JP2013124899A - 中性子検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】中性子検出器において、計測対象外の放射線の反応により発生する、中性子検出の誤差を低減する。
【解決手段】中性子検出器２０は、それぞれが、所定の圧力で封入された３フッ化ホウ素ガス中に張架して設けられた陽極線を有し、中性子数に応じたパルス信号を発生する、複数の３フッ化ホウ素ガス比例計数管１を含む。そして、複数の３フッ化ホウ素ガス比例計数管１の陽極線が接続される１つのＭＩケーブル８と、それぞれの３フッ化ホウ素ガス比例計数管１の陽極線と１つのＭＩケーブルを電気的に接続する信号線１２と、信号線１２の周囲を覆う絶縁体４、５、６を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、中性子を計数するための３フッ化ホウ素ガス比例計数管を備える中性子検出器に関する。

比例計数管はガス入り検出器の一種であり、放射線とガスが反応することにより電気信号として取り出すことができる。比例計数管の構造は、ガス中に高電界をかけ放射線とガスが反応すると高電界により雪崩現象が発生して電荷を増幅し、少ない放射線下でも放射線の測定が可能である。

中性子を検出する比例計数管として、３フッ化ホウ素ガス比例計数管が用いられる（特許文献１参照）。また、約８０℃以上の高温度の雰囲気中で使用可能な、３フッ化ホウ素ガス比例計数管が提案されている。特許文献２の３フッ化ホウ素ガス比例計数管は、高電圧印加および信号取り出し用ケーブルとしてＭＩケーブル（Mineral Insulated Cable）、シリカ絶縁同軸ケーブルもしくはテフロン（登録商標）絶縁同軸ケーブルを使用する。

３フッ化ホウ素ガス比例計数管は、入射した中性子と３フッ化ホウ素ガスとの反応によって発生したフッ素ガスが、３フッ化ホウ素ガス比例計数管エレメントの寿命を短くする。特許文献３には、３フッ化ホウ素ガスを封入するガス圧を下げて、発生するフッ素ガスを減少させる技術が開示されている。特許文献３の中性子検出器は、また、ガス圧を下げることにより劣化した中性子検出感度を補償するために、３フッ化ホウ素ガス比例計数管エレメントを並列に接続して３フッ化ホウ素ガス比例計数管を構成する。

特開平３−１３３０４７号公報 特開平４−１２１６８７号公報 特開２０００−１４９８６４号公報

特許文献３の中性子検出器は、特許文献１に開示された３フッ化ホウ素ガス比例計数管を２本、並列に接続した構造となっている。このような構造では、２本の３フッ化ホウ素ガス比例計数管の接続部が電離箱を形成し、計測対象以外の放射線が電気信号として検出され検出精度が低下する問題があった。３フッ化ホウ素ガス比例計数管は中性子を検出するが、計測対象外の放射線とは原子炉から放出されるγ線、検出器自身の部品が放射化して放出されるγ線等の放射線である。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、中性子検出器において、計測対象外の放射線の反応により発生する、中性子検出の誤差を低減することを目的とする。

本発明の観点に係る中性子検出器は、それぞれが、所定の圧力で封入された３フッ化ホウ素ガス中に張架して設けられた陽極線を有し、中性子数に応じたパルス信号を発生する、複数の３フッ化ホウ素ガス比例計数管を含む。そして、中性子検出器は、複数の３フッ化ホウ素ガス比例計数管の陽極線が接続される１つのケーブルと、それぞれの３フッ化ホウ素ガス比例計数管の陽極線と１つのケーブルを電気的に接続する信号線と、信号線の周囲を覆う電気絶縁体と、を備える。

本発明によれば、複数の３フッ化ホウ素ガス比例計数管の陽極線と１つのケーブルを接続する信号線をそれぞれ、電気絶縁体で覆うので、信号線の周囲で発生する電子を検出することがない。その結果、中性子検出の誤差を低減できる。

本発明の実施の形態に係る中性子検出器の構造を示す斜視図である。 実施の形態に係る中性子検出器の断面図である。 実施の形態に係る信号線保護の為の絶縁体の断面図である。 実施の形態に係る信号線保護の為の他の絶縁体の断面図と側面図である。 実施の形態に係る絶縁体の作用を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る中性子検出器の構造を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る中性子検出器の断面図である。図１では、中性子検出器２０の外筒を省略している。中性子検出器２０は、３フッ化ホウ素ガス比例計数管１を２つ備える。３フッ化ホウ素ガス比例計数管１は、中性子検出器２０の中心軸に対称の位置に配置される。図２の断面図は、上下対称である。

