JP3048569B1 - 中性子ビ―ム制御装置及び中性子エネルギ―測定装置 - Google Patents
中性子ビ―ム制御装置及び中性子エネルギ―測定装置Info
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- G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
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Abstract
【要約】
【課題】 中性子ビームの形状、速度方向等を制御す
る。 【解決手段】 中性子ビーム１６に対して傾斜した入射
面あるいは出射面を与える微小突起１２が面内に１又は
複数設けられた板状部材１１を複数枚積層する。微小突
起は１２、例えば板状部材の面に対して略垂直な面と傾
斜した面とを備え面内方向に延びる細長い突起（細長い
突起の長手方向に垂直な断面形状は三角形）とする。
る。 【解決手段】 中性子ビーム１６に対して傾斜した入射
面あるいは出射面を与える微小突起１２が面内に１又は
複数設けられた板状部材１１を複数枚積層する。微小突
起は１２、例えば板状部材の面に対して略垂直な面と傾
斜した面とを備え面内方向に延びる細長い突起（細長い
突起の長手方向に垂直な断面形状は三角形）とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中性子ビームのビ
ーム形状、速度方向等を制御する装置、及び中性子のエ
ネルギーを測定する装置に関する。
ーム形状、速度方向等を制御する装置、及び中性子のエ
ネルギーを測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】中性子は、(a)原子核と強く相互作用す
る、(b)そのエネルギーと波長が原子レベルの運動や構
造の大きさと同程度である、(c)透過力が強い等の特徴
を有し、物質研究において重要な粒子である。物質研究
で広く用いられているＸ線や光子は電磁相互作用を基礎
としており、電子状態に対しての情報を得る手段であ
る。これに対して中性子は核力を基礎として、物質中の
原子核に関する情報を提供する。原子雲ではなく、原子
核の位置自体を研究対象とするような場合には中性子に
よる散乱実験が不可欠である。
る、(b)そのエネルギーと波長が原子レベルの運動や構
造の大きさと同程度である、(c)透過力が強い等の特徴
を有し、物質研究において重要な粒子である。物質研究
で広く用いられているＸ線や光子は電磁相互作用を基礎
としており、電子状態に対しての情報を得る手段であ
る。これに対して中性子は核力を基礎として、物質中の
原子核に関する情報を提供する。原子雲ではなく、原子
核の位置自体を研究対象とするような場合には中性子に
よる散乱実験が不可欠である。
【０００３】核力は元素の原子番号に対してほとんど規
則性を持たず、かつ同位元素によっても異なる。この点
は、Ｘ線では元素の原子番号が増すにつれて相互作用の
強さが単調に大きくなっていくのとは大きく異なってい
る。このような特性を利用して、研究対象物に原子散乱
因子が近い物が含まれていてそれらを区別するのが困難
な場合や、原子番号が同じ同位体元素の配置や位置情報
が必要な場合などには中性子散乱を用いる。また、原子
番号が大きな元素が含まれた研究対象物の中にある原子
番号が小さな元素を精度よく見るような場合にも中性子
散乱が有用である。中性子は軽水素原子核との相互作用
が極めて大きいことから、Ｘ線散乱では測定が極めて難
しい有機物中の水素原子の位置の情報を得るような場合
などは、中性子散乱実験が不可欠といっても良いような
好例である。また、放射線で工業製品等の大型の対象物
の内部を研究するような場合には、荷電粒子やＸ線等の
手段で透視することは現実的でないが、中性子であれば
透過力が強いために実際に透視が可能となる。
則性を持たず、かつ同位元素によっても異なる。この点
は、Ｘ線では元素の原子番号が増すにつれて相互作用の
強さが単調に大きくなっていくのとは大きく異なってい
る。このような特性を利用して、研究対象物に原子散乱
因子が近い物が含まれていてそれらを区別するのが困難
な場合や、原子番号が同じ同位体元素の配置や位置情報
が必要な場合などには中性子散乱を用いる。また、原子
番号が大きな元素が含まれた研究対象物の中にある原子
番号が小さな元素を精度よく見るような場合にも中性子
散乱が有用である。中性子は軽水素原子核との相互作用
が極めて大きいことから、Ｘ線散乱では測定が極めて難
しい有機物中の水素原子の位置の情報を得るような場合
などは、中性子散乱実験が不可欠といっても良いような
好例である。また、放射線で工業製品等の大型の対象物
の内部を研究するような場合には、荷電粒子やＸ線等の
手段で透視することは現実的でないが、中性子であれば
透過力が強いために実際に透視が可能となる。
【０００４】しかし、中性子は発生が容易でないため、
中性子を供給できる場所は原子炉あるいは加速器施設な
どに限られる。したがって、中性子ビームをプローブと
して用いる際にはその効率性が重要である。特に、中性
子源自体の強度を向上させるには費用、技術の両面から
強い制約を受けるため、中性子源から利用装置までビー
ムを導く際の効率の向上は不可欠である。そのような中
性子ビーム輸送技術の根本的な開発は、中性子の利用効
率を上げ、測定の所要時間の短縮のみならず、これまで
には強度などの観点から困難であった一過性現象などを
含むその場測定を可能としたり、大型の結晶が得られに
くいような新物質の研究等の分野に進展をもたらす可能
性を内包している。さらに、放射線安全上の問題からも
中性子ビームの利用効率の向上は意義深い。
中性子を供給できる場所は原子炉あるいは加速器施設な
どに限られる。したがって、中性子ビームをプローブと
して用いる際にはその効率性が重要である。特に、中性
子源自体の強度を向上させるには費用、技術の両面から
強い制約を受けるため、中性子源から利用装置までビー
ムを導く際の効率の向上は不可欠である。そのような中
性子ビーム輸送技術の根本的な開発は、中性子の利用効
率を上げ、測定の所要時間の短縮のみならず、これまで
には強度などの観点から困難であった一過性現象などを
含むその場測定を可能としたり、大型の結晶が得られに
くいような新物質の研究等の分野に進展をもたらす可能
性を内包している。さらに、放射線安全上の問題からも
中性子ビームの利用効率の向上は意義深い。
【０００５】従来、中性子ビームをその利用位置まで導
く手段として、中性子導管が用いられている。空気中か
ら他の媒質への中性子入射角を小さくしていくと中性子
は全反射を起こし、中性子ビームの方向を変えることに
利用できる。中性子導管は、この媒質界面での中性子の
全反射を利用したもので、空気散乱等による中性子の飛
行中の強度減少を防ぐため内部を真空にしたガラス管等
の内壁にニッケルなど中性子全反射鏡の材料として適当
なものを蒸着したものである。中性子導管に入射した中
性子のうち内壁材料の臨界角以下の角度で入射した中性
子は、中性子導管内壁面で全反射されて下流側へ運ばれ
る。
く手段として、中性子導管が用いられている。空気中か
ら他の媒質への中性子入射角を小さくしていくと中性子
は全反射を起こし、中性子ビームの方向を変えることに
利用できる。中性子導管は、この媒質界面での中性子の
全反射を利用したもので、空気散乱等による中性子の飛
行中の強度減少を防ぐため内部を真空にしたガラス管等
の内壁にニッケルなど中性子全反射鏡の材料として適当
なものを蒸着したものである。中性子導管に入射した中
性子のうち内壁材料の臨界角以下の角度で入射した中性
子は、中性子導管内壁面で全反射されて下流側へ運ばれ
る。
【０００６】図１６は中性子散乱によって材料の構造解
析を行う従来の分析装置の概念図を示し、（ａ）は全体
図、（ｂ）は試料近傍の拡大図である。原子炉や放射性
同位体あるいは荷電粒子ビームで照射されるターゲット
等の中性子源１００から四方八方に放出される中性子の
一部は、中性子導管１０１によって試料１０２の位置ま
で導かれ、試料１０２に照射される。比例計数管等で構
成される中性子検出器１０３は試料１０２によって角度
θ方向に散乱された中性子の強度を検出する。散乱中性
子強度の角度分布を求めることにより、試料１０２の構
造解析を行うことができる。中性子導管１０１の断面は
通常５ｃｍ程度のものが使用され、試料１０２の寸法は
１〜２ｃｍ程度以上のものが使用される場合が多い。
析を行う従来の分析装置の概念図を示し、（ａ）は全体
図、（ｂ）は試料近傍の拡大図である。原子炉や放射性
同位体あるいは荷電粒子ビームで照射されるターゲット
等の中性子源１００から四方八方に放出される中性子の
一部は、中性子導管１０１によって試料１０２の位置ま
で導かれ、試料１０２に照射される。比例計数管等で構
成される中性子検出器１０３は試料１０２によって角度
θ方向に散乱された中性子の強度を検出する。散乱中性
子強度の角度分布を求めることにより、試料１０２の構
造解析を行うことができる。中性子導管１０１の断面は
