JP2017090200A

JP2017090200A - Neutron chopper and neutron irradiation device

Info

Publication number: JP2017090200A
Application number: JP2015219594A
Authority: JP
Inventors: 隆信半田; Takanobu Handa; 伸之重岡; Nobuyuki Shigeoka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-09
Also published as: JP6632338B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow as many neutron beams required as possible to pass through and increase an energy efficiency.SOLUTION: The neutron chopper includes: a plate-like disk, in which a slit is formed in a block part for blocking neutron beams to allow neutron beams to pass through; and a driving unit that rotates the disk around a direction as an axis in which the area of the disk intersects with the largest plane, the slit having a wall surface of a cross section parallel to the axis of the rotation and the radial direction of the axis inclined to the axis.SELECTED DRAWING: Figure 5A

Description

本発明は、中性子チョッパ及び中性子線照射装置に関する。 The present invention relates to a neutron chopper and a neutron beam irradiation apparatus.

中性子線照射装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を射出する加速装置と、加速装置から射出された荷電粒子線の照射により中性子線を発生するターゲットと、ターゲットで発生した中性子線を減速する減速装置とを備えている。中性子線照射装置は、被照射体の内部の状態を計測する装置に用いられる。具体的には、中性子線照射装置により被照射体に中性子線を照射して、中性子検出器を用いて被照射体を透過した中性子線を検出することで、被照射体の透過画像を取得する装置がある。 The neutron beam irradiation device is an acceleration device that accelerates charged particles and emits charged particle beams, a target that generates neutron beams by irradiation of charged particle beams emitted from the acceleration device, and a neutron beam generated by the target is decelerated. And a speed reducer. A neutron beam irradiation apparatus is used in an apparatus that measures the internal state of an irradiated object. Specifically, a transmission image of the irradiated object is acquired by irradiating the irradiated object with a neutron beam irradiation device and detecting the neutron beam that has passed through the irradiated object using a neutron detector. There is a device.

中性子線照射装置では、被照射体に照射する中性子線または検出器に到達する中性子線のタイミングもしくは速度を選別する装置として、一部の時間、中性子線を透過させ、残りの時間、中性子線を遮断するチョッパを用いるものがある。また、中性子線照射装置では、加速装置から荷電粒子線をパルス状に照射するものがある。 In the neutron beam irradiation device, as a device for selecting the timing or speed of the neutron beam that irradiates the irradiated object or the neutron beam that reaches the detector, the neutron beam is transmitted for a part of time, and the neutron beam for the remaining time. Some use a chopper that shuts off. Some neutron beam irradiation apparatuses irradiate charged particle beams in a pulse form from an accelerator.

特許文献１には、加速装置から発生する荷電粒子線のタイミングと中性子チョッパのスリットの移動タイミングとを、チョッパの移動を制御して同期させる装置が記載されている。また特許文献２には、中性子ビームを通過する通過部と、中性子ビームを遮断する中性子吸収材を含む遮断部とを有するディスクを回転させる中性子ディスクチョッパが記載されている。また、中性子ディスクチョッパは、ディスクの厚さが、回転中心側から外周側に向かって徐々に薄くなるように形成されていることが記載されている。 Patent Document 1 describes an apparatus that synchronizes the timing of a charged particle beam generated from an accelerator and the movement timing of a slit of a neutron chopper by controlling the movement of the chopper. Patent Document 2 describes a neutron disk chopper that rotates a disk having a passing part that passes a neutron beam and a blocking part that includes a neutron absorber that blocks the neutron beam. Further, it is described that the neutron disc chopper is formed so that the disc thickness gradually decreases from the rotation center side toward the outer peripheral side.

米国特許第６４１８１９４号明細書US Pat. No. 6,418,194 特開２００５−３００４８７号公報JP-A-2005-300487

ここで、特許文献２に記載の中性子チョッパは、ディスク外周部と内周部とで厚みが異なるため中性子線の遮蔽性能に分布が生じる。また、中性子チョッパは、中性子線照射装置を効率よく稼働させるため、必要な成分の中性子線をより多く通過させることが求められる。 Here, since the thickness of the neutron chopper described in Patent Document 2 is different between the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the disk, distribution occurs in the neutron beam shielding performance. Further, the neutron chopper is required to pass more neutron beams of necessary components in order to efficiently operate the neutron beam irradiation apparatus.

また、特許文献１に記載の装置は、中性子チョッパの回転を制御するための機構が必要になる。また、機械的な機構でチョッパの移動、具体的には回転を調整するため、空気抵抗、軸受の摩擦抵抗、チョッパの構造の偏り等により、入力した制御指令と実際の動作との間にずれが生じ、回転が不安定になる場合、または制御の精度を高くすることに限界が生じる場合がある。 Further, the apparatus described in Patent Document 1 requires a mechanism for controlling the rotation of the neutron chopper. Also, because the mechanical mechanism adjusts the movement of the chopper, specifically the rotation, there is a difference between the input control command and the actual operation due to air resistance, bearing friction resistance, deviation of the chopper structure, etc. May occur and rotation may become unstable, or there may be a limit to increasing the accuracy of control.

本発明は、必要な中性子線をより多く通過させることができることでエネルギー効率を高くすることができる中性子チョッパ及び中性子線照射装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the neutron chopper and neutron beam irradiation apparatus which can make energy efficiency high by allowing more necessary neutron rays to pass through.

本発明の第１の態様は、中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記スリットは、前記ディスクの回転軸及び前記回転軸の径方向に平行な断面における壁面が、前記回転軸に対して傾斜していることを特徴とする中性子チョッパを提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding unit that shields the neutron beam, and a direction in which the disk intersects a plane having the largest area of the disk. A neutron characterized by having a drive unit that rotates as an axis, and wherein the slit has a rotation axis of the disk and a wall surface in a cross section parallel to the radial direction of the rotation axis inclined with respect to the rotation axis. Provide chopper.

本発明の第２の態様は、中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記ディスクは、前記中性子線の進行方向に対して回転軸が傾斜していることを特徴とする中性子チョッパを提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a plate-shaped disc in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding portion that shields the neutron beam, and a direction in which the disc intersects a plane having the largest area of the disc. There is provided a neutron chopper characterized in that it has a drive section that rotates as an axis, and the disk has a rotation axis inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam.

本発明の第３の態様は中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記駆動部は、前記ディスクの回転軸と、前記中性子線の進行方向とのなす角を変化させる角度可変装置を有することを特徴とする中性子チョッパを提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding part that shields the neutron beam, and the disk in a direction intersecting a plane having the largest area of the disk. The neutron chopper is characterized in that it has an angle variable device that changes an angle formed by the rotation axis of the disk and the traveling direction of the neutron beam.

本発明の第４の態様は、中性子線に変換される荷電粒子線をパルス状に照射させ、かつ、照射タイミングを調整可能な加速装置と、上記のいずれかに記載の中性子チョッパと、前記中性子チョッパのスリットの位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の検出結果を検出し、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記加速装置から照射する前記荷電粒子線の照射タイミングを決定し、決定したタイミングに基づいて、前記加速装置に前記荷電粒子線を照射させるパルスを生成する照射制御装置と、を有することを特徴とする中性子線照射装置を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an accelerator capable of irradiating a charged particle beam converted into a neutron beam in a pulsed manner and adjusting an irradiation timing, the neutron chopper according to any one of the above, and the neutron A position detection unit that detects the position of the slit of the chopper, and a detection result of the position detection unit are detected, and an irradiation timing of the charged particle beam irradiated from the acceleration device is determined based on the detection result of the position detection unit And an irradiation control device for generating a pulse for causing the acceleration device to irradiate the charged particle beam based on the determined timing, and providing a neutron beam irradiation device.

