(57)【要約】  偽陽性検出事象を最小限度に抑える張力準安定流体検出器が開示されている。方法は、低減された張力状態において改善された中性子−アルファ線核分裂検出を行う新しい流体の使用を伴う。スピン速度は、ＣＴＭＦＤ（遠心張力準安定流体検出器）のアームに液体不均衡を生じるのを回避する新しいプロトコルを使用しても増大される。開示されているＣＴＭＦＤ放射線検出システムは、検出流体と、基部と、セーフティエンクロージャと、モーターおよびモーター取付ブラケットと、速度センサーと、空気取入口および排出口を備える冷却システムと、セーフティエンクロージャとを収容する検出器アセンブリを備える。ＣＴＭＦＤ放射線検出システムは、検出可能な放射線の範囲が拡大されるように異なるＰｎｅｇ要求条件を持つ流体を有する複数の独立した検出器アームを備えることができる。また開示されているのは、開示されているＣＴＭＦＤ放射線検出システムを使用して放射線を検出するための方法である。モーター速度較正手順も開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＴＭＦＤ放射線検出システムであって、検出流体と、基部と、セーフティエンクロージャと、モーターおよびモーター取付ブラケットと、速度センサーと、空気取入口および排出口を備える冷却システムと、セーフティエンクロージャと、を備える検出器アセンブリを具備するＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項２】
検出器アームは、ネック部およびアームに連結されたバルブをさらに備え、前記ネック部の内部は、凸状であり、前記バルブを前記アームに連結する請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項３】
前記検出器は、保護コーディングを備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項４】
前記検出器は、支持ブレースを備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項５】
アーム内の前記検出流体は、前記アームの上側半分と下側半分とを接続するエルボー部の上に延在する請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項６】
前記検出器は、充填注ぎ口をさらに備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項７】
検出器アームは、少なくとも約６ｍｍから約８ｍｍ以上の内径を有する請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項８】
前記基部は、気泡センサー穴を有する空気取入口シャフトと、振動ダンプナーと、液体温度測定デバイス用のホルダーと、シャフト支持体と、セーフティエンクロージャ用のアタッチメントとをさらに備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項９】
前記基部は、気泡センサー穴を有する空気取入口シャフトと、吸着カップ足部を備える振動ダンプナーと、液体温度測定デバイス用のホルダーと、シャフト支持体と、セーフティエンクロージャ用のアタッチメントとをさらに備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１０】
前記検出流体は、Ｒ−１１３、アセトン、塩化エチレン、イソペンタン、メタノール、ホウ酸トリメチル、ＰＦＯ、ＤＦＰ、およびそれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１１】
前記検出流体の温度を測定するための検出器バルブの隣りに赤外線温度センサーをさらに備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１２】
上側アーム内の配管の少なくとも一部の内径は、下側アームの配管の内径に比べて大きくされる請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１３】
前記検出器は、異なるＰｎｅｇ要求条件を備える流体を有する複数の検出器アームを有する検出器を含む請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１４】
前記モーターに電力を供給する電池をさらに備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１５】
前記モーターに電力を供給する電池と、制御マイクロプロセッサおよびディスプレイ画面に電力を供給する別個の電池とをさらに備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１６】
モーター電源のためのパルス幅変調制御メカニズムをさらに備える請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システム。
【請求項１７】
誤検出事象を回避するのに十分な時間をとってモーターが段階的に加速される請求項１に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システムを使用して放射線を検出するための方法。
【請求項１８】
前記モーターの前記加速は、ＡＣ電源からの波形の一部を切り詰めるトランジスタ回路によって制御される請求項１７に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システムを使用して放射線を検出するための方法。
【請求項１９】
複数の遅延値で前記モーターを動作させるステップと検出器速度を測定するステップとを含む、検出器加速を制御するための較正ステップをさらに含む請求項１７に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システムを使用して放射線を検出するための方法。
【請求項２０】
前記モーターの熱に応じてモーター速度を較正するステップをさらに含む請求項１７に記載のＣＴＭＦＤ放射線検出システムを使用して放射線を検出するための方法。
【請求項２１】
ガンマおよびベータブラインドである約１，２００ｃｍ２以上の検出効率で放射線を検出するように配置構成されているＣＴＭＦＤセンサーアレイ。
【請求項２２】
１つまたは複数のＣＴＭＦＤ検出器を取得し、微量アクチニドおよびその方向を識別するステップを含む１０ｐＣｉ／Ｌ未満の濃縮レベルで水の中の微量アクチニドを検出するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
張力準安定状態流体放射線検出器（ｔｅｎｓｉｏｎｅｄ  ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ  ｆｌｕｉｄ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が知られている。しかしながら、現在の検出器における偽陽性検出の量は望ましい量を超えている。偽陽性の検出を低減するために使用できる新しい方法が必要である。
【背景技術】
【０００２】
放射線エネルギーがサブｅＶからＭｅＶまでの範囲内である、自発核分裂中性子、ガンマ線、さらにはアルファ放射線を含む広範な核物質について１０度の範囲内までの放射線源の方向をリアルタイムに近い形で決定する能力を、９０％の固有効率を超えて保有する核放射線センサー（ｎｕｃｌｅａｒ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ）が必要である。これらは、光子および宇宙線からの干渉に左右されない状態を保つ能力、ＷＭＤ放射信号（ＷＭＤ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｉｇｎａｌ）の特徴的多様性（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｃｉｔｙ）を解明する能力、飽和状態になることなくパルスインテロゲーション環境（ｐｕｌｓｅｄ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）で動作することが実現可能であるようにマイクロ秒以内にオン、オフを行う能力を有しているべきである。さらに、これらは、低偽陽性検出事象を伴う過酷な環境内で機能する能力、最先端のシステムと比べて中性子−アルファ線シグネチャから遮蔽または非遮蔽ＷＭＤを選択的に識別する能力を有するべきである。わずか８ｋｇのＰｕでも、「重大な」量、すなわち、核テロリズムの脅威をもたらすレベルであると考えられる。その結果、ＷＭＤ脅威に対しては、約８ｋｇのＰｕを検出できるだけでなく、Ｐｕおよび他のＳＮＭ特殊核物質（Ｕのような）が転用されないことを確実にできることが必要である。
【０００３】
残念なことに、核テロリズムと闘うために採用されているような今日の放射線センサーシステムは主に、５０年以上の間原子力発電に使用するために開発されたシステムを改造したものであり、単一のシステムでこれらのニーズに応えることはできない。
【０００４】
知られているＴＭＦＤセンサー技術は、水またはアセトンなどの普通の流体を室温のサブバキューム条件の下で「張力」（過熱でない）準安定の熱力学状態に置くことに基づく。これは、ゴムバンドを伸ばすことに類似しており、張力が大きければ大きいほど、材料を一緒に保持する分子間結合を切るのに必要なエネルギーは小さくなる。その後、核粒子（たとえば、ｋｅＶからＭｅＶの核分裂中性子またはアルファ反跳）が張力準安定流体に直接当たることで過剰なエネルギーが蓄積した結果、ナノスケール（５０〜１００ｎｍ）臨界サイズ気泡［ｒｃ＝２σ／（Ｐｖ−Ｐｅｘｔ）、ただし、σは表面張力であり、Ｐｖは空洞の内側の蒸気圧であり、Ｐｅｘｔは外部液体圧力である］が核生成し、目に見える（ｍｍ）サイズまで成長し、次いで、内破して可聴衝撃信号を伴って液体状態に戻り、生じた閃光が従来の電子機器を使用することで記録され得る。臨界半径「ｒｃ」の２倍の過熱蒸気泡の形成に相応する範囲内の蓄積エネルギーの量は、放射線、流体特性、およびＰｎｅｇのＬＥＴの関数となっている。
【０００５】
−１バールから−１０バールの範囲内のＰｎｅｇ状態は、信頼できるガンマ−ベータブラインド（ｇａｍｍａ−ｂｅｔａ  ｂｌｉｎｄ）検出、さらに、ｅＶからＭｅＶ＋までの範囲の中性子の分光法のために、またＤＦＰ（Ｃ５Ｈ２Ｆ１２）、ＰＦＯ（Ｃ８Ｆ１８）、アセトン、Ｒ−１１３（Ｃ２Ｃｌ２Ｆ３）、ＴＭＢ（Ｃ２Ｈ９ＢＯ３）、メタノールなどのＴＭＦＤセンサー流体を使用したときにアルファ反跳および核分裂片を検出するために十分である。ＤＦＰ、ＰＦＯ、アセトンなどの流体は、高速（ｋｅＶよりも高いエネルギー）で高効率（９５％＋理論固有効率）高速中性子検出を可能にするが、ホウ素入りのおよび／またはＣｌ／Ｆｌ原子を含有する流体は、高速な、熱（サブｅＶ）エネルギー中性子の中性子吸収（気泡形成に至るｎ、アルファ、およびｎ、ｐ）ベースの検出を可能にする。溶解放射性核種に対するアルファ反跳および核分裂片検出は、すべてのＴＭＦＤ流体タイプに対する分光法を用い９５％を超える固有効率で可能にされる。
【０００６】
ＴＭＦＤの中性子線（ガンマ／ベータブラインド）検出原理は、よく知られている。ＴＭＦＤは、過熱（すなわち、沸点を超える）様式で、また中性子の検出の効率は典型的にはＴＭＦＤに対するものの１／１０００である液滴懸濁の受感体積によって制限される形で、動作する、さらには、リセットのために数分から数時間を要し、ＴＭＦＤの場合のようにアルファ粒子または核分裂片を検出できない、泡箱（Ｇｌａｓｅｒ，  １９５８）または過熱液滴検出器（ＳＤＤ）とは根本的に異なる。そのような属性は、３Ｈｅ  ＆  ＢＦ３（電荷収集に依存する）、またはシンチレーション（たとえば、ＮＥ−２１３またはフルオールカクテル（ｆｌｕｏｒ  ｃｏｃｋｔａｉｌ））システムなどの最先端センサーと比べてＴＭＦＤを固有なものにしている。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
これからわかるように、核分裂中性子に関連する約１ＭｅＶの典型的なエネルギー準位に対して、電子のＬＥＴは、陽子、アルファ粒子、Ｂ、Ｃ、Ｏ、および同様のものを含む、重イオンからのものよりも少なくとも１００から１，０００倍低い。ＭｅＶのガンマ光子は、主に電子とのコンプトン散乱を介してエネルギーを喪失し、最大限でも、直接ノックオン入射であっても約０．８８ＭｅＶを送出することができる。ＴＭＦＤ流体分子におけるＣ、Ｈ、Ｏ、Ｆ、Ｃｌ原子と相互作用する１ＭｅＶの光子のＬＥＴも、１ＭｅＶ／ｃｍ範囲内にある。われわれは、約−２バールから−１０バールのＰｎｅｇレベル（イソペンタンにおける検出の閾値）について、反跳検出に必要な「約５０ｎｍのｒｃ」内で蓄積するエネルギーは、約１０から１００ｋｅＶの範囲内にあることを発見した。反跳する１ＭｅＶの炭素イオンは、必要な約４０ｋｅＶを蓄積することができ、したがって、検出を可能にする。約−１０バールのＰｎｅｇでは、１ＭｅＶの反跳陽子であっても検出に十分な２５０ｅＶ炭素反跳と同等のものを送出することができる。しかしながら、電子および光子に対する１，０００倍低いＬＥＴのせいで、２×ｒｃの長さスケールの範囲内で十分なエネルギーを蓄積することは不可能であり、その結果、ＴＭＦＤ中性子センサーは、約１０＋Ｒ／ｈの場であってもガンマ−ベータブラインドをもたらすように設計されなければならない。これにより、遮蔽された核物質の固有能動的光子インテロゲーション（ｕｎｉｑｕｅ  ａｃｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｎ  ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）を検出することが可能になる。
