(57)【要約】【課題】位置分解能を向上できる中性子位置測定装置11を提供する。【解決手段】入射する中性子を検出する複数の中性子検出素子12を並列に並べて配置する。これら中性子検出素子12の中性子入射面側に、中性子を遮蔽する中性子遮蔽部16および中性子の通過を許容する中性子通過部17としてスリット18が設けられた中性子遮蔽体15を配置する。中性子検出素子12をスリット18の幅ずつ移動させながら、中性子遮蔽体15のスリット18を通過した中性子を中性子検出素子12で検出する。中性子遮蔽体15のスリット18の幅程度の高い位置分解能を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する中性子を検出する中性子検出素子と、
この中性子検出素子の中性子入射面側に配置され、中性子を遮蔽する中性子遮蔽部および中性子の通過を許容する中性子通過部が設けられた中性子遮蔽体と
を具備していることを特徴とする中性子位置測定装置。
【請求項２】
中性子遮蔽体と中性子検出素子との相対位置を可変させる移動機構を備える
ことを特徴とする請求項１記載の中性子位置測定装置。
【請求項３】
中性子遮蔽体には、Ｂ、Ｃｄ、Ｇｄの少なくともいずれか１つを含んだ物質が用いられる
ことを特徴とする請求項１または２記載の中性子位置測定装置。
【請求項４】
中性子検出素子には、中性子比例計数管、位置敏感型中性子比例計数管、および中性子マルチワイヤ比例計数管のいずれか１つが用いられる
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の中性子位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子の位置を測定する中性子位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子位置測定装置は、主として強力な中性子源を持つ原子炉もしくは加速器施設において、調べたい試料に中性子を照射し、その散乱を計測、分析することで、試料の特性を調べる用途に用いられている。この種の代表的な施設としては、国内では茨城県のＪ−ＰＡＲＣ、原子力研究開発機構（ＪＡＥＡ）のＪＲＲ−３、海外では米国のＳＮＳ、フランスのＩＬＬなどが挙げられる。
【０００３】
この中性子位置測定装置には、中性子検出素子として、中性子比例計数管、もしくは位置敏感型中性子比例計数管、もしくは中性子マルチワイヤ比例計数管（ＭＷＰＣ：Multi Wire Proportional Counter）が用いられることが多い（例えば、非特許文献１参照。）。これらを用いた中性子位置測定装置の概略構成を、以下に説明する。
【０００４】
図５に示すように、中性子比例計数管１は、円筒状の容器である陰極２を備え、この陰極２内の軸心に陽極３が配設され、陰極２内に中性子と反応しやすい３Ｈｅまたは１０Ｂなどの中性子吸収ガス４が封入され、陽極３の一端に信号を外部に出力するコネクタ５が設けられている。そして、中性子比例計数管１に中性子が入射して中性子吸収ガス４と反応することで電子が生成され、この電子が陰極２と陽極３との間に印加した電位差によって陽極３に引かれ、コネクタ５から信号として外部に出力することにより、入射した中性子の数をカウントできる。
【０００５】
しかし、この中性子比例計数管１の出力信号からは中性子の位置を特定することはできない。従って、中性子の位置測定に用いる場合は、中性子比例計数管１を多数並べ、どの中性子比例計数管１から信号が出力されたかを観察することで、中性子の位置を測定している。
【０００６】
また、図６および図７に示すように、位置敏感型中性子比例計数管６は、中性子比例計数管１に類似しているが、中心部の陽極３がニクロムなどの電気抵抗の大きい材質が使われるとともに、この陽極３の両端に信号を外部に出力するコネクタ５を設けた構成となっている。そして、陽極３の両端に出力された電荷を前置処理部７で増幅および波形整形し、演算器８で陽極３の両端に出力された電荷の割合を求めることより、中性子を検出した位置がわかる。なお、符号９は前置処理部７に供給する高圧電源である。
【０００７】
この位置敏感型中性子比例計数管６は、中性子の位置を陽極３に平行な方向にしか判別できない１次元の中性子検出素子であるが、実際のアプリケーションでは２次元の分布を求められることが多い。そのため、位置敏感型中性子比例計数管６を多数並べることで、２次元の中性子位置測定装置を構成している。