本発明によれば、必要な中性子線をより多く通過させることができることでエネルギー効率を高くすることができる。 According to the present invention, it is possible to increase energy efficiency by allowing more necessary neutron rays to pass therethrough.

図１は、中性子線照射装置を有する中性子透過撮影装置の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a neutron transmission imaging apparatus having a neutron irradiation apparatus. 図２は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the neutron chopper. 図３は、中性子線照射装置の動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the neutron beam irradiation apparatus. 図４は、中性子線照射装置の動作の一例を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of the operation of the neutron beam irradiation apparatus. 図５Ａは、図２のＡ−Ａ線断面図である。5A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図５Ｂは、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図５Ｃは、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。FIG. 5C is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図６は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図７は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す上面図である。FIG. 7 is a top view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図８は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. The components of each embodiment described below can be combined as appropriate. Some components may not be used. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.

以下の実施形態においては、中性子線照射装置１が、機器又は構造物のような検査対象物に中性子線Ｎを照射して、その検査対象物の内部を非破壊で検査する検査装置に適用される場合で説明する。 In the following embodiments, the neutron beam irradiation apparatus 1 is applied to an inspection apparatus that irradiates an inspection object such as a device or a structure with a neutron beam N and inspects the inside of the inspection object nondestructively. The case will be described.

図１は、中性子線照射装置を有する中性子透過撮影装置の一例を示す模式図である。中性子透過撮影装置１００は、図１に示すように、中性子線照射装置１と、検出器１２と、位置検出装置１３と、制御装置１４と、を有する。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a neutron transmission imaging apparatus having a neutron irradiation apparatus. As shown in FIG. 1, the neutron transmission imaging device 100 includes a neutron beam irradiation device 1, a detector 12, a position detection device 13, and a control device 14.

中性子線照射装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線Ｐを射出する加速装置２と、加速装置２から射出された荷電粒子線Ｐの照射状態を調整する調整装置３と、荷電粒子線Ｐの照射により中性子線Ｎを発生するターゲット５と、ターゲット５で発生した中性子線Ｎを減速する減速装置６と、減速装置６から射出された中性子線Ｎを平行化するコリメータ７と、チョッパ（中性子チョッパ）１０と、を備えている。コリメータ７から射出された中性子線Ｎが被照射体Ｓに照射される。また、中性子線照射装置１は、照射された中性子線Ｎをチョッパ１０で遮蔽する状態と通過させる状態と時分割で切り換える。 The neutron beam irradiation apparatus 1 includes an acceleration device 2 that accelerates charged particles and emits a charged particle beam P, an adjustment device 3 that adjusts an irradiation state of the charged particle beam P emitted from the acceleration device 2, and a charged particle beam. A target 5 that generates a neutron beam N by irradiation of P, a speed reducer 6 that decelerates the neutron beam N generated by the target 5, a collimator 7 that parallelizes the neutron beam N emitted from the speed reducer 6, and a chopper ( Neutron chopper) 10. The irradiated object S is irradiated with the neutron beam N emitted from the collimator 7. In addition, the neutron beam irradiation apparatus 1 switches the irradiated neutron beam N in a time-division manner between a state where the neutron beam N is shielded by the chopper 10 and a state where the neutron beam N is allowed to pass.

加速装置２は、円形加速器又は直線加速器を含む。加速装置２は、荷電粒子（陽子、電子、又は重粒子）を加速して、荷電粒子線（陽子線、電子線、又は重粒子線）Ｐを生成して射出する。加速装置２は、荷電粒子線Ｐをパルスで照射し、かつ、照射するパルスのタイミングを変更できる。加速装置２としては、例えばライナック（linac）加速器を用いることができる。 The acceleration device 2 includes a circular accelerator or a linear accelerator. The acceleration device 2 accelerates charged particles (protons, electrons, or heavy particles), and generates and emits charged particle beams (proton beams, electron beams, or heavy particle beams) P. The acceleration device 2 can irradiate the charged particle beam P with a pulse and change the timing of the irradiation pulse. As the acceleration device 2, for example, a linac accelerator can be used.

調整装置３は、複数の電磁石を含み、加速装置２から射出された荷電粒子線Ｐの照射状態を調整する。荷電粒子線Ｐの照射状態は、荷電粒子線Ｐの進行方向の調整及び荷電粒子線Ｐの整形を含む。調整装置３は、荷電粒子線Ｐの発散を抑制し、荷電粒子線Ｐを集束させる。調整装置３は、加速装置２から射出された荷電粒子線Ｐを走査装置４に導く。 The adjustment device 3 includes a plurality of electromagnets, and adjusts the irradiation state of the charged particle beam P emitted from the acceleration device 2. The irradiation state of the charged particle beam P includes adjustment of the traveling direction of the charged particle beam P and shaping of the charged particle beam P. The adjusting device 3 suppresses the divergence of the charged particle beam P and focuses the charged particle beam P. The adjusting device 3 guides the charged particle beam P emitted from the acceleration device 2 to the scanning device 4.

本実施形態において、中性子線照射装置１は、荷電粒子線Ｐを走査する走査装置４を備える。走査装置４は、荷電粒子線Ｐを走査し、ターゲット５に対する荷電粒子線Ｐの照射位置を調整する。また、走査装置４は、ターゲット５に照射される荷電粒子線Ｐを整形する。なお、走査装置４は無くてもよい。 In the present embodiment, the neutron beam irradiation apparatus 1 includes a scanning device 4 that scans the charged particle beam P. The scanning device 4 scans the charged particle beam P and adjusts the irradiation position of the charged particle beam P with respect to the target 5. The scanning device 4 shapes the charged particle beam P irradiated to the target 5. The scanning device 4 may be omitted.

加速装置２から射出され、調整装置３及び走査装置４を通過した荷電粒子線Ｐは、ターゲット５に照射される。ターゲット５は、荷電粒子線Ｐの照射により、中性子線Ｎを発生する。ターゲット５を、中性子線発生部材５、と称してもよい。ターゲット５は、例えばベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、又はそれらを含む化合物で形成された液体又は固体の板状の部材を含む。ターゲット５は、円形又は矩形の板状の固体部材でもよいし、加熱された液体リチウムでもよい。例えば、厚さが一定になるように流し続けられた液体リチウムをターゲット５として使用してもよい。 The charged particle beam P emitted from the acceleration device 2 and passed through the adjustment device 3 and the scanning device 4 is irradiated to the target 5. The target 5 generates a neutron beam N by irradiation with the charged particle beam P. The target 5 may be referred to as a neutron beam generating member 5. The target 5 includes a liquid or solid plate-like member formed of, for example, beryllium (Be), lithium (Li), or a compound containing them. The target 5 may be a circular or rectangular plate-shaped solid member, or heated liquid lithium. For example, liquid lithium that has been continuously flowed so as to have a constant thickness may be used as the target 5.

減速装置６は、ターゲット５で発生した中性子線Ｎを減速する。減速装置６は、中性子線Ｎの進路において、ターゲット５と被照射体Ｓとの間に配置される。ターゲット５は、高エネルギーの高速中性子を発生する。減速装置６は、高速中性子のエネルギーを低減して、低速で低エネルギーの中性子（熱中性子、冷中性子、又は熱外中性子）を生成する。 The speed reducer 6 decelerates the neutron beam N generated at the target 5. The speed reducer 6 is disposed between the target 5 and the irradiated object S in the course of the neutron beam N. The target 5 generates high energy fast neutrons. The speed reducer 6 reduces the energy of fast neutrons and generates low-speed, low-energy neutrons (thermal neutrons, cold neutrons, or epithermal neutrons).