通常５ｃｍ程度のものが使用され、試料１０２の寸法は
１〜２ｃｍ程度以上のものが使用される場合が多い。
【０００７】中性子ビームの密度を高める方法としてキ
ャピラリー管を用いる方法がある。この方法では、図１
７に示すように、直径１０ミクロン程度のガラス管１１
０を多数束ねたものを使用する。この非常に細いキャピ
ラリー管１１０の中に中性子を通すことによって、中性
子導管と同様にキャピラリー管１１０に沿って中性子を
導いて行くことが出来る。このキャピラリー管１１０を
所定の角度に曲げておくことによって、中性子を狭い領
域１１３にある程度収束させ、中性子密度を高めること
ができる。
ャピラリー管を用いる方法がある。この方法では、図１
７に示すように、直径１０ミクロン程度のガラス管１１
０を多数束ねたものを使用する。この非常に細いキャピ
ラリー管１１０の中に中性子を通すことによって、中性
子導管と同様にキャピラリー管１１０に沿って中性子を
導いて行くことが出来る。このキャピラリー管１１０を
所定の角度に曲げておくことによって、中性子を狭い領
域１１３にある程度収束させ、中性子密度を高めること
ができる。
【０００８】散乱角の測定精度をあげるためには、入射
ビームの平行度が十分良いことが要求される。入射ビー
ムが発散ビームである場合には散乱角を定義することが
できなくなるからである。平行度の良いビームを得るた
めに現在用いられている方法は、中性子回折現象を利用
するものである。しかし、この方法によると実際に試料
側に導かれる中性子ビームは強度が極端に減少してしま
うという難点がある。
ビームの平行度が十分良いことが要求される。入射ビー
ムが発散ビームである場合には散乱角を定義することが
できなくなるからである。平行度の良いビームを得るた
めに現在用いられている方法は、中性子回折現象を利用
するものである。しかし、この方法によると実際に試料
側に導かれる中性子ビームは強度が極端に減少してしま
うという難点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】中性子ビームをプロー
ブとして用いて新材料の研究を行う場合、試料としては
微小なものしか用意できないことが多い。したがって、
微小な試料に対して高密度の中性子ビームを収束して照
射することが要求される。また、中性子散乱実験で入射
ビームに対する散乱角を高精度に測定するためには、試
料に入射する中性子ビームの平行度を上げることが必要
である。
ブとして用いて新材料の研究を行う場合、試料としては
微小なものしか用意できないことが多い。したがって、
微小な試料に対して高密度の中性子ビームを収束して照
射することが要求される。また、中性子散乱実験で入射
ビームに対する散乱角を高精度に測定するためには、試
料に入射する中性子ビームの平行度を上げることが必要
である。
【００１０】ところで、物質界面での中性子ビームの全
反射を利用する従来の中性子導管は、中性子を導管に沿
って導く機能を有するだけであり、中性子ビームを収束
させたり、ビーム発散を制御する機能は有していない。
そのため、図１６（ｂ）に矢印で示すように、中性子導
管１０１から出射した中性子ビーム１０４は平行ビーム
ではなく発散ビームとなり、検出器１０３には試料１０
２からθ1，θ2，…と種々の散乱角で散乱された中性子
が入射し、中性子散乱角の計測に誤差をもたらす。した
がって、試料上流側にスリットを設けてビームの平行度
を保証するという方法が採られるが、当然ながら中性子
源１００から放出される中性子の利用効率は低下する。
反射を利用する従来の中性子導管は、中性子を導管に沿
って導く機能を有するだけであり、中性子ビームを収束
させたり、ビーム発散を制御する機能は有していない。
そのため、図１６（ｂ）に矢印で示すように、中性子導
管１０１から出射した中性子ビーム１０４は平行ビーム
ではなく発散ビームとなり、検出器１０３には試料１０
２からθ1，θ2，…と種々の散乱角で散乱された中性子
が入射し、中性子散乱角の計測に誤差をもたらす。した
がって、試料上流側にスリットを設けてビームの平行度
を保証するという方法が採られるが、当然ながら中性子
源１００から放出される中性子の利用効率は低下する。
【００１１】多数のキャピラリー管を束ねて中性子ビー
ムを導く方法によると、中性子の密度を高めることがで
きる。しかし、図１７に示すように、入射中性子ビーム
１１１のうちキャピラリー管１１０とキャピラリー管１
１０の間を通過する中性子１１２は利用されないため、
中性子源から放出される中性子の利用効率が高いとはい
えない。また、キャピラリー管を曲げることで中性子ビ
ームを収束させるものであるため、ビーム発散は大きく
なってしまい、平行度の高い中性子ビームを得ることは
できない。
ムを導く方法によると、中性子の密度を高めることがで
きる。しかし、図１７に示すように、入射中性子ビーム
１１１のうちキャピラリー管１１０とキャピラリー管１
１０の間を通過する中性子１１２は利用されないため、
中性子源から放出される中性子の利用効率が高いとはい
えない。また、キャピラリー管を曲げることで中性子ビ
ームを収束させるものであるため、ビーム発散は大きく
なってしまい、平行度の高い中性子ビームを得ることは
できない。
【００１２】平行度の高いビームを得る方法として結晶
などによる中性子回折現象を用いたものが存在するが、
ビーム発散を極めて小さく抑えることはできてもビーム
強度は著しく減少する。このように、従来の中性子ビー
ム取り扱い技術によっては、狭い領域に一定の方向から
高密度の中性子を効率よく照射すること、換言すると、
細くかつ強度の高い中性子ビームを得ることはできなか
った。
などによる中性子回折現象を用いたものが存在するが、
ビーム発散を極めて小さく抑えることはできてもビーム
強度は著しく減少する。このように、従来の中性子ビー
ム取り扱い技術によっては、狭い領域に一定の方向から
高密度の中性子を効率よく照射すること、換言すると、
細くかつ強度の高い中性子ビームを得ることはできなか
った。
【００１３】また、従来、中性子のエネルギーを直接か
つ簡便に測定することのできる装置は知られていなかっ
た。本発明は、このような中性子ビーム制御の現状に鑑
みてなされたもので、中性子ビームのビーム形状、速度
方向等を制御する装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、中性子のエネルギーを直接かつ簡便に測
定することのできる装置を提供することをも目的とす
る。
つ簡便に測定することのできる装置は知られていなかっ
た。本発明は、このような中性子ビーム制御の現状に鑑
みてなされたもので、中性子ビームのビーム形状、速度
方向等を制御する装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、中性子のエネルギーを直接かつ簡便に測
定することのできる装置を提供することをも目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】中性子と物質との相互作
用は、物質中に含まれる原子核との相互作用がほとんど
である。低エネルギー中性子と原子核の相互作用はポテ
ンシャルで記述でき、原子核のポテンシャルを物質中の
体積で平均したものは有効ポテンシャルと呼ばれる。原
子核が物質中で占める体積は非常に小さいため、体積平
均した後の有効ポテンシャルの値は極めて小さい。Ｂｅ
の有効ポテンシャルは自然同位体存在比の元素中では最
大であるが、それでもおよそ２５０ｎｅＶである。
用は、物質中に含まれる原子核との相互作用がほとんど
である。低エネルギー中性子と原子核の相互作用はポテ
ンシャルで記述でき、原子核のポテンシャルを物質中の
体積で平均したものは有効ポテンシャルと呼ばれる。原
子核が物質中で占める体積は非常に小さいため、体積平
均した後の有効ポテンシャルの値は極めて小さい。Ｂｅ
の有効ポテンシャルは自然同位体存在比の元素中では最
大であるが、それでもおよそ２５０ｎｅＶである。
【００１５】有効ポテンシャルは多くの場合は正であ
る。自然同位体存在比の元素の中で負の有効ポテンシャ
ルを持つのはＭｎ，Ｔｉ，Ｌｉ，Ｖ，Ｈであり、それ以
外の自然同位体存在比の元素は正の有効ポテンシャルを
持つ。有効ポテンシャルが正だと入射中性子は物質中に
入る際に運動エネルギーの一部を有効ポテンシャルに奪
われることになり、物質境界面に垂直方向に減速を受け
る。従って、正の有効ポテンシャルを有する物質との境
界面に斜めに入射した中性子は、図１に示すように屈折
を受ける。これを屈折率で表現すると、屈折率は１より
も小さな値を持つことになる。なお、有効ポテンシャル
が負の場合には逆になり、屈折率が１よりも大きな値を
持つことになる。
る。自然同位体存在比の元素の中で負の有効ポテンシャ
ルを持つのはＭｎ，Ｔｉ，Ｌｉ，Ｖ，Ｈであり、それ以
外の自然同位体存在比の元素は正の有効ポテンシャルを
持つ。有効ポテンシャルが正だと入射中性子は物質中に
入る際に運動エネルギーの一部を有効ポテンシャルに奪
われることになり、物質境界面に垂直方向に減速を受け
