JP2005200460A

JP2005200460A - 中性子用有機シンチレータ

Info

Publication number: JP2005200460A
Application number: JP2004005459A
Authority: JP
Inventors: Masaki Katagiri; 政樹片桐; Yasuhiro Kondo; 泰洋近藤; Yoshiki Nakajo; 善樹中條
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】
中性子が入射した際有機ホウ素ポリーマーから放出される蛍光を効率良く表面まで取り出し、中性子検出効率を上げた短蛍光寿命の有機シンチレータを提供する。
【解決手段】
ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーに高分子材料であるポリメチルメタクリレート(PMMA)あるいは、ポリスチレン(PS)をブレンドしてシンチレータの透過度を上げる。この結果、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）により中性子を捕獲した際に発生するα線と⁷Ｌｉ粒子により有機ホウ素ポリーマー内部で発生した蛍光を、効率よくシンチレータ表面に取り出した中性子用有機シンチレータとすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、中性子の検出に用いる有機ホウ素ポリーマーに関するものである。本発明のポリマーにおいては、発光する蛍光量は少ないものの、非常に短い蛍光寿命を持つことを利用して、放射線あるいは中性子が高い入射率で入った場合でも検出可能とし、かつ２次元的にもイメージを高速に取得できることを可能とする。

従来、α線を代表とする放射線の検出器あるいは中性子検出器には、ＺｎＳ：Ａｇ蛍光体が用いられてきた。しかし、ＺｎＳ：Ａｇは、主となる蛍光寿命は２００ｎｓと短いものの遅い成分があり総合的には、蛍光寿命は１００μｓと長く、高計数率の放射線あるいは中性子の検出には使用することが困難であった。

一方、有機蛍光体を用いた中性子検出体としては、無機物である⁶Ｌｉあるいは¹⁰Ｂを有機物の中に混ぜる必要が有ることから、混ぜることにより混濁が起こるため、¹⁰Ｂ金属微粉を混合した¹⁰Ｂ含有プラスチックシンチレータのみが実用化され市販されてきた。

従来のＺｎＳ：Ａｇ蛍光体は、その蛍光寿命が２００ｎｓと短いものの遅い成分があり、蛍光寿命は１００μｓと長く、高計数率の放射線あるいは中性子の検出に使用することが困難であった。又、従来の有機蛍光体を用いた中性子検出体は、無機物である⁶Ｌｉあるいは¹⁰Ｂを混ぜる必要が有ることから、混濁が起こるため、¹⁰Ｂ金属微粉を混合したもののみが使用されてきた。

放射線あるいは中性子を高計数率で検出するには、蛍光寿命が短い蛍光体を用いることが不可欠となる。有機ホウ素ポリーマーは、蛍光量は少ないものの、その蛍光寿命は非常に短いことが実験により確認できた。また、ポリマー自身の構成元素にホウ素を含むため、ポリマー自身が中性子検出媒体となる。このため、蛍光量の少ないことをいかに補うかが中性子検出効率を上げることになる。このため、高分子材料のブレンド、あるいは蛍光を吸収し再放出する材料のブレンド、あるいは中性子コンバータ材として用いてプラスチックシンチレータを発光させ、シンチレータ表面にから放出される蛍光を増加させ、中性子に対する検出効率を上げることとした。

本発明のポリマーは、発光する蛍光量は少ないものの、非常に短い蛍光寿命を持つことにより、放射線あるいは中性子が高い入射率で入った場合にもその検出が可能となり、かつ２次元的にもイメージを高速に取得できるものである。

（実施例１）
実施例１として、図１に示す構造を有する有機ホウ素ポリーマーを用いた中性子シンチレータについて述べる。構造はπ共役性のポリマーであり分子として７０００から１００００の分子が集まったものである。この試料について²⁴¹Ａｍα線線源を用いてα線に対する蛍光スペクトルを測定した。本有機ホウ素ポリーマーのα線を照射した場合の蛍光スペクトルを図２に示す。

この有機ホウ素ポリマー８ｍｇについて少量の有機系接着剤を用いてアルミニウム基板に１ｃｍ×１ｃｍの面積に塗布した。このシンチレータサンプルの表面に浜松ホトニクス製Ｒ７６０型光電子増倍管を装着し中性子検出器とした。測定する場所で１００／ｃｍ²・ｓの中性子束の強度を持つＡｍ−Ｌｉ中性子線源を用いて、中性子に対する検出特性を測定した。その結果、中性子計数率として０．５７ｃｐｓが得られた。この結果より有機ホウ素ポリーマーを用いて中性子を計数することができることが確認された。

（実施例２）
実施例２として、図１に示す構造を有する有機ホウ素ポリーマーに図３に示す構造のポリメチルメタクリレート(PMMA)をブレンドして用いた中性子シンチレータについて述べる。ポリメチルメタクリレート(PMMA)に重量比で４％の有機ホウ素ポリーマーを混合して混ぜて１ｃｍ²のシンチレータとする。この有機ホウ素ポリーマーシンチレータの総重量は１３０ｍｇであった。本有機ホウ素ポリーマーのα線を照射した場合の蛍光スペクトルを図４に示す。

このシンチレータサンプルの表面に浜松ホトニクス製Ｒ７６０型光電子増倍管を装着し中性子検出器とした。測定する場所で１００／ｃｍ²・ｓの中性子束の強度を持つＡｍ−Ｌｉ中性子線源を用いて、中性子に対する検出特性を測定した。シンチレータから出力される信号の波高分布をマルチチャンネル波高分析装置を用いて測定した。測定した波高分布を図５に示す。実施例１の際に得られた波高分布よりも信号出力が高いことが確認された。また、実際に用いられた有機ホウ素ポリーマーの重量が実施例よりも少ないにも関わらず計数率は２ｃｐｓが得られた。この結果より、有機ホウ素ポリーマーのみを用いた場合に比較して、ポリメチルメタクリレート(PMMA)をブレンドして用いた中性子シンチレータは約４倍高い検出効率が得られることがわかった。

