(57)【要約】【課題】解像度の低下を抑制可能な比例計数管を提供する。【解決手段】比例計数管１は、中性子Ｎを受けてアルファ粒子Ａを生成する変換膜２３と、アルファ粒子Ａに起因して電子Ｃを生じさせ、当該電子Ｃによりシンチレーション光ＳＣを生じるキャピラリープレート２１と、電子Ｃを導く電界を生じさせる電圧付与部１１と、変換膜２３、キャピラリープレート２１及び電圧付与部１１を収容するチャンバ２と、を備える。キャピラリープレート２１には、二次元状に配置された複数の貫通孔２７が設けられる。変換膜２３は、貫通孔２７の開口２７ａを塞ぐ。【選択図】図３
2018128384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子を第１入射面から受け入れて、前記中性子に対応する荷電粒子を生じると共に前記荷電粒子を第１出射面から出射する第１変換部と、
前記荷電粒子を前記第１出射面に対面する第２入射面から受け入れて、前記荷電粒子によってガスを電離させることにより電離電子を生じさせながら前記電離電子に基づくシンチレーション光を生じ、前記シンチレーション光を第２出射面から出射する第２変換部と、
前記第２入射面から前記第２出射面に向かう方向に前記電離電子を導く電界を生じさせる電界発生部と、
前記第１変換部、前記第２変換部、前記電界発生部及び前記ガスを収容すると共に前記中性子を前記第１変換部に導く入射窓部と前記シンチレーション光を出射する出射窓部とを有する容器と、を備え、
前記第２変換部には、前記第２入射面から前記第２出射面に貫通する二次元状に配置された複数の貫通孔が設けられ、
前記第１変換部は、前記貫通孔の前記第２入射面側の開口を塞ぐ、比例計数管。
【請求項２】
前記第２変換部には、前記第２出射面と前記貫通孔の内壁面との間の角部に設けられ、前記第２入射面から前記第２出射面に向かう方向に沿って内径が小さくなるテーパ孔がさらに設けられる、請求項１に記載の比例計数管。
【請求項３】
前記テーパ孔を形成するテーパ面に設けられ、前記中性子を受けて前記荷電粒子を生じる第３変換部をさらに備える、請求項２に記載の比例計数管。
【請求項４】
前記電界発生部は、前記第２変換部を挟むように設けられた第１電極部及び第２電極部を有し、
前記第１電極部は、前記第２変換部の前記第２入射面に設けられた電極であり、
し、
前記第２電極部は、前記第２変換部の前記第２出射面に設けられた電極である、請求項１〜３の何れか一項に記載の比例計数管。
【請求項５】
前記第１変換部は、導電性を有する、請求項４に記載の比例計数管。
【請求項６】
前記第１変換部は、絶縁性を有する、請求項４に記載の比例計数管。
【請求項７】
比例計数管と、
前記比例計数管から出射されるシンチレーション光を受ける光検出部と、を備え、
前記比例計数管は、
中性子を第１入射面から受け入れて、前記中性子に対応する荷電粒子を生じると共に前記荷電粒子を第１出射面から出射する第１変換部と、
前記荷電粒子を前記第１出射面に対面する第２入射面から受け入れて、前記荷電粒子によってガスを電離させることにより電離電子を生じさせながら前記電離電子に基づくシンチレーション光を生じ、前記シンチレーション光を第２出射面から出射する第２変換部と、
前記第２入射面から前記第２出射面に向かう方向に前記電離電子を導く電界を生じさせる電界発生部と、
前記第１変換部、前記第２変換部、前記電界発生部及び前記ガスを収容すると共に前記中性子を前記第１変換部に導く入射窓部と前記シンチレーション光を出射する出射窓部とを有する容器と、を備え、
前記第２変換部には、前記第２入射面から前記第２出射面に貫通する二次元状に配置された複数の貫通孔が設けられ、
前記第１変換部は、前記貫通孔の前記第２入射面側の開口を塞ぐ、中性子撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比例計数管及び中性子撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線を検出する装置として、特許文献１，２に開示された検出器が知られている。例えば、特許文献１に開示された装置は、Ｘ線を検出する。この装置は、チャンバと、チャンバ内に配置されたキャピラリープレートと、キャピラリープレートの下方に配置されたＭＯＳセンサアレイとを備える。チャンバ内には、放射線を検出するガスが封入されている。チャンバとキャピラリープレートとの間には、電界が形成されている。
【０００３】
チャンバ内に入射した放射線は、封入ガスの分子と相互作用し、光電効果によって一次電子を放出させる。この一次電子が高エネルギの場合において封入ガスを構成する分子にエネルギを付与しながら飛行すると、その飛行中に電子−イオン対が生じる。この電子は、電界によってキャピラリープレートに設けられた貫通孔に進入する。キャピラリープレートの貫通孔に進入した電子は、貫通孔の内部に形成された電場に沿って移動する際に、貫通孔の内部に存在する封入ガスの分子と次々に衝突する。この衝突により電子増殖及び光増殖が行われる。この増殖された光は、ＭＯＳセンサアレイにより検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４１２９８号公報