【０００９】
連続ガンマ線源（１３７Ｃｓから約０．６７ＭｅＶ、６９Ｃｏから約１．２ＭｅＶ、Ｐｕ−Ｂｅから約４．４ＭｅＶ、および２５２Ｃｆから最大約ｇＭｅＶまで）の存在下で高速（１から１４ＭｅＶ）および熱（ｅＶ範囲）中性子の信頼性の高い検出のための改善されたデバイスが必要である。検出は、Ｘ線源から約６〜９ＭｅＶまでの中性子場において可能でなければならず、必要である。検出は、１０１１ｎ／ｓまでの中性子場、および１０１１ガンマ／ｓ（Ｘ線インテロゲーション場に対して約５〜１０Ｒ／ｈおよびさらにそれ以上）の光子放射において可能でなければならない。図１に示されている第１のセンサーシステムは、遠心力原理に基づく（遠心張力準安定流体検出器またはＣＴＭＦＤとも称される）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｌａｐｉｎｓｋａｓら、ＮＥＤ  ２３９、２００９
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
偽陽性検出事象を最小限度に抑える張力準安定流体検出器が開示されている。方法は、低減された張力状態において改善された中性子−アルファ線核分裂検出を行う新しい流体の使用を伴う。スピン速度は、ＣＴＭＦＤ（遠心張力準安定流体検出器）のアームに液体不均衡を生じるのを回避する新しいプロトコルを使用しても増大される。それに加えて、検出器は改善された検出をもたらす改善されたＩＲダイオード送信機−受信機の組合せを有する。ＣＴＭＦＤ検出器は、デバイスが使用されるときに熱増大を低減するために検出器ハウジング内に通気孔も備える。
【００１２】
開示されているＣＴＭＦＤ放射線検出システムは、検出流体と、基部と、セーフティエンクロージャと、モーターおよびモーター取付ブラケットと、速度センサーと、空気取入口および排出口を備える冷却システムと、セーフティエンクロージャとを収容する検出器アセンブリを備える。検出器アームは、ネック部およびアームに連結されたバルブを備え、ネック部の内部は凸状であり（ガス取り込みを防ぐため）、バルブをアームに連結する。一実施形態において、検出器は保護コーディング（ｐｖｃセメントなど）を備え、アーム間に支持ブレースも備え得る。アーム内の検出流体は、アームの上側半分と下側半分とを接続するエルボー部の上に延在する。検出器は、各アーム内に充填注ぎ口さらには膨張容積部も備えることができ（流体膨張または収縮に至る温度変動の補償を可能にするため）、検出器内の検出器流体を置き換えるか、または代用する。いくつかの実施形態では、検出器アームは、数ｍｍの範囲内の内径を有することができ（直径が小さければ小さいほど気泡が抜ける時間が長くなり検出事象の間の不感時間を延ばすが、直径が小さいほどガラスを破裂させる可能性があるシステムへの衝撃負荷を回避する衝撃緩衝能力を改善することもできる）、ガラスの厚さは、破裂なく剛性を持たせることを可能にするように１〜３ｍｍの範囲内で選択される。
【００１３】
ＣＴＭＦＤ放射線検出システムの基部は、気泡センサー穴を有する空気取入口シャフトと、振動ダンプナーと、液体温度測定デバイス用のホルダーと、シャフト支持体と、セーフティエンクロージャ用のアタッチメントとを備えることができる。基部は、望まれているようにより静粛な動作が可能なように音響減衰機能として働く吸着カップ足部および他の制振材を備える振動ダンプナーを具備するようにも構成され得る。
【００１４】
ＣＴＭＦＤ放射線検出システムに好適な検出流体は、Ｒ−１１３、アセトン、塩化エチレン、イソペンタン、メタノール、ホウ酸トリメチル、ＰＦＯ、ＤＦＰ、およびそれらの混合物を含む。
【００１５】
ＣＴＭＦＤ放射線検出システムは、検出器バルブ（またはアーム）の隣りに位置決めされるか、またはワイヤレス送信機とともにそれに貼り付けられ得る赤外線温度センサーを備えることができ、それにより、検出流体の温度を動的に測定し、膨張収縮を補正する。膨張は、メニスカス分離距離を減少させ、密度の積×メニスカス分離距離の積の平方×スピン速度の定数倍を可能にし、次いで、所望の張力状態を維持することを可能にするためにより高い（反比例）スピン速度を必要とする。検出閾値は、また、必要な張力圧力（Ｐｎｅｇ）とともにｈｖａｐ（蒸発のエンタルピー）の変動を知ることで温度効果に対しても使用可能にされる。より高い温度は、Ｐｎｅｇに対する要求を下げることになるが、それは与えられた核粒子からの気泡形成に必要な張力を介した過剰なエネルギーが低減されるからである。逆の場合も同じである。
【００１６】
いくつかの実施形態において、上側アーム内の配管の少なくとも一部の内径は、下側アームの配管の内径に比べて大きくされる。いくつかの実施形態では、上側アームはバルブ領域を含み得る。
【００１７】
いくつかの実施形態において、ＣＴＭＦＤ放射線検出システムは、検出可能な放射線の範囲が拡大されるように異なるＰｎｅｇ要求条件を持つ流体を有する複数の独立した検出器アームを備える検出器を有することができる。この実施形態は、マルチアームＣＴＭＦＤまたはＭＡＣ−ＴＭＦＤと称される。そのような状況では、各バルブに、ワイヤレス送信機と一緒にＩＲ送信検出器に貼り付けられ、気泡形成開始情報を外部制御データモニタに中継する。
【００１８】
いくつかの実施形態において、ＣＴＭＦＤ放射線検出システムは、携帯型とすることができ、モーターに電力を供給する電池を収容することができる。いくつかの実施形態において、これはモーターに電力を供給する電池および制御マイクロプロセッサとディスプレイ画面とに電力を供給する別個の電池を収容することができる。いくつかの実施形態において、ＣＴＭＦＤ放射線検出システムは、モーター電力を制御するためのパルス幅変調制御メカニズムを備えることができる。
【００１９】
さらに開示されているのは、開示されているＣＴＭＦＤ放射線検出システムを使用して放射線を検出するための方法であり、モーターは、検出器構成に応じて約４秒以上などの、誤検出事象を回避するのに十分な時間をとって段階的に加速される。モーターの加速は、ＡＣ電力からの波形の一部を切り詰めるトランジスタ回路によって制御され得る。方法は、複数の遅延値でモーターを動作させることと検出器速度を測定することとを伴う検出器加速を制御するための較正ステップをさらに含み得る。方法は、モーター速度をモーターの熱に応じて較正するためのステップも含み得る。
【００２０】
さらに開示されているのは、もっぱらアーム間の機械的寸法変動によって引き起こされる開始後のスプリアス気泡形成の回避を可能にする情報である。中心バルブの周りの寸法の不均等分布は、望むスピン速度まで加速している間に不均等な機械的力場を生じる。これは、別々のアーム内の流体が衝撃を受ける異なる形で加速することを引き起こし得る。そのような衝撃は、２本のアームのうちの１本の上側アーム内の液体をエルボー領域の下に逸らさせ、その後、中心バルブ内に輸送される周囲からの空気−ガスに対する吸引効果を生じ、次いで、偽陽性検出事象を引き起こし得る。加速度は、したがって、中心バルブに接続されている２本のダイヤモンド形状のアームの間の寸法の逸脱度に基づきＣＴＭＦＤ装置について較正される。理想的には、完全鏡面対称の場合に、スピン速度の加速度は、駆動モーターが許容できるほどの高さであってよい。手作りの現実の特にガラス製品では、完全鏡面対称からのずれは、偽陽性を回避するために補償されなければならない。鏡面対称からのずれは、また、回転中に振動を引き起こし、ベアリングの摩耗の促進さらには騒音を発生することにもつながり、これはアタッチメントおよび振動ダンパーのバランシングによって補償され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＣＴＭＦＤ検出器の線図である。
【図２】１４ＭｅＶの中性子束に対する検出時間対中性子束のグラフである。
【図３】２５２Ｃｆからの中性子の検出における待ち時間対Ｐｎｅｇのグラフである。
【図４】２５２Ｃｆの検出に対する検出時間対Ｐｎｅｇのグラフである。
【図５】ＰＦＯを検出器流体として使用するＣＴＭＦＤ検出器による２５２Ｃｆ検出に対する待ち時間対Ｐｎｅｇのグラフである。
【図６】カウント数毎分対−８バールの圧力においてＰＦＯを検出器流体とするＣＴＭＦＤ検出器を使用による２５２Ｃｆ放射線源からの距離のグラフである。
【図７】３ｍＬの流体体積とともに検出器を使用する硝酸ウラニルのＣＴＭＦＤ検出に対する待ち時間対陰圧のグラフである。
【図８】ＣＴＭＦＤ検出器内のＵＮのサンプルの２０回試行に対する平均待ち時間のグラフである。
【図９】ＣＴＭＦＤベースの中性子検出アレイシステム（寸法はｃｍ単位）の一実施形態の図である。
【図１０】説明されているシステムに対する基本ハードウェア構成の図である。
【図１１】説明されているシステムに対する基本ハードウェア構成の図である。
【図１２】検出器の図である。
【図１３】検出器基部の図である。
【図１４】ＣＴＭＦＤシステムに対する検出器アセンブリの図である。
【図１５】ＣＴＭＦＤシステムのハードウェアの動作に対する基本電子回路の一実施形態の概略図である。
【図１６】基本ＩＲセンサー検出方式の概略図である。
【図１７】本発明のコンポーネントに電力を供給する使用のためのプリント基板の一実施形態の配線図である。
【図１８】制御ＰＣＢ基板の配線図である。
【図１９】アームの上側半分の膨張体積を有する検出器の図である。
【図２０】モーターを駆動するために使用される波形切り詰めのグラフ表現である。
【図２１】携帯型ＣＴＭＦＤデバイスの基本的なハードウェア特徴の図である。
【図２２】ハンドヘルドＣＴＭＦＤにおけるモーター速度のパルス幅変調の概略図である。
【図２３】異なる検出流体を含む複数の検出器アームを有するＭＡＣ−ＣＴＭＦＤの構造を示す図である。１本のアームの構造が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
「約」という語は、その使用の文脈が別の意味を示していない限り数の１０％以内を一般的に意味する。
【００２３】
ＣＴＭＦＤシステムに対するハードウェア構成は、図１０および図１１を参照しつつ説明されており、これは本発明の一実施形態のコンポーネントの図となっている。図１０および図１１の番号を参照すると、システムは、一般的に、検出器アセンブリ１、基部２、セーフティエンクロージャ３、モーター取付ブラケット４、速度センサー５、空気排出口６、および基部２およびセーフティエンクロージャ３の接続点７を備える。
【００２４】
図１２は、検出器アセンブリ１をより詳しく示している。検出器１は、放射線を検出する。検出流体７０を充填されている検出器アセンブリ１は、特定のタイプの放射線に敏感になるようにモーターによって回転させられる。検出器アセンブリ１は、使用時に遠心力に耐えることができ、検出流体７０に対して安定している材料から作られるものとしてよい。これは、検出事象が生じる検出器の受感体積を収納するバルブ１０を備える。そのようなバルブ１０は、検出事象が検出できる、ガラスなどの十分に透明な材料から作られなければならない。暗く示されているのは、バルブ１０を充填し、またアーム５０を部分的に充填する流体７０であり、これにより、検出器アセンブリ１が十分な速度で回転させられたときに、放射線が存在しているとバルブ１０内に気泡が形成する。
【００２５】
なおも図１２を参照すると、ネック部２０が図示されている。ネック部２０は、バルブ１と検出器のアーム８０および残り部分との間の接続領域である。ネック部の特徴の１つは、それが内部全体を通して凸状でなければならないという点である。これは、検出事象で発生した気泡が取り除かれ、検出器をリセットするようにできる。ネック部に凹部がある場合、ネック部内に気泡が詰まり、さらに検出を行うことを妨げ得る。これは、また、２本のアーム８０がネック部２０の付近で一緒になって「Ｖ」字型を形成する場所についても当てはまる。
【００２６】
また図１２に示されているのは、アーム８０上の保護コーディング３０である。保護コーディング３０は、ガラス検出器１が壊れた場合にガラスの破片が飛び散る危険性を弱めるために使用できる。硬化性液体ポリマーは、浸漬によって検出器１のガラス外装全体を覆うために使用することができる。硬化した後、コーディング層３０は、検出器アセンブリ１が故障した場合に封じ込める機能を持つ。
【００２７】
検出器アセンブリ１は、支持ブレース４０も備えることができる。検出器１のアーム８０に接続されている中実ブレース４０は、追加の構造的安定性をもたらし、検出器の滑らかな回転を維持するのに役立つ。
【００２８】
