光ファイバを利用した放射線又は中性子の検出器
【課題】コンパクトで、ガンマ線に対するバックグランドが少なく、製作及びメインテナンスが容易な光ファイバ用いた中性子イメージ検出器を提供する。
【解決手段】透明な光ファイバの側面を削り取り、側面から蛍光を入射する側面光検出型光ファイバを用い、蛍光体あるいはシンチレータからの蛍光を検出することによりガンマ線に対するバックグランドが少ない中性子イメージ検出器を実現する。また、光ファイバを９０度に曲げて光電子増倍管に導くことを可能とすることにより検出器のサイズを小さくすると共に、中性子検出媒体と側面光検出型光ファイバからなる検出部とクリアファイバを用いた読みだしブロックとを分離した構造の検出器とすることにより製作及びメインテナンスが容易な中性子イメージ検出器とする。
【解決手段】透明な光ファイバの側面を削り取り、側面から蛍光を入射する側面光検出型光ファイバを用い、蛍光体あるいはシンチレータからの蛍光を検出することによりガンマ線に対するバックグランドが少ない中性子イメージ検出器を実現する。また、光ファイバを９０度に曲げて光電子増倍管に導くことを可能とすることにより検出器のサイズを小さくすると共に、中性子検出媒体と側面光検出型光ファイバからなる検出部とクリアファイバを用いた読みだしブロックとを分離した構造の検出器とすることにより製作及びメインテナンスが容易な中性子イメージ検出器とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを利用した放射線又は中性子の検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバを利用した放射線又は中性子の検出器としては、蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバを用いた放射線イメージ検出器及び中性子イメージ検出器が使用されてきた［Nucl. Instr. and Meth.,、 A430(1999)311-320、特願平10-366679、特願2000-259443］。これらの検出器はクロスファイバ読み取り方式により位置情報を得る
ことを特徴とし、図１７に示すように蛍光体シートあるいはシンチレータ板の上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出する。あるいは、図１８に示すように、短波長側蛍光検出用波長シフトファイバと長波長側蛍光波長シフトファイバの２種類の波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、その上に蛍光体シートあるいはシンチレータ板を配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの検出器に用いている波長シフトファイバは、蛍光体あるいはシンチレータから放出される蛍光を一度吸収し、吸収した波長より長い波長に変換して、蛍光を検出するため、変換された蛍光の波長が長くなり通常光検出器として使用される光電子増倍管の検出感度領域からはずれて用いられてきた。また、特に波長シフトファイバを中性子検出器に用いた場合、波長シフトファイバがガンマ線に感度があるため、ガンマ線バックグラウンドの原因となっていた。
【０００４】
また、上記方法で検出感度を高めるためには、蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバからなるセンサを積層して用いるため、波長シフトファイバの数が多くなり検出構造が複雑に成っていた。
【０００５】
一方、波長シフトファイバあるいは光ファイバを用いた検出器の場合、光ファイバを直角あるいは直角に近い角度まで曲げて用いる場合、光ファイバの曲げ角度の制限から数センチ以上の曲げ半径で曲げていた。このため、検出器のコンパクト化に問題が合った。
【０００６】
さらに、蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバを用いた放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器の場合、波長シフトファイバを長くする波長シフトされた蛍光が伝送される過程で吸収され検出器まで到達する蛍光が減ってしまうため、あまり長くして使用することができなかった。また、前に述べたように、波長シフトファイバ自身がガンマ線感度を持つため、中性子検出器に用いた場合には、ガンマ線バックグラウンドが問題になり、またガンマ線検出器に用いた場合には、ガンマ線イメージに対してバックグラウンドとなっていた。これらの問題のため、波長シフトファイバはできるだけ短くして用いる必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
蛍光体あるいはシンチレータから放出される蛍光を、波長シフトファイバの代わりに、
透明な光ファイバの側面を削り取り、側面から蛍光を入射し蛍光を波長シフトファイバの両端に導くことを可能とした光ファイバを用いることにより、放射線あるいは中性子を検出する。また、放射線イメージあるいは中性子イメージを検出する場合、直角に配置した２つの波長シフトファイバ束の内、少なくとも１つを、上記の透明な光ファイバの側面を削り取った光ファイバを用いることによりガンマ線バックグラウンドを低減する。
【０００８】
放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器の検出感度を上げるためには、単純にセンサを積層するのではなく、直角に配置した２つの波長シフトファイバ束の感度を揃えておき上面及び下面から蛍光を検出することを可能とし、両面に蛍光体あるいはシンチレータを配置することにより実現する。
【０００９】
検出器のコンパクト化に不可欠な光ファイバを曲げて使うことについては、円形ファイバでは直径が１ｍｍ以下の場合、あるいは正方形ファイバでは一辺の長さが１ｍｍ以下の場合、光ファイバの材質を選ぶことにより直角あるいは直角に近い角度まで曲げても、２０から５０％程度蛍光が透過することがわかったことから、光ファイバを曲げて使う。
【００１０】
波長シフトファイバを長くするとガンマ線バックグラウンドが増加する、途中から透明な光ファイバに変換して用いる。この場合、透明な光ファイバの直径は接続する波長シフトファイバより大きなものを使用し、接続にはグリースを用いる。
【実施例】
【００１１】
（実施例１）
実施例１として、一辺の長さが０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバを用い、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を５ｃｍの範囲の長さの部分を、２０μｍの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の紙を用いた構造の側面光検出型光ファイバの構造図を図１に示す。光ファイバとしては、米国バイクロン社製の一辺が０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバＢＣＦ−９８を用いる。本側面光検出型光ファイバの蛍光に対する位置分布特性について、蛍光光度計を改良して測定した。測定の結果、図２に示すように、５ｃｍの範囲でほぼ一様な分布が得られた。検出効率は、６７８ｎｍのレーザー光源を用いて校正した結果、約０．５％であった。
【００１２】
本実施例では、中性子を検出することとし、この側面光検出型光ファイバを８本用い、蛍光体と中性子コンバータを混合した中性子検出シートから放出される蛍光を検出し中性子を検出する中性子検出器の実施例を図３に示す。検出シートとしては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用い混合し、１ｍｍ厚のアルミ
ニウム板に塗布した米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。この結果、幅４ｍｍで長さ４ｃｍの検出部分を持つ中性子検出器を構成することができた。光ファイバは長さ１ｍｍとし、その他端には光電子増倍管を接続する。光電子増倍管としては浜松ホトニクス製Ｒ６４７Ｐを用いる。光電子増倍管からの出力信号は、ＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命が２００ｎｓなので、波形整形時定数０．５μｓにセットしたスペクトロスコピーアンプで増幅し波形整形する。その後、一定信号レベル以上のパルス信号を取り出す波形弁別器を用いることにより中性子信号を得ることができる。
【００１３】
(実施例２)
