(57)【要約】安定した測定が可能な熱中性子束モニタを提供する。  第１シンチレータ１と、第２シンチレータ２と、光検出部３とを備えている。第１シンチレータ１は、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。第２シンチレータ２は、このような核種を、第１シンチレータ１よりも少ない濃度で備えているか、あるいは、実質的に備えていない。第１シンチレータ１と第２シンチレータ２は、共に、γ線に反応して発光する。光検出部３は、第１シンチレータ１と第２シンチレータ２の発光出力に基づいて、熱中性子束を測定する。これにより、γ線の影響を除去して、熱中性子束を精度良く測定できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えており、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えておらず、前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定することを特徴とする熱中性子束モニタ。
【請求項２】
前記第１シンチレータが備えている核種は１０Ｂであることを特徴とする請求項１に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項３】
前記第１シンチレータが備えている核種は６Ｌｉであることを特徴とする請求項１に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項４】
前記測定に用いられる発光出力とは、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとにおける、しきい値以上の光量を有する発光回数の差分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱中性子束モニタ。
【請求項５】
前記第１および第２シンチレータと前記光検出部との間には、前記第１および第２シンチレータにおいて発生した光を前記検出部に導く導光路が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項６】
前記導光路は、前記第１シンチレータと前記光検出部との間に配置された第１導光部と、前記第２シンチレータと前記光検出部との間に配置された第２導光部とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項７】
前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長は、異なるものとなっており、前記導光路は、前記第１シンチレータにおいて発生した光と、前記第２シンチレータにおいて発生した光とを前記検出部に導く構成となっており、前記光検出部は、前記波長毎の発光出力に基づいて前記熱中性子束を測定することを特徴とする請求項５に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項８】
前記導光路は光ファイバにより構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項請求項に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項９】
前記光ファイバは、その中間部において脱着可能とされていることを特徴とする請求項８に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１０】
前記第１または第２シンチレータの表面には、前記第１または第２シンチレータからの光を内側に反射し、かつ、熱中性子に対する感度を実質的に有しない反射層が備えられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１１】
前記第１または第２シンチレータの周囲には、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層が備えられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１２】
前記核種は、前記第１シンチレータの内部に混入されていることを特徴とする請求項２に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１３】
前記核種は、前記第１シンチレータの表面上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１４】
前記第１または第２シンチレータとして、プラスチックシンチレータが用いられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１５】
前記第１シンチレータと第２シンチレータとは、１本の導光路に接続されており、前記１本の導光路の中間部には、前記第１シンチレータからの光と、前記第２シンチレータからの光とを分離する色分光フィルタが配置されており、前記導光部は、分離されたそれぞれの前記光を前記光検出部に送る構成となっていることを特徴とする請求項７に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１６】