る。従って、正の有効ポテンシャルを有する物質との境
界面に斜めに入射した中性子は、図１に示すように屈折
を受ける。これを屈折率で表現すると、屈折率は１より
も小さな値を持つことになる。なお、有効ポテンシャル
が負の場合には逆になり、屈折率が１よりも大きな値を
持つことになる。
【００１６】ここで、物質によって中性子プリズムや中
性子レンズ等の中性子屈折装置（中性子ビーム制御装
置）を造ることを考えると、中性子プリズムや中性子レ
ンズの素材に要求される要件は、屈折率が１から大きく
ずれていて中性子を大きく曲げることができること、及
び中性子の透過率が高いことである。この要求を満たす
候補元素は、自然同位体存在比の元素ではＯ，Ｃ，Ｂ
ｅ，Ｆであり、濃縮同位体では重水素Ｄである。これら
の元素からなる化合物であるポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）の有効ポテンシャルは（１１２＋ｉ３．
９×１０-5）ｎｅＶであり、ＰＴＦＥに入射角４５゜で
入射する波長１４Åの中性子はＰＴＦＥの境界面で０．
１４ｍｒａｄ曲げられる。
性子レンズ等の中性子屈折装置（中性子ビーム制御装
置）を造ることを考えると、中性子プリズムや中性子レ
ンズの素材に要求される要件は、屈折率が１から大きく
ずれていて中性子を大きく曲げることができること、及
び中性子の透過率が高いことである。この要求を満たす
候補元素は、自然同位体存在比の元素ではＯ，Ｃ，Ｂ
ｅ，Ｆであり、濃縮同位体では重水素Ｄである。これら
の元素からなる化合物であるポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）の有効ポテンシャルは（１１２＋ｉ３．
９×１０-5）ｎｅＶであり、ＰＴＦＥに入射角４５゜で
入射する波長１４Åの中性子はＰＴＦＥの境界面で０．
１４ｍｒａｄ曲げられる。
【００１７】物質への一回の斜め入射で中性子ビームが
曲げられる角度は小さいが、物質界面の数を増やし、多
数回の屈折を連続的に生じさせることで実用的な中性子
屈折素子（中性子ビーム制御装置）を造ることが可能で
ある。本発明は、このような中性子ビームと物質との相
互作用についての検討に基づいてなされたものであり、
化合物等を用いて中性子屈折装置を構成して中性子ビー
ムの形状、速度方向等を制御することを可能にするもの
である。
曲げられる角度は小さいが、物質界面の数を増やし、多
数回の屈折を連続的に生じさせることで実用的な中性子
屈折素子（中性子ビーム制御装置）を造ることが可能で
ある。本発明は、このような中性子ビームと物質との相
互作用についての検討に基づいてなされたものであり、
化合物等を用いて中性子屈折装置を構成して中性子ビー
ムの形状、速度方向等を制御することを可能にするもの
である。
【００１８】すなわち、本発明による中性子ビーム制御
装置は、中性子ビームに対して傾斜した入射面あるいは
出射面を与える微小突起が面内に１又は複数設けられた
板状部材を複数枚積層したことを特徴とする。微小突起
は、例えば板状部材の面に対して略垂直な面と傾斜した
面とを備え面内方向に延びる細長い突起（細長い突起の
長手方向に垂直な断面形状は三角形）とすることができ
る。ここで、微小突起を板状部材の面に対して略垂直な
面と傾斜した面とを備える細長い直線状突起とし、各微
小突起の傾斜面が同一方向を向いているようにすると、
本発明の中性子ビーム制御装置は中性子ビームを一方向
に屈折させることができる。この機能は、光学系におけ
るプリズムの機能に相当する。
装置は、中性子ビームに対して傾斜した入射面あるいは
出射面を与える微小突起が面内に１又は複数設けられた
板状部材を複数枚積層したことを特徴とする。微小突起
は、例えば板状部材の面に対して略垂直な面と傾斜した
面とを備え面内方向に延びる細長い突起（細長い突起の
長手方向に垂直な断面形状は三角形）とすることができ
る。ここで、微小突起を板状部材の面に対して略垂直な
面と傾斜した面とを備える細長い直線状突起とし、各微
小突起の傾斜面が同一方向を向いているようにすると、
本発明の中性子ビーム制御装置は中性子ビームを一方向
に屈折させることができる。この機能は、光学系におけ
るプリズムの機能に相当する。
【００１９】本発明による中性子ビーム制御装置は、ま
た、装置中心軸に対して同心円状に配置された１又は複
数の環状突起を有する板状部材を複数枚積層した構造を
有し、前記環状突起は板状部材の面に対して略垂直な面
と前記同心円の内側を向いて傾斜した面とを備え、装置
中心軸に平行な方向に見たとき、装置中心軸から離れる
ほど複数の板状部材による前記環状突起の重なり数が多
くなるように構成されていることを特徴とする。この中
性子ビーム制御装置は中性子ビームを収束することがで
き、光学系における凸レンズに相当する機能を果たす。
た、装置中心軸に対して同心円状に配置された１又は複
数の環状突起を有する板状部材を複数枚積層した構造を
有し、前記環状突起は板状部材の面に対して略垂直な面
と前記同心円の内側を向いて傾斜した面とを備え、装置
中心軸に平行な方向に見たとき、装置中心軸から離れる
ほど複数の板状部材による前記環状突起の重なり数が多
くなるように構成されていることを特徴とする。この中
性子ビーム制御装置は中性子ビームを収束することがで
き、光学系における凸レンズに相当する機能を果たす。
【００２０】本発明による中性子ビーム制御装置は、ま
た、装置中心軸に対して同心円状に配置された１又は複
数の環状突起を有する板状部材を複数枚積層した構造を
有し、前記環状突起は板状部材の面に対して略垂直な面
と前記同心円の外側を向いて傾斜した面とを備え、装置
中心軸に平行な方向に見たとき、装置中心軸から離れる
ほど複数の板状部材による前記環状突起の重なり数が多
くなるように構成されていることを特徴とする。この中
性子ビーム制御装置は中性子ビームを発散させることが
でき、光学系における凹レンズの機能を果たす。
た、装置中心軸に対して同心円状に配置された１又は複
数の環状突起を有する板状部材を複数枚積層した構造を
有し、前記環状突起は板状部材の面に対して略垂直な面
と前記同心円の外側を向いて傾斜した面とを備え、装置
中心軸に平行な方向に見たとき、装置中心軸から離れる
ほど複数の板状部材による前記環状突起の重なり数が多
くなるように構成されていることを特徴とする。この中
性子ビーム制御装置は中性子ビームを発散させることが
でき、光学系における凹レンズの機能を果たす。
【００２１】ここで、凸レンズの機能を果たす中性子ビ
ーム制御装置あるいは凹レンズの機能を果たす中性子ビ
ーム制御装置に組み込まれる板状部材の少なくとも一部
のものは中心部（環状突起のない部分）を開口部とする
ことができる。前記凸レンズの作用をする本発明の中性
子ビーム制御装置と凹レンズの作用をする本発明の中性
子ビーム制御装置とを組み合わせると、例えば大径の平
行中性子ビームを小径の平行中性子ビームに変換する中
性子ビーム制御装置を実現することができる。
ーム制御装置あるいは凹レンズの機能を果たす中性子ビ
ーム制御装置に組み込まれる板状部材の少なくとも一部
のものは中心部（環状突起のない部分）を開口部とする
ことができる。前記凸レンズの作用をする本発明の中性
子ビーム制御装置と凹レンズの作用をする本発明の中性
子ビーム制御装置とを組み合わせると、例えば大径の平
行中性子ビームを小径の平行中性子ビームに変換する中
性子ビーム制御装置を実現することができる。
【００２２】板状部材は、中性子の吸収が少ないＯ，
Ｃ，Ｂｅ，Ｆ及び／又は重水素を主要構成元素とする材
料で造るのが好ましい。板状部材として好適な材料の具
体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、カーボ
ン、重水素化ポリエチレン、重水、又はドライアイスな
どを挙げることができる。重水素化ポリエチレンは、通
常のポリエチレンを構成する水素を重水素で置換したも
のである〔（−ＣＤ2−ＣＤ2−）n〕。板状部材を重水
によって作製する場合には、テフロンあるいは重水素化
ポリエチレンの薄膜で作った容器の中に重水を充填する
か、重水の氷にする。
Ｃ，Ｂｅ，Ｆ及び／又は重水素を主要構成元素とする材
料で造るのが好ましい。板状部材として好適な材料の具
体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、カーボ
ン、重水素化ポリエチレン、重水、又はドライアイスな
どを挙げることができる。重水素化ポリエチレンは、通
常のポリエチレンを構成する水素を重水素で置換したも
のである〔（−ＣＤ2−ＣＤ2−）n〕。板状部材を重水
によって作製する場合には、テフロンあるいは重水素化
ポリエチレンの薄膜で作った容器の中に重水を充填する
か、重水の氷にする。
【００２３】本発明による中性子エネルギー測定装置
は、入射中性子をビーム化する手段と、前記手段によっ
てビーム化された中性子が入射する請求項３記載の中性
子ビーム制御装置と、中性子ビーム制御装置から出射し
た中性子を検出する位置検出型中性子検出器とを備える
ことを特徴とする。