図１２にはさらに、検出器のアーム８０の下側半分と上側半分とを接続するエルボー部５０である。ガラス検出器１のアーム８０の下側半分と上側半分との接続は、検出器の機能にとって重要である。第１に、液体７０のレベルは、液体中の陰圧発生が可能なようにエルボー部５０の上になければならない。検出器アセンブリ１のバランスのとれた回転をさせる対称性がエルボー部５０内で使用され得る。
【００２９】
検出器アセンブリ１は、充填注ぎ口６０を備えることもできる。充填注ぎ口６０は、検出流体７０を検出器内に導入するために使用される。開いた充填注ぎ口を持つ検出器１は、流体７０を交換することを可能にする。充填注ぎ口は、流体７０の喪失を防ぐために封止されてもよい。
【００３０】
理解され得るように、バランスは検出器の性能に大きな影響を及ぼし得る。アンバランスは、振動、偽陽性検出、機械的故障および検出器破損、センサー故障、およびソフトウェア障害の確率を高めることが示されている。ガラス検出器を製作するときに、質量中心は、回転軸にあるべきである。充填注ぎ口およびバルブは、アライメントされるべきであり、２つのエルボー部は水平であるべきである。センサー故障に関して、検出器がアンバランスである場合、バルブはふらつき、気泡検出器光ビームの屈折の変化を引き起こす。屈折率のこれらの変化は、信号の発振を引き起こし、平均することを必要とし、それによって、気泡センサーのサンプルレートを減少させ（信頼できる測定を行うために長い時間がかかるので）、不正確な読み取りの確率を増大させる。
【００３１】
アーム８０のガラス配管の内径は、デバイスの動作に影響を及ぼすことが発見されている。約６〜８ｍｍ  ＩＤ以上の内径を有するより大きい配管は、気泡をより速く逃し、検出事象間の不感時間を短くすることができる。
【００３２】
検出器１の製作に関して発見されている別のファクタは、サイズ比例である。バルブの半径とアームの半径との比は、検出器応答に影響を及ぼし得る。検出器のサイズをスケーリングするために、類似の検出器応答が望ましい場合に、この比は維持されるべきであり、そうでなければ追加の較正が必要になることがある。
【００３３】
基部２の図は、図１３にある。基部２は、セーフティエンクロージャ３用の接続点、冷却入口（図示せず）、振動安定性、およびセンサー用の取り付け場所を備える。一般的に、基部２は、足部２００、振動ダンプナー３００、内部の基部を通る穴を有する空気取入シャフト４００、シャフト支持体５００、気泡センサー穴６００、液体温度測定デバイス７００用のホルダー、およびセーフティエンクロージャ３用のネジ山付きアタッチメント点を備える。
【００３４】
基部２は、動作時に検出器を適所に保持するために十分な広さのしっかりした基部を含む様々な機能を備える。これはデバイスを安定させ、偽陽性検出を防ぐのに役立つ振動を吸収するための振動ダンプナーを有する。基部は、セーフティエンクロージャとのアライメントおよびセンサーの適切な配置を行えるようにする。基部は、冷却用空気取入シャフト４００も収納する。基部は、プラスチックまたはガラスなどの好適な材料から作ることができる。
【００３５】
振動減衰機能は、一部は、振動ダンプナー３００とともに吸着カップであってよい基部の足部２００によってもたらされ得る。吸着カップ足部２００は、検出器が動作中に移動するのを防ぐ。デバイス内の高速モーターは、エンクロージャ上に回転力を発生する。吸着カップ足部２００は、エンクロージャが動作中に移動するのを防ぐが、同時に、デバイスの位置変更および足部の都合のよい置き換えを可能にするように容易に取り外し可能である。
【００３６】
振動ダンプナー３００は、吸着カップ脚部２００をプラスチック製基部に接続するために使用される。好ましくは、これらは、振動減衰ネジ山付きカプラーである。振動ダンプナー３００は、また、デバイスを安定させ、誤検出事象を防ぐのにも役立つ。
【００３７】
空気取入シャフト４００は、検出器冷却システム用の空気取り入れを行う基部の中間にある円筒形シャフトである。検出器の回転は、空気を外側に押し出し、当然のことだが、空気を基部の中心であってもよい穴を通して引き込む。この冷却プロセスは、空気取入シャフト４００内に留置され得るファンによって補助され得る。
【００３８】
水平基部セクションおよび空気取入シャフト４００の垂直外側壁に接続されているシャフト支持体５００は、空気取入シャフトを支持するために使用され、プラスチックから作られている場合に余分な構造安定性を必要とし得るシャフトの安定性をもたらすことができる。シャフト支持体は、シャフト上に配置されているセンサーからワイヤを引き回す都合のよい場所ともなる。支持体は、この目的のためにワイヤを置くための溝を備えて作られるものとしてよい。
【００３９】
アライメントされた気泡センサー穴６００は、入射放射線に応答して生じる気泡形成を検出するために使用される。気泡は、目視で検出できるが、より好ましくは、気泡は、穴６００および検出器１のバルブ１０に光を通し、それを他方の側で集光する光透過センサーを使用して検出される。プラスチック製基部上の空気取入シャフト４００は、気泡検出センサーが適所に保持されアライメントされるように適切に配置され、サイズを決められている穴を含む。
【００４０】
液体温度センサーホルダー７００。液体温度は、赤外線非接触温度センサーにより都合よく測定され得る。このセンサーは、一般的に、検出器バルブの中心線とアライメントされるべきである。基部は、このセンサー用の取り付け位置を有することができる。非接触温度センサー用のハウジングは、また、冷却のため検出バルブ１０を通り過ぎた冷却用空気の空気温度を測定するために使用できる熱電対も備え得る。
【００４１】
セーフティエンクロージャ用のネジ山付きアタッチメント点８００は、ボルトなどの従来のハードウェアを使用してセーフティエンクロージャ３００を基部に取り付けるのを円滑にするネジ山付きアタッチメント点を含み得る。次いで、基部は、セーフティエンクロージャ３００の底部分となる。
【００４２】
セキュリティエンクロージャ３は、いくつかの機能を実行する。まず第一に、これは、使用者と回転する検出器との間に安全バリアを設ける。検出器アセンブリが何らかの理由で破損した場合、セーフティエンクロージャは、破片を収容し、破片の衝撃に耐えることが意図されている。セーフティエンクロージャ３の蓋も、モーター取付ブラケット４に対する取り付け場所となり得る。そのようなものとして、セーフティエンクロージャは、安全なガラス、金属、または好適なプラスチックを含むこれらの機能を適切に実行できる任意の材料から作ることができる。
【００４３】
モーター取付ブラケット４は、検出器１を回転させるために使用されるモーターを保持するための安定した、調整可能な場所となる。これは、この目的を達成することができる任意の材料から作ることができる。モーター取付ブラケット４は、通常、基部上のセンサーのアライメントが適切に維持されるようにセーフティエンクロージャ３の中心に置かれる。
【００４４】
速度センサー５００は、モーター取付ブラケット上に取り付けられる。一実施形態において、２つの反射式センサーは、検出器アセンブリの頂部の回転を測定する。速度は、検出器アセンブリの頂部を反射材料の小片を除いて光吸収材料で覆うことによって測定され得る。検出器１が１回転毎に１回、放射体からの光が反射されて検出器に戻り、検出器応答の変化を引き起こす。反射の頻度は、回転速度の指示となる。
【００４５】
空気排出口６００は、検出器１が回転し、自然に空気を外側に押し出すときに空気を押し出すことができる。これは、暖かい空気がセーフティエンクロージャの蓋の出口から出るときに冷却用空気を基部２の底部の穴に通して、空気取入シャフト内に入れることができる。この空気排出口の場所で、排出口空気温度を測定するために熱電対が使用され得る。
【００４６】
基部２およびセーフティシリンダー７００用の接続点は、従来のハードウェアをいくつかの場所で使用してセーフティシリンダー７００を基部２に接続し、エンクロージャ３を適所に保持し、検出器の回転軸のアライメントを維持するために使用される。
【００４７】
検出器１とモーター取付ブラケットとの間の接続は、図１４を参照しつつ例示されている。すでに述べたように、検出器１は、放射線を検出し、その放射線を感知できるようにモーターによって回転させられる。金属製ホルダー２０００が検出器１にくっつけられ、検出器１をモーターに取り付けるためのメカニズムを提供する。次いで、ネジ山付きコネクタ３０００は、モーターシャフトのネジ山付き端部に接続するための金属製ホルダーを設ける。ネジ山付きコネクタは取り外し可能であって、検出器１の頂部を操作して流体を変えることができる。
【００４８】
液体の１つには、検出器１の液体チャンバー内での用途があり、比較的穏当なＰｎｅｇ要求条件（たとえば、高速中性子およびアルファ線に対して−２バール）を有することが発見されている、容易に入手可能で、使いやすいイソペンタンであると判明している。それに加えて、メタノールおよびイソペンタンと組み合わされたホウ酸トリメチルの混合物には、１０Ｂによる中性子捕獲からの（ｎ，α）反応が利用され得るような用途がある。
【００４９】
改善されたハンドサイズの卓上検出システムも、開発されており、そこで本明細書において説明されている。報告されているシステムは、連続ガンマ線源（１３７Ｃｓから約０．６７ＭｅＶ、および６０Ｃｏから約１．２ＭｅＶ、Ｐｕ−Ｂｅから約４．４ＭｅＶ、および２５２Ｃｆから最大約９ＭｅＶまで）の存在下で高速（１から１４ＭｅＶ）および熱（ｅＶ範囲）中性子の信頼性の高い検出を行い、これは１０１１γ／ｓ（約５〜１０Ｒ／ｈの場）を超える光子背景放射を含む中性子場で実行され得る。
【００５０】
図１に示されている第１のセンサーシステムは、遠心力原理に基づいており、遠心張力準安定流体検出器またはＣＴＭＦＤとして知られている。ＣＴＭＦＤは、複数のアームを有することができ、そこではＣＴＭＦＤ中心感知容積部は複数のセクションに分割され、各々独立して働き、それによって単一のＴＭＦＤフットプリントを複数の検出器ユニットに拡大する。
【００５１】
第２の設計は、音響張力準安定流体検出器またはＡＴＭＦＤと称される。ＡＴＭＦＤは、１００から５００ｍＬの、コーヒーマグカップに似た幾何学的形状および容積を有するチャンバー内で共振音響圧力場を使用して液体張力を誘発する。
【００５２】
図２は、検出流体として１ｍＬのＣＴＭＦＤおよびＲ−１１３（Ｃ２Ｃ１３Ｆ３）を使用してＤ−Ｔパルス中性子発生器（ＰＮＧ−１４  ＭｅＶ中性子）からの中性子の検出による試験結果を示している。−８．８バールのＰｎｅｇでは、１４ＭｅＶの中性子は、理論的最大固有効率の約１００％で検出されることが可能であり、効率は−６バールで約１５％まで急激に低下し、真っ正面に近い中性子衝突しか検出しない。穏当なＰｎｅｇ増大でほとんどのすべての角度に対して驚くほど急な効率の増大が見られる。５０％の変化（−６バールから−９バール）の結果、約１００％の改善が得られる。図３に示されているのは、ホウ酸トリメチル（ＴＭＢ）が検出器流体として使用されたときの結果である。２５２Ｃｆでは、熱中性子（Ｐｎｅｇは約−６バール）および高速中性子（Ｐｎｅｇは約−４．５バール）を有する核分裂スペクトル中性子は同じＴＭＦＤを使用して容易に検出される。下方散乱中性子は、１０Β（ｎ，α）７  Ｌｉ支配的補助核反応エネルギーを介して検出され得るが、高速（＞０．１ＭｅＶ）中性子は、弾性散乱を介して支配的検出モードとして検出される。両方のモードはタンデムで動作する。図４は、直接Ｐｎｅｇ走査を介した比較的直接的な中性子分光法が有望であるという証拠を示している。
【００５３】
流体選択
張力準安定流体検出器（ＴＭＦＤ）センサー流体の選択は、所望の動作温度と高速および／または熱中性子に対する監視の必要性に基づくものとしてよい。ベースラインとして、沸点（Ｔｂ）を超えてはならず、典型的にはＴｂよりも約１０〜２０℃低いままである。流体は、凝固点を超えても使用されなければならない。高速中性子は、弾性衝突を介して容易に検出されるが、熱中性子検出は、エネルギーのある核反応、たとえば、（ｎ，ρ）、（ｎ，α）、または核分裂を必要とする。ＣＩを構成成分の１つとして使用することで、（ｎ，ｐ）反応を介した検出を行うことができ、１０Ｂまたは６Ｌｉを構成成分の１つとして使用することで、（ｎ，α）反応の検出を行うことができる。ＴＭＦＤセンサー流体分子内で非放射性形態のそのようなこれらの原子を含むことが可能である。熱中性子の検出に必要な準安定張力（陰）圧（Ｐｎｅｇ）レベルは、一般的に、ＭｅＶスケールの高速中性子に対するものよりも約−２バールだけ低い。それに加えて、待ち時間曲線は、（α，ｎ）または核分裂核反応からの一定範囲のエネルギーにわたるＭｅＶ中性子に対する緩やかな傾斜と比較して熱中性子誘発反応生成物の単一エネルギー的な性質による鋭い屈曲点を示す。
【００５４】
環境条件付けが有効化されていない場合（たとえば、通常使用される熱管理アプローチを使用して）、温度範囲全体にわたって単一のＴＭＦＤセンサー流体が（自然に）機能をもたらすことはない。しかしながら、−４０℃から＋７０℃にわたる環境温度範囲にわたる中性子検出は、以下の表の溶媒を使用して行うことができることが発見されている。
【００５５】
【表２】
