(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って延伸した複数の穴と前記複数の穴の間に設けられた絶縁壁を含み、前記第１の方向に沿って１０ｃｍ〜１５ｃｍの範囲内の高さを有する基体と、
少なくとも前記複数の穴の露出面を覆うホウ素層と、を含む低速中性子コンバータと、
前記低速中性子コンバータの一端に設置された陰極板と、
前記低速中性子コンバータの他端に設置された電子増倍器と、
前記電子増倍器と対向して設置された陽極板と、を含み、
前記陰極板と前記陽極板とは、両者の間に電界を形成するために使用され、
前記複数の穴は貫通穴であり、前記複数の穴に電離動作ガスが充填され、
前記各穴は、０．１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内の内接円の直径を有し、
前記ホウ素層は、０．２３２〜０．６９４ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する、
ことを特徴とする、低速中性子検出器。
【請求項２】
前記各穴は、円形または多角形の断面を有する、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項３】
前記各穴は、正多角形の断面を有する、
請求項２に記載の低速中性子検出器。
【請求項４】
前記各穴は、正六角形の断面を有し、且つ前記複数の穴が均一に配置され、
前記低速中性子コンバータは、ハニカム状構造を有する、
請求項３に記載の低速中性子検出器。
【請求項５】
前記各穴は、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の内接円の直径を有する、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項６】
前記ホウ素層は、ｎａｔＢを含む、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項７】
前記ホウ素層は、０．３〜０．４ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する、
請求項６に記載の低速中性子検出器。
【請求項８】
前記ホウ素層は、０．３７ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する、
請求項６に記載の低速中性子検出器。
【請求項９】
前記基体は、立方体又は直方体の形状を有する、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項１０】
前記絶縁壁は、１μｍ〜５０μｍの範囲内の厚さを有する、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項１１】
前記絶縁壁は、５μｍ〜２０μｍの範囲内の厚さを有する、
請求項１に記載の低速中性子検出器タ。
【請求項１２】
前記絶縁壁は、アラミド紙を含む、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項１３】
前記電子増倍器は、気体電子増倍器、及びマイクロメガス検出器を含む、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項１４】
前記低速中性子コンバータを囲む円筒状構造のかご体を更に含む、
請求項１に記載の低速中性子検出器。
【請求項１５】
前記かご体は、それぞれ勾配電圧を加えるための複数の同軸銅コイルを含む、
請求項１４に記載の低速中性子検出器。
【請求項１６】
前記かご体の両側に設置された保護リングを更に含む、
請求項１４に記載の低速中性子検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低速中性子の検出に関し、具体的には、低速中性子コンバータ及び当該低速中性子コンバータを有する低速中性子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
低速中性子の検出及びイメージング技術が国土安全、材料の監視、及び低速中性子散乱源の計測などの多くの分野において応用がますます増えていくにつれて、低速中性子検出器に対するニーズもだんだん増えている。しかし、広く使用されている３Ｈｅガスは、増え続ける使用需要を満たすことができなくなり、気体低速中性子検出器、シンチレータ低速中性子検出器、半導体低速中性子検出器などの異なるタイプの新型低速中性子検出器が開発され、３Ｈｅの代わりに使用されている。
【０００３】
