JP5481152B2 - Neutron microscope and neutron transmission enlarged image forming method - Google Patents
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Description
本発明は、中性子線を用い、被検体及び照射構造物等の高精細で鮮明な透過画像を提供する中性子顕微鏡及び中性子透過拡大画像形成方法に関する。 The present invention relates to a neutron microscope and a neutron transmission enlarged image forming method for providing a high-definition and clear transmission image of a subject, an irradiation structure, and the like using a neutron beam.
X線やγ線、中性子など放射線が物質を透過する際には、その構成物質の種類や形状によって吸収や散乱が異なってくる。この透過してきた放射線を映像として写真やビデオ、デジタルファイル等として記録すれば、物質の破損状態、変化、充填状況等を把握できる。これは一般にX線ではレントゲン写真として人体の内部の状態を診察する方法として用いられている。測定したい物体あるいは試料を破壊せずに内部の状態を測定するこの方法はラジオグラフィまたは非破壊放射線撮影法と呼ばれている。 When radiation such as X-rays, γ-rays, and neutrons passes through a substance, absorption and scattering differ depending on the type and shape of the constituent substance. If the transmitted radiation is recorded as an image as a photograph, video, digital file, etc., the damage state, change, filling state, etc. of the substance can be grasped. In general, X-rays are used as a method of diagnosing the internal state of a human body as a radiograph. This method of measuring the internal state without destroying the object or sample to be measured is called radiography or non-destructive radiography.
測定対象物の細かい状況を撮影する方法として顕微鏡がある。一般的に顕微鏡というと光学的もしくは電子的な技術を用いることによって、微小な物体を視覚的に拡大し、肉眼で見える大きさにする装置となっている。 There is a microscope as a method for photographing a detailed state of a measurement object. In general, a microscope is a device that visually enlarges a minute object and makes it visible to the naked eye by using an optical or electronic technique.
X線を用いた顕微鏡は、X線が可視光に比べて波長が短いため、空間分解能が高い特徴を持っている。このX線を用いた顕微鏡については、対象物にX線を照射しその反射を検出するものや、透過型のものが知られている。特に透過型では、サンプル近くでX線の焦点を持たせ、拡大してX線検出器で検出する方法がある(例えば、特許文献1参照。)。 A microscope using X-rays has a feature of high spatial resolution because X-rays have a shorter wavelength than visible light. As for a microscope using X-rays, a microscope that irradiates an object with X-rays and detects reflection thereof, and a transmission type are known. In particular, in the transmission type, there is a method in which an X-ray focal point is provided near a sample and is enlarged and detected by an X-ray detector (for example, see Patent Document 1).
また、ナノフォーカスX線源を用い、拡大してカラーイメージインテンシファイアにて400ナノメートルのスリットを撮影した結果について本発明者等が発表した論文もある(例えば、非特許文献1参照。)。この技術においても、X線の焦点サイズをナノメートルオーダーまで小さくし測定対象を線源に近くセットし、撮像系を遠く離すことで拡大撮影して分解能を上げている。 In addition, there is a paper published by the present inventors on the result of enlarging and photographing a 400 nanometer slit with a color image intensifier using a nanofocus X-ray source (see, for example, Non-Patent Document 1). . Also in this technique, the focus size of X-rays is reduced to the nanometer order, the measurement object is set close to the radiation source, and the imaging system is moved far away to increase the resolution.
放射線の種類の中でX線のかわりに中性子を用いて物質内部を非破壊で検査する方法が知られている。この方法は、中性子ラジオグラフィ、又は最近では中性子イメージングとも呼ばれている。中性子を用いるとX線やγ線を用いた場合に観察できない金属内の水や水素、リチウムといった金属と比べて軽い物質の挙動を観察することができる。 Among the types of radiation, a method for nondestructively inspecting the inside of a substance using neutrons instead of X-rays is known. This method is also called neutron radiography or more recently neutron imaging. When neutrons are used, it is possible to observe the behavior of lighter materials than metals such as water, hydrogen, and lithium in metals that cannot be observed when X-rays or γ-rays are used.