2017525974.tif 000004
【００５６】
Ｔａｂｌｅ  １（表２）は、温度範囲が広いにもかかわらずＰｎｅｇにおける変動性は比較的穏当であることを示している。これは、検出器が干渉するガンマ−ベータ放射線に対してブラインドであるままである間に中性子検出を円滑にする。Ｒ−１１３およびＣ２Ｃｌ４は、好ましい検出器流体であるが、それは、両方とも不燃性であり、最後の中性子の検出を円滑にするＣｌ原子を具現化するからである。Ｒ−１１３は、必要なＰｎｅｇ値はそれほど高くないので室温での検出に好ましい。ホウ酸トリメチルは、高速中性子検出に熱をより容易に加えられるが、可燃性であるという短所を有する。
【００５７】
Ｒ−１１３は、今のところ、容易に入手できず、段階的に廃止される予定である。しかしながら、優れた高速中性子検出性能を備える代替え品（ＰＦＯおよびＤＦＰ）が見つかっており、ＰＦＯに対する沸点が約１０３℃なので７０℃まで使用できる。また、不燃性および非反応性でもあり、健康問題を引き起こすことは知られていない。イソペンタンおよびＤＦＰは、高速中性子検出に対する最良の感度を備え、アセトンと併せて、組み合わされた高速熱中性子検出の可能性も開く（理論的に最大の固有効率の約１００％に達する）。ＰＦＯおよびＣ２Ｃｌ４は、最も広い温度範囲にわたって動作可能である。
【００５８】
ＣＴＭＦＤシステムにおける温度制御
検出器内の陰圧を正確に知ることは、３つのこと、すなわち、流体の密度、液体メニスカス分離距離、および回転周波数を知ることに依存する。周波数は、速度センサーによって常に測定され、速く、規則正しくが考慮され得る。密度は、液体温度に基づく知られている値である。一般的にｙ＝ｍｘ＋ｃの形態である十分に確立されている相関が使用されてよく、ｙは密度（ｇ／ｍＬ）、ｍは傾き、およびｃは切片である。たとえば、ＰＦＯについては、ｍ＝０．００２５、ｃ＝１．８２２２。１７．７℃では、密度は１．７８４ｇ／ｃｃであるが、５８℃では、密度は１．６８７ｇ／ｍＬに下がる。密度が低くなると、膨張が生じ、２本のアームの間のメニスカスの分離距離「２ｒ」が減少する。メニスカス分離距離は、検出器の内側に置かれる液体の初期量および密度変化からの変化に基づく。流体の量が検出器内で保存される場合、温度および周波数は、陰圧を知るために測定される必要があるただ２つのパラメータである。Ｐｎｅｇは次の関係式から容易に得られる（ただし、ρは流体密度であり、ｒは回転の中心線までの曲がり部間の上側アームにおけるメニスカスの分離距離であり、ｆは回転周波数であり、ｐａｍｂは周囲空気圧である）。
【００５９】
Ｐｎｅｇ＝２π２ρｒ２ｆ２−ｐａｍｂ
【００６０】
温度に関連する変化を補償するために、２つのアプローチが生み出された。バルブ内の液体温度を測定するようにＣＴＭＦＤ内にハードウェアがセットアップされた。これは、検出器のバルブの隣りに置かれている赤外線温度センサーにより行われる。センサーは、メニスカス分離距離対温度相関を形成することによって較正され得る。この相関は、ガラス検出器を較正済みの安定した水槽内に入れて検出器の温度を制御することによって決定され得る。各槽温度において、検出器は、熱平衡に達する時間を与えられ、次いで、メニスカス分離距離が測定される。
【００６１】
注目する温度範囲にわたってメニスカス分離距離が測定された後、温度相関関数がデータから作成される。次いで、相関は、流体温度を測定する赤外線センサーによりＣＴＭＦＤを動作させることによって検証される。システムは、異なる周囲空気温度で動作し、いくつかの値に合わせて流体分離を変化させる。いくつかの温度において、赤外線センサー温度およびメニスカス分離距離が記録されており、これらの値は水槽から形成された相関とよく一致した。
【００６２】
ＣＴＭＦＤ速度制御ソフトウェアは、プログラムされた温度の関数としてのメニスカス変化を有する。赤外線センサーは、液体温度を監視し、変化が生じた場合に、速度は同じ陰圧を補償し、維持するように変更される。
【００６３】
温度変化の効果を補償する追加のアプローチは、検出器の幾何学的形状を適した形に変えることである。ガラス検出器の上側アーム内の管のサイズが、十分に大きくされた場合、密度の変化がメニスカス分離距離に及ぼす効果は小さい。この概念の例は、図１９に示されている。液体の膨張は、「２ｒ」のメニスカス分離距離における所望の短縮が所望の温度範囲にわたって達成されるように上側アーム内の膨張バルブのサイズに直接比例する。
【００６４】
このタイプの幾何学的形状は、直線的メニスカス分離距離（ｒ）を大きく変えることなく体積のより大きい変化を可能にする。メニスカス分離距離は、それでも他の幾何学的形状と同様に温度により較正され得るが、密度は、陰圧変化を決定する際の支配的要因となる。これは、温度の関数としての密度変化がよりよく理解され、相関をとりやすいので有利である。
【００６５】
モーター制御
好ましくは、モーターは、別個のマイクロプロセッサによって制御される。これは、モーター制御回路が、マスターマイクロプロセッサが実行する他の機能すべてに加えて実行されるということができない毎秒１２０回の正確に計時された信号を必要とするからである。マスターマイクロプロセッサは、必要なときに、値をモーター制御マイクロプロセッサに送信し、所望の速度を指示することができる。
【００６６】
モーター出力およびしたがってモーター速度を制御するために使用される方法は、大電流高速スイッチングトランジスタ回路である。この回路は、ＡＣ電力からの波形の一部を切り詰めることによってモーターへの電力を制御する。したがって、コンセントからの電力のＲＭＳ振幅は変えられないが、その代わりに、カットオフされる位相の一部である。制御してこれを行うために、２つのステップが必要である。第１に、ＡＣ電力からの電圧がゼロボルトを交差する毎に電力がモーターからカットされる。電力をカットすることに加えて、信号がモーター制御プロセッサに送信され、遅延タイマーを起動する。指定された遅延期間の後、モーター制御マイクロプロセッサは、信号を送信して、電力を元に戻す。このプロセスは、毎秒１２０回実行される。波形切り詰めプロセスは、図２０に例示されている。
【００６７】
図２０において、ゼロ交差とトライアックトリガーとの間の遅延期間は、モーターの速度に相関する。モーター制御マイクロプロセッサのソフトウェアにおいて、遅延は、０から２５５までの範囲内の整数値で表され、遅延０は全電力であり、２５５はゼロ電力である。
【００６８】
加速プロセス
モーターを加速するときに、モーター制御マイクロプロセッサは、マスターマイクロプロセッサからコマンドを受信し、０から２５５の間の遅延値を与える（範囲はマイクロプロセッサ毎に異なり得る）。停止している間、遅延は２５５に設定され、したがってモーターを加速するには、遅延を小さくする必要がある。遅延は、いくつかのステップで変更される。これは、−１０バールに近い、およびそれより低い高い陰圧で、モーターを速くオンにしすぎるとがくがくして始動し、自発的キャビテーションまたはアンバランスが引き起こされ空気を外部から吸引する可能性が高く、両方とも放射線相互作用によって引き起こされないことが観察されているので行われる。モーターがオンにされ即座に全出力になる場合、検出器は、強力ながくがくした動きを受けるが、それでも、モーターが全速力に達するのに約２秒を要する。驚いたことに、モーターがおおよそ４秒にわたってより制御された形で段階的に加速されると、観察された自発的キャビテーション（偽陽性事象）の量は大幅に減少する。加速のステップは以下のとおりである。
・まず最初に、遅延が即座に１９５に下げられるが、それは１９５よりも多くなると、モーターは摩擦に打ち勝つ十分なパワーを有しないからである。
・モーターが周り始めている間の１００ｍｓの遅延。
・ループして最終的な遅延値に達する。
○現在の遅延と最終的な遅延との間の差が５０よりも大きい場合、２５だけ変える。次いで５０ｍｓ遅延させる。
○現在の遅延と最終的な遅延との間の差が１０よりも大きい場合、５だけ変える。次いで２５ｍｓ遅延させる。
○現在の遅延と最終的な遅延との間の差が１０よりも小さい場合、１だけ変える。次いで２５ｍｓ遅延させる。
・ループして最終的な遅延値に達する。
【００６９】
このプロセスは、モーターをオンにして即座に全出力にするよりも少し時間がかかるが、検出器を使用したときにかなり信頼性が高くなることを示している。
【００７０】
減速プロセスは、まったく正反対である。減速するために、偽陽性の存在は考慮対象ではないが、モーターを徐々に減速することでモーターおよび検出器にかかる応力を減らすことが観察されている。したがって、モーターを徐々に遅くすることは好ましいが、必要というわけではない。
【００７１】
速度較正および補正プロセス
加速プロセスにおける速度の能動的フィードバック測定を使用すると加速時間がかなり増大し、短い待ち時間で測定することが困難になると決定された。以前には能動的測定が、較正と併せて使用されたが、それは較正が信頼できるほどでなかったからである。較正方法に改善がなされ、加速プロセスから能動的速度測定を取り除くことができるようになった。
【００７２】
モーター制御マイクロプロセッサにおける遅延期間を変更する効果は、速度に対して二次効果を有する。マスターマイクロプロセッサ上のソフトウェアは、通常使用された場合に加速プロセスをより信頼性の高いものにする較正機能を備える。較正は、５秒の間に３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上などの複数の遅延値でモーターを作動させ各々モーター速度が安定することを確実にし、次いで速度を測定することによって実行される。これらの５つの遅延および速度値は、二次曲線当てはめを実行するために使用される。曲線当てはめは、典型的なコンピュータに比べて低い計算精度を有するマスターマイクロプロセッサ上で実行されることに留意することが重要である。この結果、二次曲線当てはめだけだと、丸め誤差の量が増え、較正を不正確なものにする。この問題を軽減するために、データの中心を中央値にし、丸め誤差問題をなくす。
【００７３】
この較正プロセスは、自動的であり、約１分を要し、ＧＵＩによって実行され得る。検出器速度が較正された後、較正は、モーター制御マイクロプロセッサにどのような遅延値を使用するべきかを知らせるために使用される。較正は、モーターがその最終遅延設定に設定された後１秒経過するまで能動的速度補正が開始しない正しい速度を選択することに対して十分に有効であることが示されている。すなわち、速度は加速プロセス全体において測定され、表示されるが、マスターマイクロプロセッサは、補正を行う前にモーター制御回路がその最終状態に到達した後１秒経過するまで待機する。
【００７４】
残念なことに、モーターは、較正だけでは作動させることができない。時間、分単位の期間の経過で、モーターはヒートアップを開始し、モーターの電力消費量をわずかに変化させ、較正をわずかに変える。この結果、ある程度の小さな能動的速度補正が必要になる。これは、２つの方法で行える。最初に、モーターが期待通りの速度になった後、速度は毎秒数回の間隔で監視され、陰圧が所望の値から０．１バールを超えて異なる場合に、速度は調整される。それに加えて、長期間運転効果を考慮するために、補正因子が較正に加えられる。モーターが動作している間に、モーターが正しい速度で動作し、必要な遅延が較正のと異なる場合に、較正は、モーターの現在の状態を考慮して一次因子でわずかに変えられる。これは、作動と作動との間で、コントローラが本質的に最後の設定を追跡しており、結果として正しい速度になったことを意味する。モーターが再較正されるか、または陰圧が変更されると必ず、この補正因子はゼロに戻されて設定される。補正因子がゼロに戻されると必ず、モーターの１つの加速は、較正を検証するためにデータを収集することなく行われる。
【００７５】
このプロセスを実行することは、わずか数秒の待ち時間により放射線を検出するのに十分な速さで加速している間にモーターが確実に加速され偽陽性検出を最小限度に抑えることができることを意味している。
【００７６】
ＭＡＣ−ＴＭＦＤ
前述のＣＴＭＦＤ構成は、バルブ内の単一の中心に位置決めされた受感検出体積を伴う。検出事象が生じた場合、ＣＴＭＦＤは停止され、気泡が逃され、次いで、再始動され、連続動作を排除しなければならない。与えられた速度、密度、およびメニスカス分離距離について、単一のＰｎｅｇ状態が検出に利用可能である。
【００７７】
連続的に動作することができる新規性のあるマルチアームＣＴＭＦＤ（ＭＡＣ−ＴＭＦＤ）システムが開発されている。それに加えて、ＣＴＭＦＤは、１つではなく、複数の異なるＴＭＦＤ検出流体の集合体が、たとえば２、３、４、５、６、７、８、９、もしくは１０またはそれ以上の複数の別々の検出アームにおいて使用できるように構成され得る。各アームは、与えられた核粒子（アルファ、中性子、核分裂）の比エネルギーを検出するためのＰｎｅｇ要求条件が異なる流体を有することができる。これは、入ってきたまたは溶解した核粒子の異なるエネルギーの同時検出を可能にする。単一の開始停止動作では、複数のデータ点が取得され得る。そのようなデバイスに対するアームの設計は、図２３に示されている。
【００７８】
