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論文

Investigation of the brightness enhancement using brightness enhancement films on a scintillator

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 齋藤 泰司*; 野島 健大; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.161 - 168, 2013/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:25.19

In neutron imaging, to enhance brightness of a neutron detector is one of the important factors which lead to shortening of imaging time, or improvement in image quality. Recently, we devised a technique to increase the light intensity of reception for a camera by adding brightness enhancement films (BEF) on the output surface of the scintillator. By using the BEF (BEF II 90/24, Vikuiti 3M), brightness was enhanced, but spatial resolution was reduced. In this study, we compared the brightness and spatial resolution using several types of BEFs with different film thicknesses and prism pitch. In brightness, although the further enhancement was observed, most influences of film thickness or a prism pitch were not recognized. In spatial resolution, when film thickness became thin, the tendency for spatial resolution to improve was recognized.

論文

Evaluations of the new LiF-scintillator and optional brightness enhancement films for neutron imaging

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 中村 龍也; 片桐 政樹*; 呉田 昌俊; 久保 純*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.100 - 104, 2011/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:44.16(Instruments & Instrumentation)

原子力機構では、秩父富士と共同で中性子用シンチレータの開発を行ってきている。本研究では、新たに開発された$$^{6}$$LiF/ZnS系シンチレータ型コンバータの性能評価を行った。従来品と比べて、空間分解能は同等の性能を保持したまま輝度は約2倍明るくなることが確認された。本コンバータと高速度カメラシステムの利用により高速撮像の画質が格段に向上し、毎秒1万フレーム以上の撮像も可能となった。本技術は運転中の自動車エンジン内のオイル挙動等のハイフレームレート計測等に活用されるに至った。さらに、シンチレータの発光面に光指向性を持たせる輝度向上フィルムを設置することにより、カメラ側の受光強度を増加させることを考案した。これにより、空間分解能はやや低下するが、受光強度をさらに約3倍明るくさせることに成功した。

報告書

ENGIN-X型1次元シンチレータ中性子検出器の検出器性能向上に関する技術開発; ZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 美留町 厚; 海老根 守澄; 筒井 紀彰*; 曽山 和彦; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*

JAEA-Research 2008-116, 26 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-116.pdf:4.25MB

ENGIN-X型1次元中性子シンチレータ検出器の性能向上を目的として新規なZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発を行った。ZnSシンチレータに関してはさらなる高速・高検出効率化を図るためZnSを基本とした各種シンチレータを試作しその性能を評価した。その結果、開発したZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シンチレータによるとISIS標準シンチレータよりも検出効率が2割改善することを確認した(中性子波長1${AA}$)。また、シンチレータを装填する光リフレクタに関しては白色塗料を使用せず表面エッチング処理により製作する手法を開発した。これにより従来と同様の光散乱能を有しかつ経年変化にも強い光リフレクタを実現した。さらにフィールドプログラマブルゲートアレイによる全デジタル化フォトンカウンティング信号処理装置を開発しこれまでのアナログ回路による信号処理系と比べて中性子計数の温度安定性が改善することを実証した。

論文

Neutron scintillators with high detection efficiency

小島 孝弘*; 片桐 政樹; 筒井 紀彰*; 今井 幸治*; 松林 政仁; 坂佐井 馨

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.325 - 328, 2004/08

 被引用回数:31 パーセンタイル:11.67(Instruments & Instrumentation)

中性子イメージ検出器の高検出効率化を目指して蛍光体/中性子コンバータシンチレータの開発を進めた。その結果、市販のシンチレータに比較して$$^{6}$$Liの含有量が2倍のZnS:Ag/$$^{6}$$LiFの検出効率が43.5%であることがわかった。この検出効率は市販の同種シンチレータに比較して約1.6倍の検出効率である。また、中性子コンバータとして$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$を用いたZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シートシンチレータ及びZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスシンチレータを開発し、約30%の検出効率を示すことを確認した。本ZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$シンチレータは熱中性子以上の中性子エネルギーの領域で高検出効率が得られる。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,14; ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータの開発

片桐 政樹; 筒井 紀彰*; 小島 孝弘*; Schooneveld, E.*; Rhodes, N.*; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 中村 龍也

no journal, , 

中性子散乱実験用一次元シンチレータ検出器の検出効率を改善するためZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを開発した。開発したシンチレータを用いることで検出器の検出効率が従来標準品(ZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータ)に比べて約20%(1${AA}$波長中性子に対して)改善することを確認した。

口頭

J-PARC/MLF匠検出器のための高検出効率ZnS中性子有感シンチレータの開発

中村 龍也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; 片桐 政樹; 曽山 和彦; Rhodes, N.*; Schooneveld, E. M.*; 筒井 紀彰*