前記第１シンチレータおよび第２シンチレータの発光色は、青色以外であり、かつ、互いに異なるものとされていることを特徴とする請求項１５に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１７】
前記第１シンチレータと第２シンチレータの間に、発光波長を変換する波長シフトファイバーが配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１８】
前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項１９】
前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて、前記熱中性子束に加えて、さらにγ線線量を測定することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。
【請求項２０】
第１シンチレータと第２シンチレータと導光路とを備え、前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長とは、異なるものとなっており、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の先端部に配置されており、さらに、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の延長方向に沿って縦列に配置されていることを特徴とする、熱中性子束モニタ用検出素子。
【請求項２１】
第１シンチレータと、第２シンチレータとを用い、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていないものであって、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定することを特徴とする熱中性子束測定方法。
【請求項２２】
第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えており、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えておらず、前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を測定する中性子サーベイメータであって、さらに第３シンチレータを備え、前記第１シンチレータおよび前記第２シンチレータは、前記第３シンチレータの内側に配置されており、前記第３シンチレータは、外部から前記第１シンチレータに到達する中性子に対する減速材となっており、前記光検出部は、前記第３シンチレータからの発光出力を検出することにより、前記第３シンチレータに照射された速中性子線線量を計測するように構成されていることを特徴とする中性子サーベイメータ。
【請求項２３】
第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部と、減速材とを備え、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えておらず、前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を計測する構成となっており、前記減速材は、速中性子を熱中性子に減速するものであり、かつ、前記減速材は、前記第１および第２シンチレータの周囲に配置されていることを特徴とする中性子線計測装置。
【請求項２４】
前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていることを特徴とする請求項２３に記載の中性子線計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は熱中性子束モニタに関する。
【背景技術】  熱中性子束を精度良く測定する方法としては、金の放射化法が知られている。しかしながら、金の放射化法では、熱中性子による放射化、および、放射化した金の放射能測定が必要である。このため、この方法では、リアルタイムの測定が難しいという問題がある。
リアルタイムの測定を可能とするために、例えば半導体検出器を用いた方法が提案されている。しかしながら、半導体検出器を用いる方法は、遠隔地における測定やプリアンプを直近に配置できない場合、電気ノイズの影響により安定した測定が難しいという問題がある。
【発明の開示】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、安定した測定が可能な熱中性子束モニタを提供することである。
本発明に係る熱中性子束モニタは、第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えている。前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていない。前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定するものである。
