JP2016151447A - 中性子測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中性子測定装置において、中性子の測定精度の向上を図る。
【解決手段】中性子検出器２と計測器３とを有し、中性子検出器２として、中性子を減速する減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅと、中性子を受けて発光するシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅからの光を導く導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとを一組とするシンチレーション検出部を設け、このシンチレーション検出部を複数積層した球形状とし、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅをフッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状とし、球における２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、球殻形状をなすシンチレータを有する中性子測定装置に関するものである。

従来の中性子測定装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された中性子測定装置は、中性子検出器として、中性子を減速する減速材と、中性子を受けて発光するシンチレータと、シンチレータからの光を導く導光体とを一組とするシンチレーション検出部を設け、このシンチレーション検出部を複数積層して球形状とするものである。

特開２０１４−１７３８８３号公報

上述した従来の中性子測定装置にて、シンチレータは、ＬｉＦコンバータとＺｎＳシンチレータの粉末混合した混合物から構成されている。そのため、この粉末状の混合物を有機溶媒中に分散させ、これを球体の外周面に薄く塗布した後、有機溶媒を蒸発乾固することで、所定厚さのシンチレータとしている。そのため、粉末状の混合物が分散した有機溶媒を球体の外周面に塗布するとき、厚さにムラが生じるおそれがあり、シンチレータによる高い測定精度を確保することが困難となる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、中性子の測定精度の向上を図る中性子測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の中性子測定装置は、中性子を検出する中性子検出器を有する中性子測定装置であって、前記中性子検出器は、中性子を減速する減速材と、中性子を受けて発光するシンチレータと、前記シンチレータからの光を導く導光体とを一組とするシンチレーション検出部を有し、前記シンチレーション検出部が複数積層されることで球形状をなし、前記シンチレータは、フッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状をなし、球における２つの極点を結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置される、ことを特徴とするものである。

従って、シンチレータをフッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状とすることから、この帯形状をなすシンチレータを事前に製造し、球における経線に沿って配置することで容易にシンチレーション検出部を構成することができる。その結果、シンチレータを所定の厚さに設定することができ、中性子の測定精度を向上することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、長手方向における一方の一端部に薄肉部が設けられ、複数の前記シンチレータにおける前記薄肉部同士が前記極点で重ねて配置されることを特徴としている。

従って、シンチレータにおける一方の端部に薄肉部を設け、薄肉部同士を極点で重ねることで、極点で複数重なったシンチレータの厚さと重なっていないシンチレータの厚さとを容易に近似させることができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、長手方向における一方の端部に向けて厚さが徐々に薄くなることを特徴としている。

従って、シンチレータの厚さを長手方向における一方の端部に向けて徐々に薄くなるようにしたことで、シンチレータを容易に製作することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、２つの極点を結ぶ経線に沿って２個のシンチレータ本体が直列に配置されることを特徴としている。

従って、２つの極点を結ぶ経線に沿うシンチレータを２個のシンチレータ本体から構成することで、シンチレータを容易に製作することができると共に、シンチレータを球における経線に沿って容易に配置することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、長手方向に同じ幅を有する帯形状をなすことを特徴としている。

従って、シンチレータの幅を長手方向に同じ幅に設定することで、製造コストを低減することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、フッ化物結晶の小片が透明な樹脂中に分散された帯形状をなすことを特徴としている。

従って、シンチレータを透明とすることで、シンチレーション光を効率良く集めることができる領域を大きくすることができ、中性子の測定精度を向上することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記導光体は、前記シンチレータに対応するように、前記球における経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されることを特徴としている。

従って、中性子がシンチレーション検出部を透過するとき、シンチレータの光を導光体により適正に取得して測定精度を向上することができる。

本発明の中性子測定装置によれば、シンチレータをフッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状として経線に沿って配置するので、シンチレータを所定の厚さに設定することができ、中性子の測定精度を向上することができる。