３フッ化ホウ素ガス比例計数管１は、所定の圧力で封入された３フッ化ホウ素ガス中に張架して設けられた陽極線を有し、中性子線を検出する部分である。計数管保持金属２はチタン材等の金属で形成され、３フッ化ホウ素ガス比例計数管１を２本組み合わせる為に保持する機構である。

３フッ化ホウ素ガス比例計数管１は、陰電極を兼ねた管の内部に３フッ化ホウ素ガス等の電離ガスを兼ねた中性子有感ガスが封入されている。管の内部には、陽極線が、管の軸方向に張架して設けられている。陰電極である管と陽極線の間に高電圧を印加する。管内に入射した中性子は、電離ガスを兼ねた中性子有感ガスと核反応を起こし、正イオンと電子を生成する。さらに、生成された電子は陽極線の近傍で電離ガスを兼ねた中性子有感ガスを電離し正イオンを発生させる。この正イオンが陰電極を兼ねた管に到達することで陽極線に誘導電荷が発生する。陽極線に発生する誘導電荷によるパルス信号を、信号線１２（図２参照）で３フッ化ホウ素ガス比例計数管１の外部に導き、増幅してパルスを計数することによって、中性子を検出することができる。

３フッ化ホウ素ガス比例計数管１から出る信号線１２（図２参照）は、外筒１３を有するニッケル等の金属で形成され、ＭＩケーブル８に接続される。図２の断面図に、信号線１２とＭＩケーブルの接続状態を示す。両側の信号線１２は、撚り合わされてＭＩケーブル８に接続される。

絶縁体４、絶縁体５および絶縁体６はセラミック等の電気絶縁物を材料とした電気絶縁体であり、形は円筒形で内部を信号線１２が通る。絶縁体４は、信号線１２が３フッ化ホウ素ガス比例計数管１から出るところから、少なくとも信号線１２のはじめの屈曲部までの部分を覆う。絶縁体５は、絶縁体４の側面を貫通し、信号線１２のはじめの屈曲部から次の屈曲部までの部分を覆う。絶縁体５の他方の端部は、絶縁体６の側面を貫通している。絶縁体６は、新合繊１２の２つ目の屈曲部からＭＩケーブルに接続するまでの部分を覆う。

絶縁体４は、チタン等の金属を材料とした絶縁体保持部材３および絶縁体止まり部品７に保持される。絶縁体保持部材３は内部に絶縁体４がはまるような通り孔が形成されており、絶縁体４がまっすぐに立つようにしている。絶縁体止まり部品７は絶縁体４が絶縁体保持部材３からの抜け落ち防止の部品である。

図２に示す外筒１１はチタン等の金属でできた円筒状の部材である。上蓋９はチタン等の金属で形成され、外筒１１のＭＩケーブル８側を封止する。下蓋１０はチタン等の金属で形成され、外筒１１の底を封止する。上蓋９、下蓋１０、外筒１１で密封容器を構成し、窒素等のガスが中に充填されている。ＭＩケーブル８は、上蓋９を貫通し、３フッ化ホウ素ガス比例計数管１で発生する電気信号を、中性子検出器２０の外部に伝送する。

図３は、実施の形態に係る信号線保護の為の絶縁体の断面図である。図３は、絶縁体４を示す。絶縁体４は、セラミック等の電気絶縁物を材料として円筒形状に形成される。絶縁体４の側面には、横穴４１が形成される。横穴４１に絶縁体５の一方の端部が貫入する。絶縁体５は、セラミック等の電気絶縁物を材料として円筒形状に形成される（図２参照）。

図４は、実施の形態に係る信号線保護の為の他の絶縁体の断面図と側面図である。図４は、絶縁体６を示す。図４の（ａ）は、断面図、（ｂ）は側面図である。絶縁体６は、セラミック等の電気絶縁物を材料として円筒形状に形成される。絶縁体６の端部の両側の側面にＵ字の切り欠き６１が形成される。切り欠き６１に絶縁体５の他方の端部が嵌まる。

中性子検出器２０は、上蓋９を上部とした縦向きで使用されるため、絶縁体６は絶縁体５に支えられ、また絶縁体５は絶縁体４の横穴４１で支えられる。そのため、信号線１２に負担がかからない構造となっている。以下、絶縁体４、５および６の作用を説明する。