前記第１シンチレータが備えている核種は、例えば、１０Ｂまたは６Ｌｉである。
前記測定に用いられる発光出力とは、例えば、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとにおける、しきい値以上の光量を有する発光回数の差分である。
前記第１および第２シンチレータと前記光検出部との間には、前記第１および第２シンチレータにおいて発生した光を前記検出部に導く導光路を配置することができる。
前記導光路は、前記第１シンチレータと前記光検出部との間に配置された第１導光部と、前記第２シンチレータと前記光検出部との間に配置された第２導光部とを備えていてもよい。
前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長を、異なるものとし、前記導光路を、前記第１シンチレータにおいて発生した光と、前記第２シンチレータにおいて発生した光とを前記検出部に導く構成とし、前記光検出部を、前記波長毎の発光出力に基づいて前記熱中性子束を測定する構成としても良い。
前記導光路を光ファイバにより構成してもよい。
前記光ファイバを、その中間部において脱着可能としてもよい。
前記第１または第２シンチレータの表面に、前記第１または第２シンチレータからの光を内側に反射し、かつ、熱中性子に対する感度を実質的に有しない反射層を備えることもできる。
前記第１または第２シンチレータの周囲に、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層を備えることもできる。
前記核種を、前記第１シンチレータの内部に混入してもよい。また、前記核種を、前記第１シンチレータの表面上に配置してもよい。
前記第１または第２シンチレータとして、プラスチックシンチレータを用いることもできる。
前記第１シンチレータと第２シンチレータとを、１本の導光路に接続し、前記１本の導光路の中間部に、前記第１シンチレータからの光と、前記第２シンチレータからの光とを分離する色分光フィルタを配置し、前記導光部を、分離されたそれぞれの前記光を前記光検出部に送る構成とすることも可能である。
前記第１シンチレータおよび第２シンチレータの発光色は、「青色以外であり、かつ、互いに異なるもの」であってもよい。
前記第１シンチレータと第２シンチレータの間に、発光波長を変換する波長シフトファイバーを配置してもよい。
前記モニタにおいて、前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていてもよい。
前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて、前記熱中性子束に加えて、さらにγ線線量を測定するものであってもよい。
本発明に係る熱中性子束モニタ用検出素子は、第１シンチレータと第２シンチレータと導光路とを備え、前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長とは、異なるものとなっており、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の先端部に配置されており、さらに、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の延長方向に沿って縦列に配置されている構成となっている。
本発明に係る熱中性子束測定方法は、第１シンチレータと、第２シンチレータとを用い、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていないものであって、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定する構成となっている。
本発明に係る中性子サーベイメータは、第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えている。前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていない。前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を測定するものである。このサーベイメータは、さらに第３シンチレータを備える。前記第１シンチレータおよび前記第２シンチレータは、前記第３シンチレータの内側に配置される。前記第３シンチレータは、外部から前記第１シンチレータに到達する中性子に対する減速材となっている。前記光検出部は、前記第３シンチレータからの発光出力を検出することにより、前記第３シンチレータに照射された速中性子線線量を計測するように構成されている。
