(57)【要約】【課題】簡単な制御で、設定した中性子線を照射させることができること。【解決手段】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、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回転部及び回転部を回転させる駆動部を有する中性子チョッパと、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、を有する中性子線照射装置の照射制御装置である。照射制御装置は、位置検出部の検出結果を検出し、位置検出部の検出結果に基づいて、加速装置から照射する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、加速装置に荷電粒子線を照射させるパルスを生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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回転部及び前記回転部を回転させる駆動部を有する中性子チョッパと、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、を有する中性子線照射装置の照射制御装置であって、
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ことを特徴とする照射制御装置。
【請求項２】
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１に記載の照射制御装置。
【請求項３】
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、
前記加速装置から射出された前記荷電粒子線が照射され、中性子線を発生するターゲットと、
前記ターゲットで発生した前記中性子線を減速する減速装置と、
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回転部及び前記回転部を回転させる駆動部を有する中性子チョッパと、
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する制御装置と、を有することを特徴とする中性子線照射装置。
【請求項４】
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３に記載の中性子線照射装置。
【請求項５】
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３または４に記載の中性子線照射装置。
【請求項６】
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、回転軸から離れるにしたがって回転方向における幅が広がり、かつ、角度幅一定であることを特徴とする中性子チョッパ。
【請求項７】
前記ディスクは、回転軸の径方向において、前記スリットの径方向外側に遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の中性子チョッパ。
【請求項８】
前記ディスクは、回転軸の径方向において、回転軸からスリットに向かうにしたがって前記回転軸方向の厚みが徐々に薄くなり、かつ、前記スリットが形成されている範囲の前記回転軸方向の厚みが一定であることを特徴とする請求項６または７に記載の中性子チョッパ。
【請求項９】
前記ディスクは、回転軸の径方向において、かつ、前記スリットが形成されている範囲の前記回転軸方向の厚みが、前記回転軸からの離れるにしたがって厚みが徐々に薄なり、所定の厚みとなった位置から径方向外側の厚みが一定であることを特徴とする請求項６または７に記載の中性子チョッパ。
【請求項１０】
前記ディスクは、回転軸の径方向において、前記スリットの径方向外側に遮蔽部が設けられ、
前記スリットの径方向外側の遮蔽部の前記回転軸方向の厚みが、前記スリットが形成されている部分の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の中性子チョッパ。
【請求項１１】
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、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回転部及び前記回転部を回転させる駆動部を有する中性子チョッパと、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、を有する中性子線照射装置の照射制御装置であって、
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、前記加速装置に照射を指令するパルスを生成することを特徴とする中性子線照射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射制御装置、中性子線照射装置、これに用いる中性子チョッパ、中性子線照射制御方法に関する。
【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、被照射体を透過した中性子線を中性子検出器を用いて検出することで、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】
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。また、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。
【０００７】
本発明は、簡単な制御で、設定した中性子線を照射させることができる照射制御装置、中性子線照射装置、これに用いる中性子チョッパ、中性子線照射制御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】
【０００８】
本発明の第１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、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回転部及び前記回転部を回転させる駆動部を有する中性子チョッパと、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、を有する中性子線照射装置の照射制御装置であって、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ことを特徴とする照射制御装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２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、前記加速装置から射出された前記荷電粒子線が照射され、中性子線を発生するターゲットと、前記ターゲットで発生した前記中性子線を減速する減速装置と、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回転部及び前記回転部を回転させる駆動部を有する中性子チョッパと、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する制御装置と、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。
【００１０】
