(57)【要約】【課題】  「ボナー球」型スペクトル測定装置よりも小型軽量で扱い易い高感度及び広幅の応答性を有する中性子スペクトル測定装置を得る。【解決手段】  一連の減速材殻及び蓋の内部に配置されたヘリウム-３比例カウンタからなる。一連の円筒状減速材殻は、カウンタを中心に、より小さい殻がより大きい殻の内部に順々に配置されている。装置の組立ては、先ずカウンタを第１の最小の円筒状減速材殻内に置き、対応する蓋で第１の殻の上方開口を閉じる。次いで、この第１の殻を第２の殻内に配置後、第２の殻を対応する蓋で閉じ、以下同様に殻と蓋を組み付けていく。使用方法は、完全に組み立てられた中性子スペクトル測定装置でカウンタの測定を行い、次いで、最外側の殻を取り外してカウンタによる次の測定を行い、最終的に露出したカウンタを用いた測定値が記録されるまで同様の操作を順に繰り返す。【選択図】  図１
2011053218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．熱中性子カウンタと、
ｂ．各々が小から順々に大きい大きさを有し、次に大きい減速材殻内に入れ子式に配置することができる２つ以上の減速材殻と、
ｃ．各々が対応する大きさの前記減速材殻と嵌め合わされて前記減速材殻を閉じるように、各々が前記２つ以上の減速材殻の中の対応する殻と同じ径を有する２つ以上の減速材蓋と、
を備えた中性子スペクトル測定装置であって、
前記２つ以上の減速材殻の各々が順次次に大きい殻内に入れ子式に配置され、各減速材殻が対応する大きさの減速材蓋によって閉じられ、前記比例カウンタが前記２つ以上の減速材殻のうち最小の減速材殻内に配置されている、中性子スペクトル測定装置。
【請求項２】
前記減速材殻が中空円筒状に形成され、前記減速材蓋がディスク状に形成されている、請求項１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項３】
最大の減速材殻が１５から４０ｃｍの間の直径、１５から４０ｃｍの間の高さを有する、請求項２の中性子スペクトル測定装置。
【請求項４】
最大の減速材殻が２２ｃｍの直径、２２ｃｍの高さを有する、請求項２の中性子スペクトル測定装置。
【請求項５】
前記減速材殻の数が５から１１の範囲である、請求項１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項６】
前記熱中性子カウンタが、１中性子／ｃｍ２／秒の熱中性子フルエンス率で毎秒１から１００カウント（１―１００ｃｐｓ／ｎｖ）の間の感度を有する、請求項１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項７】
ケーブルをさらに備え、このケーブルが前記熱中性子カウンタに接続され、且つ前記２つ以上の減速材殻を通過しており、さらに前記ケーブルが信号パルスを信号処理エレクトロニクス系に送信する、請求項１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項８】
前記減速材蓋及び前記減速材殻の壁が一様な厚さを有し、ポリエチレン、デルリン（Delrin：登録商標）、ナイロン、プラスチック、及び黒鉛からなる群から選択された物質製である、請求項１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項９】
前記減速材殻及び前記減速材蓋が０.９２―０.９６g/cc の密度を有するポリエチレン製である、請求項１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項１０】
前記２つ以上の減速材殻のうち１つ以上が高原子番号の金属製である、請求項１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項１１】
ａ．比例カウンタと、
ｂ．各々が小から順々に大きい大きさを有し、次に大きい減速材殻内に入れ子式に配置することができるる７つの円筒状減速材殻と、
ｃ．各々が小から順々に大きい大きさを有し、対応する大きさの減速材殻を閉じる７つのディスク状減速材蓋と、
を備えた中性子スペクトル測定装置であって、
前記比例カウンタが前記７つの減速材殻のうち最小の減速材殻内に位置し、各前記減速材殻が大きさの対応する減速材蓋によって閉じられ、減速材殻と減速材蓋との組み合わせが順々に次に大きい減速材殻内に入れ子式に配置されている、中性子スペクトル測定装置。
【請求項１２】
前記比例カウンタが１から１００ｃｐｓ／ｎｖの間の感度を有する、請求項１１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項１３】
前記減速材蓋及び前記減速材殻の壁が一様な厚さを有し、ポリエチレン、デルリン（Delrin：登録商標）、ナイロン、プラスチック、及び黒鉛からなる群から選択された物質製である、請求項１１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項１４】
最大の減速材殻が１５から４０ｃｍの間の直径、１５から４０ｃｍの間の高さを有する、請求項１１の中性子スペクトル測定装置。
【請求項１５】
前記請求項１及び１１の中性子スペクトル測定装置の使用方法であって、
ａ．比例カウンタ及びパルスカウンタを初期化し、中性子スペクトル測定装置を組み立てる工程と、
