(57)【要約】【課題】５００ミクロン以下の位置分解能と中性子感度の位置一様性に極めて優れた中性子イメージ検出器を提供する。【解決手段】低温に冷却可能な耐圧力性チャンバー内部にヘリウム３ガスを封入し、ヘリウム３が中性子を捕獲した際放出されるプロトン（ｐ）あるいはトリトン（Ｔ）を耐圧力性チャンバー内部に配置した低温粒子線検出素子で検出して中性子を検出するヘリウム３ガス検出器を構成し、その動作温度を３．１９Ｋ以上１００Ｋ以下とし、かつ、封入ヘリウム3ガス圧力を動作温度（単位：Ｋ）を０.３６倍した値以上の圧力とした条件で動作させ、高いヘリウム３密度状態を実現することにより、中性子捕獲反応により生じたプロトンの飛程を低減し、高い中性子検出位置分解能を持つ中性子イメージ検出器を実現する。【選択図】図３
2005030930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温に冷却可能な耐圧力性チャンバー内部にヘリウム３ガスを封入し、ヘリウム３が中性子を捕獲した際放出されるプロトン（ｐ）あるいはトリトン（Ｔ）を耐圧力性チャンバー内部に配置した低温粒子線検出素子で検出して中性子を検出するヘリウム３ガス検出器を構成し、その動作温度を３.１９Ｋ以上１００Ｋ以下、かつ、封入ヘリウム3ガス圧力を動作温度（単位：Ｋ）を０.３６倍した値以上の圧力とした条件で動作させることを特徴とした低温中性子検出器。
【請求項２】
低温に冷却可能な耐圧力性チャンバー内部に液体ヘリウム３を封入し、ヘリウム３が中性子を捕獲した際放出されるプロトン（ｐ）あるいはトリトン（Ｔ）を耐圧力性チャンバー内部に配置した低温粒子線検出素子で検出して中性子を検出する液体ヘリウム３検出器を構成し、その動作温度を３．１９Ｋ以下で動作させることを特徴とした低温中性子検出器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、低温粒子線検出素子として２個以上の素子から構成されたアレイ検出素子を用い、中性子の入射位置を検出することを特長とした低温中性子イメージ検出器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、低温粒子線検出素子としてＩｎＳｂ半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を５.８ミクロン以下とすることを特徴とした低温中性子検出器あるいは低温中性子イメージ検出器。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、低温粒子検出素子としてＳｉ半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を７.３ミクロン以下とすることを特徴とした低温中性子検出器あるいは低温中性子イメージ検出器。
【請求項６】
請求項２において、低温粒子検出素子として超伝導トンネル接合素子を使用することを特徴とした低温中性子検出器。
【請求項７】
請求項６において、低温粒子線検出素子として２個以上の素子から構成されたアレイ検出素子を用い、中性子の入射位置を検出することを特長とした低温中性子イメージ検出器。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、耐圧力性チャンバーに、常温に設置したヘリウム３ガスリザーバーを接続し、耐圧力性チャンバー内部のガス圧を設定した値に自動的に調整可能とすることを特徴とした低温中性子検出器あるいは低温中性子イメージ検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温に冷却したヘリウム３を用いた中性子検出器及び高位置分解能を持つ
中性子イメージ検出器に関するものである。
本発明は、低温でも使用可能な中性子検出器に関するものであると共に、高い中性子検出位置分解能及び中性子検出感度の一様性が優れた中性子イメージ検出器に関するものである。このため、本検出器は、高い位置分解能が必要とされる中性子散乱実験、あるいは中性子ラジオグラフィーに使用される。また、試料を低温に冷却し、散乱された中性子を近距離で測定する必要がある中性子散乱実験にも使用できる。
【背景技術】
【０００２】