図１は、本実施形態の中性子測定装置における中性子検出器を表す概略図である。 図２は、中性子検出器におけるシンチレータの配置を表す概略図である。 図３は、波長シフトファイバの装着方法を表す正面図である。 図４は、波長シフトファイバの装着状態を表す平面図である。 図５は、シンチレータの装着状態を表す平面図である。 図６は、シンチレータの装着状態を表す断面（図５のVI−VI断面）図である。 図７は、シンチレータを表す平面図である。 図８は、シンチレータを表す側面図である。 図９は、中性子測定装置による中性子測定方法を表す平面図である。 図１０は、中性子測定装置による中性子測定結果を表すグラフである。 図１１は、中性子測定装置による中性子測定方法を表す平面図である。 図１２は、中性子測定装置による中性子測定結果を表すグラフである。 図１３は、本実施形態の中性子測定装置を表す概略構成図である。 図１４は、中性子測定装置による中性子測定結果を表すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る中性子検出装置の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１３は、本実施形態の中性子測定装置を表す概略構成図である。

本実施形態において、図１３に示すように、中性子測定装置（中性子スペクトロメータ）１は、中性子スペクトルを測定する装置である。この中性子測定装置１は、例えば、中性子の測定、中性子エネルギスペクトルの測定などに用いられ、特に、相互に異なる中性子エネルギをそれぞれ測定することができる。また、中性子測定装置１は、例えば、原子力発電プラントにおける放射化評価技術として採用することができる。

本実施形態の中性子測定装置１は、中性子検出器２と、計測器３とを有している。

中性子検出器２は、中性子を検出するシンチレーション検出器である。この中性子検出器２は、減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅと、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとを有している。

減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅは、中性子を減速する部材であり、例えば、ポリエチレン、パラフィン、エポキシ樹脂、アクリル、プラスティック、カドミウムなどから構成される。シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、中性子を受けて発光（蛍光）する部材であり、例えば、Ｌｉガラスシンチレータ、ＬｉＩシンチレータ、ＬｉＣａＡｌＦ_６シンチレータ、リチウム化合物、あるいは、ほう素化合物とＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータとの混合物などから構成される。導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、対応するシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅからの蛍光を導く部材であり、例えば、波長シフトファイバ、採光機能付与型光ファイバ、中空光ファイバ、ライトガイドなどから構成される。

また、中性子検出器２は、対応する減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅのうちの各一つを一組のシンチレーション検出部としている。即ち、第１シンチレーション検出部２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ、第２シンチレーション検出部２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ、第３シンチレーション検出部２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ、第４シンチレーション検出部２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ、第５シンチレーション検出部２１Ｅ，２２Ｅ，２３Ｅが設けられている。そして、中性子検出器２は、この第１シンチレーション検出部２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ、第２シンチレーション検出部２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ、第３シンチレーション検出部２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ、第４シンチレーション検出部２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ、第５シンチレーション検出部２１Ｅ，２２Ｅ，２３Ｅが中心側から積層して構成される曲面多層構造となっている。

球殻の中心部にコア減速材２１が配置され、このコア減速材２１の外側に第１シンチレータ２２Ａ、第１導光体２３Ａ、第１減速材２１Ａが順に積層されて第１シンチレーション検出部が構成される。この第１シンチレーション検出部は、第１導光体２３Ａの外側に第２シンチレータ２２Ｂ、第２導光体２３Ｂ、第２減速材２１Ｂが順に積層されて第２シンチレーション検出部が構成される。この第２シンチレーション検出部は、第２導光体２３Ｂの外側に第３シンチレータ２２Ｃ、第３導光体２３Ｃ、第３減速材２１Ｃが順に積層されて第３シンチレーション検出部が構成される。この第３シンチレーション検出部は、第３導光体２３Ｃの外側に第４シンチレータ２２Ｄ、第４導光体２３Ｄ、第４減速材２１Ｄが順に積層されて第４シンチレーション検出部が構成される。この第４シンチレーション検出部は、第４導光体２３Ｄの外側に第５シンチレータ２２Ｅ、第５導光体２３Ｅ、第５減速材２１Ｅが順に積層されて第５シンチレーション検出部が構成される。このように中性子検出器２は、５つのシンチレーション検出部が球状に積層されることで、全体として球殻多層構造を有する球体となっている。

この中性子検出器２の製造工程では、まず、バルク状のコア減速材２１が中性子検出器２の芯として配置される。次に、コア減速材２１の外周面に第１シンチレータ２２Ａが配置され、第１シンチレータ２２Ａの外周面に第１導光体２３Ａが配置され、第１導光体２３Ａの外周面に第１減速材２１Ａが配置されることで、第１シンチレーション検出部が製造される。続いて、この第１シンチレーション検出部の外周面に第２シンチレータ２２Ｂが配置され、第２シンチレータ２２Ｂの外周面に第２導光体２３Ｂが配置され、第２導光体２３Ｂの外周面に第２減速材２１Ｂが配置されることで、第２シンチレーション検出部が製造される。