実施例２として、透明な光ファイバの削り取った側面の反対側の側面に設ける反射材として、白色の紙、テフロン（登録商標）板あるいは白色の塗料あるいはアルミニウム箔あるいはポリスチレン板について、実施例２のファイバの２ｃｍの部分の場所で比較測定した結果を表１に示す。併せて、黒色板及びアルミニウム板の結果についても比較のため示す。削り取り面からの入射で０．４％から０．５％の光検出効率が得られるのに対して、黒色板及びアルミニウム板など乱反射しない材料を用いた場合には、それぞれ０．０４％
、０．２％とほぼ半分以下の検出効率となり、本実施例が有効であることがわかる。
【００１４】
【表１】
【００１５】
（実施例３）
実施例３として、上記実施例１において、削り取った側面の反対側の面に設ける光を乱反射する材料として、白色の紙などの代わりに粉末の蛍光体を用いた場合について図４をもとに説明する。図４をみるとわかるように、削り取った側面とその裏面の両方の面に蛍光体を配置する。表１に示すように、蛍光体についての削り取り面からの入射とその裏面から入射の場合の光検出効率は、それぞれ０．５５％と０．３３％である。蛍光体としてはＺｎＳ：Ａｇと中性子コンバータである6ＬｉＦを混合した中性子検出媒体（厚さ：０
．４ｍｍ）を用いた場合、中性子が入射すると１５００個以上の光が放出される。０．３３％の検出効率でも光検出器には５個の光子が伝達される。光検出器として光電子増倍管を用いた場合、その量子効率は約２０％なので、光子の電気信号としては１個が得られ、フォトンカウンティング法を用いれば十分中性子を検出する事ができる。この検出媒体は不透明なため厚さを０．５ｍｍ以上にすることができないことから、本実施例とすることにより、厚さが２倍となり、実質０．８ｍｍの厚さの中性子検出器とすることができ、検出効率をほぼ２倍に増加した中性子検出器を構成することができる。
（実施例４）
実施例４として、一辺の長さが０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバを用い、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を１２ｃｍの範囲の長さの部分を、３０μｍの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の塗料を塗布した構造の側面光検出型を用いる。光ファイバとしては、米国バイクロン社製の一辺が０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバＢＣＦ−９８を用いる。本側面入射光ファイバの蛍光に対する位置分布特性について、蛍光光度計を改良して測定した。測定の結果、図５に示すように、ほぼ指数関数にのる分布が得られた。これは、実施例１に比較し１５ｃｍと長い部分について光ファイバを削り取る場合、削り始めの部分の検出効率が高く、先の方にゆくに従い検出効率が下がってしまうためである。このため、光ファイバの両端から光検出を行う。図５の分布を用いて光ファイバの両端から光を検出した場合、図５に示すような入射位置分布特性が得られる。この結果、幅広い領域にわたって、光に対する検出効率が入射位置にほとんど依存しない側面検出型光ファイバとして用いることができることが確認できた。
（実施例５）
実施例５として、本発明による２次元放射線イメージ検出器の構造を図６に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体とし
て常用されているＺｎＳ：Ａｇを用いる。ＺｎＳ：Ａｇを厚さ０．２ｍｍのシート状にした蛍光体シートの下面に、図６に示すように２つの透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００１６】
ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長の中心は４５０ｎｍであり、３６０ｎｍから５４０ｎｍまで幅広い波長の蛍光を発生し、蛍光寿命は２００ｎｓである。
透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。クリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された２つの光ファイバ束のクリアファイバはそれぞれ１本ごとに光検出器に接続する。
【００１７】
ＢＣＦ・９８を素材とした側面光検出型光ファイバから放出されてきた蛍光を検出する光検出器としては、１６チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製Ｈ６５６８を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、それぞれ波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換され、Ｘ軸パルス信号及びＹ軸パルス信号となる。これらのＸ軸パルス信号とＹ軸パルス信号との同時計数測定を行うことにより、放射線の２次元入射位置を決定する。同時計数時間（コインシデンス時間）としては、ＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命の３倍である６００ｎｓとすれば十分同時計数することができ、放射線イメージを検出することができる。
（実施例６）
実施例６として、本発明による２次元放射線イメージ検出器の構造を図７に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体として常用されているＺｎＳ：Ａｇを用いる。ＺｎＳ：Ａｇを厚さ０．２ｍｍのシート状にした蛍光体シートの下面に、図７に示すようにこれら検出媒体から放出される蛍光の短波長側に感度を持つ短波長用波長シフトファイバ及び透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００１８】
ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長の中心は４５０ｎｍであり、３６０ｎｍから５４０ｎｍまで幅広い波長の蛍光を発生し、蛍光寿命は２００ｎｓである。
短波長用波長シフトファイバとしては、３５０ｎｍから４４０ｎｍまでの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換する米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９２を用いる。また、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。波長シフトファイバとクリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバ及びクリアファイバを１本ごとに光検出器に接続する。
【００１９】
光検出器から以後の構成及び動作については実施例５と同じである。
（実施例７）
実施例７として、本発明による２次元放射線イメージ検出器の構造を図８に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体として常用されているＺｎＳ：Ａｇを用いる。ＺｎＳ：Ａｇを厚さ０．２ｍｍのシート状にした蛍光体シートの下面に、図８に示すようにこれら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバ及び透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００２０】
ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長の中心は４５０ｎｍであり、３６０ｎｍから５４０ｎｍまで幅広い波長の蛍光を発生し、蛍光寿命は２００ｎｓである。
検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバとしては、３９０ｎｍから５００ｎｍまでの蛍光に感度があり、５２０ｎｍの蛍光に波長変換するクラレ社製Ｙ−８（有機蛍光体濃度１００ｐｐｍ）を用いる。また、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。波長シフトファイバとクリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバ及びクリアファイバを１本ごとに光検出器に接続する。
【００２１】
光検出器から以後の構成及び動作については実施例５と同じである。
（実施例８）
実施例８として実施例５をもとに構成した例について図９をもとに説明する。
【００２２】
本実施例では中性子を検出することとする。中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍ
