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論文

Influence of linear energy transfer on the scintillation decay behavior in a lithium glass scintillator

越水 正典*; 岩松 和宏*; 田口 光正; 倉島 俊; 木村 敦; 柳田 健之*; 藤本 裕*; 渡辺 賢一*; 浅井 圭介*

Journal of Luminescence, 169(Part B), p.678 - 681, 2016/01

TIARAのAVFサイクロトロンを用いてパルスイオンビームを発生し、Liガラスシンチレータ(GS20)の発光を計測した。20MeV H$$^{+}$$, 50MeV He$$^{2+}$$,および220MeV C$$^{5+}$$を照射した結果、400nm付近に、発光中心としてドープされているCe$$^{3+}$$イオンの5d-4f遷移に帰属されるバンドが観測された。発光のタイムプロファイル計測では、20MeV H$$^{+}$$では顕著に立ち上がりが遅く、高LETほど立ち上がりが速くなった。一方、減衰挙動には顕著な相違はなかった。これは、高密度エネルギー付与によって誘起された励起状態間相互作用によって、ホストガラスからCe$$^{3+}$$へのエネルギー移動過程が促進されたことが原因と考えられる。

論文

Linear energy transfer effects on time profiles of scintillation of Ce-doped LiCaAlF$$_{6}$$ crystals

柳田 健之*; 越水 正典*; 倉島 俊; 岩松 和宏*; 木村 敦; 田口 光正; 藤本 裕*; 浅井 圭介*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part B), p.529 - 532, 2015/12

CeをドープしたLiCaAlF$$_{6}$$結晶にX線及び20MeV H$$^{+}$$, 50MeV He$$^{2+}$$, 220MeV C$$^{5+}$$イオン照射を行い、発光のその場観察を行った。X線照射では数nsの早い発光成分と数10nsの遅い成分が観測された。一方、イオン照射では、早い発光は観測されなかった。早い発光の消滅は、イオン照射で形成された高密度励起による励起状態間の相互作用が原因と考えられる。また、遅い発光では、その立ちあがりと減衰にLET依存性が観測された。これは、LiCaAlF$$_{6}$$の励起状態からCe$$^{3+}$$へのエネルギー移動及び励起状態間相互作用による消光過程が競争的に起きていることが原因と考えられる。

論文

System for measuring temporal profiles of scintillation at high and different linear energy transfers by using pulsed ion beams

越水 正典*; 倉島 俊; 田口 光正; 岩松 和宏; 木村 敦; 浅井 圭介*

Review of Scientific Instruments, 86(1), p.013101_1 - 013101_5, 2015/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:49.23(Instruments & Instrumentation)

多くの熱中性子検出用シンチレータでは、(n,$$alpha$$)反応により生じる$$alpha$$線によりシンチレーションが生じる。$$alpha$$線により固体中で生じる電離や励起状態の空間的密度は、$$gamma$$線や電子線の場合と比較すると非常に大きい。そのため、励起状態間相互作用が生じ、シンチレーションスペクトルや減衰挙動に影響を与えうる。この励起状態間相互作用の様相を材料設計の観点から制御することが可能となれば、$$gamma$$線の検出イベントと(n,$$alpha$$)反応を利用した中性子の検出イベントとのスペクトルや減衰挙動の差に基づいた弁別が可能となる。そのためには、励起状態間相互作用の様相を観測する手段が必要である。そこで、シンチレーションの短時間プロファイルを計測するシステムを構築し、サイクロトロンで加速したシングルパルスビームによりBC-400やBaF$$_{2}$$などの高速シンチレータを照射してその特性評価を行ったので報告する。

論文

X-ray detection capability of a BaCl$$_{2}$$ single crystal scintillator

越水 正典*; 小野寺 和也*; 錦戸 文彦*; 春木 理恵; 澁谷 憲悟*; 岸本 俊二*; 浅井 圭介*

Journal of Applied Physics, 111(2), p.024906_1 - 024906_5, 2012/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:39(Physics, Applied)

The X-ray detection capability of a scintillation detector equipped with a BaCl$$_{2}$$ single crystal was evaluated. The scintillation decay kinetics can be expressed by a sum of two exponential decay components. The fast and slow components have lifetimes of 1.5 and 85 ns, respectively. The total light output is 5% that of YAP:Ce. A subnanosecond timing resolution was obtained. The detection efficiency of a 67.41 keV X-ray is 87% for a detector equipped with a BaCl$$_{2}$$ crystal 6-mm thick. Thus, excellent timing resolution and high detection efficiency can be simultaneously achieved. Additionally, luminescence decay characteristics under vacuum ultraviolet excitation have been investigated. Radiative decay of self-trapped excitons is thought to be responsible for the fast scintillation component.

