JP2018024863A - 中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体及び中性子線・γ線弁別測定法 - Google Patents
中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体及び中性子線・γ線弁別測定法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ＢＮＣＴの線量域に対応し、簡便な装置で低コストに且つ安定して、中性子とガンマ線とを弁別測定できる熱蛍光体、及び中性子線・γ線弁別測定法を提供すること。【解決手段】Ａｌ2Ｏ3を主成分とし、添加成分として熱蛍光成分を含有する中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体。この熱蛍光体を用いた中性子線・γ線弁別測定法であって、１記載の熱蛍光体と、ＢｅＯを主成分とする対象熱蛍光体とを用意し、両者に中性子線及びγ線が混在した放射線を、照射時間を変えて複数時間照射し、上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を測定して、上記熱蛍光体の中性子及びγ線両方の積算蛍光量を算出し、更に上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を下記式に代入して上記熱蛍光体のγ線熱蛍光量を算出し、γ線の線量を把握すると共に、上記積算蛍光量から上記 γ線熱蛍光量を減じることにより中性子線の線量を把握する、中性子線・γ線弁別測定法。【選択図】なし
Description
本発明は、熱蛍光量差を用いる中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体及び中性子線・γ線弁別測定法に関する。
ホウ素中性子捕捉療法(boron neutron capture therapy：以下BNCTという)は、腫瘍への高い線量集中性と強力な殺細胞効果を特徴とする次世代型の放射線治療法である。 BNCT において、照射場に混在する中性子線とγ線は生物学的効果比が異なるため、弁別した測定及び線量評価が不可欠である。そこで、中性子線・γ線弁別測定法として、種々の方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、ガンマ線と中性子の混在場において、ガンマ線のエネルギー分析と中性子のエネルギー分析を広範囲にわたって単一の装置で分析可能な中性子数分析装置および放射線計測装置として、外部からＣｄＴｅ半導体検出器に入射するガンマ線と、ＣｄＴｅ半導体検出器を構成するＣｄやＴｅと中性子との反応によって発生するガンマ線（２次ガンマ線）とを同時に検出する、中性子数分析装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、ガンマ線と中性子の混在場において、ガンマ線のエネルギー分析と中性子のエネルギー分析を広範囲にわたって単一の装置で分析可能な中性子数分析装置および放射線計測装置として、外部からＣｄＴｅ半導体検出器に入射するガンマ線と、ＣｄＴｅ半導体検出器を構成するＣｄやＴｅと中性子との反応によって発生するガンマ線（２次ガンマ線）とを同時に検出する、中性子数分析装置が提案されている。
しかし、特許文献１にかかる装置は、検出が不安定であり、装置が煩雑でコストが高 いと問題がある。
理論上検出が安定的で、簡便な装置で低コストに中性子とガンマ線とを弁別測定できる手法として、熱蛍光体（以下 ＴＬＤという場合もある）を用いた中性子線・γ線弁別測定 法が提案されており、中性子吸収断面積の差が大きい２種のＴＬＤの熱蛍光量差を利用する手法がある。しかし、ＢＮＣＴの線量域に対応したＴＬＤは未だ提案されておらず、 市販されておらず、実際には行われていない。
ＢＮＣＴの線量域に対応したＴＬＤの開発が要望されているのが現状である。
理論上検出が安定的で、簡便な装置で低コストに中性子とガンマ線とを弁別測定できる手法として、熱蛍光体（以下 ＴＬＤという場合もある）を用いた中性子線・γ線弁別測定 法が提案されており、中性子吸収断面積の差が大きい２種のＴＬＤの熱蛍光量差を利用する手法がある。しかし、ＢＮＣＴの線量域に対応したＴＬＤは未だ提案されておらず、 市販されておらず、実際には行われていない。