これまで、中性子の入射位置を一次元、あるいは二次元で捕らえる中性子位置検出器としては10気圧程度のヘリウム３ガス中に複数のワイアーを張り巡らせた図１に示すようなワイアーチェンバーが開発され、一般に使用されている（例えば、非特許文献１参照）。このワイアーチェンバーは高い検出効率、低いバックグランド、高い中性子/ガンマ線弁別能、高い検出感度一様性などにより多くの中性子散乱実験に使用されている。このワイアーチェンバーの位置分解能は良くしても、通常2-3mm程度である。
【０００３】
一方、上述のワイアーチェンバーの位置分解能を改善した中性子ガス検出器として図２に示すようなマイクロストリップ型中性子検出器が開発されている（例えば、非特許文献２参照）。この検出器は絶縁基板上に、数十ミクロンのアノード、カソード電極を数百ミクロンのピッチでリソグラフィー技術を用いて張り巡らされたもので、位置分解能0.4ｍｍが実現されている。
【０００４】
また、液体ヘリウム３を用いてワイヤー電極により二次粒子を検出する試みがなされているが、ガス増幅率が上がらず、まだ実現していない（例えば、非特許文献３参照）。
【非特許文献１】V.Radeka et al., ＢＮＬreport #65032, E. Gattiet al, Nucl. Instrum. & Meth. 163, 83 (1979)
【非特許文献２】Ａ．Oed et al, Nucl. Instrum. & Meth. A263, 351(1988)
【非特許文献３】放射線、No.２６,3（2000）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の中性子ガスイメージ検出器の位置分解能は依然十分なものではない。高い位置分解能の実現のためには、中性子捕獲反応の結果生じる二次粒子（プロトン、トリトン）の飛程をできるだけ短くすることが、必要不可欠である。飛程を短くする方法としては、封入圧力の増大、分子量の重いガスの添加などがあるが、ガス増幅を用いてこれら粒子を検出する場合、ガス増幅率の低下という大きな問題があり、実現することは困難であった。
【０００６】
また、二次粒子の飛程を数１０ミクロンにまで低減するには、常温において１０００気圧程度のヘリウム３ガスが必要であり、ガスチャンバーの耐圧力性による制約が大きく実現は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ヘリウム３を低温に冷却し用いることにより、ガス圧力を上げずヘリウム３原子核密度を高くし、放出される二次粒子を低温で使用可能な粒子検出素子により検出し、高い位置分解能を付与した低温中性子イメージ検出器を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために以下の解決手段を用いる。
低温に冷却可能な耐圧力性チャンバー内部にヘリウム３ガスを封入し、ヘリウム３が中性子を捕獲した際放出されるプロトン（ｐ）あるいはトリトン（Ｔ）を耐圧力性チャンバー内部に配置した低温粒子線検出素子で検出して中性子を検出するヘリウム３ガス検出器を構成し、その動作温度Tが３．１９Ｋ以上１００Ｋ以下、かつ、封入ヘリウム3ガス圧力をＰ＞T/ 2.77の条件を満足するガス圧で動作させる。
【０００９】
低温粒子検出素子と、耐圧力性のチャンバーとからなり、それらの内部に液体ヘリウム３ガスを封入することで中性子感度を有する中性子ガス検出器を構成し、その動作温度Tが３．１９Ｋ以下で動作させる。
【００１０】
低温粒子検出素子としてＩｎＳｂ半導体検出素子及びＳｉ半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅をプロトン及びトリトンの飛程以下としガンマ線等のバックグラウンドを除去する。
【００１１】
耐圧力性チャンバーに常温に設置したヘリウム３ガスリザーバーを接続し、耐圧力性チャンバー内部のガス圧を設定した値に自動的に調整可能とし、操作性を向上すると共に低温が維持できなくなった際に予想される耐圧力問題に対する安全性を確保する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、本発明の中性子検出器の動作原理を説明する。図３には本発明による中性子検出器の側面図を、図４には、平面図を示す。冷却可能な耐圧力性ガスチャンバー内に低温粒子線検出素子を設置し、その空間内にヘリウム３を封入する。中性子は、ヘリウム３との核反応3Ｈｅ(ｎ,ｐ)Ｔ反応により捕獲され、二次粒子であるプロトン、トリトンがお互い反対方向に射出される。放出されたプロトン、トリトンのうち、低温粒子線検出素子に入射するどちらか一方の粒子を検出することで中性子が検出される。低温粒子線検出素子をアレイとして配置した場合には、どの位置の検出素子に入射したかを判定することにより中性子入射位置が特定される。
