(57)【要約】【課題】小型化に対応できる中性子検出器の製造方法を提供する。【解決手段】中性子有感物質膜24を筒状の金属板23の内周面に成膜する。金属板23を軸方向の両端部間に連続する切断線により切り開いて縮径した筒状に加工する。金属板23を筒状の陰極22内に挿入して電気的に接続することで陰極とする。検出器本体13に用いるために陰極とした状態の金属板23の径寸法に拘らず中性子有感物質膜24を金属板23に容易に成膜できるので、小型化に対応できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の一主面に中性子有感物質膜を成膜する成膜工程と、
この中性子有感物質膜を成膜した金属板を、前記中性子有感物質膜側を内周側とする筒状に加工して陰極とする筒状加工工程と
を具備したことを特徴とした中性子検出器の製造方法。
【請求項２】
成膜工程の中性子有感物質膜を、筒状の金属板の内周面に成膜し、
筒状加工工程にて、筒状の前記金属板を、軸方向の両端部間に連続する切断線により切り開き、前記成膜工程時よりも縮径した筒状に加工して陰極とする
ことを特徴とした請求項１記載の中性子検出器の製造方法。
【請求項３】
成膜工程にて、中性子有感物質膜をスパッタリングにより金属板に成膜する
ことを特徴とした請求項１または２記載の中性子検出器の製造方法。
【請求項４】
中性子有感物質膜をホウ素により形成した
ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか記載の中性子検出器の製造方法。
【請求項５】
中性子有感物質膜を内周面に備えるとともに、軸方向の両端部間に連続する連続線を備えた筒状の金属板と、
前記金属板の両端部にそれぞれ位置する端板と、
これら金属板と端板により区画された空間に充填された充填ガスと、
前記端板間に設けられ、前記金属板内に挿通された陽極と
を具備したことを特徴とした中性子検出器。
【請求項６】
中性子有感物質膜は、ホウ素により形成されている
ことを特徴とした請求項５記載の中性子検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発電用原子炉などにて中性子を検出する中性子検出器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば原子力発電所の発電用原子炉などからの中性子を検出するときに、中性子検出器が用いられる。
【０００３】
ここで、一般に、放射線がガス中を通過するとき、放射線とガスとの相互作用によりガスを構成する原子あるいは分子を電離しイオン対を生成する。このため、ガス中に電圧を印加することにより、イオン対の＋イオンは陰極に、電子は陽極に誘導され、電極に到達したときに回路に電流が流れるので、この出力信号を測定することにより放射線を検出可能である。
【０００４】
しかしながら、中性子は電荷を有さないため、直接物質と相互作用をして電離作用をすることができない。そこで、上記中性子検出器は、中性子と中性子有感物質との反応により生成される荷電粒子を利用して中性子を検出する。
【０００５】
このような中性子検出器としては、例えば円筒状の筒状体である外筒の内周面に、メタライズ層などの陰極を設け、外筒の両端部に端板をそれぞれ設け、これら外筒と端板との間の空間に所定の充填ガスを充填するとともに、端板間にて外筒の中心軸に沿って陽極を挿通した比例計数管がある。
【０００６】
この比例計数管は、放射線により生成されたイオン対が電極に移動する間に中性ガス分子と相互作用を起こし、さらにイオン対を生成することができるため、大きな出力電流を得ることができる。
【０００７】
代表的な比例計数管としては、ヘリウム(3Ｈｅ)比例計数管、あるいは、ホウ素(10Ｂ)塗布型比例計数管があり、それぞれの比例計数管においてヘリウムおよびホウ素の次の中性子反応を用いて中性子を検出している。
【０００８】
3Ｈｅ＋ｎ→3Ｈ＋ｐ＋０．７６５ＭｅＶ(反応断面積：５４４０Ｂａｒｎ)
10Ｂ＋ｎ→Ｌｉ＋α＋２．３１０ＭｅＶ(９４％)，２．７９２ＭｅＶ(６％)(反応断面積：３８３７Ｂａｒｎ)
【０００９】
ヘリウム比例計数管は、比例計数管内部に充填ガスとしてヘリウムガスを封入したもので、このヘリウムガス中でのトリチウム(3Ｈ)およびプロトン(ｐ)の飛程が長いため、高い圧力のガスを封入している。このため、ヘリウム比例計数管は、ホウ素比例計数管と比較して、反応断面積が大きく、かつ、充填ガスの圧力が高いことにより、高感度となるものの、核反応により発生するエネルギが小さく、また、充填ガス圧が高いなどの理由により印荷電圧を高くする必要があることから、γ線の影響が大きいため、γ線が比較的低い場所での使用に適し、γ線が比較的高い場所での使用に適さない。
【００１０】
一方、ホウ素比例計数管(ホウ素塗布型比例計数管)では、中性子有感物質膜として検出器の外容器内面にホウ素(10Ｂ)をコーティングしている。このホウ素比例計数管は、充填ガスを比較的自由に選ぶことができるため、最適な充填ガスを選択することにより、比較的低い印荷電圧で作動可能となる。また、充填ガスとして劣化しにくいものを選定できるため、中性子およびγ線照射に対し安定して長期間使用可能で、比較的γ線が高い場所での測定が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１９４６２５号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の中性子検出器の製造の際には、筒状体である外容器の内面に、ホウ素などをスパッタリング、あるいはめっきなどによりコーティングする。
