ＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法
【課題】ＺｎＳ蛍光体を用いた中性子イメージ検出器において、計数率特性を維持したままガンマ線感度の低減を図る。
【解決手段】中性子用シンチレータとしてＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用い、この検出シートの背後に６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とする。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は高速アンプと波高弁別器で１０倍に増幅し、波高弁別する。その後、ＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される回路を用いて、ガンマ線と認識した場合には中性子信号を無効とする。その場合にも、ＸとＹの出力信号のうち少なくとも１つの信号が所定のゲート時間内に計数される場合には中性子信号として計数する。
【解決手段】中性子用シンチレータとしてＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用い、この検出シートの背後に６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とする。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は高速アンプと波高弁別器で１０倍に増幅し、波高弁別する。その後、ＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される回路を用いて、ガンマ線と認識した場合には中性子信号を無効とする。その場合にも、ＸとＹの出力信号のうち少なくとも１つの信号が所定のゲート時間内に計数される場合には中性子信号として計数する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子検出体としてＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中性子線量計測や中性子散乱実験に使用される中性子検出器あるいは中性子イメージ検出器としては、３Ｈｅ検出管あるいは位置敏感型３Ｈｅ検出管が用いられてきた。これらの検出管はガンマ線感度を低くくすることができるが、計数率特性が最大で１０Ｋｃｐｓが限界である。
【０００３】
計数率特性を向上した中性子検出器としては、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートを用いた中性子検出器あるいは中性子イメージ検出器が使用されてきた。また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと波長シフトファイバを用いた高分解能中性子イメージ検出器が開発された。
【０００４】
しかし、ガンマ線感度は３Ｈｅ検出管あるいは位置敏感型３Ｈｅ検出管と比較すると計数率特性を良い状態を保持したままでは十分低減する事ができなかった。ガンマ線感度を低減するためには図１７の従来の信号処理例に示すように大きな時定数で積分する必要があり、計数率特性が低下することが理由である。
【０００５】
また、１０Ｂを中性子コンバータとしてプラスチックシンチレータに入れた中性子検出器が、最近が開発されゼロクロッシング法とチャージ比較法を用いたガンマ線弁別が試みられた（非特許文献１参照）。しかし、複雑な回路構成を必要としているため、本発明の最終的目的である多チャンネルの２次元中性子検出器には適用することがなかなか困難である。
【非特許文献１】Nucl. Instr. And Methods, A484(2002)342-350
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｊ−ＰＡＲＣ等の大強度陽子加速器を用いた大強度パルス中性子源の建設が進んでおり、パルス中性子の強度および発生する中性子エネルギー範囲が広がるにつれ、高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、検出器を飽和させることなく、二次元中性子イメージを読み出すことが可能な中性子イメージ検出器の開発が不可欠となっている。特に、パルス中性子の強度も強くなるに従い、バックグラウンドとなるガンマ線強度も強くなる。
【０００７】
以上の条件下で使用するために必要な中性子検出器あるいは二次元中性子検出器の性能としては、まず高強度のパルス中性子に対応可能でかつガンマ線感度の低いものが要求される。
【０００８】
また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと直交した波長シフトファイバ束を用いた高分解能二次元中性子検出器の場合、波長シフトファイバ自身がガンマ線センサとなりＺｎＳ蛍光体とほぼ同じ蛍光信号を出力するため、ガンマ線感度が上ってしまうという問題があった。
【０００９】
このため、中性子が入射した際、６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータ内で発生する粒子線をＺｎＳ蛍光体に入射させて中性子を検出するシンチレーション中性子検出器において、従来は、ＺｎＳ蛍光体の粒子線に対する蛍光寿命とガンマ線に対する蛍光寿命とが異なることを信号の積分することによりガンマ線の検出感度の低減を図ってきたが、計数率特性が犠牲にされていた。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＺｎＳ蛍光体を用いた中性子イメージ検出器において、計数率特性を維持したままガンマ線感度の低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、中性子が入射した際、６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータ内で発生する粒子線をＺｎＳ蛍光体に入射させて中性子を検出するシンチレーション中性子検出器において、ＺｎＳ蛍光体の粒子線に対する蛍光寿命とガンマ線に対する蛍光寿命とが異なることを利用して、中性子を検出する際妨害となるガンマ線を除去する方法を考案した。
【００１２】
このため、本発明においては、ＺｎＳ蛍光体から放出され蛍光を基本的にフオトン（光子）計数する事により中性子とガンマ線を弁別する方法を提供し、計数率特性を維持したままガンマ線感度を低減する。
【００１３】
ＺｎＳ蛍光体のガンマ線に対する特性として、その蛍光寿命が非常に短く光電子増倍管から出力される信号は２０ｎｓ以下のパルス幅を持つ。一方、中性子がＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータと組み合わせた中性子検出シートに入射した場合、発生したアルファ線等の粒子線はＺｎＳ蛍光体を発光させて蛍光寿命となる１μｓ以上の間フォトン信号を１つ以上放出する。基本的には以上のフォトン信号とその発生するタイミングの差を利用して電子回路により中性子とガンマ線を弁別する。
【００１４】
また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと直交した波長シフトファイバ束を用いた高分解能二次元中性子検出器の場合、波長シフトファイバ自身がガンマ線センサとなりＺｎＳ蛍光体とほぼ同じ蛍光信号を出力するためガンマ線感度が上ってしまうという問題に対しても、ガンマ線に起因して発生する信号がＺｎＳ蛍光体により発生するガンマ線信号とほぼ同じあるので上記と同様にガンマ線を弁別できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＺｎＳ蛍光体を用いた中性子イメージ検出器において、計数率特性を維持したままガンマ線感度の低減を図ることが可能となる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
実施例１として、最初に、本発明によるＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法と従来方法との基本的な差を図１と従来例の図１７をもとにして比較しながら述べる。ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器においては、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命が１μｓ以上であり、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下と非常に短い、という差を利用して、従来はガンマ線感度を低減するために大きな時定数で積分し、その後波高弁別回路によりパルス波高の差を利用して中性子／ガンマ線の弁別を行ってきた。このため、計数率特性が低下した。また、積分回路等のアナログ回路が必要なため多チャンネル化する場合に小型化が困難でありかつコストもかかった。