ｂ．計測期間の間、前記比例カウンタで中性子をカウントする工程と、
ｃ．カウントデータの結果を記録する工程と、
ｄ．カウントデータの結果をコンピュータに送信する工程と、
ｅ．１つの減速材殻を前記中性子スペクトル測定装置から取り外す工程と、
ｆ．前記中性子スペクトル測定装置から取り外すべき残りの減速材殻がなくなるまで、前記工程ｂからｅを繰り返す工程と、
ｇ．前記コンピュータがデータ点を計算し、結果を表示する工程と、
を備えた方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に放射線計測の分野に関し、特に中性子が存在する可能性のある原子炉やその他の種類の施設における中性子エネルギースペクトル測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉建屋内では、中性子が２５meV（熱エネルギー）から２０MeV という９桁の大きさの範囲に及ぶエネルギーを有する可能性がある。中性子は人体内の原子の原子核と反応し、そのような中性粒子が存在する環境下で働く作業員に健康上の重大なリスクを与える恐れがある。また中性子は、加速器施設域や自然及び人工の放射線源の周囲でも見つかることがある。
【０００３】
作業員のより安全のため、放射線安全担当者は定期的に、精巧で重い計器を用いて、原子力プラント内の中性子場の特性を測定しなければならない。それらの計器によって得られる測定は、原子炉建屋内の「ホット」領域をマップ表示するのに不可欠であり、動作中の個人線量計がモニタリングニーズを適切に満たしているかどうかの判定を支援可能である。被爆した個人が蒙る生体損傷の程度は、体内に侵入する中性子によって与えられる単位組織質量当たりのエネルギー、すなわち放射線量に、入射中性子のエネルギーに依存した重み付け因子を掛け合わせたものに依存する。線量と重み付け因子の積は、線量当量と呼ばれる。重み付け因子は１から２０の範囲であるから、線量当量が直接測定できない場合には、中性子エネルギーの測定が必須である。
【０００４】
これまで長年にわたり、多くの中性子検出及び線量測定技術、並びに中性子エネルギーの特性測定方法が考案されてきた。以下の段落では、中性子のスペクトルを求める課題に取り組んできた従来の試みを説明する。それらの試みは、単純な熱中性子カウンタ、中性子線量計、更には中性子スペクトル測定システムを含む。
【０００５】
単純な熱中性子カウンタは、低エネルギーの中性子を一定の効率で計測する装置である。これらの装置は市販されており、それらのいずれも本発明の一部として使用できる。「単純な」熱中性子カウンタのカテゴリーには、以下の３つの例が含まれる。これらの例は、中性子計測効率が高いため、本発明で用い得る最良の選択肢を記載している。但し、その他のものも利用可能である。単純な熱中性子カウンタに関する従来技術は、下記の例を含む。
【０００６】
Bonnerに付与された米国特許 No.3,102,198（１９６３）は、現在広く用いられている市販のヘリウム-３ガス比例カウンタを記載している。この比例カウンタは、ヘリウムをガスとして用いているが、このガスはヘリウム-３同位体で高濃度化されている。このガスが、３Ｈｅ(n,p)３Ｈの核反応によって、熱中性子に対する高い検出効率を提供している。
【０００７】
三フッ化ホウ素も、上記したのと同様な比例カウンタのガスとして使われている。このガスは１０ＢＦ３として表され、１０Ｂが高濃度に含まれている。このホウ素の同位体が、１０Ｂ(n,α)７Ｌiの反応によって、熱中性子に対する高い検出効率を提供している。
【０００８】
６ＬiＩ(Ｅu) は、６Ｌi(n,α)3Ｈの反応によって、熱中性子を高い効率で検出するシンチレータである。核反応によるエネルギーは光子に変換され、光検出器によって検出される。
【０００９】
中性子線量計に関する従来技術は、下記のものを含む。Anderson-Braun (Andersson I.O., Braun J., A neutron rem counter（中性子remカウンタ）, Nucleaonik, vol. 6, pp. 237-241 (1964)) 及び Leake (Leake J.W., An improved spherical dose equivalent neutron detector（改良型球状線量当量中性子検出器）,
Nuclear Instruments and Methods, vol. 63, pp. 329-332 (1968))による検出器は、中性子エネルギースペクトルの従来の測定に依存せず線量当量の測定を行う２種類の中性子線量計である。これらの中性子線量計は、通例ポリエチレンなどのプラスチック製で、直径約２５ｃｍの減速材殻（シェル）によって囲まれた熱中性子検出器から成る。エネルギーの高い入射中性子は、減速材内に存在する水素原子との衝突によって減速される。入射中性子が一定の熱エネルギーに達すると、それらの中性子は減速材の中心に位置した熱中性子検出器によって効率的に検出される。この装置は２５meVから２０MeV の範囲で有用な線量計であるが、５倍までの応答において不正確さを呈する。かかる計器は較正されて中性子の線量当量を与えるが、中性子エネルギーに関する情報は与えない。減速材の寸法は固定である。
【００１０】
