中性子線検出用新規高効率シンチレータ結晶の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

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。