低速中性子検出器において、低速中性子コンバータはその中の一つ重要な構造である。低速中性子自体は電荷を持たない。また、６Ｌｉ、１０Ｂ、Ｇｄなどのいくつか少数の低速中性子に敏感な核種以外に、低速中性子と他の物質との反応断面積は全て比較的に小さく、直観的な効果として、低速中性子は直接に検出されにくい。低速中性子コンバータの内部は低速中性子に敏感な核種に富み、核反応を通じて低速中性子を荷電粒子に転換させることができる。検出器は、より簡単にこれらの荷電粒子のエネルギー、位置情報を測定することができ、更に入射低速中性子に関する物理情報を得ることができる。
【０００４】
気体低速中性子検出器の設計において、用いた基礎検出器によって、複数の種類の低速中性子コンバータと低速中性子検出器とが利用可能である。例えば、円柱形のプロポーショナル検出器アレイに基づく気体低速中性子検出器、平板形電離箱の積み重ねに基づく気体低速中性子検出器がある。
【０００５】
円柱形のプロポーショナル検出器アレイに基づく気体低速中性子検出器の中で、最も基本的な検出ユニットは一つの円柱形プロポーショナル検出器であり、各ユニットは独立したアノードワイヤーと信号収集処理システムとを備え、典型的な代表として、「ストローチューブ（Ｓｔｒａｗ  ｔｕｂｅ）」低速中性子検出器アレイがある。しかし、検出器の低速中性子敏感面積と低速中性子検出効率とは、円柱形プロポーショナル検出器の数の二乗に概ね正比例し、システム全体における大量のアノードワイヤーを取り付け、又はメンテナンスするために大量の作業量が発生し、また、各低速中性子検出ユニットの検出効率の不均一によりシステム全体の性能に影響を及ぼすこともある。
【０００６】
平板形電離箱の積み重ねに基づく気体低速中性子検出器の中で、最も基本的な検出ユニットは一つの平板形電離箱であり、各電離箱は独立した二次元信号の読み出しシステムを備え、典型的な代表としてＧｄ−ＧＥＭ低速中性子検出器がある。しかし、単一層の平板形電離箱は低速中性子検出効率が比較的低いので、複数の平板形電離箱の積み重ね、及びすれすれ入射（ｇｒａｚｉｎｇ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）などの方法を採用して、全体の低速中性子検出効率を高める必要があるが、これは全体の信号読み出し処理に大きな負担となり、大面積の低速中性子の検出を実現するのに不便である。
【０００７】
従って、新しい低速中性子コンバータ及び低速中性子検出器が必要になっている。
【０００８】
前記背景技術に開示された上記の情報は、本発明の背景に対する理解を深めるためのものに過ぎず、従って、当業者に知られた既存技術を構成しない内容を含むこともあり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、より高い低速中性子の検出効率を保持することができる低速中性子コンバータ及び低速中性子検出器を開示する。
【００１０】
本発明の他の特徴と利点は、以下の詳細な説明によって明らかになり、或いは部分的に本発明の実践を通じて習得できる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、第１の方向に沿って延伸した複数の穴と前記複数の穴の間に設けられた絶縁壁とを含む基体、及び少なくとも前記複数の穴の露出面を覆うホウ素層を含み、前記複数の穴は貫通穴である低速中性子コンバータを提供する。
【００１２】
いくつかの実施例によれば、各穴は円形または多角形の断面を有する。
【００１３】
いくつかの実施例によれば、各穴は正多角形の断面を有する。
【００１４】
いくつかの実施例によれば、各穴は正六角形の断面を有し、且つ前記複数の穴は均一に配置され、従って、前記低速中性子コンバータはハニカム状構造を有する。
【００１５】
いくつかの実施例によれば、各穴は、０．１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内の内接円の直径を有する。
【００１６】
いくつかの実施例によれば、各穴は、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の内接円の直径を有する。
【００１７】
いくつかの実施例によれば、前記基体は、前記第１の方向に沿って１ｃｍ〜３０ｃｍの範囲内の高さを有する。
【００１８】
いくつかの実施例によれば、前記基体は、前記第１の方向に沿って１０ｃｍ〜１５ｃｍの範囲内の高さを有する。
【００１９】
いくつかの実施例によれば、前記ホウ素層はｎａｔＢを含む。
【００２０】
いくつかの実施例によれば、前記ホウ素層は、０．２３２〜０．６９４ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する。
【００２１】
いくつかの実施例によれば、前記ホウ素層は、０．３〜０．４ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する。
【００２２】
いくつかの実施例によれば、前記ホウ素層は、０．３７ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する。