ＢＮＣＴの線量域に対応したＴＬＤの開発が要望されているのが現状である。
したがって、本発明の目的は、ＢＮＣＴの線量域に対応し、簡便な装置で低コストに且つ安定して、中性子とガンマ線とを弁別測定できる熱蛍光体、及び中性子線・γ線弁別測定法を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するものであり、下記発明を提供するものである。
１．Ａｌ2Ｏ3を主成分とし、添加成分として熱蛍光成分を含有する中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体。
２．上記熱蛍光成分が、Ｃｒ2Ｏ3である１記載の熱蛍光体。
３．１記載の熱蛍光体を用いた中性子線・γ線弁別測定法であって、
１記載の熱蛍光体と、ＢｅＯを主成分とする対象熱蛍光体とを用意し、
両者に中性子線及びγ線が混在した放射線を、照射時間を変えて複数時間照射し、
上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を測定して、上記熱蛍光体の中性子 及びγ線両方の積算蛍光量を算出し、
更に上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の 熱蛍光特性を下記式に代入して上記熱 蛍光体のγ線熱蛍光量を算出し、γ線の線量を把握すると共に、上記積算蛍光量から上記 γ線熱蛍光量を減じることにより中性子線の線量を把握する 、
中性子線・γ線弁別測定法。
１．Ａｌ2Ｏ3を主成分とし、添加成分として熱蛍光成分を含有する中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体。
２．上記熱蛍光成分が、Ｃｒ2Ｏ3である１記載の熱蛍光体。
３．１記載の熱蛍光体を用いた中性子線・γ線弁別測定法であって、
１記載の熱蛍光体と、ＢｅＯを主成分とする対象熱蛍光体とを用意し、
両者に中性子線及びγ線が混在した放射線を、照射時間を変えて複数時間照射し、
上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を測定して、上記熱蛍光体の中性子 及びγ線両方の積算蛍光量を算出し、
更に上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の 熱蛍光特性を下記式に代入して上記熱 蛍光体のγ線熱蛍光量を算出し、γ線の線量を把握すると共に、上記積算蛍光量から上記 γ線熱蛍光量を減じることにより中性子線の線量を把握する 、
中性子線・γ線弁別測定法。
本発明に係る熱蛍光体は、ＢＮＣＴの線量域に対応し、簡便な装置で低コストに且つ安定して、中性子とガンマ線とを弁別測定できるものである。
また、本発明の中性子線・γ線弁別測定法 によれば、簡便且つ低コストに中性子とガンマ線とを弁別測定できる。詳細には、一般的に用いられている高価な中性子捕獲材を用いることなく、極めて安価に中性子検出を 行うことができ、また、二次元の中性子検出も可能である。
また、本発明の中性子線・γ線弁別測定法 によれば、簡便且つ低コストに中性子とガンマ線とを弁別測定できる。詳細には、一般的に用いられている高価な中性子捕獲材を用いることなく、極めて安価に中性子検出を 行うことができ、また、二次元の中性子検出も可能である。
以下、本発明の熱蛍光体及び中性子線・γ線弁別測定法について詳述する。
本発明の熱蛍光体は、中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体であって、Ａｌ2Ｏ3 を主成分とし、添加成分として熱蛍光成分を含有することを特徴とする。
以下、詳細に説明する。
本発明の熱蛍光体は、中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体であって、Ａｌ2Ｏ3 を主成分とし、添加成分として熱蛍光成分を含有することを特徴とする。
以下、詳細に説明する。
（主成分）
上記主成分はＡｌ2Ｏ3であり、通常市販されているアルミナを特に制限なく用いることができる。
（熱蛍光成分）
上記熱蛍光成分としては、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有する化合物を挙げることができ、Ｃｒ2Ｏ3等を好ましく挙げることができる。