は、入射中性子をビーム化する手段と、前記手段によっ
てビーム化された中性子が入射する請求項３記載の中性
子ビーム制御装置と、中性子ビーム制御装置から出射し
た中性子を検出する位置検出型中性子検出器とを備える
ことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。 〔実施の形態１〕図２及び図３により、中性子ビームを
一方向に曲げる作用する中性子ビーム制御装置について
説明する。図２は本実施の形態の中性子ビーム制御装置
の構造を説明する模式図、図３は本実施の形態の中性子
ビーム制御装置の作用を説明する模式図である。
施の形態について説明する。 〔実施の形態１〕図２及び図３により、中性子ビームを
一方向に曲げる作用する中性子ビーム制御装置について
説明する。図２は本実施の形態の中性子ビーム制御装置
の構造を説明する模式図、図３は本実施の形態の中性子
ビーム制御装置の作用を説明する模式図である。
【００２５】図２（ａ）に、本実施の形態の中性子ビー
ム制御装置の全体を概念的に示す。この中性子ビーム制
御装置１０は、図２（ｂ）に概略形状を示す板状部材１
１を複数枚積層して構成されている。図２（ｂ）に示す
板状部材１１は、中性子透過率の高い材料、例えばポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラッシーカー
ボン、水素を重水素で置換した重水素化ポリエチレンな
どの薄板を加工して、一方向に延びる断面三角形の細長
い直線状の突起１２を多数平行に密に並べたものであ
る。板状部材１１の材料としては、上記の他にも二酸化
炭素あるいは重水を使用することができる。二酸化炭素
はドライアイスの形で用い、重水はテフロン又は重水素
化ポリエチレンで作った容器の中に充填するか氷の形で
用いる。板状部材１１は突起１２が形成された面を下に
して積層してもよい。また板状部材として、図２（ｃ）
に示すように、細長い直線状突起が片面だけでなく両面
に形成された板状部材１３を用いることもできる。
ム制御装置の全体を概念的に示す。この中性子ビーム制
御装置１０は、図２（ｂ）に概略形状を示す板状部材１
１を複数枚積層して構成されている。図２（ｂ）に示す
板状部材１１は、中性子透過率の高い材料、例えばポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラッシーカー
ボン、水素を重水素で置換した重水素化ポリエチレンな
どの薄板を加工して、一方向に延びる断面三角形の細長
い直線状の突起１２を多数平行に密に並べたものであ
る。板状部材１１の材料としては、上記の他にも二酸化
炭素あるいは重水を使用することができる。二酸化炭素
はドライアイスの形で用い、重水はテフロン又は重水素
化ポリエチレンで作った容器の中に充填するか氷の形で
用いる。板状部材１１は突起１２が形成された面を下に
して積層してもよい。また板状部材として、図２（ｃ）
に示すように、細長い直線状突起が片面だけでなく両面
に形成された板状部材１３を用いることもできる。
【００２６】次に、図３により、この中性子ビーム制御
装置１０の作用について説明する。図３（ａ）は、１枚
の板状部材１１に中性子ビーム１６が入射したときの様
子を説明する断面模式図である。板状部材１１の表面に
は、板状部材１１の面に対してほぼ垂直な面１４と傾斜
した面１５からなる直線状突起１２が設けられており、
この直線状突起１２の傾斜面１５に入射した中性子ビー
ム１６は、図１にて説明した原理によって屈折される。
このとき、板状部材１１は、その構成材料が正の有効ポ
テンシャルを持つため、中性子ビーム１６に対して１よ
り小さな屈折率を持つように振る舞う。
装置１０の作用について説明する。図３（ａ）は、１枚
の板状部材１１に中性子ビーム１６が入射したときの様
子を説明する断面模式図である。板状部材１１の表面に
は、板状部材１１の面に対してほぼ垂直な面１４と傾斜
した面１５からなる直線状突起１２が設けられており、
この直線状突起１２の傾斜面１５に入射した中性子ビー
ム１６は、図１にて説明した原理によって屈折される。
このとき、板状部材１１は、その構成材料が正の有効ポ
テンシャルを持つため、中性子ビーム１６に対して１よ
り小さな屈折率を持つように振る舞う。
【００２７】この一度の屈折で中性子ビームが屈折され
る角度δは微小である。例えば、板状部材１１がＰＴＦ
Ｅからなり、直線状突起１２の傾斜面１５が板状部材１
１の面に対してなす角度αが４５゜であるとき、板状部
材１１に垂直に入射した波長１４Åの中性子ビームの屈
折角δは０．１４ｍｒａｄにすぎない。そこで本発明の
中性子ビーム制御装置１０では、コンパクトな構造にて
中性子ビーム１６の飛行経路中に存在する物質界面の数
を増やし、全体としての中性子ビームの屈折角を増大さ
せる。すなわち、本実施の形態の中性子ビーム制御装置
１０に入射した中性子ビームは、図３（ｂ）に模式的に
示すように、積層された複数枚の板状部材１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，…の傾斜面１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，…を
次々と通過し、その度に屈折を受けるので、結果として
大きな屈折角Δを実現することができる。例えば、前記
のように１枚の板状部材１１による中性子ビームの屈折
角δが０．１４ｍｒａｄのとき、同じ板状部材を１２９
枚積層することによって中性子ビームの屈折角Δを１７
ｍｒａｄ（＝１゜）に増大することができる。
る角度δは微小である。例えば、板状部材１１がＰＴＦ
Ｅからなり、直線状突起１２の傾斜面１５が板状部材１
１の面に対してなす角度αが４５゜であるとき、板状部
材１１に垂直に入射した波長１４Åの中性子ビームの屈
折角δは０．１４ｍｒａｄにすぎない。そこで本発明の
中性子ビーム制御装置１０では、コンパクトな構造にて
中性子ビーム１６の飛行経路中に存在する物質界面の数
を増やし、全体としての中性子ビームの屈折角を増大さ
せる。すなわち、本実施の形態の中性子ビーム制御装置
１０に入射した中性子ビームは、図３（ｂ）に模式的に
示すように、積層された複数枚の板状部材１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，…の傾斜面１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，…を
次々と通過し、その度に屈折を受けるので、結果として
大きな屈折角Δを実現することができる。例えば、前記
のように１枚の板状部材１１による中性子ビームの屈折
角δが０．１４ｍｒａｄのとき、同じ板状部材を１２９
枚積層することによって中性子ビームの屈折角Δを１７
ｍｒａｄ（＝１゜）に増大することができる。
【００２８】〔実施の形態２〕次に、中性子ビームを収
束する機能を有する中性子ビーム制御装置の一例につい
て説明する。図４は本実施の形態による中性子ビーム制
御装置の全体模式図、図５はそのＡ−Ａ断面図、図６は
装置本体部分の分解断面図、図７及び図８はそれぞれ装
置本体を構成する板状部材の一例の説明図である。本実
施の形態の中性子ビーム制御装置は、装置本体部分２０
と、装置本体部分２０を固定する上下の環状外枠２１，
２２とからなる。装置は、上下の環状外枠２１，２２の
間に装置本体部分２０を挟み、２つの環状外枠２１，２
２の間に配置されたピン２３に外枠側からネジ２４をネ
ジ止めして組み立てられる。ただし、装置の組立方法は
ここで述べる方法に限らず、どの様な方法で組み立てて
も構わない。
束する機能を有する中性子ビーム制御装置の一例につい
て説明する。図４は本実施の形態による中性子ビーム制
御装置の全体模式図、図５はそのＡ−Ａ断面図、図６は
装置本体部分の分解断面図、図７及び図８はそれぞれ装
置本体を構成する板状部材の一例の説明図である。本実
施の形態の中性子ビーム制御装置は、装置本体部分２０
と、装置本体部分２０を固定する上下の環状外枠２１，
２２とからなる。装置は、上下の環状外枠２１，２２の
間に装置本体部分２０を挟み、２つの環状外枠２１，２
２の間に配置されたピン２３に外枠側からネジ２４をネ
ジ止めして組み立てられる。ただし、装置の組立方法は
ここで述べる方法に限らず、どの様な方法で組み立てて
も構わない。
【００２９】装置本体部分２０は、図６の分解断面図に
示されているように、中央部分に穴を設けた多数の板状
部材２５1，２５2，２５3，…，２５33を積層して構成
されている。上方に位置する板状部材ほど中央部分に設
けられた穴の大きさが大きく、また一番下の板状部材は
中央部分に穴が無い。従って、図４あるいは図５に示す
ように、装置本体部分２０は、全体的に中央が円錐状に
窪んだすり鉢状の形状をしている。この例では、ＰＴＦ
Ｅ製の板状部材２５1〜２５33を３３枚積み重ねて本体
部分２０を構成した。
示されているように、中央部分に穴を設けた多数の板状
部材２５1，２５2，２５3，…，２５33を積層して構成
されている。上方に位置する板状部材ほど中央部分に設
