(57)【要約】【課題】ガンマ線と中性子の混在場において、ガンマ線のエネルギー分析と中性子のエネルギー分析を広範囲にわたって単一の装置で分析可能な中性子数分析装置および放射線計測装置を提供する。【解決手段】外部からＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射するガンマ線と、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１を構成するＣｄやＴｅと中性子との反応によって発生するガンマ線（２次ガンマ線）とを同時に検出し、中性子数分析装置１０３Ａにおいて測定対象環境中の中性子数や中性子束を求めることで中性子環境を分析する。同時に、ガンマ線数分析装置１０４において測定対象環境中のガンマ線数等を求めることでガンマ線環境を分析する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線と反応する放射線スペクトロメータが設置された測定対象環境中の中性子数を演算するための中性子数分析装置であって、
放射線スペクトロメータの出力信号に基づいて求められたエネルギースペクトルから、前記放射線スペクトロメータ中で生じたセンサの構成物質と中性子との反応によって発生するガンマ線の信号を分離する分析部を備えた
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の中性子数分析装置において、
前記分析部は、前記構成物質と前記中性子との反応として生じた中性子捕獲反応に起因したガンマ線の信号を前記エネルギースペクトルから分離する中性子捕獲反応分析部を有する
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の中性子数分析装置において、
前記中性子捕獲反応分析部は、熱中性子または熱中性子のマックスウェル分布のエネルギー帯に属する中性子と前記構成物質との反応を用いる
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項４】
請求項２に記載の中性子数分析装置において、
前記中性子捕獲反応分析部は、共鳴領域のエネルギーを持つ中性子と前記構成物質との反応を用いる
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項５】
請求項２に記載の中性子数分析装置において、
前記中性子捕獲反応分析部は、２種類以上の中性子捕獲反応をそれぞれ区別して、前記エネルギースペクトルから各々の中性子捕獲反応に起因したガンマ線の信号を分離する
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項６】
請求項５に記載の中性子数分析装置において、
前記中性子捕獲反応分析部は、前記エネルギースペクトルのうち、計測されるガンマ線の計数の差または比を用いて、複数のエネルギー帯に対する中性子数を分離する
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項７】
請求項１に記載の中性子数分析装置において、
前記分析部は、前記構成物質と前記中性子との反応として生じたしきいエネルギーのある反応に起因したガンマ線の信号を前記エネルギースペクトルから分離する高エネルギー中性子分析部を有する
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項８】
請求項１に記載の中性子数分析装置において、
前記分析部は、所定のしきいエネルギー以上のエネルギーの中性子と前記構成物質との反応に起因したガンマ線の信号を前記エネルギースペクトルから分離する高エネルギー中性子分析部と、前記しきいエネルギー未満のエネルギーの中性子と前記構成物質との反応に起因したガンマ線の信号を前記エネルギースペクトルから分離する中性子捕獲反応分析部とを有する
ことを特徴とする中性子数分析装置。
【請求項９】
測定対象環境中の中性子数およびガンマ線数を演算する放射線測定装置であって、
放射線スペクトロメータと、
この放射線スペクトロメータの出力信号からエネルギースペクトルを求めるエネルギー分析部と、
このエネルギー分析部で求められた前記エネルギースペクトルから中性子数を演算する請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の中性子数分析装置と、
前記エネルギー分析部で求められた前記エネルギースペクトルからガンマ線数を演算するガンマ線数分析装置とを備えた
ことを特徴とする放射線測定装置。
【請求項１０】
請求項９記載の放射線計測装置において、
放射線スペクトロメータの周囲を覆うガンマ線遮蔽体と、
このガンマ線遮蔽体を覆う中性子吸収材と、
この中性子吸収材を覆う中性子減速材と、
前記ガンマ線遮蔽体、前記中性子吸収材および前記中性子遮蔽材を貫通して前記放射線スペクトロメータに接続されたコリメータとを更に備えた
ことを特徴とする放射線計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子数分析装置および放射線計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子線を含む放射線を検出する体放射線検出器として、例えば、特許文献１に記載のような中性子コンバータを用いる検出器がある。
【０００３】
特許文献１に記載の放射線検出器は、ガンマ線のエネルギー分析が可能な半導体センサ素子中に中性子と吸収反応を起こすＢ−１０を含む物質を備えており、中性子とＢ−１０の反応で発生した２次アルファ粒子を半導体センサ素子中で計測するものである。この構成により、ガンマ線のエネルギー分析と共に中性子数を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２５３９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放射線のエネルギーの計測では、荷電粒子がセンサ素子中で失ったエネルギーを計測する。
放射線のうち、ガンマ線のエネルギーは、センサ素子とガンマ線の間で起こる相互作用によって発生する２次電子のエネルギーを計測することにより計測している。
【０００６】
ガンマ線とセンサ素子との間で起こる相互作用は、光電効果、コンプトン散乱、電子対生成がある。１つ以上の相互作用を経て、最終的に全エネルギーがセンサ素子に付与された場合、全吸収ピークが現れる。この全吸収ピークはセンサ素子に入射した全エネルギーに対応している。
【０００７】
ここで、ガンマ線と物質の相互作用は軌道電子とガンマ線の反応によって起こる。従って、物質の電子個数密度が高いほど、ガンマ線との反応確率は高いことになる。厳密ではないが、電子個数密度は原子番号が高いほど大きくなる傾向にある。このため、ガンマ線検出器としては、原子番号の大きい物質が使われる。従って、ガンマ線のエネルギー分析は、原子番号の大きな物質による全吸収ピーク計測により行われることが一般的である。
【０００８】
また、ガンマ線同様に電荷を持たない放射線である中性子のエネルギーやその数を計測する場合も、２次的に発生した荷電粒子の計測が利用される。
