2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of He-3 alternative novel oxide neutron scintillator
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21H03736
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
河口 範明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (50642782)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | シンチレータ / 中性子 / 中性子シンチレータ / 酸化物 / 結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子計測において標準的な計測器媒体である3Heガスの枯渇が問題となっている。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が、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Li2B4O7系、LiNbO3系、LiCaPO4系、YBO3系の酸化物結晶を中心に調査を進めた。Li2B4O7系の研究成果で2件の国内学会発表、LiNbO3系の研究成果で1件の国内学会発表、LiCaPO4系の研究成果で1件の国内学会発表、YBO3系の研究結果で1件の国内学会発表を行った。
本年度の研究内容の一部を紹介すると、Li2B4O7系において多結晶と単結晶でシンチレーション特性を比較し、単結晶の方が優れた性能を有することが判明するなどの結果が得られた。LiCaPO4系については高い発光量が得られず、リン酸塩系組成の検討の一環でリチウムリン酸塩ガラスで中性子計測に成功した研究結果も得られ、派生研究として査読付き英語論文誌に投稿し、受理された。その他にもいくつか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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高性能な酸化物結晶中性子シンチレータの開発を目指し、様々な組成のサンプルを作製、系統的に評価し、大多数のサンプルについては思わしくない性能しか得られなかったが、一部のサンプルについては期待できる性能が得られたり、基礎的な研究結果も含め、論文や学会発表として報告できているため、順調に進展していると考えている。
Li2B4O7系、LiNbO3系、LiCaPO4系、YBO3系など、論文誌や応用物理学会などで報告した様々な研究の結果として、酸化物結晶中性子シンチレータに適した組成が明らかになりつつあると考えている。
組成によっては良質な単結晶が簡単には得られないものもあったが、単結晶育成中のリチウム化合物の揮発などが原因であることがわかり、混合原料作製時に揮発しやすい化合物を多めに秤量することで単結晶化に成功した例もあった。このように単結晶育成におけるノウハウも得られてきており、次年度以降の研究に活かしていけるものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
多数の新規組成の酸化物結晶中性子シンチレータサンプルを作製、評価したことで、様々な知見が得られており、次年度は計画通り、さらなる探索を続ける。
良質な単結晶が得られにくい組成において、混合原料作製時に揮発しやすい化合物を多めに秤量することで単結晶化を可能にするノウハウも得られているが、このようなノウハウも次年度の研究に活かして行きたい。
本年度はサンプルの作製と評価のサイクルを回すことで研究の体制が整ってきており、次年度以降の探索研究もスムーズに進められるものと考えられる。
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