部分が凝固する温度になるようヒーター２を高周波コイル８の出力によって調整した後、自動直径制御装置６で引き上げ速度を調整しながら、結晶を引き上げる。育成中、液面高さの調整のため可動ステージ４を上下方向に適宜動かしてもよい。高周波コイルの出力を適宜調整しながら連続的に引き上げ、所望の長さとなったところで、結晶を液面から切り離す。育成した結晶に割れが入らない程度の十分な時間をかけて冷却することで、本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶を得ることができる。
【００４１】
該コルキライト型フッ化物単結晶の製造においては、フッ素原子の欠損あるいは熱歪に起因する結晶欠陥を除去する目的で、育成した結晶のアニール処理を行ってもよい。
【００４２】
得られたコルキライト型フッ化物単結晶は、所望の形状に容易に加工できる。加工に際しては、公知のブレードソー又はワイヤーソー等の切断機、研削機、或いは研磨盤を何ら制限無く用いる事ができる。該単結晶を、光検出器に対して適切な形状に加工研磨することでシンチレーターとして使用することができる。
【００４３】
該コルキライト型フッ化物単結晶からなる本発明のシンチレーターの形状は、特に制限されないが、後述するシリコンフォトダイオードに対向する光出射面を有していることが好ましい。該シンチレーターにおいては、十分な中性子線検出効率を得るために、光出射面に対して垂直方向の厚みが１ｍｍを超える必要がある。また、中性子線検出装置の目的に応じて、該シンチレーターの厚みを、１．５ｍｍ以上、２ｍｍ以上、４ｍｍ以上、１０ｍｍ以上としてもよい。光出射面は光学研磨が施されていることが好ましい。かかる光出射面を有することによって、シンチレーターで生じた光を効率よくシリコンフォトダイオードに入射できる。
なお、前記光出射面の形状は限定されず、一辺の長さが数ｍｍ〜数百ｍｍの四角形、或いは直径が数ｍｍ〜数百ｍｍの円など、用途に応じた形状を適宜選択して用いることができるが、シリコンフォトダイオードの受光面よりも小さい方が、受光面に届かずに散逸する発光が少ないため、好ましい。
また、シリコンフォトダイオードに対向しない面には、アルミニウム或いはテフロン（登録商標）等からなる光反射膜を施すことが好ましい。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るからである。
【００４４】
上述のようにして製造された、本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶は、シリコンフォトダイオードと組み合わせて本発明の中性子線検出装置とする。
即ち、中性子線の照射により、本発明の中性子線検出用シンチレーターから発せられた光（シンチレーション光）を、シリコンフォトダイオードによって電気信号に変換することによって、中性子線の有無及び強度を電気信号として捉えることができる。
シリコンフォトダイオードとしては任意のものを用いることができるが、高感度にシンチレーターの光を受光できるという観点から、電気信号の増幅機能を有するＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用いることが好ましい。一例を挙げると、浜松ホトニクス社製アバランシェフォトダイオードＳ８６６４シリーズを用いることができる。
【００４５】
本発明の中性子線検出用シンチレーターの光出射面を、シリコンフォトダイオードの受光面に任意の光学グリース等で接着して、中性子線検出装置を得ることができる。該シンチレーターを接着したダイオードの受光面は、環境中の光の入射を防ぐ目的で、光を通しにくい任意の材質の遮光材で覆っても良い。該シンチレーターの、シリコンフォトダイオードの受光面に対する接着面以外を、アルミニウム、テフロン（登録商標）、硫酸バリウムなどからなる反射材で覆って集光効率を高めても良く、前記した遮光材と反射材の機能を併せ持つもので全体を覆っても良い。シリコンフォトダイオードは、出力される電気信号を観測することで、中性子線の検出を確認できる。
【００４６】
