(57)【要約】      （修正有）【課題】中性子線の存在を容易且つより正確に把握することが可能な中性子検出方法および中性子検出装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる中性子検出方法の構成は、中性子シンチレータおよび光検出器を用いて中性子線を検出する中性子検出方法であって、光検出器において検出された光の各々の波高値である検出波高値について、該検出波高値が閾値を超える光の検出頻度を取得する検出頻度取得処理Ｓ４０２を行い、閾値に対する検出頻度の対数を一次関数に近似する近似処理Ｓ４０４を行い、一次関数を用いて、所定のバックグラウンド検出頻度を示すと期待されるバックグラウンド閾値を求め、バックグラウンド閾値における検出頻度を有効検出頻度とする有効検出頻度取得処理Ｓ４０６を行い、有効検出頻度がバックグラウンド検出頻度を上回る場合に中性子線の存在を判定する判定処理Ｓ４０８を行うことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子シンチレータ、および該中性子シンチレータからの光を検出する光検出器を用いて中性子線を検出する中性子検出方法であって、
前記光検出器において検出された光の各々の波高値である検出波高値について、該検出波高値が閾値を超える光の検出頻度を取得する検出頻度取得処理を行い、
前記閾値に対する検出頻度の対数を一次関数に近似する近似処理を行い、
前記一次関数を用いて、所定のバックグラウンド検出頻度を示すと期待されるバックグラウンド閾値を求め、該バックグラウンド閾値における検出頻度を有効検出頻度とする有効検出頻度取得処理を行い、
前記有効検出頻度が前記バックグラウンド検出頻度を上回る場合に中性子線の存在を判定する判定処理を行うことを特徴とする中性子検出方法。
【請求項２】
前記検出頻度取得処理、前記近似処理、前記有効検出頻度取得処理および前記判定処理を、単位時間ごとに繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の中性子検出方法。
【請求項３】
前記中性子シンチレータおよび前記光検出器を複数用いて、
前記複数の中性子シンチレータおよび前記複数の検出器の各々について前記検出頻度取得処理、前記近似処理および前記有効検出頻度取得処理を行い、
前記複数の中性子シンチレータおよび前記複数の光検出器の前記有効検出頻度の和および前記バックグラウンド検出頻度の和を用いて前記判定処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の中性子検出方法。
【請求項４】
中性子シンチレータ、および該中性子シンチレータからの光を検出する光検出器を用いて中性子線を検出する中性子検出装置であって、
前記光検出器において検出された光の各々の波高値である検出波高値について、該検出波高値が閾値を超える光の検出頻度を取得する検出頻度取得処理を行い、
前記閾値に対する検出頻度の対数を一次関数に近似する近似処理を行い、
前記一次関数を用いて、所定のバックグラウンド検出頻度を示すと期待されるバックグラウンド閾値を求め、該バックグラウンド閾値における検出頻度を有効検出頻度とする有効検出頻度取得処理を行い、
前記有効検出頻度が前記バックグラウンド検出頻度を上回る場合に中性子線の存在を判定する判定処理を行う手段を具備してなることを特徴とする中性子検出装置。
【請求項５】
前記検出頻度取得処理、前記近似処理、前記有効検出頻度取得処理および前記判定処理を、単位時間ごとに繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の中性子検出装置。
【請求項６】
前記中性子シンチレータおよび前記光検出器を複数備え、
前記複数の中性子シンチレータおよび前記複数の検出器の各々について前記検出頻度取得処理、前記近似処理および前記有効検出頻度取得処理を行い、