の米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように２つの透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。直角に配置し２つの光検出用光ファイバの背後に、中性子検出媒体用蛍光体としては米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を配置した構造とする。本実施例とすることにより、中性子検出媒体の厚さが２倍となり、実質０．８ｍｍの厚さの中性子イメージ検出器とすることができ、検出効率をほぼ２倍に増加した中性子イメージ検出器を構成することができる。
【００２３】
一方、本実施例を実現するには、４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバが削り取った部分の裏面を検出部分とした場合に、十分な光検出効率が得られることが不可欠であるが、実施例３で述べように４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの２ｃｍの位置の部分で取った裏面からの入射の場合の光検出効率は０．３％あり十分である。また、２つの側面光検出型光ファイバを重ねた場合の下側に置かれた側面光検出型光ファイバの光検出効率を削り取り面入射及び裏面入射に対する光検出効率は表２に示すように、直接入射した場合かあるいは多少増加する特性を示すことがわかった。多少増加する理由は、上部に置かれた側面光検出型光ファイバによる散乱と考えられる。以上のことから２つの側面光検出型光ファイバを重ねた光ファイバによる両面の光検出が可能であることがわかった。
【００２４】
【表２】
【００２５】
（実施例９）
実施例９として、本発明による中性子イメージ検出器の構造を図１０に示す。
本実施例では中性子を検出することととし、中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍ
の米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように２つのこれら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバとしては、３９０ｎｍから５００ｎｍまでの蛍光に感度があり、５２０ｎｍの蛍光に波長変換するクラレ社製Ｙ・８（有機蛍光体濃度１００ｐｐｍ）を用いる。この波長シフトファイバの吸収特性を図１１に示す。吸収特性が５０％以下であることがわかる。直角に配置し２つの波長シフトファイバ束の背後に、中性子検出媒体用蛍光体として米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を配置した構造とする。本構成とした場合、２つの波長シフトファイバ束を用いた光読み取りが両サイドから可能となるため、中性子検出媒体の厚さが２倍となり、実質０．８ｍｍの厚さの中性子イメージ検出器とすることができ、検出効率をほぼ２倍に増加した中性子イメージ検出器を構成することができる。
（実施例１０）
通常、波長シフトファイバを含めた光ファイバの最小曲げ半径は、０．５ｍｍの径の光ファイバでも１０ｍｍを必要とする。しかし、蛍光体あるいはシンチレータと組み合わせて光ファイバを用いる場合、この曲げ径がデッドスペースとなるため、曲げ径を小さくする必要がある。光ファイバのコア材料がポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート樹脂とし、円形の光ファイバの場合にはその直径を０．２５ｍｍないし１ｍｍとし、正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さを、０．２５ｍｍないし１ｍｍの光ファイバとし、曲げ径が直径あるいは一辺の長さの１倍ないし１．５倍の範囲で、４５度から１０５度の角度範囲で曲げた場合の光の透過特性を測定した。光ファイバとしては、一辺が０．５ｍｍで正方形光ファイバである米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いた。この結果、図１２に示すように光ファイバの素材を選択することにより、９０度まで曲げても５０％近くの透過率が得られることがわかった。
【００２６】
この結果をふまえて実施例１０について、図１３に示す中性子検出器について述べる。本実施例では中性子を検出することとする。中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍの
米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。面積は１ｃｍ2とする。この中性子検出媒体
の下面に、図に示すように９０度に曲げた波長シフトファイバを用いる。波長シフトファイバとしては、３５０ｎｍから４４０ｎｍまでの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換する米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９２を用いる。一辺が０．５ｍｍの正方形波長シフトファイバを用い、図に示すように折り曲げ波長シフトファイバの他端を光電子増倍管に接続する。検出部分を１０ｍｍ平方にするにはこの波長シフトファイバを２０本用いる。また、光電子増倍管としては、直径が１．３ｃｍの浜松ホトニクス製Ｒ６４７Ｐを用いることができる。このような構成にすることによりデッドスペースのない小型の中性子検出器を製作する事ができる。
【００２７】
また、実施例の光ファイバのコア材料がポリスチレンの場合には、ポリスチレン分子が連続して結合された材料を用いることが折り曲げ強度が強いため不可欠であり、米国バイクロン社製の波長シフトファイバ及びクリアファイバにはこの材料が使われている。また、クラレ社製の場合にはＳ型がポリスチレン分子が連続して結合された材料である。
【００２８】
なお、本実施例の場合、波長シフトファイバの代わりに実施例１で述べた透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を１ｃｍの範囲の長さの部分を、２０μｍの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の紙を用いた構造の側面入射光ファイバを用いることができる。
（実施例１１）
実施例１１として、本発明による中性子イメージ検出器の構造を図１４に示す。実施例１０において示した、４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを２本以上隙間なく並べかつ、立体交差することにより２種類の光ファイバ束を配置することを実現し中性子イメージの検出を可能とした実施例である。
【００２９】
中性子検出媒体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用い混合し、パイレックス（登録商標）ガラスに０．２ｍｍの厚さ塗布した
検出体を用いる。検出面積としては、８ｍｍｘ８ｍｍの大きさとする。波長シフトファイバとしては、一辺が０．５ｍｍの正方形の波長シフトファイバを１６本づつそれぞれＸ軸及びＹ軸に用いる。本実施例では、従来から用いられているＹ軸用波長シフトファイバとＸ軸用波長シフトファイバとの間に中性子検出媒体を挟んでイメージングを行うクロスドファイバ法を用いる。なお、Ｙ軸用波長シフトファイバ及びＸ軸用波長シフトファイバとしては、３５０ｎｍから４４０ｎｍまでの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換する米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９２を用いる。波長シフトファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。折り曲げ角度は９０度で使用する。
【００３０】
固定するマウントとしてはアルミニウムを用いることとする。一辺の長さが０．５ｍｍのため、１．４２倍すると共に孔あけ精度を考慮して、直径０．８ｍｍの孔を１ｍｍ間隔で、図のよう交互に４列あけることとする。このようにすることに、一辺が０．５ｍｍの正方形の波長シフトファイバを隙間無く並列に並べることができ、波長シフトファイバを９０度に折り曲げて使うことにより、検出器を非常にコンパクトにすることができる。特に、ファイバの数が１００本以上となる場合には効果的である。
【００３１】
本中性子イメージ検出器について、原研の原子炉ＪＲＲ−３Ｍの冷中性子ラジオグラフィ施設（ＣＮＲＦ）において、１．５ｍｍφ冷中性子ビームの測定を行った。測定結果を図１５に示す。位置分解能として０．６ｍｍが得られることがわかり、本実施例の有効性を確認した。
（実施例１２）
本実施例は、放射線あるいは中性子の検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体からの蛍光を、波長シフトファイバを用いて検出する場合、波長シフトファイバ自身がガンマ