【００２３】
いくつかの実施例によれば、前記基体は、立方体又は直方体の形状を有する。
【００２４】
いくつかの実施例によれば、前記絶縁壁は、１μｍ〜５０μｍの範囲内の厚さを有する。
【００２５】
いくつかの実施例によれば、前記絶縁壁は、５μｍ〜２０μｍの範囲内の厚さを有する。
【００２６】
いくつかの実施例によれば、前記絶縁壁は、アラミド紙を含む。
【００２７】
本発明のもう一つの態様によれば、前記複数の穴に電離動作ガスが充填された上記の何れか一つに記載の低速中性子コンバータと、前記低速中性子コンバータの一端に設置された陰極板と、前記低速中性子コンバータの他端に設置された電子増倍器と、前記電子増倍器と対向して設置された陽極板と、を含み、前記陰極板と前記陽極板とは、両者の間に電界を形成するために使用される低速中性子検出器を提供する。
【００２８】
いくつかの実施例によれば、前記電子増倍器は、気体電子増倍器と、マイクロメガス検出器とを含む。
【００２９】
いくつかの実施例によれば、前記低速中性子検出器は、前記低速中性子コンバータを囲む円筒状構造のかご体を更に含む。
【００３０】
いくつかの実施例によれば、前記かご体は、それぞれ勾配電圧を加えるための複数の同軸銅コイルを含む。
【００３１】
いくつかの実施例によれば、前記低速中性子検出器は、前記かご体の両側に設置された保護リングを更に含む。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に記載の低速中性子コンバータ及び低速中性子検出器によれば、高い低速中性子検出効率を保持することができる。また、本発明に提供された技術案によれば、検出器を作製する複雑さとコストを低減することができるため、効果的且つ便利で、低コストの低速中性子検出の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
図面を参照して、例示的な実施形態を詳細に説明することにより、本発明の上記に記載の特徴と利点、及びその他の特徴と利点が更に明らかになる。
【００３４】
【図１】本発明の一例示的な実施形態に係る低速中性子コンバータの斜視図である。
【図２】図１に示す低速中性子コンバータの断面図である。
【図３】本発明に係る低速中性子コンバータの低速中性子検出効率と、ホウ素層の質量厚さとの関係を示す関係図である。
【図４】本発明の一例示的な実施形態に係る低速中性子検出器の構造を示す構成図である。
【図５】本発明に係る低速中性子検出器の動作原理を示す動作原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、例示的な実施例について詳細に説明する。なお、例示的な実施例は様々な形態で実施されることができ、本発明は、ここで説明される実施例に限定されるものではないことを理解すべきである。逆に、これらの実施例を提供することによって、本開示はより具体的な統合性を有するとともに例示的な実施例の構想を全面的に当業者に伝えることができる。図面において、同じ符号は、同一又は類似の部分を示しているため、重複する説明を省略する。
【００３６】
また、説明する特徴、構造また特性は、任意の適切な方法で、一つ又は複数の実施形態に組み合わせることができる。以下、多くの具体的な詳細を提供して、本発明の実施例を十分に理解させる。なお、本発明の技術案における特定な詳細の中の一つ又は複数を省略しても、或いは、他の方法、構成、材料、装置、ステップなどを採用しても、本発明の技術案が実践できることは、当業者であれば理解し得ることである。また、本発明が不明瞭となることを避けるために、周知の構造、方法、装置、実現、材料、又は操作については、詳細に図示又は説明しない。
【００３７】
本発明は、ホウ素層構造を利用した低速中性子コンバータを作製し、当該低速中性子コンバータにより低速中性子の吸収、荷電粒子の電離、及び電子のドリフトなどの機能を果たし、更に、電子増倍器を利用して、信号の増幅を実現する新型検出器を提供する。
【００３８】
図１は、本発明の一例示的な実施形態に係る低速中性子コンバータの斜視図であり、図２は、図１に示す低速中性子コンバータの断面図である。ここで、図１−２に例示的に示された構造は、本発明に係る低速中性子コンバータの一例に過ぎず、本発明は、これに限定されるものではないことが理解されるべきである。
【００３９】
図１−２に示すように、本発明に係る低速中性子コンバータ１００は、基体１２０を含んでもよい。
【００４０】
基体１２０は、第１の方向に沿って前記基体を貫通した複数の穴１２４、及び前記複数の穴の間に設けられた絶縁壁１２２を含んでもよい。
【００４１】