前記複数の中性子シンチレータおよび前記複数の光検出器の前記有効検出頻度の和および前記バックグラウンド検出頻度の和を用いて前記判定処理を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の中性子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子シンチレータ、および中性子シンチレータからの光を検出する検出器を用いて中性子線を検出する中性子検出方法、および中性子検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子検出器は、中性子利用技術を支える要素技術であって、貨物検査等の保安分野、中性子回折による構造解析等の学術研究分野、非破壊検査分野、或いはホウ素中性子捕捉療法等の医療分野等における中性子利用技術の発展に伴い、より高性能な中性子検出器が求められている。
【０００３】
さらに過酷事故後の原子力発電所において燃料デブリの位置を調査するために、中性子を検出することが検討されている。ただし過酷事故後の原子力発電所ではγ線の強度が高く、中性子線の強度は低い。例えば、数百Ｇｙ／ｈのγ線環境下において数個／ｃｍ２／秒程度の中性子を検出することが求められている。
【０００４】
γ線環境下で使用できる技術には、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１では、透明な樹脂中に蛍光体を分散させ、樹脂の中に波長シフトファイバを貫通させて、波長シフトファイバから導波用光ファイバに光を伝達する中性子シンチレータが提案されている。波長シフトファイバは、例えば前記蛍光体からの近紫外光を吸収し、長波長シフトした青紫色発光をＰＭＴ（photomultiplier tube：光電子倍増管）へと伝播するものである。導波用光ファイバは、側面から入射した光は反対側の側面から外に出てしまう。しかし波長シフトファイバであれば、側面から入射した光が内部で等方的に再発光するため、その発光の一部が伝搬モードに入り、波長シフトファイバおよび導波用光ファイバを伝わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−００３８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで発明者らは、中性子シンチレータ、および中性子シンチレータから発せられた光を検出する光検出器を用いた中性子の検出方法を過去に出願した（特願２０１７−０２３８８８）。かかる中性子の検出方法では、光検出器において検出された光の波高値に対するその検出頻度の対数を一次関数に近似し、４．８ＭｅＶ近傍又は２．３ＭｅＶ近傍の波高値の検出頻度が前記一次関数から乖離する場合に、中性子線の存在を判定している。これによれば、検出結果を基に近似した一次関数から乖離しているか否かを判断することにより、中性子の存在を容易に判定することができる。しかしながら、中性子線の存在をより正確に把握するためには更なる改良が求められていた。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、中性子線の存在を容易且つより正確に把握することが可能な中性子検出方法および中性子検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる中性子検出方法の代表的な構成は、中性子シンチレータ、および中性子シンチレータからの光を検出する光検出器を用いて中性子線を検出する中性子検出方法であって、光検出器において検出された光の各々の波高値である検出波高値について、該検出波高値が閾値を超える光の検出頻度を取得する検出頻度取得処理を行い、閾値に対する検出頻度の対数を一次関数に近似する近似処理を行い、一次関数を用いて、所定のバックグラウンド検出頻度を示すと期待されるバックグラウンド閾値を求め、該バックグラウンド閾値における検出頻度を有効検出頻度とする有効検出頻度取得処理を行い、有効検出頻度がバックグラウンド検出頻度を上回る場合に中性子線の存在を判定する判定処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、中性子線をより高い感度で検出することができ、中性子線の存在を容易且つより正確に把握することが可能となる。
【００１０】
上記検出頻度取得処理、近似処理、有効検出頻度取得処理および判定処理を、単位時間ごとに繰り返すとよい。かかる構成によれば、一次関数が単位時間ごとに更新される、すなわち一次関数が逐次較正される。したがって、中性子シンチレータの劣化による影響を除外することが可能となる。