本発明に係る中性子線計測装置は、第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部と、減速材とを備える。前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備える。前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていない。前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を計測する構成となっている。前記減速材は、速中性子を熱中性子に減速するものである。さらに、前記減速材は、前記第１および第２シンチレータの周囲に配置されている。
前記中性子線計測装置における前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１実施形態に係る熱中性子束モニタの概略的構成を示すブロック図である。
図２は、図１のＰ部分を拡大した要部断面図である。
図３は、図１のＱ部分を拡大した要部断面図である。
図４は、本発明の第２実施形態に係る熱中性子束モニタの要部拡大断面図である。
図５は、本発明の第２実施形態に係る熱中性子束モニタの概略的構成を示すブロック図である。
図６は、本発明の第２実施形態におけるチェレンコフ光対策を説明するための説明図である。
図７は、本発明の第３実施形態に係る熱中性子束モニタにおいて用いる第１シンチレータの拡大断面図である。
図８は、本発明の第４実施形態に係る熱中性子束モニタの要部拡大断面図である。
図９は、本発明の第５実施形態に係る熱中性子束モニタの要部拡大断面図である。
図１０は、本発明の実験例における実験結果を示すグラフである。
図１１は、比較例における実験結果を示すグラフである。
図１２は、本発明の実験例における実験結果を示すグラフである。
図１３は、本発明の実験例における実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の第１実施形態に係る熱中性子束モニタを、図１〜図３を参照して説明する。
（第１実施形態の構成）
この実施形態に係る熱中性子束モニタは、第１シンチレータ１（図２参照）と、第２シンチレータ２（図３参照）と、光検出部３（図１参照）と、導光路５とを主要な構成として備えている。
第１シンチレータ１は、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。本実施形態のシンチレータ１は、通常のシンチレータとして用いられる基材にこのような核種を混入することにより構成されている。核種が混入される、シンチレータ用の基材としては、有機物質を用いたもの（例えばプラスチックシンチレータ）であっても、無機物質を用いたもの（例えば少量のタリウムをドープしたＮａＩやＣｓＩの結晶、ＺｎＳの結晶、またはＢＧＯなどの酸化物結晶を用いたシンチレータ）であってもよい。
本実施形態では、第１シンチレータ１に備えられた核種として、１０Ｂが用いられている。ただし、核種としては、これに限らず、６Ｌｉ、ウラン、プルトニウム、ガドリニウムなどを用いることができる。要するに、核種としては、熱中性子と核反応を起こすものであればよい。６Ｌｉを用いる例は別の実施形態として後述する。１０Ｂは、シンチレータ基材の内部に取り入れることが可能であり、さらに、発光波長に対してほぼ透明な１０Ｂ入りシンチレータを作成することが可能であるため、この実施形態では、核種を第１シンチレータ１の基材の内部に混ぜ込んでいる。
第２シンチレータ２は、前記したような核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていないものとなっている。ここで、「核種を実質的に備えていない」とは、「熱中性子による核反応が核種に生じたとしても、それによる第２シンチレータ２の発光量が、ノイズとして区別できる発光量である」ことを意味する。このような発光量であれば、しきい値を設定することにより、第２シンチレータからの、熱中性子に起因する発光を除去しうるからである。また、熱中性子と核反応を起こす核種を第２シンチレータ２に微量に混入することは許容される。第２シンチレータ２の材質としては、第１シンチレータ１の基材と同様の材質（つまり有機または無機の物質を用いたシンチレータ）であることが好ましい。第１シンチレータ１と第２シンチレータ２との特性が一致するほうが、計測精度向上を図りやすいためである。しかしながら、第２シンチレータ２の材質として、第１シンチレータ１と異なるものを用いることは可能である。
光検出部３は、第１シンチレータ１と第２シンチレータ２の発光出力を検出する構成となっている。この実施形態における光検出部３は、光電子増倍管３１・３６と波形整形増幅器３２・３７と波高弁別器３３・３８とカウンタ３４・３９とコンピュータ４０とから構成されている。この実施形態では、光電子増倍管３１と波形整形増幅器３２と波高弁別器３３とカウンタ３４とが、第１シンチレータ１に対応し、コンピュータ４０への入力系統を構成している。同様に、この実施形態では、光電子増倍管３６と波形整形増幅器３７と波高弁別器３８とカウンタ３９とが、第２シンチレータ２に対応し、コンピュータ４０への入力系統を構成している。
