マイクロCTを用いた小片状無機中性子シンチレータの形状撮像実験と応答シミュレーション

Shape imaging and response simulation of small pieces of inorganic neutron scintillator using a micro-CT system

石川 諒尚; 増田 明彦*; 渡辺 賢一*; 藤 暢輔   

Ishikawa, Akihisa; Masuda, Akihiko*; Watanabe, Kenichi*; Toh, Yosuke

高強度中性子場におけるリアルタイム中性子モニタとして、光ファイバ型中性子検出器の開発を進めている。本検出器は、優れた計数率特性や耐放射線性、空間分解能などの特長を有することから、ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)用中性子源の品質保証(QA)を目的とした水ファントム内高精度反応率測定の実現を目指している。本検出器には、中性子場に混在する線による偽計数を低減させるため、粒径数百ミクロン程度の小片状シンチレータが用いられる。これまで、小片質量を用いて、使用する場の中性子強度に応じて中性子感度を変化させた検出器を製作してきた。しかしながら、小片はランダムな形状をしており形状加工も困難であることから、形状に起因する検出器応答への影響を評価することができなかった。検出器応答の詳細な理解のためには、小片形状の測定データに基づくシミュレーションが不可欠である。そこで本研究では、数ミクロン程度の分解能をもつコンピュータ断層撮像(micro-CT)により検出器サンプルを撮像し、小片形状の三次元データを取得した。さらに、得られた三次元CTデータをPHITSに組み込んで、検出器の方向依存性を評価した。形状効果の違いを評価するため、同程度の質量をもつ小片として、241gおよび251gの小片を用いた検出器サンプルを用いた。得られたCT画像中では、小片形状が明瞭に確認できた。また、画像上の体積から算出した小片質量はいずれも24gであった。これは、事前に高精度電子天秤を用いて計量した結果とよく一致しており、micro-CT撮像で正確な小片形状を描出できたといえる。CTデータを取り込んだPHITSシミュレーションでは、エネルギー25meVの熱中性子に対する方向依存性は、一方のサンプルは最大約13%であったのに対し、もう一方は最大6%程度であった。このことから、同程度の小片質量であっても、小片形状により検出器の方向依存性は大きく異なることがわかった。このように、本手法により、検出器素子個別のシミュレーションが実現でき、これまでの小片質量を用いた感度制御手法より詳細な検出器応答の理解が可能となった。今後は、実験により、方向依存性に加え自己遮蔽効果をはじめとするほかの形状効果についても評価を行う。また、BNCT用中性子源のQAへの適用へ向けて、水ファントム内反応率プロファイルの高精度測定のための検出器応答補正手法の検討を進める。

no abstracts in English