ロッシカウンタと呼ばれる組織等価比例カウンタ（Rossi, H. H.: Measurement of absorbed dose as distributed in LET and
other parameters（LET及びその他のパラメータで配分した吸収線量の測定）. Proc. IXth International Congress
of Radiology（第９回放射線学国際会議講演集）, ミュンヘン1959 (Rajewsky, B.,Ed.). シュツットガルト: Thieme
1960）は、通例直径５から１２ｃｍの球状比例カウンタであり、この比例カウンタの外殻は導電性のプラスチック製で、人の筋肉とほぼ同じ原子組成を有する計測ガスで満たされる。入射中性子は検出器の壁と反応し、二次帯電粒子がガスに入射し、それらの固有エネルギー損が測定される。この装置は「エネルギー損スペクトル測定装置」で、入射中性子のエネルギーに関する情報は与えないが、１００keV を超えるエネルギーの中性子について中性子線量当量を測定可能としている。
【００１１】
Sunに付与された米国特許 No. 5,278,417（１９９４）は、異なる種類の減速材（ポリエチレン、鉛及びホウ素入りポリエチレン）の多孔殻によって囲まれた球状検出器で、GeV
のエネルギー範囲の線量当量を与えられる球状線量計を記載している。殻は全て同時に存在し、取り外し不能である。この装置も、中性子エネルギースペクトル測定装置ではない。
【００１２】
スペクトル測定システムに関する従来技術は、下記のものを含む。H. Ing ら (Ing
H., Clifford T., McLean T., Cousins T., Dhermaine J., ROSPEC - A simple
reliable high resolution neutron spectrometer（単純、高信頼、高分解能の中性子スペクトル測定装置）,
Radiation Protection Dosimetry vol. 70 [1-4], p. 273-278 (1997))は、１つ以上のガス検出器から成る運搬可能な計器で、中性子のエネルギーを検出器内の計測ガスの陽子に与えられるエネルギーから求める陽子反跳スペクトル測定装置を記載している。このシステムは、極めて良好な中性子のエネルギー分解能を与える。しかし、このシステムは数十 keV より高い中性子にだけ応答し、感度は減速材で囲まれた熱中性子検出器の感度より低い。ＩＣＲＰレポート７４（ICRP. “Conversion coefficients for use in radiological protection against
external radiation（外部放射線に対する放射線学的保護で用いる変換係数）”, Publication 74,(Oxford: Pergamon
Press) (1996)）で公表されているような変換係数を用いることにより、エネルギースペクトルから、線量当量などその他の所望量を求めることができる。このシステムは、１より多い中性子カウンタから成り、減速材層を直接使用していない。
【００１３】
２つの日本特許出願、すなわち特開平３−８２９８５号公報及び特開２００８−２６０３７号公報は、同心円状の中空球形殻内に埋め込まれた熱中性子検出器を記載している。これら両システムのエネルギー応答は、異なる中空殻に減速材を満たしたり、あるいはそこから減速材を抜き取ることによって変更可能である。２つの特許出願のうち第１の出願では、提案されている減速材が液体であり、第２の出願では粉末である。殻は固定されており、それらの中身だけが変えられる。ここで提案する発明は、固定殻への充填及びそこからの抜き取りを必要とせず、操作設定上より実用的である。当該分野での上記以外の日本における開発として、特開平５−１３４０４９号公報及びその他特開平２−８２１８８号公報があるが、どちらも狭幅の測定だけを行うもので、スペクトル測定における問題を解決することはできない。
【００１４】
Bramblettら(Bramblett R.L., Ewing R.L., Bonner T.W., A new type of neutron spectrometer（新型の中性子スペクトル測定装置）,
Nuclear Instruments and Methods （Vol 9, p.1-12 (1960)）は、一般的にボナー球システム（Bonner
Sphere System）と称される中性子スペクトル測定装置を記載している。２５meVから２０MeV の全スペクトルが、半径３インチから１５インチの複数のポリエチレン製球内の熱中性子検出器によって測定される計数率から導かれる。一般的には、７から１２インチの複数の球が用いられる。ユーザは、各球内に検出器を挿入しなければならず、存在する球の数だけ測定を行わなければならない。ＩＣＲＰレポート７４で公表されているような変換計数を用いることによって、エネルギースペクトルから、線量当量などその他の所望量を求められる。ボナー球システムは、以下の理由から最も価値ある情報を与えられる：１)２５meVから２０MeV のエネルギー範囲で全エネルギースペクトルを与える、２)陽子反跳スペクトル測定装置よりも１０００倍も速く計測する高感知計器である。ボナー球システムの欠点は次の通りである：１)重い、つまり複数のポリエチレン球のフルセットは２５ｋｇほどの重さになる、２)大きい、つまり装備の運搬には、４０Ｌの積載容量を必要とする、３)データ解析が面倒：つまり得られたデータを中性子のエネルギースペクトルへ変換するのに熟練のユーザが必要である。ボナー球システムの基本設計は、Vega-Carrillo らの刊行物 (Vega-Carrillo H.R., Manzanares-Acuna
