(57)【要約】【課題】バックグラウンドノイズとなるγ線の線量が高い場においても中性子を精度よく計測することができる中性子シンチレーター、中性子検出器および中性子の検出方法の提供を目的とする。【解決手段】リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターであって、樹脂組成部は、波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第１領域と、第１領域より外側に位置する第２領域と、を有し、第１領域における無機蛍光体粒子の密度は、第２領域における無機蛍光体粒子の密度より低い、中性子シンチレーター。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターであって、
前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第１領域と、前記第１領域より外側に位置する第２領域と、を有し、前記第１領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第２領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低い、
中性子シンチレーター。
【請求項２】
前記樹脂組成部の前記第１領域には、前記無機蛍光体粒子が含まれていない、
請求項１に記載の中性子シンチレーター。
【請求項３】
前記波長変換ファイバの直径に対する、波長変換ファイバの中心軸と樹脂組成部の外壁面の距離の比が１〜１０の範囲にある、
請求項１又は２に記載の中性子シンチレーター。
【請求項４】
無機蛍光体粒子の発光波長において、樹脂の屈折率に対する無機蛍光体粒子の屈折率の比が、０．９５〜１．０５の範囲にある、
請求項１〜３の何れか一項に記載の中性子シンチレーター。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の中性子シンチレーターと、光検出器と、を具備する、
中性子検出器。
【請求項６】
中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、
前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、
中性子線の有無を判定する判定部を具備し、
前記判定部は、前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、４．８ＭｅＶ近傍又は２．３ＭｅＶ近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定する、
中性子検出器。
【請求項７】
中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、
前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、を用いて、
前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、４．８ＭｅＶ近傍又は２．３ＭｅＶ近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定する、
中性子の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子シンチレーター、中性子検出器および中性子の検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、中性子シンチレーターを用いた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う。中性子シンチレーターは、光電子増倍管等の光検出器を組み合わせることにより、中性子検出器として利用できる。
【０００３】
中性子シンチレーターを用いた中性子検出器は、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弁別能が低いという問題があった。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。
【０００４】
特許文献１には、波長変換ファイバを樹脂組成部に内包せしめ、且つ、波長変換ファイバを樹脂組成部の外壁面に対して特定の位置に配置することにより、ｎ／γ弁別能を高めた中性子シンチレーターが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−３８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
福島第一原子力発電所における廃炉作業では、原子炉格納容器内に堆積した燃料デブリの位置等を把握する必要がある。原子炉格納容器の内部空間を調査するに際し、燃料デブリが堆積した原子炉格納容器内には作業員が立ち入ることができないので、遠隔操作可能な調査装置が用いられる。このような調査装置には、中性子シンチレーターが取り付けられ、当該中性子シンチレーターによる中性子の検出結果に基づいて、燃料デブリの位置を把握する。しかしながら、燃料デブリの周囲ではγ線数が中性子数に対して圧倒的に多い（例えば１０８倍程度）。そこで燃料デブリの位置を正確に把握するためには、ｎ／γ弁別能をさらに向上した中性子シンチレーターの開発が求められている。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、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シンチレーター、中性子検出器および中性子の検出方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターであって、前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第１領域と、前記第１領域より外側に位置する第２領域と、を有し、前記第１領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第２領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低い。
【０００９】
この構成によれば、波長変換ファイバを覆う樹脂組成部に中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を有する。中性子が中性子捕獲同位体に入射すると二次粒子（α線とトリチウムまたはα線とリチウム７）が飛び出す。また、γ線は物質中の原子の軌道電子を二次電子として弾き出す。中性子の入射に起因する二次粒子は飛程距離が短いため、殆どの二次粒子は、無機蛍光体粒子内でエネルギーを消費し、略一定の波高値の光を生じる。一方で、γ線の入射に起因する二次電子は、飛程距離が長い。無機蛍光体を粒子状とすることにより、二次電子は該無機蛍光体粒子から速やかに逸脱し、無機蛍光体に付与するエネルギーは低下する。すなわち、γ線入射に伴う発光の波高値を小さくすることができる。したがって、中性子の入射に起因する光であることを、波高値により判定することができｎ／γ弁別能を高めることができる。
【００１０】
また、この構成によれば、波長変換ファイバの近傍（第１領域）の無機蛍光体粒子の密度（すなわち単位体積当たりの含有量）を低くすることで、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子から照射されるγ線に起因する発光を低減できる。波長変換ファイバに到達する光の波高値は、発光する無機蛍光体粒子との距離に依存する。したがって、波長変換ファイバの近傍からの発光を低減することで、γ線に起因して検出される光のうち、波高値が大きい成分を小さくすることができる。上述したように、この中性子シンチレーターは、γ線に起因する光の波高値を小さくし、波高値の差により中性子に起因する光を、γ線に起因する光と区別する。波長変換ファイバの近傍からのγ線に起因する光を低減することで、γ線に起因する光のうち高い波高値を示すものであって、中性子に起因する光の波高値に近い領域の発光を抑制することができ、ｎ／γ弁別能を高めることができる。なお、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子の密度を低くすることで、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子から照射される中性子に起因する光の波高値も低減する。しかしながら、中性子に起因する光の波高値は、特定のピーク値を示す。このため、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子の密度を低くしたことによる影響は、ピーク値より若干波高値が高い領域に及ぶものであって、ピーク値への影響はわずかとなる。したがって、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子の密度を低くした場合であっても、十分な中性子の検出効率を得ることができる。
【００１１】
上記の中性子シンチレーターにおいて、前記樹脂組成部の前記第１領域には、前記無機蛍光体粒子が含まれていない構成としてもよい。
【００１２】
この構成によれば、波長変換ファイバの近傍に無機蛍光体粒子を含まれていないことで、上述の効果をより顕著として、ｎ／γ弁別能をさらに高めることができる。
【００１３】
上記の中性子シンチレーターにおいて、前記波長変換ファイバの直径に対する、波長変換ファイバの中心軸と樹脂組成部の外壁面の距離の比が１〜１０の範囲にある構成としてもよい。
【００１４】
上記の中性子シンチレーターにおいて、無機蛍光体粒子の発光波長において、樹脂の屈折率に対する無機蛍光体粒子の屈折率の比が、０．９５〜１．０５の範囲にある構成としてもよい。
【００１５】
この構成によれば、透明樹脂の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、無機蛍光体粒子と樹脂との界面における光の散乱を抑制することができ、樹脂組成部の透明性を高めることができる。結果として、無機蛍光体粒子の発光を高効率で検出することが可能となり、中性子の検出効率を高めることができる。
【００１６】
上記の中性子シンチレーターにおいて、上記の中性子シンチレーターと、光検出器と、を具備する、中性子検出器。
【００１７】
この構成によれば、ｎ／γ弁別能の高い中性子検出器を提供できる。
