JP2909261B2 - 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+765keV10 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10B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中性子化して熱中性
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中性子入射側に配置さ
れ一定比率の熱中性子を制限透過する第1の吸収層と、
前記熱中性子検出器の中性子出射側に配置され0.5e
Vないし5×104 eV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と、この減速
材背面に配置され熱中性子を吸収する第2の吸収層と、
この第2の吸収層背面に配置され5×104 eV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中性子入射側に配置され一定比率
の熱中性子を制限透過する第1の吸収層と、この第1の
吸収層と前記中性子検出器との間に配置され0.5eV
ないし5×104 eV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と、前記熱中性
子検出器の中性子出射側に配置され熱中性子を吸収する
第2の吸収層と、この第2の吸収層背面に配置され5×
104 eV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、熱中性子検出器と、
この熱中性子検出器の中性子入射側に配置され一定比率
の熱中性子を制限透過する第1の吸収層と、この第1の
吸収層と前記中性子検出器との間及び前記熱中性子
出器の中性子出射側に配置され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と、前記熱中性子検出器の中
性子出射側に配置されたこの減速材背面に配置され熱中
性子を吸収する第2の吸収層と、この第2の吸収層背面
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。
【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
合わせたものである。すなわち、第1の吸収層を通過し
た熱中性子及び減速材で減速されて熱中性子化されたエ
ピサーマル中性子は熱中性子検出器で検出される。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。
【0018】一方、速中性子は第1及び第2の吸収層で
吸収されることなく、かつ減速材で減速されることなく
シンチレーション検出器に到達し検出される。
【0019】
【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。
【0020】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20の内部に集電極22
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20は陰電
圧にバイアスされており、また集電極22は図示しない
測定回路に接続されている。
【0021】外部電極20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2
4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。また、外部電極
20の反対側にはポリエチレンから成る減速材26が所
定厚さ(本実施例では2mm〜12mm)配置されてお
り、0.5eV〜5×104 eV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。従って、
吸収層24を透過した一定比率の熱中性子及びこの減速
材26で熱中性子化したエピサーマル中性子が電離箱内
部に封入されたヘリウム−33 He核反応ガスと以下の
核反応を起こし、電離電荷を生じて集電極22に集めら
れ検出される。すなわち、3 He +n→3 T+1 P+765keV である。ここで、吸収層24に設けられた一定開口面積
により飛来熱中性子は一定比率に制限されているため、
熱中性子とエピサーマル中性子とはほぼ同感度で検出さ
れる。一方、速中性子は吸収層24及び減速材26を透
過するので核反応は生じず、電離箱では検出されない。
【0022】そして、減速材26の背面には吸収層24
と同様にホウ素Bを含むゴムから成る吸収層28が一様
に配置されており、熱中性子はほとんど吸収される。更
に、この吸収層28の背面にはプロトンリコイルシンチ
レーション検出器30が配置されており、吸収層24、
電離箱、減速材26、吸収層28を透過した速中性子が
入射することになる。このプロトンリコイルシンチレー
ション検出器30は速中性子とプロトンとの核反跳を利
用したシンチレーション検出器であり、速中性子との衝
突により生じた反跳プロトンによる励起光はライトガイ
ド32により光電子倍増管34に導かれ、図示しない測
定回路で検出される。
【0023】このように、本実施例では熱中性子及びエ
ピサーマル中性子は電離箱から成る熱中性子検出器で検
出し、速中性子はシンチレーション検出器で検出するも
のであり、熱中性子から速中性子までの広範囲のエネル
ギの中性子の吸収線量を簡便に検出することができる。
【0024】なお、本実施例における吸収層24は一定
比率の熱中性子を透過すればよいので、例えば図2に示
されるように一定厚さのホウ素を含むゴム層(a)、開
口部を一様に分布させる(b)、一部分を薄くする
(c)等の種々の態様を用いることができる。
【0025】また、本第1実施例では外部電極20の下
部、すなわち中性子の出射面側に減速材26を配置した
が、図3に示されるように外部電極の上部、すなわち中
性子の入射面側に減速材26を配置しても同様の効果を
得ることができる。
【0026】第2実施例 図4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外部電極20の内部に集
電極22を配置し、内部にヘリウム−33He等の核反
応ガスを封入した電離箱が用いられており、外部電極2
0は陰電圧にバイアスされ、集電極22は図示しない測
定回路に接続されている。
【0027】ここで、本第2実施例では減速材26a、
26bを外部電極20の上下に配置してサンドイッチ構
造とし、その上下に更に吸収層24及び28を設けてい
る。減速材26a、26bの厚さは第1実施例に示され
た減速材26の半分に設定されており、エピサーマル中
性子はこの減速材26a、26bでエネルギを失い熱中
性子化される。従って、本第2実施例においても熱中性
子(一定比率)及びエピサーマル中性子が封入された核
反応ガスと核反応して電離電荷を生じる。
【0028】一方、速中性子は第1実施例と同様に吸収
層24、減速材26a、電離箱、減速材26b、吸収層
28を透過し、プロトンリコイルシンチレーション検出
器30に達して核反跳を引き起こす。
【0029】このように、本第2実施例においても熱中
性子から速中性子にいたる広範囲のエネルギの中性子の
吸収線量を測定することができる。
【0030】なお、上記第1及び第2実施例においては
減速材の材料としてポリエチレンを示したが、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可能である。
【0031】更に、吸収層の材料としてもホウ素Bの他
にカドミウムCdを用いることも可能である。
【0032】
【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】同実施例の吸収層の説明図である。
【図3】同実施例の減速材の他の配置における構成図で
ある。
【図4】本発明の第2実施例の構成図である。
【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
    の中性子入射側に配置され一定比率の熱中性子を制限透
    過する第1の吸収層と、前記熱中性子検出器の中性子出
    射側に配置され0.5eVないし5×104 eV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
    する減速材と、この減速材背面に配置され熱中性子を吸
    収する第2の吸収層と、この第2の吸収層背面に配置さ
    れ5×104 eV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
    の中性子入射側に配置され一定比率の熱中性子を制限透
    過する第1の吸収層と、この第1の吸収層と前記中性子
    検出器との間に配置され0.5eVないし5×104
    V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と、前記熱中性子検出器の中性子出
    射側に配置され熱中性子を吸収する第2の吸収層と、こ
    の第2の吸収層背面に配置され5×104 eV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】 熱中性子検出器と、 この熱中性子検出器の中性子入射側に配置され一定比率
    の熱中性子を制限透過する第1の吸収層と、 この第1の吸収層と前記中性子検出器との間及び前記
    熱中性子検出器の中性子出射側に配置され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と、前記 熱中性子検出器の中性子出射側に配置されたこの減
    速材背面に配置され熱中性子を吸収する第2の吸収層
    と、 この第2の吸収層背面に配置され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。
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