(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、
前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、
前記スリットは、前記ディスクの回転軸及び前記回転軸の径方向に平行な断面における壁面が、前記回転軸に対して傾斜していることを特徴とする中性子チョッパ。
【請求項２】
前記スリットは、前記ディスクの回転軸に対する前記壁面の傾斜角が３度以上４５度以下であることを特徴とする請求項１に記載の中性子チョッパ。
【請求項３】
前記ディスクは、前記スリットが形成された部分を含む第１部分と、
前記駆動部で回転される回転軸が設けられている第２部分と、
前記第１部分を前記第２部分に対して着脱可能な状態で固定する固定部と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の中性子チョッパ。
【請求項４】
中性子線に変換される荷電粒子線をパルス状に照射させ、かつ、照射タイミングを調整可能な加速装置と、
請求項１から３のいずれか一項に記載の中性子チョッパと、
前記中性子チョッパのスリットの位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部の検出結果を検出し、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記加速装置から照射する前記荷電粒子線の照射タイミングを決定し、決定したタイミングに基づいて、前記加速装置に前記荷電粒子線を照射させるパルスを生成する照射制御装置と、を有することを特徴とする中性子線照射装置。
【請求項５】
前記照射制御装置は、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記中性子チョッパのスリットを前記中性子線が通過する通過タイミングを検出し、検出した通過タイミングと現状の前記荷電粒子線の照射タイミングとを比較し、比較結果に基づいて、前記荷電粒子線の照射タイミングを決定することを特徴とする請求項４に記載の中性子線照射装置。
【請求項６】
前記加速装置は、パルス幅が０．０１μ秒以上１０００μ秒以下の荷電粒子を照射し、
前記中性子チョッパは、１μ秒以上１００μ秒以下の間、前記中性子線を通過させることを特徴とする請求項４または５に記載の中性子線照射装置。
【請求項７】
前記加速装置は、ライナック加速器を含むことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の中性子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子チョッパ及び中性子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子線照射装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を射出する加速装置と、加速装置から射出された荷電粒子線の照射により中性子線を発生するターゲットと、ターゲットで発生した中性子線を減速する減速装置とを備えている。中性子線照射装置は、被照射体の内部の状態を計測する装置に用いられる。具体的には、中性子線照射装置により被照射体に中性子線を照射して、中性子検出器を用いて被照射体を透過した中性子線を検出することで、被照射体の透過画像を取得する装置がある。
【０００３】
中性子線照射装置では、被照射体に照射する中性子線または検出器に到達する中性子線のタイミングもしくは速度を選別する装置として、一部の時間、中性子線を透過させ、残りの時間、中性子線を遮断するチョッパを用いるものがある。また、中性子線照射装置では、加速装置から荷電粒子線をパルス状に照射するものがある。
【０００４】
特許文献１には、加速装置から発生する荷電粒子線のタイミングと中性子チョッパのスリットの移動タイミングとを、チョッパの移動を制御して同期させる装置が記載されている。また特許文献２には、中性子ビームを通過する通過部と、中性子ビームを遮断する中性子吸収材を含む遮断部とを有するディスクを回転させる中性子ディスクチョッパが記載されている。また、中性子ディスクチョッパは、ディスクの厚さが、回転中心側から外周側に向かって徐々に薄くなるように形成されていることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６４１８１９４号明細書
【特許文献２】特開２００５−３００４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献２に記載の中性子チョッパは、ディスク外周部と内周部とで厚みが異なるため中性子線の遮蔽性能に分布が生じる。また、中性子チョッパは、中性子線照射装置を効率よく稼働させるため、必要な成分の中性子線をより多く通過させることが求められる。
【０００７】
また、特許文献１に記載の装置は、中性子チョッパの回転を制御するための機構が必要になる。また、機械的な機構でチョッパの移動、具体的には回転を調整するため、空気抵抗、軸受の摩擦抵抗、チョッパの構造の偏り等により、入力した制御指令と実際の動作との間にずれが生じ、回転が不安定になる場合、または制御の精度を高くすることに限界が生じる場合がある。