論文

Investigation on new scintillators for subnanosecond time-resolved X-ray measurements

春木 理恵; 澁谷 憲悟*; 錦戸 文彦*; 越水 正典*; 依田 芳卓*; 岸本 俊二*

Journal of Physics; Conference Series, 217, p.012007_1 - 012007_4, 2010/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:40.37

We investigated new X-ray detectors for nuclear resonant scattering measurements with high energy X-rays. The organic-inorganic perovskite scintillator of phenethylamine lead halide ((C$$_{6}$$H$$_{5}$$C$$_{2}$$H$$_{4}$$NH$$_{3}$$)$$_{2}$$PbX$$_{4}$$) (X:Br, I) was used. These compounds have fast light emission due to an exciton. They include heavy atoms, which make the detector to have high efficiency to high energy X-rays. The merit of these scintillators is that we can make a thick crystal compared to a Si wafer which is used in an avalanche photo-diode detector. We successfully measured 67.41 keV X-ray signals, the energy of $$^{61}$$Ni nuclear resonant scattering, with high detection efficiency of 42.5% by the scintillator.

論文

Application of accelerators for the research and development of scintillators

澁谷 憲悟*; 越水 正典*; 浅井 圭介*; 室屋 裕佐*; 勝村 庸介; 稲玉 直子*; 吉田 英治*; 錦戸 文彦*; 山谷 泰賀*; 村山 秀雄*

Review of Scientific Instruments, 78(8), p.083303_1 - 083303_7, 2007/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:62(Instruments & Instrumentation)

We introduce experimental systems which use accelerators to evaluate scintillation properties such as scintillation intensity, wavelength, and lifetime. A single crystal of good optical quality is often unavailable during early stages in the research and development (R&D) of new scintillator materials. Because of their beams' high excitation power and/or low penetration depth, accelerators facilitate estimation of the properties of early samples which may only be available as powders, thin films, and very small crystals. We constructed a scintillation spectrum measurement system that uses a Van de Graaff accelerator and an optical multichannel analyzer to estimate the relative scintillation intensity. In addition, we constructed a scintillation time profile measurement system that uses an electron linear accelerator and a femtosecond streak camera or a microchannel plate photomultiplier tube followed by a digital oscilloscope to determine the scintillation lifetimes. The time resolution is approximately 10 ps. The scintillation spectra or time profiles can be obtained in a significantly shorter acquisition time in comparison with that required by conventional measuring systems. The advantages of the systems described in this study can significantly promote the R&D of novelscintillator materials.

口頭

ヨウ化カリウム溶液のI-127核共鳴準弾性散乱

春木 理恵; 今井 康彦*; 越水 正典*; 錦戸 文彦*; 澁谷 憲悟*; 黒葛 真行*; 依田 芳卓*; 岸本 俊二*

no journal, , 

核共鳴散乱は核種特有の共鳴エネルギーを用いるため、溶液中のイオンなどの微量な元素のダイナミクスを特定するのに有効である。本研究では、I-127の第1励起準位(57.6keV,半減期1.9ns)を用いたヨウ化カリウム溶液中の、ヨウ素の核共鳴準弾性散乱によるダイナミクスの研究を行った。57.6keVのX線の単色化には、サファイア単結晶の後方散乱モノクロメータを用いて、検出には高速シンチレータを用いた。ヨウ化カリウムからの核共鳴散乱スペクトルは、前方散乱による装置関数からの広がりを見せており、ヨウ素イオンの溶液中での拡散運動の大きさを示唆していると考えられる。

口頭

Diffusive motion of atoms in a solution studied by nuclear resonant scattering

春木 理恵; 今井 康彦*; 依田 芳卓*; 越水 正典*; 錦戸 文彦*; 澁谷 憲悟*; 黒葛 真行*; 岸本 俊二*

no journal, , 

Nuclear resonant inelastic scattering is applied to various nuclei and materials with the progress of the third generation synchrotron facilities. In this presentation, we retrieved the previous formula of integration. The integration with wave functions is treated as Fourier transformation; which makes free from parameter limit. This analysis is applied to hexa-cyano complex in an aquious solution, in which iron atom and legand is strongly bonded and total complex system diffuses as a particle. This method also can be applied to nuclear resonant quasi-elastic scattering analysis using other nuclei, such as $$^{40}$$K, $$^{119}$$Sn, $$^{127}$$I and $$^{201}$$Hg with higher excitation energy or larger mass. Some noticeable points in handling the dynamics of the diffusing system in the analysis is discussed.

