JP 4415095 B2 2010.2.17(57)【 特 許 請 求 の 範 囲 】【請求項１】
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体と、当該ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体の背後に配置された、放出されるガンマ線の蛍光量が少ない波長域である３８０〜４２０ｎｍの波長を通す光学フィルタと、当該光学フィルタの背後に配置された光電子増倍管と、を具備し、ガンマ線により発生する蛍光量を低減して粒子線による蛍光を検出する粒子線検出器。
【請求項２】
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体に中性子コンバータとして６ Ｌｉ又は１ ０ Ｂを混合した中性10子検出用シンチレータと、当該中性子検出用シンチレータの背後に配置された、放出されるガンマ線の蛍光量が少ない波長域である３８０〜４２０ｎｍの波長を通す光学フィルタと、当該光学フィルタの背後に配置された光電子増倍管と、を具備し、ガンマ線により発生する蛍光量を低減して中性子による蛍光を検出する中性子検出器。
【請求項３】
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体と、当該ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体の背後に配置された３５０〜４５０ｎｍの短波長を通す短波長光学フィルタ及び４４０ｎｍ以上の長波長を通す長波長光学フィルタと、

20

(2)

JP 4415095 B2 2010.2.17

当該短波長光学フィルタの背後に配置された短波長域光電子増倍管と、当該長波長光学フィルタの背後に配置された長波長域光電子増倍管と、当該短波長域光電子増倍管から出力された短波長側の信号と、当該長波長域光電子増倍管から出力された長波長側の信号との比を求める割り算回路と、当該割り算回路で得られる比により粒子線とガンマ線とを弁別する粒子線用波高弁別回路及びガンマ線用波高弁別回路と、粒子線用計数装置及びガンマ線用計数装置と、を具備する、ガンマ線又は電子線を同時に弁別して計測する粒子線検出器。
【発明の詳細な説明】【技術分野】

10【０００１】
本発明は、ＺｎＳ蛍光体を用いた粒子線検出器及び中性子検出器において、その計数特性を改善することに関する。
【従来技術】【０００２】
従来、アルファ線などの粒子線検出器、あるいは中性子コンバータである6 Ｌｉあるいは1 0 Ｂを介し放出される粒子線を検出することにより中性子を検出する中性子検出器には、粒子線に対する蛍光量が非常に大きく、かつ蛍光寿命のうち短い蛍光寿命の成分が２００から３００ｎｓと短いことから、ＺｎＳ蛍光体が主に使用されてきた。
【０００３】

20

しかし、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命には、図１２に示すようにアフターグローと呼ばれている遅い蛍光寿命成分が含まれている。このため、平均の蛍光寿命は７０から１００μｓといわれている。この遅い蛍光寿命成分が原因となり、高い計数率の粒子線あるいは中性子が入射するとパイルアップ現象を起こし、正確に計数率を測定することが困難になるという欠点があった（非特許文献１）。
【非特許文献１】放射線ハンドブック第２版【発明の開示】【発明が解決しようとする課題】【０００４】
大強度陽子加速器を用いた大強度パルス中性子源が最近使用されるようになり、パルス中30性子の強度および発生する中性子エネルギー範囲が広がるにつれ、高計数率に対応し、検出器を飽和させることなく、かつ簡便に中性子の検出及び２次元中性子イメージが可能な検出器の開発が不可欠である。また、同じく加速器あるいは原子炉を用いた実験においても、粒子線の高計数率測定が不可欠である。また、これらの中性子あるいは粒子線を測定する場合、ガンマ線バックグラウンドの影響を軽減した検出も同時に不可欠である。
さらに、ダークマター（暗黒物質）あるいは宇宙線観測には、ガンマ線バックグラウンドをできる限り減らした粒子線検出が不可欠である。
【課題を解決するための手段】【０００５】
本発明においては、ＺｎＳ：ＡｇあるいはＺｎＳ：ＣｕなどのＺｎＳ蛍光体が、粒子線40に対する蛍光量が非常に大きく検出を容易に行うことが可能であることをそのまま利用し、新しく見つけ出した波長が短い波長領域の蛍光寿命が短い現象を利用して計数特性を改善し、粒子線あるいは中性子の高計数率測定を実現する。
また、ガンマ線あるいは電子線の弁別には、新しく見つけ出したＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体から放出される蛍光のうち、波長が短い波長領域の蛍光量が、粒子線の蛍光量に比較し、ガンマ線あるいは電子線の蛍光量が少なくなる現象を利用する。
[実 施 例 ]【０００６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】50