線検出体となるため、あまり長くして使うとガンマ線によるバックグラウンドを受けてしまうことと、同時にあまり長くすると波長シフトファイバの波長シフトされた蛍光の透過率が悪くなってしまうことを改善するために使用される。また、波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバを用いて蛍光を検出する部分と、検出された蛍光を光検出器まで導く部分を分離して製作し、メインテナンスを容易にすることを実現することができる。
【００３２】
実施例１２について、図１６をもとに構成を述べる。本実施例では、中性子を検出する中性子イメージ検出器について述べる。
中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍの米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる
。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように２つの透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００３３】
透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。クリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された２つの光ファイバ束のクリアファイバは図に示すように一定の長さにし、端面を研磨する。このブロックを検出部ブロックとする。
【００３４】
一方、側面光検出型光ファイバを透明な円形の光ファイバに接続し、透明な円形の光ファイバの他端を光検出器に導くブロックを読み出しブロックとする。読み出しブロックは、図に示すように読み出しファイバ固定用ブロックにＸ軸接続用孔とＹ軸接続用孔をあけた構成とする。孔の位置は、検出部ブロックのｘ軸用側面光検出型光ファイバとＹ軸側面光検出型光ファイバの位置に合わせ、光ファイバの大きさよりも少し大きい直径とする。その下に、読み出し用光ファイバの孔を、検出部の光ファイバが、円形の光ファイバの場合にはその直径の１倍から１．５倍の直径の透明な光ファイバを、あるいは正方形の波長シフトファイバの場合にはその一辺の長さの１．４２倍から２倍の長さを直径とする透明な円形の光ファイバを用いることにより放射線あるいは中性子を検出する検出器において正方形の波長シフトファイバの場合にはその一辺の長さの１．４２倍から２倍の長さを直径とする透明な円形の光ファイバが固定できる大きさに孔をあける。この孔にＸ軸読み出し用光ファイバとＹ軸読み出し用光ファイバを固定する。本実施例の場合には、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを検出に用いるため、直径１ｍｍφの三菱レイヨン製光ファイバ・エスカを用いることができる。
【００３５】
このように検出部ブロックと読み出しブロックを分離できる構成にすることにより、多数の光ファイバを用いるイメージ検出器の製作を容易にすることができる。また、メインテナンスも容易となる。
（実施例１３）
実施例１２で述べた波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバと、透明な円形の光ファイバとの接続面にグリースを用いた実施例について述べる。
【００３６】
波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバと、透明な円形の光ファイバとの接続面を直接接続した場合とグリースを用いた場合について透過率を測定した。使用した波長シフトファイバはバイクロン社製ＢＣＦ−９９の一辺が０．５ｍｍの正方形ファイバであり、円形のクリアファイバとしては１ｍｍφの三菱レイヨン製プラスチックファイバ・エスカを用いた。測定の結果、直接接続した場合の透過率が３５％で合ったのに対して、グリースとして応用光研製ＯＫＥＮ６２６２Ａ光学用グリースを用いた場合、透過率が
８５％まで改善しほとんど損失がなくなることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】光ファイバの削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の紙を用いた構造の側面入射光ファイバの構造図を示す図である。
【図２】検出部分が５cmの側面光検出型光ファイバの光検出効率に対する位置分布特性を示す図である。
【図３】側面光検出型光ファイバを用いて中性子検出シートから放出される蛍光を検出し中性子を検出する中性子検出器の構造を示す図である。
【図４】光ファイバの削り取った側面とその裏麺の両方の面に蛍光体を配置した中性子検出器の構造を示す図である。
【図５】検出器部分が１２cmの側面光検出型光ファイバの光検出効率に対する位置分布特性を示す図である。
【図６】側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置した２次元放射線イメージ検出器の構造を示す図である。
【図７】短波長用波長シフトファイバと側面光検出型光ファイバを用いた２次元放射線イメージ検出器の構造を示す図である。
【図８】５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバと側面光検出型光ファイバを用いた２次元放射線イメージ検出器の構造を示す図である。
【図９】側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置しその両面に中性子検出媒体を配置した２次元中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１０】蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置しその両面に中性子検出媒体を配置した２次元中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１１】クラレ社製Ｙ-8(有機蛍光体濃度１００pｐｍ)の吸収特性を示す図である。
【図１２】光ファイバを０度から１１０度の角度で曲げた場合の光の透過特性を示す図である。
【図１３】９０度に曲げた波長シフトファイバを用いた中性子検出器の構造を示す図である。
【図１４】９０度に曲げた部分を持つ光ファイバを間隙なく並べかつ、立体交差させた中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１５】９０度に曲げた部分を持つ光ファイバを間隙なく並べかつ、立体交差させた中性子イメージ検出器による１．５mmφ冷中性子ビームの測定例である。
【図１６】検出部ブロックと読み出しブロックに分離した中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１７】従来法の蛍光体シートあるいはシンチレータ板の上面と仮面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時に計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出するクロスドファイバ法の原理を示す図である。
【図１８】従来法の短波長側蛍光検出用波長シフトファイバと長波長側蛍光波長シフトファイバの２種類の波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、その上に蛍光体シートあるいはシンチレータ板を配置し背面読み取り法の原理を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを利用した放射線又は中性子の検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバを利用した放射線又は中性子の検出器としては、蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバを用いた放射線イメージ検出器及び中性子イメージ検出器が使用されてきた［Nucl. Instr. and Meth.,、 A430(1999)311-320、特願平10-366679、特願2000-259443］。これらの検出器はクロスファイバ読み取り方式により位置情報を得る
