(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計数精度に優れた中性子検出器を提供する。【解決手段】  Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６などのリチウム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樹脂とを含有してなる樹脂組成物であって、リチウム６及びホウ素１０の含有量がそれぞれ０．２〜３０×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び０．０５〜８×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３であり、かつ内接球の平均直径が５ｍｍ以下となる形状である樹脂組成物、及び該樹脂組成物からなる部位と、前記中性子捕獲同位体の含有量が前記樹脂組成物の１／２以下である補填部位を有してなり、樹脂組成物からなる部位は複数有り、相互の内接球の直径の和に対する相互の内接球の中心間の距離の比が、１．２以上である樹脂系複合体からなる中性子シンチレーターである。【選択図】  図２
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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
樹脂とを含有してなる樹脂組成物であって、
リチウム６及びホウ素１０の含有量がそれぞれ０．２〜３０×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び０．０５〜８×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３であり、かつ
内接球の平均直径が５ｍｍ以下となる形状である樹脂組成物からなることを特徴とする中性子シンチレーター。
【請求項２】
請求項１記載の樹脂組成物からなる部位と、
前記中性子捕獲同位体の含有量が前記樹脂組成物の１／２以下である補填部位を有してなり、
前記樹脂組成物からなる部位は複数有り、
相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比が、１．２以上である樹脂系複合体からなる中性子シンチレーター。
【請求項３】
無機蛍光体粒子の発光波長において、
無機蛍光体粒子の屈折率に対する
樹脂組成物を構成する樹脂の屈折率の比が、０．９５〜１．０５の範囲にある請求項１又は２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、
樹脂組成物を構成する樹脂の屈折率に対する
補填部位の屈折率の比が、０．９０〜１．１０の範囲にある請求項３記載の中性子シンチレーター。
【請求項５】
補填部位が、樹脂組成物を構成する樹脂と実質的に同一の樹脂からなる請求項２又は３記載の中性子シンチレーター。
【請求項６】
樹脂組成物からなる部位と補填部位とが交互に積層された積層体構造である、請求項２〜５いずれか１項に記載の中性子シンチレーター。
【請求項７】
無機蛍光体粒子が、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粒子である請求項１〜６いずれか１項に記載の中性子シンチレーター。
【請求項８】
請求項１〜７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。
【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。
【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】
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。【０００４】
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。【０００５】
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）。【０００６】
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。したがって、ｎ／γ弁別能を高めるためには、γ線の入射によって生じる波高値を低減することが重要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【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】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、該樹脂組成物をその内接球の平均直径が５ｍｍ以下となる形状とすることにより、良好なｎ／γ弁別能が得られることを見出した。さらに、中性子シンチレーターが複数の該樹脂組成物を有する場合は、複数の該樹脂組成物を、相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比が１．２以上となるように配置した樹脂系複合体とすることによって、前記良好なｎ／γ弁別能を有しながら、優れた中性子検出効率をも有する中性子シンチレーターが得られることを見出し、本発明を完成した。【００１１】
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樹脂とを含有してなる樹脂組成物であって、リチウム６及びホウ素１０の含有量がそれぞれ０．２〜３０×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び０．０５〜８×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３であり、かつ内接球の平均直径が５ｍｍ以下となる形状である樹脂組成物からなることを特徴とする中性子シンチレーターが提供される。【００１２】
また、前記樹脂組成物からなる部位と、前記中性子捕獲同位体の含有量が前記樹脂組成物の１／２以下である補填部位を有してなり、樹脂組成物からなる部位は複数有り、それぞれの該樹脂組成物について算出された、該樹脂組成物と該樹脂組成物に最も近接する他の１の該樹脂組成物からなる部位との組み合わせにおける、相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比が、平均値で１．２以上である樹脂系複合体からなる中性子シンチレーターが提供される。【００１３】