E.,Hernandez-Davila V.M., Mercado-Sanchez G.A., Response Matrix of a
Multi-sphere Neutron Spectrometer with an 3He Counter（３Ｈeカウンタによる多球中性子スペクトル測定装置の応答マトリクス）, Revista Mexicana de Fisica, 51 (1), pp. 47-52 (2005))で示されているように、４５年以上にわたり変わっていない。しかしながら、Wiegel ら (Wiegel B., Alevra A.V.,
NEMUS - the PTB neutron multi-sphere spectrometer: Bonner spheres and more（ＰＴＢ中性子多球スペクトル測定装置：ボナー球他）, Nuclear Instruments and Methods,
vol. A276, pp. 36, 2002) 及び Howell ら (Howell R.M., Burgett E., Hertel N.E., Kry
S.F., Wang Z., Salehpour M., Measurement of high-energy neutron spectra with a
Bonner sphere extension system（ボナー球拡張システムによる高エネルギー中性子スペクトルの測定）, Radiation Protection, vol. 168, p. 333,
2009)による最近の研究は、減速材球の１つを、銅、タングステン及び鉛など原子番号の高い物質の同心円状殻で囲むことによって、ボナー球システムの感度を１ＧeＶ近くにまで延ばすことを目指している。拡張されたエネルギー範囲を持つボナー球システムは、宇宙における中性子スペクトル測定、高い高度における空気の移動、及び円周粒子加速器などの応用分野で使用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許 No.3,102,198（１９６３）
【特許文献２】米国特許 No. 5,278,417（１９９４）
【特許文献３】特開平３−８２９８５号公報
【特許文献４】特開２００８−２６０３７号公報
【特許文献５】特開平５−１３４０４９号公報
【特許文献６】特開平２−８２１８８号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Andersson I.O., Braun J., A neutron rem counter, Nucleaonik, vol. 6,pp. 237-241 (1964)
【非特許文献２】Leake J.W., An improved spherical dose equivalent neutron detector,Nuclear Instruments and Methods, vol. 63, pp. 329-332 (1968)
【非特許文献３】Rossi, H. H.: Measurement of absorbed dose as distributed in LET andother parameters. Proc. IXth International Congress of Radiology, ミュンヘン1959(Rajewsky, B.,Ed.). シュツットガルト: Thieme 1960
【非特許文献４】Ing H., Clifford T., McLean T., Cousins T., Dhermaine J., ROSPEC - Asimple reliable high resolution neutron spectrometer, Radiation ProtectionDosimetry vol. 70 [1-4], p. 273-278 (1997)
【非特許文献５】ICRP. “Conversion coefficients for use in radiological protection againstexternal radiation”, Publication 74, (Oxford: Pergamon Press) (1996)
【非特許文献６】Bramblett R.L., Ewing R.L., Bonner T.W., A new type of neutron spectrometer, Nuclear Instruments andMethods （Vol 9, p. 1-12 (1960)
【非特許文献７】Vega-Carrillo H.R., Manzanares-Acuna E., Hernandez-Davila V.M.,Mercado-Sanchez G.A., Response Matrix of a Multi-sphere Neutron Spectrometerwith an 3He Counter, Revista Mexicana de Fisica, 51 (1), pp. 47-52(2005)