口頭

パルスイオンビームを用いたシンチレーション観測

越水 正典*; 田口 光正; 倉島 俊; 浅井 圭介*

no journal, , 

原子炉内の核反応やホウ素中性子捕捉療法等で用いられる熱中性子の検出には、検出器内部材料の(n,$$alpha$$)反応により生じた$$alpha$$線によるシンチレーション現象が利用されている。バックグラウンドとして$$gamma$$線が存在する環境において中性子を検出するためには、ナノ秒あるいはサブナノ秒の時間領域において$$gamma$$線照射時とは異なるシンチレーション減衰を示す材料を開発することが重要である。そこで、TIARA施設AVFサイクロトロンからのビームをチョッパーにより数ナノ秒のシングルパルスに成形し、シンチレーション材料からのシンチレーションを光電子増倍管により時間分解で検出可能なシステムを構築した。プラスチックシンチレータへの20MeV H及び220MeV Cイオン照射では半値幅5-6ナノ秒のシンチレーションが観測され、本システムが1-2ナノ秒程度の時間分解能を有することが確認された。

口頭

放射光X線時間分光実験のための鉛添加プラスチックシンチレータ特性評価

岸本 俊二*; 錦戸 文彦*; 春木 理恵; 越水 正典*

no journal, , 

鉛添加(5%(重量)程度)プラスチックシンチレータNE142(EJ256, 発光寿命1.7ns)を使ったX線検出器を放射光X線ビームによるメスバウアー分光法に用いて、ニッケル61(励起準位: 67.4keV、半減期:5.3ns)核共鳴散乱実験への応用を行っている。入射X線エネルギーを核共鳴準位にあわせ、ドップラーシフトによるメスバウアー吸収分光を行うもので、固体中の核共鳴元素について、磁性や価数など電子状態を調べることができる。即発電子散乱線から区別して励起原子核からの微弱$$gamma$$線を検出するため、サブナノ秒時間分解能や高エネルギーX線領域でも十分な検出効率を持つ時間検出器が必要とされる。メスバウアー分光法で重要な時間スペクトル測定の場合、ピークとその後の裾部分(ピークより10ns以後)とで5桁以上の計数値の比(peak/tail)が必要となる。そのためわれわれは、市販のプラスチックシンチレータNE142の形状・研磨の異なるものを用意して、特性評価を改めて行った。シンチレータの形状・研磨によって、波高分布と時間スペクトルを実験とシミュレーション(Geant4)とを併せて検討している。

口頭

CeドープCa$$_{3}$$B$$_{2}$$O$$_{6}$$のシンチレーションにおけるLET効果

越水 正典*; 藤本 裕*; 柳田 健之*; 岩松 和宏; 木村 敦; 倉島 俊; 田口 光正; 浅井 圭介*

no journal, , 

原子炉内の核反応やホウ素中性子捕捉療法等で用いられる熱中性子の検出には、検出器内部材料の(n,$$alpha$$)反応により生じた$$alpha$$線によるシンチレーション現象が利用されている。バックグラウンドとして$$gamma$$線が存在する環境において中性子を検出するためには、$$gamma$$線照射時とは異なるシンチレーション減衰を示す材料を開発することが重要である。そこで、TIARA施設AVFサイクロトロンからのシングルパルスを、CeをドープしたCa$$_{3}$$B$$_{2}$$O$$_{6}$$に照射し、そのシンチレーション現象のLET依存性を観測した。20MeV H照射と比較し、高いLET値を有する50MeV Heや220MeV Cでは、シンチレーションの立ち上がりが早くなった。この結果は、LET値の増加に伴う高密度励起により媒体からCeへのエネルギー移動前に励起状態間相互作用が起きやすくなり、遅い立ち上がり成分が消光されるためであると推察される。

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