ことを特徴とし、図１７に示すように蛍光体シートあるいはシンチレータ板の上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出する。あるいは、図１８に示すように、短波長側蛍光検出用波長シフトファイバと長波長側蛍光波長シフトファイバの２種類の波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、その上に蛍光体シートあるいはシンチレータ板を配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これらの検出器に用いている波長シフトファイバは、蛍光体あるいはシンチレータから放出される蛍光を一度吸収し、吸収した波長より長い波長に変換して、蛍光を検出するため、変換された蛍光の波長が長くなり通常光検出器として使用される光電子増倍管の検出感度領域からはずれて用いられてきた。また、特に波長シフトファイバを中性子検出器に用いた場合、波長シフトファイバがガンマ線に感度があるため、ガンマ線バックグラウンドの原因となっていた。
【０００４】
また、上記方法で検出感度を高めるためには、蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバからなるセンサを積層して用いるため、波長シフトファイバの数が多くなり検出構造が複雑に成っていた。
【０００５】
一方、波長シフトファイバあるいは光ファイバを用いた検出器の場合、光ファイバを直角あるいは直角に近い角度まで曲げて用いる場合、光ファイバの曲げ角度の制限から数センチ以上の曲げ半径で曲げていた。このため、検出器のコンパクト化に問題が合った。
【０００６】
さらに、蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバを用いた放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器の場合、波長シフトファイバを長くする波長シフトされた蛍光が伝送される過程で吸収され検出器まで到達する蛍光が減ってしまうため、あまり長くして使用することができなかった。また、前に述べたように、波長シフトファイバ自身がガンマ線感度を持つため、中性子検出器に用いた場合には、ガンマ線バックグラウンドが問題になり、またガンマ線検出器に用いた場合には、ガンマ線イメージに対してバックグラウンドとなっていた。これらの問題のため、波長シフトファイバはできるだけ短くして用いる必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
蛍光体あるいはシンチレータから放出される蛍光を、波長シフトファイバの代わりに、
透明な光ファイバの側面を削り取り、側面から蛍光を入射し蛍光を波長シフトファイバの両端に導くことを可能とした光ファイバを用いることにより、放射線あるいは中性子を検出する。また、放射線イメージあるいは中性子イメージを検出する場合、直角に配置した２つの波長シフトファイバ束の内、少なくとも１つを、上記の透明な光ファイバの側面を削り取った光ファイバを用いることによりガンマ線バックグラウンドを低減する。
【０００８】
放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器の検出感度を上げるためには、単純にセンサを積層するのではなく、直角に配置した２つの波長シフトファイバ束の感度を揃えておき上面及び下面から蛍光を検出することを可能とし、両面に蛍光体あるいはシンチレータを配置することにより実現する。
【０００９】
検出器のコンパクト化に不可欠な光ファイバを曲げて使うことについては、円形ファイバでは直径が１ｍｍ以下の場合、あるいは正方形ファイバでは一辺の長さが１ｍｍ以下の場合、光ファイバの材質を選ぶことにより直角あるいは直角に近い角度まで曲げても、２０から５０％程度蛍光が透過することがわかったことから、光ファイバを曲げて使う。
【００１０】
波長シフトファイバを長くするとガンマ線バックグラウンドが増加する、途中から透明な光ファイバに変換して用いる。この場合、透明な光ファイバの直径は接続する波長シフトファイバより大きなものを使用し、接続にはグリースを用いる。
【実施例】
【００１１】
（実施例１）
実施例１として、一辺の長さが０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバを用い、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を５ｃｍの範囲の長さの部分を、２０μｍの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の紙を用いた構造の側面光検出型光ファイバの構造図を図１に示す。光ファイバとしては、米国バイクロン社製の一辺が０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバＢＣＦ−９８を用いる。本側面光検出型光ファイバの蛍光に対する位置分布特性について、蛍光光度計を改良して測定した。測定の結果、図２に示すように、５ｃｍの範囲でほぼ一様な分布が得られた。検出効率は、６７８ｎｍのレーザー光源を用いて校正した結果、約０．５％であった。
【００１２】
本実施例では、中性子を検出することとし、この側面光検出型光ファイバを８本用い、蛍光体と中性子コンバータを混合した中性子検出シートから放出される蛍光を検出し中性子を検出する中性子検出器の実施例を図３に示す。検出シートとしては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用い混合し、１ｍｍ厚のアルミ
ニウム板に塗布した米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。この結果、幅４ｍｍで長さ４ｃｍの検出部分を持つ中性子検出器を構成することができた。光ファイバは長さ１ｍｍとし、その他端には光電子増倍管を接続する。光電子増倍管としては浜松ホトニクス製Ｒ６４７Ｐを用いる。光電子増倍管からの出力信号は、ＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命が２００ｎｓなので、波形整形時定数０．５μｓにセットしたスペクトロスコピーアンプで増幅し波形整形する。その後、一定信号レベル以上のパルス信号を取り出す波形弁別器を用いることにより中性子信号を得ることができる。
【００１３】
(実施例２)
実施例２として、透明な光ファイバの削り取った側面の反対側の側面に設ける反射材として、白色の紙、テフロン（登録商標）板あるいは白色の塗料あるいはアルミニウム箔あるいはポリスチレン板について、実施例２のファイバの２ｃｍの部分の場所で比較測定した結果を表１に示す。併せて、黒色板及びアルミニウム板の結果についても比較のため示す。削り取り面からの入射で０．４％から０．５％の光検出効率が得られるのに対して、黒色板及びアルミニウム板など乱反射しない材料を用いた場合には、それぞれ０．０４％
、０．２％とほぼ半分以下の検出効率となり、本実施例が有効であることがわかる。
【００１４】
【表１】
【００１５】
（実施例３）
実施例３として、上記実施例１において、削り取った側面の反対側の面に設ける光を乱反射する材料として、白色の紙などの代わりに粉末の蛍光体を用いた場合について図４をもとに説明する。図４をみるとわかるように、削り取った側面とその裏面の両方の面に蛍光体を配置する。表１に示すように、蛍光体についての削り取り面からの入射とその裏面から入射の場合の光検出効率は、それぞれ０．５５％と０．３３％である。蛍光体としてはＺｎＳ：Ａｇと中性子コンバータである6ＬｉＦを混合した中性子検出媒体（厚さ：０
．４ｍｍ）を用いた場合、中性子が入射すると１５００個以上の光が放出される。０．３３％の検出効率でも光検出器には５個の光子が伝達される。光検出器として光電子増倍管を用いた場合、その量子効率は約２０％なので、光子の電気信号としては１個が得られ、フォトンカウンティング法を用いれば十分中性子を検出する事ができる。この検出媒体は不透明なため厚さを０．５ｍｍ以上にすることができないことから、本実施例とすることにより、厚さが２倍となり、実質０．８ｍｍの厚さの中性子検出器とすることができ、検出効率をほぼ２倍に増加した中性子検出器を構成することができる。
（実施例４）
実施例４として、一辺の長さが０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバを用い、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を１２ｃｍの範囲の長さの部分を、３０μｍの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の塗料を塗布した構造の側面光検出型を用いる。光ファイバとしては、米国バイクロン社製の一辺が０．５ｍｍの正方形の透明な光ファイバＢＣＦ−９８を用いる。本側面入射光ファイバの蛍光に対する位置分布特性について、蛍光光度計を改良して測定した。測定の結果、図５に示すように、ほぼ指数関数にのる分布が得られた。これは、実施例１に比較し１５ｃｍと長い部分について光ファイバを削り取る場合、削り始めの部分の検出効率が高く、先の方にゆくに従い検出効率が下がってしまうためである。このため、光ファイバの両端から光検出を行う。図５の分布を用いて光ファイバの両端から光を検出した場合、図５に示すような入射位置分布特性が得られる。この結果、幅広い領域にわたって、光に対する検出効率が入射位置にほとんど依存しない側面検出型光ファイバとして用いることができることが確認できた。