【００１８】
また、本発明の一実施態様としての中性子検出器は、中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、中性子線の有無を判定する判定部を具備し、前記判定部は、前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、４．８ＭｅＶ近傍又は２．３ＭｅＶ近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定する。
【００１９】
この構成によれば、検出結果を基に近似した一次関数から乖離した場合に、容易に中性子の存在を判定することができる中性子検出器を提供できる。
【００２０】
また、本発明の一実施態様としての中性子の検出方法は、中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、を用いて、前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、４．８ＭｅＶ近傍又は２．３ＭｅＶ近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定する。
【００２１】
この構成によれば、検出結果を基に近似した一次関数から乖離した場合に、容易に中性子の存在を判定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、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シンチレーター、中性子検出器および中性子の検出方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態の中性子シンチレーターの断面模式図である。
【図２】一実施形態の中性子シンチレーターの縦断面模式図あり、あわせて中性子シンチレーターを含む中性子検出器の概略構造を示す。
【図３】無機蛍光体粒子が均一に分散する樹脂組成部を有する中性子シンチレーターに、γ線および中性子ｎをそれぞれ照射した場合の、検出結果の一例を示すグラフである。
【図４】一実施形態の中性子検出器における検出結果を模式化したグラフである。
【図５】変形例の中性子検出器を示す概略図である。
【図６】実施例においてモデル化した中性子シンチレーターの横断面図である。
【図７】実施例のモデルにおいて、中性子の入射に起因して、波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。
【図８】実施例のモデルにおいて、中性子の入射に起因して、波長変換ファイバから離れた位置の無機蛍光体粒子から照射され波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。
【図９】実施例のモデルにおいて、γ線の入射に起因して、波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。
【図１０】実施例のモデルにおいて、γ線の入射に起因して、波長変換ファイバから離れた位置の無機蛍光体粒子から照射され波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。
【図１１】図７および図９を重ね合わせたグラフであって、事象発生回数として対数を取ったグラフである。
【図１２】図８および図１０を重ね合わせたグラフであって、事象発生回数として対数を取ったグラフである。
【図１３】図７および図９を重ね合わせて部分的に拡大したグラフである。
【図１４】図８および図１０を重ね合わせて部分的に拡大したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２５】
図１は、本実施形態の中性子シンチレーター１の断面模式図である。また、図２は、中性子シンチレーター１の縦断面模式図である。なお、図２においては、中性子シンチレーター１を含む中性子検出器２の概略構造を合わせて示す。
【００２６】
中性子シンチレーター１は、樹脂組成部３０と、樹脂組成部３０に内包された波長変換ファイバ２０と、樹脂組成部３０の外周を囲む反射材３５と、を構成要素とする。また、樹脂組成部３０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３１と、樹脂部３２とを構成要素とする。
【００２７】
図２に示す中性子検出器２は、中性子シンチレーター１と、中性子シンチレーター１の波長変換ファイバ２０と接続された光検出器３と、光検出器３と接続された判定部４と、を具備する。中性子検出器２は、中性子が無機蛍光体粒子３１に入射することで生じた光を、波長変換ファイバ２０に入射させ、さらに光検出器３で検出することにより、中性子の存在を判定する。
【００２８】
本明細書において、「内包」とは、波長変換ファイバ２０の体軸方向に添うファイバ表面が３６０°樹脂組成部３０に覆われている状態を示す。それに対し、ファイバの端面は、その両端又は片端が樹脂組成部３０から突き出している。シンチレーション光を取り出すため、ファイバの少なくとも一端は樹脂組成部３０外に出ている必要があるが、残る一端は樹脂組成部３０中に存在していてもよいし、樹脂組成部３０から突き出していてもよい。
【００２９】
＜樹脂部＞
樹脂部３２は、無機蛍光体粒子３１の周囲に設けられ、複数の無機蛍光体粒子３１同士の間に介在している。すなわち、樹脂組成部３０において、無機蛍光体粒子３１は、樹脂部３２内に分散している。上述したように、本実施形態の無機蛍光体粒子３１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。したがって、単一の無機蛍光体粒子３１では中性子検出効率に乏しいため、複数の無機蛍光体粒子３１を樹脂部３２中に分散せしめることによって、中性子検出効率を高めることができる。
【００３０】
樹脂部３２は、無機蛍光体粒子３１から発せられた蛍光を波長変換ファイバ２０へ効率よく導くために透明樹脂であることが好ましい。具体的には、前記無機蛍光体粒子３１の発光波長における該樹脂の内部透過率が８０％／ｃｍ以上であることが好ましく、９０％／ｃｍ以上であることが特に好ましい。かかる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。また、前記透明樹脂の中でも、無機蛍光体粒子３１の発光波長における屈折率が、無機蛍光体粒子３１の屈折率に近い透明樹脂を用いることが好ましい。具体的には無機蛍光体粒子３１の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比が、０．９５〜１．０５であることが好ましく、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３１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、前記樹脂組成部３０の透明性を高めることができる。なお当該屈折率は、本実施形態の中性子シンチレーター１を用いる温度域での屈折率である。例えば、本実施形態の中性子シンチレーター１を１００℃で用いる場合、上記屈折率比は１００℃で求める必要がある。
【００３１】
＜無機蛍光体粒子＞
無機蛍光体粒子３１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３１においては、リチウム６またはホウ素１０と中性子ｎとの中性子捕獲反応によって、それぞれα線とトリチウムまたはα線とリチウム７（以下、二次粒子ともいう）が生じ、当該二次粒子によって、無機蛍光体粒子３１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３１が励起され、蛍光を発する。
【００３２】
無機蛍光体粒子３１を用いた中性子シンチレーター１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３１に付与されるエネルギーが高いため、中性子ｎを検出した際に発せられる蛍光の強度に優れる。
【００３３】
本実施形態において、無機蛍光体粒子３１は、中性子捕獲同位体を含有し且つ蛍光を発する無機物からなる粒子であって、無機物自体が一つの化学物質として把握されるものである。従って、中性子捕獲同位体を含有する非蛍光性粒子と、中性子捕獲同位体を含有しない蛍光体粒子を混合してなる混合物粒子は含まない。より具体的には、例えば中性子捕獲同位体を含有する非蛍光性のＬｉＦと、中性子捕獲同位体を含有しない蛍光体であるＺｎＳ：Ａｇを混合したような混合物粒子を含まないことが好ましい。かかる混合物粒子においては、中性子捕獲同位体を含有する粒子で生じた二次粒子のエネルギーが、蛍光を発する粒子に到達する前に一部失われる。このとき失われるエネルギーは、二次粒子の発生点から蛍光を発する粒子に到達するまでの飛程によってまちまちであるため、結果として蛍光を発する粒子の蛍光強度が大きくばらつく。したがって、所望のｎ／γ弁別能が得られないため、かかる混合物粒子は本実施形態において採用されないことが好ましい。
【００３４】
本実施形態において、無機蛍光体粒子３１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／ｎｍ３及び０．３ａｔｏｍ／ｎｍ３以上とすることが好ましく、それぞれ６ａｔｏｍ／ｎｍ３及び２ａｔｏｍ／ｎｍ３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３１の１ｎｍ３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ｎ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。
【００３５】
かかる中性子捕獲同位体含有量は、無機蛍光体粒子３１の化学組成を選択し、また、無機蛍光体粒子３１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（Ｂ２Ｏ３）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。
【００３６】
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、可能な限り高い方が望ましい。
【００３７】
なお、無機蛍光体粒子３１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３１の密度、無機蛍光体粒子３１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。
