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JP6900697B2 - Neutron scintillator, neutron detector and neutron detection method - Google Patents
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JP6900697B2 - Neutron scintillator, neutron detector and neutron detection method - Google Patents

Neutron scintillator, neutron detector and neutron detection method Download PDF

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Description

本発明は、中性子シンチレーター、中性子検出器および中性子の検出方法に関するものである。 The present invention relates to a neutron scintillator, a neutron detector and a method for detecting neutrons.

昨今、中性子シンチレーターを用いた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う。中性子シンチレーターは、光電子増倍管等の光検出器を組み合わせることにより、中性子検出器として利用できる。 Recently, the development of a neutron detector using a neutron scintillator is in progress. A neutron scintillator is a substance that fluoresces due to the action of neutrons when they are incident. The neutron scintillator can be used as a neutron detector by combining it with a photodetector such as a photomultiplier tube.

中性子シンチレーターを用いた中性子検出器は、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弁別能が低いという問題があった。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。 A neutron detector using a neutron scintillator has an advantage of high detection efficiency for neutrons, but has a problem that it is also sensitive to γ-rays and has a low n / γ discrimination ability. The neutron detection efficiency is the ratio of the number of neutrons counted by the detector to the number of neutrons incident on the detector. When the detection efficiency is low, the absolute number of neutrons to be measured decreases, and the measurement accuracy Decreases. In addition to existing as natural radiation, γ-rays are also generated when neutrons hit the components of the detection system for detecting neutrons or the object to be inspected, so the n / γ discrimination ability is low. If γ-rays are counted as neutrons, the neutron counting accuracy will decrease.

特許文献1には、波長変換ファイバを樹脂組成部に内包せしめ、且つ、波長変換ファイバを樹脂組成部の外壁面に対して特定の位置に配置することにより、n/γ弁別能を高めた中性子シンチレーターが開示されている。 In Patent Document 1, the wavelength conversion fiber is included in the resin composition section, and the wavelength conversion fiber is arranged at a specific position with respect to the outer wall surface of the resin composition section to enhance the n / γ discrimination ability. The scintillator is disclosed.

特開2016−3854号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-3854

福島第一原子力発電所における廃炉作業では、原子炉格納容器内に堆積した燃料デブリの位置等を把握する必要がある。原子炉格納容器の内部空間を調査するに際し、燃料デブリが堆積した原子炉格納容器内には作業員が立ち入ることができないので、遠隔操作可能な調査装置が用いられる。このような調査装置には、中性子シンチレーターが取り付けられ、当該中性子シンチレーターによる中性子の検出結果に基づいて、燃料デブリの位置を把握する。しかしながら、燃料デブリの周囲ではγ線数が中性子数に対して圧倒的に多い(例えば10倍程度)。そこで燃料デブリの位置を正確に把握するためには、n/γ弁別能をさらに向上した中性子シンチレーターの開発が求められている。 In the decommissioning work at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, it is necessary to grasp the position of fuel debris accumulated in the reactor containment vessel. When investigating the internal space of the reactor containment vessel, since workers cannot enter the reactor containment vessel where fuel debris is accumulated, a remote controllable investigation device is used. A neutron scintillator is attached to such a survey device, and the position of fuel debris is grasped based on the detection result of neutrons by the neutron scintillator. However, gamma ray count around the fuel debris predominance against neutrons (e.g. 10 8 times). Therefore, in order to accurately grasp the position of fuel debris, it is required to develop a neutron scintillator with further improved n / γ discrimination ability.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、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シンチレーター、中性子検出器および中性子の検出方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a neutron scintillator, a neutron detector, and a neutron detection method capable of accurately measuring neutrons even in a field where the dose of γ-rays, which is background noise, is high. The purpose is to provide.

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を含んでなる樹脂組成部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターであって、前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第1領域と、前記第1領域より外側に位置する第2領域と、を有し、前記第1領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第2領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低く、前記樹脂組成部は、前記第1領域および前記第2領域における材料が同一であるThe neutron scintillator of the present invention contains a resin composition portion containing inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron 10, and at least a part thereof contained in the resin composition portion. A neutron scintillator comprising the wavelength conversion fiber and the resin composition portion, the first tubular region including the outer periphery of the wavelength conversion fiber and the first region outside the first region. has a second region, wherein the density of the inorganic phosphor particles in the first region, wherein the density from rather low inorganic phosphor particles in the second region, the resin composition part, the first region and the The materials in the second region are the same .

この構成によれば、波長変換ファイバを覆う樹脂組成部に中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体粒子を有する。中性子が中性子捕獲同位体に入射すると二次粒子(α線とトリチウムまたはα線とリチウム7)が飛び出す。また、γ線は物質中の原子の軌道電子を二次電子として弾き出す。中性子の入射に起因する二次粒子は飛程距離が短いため、殆どの二次粒子は、無機蛍光体粒子内でエネルギーを消費し、略一定の波高値の光を生じる。一方で、γ線の入射に起因する二次電子は、飛程距離が長い。無機蛍光体を粒子状とすることにより、二次電子は該無機蛍光体粒子から速やかに逸脱し、無機蛍光体に付与するエネルギーは低下する。すなわち、γ線入射に伴う発光の波高値を小さくすることができる。したがって、中性子の入射に起因する光であることを、波高値により判定することができn/γ弁別能を高めることができる。 According to this configuration, the resin composition portion covering the wavelength conversion fiber has inorganic phosphor particles containing neutron capture isotopes. When neutrons enter the neutron capture isotope, secondary particles (α-rays and tritium or α-rays and lithium-7) are ejected. In addition, gamma rays eject the orbital electrons of atoms in a substance as secondary electrons. Since the secondary particles caused by the incident of neutrons have a short range, most of the secondary particles consume energy in the inorganic phosphor particles and generate light having a substantially constant peak value. On the other hand, secondary electrons caused by the incident of γ-rays have a long range. By making the inorganic phosphor into particles, secondary electrons rapidly deviate from the inorganic phosphor particles, and the energy given to the inorganic phosphor is reduced. That is, it is possible to reduce the peak value of light emission associated with γ-ray incident. Therefore, it can be determined from the peak value that the light is caused by the incident of neutrons, and the n / γ discrimination ability can be enhanced.

また、この構成によれば、波長変換ファイバの近傍(第1領域)の無機蛍光体粒子の密度(すなわち単位体積当たりの含有量)を低くすることで、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子から照射されるγ線に起因する発光を低減できる。波長変換ファイバに到達する光の波高値は、発光する無機蛍光体粒子との距離に依存する。したがって、波長変換ファイバの近傍からの発光を低減することで、γ線に起因して検出される光のうち、波高値が大きい成分を小さくすることができる。上述したように、この中性子シンチレーターは、γ線に起因する光の波高値を小さくし、波高値の差により中性子に起因する光を、γ線に起因する光と区別する。波長変換ファイバの近傍からのγ線に起因する光を低減することで、γ線に起因する光のうち高い波高値を示すものであって、中性子に起因する光の波高値に近い領域の発光を抑制することができ、n/γ弁別能を高めることができる。なお、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子の密度を低くすることで、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子から照射される中性子に起因する光の波高値も低減する。しかしながら、中性子に起因する光の波高値は、特定のピーク値を示す。このため、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子の密度を低くしたことによる影響は、ピーク値より若干波高値が高い領域に及ぶものであって、ピーク値への影響はわずかとなる。したがって、波長変換ファイバの近傍の無機蛍光体粒子の密度を低くした場合であっても、十分な中性子の検出効率を得ることができる。 Further, according to this configuration, by lowering the density (that is, the content per unit volume) of the inorganic phosphor particles in the vicinity of the wavelength conversion fiber (first region), the inorganic phosphor particles in the vicinity of the wavelength conversion fiber It is possible to reduce the light emission caused by the γ-rays emitted from. The peak value of light reaching the wavelength conversion fiber depends on the distance from the emitting inorganic phosphor particles. Therefore, by reducing the light emission from the vicinity of the wavelength conversion fiber, it is possible to reduce the component having a large peak value among the light detected due to the γ-ray. As described above, this neutron scintillator reduces the crest value of light caused by γ-rays and distinguishes light caused by neutrons from light caused by γ-rays by the difference in crest value. By reducing the light caused by γ-rays from the vicinity of the wavelength conversion fiber, it shows a high peak value of the light caused by γ-rays, and emits light in a region close to the peak value of light caused by neutrons. Can be suppressed, and the n / γ discrimination ability can be enhanced. By lowering the density of the inorganic phosphor particles in the vicinity of the wavelength conversion fiber, the peak value of light caused by neutrons emitted from the inorganic phosphor particles in the vicinity of the wavelength conversion fiber is also reduced. However, the peak value of light caused by neutrons shows a specific peak value. Therefore, the effect of lowering the density of the inorganic phosphor particles in the vicinity of the wavelength conversion fiber extends to a region where the peak value is slightly higher than the peak value, and the effect on the peak value is small. Therefore, even when the density of the inorganic phosphor particles in the vicinity of the wavelength conversion fiber is reduced, sufficient neutron detection efficiency can be obtained.

上記の中性子シンチレーターにおいて、前記樹脂組成部の前記第1領域には、前記無機蛍光体粒子が含まれていない構成としてもよい。 In the above neutron scintillator, the first region of the resin composition portion may not contain the inorganic phosphor particles.

この構成によれば、波長変換ファイバの近傍に無機蛍光体粒子を含まれていないことで、上述の効果をより顕著として、n/γ弁別能をさらに高めることができる。 According to this configuration, since the inorganic phosphor particles are not contained in the vicinity of the wavelength conversion fiber, the above-mentioned effect can be made more remarkable and the n / γ discrimination ability can be further enhanced.

上記の中性子シンチレーターにおいて、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部の外壁面の距離の比が1〜10の範囲にある構成としてもよい。 In the above neutron scintillator, the ratio of the distance between the central axis of the wavelength conversion fiber and the outer wall surface of the resin composition portion to the diameter of the wavelength conversion fiber may be in the range of 1 to 10.

上記の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の範囲にある構成としてもよい。 In the above neutron scintillator, the ratio of the refractive index of the inorganic phosphor particles to the refractive index of the resin may be in the range of 0.95 to 1.05 at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles.

この構成によれば、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、樹脂組成部の透明性を高めることができる。結果として、無機蛍光体粒子の発光を高効率で検出することが可能となり、中性子の検出効率を高めることができる。 According to this configuration, by setting the ratio of the refractive indexes of the transparent resin to such a range, it is possible to suppress light scattering at the interface between the inorganic phosphor particles and the resin, and to improve the transparency of the resin composition portion. Can be done. As a result, it becomes possible to detect the light emission of the inorganic phosphor particles with high efficiency, and the neutron detection efficiency can be improved.

上記の中性子シンチレーターにおいて、上記の中性子シンチレーターと、光検出器と、を具備する、中性子検出器。 A neutron detector comprising the above-mentioned neutron scintillator and a photodetector in the above-mentioned neutron scintillator.

この構成によれば、n/γ弁別能の高い中性子検出器を提供できる。 According to this configuration, it is possible to provide a neutron detector having a high n / γ discrimination ability.

また、本発明の一実施態様としての中性子検出器は、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部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、中性子線の有無を判定する判定部を具備し、前記判定部は、前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、4.8MeV近傍又は2.3MeV近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定し、前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第1領域と、前記第1領域より外側に位置する第2領域と、を有し、前記第1領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第2領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低く、前記樹脂組成部は、前記第1領域および前記第2領域における材料が同一であるFurther, the neutron detector as one embodiment of the present invention includes a resin composition portion containing inorganic phosphor particles containing neutron capture isotopes, and a wavelength conversion fiber in which at least a part thereof is contained in the resin composition portion. A neutron scintillator having the above-mentioned components, a light detector for detecting light emitted from the neutron scintillator, and a determination unit for determining the presence or absence of neutron rays are provided. The logarithm of the detection frequency with respect to the peak value of the detected light is approximated to a linear function, and when the detection frequency of the peak value near 4.8 MeV or 2.3 MeV deviates from the linear function, the presence of a neutron beam is detected. Judging , the resin composition portion has a tubular first region including the outer periphery of the wavelength conversion fiber and a second region located outside the first region, and the resin composition portion in the first region. The density of the inorganic scintillator particles is lower than the density of the inorganic scintillator particles in the second region, and the resin composition portion is made of the same material in the first region and the second region .

この構成によれば、検出結果を基に近似した一次関数から乖離した場合に、容易に中性子の存在を判定することができる中性子検出器を提供できる。 According to this configuration, it is possible to provide a neutron detector capable of easily determining the presence of neutrons when it deviates from a linear function approximated based on the detection result.

また、本発明の一実施態様としての中性子の検出方法は、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部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、を用いて、前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、4.8MeV近傍又は2.3MeV近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定し、前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第1領域と、前記第1領域より外側に位置する第2領域と、を有し、前記第1領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第2領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低く、前記樹脂組成部は、前記第1領域および前記第2領域における材料が同一である
Further, the method for detecting neutrons as one embodiment of the present invention includes a resin composition portion containing inorganic phosphor particles containing neutron capture isotopes and a wavelength conversion in which at least a part thereof is contained in the resin composition portion. Using a neutron scintillator having a fiber as a component and a light detector for detecting the light emitted from the neutron scintillator, the logarithm of the detection frequency with respect to the peak value of the light detected by the light detector. Is approximated to a linear function, and when the detection frequency of the peak value near 4.8 MeV or 2.3 MeV deviates from the linear function, the presence of neutron rays is determined, and the resin composition section determines the presence of the wavelength conversion fiber. It has a tubular first region that includes the outer periphery of the surface and a second region that is located outside the first region, and the density of the inorganic phosphor particles in the first region is in the second region. The material of the resin composition portion is the same as that of the first region and the second region, which is lower than the density of the inorganic phosphor particles .

この構成によれば、検出結果を基に近似した一次関数から乖離した場合に、容易に中性子の存在を判定することができる。 According to this configuration, the presence of neutrons can be easily determined when the linear function approximated based on the detection result deviates.

本発明によれば、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シンチレーター、中性子検出器および中性子の検出方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a neutron scintillator, a neutron detector, and a neutron detection method capable of accurately measuring neutrons even in a field where the dose of γ-rays that becomes background noise is high.