シリコンフォトダイオードから出力される電気信号は、増幅器や多重波高分析器等に入力し、フォトンカウンティング（光子計数法）によって測定してもよい。また、任意の電流測定器（例えばピコアンメーター）に接続して電流値の変化を調べ、受光量の変化に応じた電流値の変化を確認することもできる。その際に受光感度を向上させる目的で、シリコンフォトダイオードには逆バイアスに電圧を印加してもよく、その場合、電圧または電流の印加と測定を同時に行うことのできる任意の計測器（例えば、ＫＥＩＴＨＬＥＹ  ２３７  ＨＩＧＨ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＳＯＵＲＣＥ  ＭＥＡＳＵＲＥ  ＵＮＩＴ）を用いてもよい。印加する電圧値は、シリコンフォトダイオードの性能や測定する中性子のフラックスに応じて設定することが好ましい。例えば、浜松ホトニクス社製アバランシェフォトダイオードＳ８６６４シリーズを使用する場合は３００〜４００Ｖの電圧の印加が特に好ましい。設定した動作電圧において、事前に照射された熱中性子のフラックスと電流値の関係を測定しておくことで、定量性を有する中性子線検出装置として用いることもできる。
更に、ピクセルＡＰＤやＣＣＤカメラのように位置敏感型のシリコンフォトダイオードに、本発明の結晶を、光電面の一部または全部を覆うように接合することで、中性子線撮像装置とすることができる。位置敏感型のシリコンフォトダイオードから出力される電気信号は、任意のインターフェイスを用いて読み出すことができ、パーソナルコンピューターの制御用プログラムを用いて制御してもよい。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を、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。【００４８】
実施例１
（中性子線検出装置の製造）
以下、実施例１で用いられる、本発明の中性子線検出装置の製造方法を説明する。
図１に示すチョクラルスキー法による結晶製造装置を用いて、本発明に用いるコルキライト型フッ化物単結晶を製造した。原料としては、純度が９９．９９％以上のＬｉＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３及びＥｕＦ３の高純度フッ化物粉末を用いた。なお、ＬｉＦとしては、６Ｌｉ存在比率が９５％のものを用いた。坩堝１、ヒーター２、及び断熱材３としては、高純度カーボン製のものを使用した。
まず、各原料を以下；
ＬｉＦ      ３９３．１ｇ、
ＣａＦ２   １２２４．４ｇ、
ＡｌＦ３   １３１７．０ｇ、
ＥｕＦ３       ６５．５ｇ、
の通りに秤量し、よく混合して混合原料を得た。該混合原料を坩堝１に充填した。
混合原料を充填した坩堝１を、可動ステージ４上に設置し、その周囲にヒーター２及び断熱材３を順次セットした。次にＬｉＣａＡｌＦ６単結晶を、６ｍｍ×６ｍｍ×３０ｍｍの直方体形状で３０ｍｍの辺がｃ軸方向に沿うように切断、研削、研磨して、種結晶５を得た。該種結晶５を、自動直径制御装置６の先端に取り付けた。【００４９】
油回転ポンプ及び油拡散ポンプからなる真空排気装置を用いて、チャンバー６内を５．０×１０−４Ｐａまで真空排気した。その後、チャンバー内の圧力が大気圧になるまで、四フッ化メタン−アルゴン混合ガスをチャンバー７内に導入し、ガス置換を行った。
高周波コイル８に高周波電流を印加し、誘導加熱によって原料を加熱して溶融させた。種結晶５を移動し、溶融した原料融液の液面に接触させた。種結晶５と接触した部分が凝固する温度となるようヒーター２の出力を調整した後、自動直径制御装置６により、直径５５ｍｍを目標に設定して、引き上げ速度を自動調整しながら、結晶を引き上げた。
液面高さが一定となるよう調整するため可動ステージ４を適宜動かしながら、且つ、高周波コイルの出力を適宜調整しながら、結晶を連続的に引き上げた。６０ｍｍの長さとなったところで、結晶を液面から切り離した。該結晶を４８時間かけて冷却することで、直径５５ｍｍ、長さ６０ｍｍの、Ｅｕを含有するＬｉＣａＡｌＦ６単結晶を得た。【００５０】
得られた結晶を、ダイヤモンドワイヤーを備えたワイヤーソーによって切断し、研削及び鏡面研磨を行い、長さ×幅×厚みが１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの直方体形状になるように加工した。
