(57)【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物と、少なくとも一部が該樹脂組成物に内包された波長変換ファイバとを構成要素とするシンチレーターであって、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物の外壁面の距離の比が１〜１０の範囲にあ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記載の中性子シンチレーター。
【請求項３】
請求項１又は請求項２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。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の中性子シンチレーターを複数配列したことを特徴とする中性子検出ユニット。
【請求項５】
請求項４記載の中性子検出ユニット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、光を収集するための波長変換ファイバを有する中性子シンチレーターであって、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が入射した事象として計数し、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。
【０００７】
また、前記中性子検出器において、大きな有感面積の蛍光体から光を収集するため、あるいは中性子検出器に位置分解能を付与するために波長変換ファイバが用いられている（特許文献２〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１９３７８号パンフレット
【特許文献２】特開２０１１−１４１２３９号公報
【特許文献３】特開２００２−７１８１６号公報
【特許文献４】国際公開第２０１１／１５９９１１号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２０１３／０２７０６９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】
【０００９】
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。
【００１０】
特に、前記波長変換ファイバあるいは波長変換シートを用いて光を収集する場合には、当該光収集における光の損失が大きく、さらにｎ／γ弁別能が悪化するという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記問題を解決すべくなされたものであって、光を収集するための波長変換ファイバを有する中性子シンチレーターであって、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新規な中性子シンチレーター及び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】
【００１２】
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粒子を含んでなる樹脂組成物と、該樹脂組成物から光を収集するための波長変換ファイバを用いて、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、波長変換ファイバを樹脂組成物に内包せしめ、且つ、波長変換ファイバを樹脂組成物の外壁面に対して特定の位置に配置することにより、良好なｎ／γ弁別能が得られることを見出した。さらに、該中性子検出デバイスを複数配列することにより、中性子検出効率に優れた中性子検出ユニットが得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
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を含んでなる樹脂組成物と、少なくとも一部が該樹脂組成物に内包された波長変換ファイバを構成要素とするシンチレーターであって、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物の外壁面の距離の比が１〜１０の範囲にあ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。
【００１４】
該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の範囲にあることが好ましい。また中性子シンチレーターの有感面積を大きくするため、また、中性子検出効率を向上させるためには中性子シンチレーターを複数配列した中性子検出ユニットとすることが好ましい。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。また前記中性子検出ユニット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】
【００１５】
本発明によれば、光を収集するための波長変換ファイバを有する中性子シンチレーターであって、当該光の収集における損失が少なく、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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本図は、無機蛍光体と樹脂からなる樹脂組成物を模式的に示した図である。
【図２】本図は、無機蛍光体と樹脂からなる樹脂組成物を模式的に示した図である。
【図３】本図は、無機蛍光体と樹脂からなる樹脂組成物を模式的に示した図である。
【図４】本図は、無機蛍光体と樹脂からなる樹脂組成物を模式的に示した図である。
【図５】本図は、樹脂組成物に内包した波長変換ファイバを模式的に示した図である。
【図６】本図は、無機蛍光体と樹脂からなる樹脂組成物を模式的に示した図である。
【図７】本図は、実施例１で得られた中性子シンチレーターを模式的に示した図である。
【図８】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９】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１０】本図は、比較例１で得られた中性子シンチレーターである。
【図１１】本図は、比較例１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】
【００１７】
本発明の中性子シンチレーターは、樹脂組成物と該樹脂組成物に内包された波長変換ファイバとを構成要素とする。ここで「内包」とは、波長変換ファイバの体軸方向に添うファイバ表面が３６０°樹脂組成物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物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物外に出ている必要があるが、残る一端は樹脂組成物中に存在していてもよいし、樹脂組成物から突き出していてもよい。
【００１８】
本発明における上記樹脂組成物は少なくとも（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（以下、単に無機蛍光体粒子ともいう）と、樹脂とを構成要素とする。
【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、該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（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。
【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、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。
【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。
【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）
本発明における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】