【００３８】
ＣＬｉ，Ｐ＝ρ×ＷＬｉ×ＲＬｉ／（７００−ＲＬｉ）×Ａ×１０−２３      （１）
ＣＢ，Ｐ＝ρ×ＷＢ×ＲＢ／（１１００−ＲＢ）×Ａ×１０−２３          （２）
（式中、ＣＬｉ，Ｐ及びＣＢ，Ｐはそれぞれ無機蛍光体粒子３１中のリチウム６の含有量及びホウ素１０の含有量、ρは中性子シンチレーターの密度［ｇ／ｃｍ３］、ＷＬｉ及びＷＢはそれぞれ無機蛍光体粒子３１中のリチウム及びホウ素の質量分率［質量％］、ＲＬｉ及びＲＢ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）
【００３９】
無機蛍光体粒子３１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：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＹＦ４、Ｔｂ：ＬｉＹＦ４、Ｅｕ：ＬｉＩ、Ｃｅ：Ｌｉ６Ｇｄ（ＢＯ３）３、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＹＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＹＢｒ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＬａＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＬａＢｒ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＣｅＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＲｂ２ＬａＢｒ６等の結晶からなる無機蛍光体粒子３１、及び、Ｌｉ２Ｏ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃｅ２Ｏ３系のガラスからなる無機蛍光体粒子３１等が挙げられる。
【００４０】
無機蛍光体粒子３１の発光する波長は、後述する樹脂部３２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。
【００４１】
無機蛍光体粒子３１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３１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１を得ることができる。
【００４２】
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３１の中でも、化学式ＬｉＭ１Ｍ２Ｘ６（ただし、Ｍ１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、Ｍ２はＡｌ、Ｇａ及びＳｃから選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる少なくとも１種のハロゲン元素である）で表わされ、少なくとも１種のランタノイド元素を含有するコルキライト型結晶、及び当該コルキライト型結晶であって、さらに少なくとも１種のアルカリ金属元素を含有するコルキライト型結晶が好ましい。
当該コルキライト型結晶を具体的に例示すればＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ６及びＥｕ，Ｎａ：ＬｉＳｒＡｌＦ６からなる無機蛍光体粒子３１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。
【００４３】
本実施形態の中性子シンチレーター１において、無機蛍光体を粒子状とした無機蛍光体粒子３１を用いることで、ｎ／γ弁別能が向上する。以下、かかる無機蛍光体粒子３１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。
【００４４】
一般に、γ線が中性子シンチレーター１に入射すると、中性子シンチレーター１の内部で二次電子ｅが生成され、二次電子が無機蛍光体を通過するとき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ｎ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ｎ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、γ線による誤差が増大し、顕著に問題となる。
【００４５】
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、二次電子ｅ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１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。
【００４６】
ここで、中性子シンチレーター１にγ線が入射した場合に生じる二次電子ｅが、中性子シンチレーター１にエネルギーを付与しながら、中性子シンチレーター１中を移動する飛程距離は数ｍｍ程度と比較的長い。
【００４７】
それに対して、中性子ｎが中性子シンチレーター１に入射した場合には、上述したように、中性子シンチレーター１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ｎとの中性子捕獲反応で生じた二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、該二次粒子の飛程距離は数μｍ〜数十μｍと上記二次電子より短い。
【００４８】
本実施形態によれば、無機蛍光体を粒子状とすることにより、二次電子ｅを無機蛍光体粒子３１から速やかに逸脱せしめ、二次電子ｅが無機蛍光体に付与するエネルギーを低減させることができる。中性子の入射に起因する二次粒子は飛程距離が短いため、殆どの二次粒子は、無機蛍光体粒子３１内でエネルギーを消費し、略一定の波高値の光を生じる。一方で、γ線の入射に起因する二次電子ｅは、飛程距離が長いために無機蛍光体粒子３１の外に飛び出し、無機蛍光体粒子３１内で全てのエネルギーを消費することがなく、発光に伴う波高値を小さくすることができる。したがって、中性子ｎの入射に起因する光であることを、波高値により判定することができｎ／γ弁別能を高めることができる。
【００４９】
本実施形態において無機蛍光体粒子３１の大きさは、中性子ｎの入射により生じる二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線の入射により二次電子ｅは逸脱する程度の小ささであることが好ましい。
【００５０】
本発明者らの検討によれば、無機蛍光体粒子３１の形状を、その比表面積が５０ｃｍ２／ｃｍ３以上である形状とすることが好ましく、比表面積が１００ｃｍ２／ｃｍ３以上である形状とすることが特に好ましい。なお、本明細書において、無機蛍光体粒子３１の比表面積とは、無機蛍光体粒子３１の単位体積当たりの表面積を言う。
【００５１】
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３１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３１の比表面積が大きいほど、無機蛍光体粒子３１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。
【００５２】
より具体的には、１辺が０．５ｃｍの正６面体では比表面積が１２ｃｍ２／ｃｍ３であるが、同０．１ｃｍの正６面体（０．００１ｃｍ３）の場合には、その比表面積は６０ｃｍ２／ｃｍ３である。さらに同じ体積（０．００１ｃｍ３）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１００ｃｍ２／ｃｍ３となる。
【００５３】
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γ線によって生じる二次電子ｅは、前述のとおり速やかに結晶から逸脱するため、二次電子ｅから無機蛍光体粒子３１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。
【００５４】
前記比表面積に基づく好適な無機蛍光体粒子３１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、二次電子ｅから無機蛍光体粒子３１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３１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５０ｃｍ２／ｃｍ３以上、より好ましくは比表面積が１００ｃｍ２／ｃｍ３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。
【００５５】
なお、本実施形態において、前記比表面積の上限は、特に制限されないが、１０００ｃｍ２／ｃｍ３以下とすることが好ましい。該比表面積が１０００ｃｍ２／ｃｍ３を超える場合、すなわち無機蛍光体粒子３１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ｎとの中性子捕獲反応で生じた二次粒子が、無機蛍光体粒子３１にその全エネルギーを付与する前に無機蛍光体粒子３１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ｎの入射によって無機蛍光体粒子３１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。前記二次粒子の全エネルギーを確実に無機蛍光体粒子３１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３１の比表面積を５００ｃｍ２／ｃｍ３以下とすることが特に好ましい。
【００５６】
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、本実施形態で用いる無機蛍光体粒子３１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。
【００５７】
また無機蛍光体粒子３１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。
【００５８】
