助成番号
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

共晶体ファイバー構造を応用した、サブマイクロ分解能中性子線カメラの開発

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Development of sub-micron special resolution neutron camera using eutectic fiberstructure

研究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）カマダ名）ケイ

研究期間 Ｂ２０

漢字 ＣＢ

鎌田圭

報告年度 ＹR

２０１４年

Kei

研究機関名

東北大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Kamada

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名～ ２０年

東北大学未来科学技術共同研究センター・准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)【緒言】
中性子検出器には、主に 3Heガスシンチレーション比例計数管が用いられている。しかし、近年の 3Heの供給不足を受け 3Heを必要としない中性子検出器の開発が急務となっている。中性子の検出は、熱中性子との反応断面積の大きい 3He、6Li、10B、157Gd 等の元素が利用され、熱中性子から発光中心へのエネルギーの伝達によるシンチレーションを計測することにより行われる。現在、熱中性子に対して高い発光量を示す LiCaAlF6(LICAF)等の Li 含有固体シンチレータの利用が有望であることが報告されている。また、二元系共晶体は、一方の相の体積比が 30％以下の際にロッド状構造をとなることが知られている。二つの相に大きな屈折率差が存在するとき、シンチレーション光が屈折率の高い相の内部を全反射し、高い空間分解能につながることが報告されている。本研究では、Li リッチかつ柱状構造を有する共晶体を利用した中性子イメージングの高解像度化に向けて、２元系共晶体 LiF/LiGdF4 、Li3AlF6/Eu:CaF2 および３元系共晶体 LiF/CaF2/LiBaF3 シンチレータの育成を行い、共晶体構造の観察およびシンチレータ特性の評価を行った。
【結晶育成】
共晶体として、ロッド状構造をとる各共晶体をマイクロ引き下げ法により育成した。純度 99.99％の各粉末を原料として用い、共晶点での育成を行った。Ar/CF4 混合ガス雰囲気下（Ar：CF4 = 9：1）、白金線をシードとして、引き下げ速度を 0.05-1.50 mm/min とした。試料は光学、シンチレータ特性、結晶構造について分析、評価を行った。
【結果・考察】LiF/LiGdF4 共晶体ではマトリックス光導波型共晶体構造は得られたものの、シンチレーション光を検出できなかった。Li3AlF6/Eu:CaF2 共晶体では、CaF2 相がロッド相となる共晶体構造が得られ、発光波長４２０nm において既存のLi ガラスシンチレータと同程度の 6000photon/MeV の発光量が得られた。しかしながら、Li3AlF6 相育における融点下での一次相転移成のため、光導波型構造は得られなかった。一方、３元系共晶体である LiF/CaF2/LiBaF3 に共晶体作製を行ったところ、３－５μm 径のCaF2 ロッド相が LiF、LiBaF3 相に囲まれた規則構造が得られ、光導波型共晶体構造となっていることを確認した。さらに、発光波長４２０nm において既存の Li ガラスシンチレータを上回る 6000photon/MeV の発光量を確認した。以上の光導波型３元系共晶体シンチレータに関する研究成果は、世界に先駆け論文化している。本研究開発により、中性子イメージングに向けた、光導波型共晶体の開発い成功した。今後、得られた共晶体を用いて中性子イメージングに関する評価、発光特性等について検討する計画である。

キーワード ＦＡeutectic

Scintillator

Micro-pulling down

（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）

雑誌

論 文 標 題 Ｇ Growth and Luminescence Properties of Ce and Ca co-doped LiGdF4-LiF Eutectic
Scintillator”
ＢHishinuma Kosuke,
Kei Kamada,Shunsuke Kurosawa,
雑誌名 Ｇ
著者名 ＧＡ Shotaro Suzuki,
Key Engineering Materials
ＣAkihiro Yamaji,
Yuui Yokota, Akira
Yoshikawa
発行年 Ｇ ２０１４Ｅ
論 文 標 題 Ｇ LiF/CaF2/LiBaF3 ternary fluoride eutectic scintillator
Ｂ
ページ ＧＦ

９６～１０３

著者名 ＧＡ

K. Hishinuma, K.
Kamada,S.
Kurosawa,
A.kihiro Yamaji Y.
Ohashi,,Y.
Yokota,A.
Yoshikawa

ページ ＧＦ

04DH04～04DH07

雑誌

巻号 ＧＤ

６１６

巻号 ＧＤ

54

雑誌名 Ｇ
Jpn. J. Appl. Phys.
Ｃ

発行年 Ｇ ２Ｅ０１５

論文標題ＧＢ雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

欧文概要 ＥＺ
Up to now, most of the thermal neutron detectors are the 3He gas counters with high thermal neutron crosssection and low background gamma-ray sensitivity. However, the recent demand for 3He gas highly exceeds its
supply because an use of neutron detectors for national security and oil logging applications increased. The
research-and-development efforts in alternative neutron detection technology have been done. This huge discrepancy
between the demand and supply motivates us to develop novel thermal neutron scintillators which would replace thecontemporary 3He based systems. As a candidate for novel neutron detectors, 6Li containing scintillators such Eu orCe doped LiCaAlF6 single crystals has been attractive because of its high absorption cross section for neutron andlower sensitivity for gamma-ray. However Li content is limited by the chemical formula in single crystals and can’t
be increased.
In this study, Li containing binary eutectics of LiF/LiGdF4 and Li3AlF6/Eu:CaF2, and ternary eutectic ofLiF/CaF2/LiBaF3 doped with Eu were explored. These eutectics were prepared by the μ-PD method. The rod-shaped
sample with a length of 50-100mm and a diameter of 2 mm was prepared. The light yield of Eu doped CaF2/Li3AlF6and LiF/CaF2/LiBaF3 eutectics were around 10000 and 7000 ph/n, respectively. The important advantage of
eutectic scintillators is higher Li content than that of conventional neutron scintillators like Li-glass, Eu:LiI,LiFIZnS. The interest in this study is not only to increase Li content but also the possible design for high resolution
neutron imager using the directionally solidified eutectic (DSE) system coupled with high resolution photo detectors.
In addition, here we propose submicron-diameter phase-separated scintillator fibers (PSSFs) with both the propertiesof an optical fiber and a capability of neutron-to-light conversion. The PSSFs were fabricated as a DSE system. In
the ternary eutectic of LiF/CaF2/LiBaF3 doped with Eu, luminecent fiber phases of Eu:CaF2 formed as matrix phaseof LiF and LiBaF3 phase formed fiber phase in DSE system and optical fiber like structure was obtained. Usingternary eutectic of LiF/CaF2/LiBaF3, higher position resolution can be expected.

- 2 -