(57)【要約】【課題】  資源探査用など１００〜２００℃の高温域でも、中性子を精度よく計測することができる中性子計数精度に優れた中性子検出器を提供する。【解決手段】  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有機樹脂とを含んでなる中性子シンチレーターであって、１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率とが、前記無機蛍光体粒子の発光波長において一致することを特徴とする中性子シンチレーターとする。有機樹脂の室温での屈折率が、無機蛍光体粒子の屈折率より高いものを採用することにより、高温となった際、有機樹脂が熱膨張により密度が低下して屈折率が下がり、結果として無機蛍光体粒子の屈折率と一致するようになる。【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と有機樹脂とを含んでなる中性子シンチレーターであって、
１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率とが、前記無機蛍光体粒子の発光波長において一致することを特徴とする中性子シンチレーター。
【請求項２】
無機蛍光体粒子の２５℃での屈折率と有機樹脂の２５℃での屈折率との比が、前記無機蛍光体粒子の発光波長において１：１．０１〜１．０８の範囲にある請求項１記載の中性子シンチレーター。
【請求項３】
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有機樹脂とを含んでなる中性子シンチレーターであって、
無機蛍光体粒子の２５℃での屈折率と有機樹脂の２５℃での屈折率との比が、前記無機蛍光体粒子の発光波長において１：１．０１〜１．０８の範囲にある中性子シンチレーター。
【請求項４】
資源探査用のプローブの検出器用である請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の中性子シンチレーター。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の中性子シンチレーターと光検出器とを具備することを特徴とする中性子検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温で用いる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、１００〜２００℃の高温においてもシンチレーション光を効率的に光検出器に導くことが可能であり、かつ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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このような中性子検出器の用途の一つに地中の資源探査がある。即ち、中性子源及び中性子検出器を備えた掘削ドリルを用いて、中性子源から放出され地層を介して中性子検出器に入射する中性子を計測することにより、掘削の過程で地層に含まれる資源を探査する方法が知られている（ＵＳ５５３９２２５参照）。
【０００４】
一方、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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）。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
前記中性子シンチレーターの中でも、高温環境下での特性に優れたシンチレーターとして、我々は、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）で表わされるコルキライト型結晶からなるシンチレーターを開示している（特願２０１１−０８２９９５）。しかしながら、当該コルキライト型結晶からなるシンチレーターについても、ｎ／γ弁別能に改善の余地があった。
【００１０】
このような問題点を解決するために、我々は、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り、かつ、シンチレーション光の透過性の高い樹脂組成物からなる中性子シンチレーターを提案している（特願２０１２−２７１３１８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１９３７８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記樹脂組成物からなる中性子シンチレーターは、資源探査などの用途に使用しようとした場合、中性子検出器の信号／雑音比が低下する場合のあることが分かった。
【００１３】
通常、物質は熱膨張により体積が増加し相対密度が低下すると、それに比例して屈折率も低下する。そして、無機粒子と樹脂とでは、熱膨張率が一桁以上相違することが普通であるため、温度変化による屈折率の変化の仕方が異なる。そのため、室温で透明性の高い（シンチレーション光の透過性の高い）樹脂組成物を制作しても、資源探査などの高温環境下で用いられる際には、上記屈折率変化のため、該環境下での屈折率が大きく相違することになり、樹脂組成物の光透過性が低い状態となってしまう。
【００１４】
このため、シンチレーション光が光検出器に十分に到達することができず、よって前記問題を生じることが分かった。
【００１５】
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であって、資源探査などの高温環境下で使用可能な中性子検出器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】
【００１６】
本発明者等は、樹脂の熱膨張率が高く、そのため無機蛍光体粒子に比べて高温での屈折率低下が著しい点に着目し、逆に、この屈折率が低下した状態で無機蛍光体粒子に屈折率を一致させれば良いことを着想した。そしてそのためには、室温では、無機蛍光体粒子に比べて樹脂の屈折率が高いものを採用すれば上記課題が解決できることを見いだし、本発明を完成した。