コリメータ７は、減速装置６から射出された中性子線Ｎを平行化する。コリメータ７により平行化され、そのコリメータ７から射出された中性子線Ｎが被照射体Ｓに照射される。 The collimator 7 collimates the neutron beam N emitted from the speed reducer 6. The irradiated object S is irradiated with a neutron beam N that is collimated by the collimator 7 and emitted from the collimator 7.

チョッパ１０は、中性子線Ｎが照射される経路、本実施形態では、コリメータ７と被照射体Ｓとの間に配置されている。チョッパ１０は、中性子線Ｎを遮蔽する遮蔽部と中性子線Ｎを通過させる通過部（スリット２６）を有する回転部（ディスク２０）と、回転部（ディスク２０）を回転させる駆動部（駆動部２２）とを有し、通過部の位置を移動させることで、照射された中性子線Ｎを遮蔽する状態と、通過させる状態とを切換、中性子線Ｎが被照射体Ｓに到達しない状態と被照射体Ｓに到達する状態とを切り換える。 The chopper 10 is disposed between the collimator 7 and the irradiation object S in the present embodiment, which is a path through which the neutron beam N is irradiated. The chopper 10 includes a rotating part (disk 20) having a shielding part for shielding the neutron beam N and a passing part (slit 26) for allowing the neutron beam N to pass through, and a driving part (driving part 22) for rotating the rotating part (disk 20). ) And moving the position of the passage part to switch between the state of shielding the irradiated neutron beam N and the state of passing the neutron beam N, the state where the neutron beam N does not reach the irradiated body S and the irradiated state The state of reaching the body S is switched.

図２は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。チョッパ１０は、図１及び図２に示すように、ディスク２０と、駆動部２２と、を有する。ディスク２０は、中性子線Ｎを遮蔽する材料、例えば鉛、ホウ素などの中性子吸収材を含有する化合物や混合物で形成された円盤状の板である。駆動部２２は、回転軸２４を中心としてディスク２０を回転させる。ここで、回転軸２４は、ディスク２０の略中心に形成されている。回転軸２４は、中性子線の照射方向に平行となる向きである。 FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the neutron chopper. As shown in FIGS. 1 and 2, the chopper 10 includes a disk 20 and a drive unit 22. The disk 20 is a disk-shaped plate made of a compound or mixture containing a material that shields the neutron beam N, for example, a neutron absorber such as lead or boron. The drive unit 22 rotates the disk 20 around the rotation shaft 24. Here, the rotating shaft 24 is formed substantially at the center of the disk 20. The rotating shaft 24 is oriented in parallel to the neutron beam irradiation direction.

ディスク２０は、円盤の径方向に向かって、つまり回転軸２４から離れる方向に伸びたスリット２６が形成される。スリット２６は、回転軸２４を通る直線が中心線となる形状である。本実施形態のスリット２６は、ディスク２０の表面、つまり回転軸２４に直交する面における幅Ｗが一定の幅となる。ディスク２０は、スリット２６が形成されている部分が中性子線Ｎを通過させる通過部に相当し、それ以外の部分が中性子線Ｎを遮蔽する遮蔽部に相当する。チョッパ１０のディスク２０のスリット２６の形状については、後述する。 The disk 20 is formed with a slit 26 extending in the radial direction of the disk, that is, in a direction away from the rotating shaft 24. The slit 26 has a shape in which a straight line passing through the rotation shaft 24 is a center line. In the slit 26 according to the present embodiment, the width W of the surface of the disk 20, that is, the surface orthogonal to the rotation shaft 24 is constant. In the disk 20, the part where the slit 26 is formed corresponds to a passing part that allows the neutron beam N to pass through, and the other part corresponds to a shielding part that shields the neutron beam N. The shape of the slit 26 of the disk 20 of the chopper 10 will be described later.

チョッパ１０は、ディスク２０を駆動部２２で回転させることで、スリット２６の位置を回転させることができる。これにより、スリット２６の回転方向の位置によって、中性子線Ｎが通過する位置とスリット２６が重なり中性子線Ｎを通過させる状態と、中性子線Ｎが通過する位置とスリット２６が形成されてない位置が重なり中性子線Ｎを遮蔽する状態とが切り換えられる。 The chopper 10 can rotate the position of the slit 26 by rotating the disk 20 with the drive unit 22. Thereby, depending on the position of the slit 26 in the rotation direction, the position where the neutron beam N passes and the state where the slit 26 overlaps and the state where the neutron beam N passes, the position where the neutron beam N passes, and the position where the slit 26 is not formed. The state of shielding the overlapping neutron beam N is switched.

ここで、ディスク２０は、直径５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が例示される。また、ディスク２０の厚みは、形成する材料によって変化するが、中性子線Ｎの遮蔽に必要な厚みを有し、例えば、１０ｍｍ以上５００ｍｍ以下である。また、駆動部２２は、ディスク２０を１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下（１秒間に１０回転以上、１秒間に１０００回転以下）で回転させることが例示される。幅Ｗは、０．５ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましい。また、スリット２６は、回転方向における角度範囲を０．０５度以上１０度以下とすることが好ましい。チョッパ１０は、スリット２６の幅Ｗを上記範囲、または回転方向における角度範囲を上記範囲とすることで、中性子線Ｎが通過する時間を所定の範囲とすることができ、計測精度を高くすることができる。 Here, the disk 20 has a diameter of 50 mm or more and 1000 mm or less. Moreover, although the thickness of the disk 20 changes with materials to form, it has thickness required for shielding of the neutron beam N, for example, is 10 mm or more and 500 mm or less. Moreover, the drive part 22 illustrates rotating the disk 20 at 10 Hz or more and 1000 Hz or less (10 rotations per second or more and 1000 rotations or less per second). The width W is preferably 0.5 mm or more and 100 mm or less. Moreover, it is preferable that the slit 26 sets the angle range in a rotation direction to 0.05 degree or more and 10 degrees or less. The chopper 10 can set the width W of the slit 26 within the above range or the angular range in the rotation direction within the above range, thereby making it possible to set the time for the neutron beam N to pass within a predetermined range and increasing the measurement accuracy. Can do.

次に、検出器１２は、中性子線照射装置１から中性子線Ｎが照射される方向に配置されている。検出器１２は、被照射体Ｓを挟んで中性子線照射装置１と対面する位置に配置されている。検出器１２は中性子線照射装置１と対面する側の表面に中性子線Ｎを検出する検出素子が配置されている。検出器１２は、中性子線照射装置１から照射され、被照射体Ｓが配置されている領域を通過した中性子線Ｎを検出素子で検出する。検出素子は、検出器１２の表面にマトリクス状に配置されている。検出器１２は、検出した結果を制御装置１４に送る。 Next, the detector 12 is arranged in a direction in which the neutron beam N is irradiated from the neutron beam irradiation apparatus 1. The detector 12 is disposed at a position facing the neutron beam irradiation apparatus 1 with the irradiated object S interposed therebetween. In the detector 12, a detection element for detecting the neutron beam N is arranged on the surface facing the neutron beam irradiation apparatus 1. The detector 12 detects the neutron beam N irradiated from the neutron beam irradiation apparatus 1 and having passed through the region where the irradiated object S is arranged with a detection element. The detection elements are arranged in a matrix on the surface of the detector 12. The detector 12 sends the detected result to the control device 14.

