JP2007333552A - 中性子測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中性子測定装置において、エネルギー分解能と感度を共に良好にできるようにする。
【解決手段】容器１０にはラジエータ１２が配置されている。中性子ｎが入射するとラジエータ１２において反跳陽子ｐが生じる。それは二次元検出器１４によって検出される。検出位置に対応付けられた散乱角θに基づいて検出されたエネルギーが補正され、それによって補正された中性子エネルギースペクトルが求められる。二次元検出器１４は平板型であってもよいし、円弧状の形態を有していてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は中性子測定装置に関し、特に、中性子のエネルギースペクトルを測定する中性子測定装置に関する。

加速器や原子炉等で生成される中性子を測定するために中性子測定装置が利用される（特許文献１−３参照）。中性子測定装置の１つとして、中性子のエネルギースペクトルを求める中性子スペクトロメータが知られている。陽子反跳テレスコープ法を用いた中性子スペクトロメータでは、中性子（主に高速中性子）が入射したラジエータで生じる反跳陽子が検出され、その場合に所定の散乱角方向に検出器が配置され、その検出器で反跳陽子のエネルギーが測定される。測定されたエネルギーに対して散乱角に応じた角度補正が行われ、これによって中性子のスペクトルが求められる（下記の非特許文献１参照）。

特表平２−５０３４７４号公報 実用新案登録第３１１６５４３号公報 特開昭６１−２６９０９０号公報 GLENN F KNOLL著（木村・坂井訳）、放射線計測ハンドブック、日刊工業新聞社、昭和５７年、第４８６頁−第４８８頁

しかしながら、上記非特許文献１に記載された方法では、所定角度に放出された反跳陽子だけしか検出できず、それ以外の様々な方向へ放出される反跳陽子を検出できない。また、反跳陽子検出器で検出可能な角度範囲を十分絞る方がエネルギー分解能を高められるが、そのような構成では感度が低下してしまう。その一方、検出感度を維持すると、エネルギー分解能が犠牲となる。なお、上記の非特許文献１に記載された方法では、前後配置された２つの検出器が同時計数されており、また、それらの検出器の検出値の和が演算されているが、それらの検出器についてのゲイン調整等が難しいという点も指摘できる。

本発明の目的は、感度及びエネルギー分解能が良好な中性子測定装置を提供することにある。

本発明は、中空の真空容器と、前記真空容器内の中性子入射位置に設けられ、反跳陽子を含む物質で構成されたラジエータと、前記真空容器内の反跳陽子検出位置に設けられ、前記ラジエータに対して中性子が入射した場合に当該ラジエータから放出される反跳陽子を検出する検出器であって、前記反跳陽子検出位置の中心点を通過する測定中心軸に対して交叉しつつ面状に広がった複数の検出セルを有する二次元検出器と、前記二次元検出器における各検出セルで検出された検出値を当該検出セルの位置に応じて補正しつつ、入射した中性子についてのエネルギースペクトルを演算するスペクトル演算部と、を含むことを特徴とする中性子測定装置に関する。

上記構成によれば、中性子がラジエータに入射すると、そこから反跳陽子が放出され、それが二次元検出器で検出される。反跳陽子のエネルギーは中性子のエネルギーに依存しており、前者を検出すれば後者を演算して、スペクトルを求められる。二次元検出器の検出位置に応じてエネルギーの補正を行えば、エネルギー分解能を良好にできる。また、二次元的に広がった検出面で反跳陽子を検出できるので感度も良好にできる。望ましくは、前記スペクトル演算部は、前記各検出セルで検出された検出値に対して、前記各検出セルの位置に対応した反跳陽子散乱角に基づく角度補正を実行する。

以上説明したように、本発明によれば、感度及びエネルギー分解能が良好な中性子測定装置を提供できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る中性子測定装置が示されており、図１は中性子測定装置としての中性子スペクトロメータを示す概念図である。この中性子スペクトロメータは入射した中性子のエネルギースペクトルを求める測定器である。

容器１０は例えばＺ方向に伸長した円筒形状の容器であり、その容器１０は例えばアルミニウムなどの材料によって形成される。容器１０の内部１０Ａは真空に保持されている。容器１０における中性子入射側にはラジエータ１２が設けられている。