図4は、ブリキ缶の中に入れた噴水玩具(図4(a)参照。)の様子を、X線で透過画像を撮影した場合(図4(b)参照。)と、中性子線で透過画像を撮影した場合(図4(c)参照。)との違いを示す写真である。図4(b)に示すように、X線を用いた場合、缶の内部でモーターや電池は見えているものの噴水の出ている様子は見えていない。一方、図4(c)に示すように、中性子を用いた場合、噴水の出ている様子や水が缶壁に当たって滴り落ちる様子が良くわかる。このように、中性子ラジオグラフィは、エンジンの潤滑油の動き、燃料電池で水素と酸素が反応して生成される水の挙動、航空機のエンジンブレード内の冷却路内の観察など、様々な分野で利用が期待されている。 FIG. 4 shows a state of a fountain toy (see FIG. 4A) placed in a tin can when a transmission image is taken with X-rays (see FIG. 4B) and transmitted with neutron rays. It is a photograph which shows the difference with the case where a picture is photoed (refer to Drawing 4 (c)). As shown in FIG. 4B, when X-rays are used, the fountain is not visible, although the motor and battery are visible inside the can. On the other hand, as shown in FIG. 4 (c), when neutrons are used, it can be seen well that the fountain is coming out and the water hits the can wall and drops. In this way, neutron radiography is used in various fields such as the movement of engine lubricating oil, the behavior of water produced by the reaction of hydrogen and oxygen in fuel cells, and the observation of cooling passages in aircraft engine blades. Use is expected.
これからは低炭素社会、水素社会といわれており、燃料電池の開発に力が注がれている。その中で、反応生成物質の水を効率よく電池の反応膜から除外することが求められ、その観察要求分解能は数ミクロンといわれている。現在、高分解で撮影できる反射型の中性子回折装置はあるものの、2次元イメージとして内部(表面ではなく構造材内部)の様子を観察できる透過型の中性子顕微鏡はない。 From now on, it is said to be a low-carbon society and a hydrogen society, and efforts are being made to develop fuel cells. Among them, it is required to efficiently remove the reaction product water from the battery reaction membrane, and the resolution required for observation is said to be several microns. At present, there is a reflection-type neutron diffraction device capable of photographing with high resolution, but there is no transmission-type neutron microscope capable of observing the inside (not the surface but inside the structural material) as a two-dimensional image.
中性子の波長は、熱中性子で約0.2ナノメートルであり、X線同様に測定対象物を拡大撮影して撮影することが理論的には可能である。しかしながら、上述したように、従来中性子を用い、非破壊で物質や構造内部の状況を透過画像により拡大し観察できる中性子顕微鏡は無かった。 The wavelength of neutrons is about 0.2 nanometers for thermal neutrons, and it is theoretically possible to magnify and photograph the measurement object as with X-rays. However, as described above, there has been no neutron microscope that uses conventional neutrons and can observe a substance and the state of the structure in a non-destructive manner through a transmission image.
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、中性子を用い、非破壊で物質や構造内部の状況を透過画像により拡大し観察できる中性子顕微鏡及び中性子透過拡大画像形成方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and is intended to provide a neutron microscope and a neutron transmission enlarged image forming method capable of observing a neutron using a transmission image and magnifying and observing a substance and a structure inside the structure. It is what.