【特許文献２】特開２００９−２４５６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の検出器では、発光が確認された貫通孔の位置が、放射線が入射した位置に対応するとみなしている。しかし、発光が確認された貫通孔の位置と、放射線が入射した位置との対応関係が弱い場合もあり得る。
【０００６】
具体的には、一次電子は、チャンバの入射窓とキャピラリープレートとの間に形成されるドリフト領域においてある程度の距離を飛行する。そうすると、ある貫通孔の直上に放射線が入射したとき、当該放射線によって生成された荷電粒子及び電離電子が別の貫通孔に進入することが生じ得る。
【０００７】
さらに、荷電粒子としては、アルファ粒子などがあり得る。アルファ粒子のように、特に、高エネルギの荷電粒子は、飛行する距離が長くなる。そうすると、発光が確認された貫通孔の位置と、放射線が入射した位置とのずれが大きくなってしまう。また荷電粒子は、電荷やエネルギといった荷電粒子が有する特性に起因してその飛行を制御することが難しいこともある。このような要因により、発光が確認された貫通孔の位置と放射線が入射した位置との対応関係が弱くなると、放射線の強度と入射位置とを示す二次元画像の解像度が低下するおそれがある。
【０００８】
そこで本発明は、解像度の低下を抑制可能な比例計数管及び中性子撮像システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、中性子を第１入射面から受け入れて、中性子に対応する荷電粒子を生じると共に荷電粒子を第１出射面から出射する第１変換部と、荷電粒子を第１出射面に対面する第２入射面から受け入れて、荷電粒子によってガスを電離させることにより電離電子を生じさせながら電離電子に基づくシンチレーション光を生じ、シンチレーション光を第２出射面から出射する第２変換部と、第２入射面から第２出射面に向かう方向に電離電子を導く電界を生じさせる電界発生部と、第１変換部、第２変換部、電界発生部及びガスを収容すると共に中性子を第１変換部に導く入射窓部とシンチレーション光を出射する出射窓部とを有する容器と、を備え、第２変換部には、第２入射面から第２出射面に貫通する二次元状に配置された複数の貫通孔が設けられ、第１変換部は、貫通孔の第２入射面側の開口を塞ぐ。
【００１０】
中性子は、チャンバの入射窓部から第１変換部の第１入射面に入射する。この中性子の入射により、第１変換部は荷電粒子を発生させ、第１出射面から当該荷電粒子を出射する。出射された荷電粒子は、第１出射面に対面する第２変換部に入射する。この第２変換部には二次元状に配置された複数の貫通孔が設けられているので、荷電粒子は当該貫通孔に入射する。そうすると、貫通孔に充填されたガスと荷電粒子との相互作用により電離電子が生じる。この電離電子は、電界発生部が生じる電界によって第２出射面に向かう方向に加速されながらガス分子と衝突しさらに電離電子を発生させつつシンチレーション光を生じる。ここで、第１変換部は、第２変換部における貫通孔の第２入射面側の開口を塞いでいる。そうすると、ある貫通孔の直上に中性子が入射したとき、当該中性子によって生じた荷電粒子は、直下に存在する貫通孔に入射する可能性が高くなる。すなわち、中性子が入射した位置と発光が確認される貫通孔の位置との対応関係が強くなる。従って、この中性子検出器によれば、解像度の低下を抑制することができる。
【００１１】
第２変換部には、第２出射面と貫通孔の内壁面との間の角部に設けられ、第２入射面から第２出射面に向かう方向に沿って内径が小さくなるテーパ孔がさらに設けられてもよい。この構成によれば、貫通孔の第２入射面側の開口に露出する第１変換部の第１出射面の面積が広がる。つまり、開口率が高まる。従って、荷電粒子を貫通孔に受け入れやすくなるので、中性子の検出効率を高めることができる。
【００１２】
上記比例計数管は、テーパ孔を形成するテーパ面に設けられ、中性子を受けて荷電粒子を生じる第３変換部をさらに備えてもよい。この構成によれば、中性子を荷電粒子に変換し得る領域が増える。従って、中性子をより捉えやすくなるので、中性子の検出効率をさらに高めることができる。
【００１３】
電界発生部は、第２変換部を挟むように設けられた第１電極部及び第２電極部を有し、第１電極部は、第２変換部の第２入射面に設けられた電極であり、第２電極部は、第２変換部の第２出射面に設けられた電極であってもよい。この構成によれば、電離電子の加速と増倍のための電位を貫通孔の内部に確実に生じさせることができる。
【００１４】
変換膜は、導電性を有することとしてもよいし、絶縁性を有することとしてもよい。この構成によれば、電離電子の加速と増倍のための電位を貫通孔の内部に確実に生じさせることができる。
【００１５】