ラジエータ１２は例えば１ｍｍの直径を有し、数μｍの厚みをもったポリエチレンテレフタレート等の材料によって構成され、すなわち小型で薄い水素化合物によってラジエータ１２が構成されている。そのラジエータ１２では、中性子ｎが入射すると、そこで反跳現象が生じ、その結果として反跳陽子を生じる。その反跳陽子が図１においてｐで示されている。

容器１０における中性子検出側には二次元検出器１４が配置されている。この二次元検出器１４は複数のセルからなる半導体検出器として構成され、図１においては平板型の二次元検出器１４が示されているが、それが湾曲したものであってもよい。二次元検出器１４はＺ方向に直交する２方向に整列した複数のセル（半導体検出セル）を有しており、各セルは独立して反跳陽子を検出する。

ラジエータ１２には一般に水素以外にも例えば炭素等の物質が含まれる。しかしながら、そのような炭素が反跳現象によって放出されても、それは水素よりも例えば１２倍も重い原子であるため、水素による反跳陽子とは信号上区別が可能である。ちなみに、容器１０の中性子入射側にはコリメータ１６が設けられている。そのコリメータ１６の中央に形成された空洞を介して中性子ｎが進入している。そして、反跳現象において所定の反跳角θをもって反跳陽子ｐが放出され、それが上述した二次元検出器によって検出される。

ちなみに、この際の散乱角θとし、反跳陽子のエネルギーをＥｐとし、入射した中性子のエネルギーをＥｎとした場合、一般に、Ｅｐ＝Ｅｎ×ｃｏｓ²θとなり、この式を変形して、Ｅｎ＝Ｅｐ／ｃｏｓ²θが得られる。すなわち当該計算式によって検出された反跳陽子のエネルギー及び散乱角θから入射中性子のエネルギーを求めることが可能となる。

スペクトル演算部３０は二次元検出器１４の各セルから検出された信号を処理する回路であり、その信号に対して上述した計算式に基づく角度補正を実行し、その結果として角度補正がされた後のエネルギースペクトルを求める。そのエネルギースペクトルはスペクトル表示部３２において表示されることになる。

ちなみに、二次元検出器１４は例えば５×５ｍｍのサイズをもった矩形の検出器であるが、それが円形の検出器であってもよい。スペクトル演算部３０の前段側に信号処理を行う回路を設けるのが望ましく、例えばノイズ除去用の波高弁別器などを設けてもよい。スペクトル演算部３０は例えばマルチチャンネルアナライザによって構成することも可能である。

図２には、スペクトル表示部３２に表示される中性子スペクトルが示されている。横軸は中性子のエネルギーを示しており、縦軸は各エネルギーごとの計数値を表している。角度補正を行わない場合には、符号１００で示されるようなスペクトルが得られるが、上記のような角度補正を行うことによって符号１０２で示すようなスペクトルを得るがことが可能となる。すなわち感度を向上でき、またエネルギー分解能を向上できるという利点がある。つまり、角度補正を行うので検出器全体としてのエネルギー特定性を良好にでき、しかも二次元的に広がった検出器によって反跳陽子を検出するので感度を向上することが可能となる。上述したように、ラジエータ１２を曲率中心として二次元検出器１４を湾曲させるようにしてもよい。

本発明に係る中性子測定装置の概念図である。 中性子エネルギースペクトルを示す図である。

符号の説明

１０ 容器、１２ ラジエータ、１４ 二次元検出器、１６ コリメータ、３０ スペクトル演算部、３２ スペクトル表示部。

Claims (2)

1. 中空の真空容器と、
   前記真空容器内の中性子入射位置に設けられ、反跳陽子を含む物質で構成されたラジエータと、
   前記真空容器内の反跳陽子検出位置に設けられ、前記ラジエータに対して中性子が入射した場合に当該ラジエータから放出される反跳陽子を検出する検出器であって、前記反跳陽子検出位置の中心点を通過する測定中心軸に対して交叉しつつ面状に広がった複数の検出セルを有する二次元検出器と、
   前記二次元検出器における各検出セルで検出された検出値を当該検出セルの位置に応じて補正しつつ、入射した中性子についてのエネルギースペクトルを演算するスペクトル演算部と、
   を含むことを特徴とする中性子測定装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記スペクトル演算部は、前記各検出セルで検出された検出値に対して、前記各検出セルの位置に対応した反跳陽子散乱角に基づく角度補正を実行することを特徴とする中性子測定装置。

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