JP2909260B2 - 中性子吸収線量検出器 - Google Patents

中性子吸収線量検出器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中性子吸収線量検出
器、特に熱中性子から速中性子に至る広エネルギ範囲
(2.5 ×10-2〜2 ×107 eV)の中性子を測定する中性子
吸収線量検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】中性子の線量当量を実時間計測するには
電荷を持たない中性子と物質を以下の式3 He +n→3 T+1 P+765keV 10 B+n→7 Li +4 He(α) +2.3MeV に従い相互作用させ、3 He や10Bの核反応や反跳によ
る荷電粒子を発生させてこの荷電粒子を電気的に計測す
ることにより行われる。
【0003】すなわち、核反応物質3 He や 10 Bに主
に熱中性子nが反応してトリトンT、プロトンP、リチ
ウムLi やアルファ粒子αのような荷電粒子を生じる。
この荷電粒子は765keVや2.3MeVのエネルギ
を持って物質中を飛遊し、そのエネルギに見合った電離
電荷を発生する。この電離電荷を測定することにより中
性子量を測定する。核反応は特に熱中性子の測定に有効
である。一方、核の反跳は中性子が水素核等に衝突して
核を反跳するものであり、反跳核は中性子のエネルギを
全てあるいは一部を得て物質中を飛遊し、核反応同様に
電離電荷等を測定して中性子量を求める。核反跳は特に
速中性子に有効である。
【0004】このように、熱中性子は核反応を主に生じ
速中性子は核反跳を主に生じるため、核反応を利用して
約109 エネルギ範囲の中性子を測定するためには、熱
中性子を除く高エネルギの中性子(エピサーマル中性
子:0.5 〜5 ×104 eV,速中性子:5 ×104 eV 以上)
については減速し熱中性子化して測定する必要がある。
【0005】一方、核反跳を利用する検出器では中性子
エネルギが低くなると反跳核が得るエネルギも低くなる
ため、測定不能となる検出下限が存在する。また、中性
子の検出感度も熱中性子による核反応の場合より一般に
低い。従って、中性子量を検出する場合には主に核反応
を利用した検出器が用いられることが多い。
【0006】図5には、このような核反応を利用した検
出器の一例が示されている。図において、熱中性子検出
器は10BF3 ガスあるいは3 Heガスを封入した熱中性
子用比例係数管(直径30mm,長さ50mm)10がポリ
エチレン等から成る減速材12の中心部に内蔵されて構
成される。減速材12の熱中性子用比例係数管10まで
の厚さは約90mmに設定されており、減速材12の外
部より入射したエピサーマル中性子や速中性子は減速さ
れ、熱中性子用比例係数管10に入射する前で熱中性子
になって計測される。一方、外部より入射する熱中性子
は減速材12を通過して熱中性子用比例係数管10で計
測される。
【0007】ここで、熱中性子の減速材12の透過率や
エピサーマル中性子と速中性子が熱化して熱中性子用比
例係数管10へ入射する入射率は、中性子のエネルギに
依存する1cm線量当量換算係数の一定エネルギに対す
る比率に合わせることが望まれる。
【0008】図6には、この中性子のエネルギに依存す
る1cm線量当量換算係数の一定エネルギに対する比率
が示されている。横軸は中性子のエネルギであり、縦軸
は単位吸収線量に対する1cm線量当量値、すなわち1
cm線量当量換算係数値を表している。また、図中A,
B,C,Dはそれぞれ1cm線量当量換算係数、変換係
数、3mm線量当量換算係数、70μm線量当量換算係
数である。なお、この1cm線量当量換算係数はICR
P(国際放射線防護機構)勧告51に基づくものであ
り、放射線障害防止法でも採用されているものである。
従って、1cm線量当量は中性子のエネルギごとの吸収
線量を測定し、エネルギごとの1cm線量当量換算係数
を乗じることで求めることができるが、エネルギとエネ
ルギごとの吸収線量を時々刻々変化する状態で実時間測
定することは困難である。そこで、各エネルギの単位吸
収線量の中性子が熱中性子化して熱中性子検出器に入射
する比率を線量当量換算係数のエネルギ依存性に合わせ
るのである。
【0009】このため、図5に示された従来の検出器で
は、減速材12の中に熱中性子用比例係数管10から約
20mmの位置に熱中性子吸収材14を配置している。
そして、この熱中性子吸収材14には適度に熱中性子を
透過する穴が設けられており、配置位置とこの開口領域
を調節して各エネルギの熱中性子の検出器への入射率あ
るいは感度のエネルギ依存性を図6に示された線量当量
換算係数のエネルギ依存性に合わせるようにしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の検
出器では減速材12や吸収材14を配置するので、計測
される有効中性子数が非常に少なくなる問題があった。
【0011】また、熱中性子用比例係数管10は前述し
たように直径約30mm、長さ約50mmが使用されて
おり、従って中性子の最低検出可能限界が小さく中性子
のバックグラウンドの実時間連続測定が困難であるとい
う問題があった。
【0012】更に、減速材12の外形寸法は直径約20
0mm、長さ約300mmとなるため大型で重量も約2
kgと重く、運搬性、操作性に優れない問題があった。
【0013】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、中性子の線量当量