本発明の別の形態である中性子撮像システムは、比例計数管と、比例計数管から出射されるシンチレーション光を受ける光検出部と、を備え、比例計数管は、中性子を第１入射面から受け入れて、中性子に対応する荷電粒子を生じると共に荷電粒子を第１出射面から出射する第１変換部と、荷電粒子を第１出射面に対面する第２入射面から受け入れて、荷電粒子によってガスを電離させることにより電離電子を生じさせながら電離電子に基づくシンチレーション光を生じ、シンチレーション光を第２出射面から出射する第２変換部と、第２入射面から第２出射面に向かう方向に電離電子を導く電界を生じさせる電界発生部と、第１変換部、第２変換部、電界発生部及びガスを収容すると共に中性子を第１変換部に導く入射窓部とシンチレーション光を出射する出射窓部とを有する容器と、を備え、第２変換部には、第２入射面から第２出射面に貫通する二次元状に配置された複数の貫通孔が設けられ、第１変換部は、貫通孔の第２入射面側の開口を塞ぐ。このシステムによれば、解像度の高い中性子画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、解像度の低下を抑制可能な比例計数管及び中性子撮像システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、第１実施形態に係る比例計数管の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示された比例計数管の構成を説明するための概略図である。
【図３】図３は、図２に示された変換部の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】図４は、比例計数管を製造する代表的な工程を示す図である。
【図５】図５は、比例計数管を製造する代表的な工程を示す図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る比例計数管における変換部の一部を拡大して示す斜視図である。
【図７】図７の（ａ）部は第２実施形態に係る変換部の作用効果を説明するための図であり、図７の（ｂ）部は第１実施形態に係る変換部の作用効果を説明するための図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る比例計数管における変換部の一部を拡大して示す斜視図である。
【図９】図９は第３実施形態に係る変換部の作用効果を説明するための図である。
【図１０】図１０の（ａ）部は変形例１に係る比例計数管における変換部の構成を示す図であり、図１０の（ｂ）部は変形例２に係る比例計数管における変換部の構成を示す図である。
【図１１】図１１の（ａ）部は比較例１に係る比例計数管の動作を説明するための図であり、図１１の（ｂ）部は比較例２に係る比例計数管の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
本実施形態に係る比例計数管は、中性子検出装置に用いられる中性子ガス比例計数管（ｎｅｕｔｒｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｇａｓ  Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｅｒ：ｎ−ＧＳＩ）である。中性子をプローブとした分析技術とその有用性は、原子炉や大型加速器などを利用する基礎研究によって確認されつつある。また、小型の加速器型中性子源の研究も進められている。Ｘ線分析と相補的に用いられる中性子の産業応用は、例えば、大きさがサブミリ程度であるリチウムイオン電池用部材といった次世代エネルギデバイスの動作解析や、高機能医薬品及び化成品等に用いる新規な有機材料の開発など、その重要度は今後益々高まることが予想される。
【００２０】
図１に示されるように、中性子撮像システム５０は、比例計数管１と光検出部５１とを有する。中性子Ｎのように電荷を持たない粒子を検出する場合には、核反応により中性子Ｎを荷電粒子であるアルファ粒子及び７Ｌｉ粒子（以下「アルファ粒子等」と呼ぶ）に変換する。当該アルファ粒子等を電子増殖部に導くことにより間接的に検出する方法を利用する。そこで、比例計数管１は、中性子Ｎを受けて、アルファ粒子等を生じる。次に、アルファ粒子等を電子増殖部に導き、アルファ粒子等から電離電子を生じる。電離電子は、電界によって加速されながらガス分子と衝突しさらに電離電子を発生させつつシンチレーション光ＳＣを生じる。当該シンチレーション光ＳＣは、光検出部５１により検出される。このような構成によれば、高感度且つ高解像度を有する二次元の中性子検出画像を得ることができる。
【００２１】
比例計数管１は、チャンバ２（容器）と変換部３とを有する。チャンバ２は、中性子Ｎの検出に用いられる所定のガスが封入され、当該ガスの雰囲気中に変換部３を収容する。ガスは、希ガスと有機ガスとを含む。この有機ガスにより、シンチレーション光ＳＣが生じる。また、有機ガスは、クエンチングの役割も奏する。例えば、ガスには、Ｎｅ／ＣＦ４、Ａｒ／ＣＦ４、Ａｒ／Ｈ４／ＴＭＡなどが挙げられる。ＴＭＡやＴＥＡといったアミン系ガスは、いわゆるペニング効果を利用した波長変換機能を奏する。
【００２２】
チャンバ２は、筐体部４と、入射面板６（入射窓部）と、出射窓部７とを有する。筐体部４は、複数の側管４ａがその軸線方向に連結されて、全体として筒状の外形形状を有する。入射面板６は、筐体部４の一方の端部に配置されて、当該端部を閉鎖する。入射面板６は、中性子Ｎを受ける主面６ａと、中性子Ｎを出射する裏面６ｂとを有する。主面６ａは、チャンバ２の外部に露出する。裏面６ｂはチャンバ２の内側に露出する。筐体部４の他方の端部は、出射窓部７により閉鎖される。変換部３は、中性子Ｎを受けて、当該中性子Ｎに対応するシンチレーション光ＳＣを出射する。変換部３は、入射面板６と出射窓部７との間に配置されるように、筐体部４に取り付けられる。