位置検出装置１３は、チョッパ１０のディスク２０のスリット２６の位置、具体的には、回転方向における位置（位相）を検出する。位置検出装置１３は、スリット２６の位置を直接検出してもよいし、ディスク２０に設けたマーカの位置を検出し、検出したマーカとスリット２６との相対位置からスリット２６の位置を検出してもよいし、駆動部２２による回転動作からスリット２６の位置を検出してもよい。位置検出装置１３としては、光の透過を利用したエンコーダーや、回転トランスを利用したレゾルバーや、非接触でモニタが可能な渦電流センサーを用いることができる。位置検出装置１３は、検出した位置情報を制御装置１４に送る。 The position detection device 13 detects the position of the slit 26 of the disk 20 of the chopper 10, specifically, the position (phase) in the rotation direction. The position detection device 13 may directly detect the position of the slit 26, detect the position of the marker provided on the disk 20, and detect the position of the slit 26 from the relative position between the detected marker and the slit 26. Alternatively, the position of the slit 26 may be detected from the rotation operation by the drive unit 22. As the position detection device 13, an encoder using light transmission, a resolver using a rotary transformer, or an eddy current sensor that can be monitored without contact can be used. The position detection device 13 sends the detected position information to the control device 14.

制御装置１４は、中性子透過撮影装置１００の各部の動作を制御する。制御装置１４は、演算処理機能や記憶機能を備えている。また、制御装置１４は、中性子線照射装置１の照射動作を制御する照射制御装置の機能を備えている。制御装置１４は、照射制御装置の機能を実現する位相検出部１４ａと、比較部１４ｂと、トリガ生成部１４ｃと、パルス生成部１４ｄと、を有する。本実施形態の制御装置１４は、各部が１つのブロックに配置した場合を示したが、各制御機能を別々に設けてもよい。例えば、制御装置１４は、位相検出部１４ａと比較部１４ｂを１つの装置として位置検出装置１３の内部に設け、トリガ生成部１４ｃと、パルス生成部１４ｄとを１つの装置として加速装置２の内部に設けてもよい。 The control device 14 controls the operation of each part of the neutron transmission imaging device 100. The control device 14 has an arithmetic processing function and a storage function. In addition, the control device 14 has a function of an irradiation control device that controls the irradiation operation of the neutron beam irradiation device 1. The control device 14 includes a phase detection unit 14a that implements the function of the irradiation control device, a comparison unit 14b, a trigger generation unit 14c, and a pulse generation unit 14d. Although the control apparatus 14 of this embodiment showed the case where each part was arrange | positioned in one block, you may provide each control function separately. For example, the control device 14 includes the phase detection unit 14a and the comparison unit 14b as one device inside the position detection device 13, and the trigger generation unit 14c and the pulse generation unit 14d as one device inside the acceleration device 2. May be provided.

位相検出部１４ａは、位置検出装置１３の検出結果を取得し、チョッパ１０のスリット２６の位置を検出する。位相検出部１４ａは、検出したチョッパ１０のスリット２６の位置に基づいて、加速装置２から照射され、コリメータ７を通過した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングを検出する。比較部１４ｂは、位相検出部１４ａで検出したスリット２６の回転方向の位置から検出した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングと、加速装置２で荷電粒子線Ｐを発生させるタイミングと、を比較し、両者の差を検出する。トリガ生成部１４ｃは、検出した差異に基づいて、加速装置２で荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成するトリガとなるトリガ信号を生成する。パルス生成部１４ｄは、トリガ信号に基づいて、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成する。制御装置１４は、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成し、生成したパルスを加速装置２に送ることで、加速装置２からパルス状の荷電粒子線Ｐを照射させる。 The phase detection unit 14 a acquires the detection result of the position detection device 13 and detects the position of the slit 26 of the chopper 10. Based on the detected position of the slit 26 of the chopper 10, the phase detector 14 a detects the timing at which the neutron beam N irradiated from the acceleration device 2 and passed through the collimator 7 passes through the slit 26. The comparison unit 14b compares the timing at which the neutron beam N detected from the position in the rotation direction of the slit 26 detected by the phase detection unit 14a with the timing at which the accelerator 2 generates the charged particle beam P. Then, the difference between the two is detected. The trigger generation unit 14c generates a trigger signal serving as a trigger for generating a pulse for generating the charged particle beam P by the acceleration device 2 based on the detected difference. The pulse generator 14d generates a pulse for generating the charged particle beam P based on the trigger signal. The control device 14 generates a pulse for generating the charged particle beam P, and sends the generated pulse to the acceleration device 2 to irradiate the pulsed charged particle beam P from the acceleration device 2.

次に、図３及び図４を用いて、中性子線照射装置１の動作について説明する。図３は、中性子線照射装置の動作の一例を示すフローチャートである。図４は、中性子線照射装置の動作の一例を説明するための説明図である。図３及び図４の動作は、制御装置１４の各部で動作を実行することで実現することができる。 Next, operation | movement of the neutron beam irradiation apparatus 1 is demonstrated using FIG.3 and FIG.4. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the neutron beam irradiation apparatus. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of the operation of the neutron beam irradiation apparatus. The operations in FIGS. 3 and 4 can be realized by executing the operations in each unit of the control device 14.

制御装置１４は、現状の荷電粒子線の照射トリガのタイミング（荷電粒子線を照射するタイミング）を検出する（ステップＳ１２）。制御装置１４は、内部に記憶されている情報から取得しても、加速装置２から情報を取得してもよい。次に、制御装置１４は、チョッパの位相を検出する（ステップＳ１４）。位置検出装置１３の検出結果を取得し、チョッパ１０のスリット２６の位置を検出し、検出したチョッパ１０のスリット２６の位置に基づいて、加速装置２から照射され、コリメータ７を通過した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングを検出する。 The control device 14 detects the timing of the current charged particle beam irradiation trigger (the timing of irradiation of the charged particle beam) (step S12). The control device 14 may obtain information from the information stored therein or may obtain information from the acceleration device 2. Next, the control device 14 detects the phase of the chopper (step S14). The detection result of the position detection device 13 is acquired, the position of the slit 26 of the chopper 10 is detected, and the neutron beam N irradiated from the acceleration device 2 and passed through the collimator 7 based on the detected position of the slit 26 of the chopper 10. Detects the timing of passing through the slit 26.

制御装置１４は、チョッパの位相とビームがスリットを通過するタイミングとの差を検出する（ステップＳ１６）。つまり、位相検出部１４ａで検出したスリット２６の回転方向の位置から検出した中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングと、加速装置２で荷電粒子線Ｐを発生させるタイミングと、を比較し、両者の差を検出する。 The control device 14 detects the difference between the phase of the chopper and the timing at which the beam passes through the slit (step S16). That is, the timing at which the neutron beam N detected from the position in the rotation direction of the slit 26 detected by the phase detector 14a passes through the slit 26 and the timing at which the accelerator 2 generates the charged particle beam P are compared. Detect the difference.

制御装置１４は、検出した差異に基づいて、加速装置で荷電粒子線を発生させるパルスを生成するトリガとなるトリガ信号を生成する（ステップＳ１８）。制御装置１４は、トリガ信号に基づいて、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成する（ステップＳ２０）。制御装置１４は、荷電粒子線Ｐを発生させるパルスを生成し、生成したパルスを加速装置２に送ることで、加速装置２からパルス状の荷電粒子線Ｐを照射させる。 Based on the detected difference, the control device 14 generates a trigger signal serving as a trigger for generating a pulse for generating a charged particle beam by the acceleration device (step S18). The control device 14 generates a pulse for generating the charged particle beam P based on the trigger signal (step S20). The control device 14 generates a pulse for generating the charged particle beam P, and sends the generated pulse to the acceleration device 2 to irradiate the pulsed charged particle beam P from the acceleration device 2.