（実施例５）
実施例５として、本発明による２次元放射線イメージ検出器の構造を図６に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体とし
て常用されているＺｎＳ：Ａｇを用いる。ＺｎＳ：Ａｇを厚さ０．２ｍｍのシート状にした蛍光体シートの下面に、図６に示すように２つの透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００１６】
ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長の中心は４５０ｎｍであり、３６０ｎｍから５４０ｎｍまで幅広い波長の蛍光を発生し、蛍光寿命は２００ｎｓである。
透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。クリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された２つの光ファイバ束のクリアファイバはそれぞれ１本ごとに光検出器に接続する。
【００１７】
ＢＣＦ・９８を素材とした側面光検出型光ファイバから放出されてきた蛍光を検出する光検出器としては、１６チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製Ｈ６５６８を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、それぞれ波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換され、Ｘ軸パルス信号及びＹ軸パルス信号となる。これらのＸ軸パルス信号とＹ軸パルス信号との同時計数測定を行うことにより、放射線の２次元入射位置を決定する。同時計数時間（コインシデンス時間）としては、ＺｎＳ：Ａｇの蛍光寿命の３倍である６００ｎｓとすれば十分同時計数することができ、放射線イメージを検出することができる。
（実施例６）
実施例６として、本発明による２次元放射線イメージ検出器の構造を図７に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体として常用されているＺｎＳ：Ａｇを用いる。ＺｎＳ：Ａｇを厚さ０．２ｍｍのシート状にした蛍光体シートの下面に、図７に示すようにこれら検出媒体から放出される蛍光の短波長側に感度を持つ短波長用波長シフトファイバ及び透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００１８】
ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長の中心は４５０ｎｍであり、３６０ｎｍから５４０ｎｍまで幅広い波長の蛍光を発生し、蛍光寿命は２００ｎｓである。
短波長用波長シフトファイバとしては、３５０ｎｍから４４０ｎｍまでの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換する米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９２を用いる。また、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。波長シフトファイバとクリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバ及びクリアファイバを１本ごとに光検出器に接続する。
【００１９】
光検出器から以後の構成及び動作については実施例５と同じである。
（実施例７）
実施例７として、本発明による２次元放射線イメージ検出器の構造を図８に示す。本実施例では放射線としてアルファ線を検出することとし、アルファ線検出媒体用蛍光体として常用されているＺｎＳ：Ａｇを用いる。ＺｎＳ：Ａｇを厚さ０．２ｍｍのシート状にした蛍光体シートの下面に、図８に示すようにこれら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバ及び透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００２０】
ＺｎＳ：Ａｇの蛍光波長の中心は４５０ｎｍであり、３６０ｎｍから５４０ｎｍまで幅広い波長の蛍光を発生し、蛍光寿命は２００ｎｓである。
検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバとしては、３９０ｎｍから５００ｎｍまでの蛍光に感度があり、５２０ｎｍの蛍光に波長変換するクラレ社製Ｙ−８（有機蛍光体濃度１００ｐｐｍ）を用いる。また、透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。波長シフトファイバとクリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバ及びクリアファイバを１本ごとに光検出器に接続する。
【００２１】
光検出器から以後の構成及び動作については実施例５と同じである。
（実施例８）
実施例８として実施例５をもとに構成した例について図９をもとに説明する。
【００２２】
本実施例では中性子を検出することとする。中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍ
の米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように２つの透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。直角に配置し２つの光検出用光ファイバの背後に、中性子検出媒体用蛍光体としては米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を配置した構造とする。本実施例とすることにより、中性子検出媒体の厚さが２倍となり、実質０．８ｍｍの厚さの中性子イメージ検出器とすることができ、検出効率をほぼ２倍に増加した中性子イメージ検出器を構成することができる。
【００２３】
一方、本実施例を実現するには、４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバが削り取った部分の裏面を検出部分とした場合に、十分な光検出効率が得られることが不可欠であるが、実施例３で述べように４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの２ｃｍの位置の部分で取った裏面からの入射の場合の光検出効率は０．３％あり十分である。また、２つの側面光検出型光ファイバを重ねた場合の下側に置かれた側面光検出型光ファイバの光検出効率を削り取り面入射及び裏面入射に対する光検出効率は表２に示すように、直接入射した場合かあるいは多少増加する特性を示すことがわかった。多少増加する理由は、上部に置かれた側面光検出型光ファイバによる散乱と考えられる。以上のことから２つの側面光検出型光ファイバを重ねた光ファイバによる両面の光検出が可能であることがわかった。
【００２４】
【表２】
【００２５】
（実施例９）
実施例９として、本発明による中性子イメージ検出器の構造を図１０に示す。
本実施例では中性子を検出することととし、中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍ
の米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように２つのこれら検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。検出媒体から放出される蛍光に感度を持ち蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバとしては、３９０ｎｍから５００ｎｍまでの蛍光に感度があり、５２０ｎｍの蛍光に波長変換するクラレ社製Ｙ・８（有機蛍光体濃度１００ｐｐｍ）を用いる。この波長シフトファイバの吸収特性を図１１に示す。吸収特性が５０％以下であることがわかる。直角に配置し２つの波長シフトファイバ束の背後に、中性子検出媒体用蛍光体として米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を配置した構造とする。本構成とした場合、２つの波長シフトファイバ束を用いた光読み取りが両サイドから可能となるため、中性子検出媒体の厚さが２倍となり、実質０．８ｍｍの厚さの中性子イメージ検出器とすることができ、検出効率をほぼ２倍に増加した中性子イメージ検出器を構成することができる。