各穴１２４は、円形又は多角形の断面を有してもよい。いくつかの実施例によれば、各穴は正多角形の断面を有する。他のいくつかの実施例によれば、各穴は正六角形の断面を有し、且つ前記複数の穴は均一に配置され、従って、図１−２に示されるように、前記低速中性子コンバータはハニカム状構造を有するが、本発明はこれに限定されない。後述のように、穴１２４は電離動作ガスを充填するために用いられることができる。
【００４２】
図２に示すように、低速中性子コンバータ１００は、少なくとも前記複数の穴１２４の露出面を覆うホウ素層１２６を更に含む。いくつかの実施例によれば、浸漬塗布、又は他の適切な方法により、ホウ素層１２６を形成することができる。
【００４３】
基体１２２を覆うホウ素層が、良好な均一性及び表面粗さ（例えば、０．１μｍ未満の平坦度）を有するように、穴１２４は、滑らかな露出面を有してもよい。
【００４４】
本発明によれば、低速中性子転換材料として、ｎａｔＢ（天然ホウ素）又は１０Ｂ（精製されたホウ素）を使ってもよい。
【００４５】
いくつかの実施例によれば、基体１２０は立方体又は直方体の形状を有し、本発明はこれらの形状に限定されない。
【００４６】
いくつかの実施例によれば、絶縁壁１２２は、１μｍ〜５０μｍの範囲内の厚さを有してもよい。例えば、絶縁壁は、５μｍ〜２０μｍの範囲内の厚さを有してもよい。
【００４７】
いくつかの実施例によれば、絶縁壁１２２はアラミド紙を含む。
【００４８】
図３は、本発明に提供された低速中性子コンバータの低速中性子検出効率と、ホウ素層の質量厚さとの関係を示すグラフである。
【００４９】
図３に示すように、低速中性子転換材料としてｎａｔＢを使用し、ホウ素層の質量厚さを０．２３２〜０．６９４ｍｇ／ｃｍ２の範囲内に保持する場合（密度が２．３５ｇ／ｃｍ３の場合、対応する厚さは１〜３μｍである）、比較的高い低速中性子検出効率を実現することができる。
【００５０】
いくつかの実施例によれば、ホウ素層は０．２３２〜０．６９４ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する。またいくつかの実施例によれば、前記ホウ素層は０．３〜０．４ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する。またいくつかの実施例によれば、ホウ素層は０．３７ｍｇ／ｃｍ２の質量厚さを有する。
【００５１】
発明者は、ホウ素層が薄すぎると、低速中性子と反応を起こす確率が低下され、厚すぎると、反応により生成された重荷電粒子が、コンバータのコーティング層からハニカム状の穴に入りにくくなり、これらはいずれも全体的低速中性子検出効果を大幅に低下させることを、見出した。
【００５２】
また、低速中性子コンバータの孔径は適切でなければならない。いくつかの実施例によれば、穴１２４は、０．１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内の内接円の直径を有する。他のいくつかの実施例によれば、穴は、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の内接円の直径を有する。本出願に使用される場合、ここで内接円とは、穴の最も多くの辺に接する円を指す。
【００５３】
また、より高い低速中性子検出効率と、より良い電子エクスポート効果とを同時に実現するために、低速中性子コンバータの高さも適切でなければならない。いくつかの実施例によれば、基体１２０は、１ｃｍ〜３０ｃｍの範囲内の高さを有する。例えば、基体１２０は、１０ｃｍ〜１５ｃｍの範囲内の高さを有してもよい。
【００５４】
いくつかの実施例によれば、ナノスケールのホウ素粉をアラミド紙の基材の上に均一に堆積することで、ハニカム状構造を作ることができ、更に、切断と裁断を通じて、孔径、長さ、及びホウ素層の厚さのいずれも要求を満たす低速中性子コンバータを作製することができる。
【００５５】
図４は、本発明の一例示的な実施形態に係る低速中性子検出器の構成図である。
【００５６】
図４に示すように、低速中性子検出器５００は、低速中性子コンバータ５２０を含んでもよい。低速中性子コンバータ５２０は、上記の低速中性子コンバータであってもよい。低速中性子検出器５００は、前記低速中性子コンバータの一端に設置された陰極板５１０、前記低速中性子コンバータ５２０の他端に設置された電子増倍器５３０、及び前記電子増倍器５３０と対向して設置された陽極板５４０を更に含む。また、後述のように、前記陰極板５１０と前記陽極板５２０との間には、電子を駆動し、電子増倍器の一端にドリフトさせる電界が形成される。
【００５７】
上記のように、低速中性子コンバータ５２０は、基体１２０とホウ素層１２６を含んでもよい。後述のように、基体１２０の複数の穴１２４には、電子を発生させるための電離動作ガスを充填する。ドリフトしてエクスポートする過程において、電子の横方向への拡散をできる限り抑制するために、電子の横方向への拡散係数が小さい動作ガスを使用してよい。いくつかの実施例によれば、電離動作ガスは、９５％のアルゴンガスと、５％の二酸化炭素との混合ガスであってもよいが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の適切な動作ガスを使用してもよい。
