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Evaluation of Fluorescence Materials for
Pulsed-neutron Imaging
T. Sakai a) , M. Taguchi b) , S. Kurashima c) , H. Sato d) , T. Kamiyama d) and Y. Kiyanagi d)
a) Materials Science Research Division, QuBS, JAEA, b) Environment and Industrial Materials
Research Division, QuBS, JAEA, c) Department of Advanced Radiation Technology, TARRI, JAEA,
d) Graduate School of Engineering, Hokkaido University
We have evaluated fluorescence lifetime of two materials those are candidates for pulsed-neutron imaging detector.
The fluorescence materials are conventional ZnS(Ag) and Y 2O 2S(Eu) that is used in Color Neutron Image Intensifier.
The fluorescence lifetime of former one is relatively short and suitable for pulsed-neutron detecting devices. On the other hand,
the latter has fairly long fluorescence lifetime so that this material is not fit for epithermal neutron detection.
2008 年 12 月より、大強度陽子加速器施設(J-PARC)
の利用運転が始まり、我が国においても本格的に大強
度のパルス中性子を利用する環境が整った。その中で、
中性子エネルギーによる物質の透過率の違いを観るパ
ルス中性子ラジオグラフィ法は、従来のラジオグラフ
ィ法では観察できなかった試料内部の応力分布や相変
化などを可視化できる手法として、世界的にも注目を
集めている 1) 。パルス中性子ラジオグラフィにおいては、
中性子のエネルギーを飛行時間法により測定するため、
空間分解能だけではなく時間分解能にも優れた検出手
段が必須である。ラジオグラフィ法において、中性子
の検出は、ホウ素やリチウム等の中性子を捕獲して荷
電粒子を放出する核種と蛍光材料を組み合わせること
で行われる。このため、残光の少ない蛍光材料を使う
必要があり、その特性評価を行うため、サイクロトロ
ンからのイオンビームにより発光特性の評価を行った。
実験は、サイクロトロンからの 50 MeV He 2+ ビームを
試験する蛍光材料に照射し、その発光スペクトルと波
長毎の発光寿命を測定した。評価を行った蛍光材料は、
一般的な蛍光材料として広く用いられている ZnS(Ag)
と、中性子カラーイメージインテンシファイアの出力
蛍光面 2) にも用いられている Y 2O 2S(Eu)の 2 種類である。
Figure 1 に発光スペクトルを示す。
Fig. 1 Fluorescence spectra of ZnS(Ag) and Y 2O 2S(Eu).
ZnS(Ag)の発光スペクトルは、460 nm 付近にピークが
観察された。そこで、発光寿命に関しては、このピー
ク付近の波長を測定した。また、Y 2O 2S(Eu)に関しては、
多数のピークが観察され、それぞれの波長に対して発
光寿命の測定を行った。発光寿命測定方法に関しては、
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金属干渉型バンドフィルターにより分光を行い、光電
子増倍管からの出力波形を高速デジタルオシロスコー
プで観測した。また、励起を行う He 2+ ビームは、静電
偏向式のチョッパーで時間幅を 0.5~5 s に制限して、
蛍光材料に照射した。Figure 2, 3 に、それぞれ ZnS(Ag)
と Y 2O 2S(Eu)の発光寿命測定の結果を示す。
ZnS(Ag)に関しては、発光強度がピーク値の 20%にな
るまでの時間が 10 s 程度であり、比較的エネルギーの
高い熱外中性子などの検出にも利用することが出来る。
短波長側の発光寿命は更に短いため、よりエネルギー
の高い中性子の検出にも利用できる可能性がある。一
方、Y 2O 2S(Eu)に関しては、発光量の多い 630 nm 付近
の発光寿命は、1 ms 程度とかなり長い。また、短波長
側のピークに関しても、長波長側のピークよりは短寿
命であるが、数 100 s 程度あるため、エネルギーの高
い中性子の検出には適さないと思われる。
Fig. 2 The fluorescence lifetime of ZnS(Ag).
Fig. 3 The fluorescence lifetime of Y 2O 2S(Eu).
References
1) W. Kockelmann et al., Nucl. Instrum. Meth. A 578
(2007) 421-434.
2) 日塔光一 他、東芝レビュー Vol. 59 No. 10 (2004)
51-54.