(57)【要約】【課題】５０ＭｅＶ以上のエネルギーをもつ中性子まで高精度で検出でき、検出した中性子が宇宙線によるものか否かを区別できる中性子検出器を提供する。【解決手段】２組の３Ｈｅ中性子計数管１１及びモデレータ１２を備え、一方のモデレータ１２を鉛増感度材１５で覆い、鉛増感度材１５により超高速中性子の検出感度を高めて高精度化し、両３Ｈｅ中性子計数管１１の計数値の差から宇宙線等の超高速中性子の割合を推定する。３Ｈｅ中性子計数管１１及びモデレータ１２を１組とし、鉛増感度材１５に相当する増感度材を着脱することによって、２つの３Ｈｅ中性子計数管１１の計数値に相当する計数値を得ることもできる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中低速中性子の検出手段と、この検出手段を囲み中性子を減速するモデレータと、検出手段からの信号を処理する信号処理回路と、を備えた中性子検出器であって、
２組の検出手段及びモデレータを備え、
一方のモデレータの外側に、宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えている、
ことを特徴とする中性子検出器。
【請求項２】
中低速中性子の検出手段と、この検出手段を囲み中性子を減速するモデレータと、検出手段からの信号を処理する信号処理回路と、を備えた中性子検出器であって、
モデレータの一部に挿入孔を有し、
この挿入孔に着脱可能に挿入され、且つ宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えている、
ことを特徴とする中性子検出器。
【請求項３】
中低速中性子の検出手段と、この検出手段を囲み中性子を減速するモデレータと、検出手段からの信号を処理する信号処理回路と、を備えた中性子検出器であって、
モデレータの表面に着脱可能に装着され、且つ宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えている、
ことを特徴とする中性子検出器。
【請求項４】
前記増感部材が鉛からなる、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の中性子検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子力発電所等における放射線量を計測するための線量計等に使用される中性子検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中性子は、電荷をもたない放射線であって、物質との相互作用が弱く、直接検出することが難しい放射線である。そのため、中性子検出器には、中性子との相互作用の断面積（核反応断面積）が大きい物質との相互作用で発生する陽子やα線を介して中性子を検出する方式が採用されている。その方式の中性子検出器の一つとして、熱中性子との核反応断面積が大きい３Ｈｅを用いた球形の３Ｈｅ中性子計数管と、厚いポリエチレン等からなる球形のモデレータと、を組み合わせた方式のものがある。
【０００３】
図４はこのような中性子検出器の一例の構成を示す概念図である。
この中性子検出器１は、３Ｈｅ中性子計数管１１とモデレータ１２と信号処理回路１４と前２者を保持し信号処理回路１４を収納する架台１３とで構成されている。
３Ｈｅと熱中性子の核反応断面積は非常に大きく、核反応の結果として陽子が生成される。３Ｈｅ中性子計数管１１は、この陽子による電離電流を検出することによって中性子、主に熱中性子、を検出する。厚いポリエチレン等からなるモデレータ１２は、３Ｈｅ中性子計数管１１の球状部と同じ中心をもつ球状で、エネルギーの大きい高中速中性子を減速して、３Ｈｅ中性子計数管１１で検出され易い低速中性子にする。モデレータ１２の大きさは、例えばΦ３５０ｍｍである。
【０００４】
参考までに、３Ｈｅと中性子の核反応断面積を、中性子のエネルギーが１ＭｅＶの場合を基準として示すと、下記のとおりである。
熱中性子    ：    ８，７００
１０  ｋｅＶ    ：      １３
０．１ＭｅＶ    ：        ３．１
１  ＭｅＶ    ：        １
５  ＭｅＶ    ：        ０．５６
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の中性子検出器１においては、宇宙線等に含まれる５０ＭｅＶ以上の非常に高いエネルギーの中性子（超高速中性子）に対するモデレータ１２の減速効果が不十分であり、１００ＭｅＶのエネルギーをもつ中性子の検出感度が３分の１以下に低下してしまう。また、測定した線量値が増加した場合に、宇宙線によるバックグランド値の増加なのか、問題としなければならない人工的な中性子（遮蔽体劣化による漏洩中性子等）の増加なのか、を区別することが困難である。
この発明の課題は、５０ＭｅＶ以上のエネルギーをもつ中性子（超高速中性子）の検出感度低下が改善されて、中性子の検出精度が高く、且つ、検出された中性子の主なものが宇宙線等の超高速中性子か数ＭｅＶ以下の中性子かを区別できる中性子検出器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、中低速中性子の検出手段と、この検出手段を囲み中性子を減速するモデレータと、検出手段からの信号を処理する信号処理回路と、を備えた中性子検出器であって、２組の検出手段及びモデレータを備え、一方のモデレータの外側に、宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えている。