【００１３】
本検出器の位置分解能は、二次粒子のうち飛程の長いプロトンの飛程により決まるため、この飛程を低減することが高位置分解能を実現する鍵となる。常温、１気圧、ヘリウム３中におけるプロトン（５７４keV）の飛程は５４ｍｍであるので、飛程５００ミクロン、すなわち位置分解能５００ミクロン程度を実現するためには、室温では１０８気圧もの高いガス圧が必要となる。このように高いガス圧を保持するガスチャンバーの製作は非常に困難である。
【００１４】
ここで、ガスの圧力をＰ，体積をＶ、温度をＴとすると、理想気体はボイル・シャルルの法則（ＰＶ／Ｔ＝一定）に従うことが知られている。この式に従うと、同一圧力のガスを温度が1/１０の状態にて封入した場合、１０倍の量のガスが封入されることになり、結果として１０倍の原子核密度が実現される。具体的には、常温（３００Ｋ）において１００気圧のガス圧で実現されるガス密度状態は、3.3Ｋにおいてはほんの1.1気圧で実現される。この程度のガス圧に耐えうるガスチャンバーは容易に製作可能である。なお、ヘリウム３は沸点が３．１９Ｋ、臨界温度が３．３Ｋ、臨界圧が１.１気圧の希ガスであるため臨界温度、臨界圧力以上においてもガス状態で存在している。
【００１５】
ヘリウム３のみのを充満した場合の各温度、Ｔ（Ｋ）におけるプロトン飛程、Ｒ（ｍｍ）はガス圧をＰ（atm）として以下の式で与えられる。
Ｒ＝５４  /  [Ｐ・３００/Ｔ]      （ｍｍ）
各動作温度において、位置分解能５００ミクロン以下を実現するには、以下の条件を満足するガス圧、Ｐとする。
Ｐ＞０.３６Ｔ
図５には各温度において計算した飛程の圧力依存性を示す。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
実施例１として、図６（側面図）、図７（平面図）を参照して述べる。本発明の中性子検出器は、低温で粒子検出が可能な粒子線検出素子と、耐圧力性チャンバーと、ヘリウム３ガスとから検出器を構成され、その動作温度を３.１９Ｋ以上１００Ｋ以下、かつ、封入ヘリウム3ガス圧力を動作温度（単位：Ｋ）を０.３６倍した値以上の圧力とした条件で動作させることを特徴としている。
【００１７】
粒子線検出素子として使用したＩｎＳｂ素子の大きさは、5x7x0.4tmm3で素子は厚さ1.0mmのCu板上にInはんだ固定されている。本素子を耐圧15atmのＳＵＳ３０４製チャンバー内にスタイキャストで固定した。使用したＩｎＳｂ素子は住友電工製のnon-doped ＩｎＳｂウェハーを用いて製作された。InSb素子上に形成した直径3mm、厚さ4nmのAu/Pd層メサにより整流性電極を形成し金線により素子と信号線とを接続した。本素子は漏洩電流による雑音の関係から無バイアスで動作させた。チャンバーとＩｎＳｂ素子表面とで形成される中性子吸収層の厚さは〜3.6mmである。チャンバー全体を液体ヘリウムに浸しＩｎＳｂ素子及び、ヘリウム３ガスを4.2Kに冷却した。この場合、位置分解能０．５ｍｍを実現するガス圧は、１.５atm以上と計算された。
【００１８】
原研改造3号炉T1-4ポート(最大中性子フラックス105n/cm2/s)において、本検出器に熱中性子を照射し、その中性子検出特性を調べた。中性子は厚さInSb素子背面から入射した。素子からの信号は長さ約1000mmのガスパイプ内を通した信号線により外部に取り出し、常温に設置された前段増幅器(Canberra 2003BT)に接続した。
【００１９】
図８にガス圧０.０１２atm封入した場合に観測された前段増幅器の出力信号パルス波形を示す。立ち上がり時間〜８０nsecでＩｎＳｂ素子が良好に二次粒子を捕らえていることを確認した。
【００２０】
電荷増幅器からの出力信号をシェーピングアンプ(Canberra 2001)にて時定数1.5マイクロsecで波形整形しMCAで波高分布を測定した。ガス圧を０.０１２〜１２.４atmまで変化した場合の波高スペクトルの変化を測定した結果を図９に示す。いずれのガス圧においてもプロトンを明確に捕らえることができた。