その後、同様に、外周側に向けて、第３シンチレーション検出部（第３シンチレータ２２Ｃ、第３導光体２３Ｃ、第３減速材２１Ｃ）、第４シンチレーション検出部（第４シンチレータ２２Ｄ、第４導光体２３Ｄ、第４減速材２１Ｄ）、第５シンチレーション検出部（第５シンチレータ２２Ｅ、第５導光体２３Ｅ、第５減速材２１Ｅ）が順に配置される。この工程により、コア減速材２１の外周側に５層のシンチレーション検出部が積層され、球殻多層構造を有する中性子検出器２が構成される。

また、中性子検出器２は、最外層に光遮断層２４が設けられている。この光遮断層２４は、例えば、遮光膜などからなり、第５減速材２１Ｅの外周面を覆って配置される。この構成により、光遮断層２４が外部からの光を遮断するため、外部からの光とシンチレーション検出部の蛍光との混同による誤検出が低減され、中性子の検出精度が向上する。

中性子検出器２は、５層のシンチレーション検出部における導光体（波長シフトファイバ）２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの出力側端部が外部に引き出され、計測器３に接続されている。

計測器３は、中性子検出器２の出力信号に基づいて所定のデータを取得するための機器である。この計測器３は、高感度な光電変換素子（例えば、ＰＭＴ（Photomultiplier Tube）、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）、Ｓｉ−ＰＭ（シリコン・Photomultiplier））３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅと、波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅと、計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅと、データ処理系３４とを有している。

ＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅは、中性子検出器２の出力信号（導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅからの蛍光）を電気信号に変換して増幅する光電子増倍管であり、対応する中性子検出器２の導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅにそれぞれ接続されている。波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅは、ＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅの出力信号の波形を整形する回路であり、対応するＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅにそれぞれ接続されている。計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅは、波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅの出力信号を計数する回路であり、対応する波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅにそれぞれ接続されている。データ処理系３４は、計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅの出力信号に基づいて所定のデータ（例えば、中性子の測定データ、中性子エネルギスペクトルの測定データなど）を生成する装置であり、各計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅに接続されている。

本実施形態の中性子測定装置１は、中性子検出器２が５組のシンチレーション検出部を有するため、これに対応して、計測器３が５組の計測部（ＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ、波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ、計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ）を有している。そして、これらの計測部が、対応するシンチレーション検出部に接続されている。

中性子測定装置１は、中性子検出器２に入射した中性子が中性子検出器２の最外層からコアに向かって５層のシンチレーション検出部を透過する。このとき、中性子が減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅで減速するため、より大きなエネルギを有する中性子ほどコア側に到達し、小さなエネルギを有する中性子は、途中の減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅで減速して消滅する。また、中性子がシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを透過すると、そのシンチレータが発光する。そして、これらの発光した蛍光が各シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに対応する導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅにより集光されて計測器３に取得される。従って、計測器３は、各シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの蛍光を計数してデータ処理することにより、中性子検出器２に入射した中性子の特性を測定することができる。

ここで、本実施形態の中性子測定装置１について説明する。図１は、本実施形態の中性子測定装置における中性子検出器を表す概略図、図２は、中性子検出器におけるシンチレータの配置を表す概略図、図３は、波長シフトファイバの装着方法を表す正面図、図４は、波長シフトファイバの装着状態を表す平面図である。

なお、図１は、光遮断層２４と第５減速材２１Ｅを省略し、第４減速材２１Ｄに対する第５導光体２３Ｅと第５シンチレータ２２Ｅの配置構成が明確に表れるように記載している。また、図２は、光遮断層２４と第５減速材２１Ｅと第５導光体２３Ｅを省略し、第４減速材２１Ｄに対する第５シンチレータ２２Ｅの配置構成が明確に表れるように記載している。また、図３及び図４は、導光体としての波長シフトファイバの配索構成を説明するものであり、全ての導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅに対してほぼ共通である。そして、以下の説明では、第４減速材２１Ｄに対する第５導光体２３Ｅと第５シンチレータ２２Ｅの配置についてのみ説明するが、他のシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄについても、同様の構成となっている。