けられた穴の大きさが大きく、また一番下の板状部材は
中央部分に穴が無い。従って、図４あるいは図５に示す
ように、装置本体部分２０は、全体的に中央が円錐状に
窪んだすり鉢状の形状をしている。この例では、ＰＴＦ
Ｅ製の板状部材２５1〜２５33を３３枚積み重ねて本体
部分２０を構成した。
【００３０】図７及び図８により板状部材の構造につい
て説明する。図７は板状部材２５10の説明図であり、図
７（ａ）は板状部材２５10の断面図、図７（ｂ）は平面
図である。板状部材２５10は、図示した例では３３枚重
ねられたうちの上から１０枚目の板状部材に相当し、厚
さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断面形状が三角形で高さ
が１．０ｍｍの環状突起３１を同心円状に、かつ半径方
向に連続して１０本設けてある。入射中性子ビームのビ
ーム軸に対して傾斜した入射面を与える断面三角形状の
環状突起３１の傾斜面３１ａは、同心円の内側、すなわ
ち装置本体部２０の中心軸方向を向いている。環状突起
３１のない中央部分には円形の穴３２が開けられてい
る。また、板状部材２５10の周縁部にはピン２３を通す
ための穴３３ａ〜３３ｄが設けられている。
て説明する。図７は板状部材２５10の説明図であり、図
７（ａ）は板状部材２５10の断面図、図７（ｂ）は平面
図である。板状部材２５10は、図示した例では３３枚重
ねられたうちの上から１０枚目の板状部材に相当し、厚
さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断面形状が三角形で高さ
が１．０ｍｍの環状突起３１を同心円状に、かつ半径方
向に連続して１０本設けてある。入射中性子ビームのビ
ーム軸に対して傾斜した入射面を与える断面三角形状の
環状突起３１の傾斜面３１ａは、同心円の内側、すなわ
ち装置本体部２０の中心軸方向を向いている。環状突起
３１のない中央部分には円形の穴３２が開けられてい
る。また、板状部材２５10の周縁部にはピン２３を通す
ための穴３３ａ〜３３ｄが設けられている。
【００３１】図８は３３枚重ねられたうちで一番下に位
置する板状部材２５33の説明図であり、図８（ａ）は板
状部材２５33の断面図、図８（ｂ）は平面図である。板
状部材２５33は、厚さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断面
形状が三角形で高さが１．０ｍｍの環状突起３１を同心
円状に、かつ半径方向に連続して３３本設けてある。入
射中性子ビームのビーム軸に対して傾斜した入射面を与
える断面三角形状の環状突起３１の傾斜面３１ａは、同
心円の内側を向いている。この板状部材２５33は、他の
板状部材２５1〜２５32と異なり、中央部分に穴がな
い。なお、板状部材２５10の周縁部にはピン２３を通す
ための穴３３ａ〜３３ｄが設けられている。
置する板状部材２５33の説明図であり、図８（ａ）は板
状部材２５33の断面図、図８（ｂ）は平面図である。板
状部材２５33は、厚さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断面
形状が三角形で高さが１．０ｍｍの環状突起３１を同心
円状に、かつ半径方向に連続して３３本設けてある。入
射中性子ビームのビーム軸に対して傾斜した入射面を与
える断面三角形状の環状突起３１の傾斜面３１ａは、同
心円の内側を向いている。この板状部材２５33は、他の
板状部材２５1〜２５32と異なり、中央部分に穴がな
い。なお、板状部材２５10の周縁部にはピン２３を通す
ための穴３３ａ〜３３ｄが設けられている。
【００３２】以上の説明から理解されるように、装置本
体部分２０の下から２番目に位置する板状部材２５
32は、図８に示した板状部材の一番中心に位置する環状
突起を除去してそこに穴をあけたものに相当し、装置本
体部分２０の下から３番目に位置する板状部材２５
31は、図８に示した板状部材の中央の２つの環状突起を
除去してそこに穴をあけたものに相当する。同様に、装
置本体部分２０の下からｎ番目に位置する板状部材２５
34-nは、図８に示した板状部材の中心に位置する（ｎ−
１）個の環状突起を除去してそこに穴をあけたものに相
当する。
体部分２０の下から２番目に位置する板状部材２５
32は、図８に示した板状部材の一番中心に位置する環状
突起を除去してそこに穴をあけたものに相当し、装置本
体部分２０の下から３番目に位置する板状部材２５
31は、図８に示した板状部材の中央の２つの環状突起を
除去してそこに穴をあけたものに相当する。同様に、装
置本体部分２０の下からｎ番目に位置する板状部材２５
34-nは、図８に示した板状部材の中心に位置する（ｎ−
１）個の環状突起を除去してそこに穴をあけたものに相
当する。
【００３３】この中性子ビーム制御装置の軸に平行に入
射した中性子ビームは、それぞれ板状部材に設けられた
環状突起３１の傾斜面に斜め入射するため、図１あるい
は図３に示したようにして、中性子ビーム制御装置の中
心軸方向に偏向される。ここで、中性子ビーム制御装置
の中心軸付近に入射する中性子ビームは比較的少ない数
の環状突起を通過して装置から出射するため偏向量が少
ないが、装置中心軸から離れた位置に入射する中性子ビ
ームほど多くの環状突起を通過して装置から出射するた
め偏向量が大きくなる。例えば、最中心に位置する環状
突起に入射した中性子ビームはその傾斜面によって１度
の屈折を受けるだけであるが、最外側の環状突起に入射
した中性子ビームは全ての板状部材２５1〜２５32の最
外側の環状突起の傾斜面に斜め入射することで合計３３
回の屈折を受ける。こうして、本実施の形態の中性子ビ
ーム制御装置は、光学系における凸レンズに類似した機
能を果たし、中性子ビームを微小領域に収束することが
できる。
射した中性子ビームは、それぞれ板状部材に設けられた
環状突起３１の傾斜面に斜め入射するため、図１あるい
は図３に示したようにして、中性子ビーム制御装置の中
心軸方向に偏向される。ここで、中性子ビーム制御装置
の中心軸付近に入射する中性子ビームは比較的少ない数
の環状突起を通過して装置から出射するため偏向量が少
ないが、装置中心軸から離れた位置に入射する中性子ビ
ームほど多くの環状突起を通過して装置から出射するた
め偏向量が大きくなる。例えば、最中心に位置する環状
突起に入射した中性子ビームはその傾斜面によって１度
の屈折を受けるだけであるが、最外側の環状突起に入射
した中性子ビームは全ての板状部材２５1〜２５32の最
外側の環状突起の傾斜面に斜め入射することで合計３３
回の屈折を受ける。こうして、本実施の形態の中性子ビ
ーム制御装置は、光学系における凸レンズに類似した機
能を果たし、中性子ビームを微小領域に収束することが
できる。
【００３４】例えば、環状突起３１の傾斜面３１ａが板
状部材２５の面に対してなす角度αが４５゜であると
き、本実施の形態の中性子ビーム制御装置に波長１４Å
の平行中性子ビームを入射させた場合、約３ｍ離れた位
置に焦点を結ぶ。従って、この中性子ビーム制御装置を
２段に重ねて使うと、波長１４Åの平行中性子ビームを
１．５ｍの位置に、３段に重ねて使うと約１ｍという短
い距離に焦点を結ばせることが可能である。また、波長
２０Åの平行中性子ビームは本実施の形態の中性子ビー
ム制御装置を１段使用するだけで約１．５ｍの位置に焦
点を結ばせることができる。
状部材２５の面に対してなす角度αが４５゜であると
き、本実施の形態の中性子ビーム制御装置に波長１４Å
の平行中性子ビームを入射させた場合、約３ｍ離れた位
置に焦点を結ぶ。従って、この中性子ビーム制御装置を
２段に重ねて使うと、波長１４Åの平行中性子ビームを
１．５ｍの位置に、３段に重ねて使うと約１ｍという短
い距離に焦点を結ばせることが可能である。また、波長
２０Åの平行中性子ビームは本実施の形態の中性子ビー
ム制御装置を１段使用するだけで約１．５ｍの位置に焦
点を結ばせることができる。
【００３５】なお、環状突起３１の傾斜面３１ａが板状
部材２５の面に対してなす角度αは４５゜である必要は
なく、材料の加工精度や中性子ビーム制御装置に必要な
性能等を考慮して適宜の値に設計することが可能であ
る。また、板状部材の枚数も３３枚である必要はない
し、環状突起の数が同じ板状部材を複数枚、例えば２枚
ずつ重ねた構造とすることもできる。板状部材の環状突
起は下面に形成しても、両面に形成してもよい。更に、
ここで説明した例では同心円状に形成する複数の環状突
起の傾斜面の傾斜角度を全て同じにしたが、光学系に使
用されるフレネルレンズのように、外側に位置する環状
突起ほど傾斜面の傾斜角度を大きくするようにしてもよ
い。
部材２５の面に対してなす角度αは４５゜である必要は
なく、材料の加工精度や中性子ビーム制御装置に必要な
性能等を考慮して適宜の値に設計することが可能であ
る。また、板状部材の枚数も３３枚である必要はない
し、環状突起の数が同じ板状部材を複数枚、例えば２枚
ずつ重ねた構造とすることもできる。板状部材の環状突
起は下面に形成しても、両面に形成してもよい。更に、
ここで説明した例では同心円状に形成する複数の環状突