評価の基本となる吸収線量を直読式で簡便かつ経済的に
実時間計測することが可能な中性子吸収線量検出器を提
供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の中性子吸収線量検出器は、熱中性子
検出器と、この熱中性子検出器の背面に配置され、
子入射面側あるいは出射面側に0.5eVないし5×1
4eVのエネルギを有するエピサーマル中性子を減速
して熱中性子化する減速材が2mmないし12mm配置
され、かつ熱中性子を吸収する吸収層で被覆されて構成
されるエピサーマル中性子検出器と、このエピサーマル
中性子検出器の背面に配置され、5×104eV以上の
エネルギを有する速中性子を検出するシンチレーション
検出器とを有することを特徴とする。
【0015】また、上記目的を達成するために、請求項
2記載の中性子吸収線量検出器は、熱中性子検出器と、
この熱中性子検出器の背面に配置され、性子入射面側
及び出射面側に0.5eVないし5×104eVのエネ
ルギを有するエピサーマル中性子を減速して熱中性子化
する減速材が1mmないし6mm配置され、かつ熱中性
子を吸収する吸収層で被覆されて構成されるエピサーマ
ル中性子検出器と、このエピサーマル中性子検出器の背
面に配置され、5×104eV以上のエネルギを有する
速中性子を検出するシンチレーション検出器とを有する
ことを特徴とする。
【0016】更に、上記目的を達成するために、請求項
3記載の中性子吸収線量検出器は、請求項1又は2記載
の中性子吸収線量検出器において、前記熱中性子検出器
の中性子入射面側に一定比率の熱中性子を制限透過する
第2の吸収層が配置されることを特徴とする。
【0017】
【作用】このように、本発明の中性子吸収線量検出器は
熱中性子検出器とシンチレーション検出器を巧みに組み
合わせ、熱中性子、エピサーマル中性子及び速中性子を
個別に計測するものである。すなわち、熱中性子は熱中
性子検出器で検出されるが、エピサーマル中性子はこの
熱中性子検出器に減速材を設け、かつ全周を熱中性子吸
収層で被覆されたエピサーマル中性子検出器で熱中性子
化され検出される。
【0018】一方、ここで、減速材は熱中性子検出器の
周囲、すなわち熱中性子検出器の中性子入射面側あるい
は出射面側、あるいはその両面に所定厚さ配置され、こ
れによりエピサーマル中性子のみを熱中性子化して熱中
性子検出器での検出を可能としている。
【0019】一方、速中性子はこれら熱中性子検出器や
エピサーマル中性子検出器を通過してシンチレーション
検出器に到達し、核反跳による放射光を計測することに
より検出される。
【0020】なお、熱中性子検出器に入射する比率を線
量当量換算係数のエネルギ依存性に合わせるには熱中性
子検出器からの検出信号を電気的に処理すればよく、ま
た熱中性子検出器の中性子入射面側に一定比率の熱中性
子を制限透過する吸収層を設けて入射時に制限して比率
を合わせればよい。
【0021】
【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る中性子
吸収線量検出器の好適な実施例を説明する。
【0022】第1実施例 図1には、本第1実施例の構成が示されており、本実施
例の熱中性子検出器は外部電極20aの内部に集電極2
2aを配置し、内部にヘリウム−33 He等の核反応ガ
スを封入した電離箱が用いられている。外部電極20a
は陰電圧にバイアスされており、また集電極22aは図
示しない測定回路に接続されている。
【0023】外部電極20aの中性子入射面側には一定
の開口面積を有するホウ素Bを含むゴムから成る吸収層
24が配置されており、飛来する熱中性子の一部を吸収
して一定比率の熱中性子のみを透過する。
【0024】そして、飛来した熱中性子はこの核反応ガ
スと以下の式に示す核反応を起こして電離電荷を生じ、
集電極22aに集められて検出される。すなわち、3 He +n→3 T+1 P+765keV である。
【0025】この熱中性子検出器の背面には0.5eV
〜5×104 eVのエネルギを有するエピサーマル中性
子を検出するエピサーマル中性子検出器が設けられてい
る。このエピサーマル中性子検出器は、前述した熱中性
子検出器を構成する外部電極20b、集電極22b及び
内部に封入された核反応ガス及び外部電極20bの背面
に2mmないし12mmの厚さで配置されたポリエチレ
ンの減速材26から構成されており、集電極22bは図
示しない測定回路に接続されている。この減速材26は
エピサーマル中性子を衝突により減速させて熱中性子化
する機能を有しており、この減速材26中で衝突して熱
中性子化されたエピサーマル中性子は封入された核反応
ガスと前述した核反応を起こして電離電荷を生じ、集電
極22bで検出される。
【0026】また、このエピサーマル中性子検出器は、
吸収層24と同様のポリエチレンで構成された吸収層2
8で全周が被覆されており、熱中性子が検出器に到達す
るのを防止している。従って、この検出器ではエピサー
マル中性子のみが検出されることになる。
【0027】そして、このエピサーマル中性子検出器の
背面にはプロトンリコイルシンチレーション検出器3
0、ライトガイド32及び光電子増幅管34が配置され
ており、5×104 eV以上のエネルギを有する速中性
子を検出する構成となっている。すなわち、速中性子が
このプロトンリコイルシンチレーション検出器に入射す
ると、プロトンと核反跳を起こしてプロトンにエネルギ
を与え、その放射光をライトガイド32で集光して光電