【０００８】
本発明は、必要な中性子線をより多く通過させることができることでエネルギー効率を高くすることができる中性子チョッパ及び中性子線照射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】
【０００９】
本発明の第１の態様は、中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記スリットは、前記ディスクの回転軸及び前記回転軸の径方向に平行な断面における壁面が、前記回転軸に対して傾斜していることを特徴とする中性子チョッパを提供する。
【００１０】
本発明の第２の態様は、中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記ディスクは、前記中性子線の進行方向に対して回転軸が傾斜していることを特徴とする中性子チョッパを提供する。
【００１１】
本発明の第３の態様は中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記駆動部は、前記ディスクの回転軸と、前記中性子線の進行方向とのなす角を変化させる角度可変装置を有することを特徴とする中性子チョッパを提供する。
【００１２】
本発明の第４の態様は、中性子線に変換される荷電粒子線をパルス状に照射させ、かつ、照射タイミングを調整可能な加速装置と、上記のいずれかに記載の中性子チョッパと、前記中性子チョッパのスリットの位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の検出結果を検出し、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記加速装置から照射する前記荷電粒子線の照射タイミングを決定し、決定したタイミングに基づいて、前記加速装置に前記荷電粒子線を照射させるパルスを生成する照射制御装置と、を有することを特徴とする中性子線照射装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、必要な中性子線をより多く通過させることができることでエネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、中性子線照射装置を有する中性子透過撮影装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。
【図３】図３は、中性子線照射装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、中性子線照射装置の動作の一例を説明するための説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。
【図６】図６は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す側面図である。
【図７】図７は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す上面図である。
【図８】図８は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１６】
以下の実施形態においては、中性子線照射装置１が、機器又は構造物のような検査対象物に中性子線Ｎを照射して、その検査対象物の内部を非破壊で検査する検査装置に適用される場合で説明する。
【００１７】
図１は、中性子線照射装置を有する中性子透過撮影装置の一例を示す模式図である。中性子透過撮影装置１００は、図１に示すように、中性子線照射装置１と、検出器１２と、位置検出装置１３と、制御装置１４と、を有する。
【００１８】
中性子線照射装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線Ｐを射出する加速装置２と、加速装置２から射出された荷電粒子線Ｐの照射状態を調整する調整装置３と、荷電粒子線Ｐの照射により中性子線Ｎを発生するターゲット５と、ターゲット５で発生した中性子線Ｎを減速する減速装置６と、減速装置６から射出された中性子線Ｎを平行化するコリメータ７と、チョッパ（中性子チョッパ）１０と、を備えている。コリメータ７から射出された中性子線Ｎが被照射体Ｓに照射される。また、中性子線照射装置１は、照射された中性子線Ｎをチョッパ１０で遮蔽する状態と通過させる状態と時分割で切り換える。
【００１９】
加速装置２は、円形加速器又は直線加速器を含む。加速装置２は、荷電粒子（陽子、電子、又は重粒子）を加速して、荷電粒子線（陽子線、電子線、又は重粒子線）Ｐを生成して射出する。加速装置２は、荷電粒子線Ｐをパルスで照射し、かつ、照射するパルスのタイミングを変更できる。加速装置２としては、例えばライナック（linac）加速器を用いることができる。
【００２０】
調整装置３は、複数の電磁石を含み、加速装置２から射出された荷電粒子線Ｐの照射状態を調整する。荷電粒子線Ｐの照射状態は、荷電粒子線Ｐの進行方向の調整及び荷電粒子線Ｐの整形を含む。調整装置３は、荷電粒子線Ｐの発散を抑制し、荷電粒子線Ｐを集束させる。調整装置３は、加速装置２から射出された荷電粒子線Ｐを走査装置４に導く。