一実施形態の中性子シンチレーターの断面模式図である。It is sectional drawing of the neutron scintillator of one Embodiment. 一実施形態の中性子シンチレーターの縦断面模式図あり、あわせて中性子シンチレーターを含む中性子検出器の概略構造を示す。There is a schematic vertical cross-sectional view of the neutron scintillator of one embodiment, and the schematic structure of the neutron detector including the neutron scintillator is also shown. 無機蛍光体粒子が均一に分散する樹脂組成部を有する中性子シンチレーターに、γ線および中性子nをそれぞれ照射した場合の、検出結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the detection result at the time of irradiating the neutron scintillator which has the resin composition part in which the inorganic phosphor particles are uniformly dispersed with γ-rays and neutron n, respectively. 一実施形態の中性子検出器における検出結果を模式化したグラフである。It is a graph which simplifies the detection result in the neutron detector of one embodiment. 変形例の中性子検出器を示す概略図である。It is the schematic which shows the neutron detector of the modification. 実施例においてモデル化した中性子シンチレーターの横断面図である。It is a cross-sectional view of the neutron scintillator modeled in an Example. 実施例のモデルにおいて、中性子の入射に起因して、波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。In the model of the Example, it is a graph which plotted the number of photons incident on a wavelength conversion fiber due to the incident of a neutron, and the number of occurrences of this event. 実施例のモデルにおいて、中性子の入射に起因して、波長変換ファイバから離れた位置の無機蛍光体粒子から照射され波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。In the model of the example, a graph plotting the number of photons irradiated from the inorganic phosphor particles located away from the wavelength conversion fiber due to the incident of neutrons and incident on the wavelength conversion fiber, and the number of occurrences of this event. Is. 実施例のモデルにおいて、γ線の入射に起因して、波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。In the model of the Example, it is a graph which plotted the number of photons incident on a wavelength conversion fiber due to the incident of γ-rays, and the number of occurrences of this event. 実施例のモデルにおいて、γ線の入射に起因して、波長変換ファイバから離れた位置の無機蛍光体粒子から照射され波長変換ファイバに入射する光子数と、この事象の発生回数と、をプロットしたグラフである。In the model of the example, the number of photons irradiated from the inorganic phosphor particles located away from the wavelength conversion fiber due to the incident of γ-rays and incident on the wavelength conversion fiber and the number of occurrences of this event are plotted. It is a graph. 図7および図9を重ね合わせたグラフであって、事象発生回数として対数を取ったグラフである。It is a graph in which FIGS. 7 and 9 are superimposed, and is a graph in which a logarithm is taken as the number of event occurrences. 図8および図10を重ね合わせたグラフであって、事象発生回数として対数を取ったグラフである。It is a graph in which FIGS. 8 and 10 are superimposed, and is a graph in which a logarithm is taken as the number of event occurrences. 図7および図9を重ね合わせて部分的に拡大したグラフである。7 is a partially enlarged graph in which FIGS. 7 and 9 are superimposed. 図8および図10を重ね合わせて部分的に拡大したグラフである。8 is a partially enlarged graph in which FIGS. 8 and 10 are superimposed.

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings used in the following description, in order to make the features easier to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios of each component may not be the same as the actual ones. Absent.

図1は、本実施形態の中性子シンチレーター1の断面模式図である。また、図2は、中性子シンチレーター1の縦断面模式図である。なお、図2においては、中性子シンチレーター1を含む中性子検出器2の概略構造を合わせて示す。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the neutron scintillator 1 of the present embodiment. Further, FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of the neutron scintillator 1. Note that FIG. 2 also shows the schematic structure of the neutron detector 2 including the neutron scintillator 1.

中性子シンチレーター1は、樹脂組成部30と、樹脂組成部30に内包された波長変換ファイバ20と、樹脂組成部30の外周を囲む反射材35と、を構成要素とする。また、樹脂組成部30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31と、樹脂部32とを構成要素とする。 The neutron scintillator 1 includes a resin composition unit 30, a wavelength conversion fiber 20 included in the resin composition unit 30, and a reflector 35 surrounding the outer periphery of the resin composition unit 30. Further, the resin composition unit 30 includes an inorganic phosphor particle 31 containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron-10, and a resin unit 32 as constituent elements.

図2に示す中性子検出器2は、中性子シンチレーター1と、中性子シンチレーター1の波長変換ファイバ20と接続された光検出器3と、光検出器3と接続された判定部4と、を具備する。中性子検出器2は、中性子が無機蛍光体粒子31に入射することで生じた光を、波長変換ファイバ20に入射させ、さらに光検出器3で検出することにより、中性子の存在を判定する。 The neutron detector 2 shown in FIG. 2 includes a neutron scintillator 1, a photodetector 3 connected to the wavelength conversion fiber 20 of the neutron scintillator 1, and a determination unit 4 connected to the photodetector 3. The neutron detector 2 determines the presence of neutrons by incident the light generated by the neutrons incident on the inorganic phosphor particles 31 onto the wavelength conversion fiber 20 and further detecting the light by the photodetector 3.

本明細書において、「内包」とは、波長変換ファイバ20の体軸方向に添うファイバ表面が360°樹脂組成部30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部30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部30外に出ている必要があるが、残る一端は樹脂組成部30中に存在していてもよいし、樹脂組成部30から突き出していてもよい。 In the present specification, the “inclusion” means a state in which the fiber surface along the body axis direction of the wavelength conversion fiber 20 is covered with the 360 ° resin composition portion 30. On the other hand, both ends or one end of the end face of the fiber protrudes from the resin composition portion 30. In order to extract the scintillation light, at least one end of the fiber needs to be outside the resin composition part 30, but the remaining end may be present in the resin composition part 30 or protrudes from the resin composition part 30. May be good.

<樹脂部>
樹脂部32は、無機蛍光体粒子31の周囲に設けられ、複数の無機蛍光体粒子31同士の間に介在している。すなわち、樹脂組成部30において、無機蛍光体粒子31は、樹脂部32内に分散している。上述したように、本実施形態の無機蛍光体粒子31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。したがって、単一の無機蛍光体粒子31では中性子検出効率に乏しいため、複数の無機蛍光体粒子31を樹脂部32中に分散せしめることによって、中性子検出効率を高めることができる。
<Resin part>
The resin portion 32 is provided around the inorganic phosphor particles 31 and is interposed between the plurality of inorganic phosphor particles 31. That is, in the resin composition section 30, the inorganic phosphor particles 31 are dispersed in the resin section 32. As described above, the inorganic phosphor particles 31 of the present embodiment are smaller in size than the generally used inorganic phosphor. Therefore, since the single inorganic phosphor particles 31 have poor neutron detection efficiency, the neutron detection efficiency can be improved by dispersing the plurality of inorganic phosphor particles 31 in the resin portion 32.

樹脂部32は、無機蛍光体粒子31から発せられた蛍光を波長変換ファイバ20へ効率よく導くために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31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31の発光波長における屈折率が、無機蛍光体粒子31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31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31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、前記樹脂組成部30の透明性を高めることができる。なお当該屈折率は、本実施形態の中性子シンチレーター1を用いる温度域での屈折率である。例えば、本実施形態の中性子シンチレーター1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。 The resin portion 32 is preferably a transparent resin in order to efficiently guide the fluorescence emitted from the inorganic phosphor particles 31 to the wavelength conversion fiber 20. Specifically, the internal transmittance of the resin at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles 31 is preferably 80% / cm or more, and particularly preferably 90% / cm or more. Specific examples of such resins include silicone resins and fluororesins. Examples thereof include poly (meth) acrylate, polycarbonate, polystyrene, polyvinyltoluene, and polyvinyl alcohol. Further, a plurality of resins may be mixed and used for the purpose of adjusting the refractive index, strength and the like. Further, among the transparent resins, it is preferable to use a transparent resin in which the refractive index of the inorganic phosphor particles 31 at the emission wavelength is close to the refractive index of the inorganic phosphor particles 31. Specifically, the ratio of the refractive index of the transparent resin to the refractive index of the inorganic phosphor particles 31 is preferably 0.95 to 1.05, and most preferably 0.98 to 1.02. By setting the ratio of the refractive indexes of the transparent resin to such a range, it is possible to suppress light scattering at the interface between the inorganic phosphor particles 31 and the resin, and it is possible to enhance the transparency of the resin composition portion 30. The refractive index is the refractive index in the temperature range in which the neutron scintillator 1 of the present embodiment is used. For example, when the neutron scintillator 1 of the present embodiment is used at 100 ° C., the refractive index ratio needs to be determined at 100 ° C.

<無機蛍光体粒子>
無機蛍光体粒子31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31においては、リチウム6またはホウ素10と中性子nとの中性子捕獲反応によって、それぞれα線とトリチウムまたはα線とリチウム7(以下、二次粒子ともいう)が生じ、当該二次粒子によって、無機蛍光体粒子31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31が励起され、蛍光を発する。
<Inorganic phosphor particles>
The inorganic phosphor particles 31 contain at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron-10. In the inorganic phosphor particles 31, the neutron capture reaction of lithium 6 or boron 10 and neutron n produces α-rays and tritium or α-rays and lithium 7 (hereinafter, also referred to as secondary particles), respectively, and the secondary particles. Gives the inorganic phosphor particles 31 an energy of 4.8 MeV or 2.3 MeV. By applying the energy, the inorganic phosphor particles 31 are excited and emit fluorescence.

無機蛍光体粒子31を用いた中性子シンチレーター1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31に付与されるエネルギーが高いため、中性子nを検出した際に発せられる蛍光の強度に優れる。 The neutron scintillator 1 using the inorganic phosphor particles 31 is excellent in neutron detection efficiency because the efficiency of the neutron capture reaction by lithium 6 and boron 10 is high, and is applied to the inorganic phosphor particles 31 after the neutron capture reaction. Since the energy generated is high, the intensity of fluorescence emitted when neutron n is detected is excellent.

本実施形態において、無機蛍光体粒子31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、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を含まないことが好ましい。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二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、二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実施形態において採用されないことが好ましい。 In the present embodiment, the inorganic phosphor particles 31 are particles composed of an inorganic substance containing a neutron capture isotope and emitting fluorescence, and the inorganic substance itself is grasped as one chemical substance. Therefore, the mixture particles obtained by mixing the non-fluorescent particles containing the neutron capture isotope and the phosphor particles not containing the neutron capture isotope are not included. More specifically, for example, it is preferable not to contain mixed particles such as a mixture of non-fluorescent LiF containing a neutron capture isotope and ZnS: Ag, which is a phosphor that does not contain a neutron capture isotope. In such mixture particles, some of the energy of the secondary particles generated by the particles containing the neutron capture isotopes is lost before reaching the fluorescing particles. The energy lost at this time varies depending on the range from the generation point of the secondary particles to the particles that emit fluorescence, and as a result, the fluorescence intensity of the particles that emit fluorescence varies greatly. Therefore, it is preferable that such mixture particles are not adopted in the present embodiment because the desired n / γ discrimination ability cannot be obtained.

本実施形態において、無機蛍光体粒子31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/nm及び0.3atom/nm以上とすることが好ましく、それぞれ6atom/nm及び2atom/nm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31の1nm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n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。 In the present embodiment, the contents of lithium 6 and boron-10 in the inorganic phosphor particles 31 (hereinafter, also referred to as neutron capture isotope contents) shall be 1 atom / nm 3 and 0.3 atom / nm 3 or more, respectively. Is preferable, and 6 atom / nm 3 and 2 atom / nm 3 or more are particularly preferable, respectively. The neutron capture isotope content refers to the number of neutron capture isotopes contained in 1 nm 3 of the inorganic phosphor particles 31. By setting the neutron capture isotope content in the above range, the probability that the incident neutron n causes a neutron capture reaction is increased, and the neutron detection efficiency is improved.

かかる中性子捕獲同位体含有量は、無機蛍光体粒子31の化学組成を選択し、また、無機蛍光体粒子31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(B)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。 For the neutron capture isotope content, the chemical composition of the inorganic phosphor particles 31 is selected, and lithium in lithium fluoride (LiF) or boron oxide (B 2 O 3 ) used as a raw material for the inorganic phosphor particles 31 is used. It can be appropriately adjusted by adjusting the isotope ratio of 6 and boron-10. Here, the isotope ratio is an element ratio of lithium 6 isotope to total lithium element and an element ratio of boron 10 isotope to total boron element, and is about 7.6% and about 7.6%, respectively, for natural lithium and boron, respectively. It is 19.9%.

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、可能な限り高い方が望ましい。 On the other hand, the upper limit of the neutron capture isotope content is not particularly limited, but it is desirable that the content is as high as possible.

なお、無機蛍光体粒子31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31の密度、無機蛍光体粒子31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。 The content of lithium 6 (C Li, P ) and the content of boron 10 (CB , P ) in the inorganic phosphor particles 31 are determined in advance by the density of the inorganic phosphor particles 31 and in the inorganic phosphor particles 31. The mass fraction of lithium and boron and the isotope ratio of lithium 6 and boron 10 in the raw material can be obtained and substituted into the following formulas (1) and (2), respectively.

Li,P=ρ×WLi×RLi/(700−RLi)×A×10−23 (1)
B,P=ρ×W×R/(1100−R)×A×10−23 (2)
(式中、CLi,P及びCB,Pはそれぞれ無機蛍光体粒子31中のリチウム6の含有量及びホウ素10の含有量、ρは中性子シンチレーターの密度[g/cm]、WLi及びWはそれぞれ無機蛍光体粒子31中のリチウム及びホウ素の質量分率[質量%]、RLi及びR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)
C Li, P = ρ × W Li × R Li / (700-R Li ) × A × 10-23 (1)
C B, P = ρ × W B × R B / (1100-R B) × A × 10 -23 (2)
(In the formula, C Li, P and C B, P are the content of lithium 6 and the content of boron 10 in the inorganic phosphor particles 31, respectively, and ρ is the density of the neutron scintillator [g / cm 3 ], W Li and W B is lithium and the mass fraction of boron for each inorganic phosphor particles 31 [wt%], isotopic ratio of lithium 6 and boron 10 in each R Li and R B material [%], a is Avogadro's number [ 6.02 × 10 23 ] is shown)

無機蛍光体粒子31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:LiCaAlF、Eu,Na:LiCaAlF、Eu:LiSrAlF、Ce:LiCaAlF、Ce,Na:LiCaAlF、Ce:LiSrAlF、Ce:LiYF、Tb:LiYF、Eu:LiI、Ce:LiGd(BO、Ce:LiCsYCl、Ce:LiCsYBr、Ce:LiCsLaCl、Ce:LiCsLaBr、Ce:LiCsCeCl、Ce:LiRbLaBr等の結晶からなる無機蛍光体粒子31、及び、LiO−MgO−Al−SiO−Ce系のガラスからなる無機蛍光体粒子31等が挙げられる。 The inorganic phosphor particles 31 are not particularly limited, and conventionally known inorganic fluorescent particles in the form of particles can be used. Specific examples thereof include Eu: LiCaAlF 6 , Eu, Na: LiCaAlF 6. , Eu: LiSrAlF 6 , Ce: LiCaAlF 6 , Ce, Na: LiCaAlF 6 , Ce: LiSrAlF 6 , Ce: LiYF 4 , Tb: LiYF 4 , Eu: LiI, Ce: Li 6 Gd (BO 3 ) 3 Inorganic fluorescent particles 31 composed of crystals such as LiCs 2 YCl 6 , Ce: LiCs 2 YBr 6 , Ce: LiCs 2 LaCl 6 , Ce: LiCs 2 LaBr 6 , Ce: LiCs 2 CeCl 6 , Ce: LiRb 2 LaBr 6. and, inorganic phosphor particles 31, and the like consisting of Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 -Ce 2 O 3 system glass.

無機蛍光体粒子31の発光する波長は、後述する樹脂部32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。 The emission wavelength of the inorganic phosphor particles 31 is preferably in the near-ultraviolet region to the visible light region, and particularly preferably in the visible light region, in that transparency can be easily obtained when mixed with the resin portion 32 described later. preferable.

無機蛍光体粒子31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31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1を得ることができる。 It is preferable that lithium 6 is the only neutron capture isotope contained in the inorganic phosphor particles 31. By using only lithium 6 as the neutron capture isotope that contributes to the neutron capture reaction, a constant energy can always be imparted to the inorganic phosphor particles 31, and an extremely high energy of 4.8 MeV can be imparted. it can. Therefore, it is possible to obtain a neutron scintillator 1 having little variation in fluorescence intensity and particularly excellent fluorescence intensity.

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31の中でも、化学式LiM(ただし、M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、M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。
当該コルキライト型結晶を具体的に例示すればEu:LiCaAlF、Eu,Na:LiCaAlF、Eu:LiSrAlF及びEu,Na:LiSrAlFからなる無機蛍光体粒子31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。
Among the inorganic phosphor particles 31 containing only lithium 6 as a neutron capture isotope, the chemical formula LiM 1 M 2 X 6 (where M 1 is at least one alkaline earth metal selected from Mg, Ca, Sr and Ba). It is an element, M 2 is at least one metal element selected from Al, Ga and Sc, and X is at least one halogen element selected from F, Cl, Br and I). Corkyrite-type crystals containing at least one lanthanoid element, and corquilite-type crystals that further contain at least one alkali metal element are preferable.
To give a specific example of the corkyrite type crystal, the inorganic phosphor particles 31 composed of Eu: LiCaAlF 6 , Eu, Na: LiCaAlF 6 , Eu: LiSrAlF 6 and Eu, Na: LiSrAlF 6 have a high emission amount and also have a high emission amount. Most preferable because it is not deliquescent and is chemically stable.