中性子線照射装置１は、図４に示すように、当初の荷電粒子線を発生させるパルス３０と、チョッパのスリット２６が中性子線Ｎが通過する領域にあるタイミングを示すパルス３４とがずれている場合、荷電粒子線を発生させるタイミングを、荷電粒子線を発生させるパルス３２に補正する。このように、中性子線照射装置１は、チョッパのスリットの位相に基づいて、荷電粒子パルスの発生タイミングを調整することで、所望の中性子線Ｎがスリット２６を通過するタイミングで、荷電粒子線を加速装置２で発生させることができる。なお、図４では、荷電粒子線を発生させるパルスと、荷電粒子パルスに基づいて、発射され、変換された中性子線がディスク２０に到達する時間とをおなじタイミングとして、パルス３０、３２と、スリット２６が中性子線Ｎが通過する領域にあるタイミングを示すパルス３４との関係をわかりやすく示したが、この関係に限定されない。パルス３０、３２は、荷電粒子パルスに基づいて、発射され、変換された中性子線がディスク２０に到達する時間とし、実際の荷電粒子パルスは、別のタイミングになっていてもよい。 In the neutron beam irradiation apparatus 1, as shown in FIG. 4, the pulse 30 for generating the original charged particle beam and the pulse 34 indicating the timing at which the chopper slit 26 is in the region through which the neutron beam N passes are shifted. In this case, the timing for generating the charged particle beam is corrected to the pulse 32 for generating the charged particle beam. As described above, the neutron beam irradiation apparatus 1 adjusts the generation timing of the charged particle pulse based on the phase of the chopper slit, so that the desired neutron beam N passes through the slit 26 at the timing when the charged particle beam passes through the slit 26. It can be generated by the acceleration device 2. In FIG. 4, pulses 30 and 32, slits, and the same timing are used as a pulse for generating a charged particle beam and a time for a neutron beam emitted and converted to reach the disk 20 based on the charged particle pulse. Although the relationship with the pulse 34 indicating the timing of 26 in the region through which the neutron beam N passes is shown in an easy-to-understand manner, the relationship is not limited to this. The pulses 30 and 32 are times when a neutron beam emitted and converted based on the charged particle pulse reaches the disk 20, and the actual charged particle pulse may have another timing.

中性子線照射装置１は、加速装置２から荷電粒子線を照射するタイミングを制御することで、ハードウェア、具体的には回転する機器を制御せずに、同期制御を行うことができ、高精度な同期制御が可能となる。具体的には、機械的な機構でチョッパの移動、具体的には回転を調整するため、空気抵抗、軸受の摩擦抵抗、チョッパの構造の偏り等により、入力した制御指令と実際の動作との間にずれが生じ、回転が不安定になることを抑制することができる。また、電気的なタイミング制御で同期を行うことができるため、制御装置を簡単にすることができる。また、中性子線照射装置１は、高精度な同期制御が可能となることで、被照射体に照射する中性子線または検出器に到達する中性子線のタイミングもしくは速度を高い精度で制御することができる。これにより、検出器１２に到達するまたは被照射体Ｓに到達する中性子線の波長を高い精度で制御することができ、また、エネルギーがピークに近い中性子線を検出器１２または被照射体Ｓに到達させることができる。 The neutron beam irradiation apparatus 1 can perform synchronous control without controlling hardware, specifically, a rotating device, by controlling the timing of irradiating the charged particle beam from the acceleration device 2, with high accuracy. Synchronization control is possible. Specifically, since the chopper movement, specifically rotation, is adjusted by a mechanical mechanism, the input control command and the actual operation may be affected by air resistance, bearing friction resistance, chopper structure bias, etc. It is possible to prevent the rotation from becoming unstable due to a gap between them. Further, since synchronization can be performed by electrical timing control, the control device can be simplified. Moreover, the neutron beam irradiation apparatus 1 can control the timing or speed of the neutron beam irradiating the irradiated object or the neutron beam reaching the detector with high accuracy by enabling highly accurate synchronous control. . Thereby, the wavelength of the neutron beam that reaches the detector 12 or reaches the irradiated object S can be controlled with high accuracy, and a neutron beam whose energy is close to the peak is applied to the detector 12 or the irradiated object S. Can be reached.

また、中性子線照射装置１は、加速装置２として、ライナック加速器を用い、タイミングを調整可能なパルスで荷電粒子線を照射することで、荷電粒子線を照射する時間を短くすることができ、エネルギー効率を高くすることができる。また、荷電粒子線を照射する時間を短くすることで、荷電粒子線、中性子線を遮蔽する部材に係る負荷を小さくすることができ、照射時の荷電粒子線のエネルギーを大きくすることができる。 Moreover, the neutron beam irradiation apparatus 1 can shorten the time to irradiate a charged particle beam by using a linac accelerator as the acceleration device 2 and irradiating the charged particle beam with a pulse whose timing can be adjusted. Efficiency can be increased. In addition, by shortening the time for irradiating the charged particle beam, the load on the member that shields the charged particle beam and the neutron beam can be reduced, and the energy of the charged particle beam at the time of irradiation can be increased.

ここで、中性子線照射装置１は、加速装置２から時間ｔ１（パルス幅）が０．０１μ秒以上１０００μ秒以下の荷電粒子を照射することが好ましく、チョッパ１０が中性子線を通過させる時間ｔ２を１μ秒以上１００μ秒以下とすることが好ましい。これにより、照射された中性子線をチョッパ１０でより短いパルスの中性子線とすることができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。ここで、中性子線照射装置１は、加速装置２で時間ｔ１の間照射された荷電粒子線は、ターゲット５で中性子線となった後、減速装置６を通過することで中性子線の速度に分布が生じる。このため、チョッパ１０が配置されている領域を中性子線が通過する時間は、加速装置２から荷電粒子線を照射する時間ｔ１よりも長くなり、例えば、１０μ秒以上１００μ秒以下となる。以上より、加速装置２から荷電粒子線を照射する時間ｔ１が、チョッパ１０が中性子線を通過させる時間ｔ２よりも短い場合でも、照射された中性子線をチョッパ１０でより短いパルスの中性子線とすることができる。また、加速装置２が陽子線加速器である場合、加速装置２から時間ｔ１が１０μ秒以上１０００μ秒以下の荷電粒子線を照射することが好ましい。 Here, it is preferable that the neutron beam irradiation apparatus 1 irradiates charged particles having a time t1 (pulse width) of 0.01 μsec or more and 1000 μsec or less from the acceleration device 2, and sets the time t2 for the chopper 10 to pass the neutron beam. It is preferable that the time is 1 μs or more and 100 μs or less. Thereby, the irradiated neutron beam can be made into a shorter pulse neutron beam by the chopper 10. Thereby, measurement accuracy can be made higher. Here, in the neutron beam irradiation apparatus 1, the charged particle beam irradiated for the time t <b> 1 by the acceleration device 2 becomes a neutron beam by the target 5, and then passes through the speed reduction device 6 to be distributed in the velocity of the neutron beam. Occurs. For this reason, the time for the neutron beam to pass through the region where the chopper 10 is disposed is longer than the time t1 for irradiating the charged particle beam from the accelerator 2, and is, for example, 10 μsec or more and 100 μsec or less. From the above, even when the time t1 for irradiating the charged particle beam from the accelerator 2 is shorter than the time t2 for the chopper 10 to pass the neutron beam, the irradiated neutron beam is converted into a neutron beam with a shorter pulse by the chopper 10. be able to. Moreover, when the acceleration apparatus 2 is a proton beam accelerator, it is preferable to irradiate the charged particle beam from the acceleration apparatus 2 with the time t1 of 10 microseconds or more and 1000 microseconds or less.