図２３に示されているように、デバイスは、最高のＰｎｅｇ感受性領域内により大きな体積を受け入れるようにその長さに沿って可変体積を備える単一のガラス管を有することができる。管は、検出器の中心線の周りに対称的に配置構成される。管は、ホルダーによって互いに取り付けられ得る。デバイスは、各サブユニットの感受性ゾーンに固定されている電源内蔵式ワイヤレス送信ＩＲビーム受信機を有することができ、中央のホルダーは、従来のＣＴＭＦＤと同様に速度について制御され得る駆動モーターに取り付けられ得る。これはすべて、従来のＣＴＭＦＤさらにはＣＴＭＦＤ検出器の個別の検出器サブユニットを入れ換えることができる自給式遠心分離器型エンクロージャとして構成される。
【００７９】
アルファ線および中性子に対する検出効率は、従来のＣＴＭＦＤのと比べて小さいＰｎｅｇを必要とする。検出効率は、各サブユニットの受感体積に正比例し、したがって、各管は、サブユニットがサイズを変えるときに較正されなければならない。設計は、システムの他の管での検出から独立して各管で検出を行う設計である。デバイスの製作に使用される介在するガラスおよび構造材料として、検出時に発生する衝撃を減衰させるのに十分な材料が使用され得る。ワイヤレス気泡キャビテーション検出は、外部ユーザインターフェースに転送（手動／自動）できるＭＡＣ−ＴＭＦＤにおける時間および付属する検出器管を識別することを可能にする。
【００８０】
ＭＡＣ−ＣＴＭＦＤ検出器システムは、その密度、および／または中心線からのメニスカス分離距離「ｒ」に基づき、異なる流体を使用することで単一の駆動速度で複数のＰｎｅｇ値における同時検出を行う。これは、様々なＰｎｅｇ値での検出速度によるアルファ線／中性子の分光分析および／または個別のサブユニット内の異なるタイプの液体の使用も可能にすることもでき、各々与えられたＰｎｅｇに対する中性子／アルファ線エネルギーへのそれ独自の検出感度を有し、従来のＣＴＭＦＤと比較して検出事象の間の不感時間に著しい短縮がある。Ｔａｂｌｅ  ３（表３）およびＴａｂｌｅ  ４（表４）は、ＭＡＣ−ＣＴＭＦＤが、イソペンタンまたはホウ酸トリメチルのいずれかを使用して自発核分裂２５２Ｃｆとラドン（α、ｎ）タイプ（Ｐｕ−Ｂｅ）源の中性子スペクトルとを判別することができることを示している。最後の欄は、３つの異なるＰｎｅｇ値におけるカウント率の比を明確に示している。たとえば、Ｔａｂｌｅ  ３（表３）から、−２．７５バール、−２．６０バール、および−１．６５バールのちょうど３つの異なるＰｎｅｇ値でのＣｆからのカウントとＰｕ−Ｂｅ源との比は、イソペンタンを使用したときに動的に異なり、１：０．９２：１．４であることがわかる。ホウ酸トリメチルが使用された場合、相対比は、１：１：２．７で異なる。この態様は、図５からさらに明らかになる。また、２４１Ａｍ、２３９Ｐｕのような溶解したＳＮＭのアルファ反跳ベースの検出は、ＭＡＣ−ＴＭＦＤ概念を使用してより容易に得ることができる。
【００８１】
【表３】
2017525974.tif 000005
【００８２】
【表４】
2017525974.tif 000006
【００８３】
携帯型ＣＴＭＦＤ
制御およびデータ収集ならびに検出データの表示用のＡｒｕｄｉｎｏタイプのプログラムパネルであり、電池駆動式でもある、軽量（３〜４ｌｂ）の携帯型ＣＴＭＦＤ（ＨＰ−ＣＴＭＦＤ）の実施形態は、大部分、上で説明されているハードウェアの説明および制御ロジックに基づく。重要な相違点は、より軽量の材料を使用し、ＤＣベースの電気回路を駆動のために置き換えることを伴うことである。透明なセーフティエンクロージャは、駆動シャフト上に取り付けられているＰＣタイプのファンとともにサイズを決められた基部内に開けられた穴を備えることができ、これにより、空気流および熱管理を可能にする。ＨＰ−ＣＴＭＦＤの一実施形態において（Ｒ−１１３を使用している一方で、３５ＣＩにおける（ｎ，ｐ）反応によるエネルギーブースト（ｂｏｏｓｔ）からｅＶエネルギー中性子の検出を行い、剥き出しのまま、またはパラフィンタイプの中性子減速材で遮蔽されている２５２ＣｆおよびＰｕなどのＳＮＭ源からの中性子の検出を可能にする。
【００８４】
ＣＴＭＦＤの一バージョンは、ＳＮＯＯＰＹ（登録商標）検出器中性子線量計に対する約２５ｌｂと比較して約３〜４ｌｂの重量のものが作製されている。ＣＴＭＦＤは、電池駆動式であり、卓上ＣＴＭＦＤの機能の事実上すべてを可能にする。専用電源を有し、より軽量であることに加えて、ユニットの出力は、ＰＣとは反対に計測器のディスプレイパネルに行われ得るが、ワイヤレスモードも、ＭＡＣ−ＴＭＦＤの方法に従って実装され得る。それに加えて、速度制御メカニズムは、より単純であり、卓上バージョンの約４インチ×３インチに対して１インチ×０．５インチチップベースでありかなりコンパクトである。ハンドヘルドバージョンは、また、すべての電池が同じ製造のものであっても異なるという事実および時間とともに電池性能が変化するという事実に基づき電池駆動式であるので異なる較正メカニズムを必要とした。能動的温度センサーベースの制御は、また、駆動周波数を調整して所望のＰｎｅｇ値を維持するために温度変化の能動的補償を行う卓上バージョンのものと同様にして含まれ得る。このバージョンは、さらにコンパクトなハードウェアであり、電池から電力を供給される。これらの態様について次に説明する。
【００８５】
ユーザメニューからの一次入力で、ＴＭＦＤ流体密度、流体メニスカス分離距離、所望のＰｎｅｇレベル、検出速度を中性子線量に変換する較正定数、開始停止検出事象の数、手動または自動操作（すなわち、手動モードで気泡検出センサーがオフにされ得る場合）の入力を行える。このバージョンを構成するハードウェアの大部分は、卓上デバイスに類似しており、したがって、ハードウェアについて簡単な説明とし、態様の説明は卓上ＣＴＭＦＤバージョンと著しく異なる。携帯型ＣＴＭＦＤ（ＨＰ−ＣＴＭＦＤ）の図は、図２１に示されている。
【００８６】
図２１の番号１０１は、卓上バージョンによく似ているハンドヘルドバージョンである検出器アセンブリ全体を参照している。唯一の違いは、サイズ、および異なるモーターに対してタップを付けられているネジ山付きコネクタである。ガラス製品およびホルダーのサイズは、携帯性を高めるために卓上デバイスよりも小さい。
【００８７】
図２１の番号１０２は、セーフティエンクロージャを参照している。この透明エンクロージャは、検出器が破裂した場合に使用者を保護するものである。これは、卓上ＣＴＭＦＤに似ているが、より小型である。
【００８８】
図２１の番号１０３は、反射式速度センサーを指している。このセンサーは、セーフティエンクロージャの側面から差し込まれ、ホルダーの頂部の近くに置かれる。センサーは、卓上デバイスのものと似た反射式速度センサーであるが、わずかに小さい。ハンドヘルドＣＴＭＦＤ上の速度センサーは、卓上ＣＴＭＦＤ上での動作と同じ動作をする。
【００８９】
図２１の番号１０４は、気泡センサーを指している。小型のフレームは、検出から気泡の存在を検出する小型透過センサーを保持する。このセンサーホルダーは、検出器アセンブリを変更することができるように取り外し可能であるセーフティエンクロージャの底部に取り付けられる。ハンドヘルドＣＴＭＦＤ上の気泡センサーは、卓上ＣＴＭＦＤ上での動作と同じ動作をする。
【００９０】
図２１の番号１０５は、モーターを指している。携帯型ＣＴＭＦＤにおいて使用されるモーターは、ドレメルツールなどのロータリーツールで使用されるものに典型的であるコンパクト高速ＤＣモーターである。卓上ＣＴＭＦＤとＨＰ−ＣＴＭＦＤとの主な違いの１つは、モーターである。ＤＣモーターは、電池が無線ＤＣ電力を供給するのでハンドヘルドデバイスには有利である。
【００９１】
図２１の番号１０６は、モーターホルダーを指している。モーターは、３Ｄプリンタで製作されたカスタムモーターホルダーによって適所に保持され、他のコンポーネントに接続され得る。このホルダーは、しっかり保持するようにモーターの外径に合わせて形成されるものとしてよく、また回転軸のアライメントを維持するようにモーターシャフトベアリングを保持する。モーターホルダーの内側およびモーターが中に入っているホルダーの図は、下に示されている。３Ｄプリンティングは、低コストおよび軽量工作物に好都合である（たとえば、ＳＬＡプラスチックまたはＰＬＡなどの他の何らかのバージョン）。ホルダー上の図示されている湾曲したリブ付きベーンは、材料を最小限度に抑え、構造強度さらには熱管理のためのフィン領域を確保する。リブ付きベーンの数は、駆動シャフトを受け入れるために変わり得る。内径は、発泡体挿入物をぴったり嵌めて動作中の最小振動を高速（たとえば、３０，０００ｒｐｍまでの）回転に使用されるモータータイプに合わせて最適化されているドレメルタイプのロータリーツールのものに匹敵するレベルにすることを可能にするように選択される。モーターホルダーは、シェルのようにモーターをサンドイッチ状に挟む２つに分かれたもので形成され、取り外し可能なハードウェアで一緒に保持される。モーターホルダーは、モーターを適所に保持し、またモーターと同じ場所に換気穴を有する。
【００９２】
図２１の番号１０７は、制御ボックスを指している。モーターホルダーの頂部に、制御および表示ハードウェアがある。小さなエンクロージャが、制御マイクロプロセッサ、ディスプレイ画面、電池、ユーザ制御ハードウェア、およびモーター制御ハードウェアを保持する。
【００９３】
図２１の番号１０８は、ディスプレイ画面を指している。ハンドヘルド検出器は、使用者がメニューを操作して検出器をセットアップすることを可能にし、検出器が動作している間に関連情報を表示するディスプレイ画面を備える。ディスプレイ画面は、検出器上に情報表示を行うメカニズムである。ディスプレイ画面は、モーターが動作している間に検出器のタイマーおよび電流測定結果を示すために使用することができ、モーターが停止している間にメニューオプションを表示するために使用することができる。ハンドヘルド検出器は、結果をデジタル形式で出力するためのメカニズムを備えるようにも構成され得る。
【００９４】
図２１の番号１０９は、ボタンを指している。制御ボックスは、使用者が基本機能を制御し、デバイスメニューにアクセスするためのいくつかのボタンを備える。ディスプレイ画面の下のユーザボタンは、使用者が検出器の基本機能に素早くアクセスことを可能にする。ユーザボタンの機能はすべて、リモートコントロールによって実行されるものとしてよいが、ボタンは、大半の共通機能のための冗長バックアップオプションとして使用され、リモートコントロールが失われるか、作動を停止した場合に検出器を操作できるようにするものである。
【００９５】
図２１の番号１０１０は、リモートセンサーを指している。これは、ハンドヘルド検出器のリモートコントロール用のセンサーである。ハンドヘルド検出器は、様々なユーザコマンドを使用可能にしながらハードウェアを簡素化するリモートコントロールおよびソフトウェアにおける数値を変更することを可能にする数字パッドを備える。リモートコントロールセンサーは、リモートコントロールからワイヤレス信号を受信し、それをマイクロプロセッサに送信して復号する。リモートコントロールは、多数の様々なコマンドを送信することを可能にする。これは、多数のボタンを使用することなく多様なユーザ入力を可能にする。
【００９６】
図２１の番号１０１１は、停止ボタンを指している。制御ボックスは、他のソフトウェア機能と無関係にモーターを減速するボタンを備える。これは、ハードウェアベースのモーターを減速するためのバックアップ方法として働き、モーターを減速するためのソフトウェアベースのメカニズムよりも高速に反応する。停止ボタンは、安全性および利便性のためのバックアップ減速メカニズムである。モーターは、リモートコントロールまたはユーザボタンのいずれかによって減速され得るが、停止ボタンはそれに比べて速く簡単に使用することができる。モーター用の他の停止メカニズムは、ソフトウェアベースであり、ソフトウェアが他の何らかの機能を実行している最中である場合に即座には応答し得ない。停止ボタンを押すことで、ハードウェアによりモーターを減速し、即座に応答する。これは、また、利便性のためにより大きい明るい色のボタンであってもよい。
【００９７】
図２１の番号１０１２は、電源スイッチを指している。このスイッチは、マイクロプロセッサおよびディスプレイへの電力を制御する。ハンドヘルド検出器は、多くの場合交換する必要のある、モーターに電力を供給するための電池を有しているので、制御マイクロプロセッサおよびディスプレイは、このスイッチによって制御される追加の内部電池によって電力を供給される。内部電池および電源スイッチは、マイクロプロセッサおよびディスプレイ画面に電力を供給する。この第２の電池は、ソフトウェアおよびディスプレイ機能に影響を及ぼすことなくモーター電池を交換することを可能にする。
【００９８】
図２１の番号１０１３は、電池を指している。ハンドヘルドＣＴＭＦＤのモーターに電力を供給するためにコンパクトな大電流リチウムイオン電池が使用される。電池は、制御ボックス内にラッチ式で嵌められるが、容易に取り外し可能であり、検出器は充電が行われている間に異なる電池で動作し続けることができる。モーター電池は、センサーに電力を供給するためにも使用され得る。これは、センサーは内部電池を速く消耗しすぎ、またセンサーはモーターがとにかく動作しているときにのみ電力を必要とするので行われる。モーター電池がセンサーが使用できる以上に高い電圧を有しているので、電力は電圧レギュレータを通してセンサーに供給される。