【００１７】
一方、図１に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、時間の遅滞がないため、ＸとＹの２つの信号を２０ｎｓないし４０ｎｓの時間幅で同時計測することにより弁別できる。中性子の検出は、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅、実施例では１μｓで同時計測し中性子信号とする。しかし、先のガンマ線の場合も同時計測していることから、ガンマ線信号が有効な場合にはこの中性子信号を無効とする回路を用意する。また、ガンマ線信号と認識した場合でもその間に中性子が同時に入射し信号を出す場合もあることから、ガンマ線信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅１μｓから先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間（９６０ないし９８０ｎｓ）のゲート信号を作製し、ＸとＹからのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号がそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号として計数する。
【００１８】
実施例１の構成を図２に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図２に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。
【００１９】
なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。
【００２０】
(実施例２)
実施例２として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図３を参照しながら述べる。
【００２１】
図３に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際に障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図３に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、ガンマ線の場合時間の遅滞がなくＸチャネルとＹチャネルの２つの信号が２０ｎｓの時間幅で生成されるため、Ｘチャネルについて４０ｎｓの遅延を遅延回路で行った後ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅でＸチャネルとＹチャネルを同時計測するとガンマ線については基本的に同時計測が行われない。
【００２２】
実施例２の構成を図４に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図４に示すＡＮＤ回路と遅延回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的な動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。遅延時間としては余裕を持たせるため４０ｎｓとし、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００２３】
本発明の方法では、中性子の検出ロスがほとんどなく、適用しない場合に対して９９％以上の検出効率を有する。
【００２４】
なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。
【００２５】
（実施例３）
実施例３として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図５を参照しながら述べる。図５に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図５に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線の弁別は、最初にガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をガンマ線信号の可能性があるため使用せず、中性子の場合にはそのあとＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅のフオトン（光子）に基づくパルス信号が来るので、蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製する。その後、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、中性子信号として両者とも同時計測信号が計数された場合に、最終的に中性子信号とする。
【００２６】
実施例３の構成を図６に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図６に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００２７】
なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。
【００２８】
（実施例４）
実施例４として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図７を参照しながら述べる。
【００２９】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、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が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程でガンマ線弁別を行うことができる。
【００３０】
実施例４の構成を図８に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図８に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。
【００３１】
本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、５．４ｘ１０−６となり１５分の１となった。
【００３２】
（実施例５）
実施例５として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図９を参照しながら述べる。
【００３３】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、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が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程であることから、ガンマ線弁別は、ガンマ線の場合時間の遅滞がなくＸチャネルとＹチャネルの２つの信号が２０ｎｓの時間幅で生成されるため、Ｘチャネルについて４０ｎｓの遅延を遅延回路で行った後ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅でＸチャネルとＹチャネルを同時計測するとガンマ線については基本的に同時計測が行われない。
【００３４】
実施例５の構成を図１０に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１０に示すＡＮＤ回路と遅延回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。
【００３５】
本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、３．６ｘ１０−５となり２．５分の１となった。
【００３６】
（実施例６）
実施例６として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１１を参照しながら述べる。
【００３７】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、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が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程であることから、ガンマ線の弁別は、最初にガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をガンマ線信号の可能性があるため使用せず、中性子の場合にはそのあとＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅のフオトン（光子）に基づくパルス信号が来るので、蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製する。その後、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、中性子信号として両者とも同時計測信号が計数された場合に、最終的に中性子信号とする。