【非特許文献８】Wiegel B., Alevra A.V., NEMUS -the PTB neutron multi-sphere spectrometer: Bonner spheres and more, NuclearInstruments and Methods, vol. A276, pp. 36, 2002
【非特許文献９】Howell R.M., Burgett E., HertelN.E., Kry S.F., Wang Z., Salehpour M., Measurement of high-energy neutronspectra with a Bonner sphere extension system, Radiation Protection, vol. 168,p. 333, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このように当該分野では、「ボナー球」型スペクトル測定装置よりもかさばらず、重くなく、扱いにくくない装置を用いて、その種のスペクトル測定装置においては非常に有益且つ魅力的なレベルの高感度及び広幅の応答性を保持しながらスペクトルを求めることができる中性子スペクトル測定装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
ここに開示される中性子スペクトル測定装置は、複数の取り外し可能な減速材によって囲まれた１つの低エネルギー中性子カウンタから成る。カウンタ周囲の減速材の厚さは、円筒状の大小複数の「ロシア」人形と同様な構成でカウンタ周囲に装着された複数の殻を追加したりあるいは取り外すことによって変えられる。減速材の厚さを変えることで、装置は異なるエネルギーの中性子に選択的に応答し得る。データの取得は、カウンタからデータを受け取るパソコンによって制御される。パソコン上あるいは手作業で行われるデータの解析手順で、入射中性子のエネルギー分布が求められる。円筒状の減速材殻は、大小複数の「ロシア」人形と同様の構成、つまり熱中性子カウンタとより小径の減速材殻がそれぞれより大径の減速材殻内に挿入された構成として減速材アセンブリを設計可能とし、中性子が存在する原子炉内やその他の場所における中性子放射線場の定期的測定で、従来のボナー球システムよりも優れた幾つかの利点をもたらす。
【００１９】
好ましい実施形態において、中性子スペクトル測定装置は、ケーブルで信号及びデータ処理回路に接続されたヘリウム-３比例カウンタと、一連の減速材殻及び減速材蓋とから成る。一連の円筒状減速材殻は、カウンタを中心として大小複数のロシアマトリョーシカ人形のように、順番に内部に配される構成で設計される。カウンタは最小の円筒状減速材殻内に置かれ、最小の殻と合致する円形蓋が第１の最小殻の開口上に置かれて第１の殻を閉じる。次いで、この閉じられた第１の殻が第２の殻内に置かれた後、第２の殻がそれに対応する円形蓋によって閉じられる。完全に組み立てられた中性子スペクトル測定装置からカウンタの読み取りを行い、その後外側の一対の円筒状殻と円形蓋を取り外してから、カウンタの別の測定値を記録するという、本発明を使用する方法も開示される。殻と蓋の対を取り外してカウンタの測定値を記録するプロセスは、最後の殻が取り外され、露出したカウンタを用いた測定値が記録されるまで続けられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における、組み立てられた中性子スペクトル測定装置の切断斜視図；
【図２】図２は、本発明の一実施形態における、減速材とスペクトル測定装置の８種類の構成に関する応答関数を示す；
【図３】図３は、本発明の一実施形態における、放射線の入射角に対する最大の円筒状減速材殻の応答を示す；
【図４】図４は、８つのデータ点から展開した２５２Ｃf核分裂中性子のエネルギースペクトルを示す；
【図５】図５は、本発明の一実施形態における、本発明の使用方法の各工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下本発明を、発明の好ましい及びその他の実施形態を示した添付の図面を参照してより詳しく説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に記載の発明を何ら限定するものでなく、また特許請求の範囲に記載の発明は以下では説明されないプロセスや装置も包含する。さらに特許請求の範囲に記載の発明は、以下で説明するいずれか１つの装置やプロセスの特徴を全て備えた各種の装置やプロセス、あるいは以下で説明する装置の複数または全てに共通の特徴に限定されるものではない。以下で説明する装置やプロセスは、特許請求の範囲に記載したいずれかの発明の実施形態ではないこともあり得る。出願人、発明者もしくは所有者は、例えば発明を継続出願する権利など、本願において特許請求するいずれの発明についても有し得る全ての権利を保持しており、この明細書での開示によりいかなる発明も放棄、一部放棄（ディスクレーム）、あるいは公共にゆだねることを意図していない。
【実施例】
【００２２】