中性子は物質中の原子核と弾性散乱し、原子核に運動エネルギーを与える。運動エネルギーを与えられた原子核がセンサ素子にエネルギーを付与し、そのエネルギーを計測することで中性子のエネルギーは分析される。
【０００９】
ここで、散乱角によって散乱中性子と反跳原子核に与えられる運動エネルギーの比は異なるが、中性子の散乱角がおよそ１８０度となった時に原子核に与えられる運動エネルギーが最大となる。従って、エネルギースペクトル上の反跳原子核に基づく分布のうち、最大のエネルギーの領域から入射中性子のエネルギーは分析される。
【００１０】
このように中性子計測の場合、弾性散乱によってエネルギーが分配されるため、原子核の質量が小さいほど多くのエネルギーが与えられる。このため、質量の大きい原子核によって構成される物質と中性子との相互作用では、反跳した原子核に付与されるエネルギーが小さく、計測は困難である。従って、中性子のエネルギー計測では、原子核と中性子の質量比が小さい物質がセンサ素子として用いられることが一般的である。
【００１１】
このため、ガンマ線と中性子が混在する場において、ガンマ線のエネルギー分析と中性子数の計測を単一の検出器で同時に行うことは容易ではない。なぜならば、上述のようにガンマ線のエネルギーを分析のためには原子番号の大きいセンサ素子が一般的に用いられ、中性子の計測では原子番号の小さいセンサ素子が一般的に用いられるためである。
【００１２】
従って、ガンマ線と中性子の混在場において、ガンマ線のエネルギー分布と中性子のエネルギー分布を同時に計測可能とする検出器を得ることは一般的に困難である。
例えば、ガンマ線のエネルギースペクトルを計測可能な検出器に対し、中性子が入射すると、検出器のセンサ素子と中性子の間で反応が起こる。しかし、センサ素子はガンマ線を計測するため、原子番号の大きい物質で構成されており、中性子との反応確率は低い。また、原子番号の大きい物質と中性子の弾性散乱によって発生する反跳原子核に付与されるエネルギーは小さいため、ガンマ線計測用のセンサ素子で反跳原子核のエネルギーを計測することは容易ではないためである。
【００１３】
このようなガンマ線検出器を用いて中性子を計測するために一般的に用いられる方法として上述した特許文献１に記載したような中性子コンバータを用いる方法がある。
しかし、中性子コンバータから発生した２次粒子はコンバータ中を通過する間にエネルギーを失うが、この失うエネルギーは中性子コンバータ中を透過した距離に依存して大きくなる。このため、２次粒子がセンサ素子に到達した時に持っているエネルギーは、センサ素子を透過した距離によって異なる。しかしながら中性子と中性子コンバータの反応位置および２次粒子の移動方向は一様ではないため、２次粒子が中性子コンバータを通過する距離も一様ではない。このため、センサ素子に到達した２次粒子が持っているエネルギーは幅広いエネルギーを持つことになる。従って、エネルギー分解能が悪化する。
また、中性子コンバータと中性子の反応は熱中性子に対しての断面積が大きく、それ以外のエネルギーの中性子との断面積は大きくない。従って、検出器中に減速材が必要となり、高速中性子の情報が失われる。このため、中性子数の計測は出来たとしても、中性子のエネルギー分析は困難である。
【００１４】
従って、本発明は、ガンマ線と中性子の混在場において、ガンマ線のエネルギー分析と中性子のエネルギー分析を広範囲にわたって単一の装置で分析可能な中性子数分析装置および放射線計測装置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】
【００１５】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、放射線と反応する放射線スペクトロメータが設置された測定対象環境中の中性子数を演算するための中性子数分析装置であって、放射線スペクトロメータの出力信号に基づいて求められたエネルギースペクトルから、前記放射線スペクトロメータ中で生じたセンサの構成物質と中性子との反応によって発生するガンマ線の信号を分離する分析部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ガンマ線と中性子の混在場において、ガンマ線のエネルギー分析と中性子のエネルギー分析を広範囲にわたって単一の装置で分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態における放射線計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における放射線計測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における放射線計測装置の構成を示すブロック図である。
【図４】。本発明の第４の実施形態における放射線計測装置の構成の一部の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１９】
まず、本発明の原理について説明する。
【００２０】
本発明では、ガンマ線とセンサ素子の相互作用による２次電子の計測と中性子計測を両立させるために、センサ素子と中性子の間で起こる中性子吸収反応や非弾性散乱で発生する２次ガンマ線を利用する。
すなわち、２次ガンマ線とセンサ素子との相互作用によって発生する３次電子を計測することでガンマ線計測装置により中性子に起因した信号を得るとともに、センサ素子に入射したガンマ線とセンサ素子との相互作用によって発生する２次電子を計測することでガンマ線に起因した信号を得、ガンマ線と中性子の混在場において、ガンマ線のエネルギー分析と中性子のエネルギー分析を広範囲にわたって単一の装置で分析することを実現するものである。
【００２１】
例えば、中性子吸収反応の一つである中性子捕獲反応は熱中性子との反応断面積が大きい。一方、非弾性散乱はしきいエネルギーがあり、熱中性子とは反応しない。また、多くの中性子吸収反応においても、しきいエネルギーが存在し、熱中性子とは反応しない。
従って、中性子捕獲反応としきいエネルギーのある反応を弁別することができれば、熱中性子と高エネルギー中性子の割合を推定可能である。
【００２２】
この反応の種類を弁別する方法として、２次ガンマ線のエネルギーの利用が考えられる。ガンマ線のエネルギーは核種ごとに固有であるため、エネルギー分析により、全吸収ピークを計測できれば、このガンマ線を放出した核種を特定できるからである。
従って、反応の種類ごとに異なるガンマ線放出核種が生成されれば、２次ガンマ線のエネルギー分析により、反応の種類を弁別できることになる。
【００２３】
ここで、中性子捕獲反応は中性子を吸収し、ガンマ線を放出する反応であるため、反応した原子核の原子番号は不変のまま、質量数が１増加する。また、非弾性散乱は、中性子を吸収し、中性子とガンマ線を放出する反応なので、反応した原子核の原子番号も質量数も不変である。中性子吸収反応の一つである（ｎ，２ｎ）反応は中性子を吸収し、２個の中性子とガンマ線を放出する反応であるため、反応した原子核の原子番号は不変で、質量数が１減少する。
これらの反応は全て異なる原子核を生成するため、放出されるガンマ線のエネルギーは異なる。従って、これらのガンマ線のエネルギーを特定することができれば、反応の種類を弁別できる。
【００２４】