【００３８】
実施例６の構成を図１２に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１２に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００３９】
本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、３．０ｘ１０−７となり３００分の１となった。
【００４０】
（実施例７）
実施例７として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１３を参照しながら述べる。図１３に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を１個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが光電子増倍管からのデジタル信号として１つだけ取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図１３に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、ガンマ線の信号が２０ｎｓの時間幅で１個生成するだけのため、計数回路を用いて一定時間計測し２個以上の信号が計測された時にガンマ線信号を弁別し中性子信号として計数する。
【００４１】
実施例７の構成を図１４に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６Ｌｉ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、２本の光ファイバを光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１４に示す計数回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。計数回路での計数時間は、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００４２】
（実施例８）
実施例８として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１５を参照しながら述べる。
【００４３】
ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定する場合、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する。この時、光電子増倍管からのアナログ信号を高速増幅器で増幅し、その後波高弁別器でデジタル化する。このデジタル化信号を実施例では５０ＭＨｚのクロックを持つＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いていてサンプリングする。サンプリング周期は、５０ＭＨｚのクロックの場合２０ｎｓなので十分サンプリング可能である。その後サンプリングで得た信号はクロックと同期したモードを用いて実施例で述べた信号処理を行うことによりシンチレーション中性子検出器及び二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別が可能となる。
【００４４】
（実施例９）
実施例９として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１６を参照しながら述べる。
【００４５】
ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定する場合、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する。この時、光電子増倍管からのアナログ信号を高速増幅器で増幅し、その後波高弁別器でデジタル化する。このデジタル化信号を実施例では５０ＭＨｚのクロックを持つＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いていてサンプリングする。サンプリングする場合に、図１６に示すように中性子の入射によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命に従って２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）が重畳して連続した波形となって出力された場合に、連続した波形をクロックに基づいてサンプリングする。このようなサンプリングする事によりこれまで１つの信号として扱われていたフォトン信号を実際の数に近くなる２個以上のパルス信号列として取り出すことが可能となる。
【００４６】
サンプリングで得た信号はクロックと同期したモードを用いて実施例で述べた信号処理を行うことによりシンチレーション中性子検出器及び二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別が可能となる。
【産業上の利用の可能性】
【００４７】
本発明によれば、ＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレータと波長シフトファイバとを組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器にも対応可能としていることから、Ｊ−ＰＡＲＣなどの大強度陽子加速器を用いたパルス中性子を使用し飛行時間法（ＴＯＦ）を適用した中性子散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展に寄与することが大きい。
【００４８】
また、中性子源として原子炉を用いた同種の研究にも利用できる。さらに、今後発展が見込まれるＩＴＥＲ等の核融合における強ガンマ線環境下での中性子計測にも利用できる
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図２】実施例１に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図３】実施例２に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図４】実施例２に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図５】実施例３に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図６】実施例３に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図７】実施例４に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図８】実施例４に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図９】実施例５に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１０】実施例５に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図１１】実施例６に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１２】実施例６に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図１３】実施例７に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１４】実施例７に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図１５】実施例８に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１６】実施例９に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１７】従来例に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子検出体としてＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中性子線量計測や中性子散乱実験に使用される中性子検出器あるいは中性子イメージ検出器としては、３Ｈｅ検出管あるいは位置敏感型３Ｈｅ検出管が用いられてきた。これらの検出管はガンマ線感度を低くくすることができるが、計数率特性が最大で１０Ｋｃｐｓが限界である。