光電子増倍管３１は、第１シンチレータ１からの光を、導光路５を介して受光するようになっている。光電子増倍管３１は、光を高感度で電気信号に変換する部品である。波形整形増幅器３２は、光電子増倍管３１で得られた電気信号の波形を整形し、かつ増幅するものである。波高弁別器３３は、整形された電気信号の出力値としきい値とを比較し、しきい値に満たない電気信号（つまりノイズ）を除去するものである。カウンタ３４は、波高弁別器３３で選別された信号を計数するものである。例えば、カウンタ３４は、しきい値を超えた信号が一つ到来する毎に計数値を一つインクリメントしてコンピュータ４０へ出力するようになっている。これらの構成要素は、従来から知られているので、これ以上詳しい説明は省略する。
光電子増倍管３６は、第２シンチレータ２からの光を、導光路５を介して受光するようになっている。光電子増倍管３６、波形整形増幅器３７、波高弁別器３８およびカウンタ３９の構成は、光電子増倍管３１、波形整形増幅器３２、波高弁別器３３およびカウンタ３４と同様なので、これらについての詳しい説明は省略する。
コンピュータ４０は、カウンタ３４およびカウンタ３９からの出力を受け取り、次のような動作を行う。
（１）各カウンタからの出力に基づいて、所定時間毎（例えば１秒毎）の発光回数（これを合計出力と称する。）を算出する。
（２）カウンタ３４に基づく合計出力から、カウンタ３９に基づく合計出力を減算する。ここで、本実施形態では、カウンタ３９からの合計出力に対して、感度補正のための補正係数を乗じたのち、減算を行っている。第１シンチレータ１と第２シンチレータ２との間における感度の相違を補正するためである。減算後、算出された値に換算係数を乗じて、熱中性子束の値を得る。
（３）得られた熱中性子束をコンピュータ４０の出力部（ディスプレイやプリンタなど）に出力する。なお、熱中性束を出力せずに、後の処理のために記憶装置に記憶しておくことも可能である。
コンピュータ４０におけるこのような動作は、コンピュータプログラムにより容易に実行可能である。
導光路５は、第１導光部５１と第２導光部５２とを備えている。この実施形態では、これらの導光部は、光ファイバにより構成されている。
第１導光部５１の先端部５１１は、着脱部５１２により、第１導光部５１の基部（先端部以外の部分）に対して着脱可能となっている。第１シンチレータ１は、第１導光部５１の先端に、これと隣接して配置されている（図２参照）。第１導光部５１および第１シンチレータ１を覆う位置には、反射層５１３が形成されている。反射層５１３は、第１シンチレータ１からの光を内部へ反射し、かつ、熱中性子に対する感度を実質的に有しない材質により構成されている。ここで、「感度を実質的に有しない」とは、「無視できるまたは除去できる程度のノイズしか発生しない」という意味である。このような材質としては、例えばチタン酸化物（ＴｉＯ２）である。第１シンチレータ１および第１導光部５１の周囲には、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層５１４が配置されている。つまり、第１シンチレータ１および第１導光部５１は、光遮蔽層５１４により覆われている。
第２導光部５２は、第１導光部５１と同様の構成となっている。すなわち、第２導光部５２の先端部５２１は、着脱部５２２により、第２導光部５２の基部に対して着脱可能となっている。また、第２シンチレータ２は、第２導光部５２の先端に、これと隣接して配置されている（図３参照）。第２導光部５２および第２シンチレータ２を覆う位置には、反射層５１３と同様の反射層５２３が形成されている。第２シンチレータ２および第２導光部５２の周囲には、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層５２４が配置されている。
（第１実施形態の使用方法および動作）
つぎに、本実施形態に係る熱中性子束モニタの使用方法および動作について説明する。まず、第１シンチレータ１および第２シンチレータ２を、測定箇所に配置する。例えば、生体内の腫瘍を死滅させるために照射される中性子線の熱中性子束を測定する用途であれば、これらを腫瘍の近傍に配置する。ここで、本実施形態では、第１・第２導光部５１・５２の先端部５１１・５２１を着脱可能としたので、先端部５１１・５２１のみを持って各シンチレータの位置決めをすることができ、その作業が容易となる。また、各先端部をディスポーザブルとすることができるので衛生上の扱いが容易となる。
ついで、外部から測定箇所（例えば腫瘍）に対して熱中性子を照射する。このとき、熱中性子照射場では、γ線も測定箇所に対して照射される。照射された熱中性子およびγ線は、光遮蔽層５１４・５２４および反射層５１３・５２３を通過して、第１・第２シンチレータ１・２に到達する。
第１シンチレータ１では、これに混入されている「熱中性子と核反応を起こす核種」が熱中性子と反応して、エネルギーを発生する。これにより、第１シンチレータ１が発光する。さらに、第１シンチレータ１では、γ線と第１シンチレータ１の基材との反応によっても発光する。これらの光は、第１導光路５１を介して、光検出部３の光電子増倍管３１に送られる。本実施形態では、反射層５１３を設けているので、第１シンチレータ１から外部に漏れようとする光を内部に戻すことができる。このため、光を第１導光路５１および光電子増倍管３１に効率よく送り出すことができる。さらに、この実施形態では、光遮断層５１４を形成したので、外乱光によるノイズの混入を防止することができる。