【００９９】
図２１の番号１０１４は、ハンドルを指している。制御ボックスの背面に取り付けられているハンドルは、使用者が検出器を容易に携帯できるようにするものである。
【０１００】
卓上ＣＴＭＦＤとは異なり、ハンドヘルドＣＴＭＦＤは、単一のマイクロプロセッサによって制御され得る。モーターは、上でより詳しく説明されている、ＰＷＭ信号、およびモーター電源回路によって制御される。モーター電源回路は、モーター電池から電力を引き込み、それをマイクロプロセッサからの信号に基づきモーターに供給する。
【０１０１】
電源供給
ハンドヘルド検出器におけるモーターは、ＤＣモーターである。モーターの制御メカニズムは、パルス幅変調（ＰＷＭ）に依存する。モーターに供給される電力の電圧を制御する代わりに、電力は全電圧でパルス化される。パルシングの周波数は、モーターの設計によって決定される。ハンドヘルド検出器において使用されるモーターは、それ独自の好ましいパルシング周波数を有することができ、したがってマイクロプロセッサはその周波数でパルス動作するようにセットアップされる。モーターはパルスで電力を供給されるので、パルスの幅は、供給される電力を制御する。パルスの幅が広ければ広いほど、より高速になる。モーターを制御するためのパルス発生概念は、図２２に示されている。
【０１０２】
ＰＷＭ制御信号は、制御マイクロプロセッサから生成され、連続的に放射され得る。これは、他のソフトウェア機能と並行してこれを実行する能力を有する。次いで、ＰＷＭ信号は、基本的に数アンペアの電流を供給し、数マイクロ秒の間にそのアンペアの電流をオンにすることができるデジタル制御高速固体スイッチからなるモーター電源制御回路に供給される。このモーター電源回路は、モーター電池から電力を引き込みモーターを作動させる。
【０１０３】
ＨＰ−ＣＴＭＦＤの速度制御
マイクロプロセッサは、較正を用いて、所望の速度を得るために必要なパルス幅を決定する。モーターは電池駆動式であるので、モーターは以前の単一点較正だけで制御することはできず、好ましくは電池性能の可能な低下に対応できるように毎回リセットされるべきである。オーバーシュートを回避するために２ステップアプローチが推奨される。たとえば、Ｒ−１１３を検出流体として使用するＨＨ−ＣＴＭＦＤに対して４Ａタイプドレメルツールで一般的に使用されるタイプのＬｉ−ｉｏｎ電池を使用することで、モーターは、較正された最終速度の約９０％まで約２秒にわたって直線的に加速される。脱ガスは、フィルタリング、音響、または真空圧力などの知られている技術を使用してＴＩ−ＣＴＭＦＤに対するのと同様に行われる。この時点で、速度センサーは、加速プロセスの残り部分に対して能動的フィードバックを提供することを開始する。これを行うことによって、モーターは、その後核放射線に対する精度の低い検出を行い得る所望の陰圧を（Ｐｎｅｇの１／１０バールを超える）オーバーシュートしない。モーターが、電池消耗のせいでわずかに電力供給不足になった場合に、速度も補正され得る。
【０１０４】
ＨＰ−ＣＴＭＦＤに対する速度較正
製作されているようなＨＰ−ＣＴＭＦＤは、ＰＷＭ信号のデューティサイクルと結果として得られる回転速度との間の関係に対する自動較正機能を備える。この機能は、検出器において使用される様々な電池が異なるフィードバックを供給し、電池が消耗すると供給する電力が異なってくるので、有用である。較正は、モーターをいくつかのパルス幅に設定し、各々で速度を測定する。次いで、結果は、線形最小二乗アルゴリズムに通され、それにより線形較正を決定する。この自動較正は、一般的に、電池が交換される毎に使用される。
【０１０５】
ＣＴＭＦＤの電子的な動作は、図１５および以下の説明を参照すればよりよく理解され得る。検出器の主な機能および自動化は、マスターマイクロプロセッサによって制御され、マスターマイクロプロセッサは、モーターの動作速度を決定し、検出器の回転速度測定および陰圧計算を実行し、タイミングおよび検出速度の計算を実行し、気泡センサーからの光透過を測定して検出がいつ発生したかどうかを決定し、温度測定結果を受けて所望の陰圧を維持するためにいつ補償が必要かを決定する。
【０１０６】
手動モードで動作しているときに、特定の陰圧で動作するように検出器にコマンドを送るためにコンピュータ上のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）が使用される。ＧＵＩから開始コマンドを受信した後、マスターマイクロプロセッサは、較正機能から必要な速度を決定し、コマンドをデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）に送信する。次いで、ＤＡＣは、所望の速度に相関するＤＣ電圧を出力する。次いで、モーター制御マイクロプロセッサは、ＤＡＣからの電圧を測定し、モーターをどのように制御するかを決定する。
【０１０７】
次いで、モーター制御マイクロプロセッサは、トライアック回路に対する必要なトリガー時間を決定し、それらを、ゼロ交差回路から信号を受信した後の適切な時点において送信する。
【０１０８】
モーター電源回路が、電力をモーターに供給する。
【０１０９】
モーターが動作している間、速度センサーは、マスターマイクロプロセッサにフィードバックを供給する。測定された速度が所望の速度と一致しない場合、調整が行われる。
【０１１０】
モーターが動作している間、マスターマイクロプロセッサは、気泡センサーからの信号をも頻繁に測定している。検出器のバルブ内で透過に大きな変化が生じた場合、マスターマイクロプロセッサは、気泡の形成を認識し、その事象をメモリに記録する。
【０１１１】
液体温度センサーは、液体温度をマスターマイクロプロセッサに頻繁に報告する。動作中に流体の温度が変化する場合、所望の陰圧に対して必要な速度は補償するように変えられる。
【０１１２】
マスターマイクロプロセッサは、ＧＵＩに関連情報を頻繁に伝達し、それにより、使用者は測定の進捗を監視することができる。ＧＵＩは、マスターマイクロプロセッサ上のメモリ容量が限られているため測定結果を記録し、保存するためにも使用される。
【０１１３】
検出器は、ユーザコマンドを必要としない完全自動モードで動作することができる。この場合、ＧＵＩは、表示およびデータ記録にだけ使用される。
【０１１４】
制御ボックスも、センサーおよびファンに電力を供給する電源を収容する。
【０１１５】
基本的な赤外線センサー方式は、図１６および次の説明を参照するとよく理解できる。
【０１１６】
図１６の番号２０１は、放射体で光を発生し、電流を検出器に流すために使用される入力電圧を指している。
【０１１７】
図１６の番号２０２は、気泡センサーと速度センサーの両方に対する発光体に使用されるＬＥＤ発光体を指す。
【０１１８】
図１６の番号２０３は、過剰引き込み電流およびバーンアウトからＬＥＤを保護する電力制限抵抗を指している。ＬＥＤに応じて、おおよそ５０〜１００オームの値が使用され得る。
【０１１９】
図１６の番号２０４は、ＬＥＤによって発生する光の調整を可能にする電力調整ポテンショメーターを指す。一般に、おおよそ１００オームの最大抵抗を有するポテンショメーターで十分である。
【０１２０】
図１６の番号２０５は、気泡センサーおよび速度センサーに対する検出器として使用されるフォトトランジスタを指す。気泡センサーの場合には、検出器は放射体からバルブを横切って配置され、透過が測定される。速度センサーについては、放射体および検出器は、互いに隣り合わせで配置され、回転する検出器上の反射性材料が使用され、それにより、センサー内に光を反射して戻し、回転周波数を測定する。
【０１２１】
図１６の番号２０６は、マイクロプロセッサによる測定が容易に行えるように検出器信号の形状および振幅を調整する信号調整ポテンショメーターを指す。一般に、おおよそ１０ｋオームの最大抵抗を有するポテンショメーターが使用される。
【０１２２】
図１６の番号２０７は、モーターの速度または気泡の有無のいずれかを決定するためにマイクロプロセッサによって測定される出力信号を指す。
【０１２３】
カスタムプリント基板（ＰＣＢ）が電力をＣＴＭＦＤ上の様々なセンサーに供給し、センサーから届くアナログ信号用の電気的接続部を備え、センサー信号を、主制御基板に送り返す前に調整する。センサーＰＣＢ上に収納されるのは、２つの気泡検出センサー、２つの速度センサー、バルブ冷却ファン、赤外線バルブ温度センサー、取入口空気温度センサー、および排出口空気温度センサー用の接続部である。ＰＣＢのコンポーネントは、図１７および以下の説明を参照すればよりよく理解され得る。
【０１２４】
図１７の番号３０１は、信号ケーブルに接続する９ピンコネクタを指す。電源、グランド、およびすべての信号は、このコネクタを通して送信される。
【０１２５】
図１７の番号３０２は、様々なセンサーを動作させるために必要な正しいＤＣ電圧を供給する電圧レギュレータを指す。冷却ファンに電力を供給するにはセンサーよりも高い電圧が必要であり、レギュレータは両方の電圧に対応する。
【０１２６】
図１７の番号３０３は、電力を気泡検出センサーおよび速度センサーに供給する気泡および速度センサー電源コネクタを指す。
【０１２７】
図１７の番号３０４は、気泡センサーおよび速度センサーから信号を受信する気泡および速度センサー信号コネクタを指す。次いで、これらの信号は、制御基板に送られる前に抵抗器で形状および振幅を調整される。信号が調整された後、２つおよび気泡信号ならびに別に２つの速度信号を組み合わせることで、センサーケーブル上で必要な電線の数を減らすことができる。
【０１２８】
図１７の番号３０５は、電力を冷却ファンに供給し、検出器温度を安定させるように作動する冷却ファンコネクタを指す。
【０１２９】
図１７の番号３０６は、検出器バルブの隣りの同じＰＣＢ上に収納される液体および入力空気温度センサー接点を指す。このコネクタは、電力を温度センサーＰＣＢに供給し、ＰＣＢから戻るＩ２Ｃ信号を受信する。
【０１３０】
図１７の番号３０７は、電力を供給し、排出口空気温度からＩ２Ｃ信号を受信する排出口温度センサーを指す。
【０１３１】
図１７の番号３０８は、Ｉ２Ｃ信号が長いケーブルで送信され、制御ＰＣＢによって正しく受信されることを可能にするために必要な信号調整およびインピーダンスマッチングを行うＩ２Ｃバスエクステンダーを指す。
【０１３２】
ＰＣＢは、マイクロプロセッサコントローラコネクタ、センサーコネクタ、ならびに電源制御、モーター電源制御、およびＩ２Ｃセンサー受信機を収納する。このＰＣＢに接続する制御およびデータ収集に使用される２つのマイクロプロセッサ基板がある。それに加えて、制御ＰＣＢにも接続するモーター制御で使用されるデジタル／アナログコンバータＰＣＢがある。このＰＣＢおよびその動作は、図１８および以下の説明を参照すればよりよく理解され得る。
【０１３３】
図１８の番号４０１は、モーターに供給される電力を制御するためにコンセントおよび波形の取り除かれた部分からＡＣ電源を取るモーター電源回路を指す。モーター制御マイクロプロセッサから受信された信号は、この回路に、いつオン、オフするかを通知し、それによって、モーター速度を制御する。
【０１３４】
図１８の番号４０２は、マスターマイクロプロセッサＰＣＢを適所に保持し、信号入力および制御信号出力のために必要な電気的接続を行うマスターマイクロプロセッサコネクタを指す。
【０１３５】
図１８の番号４０３は、モーター制御マイクロプロセッサＰＣＢを適所に保持し、さらにはマスターコントローラ基板からの速度制御信号およびモーター制御回路に送信される出力信号を受信するために必要な接続を行うモーター制御マイクロプロセッサコネクタを指す。
【０１３６】
図１８の番号４０４は、気泡および速度センサー電源スイッチを指す。これらのデジタル制御されるスイッチ回路は、ｍｏｓｆｅｔを使用して気泡および速度センサーへの電力をオン、オフする。気泡および速度センサーは、検出器の動作にとって重要なコンポーネントであるので、各々に対して余分な冗長センサーがある。コンポーネントの寿命を延ばし、センサーの２つのセットの間の干渉を防ぐために、これらのデジタルスイッチは、好ましくは、現在使用されているセンサーに対してのみ電源をオンにする。
【０１３７】
図１８の番号４０５は、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）ＰＣＢに使用されるＤＡＣコネクタを指す。このＰＣＢは、マスターマイクロプロセッサからモーター速度を設定するデジタルコマンドを受信する。次いで、ＤＡＣは、モーター制御マイクロプロセッサが受け取り、モーター制御信号に変換するアナログＤＣ電圧を発生する。
【０１３８】
図１８の番号４０６は、Ｉ２Ｃバスエクステンダーを指す。これは、数フィートの信号線でＩ２Ｃ信号を送信するのに必要とされる２つの必須信号調整ＩＣのうちの第２のものである。この第２のＩ２Ｃバスエクステンダーは、センサーＰＣＢ上に配置されている第１のものからＩ２Ｃ信号を受信し、次いでそれを、マスターマイクロプロセッサに送信して復号する。