【００１７】
即ち本発明は、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と有機樹脂とを含んでなる中性子シンチレーターであって、
１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率とが、前記無機蛍光体粒子の発光波長において一致することを特徴とする中性子シンチレーターである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、資源探査などの１００〜２００℃の範囲の環境下でも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高温下でも中性子を効率よく計測することができるため、資源探査などの分野で好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本図は、実施例１で得られた波高分布スペクトルである。
【図２】本図は、実施例２で得られた波高分布スペクトルである。
【図３】本図は、比較例１で２５℃において得られた波高分布スペクトルである。
【図４】本図は、比較例１で１２５℃において得られた波高分布スペクトルである。
【図５】本図は、比較例１で１７５℃において得られた波高分布スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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／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。
【００２４】
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（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。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。
【００２５】
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／ｎｍ３以下とすることが好ましい。６０ａｔｏｍ／ｎｍ３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。
【００２６】
なお、上記無機蛍光体粒子中のリチウム６及びホウ素１０の含有量は、あらかじめ無機蛍光体粒子の密度、無機蛍光体粒子中のリチウム及びホウ素の質量分率、及び原料中のリチウム６及びホウ素１０の同位体比率を求め、それぞれ以下の式（１）及び式（２）に代入することによって求めることができる。
【００２７】
リチウム６の含有量＝ρ×ＷＬｉ×ＣＬｉ／（７００−ＣＬｉ）×Ａ×１０−２３    （１）
ホウ素１０の含有量＝ρ×ＷＢ×ＣＢ／（１１００−ＣＢ）×Ａ×１０−２３    （２）
（式中、ρは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中のリチウム及びホウ素の質量分率［質量％］、ＣＬｉ及びＣＢ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：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、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、及び、Ｌｉ２Ｏ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃｅ２Ｏ３系のガラスからなる無機蛍光体粒子等が挙げられる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明は、中性子シンチレーターのｎ／γ弁別能を向上せしめることを目的として、前記無機蛍光体の形状を粒子状とすることを特徴の一つとする。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。
【００３３】
一般に、γ線が無機蛍光体粒子に入射すると、無機蛍光体粒子の内部で高速電子が生成され、該高速電子が無機蛍光体粒子にエネルギーを付与することによって、無機蛍光体粒子が発光する。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。
【００３４】
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。
【００３５】
本発明の中性子シンチレーターにおいては、サイズの小さな無機蛍光体粒子を用いるため、当該無機蛍光体粒子にγ線が入射した際に生じる高速電子が、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。そのため、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が低減され、γ線が入射した際に出力される波高値が、中性子が入射した際の波高値よりも低くなるため、ｎ／γ弁別能が向上する。
【００３６】
本発明において、無機蛍光体粒子の形状は、前記説明したように、γ線の入射によって生じる高速電子が無機蛍光体粒子から逸脱し、ｎ／γ弁別能が向上する形状であれば特に制限されない。一般にはサイズが小さい程、高速電子が無機蛍光体粒子から速やかに逸脱し、ｎ／γ弁別能が向上する。しかしながら、無機蛍光体粒子はその種類及び製法に応じて平板状、角柱状、円柱状、あるいは球状等の種々の粒子形態を有し、前記高速電子の逸脱のし易さは、かかる粒子形態によって異なるため、前記高速電子を無機蛍光体粒子から速やかに逸脱させるために好適な形状を知ることは、一般には困難である。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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線によって励起される高速電子は、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、３０００ｃｍ２／ｃｍ３以下とすることが好ましい。該比表面積が３０００ｃｍ２／ｃｍ３を超える場合、すなわち無機蛍光体粒子の全ての軸方向の長さが極めて小さい場合には、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１５００ｃｍ２／ｃｍ３以下とすることが特に好ましい。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