【０００８】
また、中性子マルチワイヤ比例計数管（ＭＷＰＣ）は、原理的には中性子比例計数管１や位置敏感型中性子比例計数管６と同じであるが、内部に多数の陽極・陰極が設けられており、通常４個より多い出力信号から、中性子を検出した位置を２次元で知ることができる。
【０００９】
さて、一般に、中性子の位置を検出する中性子位置測定装置としては、位置分解能が小さければ小さいほど好ましいとされる。
【００１０】
しかし、上に挙げた３種の中性子位置測定装置には、次のような位置分解能の下限が存在する。
【００１１】
中性子比例計数管１を多数並べた中性子位置測定装置では、位置分解能を中性子比例計数管１の外形より小さくすることはできない。通常、中性子比例計数管１は、円筒状だが、小さいもので径が約５ｍｍ、長さが５〜１０ｃｍ程度であることから、この中性子位置測定装置における位置分解能は、およそ５ｍｍ×５ｃｍ程度となる。
【００１２】
また、位置敏感型中性子比例計数管６を多数並べた中性子位置測定装置では、陽極３に沿った方向の位置分解能が主に陽極３の電気抵抗や位置敏感型中性子比例計数管６からの信号出力などから決まるＳ／Ｎ比に影響される。実用化されているものでは、もっとも小さい物でも２ｍｍ程度である。一方、陽極３と垂直な方向の位置分解能は、位置敏感型中性子比例計数管６の外形となる。通常、位置敏感型中性子比例計数管６の外形は８ｍｍ〜２５ｍｍ程度である。従って、この中性子位置測定装置における位置分解能は、現在実用化されている最良の物で２ｍｍ×８ｍｍ程度である。
【００１３】
また、中性子マルチワイヤ比例計数管（ＭＷＰＣ）を用いた中性子位置測定装置では、内部に多数設けられた電極線同士の間隔が狭いほど、位置分解能としては小さくできる。ただし、間隔が狭いと、陽極周辺での電界強度が低下し、必要な信号強度が得られなくなる。従って、間隔が狭い場合は、必然的に印加電圧が高くなるか、もしくは中性子を検出するための３Ｈｅガスの圧を減らさなければならず、検出効率が低下する。また、静電力により陽極・陰極が変位を起こし、精度が悪くなる。実際には、電極線間隔としては１ｍｍ程度が限度である。
【００１４】
このように、既に実用化されている中性子位置測定装置には、位置分解能に下限があるが、現在、新しいタイプの高分解能な中性子位置測定装置の研究、開発が進められている。例えば、マイクロスプリットガス入り計数管（ＭＳＧＣ：Microstrip Gas Chamber）は（例えば、非特許文献２参照。）、２次元で０．１ｍｍオーダーの位置分解能が得られる。
【非特許文献１】Ｇｌｅｎｎ  Ｆ．Ｋｎｏｌｌ  放射線計測ハンドブック  第３版  日刊工業新聞社  Ｐ２１５〜２１８
【非特許文献２】Ｇｌｅｎｎ  Ｆ．Ｋｎｏｌｌ  放射線計測ハンドブック  第３版  日刊工業新聞社  Ｐ２１８〜２２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、既に実用化されている中性子位置測定装置には位置分解能に下限がある。
【００１６】
また、現在、新しいタイプの高分解能な中性子位置測定装置として研究・開発が進められているマイクロスプリットガス入り計数管（ＭＳＧＣ）は、まだ実用化までは至っていない。既に、大型の中性子散乱施設建設は進められており、マイクロスプリットガス入り計数管（ＭＳＧＣ）が施設の稼働当初から取り入れられる可能性は小さい。一方、既に実用化されている中性子位置測定装置は、実用化より数十年来の実績があり信頼性も高い。従って、分解能に不満があるとしても、使わざるを得ない状況になっている。
【００１７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、位置分解能を向上できる中性子位置測定装置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】
【００１８】
本発明は、入射する中性子を検出する中性子検出素子と、この中性子検出素子の中性子入射面側に配置され、中性子を遮蔽する中性子遮蔽部および中性子の通過を許容する中性子通過部が設けられた中性子遮蔽体とを具備しているものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、中性子遮光体に設けられている中性子通過部を通過した中性子のみを中性子検出素子で検出可能とするため、中性子遮光体の中性子通過部の位置と中性子検出素子の出力とから中性子の位置を容易に特定でき、位置分解能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２１】