例えば、質量数ａの同位元素ａＭのみで構成されるセンサ素子があったとする。ａＭ原子核と中性子との間に中性子捕獲反応が起こった場合、同位元素ａ＋１Ｍ原子核が生成され、エネルギーＥａ＋１のガンマ線が放出される。また、ａＭ原子核と中性子の間で非弾性散乱が起こった場合、同位元素ａＭ原子核が励起され、エネルギーＥａのガンマ線が放出される。ａＭ原子核と中性子の間で（ｎ，２ｎ）反応が起こった場合、同位元素ａ−１Ｍ原子核が生成され、エネルギーＥａ−１のガンマ線が放出される。
ガンマ線のエネルギーはそれぞれの原子核の励起準位と相関があるため、ａ＋１Ｍ，ａＭ，ａ−１Ｍから放出されるガンマ線のエネルギーＥａ＋１，Ｅａ，Ｅａ−１はそれぞれ異なるエネルギーである。従って、Ｅａ＋１，Ｅａ，Ｅａ−１のガンマ線を計測し、ガンマ線のエネルギーごとの検出効率による補正を行えば、ａＭ原子核と中性子との間で起こった中性子捕獲反応、非弾性散乱、（ｎ，２ｎ）反応の割合が分かる。さらに、反応の種類ごとにａＭ原子核と中性子の反応確率による補正を行うことで、エネルギー帯ごとの中性子数を推定することができる。
【００２５】
ところで、中性子エネルギーの区分は、センサに使用される物質の同位体の数と各同位体と中性子との反応確率に依存する。
例えば、熱中性子領域、共鳴中性子領域、核分裂中性子領域、高エネルギー中性子領域の４種類の区分に分ける場合、熱中性子領域と共鳴中性子領域は共に中性子捕獲反応を利用することになるため、少なくとも２種類の同位体または２種類の元素で構成された物質をセンサとする必要がある。つまり、同位体Ａ１と同位体Ａ２で構成されるセンサに中性子が入射した際、Ａ１の中性子捕獲反応数とＡ２の中性子捕獲反応数から、熱中性子領域の中性子数と共鳴中性子領域の中性子数を算出する。この時、エネルギー帯ごとにＡ１，Ａ２の中性子捕獲反応断面積が異なることが利用できる。
【００２６】
しかし、複数の同位体で構成されるセンサに対し、それぞれの同位体で異なる反応が起こった時、生成された原子核が重複する場合がある。
例えば、センサを構成する同位体がａ−１Ｍ，ａＭ，ａ＋１Ｍの時、ａ−１Ｍ原子核の非弾性散乱によりａ−１Ｍ原子核が励起され、ａＭ原子核の（ｎ，２ｎ）反応によりａ−１Ｍ原子核が生成される。２種類の反応によって生成される原子核が同一であるため、放出されるガンマ線のエネルギーは等しい。
このような場合には、同様に複数の反応によって生成される原子核を利用する。例えば、ａＭ原子核の非弾性散乱とａ＋１Ｍ原子核の（ｎ，２ｎ）によって生成されるのは同じａＭ原子核である。しかし、励起したａ−１Ｍ原子核から放出されるガンマ線と、励起したａＭ原子核から放出されるガンマ線のエネルギーとは異なるため、異なるピークとして計測される。また、ａ−１Ｍ原子核の非弾性散乱の断面積とａＭ原子核の非弾性散乱の断面積とは異なり、そしてａＭ原子核の（ｎ，２ｎ）反応の断面積とａ＋１Ｍ原子核の（ｎ，２ｎ）の断面積も異なる。従って、それぞれの計測されたガンマ線からガンマ線の放出率を算出し、それぞれの原子核中での反応確率の相対比から非弾性散乱に寄与する中性子数と（ｎ，２ｎ）反応に寄与する中性子数を推定することが可能となる。
なお、非弾性散乱同士、（ｎ，２ｎ）反応同士のしきいエネルギーが近い必要があり、しきいエネルギーが離れていると、このような２種類の原子核による本手法は難しくなる。
【００２７】
上述した例は、２種類の励起された原子核を利用する方法であるが、より多くの複数の励起された核種および複数のガンマ線を利用することにより、推定精度を向上させることや、エネルギー区分を細かくすることが可能となる。
【００２８】
いずれにせよ、センサ素子中の複数の同位体と、複数の中性子との反応を利用することで、中性子のエネルギー分析が可能となる。
【００２９】
より具体的な一例としてＣｄＴｅ半導体検出器を用いて、本発明の原理について以下説明する。
ガンマ線のエネルギー分析が可能で、複数の同位体で構成され、且つ、センサを構成する同位体の中に中性子捕獲断面積の大きい同位体が含まれる検出器の一例として、ＣｄＴｅ半導体検出器がある。
【００３０】
ＣｄＴｅ半導体検出器では、検出器を構成する元素のうち、Ｃｄは質量数１０６，１０８，１１０，１１１，１１２，１１３，１１４，１１６の同位体が天然に存在する。このうちＣｄ−１１３は熱中性子に対する中性子捕獲反応（Ｃｄ−１１３（ｎ，ｇ）Ｃｄ−１１４）の断面積が大きく、０．０２５３ｅＶの中性子に対して約２０ｋｂ（１０３ｂａｒｎ）である。Ｃｄ−１１３の中性子捕獲反応で放出されるガンマ線のうち、最も放出確率の高いガンマ線のエネルギーは５５８ｋｅＶであり、次に放出率の高い６５１ｋｅＶのガンマ線の約５倍、３番目に放出率の高い８０５ｋｅＶのガンマ線に対しては、約１４倍の放出率である。これに対しＣｄ−１１３の高エネルギー中性子に対する中性子捕獲断面積は、熱中性子に対する中性子捕獲断面積に比べて小さく、例えば１ＭｅＶの中性子に対しては約４０ｍｂ（１０−３ｂａｒｎ）、１０ＭｅＶの中性子に対しては約０．８ｍｂである。
【００３１】
また、上述したＣｄ同位体のうち、中性子捕獲反応以外でＣｄ−１１４の即発ガンマ線を放出する反応として、Ｃｄ−１１４の非弾性散乱（Ｃｄ−１１４（ｎ，ｎ’）Ｃｄ−１１４）と、Ｃｄ−１１６（ｎ，３ｎ）Ｃｄ−１１４との２つの反応がある。これらの反応にはしきいエネルギーがあり、Ｃｄ−１１４の非弾性散乱のしきいエネルギーは約５６０ｋｅＶ，Ｃｄ−１１６の（ｎ，３ｎ）反応のしきいエネルギーは約１６ＭｅＶである。また、Ｃｄ−１１４の非弾性散乱の断面積は２．５ＭｅＶ〜６ＭｅＶの範囲で高く、約２．３０ｂａｒｎである。これに対しＣｄ−１１６の（ｎ，３ｎ）反応の断面積は２０ＭｅＶまでの範囲で高エネルギーほど高くなり、２０ＭｅＶで約０．８ｂａｒｎである。これらの反応はいずれもＣｄ−１１３の熱中性子に対する中性子捕獲反応の断面積に比べ著しく小さい。従って、Ｃｄ−１１４に起因したガンマ線を検出できれば、熱中性子が存在する環境であると推定できる。
【００３２】
また、ＣｄＴｅ半導体検出器を構成する元素のうち、Ｔｅは質量数１２０，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２８，１３０の同位体が天然に存在する。中性子捕獲反応により、これらの同位体は質量数が１増加してガンマ線を放出する。一方、非弾性散乱では、質量数は増加しない。このため、中性子捕獲反応によっては生成されず、非弾性散乱によって生成される同位体が存在する。これらの同位体のうち、Ｔｅ−１３０は非弾性散乱によりガンマ線を放出する。この反応の核分裂スペクトルに対する平均断面積は約０．９ｂａｒｎであり、しきいエネルギーは約８００ｋｅＶである。従って、Ｔｅ−１３０の非弾性散乱に起因するピークを検出することができれば、核分裂スペクトル程度のエネルギーを持つ中性子が存在する環境であると推定できる。
【００３３】
また、熱中性子と非弾性散乱の間のいわゆる共鳴領域におけるエネルギー帯の分析にも中性子捕獲反応を利用することができる。
【００３４】
以下に本発明の放射線計測装置の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００３５】
＜第１の実施形態＞  
本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の第１の実施形態を、図１を用いて説明する。なお、図１においては、放射線スペクトロメータとしてＣｄＴｅ半導体検出器を用いる場合を例に挙げて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における放射線計測装置の構成を示すブロック図。