本実施形態において、好適に用いられる無機蛍光体粒子３１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。
【００５９】
本実施形態で用いる無機蛍光体粒子３１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３１を直接得る方法が挙げられる。
【００６０】
＜樹脂組成部＞
樹脂組成部３０は、上述したように、樹脂部３２と、樹脂部３２中に分散された無機蛍光体粒子３１とを有する。
図１に示すように、樹脂組成部３０は、波長変換ファイバ２０の外周を内包する筒状の第１領域Ａ１と、第１領域Ａ１より外側に位置する第２領域Ａ２を有する。第１領域Ａ１には、無機蛍光体粒子３１が含まれておらず、第２領域Ａ２には無機蛍光体粒子３１が含まれている。
【００６１】
ここで、無機蛍光体粒子３１を含まない第１領域Ａ１を構成することによる効果を説明するために、樹脂組成部中に無機蛍光体粒子が均一に分散する場合の検出結果について説明する。
図３は、無機蛍光体粒子が均一に分散する樹脂組成部を有する中性子シンチレーターに、γ線および中性子ｎをそれぞれ照射した場合の、検出結果の一例を示すグラフである。
【００６２】
図３に示すように、γ線の検出結果は、点Ｘにおいて、中性子線がピーク値Ｐを示す波高値を超えて延びている。γ線に起因する光の波高値が、幅広い範囲を取る要因は、主に以下の２つが考えられる。
１つ目の要因は、γ線の入射に起因する二次電子ｅの飛程距離が大きく、反応の位置や二次電子ｅの出射方向によって、無機蛍光体粒子３１内で消費するエネルギーの大きさが様々に変わることによる。
２つ目の要因は、γ線の入射に起因する発光によって出力され波長変換ファイバ２０に到達する光の波高値は、発光する無機蛍光体粒子３１と波長変換ファイバ２０との距離に依存することによる。波長変換ファイバ２０に到達する光の波高値（光子数と置き換えてもよい）は、近傍から出射された場合により大きくなる。
【００６３】
上述の２つの要因が重なった場合、すなわち波長変換ファイバ２０の近くに位置する無機蛍光体粒子３１内で二次電子ｅが長い距離を飛程した場合に、γ線に起因する波高値が高く計測され、点Ｘのようにγ線の検出結果が中性子のピーク値Ｐと重なって検出されると考えられる。
【００６４】
一方で、中性子ｎが無機蛍光体粒子３１に入射すると、無機蛍光体粒子３１に含まれるリチウム６及びホウ素１０と中性子ｎとの中性子捕獲反応で生じた二次粒子により、無機蛍光体が励起して光Ｌ４を発する。中性子ｎが入射した際に発生する二次粒子（α線とトリチウムまたはα線とリチウム７）は、飛程距離が短いため、無機蛍光体粒子３１内でエネルギーを消耗し無機蛍光体粒子３１を発光させる。したがって、中性子ｎの入射に起因する無機蛍光体粒子３１の発光は、強さ（波高値）がほとんど一定となる。なお、中性子ｎが入射した際の二次粒子についても、ごく一部については、無機蛍光体粒子３１から飛び出す。したがって、実際には、一部の発光が弱くなる（図３中の領域Ｙ）。
【００６５】
なお、図３は、γ線の光子数が中性子数に比較して著しく多い場合の検出結果である。燃料デブリのような放射性物質の近傍では、γ線の光子数は中性子数に対して１０８倍となるとも言われる。
【００６６】
本実施形態では、γ線に起因する光Ｌ３と、中性子線に起因する光Ｌ４とを、その波高値の違いから判定する。しかしながら、上述したように、無機蛍光体粒子３１が波長変換ファイバ２０の近傍に位置している場合には、γ線に起因する光Ｌ３の波高値が高く検出されて、中性子に起因する光Ｌ４と誤認される虞がある。本実施形態によれば、波長変換ファイバ２０の周囲を囲む第１領域Ａ１に、無機蛍光体粒子３１を含まないことにより、γ線に起因する光Ｌ４の波高値が高く計測されることを抑制することができる。これにより、中性子に起因する光Ｌ４を、γ線に起因する光Ｌ３と区別して検出することが可能となり、ｎ／γ弁別を向上させることができる。
【００６７】
なお、第１領域Ａ１に無機蛍光体粒子３１を含まないことで、図３に示す中性子の測定結果は、ピーク値Ｐに対して、波高値が多くなる側の裾野Ｚが小さくなるものの、ピーク値Ｐの検出頻度が低くなりにくい。このため中性子シンチレーターによれば、第１領域Ａ１に無機蛍光体粒子３１を含まないことによる、中性子の検出効率の低下を抑制しつつｎ／γ弁別を向上させることができる。
【００６８】
本実施形態において、第１領域Ａ１には、無機蛍光体粒子３１が含まれていない場合を例示した。しかしながら、第１領域Ａ１における無機蛍光体粒子３１の密度（すなわち単位体積当たりの含有量）は、第２領域Ａ２における無機蛍光体粒子の密度より低ければ、一定の効果を得ることができる。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２において、無機蛍光体粒子３１の密度の差が大きいほど上述の効果を奏しやすい。したがって、上述の実施形態に示すように、第１領域Ａ１に無機蛍光体粒子３１を含まない場合に最も効果を奏しやすい。
【００６９】
本実施形態において、第１領域Ａ１の横断面外形は、波長変換ファイバ２０を囲む円形状である。また、第１領域Ａ１の横断面外形は、波長変換ファイバ２０の横断面外形と同心円である。しかしながら、第１領域Ａ１の横断面外形は、これに限るものではなく、矩形形状であってもその他多角形であってもよい。
また、本実施形態において、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは、同材料の樹脂部３２を有することが好ましいが、第１領域Ａ１を構成する材料は、必ずしも第２領域Ａ２と同材料でなくてもよい。加えて、第１領域Ａ１は、材料が充填されない空隙であってもよい。
【００７０】
本実施形態の中性子シンチレーター１の中性子検出効率は、樹脂組成部３０の第２領域Ａ２中の無機蛍光体粒子３１に由来する中性子捕獲同位体の含有量（すなわち密度）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、樹脂組成部３０の第２領域Ａ２中の１ｎｍ３あたりに平均的に含まれる無機蛍光体粒子３１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３１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）、ならびに第２領域Ａ２中の無機蛍光体粒子３１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。
【００７１】
ＣＬｉ，Ｃ＝ＣＬｉ，Ｐ×（Ｖ／１００）        （３）
ＣＢ，Ｃ＝ＣＢ，Ｐ×（Ｖ／１００）        （４）
（式中、ＣＬｉ，Ｃ及びＣＢ，Ｃはそれぞれ樹脂組成部３０の第２領域Ａ２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３１中のリチウム６の含有量及びホウ素１０の含有量、Ｖは樹脂組成部３０中の無機蛍光体粒子３１の体積分率（Ｖ）［体積％］を示す）
【００７２】
本実施形態において樹脂組成部３０（第１領域Ａ１および第２領域Ａ２）中の無機蛍光体粒子３１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部３０中の無機蛍光体粒子３１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、樹脂組成部３０中の無機蛍光体粒子３１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。樹脂組成部３０全体に対する無機蛍光体粒子３１の体積分率の上限は、特に制限されないが、樹脂組成部３０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。
【００７３】
一方、本実施形態において前記樹脂組成部３０は、無機蛍光体粒子３１が第２領域Ａ２において樹脂中に均一に分散しており、近接する無機蛍光体粒子３１同士の間隔が広いことが望ましい。粒子同士の間隔を広くすることによって、ある無機蛍光体粒子３１から逸脱した二次電子が、近接した他の無機蛍光体粒子３１に入射し、該無機蛍光体粒子３１にエネルギーを付与して発光の総和を増大することを防ぐことができる。
【００７４】
しかしながら、一般に、無機蛍光体粒子３１の比重は樹脂の比重より大きいため、前記液体または粘体の樹脂と無機蛍光体粒子３１を混合した際に、粒子が沈降して底部に凝集し、粒子同士の間隔を保持することが困難となる場合がある。かかる場合においては、樹脂の粘度を高めて樹脂組成部３０にチキソトロピック性を付与し、粒子の沈降を抑制する方法、無機蛍光体粒子３１とは異なる粒子をさらに配合し、該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３１の間隔を保持する方法、または、所期の厚さよりも薄い樹脂組成部３０であって、下部に粒子が沈降して凝集した層、上部に樹脂のみからなる層を有する樹脂組成部３０を複数調製し、これらを積層することによって、巨視的な粒子同士の間隔を保持する方法が好適に採用できる。
【００７５】
当該樹脂組成部３０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。
【００７６】
まず、波長変換ファイバ２０の外周に第１領域Ａ１を形成する。樹脂部３２の素材となる未硬化の樹脂材料を用意する。さらに、この樹脂材料を型に流し込んで、略中央に波長変換ファイバ２０を位置させた状態で、樹脂材料を硬化させた後、型から取り外す。これによって、波長変換ファイバ２０を樹脂材料の中央に保持させるとともに波長変換ファイバ２０の周囲に第１領域Ａ１を形成する。
【００７７】
次いで、第１領域の外側に第２領域Ａ２を形成する。樹脂組成部３０の第２領域Ａ２をスラリー状またはペースト状の樹脂組成部３０とする場合には、まず、無機蛍光体粒子３１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。
【００７８】
次いで、混合操作において樹脂組成部３０中に生じた気泡を脱泡することが好ましい。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、樹脂組成部３０の内部透過率を高めることができる。
【００７９】
なお、前記混合操作及び脱泡操作において、樹脂組成部３０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、樹脂組成部３０に有機溶媒を添加しても良い。
【００８０】