【００２１】
本実施形態において、中性子線照射装置１は、荷電粒子線Ｐを走査する走査装置４を備える。走査装置４は、荷電粒子線Ｐを走査し、ターゲット５に対する荷電粒子線Ｐの照射位置を調整する。また、走査装置４は、ターゲット５に照射される荷電粒子線Ｐを整形する。なお、走査装置４は無くてもよい。
【００２２】
加速装置２から射出され、調整装置３及び走査装置４を通過した荷電粒子線Ｐは、ターゲット５に照射される。ターゲット５は、荷電粒子線Ｐの照射により、中性子線Ｎを発生する。ターゲット５を、中性子線発生部材５、と称してもよい。ターゲット５は、例えばベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、又はそれらを含む化合物で形成された液体又は固体の板状の部材を含む。ターゲット５は、円形又は矩形の板状の固体部材でもよいし、加熱された液体リチウムでもよい。例えば、厚さが一定になるように流し続けられた液体リチウムをターゲット５として使用してもよい。
【００２３】
減速装置６は、ターゲット５で発生した中性子線Ｎを減速する。減速装置６は、中性子線Ｎの進路において、ターゲット５と被照射体Ｓとの間に配置される。ターゲット５は、高エネルギーの高速中性子を発生する。減速装置６は、高速中性子のエネルギーを低減して、低速で低エネルギーの中性子（熱中性子、冷中性子、又は熱外中性子）を生成する。
【００２４】
コリメータ７は、減速装置６から射出された中性子線Ｎを平行化する。コリメータ７により平行化され、そのコリメータ７から射出された中性子線Ｎが被照射体Ｓに照射される。
【００２５】
チョッパ１０は、中性子線Ｎが照射される経路、本実施形態では、コリメータ７と被照射体Ｓとの間に配置されている。チョッパ１０は、中性子線Ｎを遮蔽する遮蔽部と中性子線Ｎを通過させる通過部（スリット２６）を有する回転部（ディスク２０）と、回転部（ディスク２０）を回転させる駆動部（駆動部２２）とを有し、通過部の位置を移動させることで、照射された中性子線Ｎを遮蔽する状態と、通過させる状態とを切換、中性子線Ｎが被照射体Ｓに到達しない状態と被照射体Ｓに到達する状態とを切り換える。
【００２６】
図２は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。チョッパ１０は、図１及び図２に示すように、ディスク２０と、駆動部２２と、を有する。ディスク２０は、中性子線Ｎを遮蔽する材料、例えば鉛、ホウ素などの中性子吸収材を含有する化合物や混合物で形成された円盤状の板である。駆動部２２は、回転軸２４を中心としてディスク２０を回転させる。ここで、回転軸２４は、ディスク２０の略中心に形成されている。回転軸２４は、中性子線の照射方向に平行となる向きである。
【００２７】
ディスク２０は、円盤の径方向に向かって、つまり回転軸２４から離れる方向に伸びたスリット２６が形成される。スリット２６は、回転軸２４を通る直線が中心線となる形状である。本実施形態のスリット２６は、ディスク２０の表面、つまり回転軸２４に直交する面における幅Ｗが一定の幅となる。ディスク２０は、スリット２６が形成されている部分が中性子線Ｎを通過させる通過部に相当し、それ以外の部分が中性子線Ｎを遮蔽する遮蔽部に相当する。チョッパ１０のディスク２０のスリット２６の形状については、後述する。
【００２８】
チョッパ１０は、ディスク２０を駆動部２２で回転させることで、スリット２６の位置を回転させることができる。これにより、スリット２６の回転方向の位置によって、中性子線Ｎが通過する位置とスリット２６が重なり中性子線Ｎを通過させる状態と、中性子線Ｎが通過する位置とスリット２６が形成されてない位置が重なり中性子線Ｎを遮蔽する状態とが切り換えられる。
【００２９】
ここで、ディスク２０は、直径５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が例示される。また、ディスク２０の厚みは、形成する材料によって変化するが、中性子線Ｎの遮蔽に必要な厚みを有し、例えば、１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。また、駆動部２２は、ディスク２０を１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下（１秒間に１０回転以上、１秒間に１０００回転以下）で回転させることが例示される。幅Ｗは、０．５ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましい。また、スリット２６は、回転方向における角度範囲を０．０５度以上１０度以下とすることが好ましい。チョッパ１０は、スリット２６の幅Ｗを上記範囲、または回転方向における角度範囲を上記範囲とすることで、中性子線Ｎが通過する時間を所定の範囲とすることができ、計測精度を高くすることができる。
【００３０】
次に、検出器１２は、中性子線照射装置１から中性子線Ｎが照射される方向に配置されている。検出器１２は、被照射体Ｓを挟んで中性子線照射装置１と対面する位置に配置されている。検出器１２は中性子線照射装置１と対面する側の表面に中性子線Ｎを検出する検出素子が配置されている。検出器１２は、中性子線照射装置１から照射され、被照射体Ｓが配置されている領域を通過した中性子線Ｎを検出素子で検出する。検出素子は、検出器１２の表面にマトリクス状に配置されている。検出器１２は、検出した結果を制御装置１４に送る。
