中性子診断システム
【課題】 高い線量下で安定して動作することができ、高速中性子に高感度を有する照射誘起発光体を用いる中性子診断システムを提供する。
【解決手段】 高速中性子の存在する環境下であっても、中性子の照射で光が誘起される発光体、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙを用いて高速中性子の存在を計測することができ、さらに、中性子の照射に対して発光強度の高い発光体、長時間発光強度が一定の発光体とを用いる中性子診断システムである。
【解決手段】 高速中性子の存在する環境下であっても、中性子の照射で光が誘起される発光体、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙを用いて高速中性子の存在を計測することができ、さらに、中性子の照射に対して発光強度の高い発光体、長時間発光強度が一定の発光体とを用いる中性子診断システムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子に高感度を有する照射誘起発光体を用いる中性子の中性子診断システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今後、発展して行く核融合炉等の燃焼プラズマ装置の安全のためには、信頼性の高い高エネルギー中性子の計測の発展が、科学的、工学的観点から重要である。
従来は、高エネルギー中性子の計測としては、核分裂計数管があった。これは、ウラン２３８の電離作用を利用したガスカウンターであり、強い出力信号が得られるが、ウラン２３８自身が天然放射性核種であるために取り扱いが注意が必要で不便である。また、核分裂作用を利用しているために、時間経過に伴って核分裂して核分裂反応をしないウラン２３５になるために感度が減少する。
また、水素を含む材料の反跳水素の電離作用の利用、高速中性子を熱化した後の核反応の利用は、共に高速中性子の直接の計測ではなく、高速中性子と物質の相互作用の後の二次的反応を利用するもので、信頼性の確保が困難であり、中性子の計測システムとして信頼性に欠ける。
このために、現在、種々の高エネルギー計測技術が検討されているが、いずれも、低中性子束、低中性子量であり、また、γ線量も非常に少ない環境である。しかしながら、今後発展する核融合中性子診断システムでは、中性子束：１０１３ｎ／ｍ２ｓ、γ線：１Ｇｙ／ｓという高い線量下で安定して動作することが求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、陽極および陰極が対向され、これら陽極および陰極の間に電離ガスが封入された中性子検出器において、前記陽極および陰極の少なくとも一方は、主面がブラスト処理された後に、酸化ウランを含むコーティング材が塗布されて形成されている中性子検出器が開示されている。しかし、ウランを用いていることで、経時的に感度が低下することは避けられない。特許文献２では、水素を高密度で含む有機高分子から高速中性子によって叩き出された反跳陽子を放射線検出素子で検出する高速中性子検出手段と、熱中性子と硼素中の10Ｂとの核反応によって生成されるα粒子及び7Li原子核を放射線検出素子で検出する熱中性子検出手段とを備える中性子検出器が開示されている。高い中性子線量下での計測が困難である。特許文献３では、放射線検出媒体である輝尽性蛍光体が、入射した放射線を蓄積し励起光により輝尽性蛍光として放射線が入射した量を読み出すことができる作用と、入射した放射線により即発で蛍光を発する作用の２つの作用を持つことを利用して、蛍光検出機構を用いて、時間分割で輝尽性蛍光と即発蛍光を検出することにより、入射した放射線の量を計測する放射線計測方法が開示されている。しかし、ここで挙げられている輝尽性蛍光体が、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+でＫＣｌ：Ｅｕ2+、ＲｂＢｒ：Ｔｌ、ＳｒＳ：Ｅｕ、Ｓｍ等が記載されているが、これらの物質では感度が不十分である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１９１６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５５３７９号公報
【特許文献３】特開２０００−２４９７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、高い線量下で安定して動作することができ、高速中性子に高感度を有する照射誘起発光体を用いる中性子診断システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、高速中性子の存在する環境下であっても、中性子の照射で光が誘起される発光体を用いて高速中性子の存在を計測することができる中性子診断システムである。さらに、中性子の照射に対して発光強度の高い発光体、長時間発光強度が一定の発光体とを用いる中性子診断システムである。特に、発光体としてＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙを用いる。
【発明の効果】
【０００７】
上記解決するための手段によって、本発明の中性子診断システムは、多量の高速中性子が存在する環境下で、感度が高く、かつ、長時間安定して高速中性子の存在を診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【０００９】
本発明は、放射線照射によって発光する発光体とこの発光をとらえる光ファイバーとを備える照射部分と、光ファイバーで伝送された光を測定する測定部分とを備える中性子診断システムである。発光体は、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの少なくとも１以上で、組み合わせて用いても良い。