また別の観点から本発明で用いる無機蛍光体粒子の大きさを規定すると、目開き２ｍｍのふるいを全通し、目開き１００μｍのふるいを通過する粒子を実質的に含んでいない粒子であることが好ましく、目開き１ｍｍ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ことがより好ましい。このように篩分けした粒子は前記比表面積の粒子を得やすい。ここで、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とは、同目開きの篩で５分間振とうした際の質量変化が５％以下であることを言う。
【００４６】
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１０〜６００μｍ、特に好ましくは２０〜３００μｍである形状が挙げられる。
【００４７】
前記無機蛍光体粒子の製造方法は特に限定されず、前記好適な形状の無機蛍光体粒子よりも大きな形状を有する無機蛍光体のバルク体を粉砕及び分級して、所期の形状の無機蛍光体粒子を得る方法、或いは、無機蛍光体の溶液を出発原料として粒子生成反応により、好適な形状の無機蛍光体粒子を直接得る方法が挙げられる。
【００４８】
かかる製造方法の中でも、無機蛍光体のバルク体を粉砕及び分級する方法が、生産効率が高く、初期の無機蛍光体粒子を安価に得られるため好ましい。無機蛍光体のバルク体を粉砕する方法は特に限定されず、ハンマーミル、ローラーミル、ロータリーミル、ボールミル、或いはビーズミル等の公知の粉砕機をなんら制限なく用いることができる。中でも、比表面積が極端に大きい所謂微粉末の発生を抑制し、前記説明したような、好ましくは３０００ｃｍ２／ｃｍ３以下、特に好ましくは１５００ｃｍ２／ｃｍ３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。
【００４９】
また、前記無機蛍光体のバルク体を粉砕した無機蛍光体粒子を分級する方法は、乾式ふるい、湿式ふるい、或いは風力分級等の公知の方法を特に制限なく適用することができる。
【００５０】
本発明の中性子シンチレーターは、前記無機蛍光体粒子を含んでなる樹脂組成物（以下、単に樹脂組成物ともいう）からなることを特徴とする。前記説明から理解されるように、本発明の無機蛍光体粒子は、一般に用いられる無機蛍光体に比較してサイズが小さいため、単独の無機蛍光体粒子では中性子検出効率に乏しいという問題が生じる。かかる問題は、複数の無機蛍光体粒子を樹脂と混合し、当該樹脂中に分散せしめることによって解決することができ、前記優れたｎ／γ弁別能を有しながら、なおかつ高い中性子検出効率を有する中性子シンチレーターを得ることができる。
【００５１】
本発明における樹脂組成物のもう一つの必須成分は有機樹脂である。当該樹脂としては、１００〜２００℃の温度において、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。また屈折率を調整するなどの目的で、複数の樹脂を混合して用いてもよい。
【００５２】
なお、本発明において、内部透過率とは、前記有機樹脂に光を透過せしめた際に該有機樹脂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有機樹脂について、それぞれの表面反射損失を含む透過率を測定し、以下の式（３）に代入することによって求めることができる。
【００５３】
ｌｏｇ（τ１０）＝｛ｌｏｇ（Ｔ２）−ｌｏｇ（Ｔ１）｝／（ｄ２−ｄ１）    （３）
（式中、ｄ１及びｄ２は、一対の前記有機樹脂のｃｍ単位の厚さを示し、ｄ２＞ｄ１である。また、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ厚さがｄ１及びｄ２の有機樹脂の表面反射損失を含む透過率を示す）
本発明においては、１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率とが、前記無機蛍光体粒子の発光波長において一致する。通常、１００〜２００℃の高温域では、無機蛍光体粒子の屈折率が室温の場合と実質的に変化しないのに対して、有機樹脂は熱膨張とそれに伴う密度低下のために、屈折率が低下する。
【００５４】
従って、１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度において屈折率を一致させるためには、室温（２５℃）で前記無機蛍光体粒子の発光波長における該粒子の屈折率よりも、有機樹脂の屈折率を高くしておけばよい。具体的には無機蛍光体粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比が、１．０１〜１．０８であることが好ましく、１．０１〜１．０４であることが特に好ましい。無機蛍光体粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、１００〜２００℃の範囲において、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、本発明の中性子シンチレーターの透過率を高めることができる。透過率が高いほど、後段の光検出器へシンチレーション光を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。
【００５５】