（量比）
上記熱蛍光成分は上記主成分１００重量部に対して、１〜１０重量部とするのが好ましい。
（第３成分）
本発明の熱蛍光体には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で通常熱蛍光体に含有される種々成分（化合物）を適宜添加することができる。たとえば、１０Ｂ、６Ｌｉ等の中性子捕縛材を，
（製造方法）
本発明の熱蛍光体は、上記主成分に上記熱蛍光成分を混合し、所定温度で所定時間焼成する等して得ることができる。
上記主成分はＡｌ2Ｏ3であり、通常市販されているアルミナを特に制限なく用いることができる。
（熱蛍光成分）
上記熱蛍光成分としては、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有する化合物を挙げることができ、Ｃｒ2Ｏ3等を好ましく挙げることができる。
（量比）
上記熱蛍光成分は上記主成分１００重量部に対して、１〜１０重量部とするのが好ましい。
（第３成分）
本発明の熱蛍光体には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で通常熱蛍光体に含有される種々成分（化合物）を適宜添加することができる。たとえば、１０Ｂ、６Ｌｉ等の中性子捕縛材を，
（製造方法）
本発明の熱蛍光体は、上記主成分に上記熱蛍光成分を混合し、所定温度で所定時間焼成する等して得ることができる。
＜ 中性子線・γ線弁別測定法 ＞
本発明の中性子線・γ線弁別測定法は、上記の本発明の熱蛍光体を用いた中性子線・γ線弁別測定法であって、
上記熱蛍光体と、ＢｅＯを主成分とする対象熱蛍光体とを用意し、両者に中性子線及びγ線が混在した放射線を、照射時間を変えて複数時間照射し、上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を測定して、上記熱蛍光体の中性子及びγ線両方の積算蛍光量を算出し、更に上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を下記数式に示す式に代入して上記熱蛍光体のγ線熱蛍光量を算出してγ線の線量を把握すると共に、上記積算蛍光量から上記γ線熱蛍光量を減じることにより中性子線の線量を把握する 、ことにより実施できる。
以下、詳述する。
上記対象熱蛍光体としては、ＢｅＯ石英ガラス管封入ＴＬＤ（商品名「ＵＤ―１７０ＬＳ」 、松下電器社製）等を用いることができる。
中性子線及びγ線が混在した放射線としては、ホウ素中性子捕捉療法において照射される放射線等を挙げることができる。
照射時間は特に制限されないが、７,１７,２４,３０時間とすることができる。また、熱蛍光特性を測定する際にグロー曲線を計測するための昇温速度は０．０５〜０．２℃／secondとするのが好ましい。
上記熱蛍光体の中性子及びγ線両方の積算蛍光量の算出は、上記熱蛍光体を所定温度で加熱しつつ各温度における上記熱蛍光体の蛍光を測定して、その発光強度から蛍光量を算出する方法により算出することができる。なお、この際算出される積算蛍光量は中性子及びγ線両方の発光量の合計である。
別に、上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を下記数式に代入して上記熱蛍光体のγ線熱蛍光量を算出する。
ここで、式中の各記号は以下の意味である。
ＴＬＡｌ２Ｏ３，γ ：上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量
ＴＬＢｅＯ，γ：対象熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量
（μｅｎ／ρ）Ａｌ２Ｏ３，ＢｅＯ： 質量エネルギー吸収係数比
ηＡｌ２Ｏ３，ＢｅＯ：上記熱蛍光体と対象熱蛍光体との蛍光効率比
即ち、上記式により、上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量を得ることができる。
そして、得られた上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量を、上記積算蛍光量から減じること、すなわち、上記積算蛍光量−上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量を行うことにより中性子線の線量を算出することができる。
