(57)【要約】  本発明の実施形態が、中性子スペクトロメトリシステムであって、近接して配置された複数の半導体検出器部であって、検出器部は、少なくとも２つの非平行軸に配置されている、複数の半導体検出器部と、ここで、各検出器部は、入射中性子によってデバイス内に誘発された電離粒子によって検出器部に付与されたエネルギーを示す検出信号を出力するように構成され、複数の検出信号を受信し、実質的に同時に生じる検出信号の数に基づいて検出信号を複数のチャネルのうちの１つ又は複数に割り当てて、割り当てに基づいて入射中性子のスペクトルを求めるように構成された制御ユニットと、を備えるシステムを提供する。【選択図】図４
2014524034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子スペクトロメトリシステムにおいて、
近接して配置された複数の半導体検出器部であって、該検出器部は少なくとも２つの非平行軸に配置され、該検出器部のそれぞれは、入射中性子によってデバイス内に誘発された電離粒子によって該検出器部に付与されたエネルギーを示す検出信号を出力するように構成されている複数の半導体検出器部と、
複数の前記検出信号を受信し、実質的に同時に生じる前記検出信号の数に基づいて、前記検出信号を複数のチャネルのうちの１つ又は複数に割り当てて、該割り当てに基づいて入射中性子のスペクトルを求めるように構成された制御ユニットと、
を備える、中性子スペクトロメトリシステム。
【請求項２】
前記検出器部のそれぞれは、前記電離粒子によって前記検出器部に付与されたエネルギーの量に応答した検出信号を出力するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記検出器部のそれぞれは、感知領域を有する１つ又は複数の半導体デバイスを備え、前記検出信号は、前記感知領域に入った前記電離粒子に応答して出力される、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記半導体デバイスはダイオードを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記検出器部は、該検出器部間に少なくとも部分的なエンクロージャを形成するように配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記エンクロージャは、エンクロージャ材料を備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記エンクロージャ材料は、空気、ヘリウム３、及び／又はシンチレーション材料を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記検出器部は、内方に向いて前記エンクロージャに面するように配置されている、請求項５〜７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記検出器部は、直方体又は四面体を形成するように配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記検出器の１つ又は複数の面は、変換材料で覆われている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記検出器は、前記変換材料で実質的に覆われている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記変換材料は、金属又は含水素材料である、請求項１０又は１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電離粒子は、前記検出器内の破砕反応又は反跳反応によって形成される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記検出信号は、前記チャネルに非累積的に割り当てられる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスペクトロメトリシステム。
【請求項１５】
前記検出信号は、前記チャネルに累積的に割り当てられる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスペクトロメトリシステム。
【請求項１６】
前記制御ユニットは、前記検出信号のそれぞれのエネルギーに基づいて、前記検出信号を複数のサブチャネルのうちの１つ又は複数に割り当てるように構成されている、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のスペクトロメトリシステム。
【請求項１７】
前記検出信号は、前記サブチャネルに非累積的に割り当てられる、請求項１６に記載のスペクトロメトリシステム。
【請求項１８】
前記検出信号は、前記サブチャネルに累積的に割り当てられる、請求項１６に記載のスペクトロメトリシステム。
【請求項１９】
前記制御ユニットは、前記チャネルのそれぞれに割り当てられた前記検出信号に基づいて中性子スペクトルをアンフォールディングするように構成されている、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