【００３６】
図１において、放射線計測装置１００Ａは、測定対象環境中のガンマ線の検出を行うとともに、中性子捕獲反応を利用して低エネルギー中性子束と高エネルギー中性子束とを分離して計測する装置である。この放射線計測装置１００Ａは、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１、エネルギー分析装置１０２、中性子数分析装置１０３Ａ、ガンマ線数分析装置１０４、表示装置１０５とで構成されている。
【００３７】
ＣｄＴｅ半導体検出器１０１は、このＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射するガンマ線によって発生する２次電子を計測するとともに、ＣｄまたはＴｅと中性子との反応によって発生する２次ガンマ線によって発生する３次電子を計測するための検出器である。
【００３８】
エネルギー分析装置１０２は、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１から出力されたＣｄＴｅ半導体検出器１０１に対して外部から入射したガンマ線およびＣｄＴｅ半導体検出器１０１内で中性子とＣｄ又はＴｅとの反応で発生したガンマ線を検出した時の信号から、エネルギースペクトルを求める。例えば、エネルギーの分布または特定のエネルギー範囲の個数として検出された計数を求める。エネルギー分析装置１０２は、この求めたエネルギースペクトルの信号を、中性子数分析装置１０３Ａおよびガンマ線数分析装置１０４に対して出力する。
【００３９】
中性子数分析装置１０３Ａは、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１が設置された測定対象環境中の中性子数や中性子束を演算するための装置であって、エネルギー分析装置１０２で求められたエネルギースペクトルからＣｄＴｅ半導体検出器１０１中で生じたＣｄまたはＴｅと中性子との反応によって発生するガンマ線の信号を分離することで中性子数等を演算する。この中性子数分析装置１０３Ａは、中性子捕獲反応分析部１１１および高エネルギー中性子分析部１２１、データベース１３１が備えられている。
【００４０】
中性子捕獲反応分析部１１１は、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１の構成物質と中性子との反応として生じた中性子捕獲反応に起因したガンマ線の信号をエネルギースペクトルから分離し、中性子捕獲反応領域のエネルギー帯の中性子の計数や計数率を求める。
高エネルギー中性子分析部１２１は、エネルギー分析装置１０２で求められたエネルギースペクトルと中性子捕獲反応分析部１１１での中性子捕獲反応に起因したガンマ線の信号との差から高エネルギーの中性子の計数や計数率を求める。
また、これら中性子捕獲反応分析部１１１および高エネルギー中性子分析部１２１は、単純に計測された量のみを出力するときは、エネルギー帯ごとの計数または計数率を表示装置１０５に出力する。また、必要に応じ、エネルギー帯ごとの計数または計数率に各エネルギー帯に対応した変換係数を乗じることにより、積算線量や線量率を選出する。同様に、変換係数を掛けることによって入射中性子束を求め、表示装置１０５に出力する。さらに、予め公知の方法で線源とＣｄＴｅ半導体検出器１０１との距離を算出しておくことで、中性子放出率として出力する。また、エネルギー分析の結果から中性子の線源の核種の分析を行い、その結果を出力する。
データベース１３１は、中性子捕獲反応分析部１１１および高エネルギー中性子分析部１２１における中性子の計数や計数率の演算に必要な、励起準位・放出ガンマ線に関する情報、センサ素子の検出効率に関する情報、各ガンマ線放出核種の反応確率，断面積に関する情報等を記憶している。
【００４１】
ガンマ線数分析装置１０４は、エネルギー分析装置１０２で求められたエネルギースペクトルの信号から、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射したガンマ線の計数または計数率を演算するとともに、この演算結果から、エネルギー分布、線源の核種分析の結果、ガンマ線放出率を求める。また、ガンマ線数分析装置１０４は、この演算したガンマ線計数等の情報の信号を、表示装置１０５に対して出力する。
【００４２】
一般的に、中性子環境では、中性子の他にガンマ線が存在する。本実施形態で放射線検出器として用いるＣｄＴｅ半導体検出器１０１は、中性子計測法として運用するとしても、ガンマ線を検出する能力は損なわれない。そもそも、本実施形態では、中性子とＣｄまたはＴｅと反応して放出されるガンマ線を間接的に計測し、エネルギー分析を実施する。このため、原理的にはガンマ線のエネルギー分析をする能力を有している。従って、外部から入射するガンマ線に対するエネルギー分析は可能であり、ガンマ線数分析装置１０４によってエネルギー分析を行うことによってガンマ線源の核種分析を行う。
【００４３】
表示装置１０５は、中性子数分析装置１０３Ａの中性子捕獲反応分析部１１１および高エネルギー中性子分析部１２１で求められたエネルギー帯ごとの計数または計数率等の情報や、ガンマ線数分析装置１０４で演算されたガンマ線計数等の情報を表示する装置である。
【００４４】
次に、本実施形態の中性子数分析装置および放射線計測装置を用いた測定対象環境中の中性子数の分析動作、分析原理について説明する。
【００４５】
ＣｄＴｅ半導体検出器１０１を測定対象環境中に設置すると、単色ではないエネルギーの中性子がＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射する。その際に、入射した中性子の一部がＣｄＴｅ半導体検出器１０１のセンサ素子を構成するＣｄまたはＴｅのいずれかの同位体と核反応を起こす。核反応の結果、生成される同位体は励起しており、基底状態となる過程で主にガンマ線を放出する。この過程によって放出されたガンマ線（２次ガンマ線）の一部はＣｄＴｅ半導体検出器１０１自身によって検出される。この反応によって発生したガンマ線の信号をエネルギー分析装置１０２に対して出力する。
検出の過程に関しては、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１の外部から入射するガンマ線の検出過程との差異は無く、コンプトン散乱、光電効果、電子対生成のいずれかの相互作用によって検出される。
【００４６】
ここで、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１を構成する、天然に存在するＣｄまたはＴｅの同位体のうち、低エネルギー中性子に対して著しく反応断面積が大きいのはＣｄ−１１３の中性子捕獲反応である。ここでいう低エネルギーとは熱中性子または高速中性子が減速材により減速され、減速材と熱平衡状態となった時に現れるエネルギー分布（熱中性子のマックスウェル分布）に属するエネルギーのことである。Ｃｄ−１１３の中性子捕獲反応により励起したＣｄ−１１４が生成され、Ｃｄ−１１４は短時間のうちにガンマ線を放出する。励起したＣｄ−１１４より放出されるガンマ線は複数のエネルギーは多岐にわたるが、最も発生率の高いガンマ線は５５８ｋｅＶのエネルギーを持つガンマ線である。