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学研究施設(MLF)、BL19の工学材料装置「匠」には10台の大面積1次元シンチレータ検出器がインストールされる。われわれは本検出器の高検出効率化を図るためZnSシンチレータを開発してきた。本発表では、開発したZnS/$$^{6}$$LiF及びZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$を検出器に装填した場合の中性子検出器の特性試験結果について報告する。シンチレータとしては中性子コンバータである$$^{6}$$LiF及び$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$の量を標準品よりも増大するということを基本に製作した。これらを匠実機検出器と同一の構造を有する27ピクセル検出器に装填し、中性子計数,$$gamma$$線感度,バックグランド計数等の試験評価を行った。その結果、これまでISISで使用されてきた標準品と比較して、20$$sim$$30%の中性子検出効率が改善すること、$$gamma$$線感度は同等であることを確認した。

口頭

波長シフトファイバを用いた大面積シンチレータ中性子検出器の開発

中村 龍也; 筒井 紀彰*; 片桐 政樹*; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦

no journal, , 

特願 2010-003182   公報

近年のヘリウム3ガスの供給不足に伴い従来の$$^{3}$$Heガス管を代替する位置敏感型中性子検出器の開発が急務である。このため中性子有感シンチレータと波長シフトファイバを用いた大面積2次元中性子検出器の開発を開始した。本検出器は直径1mmの波長シフトファイバを5mmのピッチでX, Y軸方向に直交配置しその上下面をシンチレータで挟み見込んだ構造を有する。ピクセルサイズ5$$times$$5mm, 7$$times$$8ピクセルの有感面積を持つ小型検出器を用いて基礎特性試験を行い、位置分解能5mm, $$gamma$$線($$^{60}$$Co)感度$$10^{-6}$$, 検出効率30%(熱中性子)であることを確認した。

口頭

熱中性子ラジオグラフィ用-新規Liシンチレータ、及び輝度アップシートの評価

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 中村 龍也; 片桐 政樹*; 呉田 昌俊; 久保 純*; 松林 政仁

no journal, , 

原子力機構では、秩父富士と共同で中性子用シンチレータの開発を行っている。中性子ラジオグラフィ用に開発された新規$$^{6}$$LiF/ZnSシンチレータの評価を行ったところ、従来品と比べて、空間分解能は同等の性能を保持したまま、輝度は約3倍明るくなることが確認された。本コンバータの利用により高速撮像の画質が格段に向上し、毎秒数万フレームの撮像も可能となり、自動車エンジン内のオイル挙動等のリアルタイム計測等に活用されるに至った。

口頭

波長シフトファイバを用いた大面積シンチレータ中性子検出器の開発,2; 試作検出器の特性試験

中村 龍也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦; 片桐 政樹*; 筒井 紀彰*

no journal, , 

近年のヘリウム3ガスの供給不足に伴い従来の$$^{3}$$Heガス管を代替する位置敏感型中性子検出器の開発が急務である。このため中性子有感シンチレータと波長シフトファイバを用いた大面積2次元中性子検出器の開発を行っている。今回、ピクセルサイズ5$$times$$5mm, 64$$times$$64ピクセルの大有感面積を持つ2次元中性子検出器を試作しその性能評価試験を行った。その結果、位置分解能5mm, $$gamma$$線($$^{60}$$Co)感度10$$^{-6}$$,検出効率20%(熱中性子)であることを確認し、本方式による検出器が単結晶中性子回折計用の検出器として十分使用できることを確認した。

口頭

波長シフトファイバを用いた大面積シンチレータ中性子検出器の開発,3; ビームライン検出器の設計と性能評価

中村 龍也; 川崎 卓郎; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦; 片桐 政樹*; 筒井 紀彰*

no journal, , 

近年の$$^{3}$$Heの供給不足に伴い従来の$$^{3}$$Heガス管を代替する位置敏感型中性子検出器の開発が急務である。このため中性子有感シンチレータと波長シフトファイバを用いた大面積2次元中性子検出器をその最有力候補と位置づけ、これまでに開発を進めその動作原理を確認してきた。今回、これまでの基礎実験結果をもとにJ-PARC/MLFのビームライン17, 18への実機検出器システムを設計・製作しその性能試験を行った。当該ビームラインの要求に最適化された検出器はピクセルサイズ4$$times$$4mm, 256$$times$$256mmの有感面積を有し200ガウスの外部磁場下でも計数損失なく安定動作する。試験の結果、検出効率30-40%(熱中性子)、$$gamma$$線($$^{60}$$Co)感度$$sim$$10$$^{-6}$$と良好であり装置からの要求性能をほぼ満足するものであることを確認した。