【０００３】
計数率特性を向上した中性子検出器としては、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートを用いた中性子検出器あるいは中性子イメージ検出器が使用されてきた。また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと波長シフトファイバを用いた高分解能中性子イメージ検出器が開発された。
【０００４】
しかし、ガンマ線感度は３Ｈｅ検出管あるいは位置敏感型３Ｈｅ検出管と比較すると計数率特性を良い状態を保持したままでは十分低減する事ができなかった。ガンマ線感度を低減するためには図１７の従来の信号処理例に示すように大きな時定数で積分する必要があり、計数率特性が低下することが理由である。
【０００５】
また、１０Ｂを中性子コンバータとしてプラスチックシンチレータに入れた中性子検出器が、最近が開発されゼロクロッシング法とチャージ比較法を用いたガンマ線弁別が試みられた（非特許文献１参照）。しかし、複雑な回路構成を必要としているため、本発明の最終的目的である多チャンネルの２次元中性子検出器には適用することがなかなか困難である。
【非特許文献１】Nucl. Instr. And Methods, A484(2002)342-350
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Ｊ−ＰＡＲＣ等の大強度陽子加速器を用いた大強度パルス中性子源の建設が進んでおり、パルス中性子の強度および発生する中性子エネルギー範囲が広がるにつれ、高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、検出器を飽和させることなく、二次元中性子イメージを読み出すことが可能な中性子イメージ検出器の開発が不可欠となっている。特に、パルス中性子の強度も強くなるに従い、バックグラウンドとなるガンマ線強度も強くなる。
【０００７】
以上の条件下で使用するために必要な中性子検出器あるいは二次元中性子検出器の性能としては、まず高強度のパルス中性子に対応可能でかつガンマ線感度の低いものが要求される。
【０００８】
また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと直交した波長シフトファイバ束を用いた高分解能二次元中性子検出器の場合、波長シフトファイバ自身がガンマ線センサとなりＺｎＳ蛍光体とほぼ同じ蛍光信号を出力するため、ガンマ線感度が上ってしまうという問題があった。
【０００９】
このため、中性子が入射した際、６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータ内で発生する粒子線をＺｎＳ蛍光体に入射させて中性子を検出するシンチレーション中性子検出器において、従来は、ＺｎＳ蛍光体の粒子線に対する蛍光寿命とガンマ線に対する蛍光寿命とが異なることを信号の積分することによりガンマ線の検出感度の低減を図ってきたが、計数率特性が犠牲にされていた。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＺｎＳ蛍光体を用いた中性子イメージ検出器において、計数率特性を維持したままガンマ線感度の低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、中性子が入射した際、６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータ内で発生する粒子線をＺｎＳ蛍光体に入射させて中性子を検出するシンチレーション中性子検出器において、ＺｎＳ蛍光体の粒子線に対する蛍光寿命とガンマ線に対する蛍光寿命とが異なることを利用して、中性子を検出する際妨害となるガンマ線を除去する方法を考案した。
【００１２】
このため、本発明においては、ＺｎＳ蛍光体から放出され蛍光を基本的にフオトン（光子）計数する事により中性子とガンマ線を弁別する方法を提供し、計数率特性を維持したままガンマ線感度を低減する。
【００１３】
ＺｎＳ蛍光体のガンマ線に対する特性として、その蛍光寿命が非常に短く光電子増倍管から出力される信号は２０ｎｓ以下のパルス幅を持つ。一方、中性子がＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータと組み合わせた中性子検出シートに入射した場合、発生したアルファ線等の粒子線はＺｎＳ蛍光体を発光させて蛍光寿命となる１μｓ以上の間フォトン信号を１つ以上放出する。基本的には以上のフォトン信号とその発生するタイミングの差を利用して電子回路により中性子とガンマ線を弁別する。
【００１４】
また、ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータを混合した中性子検出シートと直交した波長シフトファイバ束を用いた高分解能二次元中性子検出器の場合、波長シフトファイバ自身がガンマ線センサとなりＺｎＳ蛍光体とほぼ同じ蛍光信号を出力するためガンマ線感度が上ってしまうという問題に対しても、ガンマ線に起因して発生する信号がＺｎＳ蛍光体により発生するガンマ線信号とほぼ同じあるので上記と同様にガンマ線を弁別できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＺｎＳ蛍光体を用いた中性子イメージ検出器において、計数率特性を維持したままガンマ線感度の低減を図ることが可能となる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
実施例１として、最初に、本発明によるＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法と従来方法との基本的な差を図１と従来例の図１７をもとにして比較しながら述べる。ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器においては、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命が１μｓ以上であり、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下と非常に短い、という差を利用して、従来はガンマ線感度を低減するために大きな時定数で積分し、その後波高弁別回路によりパルス波高の差を利用して中性子／ガンマ線の弁別を行ってきた。このため、計数率特性が低下した。また、積分回路等のアナログ回路が必要なため多チャンネル化する場合に小型化が困難でありかつコストもかかった。
【００１７】
一方、図１に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、時間の遅滞がないため、ＸとＹの２つの信号を２０ｎｓないし４０ｎｓの時間幅で同時計測することにより弁別できる。中性子の検出は、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅、実施例では１μｓで同時計測し中性子信号とする。しかし、先のガンマ線の場合も同時計測していることから、ガンマ線信号が有効な場合にはこの中性子信号を無効とする回路を用意する。また、ガンマ線信号と認識した場合でもその間に中性子が同時に入射し信号を出す場合もあることから、ガンマ線信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅１μｓから先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間（９６０ないし９８０ｎｓ）のゲート信号を作製し、ＸとＹからのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号がそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号として計数する。
【００１８】
実施例１の構成を図２に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図２に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。
【００１９】
なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。
【００２０】
(実施例２)
実施例２として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図３を参照しながら述べる。
【００２１】