【００２１】
以上の結果、４.２Ｋの温度において、Ｐ＞０.３６ｘＴの条件を満足するガス圧において、中性子（プロトン）を検出可能であることが確認された。
（実施例２）
実施例２は、低温で粒子検出が可能な粒子線検出素子と、耐圧力性のチャンバーと、液体ヘリウムとから検出器を構成され、その動作温度Tが３．１９Ｋ以下で動作させることを特徴とする中性子検出器に関するものである。
【００２２】
図６、７に示した構造と同様の中性子検出器を使用し、検出器全体を１.６Ｋに冷却した。その後、液体状態であるヘリウム３をチャンバー内に導入し、中性子の検出を試みた。
【００２３】
図１０に液体ヘリウム３に外圧０.９２atmを印加した場合の波高スペクトルを示す。これよりヘリウム３液体を中性子コンバータとした場合にも良好に中性子（プロトン）を検出可能であることが確認できた。
（実施例３）
実施例３は、低温粒子線検出素子として２個以上の素子から構成されたアレイ検出素子を用い、中性子の入射位置を検出することを特長とした低温中性子イメージ検出器に関するものである。
【００２４】
図１１に二つ以上の低温半導体検出素子をアレイ化した検出素子群の図（側面図）を図１２に平面図を示す。  検出素子一辺の長さＬは、中性子捕獲反応の結果生じるプロトンの飛程Ｒよりも小さくすることが不可欠である。したがって、素子一辺の長さは  Ｌ＜Ｒを満足するものとし、ここでは、
Ｌ＜５００ミクロン
の条件からＬは決定される。
【００２５】
また、素子と素子との間の距離ｄは、上記条件に基づいて決定されたＬと、検出器全体に占める有効面積により決定される。
今、有効面積率ｘ（ｘ＜１）を
ｘ＝Ｌ2/（Ｌ+２ｄ）2
と定義すると、ｘを用いてｄは以下の式で与えられる。
【００２６】
ｄ＝Ｌ／２・（１−a）/a
ここでa=ｘ0.5である。
図１３には素子一辺の大きさＬに対して、有効面積率を設定した場合に必要な素子間距離ｄの計算結果を示す。これらの式、図より、配置するアレイ検出素子の大きさ、配置間隔を決定することができる。
【００２７】
実施例として、中性子検出器の動作温度を４.２Kとし、封入ガス圧を2気圧とした場合には、プロトンの飛程は、３７２ミクロンである。したがって、アレイ検出素子の一辺のサイズを３００ミクロンとし、４３.６ミクロンの間隔で検出素子をアレイ配置した場合、有効面積率０．６である低温中性子イメージ検出器を製作することができる。
（実施例４）
実施例４は、低温で使用可能な粒子線検出素子としてＩｎＳｂ半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を５.８ミクロン以下とすることを特徴とする低温中性子検出器に関するものである。
【００２８】
中性子検出器においては、中性子以外の放射線（例えば、X線、ガンマ線など）はバックグランドで雑音となることからできるだけこれらに不感であることが望ましい。また、一方では、中性子吸収により生じたプロトンが半導体素子中において全エネルギーを付与し、信号対雑音比を大きくとることが重要である。このような観点から、使用する半導体検出素子の空乏層厚さには最適値が存在することが分かる。
【００２９】
放射線の吸収効率は空乏層厚さに比例するためバックグランド低減の観点からは半導体検出素子の空乏層厚さはできるだけ薄いことが好ましい。したがって、半導体素子群の空乏層厚さとしては中性子捕獲反応により生じたプロトンが半導体素子中で全エネルギー付与する厚さ以下であることが必要である。
【００３０】
図１４は、ＩｎＳｂ素子中におけるプロトン飛程のプロトンエネルギー依存性を示している。これより、中性子捕獲反応により生じたプロトン（５７４keV）が全エネルギー付与する飛程から、ＩｎＳｂ素子の空乏層を５.８ミクロン以下にすることによりガンマ線バックグラウンドを低減することができるがことがわかる。
（実施例５）
実施例５は、低温で使用可能な粒子線検出素子としてＳｉ半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を７.３ミクロン以下とすることを特徴とする低温中性子検出器に関するものである。
【００３１】