(3)JP 4415095 B2 2010.2.17【０００７】
実施例１として、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体を用いた粒子線検出器について、図１を参照して述べる。
図１は、粒子線検出用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを用い、その背後に光学フィルタとして４５０ｎｍ付近から短波長を通すＢ３７０配置し、その背後に光電子増倍管を配置した構造の粒子線検出器の実施例である。
まず、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌの蛍光寿命の波長依存性を図２に示す回路により測定した。粒子線線源として５．４ＭｅＶのアルファ線を放出するＡＭ−２４１線源を用いた。ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体は有機系接着剤と混合しガラス板に塗布している。塗布量は５ｍｇ／ｃｍ2 である。その後、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌから放出される蛍光を波長通過特性の異なる10光学フィルタを用いて選別し光電子増倍管（浜松ホトニクス：Ｒ６４７Ｐ）を用いて検出し、信号波形をデジタルオシロスコープで測定した。測定した信号波形を解析し蛍光寿命を求めた結果を表１示す。蛍光寿命を求める際の蛍光寿命解析領域としては０．８μｓを用いた。蛍光の短い波長領域が、短い蛍光寿命を示す事が確認できた。
【０００８】【表１】

20【０００９】
本実施例のように、光学フィルタとして４５０ｎｍ付近から短波長を通すＢ３７０を用い蛍光量をあまり減らすことなく蛍光寿命の短縮を図った場合、図３に示す信号波形のように、光学フィルタを用いない場合の蛍光寿命３６２ｎｓに比較し、１７６ｎｓと改善され30ることがわかった。ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ蛍光体についても同様の実験を行い、光学フィルタを用いない場合の蛍光寿命４２１ｎｓに比較し、２９２ｎｓと改善されることを確認した。
【実施例２】【００１０】
実施例２として、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体に、中性子コンバータとして、6 ＬｉＦを混合した中性子検出用シンチレータを用い、このシンチレータから放出される蛍光のうち、波長が短い波長領域の蛍光寿命が短いことを利用して計数特性を改善した中性子検出器について、図４を参照して述べる。
図４は、中性子検出用シンチレータとしてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌと中性子コンバータとし、640ＬｉＦを用いその背後に光学フィルタとして４５０ｎｍ付近から短波長を通すＢ３７０を配置し、その背後に光電子増倍管（浜松ホトニクス：Ｒ６４７Ｐ）を配置した構造の粒子線検出器の実施例である。
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌの蛍光寿命の波長依存性は図２に示すとおりである。中性子検出用シンチレータとしては、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを６０ｍｇ／ｃｍ2 、中性子コンバータである6ＬｉＦについては１５ｍｇ／ｃｍ2 を有機系接着剤と混合しアルミニウム板に塗布して製作した。中性子検出用シンチレータ装着後、中性子源としてＡｍ−Ｌｉ線源を用いて熱中性子を検出器に照射した。ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌから放出される蛍光の信号波形はデジタルオシロスコープで測定した。本実施例のように、光学フィルタとして４５０ｎｍ付近から短波長を通すＢ３７０を用い蛍光量をあまり減らすことなく蛍光寿命の短縮を図った場合

50

(4)