口頭

MLFのための位置敏感型シンチレータ中性子検出器の開発

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 坂佐井 馨

no journal, , 

中性子基盤セクションでは0.5mmピクセル高分解能イメージ検出器(iBIX用)、3mmピクセル1次元ISIS型検出器(Takumi用)、4mmピクセル大面積検出器(Senju用)のシンチレータ検出器を開発してきた。特にBL03, BL18用ではデザイン設計の自由度と製造コストに優れるシンチレータ・波長シフトファイバ検出方式を採用した検出器を開発し、これらはMLFの先導的な実験装置に実装されている。我々はこの検出方式の技術の蓄積を継続すると同時にその特徴を生かして多様な要求仕様に適合する検出器の開発を進めている。発表では100ミクロン以下を実現する高分解能イメージ検出器、次世代大型たんぱく質回折装置用の1$$sim$$2.5mm分解能検出器、TakumiやSenju装置の高度化のためのコンパクト・大面積検出器等の開発について現状を報告する。

口頭

ToF中性子回折イメージング用高分解能シンチレータ検出器の開発

中村 龍也; 川崎 卓郎; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

no journal, , 

J-PARCのパルス中性子を用いた回折イメージングへの応用のため約200ミクロンの位置分解能をもつ中性子カウンティング型の2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。この検出器はシンチレータと波長シフトファイバを用いた方式で製作され、要求性能を実現するため薄型のZnS/LiFシンチレータと100ミクロン直径のWLSFを選択して設計されている。発表では検出器の設計, 基礎特性, 回折 イメージ測定例等について報告する。

特許

中性子用ガラスシンチレータ

片桐 政樹

小島 孝広*; 今井 幸治*; 筒井 紀彰*

特願 H16-005483  公開特許公報  特許公報

【課題】リチウム6(6LI)及びホウ素10(10B)を中性子コンバータとして含有したガラスシンチレータで、CEドープ量が5%以下で良く蛍光を発する中性子用シンチレータを提供する。 【解決手段】リチウム6(6LI)を95%以上濃縮したリチウムと、ホウ素11(11B)を99%以上濃縮したしたホウ素(B)と、リン(P)から構成され、リチウム6(6LI)の構成比がモル%で45%であり、ホウ素(B)の構成比がモル%で20%であり、リン(P)の構成比がモル比で35%であるガラスにセリウム(CE)をモル%比で1%加えた中性子用ガラスシンチレータを作製した。発光波長は345NMであった。製作した中性子用シンチレータの中性子に対する波高スペクトルを測定し、ピークが電気的ノイズと十分分離できることを確認した。

特許

濃縮ボロンを用いた中性子用シンチレータ

片桐 政樹

小島 孝広*; 今井 幸治*; 筒井 紀彰*

特願 H16-005463  公開特許公報  特許公報

【課題】接着剤を用いず、ホウ酸(H3BO3)あるいは無水ホウ酸(B2O3)が適当な温度条件で溶融することを利用して接着し、粒子のエネルギーの損失無く蛍光体を蛍光させる中性子用シンチレータを提供する。 【解決手段】ホウ素10(10B)を96%含有したホウ素を原料としたホウ酸(H3BO3)に、ZNS:AGを重量%で30%混合し、650℃の温度で電気炉内で溶融し、24時間溶かして混合した状態を維持し、室温に温度を下げる。製作した中性子用シンチレータは熱中性子に対して42.6%の検出効率を持つ。

特許

ピクセル型二次元イメージ検出器

中村 龍也; 片桐 政樹

筒井 紀彰*

特願 2010-003182  公開特許公報  特許公報

【課題】入射ピクセル以外への蛍光の漏洩を極力低減したピクセル型二次元イメージ検出器を提供する。 【解決手段】重粒子線または中性子検出用の蛍光体シートからの蛍光を反射する反射板を等間隔に縦軸方向に配列し、この反射板列に直角に蛍光を反射する反射板を等間隔に横軸に配列し反射板列を構成した格子状構造体において、縦軸方向反射板の上半分の位置で、かつ縦軸間隔の中心位置に蛍光を検出する縦軸検出用波長シフトファイバを通すための溝を、横軸方向反射板の下半分の位置で、かつ横軸間隔の中心位置に蛍光を検出する横軸検出用波長シフトファイバを通すための溝を設けて格子状蛍光検出体を構成し、この検出体の前面にのみ、あるいは前面と背面に蛍光体シートを配置した構造を持つ二次元重粒子イメージ検出器または二次元中性子イメージ検出器。