該中性子シンチレーターにおいて、無機蛍光体粒子の屈折率に対する樹脂組成物を構成する樹脂の屈折率の比が、０．９５〜１．０５の範囲であることが好ましい。【００１４】
また、該中性子シンチレーターにおいて、樹脂組成物を構成する樹脂の屈折率に対する補填部位の屈折率の比が、０．９０〜１．１０の範囲にあることが好ましく、補填部位が、樹脂組成物を構成する樹脂と実質的に同一の樹脂からなることが特に好ましい。【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本図は、本発明の作用機構を模式的に示した図である。
【図２】本図は、本発明の樹脂系複合体の構造を模式的に示した図である。
【図３】本図は、本発明の樹脂系複合体の構造を模式的に示した図である。
【図４】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５】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６】本図は、実施例３で得られた波高分布スペクトルである。
【図７】本図は、比較例１で得られた波高分布スペクトルである。
【図８】本図は、実施例４で得られた波高分布スペクトルである。
【図９】本図は、実施例５で得られた波高分布スペクトルである。
【図１０】本図は、実施例６で得られた波高分布スペクトルである。
【図１１】本図は、比較例２で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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
なお、本発明において、無機蛍光体粒子は、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、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（特許文献２の実施例２参照）は含まない。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２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、２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発明において採用されない。
【００２２】
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１×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び０．３×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３以上とすることが好ましく、それぞれ６×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び２×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３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１ｍｍ３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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、６０×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３以下とすることが好ましい。６０×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３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。
【００２５】
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。なお、下記の式（１）、（２）による算出値は、リチウム６の含有量（ＣＬｉ，Ｐ）及びホウ素１０の含有量（ＣＢ，Ｐ）の単位をａｔｏｍ／ｎｍ３とした場合のものであるが、必要に応じて他の単位に換算される。
【００２６】
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／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％］、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）
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、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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、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５００ｃｍ２／ｃｍ３以下とすることが特に好ましい。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
本発明の中性子シンチレーターの第一の態様は、上記無機蛍光体粒子と樹脂と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。
【００５０】
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１ｍｍ３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。
【００５１】
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）
かかる樹脂組成物中のリチウム６及びホウ素１０の含有量は、それぞれ０．２×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び０．０５×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３以上であり、それぞれ０．５×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び０．１×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３以上とすることが好ましく、それぞれ１×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び０．３×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３以上とすることが特に好ましい。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、中性子シンチレーターの中性子検出効率が向上する。