【００４７】
エネルギー分析装置１０２では、外部から入射したガンマ線および上述した過程によってＣｄＴｅ半導体検出器１０１内から発生した２次ガンマ線を検出した時のエネルギーの分布または特定のエネルギー範囲の個数として検出された計数を求める。一例として、ここでは波高分布をエネルギー分布に変換したエネルギースペクトルを求めることとする。
【００４８】
中性子数分析装置１０３Ａの中性子捕獲反応分析部１１１Ａでは、データベース１３１から励起準位・放出ガンマ線に関する情報を取得し、核種，励起準位の同定を行うべく、エネルギー分析装置１０２で得られたエネルギースペクトルのうち、特定のエネルギー範囲の全吸収ピークの計数を取得する。ここでは、一例として、特定のエネルギー範囲をＣｄ−１１３による中性子捕獲反応に基づく５５８ｋｅＶの全吸収ピークとする。
【００４９】
データベース１３１には、あらかじめＣｄＴｅ半導体検出器１０１内で発生した５５８ｋｅＶのガンマ線に対する検出効率が記憶されているため、データベース１３１から検出効率に関する情報を取得して、この検出効率に関する情報により、５５８ｋｅＶの全吸収ピークの計数率からガンマ線発生率を算出する。
【００５０】
次いで、算出したガンマ線発生率と、データベース１３１に記憶された励起したＣｄ−１１４によって放出される５５８ｋｅＶのガンマ線放割合に関する情報を用いて、単位時間あたりのＣｄ−１１４の生成数を求める。
【００５１】
次いで、この単位時間あたりのＣｄ−１１４の生成数と、データベース１３１に記憶されたＣｄ−１１３に対する低エネルギー中性子の中性子捕獲反応確率に関する情報とにより、単位時間あたりに起こるＣｄ−１１３と低エネルギー中性子の中性子捕獲反応数を求める。
【００５２】
次いで、この単位時間あたりの中性子捕獲反応数と、データベース１３１に記憶されたＣｄＴｅ半導体検出器１０１内のＣｄ−１１３の原子個数密度およびＣｄＴｅ半導体検出器１０１の厚さに関する情報とから、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射した低エネルギー中性子束を算出する。
【００５３】
ここで、エネルギースペクトルからＣｄＴｅ半導体検出器１０１内のＣｄまたはＴｅの同位体の中性子捕獲反応に基づく成分を先に求めたＣｄ―１１３に対する発生割合から求めることができて取り除くことができたと仮定すると、残ったエネルギースペクトルは、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１と反応したガンマ線由来のエネルギースペクトルと、低エネルギー中性子以上のエネルギーを持つ、すなわち高エネルギー中性子とＣｄＴｅ半導体検出器１０１のセンサ素子を構成するＣｄまたはＴｅ同位体との核反応によって発生した２次ガンマ線の検出に基づくエネルギースペクトルである。
【００５４】
従って、高エネルギー中性子分析部１２１では、中性子捕獲反応分析部１１１Ａにおける５５８ｋｅＶのエネルギー分析により算出された中性子束またはその過程で導出したパラメータの値から、エネルギースペクトル中における低エネルギー中性子とＣｄＴｅ半導体検出器１０１との中性子捕獲反応によるピークの成分の計数率を減算する。また、あらかじめ設定された高エネルギー中性子分析に用いるエネルギー範囲に関する情報と、データベース１３１に記憶されるそのエネルギー範囲の計数率と入射高エネルギー中性子の関係の情報から、高エネルギー中性子束を算出する。
【００５５】
これらの演算後に、表示装置１０５において、中性子数分析装置１０３Ａの中性子捕獲反応分析部１１１および高エネルギー中性子分析部１２１で求められたエネルギー帯ごとの計数または計数率等の情報や、ガンマ線数分析装置１０４で演算されたガンマ線計数等の情報を表示する。
【００５６】
なお、ガンマ線の計数や計数率の導出は、公知の方法を用いる。
【００５７】
このように、本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の第１の実施形態では、外部からＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射するガンマ線と、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１を構成するＣｄやＴｅと中性子との反応によって発生するガンマ線（２次ガンマ線）とを同時に検出し、中性子数分析装置１０３Ａにおいて測定対象環境中の中性子数や中性子束を求めることで中性子環境を分析する。同時に、ガンマ線数分析装置１０４において測定対象環境中のガンマ線数等を求めることでガンマ線環境を分析する。
よって、ガンマ線のエネルギー分布と中性子のエネルギー分布を単一の検出器で計測することができ、エネルギー帯ごとの中性子数の分析や中性子線源の核種分析と同時に、ガンマ線のエネルギー分析またはガンマ線源の核種分析が可能である。
【００５８】
なお、以上の説明では、最終的に低エネルギーまたは高エネルギーの中性子束を算出しているが、中性子束の代わりに中性子数まで算出しても良い。また、中性子束や数に加えて、低エネルギー中性子数と高エネルギー中性子数の比や割合を算出しても良く、更に、算出された比や割合を用いて、観測対象とするエリアにおける中性子の減速状況を推定しても良い。また、低エネルギー中性子の有無または高エネルギー中性子の有無を判断しても良い。いずれの場合にせよ、状況によって求められる精度は異なるものの、放射線源の核種に関する有益な情報が得られることに変わりはない。
【００５９】
また、本実施形態では、低エネルギー中性子として、中性子捕獲反応を利用して分析された熱中性子または熱中性子のマックスウェル分布のエネルギーを持つ中性子としたが、共鳴領域中性子も低エネルギー中性子に含めても良い。
【００６０】
＜第２の実施形態＞  
本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の第２の実施形態を図２を用いて説明する。
図２は本発明の第２の実施形態における放射線計測装置の構成を示すブロック図。
【００６１】
図２に示すように、本実施形態の放射線計測装置１００Ｂは、中性子捕獲反応を利用し、熱中性子と共鳴領域中性子を分離して計測する装置であり、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１、エネルギー分析装置１０２、中性子数分析装置１０３Ｂ、ガンマ線数分析装置１０４、表示装置１０５とで構成される。
【００６２】
本実施形態では、中性子数分析装置１０３Ｂは、中性子捕獲反応分析部１１１Ｂおよび高エネルギー中性子分析部１２１が備えられている。また、この中性子捕獲反応分析部１１１Ｂには、熱中性子分析部１１３と共鳴領域中性子分析部１１４が備えられている。
【００６３】
その他の構成は、第１の実施形態の放射線計測装置１００Ａと略同じである。
【００６４】
第１の実施形態では、中性子捕獲反応分析部１１１によって算出する低エネルギー中性子は熱中性子または熱中性子のマックスウェル分布のエネルギーに属する中性子としたが、本実施形態では、放射線計測装置１００Ｂの中性子捕獲反応分析部１１１Ｂは、熱中性子または熱中性子のマックスウェル分布のエネルギーに属する中性子の他に、このエネルギー領域よりも高い共鳴領域の中性子も分析する。