【００２３】
出射窓部７は、変換部３において生じたシンチレーション光ＳＣをチャンバ２の外部へ出射する。出射窓部７は、変換部３に対面する。従って、変換部３と出射窓部７との間には、空隙が形成される。出射窓部７は、シンチレーション光ＳＣに対して透明である。出射窓部７は、窓本体８と、透明電極９（図２参照）とを有する。窓本体８は、円筒状を呈し、コバールガラス又はファイバオプティックプレート（ＦＯＰ）により構成される。窓本体８は、変換部３に対面してシンチレーション光ＳＣを受ける主面８ａと、受けたシンチレーション光ＳＣを出射する裏面８ｂとを有する。透明電極９は、窓本体８の主面８ａ上に設けられる。透明電極９は、筐体部４に対して電気的に接続される。筐体部４は、接地されているので、透明電極９は電気的に接地されていると言える。
【００２４】
光検出部５１は、比例計数管１から出射されたシンチレーション光ＳＣを受けて、当該シンチレーション光ＳＣに対する情報を生成する。光検出部５１は、例えば、撮像素子が二次元状に配置されたＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラといった積算型カメラを用いることができる。
【００２５】
図２に示されるように、比例計数管１は、さらに比例計数管１を構成する各部に所定の電圧を付与する電圧付与部１１を有する。電圧付与部１１は、電源１２と、抵抗素子１３Ａ，１３Ｂと、電気回路１４とを有する。電圧付与部１１は、入射面板６と透明電極９との間に所定の電位差を生じさせる。また、電圧付与部１１は、変換部３の上面側と下面側との間に所定の電位差を生じさせる。電源１２は、変換部３の上面側に設けられた上側電極１６に抵抗素子を介することなく直接に接続される。また、電源１２は、変換部３の下面側に設けられた下側電極１７に抵抗素子１３Ｂを介して接続される。この接続構成によれば、アルファ粒子等とガスとの相互作用によって生じる電離電子を下方に導くための電界Ｅを生じさせることができる。さらに、電源１２は、入射面板６に抵抗素子１３Ａ，１３Ｂを介して接続される。また、筐体部４は、信号グラウンド１８に接続される。抵抗素子１３Ｂは、下側電極１７と透明電極９との間に電位差を生じさせて、電離電子を透明電極９に引き寄せるために設けられる。このような構成によれば、透明電極９から電流を出力させることが可能になり、比例計数管１の製造過程において透明電極９から出力される電流を利用する検査を行うことができる。なお、抵抗素子１３Ｂは、必要に応じて配置すればよく、比例計数管１は抵抗素子１３Ｂを備えない構成とすることもできる。
【００２６】
変換部３は、入射面板６の裏面６ｂ側に配置される。変換部３は、入射面板６に対して離間する。従って、変換部３と入射面板６との間には、空隙が形成される。図３に示されるように、変換部３は、コンバータ基板１９と、キャピラリープレート２１（第２変換部）と、を有する。コンバータ基板１９は、中性子Ｎを受けてアルファ粒子Ａ等を生じる。キャピラリープレート２１は、アルファ粒子Ａ等を受けて電子Ｃを生じ、当該電子Ｃが電界Ｅによって加速されて電子増殖を生じることでシンチレーション光ＳＣを生じる。
【００２７】
コンバータ基板１９は、基板部２２と変換膜２３（第１変換部）とを有する。基板部２２は、厚みが０．５ｍｍ程度の円板状を有する。基板部２２は、所定の機械的強度を有するので、この基板部２２に薄膜状の変換膜２３を形成することにより、変換膜２３を容易に取り扱うことができる。基板部２２は、中性子Ｎを受ける主面２２ａと、中性子Ｎが出射される裏面２２ｂとを有する。基板部２２は、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）といった金属材料により構成される。
【００２８】
変換膜２３は、厚みが３μｍ程度の膜であり、中性子Ｎを受けてアルファ粒子Ａ等を生じる。変換膜２３は、基板部２２の裏面２２ｂに形成される。変換膜２３は、基板部２２の裏面２２ｂと接し、基板部２２を透過した中性子Ｎを受ける主面２３ａ（第１入射面）と、透過した中性子Ｎ及びアルファ粒子Ａ等を出射する裏面２３ｂ（第１出射面）とを有する。変換膜２３は、１０Ｂ、１０Ｂ４Ｃといった材料により構成される。例えば、１０Ｂにより構成された変換膜２３は、中性子Ｎを受けると１０Ｂ＋ｎ→７Ｌｉ（０．８ＭｅＶ）＋α（１．５ＭｅＶ）という反応を生じる。ここで「ｎ」は中性子を示し、「α」はアルファ粒子Ａを意味する。また、１０Ｂ４Ｃにより構成された変換膜２３は、導電性を有する。なお、１０Ｂで構成された変換膜２３も抵抗値は高いものの、導電性を有すると言える。変換膜２３を構成する材料は、導電性の有無は問わず、導電性の材料であってもよいし、絶縁性の材料であってもよい。
【００２９】
