JP4272478B2 - 低温中性子イメージ検出器 - Google Patents
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Description
中性子イメージ検出器に関するものである。
本発明は、低温でも使用可能な中性子検出器に関するものであると共に、高い中性子検出位置分解能及び中性子検出感度の一様性が優れた中性子イメージ検出器に関するものである。このため、本検出器は、高い位置分解能が必要とされる中性子散乱実験、あるいは中性子ラジオグラフィーに使用される。また、試料を低温に冷却し、散乱された中性子を近距離で測定する必要がある中性子散乱実験にも使用できる。
V.Radeka et al., BNLreport #65032, E. Gattiet al, Nucl. Instrum. & Meth. 163, 83 (1979) A.Oed et al, Nucl. Instrum. & Meth. A263, 351(1988) 放射線、No.26,3(2000)
低温に冷却可能な耐圧力性チャンバー内部にヘリウム3ガスを封入し、ヘリウム3が中性子を捕獲した際放出されるプロトン(p)あるいはトリトン(T)を耐圧力性チャンバー内部に配置した低温粒子線検出素子で検出して中性子を検出するヘリウム3ガス検出器を構成し、その動作温度Tが3.19K以上100K以下、かつ、封入ヘリウム3ガス圧力をP>T/ 2.77の条件を満足するガス圧で動作させる。
R=54 / [P・300/T] (mm)
各動作温度において、位置分解能500ミクロン以下を実現するには、以下の条件を満足するガス圧、Pとする。
P>0.36T
図5には各温度において計算した飛程の圧力依存性を示す。
実施例1として、図6(側面図)、図7(平面図)を参照して述べる。本発明の中性子検出器は、低温で粒子検出が可能な粒子線検出素子と、耐圧力性チャンバーと、ヘリウム3ガスとから検出器を構成され、その動作温度を3.19K以上100K以下、かつ、封入ヘリウム3ガス圧力を動作温度(単位:K)を0.36倍した値以上の圧力とした条件で動作させることを特徴としている。
(実施例2)
実施例2は、低温で粒子検出が可能な粒子線検出素子と、耐圧力性のチャンバーと、液体ヘリウムとから検出器を構成され、その動作温度Tが3.19K以下で動作させることを特徴とする中性子検出器に関するものである。
(実施例3)
実施例3は、低温粒子線検出素子として2個以上の素子から構成されたアレイ検出素子を用い、中性子の入射位置を検出することを特長とした低温中性子イメージ検出器に関するものである。
L<500ミクロン
の条件からLは決定される。
今、有効面積率x(x<1)を
x=L2/(L+2d)2
と定義すると、xを用いてdは以下の式で与えられる。
ここでa=x0.5である。
図13には素子一辺の大きさLに対して、有効面積率を設定した場合に必要な素子間距離dの計算結果を示す。これらの式、図より、配置するアレイ検出素子の大きさ、配置間隔を決定することができる。
(実施例4)
実施例4は、低温で使用可能な粒子線検出素子としてInSb半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を5.8ミクロン以下とすることを特徴とする低温中性子検出器に関するものである。
(実施例5)
実施例5は、低温で使用可能な粒子線検出素子としてSi半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を7.3ミクロン以下とすることを特徴とする低温中性子検出器に関するものである。
図15は、Si素子中におけるプロトン飛程のプロトンエネルギー依存性を示している。これより、中性子捕獲反応により生じたプロトン(574keV)が全エネルギー付与する飛程から、Si素子は空乏層として7.3ミクロン以下にすることによりガンマ線バックグラウンドを低減することができることがわかる。
(実施例6)
実施例6は、低温粒子検出素子として超伝導トンネル接合素子を使用することを特徴とした低温中性子検出器に関するものである。
(実施例7)
実施例7は、低温粒子線検出素子として2個以上の素子から構成された超伝導トンネル接合素子によるアレイ検出素子を用い、中性子の入射位置を検出することを特長とした低温中性子イメージ検出器に関するものである。
L<500ミクロン
の条件からLは決定される。
今、有効面積率x(x<1)を
x=L2/(L+2d)2
と定義すると、xを用いてdは以下の式で与えられる。
ここでa=x0.5である。
図21に、素子一辺の大きさLに対して、有効面積率を設定した場合に必要な素子間距離dの計算結果を示す。これらの式、図より、配置するアレイ検出素子の大きさ、配置間隔を決定することができる。
(実施例8)
実施例8は、耐圧力性チャンバーに、常温に設置したヘリウム3ガスリザーバーを接続し、耐圧力性チャンバー内部のガス圧を設定した値に自動的に調整可能とすることを特徴とした低温中性子検出器あるいは低温中性子イメージ検出器に関するものである。
Vres=(300/T1)(P1/Pres)V1
ここでPresはリザーバータンクの耐圧により決定される。リザーバータンクの耐圧を10気圧とした場合の、検出器容量V1で規格化されたリザーバータンク容量Vresを、検出器動作させるヘリウム3の設定圧力P1に対して計算したものを図22に示す。このように上式を用いることにより必要な中性子イメージ検出器の動作条件を決定できれば、同図及び同式を用いてリザーバータンクの容量を決定することができる。
検出器容量V1で規格化されたリザーバータンク容量Vresをリザーバタンクの耐圧の関数として上式により計算した結果を図23に示す。
(発明の効果)
低温環境を利用してヘリウム3ガスの高密度状態を実現することにより、500ミクロン以下の高い中性子検出位置分解能が得られる。
液体ヘリウム3を使用した場合には、ガス状態の場合に必要であったガス圧の調整が不要となり、動作温度を決定するという操作のみで検出器の中性子感度が一意に決定され、極めて位置一様性の高い中性子イメージ検出器が実現される。
Claims (2)
- 低温に冷却可能な耐圧力性チャンバー内部にヘリウム3ガスを封入し、ヘリウム3が中性子を捕獲した際に放出されるプロトンあるいはトリトンを前記耐圧力性チャンバー内部に配置した低温粒子線検出素子で検出して中性子を検出するヘリウム3ガス検出器を構成し、その動作温度Tを3.19K以上100K以下、封入ヘリウム3ガス圧力PをP>T/2.77atmの条件を満足するガス圧で動作させ、前記低温粒子線検出素子としてInSb半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を5.8ミクロン以下とすることを特徴とする、位置分解能500ミクロン以下の低温中性子イメージ検出器。
- 低温に冷却可能な耐圧力性チャンバー内部にヘリウム3ガスを封入し、ヘリウム3が中性子を捕獲した際に放出されるプロトンあるいはトリトンを前記耐圧力性チャンバー内部に配置した低温粒子線検出素子で検出して中性子を検出するヘリウム3ガス検出器を構成し、その動作温度Tを3.19K以上100K以下、封入ヘリウム3ガス圧力PをP>T/2.77atmの条件を満足するガス圧で動作させ、前記低温粒子線検出素子としてSi半導体検出素子を使用し、かつその空乏層幅を7.3ミクロン以下とすることを特徴とする、位置分解能500ミクロン以下の低温中性子イメージ検出器。
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