請求項１６〜１８のいずれか１項に従属する場合に、前記制御ユニットは、前記チャネルのそれぞれ及び前記サブチャネルのそれぞれに割り当てられた前記検出信号に基づいて、入射中性子の前記スペクトルをアンフォールディングするように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記制御ユニットは、反復的なプロセスを用いて初期中性子スペクトルに基づいて、前記中性子スペクトルをアンフォールディングするように構成されている、請求項１９又は２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記反復的なプロセスは、以下の式に従って実行され、
【数１】
2014524034.tif 000005
式中、ｊは、第ｊ番目のチャネルのインデックスであり、Ｍは、チャネルの数であり、ｋは、第ｋ番目のエネルギー区間のインデックスであり、Ｒは、応答行列であり、Ｎは、チャネルの読み取り値であり、Φは、中性子フルエンスである、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記検出器は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のものである、請求項１３〜２２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２４】
中性子スペクトルを求める方法であって、
半導体検出器にエネルギーを付与する中性子誘発性の電離粒子に応答した、複数の半導体検出器部からの検出信号を受信するステップであって、該検出器部は、近接して少なくとも２つの非平行軸に配置されている、ステップと、
実質的に同時に生じる前記検出信号の数に基づいて前記検出信号のチャネル割り当てを決定するステップと、
前記チャネル割り当てに基づいて中性子のエネルギースペクトルを求めるステップと
を含む方法。
【請求項２５】
前記検出信号は、前記チャネルに非累積的に割り当てられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記検出信号は、前記チャネルに累積的に割り当てられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記検出信号のそれぞれのエネルギーに基づいて、前記検出信号を複数のサブチャネルのうちの１つ又は複数に割り当てるステップを含む、請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記検出信号は、前記サブチャネルに非累積的に割り当てられる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記検出信号は、前記サブチャネルに累積的に割り当てられる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記チャネルのそれぞれに割り当てられた前記検出信号に基づいて中性子スペクトルをアンフォールディングするステップを含む、請求項２４〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
請求項２７〜２９のいずれか１項に従属する場合に、入射中性子の前記スペクトルをアンフォールディングするステップは、前記チャネルのそれぞれ及び前記サブチャネルのそれぞれに割り当てられた前記検出信号に基づいている、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記中性子スペクトルをアンフォールディングするステップは、反復的なプロセスを用いた初期中性子スペクトルに基づいている、請求項３０又は３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記反復的なプロセスは、以下の式に従って実行され、
【数２】
2014524034.tif 000006
式中、ｊは、第ｊ番目のチャネルのインデックスであり、Ｍは、チャネルの数であり、ｋは、第ｋ番目のエネルギー区間のインデックスであり、Ｒは、応答行列であり、Ｎは、チャネルの読み取り値であり、Φは、中性子フルエンスである、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
中性子は、電子的に直接検出することができない中性粒子である。飛行高度における又は核施設内での中性子放射環境を調査すること等によって、中性子場のスペクトル情報を特徴付けることが、多くの場合に所望される。中性子スペクトルを測定するために、ボナー球スペクトロメータが多くの場合に用いられる。ボナー球スペクトロメータ（ＢＳＳ：Bonner Sphere Spectrometer）は、多くの場合に６個〜１４個の複数の球形検出器を備える。これらの球形検出器のそれぞれは、様々な厚さの減速材によって取り囲まれた熱中性子検出器を備える。減速材の厚さは、各検出器に、中性子エネルギーに対する異なる応答関数を与える。減速材が厚くなるほど、検出器は、高エネルギーの中性子に対する応答が高められるが、低エネルギーの中性子に対する応答が低下する。中性子場に暴露された後、上記球の読み取り値がアンフォールディングプロセスにおいて用いられて、中性子スペクトル情報が取り出される。しかしながら、ＢＳＳは、大きくかつ重く、これによって、多くの用途でのＢＳＳの使用が制限されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の実施の形態の目的は、物理的に小さくかつ中性子スペクトル情報を導出することができる中性子検出器及びスペクトロメトリシステムを提供することである。