図３に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際に障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図３に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、ガンマ線の場合時間の遅滞がなくＸチャネルとＹチャネルの２つの信号が２０ｎｓの時間幅で生成されるため、Ｘチャネルについて４０ｎｓの遅延を遅延回路で行った後ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅でＸチャネルとＹチャネルを同時計測するとガンマ線については基本的に同時計測が行われない。
【００２２】
実施例２の構成を図４に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図４に示すＡＮＤ回路と遅延回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的な動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。遅延時間としては余裕を持たせるため４０ｎｓとし、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００２３】
本発明の方法では、中性子の検出ロスがほとんどなく、適用しない場合に対して９９％以上の検出効率を有する。
【００２４】
なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。
【００２５】
（実施例３）
実施例３として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図５を参照しながら述べる。図５に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが２個の光電子増倍管（ＸとＹとして表示）からのデジタル信号として取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図５に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線の弁別は、最初にガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をガンマ線信号の可能性があるため使用せず、中性子の場合にはそのあとＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅のフオトン（光子）に基づくパルス信号が来るので、蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製する。その後、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、中性子信号として両者とも同時計測信号が計数された場合に、最終的に中性子信号とする。
【００２６】
実施例３の構成を図６に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、４本配置し各２本ずつ２個の光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図６に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００２７】
なお、本発明は、光ファイバを用いてコーディングし一次元あるいは二次元シンチレーション検出器としての応用が主となることから光電子増倍管を２本用いることに対してのコストのアップはこの場合考慮する必要はない。
【００２８】
（実施例４）
実施例４として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図７を参照しながら述べる。
【００２９】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、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が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程でガンマ線弁別を行うことができる。
【００３０】
実施例４の構成を図８に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図８に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路及びＯＲ回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。
【００３１】
本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、５．４ｘ１０−６となり１５分の１となった。
【００３２】
（実施例５）
実施例５として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図９を参照しながら述べる。
【００３３】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、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が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程であることから、ガンマ線弁別は、ガンマ線の場合時間の遅滞がなくＸチャネルとＹチャネルの２つの信号が２０ｎｓの時間幅で生成されるため、Ｘチャネルについて４０ｎｓの遅延を遅延回路で行った後ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅でＸチャネルとＹチャネルを同時計測するとガンマ線については基本的に同時計測が行われない。
【００３４】
実施例５の構成を図１０に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１０に示すＡＮＤ回路と遅延回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。
【００３５】
本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、３．６ｘ１０−５となり２．５分の１となった。
【００３６】
（実施例６）
実施例６として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１１を参照しながら述べる。
【００３７】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器においては、実施例１で述べたガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光と共に、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が検出された場合障害となる。このため、ガンマ線が波長シフトファイバ入った場合に発生する蛍光の蛍光寿命が２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳して２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測される。しかし、この信号はＺｎＳ蛍光体にガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光寿命が２０ｎｓ以下の蛍光と同じ過程であることから、ガンマ線の弁別は、最初にガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をガンマ線信号の可能性があるため使用せず、中性子の場合にはそのあとＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅のフオトン（光子）に基づくパルス信号が来るので、蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製する。その後、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、中性子信号として両者とも同時計測信号が計数された場合に、最終的に中性子信号とする。
【００３８】