キャピラリープレート２１は、厚みが５０μｍから４００μｍ程度であり、一例として３００μｍである。キャピラリープレート２１は、鉛含有ガラス又はソーダガラスといったガラス基材により形成される。キャピラリープレート２１は、コンバータ基板１９に対面する主面２１ａ（第２入射面）と、出射窓部７（図２参照）に対面する裏面２１ｂ（第２出射面）とを有する。キャピラリープレート２１の主面２１ａは、具体的には、変換膜２３の裏面２３ｂに対面する。
【００３０】
キャピラリープレート２１は、その厚み方向に貫通する複数の貫通孔２７を有する。貫通孔２７の内径は、６μｍから１００μｍ程度であり、好適には２５μｍ以上５０μｍであり、一例として５０μｍである。また、バイアス角度はゼロ度である。貫通孔２７同士の間隔（ピッチ）は、構造上十分な強度が担保され、所望の性能（解像度、分解能等）を満たすように設定される。例えば、間隔は、数μｍから数十μｍ程度である。貫通孔２７には、チャンバ２（図２参照）内に封入されたガスが満たされる。貫通孔２７は、それぞれ独立した光・電子増倍器を構成する。従って、この貫通孔２７に満たされたガスがアルファ粒子Ａ等によって電離されて、電子Ｃが生じる。この電子Ｃは、電界Ｅにより加速されて電子増殖を生じシンチレーション光ＳＣを生じる。
【００３１】
キャピラリープレート２１の主面２１ａには、膜状の上側電極膜２４（第１電極部）が設けられる。また、上側電極膜２４の一部は主面２１ａから貫通孔２７に僅かに入り込むようにも設けられる。具体的には、上側電極膜２４は、主面２１ａから貫通孔２７へ貫通孔２７の内径（ｄ）の半分程度（０．５×ｄ）の位置まで設けられる。キャピラリープレート２１は、上側電極膜２４を介して変換膜２３の裏面２３ｂに物理的に接続される。上側電極膜２４は、例えばインコネルにより形成される。ここで、変換膜２３が導電性を有する場合には、基板部２２と変換膜２３と上側電極膜２４とが協働して上側電極１６を構成する。この場合、基板部２２の電位は、変換膜２３の電位と同じである。
【００３２】
キャピラリープレート２１の裏面２１ｂには、膜状の下側電極膜２６（第２電極部）が設けられる。下側電極膜２６も、上側電極膜２４と同様にその一部が貫通孔２７の内部に入り込んでいる。下側電極膜２６は、上側電極膜２４とは電気的に絶縁される。従って、電圧付与部１１（図２参照）の一端が上側電極１６に接続され、他端が抵抗素子１３を介して下側電極１７に接続されているので、上側電極１６と下側電極１７との間に所定の電位差を生じさせることができる。この電位差により、キャピラリープレート２１の厚み方向における電界Ｅが生じる。すなわち、上側電極膜２４及び下側電極膜２６は、電界発生部１５を構成する。ここで、上述したように、電界発生部１５は、基板部２２及び変換膜２３を含んでもよい。
【００３３】
ここで、既に述べたように、キャピラリープレート２１は、上側電極膜２４を介してコンバータ基板１９に物理的に接続される。コンバータ基板１９のうち上側電極膜２４と対面する変換膜２３の裏面２３ｂは平坦な面である。そうすると、キャピラリープレート２１の貫通孔２７の直上にはコンバータ基板１９が存在する。具体的には、貫通孔２７は、変換膜２３によって塞がれている。例えば、この構成においては、貫通孔２７におけるガスは、裏面２１ｂに形成された貫通孔２７の開口２７ｂから出入り可能であるが、主面２１ａに形成された貫通孔２７の開口２７ａから出入りすることはない。
【００３４】
比例計数管１を作成する工程を簡単に説明する。図４の（ａ）部に示されるように、まず、コンバータ基板１９を準備する。次に、図４の（ｂ）部に示されるように、キャピラリープレート２１を準備する。次に、貫通孔２７が設けられたガラス基材であるキャピラリープレート２１に上側電極膜２４と下側電極膜２６とを成膜する。
【００３５】
次に、図４の（ｃ）部に示されるように、筐体部４にコンバータ基板１９とキャピラリープレート２１とを組み付ける。まず、キャピラリープレート２１を支持部２８上に載置する。このとき、キャピラリープレート２１の下側電極膜２６を支持部２８に対して電気的に接続する。次に、キャピラリープレート２１の主面２１ａ上にコンバータ基板１９を載置する。このとき、コンバータ基板１９の変換膜２３がキャピラリープレート２１の貫通孔２７が設けられた領域を覆うように、コンバータ基板１９を組み付ける。そして、コンバータ基板１９の基板部２２に対して連結部２９を電気的に接続する。
【００３６】
次に、図５の（ａ）部に示されるように、入射面板６とサブアセンブリＳとを真空チャンバＦに配置する。そして、真空チャンバＦ内でこれらを加熱し、水分を除去する。次に、真空チャンバＦ内にガスＧを供給する。この状態において、図５の（ｂ）部に示されるように入射面板６をサブアセンブリＳに取り付ける。入射面板６をサブアセンブリＳに封着することにより、チャンバ２が形成される。以上の工程により、比例計数管１が完成する。
【００３７】
次に、比較例１に係る比例計数管及び比較例２に係る比例計数管の動作と比較しつつ、本実施形態に係る比例計数管１の動作について説明する。
【００３８】
図１１の（ａ）部に示されるように、比較例１に係る比例計数管１００は、チャンバ１０２の内部に変換部１０３が配置される。変換部１０３のコンバータ基板１１９では、基板部１２２の裏面１２２ｂに変換膜１２３が設けられる。変換部１０３におけるキャピラリープレート１２１の主面１２１ａ及び裏面１２１ｂにはそれぞれ電極膜１２４，１２６が設けられる。ここで、比較例１に係る比例計数管１００は、変換膜１２３がキャピラリープレート１２１に物理的に接触していない。換言すると、比例計数管１００では、変換膜１２３とキャピラリープレート１２１との間に空間が形成される。この空間は、ドリフト領域Ｐと呼ばれる。