【００５２】
一方、樹脂組成物中のリチウム６及びホウ素１０の含有量の上限は、それぞれ３０×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３及び８×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３以下である。かかる上限値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か、或いは無機蛍光体粒子の体積分率を極端に高める必要があるため、製造にかかるコストが高くなる。
【００５３】
本発明において樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率は、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２０体積％以上とすることが好ましく、４０体積％以上とすることが特に好ましい。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％未満とすることが好ましい。
【００５４】
ここで、上記の様に、中性子検出効率を向上させる目的で、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を高めた場合には、多数の無機蛍光体粒子が互いに近接して存在するため、ある無機蛍光体粒子から逸脱した高速電子が、近接する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量の総和が増大する。したがって、γ線の入射によって生じる波高値が大きくなり、中性子線による波高値との弁別が困難となる問題が生じる。かかる問題を解決するため、本発明においては前記樹脂組成物の形状を内接球の相加平均直径（以下、単に平均直径という）が５ｍｍ以下となる形状とする。かかる形状とすることによって、γ線の入射によって生じた２次電子が樹脂組成物から逸脱するため、γ線による波高値を低減でき、ｎ／γ弁別能を向上することができる（図１参照）。該内接球の平均直径は、特にｎ／γ弁別能を向上する目的で、２ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下とすることが特に好ましい。
【００５５】
なお、本発明において「内接球」とは、全体が樹脂組成物に内包され、かつ、樹脂組成物の外形状を規定する境界に対して複数の位置で内側から接する球であると定義され、１つの樹脂組成物が、直径の異なる複数の内接球を取り得る形状である場合には、そのうち最大の直径を有する内接球を、該樹脂組成物の内接球として採用するものとする。
【００５６】
該内接球の平均直径は、層状及び角柱状の樹脂組成物ではその平均厚さに相当し、円柱状及び球状の樹脂組成物ではその平均直径に相当する。その他の複雑な形状の樹脂組成物についても、該内接球の平均直径を前記範囲とすることによって、γ線による波高値を低減できる。なお、樹脂組成物の各箇所における内接球の直径にばらつきがあっても良いが、過度に厚い箇所があると、この箇所に入射したγ線の波高値が増大し、中性子計数に誤差を与える恐れがある。したがって、樹脂組成物の各箇所における内接球の直径を、平均直径の２倍以内とすることが好ましく、１．５倍以内とすることが特に好ましい。
【００５７】
該内接球の平均直径の下限は、特に制限されないが、中性子検出効率を高める目的で、０．１ｍｍ以上とすることが好ましく、０．２ｍｍ以上とすることが特に好ましい。
【００５８】
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。該樹脂組成物を透明体とすることにより、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。
【００５９】
樹脂組成物を透明体とするため、本発明における樹脂組成物の第２の必須成分である樹脂について、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％／ｃｍ以上であることが特に好ましい。
【００６０】
なお、本発明において、内部透過率とは、前記樹脂に光を透過せしめた際に該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（５）に代入することによって求めることができる。
【００６１】
ｌｏｇ（τ１０）＝｛ｌｏｇ（Ｔ２）−ｌｏｇ（Ｔ１）｝／（ｄ２−ｄ１）    （５）
（式中、ｄ１及びｄ２は、一対の前記樹脂の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の樹脂の表面反射損失を含む透過率を示す。）
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。
【００６２】
また、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に対する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であることが特に好ましい。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、前記樹脂組成物の透明性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。
【００６３】
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（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及び樹脂のバルク体を用いて良い。
【００６４】
ｎ２−１＝Ａλ２／（λ２−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）
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。
【００６５】
まず、無機蛍光体粒子と液体または粘体の樹脂前駆体を混合する。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。