また、中性子検出器においては、中性子以外の放射線（例えば、X線、ガンマ線）はバックグランドで雑音となることからできるだけこれらに不感であることが望ましい。また、一方では、中性子吸収により生じたプロトンが半導体素子中において全エネルギーを付与し、信号対雑音比を大きくとることが重要である。このような観点から、使用する半導体検出素子の空乏層厚さには最適値が存在することが分かる。
【００３２】
放射線の吸収効率は空乏層厚さに比例するためバックグランド低減の観点からは半導体検出素子の空乏層厚さはできるだけ薄いことが好ましい。したがって、半導体素子群の空乏層厚さとしては中性子捕獲反応により生じたプロトンが半導体素子中で全エネルギー付与する厚さ以下であることが必要である。
【００３３】
なお、低温で使用できるＳｉ半導体検出器としては米国ＯＲＴＥＣ社の低温対応型ＵＬＴＲＡ・Ｓｉ検出器シリーズが使用できる。
図１５は、Ｓｉ素子中におけるプロトン飛程のプロトンエネルギー依存性を示している。これより、中性子捕獲反応により生じたプロトン（５７４keV）が全エネルギー付与する飛程から、Ｓｉ素子は空乏層として７.３ミクロン以下にすることによりガンマ線バックグラウンドを低減することができることがわかる。
（実施例６）
実施例６は、低温粒子検出素子として超伝導トンネル接合素子を使用することを特徴とした低温中性子検出器に関するものである。
【００３４】
超伝導トンネル接合素子は低温で動作する放射線検出器でその構造は図１６に示すとおり、二つの超伝導体を厚さ１ナノメートル程度の薄い絶縁膜を挟み込んだサンドイッチ構造をしている。超伝導体において吸収された放射線は、そこで多数の信号電子が生成され、それらの電子が超伝導膜間においてトンネルすることにより、二つの超伝導体の間に信号を誘起するのがこの検出器の放射線検出原理である。通常、超伝導膜としては超伝導臨界温度が10Ｋと高いニオブが使用される。したがって、原理的にはニオブの臨界温度である10Ｋ以下の温度において動作するが熱雑音の観点からその１/２〜１/３以下の温度で動作させるのが通常である。
【００３５】
実施例として、二つのニオブ膜の厚さが２００nmとし、臨界電流密度１００Ａ/ｃｍ２で設計された大きさ１７８ミクロン角の超伝導トンネル接合素子を用いることとする。素子は、図１７に示すようにクライオスタット内に設置され、0.4Ｋに冷却し、Ｘ線信号とは無関係に流れているジョセフソン電流を抑制するため、外部より接合と平行に１００ガウス程度の磁場を印加して使用する。
【００３６】
ヘリウム３における中性子吸収の結果生じるプロトン、トリトンによりどの程度のエネルギーが超伝導膜に付与されるのかを計算した結果を図１８に示す。同図は横軸にニオブ超伝導膜の膜厚を、縦軸にプロトン、あるいはトリトンにより付与されたエネルギーを示している。この図より、ニオブ膜の厚さが１００nm以上であれば、プロトン、トリトンによるエネルギー付与量が６keV以上となり、検出限界の一桁以上の値となることから、プロトン、トリトンを十分に検出できることがわかる。したがって、中性子検出に供することができる。
【００３７】
上記では、ＳＩＳ型（超伝導体／絶縁膜／超伝導体）構造の超伝導トンネル接合素子の実施例を述べたが、ＮＩＳ型（常伝導対／絶縁膜／超伝導体）構造の超伝導トンネル接合素子でも同様に行うことができる。
（実施例７）
実施例７は、低温粒子線検出素子として２個以上の素子から構成された超伝導トンネル接合素子によるアレイ検出素子を用い、中性子の入射位置を検出することを特長とした低温中性子イメージ検出器に関するものである。
【００３８】
図１９に二つ以上の低温粒子線検出素子をアレイ化した検出素子群の側面図を、図２０に平面図を示す。  検出素子一辺の長さＬは、中性子捕獲反応の結果生じるプロトンの飛程Ｒよりも小さくすることが不可欠である。したがって、素子一辺の長さはＬ＜Ｒを満足するものとし、ここでは、
Ｌ＜５００ミクロン
の条件からＬは決定される。
【００３９】
また、素子と素子との間の距離ｄは、上記条件に基づいて決定されたＬと、検出器全体に占める有効面積により決定される。
今、有効面積率ｘ（ｘ＜１）を
ｘ＝Ｌ2/（Ｌ+２ｄ）2
と定義すると、ｘを用いてｄは以下の式で与えられる。
【００４０】
ｄ＝Ｌ／２・（１−a）/a
ここでa=ｘ0.5である。
図２１に、素子一辺の大きさＬに対して、有効面積率を設定した場合に必要な素子間距離ｄの計算結果を示す。これらの式、図より、配置するアレイ検出素子の大きさ、配置間隔を決定することができる。