【００１２】
この場合、外容器の内径が大きい場合には、このような膜を均一に形成することに関して問題はないものの、外容器の内径が小さいもの、例えば５ｍｍ以下の内径を有するものなどの場合に、スパッタリングでは、このスパッタリングの際に外容器の内周側に挿入される細長円筒状のターゲットの材料を作成することが容易でなく、めっきでは、電界を一様にすることが容易でないという問題点を有している。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、小型化に対応できる中性子検出器およびその製造方法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】
【００１４】
本発明の中性子検出器の製造方法は、金属板の一主面に中性子有感物質膜を成膜する成膜工程と、この中性子有感物質膜を成膜した金属板を、前記中性子有感物質膜側を内周側とする筒状に加工して陰極とする筒状加工工程とを具備したものである。
【００１５】
また、本発明の中性子検出器は、中性子有感物質膜を内周面に備えるとともに、軸方向の両端部間に連続する連続線を備えた筒状の金属板と、前記金属板の両端部にそれぞれ位置する端板と、これら金属板と端板により区画された空間に充填された充填ガスと、前記端板間に設けられ、前記金属板内に挿通された陽極とを具備したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、中性子有感物質膜を金属板の一主面に成膜した後、この金属板を筒状に加工して陰極とすることで、陰極とした金属板の径寸法に拘らず中性子有感物質膜を金属板に容易に成膜できるので、小型化に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態の中性子検出器の構成を図１ないし図４を参照して説明する。
【００１８】
図１において、11は中性子検出器を示し、この中性子検出器11は、例えば発電用原子炉などにて中性子を検出するものである。
【００１９】
そして、この中性子検出器11は、円筒状の筒状体である検出器本体13を備え、この検出器本体13の両端部に端板14，14が設けられ、これら端板14のそれぞれの中央部にセラミックなどの絶縁体15が設けられ、これら絶縁体15，15間にて検出器本体13の中心軸に沿って陽極である芯線16が設けられ、検出器本体13と端板14，14とで区画された空間Ｓ内に充填ガス17が封入されている。
【００２０】
検出器本体13は、筒状体としての外筒21と、例えば金属などの導電性材料により筒状に形成されて外筒21内に収容された筒状体としての陰極(カソード)22と、この陰極22内に収容された筒状の金属板23とを有し、この金属板23の内周面に、中性子有感物質膜24が成膜されている。そして、中性子検出器11は、放射線に含まれる中性子の中性子有感物質膜24内部での反応により発生するリチウム(Ｌｉ)イオンとトリチウム(3Ｈ)とが、充填ガス17を電離させてイオン対を生成し、陰極22と芯線16との間の電界により加速され、芯線16近傍の強い電界で電子増倍されて電気信号を発生することで、中性子を検出可能となる。
【００２１】
外筒21は、例えばセラミックスなどにより形成されている。
【００２２】
金属板23は、例えばステンレス、あるいはアルミニウムなどの金属により所定の厚みに形成され、陰極22と電気的に接続されて、陰極として作用するように構成されている。また、この金属板23は、中性子有感物質膜24を形成する際は大径の筒状に形成されており、この中性子有感物質膜24を形成した後に縮径加工されている。したがって、金属板23には、少なくとも軸方向に沿って両端部間に連続した連続線としての切断線L1(図３)が形成されている。なお、この金属板23は、中性子を通過しやすくするために、可能な限り薄く形成することが好ましい。
【００２３】
中性子有感物質膜24は、例えばホウ素(10Ｂ)により所定の厚みに形成されている。ここで、この中性子有感物質膜24は、図２に示す成膜装置であるスパッタリング装置31により金属板23の内周面に形成されている。
【００２４】
スパッタリング装置31は、いわゆる同軸型のものであり、陰極22よりも大きい、比較的大径の筒状に形成した金属板23を外側導体とし、この金属板23の内周側に、筒状の内側導体33が配設され、内側導体33に、ホウ素により形成したターゲット34が接続され、かつ、金属板23と内側導体33との間に、高周波(ＲＦ)電源35が接続されている。
【００２５】
芯線16は、陰極22との間に図示しない電源が接続されて空間Ｓ内に電界を形成するとともに、中性子と、中性子有感物質膜24を構成する中性子有感物質との反応により生成される荷電粒子が芯線16に到達することで流れる電流が出力信号として中性子検出器11の外部に出力されるものである。
【００２６】
充填ガス17は、例えばアルゴンガスなどの希ガスであり、所定のガス圧で封入されている。