図５は、実施の形態に係る絶縁体の作用を説明する図である。図５では、中性子検出器２０の３フッ化ホウ素ガス比例計数管１を、代表して１つで示す。また、絶縁体４、５および６をまとめて１つの絶縁体２１で示す。信号線１２は、絶縁体４、５および６で完全に覆われるので、電気的には１つの絶縁体２１で覆われていると考えることができる。

３フッ化ホウ素ガス比例計数管１から信号線１２を経由して、ＭＩケーブル８へ信号が送られる。高圧電源２３は、信号線１２を介して、３フッ化ホウ素ガス比例計数管１の陽極に約１ｋＶの電圧を印加している。アンプ２２は、中性子検出器２０の信号を増幅する。外筒１３の電位はアースとする。

ここで実際に使用されている状況を考える。３フッ化ホウ素ガス比例計数管１とＭＩケーブル８の接続部周辺に充填されている窒素が、γ線との反応により電子を放出する。信号線１２によって発生する電界で電子が集められる。集められる電子は障害がなければそのまま信号線１２へ吸収され、ノイズ信号として検出されることになる。ノイズ信号は、中性子検出の信号と区別できないので、ノイズ信号によって中性子検出の誤差を生じる。

しかし、絶縁体２１は十分に抵抗が高い電気絶縁物であるので、電子の捕獲断面積が大きい。そのため発生した電子は絶縁体２１に吸収されノイズ信号の発生が抑えられる。その結果、中性子検出の誤差を低減できる。

本実施の形態の構成は一例であって、これに限定されるものではない。例えば、３フッ化ホウ素ガス比例計数管１を２つ備える構成に限らず、３つ以上並列に接続される構成でも、信号線１２を絶縁体で覆うことによって、同様の効果がある。３フッ化ホウ素ガス比例計数管１を３つ以上備える場合、３フッ化ホウ素ガス比例計数管１は、中性子検出器２０の軸に回転対称に配置されてもよいし、平面上に並べて配置されてもよい。３フッ化ホウ素ガス比例計数管１が回転対称に配置される場合は、例えば、絶縁体５を絶縁体６の周りに回転対称に配置して、信号線１２を覆うことができる。３フッ化ホウ素ガス比例計数管１が平面上に配置される場合は、例えば、絶縁体５が絶縁体４と絶縁体６に貫通する位置をそれらの長手方向にずらせて配置して、信号線１２を覆うことができる。

信号線１２を覆う電気絶縁体は、実施の形態の絶縁体４、５および６の構造に限らない。例えば、絶縁体４および５に相当する電気絶縁体を、３フッ化ホウ素ガス比例計数管１の軸に対して傾斜させてもよい。また、電気絶縁体は円筒状に限らず、さまざまな断面の管状でもかまわない。信号線１２を完全に覆って、周囲の電子が発生する部分から電気的に絶縁できれば、同様の効果が得られる。電気絶縁体を構成する材質は、セラミックに限らず、フッ素樹脂またはシリコーンなどの電気絶縁物を用いることができる。

１ ３フッ化ホウ素ガス比例計数管
２ 計数管保持部材
３ 絶縁体保持部材
４、５、６ 絶縁体
７ 絶縁体止まり部品
８ ＭＩケーブル
９ 上蓋
１０ 下蓋
１１ 外筒
１２ 信号線
１３ 外筒
２０ 中性子検出器
２１ 絶縁体
２２ アンプ
２３ 高圧電源

Claims (4)

1. それぞれが、所定の圧力で封入された３フッ化ホウ素ガス中に張架して設けられた陽極線を有し、中性子数に応じたパルス信号を発生する、複数の３フッ化ホウ素ガス比例計数管と、
   前記複数の３フッ化ホウ素ガス比例計数管の陽極線が接続される１つのケーブルと、
   それぞれの前記３フッ化ホウ素ガス比例計数管の陽極線と前記１つのケーブルを電気的に接続する信号線と、
   前記信号線の周囲を覆う電気絶縁体と、
   を備える中性子検出器。
2. 前記電気絶縁体は、複数の円筒形状の部材を組み合わせた構造を有する請求項１に記載の中性子検出器。
3. 前記円筒形状の部材はそれぞれ、前記信号線の隣り合う屈曲部に挟まれる区間を覆い、１つの部材の端部が他の１つの部材の側面を貫通している請求項２に記載の中性子検出器。
4. 前記電気絶縁体は、セラミックスから形成される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の中性子検出器。

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