【００４１】
実施例として、中性子検出器の動作温度を４.２Kとし、封入ガス圧を2気圧とした場合には、プロトンの飛程は、３７２ミクロンである。したがって、アレイ検出素子の一辺のサイズを３００ミクロンとし、４３.６ミクロンの間隔で検出素子をアレイ配置した場合、有効面積率０．６である低温中性子イメージ検出器を製作することができる。
（実施例８）
実施例８は、耐圧力性チャンバーに、常温に設置したヘリウム３ガスリザーバーを接続し、耐圧力性チャンバー内部のガス圧を設定した値に自動的に調整可能とすることを特徴とした低温中性子検出器あるいは低温中性子イメージ検出器に関するものである。
【００４２】
封入されたヘリウム３がガス状態であった場合を考える。容量Ｖ1（ｃｍ3）をもつ中性子イメージ検出器を動作した時の圧力をＰ1（atm）、温度をＴ1(K)としたときの、常温に設置されるべきリザーバータンクの体積Ｖresと圧力Ｐresとは、ボイルシャルル則より以下の式で与えられる。
Ｖres＝（３００/Ｔ1）（Ｐ1/Ｐres）Ｖ1
ここでＰresはリザーバータンクの耐圧により決定される。リザーバータンクの耐圧を１０気圧とした場合の、検出器容量Ｖ1で規格化されたリザーバータンク容量Ｖresを、検出器動作させるヘリウム３の設定圧力Ｐ1に対して計算したものを図２２に示す。このように上式を用いることにより必要な中性子イメージ検出器の動作条件を決定できれば、同図及び同式を用いてリザーバータンクの容量を決定することができる。
【００４３】
実施例として、容量１ｃｍ3をもつ中性子イメージ検出器が動作した時の圧力を２気圧、温度を４.２K、リザーバータンクの耐圧を１０気圧とした場合、容量６０ｃｍ3のリザーバタンクを接続し低温中性子イメージ検出器を４．２Kへ冷却することにより、必要とする動作ガス圧へ自動的に調整されることが確認できた。
【００４４】
また、液体ヘリウム３を封入した場合のリザーバータンク容量も同様に計算できる。この場合、液体ヘリウム３の密度を０.０８(g/cm3)とすることで簡略化され、以下の式で計算される。
【００４５】
Ｖres  ＞  ６６４（Ｖ1/Ｐres）
検出器容量Ｖ1で規格化されたリザーバータンク容量Ｖresをリザーバタンクの耐圧の関数として上式により計算した結果を図２３に示す。
【００４６】
これらの結果より、本発明による中性子イメージ検出器の動作温度、動作圧力が決定できれば、必要とされるリザーバタンクの容量の最低値が、耐ガス圧を決定することにより計算できることが確認できた。
【００４７】
実施例として、容量６６．４ｃｍ3液体ヘリウム３による中性子イメージ検出器では、リザーバータンクの耐圧が１０気圧とした場合、容量が６６．４ｃｍ3のリザーバタンクを接続し低温中性子イメージ検出器を３.１９K以下へ冷却することにより、必要とする動作ガス圧へ自動的に調整されることが確認できた。
（発明の効果）
【００４８】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば以下のような効果を奏することができる。
低温環境を利用してヘリウム３ガスの高密度状態を実現することにより、５００ミクロン以下の高い中性子検出位置分解能が得られる。
【００４９】
また、同時にガス状態のヘリウム３を使用した場合、極めて中性子検出効率の一様性の高い中性子イメージ検出器となる。
液体ヘリウム３を使用した場合には、ガス状態の場合に必要であったガス圧の調整が不要となり、動作温度を決定するという操作のみで検出器の中性子感度が一意に決定され、極めて位置一様性の高い中性子イメージ検出器が実現される。
【００５０】
使用する半導体素子の空乏層厚さを中性子検出に供するのに十分、かつ必要な厚さとするため、高い信号対雑音比が得られ、中性子対バックグランド比を向上することができる。
【００５１】
常温に設置された所定の耐ガス、容量をもつリザーバタンク内に所定の量のガスをあらかじめ封入しておくことにより、検出器を動作温度にまで冷却するという行為のみにより所定の動作条件に検出器を簡単に設定できるので操作性が向上し、また、中性子検出感度の信頼性、再現性も向上し、また、安全性をも確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来のワイヤーチェンバー型中性子検出器を示す図である。