本実施形態の中性子シンチレーター1において、無機蛍光体を粒子状とした無機蛍光体粒子31を用いることで、n/γ弁別能が向上する。以下、かかる無機蛍光体粒子31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。 In the neutron scintillator 1 of the present embodiment, the n / γ discrimination ability is improved by using the inorganic phosphor particles 31 in which the inorganic phosphor is in the form of particles. Hereinafter, the mechanism of action in which the n / γ discrimination ability is improved by using the inorganic fluorescent particle 31 will be described.

一般に、γ線が中性子シンチレーター1に入射すると、中性子シンチレーター1の内部で二次電子eが生成され、二次電子が無機蛍光体を通過するとき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n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n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、γ線による誤差が増大し、顕著に問題となる。 Generally, when γ-rays enter the neutron scintillator 1, secondary electrons e are generated inside the neutron scintillator 1, and the inorganic phosphor emits light by giving energy when the secondary electrons pass through the inorganic phosphor. To do. If the crest value output by such light emission is as high as the crest value due to the incident of neutron n and the two cannot be discriminated, γ-rays are counted as neutron n and an error occurs in the neutron count. In particular, when the dose of γ-rays is high, the error due to γ-rays increases, which becomes a serious problem.

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、二次電子e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1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。 Since the peak value output from the neutron detector due to the incident of γ-rays depends on the energy given by the secondary electrons e, by reducing the energy, it is output when the γ-rays are incident on the neutron scintillator 1. The peak value to be generated can be reduced.

ここで、中性子シンチレーター1にγ線が入射した場合に生じる二次電子eが、中性子シンチレーター1にエネルギーを付与しながら、中性子シンチレーター1中を移動する飛程距離は数mm程度と比較的長い。 Here, the range of secondary electrons e generated when γ-rays are incident on the neutron scintillator 1 travels in the neutron scintillator 1 while giving energy to the neutron scintillator 1 is relatively long, about several mm.

それに対して、中性子nが中性子シンチレーター1に入射した場合には、上述したように、中性子シンチレーター1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nとの中性子捕獲反応で生じた二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、該二次粒子の飛程距離は数μm〜数十μmと上記二次電子より短い。 On the other hand, when the neutron n is incident on the neutron scintillator 1, as described above, it is generated by the neutron capture reaction between the lithium 6 and boron 10 contained in the inorganic phosphor in the neutron scintillator 1 and the neutron n. When the secondary particles give energy to the inorganic phosphor, the inorganic phosphor emits light, but the flight distance of the secondary particles is several μm to several tens of μm, which is shorter than that of the secondary electrons.

本実施形態によれば、無機蛍光体を粒子状とすることにより、二次電子eを無機蛍光体粒子31から速やかに逸脱せしめ、二次電子eが無機蛍光体に付与するエネルギーを低減させることができる。中性子の入射に起因する二次粒子は飛程距離が短いため、殆どの二次粒子は、無機蛍光体粒子31内でエネルギーを消費し、略一定の波高値の光を生じる。一方で、γ線の入射に起因する二次電子eは、飛程距離が長いために無機蛍光体粒子31の外に飛び出し、無機蛍光体粒子31内で全てのエネルギーを消費することがなく、発光に伴う波高値を小さくすることができる。したがって、中性子nの入射に起因する光であることを、波高値により判定することができn/γ弁別能を高めることができる。 According to the present embodiment, by forming the inorganic phosphor into particles, the secondary electrons e are rapidly deviated from the inorganic phosphor particles 31, and the energy given to the inorganic phosphor by the secondary electrons e is reduced. Can be done. Since the secondary particles caused by the incident of neutrons have a short range, most of the secondary particles consume energy in the inorganic phosphor particles 31 and generate light having a substantially constant peak value. On the other hand, the secondary electrons e caused by the incident of γ-rays jump out of the inorganic phosphor particles 31 due to the long range, and do not consume all the energy in the inorganic phosphor particles 31. The peak value associated with light emission can be reduced. Therefore, it can be determined from the peak value that the light is caused by the incident of neutron n, and the n / γ discrimination ability can be enhanced.

本実施形態において無機蛍光体粒子31の大きさは、中性子nの入射により生じる二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線の入射により二次電子eは逸脱する程度の小ささであることが好ましい。 In the present embodiment, the size of the inorganic phosphor particles 31 is such that almost all the energy of the secondary particles generated by the incident of neutrons n is given to the inorganic phosphor, and the incident of γ-rays is as much as possible. Therefore, it is preferable that the secondary electrons e are small enough to deviate.

本発明者らの検討によれば、無機蛍光体粒子31の形状を、その比表面積が50cm/cm以上である形状とすることが好ましく、比表面積が100cm/cm以上である形状とすることが特に好ましい。なお、本明細書において、無機蛍光体粒子31の比表面積とは、無機蛍光体粒子31の単位体積当たりの表面積を言う。 According to the study by the present inventors, the shape of the inorganic phosphor particles 31 is preferably a shape having a specific surface area of 50 cm 2 / cm 3 or more, and a shape having a specific surface area of 100 cm 2 / cm 3 or more. Is particularly preferable. In the present specification, the specific surface area of the inorganic phosphor particles 31 refers to the surface area per unit volume of the inorganic phosphor particles 31.

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31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31の比表面積が大きいほど、無機蛍光体粒子31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。 Since the specific surface area is the surface area per unit volume, (1) the smaller the absolute volume of the inorganic phosphor particles 31, the larger the specific surface area tends to be, and (2) the specific surface area is the largest when the shape is spherical. The smaller the size, and conversely, the larger the specific surface area of the inorganic phosphor particles 31, the farther the inorganic phosphor particles 31 are from the spherical shape. For example, when considering a cube having sides extending in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the specific surface area is the smallest in the case of a regular hexahedron with X = Y = Z, and the length in one of the axial directions is shortened. However, the specific surface area of a product having a longer side in the other axial direction is larger even if the volume is the same.

より具体的には、1辺が0.5cmの正6面体では比表面積が12cm/cmであるが、同0.1cmの正6面体(0.001cm)の場合には、その比表面積は60cm/cmである。さらに同じ体積(0.001cm)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100cm/cmとなる。 More specifically, a regular hexahedron with a side of 0.5 cm has a specific surface area of 12 cm 2 / cm 3, but a regular hexahedron with a side of 0.1 cm (0.001 cm 3 ) has a specific surface area of 12 cm 2 / cm 3. The surface area is 60 cm 2 / cm 3 . Further, assuming that the volume is the same (0.001 cm 3 ) and the thickness is 0.025 cm, the size is 0.2 cm × 0.2 cm in length and width, and therefore the specific surface area is 100 cm 2 / cm 3 .

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γ線によって生じる二次電子eは、前述のとおり速やかに結晶から逸脱するため、二次電子eから無機蛍光体粒子31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。 In other words, a large specific surface area indicates that at least one of them has a portion having an extremely small axial length. Then, since the secondary electrons e generated by the small axial direction and the γ-rays traveling in the direction close to the axial direction rapidly deviate from the crystal as described above, the energy given to the inorganic phosphor particles 31 from the secondary electrons e Can be reduced.

前記比表面積に基づく好適な無機蛍光体粒子31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、二次電子eから無機蛍光体粒子31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31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50cm/cm以上、より好ましくは比表面積が100cm/cm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。 The suitable shape of the inorganic phosphor particles 31 based on the specific surface area has been found by the above findings and considerations, and the specific surface area is imparted to the inorganic phosphor particles 31 from the secondary electrons e. In consideration of energy, it can be used as an index of the shape in consideration of the fact that the inorganic phosphor particles 31 have various particle morphologies. Practically, by setting the specific surface area to preferably 50 cm 2 / cm 3 or more, more preferably 100 cm 2 / cm 3 or more, a neutron detector having particularly excellent n / γ discrimination ability can be obtained. it can.

なお、本実施形態において、前記比表面積の上限は、特に制限されないが、1000cm/cm以下とすることが好ましい。該比表面積が1000cm/cmを超える場合、すなわち無機蛍光体粒子31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nとの中性子捕獲反応で生じた二次粒子が、無機蛍光体粒子31にその全エネルギーを付与する前に無機蛍光体粒子31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nの入射によって無機蛍光体粒子31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。前記二次粒子の全エネルギーを確実に無機蛍光体粒子31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31の比表面積を500cm/cm以下とすることが特に好ましい。 In the present embodiment, the upper limit of the specific surface area is not particularly limited, but is preferably 1000 cm 2 / cm 3 or less. When the specific surface area exceeds 1000 cm 2 / cm 3 , that is, when the axial length of at least one of the inorganic phosphor particles 31 is excessively small, the neutrons of the lithium 6 and the boron 10 and the neutron n There is a possibility that the secondary particles generated in the capture reaction may deviate from the inorganic phosphor particles 31 before the total energy is applied to the inorganic phosphor particles 31. In such an event, the energy given to the inorganic phosphor particles 31 due to the incident of the neutron n decreases, so that the intensity of light emission of the inorganic phosphor decreases. In order to ensure that the total energy of the secondary particles is given to the inorganic phosphor particles 31 and to increase the emission intensity of the inorganic phosphors, it is particularly necessary to set the specific surface area of the inorganic phosphor particles 31 to 500 cm 2 / cm 3 or less. preferable.

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、本実施形態で用いる無機蛍光体粒子31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。 Although the term axis has been used in the above description, it is only used for convenience to indicate the spatial coordinate positions of X, Y, and Z, and the inorganic phosphor particles 31 used in the present embodiment are oriented in these specific axial directions. Of course, it is not limited to cubes with sides.

また無機蛍光体粒子31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。 When the inorganic phosphor particles 31 have an irregular shape, the specific surface area can be easily obtained from the density obtained by using a density meter and a BET specific surface area meter and the specific surface area based on mass.

本実施形態において、好適に用いられる無機蛍光体粒子31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。 A specific example of the shape of the inorganic phosphor particles 31 preferably used in the present embodiment is a flat plate-like, prismatic, columnar, spherical, or amorphous particle form, which is equivalent to an equal specific surface area sphere. Examples thereof include shapes having a diameter of 50 to 1500 μm, particularly preferably 100 to 1000 μm.

本実施形態で用いる無機蛍光体粒子31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31を直接得る方法が挙げられる。 The method for producing the inorganic phosphor particles 31 used in the present embodiment is not particularly limited, and a method for obtaining particles having a desired shape by pulverizing and classifying a bulk body having a shape larger than the particles having a suitable shape. Alternatively, a method of directly obtaining inorganic phosphor particles 31 having a suitable shape by a particle formation reaction using a solution as a starting material can be mentioned.

<樹脂組成部>
樹脂組成部30は、上述したように、樹脂部32と、樹脂部32中に分散された無機蛍光体粒子31とを有する。
図1に示すように、樹脂組成部30は、波長変換ファイバ20の外周を内包する筒状の第1領域A1と、第1領域A1より外側に位置する第2領域A2を有する。第1領域A1には、無機蛍光体粒子31が含まれておらず、第2領域A2には無機蛍光体粒子31が含まれている。
<Resin composition part>
As described above, the resin composition unit 30 has a resin unit 32 and inorganic phosphor particles 31 dispersed in the resin unit 32.
As shown in FIG. 1, the resin composition unit 30 has a tubular first region A1 that includes the outer circumference of the wavelength conversion fiber 20 and a second region A2 that is located outside the first region A1. The first region A1 does not contain the inorganic phosphor particles 31, and the second region A2 contains the inorganic fluorescent particles 31.

ここで、無機蛍光体粒子31を含まない第1領域A1を構成することによる効果を説明するために、樹脂組成部中に無機蛍光体粒子が均一に分散する場合の検出結果について説明する。
図3は、無機蛍光体粒子が均一に分散する樹脂組成部を有する中性子シンチレーターに、γ線および中性子nをそれぞれ照射した場合の、検出結果の一例を示すグラフである。
Here, in order to explain the effect of forming the first region A1 that does not contain the inorganic phosphor particles 31, the detection result when the inorganic phosphor particles are uniformly dispersed in the resin composition section will be described.
FIG. 3 is a graph showing an example of detection results when a neutron scintillator having a resin composition portion in which inorganic phosphor particles are uniformly dispersed is irradiated with γ-rays and neutrons n, respectively.

図3に示すように、γ線の検出結果は、点Xにおいて、中性子線がピーク値Pを示す波高値を超えて延びている。γ線に起因する光の波高値が、幅広い範囲を取る要因は、主に以下の2つが考えられる。
1つ目の要因は、γ線の入射に起因する二次電子eの飛程距離が大きく、反応の位置や二次電子eの出射方向によって、無機蛍光体粒子31内で消費するエネルギーの大きさが様々に変わることによる。
2つ目の要因は、γ線の入射に起因する発光によって出力され波長変換ファイバ20に到達する光の波高値は、発光する無機蛍光体粒子31と波長変換ファイバ20との距離に依存することによる。波長変換ファイバ20に到達する光の波高値(光子数と置き換えてもよい)は、近傍から出射された場合により大きくなる。
As shown in FIG. 3, the detection result of the γ-ray shows that the neutron ray extends beyond the peak value indicating the peak value P at the point X. There are two main reasons why the peak value of light caused by γ-rays takes a wide range.
The first factor is that the range of secondary electrons e due to the incident of γ-rays is large, and the amount of energy consumed in the inorganic phosphor particles 31 depends on the position of the reaction and the emission direction of the secondary electrons e. Due to various changes.
The second factor is that the peak value of the light output by the light emission caused by the incident of γ-rays and reaching the wavelength conversion fiber 20 depends on the distance between the light emitting inorganic phosphor particles 31 and the wavelength conversion fiber 20. by. The peak value of the light reaching the wavelength conversion fiber 20 (which may be replaced with the number of photons) becomes larger when emitted from the vicinity.

上述の2つの要因が重なった場合、すなわち波長変換ファイバ20の近くに位置する無機蛍光体粒子31内で二次電子eが長い距離を飛程した場合に、γ線に起因する波高値が高く計測され、点Xのようにγ線の検出結果が中性子のピーク値Pと重なって検出されると考えられる。 When the above two factors overlap, that is, when the secondary electrons e fly a long distance in the inorganic phosphor particles 31 located near the wavelength conversion fiber 20, the crest value due to γ-rays is high. It is considered that the measurement is performed and the detection result of γ-rays overlaps with the peak value P of neutrons as shown at point X.

一方で、中性子nが無機蛍光体粒子31に入射すると、無機蛍光体粒子31に含まれるリチウム6及びホウ素10と中性子nとの中性子捕獲反応で生じた二次粒子により、無機蛍光体が励起して光L4を発する。中性子nが入射した際に発生する二次粒子(α線とトリチウムまたはα線とリチウム7)は、飛程距離が短いため、無機蛍光体粒子31内でエネルギーを消耗し無機蛍光体粒子31を発光させる。したがって、中性子nの入射に起因する無機蛍光体粒子31の発光は、強さ(波高値)がほとんど一定となる。なお、中性子nが入射した際の二次粒子についても、ごく一部については、無機蛍光体粒子31から飛び出す。したがって、実際には、一部の発光が弱くなる(図3中の領域Y)。 On the other hand, when the neutron n is incident on the inorganic phosphor particles 31, the inorganic phosphor is excited by the secondary particles generated by the neutron capture reaction between the lithium 6 and boron 10 contained in the inorganic phosphor particles 31 and the neutron n. And emits light L4. Since the secondary particles (α rays and tritium or α rays and lithium 7) generated when the neutron n is incident have a short range, they consume energy in the inorganic phosphor particles 31 and cause the inorganic phosphor particles 31 to be generated. Make it emit light. Therefore, the intensity (peak value) of the light emission of the inorganic phosphor particles 31 due to the incident of the neutron n is almost constant. As for the secondary particles when the neutron n is incident, only a small part of the secondary particles are ejected from the inorganic phosphor particles 31. Therefore, in reality, a part of the light emission is weakened (region Y in FIG. 3).