また、樹脂組成部３０の第２領域Ａ２を固体状とする場合には、以下の方法により容易に製造できる。即ち、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３１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。
【００８１】
ここで、本実施形態の樹脂組成部３０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、本実施形態によれば、用途に応じてロッド状、中空チューブ状、或いは大面積の中性子シンチレーター１を提供することができる。
【００８２】
＜波長変換ファイバ＞
波長変換ファイバ２０は、樹脂組成部３０中の無機蛍光体粒子３１からの発光を光検出器３へ導くためのライトガイドとして作用する。波長変換ファイバ２０の作用機構を、図２を用いて説明する。無機蛍光体粒子３１から発せられた光Ｌ１は、波長変換ファイバ２０に到達すると波長変換ファイバ２０に吸収される。さらに波長変換ファイバ２０は、もとの波長とは異なる波長で再発光して光Ｌ２を発する。光Ｌ２は、等方的に生じるが、波長変換ファイバ２０の外面に対してある角度で発せられた光は、波長変換ファイバ２０の内部を全反射しながら伝搬し、波長変換ファイバ２０の端部へ到達する。そして、波長変換ファイバ２０の端部に光検出器３を設置することにより、無機蛍光体粒子３１から生じた光Ｌ２を、波長変換ファイバ２０を介して収集することができる。
【００８３】
本実施形態における波長変換ファイバ２０は、無機蛍光体粒子３１の発光波長において、樹脂組成部３０中の樹脂部３２の屈折率に対する波長変換ファイバ２０の屈折率の比が、０．９５以上であるものが好ましい。無機蛍光体粒子３１で生じた発光は、樹脂部３２を介して波長変換ファイバ２０に入射するが、ある臨界角を超える入射角で波長変換ファイバ２０に入射しようとする光Ｌ１は、樹脂部３２と波長変換ファイバ２０との界面で全反射され、入射することができない。屈折率の比を０．９５以上とすることによって、該臨界角を約７０度以上とすることができ、樹脂組成部３０から波長変換ファイバ２０への入射の効率を高めることができる。該屈折率の比を１以上とすることによって、樹脂部３２と波長変換ファイバ２０の界面において光Ｌ１の全反射が起こらなくなるため、特に好ましい。さらに、該屈折率の比を１．０５以上とすることによって、波長変換ファイバ２０で再発光した光Ｌ２が、波長変換ファイバ２０と樹脂組成部３０の界面で全反射しながら波長変換ファイバ２０の内部を伝搬する効率を高めることができ、最も好ましい。
【００８４】
波長変換ファイバ２０の材質は特に制限されないが、一般にはポリスチレン、ポリメチルメタクリレート及びポリビニルトルエン等のプラスチック製の基材に、種々の吸収波長を有する有機蛍光体を含有せしめたものが市販されており、これらのナトリウムＤ線における屈折率（ｎＤ）は約１．５〜１．６である。したがって、樹脂組成部３０に含まれる樹脂部３２としては、上述した屈折率の比の要件を満たすために、これらよりも屈折率が低い低屈折率樹脂を用いることが好ましい。かかる低屈折率樹脂としては、シリコーン樹脂、フッ素化シリコーン樹脂、フェニルシリコーン樹脂及びフッ素樹脂が好適に使用でき、ｎＤが約１．３〜１．５のものが市販されている。
【００８５】
また、上述したように、無機蛍光体粒子３１の屈折率は、該低屈折率樹脂と同程度に低いことが好ましい。かかる無機蛍光体粒子３１としては、化学式ＬｉＭ１ＡｌＦ６（ただし、Ｍ１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からなる粒子が好ましい。該コルキライト型結晶のｎＤは約１．４前後であり、前記屈折率の比の要件を満たすことが容易である。なお、ここでは便宜上ナトリウムＤ線における屈折率を例にとって説明したが、無機蛍光体の発光波長においても同様である。
【００８６】
本実施形態において、波長変換ファイバ２０は樹脂組成部３０中に内包されていることが好ましい。
一般に、波長変換ファイバ２０によって樹脂組成部３０からの発光を収集する場合には、光の収集効率に乏しいという問題がある。すなわち、（１）樹脂組成部３０からの発光の一部が、波長変換ファイバ２０に到達せずに消光することによる損失、（２）波長変換ファイバ２０が、樹脂組成部３０からの発光を吸収し再発光する際に生じる損失、（３）波長変換ファイバ２０の発光が、波長変換ファイバ２０の内部を伝搬せずに散逸することによる損失等が生じるため、波長変換ファイバ２０の端部に設置された光検出器３に到達する光量は、無機蛍光体粒子３１から発せられた光量のわずか数％にとどまることが一般的である。
【００８７】
このように、光検出器３に到達する光量が少ない場合には、必然的に光量のばらつきも大きくなるため、上述したように、波高値に閾値を設けて当該閾値によって中性子とγ線を弁別することが困難となり、γ線による計数誤差が顕著になる。
【００８８】
本実施形態においては、波長変換ファイバ２０を樹脂組成部３０に内包することによって、前記（１）樹脂組成部３０からの発光の一部が、波長変換ファイバ２０に到達せずに消光することによる損失を大幅に低減でき、光の収集効率が向上する。すなわち、波長変換ファイバ２０が樹脂組成部３０の外に配置される場合、樹脂組成部３０内で生じた発光が、一旦樹脂組成部３０から出射した後、中間相を介して再度波長変換ファイバ２０に入射する必要がある。従来、かかる過程における損失を低減すべく種々検討がなされているが、いまだ改善の余地があった。これに対して、前記波長変換ファイバ２０が樹脂組成部３０に内包されている場合、樹脂組成部３０からの発光が中間相を介することなく波長変換ファイバ２０に入射するため、損失を大幅に低減できる。
【００８９】
また、波長変換ファイバ２０を樹脂組成部３０に内包せしめることによって、波長変換ファイバ２０の使用量を削減することができ、また、樹脂系複合体の構造を簡略化することができる。
波長変換ファイバが樹脂組成部の外に配置される構造の場合、樹脂組成部から出射した光を効率よく波長変換ファイバに入射するためには、樹脂組成部から光が出射する面を波長変換ファイバで隙間なく覆うか、または、複雑な形状の反射材を用いて、樹脂組成部から出射した光を波長変換ファイバに集光する必要がある。
本実施形態に示すように、波長変換ファイバ２０が樹脂組成部３０に内包されている場合、樹脂組成部３０の外周を反射材３５で覆う等、従来公知の簡便な手法によって光を樹脂組成部３０の内部に封じ込めるだけで、樹脂組成部３０の内部で縦横に走行する光が波長変換部にいずれ到達するため、樹脂組成部３０から出射した光を波長変換ファイバ２０に効率よく入射することができる。光を樹脂組成部３０の内部に封じ込めるためには、樹脂組成部３０表面を反射材３５で覆えばよく、該反射材３５としては、未焼成のポリテトラフロロエチレン、或いは硫酸バリウム等の白色顔料からなるものが好適である。
【００９０】
本実施形態の中性子シンチレーター１においては、波長変換ファイバ２０を樹脂組成部３０に内包せしめる際に、波長変換ファイバ２０を樹脂組成部３０の外壁面に対して特定の位置に配置することを特徴の一つとする。本発明者らの検討によれば波長変換ファイバ２０を樹脂組成部３０の外壁面に対して特定の位置に配置し、できるだけ狭い領域の樹脂組成部３０の中に波長変換ファイバ２０を内包させることによってｎ／γ弁別が向上する。具体的には、該波長変換ファイバ２０の直径（ｄ）に対する、ファイバの中心軸と樹脂組成部３０の外壁面の距離（Ｄ）の比（Ｄ／ｄ）が１〜１０の範囲となるように波長変換ファイバ２０を設置する。
【００９１】
Ｄ／ｄが１〜１０の範囲にあるとは、波長変換ファイバ２０の中心軸から最も近い外壁面の位置が、少なくとも波長変換ファイバ２０の直径の１倍以上であり、かつ最も遠い外壁面の位置が、最大でも波長変換ファイバ２０の直径の１０倍以下であることを意味する。Ｄ／ｄは好ましくは２〜５である。
【００９２】
なお、樹脂組成部３０に複数の波長変換ファイバ２０が内包される場合は、それぞれの波長変換ファイバ２０がとりうるＤ／ｄについて計算し、その中の最大値と最小値を、複数本ファイバを内包する樹脂組成部３０のとりうるＤ／ｄの値とする。
【００９３】
１≦Ｄ／ｄ≦１０        （５）
かかる指標を満たすように、できるだけ狭い領域の樹脂組成部３０の中に波長変換ファイバ２０を内包することによって、γ線によって生じる二次電子ｅが無機蛍光体粒子３１中を走る距離を小さくすることができ、その結果、γ線が中性子シンチレーター１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。
【００９４】
なお本実施形態において、波長変換ファイバ２０の断面の形状は特に制限されない。上記波長変換ファイバ２０の直径（ｄ）は、ファイバの断面が円でない場合には、波長変換ファイバ２０の等断面積円相当径を、波長変換ファイバ２０の直径と見做す。
【００９５】
また波長変換ファイバ２０の直径が大きすぎると、ファイバを伝わる光の光路長が伸び光量低下の原因となる可能性があるため、本実施形態ではファイバの直径が０．１〜５ｍｍのものを使用するのが好適である。
【００９６】
本実施形態によれば、上述した効果によって、波長変換ファイバ２０の使用量を削減することができるが、使用量が過度に少ない場合には、光量の損失が増大するおそれがあるため、適切な使用量とすることが好ましい。適切な使用量は、波長変換ファイバ２０の体軸に垂直な断面における樹脂組成部３０の断面積に対する波長変換ファイバ２０の断面積の比によって規定することができる。樹脂組成部３０から出射した光を効率よく樹脂組成部３０に入射するためには、該断面積の比を０．００２５以上とすることが好ましく、０．０１以上とすることが特に好ましい。一方、波長変換ファイバ２０の使用量を削減し、また、樹脂系複合体の構造を簡略化して製造コストを低減するためには、該断面積の比を１以下とすることが好ましく、０．１以下とすることが特に好ましい。
【００９７】
＜中性子検出器＞
図２に示すように、中性子シンチレーター１に光検出器３および判定部４を組み合わせることにより中性子検出器２とすることができる。
中性子の入射によって樹脂組成部３０から発せられた光は、波長変換ファイバ２０を介して光検出器３へ導かれる。光検出器３に到達した光は、光検出器３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。光検出器３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、マイクロＰＭＴ等の従来公知の光検出器３を何ら制限なく用いることができる。