本発明の中性子線・γ線弁別測定法は、上記の本発明の熱蛍光体を用いた中性子線・γ線弁別測定法であって、
上記熱蛍光体と、ＢｅＯを主成分とする対象熱蛍光体とを用意し、両者に中性子線及びγ線が混在した放射線を、照射時間を変えて複数時間照射し、上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を測定して、上記熱蛍光体の中性子及びγ線両方の積算蛍光量を算出し、更に上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を下記数式に示す式に代入して上記熱蛍光体のγ線熱蛍光量を算出してγ線の線量を把握すると共に、上記積算蛍光量から上記γ線熱蛍光量を減じることにより中性子線の線量を把握する 、ことにより実施できる。
以下、詳述する。
上記対象熱蛍光体としては、ＢｅＯ石英ガラス管封入ＴＬＤ（商品名「ＵＤ―１７０ＬＳ」 、松下電器社製）等を用いることができる。
中性子線及びγ線が混在した放射線としては、ホウ素中性子捕捉療法において照射される放射線等を挙げることができる。
照射時間は特に制限されないが、７,１７,２４,３０時間とすることができる。また、熱蛍光特性を測定する際にグロー曲線を計測するための昇温速度は０．０５〜０．２℃／secondとするのが好ましい。
上記熱蛍光体の中性子及びγ線両方の積算蛍光量の算出は、上記熱蛍光体を所定温度で加熱しつつ各温度における上記熱蛍光体の蛍光を測定して、その発光強度から蛍光量を算出する方法により算出することができる。なお、この際算出される積算蛍光量は中性子及びγ線両方の発光量の合計である。
別に、上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を下記数式に代入して上記熱蛍光体のγ線熱蛍光量を算出する。
ＴＬＡｌ２Ｏ３，γ ：上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量
ＴＬＢｅＯ，γ：対象熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量
（μｅｎ／ρ）Ａｌ２Ｏ３，ＢｅＯ： 質量エネルギー吸収係数比
ηＡｌ２Ｏ３，ＢｅＯ：上記熱蛍光体と対象熱蛍光体との蛍光効率比
即ち、上記式により、上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量を得ることができる。
そして、得られた上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量を、上記積算蛍光量から減じること、すなわち、上記積算蛍光量−上記熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量を行うことにより中性子線の線量を算出することができる。
以下、本発明について実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。
〔実施例１〕
Ａｌ２Ｏ３１００重量部にＣｒ2Ｏ3を０．０５重量部混合し、焼成して セラミックTLスラブ（本発明の熱蛍光体）を得た。
ついで、得られた熱蛍光体及びＢｅＯ石英ガラス管封入ＴＬＤ (商品名「ＵＤ―１７０ＬＳ」、松下電器社製)にＰｕ−Ｂｅ中性子源(１Ｃｉ)を ７,１７,２４,３０時間それぞれ照射し後、昇温速度０．１３℃／sでＴＬグロー曲線の測定を行った。照射体系のγ線エネルギースペクトルは、 ＬａＢｒ3（Ｃｅ）シンチレーション検出器により測定した。 その結果を図１に示す。図１において、（ａ）は本発明の熱蛍光体の照射時間と積算熱蛍光量の関係である。ここに示すように照射時間に対し高い直線性が得られた。ここで、本発明 の 熱蛍光体とＢｅＯ石英ガラス管封入 ＴＬＤの蛍光効率比を 上記 数式 に代入して求めた本発明の熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量は（ｂ）となる。
なお、本発明の熱蛍光体とＢｅＯ石英ガラス管封入ＴＬＤの質量エネルギー吸収係数は、それぞれの化合物における元素の質量比から算出し、γ線エネルギースペクトルで加重平均した値を使用した。