JP 4415095 B2 2010.2.17、図５に示す信号波形のように、光学フィルタを用いない場合の蛍光寿命３９１ｎｓに比較し、２３８ｎｓと改善されることがわかった。蛍光寿命を求める際の蛍光寿命解析領域としては０．８μｓを用いた。
【実施例３】【００１１】
実施例３として、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体を用い、ガンマ線を弁別して粒子線を検出する粒子線検出器について、図６を参照して述べる。
図６は、粒子線検出用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを用い、その背後に光学フィルタとして４２０ｎｍ付近から短波長を通すＦＶ０２６（フィルター番号）を配置し、その背後に光電子増倍管を配置した構造のガンマ線を弁別することを可能とした粒子線検出器の構成図10である。
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体について、アルファ線とガンマ線を用いて蛍光波長スペクトルが変化することを確認する実験を行った。アルファ線としては、Ａｍ−２４１線源から放出される５．４ＭｅＶのアルファ線を用い、ガンマ線としてＡｍ−２４１線源から放出される６０ｋｅＶのガンマ線を薄い板を線源の表面に置きアルファ線の影響を取り除いてから用いた。実験結果を図７に示す。エネルギーによる差をとり除くため規格化してプロットしている。この結果より、放出される蛍光のうち、波長が短い波長領域の蛍光量が、粒子線の蛍光量に比較し、ガンマ線の蛍光量が少なくなることが確認できた。特に、４２０ｎｍ以下で差が大きくなることが確認できたことから。このため、本実施例では、上記に述べた光学フィルタとしてＦＶ０２６を用いた。このような構成とすることによりガンマ20線を弁別した粒子線検出が可能となる。
【実施例４】【００１２】
実施例４として、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体に、中性子コンバータとして、6 ＬｉＦを混合した中性子検出用シンチレータを用い、ガンマ線を弁別して中性子を検出する中性子検出器について、図８を参照して述べる。
中性子用シンチレータとしてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体に、中性子コンバータとして、6ＬｉＦを混合したシンチレータを用いた。透過度を良くする必要があるため、本実施例ではＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを２０ｍｇ／ｃｍ2 、中性子コンバータである6 ＬｉＦについては５ｍｇ／ｃｍ2 を有機系接着剤と混合しアルミニウム板に塗布して製作した。本実施例では

30、光学フィルタとして、４２０ｎｍ以下で差が大きくなることが確認できたことからＦＶ０２６を用いた。このような構成とすることによりガンマ線を弁別した中性子検出が可能となる。
【実施例５】【００１３】
実施例５として、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体から放出される蛍光のうち、波長が短い波長領域と長い領域の蛍光をそれぞれ検出し、ガンマ線あるいは電子線も同時に弁別し計数可能とすることを特長とした粒子線検出器について図９を参照して述べる。
図９は、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体の背後に蛍光を拡散し２カ所から蛍光を検出するために光拡散ブロックを用いた例である。片方は、短波長側を検出するため光学フィルタとし40て４５０ｎｍ付近から短波長を通すＢ３７０を用い、もう一方は光学フィルタとして４４０ｎｍ付近から長波長を通すＹ４４０を用いる。光学フィルタの後に配置した２つの光電子増倍管（浜松ホトニクス：Ｒ６４７Ｐ）から出力された短波長側の信号と長波長側の信号との比を割り算回路で求め、求めた結果の信号を波高弁別回路を通すことにより、比が大きい場合には粒子線であり、比が小さい場合にはガンマ線であることを利用してガンマ線と粒子線を弁別して計数することができる。
【実施例６】【００１４】
実施例６として、蛍光波長領域の選択のために、波長シフトファイバを用いることを特長とした粒子線検出器について図１０を参照して述べる。

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(5)