【０００３】
本発明の実施の形態の目的は、従来技術の問題のうちの１つ又は複数を少なくとも緩和することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様によれば、添付の特許請求の範囲に記載した方法及び装置が提供される。
【０００５】
本発明の更なる態様によれば、検出器部が、少なくとも２つの非平行軸に配置されている、近接して配置された複数の半導体検出器部を備え、各検出器部は、電離粒子によって前記検出器部に付与されたエネルギーを示す検出信号を出力するように構成される、中性子スペクトロメトリの検出器が提供される。
【０００６】
本発明の更なる態様によれば、複数の半導体デバイスであって、各半導体デバイスは、入射中性子によって該デバイスに誘発された電離粒子によって該デバイスに付与されたエネルギーを示す検出信号を出力するように構成されている、複数の半導体デバイスと、前記複数の検出信号を受信し、実質的に同時に生じる検出信号の数に基づいて検出信号を複数のチャネルのうちの１つ又は複数に割り当てるように構成され、該割り当てから入射中性子のスペクトルを求めることができるようになっている制御ユニットと、を備える中性子スペクトロメトリシステムが提供される。
【０００７】
本発明の更なる態様によれば、前記半導体検出器にエネルギーを付与する中性子誘発性の電離粒子に応答した、複数の半導体検出器部からの検出信号を受信するステップと、実質的に同時に生じる検出信号の数に基づいて前記検出信号のチャネル割り当てを決定するステップと、前記チャネル割り当てに基づいて前記中性子のエネルギースペクトルを求めるステップとを含む、中性子スペクトルを求める方法が提供される。
【０００８】
次に、添付した図を参照して、本発明の実施形態を単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態による中性子検出器を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による半導体中性子検出器の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による半導体中性子検出器の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による中性子スペクトロメトリシステムの概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による中性子検出器の応答曲線を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に従ってアンフォールディングされた中性子スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に従ってアンフォールディングされた中性子スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による半導体中性子検出器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態による中性子検出器１００を示している。この中性子検出器１００は、当該検出器１００が暴露される中性子場のエネルギースペクトルが求められる中性子スペクトロメトリに適している。特に、検出器１００は、中性子場のスペクトルを求めるのに適している。中性子場は、高速中性子成分を含む場合があり、この高速中性子成分は、１ＭｅＶを上回るエネルギーを有する。
【００１１】
図１は、検出器１００の説明図である一方、図２及び図３は、検出器１００の半導体部１２０のみを示している。図３は、図２に示す半導体部のラインＡ−Ａに沿った断面図である。これらの図は一律の縮尺で描かれていないことが認識されよう。図４は、本発明の一実施形態によるシステムの概略説明図である。
【００１２】
中性子検出器１００は、半導体ベースの検出器１２０を入れるように構成された変換器１１０を備える。図１に示す実施形態では、変換器１１０の材料は、直方体に成形されているが、以下で論述するように、他の形状も想定される。特に、この直方体は、図１に示すように立方体に成形することができるが、他の直方体形状も用いることができる。変換器１１０は、その内部に入れられた検出器１２０と同様の対応する形状を有するように成形することができる。
【００１３】