本発明の中性子顕微鏡の一態様は、中性子を照射して被写体を透過した中性子から前記被写体の拡大した中性子透過画像を得る中性子顕微鏡であって、中性子と反応して放出される荷電粒子を光に変換し変換した光を電子に変換する中性子入力面と、変換した電子を加速して増幅し画像を拡大する方向に拡散させる電子レンズと、加速された電子によって発光する出力面とを有する中性子イメージインテンシファイアを具備し、拡大した第1画像を得る第1画像生成機構と、前記第1画像生成機構によって形成された前記第1画像の光を電子に変換し、変換した電子を加速して増幅し、加速された電子の強度に応じて複数の異なる色で発光する蛍光体でカラー画像として出力する第2画像生成機構と、前記第2画像生成機構によって得られた前記第2画像を撮像する撮像カメラと、を具備したことを特徴とする。 One aspect of the neutron microscope of the present invention is a neutron microscope that obtains an enlarged neutron transmission image of a subject from neutrons irradiated with neutrons and transmitted through the subject. A neutron image having a neutron input surface for converting converted light into electrons, an electron lens for accelerating and amplifying the converted electrons to diffuse the image, and an output surface for emitting light by the accelerated electrons A first image generation mechanism that includes an intensifier and obtains an enlarged first image; and the light of the first image formed by the first image generation mechanism is converted into electrons, and the converted electrons are accelerated. A second image generation mechanism that outputs as a color image with a plurality of phosphors that emit light in different colors according to the intensity of the accelerated and accelerated electrons, and obtained by the second image generation mechanism An imaging camera for capturing a serial second image, characterized by comprising a.
本発明の中性子透過拡大画像形成方法の一態様は、中性子を照射して被写体を透過した中性子から前記被写体の拡大した中性子透過拡大画像を得る中性子透過拡大画像形成方法であって、中性子と反応して放出される荷電粒子を光に変換し変換した光を電子に変換する中性子入力面と、変換した電子を加速して増幅し画像を拡大する方向に拡散させる電子レンズと、加速された電子によって発光する出力面とを有する中性子イメージインテンシファイアを用いて、拡大した第1画像を得る第1画像生成ステップと、前記第1画像生成ステップによって形成された前記第1画像の光を電子に変換し、変換した電子を加速して増幅し、加速された電子の強度に応じて複数の異なる色で発光する蛍光体でカラー画像として出力する第2画像生成ステップと、前記第2画像生成ステップによって得られた前記第2画像を撮像カメラで撮像する撮像ステップと、を具備したことを特徴とする。 One aspect of the neutron transmission enlarged image forming method of the present invention is a neutron transmission enlarged image forming method for obtaining an enlarged neutron transmission enlarged image of a subject from neutrons irradiated with neutrons and transmitted through the subject. Neutron input surface that converts charged particles emitted into light and converts the converted light into electrons, an electron lens that accelerates and amplifies the converted electrons and diffuses the image in an enlarged direction, and accelerated electrons A first image generation step for obtaining an enlarged first image using a neutron image intensifier having an output surface that emits light, and converting the light of the first image formed by the first image generation step into electrons Then, the converted electrons are accelerated and amplified, and a second image generation step for outputting as a color image with a plurality of phosphors that emit light in different colors according to the intensity of the accelerated electrons. And flop, characterized by comprising a an imaging step for imaging at the second imaging pickup camera the second image obtained by the step.
本発明によれば、中性子を用い、非破壊で物質や構造内部の状況を透過画像により拡大し観察できる中性子顕微鏡及び中性子透過拡大画像形成方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a neutron microscope and a neutron transmission magnified image forming method capable of using a neutron and magnifying and observing a substance and a state inside a structure with a transmission image without destruction.
以下、本発明の中性子顕微鏡及び中性子透過拡大画像形成方法の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the neutron microscope and neutron transmission enlarged image forming method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る中性子顕微鏡100の全体概略構成を模式的に示すものである。中性子顕微鏡100の初段には、撮影サンプル2中を透過してきた中性子1と反応し、電子的に拡大して可視画像にする拡大中性子イメージインテンシファイア3が設けられている。 FIG. 1 schematically shows an overall schematic configuration of a neutron microscope 100 according to an embodiment of the present invention. At the first stage of the neutron microscope 100, there is provided an enlarged neutron image intensifier 3 that reacts with the neutron 1 transmitted through the imaging sample 2 and electronically enlarges it into a visible image.