本実施形態の中性子測定装置１にて、中性子検出器２は、前述したように、減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅと、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとを有し、そのうちの一組がシンチレーション検出部を構成し、中心側から積層された球殻多層構造となっている。そして、図１及び図２に示すように、シンチレータ２２Ｅは、第４減速材２１Ｄの外表面で、球（球殻多層構造）における２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。

シンチレータ２２Ｅは、その１つが２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）を最短で結ぶ２つの経線に挟まれた所定の領域に設けられている。そのため、シンチレータ２２Ｅは、２つの極点の位置で最短幅に規定され、赤道の位置で最長幅に規定されている。そして、シンチレータ２２Ｅは、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数（本実施形態では、８つ）配置されている。

導光体２３Ｅは、シンチレータ２２Ｅに対応するように、経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。この導光体２３Ｅは、波長シフトファイバであり、シンチレータ２２Ｅの外周面に重なるように複数（本実施形態では、４本で８つ）配置され、１つの極点、つまり、南極点Ｓにまとめられ、集合部２３ａとして外部に取り出されるように構成されている。この導光体２３Ｅは、波長シフトファイバであることから、その長手方向に対してどの位置でも同じ幅（外径）であり、この幅は、シンチレータ２２Ｅにおける赤道での最短幅と同じ幅となっている。

この場合、シンチレータ２２Ｅ及び導光体２３Ｅは、極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数帯状に配置され、シンチレータ２２Ｅの外周面に導光体２３Ｅが重なるように配置されるが、その内外に配置される減速材２１Ｄ，２１Ｅは、球の全面に球殻状に配置されている。

そして、導光体２３Ｅが波長シフトファイバであることから、減速材２１Ｄの外周面に導光体２３Ｅの幅（外径）に応じた溝（図示省略）を形成し、この溝に沿ってシンチレータ２２Ｅと導光体２３Ｅを配置することが望ましい。

また、導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、図３に示すように、南極点Ｓから北極点Ｎに向けて経線方向に配置されると共に、この北極点Ｎから南極点Ｓに向けて経線方向に配置され、２つの端部が南極点Ｓでまとめられ、集合部２３ａとして外部に取り出される。この場合、導光体２３Ｅは４本の波長シフトファイバが必要となる。

このとき、導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、図４に示すように、北極点Ｎで複数（本実施形態では、４本）の波長シフトファイバが交差することとなる。そして、４本の導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、北極点Ｎの１点で重なるように交差している。

なお、全ての減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅとシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅが、説明した減速材２１Ｄ、シンチレータ２２Ｅと導光体２３Ｅとほぼ同様の構成となっている。そして、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、各シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で一致した位置に配置されている。つまり、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅを介して同位置で積層されている。

但し、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの配置構成は、この構成に限定されるものではない。例えば、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを、各シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で相違する位置に配置してもよい。即ち、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの各組を緯線方向に所定距離（所定角度）だけずらして配置してもよい。この場合、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの全組を緯線方向に所定距離（所定角度）だけ全てをずらしてもよく、一部の組をずらしてもよい。

ところで、一般的に、シンチレータは、ＬｉＦとＺｎＳの混合粉末を有機溶媒中に分散し、この有機溶媒を球体の外周面に薄く塗布した後、有機溶媒を蒸発乾固することで、所定厚さのシンチレータを形成している。そのため、シンチレータは、その厚さが不均一となり、高い測定精度を確保することが困難となる。

そこで、本実施形態の中性子測定装置１にて、図１及び図２に示すように、シンチレータ２２Ｅ（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）は、フッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状をなすものとしている。そして、このシンチレータ２２Ｅ、２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）を結ぶ経線に沿って２個のシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂが直列に配置されるものとなっている。

図５は、シンチレータの装着状態を表す平面図、図６は、シンチレータの装着状態を表す断面（図５のVI−VI断面）図、図７は、シンチレータを表す平面図、図８は、シンチレータを表す側面図である。

シンチレータ２２Ｅにおいて、図７及び図８に示すように、シンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂは、長手方向の一端部に薄肉部が設けられている。具体的に、シンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂは、長手方向における一端部１０１から他端部１０２に向けて厚さが徐々に薄くなるように構成されており、他端部１０２が薄肉部となる。即ち、シンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂは、一端部１０１の厚さｔ１に対して他端部１０２の厚さｔ２が薄く（ｔ１＞ｔ２）設定されている。そして、シンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂは、その幅が長手方向に沿って同じ幅に設定されている。