子倍増管34で電気信号に変換する。
【0028】このように、本第1実施例では熱中性子検
出器、エピサーマル中性子検出器、速中性子検出器をそ
れぞれ独立に設けて互いに組み合わせることにより、熱
中性子から速中性子までの広範囲のエネルギの中性子を
確実かつ簡便に検出することができる。
【0029】なお、このように本実施例では熱中性子、
エピサーマル中性子及び速中性子を個別に検出してお
り、従って図1において熱中性子の入射比率を制限する
ために配置された吸収層24は必ずしも必要でなく、集
電極22aに設けられた測定回路内で熱中性子の検出比
率を換算係数に合致するように信号処理することにより
図1の検出器と全く同一の検出結果を得ることができ
る。
【0030】また、本実施例ではエピサーマル中性子検
出器内の減速材26を外部電極20bの背面に配置した
が、図2に示すように減速材26を外部電極20bの中
性子入射面側に配置してもエピサーマル中性子を減速し
て熱中性子化することができる。
【0031】第2実施例 図3には、本発明の第2実施例の構成が示されている。
前述した第1実施例とほぼ同様に電離箱から成る熱中性
子検出器、減速材26を備えた電離箱から成るエピサー
マル中性子検出器、速中性子を検出するプロトンリコイ
ルシンチレーション検出器30を組み合わせて構成され
るが、本第2実施例では減速材26を外部電極20bの
入射側あるいは出射側のいずれかに配置するのではな
く、入射側及び出射側の両方に減速材26a、26bを
それぞれ1mmないし6mm配置してサンドイッチ構造
としている。このように減速材26a、26bを両側に
所定厚さ配置した場合にもエピサーマル中性子をこの両
減速材で減速して熱中性子化することができる。
【0032】なお、本第2実施例でも吸収層24を配置
せず、集電極22aに接続された測定回路で熱中性子の
検出量を信号処理すれば同様の検出結果を得ることがで
きる。
【0033】また、上記第1、第2実施例では減速材2
6にポリエチレンを用いたが、パラフィンや各種プラス
チック、水、黒鉛等の中性子を減速し熱中性子化しやす
い材料を用いることができる。
【0034】更に、上記第1、第2実施例では吸収層に
ホウ素Bを含んだゴムを用いたが、カドミウムCdを用
いることもでき、また吸収層24も図4に示すように、
(a)一定厚さのホウ素を含むゴム層、(b)開口部を
一様に分布させる、(c)一部分を薄くする等の種々の
態様を用いることができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る中性
子吸収線量検出器によれば、熱中性子から速中性子まで
の広エネルギ範囲の中性子の吸収線量を簡便に実時間測
定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の構成図である。
【図2】同実施例の減速材の他の配置における構成図で
ある。
【図3】本発明の第2実施例の構成図である。
【図4】本発明の吸収層の説明図である。
【図5】従来検出器の構成図である。
【図6】線量当量換算係数の一定エネルギに対する比率
を示すグラフ図である。
【符号の説明】
20 外部電極 22 集電極 24,28 吸収層 26,26a,26b 減速材 30 プロトンリコイルシンチレーション検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−82188(JP,A) 特開 昭60−249079(JP,A) 特開 昭55−87067(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01T 1/00 - 7/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱中性子検出器と、 この熱中性子検出器の背面に配置され、性子入射面側
    あるいは出射面側に0.5eVないし5×104eVの
    エネルギを有するエピサーマル中性子を減速して熱中性
    子化する減速材が2mmないし12mm配置され、かつ
    熱中性子を吸収する吸収層で被覆されて構成されるエピ
    サーマル中性子検出器と、 このエピサーマル中性子検出器の背面に配置され、5×
    104eV以上のエネルギを有する速中性子を検出する
    シンチレーション検出器と、 を有することを特徴とする中性子吸収線量検出器。
  2. 【請求項2】 熱中性子検出器と、 この熱中性子検出器の背面に配置され、性子入射面側
    及び出射面側に0.5eVないし5×104eVのエネ
    ルギを有するエピサーマル中性子を減速して熱中性子化
    する減速材が1mmないし6mm配置され、かつ熱中性
    子を吸収する吸収層で被覆されて構成されるエピサーマ
    ル中性子検出器と、 このエピサーマル中性子検出器の背面に配置され、5×
    104eV以上のエネルギを有する速中性子を検出する
    シンチレーション検出器と、 を有することを特徴とする中性子吸収線量検出器。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の中性子吸収線量検
    出器において、 前記熱中性子検出器の中性子入射面側に一定比率の熱中
    性子を制限透過する第2の吸収層が配置されることを特
    徴とする中性子吸収線量検出器。
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