なお、図3は、γ線の光子数が中性子数に比較して著しく多い場合の検出結果である。燃料デブリのような放射性物質の近傍では、γ線の光子数は中性子数に対して10倍となるとも言われる。 FIG. 3 shows the detection results when the number of photons of γ-rays is significantly larger than the number of neutrons. In the vicinity of radioactive material such as fuel debris, the number of photons γ-rays are also said to be 10 8 times the number of neutrons.

本実施形態では、γ線に起因する光L3と、中性子線に起因する光L4とを、その波高値の違いから判定する。しかしながら、上述したように、無機蛍光体粒子31が波長変換ファイバ20の近傍に位置している場合には、γ線に起因する光L3の波高値が高く検出されて、中性子に起因する光L4と誤認される虞がある。本実施形態によれば、波長変換ファイバ20の周囲を囲む第1領域A1に、無機蛍光体粒子31を含まないことにより、γ線に起因する光L4の波高値が高く計測されることを抑制することができる。これにより、中性子に起因する光L4を、γ線に起因する光L3と区別して検出することが可能となり、n/γ弁別を向上させることができる。 In the present embodiment, the light L3 caused by γ-rays and the light L4 caused by neutron rays are determined from the difference in their peak values. However, as described above, when the inorganic phosphor particles 31 are located in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20, the peak value of the light L3 caused by γ-rays is detected high, and the light L4 caused by neutrons is detected. There is a risk of being mistaken for. According to the present embodiment, by not including the inorganic phosphor particles 31 in the first region A1 surrounding the wavelength conversion fiber 20, it is possible to prevent the peak value of the light L4 caused by γ-rays from being measured high. can do. As a result, the light L4 caused by neutrons can be detected separately from the light L3 caused by γ-rays, and n / γ discrimination can be improved.

なお、第1領域A1に無機蛍光体粒子31を含まないことで、図3に示す中性子の測定結果は、ピーク値Pに対して、波高値が多くなる側の裾野Zが小さくなるものの、ピーク値Pの検出頻度が低くなりにくい。このため中性子シンチレーターによれば、第1領域A1に無機蛍光体粒子31を含まないことによる、中性子の検出効率の低下を抑制しつつn/γ弁別を向上させることができる。 Since the first region A1 does not include the inorganic phosphor particles 31, the neutron measurement result shown in FIG. 3 shows that the peak value P is smaller than the peak value P on the side where the peak value is large. The detection frequency of the value P is unlikely to decrease. Therefore, according to the neutron scintillator, it is possible to improve n / γ discrimination while suppressing a decrease in neutron detection efficiency due to the absence of the inorganic phosphor particles 31 in the first region A1.

本実施形態において、第1領域A1には、無機蛍光体粒子31が含まれていない場合を例示した。しかしながら、第1領域A1における無機蛍光体粒子31の密度(すなわち単位体積当たりの含有量)は、第2領域A2における無機蛍光体粒子の密度より低ければ、一定の効果を得ることができる。第1領域A1と第2領域A2において、無機蛍光体粒子31の密度の差が大きいほど上述の効果を奏しやすい。したがって、上述の実施形態に示すように、第1領域A1に無機蛍光体粒子31を含まない場合に最も効果を奏しやすい。 In the present embodiment, the case where the first region A1 does not contain the inorganic phosphor particles 31 is illustrated. However, if the density of the inorganic phosphor particles 31 in the first region A1 (that is, the content per unit volume) is lower than the density of the inorganic phosphor particles in the second region A2, a certain effect can be obtained. The larger the difference in density of the inorganic phosphor particles 31 between the first region A1 and the second region A2, the easier it is to exert the above-mentioned effect. Therefore, as shown in the above-described embodiment, the effect is most likely to be exhibited when the first region A1 does not contain the inorganic phosphor particles 31.

本実施形態において、第1領域A1の横断面外形は、波長変換ファイバ20を囲む円形状である。また、第1領域A1の横断面外形は、波長変換ファイバ20の横断面外形と同心円である。しかしながら、第1領域A1の横断面外形は、これに限るものではなく、矩形形状であってもその他多角形であってもよい。
また、本実施形態において、第1領域A1と第2領域A2とは、同材料の樹脂部32を有することが好ましいが、第1領域A1を構成する材料は、必ずしも第2領域A2と同材料でなくてもよい。加えて、第1領域A1は、材料が充填されない空隙であってもよい。
In the present embodiment, the outer shape of the cross section of the first region A1 is a circular shape surrounding the wavelength conversion fiber 20. The cross-sectional outer shape of the first region A1 is concentric with the cross-sectional outer shape of the wavelength conversion fiber 20. However, the outer shape of the cross section of the first region A1 is not limited to this, and may be a rectangular shape or another polygonal shape.
Further, in the present embodiment, the first region A1 and the second region A2 preferably have the resin portion 32 of the same material, but the material constituting the first region A1 is not necessarily the same material as the second region A2. It does not have to be. In addition, the first region A1 may be a void that is not filled with material.

本実施形態の中性子シンチレーター1の中性子検出効率は、樹脂組成部30の第2領域A2中の無機蛍光体粒子31に由来する中性子捕獲同位体の含有量(すなわち密度)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、樹脂組成部30の第2領域A2中の1nmあたりに平均的に含まれる無機蛍光体粒子31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31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)、ならびに第2領域A2中の無機蛍光体粒子31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。 The neutron detection efficiency of the neutron scintillator 1 of the present embodiment depends on the content (that is, the density) of the neutron capture isotope derived from the inorganic phosphor particles 31 in the second region A2 of the resin composition section 30, and the content thereof. Can be improved by increasing. The neutron capture isotope content refers to the number of neutron capture isotopes derived from the inorganic phosphor particles 31 contained on average per 1 nm 3 in the second region A2 of the resin composition section 30, and refers to the number of neutron capture isotopes of lithium 6. the content (C Li, C) and the content of boron 10 (C B, C) for each of the content of the content of lithium 6 of inorganic phosphor particles 31 (C Li, P) and boron 10 ( It can be obtained from the following equations (3) and (4) by using the body integration rate (V) of the inorganic phosphor particles 31 in the second region A2 as well as CB and P).

Li,C=CLi,P×(V/100) (3)
B,C=CB,P×(V/100) (4)
(式中、CLi,C及びCB,Cはそれぞれ樹脂組成部30の第2領域A2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31中のリチウム6の含有量及びホウ素10の含有量、Vは樹脂組成部30中の無機蛍光体粒子31の体積分率(V)[体積%]を示す)
C Li, C = C Li, P × (V / 100) (3)
C B, C = CB , P × (V / 100) (4)
(In the formula, C Li, C and C B, C are the content of lithium 6 and the content of boron 10 in the second region A2 of the resin composition part 30, respectively, and C Li, P and C B, P are inorganic, respectively. The content of lithium 6 and the content of boron 10 in the phosphor particles 31, and V indicate the body integration ratio (V) [volume%] of the inorganic phosphor particles 31 in the resin composition portion 30).

本実施形態において樹脂組成部30(第1領域A1および第2領域A2)中の無機蛍光体粒子31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部30中の無機蛍光体粒子31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、樹脂組成部30中の無機蛍光体粒子31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。樹脂組成部30全体に対する無機蛍光体粒子31の体積分率の上限は、特に制限されないが、樹脂組成部30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。 In the present embodiment, the content of the inorganic phosphor particles 31 in the resin composition unit 30 (first region A1 and second region A2) is not particularly limited, but as is clear from the above formula, the resin composition unit The neutron detection efficiency can be improved by increasing the volume fraction of the inorganic phosphor particles 31 in 30. Therefore, the volume fraction of the inorganic phosphor particles 31 in the resin composition section 30 is preferably 5% by volume or more, particularly preferably 10% by volume or more, and most preferably 20% by volume or more. The upper limit of the volume fraction of the inorganic phosphor particles 31 with respect to the entire resin composition section 30 is not particularly limited, but is preferably less than 80% by volume and less than 50% by volume in consideration of the viscosity and the like when the resin composition section 30 is manufactured. Is more preferable.

一方、本実施形態において前記樹脂組成部30は、無機蛍光体粒子31が第2領域A2において樹脂中に均一に分散しており、近接する無機蛍光体粒子31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31から逸脱した二次電子が、近接した他の無機蛍光体粒子31に入射し、該無機蛍光体粒子31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。 On the other hand, in the resin composition portion 30 of the present embodiment, it is desirable that the inorganic phosphor particles 31 are uniformly dispersed in the resin in the second region A2, and the distance between the adjacent inorganic phosphor particles 31 is wide. By widening the distance between the particles, secondary electrons deviating from a certain inorganic phosphor particle 31 enter into another adjacent inorganic phosphor particle 31 and give energy to the inorganic phosphor particle 31 to emit light. It is possible to prevent the total sum of the particles from increasing.

しかしながら、一般に、無機蛍光体粒子31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31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。かかる場合においては、樹脂の粘度を高めて樹脂組成部30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31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31の間隔を保持する方法、または、所期の厚さよりも薄い樹脂組成部30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部30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が好適に採用できる。 However, in general, since the specific gravity of the inorganic phosphor particles 31 is larger than the specific gravity of the resin, when the liquid or viscous resin and the inorganic phosphor particles 31 are mixed, the particles settle and aggregate at the bottom, and the particles are aggregated with each other. It can be difficult to maintain the spacing. In such a case, a method of increasing the viscosity of the resin to impart thixotropic properties to the resin composition portion 30 and suppressing the precipitation of the particles, further blending particles different from the inorganic phosphor particles 31, and making the particles inorganic fluorescent. A method of maintaining the spacing between the inorganic phosphor particles 31 by filling between the body particles, or a layer in which the resin composition portion 30 is thinner than the desired thickness and the particles are settled and aggregated at the lower part. A method of maintaining the distance between the macroscopic particles by preparing a plurality of resin composition portions 30 having a layer composed of only resin on the upper portion and laminating them can be preferably adopted.

当該樹脂組成部30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。 The manufacturing method of the resin composition section 30 is not particularly limited, but a specific manufacturing method will be illustrated below.

まず、波長変換ファイバ20の外周に第1領域A1を形成する。樹脂部32の素材となる未硬化の樹脂材料を用意する。さらに、この樹脂材料を型に流し込んで、略中央に波長変換ファイバ20を位置させた状態で、樹脂材料を硬化させた後、型から取り外す。これによって、波長変換ファイバ20を樹脂材料の中央に保持させるとともに波長変換ファイバ20の周囲に第1領域A1を形成する。 First, the first region A1 is formed on the outer circumference of the wavelength conversion fiber 20. An uncured resin material to be used as a material for the resin portion 32 is prepared. Further, the resin material is poured into a mold, the wavelength conversion fiber 20 is positioned substantially in the center, the resin material is cured, and then the resin material is removed from the mold. As a result, the wavelength conversion fiber 20 is held in the center of the resin material, and the first region A1 is formed around the wavelength conversion fiber 20.

次いで、第1領域の外側に第2領域A2を形成する。樹脂組成部30の第2領域A2をスラリー状またはペースト状の樹脂組成部30とする場合には、まず、無機蛍光体粒子31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。 Next, the second region A2 is formed outside the first region. When the second region A2 of the resin composition part 30 is a slurry-like or paste-like resin composition part 30, first, the inorganic phosphor particles 31 and a liquid or viscous resin are mixed. In such a mixing operation, a known mixer such as a propeller mixer, a planetary mixer, or a butterfly mixer can be used without particular limitation.

次いで、混合操作において樹脂組成部30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、樹脂組成部30の内部透過率を高めることができる。 Next, it is preferable to defoam the bubbles generated in the resin composition portion 30 in the mixing operation. In such a defoaming operation, a defoaming machine such as a vacuum defoaming machine or a centrifugal defoaming machine can be used without particular limitation. By performing such a defoaming operation, it is possible to suppress light scattering due to bubbles and increase the internal transmittance of the resin composition unit 30.

なお、前記混合操作及び脱泡操作において、樹脂組成部30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、樹脂組成部30に有機溶媒を添加しても良い。 In the mixing operation and defoaming operation, an organic solvent may be added to the resin composition unit 30 for the purpose of reducing the viscosity of the resin composition unit 30 and efficiently mixing and defoaming.

また、樹脂組成部30の第2領域A2を固体状とする場合には、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31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。 Further, when the second region A2 of the resin composition portion 30 is made into a solid state, it can be easily produced by the following method. That is, the mixing operation and the defoaming operation are performed in the same manner as described above using the liquid or viscous resin precursor. Then, the obtained mixture of the inorganic phosphor particles 31 and the resin precursor is injected into a mold having a desired shape to cure the resin precursor. The method of curing is not particularly limited, but a method of polymerizing the resin precursor by heating, irradiation with ultraviolet rays, or addition of a catalyst is preferable.

ここで、本実施形態の樹脂組成部30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、本実施形態によれば、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1を提供することができる。 Here, the resin composition portion 30 of the present embodiment can be used in the form of a slurry or a paste, and even when used in the form of a solid, it can be molded by a mold having a desired shape, so that the resin composition portion 30 can have an arbitrary shape. It's easy. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a rod-shaped, hollow tube-shaped, or large-area neutron scintillator 1 depending on the application.

<波長変換ファイバ>
波長変換ファイバ20は、樹脂組成部30中の無機蛍光体粒子31からの発光を光検出器3へ導くためのライトガイドとして作用する。波長変換ファイバ20の作用機構を、図2を用いて説明する。無機蛍光体粒子31から発せられた光L1は、波長変換ファイバ20に到達すると波長変換ファイバ20に吸収される。さらに波長変換ファイバ20は、もとの波長とは異なる波長で再発光して光L2を発する。光L2は、等方的に生じるが、波長変換ファイバ20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20の内部を全反射しながら伝搬し、波長変換ファイバ20の端部へ到達する。そして、波長変換ファイバ20の端部に光検出器3を設置することにより、無機蛍光体粒子31から生じた光L2を、波長変換ファイバ20を介して収集することができる。
<Wavelength conversion fiber>
The wavelength conversion fiber 20 acts as a light guide for guiding the light emission from the inorganic phosphor particles 31 in the resin composition unit 30 to the photodetector 3. The mechanism of action of the wavelength conversion fiber 20 will be described with reference to FIG. When the light L1 emitted from the inorganic phosphor particles 31 reaches the wavelength conversion fiber 20, it is absorbed by the wavelength conversion fiber 20. Further, the wavelength conversion fiber 20 re-emits light at a wavelength different from the original wavelength to emit light L2. The light L2 is generated isotropically, but the light emitted at a certain angle with respect to the outer surface of the wavelength conversion fiber 20 propagates while being totally reflected inside the wavelength conversion fiber 20, and the end portion of the wavelength conversion fiber 20. To reach. Then, by installing the photodetector 3 at the end of the wavelength conversion fiber 20, the light L2 generated from the inorganic phosphor particles 31 can be collected via the wavelength conversion fiber 20.