なお、波長変換ファイバ２０において、光検出器３に対向する端面を光出射面とし、当該光出射面を平滑な面とすることが好ましい。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１で生じた光を効率よく光検出器３に入射できる。
【００９８】
中性子シンチレーター１と光検出器３とを組み合わせる方法は特に限定されず、例えば、光検出器３の光検出面に波長変換ファイバ２０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３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。
【００９９】
図４は、本実施形態の中性子検出器２における検出結果を模式化したグラフである。図４では、光検出器３において検出された光の波高値を横軸にとり、その検出回数（頻度）の対数を縦軸にとって示す。
光検出器３では、γ線に起因する光と中性子に起因する光とが、重なり合った状態で検出される。したがって、γ線と中性子とが混在する環境下での測定において、単に検出回数を観察するのみでは、中性子の存在を確認することが困難である。
【０１００】
本発明者らの検討によれば、図４に示すように、光検出器３における検出結果において、波高値に対する検出頻度の対数は、直線的な関数（一次関数ＬＦ）に近似される。
【０１０１】
γ線に起因する光の検出結果のみに着目すると、検出頻度の対数は波高値の一次関数に収束する。γ線が入射すると二次電子ｅが発生する。この二次電子は、飛程距離が長いため、無機蛍光体粒子３１内のみで、エネルギーを消耗し難い。このため、γ線の入射に起因する無機蛍光体粒子３１の発光は、強さが一定でなく、確率論的に一次関数に収束する。
【０１０２】
一方で、中性子が無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体に入射した際に発生する二次粒子（リチウム６の場合はα線とトリチウム、ホウ素１０の場合はα線とリチウム７）は、飛程距離が短い。このため、二次粒子は、無機蛍光体粒子３１内でエネルギーを消耗し特定の強さで無機蛍光体粒子３１を発光させ、特定の波高値を示す。したがって、中性子線による光の検出結果では、無機蛍光体粒子３１に含まれる中性子捕獲同位体に依存した波高値においてピークが観測される。より具体的には、中性子捕獲同位体としてリチウム６を含む場合には、４．８ＭｅＶに相当する波高値にピークが観測され、中性子捕獲同位体としてホウ素１０を含む場合には、２．３ＭｅＶに相当する波高値にピークが観測される。
【０１０３】
図４に示すように、検出頻度として対数を取ることで、γ線に起因する検出結果が一次関数ＬＦとして判定でき、さらに中性子に起因する検出結果がピークとして検出される。したがって、中性子に起因する検出結果のピークが、一次関数ＬＦから乖離する値Ｅとして観察でき、中性子の存在を判定できる。
本実施形態の判定方法によれば、中性子シンチレーター１に入射する中性子の照射量が、γ線の照射量に対して、少ない場合であっても、γ線に起因する検出結果を直線（一次関数ＬＦ）に近似することで、中性子に起因する検出結果のピークを容易に確認でき、正確な判定を下すことができる。
【０１０４】
本実施形態において、判定部４は、上述した判定方法に基づき、中性子の存在を判定する。すなわち、判定部４は、光検出器３において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数ＬＦに近似し、近似した一次関数ＬＦに対して４．８ＭｅＶ近傍又は２．３ＭｅＶ近傍の波高値の検出頻度が、乖離する場合に中性子の存在を判定する。より具体的には、４．８ＭｅＶ近傍又は２．３ＭｅＶ近傍の波高値において、一次関数ＬＦから求められる検出頻度の標準偏差（σ）に対する、実測された検出頻度（Ｅ）の比（Ｅ／σ）を乖離度とし、当該乖離度を以て中性子の存在を判定する。中性子の存在の判定基準は特に制限されず、要求される判定精度に応じて決定すれば良いが、乖離度が１を超える場合に中性子の存在を判定することが好ましく、乖離度が２を超える場合に中性子の存在を判定することがより好ましく、乖離度が３を超える場合に中性子の存在を判定することが最も好ましい。なお、中性子が存在しない環境において測定値の９９．７％が一次関数ＬＦから３σ以内に収まることが確認されている。
【０１０５】
＜中性子検出器の変形例＞
図５は、変形例の中性子検出器２Ａを示す概略図である。
変形例の中性子検出器２Ａは、複数配列された中性子シンチレーター１と、それぞれの中性子シンチレーター１の波長変換ファイバ２０と接続された複数の光検出器３と、光検出器３と接続された判定部４Ａと、を具備する。なお、複数配列された中性子シンチレーター１を、中性子検出ユニット８と呼ぶ。
中性子検出器２Ａは、中性子線源を中心とする球の球面の法線方向に中性子シンチレーター１を複数配列することで、中性子検出効率が良く、かつｎ／γ弁別も良い中性子検出器を提供することができる。
また、中性子検出器２Ａは、中性子検出ユニット８の中性子有感部分が、中性子線源を中心とする球に張る立体角が大きくなるように、中性子シンチレーター１を複数配列することにより、有感面積が大きい中性子検出器を提供することができる。
【０１０６】
なお、図５に示す本変形例において、中性子検出器２Ａは、中性子検出ユニット８を構成する中性子シンチレーター１それぞれに複数の光検出器３が組み合わされている。しかしながら、中性子検出ユニット８に対して１つの光検出器３を組み合わせた構成を採用してもよい。
【０１０７】
＜その他の変形例＞
以下、発明を実施するための付加的態様について記述する。
上述の実施形態における中性子シンチレーター１を構成する樹脂組成部３０に、無機蛍光体粒子３１及び樹脂に加えて、中性子捕獲同位体を含有しない蛍光体（以下、中性子不感蛍光体ともいう）をさらに混合することも可能である。
【０１０８】
かかる態様においては、γ線の入射によって生じた二次電子が、無機蛍光体粒子３１から逸脱した後に該中性子不感蛍光体に到達してエネルギーを付与し、該中性子不感蛍光体が蛍光を発する。すなわち、γ線が入射した際には、無機蛍光体粒子３１と中性子不感蛍光体の双方がエネルギーを付与され蛍光を発する。一方、中性子が入射した際には、無機蛍光体粒子３１で生じた二次粒子は無機蛍光体粒子３１から逸脱しないため、無機蛍光体粒子３１のみが蛍光を発する。
【０１０９】
ここで、蛍光寿命や発光波長等の蛍光特性が無機蛍光体粒子３１と異なる中性子不感蛍光体を用いれば、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３１に由来する蛍光と中性子不感蛍光体に由来する蛍光の双方が検出された場合にはγ線が入射した事象とし、無機蛍光体粒子３１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。
【０１１０】
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、無機蛍光体粒子３１と中性子不感蛍光体の蛍光寿命の差異を識別でき得る波形解析機構、及び、無機蛍光体粒子３１と中性子不感蛍光体の発光波長を識別でき得る波長解析機構が挙げられる。
【０１１１】
以下、前記波形解析機構について、より具体的に例示する。該波形解析機構は、前置増幅器、主増幅器、波形解析器及び時間振幅変換器により構成される。
【０１１２】
中性子シンチレーター１と光検出器３と組み合わせてなる本実施形態の中性子検出器において、該光検出器３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３１あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命を反映しており、蛍光寿命が短い程、立ち上がり時間が短くなる。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
前記説明から理解されるように、該時間振幅変換器から出力されるパルス振幅が小さい程、立ち上がり時間が短く、したがって前記無機蛍光体粒子３１あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命が短いと識別される。
【０１１６】
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１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。
【０１１７】
本態様において、中性子シンチレーター１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。
【０１１８】
ここで、無機蛍光体粒子３１はＡｎｍの波長で発光し、中性子不感蛍光体はＡｎｍとは異なるＢｎｍの波長で発光するものとする。すると、前記説明したように、γ線が入射した際には無機蛍光体粒子３１と中性子不感蛍光体の双方が蛍光を発するため、中性子シンチレーター１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３１のみが蛍光を発するため、Ａｎｍの光のみが発せられる。
【０１１９】
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１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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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３１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。
【０１２３】
当該中性子不感蛍光体の含有量は、本実施形態の効果を発揮する範囲で適宜設定できるが、樹脂に対して０．０１質量％以上とすることが好ましく、０．１質量％以上とすることが特に好ましい。含有量を０．０１質量％以上とすることによって、前記二次電子から付与されたエネルギーによって、該中性子不感蛍光体が効率よく励起され、該中性子不感蛍光体からの発光の強度が増加する。また、当該中性子不感蛍光体の含有量の上限は特に制限されないが、濃度消光によって該中性子不感蛍光体の発光の強度が減弱することを防ぐ目的で、樹脂に対して５質量％以下とすることが好ましく、２質量％以下とすることが特に好ましい。当該中性子不感蛍光体の含有量をかかる範囲とすることによって、該中性子不感蛍光体からの発光の強度が増加し、前記無機蛍光体粒子３１との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容易となる。