【００６５】
例えば、熱中性子および熱外中性子が存在する環境では、複数の中性子捕獲反応を利用する。ここでは、一例として、Ｃｄ−１１３、Ｃｄ−１１４、Ｔｅ−１２２の中性子捕獲反応を利用する場合を想定する。
【００６６】
ＣｄＴｅ半導体検出器１０１中では、Ｃｄ−１１４が中性子捕獲反応を起こすと、Ｃｄ−１１５の励起状態となりガンマ線を放出する。共鳴領域の中性子に対するＣｄ−１１４の中性子捕獲反応断面積は、熱中性子に対する中性子捕獲反応に対して断面積が約５０倍高い。同様に共鳴領域中性子に対するＴｅ−１２２の中性子捕獲反応断面積は、熱中性子に対する中性子捕獲反応断面積に対して約２０倍高い。一方、共鳴領域中性子に対するＣｄ−１１３の中性子捕獲反応断面積は、熱中性子に対する中性子捕獲反応断面積に対して約１／７０である。
【００６７】
そして、Ｃｄ−１１４の中性子捕獲反応で生成されるＣｄ−１１５はＣｄ−１１６の（ｎ，２ｎ）反応でも生成される。Ｃｄ−１１６の（ｎ，２ｎ）反応は１０ＭｅＶから２０ＭｅＶの中性子に対して断面積が高い。Ｃｄ−１１４の共鳴領域中性子に対する反応断面積とＣｄ−１１４の天然存在比の積とＣｄ−１１６の（ｎ，２ｎ）反応の反応断面積とＣｄ−１１６の天然存在比の積を比較すると、Ｃｄ−１１４の共鳴領域中性子に対する積の方が約３５倍高い。
【００６８】
また、Ｔｅ−１２２の中性子捕獲反応で生成されるＴｅ−１２３は、Ｔｅ−１２３の非弾性散乱、Ｔｅ−１２４の（ｎ，２ｎ）反応でも生成される。Ｔｅ−１２３の非弾性散乱は、数１００ｋｅＶから１０ＭｅＶまでの中性子に対して断面積が高い。Ｃｄ−１２４の（ｎ，２ｎ）反応は１０ＭｅＶから２０ＭｅＶの中性子に対して断面積が高い。
【００６９】
そして、Ｔｅ−１２２の共鳴領域中性子に対する中性子捕獲反応断面積とＴｅ−１２２の天然存在比の積と、Ｔｅ−１２３の数ＭｅＶ中性子に対する非弾性散乱断面積とＴｅ−１２３の天然存在比の積を比較すると、Ｔｅ−１２２の積の方が１００から２００倍高い。また、Ｔｅ−１２４の１０ＭｅＶから２０ＭｅＶ中性子に対する（ｎ，２ｎ）反応断面積とＴｅ−１２４の天然存在比の積と比較すると、Ｔｅ−１２２の積の方が約３０から４０倍高い。
【００７０】
すなわち、Ｃｄ−１１３の中性子捕獲反応によって放出されるガンマ線の他に、Ｃｄ−１１４またはＴｅ−１２２の中性子捕獲反応によって放出されるガンマ線の少なくとも一つを検出出来れば、共鳴領域の中性子が存在していると考えられる。
【００７１】
従って、本実施形態の中性子捕獲反応分析部１１１Ｂでは、Ｃｄ−１１３、Ｃｄ−１１４、Ｔｅ−１２２の中性子捕獲反応によって発生したガンマ線の全吸収ピークを計数し、Ｃｄ−１１４とＴｅ−１２２の少なくとも一方から放出されるガンマ線の全吸収ピークの計数を取得できれば、Ｃｄ−１１３の中性子捕獲反によって放出されるガンマ線の全吸収ピークの計数との比較により、共鳴領域中性子を分析できる。
【００７２】
そこで、分析対象とする全吸収ピークの計数の分析では、熱中性子分析部１１３においてＣｄ−１１３の熱中性子に対する中性子捕獲反応断面積とＣｄ−１１３の天然存在比の積、Ｃｄ−１１３の共鳴領域中性子に対する中性子捕獲反応断面積とＣｄ−１１３の天然の存在比の積を相関のあるパラメータとして用いて、エネルギー分析装置１０２で求めたエネルギースペクトルから熱中性子の捕獲反応に起因したガンマ線の信号を分離し、熱中性子の計数や計数率を演算する。
同様に、分析対象とするＣｄ−１１４またはＴｅ−１２２の全吸収ピークの計数では、共鳴領域中性子分析部１１４において、Ｃｄ−１１４またはＴｅ−１２２の天然存在比と熱中性子に対する中性子捕獲反応断面積の積とＣｄ−１１４またはＴｅ−１２２の天然存在比と共鳴領域中性子に対する中性子捕獲反応断面積の積を相関のあるパラメータとして用いて、エネルギー分析装置１０２で求めたエネルギースペクトルから共鳴領域中性子の捕獲反応に起因したガンマ線の信号を分離し、共鳴領域中性子の計数や計数率を演算する。
【００７３】
また、同位体ごとに熱中性子に対する中性子捕獲反応断面積と天然存在比の積と共鳴領域中性子に対する中性子捕獲反応断面積と天然存在比の積の関係が異なるため、これらのパラメータから中性子捕獲反応分析部１１１Ｂにおいて熱中性子と共鳴領域中性子の割合を算出する。
【００７４】
更に、熱中性子分析部１１３および共鳴領域中性子分析部１１４において算出した熱中性子および共鳴領域中性子を低エネルギー中性子とし、第１の実施形態と同様の操作により、高エネルギー中性子分析部１２１において高束中性子を分析する。
【００７５】
なお、ガンマ線計測および出力される結果については、第１の実施形態と同様である。
【００７６】
本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の第２の実施形態においても、前述した中性子数分析装置および放射線計測装置の第１の実施形態とほぼ同様な効果が得られる。
【００７７】
なお、Ｃｄ−１１３の中性子捕獲反応に加えて２つ以上の中性子捕獲反応を利用することにより、熱中性子または熱中性子のマックスウェル分布を持つ中性子のエネルギーと共鳴領域中性子という区分ではなく、より細かくエネルギー帯を分離することもできる。
【００７８】
また、熱中性子または熱中性子のマックウェル分布に属する中性子が存在しない環境であれば、中性子捕獲反応分析部１１１Ｂによる分析対象のエネルギー帯を熱外中性子まで上げればよい。
【００７９】
＜第３の実施形態＞  
本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の第３の実施形態を図３を用いて説明する。
図３は本発明の第３の実施形態における放射線計測装置の構成を示すブロック図である。
【００８０】
図３に示すように、本実施形態の放射線計測装置１００Ｃは、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１、エネルギー分析装置１０２、中性子数分析装置１０３Ｃ、ガンマ線数分析装置１０４、表示装置１０５とで構成される。
【００８１】
図３では、中性子数分析装置１０３Ｃの中に、中性子捕獲反応分析部１１１および高エネルギー中性子分析部１２１Ｃが備えられている。また、高エネルギー中性子分析部１２１Ｃには、非弾性散乱分析部１２３と（ｎ，２ｎ）反応分析部１２４が備えられている。
【００８２】
その他の構成は、第１の実施形態の放射線計測装置１００Ａと略同じである。
【００８３】
ここで、中性子捕獲反応以外の多くの中性子と物質の核反応では、数１００ｋｅＶ以上のしきいエネルギーが存在する。このしきいエネルギーのある反応とは、しきいエネルギー以上のエネルギーを持つ中性子としか核反応を起こさない反応のことである。従って、しきいエネルギー以上の核反応によって生成された同位体によって放出される２次ガンマ線を検出できれば、しきいエネルギー以上の中性子が観測場に存在していたことがわかる。また、しきいエネルギーは核種ごと、核反応ごとに異なるエネルギーとなる。このため、複数のしきいエネルギーを持つ核反応を利用すれば、高エネルギー領域を複数のエネルギー帯に分離することができる。
【００８４】