【００１１】
上記中性子シンチレータおよび光検出器を複数用いて、複数の中性子シンチレータおよび複数の検出器の各々について検出頻度取得処理、近似処理および前記有効検出頻度取得処理を行い、複数の中性子シンチレータおよび複数の光検出器の有効検出頻度の和およびバックグラウンド検出頻度の和を用いて判定処理を行うとよい。これにより、短時間でより多くのカウント数を検出することができる。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる中性子検出装置の代表的な構成は、中性子シンチレータ、および中性子シンチレータからの光を検出する光検出器を用いて中性子線を検出する中性子検出装置であって、光検出器において検出された光の各々の波高値である検出波高値について、検出波高値が閾値を超える光の検出頻度を取得する検出頻度取得処理を行い、閾値に対する検出頻度の対数を一次関数に近似する近似処理を行い、一次関数を用いて、所定のバックグラウンド検出頻度を示すと期待されるバックグラウンド閾値を求め、バックグラウンド閾値における検出頻度を有効検出頻度とする有効検出頻度取得処理を行い、有効検出頻度がバックグラウンド検出頻度を上回る場合に中性子線の存在を判定する判定処理を行う手段を具備してなることを特徴とする。上述した中性子検出方法における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該中性子検出装置にも適用可能である。
【００１３】
当該中性子検出装置は、検出頻度取得処理、近似処理、有効検出頻度取得処理および判定処理を、単位時間ごとに繰り返すとよい。また当該中性子検出装置は、中性子シンチレータおよび前記光検出器を複数備え、複数の中性子シンチレータおよび複数の検出器の各々について検出頻度取得処理、近似処理および有効検出頻度取得処理を行い、複数の中性子シンチレータおよび複数の光検出器の前記有効検出頻度の和およびバックグラウンド検出頻度の和を用いて判定処理を行うとよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、中性子線の存在を容易且つより正確に把握することが可能な中性子検出方法および中性子検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の中性子検出方法において用いる中性子シンチレータを説明する図である。
【図２】本実施形態にかかる中性子検出装置を説明する図である。
【図３】本実施形態の中性子検出方法の例を説明するフローチャートである。
【図４】中性子検出装置の他の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。
【００１７】
（中性子シンチレータ）
図１は、本実施形態の中性子検出方法において用いる中性子シンチレータ（以下、シンチレータ１００と称する）を説明する図である。図１に示すシンチレータ１００は、導波用の光ファイバ１０の先端の端面１０ａの先に、蛍光体１０２の粒子が内包された透明球１０４が形成してある。
【００１８】
光ファイバ１０は、光を透過させるコア１２と、コア１２の中を通る光を全反射させる界面を形成するためのクラッド１４と、これらを被覆するバッファ１６から構成されている。コア１２とクラッド１４は石英ガラスまたはプラスチックからなり、クラッド１４よりコア１２の方が屈折率がわずかに大きくなっている。バッファ１６はポリイミドやシリコーン樹脂、フッ素樹脂、高抗張力繊維などを用いることができるが、いずれであっても本発明には影響しない。
【００１９】
蛍光体１０２には、中性子に反応する蛍光体を使用する。蛍光体は、中性子捕獲同位体を含有し且つ蛍光を発する無機物からなる粒子であって、該無機物自体が一つの化学物質として把握されるものであることが好ましい。具体的には、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機蛍光体を好適に採用できる。
【００２０】