変換器１１０は、中性子を電離粒子に変換するために設けられる。これらの電離粒子は、特に、軽粒子、アルファ粒子等のエネルギーを与えられた陽子、及び破砕相互作用の結果生じる粒子、例えば、三重陽子、重陽子、３Ｈｅ等のより重い他の粒子である。これらの電離粒子は、説明するように、検出器１００の半導体部と相互作用して、当該半導体部内にエネルギーを付与することができる。変換器は、１つ又は複数の変換材料（convertor materials）から形成することができる。以下に与える例示の結果では、変換材料はアルミニウムである。他の適した材料には、金属、遷移金属、非金属、重金属、及び含水素材料が含まれる。特に想定される金属には、銅及びチタンが含まれる。しかしながら、変換器１１０を備えていない本発明の実施形態も想定することができる。これらの実施形態では、入射中性子は、半導体検出器１２０の材料によって、すなわち、この検出器の本体又は基板との相互作用を通じて、電離粒子に変換される。変換は、幾つかの実施形態では、中性子と、検出器のエンクロージャ容積１３０に含まれる材料との相互作用から行うこともできる。
【００１４】
半導体検出器１２０は、当該検出器１２０の１つ又は複数の感知領域内におけるエネルギー付与に応答して電子信号を出力することができる複数の半導体デバイスによって形成される。半導体検出器１２０は、複数の検出器部を備える。各検出器部は、感知領域、すなわち、電離粒子の通過によって電離が引き起こされ、その結果、対応する電気信号がそれぞれの感知領域から出力される検出器部内の領域を含む。図１〜図４に示す検出器１２０は、６つの検出器部１２１〜１２６を備えるが、説明するように、他の数の検出器部１２１〜１２６を想定することもできる。
【００１５】
検出器１２０は、複数のタイプの半導体デバイスのうちの１つに基づくことができる。本発明の実施形態は、ダイオードベースの検出器１２０に関して説明することにする。ピクセル検出器又はストリップ検出器等の他のタイプの検出器を想定することもできる。検出器１２０は複数のダイオードを備える。各ダイオードは感知領域を有する。少なくとも１つのダイオードが、検出器１２０のそれぞれの面に配置されている。図１〜図３に示すように、第１のダイオード１２１が、検出器１２０の第１の面に配置され、第２のダイオード１２１が、検出器の第２の面に配置され、第３のダイオード１２３が、検出器の第３の面に配置され、他のダイオードも以下同様に配置されている。なお、全てのダイオードが図に示されているとは限らない。各検出器部１２１〜１２６の感知領域は、好ましくは、検出器１２０の内側面上に、すなわち、エンクロージャ容積１３０に面して配置される。利点として、これによって、検出器の能力を高める検出器１２０の感知領域の最も接近した配置が、中性子と特に検出器１２０の材料との相互作用の結果生じる全ての粒子を検出することが可能になる。説明するように、これによって、検出器１２０が暴露されている中性子場のより良い特徴付けが可能になる。
【００１６】
各検出器部１２１〜１２６の詳細な構造は図に示されていないことが認識されよう。例えば、各検出器部の感知領域は、検出器１２０の表面から或る距離に位置すると予想される。幾つかの実施形態では、検出器の感知領域は、電気接点間に配置され、検出器１２０の表面の約５０μｍ下方に位置する。各ダイオード１２１．．．１２６は、約０．２５ｃｍ２の面積を有することができるが、これは単なる例示にすぎないことが理解されよう。各感知領域の上部には、上側接触層が位置する場合があり、この上側接触層は、金等の金属で形成することができる。厚い感知領域を有するダイオードを用いると、応答性が高くなり、ダイオードが薄いほど、エネルギー分解能が改善される。適した感知領域の深さは、１０μｍ〜５００μｍの範囲にあると考えられる。以下に提示する例示の結果では、感知領域の深さは５０μｍであった。
【００１７】
本発明の実施形態では、検出器１２０は、少なくとも２つの軸又は向きに配置された感知容積を有する検出器部１２１〜１２６から形成される。例えば、検出器部１２１、１２２は、実質的に９０度の角度で交差する軸に配置される。同様に、本発明の第２の実施形態は、説明するように、四面体として成形され、検出器部は、約７０度で交差する軸に配置される。他の成形された実施形態も想定される。各検出器部１２１〜１２６の向きは、検出器部１２１〜１２６の基板又は感知領域の表面の法線ベクトルによって規定することができる。本発明の実施形態は、検出器の非平行な配置を含む。換言すれば、各検出器部１２１〜１２６の法線ベクトルは交差する。少なくとも２つの向きに検出器を配置することによって、検出器１２０が、中性子の相互作用の結果生じる、可能な限り多くの電離粒子を区別する可能性が改善される。例えば、破砕反応等の幾つかの相互作用は、複数の２次粒子の生成をもたらす。
【００１８】
半導体検出器１２０は、幾つかの実施形態では、エンクロージャ容積１３０を備える。このエンクロージャ容積１３０は、検出器部１２１〜１２６によって少なくとも部分的に取り囲まれている。エンクロージャ容積１３０は、空隙、すなわち真空とすることもできるし、空気、ヘリウム３、又はシンチレーション材料等の気体材料又は固体材料で満たすこともできる。幾つかの実施形態では、エンクロージャ容積の材料は、中性子を捕捉して、ｎ＋３Ｈｅ→３Ｈ＋１Ｈ＋０．７６４ＭｅＶ反応の結果としてヘリウム３によって生成されるような荷電粒子等の電離した２次粒子を生成できるものとすることができる。したがって、熱中性子等のより低いエネルギーの中性子に対する感度が高められた本発明の実施形態を想定することもできる。