加工後の結晶を、前記〔式２〕より、Ｅｕの含有量Ｃｓが０．０５ｍｏｌ％となる部分（単結晶育成において初期段階にあたる固化率ｇが０．０１の部位）から切り出し、本発明のシンチレーターを得た。このとき、原料中のＥｕの量Ｃ０は２ｍｏｌ％であり、実効偏析係数ｋの値は０．０２５であった。〔式１〕より、この部分における６Ｌｉ含有量は、８．３ａｔｏｍ／ｎｍ３であった。有効原子番号は１５であった。【００５１】
図２に示すように、得られた中性子線検出用シンチレーター９を、シリコンフォトダイオード１０（浜松ホトニクス社製Ｓ８６６４−１０１０）の受光面に、光学グリース（応用光研工業社製６２６２Ａ）を用いて接着し、黒色のビニールシートからなる遮光材１１で全体を覆い、本発明の中性子線検出装置とした。
次に、本発明の中性子線検出装置を用い、熱中性子線の検出試験を行った。熱中性子線源としては、密封線源の２５２Ｃｆを５０ｍｍ厚のポリエチレンの容器に入れたものを用いた。熱中性子線源と該装置の間に何も挿入せずに熱中性子線を照射する場合（以下、熱中性子線照射時と呼ぶ）、及び遮蔽板を挿入した状態で熱中性子線を照射する場合（以下、熱中性子線遮蔽時と呼ぶ）の、電流電圧特性及び波高分布スペクトルを測定した。遮蔽板としては、熱中性子線を吸収する厚み１ｍｍのＣｄ（カドミウム）の板を用いた。【００５２】
（電流電圧特性の測定）
本発明の中性子線検出装置を用いて、熱中性子線照射時、及び熱中性子線遮蔽時の電流電圧特性を比較した。
該中性子線検出装置は、電流計と接続して用いた。電流計としては、電圧を印加しながら電流値を読み取ることのできるＫＥＩＴＨＬＥＹ  ２３７  ＨＩＧＨ  ＶＯＬＴＡＧＥ  ＳＯＵＲＣＥ  ＭＥＡＳＵＲＥ  ＵＮＩＴを用いた。パーソナルコンピューター上の制御プログラムにより、逆バイアスで３００〜４００Ｖの電圧を印加しながら電流値の計測を行い、電流電圧特性のグラフを描画した。
熱中性子線源としては、前記した通り、２５２Ｃｆ密封線源をポリエチレン容器に入れたものを用いた。図３に、熱中性子線照射時及び熱中性子線遮蔽時の、電流電圧特性を示す。熱中性子線照射時の電流値は、遮蔽時の値より大きく、例えば３５０Ｖにおける電流値は、熱中性子線遮蔽時は２．１３×１０−８Ａだったのに対し、熱中性子線照射時は３．１４×１０−８Ａであった。このことから、熱中性子のフラックスの増加に伴って電流値が増加することがわかった。
以上により、簡便な電流電圧特性の測定によって、本発明の中性子線検出装置で熱中性子線の検出が可能であることが確認された。【００５３】
（波高分布スペクトルの測定）
本発明の中性子線検出装置を用いて、熱中性子線照射時、及び熱中性子線遮蔽時の波高分布スペクトルを比較した。
熱中性子線源としては、前記した通り、２５２Ｃｆ密封線源をポリエチレン容器に入れたものを用いた。逆バイアスで３．２Ｖの電圧を印加しながら波高分布スペクトルを測定した。
本発明の中性子線検出装置より出力される電気信号は、シンチレーション光を反映したパルス状の信号である。パルスの波高は、シンチレーション光の発光強度を表す。また、パルスの波形は、シンチレーション光の減衰時定数に基づいた減衰曲線を呈する。出力された電気信号を、整形増幅器で整形及び増幅した後、多重波高分析器に入力して解析することで、波高分布スペクトルを作成した。
図４に、熱中性子線照射時及び熱中性子線遮蔽時の、波高分布スペクトルを示す。
該波高分布スペクトルの横軸は、電気信号の波高値、すなわちシンチレーション光の発光強度を表している。また、縦軸は各波高値を示した電気信号の頻度を表す。【００５４】
比較例１
各原料を以下；
ＬｉＦ      ３９７．７ｇ、
ＣａＦ２   １２３８．７ｇ、
ＡｌＦ３   １３３２．４ｇ、
ＣｅＦ３       ３１．３ｇ、
の通りに秤量し、且つ、得られた結晶を前記〔式２〕よりＣｅ含有量Ｃｓが０．０４ｍｏｌ％となる部分（単結晶育成において初期段階にあたる固化率ｇが０．０１の部位）から切り出した以外、実施例１と同様にして中性子線検出装置を製造した。原料中のＣｅの量Ｃ０は１ｍｏｌ％であり、実効偏析係数ｋの値は０．０４であった。該装置においては、Ｃｅ０．０４％：ＬｉＣａＡｌＦ６の単結晶からなるシンチレーターが用いられた。有効原子番号は１５であった。