実施例６の構成を図１２に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６ＬｉＦ中性子検出シートを用いる。中性子検出シートの面積は３２ｍｍｘ３２ｍｍであり、厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に０．５ｍｍｘ０５ｍｍの６４本の波長シフトファイバ束をおき、その下面に直交して６４本の波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とし二次元シンチレーション検出素子を構成する。波長シフトファイバ束はそれぞれ６４チャンネル光電子増倍管に接続される。波長シフトファイバとしては米国バイクロン社製ＢＣＦ−９２ＭＣを用いた。６４チャンネル光電子増倍管としては浜松ホトニクス製６４チャンネルマルチアノード光電子増倍管Ｈ７５４６Ｂを２本用いる。バイアス電圧としては、９５０Ｖを印加する。マルチアノード光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製６４チャネルアンプディスクリ（高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）と波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）と同じ回路構成）で１０倍に増幅し、波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１２に示すＡＮＤ回路、ゲート時間発生回路、ゲート回路から構成される特製回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００３９】
本ＺｎＳ蛍光体と６ＬｉＦ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器について、６０Ｃｏガンマ線源を用いてガンマ線感度の特製試験を行った結果、中性子／ガンマ線弁別を行う前が９．０ｘ１０−５で、本発明の中性子／ガンマ線弁別を行った場合、３．０ｘ１０−７となり３００分の１となった。
【００４０】
（実施例７）
実施例７として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１３を参照しながら述べる。図１３に示す本発明の弁別方法では、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命とが異なることを利用して中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を１個の光電子増倍管を用いて測定する。ガンマ線の場合は２０ｎｓ以下の非常に早いパルスが光電子増倍管からのデジタル信号として１つだけ取り出される。中性子についてはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した確率で２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として図１３に示すようなデジタル信号列として取り出される。ガンマ線弁別は、ガンマ線の信号が２０ｎｓの時間幅で１個生成するだけのため、計数回路を用いて一定時間計測し２個以上の信号が計測された時にガンマ線信号を弁別し中性子信号として計数する。
【００４１】
実施例７の構成を図１４に示す検出器の構成図をもとに説明する。中性子用シンチレータとしては英国ＡＳＴ社製ＺｎＳ：Ａｇ／６Ｌｉ中性子検出シートを用いる。厚さは０．４ｍｍである。この検出シートの背後に２ｍｍの空間をあけ直径１ｍｍの光ファイバを配置し、２本の光ファイバを光電子増倍管に接続する。接続する際シンチレータの発光強度が強いためメルスグリオ製５％減光フィルタを用いて減光しフォトン計数を可能とする。光ファイバの長さは１ｍである。光電子増倍管として浜松ホトニクス製Ｒ５８０をバイアス電圧１１００Ｖで用いる。光電子増倍管から出力された信号は豊伸電子製高速アンプＰＭ−ＡＭＰ（Ｎｏ．１８）で１０倍に増幅し、その後豊伸電子製波高弁別器８ｃｈ−ｄｉｓｃｒｉ．（Ｎｏ．１９）で波高弁別する。弁別レベルは１５０ｍＶである。その後、図１４に示す計数回路を用いて前記した基本的動作説明に基づいた信号処理を行い中性子信号として出力する。計数回路での計数時間は、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅としては１μｓを用いる。
【００４２】
（実施例８）
実施例８として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１５を参照しながら述べる。
【００４３】
ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定する場合、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する。この時、光電子増倍管からのアナログ信号を高速増幅器で増幅し、その後波高弁別器でデジタル化する。このデジタル化信号を実施例では５０ＭＨｚのクロックを持つＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いていてサンプリングする。サンプリング周期は、５０ＭＨｚのクロックの場合２０ｎｓなので十分サンプリング可能である。その後サンプリングで得た信号はクロックと同期したモードを用いて実施例で述べた信号処理を行うことによりシンチレーション中性子検出器及び二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別が可能となる。
【００４４】
（実施例９）
実施例９として、ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法について図１６を参照しながら述べる。
【００４５】
ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定する場合、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する。この時、光電子増倍管からのアナログ信号を高速増幅器で増幅し、その後波高弁別器でデジタル化する。このデジタル化信号を実施例では５０ＭＨｚのクロックを持つＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いていてサンプリングする。サンプリングする場合に、図１６に示すように中性子の入射によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命に従って２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）が重畳して連続した波形となって出力された場合に、連続した波形をクロックに基づいてサンプリングする。このようなサンプリングする事によりこれまで１つの信号として扱われていたフォトン信号を実際の数に近くなる２個以上のパルス信号列として取り出すことが可能となる。
【００４６】
サンプリングで得た信号はクロックと同期したモードを用いて実施例で述べた信号処理を行うことによりシンチレーション中性子検出器及び二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別が可能となる。
【産業上の利用の可能性】
【００４７】
本発明によれば、ＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレータと波長シフトファイバとを組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器にも対応可能としていることから、Ｊ−ＰＡＲＣなどの大強度陽子加速器を用いたパルス中性子を使用し飛行時間法（ＴＯＦ）を適用した中性子散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展に寄与することが大きい。
【００４８】
また、中性子源として原子炉を用いた同種の研究にも利用できる。さらに、今後発展が見込まれるＩＴＥＲ等の核融合における強ガンマ線環境下での中性子計測にも利用できる
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図２】実施例１に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図３】実施例２に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図４】実施例２に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図５】実施例３に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図６】実施例３に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図７】実施例４に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図８】実施例４に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図９】実施例５に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１０】実施例５に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図１１】実施例６に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１２】実施例６に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図１３】実施例７に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１４】実施例７に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する構成図である。