【００２７】
次に、上記一実施の形態の製造方法を説明する。
【００２８】
まず、図２に示すように、比較的大径の筒状に形成した金属板23を外側導体として、スパッタリング装置31によりスパッタリングして、金属板23の内周面に中性子有感物質膜24を成膜する(成膜工程)。
【００２９】
具体的に、高周波電源35により金属板23と内側導体33との間の空間部にプラズマＰを発生させるとともに、プラズマＰ内に、スパッタリング装置31の軸方向に磁界Ｍを与えて、ターゲット34からホウ素原子Ａを叩き出し、このターゲット34に対向した金属板23の内周面に中性子有感物質膜24を成膜する。
【００３０】
次いで、この中性子有感物質膜24を成膜した金属板23を、図３に示すように軸方向に沿う切断線L1，L1によって所定の帯状の切り落とし部PAを切り落とし、切断線L1，L1どうしを接近させるように加工して、成膜工程時よりも縮径した筒状、すなわち筒状の陰極22に挿入可能な筒状に形成し、この筒状に形成した金属板23を、陰極22に挿入して電気的に接続することで、金属板23を陰極とする(筒状加工工程)。なお、切断線L1，L1部分は、互いに溶接してもよく、この場合には、溶接線が連続線として筒状の金属板23に形成される。
【００３１】
この後、金属板23とともに陰極22を外筒21内に収容して(収容工程)検出器本体13を形成し、この検出器本体13の軸方向の両端部に、絶縁体15を備えた端板14をそれぞれ取り付け(端板取付工程)、かつ、両端板14，14の絶縁体15，15間に、芯線16を接続する(芯線接続工程)。
【００３２】
そして、空間Ｓ内に充填ガス17を封入し(ガス封入工程)、陰極22と芯線16との間に電源を接続して中性子検出器11を完成する。
【００３３】
上述したように、上記一実施の形態では、中性子有感物質膜24を金属板23の一主面である内周面に成膜した後、この金属板23を筒状に加工して陰極とする構成とした。
【００３４】
具体的には、筒状の金属板23の内周面に中性子有感物質膜24を形成した後、この金属板23を軸方向の両端部間に連続する切断線L1，L1により切り開き、中性子有感物質膜24の形成時よりも縮径した筒状に加工して陰極とする構成とした。
【００３５】
一般に、このような中性子検出器11の場合、検出器本体の径寸法が、例えば５ｍｍ以下などと小さくなると、スパッタリング装置31などによりスパッタリングして中性子有感物質膜24を金属板23の内周面に成膜する場合、ターゲット34の製造などが容易でなくなり、また、中性子有感物質膜24をめっきなどにより成膜する場合でも、電界を一様にすることが容易でない。
【００３６】
したがって、本実施の形態では、検出器本体13に用いる状態よりも予め径寸法を大きくした筒状の金属板23を中性子有感物質膜24の形成時に用いることで、検出器本体13に用いるために陰極とした状態の金属板23の径寸法に拘らず中性子有感物質膜24を金属板23に容易に成膜できるので、中性子検出器11の小型化に対応できる。
【００３７】
なお、上記一実施の形態において、金属板23に成膜する中性子有感物質膜24として、例えばウランなどを用いることも可能である。
【００３８】
また、金属板23は、図５に示すように、筒状加工工程にて軸方向に沿う切断線L2により切り開き、金属板23を所定の径寸法となるように渦巻状に多重に重ねるように加工したり、この多重に重ねた状態で溶接したりしてもよい。
【００３９】
さらに、陰極22を用いずに、金属板23自体を陰極として用いることも可能である。この場合には、中性子検出器11の径寸法を、さらに小さくすることが可能になる。
【００４０】
そして、上記実施の形態では、金属板23を筒状としてその内周面に中性子有感物質膜24を形成したが、例えば成膜工程にて、平面状、あるいは曲面状などの金属板の一主面に中性子有感物質膜を形成し、筒状加工工程にて、この中性子有感物質膜を内周側として金属板を筒状に加工しても、上記と同様の作用効果を奏することが可能である。この場合には、平面状、あるいは曲面状の金属板の端縁部などが、それぞれ筒状とした金属板の軸方向の両端部に連続する連続線となる。
【００４１】
また、スパッタリング装置31の細部は、上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態の中性子検出器を示す説明断面図である。
【図２】同上中性子検出器の成膜工程の要部を示す斜視図である。
【図３】同上中性子検出器の筒状加工工程の一部を示す斜視図である。
【図４】同上中性子検出器の要部を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の中性子検出器の筒状加工工程の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
11    中性子検出器
14    端板
16    陽極である芯線
17    充填ガス
23    金属板
24    中性子有感物質膜
L1，L2    連続線としての切断線
Ｓ    空間
【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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