本実施形態における波長変換ファイバ20は、無機蛍光体粒子31の発光波長において、樹脂組成部30中の樹脂部32の屈折率に対する波長変換ファイバ20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31で生じた発光は、樹脂部32を介して波長変換ファイバ20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20に入射しようとする光L1は、樹脂部32と波長変換ファイバ20との界面で全反射され、入射することができない。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、樹脂組成部30から波長変換ファイバ20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、樹脂部32と波長変換ファイバ20の界面において光L1の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20で再発光した光L2が、波長変換ファイバ20と樹脂組成部30の界面で全反射しながら波長変換ファイバ20の内部を伝搬する効率を高めることができ、最も好ましい。 In the wavelength conversion fiber 20 of the present embodiment, the ratio of the refractive index of the wavelength conversion fiber 20 to the refractive index of the resin portion 32 in the resin composition portion 30 at the emission wavelength of the inorganic phosphor particles 31 is 0.95 or more. Those are preferable. The light emitted from the inorganic phosphor particles 31 is incident on the wavelength conversion fiber 20 via the resin portion 32, but the light L1 that is about to be incident on the wavelength conversion fiber 20 at an incident angle exceeding a certain critical angle is the resin portion 32. It is totally reflected at the interface between the wavelength conversion fiber 20 and the wavelength conversion fiber 20, and cannot be incident. By setting the refractive index ratio to 0.95 or more, the critical angle can be set to about 70 degrees or more, and the efficiency of incident from the resin composition section 30 to the wavelength conversion fiber 20 can be improved. By setting the ratio of the refractive indexes to 1 or more, total reflection of the light L1 does not occur at the interface between the resin portion 32 and the wavelength conversion fiber 20, which is particularly preferable. Further, by setting the refractive index ratio to 1.05 or more, the light L2 re-emitted by the wavelength conversion fiber 20 is totally reflected at the interface between the wavelength conversion fiber 20 and the resin composition portion 30 while being totally reflected by the wavelength conversion fiber 20. It is most preferable because it can increase the efficiency of propagating inside.

波長変換ファイバ20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(n)は約1.5〜1.6である。したがって、樹脂組成部30に含まれる樹脂部32としては、上述した屈折率の比の要件を満たすために、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、nが約1.3〜1.5のものが市販されている。 The material of the wavelength conversion fiber 20 is not particularly limited, but generally, a plastic base material such as polystyrene, polymethylmethacrylate, and polyvinyltoluene containing an organic phosphor having various absorption wavelengths is commercially available. , The refractive index (n D ) of these sodium D lines is about 1.5 to 1.6. Therefore, as the resin portion 32 included in the resin composition portion 30, it is preferable to use a low refractive index resin having a refractive index lower than these in order to satisfy the above-mentioned requirements for the refractive index ratio. Such a low refractive index resin, silicone resin, fluorinated silicone resins, phenyl silicone resin and fluorine resin can be preferably used, n D is commercially available in about 1.3 to 1.5.

また、上述したように、無機蛍光体粒子31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31としては、化学式LiMAlF(ただし、M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n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。 Further, as described above, the refractive index of the inorganic phosphor particles 31 is preferably as low as that of the low refractive index resin. The inorganic phosphor particles 31 are represented by the chemical formula LiM 1 AlF 6 (where M 1 is at least one alkaline earth metal element selected from Mg, Ca, Sr and Ba), and at least one kind. A corkyrite-type crystal containing the lanthanoid element of the above, and a particle composed of the corquilite-type crystal, which further contains at least one alkali metal element, is preferable. N D of the Korukiraito type crystals was about 1.4 before and after, it is easy to meet the specific requirements of the refractive index. Although the refractive index of the sodium D line has been described here as an example for convenience, the same applies to the emission wavelength of the inorganic phosphor.

本実施形態において、波長変換ファイバ20は樹脂組成部30中に内包されていることが好ましい。
一般に、波長変換ファイバ20によって樹脂組成部30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)樹脂組成部30からの発光の一部が、波長変換ファイバ20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20が、樹脂組成部30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20の発光が、波長変換ファイバ20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20の端部に設置された光検出器3に到達する光量は、無機蛍光体粒子31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。
In the present embodiment, it is preferable that the wavelength conversion fiber 20 is included in the resin composition section 30.
Generally, when light emitted from the resin composition unit 30 is collected by the wavelength conversion fiber 20, there is a problem that the light collection efficiency is poor. That is, (1) a part of the light emitted from the resin composition unit 30 is extinguished without reaching the wavelength conversion fiber 20, and (2) the wavelength conversion fiber 20 absorbs the light emitted from the resin composition unit 30. It is installed at the end of the wavelength conversion fiber 20 because there is a loss caused by re-emission, (3) a loss due to the light emission of the wavelength conversion fiber 20 being dissipated without propagating inside the wavelength conversion fiber 20. The amount of light reaching the light detector 3 is generally only a few percent of the amount of light emitted from the inorganic phosphor particles 31.

このように、光検出器3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、上述したように、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。 As described above, when the amount of light reaching the photodetector 3 is small, the variation in the amount of light inevitably becomes large. Therefore, as described above, a threshold value is set for the peak value and neutrons and γ-rays are discriminated by the threshold value. It becomes difficult to do so, and the counting error due to γ-rays becomes remarkable.

本実施形態においては、波長変換ファイバ20を樹脂組成部30に内包することによって、前記(1)樹脂組成部30からの発光の一部が、波長変換ファイバ20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20が樹脂組成部30の外に配置される場合、樹脂組成部30内で生じた発光が、一旦樹脂組成部30から出射した後、中間相を介して再度波長変換ファイバ20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、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20が樹脂組成部30に内包されている場合、樹脂組成部30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20に入射するため、損失を大幅に低減できる。 In the present embodiment, by including the wavelength conversion fiber 20 in the resin composition section 30, a part of the light emitted from the resin composition section 30 is extinguished without reaching the wavelength conversion fiber 20. Loss can be significantly reduced and light collection efficiency is improved. That is, when the wavelength conversion fiber 20 is arranged outside the resin composition unit 30, the light emission generated in the resin composition unit 30 is once emitted from the resin composition unit 30, and then again via the intermediate phase. Need to be incident on. Conventionally, various studies have been made to reduce the loss in this process, but there is still room for improvement. On the other hand, when the wavelength conversion fiber 20 is included in the resin composition unit 30, the light emitted from the resin composition unit 30 is incident on the wavelength conversion fiber 20 without passing through the intermediate phase, so that the loss is significantly reduced. it can.

また、波長変換ファイバ20を樹脂組成部30に内包せしめることによって、波長変換ファイバ20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。
波長変換ファイバが樹脂組成部の外に配置される構造の場合、樹脂組成部から出射した光を効率よく波長変換ファイバに入射するためには、樹脂組成部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、複雑な形状の反射材を用いて、樹脂組成部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。
本実施形態に示すように、波長変換ファイバ20が樹脂組成部30に内包されている場合、樹脂組成部30の外周を反射材35で覆う等、従来公知の簡便な手法によって光を樹脂組成部30の内部に封じ込めるだけで、樹脂組成部30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、樹脂組成部30から出射した光を波長変換ファイバ20に効率よく入射することができる。光を樹脂組成部30の内部に封じ込めるためには、樹脂組成部30表面を反射材35で覆えばよく、該反射材35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ものが好適である。
Further, by including the wavelength conversion fiber 20 in the resin composition unit 30, the amount of the wavelength conversion fiber 20 used can be reduced, and the structure of the resin-based composite can be simplified.
In the case of a structure in which the wavelength conversion fiber is arranged outside the resin composition section, in order for the light emitted from the resin composition section to be efficiently incident on the wavelength conversion fiber, the surface on which the light is emitted from the resin composition section is the wavelength conversion fiber. It is necessary to cover the light without gaps or to collect the light emitted from the resin composition portion on the wavelength conversion fiber by using a reflective material having a complicated shape.
As shown in the present embodiment, when the wavelength conversion fiber 20 is included in the resin composition section 30, light is emitted from the resin composition section by a conventional simple method such as covering the outer periphery of the resin composition section 30 with a reflective material 35. Since the light traveling vertically and horizontally inside the resin composition section 30 will eventually reach the wavelength conversion section simply by confining the light inside the resin composition section 30, the light emitted from the resin composition section 30 can be efficiently incident on the wavelength conversion fiber 20. it can. In order to confine the light inside the resin composition part 30, the surface of the resin composition part 30 may be covered with a reflective material 35, and the reflective material 35 is an unbaked polytetrafluoroethylene or a white pigment such as barium sulfate. The one consisting of is preferable.

本実施形態の中性子シンチレーター1においては、波長変換ファイバ20を樹脂組成部30に内包せしめる際に、波長変換ファイバ20を樹脂組成部30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20を樹脂組成部30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部30の中に波長変換ファイバ20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20の直径(d)に対する、ファイバの中心軸と樹脂組成部30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20を設置する。 The neutron scintillator 1 of the present embodiment is characterized in that when the wavelength conversion fiber 20 is included in the resin composition section 30, the wavelength conversion fiber 20 is arranged at a specific position with respect to the outer wall surface of the resin composition section 30. Let it be one. According to the study by the present inventors, the wavelength conversion fiber 20 is arranged at a specific position with respect to the outer wall surface of the resin composition section 30, and the wavelength conversion fiber 20 is included in the resin composition section 30 in as narrow a region as possible. Improves n / γ discrimination. Specifically, the ratio (D / d) of the distance (D) between the central axis of the fiber and the outer wall surface of the resin composition portion 30 with respect to the diameter (d) of the wavelength conversion fiber 20 is in the range of 1 to 10. The wavelength conversion fiber 20 is installed in.

D/dが1〜10の範囲にあるとは、波長変換ファイバ20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20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20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。 When D / d is in the range of 1 to 10, the position of the outer wall surface closest to the central axis of the wavelength conversion fiber 20 is at least 1 times the diameter of the wavelength conversion fiber 20 and the farthest outer wall surface. This means that the position is at most 10 times the diameter of the wavelength conversion fiber 20 or less. D / d is preferably 2-5.

なお、樹脂組成部30に複数の波長変換ファイバ20が内包される場合は、それぞれの波長変換ファイバ20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部30のとりうるD/dの値とする。 When a plurality of wavelength conversion fibers 20 are included in the resin composition unit 30, the D / d that can be taken by each wavelength conversion fiber 20 is calculated, and the maximum value and the minimum value among them are calculated for the plurality of fibers. It is a value of D / d that can be taken by the included resin composition portion 30.

1≦D/d≦10 (5)
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部30の中に波長変換ファイバ20を内包することによって、γ線によって生じる二次電子eが無機蛍光体粒子31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1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。
1 ≦ D / d ≦ 10 (5)
By including the wavelength conversion fiber 20 in the resin composition portion 30 having a region as narrow as possible so as to satisfy such an index, the distance that the secondary electrons e generated by the γ-rays travel in the inorganic phosphor particles 31 is reduced. As a result, the peak value output when γ-rays are incident on the neutron scintillator 1 can be reduced.

なお本実施形態において、波長変換ファイバ20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20の直径(d)は、ファイバの断面が円でない場合には、波長変換ファイバ20の等断面積円相当径を、波長変換ファイバ20の直径と見做す。 In this embodiment, the shape of the cross section of the wavelength conversion fiber 20 is not particularly limited. With respect to the diameter (d) of the wavelength conversion fiber 20, when the cross section of the fiber is not a circle, the diameter equivalent to the equal cross-sectional area circle of the wavelength conversion fiber 20 is regarded as the diameter of the wavelength conversion fiber 20.

また波長変換ファイバ20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、本実施形態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。 Further, if the diameter of the wavelength conversion fiber 20 is too large, the optical path length of the light transmitted through the fiber may be extended and cause a decrease in the amount of light. Therefore, in this embodiment, a fiber having a diameter of 0.1 to 5 mm is used. It is preferable to do so.

本実施形態によれば、上述した効果によって、波長変換ファイバ20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。適切な使用量は、波長変換ファイバ20の体軸に垂直な断面における樹脂組成部30の断面積に対する波長変換ファイバ20の断面積の比によって規定することができる。樹脂組成部30から出射した光を効率よく樹脂組成部30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20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。 According to the present embodiment, the amount of the wavelength conversion fiber 20 used can be reduced by the above-mentioned effect, but if the amount used is excessively small, the loss of the amount of light may increase, which is appropriate. It is preferable to use the amount. The appropriate amount to be used can be defined by the ratio of the cross-sectional area of the wavelength conversion fiber 20 to the cross-sectional area of the resin composition portion 30 in the cross section perpendicular to the body axis of the wavelength conversion fiber 20. In order for the light emitted from the resin composition section 30 to be efficiently incident on the resin composition section 30, the cross-sectional area ratio is preferably 0.0025 or more, and particularly preferably 0.01 or more. On the other hand, in order to reduce the amount of the wavelength conversion fiber 20 used and to simplify the structure of the resin complex and reduce the manufacturing cost, it is preferable that the cross-sectional area ratio is 1 or less. It is particularly preferable that the value is 1 or less.

<中性子検出器>
図2に示すように、中性子シンチレーター1に光検出器3および判定部4を組み合わせることにより中性子検出器2とすることができる。
中性子の入射によって樹脂組成部30から発せられた光は、波長変換ファイバ20を介して光検出器3へ導かれる。光検出器3に到達した光は、光検出器3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。光検出器3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3を何ら制限なく用いることができる。
なお、波長変換ファイバ20において、光検出器3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1で生じた光を効率よく光検出器3に入射できる。
<Neutron detector>
As shown in FIG. 2, the neutron detector 2 can be obtained by combining the neutron scintillator 1 with the photodetector 3 and the determination unit 4.
The light emitted from the resin composition unit 30 due to the incident of neutrons is guided to the photodetector 3 via the wavelength conversion fiber 20. The light that reaches the photodetector 3 is converted into an electric signal by the photodetector 3, and the incident of neutrons is measured as an electric signal, so that it can be used for neutron counting and the like. The photodetector 3 is not particularly limited, and conventionally known photodetectors 3 such as a photomultiplier tube, a photodiode, an avalanche photodiode, a Geiger mode avalanche photodiode, and a microPMT can be used without any limitation.
In the wavelength conversion fiber 20, it is preferable that the end surface facing the photodetector 3 is a light emitting surface and the light emitting surface is a smooth surface. By having such a light emitting surface, the light generated by the neutron scintillator 1 can be efficiently incident on the photodetector 3.

中性子シンチレーター1と光検出器3とを組み合わせる方法は特に限定されず、例えば、光検出器3の光検出面に波長変換ファイバ20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3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。 The method of combining the neutron scintillator 1 and the photodetector 3 is not particularly limited. For example, the light emitting surface of the wavelength conversion fiber 20 is optically bonded to the photodetector surface of the photodetector 3 with optical grease or optical cement. , A neutron detector can be manufactured by connecting a power supply and a signal readout circuit to the photodetector 3. The signal readout circuit is generally composed of a preamplifier, a shaping amplifier, a pulse height analyzer, and the like.

図4は、本実施形態の中性子検出器2における検出結果を模式化したグラフである。図4では、光検出器3において検出された光の波高値を横軸にとり、その検出回数(頻度)の対数を縦軸にとって示す。
光検出器3では、γ線に起因する光と中性子に起因する光とが、重なり合った状態で検出される。したがって、γ線と中性子とが混在する環境下での測定において、単に検出回数を観察するのみでは、中性子の存在を確認することが困難である。
FIG. 4 is a graph illustrating the detection results of the neutron detector 2 of the present embodiment. In FIG. 4, the peak value of the light detected by the photodetector 3 is taken on the horizontal axis, and the logarithm of the number of detections (frequency) is shown on the vertical axis.
In the photodetector 3, the light caused by γ-rays and the light caused by neutrons are detected in an overlapping state. Therefore, in the measurement in an environment where γ-rays and neutrons coexist, it is difficult to confirm the existence of neutrons by simply observing the number of detections.