この場合、一端部側から他端部に向けて厚さが徐々に薄くなるシート１１１を製造し、このシート１１１を所定の幅Ｗで切断することで、１個のシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂを製作することが望ましい。

そして、このシンチレータ２２Ｅａ，２２Ｅｂは、ＬｉＣＡＦ（フッ化物結晶）の小片（球径が０．１〜０．３ｍｍ程度）を透明な樹脂中に分散させ、この樹脂を成形型を用いてシート１１１を製造し、このシート１１１を所定幅Ｗで切断することで、１個の帯形状をなすシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂを製作する。

本実施形態の中性子測定装置１は、図５及び図６に示すように、複数のシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂの他端部（薄肉部）１０２が、２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）で重ねて配置されている。複数のシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂは、緯線方向に均等間隔にある経線に沿って８個配置されており、４５度間隔で配置されている。そして、一対のシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂは、経線に沿って直列に配置され、一端部（厚肉部）１０１同士が赤道の位置で重ならずに端面同士が接触し、他端部（薄肉部）１０２が、２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）で他のシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂと幅Ｗの範囲で重ねられている。

なお、上述の説明では、シンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂを長手方向における一端部１０１から他端部１０２に向けて厚さが徐々に薄くなるように構成することで、他端部１０２を薄肉部としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、シンチレータ本体を一端部から他端部に向けて長手方向に厚さが一定となる帯形状とし、一端部に段付き部を設けて薄肉部を形成してもよい。この場合、複数のシンチレータ本体は、薄肉部が２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）で重なるものとなる。また、シンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂの幅を長手方向に沿って同じ幅に設定したが、シンチレータ本体を長手方向における一端部から他端部に向けて厚さが徐々に薄くすると共に、一端部から他端部に向けて幅が徐々に狭くしてもよい。

図９及び図１１は、中性子測定装置による中性子測定方法を表す平面図、図１０及び図１２は、中性子測定装置による中性子測定結果を表すグラフである。ここで、図９は、中性子測定装置１の平面視であり、放射線源１２１に対して２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）を通る鉛直回転軸線Ｏ１を中心として中性子測定装置１を反時計回り方向に１回転したときに中性子を測定する測定方法を説明するものであり、図１０は、その測定結果である。また、図１１は、中性子測定装置１の平面視であり、放射線源１２１に対して２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）を通る鉛直回転軸線Ｏ１に直交して接道を通る水平回転軸線Ｏ２を中心として中性子測定装置１を１回転したときに中性子を測定する測定方法を説明するものであり、図１２は、その測定結果である。

図１０及び図１２にて、×は、従来（特許文献１）の中性子測定装置による測定結果を表し、○は、本実施形態の中性子測定装置１による測定結果を表している。この図１０及び図１２のグラフは、複数の測定結果の平均値に対して個々の測定結果のばらつきを表すものである。図１０及び図１２に示すように、×で表す従来（特許文献１）の中性子測定値は、平均値に対して大きくばらついているが、○で表す本実施形態の中性子測定値は、平均値に対してほとんどばらついていないことがわかる。

また、図１４は、中性子測定装置による中性子測定結果を表すグラフである。図１４に示すグラフは、シンチレータ２２Ａ（再内層），２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ（再外層）における感度を表すものであり、６００秒間におけるカウント数を表している。図１４にように、従来（特許文献１）では、シンチレータが不透明であったが、本実施形態では、フッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された透明のシンチレータを使用するため、シンチレータの厚みを増加させても、均一にシンチレーション光を集光できる。そのため、中性子に対する感度を容易に増加させることができる。即ち、本実施形態の中性子測定装置１によるカウント数○は、従来（特許文献１）の中性子測定装置によるカウント数●に対して、３０〜４０倍増加している。

このように本実施形態の中性子測定装置にあっては、中性子検出器２と計測器３とを有し、中性子検出器２として、中性子を減速する減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅと、中性子を受けて発光するシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅからの光を導く導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとを一組とするシンチレーション検出部を設け、このシンチレーション検出部を複数積層した球形状とし、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅをフッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状とし、球における２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置している。