得られた中性子線検出装置を用いて、逆バイアスで３１０Ｖの電圧を印加しながら波高分布スペクトルを測定した以外、実施例１と同様にして、熱中性子線照射時、及び熱中性子線遮蔽時の波高分布スペクトルを得た。図５に、得られた波高分布スペクトルを示す。【００５５】
比較例２
各原料を以下；
ＬｉＦ      ３９７．６ｇ、
ＣａＦ２   １２３８．７ｇ、
ＡｌＦ３   １３３２．３ｇ、
ＰｒＦ３       ３１．４ｇ、
の通りに秤量し、且つ、得られた結晶を前記〔式２〕よりＰｒ含有量Ｃｓが０．０４ｍｏｌ％となる部分（単結晶育成において初期段階にあたる固化率ｇが０．０１の部位）から切り出した以外、実施例１と同様にして中性子線検出装置を製造した。原料中のＰｒの量Ｃ０は１ｍｏｌ％であり、実効偏析係数ｋの値は０．０４であった。該装置においては、Ｐｒ０．０４％：ＬｉＣａＡｌＦ６の単結晶からなるシンチレーターが用いられた。有効原子番号は１５であった。
得られた中性子線検出装置を用いて、逆バイアスで３１０Ｖの電圧を印加しながら波高分布スペクトルを測定した以外、実施例１と同様にして、熱中性子線照射時、及び熱中性子線遮蔽時の波高分布スペクトルを得た。図６に、得られた波高分布スペクトルを示す。【００５６】
比較例３
各原料を以下；
ＬｉＦ         ４３７．３ｇ、
ＹＦ３        ２５４５．５ｇ、
ＣｅＦ３          １７．２ｇ、
の通りに秤量し、且つ、得られた結晶を前記〔式２〕よりＣｅ含有量Ｃｓが０．５ｍｏｌ％となる部分（単結晶育成において初期段階にあたる固化率ｇが０．０１の部位）から切り出した以外、実施例１と同様にして中性子線検出装置を製造した。原料中のＣｅの量Ｃ０は０．５ｍｏｌ％であり、実効偏析係数ｋの値は１であった。該装置においては、Ｃｅ０．５％：ＬｉＹＦ４の単結晶からなるシンチレーターが用いられた。有効原子番号は３３であった。
得られた中性子線検出装置を用いて、逆バイアスで３１０Ｖの電圧を印加しながら波高分布スペクトルを測定した以外、実施例１と同様にして、熱中性子線照射時、及び熱中性子線遮蔽時の波高分布スペクトルを得た。図７に、得られた波高分布スペクトルを示す。【００５７】
実施例１では、熱中性子線照射時の波高分布スペクトルと、熱中性子線遮蔽時の波高分布スペクトルとが、明らかに異なっていた（図４参照）。具体的には、熱中性子線照射時の各波高値（７５〜１５０チャンネル）における電気信号の頻度は、熱中性子線遮蔽時に比べて多く、即ち、熱中性子線の照射により、各波高値（７５〜１５０チャンネル）における電気信号の頻度が上昇することがわかった。
一方、比較例１〜３では、熱中性子線照射時と熱中性子線遮蔽時とで、明瞭な差異は見られず、何れの場合も電気信号の頻度が少なかった（図５〜７参照）。このことは、熱中性子線を照射しても、比較例１〜３の中性線検出装置では、中性子線を検出することができないことを表している。
以上により、波高分布スペクトルの測定結果からも、本発明の中性子線検出装置で熱中性子線の検出が可能であることが確認された。また、中性子線検出装置に用いるシンチレーターとしては、ランタノイドとしてＥｕのみを含有させたコルキライト型単結晶が適しており、ＣｅやＰｒといったその他の希土類を含有させた結晶は、適さないことが確認された。Ｅｕを含有させたシンチレーターの場合、短波長の発光強度が高いが、その他の元素を含有させたシンチレーターでは、発光強度が弱いことが原因であると考えられる。
【符号の説明】
【００５８】
１    坩堝
２    ヒーター
３    断熱材
４    可動ステージ
５    種結晶
６    自動直径制御装置
７    チャンバー
８    高周波コイル
９    中性子線検出用シンチレーター
１０  シリコンフォトダイオード
１１  遮光材
【図１】
2012121346.tif 000003
【図２】
2012121346.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012121346.tif 000009
【国際調査報告】
2012121346.tif 000010
2012121346.tif 000011