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）、Ｈ２ランプのＦ線（４８６．１ｎｍ）、同Ｃ線（６５６．３ｎｍ）、Ｈｇランプのｉ線（３６５．０ｎｍ）、同ｈ線（４０４．７ｎｍ）、同ｇ線（４３５．８ｎｍ）、及び同ｅ線（５４６．１ｎｍ）を用いることができる。これら光源の中から、無機蛍光体粒子の発光波長より短波長側の光源及び長波長側の光源を適宜選択し、各光源の波長及び該波長において測定された屈折率を、それぞれ以下のセルマイヤーの式（４）に代入して定数Ａ及びＢを求めた後、同式に無機蛍光体粒子の発光波長を代入して所期の屈折率を求めることができる。なお、無機蛍光体粒子の発光波長が、前記いずれかの光源の波長と一致する場合は、当該光源を用いて屈折率を求めれば良い。また、かかる屈折率の測定においては、測定に適した形状の無機蛍光体のバルク体及び樹脂のバルク体を用いて良い。
【００５６】
ｎ２−１＝Ａλ２／（λ２−Ｂ）    （４）
（式中、ｎは波長λにおける屈折率を表し、Ａ及びＢは定数である）
上記屈折率は１００〜２００℃で求める必要がある。通常、市販の屈折率計には、定温の熱媒体を循環させて所望の温度での屈折率を測定する機能が付与されているため、該機能を利用して測定すればよい。
【００５７】
前記樹脂組成物における無機蛍光体粒子と樹脂の混合割合は、特に限定されないが、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を１０％以上とすることが好ましく、２０％以上とすることが特に好ましい。該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率をかかる範囲とすることによって、樹脂組成物の単位体積当たりの中性子検出効率を向上させることができる。
【００５８】
一方、前記樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は５０％以下とすることが好ましく、４０％以下とすることが特に好ましい。無機蛍光体粒子の体積分率が５０％を超える場合、すなわち樹脂組成物中で無機蛍光体粒子が極めて密に充填されている場合には、γ線の入射によって生じた高速電子が、無機蛍光体粒子から逸脱した後に隣接する他の無機蛍光体粒子に到達してエネルギーを付与する事象が生じる恐れがある。かかる事象が生じた場合には、隣接する複数の無機蛍光体粒子に付与されるエネルギーの和が大きくなるため、γ線による波高値が上昇してｎ／γ弁別能が悪化する。
【００５９】
本発明において、前記樹脂組成物は無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂を混合したスラリー状またはペースト状の樹脂組成物として用いても良く、或いは無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂前駆体を混合した後に該樹脂前駆体を硬化せしめた固体状の樹脂組成物として用いても良い。
【００６０】
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。
【００６１】
本発明における樹脂組成物をスラリー状またはペースト状の樹脂組成物として用いる場合には、まず、無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂を混合する。かかる混合操作においては、プロペラミキサー、プラネタリーミキサー、またはバタフライミキサー等の公知の混合機を特に制限なく用いることができる。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
本発明において樹脂組成物を固体状のものとして用いる場合には、液体または粘体の樹脂前駆体を用いて前記と同様に混合操作及び脱泡操作を行う。次いで、得られた無機蛍光体粒子と樹脂前駆体の混合物を所望の形状の鋳型に注入し、該樹脂前駆体を硬化せしめる。硬化せしめる方法は特に制限されないが、加熱、紫外線照射、或いは触媒添加により、樹脂前駆体を重合する方法が好適である。
【００６５】
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。
【００６６】
なお、前記無機蛍光体粒子と樹脂の比重が異なる場合には、無機蛍光体粒子が液状樹脂又は硬化前の樹脂中で沈降または浮上して分離し、中性子シンチレーターとしての特性が不均一となる恐れがある。かかる無機蛍光体粒子の分離を抑制し、一様な特性の中性子シンチレーターを得るために、前記樹脂組成物中に充填材粒子をさらに含有させることが好ましい。当該充填材粒子が無機蛍光体粒子同士の間隙に充填されることによって、前記無機蛍光体粒子の分離を抑制することができる。
【００６７】
また、該充填材粒子の比重を無機蛍光体粒子と同等とすることが特に好ましい。充填材粒子の比重を無機蛍光体粒子と同等とすることによって、該充填材粒子及び無機蛍光体粒子が、樹脂中で沈降または浮上する速度が一致し、該充填材粒子が無機蛍光体粒子同士の間隙に精緻に充填されるため、無機蛍光体粒子が前記樹脂組成物中に均一に分散され、中性子シンチレーターの一様性がさらに向上する。
【００６８】
さらに、該充填材粒子は、前記無機蛍光体粒子の発光波長における１００〜２００℃での屈折率が、１００〜２００℃での樹脂の屈折率に近いものを用いることが好ましい。具体的には該充填材粒子の屈折率に対する透明樹脂の１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度での屈折率の比が、０．９５〜１．０５であることが好ましく、０．９８〜１．０２であることがより好ましく、１００〜２００℃の範囲のいずれかの温度で一致することが特に好ましい。充填材粒子の屈折率に対する透明樹脂の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、充填材粒子と樹脂との界面における光の散乱を抑制することができ、本発明における樹脂組成物の内部透過率を高めることができる。
【００６９】
かかる充填材粒子の形状は特に制限されないが、無機蛍光体粒子同士の間隙に充填せしめるため、無機蛍光体粒子と同等の形状、またはその大きさが無機蛍光体粒子以下であることが好ましい。