（実施例１０）
通常、波長シフトファイバを含めた光ファイバの最小曲げ半径は、０．５ｍｍの径の光ファイバでも１０ｍｍを必要とする。しかし、蛍光体あるいはシンチレータと組み合わせて光ファイバを用いる場合、この曲げ径がデッドスペースとなるため、曲げ径を小さくする必要がある。光ファイバのコア材料がポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート樹脂とし、円形の光ファイバの場合にはその直径を０．２５ｍｍないし１ｍｍとし、正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さを、０．２５ｍｍないし１ｍｍの光ファイバとし、曲げ径が直径あるいは一辺の長さの１倍ないし１．５倍の範囲で、４５度から１０５度の角度範囲で曲げた場合の光の透過特性を測定した。光ファイバとしては、一辺が０．５ｍｍで正方形光ファイバである米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いた。この結果、図１２に示すように光ファイバの素材を選択することにより、９０度まで曲げても５０％近くの透過率が得られることがわかった。
【００２６】
この結果をふまえて実施例１０について、図１３に示す中性子検出器について述べる。本実施例では中性子を検出することとする。中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍの
米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる。面積は１ｃｍ2とする。この中性子検出媒体
の下面に、図に示すように９０度に曲げた波長シフトファイバを用いる。波長シフトファイバとしては、３５０ｎｍから４４０ｎｍまでの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換する米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９２を用いる。一辺が０．５ｍｍの正方形波長シフトファイバを用い、図に示すように折り曲げ波長シフトファイバの他端を光電子増倍管に接続する。検出部分を１０ｍｍ平方にするにはこの波長シフトファイバを２０本用いる。また、光電子増倍管としては、直径が１．３ｃｍの浜松ホトニクス製Ｒ６４７Ｐを用いることができる。このような構成にすることによりデッドスペースのない小型の中性子検出器を製作する事ができる。
【００２７】
また、実施例の光ファイバのコア材料がポリスチレンの場合には、ポリスチレン分子が連続して結合された材料を用いることが折り曲げ強度が強いため不可欠であり、米国バイクロン社製の波長シフトファイバ及びクリアファイバにはこの材料が使われている。また、クラレ社製の場合にはＳ型がポリスチレン分子が連続して結合された材料である。
【００２８】
なお、本実施例の場合、波長シフトファイバの代わりに実施例１で述べた透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を１ｃｍの範囲の長さの部分を、２０μｍの厚さ削り取り、削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の紙を用いた構造の側面入射光ファイバを用いることができる。
（実施例１１）
実施例１１として、本発明による中性子イメージ検出器の構造を図１４に示す。実施例１０において示した、４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを２本以上隙間なく並べかつ、立体交差することにより２種類の光ファイバ束を配置することを実現し中性子イメージの検出を可能とした実施例である。
【００２９】
中性子検出媒体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用い混合し、パイレックス（登録商標）ガラスに０．２ｍｍの厚さ塗布した
検出体を用いる。検出面積としては、８ｍｍｘ８ｍｍの大きさとする。波長シフトファイバとしては、一辺が０．５ｍｍの正方形の波長シフトファイバを１６本づつそれぞれＸ軸及びＹ軸に用いる。本実施例では、従来から用いられているＹ軸用波長シフトファイバとＸ軸用波長シフトファイバとの間に中性子検出媒体を挟んでイメージングを行うクロスドファイバ法を用いる。なお、Ｙ軸用波長シフトファイバ及びＸ軸用波長シフトファイバとしては、３５０ｎｍから４４０ｎｍまでの蛍光に感度があり、４９０ｎｍの蛍光に波長変換する米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９２を用いる。波長シフトファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。折り曲げ角度は９０度で使用する。
【００３０】
固定するマウントとしてはアルミニウムを用いることとする。一辺の長さが０．５ｍｍのため、１．４２倍すると共に孔あけ精度を考慮して、直径０．８ｍｍの孔を１ｍｍ間隔で、図のよう交互に４列あけることとする。このようにすることに、一辺が０．５ｍｍの正方形の波長シフトファイバを隙間無く並列に並べることができ、波長シフトファイバを９０度に折り曲げて使うことにより、検出器を非常にコンパクトにすることができる。特に、ファイバの数が１００本以上となる場合には効果的である。
【００３１】
本中性子イメージ検出器について、原研の原子炉ＪＲＲ−３Ｍの冷中性子ラジオグラフィ施設（ＣＮＲＦ）において、１．５ｍｍφ冷中性子ビームの測定を行った。測定結果を図１５に示す。位置分解能として０．６ｍｍが得られることがわかり、本実施例の有効性を確認した。
（実施例１２）
本実施例は、放射線あるいは中性子の検出媒体であるシンチレータあるいは蛍光体からの蛍光を、波長シフトファイバを用いて検出する場合、波長シフトファイバ自身がガンマ
線検出体となるため、あまり長くして使うとガンマ線によるバックグラウンドを受けてしまうことと、同時にあまり長くすると波長シフトファイバの波長シフトされた蛍光の透過率が悪くなってしまうことを改善するために使用される。また、波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバを用いて蛍光を検出する部分と、検出された蛍光を光検出器まで導く部分を分離して製作し、メインテナンスを容易にすることを実現することができる。
【００３２】
実施例１２について、図１６をもとに構成を述べる。本実施例では、中性子を検出する中性子イメージ検出器について述べる。
中性子検出媒体用蛍光体としては、蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇを用い、中性子コンバータとしては6ＬｉＦを用いた厚さ０．４ｍｍの米国バイクロン社製ＢＣ−７０２を用いる
。この中性子検出媒体の下面に、図に示すように２つの透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置する。
【００３３】
透明な光ファイバの４つの側面の１つの側面を削り取った部分を検出部分とする側面光検出型光ファイバの素材としては、米国Ｂｉｃｒｏｎ社製ＢＣＦ−９８のクリアファィバを用いる。クリアファイバの太さについては、蛍光体シートの厚さが０．２ｍｍであることから、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを用いる。配置された２つの光ファイバ束のクリアファイバは図に示すように一定の長さにし、端面を研磨する。このブロックを検出部ブロックとする。
【００３４】
一方、側面光検出型光ファイバを透明な円形の光ファイバに接続し、透明な円形の光ファイバの他端を光検出器に導くブロックを読み出しブロックとする。読み出しブロックは、図に示すように読み出しファイバ固定用ブロックにＸ軸接続用孔とＹ軸接続用孔をあけた構成とする。孔の位置は、検出部ブロックのｘ軸用側面光検出型光ファイバとＹ軸側面光検出型光ファイバの位置に合わせ、光ファイバの大きさよりも少し大きい直径とする。その下に、読み出し用光ファイバの孔を、検出部の光ファイバが、円形の光ファイバの場合にはその直径の１倍から１．５倍の直径の透明な光ファイバを、あるいは正方形の波長シフトファイバの場合にはその一辺の長さの１．４２倍から２倍の長さを直径とする透明な円形の光ファイバを用いることにより放射線あるいは中性子を検出する検出器において正方形の波長シフトファイバの場合にはその一辺の長さの１．４２倍から２倍の長さを直径とする透明な円形の光ファイバが固定できる大きさに孔をあける。この孔にＸ軸読み出し用光ファイバとＹ軸読み出し用光ファイバを固定する。本実施例の場合には、一片の長さが０．５ｍｍの正方形ファイバを検出に用いるため、直径１ｍｍφの三菱レイヨン製光ファイバ・エスカを用いることができる。