起の傾斜面の傾斜角度を全て同じにしたが、光学系に使
用されるフレネルレンズのように、外側に位置する環状
突起ほど傾斜面の傾斜角度を大きくするようにしてもよ
い。
【００３６】〔実施の形態３〕中性子ビームを発散する
機能を有する中性子ビーム制御装置の一例について説明
する。この中性子ビーム制御装置は図９は本実施の形態
による中性子ビーム制御装置の全体模式図、図１０はそ
のＢ−Ｂ断面図、図１１は装置本体部分の分解断面図、
図１２及び図１３はそれぞれ装置本体を構成する板状部
材の一例の説明図である。図９から図１３において、図
４から図８と同等の部分には図４から図８と同じ番号を
付し、詳細な説明を省略する。
機能を有する中性子ビーム制御装置の一例について説明
する。この中性子ビーム制御装置は図９は本実施の形態
による中性子ビーム制御装置の全体模式図、図１０はそ
のＢ−Ｂ断面図、図１１は装置本体部分の分解断面図、
図１２及び図１３はそれぞれ装置本体を構成する板状部
材の一例の説明図である。図９から図１３において、図
４から図８と同等の部分には図４から図８と同じ番号を
付し、詳細な説明を省略する。
【００３７】本実施の形態の中性子ビーム制御装置は、
装置本体部分４０と、装置本体部分４０を固定する上下
の環状外枠２１，２２を備える。装置本体部分４０は、
図１１の分解断面図に示されているように、中央部分に
穴を設けた多数の板状部材４５1，４５2，４５3，…，
４５33を積層して構成されている。上方に位置する板状
部材ほど中央部分に設けられた穴の大きさが大きく、ま
た一番下の板状部材４５33は中央部分に穴が無い。従っ
て、図９及び図１０に示すように、装置本体部分４０
は、全体的に中央が円錐状に窪んだすり鉢状の形状をし
ている。この例では、ＰＴＦＥ製の板状部材４５1〜４
５33を３３枚積み重ねて本体部分４０を構成した。
装置本体部分４０と、装置本体部分４０を固定する上下
の環状外枠２１，２２を備える。装置本体部分４０は、
図１１の分解断面図に示されているように、中央部分に
穴を設けた多数の板状部材４５1，４５2，４５3，…，
４５33を積層して構成されている。上方に位置する板状
部材ほど中央部分に設けられた穴の大きさが大きく、ま
た一番下の板状部材４５33は中央部分に穴が無い。従っ
て、図９及び図１０に示すように、装置本体部分４０
は、全体的に中央が円錐状に窪んだすり鉢状の形状をし
ている。この例では、ＰＴＦＥ製の板状部材４５1〜４
５33を３３枚積み重ねて本体部分４０を構成した。
【００３８】図１２及び図１３により板状部材の構造に
ついて説明する。図１２は板状部材４５10の説明図であ
り、図１２（ａ）は板状部材４５10の断面図、図７
（ｂ）は平面図である。板状部材４５10は、図示した例
では３３枚重ねられたうちの上から１０枚目の板状部材
に相当し、厚さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断面形状が
三角形で高さが１．０ｍｍの環状突起５１を同心円状
に、かつ半径方向に連続して１０本設けてある。入射中
性子ビームのビーム軸に対して傾斜した入射面を与える
断面三角形状の環状突起５１の傾斜面５１ａは、同心円
の外側を向いている。環状突起５１のない中央部分には
円形の穴５２が開けられている。また、板状部材５５10
の周縁部にはピン２３を通すための穴５３ａ〜５３ｄが
設けられている。
ついて説明する。図１２は板状部材４５10の説明図であ
り、図１２（ａ）は板状部材４５10の断面図、図７
（ｂ）は平面図である。板状部材４５10は、図示した例
では３３枚重ねられたうちの上から１０枚目の板状部材
に相当し、厚さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断面形状が
三角形で高さが１．０ｍｍの環状突起５１を同心円状
に、かつ半径方向に連続して１０本設けてある。入射中
性子ビームのビーム軸に対して傾斜した入射面を与える
断面三角形状の環状突起５１の傾斜面５１ａは、同心円
の外側を向いている。環状突起５１のない中央部分には
円形の穴５２が開けられている。また、板状部材５５10
の周縁部にはピン２３を通すための穴５３ａ〜５３ｄが
設けられている。
【００３９】図１３は３３枚重ねられたうちで一番下に
位置する板状部材４５33の説明図であり、図８（ａ）は
板状部材４５33の断面図、図８（ｂ）は平面図である。
板状部材４５33は、厚さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断
面形状が三角形で高さが１．０ｍｍの環状突起５１を同
心円状に、かつ半径方向に連続して３３本設けてある。
入射中性子ビームのビーム軸に対して傾斜した入射面を
与える断面三角形状の環状突起５１の傾斜面５１ａは、
同心円の内側を向いている。この板状部材４５33は、他
の板状部材４５1〜４５32と異なり、中央部分に穴がな
い。なお、板状部材４５10の周縁部にはピン２３を通す
ための穴５３ａ〜５３ｄが設けられている。
位置する板状部材４５33の説明図であり、図８（ａ）は
板状部材４５33の断面図、図８（ｂ）は平面図である。
板状部材４５33は、厚さ１．２ｍｍのＰＴＦＥ薄板に断
面形状が三角形で高さが１．０ｍｍの環状突起５１を同
心円状に、かつ半径方向に連続して３３本設けてある。
入射中性子ビームのビーム軸に対して傾斜した入射面を
与える断面三角形状の環状突起５１の傾斜面５１ａは、
同心円の内側を向いている。この板状部材４５33は、他
の板状部材４５1〜４５32と異なり、中央部分に穴がな
い。なお、板状部材４５10の周縁部にはピン２３を通す
ための穴５３ａ〜５３ｄが設けられている。
【００４０】以上の説明から理解されるように、本実施
の形態においては、装置本体部分４０の下から２番目に
位置する板状部材４５32は、図１３に示した板状部材の
一番中心に位置する環状突起を除去してそこに穴をあけ
たものに相当し、置本体部分４０の下から３番目に位置
する板状部材４５31は、図１３に示した板状部材の中央
の２つの環状突起を除去してそこに穴をあけたものに相
当する。同様に、装置本体部分４０の下からｎ番目に位
置する板状部材４５34-nは、図１３に示した板状部材の
中心に位置する（ｎ−１）個の環状突起を除去してそこ
に穴をあけたものに相当する。全体としてみると、本実
施の形態の中性子ビーム制御装置は、実施の形態２で説
明した中性子ビームを収束する機能を有する中性子ビー
ム制御装置の環状突起の形状を傾斜面が外側に向くよう
に変更したものに相当する。
の形態においては、装置本体部分４０の下から２番目に
位置する板状部材４５32は、図１３に示した板状部材の
一番中心に位置する環状突起を除去してそこに穴をあけ
たものに相当し、置本体部分４０の下から３番目に位置
する板状部材４５31は、図１３に示した板状部材の中央
の２つの環状突起を除去してそこに穴をあけたものに相
当する。同様に、装置本体部分４０の下からｎ番目に位
置する板状部材４５34-nは、図１３に示した板状部材の
中心に位置する（ｎ−１）個の環状突起を除去してそこ
に穴をあけたものに相当する。全体としてみると、本実
施の形態の中性子ビーム制御装置は、実施の形態２で説
明した中性子ビームを収束する機能を有する中性子ビー
ム制御装置の環状突起の形状を傾斜面が外側に向くよう
に変更したものに相当する。
【００４１】この中性子ビーム制御装置の軸に平行に入
射した中性子ビームは、それぞれ板状部材に設けられた
環状突起５１の傾斜面に斜め入射するため、図１あるい
は図３に示したようにして、中性子ビーム制御装置の中
心軸から離れる方向に偏向される。ここで、中性子ビー
ム制御装置の中心軸付近に入射する中性子ビームは比較
的少ない数の環状突起を通過して装置から出射するため
偏向量が少ないが、装置中心軸から遠い位置に入射する
中性子ビームほど多くの環状突起を通過して装置から出
射するため偏向量が大きくなる。例えば、最中心に位置
する環状突起に入射した中性子ビームはその傾斜面５１
ａによって１度の屈折を受けるだけであるが、最外側の
環状突起に入射した中性子ビームは全ての板状部材４５
1〜４５32の最外側の環状突起の傾斜面５１ａに斜め入
射することで合計３３回の屈折を受ける。こうして、本
実施の形態の中性子ビーム制御装置は、光学系における
凹レンズに類似した機能を果たし、中性子ビームを発散
させることができる。
射した中性子ビームは、それぞれ板状部材に設けられた
環状突起５１の傾斜面に斜め入射するため、図１あるい
は図３に示したようにして、中性子ビーム制御装置の中
心軸から離れる方向に偏向される。ここで、中性子ビー
ム制御装置の中心軸付近に入射する中性子ビームは比較
的少ない数の環状突起を通過して装置から出射するため
偏向量が少ないが、装置中心軸から遠い位置に入射する
中性子ビームほど多くの環状突起を通過して装置から出
射するため偏向量が大きくなる。例えば、最中心に位置
する環状突起に入射した中性子ビームはその傾斜面５１
ａによって１度の屈折を受けるだけであるが、最外側の
環状突起に入射した中性子ビームは全ての板状部材４５