【００３９】
中性子Ｎが変換膜１２３に入射すると、変換膜１２３は荷電粒子Ｂ１を出射する。例えば、アルファ粒子Ａ等である荷電粒子Ｂ１は、高いエネルギを有する。従って、変換膜１２３の裏面１２３ｂから出射された荷電粒子Ｂ１は、ドリフト領域Ｐ中を長距離に亘って飛行する。ドリフト領域Ｐには、ガスが満たされている。そうすると、荷電粒子Ｂ１がドリフト領域Ｐを飛行する間に、荷電粒子Ｂ１とガスとの相互作用により、さらに電離電子Ｂ２が生じる。ここで、荷電粒子Ｂ１の飛行距離は、貫通孔１２７Ａ，１２７Ｂ，１２７Ｃの配置間隔よりも長く成り得る。このため、貫通孔１２７Ａの直上に中性子Ｎが入射したとき、貫通孔１２７Ａとは別の貫通孔１２７Ｂ，１２７Ｃに電離電子Ｂ２が入射することがあり得る。換言すると、中性子Ｎの拡がりよりも増倍時の種信号となる電離電子である電離電子Ｂ２が幅広く生じてしまう。ここで、電界やガス圧を用いて荷電粒子Ｂ１の挙動を制御することが考えられる。しかし、荷電粒子Ｂ１がアルファ粒子Ａ等であるような場合には、エネルギが高いので、その制御は困難である。ドリフト領域Ｐと高エネルギを有する荷電粒子Ｂ１とに起因して、中性子Ｎが入射して荷電粒子Ｂ１が生じた位置と、シンチレーション光ＳＣが生じた貫通孔２７との位置が異なるので、対応関係が弱い。
【００４０】
図１１の（ｂ）部に示されるように、比較例２に係る比例計数管２００は、チャンバ２０２と変換膜２２３とキャピラリープレート２２１とを有する。ここで、比較例２に係る比例計数管２００は、変換膜２２３がキャピラリープレート２２１の主面２２１ａ上に設けられている。一方、変換膜２２３は、貫通孔２２７Ａ，２２７Ｂ，２２７Ｃとそれぞれ連通する複数の貫通孔２２３ａを有する。つまり、比較例２に係る比例計数管２００では、キャピラリープレート２２１の各貫通孔２２７Ａ，２２７Ｂ，２２７Ｃの直上に変換膜２２３が存在しない。また、基板部２２２に変換膜２２３が設けられていない。
【００４１】
例えば、中性子Ｎ１が貫通孔２２７Ａを通過するように入射した場合を想定する。この場合には、貫通孔２２７Ａ上には変換膜２２３が存在しないので、中性子Ｎ１によって荷電粒子Ｂ１が生じることがない。従って、中性子Ｎ１を検出することができない。一方、例えば、中性子Ｎ２が変換膜２２３に入射した場合を想定する。この場合には、変換膜２２３から荷電粒子Ｂ１が出射される。そして荷電粒子Ｂ１は、その飛行中にガスと相互作用を生じて、さらに電離電子Ｂ２を生じる。この電離電子Ｂ２は、それぞれ貫通孔２２７Ｂ，２２７Ｃに入射して、電界Ｅによって加速されて電子増殖を生じることでシンチレーション光ＳＣ１，ＳＣ２を生じる。このような場合にも、中性子Ｎ２が入射した位置と、シンチレーション光ＳＣ１，ＳＣ２が生じる貫通孔２２７Ｂ，２２７Ｃとの位置が異なるので、対応関係が弱い。この場合、ＣＣＤカメラなどを利用して二次元画像を得ると、撮像対象物の境界が不鮮明になりやすい。つまり、解像度が低下する。
【００４２】
一方、図３に示されるように、本実施形態に係る比例計数管１は、変換膜２３が貫通孔２７の開口２７ａを塞いでいる。換言すると、本実施形態に係る比例計数管１は、ドリフト領域Ｐを有しない。この構成の相違を言い換えると、上述したように比較例１の比例計数管１００では、荷電粒子Ｂ１がガスを電離させて電離電子Ｂ２を生じる領域（ドリフト領域Ｐ）と、電離電子Ｂ２による増殖が生じる領域（貫通孔１２７）とが別の領域であるとも言える。本実施形態に係る比例計数管１は、荷電粒子Ｂ１（アルファ粒子Ａ等）がガスを電離させて電離電子Ｂ２（電子）を生じる領域と、電離電子Ｂ２（電子Ｃ）による増殖が生じる領域とが同じ領域（貫通孔２７）であると言える。
【００４３】
そうすると、例えば、変換膜２３の裏面２３ｂにおいて、貫通孔２７Ａに露出した領域２３ｂ１から出射されたアルファ粒子Ａ等は、直ちに領域２３ｂ１の直下にある貫通孔２７Ａに入射する。すなわち、隣接する別の貫通孔２７Ｂ，２７Ｃにアルファ粒子Ａ等が入射することがない。貫通孔２７Ａに入射したアルファ粒子Ａ等は、貫通孔２７Ａに充満するガスと相互作用し、電子Ｃを生じる。そして、貫通孔２７の軸方向（キャピラリープレート２１の厚み方向）には電界Ｅが生じているので、貫通孔２７のそれぞれがアバランシェ領域として機能する。この電子増殖時にシンチレーション光ＳＣが生じる。従って、アルファ粒子Ａ等が出射された位置と貫通孔２７Ａの位置とが関連付けられるので、対応関係を強めることができる。換言すると、アルファ粒子Ａ等の飛行による電子Ｃの広がりを貫通孔２７の内部に留めることができる。従って、解像度の低下を抑制することができる。要するに、比例計数管１は、ガスの滞留空間を確保しつつ、変換膜２３とキャピラリープレート２１を近接させることにより分解能が向上する。
【００４４】