【図１５】実施例８に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１６】実施例９に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を説明する図である。
【図１７】従来例に係るＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号をＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測し中性子信号する共に、平行して時間幅２０ｎｓから４０ｎｓの時間幅で同時計測を行い、同時計測信号が得られた場合には、先に蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測して得られた中性子信号を無効とし、次にこの同時計測信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅から先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間のゲート信号を作製し、２つの光電子増倍管からのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号をそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項２】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されたパルス信号の内片方の信号のみを２０ｎｓから４０ｎｓ遅延した後、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測を行い、同時計測信号を計数した場合に、中性子信号することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子・ガンマ線弁別方法。
【請求項３】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をもとにＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製し、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、両者とも同時計測信号が計数された場合に、中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項４】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号をＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測し中性子信号する共に、平行して時間幅２０ｎｓから４０ｎｓの時間幅で同時計測を行い、同時計測信号が得られた場合には、先に蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測して得られた中性子信号を無効とし、次にこの同時計測信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅から先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間のゲート信号を作製し、２つの光電子増倍管からのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号をそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項５】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されたパルス信号の内片方の信号のみを２０ｎｓから４０ｎｓ遅延した後、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測を行い、同時計測信号を計数した場合に、中性子信号することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子・ガンマ線弁別方法。
【請求項６】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をもとにＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製し、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、両者とも同時計測信号が計数された場合に、中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項７】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、計数回路を用いて、ガンマ線が入射した場合には、２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号が必ず１個のみ計数されるのに対し、中性子が入射した場合にはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅内に、フォトンパルス信号があらかじめ設定した２個以上の設定値に到達した際に発生する信号を中性子信号として検出することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載のＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法において、前記ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、波長シフトファイバを蛍光検出に用いる場合に波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する場合に、光電子増倍管からのアナログ信号を波高弁別器でデジタル化した後５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのクロックを用いてこれらの信号をサンプリングし、サンプリングした後は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の信号処理をクロックと同期したモードで行うことによりガンマ線信号を弁別し、中性子信号として検出することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項９】
請求項８記載のＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法において、光電子増倍管からのアナログ信号を波高弁別器でデジタル化した後５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのクロックを用いてこれらの信号をサンプリングする場合に、中性子の入射によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命に従って２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）が重畳して連続した波形となって出力された場合に、サン連続した波形をクロックに基づいてサンプリングし、２個以上のパルス信号列として取り出し、前記信号処理をクロックと同期したモードで行うことによりガンマ線信号を弁別し、中性子信号として検出することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項１】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号をＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測し中性子信号する共に、平行して時間幅２０ｎｓから４０ｎｓの時間幅で同時計測を行い、同時計測信号が得られた場合には、先に蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測して得られた中性子信号を無効とし、次にこの同時計測信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅から先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間のゲート信号を作製し、２つの光電子増倍管からのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号をそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項２】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されたパルス信号の内片方の信号のみを２０ｎｓから４０ｎｓ遅延した後、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測を行い、同時計測信号を計数した場合に、中性子信号することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子・ガンマ線弁別方法。