【００３１】
位置検出装置１３は、チョッパ１０のディスク２０のスリット２６の位置、具体的には、回転方向における位置（位相）を検出する。位置検出装置１３は、スリット２６の位置を直接検出してもよいし、ディスク２０に設けたマーカの位置を検出し、検出したマーカとスリット２６との相対位置からスリット２６の位置を検出してもよいし、駆動部２２による回転動作からスリット２６の位置を検出してもよい。位置検出装置１３としては、光の透過を利用したエンコーダーや、回転トランスを利用したレゾルバーや、非接触でモニタが可能な渦電流センサーを用いることができる。位置検出装置１３は、検出した位置情報を制御装置１４に送る。
【００３２】
制御装置１４は、中性子透過撮影装置１００の各部の動作を制御する。制御装置１４は、演算処理機能や記憶機能を備えている。また、制御装置１４は、中性子線照射装置１の照射動作を制御する照射制御装置の機能を備えている。制御装置１４は、照射制御装置の機能を実現する位相検出部１４ａと、比較部１４ｂと、トリガ生成部１４ｃと、パルス生成部１４ｄと、を有する。本実施形態の制御装置１４は、各部が１つのブロックに配置した場合を示したが、各制御機能を別々に設けてもよい。例えば、制御装置１４は、位相検出部１４ａと比較部１４ｂを１つの装置として位置検出装置１３の内部に設け、トリガ生成部１４ｃと、パルス生成部１４ｄとを１つの装置として加速装置２の内部に設けてもよい。
【００３３】
位相検出部１４ａは、位置検出装置１３の検出結果を取得し、チョッパ１０のスリット２６の位置を検出する。位相検出部１４ａは、検出したチョッパ１０のスリット２６の位置に基づいて、加速装置２から照射され、コリメータ７を通過した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングを検出する。比較部１４ｂは、位相検出部１４ａで検出したスリット２６の回転方向の位置から検出した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングと、加速装置２で荷電粒子線Ｐを発生させるタイミングと、を比較し、両者の差を検出する。トリガ生成部１４ｃは、検出した差異に基づいて、加速装置２で荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成するトリガとなるトリガ信号を生成する。パルス生成部１４ｄは、トリガ信号に基づいて、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成する。制御装置１４は、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成し、生成したパルスを加速装置２に送ることで、加速装置２からパルス状の荷電粒子線Ｐを照射させる。
【００３４】
次に、図３及び図４を用いて、中性子線照射装置１の動作について説明する。図３は、中性子線照射装置の動作の一例を示すフローチャートである。図４は、中性子線照射装置の動作の一例を説明するための説明図である。図３及び図４の動作は、制御装置１４の各部で動作を実行することで実現することができる。
【００３５】
制御装置１４は、現状の荷電粒子線の照射トリガのタイミング（荷電粒子線を照射するタイミング）を検出する（ステップＳ１２）。制御装置１４は、内部に記憶されている情報から取得しても、加速装置２から情報を取得してもよい。次に、制御装置１４は、チョッパの位相を検出する（ステップＳ１４）。位置検出装置１３の検出結果を取得し、チョッパ１０のスリット２６の位置を検出し、検出したチョッパ１０のスリット２６の位置に基づいて、加速装置２から照射され、コリメータ７を通過した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングを検出する。
【００３６】
制御装置１４は、チョッパの位相とビームがスリットを通過するタイミングとの差を検出する（ステップＳ１６）。つまり、位相検出部１４ａで検出したスリット２６の回転方向の位置から検出した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングと、加速装置２で荷電粒子線Ｐを発生させるタイミングと、を比較し、両者の差を検出する。
【００３７】
制御装置１４は、検出した差異に基づいて、加速装置で荷電粒子線を発生させるパルスを生成するトリガとなるトリガ信号を生成する（ステップＳ１８）。制御装置１４は、トリガ信号に基づいて、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成する（ステップＳ２０）。制御装置１４は、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成し、生成したパルスを加速装置２に送ることで、加速装置２からパルス状の荷電粒子線Ｐを照射させる。
【００３８】