【００１９】
様々なタイプの半導体材料を半導体検出器１２０に用いることができる。半導体材料は、シリコン、ダイヤモンド、又はシリコンカーバイドから選ぶことができるが、本発明の実施形態は、これらの材料に限定されるものでないことが理解されよう。半導体検出器１２０に特に好ましい材料はダイヤモンドである。なぜならば、ダイヤモンドダイオードは、弾性散乱による１０ＭｅＶ未満のエネルギーを有する中性子に対してより高い感度を有することができるからである。炭素は、シリコンよりも軽く、それゆえに、ｎ（１２Ｃ，ｅｌ）は、ｎ（２８Ｓｉ，ｅｌ）反応よりも多くのエネルギーを解放すると予想される。ダイヤモンドダイオードを用いると、そのような中性子エネルギーにおけるスペクトル情報が測定可能である。
【００２０】
図４は、本発明の一実施形態によるシステム４００を示している。このシステムは、例として、図１〜図３を参照して上述した検出器１００を備えるが、このシステムは、本発明の他の実施形態による検出器を備えることもできることが理解されよう。システム４００は、制御ユニット１５０を更に備える。制御ユニット１５０は、様々な異なるタイプのハードウェアとして実施することができる。幾つかの実施形態では、制御ユニット１５０は、検出器１００からの入力１４１〜１４６を受信する適切なデータ取り込み機能を有するＰＣ等の汎用コンピュータである。他の実施形態では、制御ユニット１５０は、専用の組み込み処理システム等の専用ハードウェアである。しかしながら、本発明の実施形態は、この点に限定されるものでないことが理解されよう。
【００２１】
半導体検出器部１２１〜１２６のそれぞれは、当該検出器部１２１〜１２６の感知領域におけるエネルギーの付与に応答して、対応する電気検出信号１４１〜１４６を出力するように構成されている。検出信号１４１〜１４６は、制御ユニット１５０によって受信される。制御ユニット１５０は、受信した検出信号に対応する複数のチャネルのうちの１つ又は複数を確定して、これらの検出信号を選択されたチャネル（複数の場合もある）に割り当てるように構成されている。検出信号は、説明するように、当該検出信号のエネルギーに従って複数のサブチャネルのうちの１つにも割り当てられる。
【００２２】
本発明の実施形態は、検出信号１４１〜１４６を実質的に同時に出力する検出器部１２１〜１２６の数に部分的に基づいて、すなわち、中性子と検出器１００との相互作用の結果生じる中性子検出イベントに対応して、検出器１００が暴露されている中性子場のスペクトル情報を求める。検出イベントは、制御ユニット１５０によって受信される実質的に同時の検出信号１４１〜１４６の数に基づいて、複数の検出チャネルのうちの１つに割り当てられる。
【００２３】
第１の検出チャネルは、検出信号が検出器１２０の複数の半導体検出器部１２１〜１２６のうちの１つによって出力されたことに対応する。第２の検出チャネルは、検出信号が検出器１２０の複数の半導体検出器部１２１〜１２６のうちの２つによって実質的に同時に出力されたことに対応する。第３の検出チャネルは、検出信号が検出器１２０の複数の半導体検出器部１２１〜１２６のうちの３つによって実質的に同時に出力されたことに対応し、以下、他の検出チャネルも同様に対応する。チャネルの数は、半導体検出器部１２１〜１２６の数によって決まる。チャネルへの検出イベントの割り当ては、それぞれの検出信号１４１〜１４６を出力する半導体検出器部１２１〜１２６の選択によって制限されるものではない。すなわち、例えば、第２のチャネルの検出イベントは、検出信号１４１〜１４６を出力する２つの検出器１２１〜１２６のいずれの組み合わせからも生じる場合がある。
【００２４】
制御ユニット１５０は、受信した検出信号１４１〜１４６を累積的な方法又は非累積的な方法でチャネルに割り当てる。例えば、２つの検出信号１４３、１４５が実質的に同時に受信された場合、これらの検出信号は、上記で説明したように、第２のチャネルに割り当てられる。検出信号が累積的に割り当てられる場合に、検出信号は、それよりも小さな番号のあらゆるチャネル、この例では第１の検出チャネルにも割り当てられる。検出信号が非累積的に割り当てられる場合に、検出信号は、それよりも小さな番号のチャネル、この例では第１の検出チャネルには割り当てられない。
【００２５】
制御ユニット１５０は、受信した各検出信号１４１〜１４６の１つ又は複数のサブチャネルを、検出信号１４１〜１４６のエネルギーに基づいて決定するように更に構成されている。制御ユニット１５０は、受信した検出信号１４１〜１４６に１つ又は複数の閾値を適用してサブチャネルを決定する。この１つ又は複数の閾値は、０．１ＭｅＶ、０．２ＭｅＶ、０．３ＭｅＶ、０．５ＭｅＶ、及び０．７ＭｅＶのエネルギーに対応することができるが、これらは単なる例示にすぎないことが理解されよう。説明するように、サブチャネルごとに複数のエネルギー閾値を用いることによって、中性子スペクトルアンフォールディングの精度が改善される。それぞれのサブチャネルへの検出信号１４１〜１４６の割り当ても、チャネル割り当てに関して前に説明したように、累積的又は非累積的のいずれかとすることができ、それによって、累積的な割り当ての場合には、検出信号は、或るサブチャネルと、それよりも低いエネルギー閾値を有するあらゆるサブチャネルとに割り当てられ、非累積的な割り当ての場合には、検出信号は、或るサブチャネルに割り当てられるが、それによりも低いエネルギー閾値を有するサブチャネルには割り当てられない。