一方のモデレータの外側に、宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えているので、中性子の中に超高速中性子が含まれていると、増感部材を備えていないモデレータ側からの測定値に比べて、増感部材を備えているモデレータ側からの測定値の方が大きくなり、超高速中性子の検出感度が改善され、両者の差から、測定された中性子の線量値の内に占める超高速中性子の線量値を算出することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、中低速中性子の検出手段と、この検出手段を囲み中性子を減速するモデレータと、検出手段からの信号を処理する信号処理回路と、を備えた中性子検出器であって、モデレータの一部に挿入孔を有し、この挿入孔に着脱可能に挿入され、且つ宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えている。
増感部材をモデレータの挿入孔に挿入するか取り出すかによって、増感部材の有無による２つの測定値が得られるので、請求項１の発明と同様に、超高速中性子の検出感度が改善され、両測定値の差から、測定された中性子の線量値の内に占める超高速中性子の線量値を算出することができる。
【０００８】
請求項３の発明は、中低速中性子の検出手段と、この検出手段を囲み中性子を減速するモデレータと、検出手段からの信号を処理する信号処理回路と、を備えた中性子検出器であって、モデレータの表面に着脱可能に装着され、且つ宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えている。
増感部材をモデレータの表面に着脱することによって、請求項２の発明と同様に、増感部材の有無による２つの測定値が得られるので、超高速中性子の検出感度が改善され、両測定値の差から、測定された中性子の線量値の内に占める超高速中性子の線量値を算出することができる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３の発明のいずれかにおいて、前記増感部材が鉛からなる。
鉛は、増感部材としての効果が高く、入手が容易であり、それほど高価な材料ではない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明による中性子検出器の実施の形態について、実施例を用いて説明する。なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。
〔第１の実施例〕
図１は、この発明による中性子検出器の第１の実施例の構成を示す概念図である。
この中性子検出器１ａは、２組の３Ｈｅ中性子計数管１１及びモデレータ１２と、一方（図１では左側）のモデレータ１２の外側を覆う増感部材としての鉛増感度材１５と、２つの３Ｈｅ中性子計数管１１からの信号を処理する信号処理回路１４ａと、表示回路１６と、３Ｈｅ中性子計数管１１、モデレータ１２及び鉛増感度材１５からなる中性子検出部を保持し、信号処理回路１４ａ及び表示回路１６を収納する架台１３ａと、で構成されている。
【００１１】
３Ｈｅ中性子計数管１１及びモデレータ１２は、従来技術と同じであるので、その説明は省略する。
増感部材としての鉛増感度材１５は、宇宙線等の超高速中性子の検出感度を高めるための部材であり、鉛からなり、厚さ１５ｍｍの球殻状である。鉛は、超高速中性子と核反応して複数個の中性子を放出する核反応断面積が大きいので、超高速中性子の検出感度を高める部材として機能する。したがって、鉛増感度材１５を備えることによって、超高速中性子が存在する時の計数値が増加し、従来の中性子検出器における超高エネルギー領域での感度低下が改善される。
【００１２】
２つの３Ｈｅ中性子計数管１１の出力信号は信号処理回路１４ａに入力され、それぞれの計数値が計数され、左側の３Ｈｅ中性子計数管１１の計数値と右側の３Ｈｅ中性子計数管１１の計数値とが比較され、その差が求められる。左側の３Ｈｅ中性子計数管１１は、鉛増感度材１５によって完全に囲まれているので、鉛増感度材１５から放出された中性子を効率良く検出するが、右側の３Ｈｅ中性子計数管１１は、鉛増感度材１５から離れているので、鉛増感度材１５から放出された中性子をそれほど検出しない。したがって、両計数値の差とそれぞれの部材の大きさや配置から、超高速中性子によって鉛増感度材１５から放出された中性子の数が推定され、超高速中性子の線量が推定される。両計数値の差が小さい場合は、超高速中性子が少ないことを表し、大きい場合は、超高速中性子が多いことを表す。
【００１３】
このようにして算出される超高速中性子の線量値が、それ以外の中性子の線量値と合算され、中性子の線量値として表示回路１６に表示される。必要に応じて、超高速中性子の線量値も表示回路１６に表示される。
なお、鉛増感度材１５の大きさや厚さを最適値に選定すれば、左側の３Ｈｅ中性子計数管１１の出力信号だけで中性子の線量値を算出することも可能である。この場合には、右側の３Ｈｅ中性子計数管１１の出力信号は、超高速中性子の線量値の割合を算出するのに必要とされるだけである。したがって、超高速中性子の線量値の割合を算出する必要が無い場合には、右側の３Ｈｅ中性子計数管１１及びモデレータ１２を省略することができる。
【００１４】
第１の実施例は、２組の３Ｈｅ中性子計数管及びモデレータを備えているが、以下で説明する第２の実施例及び第３の実施例は、軽量化して可搬型とするために、３Ｈｅ中性子計数管及びモデレータを１組とし、且つ増感部材を着脱可能な構造として、増感部材の着脱によって、増感部材の有無に対応する中性子の計数値を計数する。
〔第２の実施例〕