【００５８】
いくつかの実施例によれば、電子増倍器５３０は、気体電子増倍器と、マイクロメガス検出器などとを含んでもよい。電子増倍器は、通過する電子の数を倍増させて、効果的な電気信号の形成を保証することができる。
【００５９】
いくつかの実施例によれば、図５に示すように、低速中性子検出器５００は、前記低速中性子コンバータを囲む円筒状構造のかご体５５０を更に含んでもよい。かご体５５０は、それぞれ勾配電圧を加えるための複数の同軸銅コイルを含んでもよい。かご体５５０は、隔離及びシールドの役割を果たし、且つ内部の気体環境の等電位面がほとんどの区域において平行であるように制御し、即ち、近似の均一な電界を形成させることができる。
【００６０】
また、いくつかの実施例によれば、低速中性子検出器５００は、保護リング（図示せず）を更に含んでもよい。保護リングは、かご体の両側に設置されてもよく、両端の平面に電位を提供するために使用され、均一な電界を実現するために補助的な役割を果たす。
【００６１】
図５は、本発明に係る低速中性子検出器の動作原理を示す動作原理図である。以下、図４と図５を参照して、本発明に係る低速中性子検出器５００の動作原理を説明する。
【００６２】
図４−５に示すように、本発明に係る低速中性子検出過程は、低速中性子の吸収から電子の形成までと、電子ドリフトと、電子増倍及び信号収集とを含む三つの段階に分けることができる。
【００６３】
低速中性子の吸収から電子の形成までの段階における物理的な過程は、低速中性子コンバータの内部で行われる。入射した低速中性子５０１は、ホウ素層１２６で１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ反応を起こし、運動方向が反対であり、且つ４π立体角内に均一分布の重荷電粒子α粒子と７Ｌｉが生成される。従って、毎回の反応において、多くとも一つの粒子のみがハニカム状の穴１２４の気体環境に入る。α粒子又は７Ｌｉが穴の気体環境で運動するとき、電離作用によりエネルギーが蓄積され、電子が生成される。これらの電子が検出器により検出された場合、対応する電気信号を形成することができる。
【００６４】
この段階において、低速中性子がホウ素層１２６を通過する時に１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ反応が発生する確率と、α粒子及び７Ｌｉが穴１２４に入る平均確率により、検出器全体の可能な低速中性子検出効率が決められる。上記で図３を参照して述べたように、ホウ素層の質量厚さが０．２３２〜０．６９４ｍｇ／ｃｍ２の範囲内に保持される場合（密度が２．３５ｇ／ｃｍ３の場合、対応する厚さは１〜３／μｍである）、比較的高い低速中性子検出効率を実現することができる。
【００６５】
重荷電粒子の電離作用により、電子が生成される初期位置は、低速中性子コンバータ全体の各ハニカム状穴の内部に分布される。これらの電子が出力電気信号を形成させるために、本発明の技術案では、電子を穴からドリフトさせる。上記のように、電子は電界に駆動され、低速中性子コンバータの一端へドリフトする、即ち、電子増倍器５３０へドリフトする。
【００６６】
電子増倍器５３０は、通過する電子の数を倍増させて、効果的な電気信号の形成を保証することができる。気体電子増倍器（ＧＥＭ）、又はマイクロメガス検出器（ｍｉｃｒｏｍｅｇａｓ）などの電子増倍装置は、いずれもホウ素層低速中性子コンバータと組み合わせて、正常に動作することができる。
【００６７】
電子は、陽極板５４０により収集され、更に電気信号を形成する。ここでは説明を省略する。
【００６８】
以上の詳細な説明により、当業者は、本発明の実施形態に係るシステム及び方法が、以下の一つ又は複数の利点を有することを容易に理解することができる。
【００６９】
本発明の新型ホウ素層低速中性子コンバータを利用して、性能の良い気体低速中性子検出器を作製することができる。
【００７０】
比較的高い低速中性子検出効率を保持したうえ、検出器を作製する複雑さとコストを低減することができる。
【００７１】
以上、本発明の例示的な実施例を示し、具体的に説明した。なお、本発明は、前記に開示された実施形態に限定されず、添付された特許請求の範囲の精神及び範囲内で行われた様々な修正や等価的な配置も、本発明に含まれる。
【図１】
0006571620.tif 000002
【図２】
0006571620.tif 000003
【図３】
0006571620.tif 000004
【図４】
0006571620.tif 000005
【図５】
0006571620.tif 000006