Development of He-3 alternative novel oxide neutron scintillator

He-3替代新型氧化物中子闪烁体的研制

基本信息

批准号：
21H03736
负责人：
河口範明
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Nara Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年、中性子計測において標準的な計測器媒体である3Heガス資源の枯渇が問題となっている。そもそも天然Heガスも需給が逼迫しているが、中性子計測に利用される3Heは天然He中に100万分の1しか含まれない希少資源のため、3Heガスを用いない中性子計測技術の重要性が高まってきている。3Heガス検出器の代替の本命は固体シンチレータ式検出器である。中性子シンチレータは中性子が物質中の6Liと6Li(n,α)3Hの核反応を起こして生じる励起エネルギーにより発光する材料で、光検出器と組み合わせることで中性子計測に利用できる。従来は3Heガス検出器が主に用いられてきたため、レントゲン・核医学や手荷物検査などで広く用いられるX線、ガンマ線用シンチレータに比べると中性子シンチレータの研究は十分ではなかった。我々はこれまでに3He代替シンチレータとして、LiCaAlF6（LiCAF）単結晶シンチレータを開発した。LiCAFは潮解性がない材料の中で高い発光量を有しているが、製造において高度な雰囲気制御が必要なフッ化物であり、製造コストが高いなどの問題があった。そこで本研究ではより製造が容易で化学的安定性の高い酸化物結晶中性子シンチレータの探索研究を実施している。本年度はLi6Y(BO3)3系、LiCaPO4系、Li2SnO3系、YBO3系、CsLiB6O10系、LiAl5O8系の酸化物結晶を中心に調査を進めた。Li6Y(BO3)3系の研究成果で1件の論文発表、LiCaPO4系の研究成果で2件の論文発表、Li2SnO3系の研究成果で2件の国内学会発表、YBO3系の研究成果で1件の国内学会発表、CsLiB6O10系の研究成果で1件の国内学会発表、LiAl5O8系の研究成果で3件の国内学会発表を行った。ここに挙げた以外にもいくつかの興味深い結果が得られており、次年度も引き続き検討を進める。

近年来，中子测量的标准仪器介质3He气体资源的枯竭已成为一个问题。首先，天然气He气也供需紧张，但用于中子测量的3He是一种稀有资源，天然He中仅含有1/1,000,000，因此不使用3He的中子测量技术天然气很重要。 3He 气体探测器的首选替代方案是固态闪烁体探测器。中子闪烁体是一种因中子引起物质中的6Li和6Li(n,α)3H之间发生核反应时产生的激发能而发光的材料，与光电探测器结合可用于中子测量。迄今为止，主要使用 3He 气体探测器，因此与广泛应用于 X 射线、核医学和行李检查的 X 射线和伽马射线闪烁体相比，中子闪烁体的研究还不够充分。我们之前开发了 LiCaAlF6 (LiCAF) 单晶闪烁体作为 3He 替代闪烁体。 LiCAF在非潮解性材料中发光量较高，但其为氟化物，在制造时需要复杂的气氛控制，存在制造成本高等问题。因此，在本研究中，我们对氧化物晶体中子闪烁体进行探索性研究，这种闪烁体更容易制造，并且具有更高的化学稳定性。今年，我们重点研究了Li6Y(BO3)3系、LiCaPO4系、Li2SnO3系、YBO3系、CsLiB6O10系和LiAl5O8系氧化物晶体。发表Li6Y(BO3)3系列研究成果论文1篇，发表LiCaPO4系列研究成果论文2篇，Li2SnO3系列研究成果国内会议报告2篇，YBO3系列研究成果发表1篇。国内学术会议上发表了CsLiB6O10系列的研究成果，在国内学术会议上发表了LiAl5O8体系的研究成果3次。除了这里列出的结果之外，我们还获得了其他一些有趣的结果，我们将在明年继续研究它们。