本発明者らの検討によれば、図4に示すように、光検出器3における検出結果において、波高値に対する検出頻度の対数は、直線的な関数(一次関数LF)に近似される。 According to the study by the present inventors, as shown in FIG. 4, in the detection result by the photodetector 3, the logarithm of the detection frequency with respect to the crest value is approximated to a linear function (linear function LF).

γ線に起因する光の検出結果のみに着目すると、検出頻度の対数は波高値の一次関数に収束する。γ線が入射すると二次電子eが発生する。この二次電子は、飛程距離が長いため、無機蛍光体粒子31内のみで、エネルギーを消耗し難い。このため、γ線の入射に起因する無機蛍光体粒子31の発光は、強さが一定でなく、確率論的に一次関数に収束する。 Focusing only on the detection results of light caused by γ-rays, the logarithm of the detection frequency converges to a linear function of the crest value. When γ-rays are incident, secondary electrons e are generated. Since the secondary electrons have a long range, they are less likely to consume energy only in the inorganic phosphor particles 31. Therefore, the emission of the inorganic phosphor particles 31 due to the incident of γ-rays is not constant in intensity and stochastically converges to a linear function.

一方で、中性子が無機蛍光体粒子の中性子捕獲同位体に入射した際に発生する二次粒子(リチウム6の場合はα線とトリチウム、ホウ素10の場合はα線とリチウム7)は、飛程距離が短い。このため、二次粒子は、無機蛍光体粒子31内でエネルギーを消耗し特定の強さで無機蛍光体粒子31を発光させ、特定の波高値を示す。したがって、中性子線による光の検出結果では、無機蛍光体粒子31に含まれる中性子捕獲同位体に依存した波高値においてピークが観測される。より具体的には、中性子捕獲同位体としてリチウム6を含む場合には、4.8MeVに相当する波高値にピークが観測され、中性子捕獲同位体としてホウ素10を含む場合には、2.3MeVに相当する波高値にピークが観測される。 On the other hand, the secondary particles (α rays and tritium in the case of lithium 6 and α rays and lithium 7 in the case of boron-10) generated when neutrons enter the neutron capture isotope of inorganic phosphor particles have a flight distance. The distance is short. Therefore, the secondary particles consume energy in the inorganic phosphor particles 31 to cause the inorganic phosphor particles 31 to emit light with a specific intensity, and exhibit a specific peak value. Therefore, in the light detection result by the neutron beam, a peak is observed at the peak value depending on the neutron capture isotope contained in the inorganic phosphor particle 31. More specifically, when lithium 6 is contained as a neutron capture isotope, a peak is observed at a peak value corresponding to 4.8 MeV, and when boron 10 is contained as a neutron capture isotope, it is 2.3 MeV. A peak is observed at the corresponding peak.

図4に示すように、検出頻度として対数を取ることで、γ線に起因する検出結果が一次関数LFとして判定でき、さらに中性子に起因する検出結果がピークとして検出される。したがって、中性子に起因する検出結果のピークが、一次関数LFから乖離する値Eとして観察でき、中性子の存在を判定できる。
本実施形態の判定方法によれば、中性子シンチレーター1に入射する中性子の照射量が、γ線の照射量に対して、少ない場合であっても、γ線に起因する検出結果を直線(一次関数LF)に近似することで、中性子に起因する検出結果のピークを容易に確認でき、正確な判定を下すことができる。
As shown in FIG. 4, by taking a logarithm as the detection frequency, the detection result caused by γ-rays can be determined as a linear function LF, and the detection result caused by neutrons is detected as a peak. Therefore, the peak of the detection result caused by the neutron can be observed as a value E deviating from the linear function LF, and the existence of the neutron can be determined.
According to the determination method of the present embodiment, even when the irradiation amount of neutrons incident on the neutron scintillator 1 is smaller than the irradiation amount of γ-rays, the detection result caused by γ-rays is linear (linear function). By approximating to LF), the peak of the detection result caused by neutrons can be easily confirmed, and an accurate judgment can be made.

本実施形態において、判定部4は、上述した判定方法に基づき、中性子の存在を判定する。すなわち、判定部4は、光検出器3において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数LFに近似し、近似した一次関数LFに対して4.8MeV近傍又は2.3MeV近傍の波高値の検出頻度が、乖離する場合に中性子の存在を判定する。より具体的には、4.8MeV近傍又は2.3MeV近傍の波高値において、一次関数LFから求められる検出頻度の標準偏差(σ)に対する、実測された検出頻度(E)の比(E/σ)を乖離度とし、当該乖離度を以て中性子の存在を判定する。中性子の存在の判定基準は特に制限されず、要求される判定精度に応じて決定すれば良いが、乖離度が1を超える場合に中性子の存在を判定することが好ましく、乖離度が2を超える場合に中性子の存在を判定することがより好ましく、乖離度が3を超える場合に中性子の存在を判定することが最も好ましい。なお、中性子が存在しない環境において測定値の99.7%が一次関数LFから3σ以内に収まることが確認されている。 In the present embodiment, the determination unit 4 determines the presence of neutrons based on the determination method described above. That is, the determination unit 4 approximates the logarithm of the detection frequency with respect to the peak value of the light detected by the photodetector 3 to the linear function LF, and is close to 4.8 MeV or 2.3 MeV with respect to the approximated linear function LF. The presence of neutrons is determined when the detection frequency of the peak value of is different. More specifically, at the peak value near 4.8 MeV or 2.3 MeV, the ratio (E / σ) of the measured detection frequency (E) to the standard deviation (σ) of the detection frequency obtained from the linear function LF. ) Is the degree of deviation, and the presence of neutrons is determined based on the degree of deviation. The criteria for determining the presence of neutrons are not particularly limited and may be determined according to the required determination accuracy, but it is preferable to determine the presence of neutrons when the degree of divergence exceeds 1, and the degree of divergence exceeds 2. In some cases, it is more preferable to determine the presence of neutrons, and it is most preferable to determine the presence of neutrons when the degree of divergence exceeds 3. It has been confirmed that 99.7% of the measured values are within 3σ of the linear function LF in an environment where neutrons do not exist.

<中性子検出器の変形例>
図5は、変形例の中性子検出器2Aを示す概略図である。
変形例の中性子検出器2Aは、複数配列された中性子シンチレーター1と、それぞれの中性子シンチレーター1の波長変換ファイバ20と接続された複数の光検出器3と、光検出器3と接続された判定部4Aと、を具備する。なお、複数配列された中性子シンチレーター1を、中性子検出ユニット8と呼ぶ。
中性子検出器2Aは、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1を複数配列することで、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。
また、中性子検出器2Aは、中性子検出ユニット8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1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。
<Modification example of neutron detector>
FIG. 5 is a schematic view showing a modified example of the neutron detector 2A.
The neutron detector 2A of the modified example includes a plurality of arranged neutron scintillators 1, a plurality of photodetectors 3 connected to the wavelength conversion fibers 20 of each neutron scintillator 1, and a determination unit connected to the photodetectors 3. 4A and. The plurality of arranged neutron scintillators 1 are referred to as neutron detection units 8.
The neutron detector 2A provides a neutron detector having good neutron detection efficiency and good n / γ discrimination by arranging a plurality of neutron scintillators 1 in the normal direction of the spherical surface of the sphere centered on the neutron source. be able to.
Further, the neutron detector 2A has a sensitive area by arranging a plurality of neutron scintillators 1 so that the neutron sensitive portion of the neutron detection unit 8 has a large solid angle extending over the sphere centered on the neutron source. Can provide a large neutron detector.

なお、図5に示す本変形例において、中性子検出器2Aは、中性子検出ユニット8を構成する中性子シンチレーター1それぞれに複数の光検出器3が組み合わされている。しかしながら、中性子検出ユニット8に対して1つの光検出器3を組み合わせた構成を採用してもよい。 In the modified example shown in FIG. 5, in the neutron detector 2A, a plurality of photodetectors 3 are combined with each of the neutron scintillators 1 constituting the neutron detection unit 8. However, a configuration in which one photodetector 3 is combined with the neutron detection unit 8 may be adopted.

<その他の変形例>
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。
上述の実施形態における中性子シンチレーター1を構成する樹脂組成部30に、無機蛍光体粒子31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。
<Other variants>
Hereinafter, additional aspects for carrying out the invention will be described.
In addition to the inorganic phosphor particles 31 and the resin, a phosphor containing no neutron capture isotope (hereinafter, also referred to as a neutron insensitive phosphor) is further mixed in the resin composition section 30 constituting the neutron scintillator 1 in the above embodiment. It is also possible to do.

かかる態様においては、γ線の入射によって生じた二次電子が、無機蛍光体粒子31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31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31で生じた二次粒子は無機蛍光体粒子31から逸脱しないため、無機蛍光体粒子31のみが蛍光を発する。 In such an embodiment, the secondary electrons generated by the incident of γ-rays deviate from the inorganic phosphor particles 31 and then reach the neutron insensitive phosphor to give energy, and the neutron insensitive phosphor emits fluorescence. That is, when γ-rays are incident, both the inorganic phosphor particles 31 and the neutron insensitive phosphor are given energy and emit fluorescence. On the other hand, when neutrons are incident, the secondary particles generated by the inorganic phosphor particles 31 do not deviate from the inorganic phosphor particles 31, so that only the inorganic phosphor particles 31 fluoresce.

ここで、蛍光寿命や発光波長等の蛍光特性が無機蛍光体粒子31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31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31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。 Here, if a neutron insensitive phosphor having different fluorescence characteristics such as fluorescence lifetime and emission wavelength from that of the inorganic phosphor particles 31 is used, neutrons and γ-rays can be discriminated by utilizing the difference in fluorescence characteristics. That is, a mechanism capable of discriminating the difference in fluorescence characteristics is provided in the neutron detector, and when both the fluorescence derived from the inorganic phosphor particle 31 and the fluorescence derived from the neutron insensitive phosphor are detected, γ-rays are incident. If only the fluorescence derived from the inorganic phosphor particles 31 is detected, it can be treated as an event in which neutrons are incident. By taking such a process, a neutron detector having particularly excellent n / γ discrimination ability can be obtained.

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、無機蛍光体粒子31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31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。 To give a concrete example of a mechanism capable of discriminating the difference in fluorescence characteristics, a waveform analysis mechanism capable of discriminating the difference in fluorescence lifetime between the inorganic phosphor particles 31 and the neutron insensitive phosphor, and a waveform analysis mechanism capable of discriminating the difference in fluorescence lifetime between the inorganic phosphor particles 31 and the neutron insensitive fluorescence. Examples thereof include a wavelength analysis mechanism capable of identifying the emission wavelength of the body.

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。 Hereinafter, the waveform analysis mechanism will be more specifically exemplified. The waveform analysis mechanism includes a preamplifier, a main amplifier, a waveform analyzer, and a time-amplitude converter.

中性子シンチレーター1と光検出器3と組み合わせてなる本実施形態の中性子検出器において、該光検出器3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31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。 In the neutron detector of the present embodiment in which the neutron scintillator 1 and the photodetector 3 are combined, the signal output from the photodetector 3 is input to the main amplifier via the preamplifier, and is amplified and shaped. Here, the intensity of the signal amplified and shaped by the main amplifier and output from the main amplifier increases with time, and the time required for such increase (hereinafter, also referred to as rise time) is the inorganic phosphor particles 31. Alternatively, it reflects the fluorescence lifetime of the neutron insensitive phosphor, and the shorter the fluorescence lifetime, the shorter the rise time.

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。 In order to analyze the rise time, the signal amplified and shaped by the main amplifier is input to the waveform analyzer. The waveform analyzer time-integrates the signal input from the main amplifier, and outputs a logic signal when the time-integrated signal strength exceeds a predetermined threshold value. Here, the waveform analyzer is provided with a two-step threshold value, and the first logic signal and the second logic signal are output at a certain time interval.

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。 Next, the two logic signals output from the waveform analyzer are input to the time-amplitude converter (TAC), and the time difference between the two logic signals output from the waveform analyzer is converted into pulse amplitude. Output. The pulse amplitude reflects the time interval between the first logic signal and the second logic signal output from the waveform analyzer, that is, the rise time.

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31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。 As can be understood from the above description, the smaller the pulse amplitude output from the time amplitude converter, the shorter the rise time, and therefore the shorter the fluorescence lifetime of the inorganic phosphor particles 31 or the neutron insensitive phosphor is identified. ..

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1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。 Hereinafter, the wavelength analysis mechanism will be more specifically exemplified. The wavelength analysis mechanism is composed of an optical filter, a second photodetector connected to the neutron scintillator 1 via the optical filter, and a discrimination circuit.

本態様において、中性子シンチレーター1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。 In this embodiment, a part of the light emitted from the neutron scintillator 1 is guided to the first photodetector without passing through the optical filter, and the other part is guided to the second photodetector through the optical filter. Be guided.

ここで、無機蛍光体粒子31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31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1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31のみが蛍光を発するため、Anmの光のみが発せられる。 Here, it is assumed that the inorganic phosphor particles 31 emit light at a wavelength of Anm, and the neutron insensitive phosphor emits light at a wavelength of Bnm different from Anm. Then, as described above, when γ-rays are incident, both the inorganic phosphor particles 31 and the neutron-insensitive phosphor emit fluorescence, so that the neutron scintillator 1 emits light of Anm and Bnm, and neutrons are emitted. When incident, only the inorganic phosphor particles 31 fluoresce, so only Anm light is emitted.

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1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。 In this embodiment, the optical filter is a filter that blocks light having a wavelength of Anm and transmits light having a wavelength of Bnm. Therefore, the Anm light emitted from the neutron scintillator 1 when irradiated with neutrons reaches the first photodetector, but does not reach the second photodetector because it is blocked by the optical filter. On the other hand, among the light emitted from the scintillator when γ-rays are irradiated, the light of Anm is the same as the case of irradiating the neutrons, but the light of Bnm reaches the first photodetector. It also reaches a second photodetector to pass through the optical filter.

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。 Therefore, when light of Anm is incident on the first photodetector and a signal is output from the photodetector, if no signal is output from the second photodetector, it is regarded as an event due to neutrons and light of Bnm. Is incident on the second photodetector and a signal is output from the photodetector, it can be identified as an event by γ-rays.

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。 In this embodiment, a discrimination circuit is provided to discriminate between neutrons and γ-rays as described above. The discrimination circuit operates in synchronization with the signal from the first photodetector, and when the signal from the photodetector is output, determines the presence or absence of the signal from the second photodetector. It is a circuit. Specific examples of the discrimination circuit include an anticoincidence circuit, a gate circuit, and the like.

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31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。 Specific examples of such organic phosphors include 2,5-Diphenyloxyzole, 1,4-Biz (5-phenyl-2-oxazole) benzene, 1,4-Biz (2-methylstyly) benzene, anthracene, stilbene and the like. Examples thereof include naphthalene and organic phosphors such as derivatives thereof. Since such an organic phosphor generally has a shorter fluorescence lifetime than the inorganic phosphor particles 31, it can be suitably used to improve the n / γ discrimination ability by utilizing the difference in the fluorescence lifetime.