【００３５】
このように検出部ブロックと読み出しブロックを分離できる構成にすることにより、多数の光ファイバを用いるイメージ検出器の製作を容易にすることができる。また、メインテナンスも容易となる。
（実施例１３）
実施例１２で述べた波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバと、透明な円形の光ファイバとの接続面にグリースを用いた実施例について述べる。
【００３６】
波長シフトファイバあるいは側面光検出型光ファイバと、透明な円形の光ファイバとの接続面を直接接続した場合とグリースを用いた場合について透過率を測定した。使用した波長シフトファイバはバイクロン社製ＢＣＦ−９９の一辺が０．５ｍｍの正方形ファイバであり、円形のクリアファイバとしては１ｍｍφの三菱レイヨン製プラスチックファイバ・エスカを用いた。測定の結果、直接接続した場合の透過率が３５％で合ったのに対して、グリースとして応用光研製ＯＫＥＮ６２６２Ａ光学用グリースを用いた場合、透過率が
８５％まで改善しほとんど損失がなくなることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】光ファイバの削り取った側面の反対側の側面に光の反射材として白色の紙を用いた構造の側面入射光ファイバの構造図を示す図である。
【図２】検出部分が５cmの側面光検出型光ファイバの光検出効率に対する位置分布特性を示す図である。
【図３】側面光検出型光ファイバを用いて中性子検出シートから放出される蛍光を検出し中性子を検出する中性子検出器の構造を示す図である。
【図４】光ファイバの削り取った側面とその裏麺の両方の面に蛍光体を配置した中性子検出器の構造を示す図である。
【図５】検出器部分が１２cmの側面光検出型光ファイバの光検出効率に対する位置分布特性を示す図である。
【図６】側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置した２次元放射線イメージ検出器の構造を示す図である。
【図７】短波長用波長シフトファイバと側面光検出型光ファイバを用いた２次元放射線イメージ検出器の構造を示す図である。
【図８】５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバと側面光検出型光ファイバを用いた２次元放射線イメージ検出器の構造を示す図である。
【図９】側面光検出型光ファイバ束をそれぞれ並列に並べかつ直角に配置しその両面に中性子検出媒体を配置した２次元中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１０】蛍光の５０％以下の吸収効率を持つ波長シフトファイバをそれぞれ並列に並べかつ直角に配置しその両面に中性子検出媒体を配置した２次元中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１１】クラレ社製Ｙ-8(有機蛍光体濃度１００pｐｍ)の吸収特性を示す図である。
【図１２】光ファイバを０度から１１０度の角度で曲げた場合の光の透過特性を示す図である。
【図１３】９０度に曲げた波長シフトファイバを用いた中性子検出器の構造を示す図である。
【図１４】９０度に曲げた部分を持つ光ファイバを間隙なく並べかつ、立体交差させた中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１５】９０度に曲げた部分を持つ光ファイバを間隙なく並べかつ、立体交差させた中性子イメージ検出器による１．５mmφ冷中性子ビームの測定例である。
【図１６】検出部ブロックと読み出しブロックに分離した中性子イメージ検出器の構造を示す図である。
【図１７】従来法の蛍光体シートあるいはシンチレータ板の上面と仮面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時に計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを検出するクロスドファイバ法の原理を示す図である。
【図１８】従来法の短波長側蛍光検出用波長シフトファイバと長波長側蛍光波長シフトファイバの２種類の波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、その上に蛍光体シートあるいはシンチレータ板を配置し背面読み取り法の原理を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、光ファイバを構成材料の１つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、光ファイバのコア材料がポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート樹脂であることを特長とし、円形の光ファイバの場合にはその直径を０．２５ｍｍないし１ｍｍとし、正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さを、０．２５ｍｍないし１ｍｍの光ファイバとし、曲げ径が直径あるいは一辺の長さの１倍ないし１．５倍の範囲で、４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つことを特長とした、検出器。
【請求項２】
前記４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを２本以上隙間なく並べて配置する場合に、固定する構造材に、円形の光ファイバの場合にはその直径と同じ長さに坑あけ精度に応じた長さを加えた長さ以上の間隔で離した２つ以上の孔の列を設けて、あるいは正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さの１．４２倍の長さに坑あけ精度に応じた長さを加えた長さ以上の間隔で離した２つ以上の孔の列を設けて、４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを並べて、放射線あるいは中性子の入射位置を検出するイメージ検出器として構成されたことを特長とした、請求項１に記載の検出器。
【請求項１】
シンチレータあるいは蛍光体を検出媒体とし、光ファイバを構成材料の１つとして放射線あるいは中性子を検出する検出器において、光ファイバのコア材料がポリスチレンあるいはポリメチルメタクリレート樹脂であることを特長とし、円形の光ファイバの場合にはその直径を０．２５ｍｍないし１ｍｍとし、正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さを、０．２５ｍｍないし１ｍｍの光ファイバとし、曲げ径が直径あるいは一辺の長さの１倍ないし１．５倍の範囲で、４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つことを特長とした、検出器。
【請求項２】
前記４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを２本以上隙間なく並べて配置する場合に、固定する構造材に、円形の光ファイバの場合にはその直径と同じ長さに坑あけ精度に応じた長さを加えた長さ以上の間隔で離した２つ以上の孔の列を設けて、あるいは正方形の光ファイバの場合にはその一辺の長さの１．４２倍の長さに坑あけ精度に応じた長さを加えた長さ以上の間隔で離した２つ以上の孔の列を設けて、４５度から１０５度の角度範囲に曲げた部分を持つ光ファイバを並べて、放射線あるいは中性子の入射位置を検出するイメージ検出器として構成されたことを特長とした、請求項１に記載の検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２５８１２０（Ｐ２００９−２５８１２０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６６１４６（Ｐ２００９−１６６１４６）
【出願日】平成２１年７月１４日（２００９．７．１４）
【分割の表示】特願２００３−３０７５８６（Ｐ２００３−３０７５８６）の分割
【原出願日】平成１５年８月２９日（２００３．８．２９）
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１４日（２００９．７．１４）
【分割の表示】特願２００３−３０７５８６（Ｐ２００３−３０７５８６）の分割
【原出願日】平成１５年８月２９日（２００３．８．２９）
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
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