また、本実施形態の中性子線照射装置１は、中性子線Ｎの通過経路において、コリメータ７と被照射体Ｓとの間にチョッパ１０を配置したがこれに限定されない。中性子線照射装置１は、減速装置６とコリメータ７との間にチョッパ１０を配置してもよい。 Moreover, although the neutron beam irradiation apparatus 1 of this embodiment has arrange | positioned the chopper 10 between the collimator 7 and the to-be-irradiated body S in the passage path | route of the neutron beam N, it is not limited to this. In the neutron beam irradiation apparatus 1, a chopper 10 may be disposed between the speed reducer 6 and the collimator 7.

次に、中性子チョッパ１０のディスク２０のスリット２６の形状について説明する。図５Ａは、図２のＡ−Ａ線断面図である。図５Ｂ及び図５Ｃは、それぞれ中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。図５Ａに示す中性子チョッパ（チョッパ）１０のディスク２０は幅ｗのスリット２６が形成されている。スリット２６は、ディスク２０の回転軸２４と回転軸２４の径方向に平行な断面における壁面２７が、回転軸２４に対して傾斜している。壁面２７と回転軸２４に平行な線とのなす角は、θとなる。ここで、ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向前側（上流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜している。ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向後側（下流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜している。 Next, the shape of the slit 26 of the disk 20 of the neutron chopper 10 will be described. 5A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5B and 5C are cross-sectional views showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper, respectively. The disc 20 of the neutron chopper (chopper) 10 shown in FIG. 5A has a slit 26 having a width w. In the slit 26, the rotating shaft 24 of the disk 20 and a wall surface 27 in a cross section parallel to the radial direction of the rotating shaft 24 are inclined with respect to the rotating shaft 24. An angle formed by the wall surface 27 and a line parallel to the rotation axis 24 is θ. Here, as the disk 20 advances in the direction of travel of the neutron beam N, the wall surface 27 on the front side (upstream side) of the rotation direction with respect to the rotation direction 29 of the disk 20 in the cross section at the position where the neutron beam N passes is advanced. It is inclined in the direction toward the rear side. The disk 20 has a wall 27 on the rear side (downstream) in the rotational direction with respect to the rotational direction 29 of the disk 20 in the cross section at the position where the neutron beam N passes. Inclined in the direction toward

図５Ｂに示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ａは幅ｗのスリット２６ａが形成されている。スリット２６ａは、ディスク２０ａの回転軸２４と回転軸２４の径方向に平行な断面における壁面２７ａが、回転軸２４に対して傾斜している。壁面２７と回転軸２４に平行な線とのなす角は、θａとなる。ディスク２０ａは、なす角θａが、ディスク２０のなす角θと異なる以外は、同様の構造である。 A disc 20a of a neutron chopper (chopper) shown in FIG. 5B has a slit 26a having a width w. In the slit 26 a, the rotating shaft 24 of the disk 20 a and the wall surface 27 a in a cross section parallel to the radial direction of the rotating shaft 24 are inclined with respect to the rotating shaft 24. An angle formed by the wall surface 27 and a line parallel to the rotation shaft 24 is θa. The disk 20a has the same structure except that the angle θa formed by the disk 20a is different from the angle θ formed by the disk 20.

これに対して、図５Ｃに示す中性子チョッパ（チョッパ）のディスク２０ｂは幅ｗのスリット２６ｂが形成されている。スリット２６ｂは、ディスク２０ｂの回転軸２４と回転軸２４の径方向に平行な断面における壁面が、回転軸２４と平行である。 In contrast, a neutron chopper (chopper) disk 20b shown in FIG. 5C has a slit 26b having a width w. In the slit 26 b, the wall surface in the cross section parallel to the radial direction of the rotary shaft 24 and the rotary shaft 24 of the disk 20 b is parallel to the rotary shaft 24.

ディスク２０、２０ａは、スリット２６、２６ａを回転軸２４に対して傾斜している形状とすることで、スリット２６、２６ａの入口側でスリット２６、２６ａに進入した中性子線（より具体的には通過させたい速度の中性子線）のうち、途中でスリットの壁面２７、２７ａに衝突する中性子線を少なくすることができる。また、遮蔽する対象の中性子線は、スリット２６、２６ａ以外の部分で遮蔽することができる。これにより、ディスク２０、２０ａは、ディスク２０ｂのスリット２６ｂを中性子線が通過する場合と比べて、計測に用いるエネルギー（速度）の中性子線のうち、スリット２６、２６ａの壁面２７、２７ａに衝突する中性子線の量を減らすことができ、チョッパ通過後の計測に用いるエネルギー（速度）の中性子線の中性子線の収量を多くすることができる。また、ディスク２０、２０ａは、スリット２６、２６ａを回転軸２４に対して傾斜している形状とすることで、ディスク２０、２０ａの回転数を速くしても、厚みを厚くしてスリット２６、２６ａの深さ（中性子線が進む方向の長さ）が長い場合でも、スリット２６、２６ａの壁面２７、２７ａに衝突する中性子線の量を少なくすることができ、チョッパ１０を通過する中性子数をより多くすることができる。また、ディスク２０、２０ａは、スリット２６、２６ａを回転軸２４に対して傾斜している形状とすることで、所定の速度で、かつスリット２６、２６ａに進入した中性子線が途中で壁面２７、２７ａに衝突しにくい形状にできるため、スリット２６、２６ａを通過する中性子エネルギーの範囲も広くすることができる。また、ディスク２０、２０ａは、ディスク全体の配置変更が不要なため設置スペースに影響を与えることがない。これにより、装置全体の設計の自由度を上げつつ、中性子線を効率よく通過させることができる。 The disks 20 and 20a are formed such that the slits 26 and 26a are inclined with respect to the rotating shaft 24, so that the neutron beams that have entered the slits 26 and 26a on the entrance side of the slits 26 and 26a (more specifically, Among neutron beams having a speed desired to pass), the number of neutron beams that collide with the wall surfaces 27 and 27a of the slit in the middle can be reduced. Moreover, the neutron beam to be shielded can be shielded by a portion other than the slits 26 and 26a. Thereby, compared with the case where a neutron beam passes the slit 26b of the disk 20b, the disks 20 and 20a collide with the wall surfaces 27 and 27a of the slits 26 and 26a among the neutron beams of energy (velocity) used for measurement. The amount of neutron beams can be reduced, and the neutron beam yield of energy (velocity) neutron beams used for measurement after passing through the chopper can be increased. Further, the disks 20 and 20a are formed so that the slits 26 and 26a are inclined with respect to the rotation shaft 24, so that even if the rotation speed of the disks 20 and 20a is increased, the thickness is increased. Even when the depth of 26a (the length in the direction in which the neutron beam travels) is long, the amount of neutron beams that collide with the wall surfaces 27 and 27a of the slits 26 and 26a can be reduced, and the number of neutrons passing through the chopper 10 can be reduced. Can do more. Further, the disks 20 and 20a are formed in such a shape that the slits 26 and 26a are inclined with respect to the rotation shaft 24, so that the neutron beam that has entered the slits 26 and 26a is in the middle of the wall surface 27, Since it is possible to make it difficult to collide with 27a, the range of neutron energy passing through the slits 26, 26a can be widened. Further, since the disks 20 and 20a do not need to be changed in the arrangement of the entire disk, the installation space is not affected. Thereby, a neutron beam can be passed efficiently, raising the freedom degree of design of the whole apparatus.

