JP2009198439A - Neutron position measurement device - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a neutron position measurement apparatus that measures the position of a neutron.
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。 Neutron position measuring equipment is mainly used in a reactor or accelerator facility with a powerful neutron source to irradiate the sample to be examined with neutrons and measure and analyze the scattering to examine the characteristics of the sample. . Representative facilities of this type include J-PARC in Ibaraki Prefecture, JRR-3 from JAEA, SNS in the US, and ILL in France.
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。 In this neutron position measuring device, a neutron proportional counter, a position sensitive neutron proportional counter, or a neutron multi-wire proportional counter (MWPC) is often used as a neutron detection element (for example, Non-patent document 1). A schematic configuration of a neutron position measuring apparatus using these will be described below.
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。
As shown in FIG. 5, the neutron proportional counter 1 includes a
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。 However, the position of the neutron cannot be specified from the output signal of the neutron proportional counter 1. Therefore, when used for neutron position measurement, a large number of neutron proportional counters 1 are arranged and the neutron position is measured by observing from which neutron proportional counter 1 the signal is output.
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。
As shown in FIGS. 6 and 7, the position sensitive neutron
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。
The position-sensitive neutron
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。
The neutron multi-wire proportional counter (MWPC) is in principle the same as the neutron proportional counter 1 and the position sensitive neutron
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。 In general, a neutron position measuring device for detecting the position of neutrons is preferably as small as the position resolution is small.
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。 However, the three types of neutron position measuring devices listed above have the following lower limit of position resolution.
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。 In a neutron position measuring device in which a large number of neutron proportional counters 1 are arranged, the position resolution cannot be made smaller than the outer shape of the neutron proportional counter 1. Normally, the neutron proportional counter 1 is cylindrical, but is small and has a diameter of about 5 mm and a length of about 5 to 10 cm. Therefore, the position resolution in this neutron position measuring device is about 5 mm × 5 cm. .
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。
Further, in the neutron position measuring device in which a large number of position sensitive neutron
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。 Moreover, in the neutron position measuring apparatus using the neutron multi-wire proportional counter (MWPC), the position resolution can be reduced as the distance between the electrode lines provided in the inside is narrower. However, if the interval is narrow, the electric field strength around the anode is lowered and the required signal strength cannot be obtained. Therefore, when the interval is narrow, the applied voltage inevitably increases, or the pressure of 3He gas for detecting neutrons must be reduced, and the detection efficiency decreases. Also, the electrostatic force causes the anode / cathode to be displaced, resulting in poor accuracy. In practice, the electrode line spacing is limited to about 1 mm.
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。
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。 As described above, the neutron position measuring apparatus already in practical use has a lower limit in position resolution.
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。 In addition, a microsplit gas counter (MSGC), which is currently being researched and developed as a new type of high-resolution neutron position measurement device, has not yet been put into practical use. Construction of a large neutron scattering facility is already underway, and it is unlikely that a microsplit gas counter (MSGC) will be introduced from the beginning of the facility. On the other hand, neutron position measuring devices that have already been put into practical use have a track record of several decades since practical use and have high reliability. Therefore, even if the resolution is unsatisfactory, it has to be used.
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。 The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide a neutron position measuring apparatus capable of improving the position resolution.
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。 The present invention relates to a neutron detection element that detects incident neutrons, and a neutron provided with a neutron shielding part that shields neutrons and a neutron passage part that allows neutrons to pass, arranged on the neutron incident surface side of the neutron detection element And a shield.
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。 According to the present invention, since only the neutron that has passed through the neutron passage provided in the neutron shield can be detected by the neutron detector, the position of the neutron passage of the neutron shield and the output of the neutron detector are used. The position of the neutron can be easily identified, and the position resolution can be improved.
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
In the present embodiment, the neutron position measuring apparatus using the position-sensitive neutron
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。
FIG. 1 shows a perspective view of a neutron position measuring device 11, which uses a plurality of position sensitive neutron
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。
Further, a plate-
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。
The
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。
A moving mechanism 21 is used to change the relative position between the position sensitive neutron
次に、中性子位置測定装置11の動作を説明する。 Next, the operation of the neutron position measuring device 11 will be described.
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。
First, FIG. 8 shows a comparative example when the
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。
In this comparative example, even if neutrons are incident on exactly the same position of the position sensitive neutron
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。
On the other hand, FIG. 2 shows the case of the neutron position measuring device 11 using the
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。
When one measurement is completed via the
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。
If this data is used, the position distribution every 0.5 mm which is the slit width can be reconstructed. Therefore, even if the position sensitive neutron
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。
The position distribution is reconstructed from the data output from the plurality of position sensitive neutron
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。
As described above, the
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。
The neutron position measuring device 11 can increase the position resolution while using the
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。
When using this neutron position measuring device 11 for the purpose of investigating the characteristics of a sample by irradiating the sample to be examined with neutrons and measuring and analyzing the scattering, the neutron shield provided with a plurality of
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。
Further, with respect to the radial direction, which is a direction orthogonal to the direction along the
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。
Further, a
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。
The
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
11 Neutron position measuring device
12 Neutron detector
15 Neutron shield
16 Neutron shield
17 Neutron passage
21 Movement mechanism
Claims (4)
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。 A neutron detector for detecting incident neutrons;
A neutron position characterized by comprising a neutron shielding part disposed on the neutron incident surface side of the neutron detection element and provided with a neutron shielding part for shielding neutrons and a neutron shielding part for allowing passage of neutrons measuring device.
ことを特徴とする請求項1記載の中性子位置測定装置。 The neutron position measuring apparatus according to claim 1, further comprising a moving mechanism that varies a relative position between the neutron shield and the neutron detection element.
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。 The neutron position measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein a substance containing at least one of B, Cd, and Gd is used for the neutron shield.
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。 The neutron position measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein any one of a neutron proportional counter, a position sensitive neutron proportional counter, and a neutron multi-wire proportional counter is used as the neutron detection element. apparatus.
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JP6228340B1 (en) * | 2017-05-15 | 2017-11-08 | 東芝電子管デバイス株式会社 | Neutron position detector |
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2008
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