中性子線照射装置１は、図４に示すように、当初の荷電粒子線を発生させるパルス３０と、チョッパのスリット２６が中性子線Ｎが通過する領域にあるタイミングを示すパルス３４とがずれている場合、荷電粒子線を発生させるタイミングを、荷電粒子線を発生させるパルス３２に補正する。このように、中性子線照射装置１は、チョッパのスリットの位相に基づいて、荷電粒子パルスの発生タイミングを調整することで、所望の中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングで、荷電粒子線を加速装置２で発生させることができる。なお、図４では、荷電粒子線を発生させるパルスと、荷電粒子パルスに基づいて、発射され、変換された中性子線がディスク２０に到達する時間とをおなじタイミングとして、パルス３０、３２と、スリット２６が中性子線Ｎが通過する領域にあるタイミングを示すパルス３４との関係をわかりやすく示したが、この関係に限定されない。パルス３０、３２は、荷電粒子パルスに基づいて、発射され、変換された中性子線がディスク２０に到達する時間とし、実際の荷電粒子パルスは、別のタイミングになっていてもよい。
【００３９】
中性子線照射装置１は、加速装置２から荷電粒子線を照射するタイミングを制御することで、ハードウェア、具体的には回転する機器を制御せずに、同期制御を行うことができ、高精度な同期制御が可能となる。具体的には、機械的な機構でチョッパの移動、具体的には回転を調整するため、空気抵抗、軸受の摩擦抵抗、チョッパの構造の偏り等により、入力した制御指令と実際の動作との間にずれが生じ、回転が不安定になることを抑制することができる。また、電気的なタイミング制御で同期を行うことができるため、制御装置を簡単にすることができる。また、中性子線照射装置１は、高精度な同期制御が可能となることで、被照射体に照射する中性子線または検出器に到達する中性子線のタイミングもしくは速度を高い精度で制御することができる。これにより、検出器１２に到達するまたは被照射体Ｓに到達する中性子線の波長を高い精度で制御することができ、また、エネルギーがピークに近い中性子線を検出器１２または被照射体Ｓに到達させることができる。
【００４０】
また、中性子線照射装置１は、加速装置２として、ライナック加速器を用い、タイミングを調整可能なパルスで荷電粒子線を照射することで、荷電粒子線を照射する時間を短くすることができ、エネルギー効率を高くすることができる。また、荷電粒子線を照射する時間を短くすることで、荷電粒子線、中性子線を遮蔽する部材に係る負荷を小さくすることができ、照射時の荷電粒子線のエネルギーを大きくすることができる。
【００４１】
ここで、中性子線照射装置１は、加速装置２から時間ｔ１（パルス幅）が０．０１μ秒以上１０００μ秒以下の荷電粒子を照射することが好ましく、チョッパ１０が中性子線を通過させる時間ｔ２を１μ秒以上１００μ秒以下とすることが好ましい。これにより、照射された中性子線をチョッパ１０でより短いパルスの中性子線とすることができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。ここで、中性子線照射装置１は、加速装置２で時間ｔ１の間照射された荷電粒子線は、ターゲット５で中性子線となった後、減速装置６を通過することで中性子線の速度に分布が生じる。このため、チョッパ１０が配置されている領域を中性子線が通過する時間は、加速装置２から荷電粒子線を照射する時間ｔ１よりも長くなり、例えば、１０μ秒以上１００μ秒以下となる。以上より、加速装置２から荷電粒子線を照射する時間ｔ１が、チョッパ１０が中性子線を通過させる時間ｔ２よりも短い場合でも、照射された中性子線をチョッパ１０でより短いパルスの中性子線とすることができる。また、加速装置２が陽子線加速器である場合、加速装置２から時間ｔ１が１０μ秒以上１０００μ秒以下の荷電粒子線を照射することが好ましい。
【００４２】
また、本実施形態の中性子線照射装置１は、中性子線Ｎの通過経路において、コリメータ７と被照射体Ｓとの間にチョッパ１０を配置したがこれに限定されない。中性子線照射装置１は、減速装置６とコリメータ７との間にチョッパ１０を配置してもよい。
【００４３】
次に、中性子チョッパ１０のディスク２０のスリット２６の形状について説明する。図５Ａは、図２のＡ−Ａ線断面図である。図５Ｂ及び図５Ｃは、それぞれ中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。図５Ａに示す中性子チョッパ（チョッパ）１０のディスク２０は幅ｗのスリット２６が形成されている。スリット２６は、ディスク２０の回転軸２４と回転軸２４の径方向に平行な断面における壁面２７が、回転軸２４に対して傾斜している。壁面２７と回転軸２４に平行な線とのなす角は、θとなる。ここで、ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向前側（上流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜している。ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向後側（下流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜している。
【００４４】