【請求項３】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をもとにＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製し、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、両者とも同時計測信号が計数された場合に、中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いたシンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項４】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号をＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測し中性子信号する共に、平行して時間幅２０ｎｓから４０ｎｓの時間幅で同時計測を行い、同時計測信号が得られた場合には、先に蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測して得られた中性子信号を無効とし、次にこの同時計測信号を用いてＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅から先に設定した２０から４０ｎｓを差し引いた時間のゲート信号を作製し、２つの光電子増倍管からのフオトン（光子）に基づくパルス信号のうち少なくとも１つのフオトン（光子）に基づくパルス信号をそのゲート時間の間に計数した場合に再度中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項５】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されたパルス信号の内片方の信号のみを２０ｎｓから４０ｎｓ遅延した後、ＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅で同時計測を行い、同時計測信号を計数した場合に、中性子信号することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子・ガンマ線弁別方法。
【請求項６】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータと直交した２つの波長シフトファイバ束を組み合わせた二次元シンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を２個の光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測すると同時に、波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、２個の光電子増倍管から出力されるパルス信号について、それぞれ最初に来たパルス信号をもとにＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅のゲート信号を作製し、それぞれのゲート信号を使って次にくるパルス信号と同時計測し、両者とも同時計測信号が計数された場合に、中性子信号とすることを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項７】
ＺｎＳ蛍光体と６Ｌｉあるいは１０Ｂ中性子コンバータとを混合した中性子用シンチレータを用いたシンチレーション中性子検出器において、中性子が中性子用シンチレータに入射した際６Ｌｉあるいは１０Ｂから発生する粒子線によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命と、ガンマ線が入射した際中性子用シンチレータから放出される蛍光の蛍光寿命と、が異なることを利用して、中性子を検出する際障害となるガンマ線を弁別する場合に、ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、計数回路を用いて、ガンマ線が入射した場合には、２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号が必ず１個のみ計数されるのに対し、中性子が入射した場合にはＺｎＳ蛍光体の蛍光寿命に対応した時間幅内に、フォトンパルス信号があらかじめ設定した２個以上の設定値に到達した際に発生する信号を中性子信号として検出することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載のＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法において、前記ＺｎＳ蛍光体から放出された中性子に対する蛍光及びガンマ線に対する蛍光を光電子増倍管を用いて測定し、中性子に対しては２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）に基づくパルス信号として計測し、ガンマ線に対しては蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測し、波長シフトファイバを蛍光検出に用いる場合に波長シフトファイバにガンマ線が入った場合に波長シフトファイバの蛍光寿命である２０ｎｓ以下の時間幅の中にフオトン（光子）が重畳した信号として２０ｎｓ以下の時間幅を持つパルス信号として計測する場合に、光電子増倍管からのアナログ信号を波高弁別器でデジタル化した後５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのクロックを用いてこれらの信号をサンプリングし、サンプリングした後は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の信号処理をクロックと同期したモードで行うことによりガンマ線信号を弁別し、中性子信号として検出することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【請求項９】
請求項８記載のＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法において、光電子増倍管からのアナログ信号を波高弁別器でデジタル化した後５０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのクロックを用いてこれらの信号をサンプリングする場合に、中性子の入射によりＺｎＳ蛍光体から放出される蛍光の蛍光寿命に従って２０ｎｓ以下の時間幅を持つフオトン（光子）が重畳して連続した波形となって出力された場合に、サン連続した波形をクロックに基づいてサンプリングし、２個以上のパルス信号列として取り出し、前記信号処理をクロックと同期したモードで行うことによりガンマ線信号を弁別し、中性子信号として検出することを特徴とするＺｎＳ蛍光体を用いた二次元シンチレーション中性子検出器の中性子／ガンマ線弁別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図８】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図８】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１１１６７７（Ｐ２００８−１１１６７７Ａ）
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９３３１４（Ｐ２００６−２９３３１４）
【出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【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２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【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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