中性子線検出用新規高効率シンチレータ結晶の開発

开发用于中子束探测的新型高效闪烁体晶体

• 批准号: 08F08055
• 负责人: 吉川 彰
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08055/
• 关键词: 結晶工学; シンチレータ; 放射線・X線・粒子線; 発光素子; ルミネッセンス; 単結晶

シンチレータデバイスの応用分野はエネルギー、医療、工業、農業等、多岐に渡り、トータルシステムで8.6兆円、シンチレータデバイスで450億円という莫大な市場規模を有する。中でも、中性子線検出器は、原子炉、核融合、資源探査等の健全性診断や予寿命予測等、エネルギーから物質・生命科学、安全・安心に資する技術まで広範な分野で用いられており、J-PARCの建設などでその役割が飛躍的に加速している。しかしながら、現状の中性子検出器は中性子検出効率が20～50%@1Å程度のものが殆どであり、中性子を半分以上捨てていることになっている。この状況から、検出効率の大幅向上が望まれ、例えばJ-PARCのプロジェクトチームからは検出効率80～90%@1Åが要求されている。加えて、高効率の中性子検出器が実現すれば、物流チェックなどにおいても従来型の受動的な検査方法ではなく能動的な物流チェックも可能となるなど、新技術の創成を齎すことが期待される。中性子検出器の検出効率向上の鍵を握るのがシンチレータである。これらの背景を踏まえ、研究では中性子検出器の技術革新に資する新規シンチレータ材料の開発を中心とし、その材料設計、探索合成、発光メカニズム、クエンチメカニズムの理解、更には、高品質バルク単結晶および形状制御単結晶作製技術の確立までを研究開発対象としている。研究室の保有するマイクロ引き下げ装置を用いて、中性子用フッ化物単結晶の作製を行った。中性子用シンチレータでは、Li、B、Gd含有量が多いほど、検出効率を高めることが可能である。作成したサンプルは、研究室の保有するラウエカメラなどで結晶構造や結晶性を確認し、さらに研究室の保有する吸収率測定装置や、蛍光測定装置を用いて、光学特性を評価するというサイクルで研究を進めている。平成21年度において、有意な発光が確認されたLiAlO3、LiCAG等は、擬似中性子として、研究室の保有するアルファ線源応答を評価した。特にLiCAFにおいては中性子を用いた2次元画像取得に成功した。

闪烁器设备的应用领域范围从能源，医疗，工业，农业等范围内，总系统的巨大市场规模为8.6万亿日元，闪烁器设备的范围为450亿日元。中子束探测器在从能量到材料和生命科学的各个领域中尤其使用，再到有助于安全和保障的技术，例如核反应堆的健康诊断，核融合，资源探索和其他预测，以及它们的作用在J-Parcs的构建中急剧加速。但是，大多数当前的中子检测器的中子检测效率约为20-50％@1Å，而超过一半的中子被丢弃。这种情况需要显着提高检测效率，例如，J-PARC项目团队要求检测效率为80-90％@1Å。此外，如果实现了高效的中子检测器，则可以预期它将导致创建新技术，例如能够在物流检查中执行主动物流检查，而不是传统的被动检查方法。闪烁体是提高中子检测器检测效率的关键。基于这些背景，研究重点是开发新的闪烁体材料，这些闪光材料有助于中子探测器中的技术创新，而研发则集中在材料设计，搜索综合，对发光机制的理解以及淬灭机制上，并建立用于制造高质量的体积单晶单晶和形状控制的单晶的技术。使用实验室拥有的微型下拉装置制造了用于中子的氟化物的单晶晶体。在中子闪烁体中，LI，B和GD含量越高，检测效率越高。在一个周期中对样品进行了研究，在该周期中，使用实验室拥有的LAUE摄像机确认晶体结构和结晶度，然后使用吸收测量设备和实验室拥有的荧光测量设备评估光学性能。在2009年，Lialo3，Licag等具有明显的发光，以伪中的评估，例如，实验室持有的alpha源响应。特别是，LICAF能够使用中子成功获取二维图像。

项目成果

希土類添加K3LuF6単結晶の作製及びシンチレーション特性評価

稀土掺杂K3LuF6单晶的制备及闪烁性能评价

• 发表时间: 2009
• 作者: 阿部直人;横田有為;柳田健之;Jan Pejchal;Martin Nikl;河口範明;福田健太郎;吉川彰;前尾修司
• 通讯作者: 前尾修司

Crystal Growth and Characterization of Rare Earth Doped K3LuF6

稀土掺杂 K3LuF6 的晶体生长和表征

• 发表时间: 2010
• 期刊: Ieee Transactions of Nuclear Science
• 作者: N. Abe;Y. Yokota;T. Yanagida;N. Kawaguchi;K. Fukuda;J. Pejchal;M. Nikl;A. Yoshikawa
• 通讯作者: A. Yoshikawa

Crystal Growth and Luminescence Properties Tm : BaF2 Single Crystals

晶体生长和发光特性 Tm：BaF2 单​​晶

• 发表时间: 2009
• 期刊: Jpn.J.Appl.Phys. 49
• 作者: Naoto Abe;Yuui Yokota;Takayuki Yanagida;Jan Pejchal;Fumiko Nara;Noriaki Kawaguti;Kentaro Fukuda;Martin Nikl;Akira Yoshikawa
• 通讯作者: Akira Yoshikawa

Tm, Nd 共添加LaF3単結晶の作製及びエネルギー遷移の評価

Tm、Nd共掺LaF3单晶的制备及能量跃迁评价

• 发表时间: 2009
• 作者: 阿部直人;横田有為;柳田健之;藤本裕;河口範明;Jan Pejchal;福田健太郎;Martin Nikl;前尾修司;鎌田圭;吉川彰
• 通讯作者: 吉川彰

Luminescence and decay kinetics of Pb2+ center in LiCaAlF6 single crystal host

• DOI: 10.1016/j.optmat.2009.04.005
• 发表时间: 2009-09
• 期刊: Optical Materials
• 影响因子: 3.9
• 作者: J. Pejchal;E. Mihóková;M. Nikl;A. Novoselov;A. Yoshikawa