【００６６】
次いで、混合操作において樹脂前駆体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、樹脂組成物の透明性を高めることができる。
【００６７】
なお、前記混合操作及び脱泡操作において、樹脂前駆体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、樹脂前駆体に有機溶媒を添加しても良い。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
ここで、蛍光寿命や発光波長等の蛍光特性が前記無機蛍光体粒子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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
前記中性子シンチレーターと光検出器とを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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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、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。
【００８５】
当該中性子不感蛍光体の含有量は、本発明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、前記高速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。
【００８６】
本発明において、中性子シンチレーターが１つの樹脂組成物からなる部位のみで構成される場合、前記したように、樹脂組成物の内接球の平均直径、すなわち層状の樹脂組成物の平均厚さや、円柱状の樹脂組成物の平均直径を前記範囲に限定することによって、所望の中性子検出効率が得られなくなる場合がある。かかる場合においては、樹脂組成物からなる部位（以下、樹脂組成物部位という）を、補填部位を介して複数配置した樹脂系複合体とすることによって、所望の中性子検出効率を得ることができる。
【００８７】
かかる態様においては、複数の樹脂組成物部位を適切に配置し、ある樹脂組成物部位から逸脱した高速電子が、近接する他の樹脂組成物部位に入射し、該樹脂組成物中の無機蛍光体粒子にエネルギーを付与して発光量の総和を増大しないようにすることが肝要である。本発明者らの検討によれば、複数ある樹脂組成物部位の、相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比を、１．２以上とすることによって、前記高速電子が、複数の樹脂組成物部位を跨いでエネルギーを付与することによる発光量の増大を抑制することができる。
【００８８】
該複数ある樹脂組成物部位の、相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比について、図２を用いて具体的に説明する。ある樹脂組成物部位１の内接球１の直径をｄ１とし、該内接球１に最も近接する樹脂組成物部位２の内接球２の直径をｄ２とする。そして、前記内接球１と内接球２の中心間の距離（Ｄ）が、下式（７）を満たすものとする。図２では、層状の樹脂組成物部位について説明したが、他の形状の樹脂組成物についても同様である（図３参照）。
【００８９】
Ｄ／（ｄ１＋ｄ２）≧１．２    （７）
かかる指標を用いることによって、種々の形状の樹脂組成物部位を適切に配置することができる。樹脂組成物部位の形状が小さく、その内接球の直径が小さい場合には、高速電子によって該樹脂組成物部位に付与されるエネルギーが小さいので、高速電子が複数の樹脂組成物部位を跨いでエネルギーを付与することをある程度許容できるため、前記内接球の中心間の距離を短くし、他の樹脂組成物部位を近接した位置に配置することができる。一方、樹脂組成物部位の形状が大きく、その内接球の直径が大きい場合には、高速電子によって該樹脂組成物部位に付与されるエネルギーが大きいので、前記内接球の中心間の距離を長くし、他の樹脂組成物部位をより遠方に配置する必要がある。また、樹脂組成物部位の形状が、前記図３の（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）のような場合には、隣接する樹脂組成物部位同士が一部で接触しているが、高速電子が該接触箇所を通じて大きなエネルギーを付与する確率は稀有であるため、前記内接球の中心間の距離が前記範囲となるように複数の樹脂組成物部位を配置すれば、所望のｎ／γ弁別能を得ることができる。
【００９０】
なお、前記複数ある樹脂組成物部位の、相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比は、ｎ／γ弁別能をさらに向上する目的で、１．５以上とすることがより好ましく、２以上とすることが特に好ましい。また、平均的に前記範囲となっていれば良く、本発明の効果を損なわない範囲であれば、一部で前記範囲を下回っていても良く、近接する樹脂組成物同士が一部で癒着していても良い。
【００９１】
該相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比の上限は、特に制限されないが、該比率を過剰に大きくすると樹脂系複合体のサイズが大きくなるため、シンチレーターのサイズに制約がある場合には、該比率を５以下とすることが好ましく、２．５以下とすることが特に好ましい。
【００９２】
本発明において、補填部位は、複数ある樹脂組成物部位を適切に配置するためのいわばスペーサーであって、その材質は特に限定されない。具体的には、空気等の気体、オイル等の液体、樹脂やガラス等の固体を制限なく用いることができる。
【００９３】
該補填部位について、前記無機蛍光体粒子の発光波長における屈折率が、樹脂組成物部位を構成する樹脂の屈折率に近い補填部位を用いることが好ましい。具体的には前記樹脂組成物部位を構成する樹脂の屈折率に対する補填部位の屈折率の比が、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。補填部位の屈折率の比をかかる範囲とすることによって、樹脂組成物部位を構成する樹脂と補填部位との界面における光の散乱を抑制することができ、前記樹脂系複合体の透明性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。