本発明においては、無機蛍光体は粒子状でなくてはならない。即ち、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。
【００４７】
本発明で用いる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、バルク体を粉砕及び分級する方法が、生産効率が高く、所期の粒子を安価に得られるため好ましい。バルク体を粉砕する方法は特に限定されず、ハンマーミル、ローラーミル、ロータリーミル、ボールミル、或いはビーズミル等の公知の粉砕機をなんら制限なく用いることができる。無機蛍光体粒子を製造する際には、比表面積が極端に大きい所謂微粉末の発生を抑制し、前記説明したような、好ましくは１０００ｃｍ２／ｃｍ３以下、特に好ましくは５００ｃｍ２／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、前記バルク体を粉砕した粒子を分級する方法は、乾式ふるい、湿式ふるい、或いは風力分級等の公知の分級方法を特に制限なく適用することができる。
【００５０】
分級方法の中でも、ふるい分けにより分級する方法が好適な比表面積の粒子を得やすく好ましい。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。
【００５１】
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。
【００５２】
本発明の中性子シンチレーターは、上記無機蛍光体粒子と、樹脂を含んでなる樹脂組成物（以下、単に樹脂組成物ともいう）を一つの構成要素とする。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。
【００５３】
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１ｎｍ３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。
【００５４】
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）
本発明において樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の含有量は、特に限定されるものではないが、前記式から明らかなように樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を高めることによって、中性子検出効率を向上できる。したがって、樹脂組成物中の無機蛍光体粒子の体積分率を５体積％以上とすることが好ましく、１０体積％以上とすることが特に好ましく、２０体積％以上とすることが最も好ましい。樹脂組成物全体に対する無機蛍光体粒子の体積分率の上限は、特に制限されないが、樹脂組成物を製造する際の粘性等を考慮すると、８０体積％未満が好ましく、５０体積％未満がより好ましい。
【００５５】
一方、本発明において前記樹脂組成物は、上記無機蛍光体粒子が樹脂中に均一に分散しており、近接する無機蛍光体粒子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から逸脱した高速電子が、近接した他の無機蛍光体粒子に入射し、該無機蛍光体粒子にエネルギーを付与して発光の総和を増大することを防ぐことができる（図１参照）。
【００５６】
しかしながら、一般に、無機蛍光体粒子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（図２参照）。かかる場合においては、樹脂の粘度を高めて樹脂組成物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、無機蛍光体粒子の間隔を保持する方法（図３参照）、または、所期の厚さよりも薄い樹脂組成物であって、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物を複数調製し、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（図４参照）が好適に採用できる。
【００５７】
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、後述する波長変換ファイバ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。
【００５８】
そのため、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は、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℃で用いる場合、上記屈折率比は１００℃で求める必要がある。
【００５９】
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。
【００６０】
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）
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、樹脂組成物の内部透過率を高めることができる。
【００６４】
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。
【００６５】
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、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。
【００６６】
ここで、本発明の樹脂組成物は、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を提供することができる。
【００６７】
本発明の中性子シンチレーターにおける第二の構成要素は、波長変換ファイバである。
【００６８】
該波長変換ファイバは、前記樹脂組成物部位中の無機蛍光体粒子からの発光を光検出器へ導くためのライトガイドとして作用する。該波長変換ファイバの作用機構を、図５を用いて説明する。無機蛍光体粒子から発せられた光が波長変換ファイバに到達すると、波長変換ファイバが該無機蛍光体の発光を吸収し、もとの波長とは異なる波長で再発光する。この波長変換ファイバの発光は等方的に生じるが、波長変換ファイバの外面に対してある角度で発せられた光は、波長変換ファイバの内部を全反射しながら伝搬し、波長変換ファイバの端部へ到達する。そして、該波長変換ファイバの端部に光検出器を設置することにより、無機蛍光体粒子からの発光を、波長変換ファイバを介して収集することができる。
【００６９】
本発明における上記波長変換ファイバは、無機蛍光体粒子の発光波長において、樹脂組成物部位中の樹脂の屈折率に対する波長変換ファイバの屈折率の比が、０．９５以上であるものが好ましい。無機蛍光体粒子で生じた発光は、樹脂を介して波長変換ファイバに入射するが、ある臨界角を超える入射角で波長変換ファイバに入射しようとする光は、樹脂と樹脂組成物部位の界面で全反射され、入射することができない。前記屈折率の比を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、樹脂組成物部位から波長変換ファイバ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、前記樹脂と樹脂組成物部位の界面において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、波長変換ファイバで再発光した光が、波長変換ファイバと樹脂組成物部位の界面で全反射しながら波長変換ファイバの内部を伝搬する効率が高まり、前記（３）波長変換ファイバの発光が、波長変換ファイバの内部を伝搬せずに散逸することによる損失をも低減できるため、最も好ましい。
【００７０】
該波長変換ファイバ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、前記屈折率の比の要件を満たすためには、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。
【００７１】
また、前記説明したように、無機蛍光体粒子の屈折率は、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。