そこで、本実施形態では、高エネルギー中性子分析部１２１Ｃにおいて非弾性散乱と（ｎ，２ｎ）反応とを用いる例を示す。しかし用いる反応はこれに限定されず、非弾性散乱のみ、（ｎ，２ｎ）反応のみ、または非弾性散乱、（ｎ，２ｎ）反応に加え（ｎ，３ｎ）反応を利用するなど、しきいエネルギーを持つ反応の組み合わせにより、複数のパターンがあり得る。
【００８５】
なお、中性子捕獲反応分析部１１１において演算する低エネルギー中性子に関しては、第１の実施形態と略同じであるため、詳細な説明は省略するが、第２の実施形態における中性子捕獲反応分析部１１１Ｂを備えていてもよい。
【００８６】
ＣｄＴｅ半導体検出器１０１のセンサ素子を構成する同位体のうち、Ｔｅ−１３０は非弾性散乱によりガンマ線を放出する。Ｔｅ−１３０の非弾性散乱で放出されるガンマ線と同じエネルギーを持つガンマ線を放出するためには、何らかの核反応によってＴｅ−１３０が生成されなければならない。しかしながら、天然に存在するＴｅの同位体と中性子の間で、中性子捕獲反応、（ｎ，２ｎ）反応、（ｎ，３ｎ）反応、（ｎ，ｐ）反応など、いずれの反応によってもＴｅ−１３０は生成されない。このため、Ｔｅ−１３０の非弾性散乱によって放出されるガンマ線を検出できれば、非弾性散乱のしきいエネルギー以上のエネルギーを持つ中性子が存在している場であるといえる。
【００８７】
（ｎ，２ｎ）反応も同様に、中性子捕獲反応、非弾性散乱と競合しない場合がある。Ｃｄ−１０６の（ｎ，２ｎ）反応とＴｅ−１２０の（ｎ，２ｎ）反応である。これらの反応によって放出されるガンマ線を検出することができれば、この（ｎ，２ｎ）反応のしきいエネルギー以上の中性子が存在している場であるといえる。
【００８８】
しかしながら、Ｃｄ−１０６およびＴｅ−１２０は天然存在比が小さい。従って、（ｎ，２ｎ）反応によって発生するガンマ線が有意に検出されない可能性がある。従って、何らかの核反応と競合する（ｎ，２ｎ）反応を利用する。ここでは、一例として、Ｃｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応を利用する場合について説明する。
【００８９】
１０ＭｅＶから２０ＭｅＶのエネルギーを持つ中性子の平均に対するＣｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応の反応断面積は、核分裂スペクトルのエネルギーを持つ中性子の平均に対するＣｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応の反応断面積よりも、約３５０倍高い。
【００９０】
このＣｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応によって生成される同位体はＣｄ−１１０である。励起したＣｄ−１１０から放出されるガンマ線は、Ｃｄ−１１０の非弾性散乱によっても放出される。
ここでＣｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応の断面積とＣｄ−１１１の天然存在比の積と、Ｃｄ−１１０の非弾性散乱とＣｄ−１１０の天然存在比の積とを考えると、核分裂スペクトルのエネルギーの中性子に対して、Ｃｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応は約１／２７５の値であるが、１０ＭｅＶから２０ＭｅＶの中性子に対しては約３倍高い値となっている。
【００９１】
そのため、１０ＭｅＶから２０ＭｅＶのエネルギー帯と核分裂スペクトルのエネルギー帯ごとの入射中性子数がわかれば、上記した相対比（Ｃｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応の断面積とＣｄ−１１１の天然存在比の積と、Ｃｄ−１１０の非弾性散乱とＣｄ−１１０の天然存在比の積との比）から反応数を算出することができる。反応数は全吸収ピークの計数より算出できる。従って、一方のエネルギー帯の入射中性子数がわかれば、他方のエネルギー帯における入射中性子数も求めることができる。
【００９２】
また、核分裂スペクトルのエネルギーを持つ中性子の平均に対するＴｅ−１３０の非弾性散乱の断面積と、１０ＭｅＶから２０ＭｅＶのエネルギーを持つ中性子に対するＴｅ−１３０の非弾性散乱の断面積は、核分裂スペクトルのエネルギーを持つ中性子に対するＴｅ−１３０の非弾性散乱の断面積の方が約６倍高い値となっている。
【００９３】
そのため、１０ＭｅＶから２０ＭｅＶのエネルギー帯と核分裂スペクトルのエネルギー帯ごとの入射中性子数がわかれば、このＴｅ−１３０に関する反応断面積比より反応数がわかる。反応数は全吸収ピークの計数より算出できる。従って、励起したＣｄ−１１０からのガンマ線同様、一方のエネルギー帯の入射中性子数がわかれば、他方のエネルギー帯における入射中性子数を求めることができる。
【００９４】
従って、本実施形態の高エネルギー中性子分析部１２１Ｃでは、エネルギースペクトルの分離にあたっては非弾性散乱分析部１２３においてＴｅ−１３０の非弾性散乱に関するパラメータを用いて非弾性散乱のエネルギーをもつ中性子の反応数を求める。同時に、（ｎ，２ｎ）反応分析部１２４においてＣｄ−１１１の（ｎ，２ｎ）反応に関するパラメータを用いて核分裂スペクトルのエネルギーをもつ中性子の反応数を求める。次いで、各エネルギー帯ごとの中性子数を算出し、計数や計数率などを求める。
【００９５】
なお、中性子捕獲反応分析部１１１におけるしきいエネルギー未満のエネルギーの中性子である熱中性子とＣｄまたはＴｅとの反応に起因したガンマ線の信号をエネルギースペクトルから分離する処理や、ガンマ線計測および出力される結果については、第１の実施形態と同様である。
【００９６】
本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の第３の実施形態においても、前述した中性子数分析装置および放射線計測装置の第１の実施形態とほぼ同様な効果が得られる。
【００９７】
なお、本実施形態では、エネルギー帯として核分裂スペクトルを用いたが、必ずしも核分裂スペクトルである必要はない。また、より多くの反応を利用することで、より細かくエネルギー帯を区切ることが可能である。
【００９８】
また、図３では、中性子捕獲反応分析部１１１により低エネルギー中性子を分析することとなっているが、第２の実施形態のように低エネルギー中性子を複数のエネルギー帯に分離しても良い。
【００９９】
＜第４の実施形態＞  
本発明の中性子数分析装置および放射線計測装置の第４の実施形態を図４を用いて説明する。
第４の実施形態における中性子数分析装置および放射線計測装置は、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１以外の構成は第１の実施形態の放射線計測装置と略同じであり、詳細は省略する。
図４は本発明の第４の実施形態における放射線計測装置の構成の一部の概略を示す図である。
【０１００】
図４に示すように、本実施形態の放射線計測装置は、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１をＣｄＴｅ半導体検出器１０１に近い側からガンマ線遮蔽体３０２、中性子吸収材３０３、中性子減速材３０４の順で覆い、コリメータ３０１を設けた構成である。
【０１０１】