なお、本実施の形態では、最も採用数の多い位置敏感型中性子比例計数管６を用いた中性子位置測定装置を例に取り説明するが、位置敏感型中性子比例計数管６の構成は、前述した通りであり、その説明を省略する。
【００２２】
図１は中性子位置測定装置11の斜視図を示し、この中性子位置測定装置11は、中性子検出素子12として複数の位置敏感型中性子比例計数管６を用い、これら複数の位置敏感型中性子比例計数管６の陽極３に沿った方向（以下、軸方向という）に対して交差する径方向に並列に並べて構成している。
【００２３】
また、これら位置敏感型中性子比例計数管６の中性子入射側の前面に、中性子を遮蔽する板状の中性子遮蔽体15が配置されている。この中性子遮蔽体15は、Ｂ、Ｃｄ、Ｇｄなどの中性子吸収の大きい物質で作るか、もしくはシート状の中性子吸収材を他の部材に貼り付けて作られている。
【００２４】
中性子遮蔽体15には、表面が中性子を遮蔽する中性子遮蔽部16として形成されているが、この中性子遮蔽部16の内側に中性子の通過を許容する中性子通過部17としてのスリット18が形成されている。スリット18は、位置敏感型中性子比例計数管６の軸方向に対して直交する方向に沿って細長く形成されているとともに、位置敏感型中性子比例計数管６の軸方向に所定の間隔毎に複数形成されている。
【００２５】
位置敏感型中性子比例計数管６と中性子遮蔽体15との相対位置を可変するために移動機構21を用いている。この移動機構21では、中性子遮蔽体15を位置敏感型中性子比例計数管６の軸方向に移動可能とする。移動機構21には、ステッピングモータなどを使用することで容易に構成可能である。なお、モータはノイズを出すが、モータの動作中はデータ取得をしなければ、特に問題はない。
【００２６】
次に、中性子位置測定装置11の動作を説明する。
【００２７】
まず、図８は中性子遮蔽体15を用いない場合の比較例を示す。図８(a)に示すような中性子強度位置分布で、中性子遮蔽体15を用いない位置敏感型中性子比例計数管６に中性子が入射した場合に、位置敏感型中性子比例計数管６で中性子が検出された位置分布を図８(b)に示す。
【００２８】
この比較例で、位置敏感型中性子比例計数管６の全く同一の位置に中性子が入射したとしても、図８(b)に示すように、位置敏感型中性子比例計数管６の出力には位置敏感型中性子比例計数管６の軸方向に半値全幅（ＦＷＨＭ）で少なくとも２ｍｍ程度の幅ができてしまう。従って、例えば２ｍｍ以内の範囲内で２つの異なる位置に中性子が入射した場合には、２つの中性子の入射位置を判別することができない。
【００２９】
それに対して、図２は中性子遮蔽体15を用いた中性子位置測定装置11の場合を示す。例えば、位置敏感型中性子比例計数管６の位置分解能が半値全幅（ＦＷＨＭ）で２ｍｍだったとして、中性子遮蔽体15のスリット18の幅を０．５ｍｍ程度とすれば、位置の半値全幅（ＦＷＨＭ）は２．５ｍｍ程度になる。しかし、位置敏感型中性子比例計数管６による中性子のカウントは、０．５ｍｍのスリット18を通過した中性子に由来するものであり、０．５ｍｍの範囲で位置敏感型中性子比例計数管６に入射した結果と考えることができる。
【００３０】
そして、中性子遮蔽体15を介して１回の計測を終えたら、図３に示すように、中性子遮蔽体15をスリット18の幅の大きさだけ位置敏感型中性子比例計数管６の軸方向にずらして、再度測定を行う。これを位置敏感型中性子比例計数管６の位置分解能／スリット幅で求められる回数（この例では、２ｍｍ／０．５ｍｍ＝４回）実施する。すると、スリット幅の位置分解能のデータが、先に述べた回数分だけ得られる。
【００３１】
このデータを使用すれば、スリット幅である０．５ｍｍ毎の位置分布が再構成できる。従って、位置分解能があまり小さくない位置敏感型中性子比例計数管６を用いても、高い位置分解能を実現できる。
【００３２】
そして、複数の位置敏感型中性子比例計数管６から出力されるデータから、信号処理システムにより、位置分布を再構成する処理をするが、図２(b)および図３(b)のように位置敏感型中性子比例計数管６から出力される分布の面積を求め、図４に示すように、それをスリット位置で整理して並べるだけで、容易に処理できる。