図１の（ａ）及び（ｂ）より、本発明の熱蛍光体を用いることにより、中性子量をガンマ線量と弁別して 、安定的に測定できることが分かった 。
また、別に直径２５．４ｃｍのボナーボール中心に本発明の熱蛍光体とＢｅＯ石英ガラス 管封入ＴＬＤを設置し、中性子発生用加速器システムＮＡＳＢＥＥを用いて中性子線照射を行った。その後、昇温速度０．１３℃／sにてＴＬグロー曲線の測定を行った。ボナーボール中心におけるγ線エネルギースペクトルは、モンテカルロシミュレーションコード ＰＨＩＴＳを用いて、空気中でのＧｅ半導体検出器による測定結果から計算した。 その結果を図２に示す。図２（ａ）は本発明の熱蛍光体の照射時間と積算熱蛍光量の関係であり、（ｂ）は、上記数式により求めた本発明の熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量である。 図２（ａ）及び（ｂ）より、本発明の熱蛍光体の全熱蛍光に対して５５％が中性子に起因する成分であり、 本体系における中性子・γ線弁別測定に十分な感度を有していることがわかる。
〔実施例１〕
Ａｌ２Ｏ３１００重量部にＣｒ2Ｏ3を０．０５重量部混合し、焼成して セラミックTLスラブ（本発明の熱蛍光体）を得た。
ついで、得られた熱蛍光体及びＢｅＯ石英ガラス管封入ＴＬＤ (商品名「ＵＤ―１７０ＬＳ」、松下電器社製)にＰｕ−Ｂｅ中性子源(１Ｃｉ)を ７,１７,２４,３０時間それぞれ照射し後、昇温速度０．１３℃／sでＴＬグロー曲線の測定を行った。照射体系のγ線エネルギースペクトルは、 ＬａＢｒ3（Ｃｅ）シンチレーション検出器により測定した。 その結果を図１に示す。図１において、（ａ）は本発明の熱蛍光体の照射時間と積算熱蛍光量の関係である。ここに示すように照射時間に対し高い直線性が得られた。ここで、本発明 の 熱蛍光体とＢｅＯ石英ガラス管封入 ＴＬＤの蛍光効率比を 上記 数式 に代入して求めた本発明の熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量は（ｂ）となる。
なお、本発明の熱蛍光体とＢｅＯ石英ガラス管封入ＴＬＤの質量エネルギー吸収係数は、それぞれの化合物における元素の質量比から算出し、γ線エネルギースペクトルで加重平均した値を使用した。
図１の（ａ）及び（ｂ）より、本発明の熱蛍光体を用いることにより、中性子量をガンマ線量と弁別して 、安定的に測定できることが分かった 。
また、別に直径２５．４ｃｍのボナーボール中心に本発明の熱蛍光体とＢｅＯ石英ガラス 管封入ＴＬＤを設置し、中性子発生用加速器システムＮＡＳＢＥＥを用いて中性子線照射を行った。その後、昇温速度０．１３℃／sにてＴＬグロー曲線の測定を行った。ボナーボール中心におけるγ線エネルギースペクトルは、モンテカルロシミュレーションコード ＰＨＩＴＳを用いて、空気中でのＧｅ半導体検出器による測定結果から計算した。 その結果を図２に示す。図２（ａ）は本発明の熱蛍光体の照射時間と積算熱蛍光量の関係であり、（ｂ）は、上記数式により求めた本発明の熱蛍光体のγ線に対する熱蛍光量である。 図２（ａ）及び（ｂ）より、本発明の熱蛍光体の全熱蛍光に対して５５％が中性子に起因する成分であり、 本体系における中性子・γ線弁別測定に十分な感度を有していることがわかる。
Claims (3)
- Ａｌ2Ｏ3 を主成分とし、添加成分として熱蛍光成分を含有する中性子線・γ線弁別測定用の熱蛍光体。
- 上記熱蛍光成分が、Ｃｒ2Ｏ3である請求項１記載の熱蛍光体。
- 請求項１記載の熱蛍光体を用いた中性子線・γ線弁別測定法であって、
請求項１記載の熱蛍光体と、ＢｅＯを主成分とする対象熱蛍光体とを用意し、
両者に中性子線及びγ線が混在した放射線を、照射時間を変えて複数時間照射し、
上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の熱蛍光特性を測定して、上記熱蛍光体の中性子 及びγ線両方の積算蛍光量を算出し 、
更に上記熱蛍光体及び上記対象熱蛍光体の 熱蛍光特性を下記式に代入して上記熱 蛍光体のγ線熱蛍光量を算出し、γ線の線量を把握すると共に、上記積算蛍光量から上記 γ線熱蛍光量を減じることにより中性子線の線量を把握する 、
中性子線・γ線弁別測定法。
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