拡大中性子イメージインテンシファイア3の後段には、拡大光学系6が設けられており、拡大中性子イメージインテンシファイア3による可視画像の一部を光学的に拡大するようになっている。また、拡大光学系6の後段には、光増幅する2段目の光カラーイメージインテンシファイア7が設けられており、1段目の微弱な可視画像を増幅してカラー画像として出力する。そして、この2段目の光カラーイメージインテンシファイア7による出力カラー画像を光学系10を用いて撮像カメラ11で取り込み表示、記録するようになっている。なお、拡大光学系6は、拡大率を変更するズーム機能を具備している。 A magnifying optical system 6 is provided at the subsequent stage of the magnifying neutron image intensifier 3, and a part of the visible image by the magnifying neutron image intensifier 3 is optically magnified. Further, a second-stage optical color image intensifier 7 for optical amplification is provided at the subsequent stage of the magnifying optical system 6, and the weak visible image at the first stage is amplified and output as a color image. An output color image from the second-stage optical color image intensifier 7 is captured by an imaging camera 11 using an optical system 10 and displayed and recorded. The magnifying optical system 6 has a zoom function for changing the magnification factor.
第1段目の拡大中性子イメージインテンシファイア3は、撮影サンプル2中を透過してきた中性子1が入射するための中性子入力面4を具備している。この中性子入力面4は、図2に示すように、アルミ基板40に、反応膜41、蛍光体層42、光電変換膜43を積層して構成されている。 The first-stage enlarged neutron image intensifier 3 includes a neutron input surface 4 on which the neutron 1 transmitted through the imaging sample 2 is incident. As shown in FIG. 2, the neutron input surface 4 is configured by laminating a reaction film 41, a phosphor layer 42, and a photoelectric conversion film 43 on an aluminum substrate 40.
中性子入力面4に入射した中性子は、反応膜41中の反応体(ホウ素やリチウム、ガドリニウムなど特定の中性子反応物質)と反応し、その反応から生成されるアルファ線、ベータ線、内部転換電子、又はガンマ線、で蛍光体層42の蛍光体(ヨウ化セシウム、ヨウ化ナトリウム、プラセオジムまたはテルビウムあるいはユウロピウムを賦活剤とした酸硫化ガドリニウムや酸硫化イットリウム等からなる。)を発光させるよう構成されている。 Neutrons incident on the neutron input surface 4 react with reactants (specific neutron reactants such as boron, lithium, and gadolinium) in the reaction film 41, and alpha rays, beta rays, internal conversion electrons, Alternatively, the phosphor of the phosphor layer 42 (made of gadolinium oxysulfide or yttrium oxysulfide using cesium iodide, sodium iodide, praseodymium, terbium, or europium as an activator) is emitted with gamma rays. .
そして、発光させた光を光電変換膜43にて電子に変換し、この電子を図1に示す電子レンズ30で電子増幅して、出力面5の出力蛍光体(プラセオジムまたはテルビウムあるいはユウロピウムを賦活剤とした酸硫化イットリウムまたは酸硫化ランタン)を発光させ、可視画像とするようになっている。図1に示すように、出力面5の面積は、中性子入力面4の面積より広くなっており、電子レンズ30は、中性子入力面4から出力面5に向けて画像を拡大する方向に電子を拡散させる。 The emitted light is converted into electrons by the photoelectric conversion film 43, and the electrons are electronically amplified by the electron lens 30 shown in FIG. 1, and the output phosphor (praseodymium, terbium, or europium on the output surface 5 is activated. Yttrium oxysulfide or lanthanum oxysulfide) is emitted to form a visible image. As shown in FIG. 1, the area of the output surface 5 is larger than the area of the neutron input surface 4, and the electron lens 30 emits electrons in the direction of enlarging the image from the neutron input surface 4 toward the output surface 5. Spread.