光電子増倍管３１に送られた光は、ここで電気信号に変換される。この電気信号は、波形整形増幅器３２において波形整形および増幅され、波高弁別器３３においてノイズが除去された後、カウンタ３４で計数されて、計数の結果がコンピュータ４０に送られる。
一方、第２シンチレータ２では、γ線との反応により発光が生じる。第２シンチレータ２では、前記した核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えている、あるいは実質的に備えていないため、熱中性子との核反応回数は第１シンチレータよりも少なく、それに伴う発光回数も少ない。第２シンチレータ２で生じた光は、第１シンチレータ１の場合と同様に、第２導光路５２を介して、光電子増倍管３６により電気信号に変換される。この電気信号は、波形整形増幅器３７、波高弁別器３８を介してカウンタ３９に送られ、ここで計数される。計数の結果はコンピュータ４０に送られる。
コンピュータ４０は、次の動作を行う。
（１）各カウンタからの出力に基づいて、所定時間毎（例えば１秒毎）の発光回数（合計出力）を算出する。つまり、第１および第２シンチレータ１および２における１秒間の発光回数をそれぞれカウントする。
（２）ついで、カウンタ３４に基づく合計出力から、カウンタ３９に基づく合計出力（補正係数を乗じたもの）を減算し、この減算値に換算係数を乗じることによって熱中性子束を得る。
（３）得られた熱中性子束をコンピュータ４０の出力部（ディスプレイやプリンタなど）に出力する。
第１シンチレータ１からの出力は、γ線の影響を含んでいる。本実施形態の装置および方法では、前記した動作により、第１シンチレータ１の出力から、γ線による影響を考慮し、熱中性子の到来回数を得ることができる。したがって、この実施形態では、熱中性子束の計測結果がγ線に影響されにくく、測定結果が安定するという利点がある。
また、本実施形態では、導光路５を用いて、光の状態で信号を光検出部３に送っているので、経路中における電気的ノイズが信号に混入しにくいという利点もある。
さらに、第１および第２シンチレータを構成する基材をプラスチックシンチレータとすれば、発光の減衰時間が短くなる。プラスチックシンチレータにおける減衰時間は、例えば１ｎｓ程度である。このため、この実施形態によれば、高い計数率を得ることができる。すると、熱中性子の強い場（例えば治療用に熱中性子が使用される場）での、熱中性子の計測が可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るモニタおよびこれを用いた測定方法を、図４および図５に基づいて説明する。この実施形態では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を用いて説明を省略する。
本実施形態のモニタでは、第１シンチレータ１と第２シンチレータ２とが、１本の第１導光部５１の先端に、縦列で配置されている（図４参照）。また、本実施形態における第１シンチレータ１と第２シンチレータ２の発光波長は、互いに異なるものとなっている。例えば、第１シンチレータ１の発光波長は青色、第２シンチレータ２の発光波長は緑色の波長ととなっている。さらに、この実施形態では、第１シンチレータ１が、第２シンチレータ２よりも先端側に配置されている。ただし、第２シンチレータ２を、第１シンチレータ１よりも先端側に配置してもよい。この実施形態では、第１シンチレータ１、第２シンチレータ２および第１導光部５１の先端部５１１によって、本発明における熱中性子束モニタ用検出素子の一例が構成されている。
第１導光部５１の中間部には、色分光フィルタ５３が配置されている（図５参照）。色分光フィルタ５３は、波長に対応して光を分岐させるものである。第１導光部５１は、色分光フィルタ５３によって分光された青色の光（つまり第１シンチレータ１からの光）を光電子増倍管３１に送るようになっている。第２導光部５２は、色分光フィルタ５３によって分光された緑色の光（つまり第２シンチレータ２からの光）を光電子増倍管３６に送るようになっている。つまり、フィルタ５３で分光された光は、それぞれ対応する導光部を通って、光電子増倍管３１および３６に送られる。
本実施形態のモニタによれば、第１シンチレータ１における発光と第２シンチレータ２における発光とを、それぞれ、カウンタ３４とカウンタ３９により計数して、コンピュータ４０に送ることができる。したがって、第１実施形態の場合と同様に、熱中性子束の測定ができる。
また、第２実施形態のモニタによれば、一本の第１導光部５１の先端に第１および第２シンチレータ１および２を配置しているので、測定箇所が狭い場合における測定器の取り付け作業が容易になるという利点がある。