【００９４】
補填部位の屈折率の比をかかる範囲とするためには、樹脂組成物部位を構成する樹脂と近い屈折率を有する所謂マッチングオイル等の液体、及び樹脂やガラス等の固体、或いは、これらに添加剤を添加したものが好適である。
【００９５】
該補填部位としては、前記樹脂組成物部位を構成する樹脂と実質的に同一の樹脂からなるものが最も好ましい。かかる補填部位を用いることによって、樹脂組成物部位を構成する樹脂と補填部位との屈折率を一致させることができ、また、樹脂組成物部位と補填部位との剥離が起こり難く、耐久性に優れた樹脂系複合体を得ることができる。
【００９６】
本発明において、補填部位が樹脂組成物部位と同様に中性子捕獲同位体を含有し、樹脂系複合体中の該補填部位の中性子捕獲同位体の含有量が、樹脂組成物部位の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、該補填部位に含まれる中性子捕獲同位体が、前記樹脂組成物部位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補填部位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、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子からの発光が得られないため、中性子の計数ロスが発生する。
【００９７】
したがって、本発明においては、特に優れた中性子検出効率を得るため、中性子捕獲同位体の含有量が少ない補填部位を用いる。具体的には、補填部位の中性子捕獲同位体の含有量は、樹脂組成物部位の中性子捕獲同位体の含有量の１／２以下であり、１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であることが特に好ましい。該補填部位のリチウム６の含有量及びホウ素１０の含有量は、前記樹脂組成物の場合と同様に求めることができる。
【００９８】
本発明において、前記中性子不感蛍光体を補填部位に添加しても良い。該中性子不感蛍光体を添加する際の好適な態様及びその効果については前記と同様である。また、中性子不感蛍光体の中でも、無機蛍光体粒子からの発光を吸収し、再発光する蛍光体を用いても良い。かかる蛍光体を用い、且つ補填部位の屈折率を、樹脂組成物を構成する樹脂の屈折率よりも高くすることにより、補填部位が無機蛍光体粒子からの発光を光検出器へ導くための導波路として作用するため、好適である。
【００９９】
本発明において、前記樹脂系複合体が、樹脂組成物からなる部位と補填部位とが交互に積層された積層体構造であることが好ましい。かかる積層体構造とすることによって、一様な特性を有する中性子シンチレーターを得ることができる。また、下記の製造方法によって、安価に製造することができる。
【０１００】
該積層体構造を有する樹脂系複合体の製造方法を具体的に説明する。まず、前記樹脂組成物の製造方法と同様に、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、脱泡する。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、しばらく静置して無機蛍光体粒子を沈降させる。すると、下部に樹脂組成物部位の層、上部に樹脂組成物部位を構成する樹脂と同一の樹脂からなる補填部位の層が形成される。その後、前記樹脂組成物の製造方法と同様に樹脂前駆体を硬化せしめる。かかる操作を繰り返すことにより、積層体構造を有する樹脂系複合体を容易に得ることができる。該製造方法においては、無機蛍光体粒子と樹脂前駆体の混合比、及び一回当たりの鋳型への注入量を調整することにより、前記樹脂組成物部位の内接球の平均直径、及び複数ある樹脂組成物部位の相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比を所望の値とすることも容易にできる。
【０１０１】
前記製造方法の他、予め層状の樹脂組成物を複数作製しておき、これらを、補填部位を介して張り合わせる方法も、積層体構造を有する樹脂系複合体の製造方法として好適に採用できる。また、その他の構造を有する樹脂系複合体については、予め作製した複数の樹脂組成物を配置し、その間隙に補填部位を注入する方法、或いは補填部位を配置し、その間隙に無機蛍光体粒子と樹脂前駆体の混合物を注入して樹脂前駆体を硬化する方法等を適宜採用することができる。
【０１０２】
ここで、本発明の樹脂組成物及び樹脂系複合体からなる中性子シンチレーターは、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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
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。【０１０８】
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。【０１０９】
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（ＣＬｉ，Ｐ）は、前記式（１）より、９．１×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３である。【０１１０】
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。【０１１１】
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３００μｍの上側ふるいを通過し、１５０μｍ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。【０１１２】
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、０．０１ｍ２／ｇであった。したがって、単位体積当たりの表面積は、３００ｃｍ２／ｃｍ３であった。【０１１３】
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：ＬｉＣａＡｌＦ６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。【０１１４】