図２は第２の実施例の構成を示す概念図である。
この中性子検出器１ｂにおいては、モデレータとして、増感部材である鉛増感板１５ａを挿入する挿入孔１２１を備えたモデレータ１２ａが用いられ、信号処理回路１４ｂを収納するケース１７は、携帯に適した形状とするために、モデレータ１２ａの側面に取り付けられ、ケース１７には不図示の把手も取り付けられている。
【００１５】
可搬型とするために、モデレータ１２ａの直径を２００ｍｍと小さくし、鉛増感板１５ａも軽くした。鉛増感板１５ａの寸法は、例えば厚さ１５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、幅１５０ｍｍである。
鉛増感板１５ａの効果の例を以下に示す。
バックグランドの計数において、鉛増感板１５ａを外した状態では１．２ｃｐｍを計数したのに対して、鉛増感板１５ａを挿入した状態では１．６ｃｐｍを計数した。増加した０．４ｃｐｍが、宇宙線に含まれる超高速中性子によって鉛増感板１５ａから放出された中性子に対応する。
【００１６】
また、加速器による６５ＭｅＶの中性子場における計数では、鉛増感板１５ａを外した状態では２４０ｃｐｓを計数したのに対して、鉛増感板１５ａを挿入した状態では７７０ｃｐｓを計数し、鉛増感板１５ａの挿入によって計数値が約３倍に増大した。
〔第３の実施例〕
図３は第３の実施例の構成を示す概念図である。
この中性子検出器１ｃにおいては、モデレータとして、従来例と同じ形状の、挿入孔のないモデレータ１２が用いられ、増感部材として、モデレータ１２の表面にぴったりと載せられるような、球殻の一部に相当する形状の鉛増感板１５ｂが用いられている。信号処理回路１４ｂ及びケース１７は第２の実施例と同じである。
【００１７】
図３のように鉛増感板１５ｂをモデレータ１２上に載置するか、取り外すか、によって、第２の実施例と同様に、宇宙線等に含まれる超高速中性子による計数を弁別することができる。
なお、図３には図示していないが、モデレータ１２の頂点に小さな突起等を設け、鉛増感板１５ｂの中央に凹みまたは貫通孔を設けて、突起等と凹みまたは貫通孔とを嵌め合わせる構造にするとよく、必要に応じて鉛増感板１５ｂをネジ止めする構造にすればよい。この構造は、鉛増感板１５ｂの位置決め及び固定が簡単にでき、携帯にも便利である。
【００１８】
以上の実施例においては、中低速中性子の検出手段として３Ｈｅ中性子計数管を用いた場合のみを説明してきたが、３Ｈｅ中性子計数管を他の検出手段、例えば表面に１０Ｂ膜を形成された半導体検出器、に置き換えることも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、２組の検出手段及びモデレータを備え、一方のモデレータの外側に、宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えているので、超高速中性子の検出感度が改善され、且つ、中性子の中に超高速中性子が含まれていると、増感部材を備えていないモデレータ側からの測定値に比べて、増感部材を備えているモデレータ側からの測定値の方が大きくなり、両者の差から、測定された中性子の線量値の内に占める超高速中性子の線量値を算出することができる。
【００２０】
したがって、この発明によれば、検出精度が高く、且つ、検出された中性子の主なものが、宇宙線等の超高速中性子か、数ＭｅＶ以下の中性子か、の区別可能な中性子検出器を提供することができる。
請求項２の発明においては、モデレータの一部に挿入孔を有し、この挿入孔に着脱可能に挿入され、且つ宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えているので、増感部材をモデレータの挿入孔に挿入するか取り出すかによって、増感部材の有無による２つの測定値が得られ、請求項１の発明と同様に、超高速中性子の検出感度が改善され、両測定値の差から、測定された中性子の線量値の内に占める超高速中性子の線量値を算出することができる。
【００２１】
請求項３の発明においては、モデレータの表面に着脱可能に装着され、且つ宇宙線等に含まれる超高速中性子と相互作用して複数の中性子を放出する増感部材を備えているので、増感部材をモデレータの表面に着脱することによって、増感部材の有無による２つの測定値が得られ、超高速中性子の検出感度が改善され、両測定値の差から、測定された中性子の線量値の内に占める超高速中性子の線量値を算出することができる。
請求項４の発明においては、増感部材が鉛からなる。鉛は、超高速中性子の増感効果が高く、入手が容易であり、それほど高価な材料ではなく、増感部材として最適の材料である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による中性子検出器の第１の実施例の構成を示す概念図
【図２】第２の実施例の構成を示す概念図
【図３】第３の実施例の構成を示す概念図
【図４】従来技術による中性子検出器の一例の構成を示す概念図
【符号の説明】
１，  １ａ，  １ｂ，  １ｃ  中性子検出器
１１            ３Ｈｅ中性子計数管
１２，  １２ａ        モデレータ
１３，  １３ａ        架台
１４，  １４ａ，  １４ｂ    信号処理回路
１５            鉛増感度材
１５ａ，  １５ｂ      鉛増感板
１６            表示回路
１７            ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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