ディスク２０は、スリット２６の壁面２７と回転軸２４に平行な線とのなす角（傾斜角）θが、３度以上４５度以下であることが好ましい。角度を３度以上とすることで、速度の遅い中性子線が吸収されることを抑制することができ、４５度以下とすることで速度の速い中性子が吸収されることを抑制することができる。これにより、約３００ｍ／ｓ以上約１０００ｍ／ｓ以下の範囲の速度である通過対象の中性子線、具体的には冷中性子線（エネルギー範囲約０．５ｍｅＶ以上約５ｍｅＶ以下）や約１０００ｍ／ｓ以上約５０００ｍ／ｓ以下の範囲の速度である通過対象の具体的には熱中性子線（エネルギー範囲約５ｍｅＶ以上約１００ｍｅＶ以下）がスリット２６を通過しやすくすることができる。中性子線がスリット２６を通過する半径位置におけるディスク２０の移動速度は、３００ｍ／ｓが例示されるが、一般的な中性子がスリット２６を通過する半径位置におけるディスク２０の移動速度の範囲で回転させる場合は、なす角θを３度以上４５度以下の範囲で調整することで、所望の範囲の速度、エネルギーの中性子線をより多く通過させることができる。 The disk 20 preferably has an angle (inclination angle) θ between a wall surface 27 of the slit 26 and a line parallel to the rotation axis 24 of 3 degrees or more and 45 degrees or less. By setting the angle to 3 degrees or more, absorption of slow neutron beams can be suppressed, and by setting the angle to 45 degrees or less, absorption of fast neutrons can be suppressed. As a result, the neutron beam to be passed at a speed in the range of about 300 m / s to about 1000 m / s, specifically, a cold neutron beam (energy range of about 0.5 meV to about 5 meV) or about 1000 m / s or more. Specifically, a thermal neutron beam (energy range of about 5 meV or more and about 100 meV or less) of a passing target having a velocity in the range of about 5000 m / s or less can easily pass through the slit 26. The moving speed of the disk 20 at the radial position where the neutron beam passes through the slit 26 is exemplified by 300 m / s. However, the disk 20 is rotated within the range of the moving speed of the disk 20 at the radial position where the general neutron passes through the slit 26. In this case, by adjusting the angle θ formed in the range of 3 degrees or more and 45 degrees or less, more neutron beams having a speed and energy in a desired range can be passed.

また、本実施形態では、ディスク２０の回転軸２４の径方向に直交する断面において、スリット２６の幅が、中性子線Ｎの進行方向において、一定となる形状としたがこれに限定されない。ディスク２０は、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、幅ｗが狭くなる形状であっても、広くなる形状であってもよい。 In the present embodiment, the width of the slit 26 is constant in the traveling direction of the neutron beam N in the cross section perpendicular to the radial direction of the rotating shaft 24 of the disk 20. However, the present invention is not limited to this. The disk 20 may have a shape in which the width w becomes narrower or a shape that becomes wider as it travels in the traveling direction of the neutron beam N.

ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向後側（下流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜していることで、スリット２６に進入した中性子線Ｎのうち、通過させたい速度の中性子線Ｎが回転方向後側の壁面２７に衝突することを抑制できる。したがって、ディスク２０は、中性子線Ｎを通過させる位置の断面におけるディスク２０の回転方向２９に対して、回転方向後側（下流側）の壁面２７が、中性子線Ｎの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜していることが好ましい。 The disk 20 has a wall 27 on the rear side (downstream) in the rotational direction with respect to the rotational direction 29 of the disk 20 in the cross section at the position where the neutron beam N passes. In the neutron beam N that has entered the slit 26, the neutron beam N having a speed that is desired to pass can be prevented from colliding with the wall surface 27 on the rear side in the rotation direction. Accordingly, the disk 20 has a wall surface 27 on the rear side (downstream side) in the rotation direction with respect to the rotation direction 29 of the disk 20 in the cross section at the position where the neutron beam N passes, as the neutron beam N advances in the traveling direction. It is preferable to incline in the direction toward the rear side.

上記実施形態では、ディスク２０のスリット２６の壁面２７の向きを中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させたがこれに限定されない。図６は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す側面図である。図７は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す上面図である。図６及び図７に示す中性子チョッパ１０ａは、ディスク２０と、駆動部２２と、角度可変装置８０と、を有する。ディスク２０と、駆動部２２は、上記実施形態と同様である。また、ディスク２０は、スリット２６が、回転軸２４と平行に形成されている。 In the above embodiment, the direction of the wall surface 27 of the slit 26 of the disk 20 is inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam N, but the present invention is not limited to this. FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. FIG. 7 is a top view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. The neutron chopper 10a shown in FIGS. 6 and 7 includes a disk 20, a drive unit 22, and an angle variable device 80. The disk 20 and the drive unit 22 are the same as in the above embodiment. Further, the disk 20 has a slit 26 formed in parallel with the rotating shaft 24.

角度可変装置８０は、回転軸９０を中心として駆動部２２を回転させる。回転軸９０は、ディスク２０の回転軸２４を通り、かつ、中性子線Ｎの進行方向に平行な中心線ＣＬを通り、かつ、ディスク２０の径方向に直交する断面におけるディスク２０の中心を通る。角度可変装置８０は、回転軸９０を中心として、回転する回転板８１と、回転板８１と駆動部２２を連結する連結部８２と、回転板８１を回転させる駆動部８４とを有する。角度可変装置８０は、駆動部８４で回転板８１を回転軸９０周りに回転させることで、回転部２２ａを回転軸９０周りに回転させる。これにより、ディスク２０が回転軸９０周り（方向Ｒ）に回転する。ディスク２０が回転軸９０周りに回転することで、スリット２６の壁面は、中心線ＣＬ及び中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜する。 The angle variable device 80 rotates the drive unit 22 around the rotation shaft 90. The rotation axis 90 passes through the rotation axis 24 of the disk 20, passes through the center line CL parallel to the traveling direction of the neutron beam N, and passes through the center of the disk 20 in a cross section perpendicular to the radial direction of the disk 20. The angle variable device 80 includes a rotating plate 81 that rotates around the rotating shaft 90, a connecting portion 82 that connects the rotating plate 81 and the driving unit 22, and a driving unit 84 that rotates the rotating plate 81. The angle variable device 80 rotates the rotating plate 81 around the rotation axis 90 by the drive unit 84 to rotate the rotation unit 22 a around the rotation axis 90. As a result, the disk 20 rotates around the rotation axis 90 (direction R). As the disk 20 rotates about the rotation axis 90, the wall surface of the slit 26 is inclined with respect to the traveling direction of the center line CL and the neutron beam N.

このように、ディスク２０を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させ、ディスク２０の回転軸２４を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させ、ディスク２０のスリット２６を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させることでも、スリット２６の壁面２７に衝突する中性子線Ｎの量を減らすことができ、チョッパ通過後の計測に用いるエネルギー（速度）の中性子線Ｎの収量を多くすることができる。 Thus, the disk 20 is tilted with respect to the traveling direction of the neutron beam N, the rotation shaft 24 of the disk 20 is tilted with respect to the traveling direction of the neutron beam N, and the slit 26 of the disk 20 is moved in the traveling direction of the neutron beam N. Can also reduce the amount of neutron beam N that collides with the wall surface 27 of the slit 26, and can increase the yield of neutron beam N of energy (velocity) used for measurement after passing through the chopper. .