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６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：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（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：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。【０１１５】
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子  ４．１ｇ、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  ３．０ｇを混合容器に入れ、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。【０１１６】
次いで、該混合物０．６９ｇを、２０ｍｍ角で深さが１５ｍｍのポリテトラフロロエチレン製の鋳型に注入した。１時間静置して無機蛍光体粒子を沈降させた後に上澄みの樹脂前駆体を除去し、８０℃で２４時間加熱して樹脂前駆体を硬化せしめ、無機蛍光体粒子と樹脂を含む樹脂組成物を得た。【０１１７】
該樹脂組成物の形状は、２０ｍｍ角で厚さが０．７ｍｍであり、体積は０．２８ｍＬであった。また、該樹脂組成物には無機蛍光体粒子が０．４０ｇ含まれており、無機蛍光体粒子の密度から、その体積は０．１３ｍＬ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）は４８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）は、４．３×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３であった。【０１１８】
該樹脂組成物を厚さ方向に切断して薄片を切出し、偏光顕微鏡による観察下で内接球の直径の計測を行った。任意に１００箇所計測した結果、平均直径は０．７０ｍｍであり、最大直径は０．８２ｍｍ（平均直径の１．２倍）であった。【０１１９】
前記２０ｍｍ角で厚さが０．７ｍｍの樹脂組成物を別途作製し、該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２０ｍｍ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。【０１２０】
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。【０１２１】
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。【０１２２】
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。【０１２３】
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。【０１２４】
得られた波高分布スペクトルを図４に示す。図４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。【０１２５】
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。【０１２６】
実施例２、３、及び比較例１
本実施例２、３、及び比較例１では、前記無機蛍光体粒子と樹脂前駆体の混合物を鋳型に注入する量を、それぞれ１．３８ｇ、３．４６ｇ、及び５．５４ｇとする以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物を作製した。該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）を、実施例１と同様にして求めた結果、いずれも４．３×１０１８ａｔｏｍ／ｍｍ３であった。実施例１と同様にして、これら樹脂組成物の内接球の直径を計測した結果を表１に、該樹脂組成物を用いて中性子検出器を製作して得られた波高分布スペクトルをそれぞれ図５、６及び７に示す。【０１２７】
図４〜７を比較することにより、樹脂組成物の内接球の平均直径が大きくなるにつれて、中性子検出効率は向上するものの、γ線による波高値が増大し、該内接球の平均直径が５ｍｍを超える場合には、γ線による計測誤差が顕著に問題となることが分かる。【０１２８】
実施例４、５、６、及び比較例２
表２に示す量の無機蛍光体粒子と樹脂前駆体を、実施例１と同様にして混合し、脱泡した。次いで、表２に示す量の該混合物を、２０ｍｍ角で深さが１５ｍｍのポリテトラフロロエチレン製の鋳型に注入した。１時間静置して無機蛍光体粒子を沈降させた後、８０℃で２４時間加熱して樹脂前駆体を硬化せしめた。該操作を合計８回繰り返し、樹脂系複合体を得た。実施例４、５、６、及び比較例２で得られた樹脂系複合体は、いずれも２０ｍｍ角で、厚さがそれぞれ約１３、約１０、約８及び約６ｍｍであった。【０１２９】
該樹脂系複合体を厚さ方向に切断して薄片を切出し、偏光顕微鏡で観察した結果、８対の無機蛍光体粒子を含む樹脂組成物部位と無機蛍光体粒子を含まない補填部位が、交互に積層した積層体構造を有する樹脂系複合体であることが確認された。偏光顕微鏡による観察下で樹脂組成物部位の内接球の直径、及び、複数ある樹脂組成物部位の、相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比の計測を行った。任意に１００箇所計測した結果を表２に示す。【０１３０】
実施例４、５、６、及び比較例２で得られた該樹脂系複合体を用いて、実施例１と同様にして中性子検出器を製作し、得られた波高分布スペクトルをそれぞれ図８、９、１０及び１１に示す。【０１３１】
図８〜１１を比較することにより、複数ある樹脂組成物部位の、相互の内接球の直径の和に対する、相互の内接球の中心間の距離の比が小さくなるにつれてγ線による波高値が増大し、該比率が１．２未満の場合には、γ線による計測誤差が顕著に問題となることが分かる。【０１３２】
【表１】
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【０１３３】
【表２】
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【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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【国際調査報告】
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