【図２】従来のマイクロストリップ型中性子検出器を示す図である。
【図３】ヘリウム３ガスと粒子検出可能な半導体検出素子からなる中性子イメージ検出器（側面図）を示す図である。
【図４】ヘリウム３ガスと粒子検出可能な半導体検出素子からなる中性子イメージ検出器（平面図）を示す図である。
【図５】３．３Ｋから３００Ｋの温度範囲におけるヘリウム３ガス中のプロトン（574KeV）飛程のガス圧依存性の計算結果を示す図である。
【図６】ヘリウム３ガスと粒子検出可能なＩｎＳｂ半導体検出素子からなる中性子イメージ検出器（側面図）を示す図である。
【図７】ヘリウム３ガスと粒子検出可能なＩｎＳｂ半導体検出素子からなる中性子イメージ検出器（平面図）を示す図である。
【図８】ヘリウム３ガスと粒子検出可能なＩｎＳｂ半導体検出素子からなる中性子イメージ検出器のガス圧0.012atmにおける中性子信号測定結果を示す図である。
【図９】ヘリウム３ガスと粒子検出可能なＩｎＳｂ半導体検出素子からなる中性子イメージ検出器のガス圧を0.012〜12atmにおける中性子波高スペクトル測定結果を示す図である。
【図１０】液体ヘリウム３と粒子検出可能なＩｎＳｂ半導体検出素子からなる中性子イメージ検出器の動作温度１.６Ｋにおける中性子波高スペクトル測定結果を示す図である。
【図１１】ヘリウム３ガスと粒子検出可能な半導体検出素子群からなる中性子イメージ検出器（側面図）を示す図である。
【図１２】ヘリウム３ガスと粒子検出可能な半導体検出素子群からなる中性子イメージ検出器（平面図）を示す図である。
【図１３】粒子線検出半導体素子間の距離の検出素子一辺の長さ及び充填率による計算結果を示す図である。
【図１４】ＩｎＳｂ半導体検出素子中におけるプロトン飛程の計算結果を示す図である。
【図１５】Ｓi半導体検出素子中におけるプロトン飛程の計算結果を示す図である。
【図１６】超伝導トンネル接合素子の構成図を示す図である。
【図１７】液体ヘリウム３と超伝導トンネル接合素子を用いた中性子イメージング検出器を示す図である。
【図１８】プロトン（574keV）、およびトリトン（１９１keV）の超伝導トンネル接合素子に付与するエネルギーの計算結果を示す図である。
【図１９】ヘリウム３ガスと粒子検出可能な超伝導トンネル接合検出素子群からなる中性子イメージ検出器（側面図）を示す図である。
【図２０】ヘリウム３ガスと粒子検出可能な超伝導トンネル接合検出素子群からなる中性子イメージ検出器（平面図）を示す図である。
【図２１】超伝導トンネル接合検出素子間距離の計算結果を示す図である。
【図２２】ヘリウム３ガスを使用した場合の中性子イメージ検出器に必要なタンク容量の計算結果を示す図である。
【図２３】液体ヘリウム３を使用した場合の、中性子イメージ検出器のリザーバタンクに必要なタンク容量の計算結果を示す図である。
【図１】
2005030930.tif 000003
【図２】
2005030930.tif 000004
【図３】
2005030930.tif 000005
【図４】
2005030930.tif 000006
【図５】
2005030930.tif 000007
【図６】
2005030930.tif 000008
【図７】
2005030930.tif 000009
【図８】
2005030930.tif 000010
【図９】
2005030930.tif 000011
【図１０】
2005030930.tif 000012
【図１１】
2005030930.tif 000013
【図１２】
2005030930.tif 000014
【図１３】
2005030930.tif 000015
【図１４】
2005030930.tif 000016
【図１５】
2005030930.tif 000017
【図１６】
2005030930.tif 000018
【図１７】
2005030930.tif 000019
【図１８】
2005030930.tif 000020
【図１９】
2005030930.tif 000021
【図２０】
2005030930.tif 000022
【図２１】
2005030930.tif 000023
【図２２】
2005030930.tif 000024
【図２３】
2005030930.tif 000025