図１を参照した本発明の一実施形態によると、中性子スペクトル測定装置は円筒状のヘリウム-３比例カウンタ１０と、一組の円筒状の減速材殻、及び該減速材殻に対応した一組の減速材蓋とから成る。当業者であれば、前記カウンタ１０をその他の多くの熱中性子検出器に替えても同じ結果が得られること、また１から１００カウント／ｓ／ｎｖの感度（すなわち４から４０ｃｍ３の計測容積）を有する熱中性子検出器であれば、放射線に対する保護用として適切な感度を得られることが理解されよう。また当業者であれば、作動中の熱中性子カウンタでパルスのパイルアップ（pile up）が生じてしまうような極めて高い中性子場においては、熱ルミネセンス検出器（ＴＩＤ）や活性化箔などの受動的な検出器を熱中性子束積分器として使えることが理解されよう。カウンタ１０は複数の円筒状減速材殻で囲まれており、各殻は蓋を有すると共に、対応する蓋と一緒に、順次次に大きい殻及び蓋の内部に配される。カウンタ１０はスペクトル測定装置の中心に位置し、そのパルス信号が小径のシールド同軸ケーブル２０によって外部の信号処理エレクトロニクス系に送られる。
【００２３】
カウンタ１０及び信号ケーブル２０は、第１の中空円筒状減速材殻３０内に入れられる。カウンタ１０及び信号ケーブル２０は、所望に応じ第１の減速材殻３０から取り外せる。第１の減速材殻３０は第２の減速材殻５０内に置くことができ、第２の減速材蓋６０が第２殻５０の頂部に配されそれを閉じられるように、第１殻３０の頂部は第２の減速材殻５０の頂部と面一に位置する。カウンタ１０は第２の減速材蓋６０を貫いて突き出る一方、ケーブル２０は他の全ての蓋８０、１００、１２０、１４０、１６０をも中心を通って延びている。減速材殻５０はその開口の周囲に沿って溝５５を有し、溝５５の寸法は減速材殻５０の厚さのほぼ半分である。減速材蓋６０は減速材殻５０の開口と対応すると共に、減速材殻５０の溝５５に対応した縁部（リップ）５７を有し、縁部５７が溝５５と係合して減速材蓋６０が減速材殻５０に確実に装着される。
【００２４】
当業者であれば、円筒状の減速材殻を閉じるのに利用可能な他の方法も存在すること、また前記の溝５５及び縁部５７の態様は、殻を蓋で閉じる１つの方法に過ぎないことが認識されよう。例えば別の実施形態では、２つ以上のピン（図示せず）を減速材蓋に取り付け、これらのピンが下方向に突き出て、減速材殻の頂部に形成した対応する穴と係合するようにしてもよい。さらに当業者であれば、別の実施形態において、円筒体は蓋以外の方法で閉じてもよいことが認識されよう。例えば、中空の円筒状減速材殻を中空円筒体の２つの半体で構成し、各半体の一端を閉じ、両半体を次に小さい円筒状減速材殻の周囲で一体に結合してもよい。
【００２５】
中空の円筒状減速材殻とディスク状の減速材蓋のパターンは、１１対の殻と蓋との構成になるまで続けることができる。図示した７つの殻のスペクトル測定装置では、８種類の組み合わせが可能である。第１は、カウンタ１０そのものである。第２の組み合わせでは、カウンタ１０が第１の殻３０内に位置する。第３の組み合わせでは、カウンタ１０が第１の殻３０内に位置し、第１の殻３０が第２の殻と蓋の対５０、６０内に位置する。第４の組み合わせでは、第３の組み合わせが第３の殻と蓋の対７０、８０内に位置する。第５の組み合わせでは、第４の組み合わせが第４の殻と蓋の対９０、１００内に位置する。第６の組み合わせでは、第５の組み合わせが第５の殻と蓋の対１１０、１２０内に位置する。第７の組み合わせでは、第６の組み合わせが第６の殻と蓋の対１３０、１４０内に位置する。さらに第８の組み合わせでは、第７の組み合わせが第７の殻と蓋の対１５０、１６０内に位置する。別の実施形態において、第１の殻３０は他の殻と蓋の対と同様な殻と蓋の対で置き換えられてもよい。
【００２６】
より小さい円筒状減速材殻と減速材蓋の各対は、大小複数の入れ子式のロシア人形（マトリョーシカ人形）とほぼ同様に、次に大きい殻と蓋の対の内部に配される。殻と蓋の各対間はきつ過ぎないぴったりしたすべり嵌めで、両者間には限定されたわずかなエア空間１８０のみが残され、エア空間１８０の寸法は製造工程によって決まる。エア空間をまったく無くすのではなく、エア空間１８０を残すことで、より小さい殻と蓋の対をより大きい殻から分離するのを容易にする。異なる減速材構成の組み立て及び分解を容易とするため、各円筒状減速材殻間に、１ｍｍ程度の小さいエアギャップが許容される。このエア空間１８０が、より小さい円筒体のより大きい円筒体内へのスライド挿入を容易とする。但し、円筒体の平面端部にはエア空間が全く存在しないかあるいは最小のエア空間１８０のみが存在する。何故なら、その場所にエア空間は必要ないし、望ましくもないからである。殻間におけるエアギャップの存在は、一方の減速材殻の他方の減速材殻からの容易な取り外し及びそこへの容易な挿入を可能とする。上記のように機能する入れ子式の中空円筒体を供えたシステムは、多球のボナー球システムよりも軽量でコンパクトなシステムをもたらす。円筒状殻の代わりに球状殻を用いることは、本中性子スペクトル測定装置の代替実施形態である。しかし有効ではあるが、その代替実施形態は、上記した実施形態の本発明で提案する中性子スペクトル測定装置と比べ、操作設定において実用的でない。さらに、入れ子式の中空円筒体を備えたシステムは、減速材殻の機械化した追加または取り外しを可能とし、ひいてはスペクトル測定装置中性子のスペクトル測定を自動的に行うのを可能とする。
【００２７】
