2022 Fiscal Year Annual Research Report

高速中性子イメージングに向けた有機結晶シンチレータの包括的な研究

Research Project

Project/Area Number	20H02634
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	山路晃広東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (20779722)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	シンチレータ / 有機結晶 / 中性子
Outline of Annual Research Achievements	本研究は中性子検出用途の有機シンチレータ結晶の研究開発を目的としている。有機シンチレータ結晶の発光をつかさどるπ結合を含み、π電子回りの結晶場（配位子場）の系統的な変化をみるために、母材の一部を置換した混合結晶も含め候補材料の結晶育成及びそのシンチレーション特性評価を進めた。本年度は、新規中性子シンチレータ結晶の探索を行った。これまでの研究で、良好なシンチレーション特性を示したカルバゾールのNH基を置換したジベンゾフラン等を新規中性子シンチレータとして探索した。また、発光量とπ電子数密度の相関に着目し、π電子数密度が6.0ｘ10＾22を上回るピレンやトリフェニレンについても、結晶育成及び特性評価を実施した。育成にはこれまでと同様、Self-seeding vertical Bridgeman (SSVB)法を用いて行い、結晶ごとに温度勾配、育成速度、アンプル形状等の育成条件を最適化し、クラックの少ない透明なバルク体結晶の育成に成功した。また、融解前に分解する候補材料について、溶液成長を用いて結晶育成を試み、透明なバルク体の作製に成功した。さらに、大口径の結晶育成の為に新規に育成炉を準備し、結晶探索の効率化を図った。結晶性評価は引き続きロッキンカーブを測定やFTIRを用いて行い、育成条件にフィードバックした。また、京都大学研究用原子炉（KUR)の重水中性子照射設備にて有望な材料について、中性子フラックスを照射し、シンチレーション評価及び中性子耐性評価を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、結晶育成に関しては予定通りπ電子を有する有機結晶を系統的に作製し、そのシンチレーション特性評価を遂行することができた。一部の結晶について、予測していた特性が得られないものがあったが、その要因についても判明してきており、順調に研究は進められている。遅れていた外部実験についても、本年度は実行できて、中性子照射による放射線耐性や特性評価を進めた。一方、研究成果の論文化については、成果の整理が予定より遅れているために来年度の早期に行う予定である。
Strategy for Future Research Activity	来年度も引き続き候補材料の結晶育成及びそのシンチレーション特性評価を進める。有望材料については、大口径化を行い、イメージング試験に向けた結晶のアレイ化を進める。また、TOFによるエネルギー測定を行う際に、大きな指標となるとなる時間分解能についても評価を実施する。中性子とバックグラウンドノイズとなりうるγ線による信号波形の弁別について行い、検出器用途に向けた結晶アレイを作製する。溶液成長にようる結晶育成についても大型化の検討を行う予定である。