【００３３】
このように、位置敏感型中性子比例計数管６の位置分解能よりも細い幅のスリット18を有する中性子遮蔽体15を用い、複数回分布測定を行い、その結果からスリット18の幅程度の高い位置分解能を得ることができる。
【００３４】
この中性子位置測定装置11により、今まで実績のある信頼性の高い位置敏感型中性子比例計数管６などの中性子検出素子12を用いながら、位置分解能を高くすることができる。そのため、寿命や信頼性の評価が不十分なマイクロスプリットガス入り計数管（ＭＳＧＣ）を導入するリスクを犯すこともなく、また、施設の改良や更新の際にも費用を抑制することが可能である。
【００３５】
なお、調べたい試料に中性子を照射し、その散乱を計測、分析することで試料の特性を調べる用途に、この中性子位置測定装置11を用いる場合には、複数のスリット18を設けた中性子遮蔽体15を用いることにより、測定にかかる時間が少なく、好適であるが、中性子の入射位置を特定したい場合などには、１つのスリット18を設けた中性子遮蔽体15を用いてもよい。
【００３６】
また、位置敏感型中性子比例計数管６の陽極３に沿った方向に対して直交する方向である径方向については、位置敏感型中性子比例計数管６の外径が位置分解能となり、この外径の範囲内で入射する中性子の入射位置の分布はわからない。この場合、位置敏感型中性子比例計数管６の軸方向に沿ってスリット18を設けた中性子遮蔽体15を用い、かつ、そのスリット幅を位置敏感型中性子比例計数管６の外径より小さく、つまり位置敏感型中性子比例計数管６の外径方向の位置分解能より小さくし、中性子遮蔽体15を位置敏感型中性子比例計数管６の外径方向に移動させながら複数回分布測定を行うことにより、スリット18の幅程度の高い位置分解能を得ることができる。
【００３７】
また、位置敏感型中性子比例計数管６の陽極３に沿った方向にスリット18を有する中性子遮蔽体15と、位置敏感型中性子比例計数管６の陽極３に沿った方向に対して直交する方向である径方向にスリット18を有する中性子遮蔽体15とを、それらのスリット18が互いに直交するように重ねて配置することにより、２つの方向の位置分解能を向上させることもできる。
【００３８】
また、中性子検出素子12としては、位置敏感型中性子比例計数管６に限らず、中性子比例計数管１や中性子マルチワイヤ比例計数管（ＭＷＰＣ）を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す中性子位置測定装置の斜視図である。
【図２】同上中性子位置測定装置の測定動作を説明するもので、(a)は実際の中性子強度の位置分布と中性子遮蔽体のスリットとの位置関係を示す説明図、(b)は位置敏感型中性子比例計数管が出力する位置分布のグラフである。
【図３】同上中性子位置測定装置の図２から中性子遮蔽体をスリットの幅だけ移動させた状態での測定動作を説明するもので、(a)は実際の中性子強度の位置分布と中性子遮蔽体のスリットとの位置関係を示す説明図、(b)は位置敏感型中性子比例計数管が出力する位置分布のグラフである。
【図４】同上中性子位置測定装置のスリット位置分布のグラフである。
【図５】同上中性子位置測定装置の中性子検出素子として適用可能な中性子比例計数管の断面図である。
【図６】同上中性子位置測定装置の中性子検出素子として適用可能な位置敏感型中性子比例計数管の断面図である。
【図７】同上位置敏感型中性子比例計数管を用いた検出回路の構成図である。
【図８】比較例の中性子位置測定装置の測定動作を説明するもので、(a)は実際の中性子強度の位置分布と位置敏感型中性子比例計数管との位置関係を示す説明図、(b)は位置敏感型中性子比例計数管が出力する位置分布のグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
11    中性子位置測定装置
12    中性子検出素子
15    中性子遮蔽体
16    中性子遮蔽部
17    中性子通過部
21    移動機構
【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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