本実施形態に係る比例計数管１は、中性子Ｎが入射した位置において生じるアルファ粒子Ａ等の広がりをキャピラリープレート２１によって制限する。そして、アルファ粒子Ａ等とガスの相互作用で生じ、電子増殖に寄与する電子Ｃが、中性子Ｎの入射位置に対応したチャネル（貫通孔２７）内部に限定されるので、光検出部５１において取得される二次元光像の境界が鮮明になる。さらに、本実施形態の比例計数管１は、増倍動作に要する電界Ｅを生じさせるための上側電極１６と変換膜２３とを一体化している。従って、比較例１のように、キャピラリープレート２１と変換膜２３との間にドリフト領域Ｐを設ける構成と比較すると、組立が容易になる。
【００４５】
さらに、本実施形態の比例計数管１は、比較例２の比例計数管２００と比較すると、中性子Ｎの検出に寄与する変換膜２３の面積が大きい。具体的には、本実施形態の比例計数管１では、主として、貫通孔２７上の変換膜２３が中性子Ｎの検出に寄与する。一方、比較例２の比例計数管１では、キャピラリープレート２１の主面２１ａ上の変換膜２３が中性子Ｎの検出に寄与する。キャピラリープレート２１の主面２１ａにおいて、貫通孔２７の開口面積が残りの面積よりも大きい。従って、本実施形態の比例計数管１は、比較例２の比例計数管２００と比較すると、中性子Ｎの検出に寄与する変換膜２３の面積が大きくなる。従って、比例計数管１は、検出効率を高めることができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る比例計数管について説明する。図６に示されるように、第２実施形態に係る比例計数管１Ａは、変換部３Ａのキャピラリープレート２１Ａに設けられた貫通孔３１の構造が第１実施形態に係る比例計数管１の貫通孔２７と相違する。以下、キャピラリープレート２１Ａ、上側電極膜２４Ａ及び下側電極膜２６Ａについて説明し、共通する部品及び構造については説明を省略する。
【００４７】
キャピラリープレート２１Ａには、複数の貫通孔３１が設けられる。さらにキャピラリープレート２１Ａには、複数のテーパ孔３２が設けられる。このようなテーパ孔３２を有する構成は、ファネル型とも呼ぶことができる。テーパ孔３２は、キャピラリープレート２１Ａの主面２１ａに設けられる。そして、テーパ孔３２は、その中心軸線が貫通孔３１の中心軸線と重複する。テーパ孔３２の一方の開口は、主面２１ａに設けられる。テーパ孔３２の他方の開口は、貫通孔３１に繋がっている。そして、一方の開口の内径（Ｄ２）は、他方の開口の内径（Ｄ１）より大きい（図７の（ａ）部参照）。
【００４８】
主面２１ａは、テーパ孔３２の間に形成された平面部２１ａ１及び稜部２１ａ２を含む。これら平面部２１ａ１及び稜部２１ａ２を覆うように、上側電極膜２４Ａが設けられる。また、テーパ孔３２は、テーパ面３３によって囲まれた領域である。このテーパ面３３は、主面２１ａと貫通孔２７の内壁面２７ｃとの間の角部に設けられる。このテーパ面３３上にも、上側電極膜２４Ａが設けられる。
【００４９】
図７の（ａ）部に示されるように、このようなテーパ孔３２と貫通孔３１とによれば、キャピラリープレート２１Ａの厚み方向に沿って貫通孔３１の内径Ｄ１からテーパ孔３２の内径Ｄ２まで徐々に拡大する。つまり、第１実施形態のように貫通孔２７の一方の開口が主面２１ａに設けられた構成と比較すると、貫通孔３１と連通する空間に露出する変換膜２３の面積が大きくなる。
【００５０】
より具体的には、第１実施形態の比例計数管１（図７の（ｂ）部参照）では、貫通孔２７の間における主面２１ａの直上においてアルファ粒子Ａ１ａ等が生じると、何れの貫通孔２７にもアルファ粒子Ａ１ａ等が入射しない場合が生じ得る。一方、第２実施形態の比例計数管１Ａでは、貫通孔３１の間における平面部２１ａ１が小さくなるので、アルファ粒子Ａ１等が貫通孔２７に入射する機会を高めることができる。例えば、貫通孔２７Ａの内径Ｄ３が貫通孔３１の内径Ｄ１と同じであるとすると、第２実施形態に係る比例計数管１Ａは、テーパ孔３２の開口面積と貫通孔３１の開口面積の差分だけ、アルファ粒子Ａ１等を受け入れる面積が拡大する。つまり、アルファ粒子Ａ１等とガスとの接触領域が増大するので、中性子Ｎの検出効率を高めることが可能になる。
【００５１】
また、第１実施形態の比例計数管１との相違は、開口率によっても示すことができる。開口率とは、キャピラリープレート２１の単位面積あたりに占める貫通孔２７の開口面積である。例えば、第１実施形態の比例計数管１の開口率は５０以上７０以下であるのに対し、第２実施形態の比例計数管１Ａの開口率は７０以上９８以下である。
【００５２】
従って、第２実施形態に係る比例計数管１Ａによれば、中性子Ｎをアルファ粒子Ａ等に変換する機会を増加させることが可能になる。これにより、中性子Ｎの検出効率を高めることができる。
【００５３】
また、テーパ孔３２は、キャピラリープレート２１Ａにおける主面２１ａ近傍の一部分に設けられる。従って、テーパ孔３２の存在がキャピラリープレート２１Ａの強度に及ぼす影響はごくわずかである。従って、比例計数管１Ａは、キャピラリープレート２１Ａの強度を損なうことなく、中性子Ｎの検出効率を高めることができる。
【００５４】
さらに、テーパ孔３２によれば、内径の拡大は主面２１ａ近傍の一部分である。そうすると、貫通孔３１同士を隔てる隔壁の厚さは、第１実施形態に係るキャピラリープレート２１と同等に保たれる。従って、アルファ粒子Ａ等が貫通孔３１同士を隔てる隔壁を透過することが抑制されるので、分解能の低下を抑制できる。