蛍光体１０２の組成については特に制限されず、従来公知の無機蛍光体を粒子状としたものを用いることができる。具体的なものを例示すれば、ＬｉＦ−Ｅｕ：ＣａＦ２、Ｅｕ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｅｕ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ，Ｎａ：ＬｉＣａＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＳｒＡｌＦ６、Ｃｅ：ＬｉＹＦ４、Ｔｂ：ＬｉＹＦ４、Ｅｕ：ＬｉＩ、Ｃｅ：Ｌｉ６Ｇｄ（ＢＯ３）３、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＹＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＹＢｒ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＬａＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＬａＢｒ６、Ｃｅ：ＬｉＣｓ２ＣｅＣｌ６、Ｃｅ：ＬｉＲｂ２ＬａＢｒ６等の結晶からなる無機蛍光体、及び、Ｌｉ２Ｏ−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃｅ２Ｏ３系のガラスからなる無機蛍光体等が挙げられる。
【００２１】
また、蛍光体１０２には、中性子に反応するコンバーター及び中性子に反応しない蛍光体を組み合わせて用いてもよい。該コンバーターを具体的に例示すれば、リチウム６及びホウ素１０から選ばれる少なくとも１種の中性子捕獲同位体を含有する無機物が好ましく、中でもＬｉＦが特に好ましい。また、前記中性子に反応しない蛍光体としては、従来公知の蛍光体を特に制限なく用いることができ、より具体的にはＡｇ：ＺｎＳ、Ｅｕ：ＣａＦ２等を好適に採用できる。
【００２２】
透明球１０４は透明な樹脂やガラスからなる塊である。「球」と称しているが、幾何学的に厳密な球である必要はなく、若干のゆがみやくぼみがあったり、紡錘形や水滴形をしていても差し支えない。透明球１０４は、光ファイバ１０の先端の端面１０ａの先に形成されている。光ファイバ１０の先端が透明球１０４に埋没していても良いが、端面１０ａが透明球１０４の中心まで至らないことが好ましい。すなわち、透明球１０４に埋没する光ファイバ１０の長さは、略球状の透明球１０４の半径以下であることが好ましい。
【００２３】
また、透明球１０４の屈折率ｎＬは、コア１２の屈折率ｎＱよりも小さいことが好ましい。これにより、透明球１０４から端面１０ａに入射した光がファイバの軸方向に屈折するため、全反射角度内に収まりやすくすることができる。
【００２４】
透明球１０４の外側には、反射材１０６を形成している。反射材１０６は、中性子は透過するが、光は反射する膜である。反射材１０６は、拡散反射材を用いることが好ましい。反射材１０６の具体例としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）あるいは硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）等の白色顔料を塗布して形成した反射材又はポリテトラフロロエチレン等の白色シートからなる反射材を使用することができる。特に酸化チタンは、放射線に対する劣化が少ないため好ましい。
【００２５】
図１に光路の一例を矢印で示している。中性子が蛍光体１０２に衝突すると、蛍光体１０２からは全方位に光が生じる。蛍光体１０２から端面１０ａに直接入射する光もあるが、一部は矢印で示すように反射材１０６に衝突する。反射材１０６では光が拡散反射し、その一部が矢印で示すように端面１０ａへと入射する。これにより、伝送できる光子の数を増やすことができる。
【００２６】
上記構成によれば、波長シフトファイバを使用せずに蛍光体１０２の発光を導波用の光ファイバ１０の「端面１０ａ」から採光することができる。波長シフトファイバを使用しないため、波長シフトファイバでγ線によって発生する蛍光をなくすることができ、γ線によるパイルアップを抑えることができ、ｎ／γ弁別能を高めることができる。
【００２７】