【００２６】
チャネル及びサブチャネルへの検出イベントの割り当てを更に説明するために、以下の表を参照して一例を提供する。０．１４ＭｅＶ、０．３１ＭｅＶ、及び０．５２ＭｅＶのそれぞれのエネルギーを有する検出器部１２３、１２５、及び１２６における実質的に同時の検出イベントに対応する検出信号が受信される。
【００２７】
【表１】
2014524034.tif 000003
【００２８】
上記表は、実質的に同時の検出イベントの数と、各検出イベントのエネルギーとに基づく、チャネル及びサブチャネルへの検出イベントの非累積的な割り当てを示している。
【００２９】
図５は、４つのチャネルの上述した検出器１００の一例示の実施形態の応答関数を示しているが、検出器１００は、６つのチャネルを有することが認識されよう。各チャネル内には、５つのエネルギー閾値の応答関数が示されている。図５（ａ）は、０．１ＭｅＶ、０．２ＭｅＶ、０．３ＭｅＶ、０．５ＭｅＶ、及び０．７ＭｅＶの閾値において検出器１２１〜１２６のうちの１つによって出力された検出信号に対応する、チャネル１の応答関数を示している。図５（ｂ）は、検出器１２１〜１２６のうちの２つから実質的に同時に受信された検出信号に対応する、チャネル２の応答関数を示している。図５（ｃ）は、チャネル３の応答関数を示し、図５（ｄ）は、チャネル４の応答関数を示している。
【００３０】
図５（ａ）から、チャネル１における検出器１００の応答は、低い側のエネルギーの中性子、特に５０ＭｅＶ未満の中性子によって支配されていることを認識することができる。これとは対照的に、チャネル２における検出器１００の応答（図５（ｂ））は、高い側のエネルギーの中性子、特に５０ＭｅＶよりも高い中性子によって支配されている。チャネル３及び４における検出器１００の応答は、次第に高くなるエネルギーの中性子（図５（ｃ）、図５（ｄ））によって支配されている。チャネル３以上における応答は、特に、半導体検出器１２０等における破砕反応の結果生じる。３つの応答関数曲線５１０、５２０、５３０が、図５（ｂ）に示されている。各応答関数曲線は、異なる閾値エネルギーに対応する。他の応答関数曲線は、明瞭にするために、この図には、参照符号を用いて示されていない。
【００３１】
本発明の幾つかの実施形態では、制御ユニット１５０は、受信した入力１４１〜１４６に対応する検出データを、後に解析するようにメモリ（図示せず）に記憶するように構成することができる。例えば、制御ユニット１５０は、それぞれの検出器１２１〜１２６によって出力された検出信号を示すデータを記憶することができ、これらのデータは、検出システムのそれぞれのチャネルに関連付けられて記憶することができる。一方、本発明の幾つかの実施形態では、制御ユニット１５０は、検出データをアンフォールディングして、検出器１００が暴露されている、入射中性子スペクトルを求めるように構成されている。
【００３２】
中性子スペクトルアンフォールディングは、複数の検出器出力から入射中性子のエネルギースペクトルを求めることに関係している。中性子スペクトルのアンフォールディングは、当業者によって認識されるように、種々のアルゴリズムを用いて実行することができる。本発明の幾つかの実施形態は、ＳＰＵＮＩＴアンフォールディングアルゴリズムを利用する。このアルゴリズムは、ライブラリから取得することができる初期エネルギースペクトルから開始する。平坦なスペクトルを初期スペクトルとして用いることができる。初期スペクトルと実際の入射スペクトルとの間に誤差が存在する。反復的な方法が実行されて、以下の１次方程式に従って、この誤差が最小にされる。
【数１】
2014524034.tif 000004
式中、ｊは、第ｊ番目のチャネルのインデックスであり、Ｍは、チャネルの数であり、ｋは、第ｋ番目のエネルギー区間のインデックスであり、Ｒは、応答行列であり、Ｎは、チャネルの読み取り値であり、Φは、中性子フルエンスである。
【００３３】
次の反復（ｉ＋１）における中性子フルエンスは、現在の反復（ｉ）における中性子フルエンスに係数を乗算することによって取得されることを認識することができる。次の反復が開始する前に、全てのチャネルの計算された読み取り値（Ｎｉｊ）を、最新の反復において更新されたフルエンスを用いて再計算する必要がある。ここで、Ｍは、エネルギー区間の数である。このアルゴリズムは、所要誤差に達したとき、又は指定された反復数が実行されたときに停止する。
【００３４】