【実施例】
【０１２４】
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。
【０１２５】
本実施例においては、波長変換ファイバ２０の外周を内包する筒状の第１領域に無機蛍光体粒子３１を含まないことによる効果について、モデル化した中性子シンチレーター１Ｓを仮定して確認する。
【０１２６】
図６は、モデル化した中性子シンチレーター１Ｓの横断面図である。なお、このモデルでは、中性子シンチレーター１Ｓ内の光の光路について、中性子シンチレーター１Ｓの長手方向から見た横断面に関して説明するが、図６中の中性子シンチレーター１Ｓの長手方向（すなわち図６中の紙面奥行方向）の光路を加味した場合であっても、同様である。
【０１２７】
中性子シンチレーター１Ｓは、波長変換ファイバ２０Ｓと、波長変換ファイバ２０Ｓを囲む樹脂組成部３０Ｓと、を有する。中性子シンチレーター１Ｓは、一様な断面を有し棒状に形成されている。中性子シンチレーター１Ｓは、直径５ｍｍの断面円形状を有する。
【０１２８】
波長変換ファイバ２０Ｓは、直径１ｍｍの断面円形状を有する。樹脂組成部３０Ｓは、樹脂部３２Ｓと、１つの第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａと、２０個の第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂと、を有する。第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａは、波長変換ファイバ２０Ｓの表面２０ａに位置している。また、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂは、波長変換ファイバの表面２０ａから距離１ｍｍの位置に配置されている。
【０１２９】
第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂは、γ線又は中性子の入射により、等方的に光を出射する。
第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａは、波長変換ファイバ２０Ｓの表面２０ａに位置する。このため、第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａから横断面中の３６０°全方位に出射する光のうち、１８０°の光が波長変換ファイバ２０Ｓに入射する。
一方で、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂは、波長変換ファイバ２０Ｓの半径と等しい距離だけ波長変換ファイバ２０Ｓの表面２０ａから離れているため、横断面中の３６０°全方位に出射する光のうち、幾何学的に６０°の光が波長変換ファイバ２０Ｓに入射する。
【０１３０】
樹脂組成部３０Ｓの外周面３０ａには、乱反射材３５Ｓが設けられている。乱反射材３５Ｓは、第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂから出射され樹脂組成部３０Ｓの外周面３０ａに達した光を９０％の反射率で反射するものとする。また、外周面３０ａは、波長変換ファイバ２０Ｓの半径の４倍の距離だけ波長変換ファイバ２０Ｓの表面２０ａから離れている。したがって、乱反射材３５Ｓで反射して１８０°の方向に拡散して出射される光のうち、幾何学的に２２°の光が波長変換ファイバ２０Ｓに入射する。
【０１３１】
図６のモデルにおいて、第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂについて、それぞれ出射した光のうち、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合を計算する。
（式Ｍ１）は、第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａから出射された光のうち、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合Ｒａを算出するための式である。
同様に（式Ｍ２）は、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂから出射された光のうち、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合Ｒｂを算出するための式である。
【０１３２】
【数１】
2018132314.tif 000003
【０１３３】
【数２】
2018132314.tif 000004
【０１３４】
（式Ｍ１）および（式Ｍ２）の右辺の第１項は、第１又は第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂから出射した光のうち、直接的に波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合を表す。
また、（式Ｍ１）および（式Ｍ２）の右辺の第２項は、第１又は第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂから出射した光のうち、１回だけ乱反射材３５Ｓで反射された後に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合を表す。さらに、右辺の第３項以降は、２回、３回…と、乱反射材３５Ｓで反射された後に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合である。
（式Ｍ１）および（式Ｍ２）は、それぞれ以下の（式Ｍ３）および（式Ｍ４）に変換して計算することができる。
【０１３５】
【数３】
2018132314.tif 000005
【０１３６】
【数４】
2018132314.tif 000006
【０１３７】
（式Ｍ３）から、このモデルにおいて、第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａから出射された光のうち、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合Ｒａは、０．７６（すなわち７６％）である。また、（式Ｍ４）から、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂから出射された光のうち、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光の割合Ｒｂは、０．６０（すなわち６０％）である。
【０１３８】
次に、図６のモデルにおいて、中性子Ｎおよびγ線が中性子シンチレーター１Ｓに入射した場合に、中性子およびγ線に起因して、第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂから出射されたｍ個の光子が、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する確率を算出する。
【０１３９】
ここで、本モデルにおいて、中性子Ｎが１つの無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射した際の、反応数を１×１０３とする。ここでの反応数とは、中性子Ｎが無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射により生じた二次粒子による無機蛍光体の励起回数を意味する。したがって、中性子Ｎが１つの無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射すると１×１０３回の励起が生じる。
また、本モデルにおいて、γ線が１つの無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射した際の、反応数を１×１０１１とする。ここでの反応数とは、γ線が無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射により生じた二次電子による無機蛍光体の励起回数を意味する。したがって、γ線が１つの無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射すると１×１０１１回の励起が生じる。
【０１４０】
また、本モデルにおいて、中性子の入射に起因する１回の反応あたりに、無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３２Ｓｂから出射される光子の数は、200photon（実際には、20,000photonと言われる）であるとする。同様に、本モデルにおいて、γ線の入射に起因する１回の反応あたりに、無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３２Ｓｂから出射される光子の数は、125photon（実際には、0〜15,000photonと言われる）であるとする。
なお、実際の中性子シンチレーターにおいては、上記のカッコ内の値であると言われているが、本モデルでは計算の簡素化のために、上記値を用いることとする。
【０１４１】
まず中性子が無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３２Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子の数について検討する。
第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａに中性子が入射した際に、当該中性子の入射に起因して射出された光子が、ｍ個だけ波長変換ファイバに入射する確率Ｐｎａは、以下の（式Ｍ５）で表される。なお（式Ｍ５）において、Ｒａは、上で求めたように、０．７６である。
【０１４２】
【数５】
2018132314.tif 000007
【０１４３】
同様に、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂに中性子が入射した際に、当該中性子の入射に起因して射出された光子が、ｍ個だけ波長変換ファイバ２０Ｓに入射する確率Ｐｎｂは、以下の（式Ｍ６）で表される。なお（式Ｍ６）において、Ｒｂは、上で求めたように、０．６０である。