（実施例３）
実施例３として、図１に示す構造を有するホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーに高分子材料であるポリメチルメタクリレート(PMMA)をブレンドした試料に図６に示すベリレンをブレンドした試料について述べる。ポリメチルメタクリレート(PMMA)を１とした場合、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーを０．０１、そしてベリレンを０．００２とする。この構成比で重量１００ｍｇの試料を製作した。本有機ホウ素ポリーマーのα線を照射した場合の蛍光スペクトルを図７に示す。

このシンチレータ試料の表面に浜松ホトニクス製Ｒ７６０型光電子増倍管を装着し中性子検出器とした。測定する場所で１００／ｃｍ²・ｓの中性子束の強度を持つＡｍ−Ｌｉ中性子線源を用いて、中性子に対する検出特性を測定した。シンチレータから出力される信号の波高分布をマルチチャンネル波高分析装置を用いて測定した。測定した波高分布を図８に示す。本実施例でも、実施例１の際に得られた波高分布よりも信号出力が高いことが確認された。また、実際に用いられた有機ホウ素ポリーマーの重量が実施例１よりも少ないのにも関わらず計数率は１．３ｃｐｓが得られた。この結果より、有機ホウ素ポリーマーのみを用いた場合に比較して、ポリメチルメタクリレート(PMMA)をブレンドかつベリレンを追加してブレンドして用いた中性子シンチレータはさらに、約３倍高い検出効率が得られることがわかった。

（実施例４）
実施例４では、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーをブラスチックシンチレータにブレンドし、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）により中性子を捕獲した際に発生するα線と⁶Ｌｉ粒子がプラスチックシンチレータを発光させることを利用して中性子を検出する中性子用有機シンチレータについて述べる。

プラスチックシンチレータとしては米国バイクロン社製ＢＣ−４１４を用いる。ＢＣ４１４を２００ｍｇに対して、有機ホウ素ポリーマーを８ｍｇ混ぜてトルエンで溶かし混んだのち、固化した。このシンチレータ試料の表面に浜松ホトニクス製Ｒ７６０型光電子増倍管を装着し中性子検出器とした。測定する場所で１００／ｃｍ²・ｓの中性子束の強度を持つＡｍ−Ｌｉ中性子線源を用いて、中性子に対する検出特性を測定した。シンチレータから出力される信号の波高分布をマルチチャンネル波高分析装置を用いて測定した。測定した波高分布を図９に示す。計数率としては４ｃｐｓが得られた。実施例１−３の場合に比較してアンプのゲインを５分の１で測定してる。このため、プラスチックシンチレータにブレンドした場合には、約５倍程度の光量が得られることが確認できた。

有機ホウ素ポリーマーの構造を示す図である。 α線を照射した時の有機ホウ素ポリーマーの蛍光スペクトル示した図である。ポリメチルメタクリレート(PMMA)の構造を示す図である α線を照射した時の有機ホウ素ポリーマーにポリメチルメタクリレート(PMMA)をブレンドした試料の蛍光スペクトル示した図である。中性子を照射して得られた有機ホウ素ポリーマーにポリメチルメタクリレート(PMMA)をブレンドした試料の波高分布特性を示した図である。ベリレンの構造を示す図である。 α線を照射した時の有機ホウ素ポリーマーにポリメチルメタクリレート(PMMA)及びベリレンをブレンドした試料の蛍光スペクトル示した図である。中性子を照射して得られた有機ホウ素ポリーマーにポリメチルメタクリレート(PMMA)及びベリレンをブレンドした試料の波高分布特性を示した図である。中性子を照射して得られた有機ホウ素ポリーマーをプラスチックシンチレータにブレンドした試料の波高分布特性を示した図である。

Claims

ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーが、含有するホウ素
１０（¹⁰Ｂ）により中性子を捕獲した際に発生するα線と⁷Ｌｉ粒子により、蛍光を発光することを利用して中性子を検出することを特徴とした中性子用有機シンチレータ。
ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーに高分子材料であるポリメチルメタクリレート(PMMA)あるいは、ポリスチレン(PS)をブレンドして、ホウ素
１０（¹⁰Ｂ）により中性子を捕獲した際に発生するα線と⁶Ｌｉ粒子りより、有機ホウ素ポリーマーが発生する蛍光がシンチレータ表面に出る量を増加させることを特徴とした中性子用有機シンチレータ。
上記請求項２のホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーに高分子材料であるポリメチルメタクリレート(PMMA)あるいは、ポリスチレン(PS)をブレンドした試料に、ぺリレンをブレンドし、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）により中性子を捕獲した際に発生するα線と⁶Ｌｉ粒子により有機ホウ素ポリーマーから発生する蛍光を吸収し再発光させ、シンチレータ表面に出る蛍光量を増加させることを特徴とした中性子用有機シンチレータ。
ホウ素１０（¹⁰Ｂ）を構成元素とした有機ホウ素ポリーマーをブラスチックシンチレータにブレンドし、ホウ素１０（¹⁰Ｂ）により中性子を捕獲した際に発生するα線と⁶Ｌｉ粒子がプラスチックシンチレータを発光させることを利用して中性子を検出することを特徴とした中性子用有機シンチレータ。