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図１０は、粒子線検出用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを用い、その背後に３８０ｎｍから４２０ｎｍにかけて吸収波長帯を持つ米国Ｂｉｃｒｏｎ社製特注波長シフトファイバＢＣＦ−９９−３３を配置した粒子検出器の例である。図１１に示すようにＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌの蛍光スペクトルの短波長領域と、特注の波長シフトファイバＢＣＦ−９９−３３の吸収スペクトル領域が良く一致するため、ガンマ線の影響を少なくした粒子検出器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】【００１５】【図１】粒子線検出用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを用いその背後に光学フィルタとして４５０ｎｍ付近から短波長を通すＢ３７０を配置し、その背後に光電子増倍管を配置した構10造の粒子線検出器を示す図である。
【図２】ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌの蛍光寿命の波長依存性を測定する回路の図である。
【図３】粒子線検出用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを用い光学フィルタとしてＢ３７０を用いた場合と用いない場合の光電子増倍管から出力された粒子線に対する信号波形の比較図である。
【図４】ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体に、中性子コンバータとして、6 ＬｉＦを混合した中性子検出用シンチレータを用い、光学フィルタとして４５０ｎｍ付近から短波長を通すＢ３７０を配置し、その背後に光電子増倍管を配置した構造の中性子検出器を示す図である。
【図５】中性子検出用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを用い、光学フィルタとしてＢ３７０を20用いた場合と用いない場合の光電子増倍管から出力された中性子に対する信号波形の比較
図である。
【図６】粒子線検出用としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌを用い、その背後に光学フィルタを配置し、その背後に光電子増倍管を配置した構造のガンマ線を弁別した粒子線検出器の構成を示す図である。
【図７】ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体のアルファ線とガンマ線に対する蛍光波長スペクトルの比較を示す図である。
【図８】ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体に、中性子コンバータとして、6 ＬｉＦを混合した中性子検出用シンチレータを用い、ガンマ線を弁別して中性子を検出する中性子検出器の構成を示す図である。
【図９】ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体から放出される蛍光のうち、波長が短い波長領域と長い領域の蛍光をそれぞれ検出し、ガンマ線も同時に弁別し計数可能とした粒子線検出器の構成を示す図である。
【図１０】蛍光波長領域の選択のために、波長シフトファイバを用いることを特長とした粒子線検出器の構成を示す図である。
【図１１】ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体の蛍光スペクトルの短波長領域と、波長シフトファイバＢＣＦ−９９−３３の吸収スペクトル領域の比較を示す図である。
【図１２】従来のＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体のアルファ線に対する信号波形を示す図である。

30

(6)
【図１】

【図３】

【図２】

【図４】

【図５】

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(7)
【図６】

【図８】

【図７】

【図９】

【図１０】

【図１２】

【図１１】

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(8)JP 4415095 B2 2010.2.17

フロントページの続き(74)代理人 100093713
弁理士 神田 藤博(74)代理人 100091063
弁理士 田中 英夫(74)代理人 100102727
弁理士 細川 伸哉(74)代理人 100117813
弁理士 深澤 憲広(74)代理人 100123548弁理士 平山 晃二(72)発明者 片桐 政樹
茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所 東海研究所内審査官 岡▲崎▼ 輝雄(56)参考文献 特開平１０−２７４６７５（ＪＰ，Ａ）
特開平１１−１１８９３３（ＪＰ，Ａ）
特開２００２−３６０５５４（ＪＰ，Ａ）
特開２００２−０８０８４７（ＪＰ，Ａ）
特開２００２−１４１２８０（ＪＰ，Ａ）
特開２００２−００６０５５（ＪＰ，Ａ）
特開２００４−０４５２５０（ＪＰ，Ａ）
特開平５−８７９３５（ＪＰ，Ａ）
特開平６−１２３７７７（ＪＰ，Ａ）
特開２００２−３５０５９７（ＪＰ，Ａ）
特開２００３−２４８０６１（ＪＰ，Ａ）
特開２００５−４３０６２（ＪＰ，Ａ）
特開昭６２−１１０１２４（ＪＰ，Ａ）(58)調査した分野(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｔ

１／２０

Ｃ０９Ｋ

１１／００

Ｃ０９Ｋ

１１／０８

Ｃ０９Ｋ

１１／５６

Ｇ０１Ｔ

３／０６