なお、第２実施形態におけるチェレンコフ光対策は、例えば以下の手段で実施できる。チェレンコフ光とは、エネルギーの高い荷電粒子が物質（誘電体）内を通過するとき、この粒子の速度が物質内の光速度より大きい場合に発する青い放射光である。
（１）第１シンチレータ１および第２シンチレータ２の発光色を青色以外とし、かつ、それぞれの発光色も異ならせる（例えば、赤色と緑色とする）。
（２）光検出部３の手前に、青色をカットするフィルタ５１４を設ける（図５中破線参照）。このフィルタ５１４を通過した赤色と緑色を色分光フィルタ５３で分光して、それぞれの波長の光を検出する。これにより、熱中性子束測定へのチェレンコフ光の影響を除去できる。
ただし、シンチレータからの発光色は、一般に青色が多く、赤色や緑色は特殊である。そこで、波長シフトファイバを用いて、青色発光の波長を赤色や緑色にシフトさせる方法を、図６を用いて説明する。この例では、青色で発光する第１シンチレータ１の後に、波長シフトファイバ５１７が配置されている。
波長シフトファイバ５１７の後側には、アイソレータ５１８が配置される。アイソレータ５１８の一方の面（第１シンチレータ１側の面）は透過面、他方の面（第２シンチレータ２側の面）は、反射面となっている。これにより、第２シンチレータ２からの光が波長シフトファイバ５１７に進入することを防止する。
アイソレータ５１８の後方には、緑色又は赤色発光のシンチレータ２が配置される。
この方法によれば、第１シンチレータ１として、通常の青色発光のものを用いることができる。
第２実施形態における他の構成および利点は前記第１実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るモニタを図７に基づいて説明する。この第３実施形態では、第１実施形態で説明した核種として、６Ｌｉが用いられている。具体的には、この実施形態では、６Ｌｉの化合物である６ＬｉＦ粉末１１を用いている。この６ＬｉＦ粉末１１は、この実施形態では、図７に示されているように、第１シンチレータ１の基材部分の外表面に付着させられている。６ＬｉＦ粉末１１は白色であり、第１シンチレータ１の内部にこれを混入すると、取り出せる光量が低下してしまう。６ＬｉＦ粉末１１を第１シンチレータ１の表面に付着させれば、反射材としても機能し得るので、その周囲に配置された反射材と共に第１シンチレータ１の内部から発せられた光を反射して内部に戻し、取り出せる光量を増加させることができる。もちろん、６Ｌｉの化合物には透明なものも存在する。さらに、６Ｌｉ化合物が有色であっても、シンチレータの内部にこれを混入することは可能である。
その他の構成は第１実施形態または第２実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。なお、第１シンチレータ１において光を取り出す面（図７中下面）には６Ｌｉ粉末１１を付着させないことが好ましい。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る中性子サーベイメータを図８に基づいて説明する。この第４実施形態では、一つの光電子増倍管３１における入力部のほぼ中央に第１シンチレータ１が配置されている。さらに第１シンチレータ１の外側に、第２シンチレータ２が配置されている。さらに、第２シンチレータ２の外側に、第３シンチレータ６が配置されている。第３シンチレータ６は、第２シンチレータ２と同様に、前記した核種を含まない構成となっている。
各シンチレータの間には、光を反射する反射層（図示せず）が配置されており、各シンチレータにおける発光を独立に取り出すことができるようになっている。各シンチレータには、それぞれ、光電子増倍管３１１、３１２および３１３が隣接して配置されている（図８参照）。すなわち、各光電子増倍管は、各シンチレータからの発光を受け取って電気信号に変換するようになっている。光電子増倍管３１１には、前記と同様の波形整形増幅器、波高弁別器、カウンタが接続されており（図示せず）、速中性子線による発光を含んだ計数値をコンピュータ４０に出力することができるようになっている。光電子増倍管３１２は、前記した光電子増倍管３６と同様の構成であり、主にγ線計数値をコンピュータ４０に出力できるようになっている。光電子増倍管３１３は、光電子増倍管３１と同様の構成であり、熱中性子束およびγ線の計数値をコンピュータ４０に出力できるようになっている。
第４実施形態のサーベイメータにおいては、外部から到来した中性子は、第３シンチレータ６により減速され、熱中性子となって、第３シンチレータ６の内側にある第１シンチレータ１により計測される。また、外部から第３シンチレータ６に到来した速中性子線も、第３シンチレータ６により計測される。
さらに、γ線は、透過力が強いため、ほとんど減衰せずに、第２および第１シンチレータ２および１を通過する。これにより、第２シンチレータ２では、γ線補償のための計数を行うことができる。
この実施形態のサーベイメータでは、γ線および中性子線の線量を同時に計測することが可能になるという利点がある。