特許

PIXEL-TYPE TWO-DIMENSIONAL IMAGE DETECTOR

中村 龍也; 片桐 政樹

筒井 紀彰*

特願 13/520451  公開特許公報  特許公報

In a lattice-like pixel structure in which reflecting plates that reflect a fluorescent light from a fluorescent material-based neutron detecting sheet are arranged along vertical and horizontal axes at a regular interval, a lattice-like fluorescent light detecting member is provided, in which grooves may be formed at an upper half position of the vertical axis direction reflecting plate and at a center position in a vertical axis interval for accommodating a wavelength shifting fiber for vertical axis detection and at a lower half position of the horizontal axis direction reflecting plate and at a center position in a horizontal axis interval for accommodating a wavelength shifting fiber for horizontal axis detection; and a fluorescent material-based neutron detecting sheet is arranged only at a front surface or at both of a front surface and a back surface of the lattice-like fluorescent light detecting member. a

特許

PIXEL TYPE TWO-DIMENSIONAL IMAGE DETECTOR

中村 龍也; 片桐 政樹

筒井 紀彰*

特願 11731866.7  公開特許公報

In a lattice-like pixel structure in which a reflecting plate that reflects a fluorescent light from a fluorescent material-based neutron detecting sheet is arranged along a vertical axis at a regular interval, and a reflecting plate that reflects a fluorescent light is arranged along a horizontal axis at a regular interval and at a right angle with respect to a series of fluorescent plates formed arranged along the vertical axis, a lattice-like fluorescent light detecting member is formed by providing such a structure that a groove may be formed at upper half position of the vertical axis direction reflecting plate and at a center position in a vertical axis interval for accommodating a wavelength shifting fiber for vertical axis detection for detecting the fluorescent light, and a groove may be formed at lower half position of the horizontal axis direction reflecting plate and at a center position in a horizontal axis interval for ...

特許

PIXEL TYPE TWO-DIMENSIONAL IMAGE DETECTOR

中村 龍也; 片桐 政樹

筒井 紀彰*

特願 11731866.7  公開特許公報

In a lattice-like pixel structure in which a reflecting plate that reflects a fluorescent light from a fluorescent material-based neutron detecting sheet is arranged along a vertical axis at a regular interval, and a reflecting plate that reflects a fluorescent light is arranged along a horizontal axis at a regular interval and at a right angle with respect to a series of fluorescent plates formed arranged along the vertical axis, a lattice-like fluorescent light detecting member is formed by providing such a structure that a groove may be formed at upper half position of the vertical axis direction reflecting plate and at a center position in a vertical axis interval for accommodating a wavelength shifting fiber for vertical axis detection for detecting the fluorescent light, and a groove may be formed at lower half position of the horizontal axis direction reflecting plate and at a center position in a horizontal axis interval for ...

特許

シンチレータを用いた中性子検出器及び中性子イメージ検出器

美留町 厚; 中村 龍也; 海老根 守澄; 片桐 政樹; 大図 章

寄林 豊*; 筒井 紀彰*

特願 2012-158333  公開特許公報  特許公報

【課題】3Heガスに代わる検出媒体を用いた高感度の中性子検出器を提供する。 【解決手段】代表例では、ZNS蛍光体と6LIあるいは10Bを含む中性子コンバータから構成される板状で両面から蛍光が放出可能とした構造の半透明型中性子シンチレータを、断面が円形あるいは正方形の内側に90%以上の反射率を持つ鏡面の反射板を配置した筒状の検出器筐体の内部に、平行にそろって入射する中性子に対して45度に傾けて配置し、中性子がこのシンチレータに入射した際放出される蛍光を両側に配置した2つの光電子増倍管で検出し、これら2つの光電子増倍管から出力される信号を信号処理し中性子信号として取り出すように構成している。

特許

NEUTRON DETECTOR AND NEUTRON IMAGE DETECTOR WITH SCINTILLATOR

中村 龍也; 片桐 政樹; 大図 章; 美留町 厚; 海老根 守澄

寄林 豊*; 筒井 紀彰*

特願 13/943324  公開特許公報  特許公報

A neutron detector without 3He gas, provided with a translucent type plate neutron scintillator having the structure capable to emit fluorescence from double-sides; the neutron scintillator is composed of ZnS fluorescent substance and a neutron converter which contains 6Li or 10B, and arranged at an angle of 45 degrees from the neutrons which are incident in parallel all together, inside of a cylindrical detector housing with the circular or square section where the specular reflector with the reflectance of 90% or more is arranged internally, and the fluorescence emitted when the neutron enters the scintillator is detected by two photo multipliers arranged on both sides, and signals output from these two photo multipliers are processed to be taken out as a neutron signal.

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