図５Ｂに示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ａは幅ｗのスリット２６ａが形成されている。スリット２６ａは、ディスク２０ａの回転軸２４と回転軸２４の径方向に平行な断面における壁面２７ａが、回転軸２４に対して傾斜している。壁面２７と回転軸２４に平行な線とのなす角は、θａとなる。ディスク２０ａは、なす角θａが、ディスク２０のなす角θと異なる以外は、同様の構造である。
【００４５】
これに対して、図５Ｃに示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｂは幅ｗのスリット２６ｂが形成されている。スリット２６ｂは、ディスク２０ｂの回転軸２４と回転軸２４の径方向に平行な断面における壁面が、回転軸２４と平行である。
【００４６】
ディスク２０、２０ａは、スリット２６、２６ａを回転軸２４に対して傾斜している形状とすることで、スリット２６、２６ａの入口側でスリット２６、２６ａに進入した中性子線（より具体的には通過させたい速度の中性子線）のうち、途中でスリットの壁面２７、２７ａに衝突する中性子線を少なくすることができる。また、遮蔽する対象の中性子線は、スリット２６、２６ａ以外の部分で遮蔽することができる。これにより、ディスク２０、２０ａは、ディスク２０ｂのスリット２６ｂを中性子線が通過する場合と比べて、計測に用いるエネルギー（速度）の中性子線のうち、スリット２６、２６ａの壁面２７、２７ａに衝突する中性子線の量を減らすことができ、チョッパ通過後の計測に用いるエネルギー（速度）の中性子線の中性子線の収量を多くすることができる。また、ディスク２０、２０ａは、スリット２６、２６ａを回転軸２４に対して傾斜している形状とすることで、ディスク２０、２０ａの回転数を速くしても、厚みを厚くしてスリット２６、２６ａの深さ（中性子線が進む方向の長さ）が長い場合でも、スリット２６、２６ａの壁面２７、２７ａに衝突する中性子線の量を少なくすることができ、チョッパ１０を通過する中性子数をより多くすることができる。また、ディスク２０、２０ａは、スリット２６、２６ａを回転軸２４に対して傾斜している形状とすることで、所定の速度で、かつスリット２６、２６ａに進入した中性子線が途中で壁面２７、２７ａに衝突しにくい形状にできるため、スリット２６、２６ａを通過する中性子エネルギーの範囲も広くすることができる。また、ディスク２０、２０ａは、ディスク全体の配置変更が不要なため設置スペースに影響を与えることがない。これにより、装置全体の設計の自由度を上げつつ、中性子線を効率よく通過させることができる。
【００４７】
ディスク２０は、スリット２６の壁面２７と回転軸２４に平行な線とのなす角（傾斜角）θが、３度以上４５度以下であることが好ましい。角度を３度以上とすることで、速度の遅い中性子線が吸収されることを抑制することができ、４５度以下とすることで速度の速い中性子が吸収されることを抑制することができる。これにより、約３００ｍ／ｓ以上約１０００ｍ／ｓ以下の範囲の速度である通過対象の中性子線、具体的には冷中性子線（エネルギー範囲約０．５ｍｅＶ以上約５ｍｅＶ以下）や約１０００ｍ／ｓ以上約５０００ｍ／ｓ以下の範囲の速度である通過対象の具体的には熱中性子線（エネルギー範囲約５ｍｅＶ以上約１００ｍｅＶ以下）がスリット２６を通過しやすくすることができる。中性子線がスリット２６を通過する半径位置におけるディスク２０の移動速度は、３００ｍ／ｓが例示されるが、一般的な中性子がスリット２６を通過する半径位置におけるディスク２０の移動速度の範囲で回転させる場合は、なす角θを３度以上４５度以下の範囲で調整することで、所望の範囲の速度、エネルギーの中性子線をより多く通過させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、ディスク２０の回転軸２４の径方向に直交する断面において、スリット２６の幅が、中性子線Ｎの進行方向において、一定となる形状としたがこれに限定されない。ディスク２０は、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、幅ｗが狭くなる形状であっても、広くなる形状であってもよい。
【００４９】
ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向後側（下流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜していることで、スリット２６に進入した中性子線Ｎのうち、通過させたい速度の中性子線Ｎが回転方向後側の壁面２７に衝突することを抑制できる。したがって、ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向後側（下流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜していることが好ましい。
【００５０】