【０１３９】
図１８の番号４０７は、信号ケーブルに対する９ピンコネクタを指す。このコネクタは、センサーＰＣＢ上のものと一致し、電力をセンサーに供給し、センサー信号を受信するのに必要な接続部を備える。
【０１４０】
図１８の番号４０８は、気泡および速度センサーの電圧減算回路を指す。これらの回路は、２つのセンサー信号の組合せからなる、気泡および速度センサー信号を取り、現在オンにされマスターマイクロプロセッサに送信されるべき信号をセンサーから分離する。
【実施例１】
【０１４１】
実施例１は、中性子検出およびガンマブラインド中性子線量測定にＰＦＯを使用するＣＴＭＦＤ検出を示している。ＣＴＭＦＤは、自発核分裂源（２５２Ｃｆ）を検出し、その性能をＳＮＯＯＰＹ（登録商標）として知られている業界標準の中性子モニタと突き合わせて比較した。ＣＴＭＦＤの受感体積のバルブサイズは、約４ｍＬであった。
【０１４２】
アセトンおよびＰＦＯを使用する２５２Ｃｆの検出がＳＮＯＯＰＹ（登録商標）と比較された。同じＰｎｅｇ状態（たとえば、−８バール）で、ＰＦＯ対アセトンの使用で、検出効率を１００％改善できる。ＰＦＯ（−８バールで）と同じタイプの検出効率を利用するには、アセトンに対して約−１０バールのＰｎｅｇが必要であった。感知流体としてＰＦＯを使用するＣＴＭＦＤ（４ｍＬの受感体積）性能は、図５に示されている。
【０１４３】
ＣＴＭＦＤ検出器内の流体は、知られている技術を使用して完全に脱ガスされた。
【０１４４】
ＣＴＭＦＤは、ＢＦ３またはＨｅ−３に基づく最新技術の中性子線量計とは異なりガンマ光子に対して同時にブラインドでもある中性子線量計として使用され得る。ＣＴＭＦＤに対するカウント率対距離のプロットを導き、ＳＮＯＯＰＹ（登録商標）からの較正された線量率対距離と相関させることによって、ｃｐｍ線量率変換定数が導出され、ＣＴＭＦＤ制御分析ソフトウェアに導入され、次いで、図６に示されているようにＣＴＭＦＤのｃｐｍ読み取り値を線量率情報に動的に変換することができる。
【０１４５】
ＣＴＭＦＤ検出器とＳＮＯＯＰＹ（登録商標）の比較の要約が以下に示されている。
【０１４６】
【表５】
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【０１４７】
Ｐｎｅｇ＝−８バールでＰＦＯを感知流体として使用するＣＴＭＦＤセンサーは、驚くほど優れた性能を発揮し、約４．７倍［（７．４／４）／（３３／８０）］の中性子検出を可能にしている。ＳＮＯＯＰＹ（登録商標）からの中性子線量読み取り値は、±１０％の誤差の範囲内でも捕獲される。たとえば、約１０５ｎ／ｓを放出する２５２Ｃｆ源から６０ｃｍのところで、ＳＮＯＯＰＹ（登録商標）読み取り値は、ＣＴＭＦＤに対して０．２５ｍＲｅｍ／ｈ対約０．２８ｍＲｅｍ／ｈであった。
【０１４８】
いわゆる過熱液滴検出器（ＳＤＤ）との別の比較として、４ｍＬ  ＣＴＭＦＤの検出効率は、中性子検出効率が０．３３から３３気泡／ｍｒｅｍの範囲内で変化するものとしてメーカー（ＢＴＩ，  Ｉｎｃ．）によって見積もられている約６０ｍＬ  ＳＤＤと比較された。これは、最大３３／６０〜０．５５カウント／ｍｒｅｍ／ｍＬのカウント率に相当する。
【０１４９】
次の表は、（ＰＦＯを約８バールで使用する）ＣＴＭＦＤの高速中性子検出効率を業界標準の減速ＢＦ３（ＳＮＯＯＰＹ（登録商標））検出器およびさらにＳＤＤと比較したものである。
【実施例２】
【０１５０】
この例は、ＣＴＭＦＤを使用する微量（ｐＣｉ／Ｌ）レベルでの水媒体中のウラニウム検出を示している。そのような決定は、水中のＵ、Ｒａなどのアルファ放射体について、また、そのような微量物質についてもっぱら（９５％→９，５００ｇ／Ｌ）水からなる個人の尿中の濃度、および少量の他の物質（主に、尿素−９．３ｇ／Ｌ、塩化物−１．９ｇ／Ｌ、ナトリウム−１．１７ｇ／Ｌ、カリウム−０．７５ｇ／Ｌ、クレアチニン−０．６７ｇ／Ｌ）を評価することによって核施設で発生する可能性のある放射性物質汚染を評価するために、市政機関向けに必要である。水溶性のウラニウムの好適な形態は、数日から数週間を要する可能性のある代替的技術と比較して１時間以内に水中のＵの約１０ｐＣｉ／Ｌを監視するために選択された。この場合、硝酸ウラニル（ＵＮ）が選択された。１ｍＬから１００ｍＬの体積範囲内のサイズのＴＭＦＤにおいてｐＣｉ／Ｌ濃度担持水について検査することは実用的でない。Ｕに似たアクチニドの監視には、水がＴＭＦＤに入らなければならないのを回避するために、４００ｐＣｉ／Ｌレベル範囲またはそれ以上のより管理可能なレベルまでの濃縮を必要とする。これは、水中の核粒子を検出するためのＰｎｅｇ閾値が、かなり高く（−２５バール未満）、ＴＭＦＤシステムに過度のストレスをかけることを必要とするからである。
【０１５１】
アクチニド（Ｕ）を著しく喪失することなく水を取り除いた後にＵの残留物を形成する方法が開示されている。次いで、水が取り除かれた後、残留物がアセトンなどの普通のＴＭＦＤ流体中に溶解され、次いで、ＴＭＦＤ中に導入され、水担持サンプル中の元のウラニウム濃度の決定が数分以内に行われる。
【０１５２】
方法の開発における第１のステップは、水溶媒を取り除く一方で溶解されているウラニウムの喪失がないかを検証することを伴う。この方法は、十分に高速な速度で水を蒸発させることを伴ったが、それでも溶解しているウラニウムを喪失していない。ウラニウムの密度は、水のわずか約１ｇ／ｍＬに対して約１９ｇ／ｍＬである。また、水の蒸気圧は、水の通常の沸点よりも低いウラニウム（固形物として残る）に対するものよりもかなり大きい。しかしながら、１０ｐＣｉ／Ｌレベル（すなわち、水１リットル当たり＜０．５マイクログラム）で水中ではウラニウムの量は極端に少ないため、蒸発過程がバルク核沸騰を許した場合にウラニウムの個別の原子は巻き込まれ、水滴とともに運び去られる可能性がある。したがって、水温は、水の蒸発過程において９５℃未満に保たれる。９５℃を著しく超える温度では、様々な場所での核沸騰は、ランダムに開始するものとしてよく、この正確なレベルは最大処理温度を選択するのに先だって決定されなければならない。
【０１５３】
硝酸ウラニル（ＵＮ）のサンプルが、水約１００ｍＬに１ｇＵＮを入れたビン内で調製された（全質量１０４．０８４ｇ）。このビンから、サンプル流体約１グラムを入れた３つのシンチレーションバイアルがそれぞれ用意された（サンプル１１２、１１３、１１４）。残りのサンプル（１０１．００７ｇ）は、きれいな２５０ｍｌビーカーに注ぎ込まれ、ホットプレート上に置かれ、監視温度に保たれて、水を蒸発させる核沸騰（９０〜９５℃）を回避した。これは、換気ボックス内で実行された。２時間後、溶液４．７９２グラムがビーカー内に残った。このビンから、溶液約１グラムを入れた３つのシンチレーションバイアルが用意された（サンプル１１５、１１６、１１７）。以下のＴａｂｌｅ  ２（表６）は、ＬＳ６５００  Ｂｅｃｋｍａｎスペクトロメーターに記録された活動の一覧である。カウントウィンドウは、ワイドレンジに設定されており、減速アルファ粒子のすべてのエネルギー範囲でのシンチレーション強度を考慮する。
【０１５４】
【表６】
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【０１５５】
３つの濃縮前および濃縮後サンプルは、それぞれ、平均され、背景について補正された（前については１１８７３．７ｃｐｍ、後については２４６５３５．８ｃｐｍ）。これら２つの値の間の比は、２０．７６（±０．３６）対１である。前に述べたように、濃縮過程では、１０１．００７から４．７９２グラムの全サンプル質量を取った。これら２つの値の間の比は、２１．０８対１である。これら２つの比、質量差および放射能量差は、１σ誤差未満だけ異なり、本発明について選択されたような蒸発濃縮の過程が予期したとおりに実行されたことを暗示している。提示されている場合に対する蒸発濃縮を使用する質量差および放射能量差は直接相関する。
【０１５６】
ウラニウム（ＵＮ中の）の知られている放射能量を使用することで、１０ｐＣｉ／Ｌの水溶液が、ＣＴＭＦＤ評価のためのサンプル準備のために調製された。上記の過程が利用されたが、非混和性およびスプリアス核生成事象の問題を回避するために、水全体の質量は蒸発し、次いで残留物が代理溶媒および検出流体として同時に作用する適切に選ばれたＴＭＦＤ流体中に直接溶解されるべきであることが判明した。
【０１５７】
蒸発濃縮法は、ＵＮを保持するのにほぼ１００％の効果を有することがわかっており、水混合物はとにかく実質的な希釈を必要とするので、蒸発濃縮法は、水がサンプル中に残らなくなるまで継続されることが決定された。次いで、どの流体が検出に望ましいかどうかは、たとえば体積で５０：５０のアセトン：イソペンタン混合物の濃縮の後に残されたアクチニド担持固体残留物を再溶解するために使用され得る。この過程は、理論的には、固体娘生成物を試験するためにラドン担持水試行にも適用され得る。アルファ検出のために約１００％の効率に達するために必要な陰圧を決定するために、２７００ｐＣｉ／Ｌの濃度の硝酸ウラニルを使用して体積で５０：５０のアセトン：イソペンタン混合物により待ち時間曲線が測定された。
【０１５８】
これらの結果は、図７に例示されている。検出プラトーは、−６バールから−７バールの間のＰｎｅｇについて見ることができることが留意され、これはアセトン中のウラニウムの検出に対する−１０バールの知られている閾値および検出閾値でのイソペンタン混合物の効果に基づき予想と一致している。
【０１５９】
水中の１０ｐＣｉ／Ｌのウラニウムも、この方法を使用して検出された。すでに調製されている１０ｐＣｉ／Ｌの溶液は、きれいな１００ｍｌビーカーに注ぎ込まれ、監視温度に保たれて、水を蒸発させる核沸騰（９０〜９５℃）を回避した。これは、ビーカーを換気チャンバー内の水槽に入れることによって遂行された。
【０１６０】
２時間後、水は、完全に蒸発しており、１００ｍｌ（アセトンとイソペンタンの５０：５０混合物）が加えられ、１５分かけて硝酸ウラニルを溶解させた。次いで、試験サンプルが４０ｍＬのＳＶ  ＣＴＭＦＤに加えられ、−７バールで試験された。図８に示されている結果は、２０回の試行において（各々１分未満）、ウラニウムアルファ放射能を検出する平均時間が図示されていることを示している。予想される待ち時間は、６６．７秒と計算された。
【０１６１】
ラジウム、ラドン、Ｐｕなどの水（または尿タイプの標本）中の他のアクチニドの検出への開示されている方法の拡張は、直接的である。尿の様々な成分（尿素、および酵素など）は、アセトンのようにＴＭＦＤ流体中に溶解可能である。サンプルは、一般入手可能なフィルタに通して漉されるものとしてよい。また、ＵＮ担持水溶液の表面領域を最大化することによって、蒸発速度を高め、濃縮する時間を著しく短縮する。このＣＴＭＦＤアプローチを４０ｍＬの受感体積とともに使用するには、１０ｐＣｉ／Ｌの放射能量に対して約６７秒の平均検出時間を要する。放射能量がより高かった場合、たとえば約１００ｐＣｉ／Ｌであった場合、検出する時間は、約６．７秒に短縮される。また、より大きいＣＴＭＦＤを使用することによって検出に必要な時間を短縮することが可能になるであろう。８０ｍＬのＣＴＭＦＤが選択された場合、検出する時間は、５０％短縮される。
【実施例３】
【０１６２】
この実施例は、ＳＮＭ検出の宣言された連邦目標を達成するか、またはそれを超える大きなアレイ形態のＣＴＭＦＤセンサーを実証する例である。この実施例は、知られているＨｅ−３充填検出器バンクに対するものよりも高い１００％に近い効率で遮蔽された２５２Ｃｆ中性子を検出することができる１ｍ×１ｍ×１ｍのエンクロージャ内に嵌合する検出器のアレイを示している。すなわち、検出効率（Ａεｃｆ）＞１，２００ｃｍ２を可能にする。イソペンタンおよびホウ酸トリメチルを使用した実験に基づき、全範囲の３Ｄシミュレーションが実行され、Ａεｃｆ＞１，２００ｃｍ２をもたらす与えられたサイズ（各々６００ｍＬ）のＣＴＭＦＤ検出器のアレイの設計について確認した。図９は、ＣＴＭＦＤがこの目標を達成するために置かれたアレイ形態を示している。以下のＴａｂｌｅ  ｘｘは、感知流体としてイソペンタンまたはホウ酸トリメチルのいずれかを使用したＣＴＭＦＤに対するトレードオフ研究の結果をまとめたものであり、イソペンタン（Ｃ５Ｈ１２）は高速（ＭｅＶエネルギー）中性子を感知するために使用されるが、エネルギー（ｎ，α）反応をもたらす比較的より大きいｘ１００中性子吸収断面を持つ１０Ｂ同位体を含むホウ酸トリメチルは、下方散乱さらには高速中性子を可能にし、全体として効率をより高くするものであり、この態様はイソペンタンさらにはホウ酸トリメチルを使用するＣＴＭＦＤ実験から見つかる。
【０１６３】
候補ＴＭＦＤセンサーに対する中性子検出固有効率対Ｐｎｅｇの証拠