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、前記スリットは、回転軸から離れるにしたがって回転方向における幅が広がり、かつ、角度幅一定であ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、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回転部及び前記回転部を回転させる駆動部を有する中性子チョッパと、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、を有する中性子線照射装置の照射制御装置であって、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、前記加速装置に照射を指令するパルスを生成することを特徴とする中性子線照射制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単な制御で、設定した中性子線を照射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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５】図５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。
【図６】図６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。
【図７】図７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。
【図８】図８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９】図９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１０】図１０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１１】図１１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１２】図１２は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す斜視図である。
【図１３】図１３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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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を有する回転部と、回転部を回転させる駆動部とを有し、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
制御装置１４は、中性子透過撮影装置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。
【００３２】
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を照射させる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
制御装置１４は、検出した差異に基づいて、加速装置２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を照射させる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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秒以下の荷電粒子を照射することが好ましい。
【００４１】
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。
【００４２】
ここで、中性子チョッパは、上記実施形態の形状に限定されない。以下、図５から図１３を用いて、中性子チョッパの他の例について説明する。
【００４３】
図５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。図５に示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ａは、スリット２６ａが形成されている。スリット２６ａは、回転軸２４から離れるにしたがって回転方向における幅が広がり、かつ、角度幅がθで一定となる形状である。スリット２６ａは、径方向の外側の端部の幅がＷとなり、幅Ｗが上記範囲となることが好ましい。図５に示す中性子チョッパ（チョッパ）は、ディスク２０ａのスリット２６ａの形状を、回転方向における角度幅θが一定となる形状とすることで、回転軸２４の径方向の内周側と外周側で、中性子線がスリットを通過できる時間を同じ時間とすることができ、スリットを通過する中性子線をより高精度な短パルスにすることができる。
【００４４】
図６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。図６に示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｂは、スリット２６ｂが形成されている。スリット２６ｂは、回転軸２４から離れる方向における幅ｗが一定である。また、ディスク２０ｂは、スリット２６ｂの径方向外側に外側遮蔽部２８が設けられている。外側遮蔽部２８は、ディスク２０ｂのスリット２６ｂ以外の部分と同様の材料で形成されている。つまり、ディスク２０ｂのスリット２６ｂは、径方向の端部まで形成されておらず、径方向の途中で止まっている。ディスク２０ｂは、スリット２６ｂの径方向外側に外側遮蔽部２８を設けることで、剛性を高くすることができ、安定して回転させることができる。
【００４５】
図７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。図７に示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｃは、スリット２６ｃが形成されている。スリット２６ｃは、回転軸２４から離れるにしたがって回転方向における幅が広がり、かつ、角度幅がθで一定となる形状である。スリット２６ｃは、径方向の外側の端部の幅がＷとなり、幅Ｗが上記範囲となることが好ましい。図７に示す中性子チョッパ（チョッパ）は、ディスク２０ｃのスリット２６ｃの形状を、回転方向における角度幅θが一定となる形状とすることで、回転軸２４の径方向の内周側と外周側で、中性子線がスリットを通過できる時間を同じ時間とすることができ、スリットを通過する中性子線をより高精度な短パルスにすることができる。また、ディスク２０ｃは、スリット２６ｃの径方向外側に外側遮蔽部２８が設けられている。外側遮蔽部２８は、ディスク２０ｃのスリット２６ｃ以外の部分と同様の材料で形成されている。つまり、ディスク２０ｃのスリット２６ｃは、径方向の端部まで形成されておらず、径方向の途中で止まっている。ディスク２０ｃは、スリット２６ｃの径方向外側に外側遮蔽部２８を設けることで、剛性を高くすることができ、安定して回転させることができる。
【００４６】
また、中性子チョッパのディスクは、厚みを一定にしても、径方向外側に向かうにしたがって徐々に薄くなる形状としてもよいが、以下の形状にすることが好ましい。
【００４７】