上記実施形態では、ディスク２０のスリット２６の壁面２７の向きを中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させたがこれに限定されない。図６は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す側面図である。図７は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す上面図である。図６及び図７に示す中性子チョッパ１０ａは、ディスク２０と、駆動部２２と、角度可変装置８０と、を有する。ディスク２０と、駆動部２２は、上記実施形態と同様である。また、ディスク２０は、スリット２６が、回転軸２４と平行に形成されている。
【００５１】
角度可変装置８０は、回転軸９０を中心として駆動部２２を回転させる。回転軸９０は、ディスク２０の回転軸２４を通り、かつ、中性子線Ｎの進行方向に平行な中心線ＣＬを通り、かつ、ディスク２０の径方向に直交する断面におけるディスク２０の中心を通る。角度可変装置８０は、回転軸９０を中心として、回転する回転板８１と、回転板８１と駆動部２２を連結する連結部８２と、回転板８１を回転させる駆動部８４とを有する。角度可変装置８０は、駆動部８４で回転板８１を回転軸９０周りに回転させることで、回転部２２ａを回転軸９０周りに回転させる。これにより、ディスク２０が回転軸９０周り（方向Ｒ）に回転する。ディスク２０が回転軸９０周りに回転することで、スリット２６の壁面は、中心線ＣＬ及び中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜する。
【００５２】
このように、ディスク２０を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させ、ディスク２０の回転軸２４を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させ、ディスク２０のスリット２６を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させることでも、スリット２６の壁面２７に衝突する中性子線Ｎの量を減らすことができ、チョッパ通過後の計測に用いるエネルギー（速度）の中性子線Ｎの収量を多くすることができる。
【００５３】
図７において中性子線Ｎの進行方向とスリット２６の中心とのなす角（傾斜角）をρとすると、なす角ρは、なす角θと同様に３度以上４５度以下であることが好ましい。角度を３度以上とすることで、速度の遅い中性子線が吸収されることを抑制することができ、４５度以下とすることで速度の速い中性子が吸収されることを抑制することができる。なす角ρは、中心線ＣＬに対して直交する方向に対して、ディスク２０が回転した角度でもある。
【００５４】
また、本実施形態では、角度可変装置８０によりなす角ρを調整可能とすることで、スリットを通過させた中性子線の条件に応じて、なす角ρを調整することができる。これにより、必要に応じて通過させる中性子線の量を制御することができる。このため、ディスク２０は、角度可変装置８０によりなす角ρを調整可能とすることが好ましいが、ディスク２０を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させた状態で一定の角度に固定した構造としてもよい。
【００５５】
図８は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。図８に示す中性子チョッパ１０ｂのディスク２０ｃは、スリット２６が形成された部分を含む第１部分４０と、前記駆動部で回転される回転軸が設けられている第２部分４１と、前記第１部分４０を前記第２部分４１に対して着脱可能な状態で固定する固定部４２とを有する。第１部分４０は、第２部分４１よりも小さい領域であることが好ましい。具体的には、第１部分４０は、第２部分４１の１０％以下であることが好ましい。固定部４２は、第２部分４１に対して第１部分４０が固定でき、かつ、ディスク２０ｃを回転させても第１部分４０が第２部分４１から外れないように支持する機構である。固定部４２は、例えば、第１部分４０を第２部分４１に対して固定するボルト、ナット、または第１部分４０及び第２部分４１の少なくとも一方に締結されたボルト等の締結部材を用いることができる。
【００５６】
中性子チョッパ１０ｂは、回転軸とスリットの壁面とのなす角度θが異なるスリットが形成された複数の種類の第１部分４０を備えることで、第１部分４０を交換するのみで、スリットの形状が異なるチョッパを設置することが可能となる。これにより、ディスク製作の材料費の削減や、交換時の所要時間が削減できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  中性子線照射装置
２  加速装置
３  調整装置
４  走査装置
５  ターゲット
６  減速装置
７  コリメータ
１０  チョッパ（中性子チョッパ）
１２  検出器
１３  位置検出装置
１４  制御装置（照射制御装置）
１４ａ  位相検出部
１４ｂ  比較部
１４ｃ  トリガ生成部
１４ｄ  パルス生成部
２０  ディスク
２２  駆動部
２４  回転軸
２６  スリット
２８  外側遮蔽部
Ｎ  中性子線
Ｐ  荷電粒子線
Ｓ  被照射体
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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