当該中性子不感蛍光体の含有量は、本実施形態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、前記二次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31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。 The content of the neutron insensitive phosphor can be appropriately set within a range in which the effect of the present embodiment is exhibited, but is preferably 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more with respect to the resin. Is particularly preferable. By setting the content to 0.01% by mass or more, the neutron insensitive phosphor is efficiently excited by the energy applied from the secondary electrons, and the intensity of light emission from the neutron insensitive phosphor is increased. The upper limit of the content of the neutron insensitive phosphor is not particularly limited, but it should be 5% by mass or less with respect to the resin in order to prevent the emission intensity of the neutron insensitive phosphor from being attenuated by concentration quenching. Is preferable, and it is particularly preferable that the content is 2% by mass or less. By setting the content of the neutron insensitive phosphor in such a range, the intensity of light emission from the neutron insensitive phosphor is increased, and the difference in fluorescence characteristics from the inorganic phosphor particles 31 is utilized to increase neutron and γ-ray. It becomes easy to discriminate.

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。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. Also, not all combinations of features described in the examples are essential to the solution of the present invention.

本実施例においては、波長変換ファイバ20の外周を内包する筒状の第1領域に無機蛍光体粒子31を含まないことによる効果について、モデル化した中性子シンチレーター1Sを仮定して確認する。 In this embodiment, the effect of not including the inorganic phosphor particles 31 in the tubular first region including the outer circumference of the wavelength conversion fiber 20 is confirmed by assuming the modeled neutron scintillator 1S.

図6は、モデル化した中性子シンチレーター1Sの横断面図である。なお、このモデルでは、中性子シンチレーター1S内の光の光路について、中性子シンチレーター1Sの長手方向から見た横断面に関して説明するが、図6中の中性子シンチレーター1Sの長手方向(すなわち図6中の紙面奥行方向)の光路を加味した場合であっても、同様である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the modeled neutron scintillator 1S. In this model, the optical path of light in the neutron scintillator 1S will be described with respect to the cross section seen from the longitudinal direction of the neutron scintillator 1S, but the longitudinal direction of the neutron scintillator 1S in FIG. The same applies even when the optical path of (direction) is added.

中性子シンチレーター1Sは、波長変換ファイバ20Sと、波長変換ファイバ20Sを囲む樹脂組成部30Sと、を有する。中性子シンチレーター1Sは、一様な断面を有し棒状に形成されている。中性子シンチレーター1Sは、直径5mmの断面円形状を有する。 The neutron scintillator 1S includes a wavelength conversion fiber 20S and a resin composition unit 30S surrounding the wavelength conversion fiber 20S. The neutron scintillator 1S has a uniform cross section and is formed in a rod shape. The neutron scintillator 1S has a circular cross section with a diameter of 5 mm.

波長変換ファイバ20Sは、直径1mmの断面円形状を有する。樹脂組成部30Sは、樹脂部32Sと、1つの第1の無機蛍光体粒子31Saと、20個の第2の無機蛍光体粒子31Sbと、を有する。第1の無機蛍光体粒子31Saは、波長変換ファイバ20Sの表面20aに位置している。また、第2の無機蛍光体粒子31Sbは、波長変換ファイバの表面20aから距離1mmの位置に配置されている。 The wavelength conversion fiber 20S has a circular cross section with a diameter of 1 mm. The resin composition unit 30S includes a resin unit 32S, one first inorganic phosphor particle 31Sa, and 20 second inorganic phosphor particles 31Sb. The first inorganic phosphor particles 31Sa are located on the surface 20a of the wavelength conversion fiber 20S. Further, the second inorganic phosphor particles 31Sb are arranged at a position at a distance of 1 mm from the surface 20a of the wavelength conversion fiber.

第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbは、γ線又は中性子の入射により、等方的に光を出射する。
第1の無機蛍光体粒子31Saは、波長変換ファイバ20Sの表面20aに位置する。このため、第1の無機蛍光体粒子31Saから横断面中の360°全方位に出射する光のうち、180°の光が波長変換ファイバ20Sに入射する。
一方で、第2の無機蛍光体粒子31Sbは、波長変換ファイバ20Sの半径と等しい距離だけ波長変換ファイバ20Sの表面20aから離れているため、横断面中の360°全方位に出射する光のうち、幾何学的に60°の光が波長変換ファイバ20Sに入射する。
The first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb emit light isotropically by the incident of γ-rays or neutrons.
The first inorganic phosphor particles 31Sa are located on the surface 20a of the wavelength conversion fiber 20S. Therefore, of the light emitted from the first inorganic phosphor particles 31Sa in all directions of 360 ° in the cross section, 180 ° of the light is incident on the wavelength conversion fiber 20S.
On the other hand, since the second inorganic phosphor particles 31Sb are separated from the surface 20a of the wavelength conversion fiber 20S by a distance equal to the radius of the wavelength conversion fiber 20S, among the light emitted in all directions of 360 ° in the cross section. , Geometrically 60 ° light is incident on the wavelength conversion fiber 20S.

樹脂組成部30Sの外周面30aには、乱反射材35Sが設けられている。乱反射材35Sは、第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbから出射され樹脂組成部30Sの外周面30aに達した光を90%の反射率で反射するものとする。また、外周面30aは、波長変換ファイバ20Sの半径の4倍の距離だけ波長変換ファイバ20Sの表面20aから離れている。したがって、乱反射材35Sで反射して180°の方向に拡散して出射される光のうち、幾何学的に22°の光が波長変換ファイバ20Sに入射する。 A diffused reflective material 35S is provided on the outer peripheral surface 30a of the resin composition portion 30S. The diffuse reflection material 35S shall reflect the light emitted from the first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb and reaching the outer peripheral surface 30a of the resin composition unit 30S with a reflectance of 90%. Further, the outer peripheral surface 30a is separated from the surface 20a of the wavelength conversion fiber 20S by a distance four times the radius of the wavelength conversion fiber 20S. Therefore, of the light reflected by the diffusely reflecting material 35S and diffused in the direction of 180 ° and emitted, the light of 22 ° geometrically enters the wavelength conversion fiber 20S.

図6のモデルにおいて、第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbについて、それぞれ出射した光のうち、波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合を計算する。
(式M1)は、第1の無機蛍光体粒子31Saから出射された光のうち、波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合Raを算出するための式である。
同様に(式M2)は、第2の無機蛍光体粒子31Sbから出射された光のうち、波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合Rbを算出するための式である。
In the model of FIG. 6, the ratio of the light incident on the wavelength conversion fiber 20S to the emitted light of the first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb is calculated.
(Equation M1) is an equation for calculating the ratio Ra of the light incident on the wavelength conversion fiber 20S among the light emitted from the first inorganic phosphor particles 31Sa.
Similarly, (Equation M2) is an equation for calculating the ratio Rb of the light incident on the wavelength conversion fiber 20S among the light emitted from the second inorganic phosphor particles 31Sb.

Figure 0006900697
Figure 0006900697

Figure 0006900697
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(式M1)および(式M2)の右辺の第1項は、第1又は第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbから出射した光のうち、直接的に波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合を表す。
また、(式M1)および(式M2)の右辺の第2項は、第1又は第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbから出射した光のうち、1回だけ乱反射材35Sで反射された後に、波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合を表す。さらに、右辺の第3項以降は、2回、3回…と、乱反射材35Sで反射された後に、波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合である。
(式M1)および(式M2)は、それぞれ以下の(式M3)および(式M4)に変換して計算することができる。
The first term on the right side of (Equation M1) and (Equation M2) is the ratio of the light emitted from the first or second inorganic phosphor particles 31Sa, 31Sb to the light directly incident on the wavelength conversion fiber 20S. Represents.
Further, the second term on the right side of (Equation M1) and (Equation M2) is the light emitted from the first or second inorganic phosphor particles 31Sa, 31Sb, after being reflected only once by the diffuse reflection material 35S. , Represents the proportion of light incident on the wavelength conversion fiber 20S. Further, the third and subsequent terms on the right side are the ratio of light incident on the wavelength conversion fiber 20S after being reflected by the diffuse reflection material 35S, such as twice, three times, and so on.
(Equation M1) and (Equation M2) can be calculated by converting them into the following (Equation M3) and (Equation M4), respectively.

Figure 0006900697
Figure 0006900697

Figure 0006900697
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(式M3)から、このモデルにおいて、第1の無機蛍光体粒子31Saから出射された光のうち、波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合Raは、0.76(すなわち76%)である。また、(式M4)から、第2の無機蛍光体粒子31Sbから出射された光のうち、波長変換ファイバ20Sに入射する光の割合Rbは、0.60(すなわち60%)である。 From (Equation M3), in this model, the ratio Ra of the light incident on the wavelength conversion fiber 20S among the light emitted from the first inorganic phosphor particles 31Sa is 0.76 (that is, 76%). Further, from (Equation M4), the ratio Rb of the light incident on the wavelength conversion fiber 20S among the light emitted from the second inorganic phosphor particles 31Sb is 0.60 (that is, 60%).

次に、図6のモデルにおいて、中性子Nおよびγ線が中性子シンチレーター1Sに入射した場合に、中性子およびγ線に起因して、第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbから出射されたm個の光子が、波長変換ファイバ20Sに入射する確率を算出する。 Next, in the model of FIG. 6, when neutrons N and γ rays were incident on the neutron scintillator 1S, they were emitted from the first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb due to the neutrons and γ rays. The probability that m photons are incident on the wavelength conversion fiber 20S is calculated.

ここで、本モデルにおいて、中性子Nが1つの無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射した際の、反応数を1×10とする。ここでの反応数とは、中性子Nが無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射により生じた二次粒子による無機蛍光体の励起回数を意味する。したがって、中性子Nが1つの無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射すると1×10回の励起が生じる。
また、本モデルにおいて、γ線が1つの無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射した際の、反応数を1×1011とする。ここでの反応数とは、γ線が無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射により生じた二次電子による無機蛍光体の励起回数を意味する。したがって、γ線が1つの無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射すると1×1011回の励起が生じる。
In the present model, the neutron N one inorganic phosphor particles 31sa, when incident on 31SB, a number of reactions with 1 × 10 3. The number of reactions here means the number of excitations of the inorganic phosphor by the secondary particles generated by the neutron N incident on the inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb. Therefore, when the neutron N is incident on one inorganic phosphor particle 31Sa, 31Sb, excitation occurs 1 × 10 3 times.
Further, in this model, the number of reactions when γ-rays are incident on one inorganic phosphor particle 31Sa, 31Sb is 1 × 10 11 . The number of reactions here means the number of times the inorganic phosphor is excited by secondary electrons generated by the γ-rays incident on the inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb. Therefore, when γ-rays are incident on one inorganic phosphor particle 31Sa, 31Sb, excitation of 1 × 10 11 times occurs.

また、本モデルにおいて、中性子の入射に起因する1回の反応あたりに、無機蛍光体粒子31Sa、32Sbから出射される光子の数は、200photon(実際には、20,000photonと言われる)であるとする。同様に、本モデルにおいて、γ線の入射に起因する1回の反応あたりに、無機蛍光体粒子31Sa、32Sbから出射される光子の数は、125photon(実際には、0〜15,000photonと言われる)であるとする。
なお、実際の中性子シンチレーターにおいては、上記のカッコ内の値であると言われているが、本モデルでは計算の簡素化のために、上記値を用いることとする。
Further, in this model, the number of photons emitted from the inorganic phosphor particles 31Sa and 32Sb per reaction caused by the incident of neutrons is 200photon (actually, it is said to be 20,000photon). To do. Similarly, in this model, the number of photons emitted from the inorganic phosphor particles 31Sa and 32Sb per reaction caused by the incident of γ-rays is said to be 125photon (actually, 0 to 15,000photon). ).
In an actual neutron scintillator, it is said that the value is in parentheses, but in this model, the above value is used for simplification of calculation.

まず中性子が無機蛍光体粒子31Sa、32Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子の数について検討する。
第1の無機蛍光体粒子31Saに中性子が入射した際に、当該中性子の入射に起因して射出された光子が、m個だけ波長変換ファイバに入射する確率Pnaは、以下の(式M5)で表される。なお(式M5)において、Raは、上で求めたように、0.76である。
First, when neutrons are incident on the inorganic phosphor particles 31Sa and 32Sb, the number of photons incident on the wavelength conversion fiber 20S will be examined.
When a neutron is incident on the first inorganic phosphor particle 31Sa, the probability Pna that only m photons emitted due to the incident of the neutron are incident on the wavelength conversion fiber is as follows (Equation M5). expressed. In (Equation M5), Ra is 0.76 as obtained above.

Figure 0006900697
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同様に、第2の無機蛍光体粒子31Sbに中性子が入射した際に、当該中性子の入射に起因して射出された光子が、m個だけ波長変換ファイバ20Sに入射する確率Pnbは、以下の(式M6)で表される。なお(式M6)において、Rbは、上で求めたように、0.60である。 Similarly, when a neutron is incident on the second inorganic phosphor particle 31Sb, the probability Pnb that only m photons emitted due to the incident of the neutron are incident on the wavelength conversion fiber 20S is as follows ( It is represented by the formula M6). In (Equation M6), Rb is 0.60 as obtained above.

Figure 0006900697
Figure 0006900697

また、1個の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbにおいて、中性子Nの入射により1×10回の反応が起こる点および、第1の無機蛍光体粒子31Saは1個存在し、第2の無機蛍光体粒子31Sbが20個存在する点を加味すると、図6の中性子シンチレーターにおいて、中性子nが第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数がm個となる事象の発生回数Cnabは、以下の(式M7)で表される。
Cnab=(1×10×1×Pna)+(1×10×20×Pnb)
(式M7)
Further, in one inorganic phosphor particle 31Sa, 31Sb, a point where the reaction occurs 1 × 10 3 times due to the incident of neutron N, and one first inorganic phosphor particle 31Sa exists, and the second inorganic fluorescence Taking into account the fact that there are 20 body particles 31Sb, in the neutron scintillator of FIG. 6, photons incident on the wavelength conversion fiber 20S when the neutron n is incident on the first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb. The number of occurrences of events Cnab in which the number is m is expressed by the following (Equation M7).
Cnab = (1 × 10 3 × 1 × Pna) + (1 × 10 3 × 20 × Pnb)
(Equation M7)

上述の(式M7)を基に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数Cnabと、をプロットしたグラフを図7に示す。 Based on the above (Equation M7), FIG. 7 shows a graph in which the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S and the number of occurrences of this event Cnab are plotted.

なお、上述の(式M7)中において、右辺の第1項が第1の無機蛍光体粒子31Saからの出射される光子数に対応し、第2項が第2の無機蛍光体粒子31Sbから出射される光子数に対応する。 In the above (Equation M7), the first term on the right side corresponds to the number of photons emitted from the first inorganic phosphor particle 31Sa, and the second term is emitted from the second inorganic phosphor particle 31Sb. Corresponds to the number of photons to be produced.

ここで本実施形態に示すように、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子を含まない場合(すなわち、図1において、樹脂組成部30の第1領域A1に無機蛍光体粒子31を含まない場合)に、中性子Nが第2の無機蛍光体粒子31Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数がm個となる事象の発生回数Cnbは、以下の(式M8)で表される。
Cnb=(1×10×20×Pnb) (式M8)
Here, as shown in the present embodiment, when the inorganic phosphor particles are not contained in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S (that is, in FIG. 1, the inorganic phosphor particles 31 are not contained in the first region A1 of the resin composition portion 30). In the case), when the neutron N is incident on the second inorganic phosphor particle 31Sb, the number of occurrences Cnb of the event in which the number of photons incident on the wavelength conversion fiber 20S is m is expressed by the following (Equation M8). Will be done.
Cnb = (1 × 10 3 × 20 × Pnb) (Equation M8)

上述の(式M8)を基に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数Cnbと、をプロットしたグラフを図8に示す。 Based on the above (Equation M8), FIG. 8 shows a graph in which the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S and the number of occurrences of this event Cnb are plotted.