図２は、本実施形態にかかる中性子検出装置２００を説明する図である。なお、本実施形態では、図２に示す中性子検出装置２００について詳述しつつ、かかる中性子検出装置２００を用いた中性子検出方法についても併せて説明する。
【００２８】
図２（ａ）には、中性子検出装置２００の全体構成を示している。図２（ａ）に示すように、本実施形態の中性子検出装置２００は、シンチレータ１００（詳細は図１参照）、シンチレータ１００からの光を検出する光検出器２１０、および中性子判定部３００を含んで構成される。試験のために、Ｃｆ−２５２を用いた中性子線源２０と、Ｃｏ−６０を用いたγ線源２２を用いる。
【００２９】
中性子検出装置２００は、光ファイバ１０の先端に上記のシンチレータ１００を取り付けて、光電子倍増管２１２に蛍光を導く。光電子倍増管２１２では光を電気信号に変換し、波高分析器２１４において波高値とカウント値を取得する。そして、中性子判定部３００において、波高分析器２１４で取得した波高値およびカウント値を参照して中性子線の存在を判定する。
【００３０】
蛍光体１０２としては、中性子に反応するコンバーターであるＬｉＦと中性子に反応しない蛍光体であるＥｕ：ＣａＦ２を組み合わせて用いた。なお、該蛍光体はＬｉＦの結晶層とＥｕ：ＣａＦ２の結晶相がμｍオーダーで積層した多層構造を有する共晶体と呼ばれる材料である。以下、該蛍光体をＬｉＦ−Ｅｕ：ＣａＦ２と表す。該ＬｉＦ−Ｅｕ：ＣａＦ２と屈折率が１．４１のシリコーン樹脂を用いて透明球１０４を作製した。
【００３１】
まずファイバの先端にシリコーン樹脂の前駆体（液状）を少量塗布し、シリコーン樹脂を加熱硬化させた。次いで、該シリコーン樹脂の周囲にＬｉＦ−Ｅｕ：ＣａＦ２を付着させ、さらにシリコーン樹脂の前駆体を少量塗布して加熱硬化させた。該操作を繰り返し、最終的に０．５ｍｇのＬｉＦ−Ｅｕ：ＣａＦ２が内包された透明球を形成した。また、透明球１０４の大きさは２ｍｍ程度になるように調整した。かかる作製方法によれば、透明球に内包される蛍光体の粒子の量を任意に調整でき、所望の特性を有するシンチレータを再現良く作製できる。反射材１０６としては酸化チタンを塗布して形成した拡散反射材を用いた。
【００３２】
図２（ｂ）に示すグラフでは、バックグラウンドのγ線を３５４Ｇｙ／ｈという強い値にして、熱中性子束が０ｎｖの場合と１６０ｎｖの場合を示している。γ線と中性子線を比較するとγ線の方が波高が低い。グラフから、低い波高が大量に検出され、高い波高が少量検出されていることがわかる。高い波高にはγ線による若干のパイルアップも含んでいるが、中性子束の０ｎｖの場合と１６０ｎｖの場合で顕著な差が生じていることから、３５４Ｇｙ／Ｈの環境下において１６０個／ｃｍ２／秒程度の中性子を弁別できていることがわかる。
【００３３】
しかしながら、実際の過酷事故後の原子炉等においては、中性子が存在する場合としない場合を相互に比較して、中性子の有無やその量を評価することはできない。また、γ線の強度が測定位置によって変動したり、中性子検出器の信号出力強度が放射線劣化によって経時的に変化したりするため、正確な中性子計測が極めて困難である。本発明によれば、かかる状況においても正確に計測できる中性子検出方法が提供される。以下、本発明の中性子検出方法について詳細に説明する。
【００３４】
（検出頻度取得処理）
中性子検出器に中性子またはγ線が入射すると、シンチレータ１００が発光する。あるいは、γ線の影響によってチェレンコフ光が生じる。かかるシンチレータ１００からの光を光検出器２１０が検出し、光検出器２１０からパルス状の信号が出力される。この信号をプリアンプで増幅する等した後に、信号の波高値である検出波高値をＡＤ変換器またはデジタル波形処理によって取得する。波高値を、例えば、０〜１０２３ｃｈに区分し、区分された各波高値を閾値（Ｈ）として、検出波高値が閾値を超える事象の頻度を検出頻度（Ｃ）として取得する。なお、検出頻度の取得において、γ線に由来するチェレンコフ光による事象を除去するため、光学的なバンドパスフィルターや電気的なローパスフィルターを設けても良い。
【００３５】
（近似処理）