図８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８に示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｄは、回転軸２４の径方向の範囲ｄにスリット２６ｄが形成されている。ディスク２０ｄは、回転軸の径方向において、回転軸２４からスリット２６ｄに向かうにしたがって回転軸方向の厚みＷａが徐々に薄くなる。また、ディスク２０ｄは、スリット２６ｄが形成されている範囲の回転軸方向の厚みＷａが一定である。このように、中性子チョッパ（チョッパ）は、回転軸の径方向の位置によってディスク２０の厚みを変化させ、具体的には、スリットが形成されている位置までは径方向外側に向かうにしたがって厚みを徐々に薄くし、スリットが形成されている部分の厚みを一定とすることで、中性子線が通過する領域のスリットが形成されている部分以外の厚みを一定以上としつつ、必要以上に厚くしない構造とすることができる。これにより、中性子線の遮蔽性能を維持し、軽量化し、かつ、壊れにくくすることができる。
【００４８】
図９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９に示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｅは、回転軸２４の径方向の範囲ｄにスリット２６ｅが形成されている。ディスク２０ｅは、回転軸の径方向において、回転軸２４からスリット２６ｅの途中までの範囲で回転軸２４から離れるにしたがって回転軸方向の厚みＷａが徐々に薄くなる。また、ディスク２０ｅは、スリット２６ｅの途中から径方向の端部まで、回転軸方向の厚みＷａが一定である。このように、中性子チョッパ（チョッパ）は、回転軸の径方向の位置によってディスク２０の厚みを変化させ、スリットの途中まで径方向外側に向かうにしたがって厚みが薄くなり、スリットが形成されている部分の厚みを一定とすることでも、中性子線が通過する領域のスリットが形成されている部分以外の厚みを一定以上としつつ、必要以上に厚くしない構造とすることができる。これにより、中性子線の遮蔽性能を維持し、軽量化し、かつ、壊れにくくすることができる。
【００４９】
図１０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１０に示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｆは、回転軸２４の径方向の範囲ｄにスリット２６ｆが形成されている。範囲ｄは、ディスク２０ｆの回転軸２４から所定距離離れた位置から、径方向外側の端部から所定距離内側となる範囲である。つまり、スリット２６ｆは、径方向の端部まで形成されておらず、径方向外側に外側遮蔽部２８が配置されている。ディスク２０ｆは、回転軸の径方向において、回転軸２４からスリット２６ｆに向かうにしたがって回転軸方向の厚みＷａが徐々に薄くなる。また、ディスク２０ｆは、スリット２６ｆが形成されている範囲の回転軸方向の厚みＷａが一定である。また、ディスク２０ｆは、スリット２６ｆよりも径方向外側から径方向外側の端部まで、径方向外側に向かうにしたがって、回転軸方向の厚みＷａが徐々に薄くなる。このように、中性子チョッパ（チョッパ）は、回転軸の径方向の位置によってディスク２０の厚みを変化させ、回転軸からスリットが形成されている位置までは径方向外側に向かうにしたがって厚みを徐々に薄くし、スリットが形成されている部分の厚みを一定とし、スリットよりも径方向外側の端部では径方向外側に向かうにしたがって厚みを徐々に薄くすることで、中性子線が通過する領域のスリットが形成されている部分以外の厚みを一定以上としつつ、必要以上に厚くしない構造とすることができる。これにより、中性子線の遮蔽性能を維持し、軽量化し、かつ、壊れにくくすることができる。
【００５０】
図１１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１１に示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｇは、回転軸２４の径方向の範囲ｄにスリット２６ｇが形成されている。範囲ｄは、ディスク２０ｇの回転軸２４から所定距離離れた位置から、径方向外側の端部から所定距離内側となる範囲である。つまり、スリット２６ｇは、径方向の端部まで形成されておらず、径方向外側に外側遮蔽部２８が配置されている。ディスク２０ｇは、回転軸の径方向において、回転軸２４からスリット２６ｇに向かうにしたがって回転軸方向の厚みＷａが徐々に薄くなる。また、ディスク２０ｇは、スリット２６ｇが形成されている範囲の回転軸方向の厚みＷａが一定である。また、ディスク２０ｇは、スリット２６ｇよりも径方向外側から径方向外側の端部まで、回転軸方向の厚みＷａがスリット２６ｇが形成されている部分よりも厚くなる。このように、中性子チョッパ（チョッパ）は、回転軸の径方向の位置によってディスク２０の厚みを変化させ、回転軸からスリットが形成されている位置までは径方向外側に向かうにしたがって厚みを徐々に薄くし、スリットが形成されている部分の厚みを一定とし、スリット２６ｇよりも径方向外側から径方向外側の端部まで、回転軸方向の厚みＷａがスリット２６ｇが形成されている部分よりも厚くすることで、中性子線が通過する領域のスリットが形成されている部分以外の厚みを一定以上としつつ、必要以上に厚くしない構造とすることができる。これにより、中性子線の遮蔽性能を維持し、軽量化し、かつ、壊れにくくすることができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、中性子チョッパとして、円盤形状のディスクにスリットを形成し、円盤のディスクの中心を回転軸とし、回転軸が中性子線の照射方向に平行となる向きにしたが、これに限定されない。中性子チョッパとしては、いわゆるフェルミチョッパを用いることができる。
【００５２】
図１２は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す斜視図である。図１３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１２及び図１３に示す中性子チョッパは、円柱形状の回転体１２０と駆動部とを有する。回転体１２０は、遮蔽部であり、円柱の軸が回転軸１２４となる向きで駆動部によって回転される。回転体１２０は、内部に周面の端部から端部まで貫通したスリット１２６が形成されている。スリット１２６は、図１３に示すように、回転軸１２４に直交する断面において湾曲している。中性子チョッパは、回転軸１２４を中心で回転体１２０を回転させることで、湾曲したスリット１２６の位置変化に一致する速度の中性子線を通過させ、速度がずれている中性子線を遮蔽部で遮蔽する。これにより、一部の中性子線のみを選択的に通過させることができる。
【００５３】
このような中性子チョッパがフェルミチョッパの場合も上述したように、チョッパのスリットの位相を検出し、検出した位相に合わせて、加速装置２から荷電粒子線を照射するタイミングを調整することで、上記効果を得ることができる。なお、回転体１２０は、円柱の一部のみで形成されていてもよく、スリット１２６とスリットの周囲の遮蔽部のみを回転させるようにしてもよい。つまり、スリット１２６が形成された板状の部材を回転させるようにしてもよい。
【００５４】
ここで、本発明の中性子線照射装置１は、被照射体（検査対象物）に中性子線Ｎを照射して、その被照射体（検査対象物）の透過画像を取得する用途に限定されず、中性子回折測定、中性子散乱測定などに適用することもできる。
【符号の説明】
【００５５】
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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