【００７０】
また樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積の２０％以上とすることが好ましい。かかる混合割合とすることによって、無機蛍光体粒子の分離を抑制する効果が充分に発揮される。なお、該充填材粒子の樹脂組成物への混合割合の上限は、特に制限されない。特に、中性子シンチレーターのｎ／γ弁別能を劇的に向上させる目的で、無機蛍光体粒子の体積分率を著しく低減する場合には、無機蛍光体粒子を均一に分散せしめるべく多量の充填材粒子を混合することが好ましい。但し、樹脂組成物を製造する際の粘性等を考慮すると５００％以下が好ましく、２００％以下がより好ましく、１２０％以下がさらに好ましい。また樹脂組成物全体を１００体積％とした場合、８０体積％未満が好ましく、５０体積％未満がより好ましい。
【００７１】
かかる充填材粒子としては、具体的には、シリカ、酸化チタン、硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、炭酸マグネシウム、フッ化ストロンチウム、雲母（マイカ）、及び各種ガラス等の無機物粒子、或いはシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリ（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン及びスチレンブタジエン等の有機物粒子等が挙げられる。
【００７２】
さらに充填材粒子としては、無機蛍光体粒子と同種であって、ドーピング元素がない無機物からなる充填材粒子が最も好ましい。すなわち、無機蛍光体粒子と同種の無機物からなる充填材粒子は、その比重が無機蛍光体粒子の比重と一致しているため、前記説明したように無機蛍光体粒子を前記樹脂組成物中に均一に分散せしめることができる。さらに、該充填材粒子は、その屈折率が無機蛍光体粒子の屈折率と一致しているため、無機蛍光体粒子と屈折率が近い樹脂を選択すれば、自ら該充填剤粒子と樹脂の屈折率が近くなり、樹脂組成物の内部透過率を高めることが容易にできる。より好ましくは前記化学式ＬｉＭ１Ｍ２Ｘ６で示され、ランタノイド元素などがドーピングされていない結晶である。
【００７３】
なお、該充填剤粒子は前記中性子捕獲同位体を実質的に含まないことが好ましい。該充填剤粒子が中性子捕獲同位体を含む場合には、該充填剤粒子に含まれる中性子捕獲同位体が、前記無機蛍光体粒子に含まれる中性子捕獲同位体と競合し、無機蛍光体粒子による中性子捕獲反応が阻害されて中性子シンチレーターの中性子検出効率が低下する恐れがある。ただし、無機蛍光体粒子による中性子捕獲反応を顕著に阻害しない範囲においては、該充填剤粒子が中性子捕獲同位体を含んでいても良い。本発明者らの検討によれば、充填剤粒子の中性子捕獲同位体含有量が、無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体含有量の１／１０以下であれば、問題なく使用することができる。なお、該充填剤粒子の中性子捕獲同位体含有量は、前記説明した無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体含有量と同様にして求めることができる。
【００７４】
本発明において、前記無機蛍光体粒子及び樹脂に加えて、中性子捕獲同位体を含有しない蛍光体（以下、中性子不感蛍光体ともいう）をさらに混合してなる中性子シンチレーターとすることが好ましい。
【００７５】
かかる態様においては、γ線の入射によって生じた高速電子が、前記無機蛍光体粒子から逸脱した後に該中性子不感蛍光体に到達してエネルギーを付与し、該中性子不感蛍光体が蛍光を発する。すなわち、γ線が入射した際には、無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の双方がエネルギーを付与され蛍光を発する。一方、中性子が入射した際には、無機蛍光体粒子で生じた２次粒子は無機蛍光体粒子から逸脱しないため、無機蛍光体粒子のみが蛍光を発する。
【００７６】
ここで、前記無機蛍光体粒子と該中性子不感蛍光体は、蛍光寿命や発光波長等の蛍光特性に差異を有するため、かかる蛍光特性の差異を利用して中性子とγ線を弁別することができる。すなわち、蛍光特性の差異を識別できる機構を中性子検出器に設けておき、無機蛍光体粒子に由来する蛍光と中性子不感蛍光体に由来する蛍光の双方が検出された場合にはγ線が入射した事象とし、無機蛍光体粒子に由来する蛍光のみが検出された場合にはγ線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。
【００７７】
蛍光特性の差異を識別できる機構を具体的に例示すれば、前記無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の蛍光寿命の差異を識別でき得る波形解析機構、及び、無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の発光波長を識別でき得る波長解析機構が挙げられる。
【００７８】
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。
【００７９】
前記中性子シンチレーターと光検出器と組み合わせてなる本発明の中性子検出器において、該光検出器より出力された信号を、前置増幅器を介して主増幅器へ入力し、増幅・整形する。ここで、主増幅器で増幅・整形され、該主増幅器より出力される信号の強度は経時的に増加するが、かかる増加に要する時間（以下、立ち上がり時間ともいう）は、前記無機蛍光体粒子あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命を反映しており、蛍光寿命が短い程、立ち上がり時間が短くなる。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
前記説明から理解されるように、該時間振幅変換器から出力されるパルス振幅が小さい程、立ち上がり時間が短く、したがって前記無機蛍光体粒子あるいは中性子不感蛍光体の蛍光寿命が短いと識別される。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