次いで、γ線が無機蛍光体粒子31Sa、32Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子の数について検討する。
第1の無機蛍光体粒子31Saにγ線が入射した際に、当該γ線の入射に起因して射出された光子が、m個だけ波長変換ファイバに入射する確率Pγaは、以下の(式M9)で表される。
Next, the number of photons incident on the wavelength conversion fiber 20S when γ-rays are incident on the inorganic phosphor particles 31Sa and 32Sb will be examined.
When a γ-ray is incident on the first inorganic phosphor particle 31Sa, the probability Pγa that only m photons emitted due to the incident of the γ-ray are incident on the wavelength conversion fiber is as follows (Equation M9). ).

Figure 0006900697
Figure 0006900697

同様に、第2の無機蛍光体粒子31Sbにγ線が入射した際に、当該γ線の入射に起因して射出された光子が、m個だけ波長変換ファイバ20Sに入射する確率Pγbは、以下の(式M10)で表される。 Similarly, when γ-rays are incident on the second inorganic phosphor particles 31Sb, the probability Pγb that only m photons emitted due to the incident of the γ-rays are incident on the wavelength conversion fiber 20S is as follows. It is represented by (Equation M10).

Figure 0006900697
Figure 0006900697

また、1個の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbにおいて、γ線の入射により1×1011回の反応が起こる点および、第1の無機蛍光体粒子31Saは1個存在し、第2の無機蛍光体粒子31Sbが20個存在する点を加味すると、図6の中性子シンチレーターにおいて、γ線の無機蛍光体粒子31Sへの入射に対して、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数がm個となる事象の発生回数Cγabは、以下の(式M11)で表される。
Cγab=(1×1011×1×Pγa)+(1×1011×20×Pγb)
(式M11)
Further, in one inorganic phosphor particle 31Sa, 31Sb, a point where 1 × 10 11 reactions occur due to the incident of γ-ray, and one first inorganic phosphor particle 31Sa exists, and the second inorganic fluorescence Taking into account the fact that there are 20 body particles 31Sb, in the neutron scintillator of FIG. 6, the number of photons incident on the wavelength conversion fiber 20S is m with respect to the incident of γ-rays on the inorganic phosphor particles 31S. The number of occurrences of Cγab is represented by the following (Equation M11).
Cγab = (1 × 10 11 × 1 × Pγa) + (1 × 10 11 × 20 × Pγb)
(Equation M11)

上述の(式M11)を基に、γ線が第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数Cγabと、をプロットしたグラフを図9に示す。 Based on the above (Equation M11), when γ-rays are incident on the first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb, the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S and the number of occurrences of this event Cγab A graph plotting the above is shown in FIG.

また、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子を含まない場合(すなわち、図1において、樹脂組成部30の第1領域A1に無機蛍光体粒子31を含まない場合)に、γ線が第2の無機蛍光体粒子31Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数がm個となる事象の発生回数Cγbは、以下の(式M12)で表される。
Cγb=(1×1011×20×Pγb) (式M12)
Further, when the inorganic phosphor particles are not contained in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S (that is, when the first region A1 of the resin composition portion 30 does not contain the inorganic phosphor particles 31 in FIG. 1), the γ-rays are the first. The number of occurrences of an event in which the number of photons incident on the wavelength conversion fiber 20S is m when incident on the inorganic phosphor particles 31Sb of No. 2 Cγb is represented by the following (Equation M12).
Cγb = (1 × 10 11 × 20 × Pγb) (Equation M12)

上述の(式M12)を基に、γ線が第2の無機蛍光体粒子31Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数Cγbと、をプロットしたグラフを図10に示す。 Based on the above (Equation M12), the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S when γ-rays are incident on the second inorganic phosphor particles 31Sb and the number of occurrences of this event Cγb are plotted. The graph is shown in FIG.

図11は、本モデルにおいて、中性子Nおよびγ線が、それぞれ第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数の関係を示すグラフである。すなわち図11は、図7に示すグラフと、図9に示すグラフとを重ね合わせたグラフである。
また、図13は、それぞれ第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbを有するモデルにおいて、中性子Nおよびγ線に起因して波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数の関係の総和を示すグラフである。すなわち、図13は、図7および図9に示す発生回数を互いに足し合わせたグラフである。
なお、図11は、縦軸(発生回数)に対数を取っており、図13は、縦軸を線形としている。
FIG. 11 shows the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S when the neutrons N and γ rays are incident on the first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb, respectively, and the phenomenon of this event. It is a graph which shows the relationship of the number of occurrences. That is, FIG. 11 is a graph in which the graph shown in FIG. 7 and the graph shown in FIG. 9 are superimposed.
Further, FIG. 13 shows the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S due to the neutrons N and γ rays in the model having the first and second inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb, respectively, and the occurrence of this event. It is a graph which shows the sum of the relation of the number of times. That is, FIG. 13 is a graph obtained by adding the number of occurrences shown in FIGS. 7 and 9 to each other.
Note that FIG. 11 has a logarithm on the vertical axis (number of occurrences), and FIG. 13 has a linear vertical axis.

図12は、本モデルの第1の無機蛍光体粒子31Saを省いた場合(波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子を含まない場合)において、中性子Nおよびγ線が、それぞれ第1および第2の無機蛍光体粒子31Sa、31Sbに入射した際に、波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数の関係を示すグラフである。すなわち図12は、図8に示すグラフと、図10に示すグラフとを重ね合わせたグラフである。
また、図14は、第2の無機蛍光体粒子31Sbのみを有するモデルにおいて、中性子Nおよびγ線に起因して波長変換ファイバ20Sに入射する光子数mと、この事象の発生回数の関係の総和を示すグラフである。すなわち、図14は、図8および図10に示す発生回数を互いに足し合わせたグラフである。
なお、図12は、縦軸(発生回数)に対数を取っており、図14は、縦軸を線形としている。
In FIG. 12, when the first inorganic phosphor particles 31Sa of this model are omitted (when the inorganic phosphor particles are not contained in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S), the neutrons N and γ rays are the first and the first, respectively. 3 is a graph showing the relationship between the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S when incident on the inorganic phosphor particles 31Sa and 31Sb of No. 2 and the number of occurrences of this event. That is, FIG. 12 is a graph in which the graph shown in FIG. 8 and the graph shown in FIG. 10 are superimposed.
Further, FIG. 14 shows the sum of the relationships between the number of photons m incident on the wavelength conversion fiber 20S due to the neutrons N and γ-rays and the number of occurrences of this event in the model having only the second inorganic phosphor particles 31Sb. It is a graph which shows. That is, FIG. 14 is a graph obtained by adding the number of occurrences shown in FIGS. 8 and 10 to each other.
Note that FIG. 12 has a logarithm on the vertical axis (number of occurrences), and FIG. 14 has a linear vertical axis.

図11に示すように、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子が存在する場合(すなわち、第1の無機蛍光体粒子31Saが存在する場合)には、γ線に由来する出力結果と、中性子Nに依存する出力結果とが、大幅に重なり合っている。また、中性子Nに依存する出力結果のピークの1つが、γ線に由来する出力結果に重なっている。
図13は、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子が存在する場合の中性子シンチレーター1Sの検出結果とみることができる。図13に示すように、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子が存在する場合には、中性子Nに依存する出力結果のピークの1つが、γ線に由来する出力結果に重なっているため、中性子の検出結果が、γ線の存在により確認しづらくなっている。
As shown in FIG. 11, when the inorganic phosphor particles are present in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S (that is, when the first inorganic phosphor particles 31Sa are present), the output result derived from γ-rays and the output result The output results, which depend on neutron N, overlap significantly. Further, one of the peaks of the output result depending on the neutron N overlaps with the output result derived from the γ-ray.
FIG. 13 can be seen as the detection result of the neutron scintillator 1S when the inorganic phosphor particles are present in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S. As shown in FIG. 13, when the inorganic phosphor particles are present in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S, one of the peaks of the output result depending on the neutron N overlaps with the output result derived from the γ-ray. , The detection result of neutrons is difficult to confirm due to the presence of γ-rays.

一方で、図12に示すように、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子が存在しない場合(すなわち、第1の無機蛍光体粒子31Saが存在しない場合)には、中性子Nに依存する検出結果のピークが、γ線に起因するグラフに埋もれていない。
図14は、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子が存在しない場合の中性子シンチレーター1Sの検出結果とみることができる。図14に示すように、この検出結果では、中性子Nに依存する検出結果のピークが、γ線に埋もれていないために、特定の光子数(波高値に換算される)の事象発生回数を確認することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 12, when the inorganic phosphor particles do not exist in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S (that is, when the first inorganic phosphor particles 31Sa do not exist), the detection depends on the neutron N. The resulting peak is not buried in the graph due to gamma rays.
FIG. 14 can be seen as the detection result of the neutron scintillator 1S when the inorganic phosphor particles are not present in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S. As shown in FIG. 14, in this detection result, since the peak of the detection result depending on the neutron N is not buried in the γ-ray, the number of events of a specific number of photons (converted to the peak value) is confirmed. can do.

すなわち、図13および図14を比較した時、波長変換ファイバ20Sの近傍に無機蛍光体粒子を配置しない場合(図14の場合)には、中性子Nに依存する検出結果のピークを認識しやすくすることができる。したがって、実際の測定において、中性子シンチレーターにより測定された測定結果において、中性子に起因するピークのみを容易に識別することが可能となる。結果として、このように、モデル化した中性子シンチレーター1Sにおいて、波長変換ファイバ20Sの近傍に、無機蛍光体粒子を配置しないことで、n/γ弁別能を高められることが確認された。 That is, when FIG. 13 and FIG. 14 are compared, when the inorganic phosphor particles are not arranged in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S (in the case of FIG. 14), the peak of the detection result depending on the neutron N is easily recognized. be able to. Therefore, in the actual measurement, it is possible to easily identify only the peak caused by the neutron in the measurement result measured by the neutron scintillator. As a result, it was confirmed that in the modeled neutron scintillator 1S, the n / γ discrimination ability can be enhanced by not arranging the inorganic phosphor particles in the vicinity of the wavelength conversion fiber 20S.

1…中性子シンチレーター、2…中性子検出器、3…光検出器、4…判定部、20…波長変換ファイバ、30…樹脂組成部、31…無機蛍光体粒子、32…樹脂部、A1…第1領域、A2…第2領域 1 ... Neutron scintillator, 2 ... Neutron detector, 3 ... Photodetector, 4 ... Judgment unit, 20 ... Wavelength conversion fiber, 30 ... Resin composition part, 31 ... Inorganic phosphor particles, 32 ... Resin part, A1 ... 1st Area, A2 ... Second area

Claims (7)

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部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターであって、
前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第1領域と、前記第1領域より外側に位置する第2領域と、を有し、前記第1領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第2領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低く、
前記樹脂組成部は、前記第1領域および前記第2領域における材料が同一である、中性子シンチレーター。
A resin composition portion containing inorganic phosphor particles containing at least one neutron capture isotope selected from lithium 6 and boron-10, and a wavelength conversion fiber having at least a part contained in the resin composition portion. A neutron scintillator that is a component
The resin composition portion has a tubular first region including an outer circumference of the wavelength conversion fiber and a second region located outside the first region, and the inorganic phosphor in the first region. The density of the particles is lower than the density of the inorganic phosphor particles in the second region.
The resin composition section is a neutron scintillator in which the materials in the first region and the second region are the same.
前記樹脂組成部の前記第1領域には、前記無機蛍光体粒子が含まれていない、請求項1に記載の中性子シンチレーター。 The neutron scintillator according to claim 1, wherein the first region of the resin composition section does not contain the inorganic phosphor particles. 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部の外壁面の距離の比が1〜10の範囲にある、
請求項1又は2に記載の中性子シンチレーター。
The ratio of the distance between the central axis of the wavelength conversion fiber and the outer wall surface of the resin composition portion to the diameter of the wavelength conversion fiber is in the range of 1 to 10.
The neutron scintillator according to claim 1 or 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1〜3の何れか一項に記載の中性子シンチレーター。
The ratio of the refractive index of the inorganic phosphor particles to the refractive index of the resin in the emission wavelength of the inorganic phosphor particles is in the range of 0.95 to 1.05.
The neutron scintillator according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜4の何れか一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、
中性子検出器。
The neutron scintillator according to any one of claims 1 to 4 and a photodetector are provided.
Neutron detector.
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部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、
前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、
中性子線の有無を判定する判定部を具備し、
前記判定部は、前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、4.8MeV近傍又は2.3MeV近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定し、
前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第1領域と、前記第1領域より外側に位置する第2領域と、を有し、前記第1領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第2領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低く、
前記樹脂組成部は、前記第1領域および前記第2領域における材料が同一である、中性子検出器。
A neutron scintillator comprising a resin composition portion containing inorganic phosphor particles containing a neutron capture isotope and a wavelength conversion fiber having at least a part contained in the resin composition portion.
A photodetector that detects the light emitted from the neutron scintillator,
Equipped with a determination unit that determines the presence or absence of neutron rays,
The determination unit approximates the logarithm of the detection frequency with respect to the peak value of the light detected by the photodetector to a linear function, and the detection frequency of the peak value near 4.8 MeV or 2.3 MeV is obtained from the linear function. When diverging, determine the presence of neutron rays and
The resin composition portion has a tubular first region including an outer circumference of the wavelength conversion fiber and a second region located outside the first region, and the inorganic phosphor in the first region. The density of the particles is lower than the density of the inorganic phosphor particles in the second region.
The resin composition section is a neutron detector in which the materials in the first region and the second region are the same.
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部と、少なくとも一部が該樹脂組成部に内包された波長変換ファイバと、を構成要素とする中性子シンチレーターと、
前記中性子シンチレーターから発せられた光を検出する光検出器と、を用いて、
前記光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、4.8MeV近傍又は2.3MeV近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定し、
前記樹脂組成部は、前記波長変換ファイバの外周を内包する筒状の第1領域と、前記第1領域より外側に位置する第2領域と、を有し、前記第1領域における前記無機蛍光体粒子の密度は、前記第2領域における前記無機蛍光体粒子の密度より低く、
前記樹脂組成部は、前記第1領域および前記第2領域における材料が同一である、中性子の検出方法。
A neutron scintillator comprising a resin composition portion containing inorganic phosphor particles containing a neutron capture isotope and a wavelength conversion fiber having at least a part contained in the resin composition portion.
Using a photodetector that detects the light emitted from the neutron scintillator,
When the logarithm of the detection frequency with respect to the peak value of light detected by the optical detector is approximated to a linear function and the detection frequency of the peak value near 4.8 MeV or 2.3 MeV deviates from the linear function, Determine the presence of neutron rays and
The resin composition portion has a tubular first region including an outer circumference of the wavelength conversion fiber and a second region located outside the first region, and the inorganic phosphor in the first region. The density of the particles is lower than the density of the inorganic phosphor particles in the second region.
The resin composition section is a method for detecting neutrons, wherein the materials in the first region and the second region are the same.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2971358B2 (en) * 1994-03-23 1999-11-02 株式会社東芝 Radiation measurement device
JPH08338876A (en) * 1995-06-13 1996-12-24 Mitsubishi Electric Corp Particle measuring device, particle measuring method and nuclear power plant
JPH09236669A (en) * 1996-03-01 1997-09-09 Tohoku Electric Power Co Inc Fiber type radiation detector
JPH11118933A (en) * 1997-10-09 1999-04-30 Tohoku Electric Power Co Inc Fiber type radiation detector
US20050135535A1 (en) * 2003-06-05 2005-06-23 Neutron Sciences, Inc. Neutron detector using neutron absorbing scintillating particulates in plastic
WO2005008287A1 (en) * 2003-07-18 2005-01-27 Toudai Tlo, Ltd. Thermal netron flux monitor
JP6315575B2 (en) * 2014-06-13 2018-04-25 株式会社トクヤマ Neutron scintillator and neutron detector

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