これらの発光体に対して高速中性子を照射すると発光する。具体的には、１０１２ｎ／ｍ２ｓの高速中性子を照射したときの発光スペクトルを図１と２に示す。図１は、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕの発光スペクトルを示す図である。図２は、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの発光スペクトルを示す図である。ＺｎＳ：Ａｇは４７０ｎｍ、ＺｎＳ：Ｃｕは、５７０ｎｍ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙは５００ｎｍ付近にピークがあり、半値幅も７５〜１５０ｎｍと非常に狭く鋭いピークを持つことで高い感度を示している。また、いずれの発光も、４００〜７００ｎｍの範囲にあり、人間の視覚でも容易に確認することができる。
【００１０】
この発光を光ファイバーでとらえられるようにしておく。光ファーバーとしては、放射線の照射によっても伝送特性が変わらない耐放射線光ファイバーを用いる。発光は、高速中性子の存在しない場所まで伝送させる。これによって、計測者を高速中性子の被爆を避けることができる。また、光ファイバーを用いることで、発光の減衰を抑えて、離れた場所まで伝送することができる。
さらに、発光を測定する測定部分に光ファイバーで伝送する。測定部分における測定装置としては、スペクトルの分析、強度を測定できるものであればよい。
図１及び２に示すように、ＺｎＳ：Ａｇが最も強い発光量を得られた。この点で、感度の点からＺｎＳ：Ａｇが最も好ましい。
【００１１】
また、図３は、それぞれの発光体への高速中性子の照射時間に対する発光強度の関係を示す図である。ここでは、１０１２ｎ／ｍ２ｓの高速中性子を照射した。
図３から明らかに、ＺｎＳ：Ａｇは時間経過に伴い発光量が減少しているのがわかる。その点で、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの発光強度は弱いが、時間経過に対してほぼ一定である。また、ここには示さないが、１０２０ｎ／ｍ２ｓの高速中性子を照射しても発光強度は、図３と同様に、時間経過に対してほぼ一定であった。この点で、長期間の利用からは、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙが優れている。
したがって、これらを組み合わせて用いることで、少量の高速中性子の存在及び長期に渡る測定を同時に行うことができる。また、ＺｎＳ：Ａｇを備える照射部分とＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙとからなる照射部分との双方を備える中性子診断システムであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕの発光スペクトルを示す図である。
【図２】ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの発光スペクトルを示す図である。
【図３】それぞれの発光体への高速中性子の照射時間に対する発光強度の関係を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子に高感度を有する照射誘起発光体を用いる中性子の中性子診断システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今後、発展して行く核融合炉等の燃焼プラズマ装置の安全のためには、信頼性の高い高エネルギー中性子の計測の発展が、科学的、工学的観点から重要である。
従来は、高エネルギー中性子の計測としては、核分裂計数管があった。これは、ウラン２３８の電離作用を利用したガスカウンターであり、強い出力信号が得られるが、ウラン２３８自身が天然放射性核種であるために取り扱いが注意が必要で不便である。また、核分裂作用を利用しているために、時間経過に伴って核分裂して核分裂反応をしないウラン２３５になるために感度が減少する。
また、水素を含む材料の反跳水素の電離作用の利用、高速中性子を熱化した後の核反応の利用は、共に高速中性子の直接の計測ではなく、高速中性子と物質の相互作用の後の二次的反応を利用するもので、信頼性の確保が困難であり、中性子の計測システムとして信頼性に欠ける。
このために、現在、種々の高エネルギー計測技術が検討されているが、いずれも、低中性子束、低中性子量であり、また、γ線量も非常に少ない環境である。しかしながら、今後発展する核融合中性子診断システムでは、中性子束：１０１３ｎ／ｍ２ｓ、γ線：１Ｇｙ／ｓという高い線量下で安定して動作することが求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、陽極および陰極が対向され、これら陽極および陰極の間に電離ガスが封入された中性子検出器において、前記陽極および陰極の少なくとも一方は、主面がブラスト処理された後に、酸化ウランを含むコーティング材が塗布されて形成されている中性子検出器が開示されている。しかし、ウランを用いていることで、経時的に感度が低下することは避けられない。特許文献２では、水素を高密度で含む有機高分子から高速中性子によって叩き出された反跳陽子を放射線検出素子で検出する高速中性子検出手段と、熱中性子と硼素中の10Ｂとの核反応によって生成されるα粒子及び7Li原子核を放射線検出素子で検出する熱中性子検出手段とを備える中性子検出器が開示されている。高い中性子線量下での計測が困難である。特許文献３では、放射線検出媒体である輝尽性蛍光体が、入射した放射線を蓄積し励起光により輝尽性蛍光として放射線が入射した量を読み出すことができる作用と、入射した放射線により即発で蛍光を発する作用の２つの作用を持つことを利用して、蛍光検出機構を用いて、時間分割で輝尽性蛍光と即発蛍光を検出することにより、入射した放射線の量を計測する放射線計測方法が開示されている。しかし、ここで挙げられている輝尽性蛍光体が、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ2+でＫＣｌ：Ｅｕ2+、ＲｂＢｒ：Ｔｌ、ＳｒＳ：Ｅｕ、Ｓｍ等が記載されているが、これらの物質では感度が不十分である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１９１６５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５５３７９号公報