【００５５】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る比例計数管１Ｂについて説明する。図８及び図９に示されるように、第３実施形態に係る比例計数管１Ｂは、第２実施形態に係る比例計数管１Ａの構成に加えて、さらに変換部３Ｂが追加変換膜３４（第３変換部）を有する点で、第２実施形態に係る比例計数管１Ａと相違する。従って、キャピラリープレート２１Ａ、上側電極膜２４Ａ及び下側電極膜２６Ａの構成は、第２実施形態に係る比例計数管１Ａと同じである。
【００５６】
具体的には、追加変換膜３４は、上側電極膜２４Ａを覆うように設けられる。この構成によれば、変換膜２３は、追加変換膜３４及び上側電極膜２４Ａを介してキャピラリープレート２１Ａに接触する。上側電極膜２４Ａはテーパ面３３上に設けられているので、テーパ面３３は変換膜２３と対面している。従って、追加変換膜３４も変換膜２３の裏面２３ｂと対面する。
【００５７】
第３実施形態に係る比例計数管１Ｂによれば、第２実施形態に係る比例計数管１Ａと同様の効果を得ることができる。すなわち、テーパ孔３２によって変換膜２３において生じたアルファ粒子Ａ等をより受け入れ易くすることができる。
【００５８】
図９に示されるように、第３実施形態に係る比例計数管１Ｂは、上記効果に加えてさらに追加的な効果を奏する。中性子Ｎは、アルファ粒子Ａ等を生じることなく変換膜２３を透過することもある。比例計数管１Ｂは、変換膜２３を透過した中性子Ｎをさらに追加変換膜３４（具体的にはテーパ面３３上における追加変換膜３４の領域）に入射させることができる。従って、この追加変換膜３４によれば、中性子Ｎをアルファ粒子Ａ等に変換する変換膜の面積を増加させることになる。従って、中性子Ｎをアルファ粒子Ａ等に変換する機会をさらに高めることが可能になるので、中性子Ｎの検出効率をさらに高めることができる。
【００５９】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６０】
第１実施形態に係る変換膜２３は、導電性を有していた。この場合、基板部２２の電位（ＨＶ１）、上側電極膜２４の電位（ＨＶ２）及び下側電極膜２６の電位（ＨＶ３）の関係は、ＨＶ１＝ＨＶ２＜ＨＶ３となる。しかし、図１０の（ａ）部に示されるように、変形例１に係る変換部３Ｃにおける変換膜２３Ａは、絶縁性を有するものであってもよい。この場合、基板部２２の電位（ＨＶ１）、上側電極膜２４の電位（ＨＶ２）及び下側電極膜２６の電位（ＨＶ３）の関係は、ＨＶ１＜ＨＶ２＜ＨＶ３となる。
【００６１】
第１実施形態に係る上側電極１６は、基板部２２、変換膜２３及び上側電極膜２４により構成されていた。例えば、図１０の（ｂ）部に示されるように、変形例２に係る変換部３Ｄの上側電極１６Ａは、上側電極膜２４を含んでおらず、基板部２２及び変換膜２３により構成されてもよい。基板部２２及び変換膜２３は、共に導電性を有する。具体的には、キャピラリープレート２１の主面２１ａに上側電極膜２４が設けられていない。従って、主面２１ａには変換膜２３が直接に接触する。この場合、基板部２２の電位（ＨＶ１）及び下側電極膜２６の電位（ＨＶ３）の関係は、ＨＶ１＜ＨＶ３となる。なお、図１０の（ｂ）部に示される構成では、変換膜２３が導電性を有するので、正の電荷が変換膜２３の裏面２３ｂに滞留することを抑制できる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ，１Ｂ，１００，２００…比例計数管、２，１０２，２０２…チャンバ（容器）、３，３Ａ，３Ｃ，３Ｄ，１０３…変換部、４…筐体部、４ａ…側管、６…入射面板、７…出射窓部、８…窓本体、９…透明電極、１１…電圧付与部、１２…電源、１３，１３Ａ，１３Ｂ…抵抗素子、１４…電気回路、１６，１６Ａ…上側電極、１７…下側電極、１８…信号グラウンド、１９，１１９…コンバータ基板、２１，２１Ａ，１２１，２２１…キャピラリープレート（第２変換部）、２１ａ１…平面部、２１ａ２…稜部、２２，１２２…基板部、２３ａ…主面（第１入射面）、２３ｂ…裏面（第１出射面）、２１ａ…主面（第２入射面）、２１ｂ…裏面（第２出射面）、２３，２３Ａ，１２３，２２３…変換膜（第１変換部）、２４，２４Ａ…上側電極膜、２６，２６Ａ…下側電極膜、２７，２７Ａ，２７Ｂ，３１，１２７Ａ，１２７Ｂ，１２７Ｂ，２２７Ａ，２２７Ｂ，２２７Ｃ…貫通孔、２７ａ…開口、２７ｃ…内壁面、２８…支持部、２９…連結部、３２…テーパ孔、３３…テーパ面、３４…追加変換膜、５０…中性子撮像システム、５１…光検出部、８ａ，２２ａ，１２１ａ，２２１ａ…主面、６ｂ，８ｂ，２２ｂ，１２１ｂ，１２３ｂ…裏面、１２４，１２６…電極膜、Ａ…アルファ粒子、Ｃ…電子、Ｆ…真空チャンバ、Ｄ１，Ｄ２…内径、Ｅ…電界、Ｇ…ガス、Ｎ，Ｎ１，Ｎ２…中性子、ＳＣ，ＳＣ１，ＳＣ２…シンチレーション光、Ｓ…サブアセンブリ、Ｐ…ドリフト領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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