【００７２】
本発明においては、上記波長変換ファイバは前記樹脂組成物中に内包されていなければならない。一般に、波長変換ファイバによって樹脂組成物部位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）樹脂組成物部位からの発光の一部が、波長変換ファイバに到達せずに消光することによる損失、（２）波長変換ファイバが、樹脂組成物部位からの発光を吸収し再発光する際に生じる損失、（３）波長変換ファイバの発光が、波長変換ファイバ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、波長変換ファイバの端部に設置された光検出器に到達する光量は、蛍光体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。
【００７３】
このように、光検出器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、前記したように、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。
【００７４】
本発明においては波長変換ファイバを樹脂組成物部位に内包することによって、前記（１）樹脂組成物部位からの発光の一部が、波長変換ファイバ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、波長変換ファイバが樹脂組成物の外に配置される場合、樹脂組成物内で生じた発光が、一旦樹脂組成物から出射した後、中間相を介して再度波長変換ファイバ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（例えば特許文献４参照）、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が樹脂組成物に内包されている場合、樹脂組成物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に入射するため、損失を大幅に低減できる。
また、波長変換ファイバを樹脂組成物部位に内包せしめることによって、波長変換ファイバ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。すなわち、波長変換ファイバが樹脂組成物の外に配置される場合、樹脂組成物から出射した光を効率よく樹脂組成物部位に入射するためには、樹脂組成物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、例えば特許文献５の図１にあるような複雑な形状の反射材を用いて、樹脂組成物部位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。これに対して、前記波長変換ファイバが樹脂組成物に内包されている場合、樹脂組成物の外周を反射材で覆う等、従来公知の簡便な手法によって光を樹脂組成物の内部に封じ込めるだけで、樹脂組成物部位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、樹脂組成物部位から出射した光を波長変換ファイバに効率よく入射することができる。光を樹脂組成物の内部に封じ込めるためには、樹脂組成物表面を反射材で覆えばよく、該反射材としては、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反射材が好適である。
【００７５】
本発明の中性子シンチレーターにおいては、前記波長変換ファイバを樹脂組成物に内包せしめる際に、波長変換ファイバを樹脂組成物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を樹脂組成物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物の中に波長変換ファイバ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の直径（ｄ）に対する、ファイバの中心軸と樹脂組成物の外壁面の距離（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を設置する。
【００７６】
Ｄ／ｄが１〜１０の範囲にあるとは、波長変換ファイバ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。
【００７７】
なお、樹脂組成物に複数の波長変換ファイバが内包される場合は、それぞれの波長変換ファイバがとりうる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物のとりうるＤ／ｄの値とする。
【００７８】
１≦Ｄ／ｄ≦１０  （７）
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物部位の中に波長変換ファイバを内包することによって、γ線によって生じる高速電子が蛍光体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（図６参照）。
【００７９】
なお本発明において、該波長変換ファイバ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の直径（ｄ）は、ファイバの断面が円でない場合には、該波長変換ファイバの等断面積円相当径を、波長変換ファイバの直径と見做す。
【００８０】
また波長変換ファイバ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、本発明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。
【００８１】
本発明においては、前記説明した効果によって、波長変換ファイバ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。該適切な使用量は、波長変換ファイバの体軸に垂直な断面における樹脂組成物部位の断面積に対する波長変換ファイバの断面積の比によって規定することができる。樹脂組成物部位から出射した光を効率よく樹脂組成物部位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。
【００８２】
前記のように本発明の中性子シンチレーターに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。即ち、中性子の入射によって樹脂組成物から発せられた光は、波長変換ファイバを介して光検出器へ導かれる。光検出器に到達した光は、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、マイクロＰＭＴ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。
【００８３】
なお、波長変換ファイバにおいて、光検出器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で生じた光を効率よく光検出器に入射できる。  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波長変換ファイバ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。
【００８４】
本発明においては前記中性子シンチレーターを複数配列した中性子検出ユニット及び、該中性子検出ユニットに光検出器を組み合わせた中性子検出器も提供できる。
【００８５】
一例として、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を複数配列した中性子検出ユニットを用いれば、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。
【００８６】
また、中性子検出ユニット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。
【００８７】
さらに中性子検出ユニットを構成する中性子シンチレーターそれぞれに、複数の光検出器を組み合わせることにより位置分解能を持った中性子検出器を作製することも可能である。
【００８８】