【特許文献３】特開２０００−２４９７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、高い線量下で安定して動作することができ、高速中性子に高感度を有する照射誘起発光体を用いる中性子診断システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、高速中性子の存在する環境下であっても、中性子の照射で光が誘起される発光体を用いて高速中性子の存在を計測することができる中性子診断システムである。さらに、中性子の照射に対して発光強度の高い発光体、長時間発光強度が一定の発光体とを用いる中性子診断システムである。特に、発光体としてＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙを用いる。
【発明の効果】
【０００７】
上記解決するための手段によって、本発明の中性子診断システムは、多量の高速中性子が存在する環境下で、感度が高く、かつ、長時間安定して高速中性子の存在を診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【０００９】
本発明は、放射線照射によって発光する発光体とこの発光をとらえる光ファイバーとを備える照射部分と、光ファイバーで伝送された光を測定する測定部分とを備える中性子診断システムである。発光体は、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの少なくとも１以上で、組み合わせて用いても良い。
これらの発光体に対して高速中性子を照射すると発光する。具体的には、１０１２ｎ／ｍ２ｓの高速中性子を照射したときの発光スペクトルを図１と２に示す。図１は、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕの発光スペクトルを示す図である。図２は、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの発光スペクトルを示す図である。ＺｎＳ：Ａｇは４７０ｎｍ、ＺｎＳ：Ｃｕは、５７０ｎｍ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙは５００ｎｍ付近にピークがあり、半値幅も７５〜１５０ｎｍと非常に狭く鋭いピークを持つことで高い感度を示している。また、いずれの発光も、４００〜７００ｎｍの範囲にあり、人間の視覚でも容易に確認することができる。
【００１０】
この発光を光ファイバーでとらえられるようにしておく。光ファーバーとしては、放射線の照射によっても伝送特性が変わらない耐放射線光ファイバーを用いる。発光は、高速中性子の存在しない場所まで伝送させる。これによって、計測者を高速中性子の被爆を避けることができる。また、光ファイバーを用いることで、発光の減衰を抑えて、離れた場所まで伝送することができる。
さらに、発光を測定する測定部分に光ファイバーで伝送する。測定部分における測定装置としては、スペクトルの分析、強度を測定できるものであればよい。
図１及び２に示すように、ＺｎＳ：Ａｇが最も強い発光量を得られた。この点で、感度の点からＺｎＳ：Ａｇが最も好ましい。
【００１１】
また、図３は、それぞれの発光体への高速中性子の照射時間に対する発光強度の関係を示す図である。ここでは、１０１２ｎ／ｍ２ｓの高速中性子を照射した。
図３から明らかに、ＺｎＳ：Ａｇは時間経過に伴い発光量が減少しているのがわかる。その点で、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの発光強度は弱いが、時間経過に対してほぼ一定である。また、ここには示さないが、１０２０ｎ／ｍ２ｓの高速中性子を照射しても発光強度は、図３と同様に、時間経過に対してほぼ一定であった。この点で、長期間の利用からは、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙが優れている。
したがって、これらを組み合わせて用いることで、少量の高速中性子の存在及び長期に渡る測定を同時に行うことができる。また、ＺｎＳ：Ａｇを備える照射部分とＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙとからなる照射部分との双方を備える中性子診断システムであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕの発光スペクトルを示す図である。
【図２】ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの発光スペクトルを示す図である。
【図３】それぞれの発光体への高速中性子の照射時間に対する発光強度の関係を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線照射によって発光する発光体とこの発光をとらえる光ファイバーとを備える照射部分と、
光ファイバーで伝送された光を測定する測定部分と を備える
ことを特徴とする中性子診断システム。
【請求項２】
請求項１に記載の中性子診断システムにおいて、
前記発光体が、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの少なくとも１以上である
ことを特徴とする中性子診断システム。
【請求項１】
放射線照射によって発光する発光体とこの発光をとらえる光ファイバーとを備える照射部分と、
光ファイバーで伝送された光を測定する測定部分と を備える
ことを特徴とする中性子診断システム。
【請求項２】
請求項１に記載の中性子診断システムにおいて、
前記発光体が、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ：Ｄｙの少なくとも１以上である
ことを特徴とする中性子診断システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２１４７４６（Ｐ２００６−２１４７４６Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５０６９（Ｐ２００５−２５０６９）
【出願日】平成１７年２月１日（２００５．２．１）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１日（２００５．２．１）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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