ここで、無機蛍光体粒子はＡｎｍの波長で発光し、中性子不感蛍光体はＡｎｍとは異なるＢｎｍの波長で発光するものとする。すると、前記説明したように、γ線が入射した際には無機蛍光体粒子と中性子不感蛍光体の双方が蛍光を発するため、中性子シンチレーターからはＡｎｍ及びＢｎｍの光が発せられ、中性子が入射した際には無機蛍光体粒子のみが蛍光を発するため、Ａｎｍの光のみが発せられる。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
かかる中性子不感蛍光体を具体的に例示すれば、２，５−Ｄｉｐｈｅｎｉｌｏｘａｚｏｌｅ、１，４−Ｂｉｓ（５−ｐｈｅｎｙｌ−２−ｏｘａｚｏｌｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ等の有機蛍光体が挙げられる。かかる有機蛍光体は、一般に前記無機蛍光体粒子に比較して蛍光寿命が短いため、蛍光寿命の差異を利用してｎ／γ弁別能を向上させるために好適に用いることができる。
【００９０】
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ないが、１００〜２００℃の高温における動作特性に優れた高温用光電子増倍管を用いることが好ましい。かかる高温用光電子増倍管を具体的に例示すれば、浜松ホトニクス社製  Ｒ３９９１Ａ、Ｒ１２８８Ａ、Ｒ１２８８ＡＨ及びＲ５４７３−０２が挙げられる。或いは、光検出器の温度を約６０℃以下に保持する冷却機構を設けることによって、一般的な光電子増倍管、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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【実施例】
【００９４】
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。
【００９５】
実施例１
本実施例では、Ｅｕを０．０４ｍｏｌ％ドープしたＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６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。
【００９６】
該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６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：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の密度は３．０ｇ／ｃｍ３、リチウムの質量分率は３．２質量％、原料におけるリチウム６の同位体比率は９５％であり、したがってその中性子捕獲同位体含有量は、前記式（１）より、９．１ａｔｏｍ／ｎｍ３である。
【００９７】
また、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶に放射線を照射し、該Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６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。
【００９８】
Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６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：ＬｉＣＡＦ６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。
【００９９】
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、０．０１５ｍ２／ｇであった。したがって、単位体積当たりの表面積は、４５０ｃｍ２／ｃｍ３であった。
【０１００】
本実施例において、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材粒子を用いた。該ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の密度は３．０ｇ／ｃｍ３、リチウムの質量分率は３．７質量％、原料におけるリチウム６の同位体比率は７．６％であり、したがってその中性子捕獲同位体含有量は、前記式（１）より、０．７３ａｔｏｍ／ｎｍ３であった。また、該ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の比重は、前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶と同一であり、３．０ｇ／ｃｍ３であった。
【０１０１】
当該ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材粒子は、無機蛍光体粒子と同様にバルク体を粉砕した後、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用いた。
【０１０２】
本実施例では、有機樹脂としてシリコーン樹脂（信越化学製、ＫＥＲ−２５００）を用いた。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。該有機樹脂を硬化せしめ、厚さが０．３ｃｍ及び１ｃｍの試験片を用意し、前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶の発光波長である３７０ｎｍにおいて、表面反射損失を含む透過率をそれぞれ測定し、前記式（３）に代入することによって内部透過率を求めた。その結果、１００〜２００℃の温度において内部透過率が９２〜９５％／ｃｍであった。
【０１０３】