各殻の壁は一様な厚さで、各殻の寸法は放射線測定値を得るのに最も望ましいエネルギー及び角度応答（angular response）に対応する。また各殻の壁の厚さは、カスタム仕様においてあるいは相互に補完する異なる組の殻毎に、他のエネルギーレベルでの計測に合うように変えてもよい。本発明の一実施形態において、完全に組み立てられたシステムは、外径約２２ｃｍ及び長さ約２２ｃｍの外形寸法を有する。従って本システムは、容易に持ち運び可能である。
【００２８】
各殻は、ポリエチレン、ポリオキシメチレン（「デルリン」（Delrin）：登録商標）あるいはナイロンなど、水素を多量に含むプラスチック材料からなる。各円筒状殻の長さ、内径及び外径は、大小複数の「ロシア人形」と同様に、より小さい殻を次に大きい殻内に挿入可能なように設定される。こうしてユーザは、様々な数の減速材で囲まれた熱中性子スペクトル測定装置を容易に組み立てることができる。減速材の可能な全ての構成について、減速材の全長及び外径が、中性子の入射角に対してほぼ等方的な中性子応答がなされるようにすることも中性子スペクトル測定装置の設計の一部である。各蓋の中央のケーブル引き込み用の小孔は、円筒状減速材の平面端部の一方に設けられねばならない。そのため、この小孔近くに入射する中性子に対する角度応答が乱される可能性がある。しかし、そうした限界は減速材で囲まれた検出器全てに存在し、読み取り値の許容差でその点を考慮している。減速アセンブリは、０.９２から０.９６g/cc
の密度を有するポリエチレン製である７つの円筒状減速材アセンブリで構成可能である。それより少ないまたは多い数の殻を用いて、システムのエネルギー分解能を減少または増大することもできる。長さ対直径の比が等方的な角度応答を維持する限り、上記以外の寸法及びその他の数の減速材殻も可能であり、それらも本中性子スペクトル測定装置の一部に含まれる。また、円筒状殻を構成するのに、上記以外の減速材物質も使用できる。その他の使用可能な物質として、上記した以外のプラスチック組成物及び黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではない。等方的な応答が行なわれるようにするのに必要な正確な寸法は、部分的には、アセンブリの中心に配置される熱中性子検出器の形状及び直径／長さ比にも依存する。
【００２９】
減速材殻の総数は、ユーザによって必要なエネルギー分解能で規定される。一般的に、殻の総数は５から１１の範囲である。本実施形態においては、７つの減速材殻が用いられる。カウンタ１０を囲む殻の数が多いほど、中性子源とカウンタ１０との間の減速材による防壁は大きいものとなる。カウンタ１０の検出範囲はある中性子エネルギーレベルでピークに達するため、各連続的な減速材の厚さの組み合わせにより、異なるエネルギーレベルの中性子が検出可能となる。これは、中性子は減速材物質によってカウンタの検出範囲内に減速させられるからである。従って、カウンタの検出範囲内に中性子を減速させるためには、中性子が速いほど、減速材物質を相対的に厚くしなければならない。
【００３０】
本発明の一実施形態において、中性子スペクトル測定装置はその感度上、ほぼ２０ＭeＶ の最大エネルギーの中性子を対象とすることに限定される。当業者であれば、別の実施形態において、銅、鉛及びタングステン、または金などの高原子番号の元素、もしくは高いエネルギー応答向上性を有する任意の別の物質からなる埋め込み殻で、検出器及び減速材を囲むことにより、本発明の感度を２０ＭeＶ
を超えほぼ１ＧeＶ のエネルギーにまで拡張可能なことが理解されよう。本実施形態において、１つ以上の殻を、例えば銅、鉛、タングステン、または金などの高原子番号の元素で作製したり、被覆してもよい。
【００３１】
幾つかの構成例を、次に示す。（１）２５meＶ 近傍の熱エネルギーの中性子を優先的に検出するための、減速材なしの熱中性子カウンタ１０、（２）１eＶ をピークとする中性子を優先的に検出するための、第１の減速材殻３０によって囲まれた熱中性子カウンタ１０、及び（３）１０eＶ
近傍をピークとする中性子を検出するための、第１の減速材殻３０と第２の減速材殻５０及び蓋６０とによって囲まれた熱中性子カウンタ１０。このようにして、検出器の応答がＭeＶ
の範囲の中性子エネルギーでピークとなる減速アセンブリが得られるまで、殻の組み立てとカウンタ１０による中性子データの収集が継続される。
【００３２】
上記の好ましい実施形態の中性子スペクトル測定装置は、下記の８種類の構成からなる。各構成毎の中性子エネルギー応答曲線を図２に示す。
構成１（Ｃ−１）：熱中性子カウンタ１０だけ
構成２（Ｃ−２）：第１の殻３０内に構成Ｃ−１を配置
構成３（Ｃ−３）：第２の殻５０及び蓋６０内にＣ−２を配置
構成４（Ｃ−４）：第３の殻７０及び蓋８０内にＣ−３を配置
構成５（Ｃ−５）：第４の殻９０及び蓋１００内にＣ−４を配置
構成６（Ｃ−６）：第５の殻１１０及び蓋１２０内にＣ−５を配置
構成７（Ｃ−７）：第６の殻１３０及び蓋１４０内にＣ−６を配置
構成８（Ｃ−８）：第７の殻１５０及び蓋１６０内にＣ−７を配置
図２に示すように、各構成はエネルギーの関数として異なる中性子エネルギー応答が得られる。より多量の減速材を備えたより大きい構成ほど、より高いエネルギの中性子に対し高められた応答が得られる。
【００３３】