ガンマ線遮蔽体３０２は、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１の周囲を覆う遮蔽材である。中性子吸収材３０３は、このガンマ線遮蔽体３０２を覆う部材である。中性子減速３０４材は、この中性子吸収材３０３を覆う部材である。
【０１０２】
コリメータ３０１は、ガンマ線遮蔽体３０２、中性子吸収材３０３および中性子遮蔽材３０４を貫通してＣｄＴｅ半導体検出器１０１と外部とを接続する部材である。
【０１０３】
本実施形態では、コリメータ３０１を透過してＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射するガンマ線および中性子はＣｄＴｅ半導体検出器１０１でエネルギー帯ごとに検出される。
【０１０４】
一方、コリメータ３０１を透過しないガンマ線は、ガンマ線遮蔽体３０２で遮蔽され、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１への入射が妨害され、検出されない。
また、コリメータ３０１を透過しない中性子は、中性子減速材３０４で減速され、中性子吸収材３０３で吸収される。中性子吸収材３０３と中性子の間で起こる中性子吸収反応によって放出される２次粒子はガンマ線遮蔽体３０２によって、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１への入射が妨害され、検出されない。
このため、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１で検出されるガンマ線および中性子のほとんどが、コリメータ３０１を通過した成分となる。すわなち、コリメータ３０１を介してある一定の方向からＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射する中性子およびガンマ線のみを観察するよう構成されていることになる。
【０１０５】
なお、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１におけるガンマ線や２次ガンマ線の検出、エネルギー分析装置におけるエネルギースペクトルの算出、中性子数分析装置における中性子数等の演算やガンマ線数分析装置におけるガンマ線数等の演算とその出力、および表示装置における表示結果については、第１の実施形態と同様である。
【０１０６】
本発明の放射線計測装置の第４の実施形態においても、前述した放射線計測装置の第１の実施形態とほぼ同様な効果が得られる。
【０１０７】
加えて、本実施形態では、ある一定の方向からのみをＣｄＴｅ半導体検出器１０１で観察するため、周囲からの散乱の影響は考えなくても良い。従って、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１と中性子数分析装置によって中性子のエネルギー帯を分析することで、観測方向から入射する中性子のエネルギー帯を判別することが可能である。
【０１０８】
例えば、観測対象領域のいずれかの場所に核分裂性核種が存在していたとする。このときに、入射中性子の多くが低エネルギー成分であった場合、観測領域中にある中性子源から放出された中性子は、ＣｄＴｅ半導体検出器１０１に入射するまでに減速されたことがわかる。一方、高エネルギー成分が支配的だったのであれば、中性子源は減速材に覆われた位置には存在しないということを判別することができるようになる。
【０１０９】
従って、本実施形態によれば、観測対象領域中における中性子源の有無が判定可能であるだけでなく、その中性子源の存在位置が水中なのか気中なのかという事や、何らかの構造物に囲われているのかという情報を得ることができる。
【０１１０】
なお、本実施形態において、エネルギー分析装置１０２以降の構成は第１の実施形態と略同じとしたが、これに限られず、エネルギー分析装置１０２以降の構成は第２の実施形態や第３の実施形態と同様の構成であってもよいし、第１乃至第３の実施形態の構成を適宜組み合わせたものとすることができる。
【０１１１】
＜その他＞  
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１１２】
例えば、放射線スペクトロメータとしてＣｄＴｅ半導体検出器を用いる場合について説明したが、放射線スペクトロメータにはＣＺＴ（Ｃｄ１−χＺｎχＴｅ：テルル化カドミウム亜鉛）半導体検出器を用いることができる。
放射線スペクトロメータとしてＣＺＴを用いる場合も、第１乃至第４の実施形態において説明したＣｄＴｅ半導体検出器を用いる場合と同様の反応を用いて、中性子数の計数や計数率など、ガンマ線の計数や計数率などを演算することで、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【０１１３】
また、上述した実施形態では、ガンマ線スペクトル中で計測する対象を全吸収ピークを用いたが、光電ピークを用いることができる。
【０１１４】
さらに、既存の検出器で検出したエネルギースペクトルのデータを本発明の中性子数分析装置に入力して演算処理を実行することで、すでに測定済みの結果における入射中性子数を求めることが可能である。
【０１１５】
上述した中性子数分析装置やこの中性子数分析装置を備えた放射線計測装置は、例えば、福島第１原子力発電所の廃止措置，原子炉等設備における放射線モニタ，粒子線加速器における放射線モニタ，加速器中性子源における放射線モニタ，ボアホールモニタとして好適に使用される。
【０１１６】
本実施形態は、測定対象環境中に、放射線と反応する放射線スペクトロメータを設置し、この放射線スペクトロメータ中で生じたセンサの構成物質と中性子との反応によって発生する２次ガンマ線と、前記放射線スペクトロメータ中で生じたセンサの構成物質とガンマ線とを前記放射線スペクトロメータで計測し、この放射線スペクトロメータの計測結果からエネルギースペクトルを求め、この求めたエネルギースペクトルから、前記放射線スペクトロメータ中で生じたセンサの構成物質と中性子との反応に起因する信号を分離し、前記放射線スペクトロメータに入射した中性子数を演算するものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…放射線計測装置、
１０１…ＣｄＴｅ半導体検出器、
１０２…エネルギー分析装置、
１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ…中性子数分析装置、
１０４…ガンマ線数分析装置、
１０５…表示装置、
１１１，１１１Ｂ…中性子捕獲反応分析部、
１１３…熱中性子分析部、
１１４…共鳴領域中性子分析部、
１２１，１２１Ｃ…高エネルギー中性子分析部、
１２３…非弾性散乱分析部、
１２４…（ｎ，２ｎ）反応分析部、
１３１…データベース、
３０１…コリメータ、
３０２…ガンマ線遮蔽体、
３０３…中性子吸収材、
３０４…中性子減速材。
【図１】
2015087115.tif 000003
【図２】
2015087115.tif 000004
【図３】
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【図４】
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