図７において中性子線Ｎの進行方向とスリット２６の中心とのなす角（傾斜角）をρとすると、なす角ρは、なす角θと同様に３度以上４５度以下であることが好ましい。角度を３度以上とすることで、速度の遅い中性子線が吸収されることを抑制することができ、４５度以下とすることで速度の速い中性子が吸収されることを抑制することができる。なす角ρは、中心線ＣＬに対して直交する方向に対して、ディスク２０が回転した角度でもある。 In FIG. 7, when an angle (inclination angle) formed by the traveling direction of the neutron beam N and the center of the slit 26 is ρ, the formed angle ρ is preferably 3 degrees or more and 45 degrees or less, similarly to the formed angle θ. By setting the angle to 3 degrees or more, absorption of slow neutron beams can be suppressed, and by setting the angle to 45 degrees or less, absorption of fast neutrons can be suppressed. The formed angle ρ is also an angle at which the disk 20 is rotated with respect to a direction orthogonal to the center line CL.

また、本実施形態では、角度可変装置８０によりなす角ρを調整可能とすることで、スリットを通過させた中性子線の条件に応じて、なす角ρを調整することができる。これにより、必要に応じて通過させる中性子線の量を制御することができる。このため、ディスク２０は、角度可変装置８０によりなす角ρを調整可能とすることが好ましいが、ディスク２０を中性子線Ｎの進行方向に対して傾斜させた状態で一定の角度に固定した構造としてもよい。 In the present embodiment, the angle ρ formed by the angle varying device 80 can be adjusted, so that the angle ρ formed can be adjusted according to the condition of the neutron beam that has passed through the slit. Thereby, the quantity of the neutron beam to pass can be controlled as needed. For this reason, it is preferable that the angle ρ formed by the angle varying device 80 can be adjusted in the disk 20, but the disk 20 is fixed at a fixed angle in a state where the disk 20 is inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam N. Also good.

図８は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。図８に示す中性子チョッパ１０ｂのディスク２０ｃは、スリット２６が形成された部分を含む第１部分４０と、前記駆動部で回転される回転軸が設けられている第２部分４１と、前記第１部分４０を前記第２部分４１に対して着脱可能な状態で固定する固定部４２とを有する。第１部分４０は、第２部分４１よりも小さい領域であることが好ましい。具体的には、第１部分４０は、第２部分４１の１０％以下であることが好ましい。固定部４２は、第２部分４１に対して第１部分４０が固定でき、かつ、ディスク２０ｃを回転させても第１部分４０が第２部分４１から外れないように支持する機構である。固定部４２は、例えば、第１部分４０を第２部分４１に対して固定するボルト、ナット、または第１部分４０及び第２部分４１の少なくとも一方に締結されたボルト等の締結部材を用いることができる。 FIG. 8 is a front view showing a schematic configuration of the neutron chopper. The disc 20c of the neutron chopper 10b shown in FIG. 8 includes a first portion 40 including a portion where a slit 26 is formed, a second portion 41 provided with a rotation shaft rotated by the driving unit, and the first portion. And a fixing portion 42 for fixing the portion 40 to the second portion 41 in a detachable state. The first portion 40 is preferably a region smaller than the second portion 41. Specifically, the first portion 40 is preferably 10% or less of the second portion 41. The fixing portion 42 is a mechanism that can fix the first portion 40 to the second portion 41 and supports the first portion 40 so as not to be detached from the second portion 41 even when the disk 20c is rotated. The fixing portion 42 uses, for example, a fastening member such as a bolt or a nut for fixing the first portion 40 to the second portion 41 or a bolt fastened to at least one of the first portion 40 and the second portion 41. Can do.

中性子チョッパ１０ｂは、回転軸とスリットの壁面とのなす角度θが異なるスリットが形成された複数の種類の第１部分４０を備えることで、第１部分４０を交換するのみで、スリットの形状が異なるチョッパを設置することが可能となる。これにより、ディスク製作の材料費の削減や、交換時の所要時間が削減できる。 The neutron chopper 10b includes a plurality of types of first portions 40 formed with slits having different angles θ between the rotation axis and the wall surfaces of the slits, so that the shape of the slit can be changed only by replacing the first portion 40. Different choppers can be installed. As a result, the material cost for manufacturing the disc can be reduced, and the time required for replacement can be reduced.

１中性子線照射装置
２加速装置
３調整装置
４走査装置
５ターゲット
６減速装置
７コリメータ
１０チョッパ（中性子チョッパ）
１２検出器
１３位置検出装置
１４制御装置（照射制御装置）
１４ａ位相検出部
１４ｂ比較部
１４ｃトリガ生成部
１４ｄパルス生成部
２０ディスク
２２駆動部
２４回転軸
２６スリット
２８外側遮蔽部
Ｎ中性子線
Ｐ荷電粒子線
Ｓ被照射体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Neutron beam irradiation apparatus 2 Acceleration apparatus 3 Adjustment apparatus 4 Scanning apparatus 5 Target 6 Deceleration apparatus 7 Collimator 10 Chopper (neutron chopper)
12 detector 13 position detection device 14 control device (irradiation control device)
14a Phase detection unit 14b Comparison unit 14c Trigger generation unit 14d Pulse generation unit 20 Disk 22 Drive unit 24 Rotating shaft 26 Slit 28 Outer shielding unit N Neutron beam P Charged particle beam S Subject to be irradiated

Claims

A plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding part that shields the neutron beam;
A drive unit for rotating the disk about a direction intersecting a plane having the largest area of the disk;
The slit is a neutron chopper characterized in that a rotating shaft of the disk and a wall surface in a cross section parallel to the radial direction of the rotating shaft are inclined with respect to the rotating shaft.

2. The neutron chopper according to claim 1, wherein the slit has an inclination angle of the wall surface with respect to a rotation axis of the disk of 3 degrees or more and 45 degrees or less.

A plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding part that shields the neutron beam;
A drive unit for rotating the disk about a direction intersecting a plane having the largest area of the disk;
A neutron chopper wherein the disk has a rotation axis inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam.

A plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding part that shields the neutron beam;
A drive unit for rotating the disk about a direction intersecting a plane having the largest area of the disk;
The neutron chopper is characterized in that the drive unit includes an angle variable device that changes an angle formed by a rotation axis of the disk and a traveling direction of the neutron beam.

The disc includes a first portion including a portion where the slit is formed;
A second portion provided with a rotating shaft that is rotated by the drive unit;
The neutron chopper according to any one of claims 1 to 4, further comprising a fixing portion that fixes the first portion in a detachable state with respect to the second portion.

An accelerator capable of irradiating a charged particle beam to be converted into a neutron beam in a pulsed manner, and adjusting the irradiation timing;
A neutron chopper according to any one of claims 1 to 5;
A position detector for detecting the position of the slit of the neutron chopper;
The detection result of the position detection unit is detected, the irradiation timing of the charged particle beam irradiated from the acceleration device is determined based on the detection result of the position detection unit, and the acceleration device is determined based on the determined timing. An neutron beam irradiation apparatus comprising: an irradiation control device that generates a pulse for irradiating the charged particle beam.

The irradiation control device detects the passage timing of the neutron beam passing through the slit of the neutron chopper based on the detection result of the position detection unit, and detects the detected passage timing and the current irradiation timing of the charged particle beam. The neutron beam irradiation apparatus according to claim 6, wherein the irradiation timing of the charged particle beam is determined based on a comparison result.

The acceleration device irradiates charged particles having a pulse width of 0.01 μsec or more and 1000 μsec or less,
8. The neutron beam irradiation apparatus according to claim 6, wherein the neutron chopper passes the neutron beam for 1 μsec or more and 100 μsec or less.

The neutron beam irradiation apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the accelerator includes a linac accelerator.