アンフォールディングアルゴリズムの入力は、全てのチャネル用の検出データである。このアルゴリズムの出力は、推定された中性子スペクトルである。例示のスペクトルと比較した、レサジー当たりの例示のアンフォールディングされたフラックスが、図６及び図７に示されている。これらの例示のスペクトルは、シングルイベント効果（ＳＥＥ：Single Event Effect）テストに用いられる候補の中性子場におけるシミュレーションから得られる。アンフォールディングされた推定スペクトルは、検出器が暴露されている例示の施設のスペクトル（facility spectra）と密接に一致することを図６及び図７から認識することができる。
【００３５】
図８は、本発明の第２の実施形態による中性子検出器８００を示している。この検出器８００は、第１の実施形態と同様に、変換器層８１０及び半導体検出器８２０を備える。しかしながら、半導体検出器８２０及び変換器８１０は、四面体に成形されている。半導体検出器８２０は、４つの検出器部を備える。各検出器部は、エンクロージャ容積（図示せず）の周囲の検出器８２０の内側面上に位置する。それ以外については、検出器８００は、第１の実施形態に関して説明したように動作する。
【００３６】
本発明の実施形態は、入射中性子を検出し、入射中性子のスペクトルを求めることができる、入射中性子に対応する電気信号を出力する検出器を提供する。本発明の実施形態は、制御ユニットが、複数の半導体検出器から信号を受信して、これらの信号を複数のチャネルのうちの１つ又は複数に割り当てるように構成されている中性子検出システムも含む。幾つかの実施形態は、検出信号を複数のサブチャネルのうちの１つ又は複数にも割り当てる。チャネル割り当てと、場合によってはサブチャネル割り当てとに基づいて、入射中性子のスペクトルを求めることができる。この中性子検出システムは、本明細書で説明したような検出器を利用することができる。
【００３７】
本発明の実施形態はハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにおいて実現できることは認識されよう。任意のそのようなソフトウェアは、例えば、消去可能であるか否か、又は書き換え可能であるか否かは別として、ＲＯＭのような記憶デバイス等の揮発性記憶装置若しくは不揮発性記憶装置の形で、又は例えばＲＡＭ、メモリチップ、デバイス若しくは集積回路等のメモリの形で、又は例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスク若しくは磁気テープ等の光学的及び磁気的に読取り可能な媒体上に記憶することができる。それらの記憶デバイス及び記憶媒体は、実行されるときに本発明の実施形態を実施する１つ又は複数のプログラムを記憶するのに適している機械可読記憶装置の実施形態であることは認識されよう。したがって、複数の実施形態が、任意の先行する請求項において請求されるようなシステム及び方法を実施するコードを含むプログラムと、そのようなプログラムを記憶する機械可読記憶装置とを提供する。またさらに、本発明の実施形態は、有線接続又は無線接続を介して搬送される通信信号等の任意の媒体を介して電子的に伝達することができ、複数の実施形態がそれを適切に含む。
【００３８】
本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）において開示される全ての特徴、及び／又はそのように開示される任意の方法及びプロセスの全てのステップは、そのような特徴及び／又はステップのうちの少なくとも幾つかが互いに排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせにおいて組み合わせることができる。
【００３９】
本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）において開示される各特徴は、別に明示される場合を除いて、同じ目的、同等の目的及び類似の目的を果たす代替の特徴によって置き換えることができる。したがって、別に明示される場合を除いて、開示される各特徴は、包括的な一連の同等又は類似の特徴のうちの一例にすぎない。
【００４０】
本発明は任意の上記の実施形態の細部には限定されない。本発明は本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）において開示される特徴のうちの任意の新規の特徴、若しくはそれらの任意の新規の組み合わせに、又はそのように開示される任意の方法若しくはプロセスのステップのうちの任意の新規のステップ、若しくはそれらの任意の新規の組み合わせに及ぶ。請求項は、上記の実施形態だけを含むように解釈されるべきではなく、特許請求の範囲内に入るあらゆる実施形態も含むように解釈されるべきである。
【図１】
2014524034.tif 000007
【図２】
2014524034.tif 000008
【図３】
2014524034.tif 000009
【図４】
2014524034.tif 000010
【図５】
2014524034.tif 000011
【図６】
2014524034.tif 000012
【図７】
2014524034.tif 000013
【図８】
2014524034.tif 000014
【国際調査報告】
2014524034.tif 000015
2014524034.tif 000016
2014524034.tif 000017