従って、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅをフッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状とすることから、この帯形状をなすシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを事前に製作し、球における経線に沿って貼り付けて配置することで、容易にシンチレーション検出部を構成することができる。その結果、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを所定の厚さに設定することができ、中性子の測定精度を向上することができる。

本実施形態の中性子測定装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの長手方向における一方の一端部１０２に薄肉部を設け、複数のシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅにおける薄肉部同士を極点Ｎ，Ｓで重ねて配置している。従って極点Ｎ，Ｓで複数重なったシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの厚さと、重なっていないシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの厚さとを容易に近似させることができる。

本実施形態の中性子測定装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの長手方向における一端部１０２に向けて厚さを徐々に薄くしている。従って、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを容易に製作することができる。

本実施形態の中性子測定装置では、２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿って２個のシンチレータ本体２２Ｅａ，２２Ｅｂを直列に配置することでシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを構成している。従って、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを２分割することで共用化が可能となり、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを容易に製作することができると共に、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを球における経線に沿って容易に配置することができる。

本実施形態の中性子測定装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを長手方向に同じ幅の帯形状としている。従って、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの製造コストを低減することができる。

本実施形態の中性子測定装置では、フッ化物結晶の小片を透明な樹脂中に分散した帯形状としてシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを構成している。従って、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを透明とすることで、シンチレーション光を効率良く集めることができる領域を大きくすることができ、中性子の測定精度を向上することができる。

即ち、本実施形態では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅとして、フレキシブル透明樹脂型Ｌｉ含有シンチレータを適用する。このシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、透明であるため、シンチレーション光を効率よく集めることが可能な体積を大きく取ることができ、中性子感度を高めることが可能である。
また、本実施形態では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの体積（厚さ）を場所に応じて変化させることで、中性子に対する応答の等方性を達成することができる。そして、フレキシブル透明樹脂型のシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、長手方向における一端部１０２側の薄肉部同士が極点Ｎ，Ｓで重ねて配置されることで、全体として、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの厚さを均一とすることができる。

そして、本実施形態のフレキシブル透明樹脂型Ｌｉ含有のシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、型枠成形であることから、幅を太くする（細くする）、または、厚さを厚くする（薄くする）という加工を容易に行うことができ、また、容易に製作することができ、更に、フレキシブルであるために球面に容易に巻き付けることができる。

本実施形態の中性子測定装置では、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに対応するように、球における経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。従って、中性子がシンチレーション検出部を透過するとき、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの光を導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅにより適正に取得して測定精度を向上することができる。

１ 中性子測定装置
２ 中性子検出器
３ 計測器
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ 減速材
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ シンチレータ
２２Ｅａ，２２Ｅｂ シンチレータ本体
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ 導光体
２４ 光遮断層
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ ＰＭＴ
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ 波形整形回路
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ 計数回路
３４ データ処理系
１０１ 一端部（厚肉部）
１０２ 他端部（薄肉部）
Ｎ 北極点（極点）
Ｓ 南極点（極点）

Claims (7)

1. 中性子を検出する中性子検出器を有する中性子測定装置であって、
   前記中性子検出器は、中性子を減速する減速材と、中性子を受けて発光するシンチレータと、前記シンチレータからの光を導く導光体とを一組とするシンチレーション検出部を有し、前記シンチレーション検出部が複数積層されることで球形状をなし、
   前記シンチレータは、フッ化物結晶の小片が樹脂中に分散された帯形状をなし、球における２つの極点を結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置される、
   ことを特徴とする中性子測定装置。
2. 前記シンチレータは、長手方向における一方の端部に薄肉部が設けられ、複数の前記シンチレータにおける前記薄肉部同士が前記極点で重ねて配置されることを特徴とする請求項１に記載の中性子測定装置。
3. 前記シンチレータは、長手方向における一方の端部に向けて厚さが徐々に薄くなることを特徴とする請求項２に記載の中性子測定装置。
4. 前記シンチレータは、２つの極点を結ぶ経線に沿って２個のシンチレータ本体が直列に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の中性子測定装置。
5. 前記シンチレータは、長手方向に同じ幅を有する帯形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の中性子測定装置。
6. 前記シンチレータは、フッ化物結晶の小片が透明な樹脂中に分散された帯形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の中性子測定装置。
7. 前記導光体は、前記シンチレータに対応するように、前記球における経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の中性子測定装置。

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