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。本発明におけるシンチレーターを構成する樹脂組成物に、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）をさらに混合することも可能である。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
かかる有機蛍光体を具体的に例示すれば、２，５−Ｄｉｐｈｅｎｉｌｏｘａｚｏｌｅ、１，４−Ｂｉｓ（５−ｐｈｅｎｙｌ−２−ｏｘａｚｏｌｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ、１，４−Ｂｉｓ（２−ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ、アントラセン、スチルベン及びナフタレン、ならびにこれらの誘導体等の有機蛍光体が挙げられる。かかる有機蛍光体は、一般に前記無機蛍光体粒子に比較して蛍光寿命が短いため、蛍光寿命の差異を利用してｎ／γ弁別能を向上させるために好適に用いることができる。
【０１０４】
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。
【実施例】
【０１０５】
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。
【０１０６】
実施例１
本実施例では、Ｅｕを０．０２ｍｏｌ％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。
【０１０７】
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、９．１ａｔｏｍ／ｎｍ３である。
【０１０８】
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。
【０１０９】
Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子の製造に際し、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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶、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、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１．４１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はともに１．０１であった。
【０１１３】
前記Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子０．４５ｇ、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０．６７ｇ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。次いで０．３７ｇの該混合物を、予め波長変換ファイバが１本挿入された５ｍｍ×５ｍｍ×５０ｍｍのアルミ製型枠に注入し、１時間静置して無機蛍光体粒子を沈降させた後、１００℃  で２時間加熱して樹脂前駆体を硬化せしめた。該操作を合計５回繰り返した後、アルミ型枠から波長変換ファイバが内包された樹脂組成物をとり出した（図７参照）。なお、波長変換ファイバの対軸方向が樹脂組成物の長編方向に一致している。該樹脂組成物は透明体であった。該樹脂組成物の外周を未焼成のポリテトラフロロエチレンのシートからなる反射材で覆い、本発明の中性子シンチレーターを得た。
【０１１４】
作製した中性子シンチレーターの波長変換ファイバの体軸に垂直な断面における樹脂組成物部位の断面積に対する波長変換ファイバの断面積の比は０．０３１４であった。また、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物の外壁面の距離の比は、２．５〜３．５である。
波長変換ファイバとしては断面の直径が１ｍｍである株式会社クラレ製Ｂ−１を用いた。該波長変換ファイバは、有機蛍光体を含有せしめたポリスチレンをコア材とし、その外周にクラッド材としてポリメチルメタクリレートを設けたものであり、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子の発光波長である、３７０ｎｍにおいて吸収を有する。該コア材及びクラッド材の３７０ｎｍにおける屈折率は、それぞれ１．６４及び１．５１であった。
【０１１５】
中性子検出ユニットの波長変換ファイバの端面を鏡面研磨して光出射面とした。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  Ｒ７６００Ｕ）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。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。
【０１１６】
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Ｃｆ−２５２からの中性子を高密度ポリエチレンで減速して中性子検出器に照射した。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
得られた波高分布スペクトルを図８に示す。図８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。明瞭な中性子ピークが確認できた。また、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値が、中性子ピークの波高値と同等の大きさに達する事象がわずかに見られるが、γ線による中性子線の計数誤差は軽微であり、容易に中性子線とγ線を弁別できることがわかる。
【０１２０】
実施例２
実施例１と同様にして作製したサンプル５個を実施例１に対して中性子の有感面積が約５倍となるように配列し、それ以外は実施例１と同様に波高分布測定を行った。
【０１２１】
得られた波高分布スペクトルを図９に示す。図９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。明瞭な中性子ピークが確認できた。また、γ線の入射によって生じる電気信号の波高値が、中性子ピークの波高値と同等の大きさに達する事象がわずかに見られるが、γ線による中性子線の計数誤差は軽微であり、容易に中性子線とγ線を弁別できることがわかる。また、実施例１に比べて約５倍の中性子による発光をカウントした。
【０１２２】
比較例１
ＬｉＣａＡｌＦ６結晶からなる無機蛍光体粒子２．２５ｇ、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３．３５ｇ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。次いで１．８５ｇの該混合物を、予め波長変換ファイバが５本挿入された２５ｍｍ×５ｍｍ×５０ｍｍのアルミ製型枠に注入し、
１時間静置して無機蛍光体粒子を沈降させた後、１００℃  で２時間加熱して樹脂前駆体を硬化せしめた。該操作を合計５回繰り返した後、アルミ型枠から波長変換ファイバが内包された樹脂組成物をとり出した（図１０参照）。なお、波長変換ファイバの対軸方向が樹脂組成物の長編方向に一致している。該樹脂組成物は透明体であった。該樹脂組成物の外周を未焼成のポリテトラフロロエチレンのシートからなる反射材で覆い中性子シンチレーターを得た。作製した中性子シンチレーターの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物の外壁面の距離の比は、２．５〜２２．６３である。
【０１２３】
実施例１と同様にして測定した波高分布スペクトルを図１１に示す。図１１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。γ線の入射によって生じる電気信号の波高値が、中性子ピークの波高値と同等の大きさに達する事象が見られ、γ線による中性子線の計数誤差が大きくなる問題がある。実施例と１と実施例２は比較例１と比べてｎ／γ弁別が良い。
【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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