一例として、図２（ｂ）に、光検出器２１０において検出された光の波高値の分布について、閾値を横軸にとり、検出頻度を縦軸にとったグラフを示す。本発明者らの検討によれば、図２（ｂ）に示すように、光検出器２１０における検出結果において、閾値に対する検出頻度の対数は、一次関数（ＬＦ）に近似される。特に、γ線に起因する光の検出結果のみに着目すると、検出頻度の対数は閾値の一次関数に収束する（図２（ｂ）に示す破線）。γ線が入射すると二次電子ｅが発生する。この二次電子は、飛程距離が長いため、蛍光体１０２内のみで、エネルギーを消耗し難い。このため、γ線の入射に起因する蛍光体１０２の発光は、強さが一定でなく、確率論的に一次関数に収束する。すなわち、閾値（Ｈ）に対する検出頻度（Ｃ）の対数は、下式1で近似される（ａ及びｂは定数）。
ＬｏｇＣ＝ａＨ＋ｂ  …（式１）
【００３６】
上記の近似処理において、検出頻度が少なすぎる場合には統計誤差が大きくなるおそれがある。一方、検出頻度が多過ぎる場合にはパイルアップによる誤差が大きくなるおそれがある。したがって、近似計算を行う際に、検出頻度を基準として関心領域を設定することが好ましい。関心領域の検出頻度の下限は１００以上とすることが好ましく、上限は１０００００以下とすることが好ましい。
【００３７】
（有効検出頻度取得処理）
一方で、中性子が蛍光体１０２の中性子捕獲同位体に入射した際に発生する二次粒子（リチウム６の場合はα線とトリチウム、ホウ素１０の場合はα線とリチウム７）は、飛程距離が短い。このため、二次粒子は、蛍光体１０２内でエネルギーを消耗し特定の強さで蛍光体１０２を発光させ、特定の波高値を示す。したがって、中性子線による光の検出結果では、一次関数から乖離する。かかる乖離は、γ線による検出頻度が多い領域（図２（ｂ）の実線、波高値６００Ｃｈ未満）ではγ線による検出頻度に埋没してしまって判別できないが、γ線による検出頻度が少ない領域（図２（ｂ）の実線、波高値６００Ｃｈ以上)では明確に判別できる。したがって、γ線による検出頻度が少なくなる波高値において検出頻度を評価すれば、中性子の有無やその量を正確に評価できる。
【００３８】
具体的には、まず、許容できうるγ線による検出頻度を定め、これをバックグラウンド検出頻度（Ｃ０）とする。バックグラウンド検出頻度は、想定される中性子の検出頻度の０．１〜１倍とすることが好ましい。例えば、毎秒１カウントの中性子を計測したい場合には、バックグラウンド検出頻度を毎秒０．１〜１カウントとする。かかるバックグラウンド検出頻度とすることによって、中性子計測におけるＳ／Ｎ比と感度を両立することができる。
【００３９】
次いで、一次関数（式１）より、所定のバックグラウンド検出頻度（Ｃ０）を示すと期待されるバックグラウンド閾値（Ｈ０）を求める。すなわち、バックグラウンド検出頻度（Ｃ０）およびバックグラウンド閾値（Ｈ０）を式１に代入し、変形した下記の式２より、波高値（Ｈ０）を求める。そして、該バックグラウンド閾値（Ｈ０）における検出頻度を求め、これを有効検出頻度（Ｃｅｆｆ）とする。
Ｈ０＝（ＬｏｇＣ０−ｂ）／ａ  …（式２）
【００４０】
（判定処理）
有効検出頻度（Ｃｅｆｆ）は、中性子が存在しない場合にはバックグラウンド検出頻度（Ｃ０）と一致し、中性子が存在する場合にはバックグラウンド検出頻度（Ｃ０）から乖離して大きくなる。したがって、有効検出頻度がバックグラウンド検出頻度を上回る場合に中性子が存在すると判定できる。
【００４１】
より具体的には、バックグラウンド検出頻度（Ｃ０）の標準偏差（σ）に対する、有効検出頻度（Ｃｅｆｆ）とバックグラウンド検出頻度の差分（Ｃｅｆｆ−Ｃ０）の比（（Ｃｅｆｆ−Ｃ０）／σ）を乖離度とし、当該乖離度を以て中性子の存在を判定することが好ましい。中性子の存在の判定基準は特に制限されず、要求される判定精度に応じて決定すれば良いが、乖離度が１を超える場合に中性子の存在を判定することが好ましく、乖離度が２を超える場合に中性子の存在を判定することがより好ましく、乖離度が３を超える場合に中性子の存在を判定することが最も好ましい。なお、中性子による検出頻度が多く、乖離度が充分に大きい場合には、中性子の有無の判定ばかりでなく、中性子の量を定量的に計測することも可能である。
【００４２】
図３は、本実施形態の中性子検出方法の例を説明するフローチャートである。図３に示す中性子検出では、中性子検出装置２００は、まず波高分析器２１４において検出波高値と検出頻度の取得を行う（ステップＳ４０２）。検出頻度取得においては、上記説明したように光検出器２１０においてシンチレータ１００からの光を検出する処理を直接行ってもよいし、コンピュータやロガーなどの端末（不図示）に記憶されたデータ（ｃｓｖファイル）を読み込むことによりデータを取得してもよい。