なお、この第４実施形態では、本発明のモニタを用いてサーベイメータを構成したが、これに限らず、例えば、エリアモニタやモニタリングポストなどの中性子線検出装置を構成することも可能である。この場合の構成としては、例えば、図８に示す構成が可能である。ただし、第３シンチレータ６に代えて、単なる減速材を用いることが可能である。また、この減速材からの出力を検出する必要はない。第１・第２シンチレータの周囲に減速材を配置することで、高速中性子を熱中性子に変換できる。さらに、熱中性子束を第１・第２シンチレータで計測し、その値を速中性子線量を算出することができる。なお、換算のためには、例えば、所定の検量線を作成しておけばよい。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るモニタを図９に基づいて説明する。この第５実施形態では、光電子増倍管３１の入力部前面に第１シンチレータ１が取り付けられている。また、光電子増倍管３６の入力部前面に第２シンチレータ２が取り付けられている。この実施形態では、各シンチレータからの光を、導光路５を介さずに、光電子増倍管３１および３６により受光している。光電子増倍管３１および３６の出力は、波形整形増幅器３２および３７にそれぞれ送られる。他の構成および利点は前記第１実施形態と同様なので説明を省略する。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係るモニタを説明する。この第６実施形態では、第２シンチレータ２が、前記第１シンチレータ１に混入された核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えている、あるいは第１シンチレータとは熱中性子に対する感度が異なる核種を備えている。この場合、以下のようにして、熱中性子束とγ線線量を計算できる。
第１シンチレータ１からの出力を、Ｘ＝ａｎ＋ｂｇ  （ａ，ｃは熱中性子に対する感度）、
第２シンチレータ２からの出力を、Ｙ＝ｃｎ＋ｄｇ  （ｂ，ｄはγ線に対する感度）、
とする。ここで、ｎ：熱中性子束、ｇ：γ線線量である。また、この例では、出力Ｘ，Ｙは、それぞれ、カウンタ３４または３９でのカウント数である。
これらをｎ，ｇについて解くと、
2005008287.tif 000003
となる。このように、各シンチレータの出力Ｘ，Ｙから、熱中性子束とγ線線量を計算することができる。
（実験例）
第１実施形態の装置構成を用いて熱中性子束の測定を行った。測定条件は下記の通りである。
（測定条件）
第１シンチレータ：ホウ素入りプラスチックシンチレータ（サンゴバンＣＤＪ社製ＢＣ−４５４）
第２シンチレータ：ホウ素なしプラスチックシンチレータ（サンゴバンＣＤＪ社製ＢＣ−４０８）
第１導光部および第２導光部：光ファイバ（三菱レイヨン社製ＰＭ−３２４１−ＨＤ、長さ１０ｍ、直径１ｍｍ）
光電子増倍管：浜松フォトニクス社製Ｈ６７８０
水ファントム：直径１８ｃｍ×高さ２０ｃｍのアクリル樹脂製筒の内部に水を充填
この条件化で、水ファントム中に配置した各シンチレータに、水ファントムの外側から熱中性子を照射した。測定の妥当性を検証するため、直径０．２６ｍｍの金線を用いて、従来の金の放射化法による測定も行った。
結果を図１０に示す。図１０の横軸は、水ファントムの表面から本熱中性子束モニタまでの距離である。本実施形態の方法は、金の放射化法とほぼ同じ測定結果を得ていることがわかる。すなわち、本実施形態の方法によれば、精度のよい測定が可能である。
比較のため、第１シンチレータのみでの計測を行った。結果を図１１に示す。熱中性子束が低下するほど測定精度が悪くなることがわかる。
本実験例における、測定時間（横軸）と、１秒あたりの計数値（縦軸）との関係を図１２に示す。第１シンチレータに基づく計数値をＡ、第２シンチレータに基づく計数値をＢで示す。Ｃ＝Ａ−Ｂが熱中性子束を表すことになる。計数値Ｂはγ線による寄与を表していると考えられる。
図１２の状況を別の形式で表した例を図１３に示す。この図では、各シンチレータからの発光量をチャネルに分割して表し（横軸）、チャネル毎の計数値（縦軸）を表している。第１シンチレータに基づく計測値がＤ、第２シンチレータに基づく計測値がＥで示される。Ｆ＝Ｄ−Ｅが熱中性子束を表すことになる。
なお、本発明の熱中性子束モニタは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは当然である。例えば、導光路としては、光ファイバ以外の導光路を用いても良い。
また、前記実施形態を実現するための各部（機能ブロックを含む）の具体的手段は、ハードウエア、コンピュータソフトウエア、ネットワーク、これらの組み合わせ、その他の任意の手段を用いることができる。
さらに、機能ブロックどうしが複合して一つの機能ブロックに集約されても良い。また、一つの機能ブロックの機能が複数の機能ブロックの協働により実現されても良い。
【産業上の利用の可能性】
本発明の熱中性子束モニタによれば、熱中性子束を安定して測定することが可能となる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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