われわれは、２つの候補ＴＭＦＤ流体、（ｉ）イソペンタンおよび（ｉｉ）ホウ酸トリメチル（ＴＭＢ）およびメタノールとのイソペンタン混合物（５０：４５：５の割合）を評価した。これらの流体は、われわれの過去の実験に基づき、また妥当なコストで容易に利用できるように選択された。Ｒ−１１３（Ｌａｐｉｎｓｋａｓら、ＮＥＤ  ２３９、２００９）も適しているが、Ｒ−１１３は、もはや、ＥＰＡ制限により商業生産されていない。イソペンタンおよびホウ酸トリメチルは、また、この研究で使用するのに適していることがわかったが、有用な作動流体の表に示されているようなＰＦＯ、ＤＦＰ、アセトン、エタノールなどの他の類似の流体も使用されていた可能性がある。われわれは、われわれのＣＴＭＦＤ装置を様々な距離および様々なＰｎｅｇ（張力準安定レベル）で遮蔽および非遮蔽の２５２Ｃｆ中性子の検出速度についてスコーピング研究の−ｉｃｅの受感体積とともに利用したが、過去には、われわれは、２３〜５０ｍＬのＣＴＭＦＤでデータを取得しており、それらの限られたデータは、固有効率に対する値が１ｍＬスケールで、２３ｍＬから５５ｍＬの体積の増大サイズを用いて得られたかどうかを評価するために利用された。
【０１６４】
イソペンタンにより２５２Ｃｆ中性子に対する固有効率を確認する実験
ＮｌＳＴ認定２５２Ｃｆ源（約１．１×１０５ｎ／ｓ）がこれらの研究に使用された。１インチポリエチレン減速２５２Ｃｆに対してＭＣＮＰモデルを使用することで、スペクトル形状の変化態様が明らかになり、これは下方散乱フルエンスの釣り合った増大とともに高速フルエンス（＞  １  ＭｅＶ）の約２８％の低減をもたらす。ＴＭＦＤ技術は、検出に十分なエネルギーを供給するために高速中性子反跳に依存している。１ＭｅＶ未満の中性子は、より大きいＰｎｅｇ値を必要とし（すなわち、−１０バール未満）、下方散乱中性子は、（ｎ／α）タイプの反応から、たとえば、１０Ｂの中性子捕獲からのような核反跳ブーストを必要とする。イソペンタンでは、１０Ｂ，  Ｌｉ−６タイプの反跳イオンおよび高速中性子のＣおよびＨ原子へのノックオンはない。実験データから、−５バールのＰｎｅｇで、Ｃ反跳のみが２５２Ｃｆ高速中性子検出を行うことができることが明らかである。Ｃに対するＥｔｈ，ｒｅｃｏｉｌの値は、−５バールのＰｎｅｇで約１２０ｋｅＶであると決定される。宇宙中性子背景は、約０．０１ｃｐｓの率で測定されており（すなわち、平均して１００秒毎に１回の事象）、要因でなかった。
【０１６５】
様々なＰｎｅｇ値における２５２Ｃｆ源検出に対する固有効率の変動が得られた。２５２Ｃｆの中性子エネルギーの範囲にわたるＭＣＮＰ計算（手計算と結び付いている）は、Ｃ反跳だけに依存するｌｅｅ  ＴＭＦＤに対する最大固有効率はせいぜい約６．５％であり得ることを示している。しかしながら、Ｈ反跳も寄与するとすれば、固有効率は理論上、約３０％にまで上昇し得る。われわれは、実験により、−２．５バールのＰｎｅｇについて、固有検出効率は、小さい（＜１％）が、Ｐｎｅｇとともに急激に上昇することを見つけた。−５バールのＰｎｅｇでは、効率は約６％まで上昇し、これはＣ原子だけとの中性子相互作用に対して可能な理論上の最大値の１００％に近い。Ｐｎｅｇを−１０バールに向けて増大させることによって、測定された固有効率は約１５％まで増大したが、これは、すべてのＣ反跳およびいくつかのＨ反跳も検出される証拠となっており、固有検出効率は、すでに、２５２Ｃｆからのすべてのエネルギーの中性子を含むときでも可能な最大の固有効率の約５０％となっている。
【０１６６】
３Ｄにおける統合ＭＣＮＰ−ＰＯＬＩＭＩコードＴＭＦＤアレイ検出効率シミュレーションについて（幾何学的形状、ＴＭＦＤユニットの列の積み重ね、遮蔽などの効果を含む）、ＣおよびＨ反跳エネルギーの下限の推定が、数え上げ［Ｅｔｈ，ｒｅｃｏｉｌ］に必要であり、その結果、与えられたＰｎｅｇ（たとえば、−１０バール）で十分なエネルギーが得られる。よく知られ、一般に認められているイオン輸送コードＳＲＩＭは、イソペンタンにおける陽子と炭素反跳の組合せＬＥＴを計算するために次に利用された。イソペンタン中の陽子に対するブラッグピークは−１ＭｅＶである。したがって、運動エネルギーがそれよりも高い陽子は、減速しているときに陽子反跳に対して可能な最高のＬＥＴを受ける。したがって、陽子反跳の検出に対するエネルギー閾値は、−１ＭｅＶである。興味深いことに、炭素に対する同等のＬＥＴは−２５０ｅＶで生じる。そこで、これら２つの値はＥｔｈ，ｒｅｃｏｉｌを確定し、積分評価を実行するときに正味効率評価に利用する。すなわち、ＣＴＭＦＤシステムのＰｎｅｇが−５バールに設定された場合、１２０ｋｅＶ以上のエネルギーを有するＣ反跳のみが検出を可能にする。しかしながら、−１０バールのＰｎｅｇについては、２５０ｅＶを超えるＣ反跳および１ＭｅＶを超えるＨ反跳は、１インチポリエチレン減速２５２Ｃｆ中性子スペクトル検出を可能にする。
【０１６７】
われわれは、すでに取ってある−５バールのＰｎｅｇで取った固有効率に関するわれわれのデータを１ｍＬのＴＭＦＤを含む２３ｍＬのＣＴＭＦＤと比較した。固有効率の結果は、よく知られているＩ／ｌｏ＝１−ｅ−Σｘ法則からの予想と釣り合っていた。これらの比較から約５０倍のＣＴＭＦＤ設計のサイズ増加で固有効率のスケーラビリティの成功を示す肯定的証拠が得られた。
【０１６８】
単一ユニットからの熱および高速中性子に対するＴＭＢ＋ＩＰ＋Ｍによる２５２Ｃｆ中性子検出効率の実験的証拠
ホウ酸トリメチル、イソペンタン、およびメタノールの（体積で４５：５０：５）混合物（ＴＭＢ＋ＩＰ＋Ｍ）で類似のスコーピング実験が実施された。ＴＭＢは、ホウ素（Ｂ）を含み、この元素は天然形態で２０％の１０Ｂ（強い中性子吸収材）を含む。ＴＭＢはそれ自体、１０Ｂ（ｎ，α）７Ｌｉ反応を介して熱中性子を検出する（Ｌａｐｉｎｓｋａｓ，  ＮＥＤ  ２００９）ことができるとＴＭＦＤ実験においてすでに示されている。述べたように、２５２Ｃｆ源中性子の約２８％のみが２．５ｃｍのポリエチレン遮蔽体によって１ＭｅＶ未満のエネルギーまで減速される。しかしながら、熱中性子捕獲に対する断面は、弾性散乱（σ，（ｎ，α）  ３４００ｂ対σｅｓ  ２．４ｂ）に対する断面よりも著しく高く、したがって、ホウ素の添加は、検出効率を著しく高めるために使用され得る（われわれが、反応の「Ｑ」がアルファ（１．５ＭｅＶ）と反跳Ｌｉ−７（０．８４ＭｅＶ）イオンとの間で分けられた約２．３４ＭｅＶであると考えているとき）。また（ｎ，α）反応は１０Ｂで可能であるが、これらは、２５２Ｃｆエネルギースペクトル全体にわたる推定された断面全体が無視できるくらいに小さい（約６４μｂ）閾値反応である。ＴＭＢ＋ＩＰ＋Ｍ混合物は、１ｍの距離のところで遮蔽（１４ｃｍのパラフィン）および非遮蔽の条件が満たされた中性子源（約１．１５×１０５ｎ／ｓ）により−５バールまでのＰｎｅｇでＣＴＭＦＤを使用して実験で試験された。
【０１６９】
検出結果は劇的であった。ＭＣＮＰ（下方散乱源フルエンスを推定するため）を実験データと一緒に利用して、われわれは、各場合の固有検出効率について、遮蔽および非遮蔽の場合に対してそれぞれ約２６．４％および約６．０％であると導き出した。これらの研究結果は、２つの重要な結果を示している。第１に、減速２５２Ｃｆ中性子源によるデータは、ＴＭＢ混合物を検出媒体として利用することで、熱エネルギーに至るまでの下方散乱（＜１ＭｅＶ）中性子の効率的な検出により検出効率の著しい増大を可能にすることを示している。第２に、結果は、ＴＭＢ混合物は、また、約−５バールのＰｎｅｇで両方とも動作するときに非遮蔽２５２Ｃｆ中性子源の存在を検出したときに、イソペンタン単独に匹敵する働きをすることを示す。これは、高速中性子単独の検出に依存する検出媒体に勝る著しい改善をもたらす。これらのデータは、Ｐｎｅｇが約−５バールに維持される場合に約２５ｋｅＶとなるＣ反跳からとｎ，α反跳からとの組み合わされたＥｔｈ，ｒｅｃｏｉｌエネルギーに対する尺度を提供した。データは、−１０バールで、ＴＭＢ＋ＩＰ＋Ｍ混合物を使用した場合に、Ｈ反跳も同様に利用することが可能であり、ＣベースおよびＨベースの反跳に対する閾値エネルギーは、０．２５ｋｅＶおよび１ＭｅＶまでそれぞれ下がってくることを示している。
【０１７０】
ＣＴＭＦＤ大面積アレイ効率に対する設計推定値
イソペンタンまたはＴＭＢベースの混合物を利用するＴＭＦＤセンサーの３Ｄ積層アレイを開発したが、われわれは、次に、ＣＴＭＦＤまたはＡＴＭＦＤのいずれかのユニットからなるＴＭＦＤの検出器アレイについて評価した。固有効率の実験的に導き出された推定値は、中性子軌跡長とともにスケーリングすると仮定して、シリンダー（Ｄ＝１０ｃｍ、Ｈ＝８ｃｍ）ＴＭＦＤを備えるスケールアップされたＴＭＦＤ受感体積についておおよその推定が行われた。長さ１０ｃｍの受感体積を有する６００ｍＬシステムにおいて−１０バールでのＰｎｅｇ動作の場合、約１５％の効率を有する長さ１ｃｍの受感体積を有する場合の１５％と比較して、約７８％の検出の高められた固有効率が得られる。
【０１７１】
これは、検出目標を満たすのに必要な６００ｍＬ  ＴＭＦＤユニットの数＝１，２００／（１０×８×０．７８）、すなわち約１９であることを示す。約２０のＴＭＦＤの場合に、受感体積予想面積＝８０ｃｍ２を有すること、および約７８％の固有効率で動作することは、すでに、１，２００ｃｍ２の目標を満たしている。したがって、必要な１９  ＴＭＦＤユニットを積層することは容易に可能であり、各々約６００ｍＬの受感体積を１ｍ３のサイズのエンクロージャ内に有し、スペアの空間がある。各ＴＭＦＤを位置決めするために必要な空間は、ＴＭＦＤの受感体積によって占有される空間だけよりも大きい。自己遮蔽および他の多次元効果からの効率低下も、最適化を考慮されなければならない。電子回路および駆動材料の位置決め、自己遮蔽、吸収も、それぞれ、ＣＴＭＦＤおよび／またはＡＴＭＦＤの３Ｄ積層アレイを最適化するように考慮されなければならない。
【０１７２】
ＣＴＭＦＤセンサー概念を使用して目標を達成するためのＴＭＦＤセンサーの積層アレイについて、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ（登録商標）モデルは、図９に示されているように作製された。各ＣＴＭＦＤユニットは、約６００ｍＬの１０ｃｍ（直径）×８ｃｍ（高さ）の受感体積を備え得る。各ＣＴＭＦＤは、合理化された空気力学的エンクロージャ内に収納して、抗力を最小にし、組み込みセーフティエンクロージャを実現することができる。６個のＣＴＭＦＤユニットの各列は、単一の変速モーターによって駆動されるものとしてよく、各ＣＴＭＦＤユニットは、パネルの外でデータのワイヤレス中継を用いて連続ベースで検出事象についてリアルタイムで監視され得る。
【０１７３】
別の実施形態では、駆動モーター、検出機器、タイミング、パネルエンクロージャおよび電子回路に必要な空間、最大７８個までのＣＴＭＦＤユニットが１３個の列に含まれ、各列に６個のＣＴＭＦＤが入るものとしてよい。ＣＴＭＦＤベースのアレイは、図９に示されている。ＣＴＭＦＤ設計の両方の形態（すなわち、従来のＣＴＭＦＤさらにはセグメント分割されたＭＡＣ−ＴＭＦＤ）が図示されている。ＭＡＣ−ＴＭＦＤは、単一のマルチカラムＣＴＭＦＤを使用してノンストップ動作および中性子エネルギーの柔軟な決定を可能にする。各部分容積は、検出信号をリアルタイムで中継するためにリモート送信機を入れられる。著しい柔軟性は、穏当な追加の出費で潜在的には達成可能である。
【０１７４】
２．５ｃｍ減速２５２Ｃｆ源については、３Ｄ  ＭＣＮＰＰＯＬＩＭＩ（登録商標）シミュレーションが、Ａεｃｆの値を評価するために実施された。この場合Ａ＝１ｍ２である。検出効率εｃｆは、現在、中性子相互作用の数の比として定義されており、その結果Ｅｔｈ，ｒｅｃｏｉｌは１ｎ×１ｍの面に入る中性子の個数で除算した特定の値（すべての７８個のＣＴＭＦＤの受感体積内）よりも高い。シミュレーションの結果は、ＩＰだけ、およびＴＭＢ混合物（２０％  １０Ｂ）を使用するＣＴＭＦＤについてＴａｂｌｅ  １（表２）に示されている。ＴＭＢ混合物（９９％濃縮１０Ｂ）は、約２，１００ｃｍ２の効率をもたらす。
【０１７５】
驚いたことに、結果は、両方のＣＴＭＦＤ構成が十分な余裕でターゲットＡεｃｆを著しく超えることを示している。第１および第２の行のＣＴＭＦＤ列（図９）は、全体的なアレイ効率の６８％をもたらし、ＣＴＭＦＤ列の残りの第３から第５の行は自己遮蔽により減少するリターンをもたらしたことが観察された。Ａεｃｆ＞１，２００ｃｍ２は、第１のおよび第２の行のみで達成されているので、システムは潜在的にサイズを縮小できる。控えめなシミュレーションから、１，２００ｍ２の目標がより小型のシステムで可能であることがわかる。
【符号の説明】
【０１７６】
１  検出器アセンブリ
２  基部
３  セーフティエンクロージャ
４  モーター取付ブラケット
５  速度センサー
６  空気排出口
７  接続点
１０  バルブ
２０  ネック部
３０  保護コーディング
４０  支持ブレース
５０  アーム
５０  エルボー部
６０  充填注ぎ口
７０  検出流体
８０  アーム
２００  足部
３００  振動ダンプナー
４００  空気取入シャフト
５００  シャフト支持体
６００  気泡センサー穴
７００  液体温度測定デバイス
７００  液体温度センサーホルダー
７００  セーフティシリンダー
８００  ネジ山付きアタッチメント点
２０００  金属製ホルダー
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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