【０１４４】
【数６】
2018132314.tif 000008
【０１４５】
また、１個の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂにおいて、中性子Ｎの入射により１×１０３回の反応が起こる点および、第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａは１個存在し、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂが２０個存在する点を加味すると、図６の中性子シンチレーターにおいて、中性子ｎが第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数がｍ個となる事象の発生回数Ｃｎａｂは、以下の（式Ｍ７）で表される。
Ｃｎａｂ＝（１×１０３×１×Ｐｎａ）＋（１×１０３×２０×Ｐｎｂ）
（式Ｍ７）
【０１４６】
上述の（式Ｍ７）を基に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数Ｃｎａｂと、をプロットしたグラフを図７に示す。
【０１４７】
なお、上述の（式Ｍ７）中において、右辺の第１項が第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａからの出射される光子数に対応し、第２項が第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂから出射される光子数に対応する。
【０１４８】
ここで本実施形態に示すように、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子を含まない場合（すなわち、図１において、樹脂組成部３０の第１領域Ａ１に無機蛍光体粒子３１を含まない場合）に、中性子Ｎが第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数がｍ個となる事象の発生回数Ｃｎｂは、以下の（式Ｍ８）で表される。
Ｃｎｂ＝（１×１０３×２０×Ｐｎｂ）                              （式Ｍ８）
【０１４９】
上述の（式Ｍ８）を基に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数Ｃｎｂと、をプロットしたグラフを図８に示す。
【０１５０】
次いで、γ線が無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３２Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子の数について検討する。
第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａにγ線が入射した際に、当該γ線の入射に起因して射出された光子が、ｍ個だけ波長変換ファイバに入射する確率Ｐγａは、以下の（式Ｍ９）で表される。
【０１５１】
【数７】
2018132314.tif 000009
【０１５２】
同様に、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂにγ線が入射した際に、当該γ線の入射に起因して射出された光子が、ｍ個だけ波長変換ファイバ２０Ｓに入射する確率Ｐγｂは、以下の（式Ｍ１０）で表される。
【０１５３】
【数８】
2018132314.tif 000010
【０１５４】
また、１個の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂにおいて、γ線の入射により１×１０１１回の反応が起こる点および、第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａは１個存在し、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂが２０個存在する点を加味すると、図６の中性子シンチレーターにおいて、γ線の無機蛍光体粒子３１Ｓへの入射に対して、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数がｍ個となる事象の発生回数Ｃγａｂは、以下の（式Ｍ１１）で表される。
Ｃγａｂ＝（１×１０１１×１×Ｐγａ）＋（１×１０１１×２０×Ｐγｂ）
（式Ｍ１１）
【０１５５】
上述の（式Ｍ１１）を基に、γ線が第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数Ｃγａｂと、をプロットしたグラフを図９に示す。
【０１５６】
また、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子を含まない場合（すなわち、図１において、樹脂組成部３０の第１領域Ａ１に無機蛍光体粒子３１を含まない場合）に、γ線が第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数がｍ個となる事象の発生回数Ｃγｂは、以下の（式Ｍ１２）で表される。
Ｃγｂ＝（１×１０１１×２０×Ｐγｂ）                          （式Ｍ１２）
【０１５７】
上述の（式Ｍ１２）を基に、γ線が第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数Ｃγｂと、をプロットしたグラフを図１０に示す。
【０１５８】
図１１は、本モデルにおいて、中性子Ｎおよびγ線が、それぞれ第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数の関係を示すグラフである。すなわち図１１は、図７に示すグラフと、図９に示すグラフとを重ね合わせたグラフである。
また、図１３は、それぞれ第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂを有するモデルにおいて、中性子Ｎおよびγ線に起因して波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数の関係の総和を示すグラフである。すなわち、図１３は、図７および図９に示す発生回数を互いに足し合わせたグラフである。
なお、図１１は、縦軸（発生回数）に対数を取っており、図１３は、縦軸を線形としている。
【０１５９】
図１２は、本モデルの第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａを省いた場合（波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子を含まない場合）において、中性子Ｎおよびγ線が、それぞれ第１および第２の無機蛍光体粒子３１Ｓａ、３１Ｓｂに入射した際に、波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数の関係を示すグラフである。すなわち図１２は、図８に示すグラフと、図１０に示すグラフとを重ね合わせたグラフである。
また、図１４は、第２の無機蛍光体粒子３１Ｓｂのみを有するモデルにおいて、中性子Ｎおよびγ線に起因して波長変換ファイバ２０Ｓに入射する光子数ｍと、この事象の発生回数の関係の総和を示すグラフである。すなわち、図１４は、図８および図１０に示す発生回数を互いに足し合わせたグラフである。
なお、図１２は、縦軸（発生回数）に対数を取っており、図１４は、縦軸を線形としている。
【０１６０】
図１１に示すように、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子が存在する場合（すなわち、第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａが存在する場合）には、γ線に由来する出力結果と、中性子Ｎに依存する出力結果とが、大幅に重なり合っている。また、中性子Ｎに依存する出力結果のピークの１つが、γ線に由来する出力結果に重なっている。
図１３は、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子が存在する場合の中性子シンチレーター１Ｓの検出結果とみることができる。図１３に示すように、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子が存在する場合には、中性子Ｎに依存する出力結果のピークの１つが、γ線に由来する出力結果に重なっているため、中性子の検出結果が、γ線の存在により確認しづらくなっている。
【０１６１】
一方で、図１２に示すように、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子が存在しない場合（すなわち、第１の無機蛍光体粒子３１Ｓａが存在しない場合）には、中性子Ｎに依存する検出結果のピークが、γ線に起因するグラフに埋もれていない。
図１４は、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子が存在しない場合の中性子シンチレーター１Ｓの検出結果とみることができる。図１４に示すように、この検出結果では、中性子Ｎに依存する検出結果のピークが、γ線に埋もれていないために、特定の光子数（波高値に換算される）の事象発生回数を確認することができる。
【０１６２】
すなわち、図１３および図１４を比較した時、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に無機蛍光体粒子を配置しない場合（図１４の場合）には、中性子Ｎに依存する検出結果のピークを認識しやすくすることができる。したがって、実際の測定において、中性子シンチレーターにより測定された測定結果において、中性子に起因するピークのみを容易に識別することが可能となる。結果として、このように、モデル化した中性子シンチレーター１Ｓにおいて、波長変換ファイバ２０Ｓの近傍に、無機蛍光体粒子を配置しないことで、ｎ／γ弁別能を高められることが確認された。
【符号の説明】
【０１６３】
１…中性子シンチレーター、２…中性子検出器、３…光検出器、４…判定部、２０…波長変換ファイバ、３０…樹脂組成部、３１…無機蛍光体粒子、３２…樹脂部、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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