測定箇所において、本システムは、上記８種類の構成毎に、予め設定された計測時間の間、中性子をカウントするのに用いられる。この計測で得られた８種類のデータ点に基づき、熱レベルから２０ＭeＶ に至る５０のエネルギー群でエネルギースペクトルが抽出される。本発明で提案する中性子スペクトル測定装置は、コンピュータ及びスペクトル展開ソフトを使った自動化または半自動化データ解析法を利用でき、それによって場測定のための中性子スペクトル測定装置の有用性をさらに高めることができる。尚、解析は全体を手作業で行ってもよいし、あるいは手作業解析を支援するコンピュータを用いてもよい。
【００３４】
図１を参照すると、本発明の一実施形態によれば、中性子スペクトル測定方法の操作設定は次の通りである。熱中性子カウンタ１０は、前述したように複数の殻及び蓋からなるアセンブリの中心に位置する。ケーブル２０が、熱中性子カウンタ１０を外部の増幅エレクトロニクス系（図示せず）に接続している。このエレクトロニクス系（図示せず）はさらに、パルスカウンタ及びコンピュータ（図示せず）に接続されている。ステップ１０１０で、システムが初期化される。すなわちカウンタ１０がリセットされて測定値を得る準備が整えられ、エレクトロニクス系とコンピュータがカウンタ１０によって収集されたデータを受け取る準備が整えられ、さらに全ての減速材殻が組み立てられて、順次小さい殻はより大きい殻の内部に装着される。初期化１０１０が完了すると、本発明ではこの時点で７つ全ての殻の内側にあるカウンタ１０がステップ１０２０として中性子の計測を行う。カウンタの検出範囲内に中性子を減速するためには、中性子が速いほど、減速材物質を相対的に厚くしなければならない。そのため、カウンタの周囲にある殻の数が最大の場合、ポリエチレン製の減速材殻だけを用いた中性子スペクトル測定装置で測定可能な最も速い中性子を記録する。カウンタ１０は、計測期間の間、中性子をカウントする。計測期間の終了時、カウントデータの結果がステップ１０３０で記録され、ステップ１０４０でコンピュータ（図示せず）に送られる。次いで、第７の減速材殻１５０と蓋１６０がステップ１０５０で取り外される。第７の殻１５０と蓋１６０が取り外されると、測定方法はステップ１０２０に戻り、カウンタ１０が再び計測期間の間検出される中性子の数をカウントする。但しこの時、カウンタ１０を囲む全殻の組み合わせから、取り外した第７の減速材殻１５０と蓋１６０は失われている。そして、カウントデータがステップ１０３０で記録され、ステップ１０４０でそのデータがコンピュータに送られる。当業者であれば、データはカウンタ内に記憶し、計測の完了後、ステップ１０６０より前に送られてもよいことが理解されよう。再び次の殻、今回は第６の減速材殻１３０と蓋１４０がステップ１０５０で取り外される。その後、第１の減速材殻１３０がステップ１０５０で取り外されるまで、ステップ１０２０から１０５０が、第５、第４、第３及び第２の殻と蓋の組み合わせで繰り返され、最後に減速材で覆われていない露出した熱中性子カウンタ１０により、ステップ１０２０から１０４０を経て計測が行われる。この最後の反復時には、もはや取り外すべき減速材殻がそれ以上存在しないため、ステップ１０５０は行われない。上記したように、このプロセスは大小複数の「ロシア人形」を分解するのと類似しており、各測定の間に、最外側の減速材殻が順々にスペクトル測定装置から取り外されていく。ステップ１０６０で、コンピュータはデータ点を計算し、データをユーザに表示する。データ解析プログラムは、図２に示したような個々の応答関数を用いてもよい。当業者であれば、場の熱中性子成分に関する追加のデータ点を与えるため、あるいは検出器１０の機能を保証するため、熱中性子を吸収するカドミウムの箔で露出した検出器１０を囲んで、追加の測定を行ってもよいことが理解されよう。解析の結果は、数十以上のエネルギー範囲からなるエネルギースペクトルとなる。図４は、５０のエネルギー範囲に「展開」されたＣf-２５２核分裂中性子のスペクトルを示す。得られたデータは、経時変化や線量当量率など、各種の統計的出力及び線量測定出力を得るように、それ自身あるいは他のデータと共に統計ソフトを用いて操作し得る。
【００３５】
当業者であれば、測定方法を構成するステップの順序は逆にしてもよく、その場合も本発明の範囲内に含まれることが認識されよう。事実、カウンタ１０が計測時間の間に検出される中性子の数をカウント可能であるなら、殻の構成をどんな順序で用いてもよい。好ましい実施形態においては、全ての殻の組み合わせで測定値を得ると共に、露出したカウンタ１０で測定を行うが、（例えば１１殻、９殻、７殻、５殻、３殻及び１殻など）より少ない数の殻の組み合わせを用いて、よりわずかなデータ点でより精度の低い計測を行ってもよく、その場合にはより広い中性子エネルギーの範囲が得られたデータからの推測が行なわれる。
【００３６】
当業者であれば、以上の説明及び添付の図面に呈示された教示に基づき、本発明の多くの変形例及び上記以外の実施形態を想到し得るであろう。従って、本発明はここに開示した特定の実施形態に限定されず、各種の変形例及び実施形態も添付した請求の範囲に記載の範囲内に包含されることが理解されるべきである。
【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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