1〜４５32の最外側の環状突起の傾斜面５１ａに斜め入
射することで合計３３回の屈折を受ける。こうして、本
実施の形態の中性子ビーム制御装置は、光学系における
凹レンズに類似した機能を果たし、中性子ビームを発散
させることができる。
【００４２】例えば、環状突起５１の傾斜面５１ａが板
状部材４５の面に対してなす角度αが４５゜であると
き、本実施の形態の中性子ビーム制御装置に波長１４Å
の平行中性子ビームを入射させた場合、最外周を通過し
た中性子は約４．５ｍｒａｄ中心軸から離れる方向に発
散される。なお、環状突起５１の傾斜面５１ａが板状部
材４５の面に対してなす角度αは４５゜である必要はな
く、材料の加工精度や中性子ビーム制御装置に必要な性
能等を考慮して適宜の値に設計することが可能である。
また、板状部材の枚数も３３枚である必要はないし、環
状突起の数が同じ板状部材を複数枚、例えば２枚ずつ重
ねた構造とすることもできる。板状部材の環状突起は下
面に形成しても、両面に形成してもよい。更に、ここで
説明した例では同心円状に形成する複数の環状突起の傾
斜面の傾斜角度を全て同じにしたが、光学系に使用され
るフレネルレンズのように、外側に位置する環状突起ほ
ど傾斜面の傾斜角度を大きくするようにしてもよい。
状部材４５の面に対してなす角度αが４５゜であると
き、本実施の形態の中性子ビーム制御装置に波長１４Å
の平行中性子ビームを入射させた場合、最外周を通過し
た中性子は約４．５ｍｒａｄ中心軸から離れる方向に発
散される。なお、環状突起５１の傾斜面５１ａが板状部
材４５の面に対してなす角度αは４５゜である必要はな
く、材料の加工精度や中性子ビーム制御装置に必要な性
能等を考慮して適宜の値に設計することが可能である。
また、板状部材の枚数も３３枚である必要はないし、環
状突起の数が同じ板状部材を複数枚、例えば２枚ずつ重
ねた構造とすることもできる。板状部材の環状突起は下
面に形成しても、両面に形成してもよい。更に、ここで
説明した例では同心円状に形成する複数の環状突起の傾
斜面の傾斜角度を全て同じにしたが、光学系に使用され
るフレネルレンズのように、外側に位置する環状突起ほ
ど傾斜面の傾斜角度を大きくするようにしてもよい。
【００４３】以上の実施の形態１〜３では、主に中性子
ビームを一方向に曲げる作用する中性子ビーム制御装置
（光学系におけるプリズムに相当）、中性子ビームを収
束する機能を有する中性子ビーム制御装置（光学系にお
ける凸レンズに相当）、中性子ビームを発散する機能を
有する中性子ビーム制御装置（光学系における凹レンズ
に相当）について説明してきたが、本発明を利用すると
中性子ビームに対する任意の屈折素子を作製することが
可能である。
ビームを一方向に曲げる作用する中性子ビーム制御装置
（光学系におけるプリズムに相当）、中性子ビームを収
束する機能を有する中性子ビーム制御装置（光学系にお
ける凸レンズに相当）、中性子ビームを発散する機能を
有する中性子ビーム制御装置（光学系における凹レンズ
に相当）について説明してきたが、本発明を利用すると
中性子ビームに対する任意の屈折素子を作製することが
可能である。
【００４４】〔実施の形態４〕図１４は、本発明による
中性子エネルギー測定装置の概略構成図である。この装
置は、入射中性子６０をビーム化するための中性子スリ
ット６１，６２、中性子ビームをエネルギー分散するた
めの中性子ビーム制御装置６３、及び位置検出型中性子
検出器６４からなる。中性子ビーム制御装置６３として
は、実施の形態１において説明した中性子ビームを一方
向に曲げる作用する中性子ビーム制御装置を用いること
ができる。このとき、中性子の波長λと屈折角δの間に
は次式で表される関係がある。 δ／λ2＝一定
中性子エネルギー測定装置の概略構成図である。この装
置は、入射中性子６０をビーム化するための中性子スリ
ット６１，６２、中性子ビームをエネルギー分散するた
めの中性子ビーム制御装置６３、及び位置検出型中性子
検出器６４からなる。中性子ビーム制御装置６３として
は、実施の形態１において説明した中性子ビームを一方
向に曲げる作用する中性子ビーム制御装置を用いること
ができる。このとき、中性子の波長λと屈折角δの間に
は次式で表される関係がある。 δ／λ2＝一定
【００４５】そのため、高速の中性子（エネルギーが高
く、波長の短い中性子）６５は中性子ビーム制御装置６
３による偏向量が少なく、遅い中性子（エネルギーが低
く、波長の長い中性子）６６ほど大きく偏向される。従
って、中性子ビーム制御装置６３を通過した中性子の位
置検出型中性子検出器６４への入射位置を検出すること
により、中性子のエネルギー（波長、速度）あるいはエ
ネルギー分布を知ることができる。
く、波長の短い中性子）６５は中性子ビーム制御装置６
３による偏向量が少なく、遅い中性子（エネルギーが低
く、波長の長い中性子）６６ほど大きく偏向される。従
って、中性子ビーム制御装置６３を通過した中性子の位
置検出型中性子検出器６４への入射位置を検出すること
により、中性子のエネルギー（波長、速度）あるいはエ
ネルギー分布を知ることができる。
【００４６】〔実施の形態５〕図１５は、中性子ビーム
収束制御装置、中性子ビーム発散制御装置及び中性子ビ
ーム経路湾曲制御装置を組み合わせて用いる例を示す概
念図である。中性子ビーム収束制御装置としては図４か
ら図８を用いて実施の形態２で説明した装置を用いるこ
とができ、中性子ビーム発散制御装置としては図９から
図１３を用いて実施の形態３で説明した装置を用いるこ
とができる。また、中性子ビーム経路湾曲制御装置とし
ては図２及び図３を用いて説明した実施の形態１の装置
を用いることができる。中性子源８０は、原子炉、加速
器を用いたスパレーション中性子源、放射性同位体を用
いた中性子源から放出される高速中性子を減速材で減速
したものなどを用いることができ、矢印で示すように減
速材表面から中性子が四方八方に放出される。
収束制御装置、中性子ビーム発散制御装置及び中性子ビ
ーム経路湾曲制御装置を組み合わせて用いる例を示す概
念図である。中性子ビーム収束制御装置としては図４か
ら図８を用いて実施の形態２で説明した装置を用いるこ
とができ、中性子ビーム発散制御装置としては図９から
図１３を用いて実施の形態３で説明した装置を用いるこ
とができる。また、中性子ビーム経路湾曲制御装置とし
ては図２及び図３を用いて説明した実施の形態１の装置
を用いることができる。中性子源８０は、原子炉、加速
器を用いたスパレーション中性子源、放射性同位体を用
いた中性子源から放出される高速中性子を減速材で減速
したものなどを用いることができ、矢印で示すように減
速材表面から中性子が四方八方に放出される。
【００４７】中性子源８０から種々の方向へ取り出され
た中性子のあるものは、中性子ビーム収束制御装置８１
ａ及び中性子ビーム発散制御装置８１ｂを介して高強度
の細いビームに収束され、中性子ビーム経路湾曲制御装
置８１ｃによって経路を曲げられ、更に中性子ビーム収
束制御装置８１ｄ及び中性子ビーム発散制御装置８１ｅ
によって高強度の細いビームに収束された上で、中性子
散乱実験装置等の中性子ビーム利用装置９１に導かれ
る。また、他の中性子は、中性子ビーム収束制御装置８
２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ及び中性子ビーム発散制
御装置８２ｂ，８３ｂ，８４ｂ，８５ｂによって高強度
の細いビームに収束され、中性子ビーム経路湾曲制御装
置８２ｃ，８３ｃ，８４ｃ，８５ｃによって１本のビー
ムにまとめられ、さらに中性子ビーム収束制御装置８６
及び中性子ビーム発散制御装置８７を通すことによって
細いビームに収束されて中性子ビーム利用装置９２に導
かれる。このような配置によると、高強度でビーム発散
が制御された中性子ビームを得ることが可能となり、中
性子ビームの利用効率を向上させ、これまでは強度の問
題でできなかった程に微小な試料の研究が可能となり、
同時にやはり同じく強度の問題上困難であったその場測
定が可能になる。
た中性子のあるものは、中性子ビーム収束制御装置８１
ａ及び中性子ビーム発散制御装置８１ｂを介して高強度
の細いビームに収束され、中性子ビーム経路湾曲制御装
置８１ｃによって経路を曲げられ、更に中性子ビーム収
束制御装置８１ｄ及び中性子ビーム発散制御装置８１ｅ
によって高強度の細いビームに収束された上で、中性子
散乱実験装置等の中性子ビーム利用装置９１に導かれ
る。また、他の中性子は、中性子ビーム収束制御装置８
２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ及び中性子ビーム発散制
御装置８２ｂ，８３ｂ，８４ｂ，８５ｂによって高強度
の細いビームに収束され、中性子ビーム経路湾曲制御装
置８２ｃ，８３ｃ，８４ｃ，８５ｃによって１本のビー
ムにまとめられ、さらに中性子ビーム収束制御装置８６
及び中性子ビーム発散制御装置８７を通すことによって
細いビームに収束されて中性子ビーム利用装置９２に導
かれる。このような配置によると、高強度でビーム発散
が制御された中性子ビームを得ることが可能となり、中