【００４３】
次に、中性子検出装置２００は、中性子判定部３００において、閾値に対する検出頻度の対数（ガンマ線カウント）を１次関数に近似する近似処理を行う（ステップＳ４０４）。そして、中性子検出装置２００は、中性子判定部３００において、有効検出頻度取得処理（ステップＳ４０６）および判定処理を行う（ステップＳ４０８）。
【００４４】
上記のステップＳ４０２〜ステップＳ４０６の処理を行ったら、検出頻度取得（ステップＳ４０２）に戻り、上述した処理を単位時間（例えば５分）ごとに繰り返す。このようにループ処理することにより、単位時間ごとの検出頻度取得の度に、一次関数が逐次較正される。したがって、γ線の強度が変動したり、シンチレータ１００の劣化による信号強度の変動が生じたりしても、かかる影響を除外して正確に中性子を計測することが可能となる。
【００４５】
図４は、中性子検出装置の他の例を説明する図である。図４（ａ）は、中性子検出装置５００の構成を説明する図であり、図４（ｂ）は、計測時間に対する中性子の累積カウント数を示す図である。図４（ａ）に示す中性子検出装置５００は、複数（多数といってもよい。図４（ａ）では８個を例示）のシンチレータ１００を備える光ファイバ１０が、これらと同数の光検出器２１０に対してそれぞれ接続されており、複数の光検出器２１０が一つの中性子判定部３００に接続されている。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、複数のシンチレータを備える中性子検出装置５００では中性子を検出する際に、まずそれぞれのシンチレータ１００および光検出器２１０の対について、検出頻度取得処理、近似処理および有効検出頻度取得処理を個別に行う。次いで、中性子判定部３００は、複数のシンチレータ１００および光検出器２１０の有効検出頻度の和およびバックグラウンド検出頻度の和をそれぞれ求め、これらを用いて上記と同様にして中性子線の存在を判定する処理を行う。これにより、高線量率のγ線場においても少量の中性子を検出できるという本発明の特長を保ちつつ、より短時間で中性子の有無を判定したり、中性子の量を計測したりすることができる。
【００４７】
図２（ａ）に示す中性子検出装置２００によって１つのシンチレータ１００からの光を検出する場合、図４（ｂ）に示すように、照射時間（計測時間）３００ｍｉｎ程度において、中性子線源２０の中性子束を０ｎｖとした際の累積カウント数は２であるのに対し、中性子線源２０の中性子束を２．６ｎｖとした際の累積カウント数は１０以上となる。このことから、１つのシンチレータ１００を用いる場合には、３００ｍｉｎ程度で中性子を有意に判別可能であることが理解できる。１つのシンチレータ１００を用いて３００分で弁別できるのであれば、２つのシンチレータ１００を用いれば１５０分で弁別でき、６０個のシンチレータ１００を用いれば５分で弁別することが可能となる。したがって、図４（ａ）に示すように複数のシンチレータ１００を備える中性子検出装置５００を用いれば、図３に示したループ処理の単位時間を大幅に短縮可能となる。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、中性子シンチレータ、および中性子シンチレータからの光を検出する検出器を用いて中性子線を検出する中性子検出方法、および中性子検出装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０…光ファイバ、１０ａ…端面、１２…コア、１４…クラッド、１６…バッファ、２０…中性子線源、２２…γ線源、１００…シンチレータ、１０２…蛍光体、１０４…透明球、１０６…反射材、２００…中性子検出装置、２１０…光検出器、２１２…光電子増倍管、２１４…波高分析器、３００…中性子判定部、５００…中性子検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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