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材、及び前記シリコーン樹脂の３７０ｎｍにおける室温（２５℃）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：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶のバルク体、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶のバルク体及び樹脂のバルク体を用いた。屈折率計の光源として、Ｈｇランプのｉ線（３６５．０ｎｍ）、及びｈ線（４０４．７ｎｍ）を用いた。各光源の波長及び該波長において測定された屈折率を、前記セルマイヤーの式（４）に代入して定数Ａ及びＢを求めた後、同式を用いて３７０ｎｍにおける屈折率を求めた。その結果、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、ＬｉＣａＡｌＦ６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１．４３であり、無機蛍光体粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比、及び充填材粒子の屈折率に対する有機樹脂の屈折率の比は、ともに１．０２であった。
【０１０４】
高温下での屈折率を同様にして測定した結果、１２５℃において、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、及びシリコーン樹脂の３７０ｎｍにおける屈折率は、全て１．４０となり、無機蛍光体粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率、及び充填材粒子の屈折率と有機樹脂の屈折率が、ともに一致した。
【０１０５】
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子１０．０ｇ、ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる充填材粒子１０．０ｇ、及び予め等量のＡ液とＢ液を混合したシリコーン樹脂の樹脂前駆体１０．０ｍＬを混合容器に入れ、混合物の粘度を低下せしめる目的で、トルエン１ｍＬを添加した。
【０１０６】
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。
【０１０７】
次いで、直径が２ｃｍ、厚さが約０．３ｃｍ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。
【０１０８】
該樹脂組成物の形状は、直径が２ｃｍ、厚さが０．３ｃｍであり、体積は０．９４ｍＬであった。また、該樹脂組成物には無機蛍光体粒子及び充填材粒子が０．５６ｇずつ含まれており、無機蛍光体粒子及び充填材粒子の密度から、これらの体積はともに０．１９ｍＬである。したがって、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は２０％であり、充填材粒子の樹脂組成物への混合割合は、無機蛍光体粒子の体積の１００％であった。
【０１０９】
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  Ｒ１２８８ＡＨ）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アルミ箔で覆った。
【０１１０】
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。
【０１１１】
本発明の中性子検出器を１２５℃の恒温器内に設置し、そ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。
【０１１２】
光電子増倍管に接続された電源を用いて、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。
【０１１３】
次に、中性子に替えて、０．８３ＭＢｑの放射能のＣｏ−６０を用いて、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。
【０１１４】
得られた波高分布スペクトルを図１に示す。図１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。
【０１１５】
図１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。
【０１１６】
実施例２
シリコーン樹脂として室温での屈折率が１．４５のもの（信越化学製、ＫＥＲ−６０２０）を用いた。当該シリコーン樹脂は１７５℃でＥｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子と屈折率が一致した。
【０１１７】
実施例１と同様にして中性子検出器を作成し、これを１７５℃の恒温器内に設置し、その性能を実施例１と同様にして測定した。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
比較例１
シリコーン樹脂として室温での屈折率が１．４５のもの（樹脂が信越化学製、ＫＥＲ−７０３０）を用いた。
【０１２１】
実施例１と同様にして直径が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製造したが、これは室温でほぼ透明であった。この樹脂組成物（中性子シンチレーター）を加熱したところ、温度上昇と共に徐々に透明性を失い、１２５℃、１７５℃では著しく白濁し、透明性を失った。
【０１２２】
上記中性子シンチレーターを用いて中性子検出器を作成し、２５℃、１２５℃及び１７５℃で性能を評価した。結果を図３ないし図５に示すが、室温での性能は良好なものの、高温では中性子の感度が悪く、資源探査などの高温での使用には不十分なものであった。
【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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