性子ビームの利用効率を向上させ、これまでは強度の問
題でできなかった程に微小な試料の研究が可能となり、
同時にやはり同じく強度の問題上困難であったその場測
定が可能になる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によると、中性子ビームのビーム
分布形状、速度方向等を自由に制御することができる。
また、本発明によると、中性子のエネルギーを簡便に且
つ直接的に測定することができる。
分布形状、速度方向等を自由に制御することができる。
また、本発明によると、中性子のエネルギーを簡便に且
つ直接的に測定することができる。
【図１】物質による中性子の屈折の原理を説明する図。
【図２】本発明による中性子ビーム制御装置の一例の構
造を説明する模式図。
造を説明する模式図。
【図３】図２に示した中性子ビーム制御装置の作用を説
明する模式図。
明する模式図。
【図４】本発明による中性子ビーム制御装置の他の例の
全体模式図。
全体模式図。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】装置本体部分の分解断面図。
【図７】装置本体部分を構成する板状部材の一例の説明
図。
図。
【図８】装置本体部分を構成する板状部材の他の例の説
明図。
明図。
【図９】中性子ビーム制御装置の他の例の全体模式図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ断面図。
【図１１】装置本体部分の分解断面図。
【図１２】装置本体部分を構成する板状部材の一例の説
明図。
明図。
【図１３】装置本体部分を構成する板状部材の他の例の
説明図。
説明図。
【図１４】本発明による中性子エネルギー測定装置の概
略構成図。
略構成図。
【図１５】中性子ビーム収束制御装置、中性子ビーム発
散制御装置及び中性子ビーム経路湾曲制御装置を組み合
わせて用いる例を示す概念図。
散制御装置及び中性子ビーム経路湾曲制御装置を組み合
わせて用いる例を示す概念図。
【図１６】中性子散乱によって材料の構造解析を行う従
来の分析装置の概念図を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）
は試料近傍の拡大図。
来の分析装置の概念図を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）
は試料近傍の拡大図。
【図１７】キャピラリー管を用いて中性子密度を高める
方法を説明する図。
方法を説明する図。
１０…中性子ビーム制御装置、１１…板状部材、１２…
直線状突起、１３…板状部材、１４…垂直面、１５…傾
斜面、１６…中性子ビーム、２０…装置本体部分、２
１，２２…環状外枠、２３…ピン、２４…ネジ、２５1
〜２５33…板状部材、３１…環状突起、３１ａ…傾斜
面、３２…穴、３３ａ〜３３ｄ…穴、４０…装置本体部
分、４５1〜４５33…板状部材、５１…環状突起、５１
ａ…傾斜面、５２…穴、５３ａ〜５３ｄ…穴、６０…入
射中性子、６１，６２…中性子スリット、６３…中性子
ビーム制御装置、６４…位置検出型中性子検出器、６５
…高速の中性子、６６…遅い中性子、８０…中性子源、
８１ａ，８１ｄ，８２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ，８
６…中性子ビーム収束制御装置、８１ｂ，８１ｅ，８２
ｂ，８３ｂ，８４ｂ，８５ｂ，８７…中性子ビーム発散
制御装置、８１ｃ．８２ｃ，８３ｃ，８４ｃ，８５ｃ…
中性子ビーム経路湾曲装置、９１，９２…中性子ビーム
利用装置、１００…中性子源、１０１…中性子導管、１
０２…試料、１０３…検出器、１０４…中性子ビーム、
１１０…キャピラリー管、１１１…中性子ビーム
直線状突起、１３…板状部材、１４…垂直面、１５…傾
斜面、１６…中性子ビーム、２０…装置本体部分、２
１，２２…環状外枠、２３…ピン、２４…ネジ、２５1
〜２５33…板状部材、３１…環状突起、３１ａ…傾斜
面、３２…穴、３３ａ〜３３ｄ…穴、４０…装置本体部
分、４５1〜４５33…板状部材、５１…環状突起、５１
ａ…傾斜面、５２…穴、５３ａ〜５３ｄ…穴、６０…入
射中性子、６１，６２…中性子スリット、６３…中性子
ビーム制御装置、６４…位置検出型中性子検出器、６５
…高速の中性子、６６…遅い中性子、８０…中性子源、
８１ａ，８１ｄ，８２ａ，８３ａ，８４ａ，８５ａ，８
６…中性子ビーム収束制御装置、８１ｂ，８１ｅ，８２
ｂ，８３ｂ，８４ｂ，８５ｂ，８７…中性子ビーム発散
制御装置、８１ｃ．８２ｃ，８３ｃ，８４ｃ，８５ｃ…
中性子ビーム経路湾曲装置、９１，９２…中性子ビーム
利用装置、１００…中性子源、１０１…中性子導管、１
０２…試料、１０３…検出器、１０４…中性子ビーム、
１１０…キャピラリー管、１１１…中性子ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−332895（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−213599（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−307221（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−501338（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21K 1/06 G01T 1/36 G01T 3/00 G21K 1/00
Claims (10)
- 【請求項１】 中性子ビームに対して傾斜した入射面あ
るいは出射面を与える微小突起が面内に１又は複数設け
られた板状部材を複数枚積層したことを特徴とする中性
子ビーム制御装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の中性子ビーム制御装置に
おいて、前記微小突起は前記板状部材の面に対して略垂
直な面と傾斜した面とを備え面内方向に延びる細長い突
起であることを特徴とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の中性子ビーム制御装置に
おいて、前記微小突起は前記板状部材の面に対して略垂
直な面と傾斜した面とを備える細長い直線状突起であ
り、各微小突起の傾斜面が同一方向を向いていることを
特徴とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項４】 装置中心軸に対して同心円状に配置され
た１又は複数の環状突起を有する板状部材を複数枚積層
した構造を有し、前記環状突起は前記板状部材の面に対
して略垂直な面と前記同心円の内側を向いて傾斜した面
とを備え、装置中心軸に平行な方向に見たとき、装置中
心軸から離れるほど複数の板状部材による前記環状突起
の重なり数が多くなるように構成されていることを特徴
とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項５】 装置中心軸に対して同心円状に配置され
た１又は複数の環状突起を有する板状部材を複数枚積層
した構造を有し、前記環状突起は前記板状部材の面に対
して略垂直な面と前記同心円の外側を向いて傾斜した面
とを備え、装置中心軸に平行な方向に見たとき、装置中
心軸から離れるほど複数の板状部材による前記環状突起
の重なり数が多くなるように構成されていることを特徴
とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項６】 請求項４又は５記載の中性子ビーム制御
装置において、少なくとも一部の板状部材は中心に開口
部を有することを特徴とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項７】 請求項４記載の中性子ビーム制御装置と
請求項５記載の中性子ビーム制御装置とを組み合わせた
ことを特徴とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項記載の中性
子ビーム制御装置において、前記板状部材はＯ，Ｃ，Ｂ
ｅ，Ｆ及び／又は重水素を主要構成元素とする材料で造
られていることを特徴とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項９】 請求項１〜７のいずれか１項記載の中性
子ビーム制御装置において、前記板状部材はポリテトラ
フルオロエチレン、カーボン、重水素化ポリエチレン、
重水、又はドライアイスによって造られていることを特
徴とする中性子ビーム制御装置。 - 【請求項１０】 入射中性子をビーム化する手段と、前
記手段によってビーム化された中性子が入射する請求項
３記載の中性子ビーム制御装置と、前記中性子ビーム制
御装置から出射した中性子を検出する位置検出型中性子
検出器とを備えることを特徴とする中性子エネルギー測
定装置。
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