ここで、反応膜41は、その厚さを薄くしなければ、解像度が低下して顕微鏡としての性能が低下する。そこで、反応膜41の厚さを薄くして中性子との反応効率を高くするために、ホウ素やリチウム、ガドリニウムには、反応性の高い同位体を濃縮したものを用いることが望ましい。このような同位体として、ホウ素の場合にはホウ素10(10B)、リチウムの場合にはリチウム6(6Li)、ガドリニウムの場合にはガドリニウム157(157Gd)が適している。 Here, unless the thickness of the reaction film 41 is reduced, the resolution is lowered and the performance as a microscope is lowered. Therefore, in order to reduce the thickness of the reaction film 41 and increase the reaction efficiency with neutrons, it is desirable to use boron, lithium, or gadolinium enriched with highly reactive isotopes. As such an isotope, boron 10 ( 10 B) in the case of boron, lithium 6 ( 6 Li) in the case of lithium, and gadolinium 157 ( 157 Gd) in the case of gadolinium are suitable.
さらに、これらを反応膜41として形成するためには安定な化合物でなければならない。そこで、ホウ素を用いる場合には炭化ホウ素(B4C)、リチウムを用いる場合にはフッ化リチウム(LiF)、ガドリニウムの場合には酸化ガドリニウム(Gd2O3)を用いることが好ましい。 Furthermore, in order to form these as the reaction film 41, they must be stable compounds. Therefore, it is preferable to use boron carbide (B 4 C) when boron is used, lithium fluoride (LiF) when lithium is used, and gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) when gadolinium is used.
また、中性子のエネルギーによって反応する効率が異なる。一般に、エネルギーに対して反応する確率を示す指標となるのが反応断面積(一般に単位はバーン[b]が使われる。1b=1×10−28m2として表されている。)であり、元素の同位体毎に異なる。中性子のエネルギーが約0.025eVの熱中性子と呼ばれる領域よりも低いエネルギー領域(冷中性子とも呼ばれている)では、天然に存在するガドリニウム(ガドリニウム157が15.7%)の方が、ホウ素10よりも約12倍以上、リチウム6よりも約49倍この反応断面積が大きい。 Moreover, the reaction efficiency varies depending on the energy of neutrons. In general, a reaction cross section (generally, the unit is burn [b], expressed as 1b = 1 × 10 −28 m 2 ) is an index indicating the probability of reacting with energy. It differs for each element isotope. In the energy region where the energy of neutrons is lower than the region called thermal neutrons of about 0.025 eV (also called cold neutrons), naturally occurring gadolinium (15.7% of gadolinium 157) is more boron 10 The reaction cross-sectional area is about 12 times or more than that of lithium 6 and about 49 times that of lithium 6.
ガドリニウム157を同位体として濃縮した場合には、濃縮したホウ素10よりも約63倍以上反応断面積が大きくなり反応効率が高くなる。但し、中性子のエネルギーが熱中性子よりも高い場合には(熱外中性子、高速中性子)ガドリニウムの反応断面積は急激に小さくなり、エネルギーに対して共鳴する領域(反応断面積が高くなったり低くなったりする領域)があり、高速中性子の高い中性子エネルギーでは逆にホウ素10と比較しても約2桁近く小さくなってしまう。従って、反応膜41は、使用する中性子のエネルギー、求める分解能に応じてその厚さと材質を選択する必要がある。 When gadolinium 157 is concentrated as an isotope, the reaction cross-sectional area is larger by about 63 times or more than the concentrated boron 10 and the reaction efficiency is increased. However, when the energy of neutrons is higher than that of thermal neutrons (extrathermal neutrons, fast neutrons), the reaction cross section of gadolinium decreases rapidly, and the region that resonates with energy (reaction cross section increases or decreases). In contrast, the high neutron energy of fast neutrons is nearly two orders of magnitude smaller than that of boron 10. Therefore, it is necessary to select the thickness and material of the reaction film 41 according to the energy of the neutron to be used and the required resolution.
更に、中性子と反応して生成する荷電粒子と蛍光体層42の蛍光体との相互作用では、図2(a)に示すように、ホウ素とリチウムでは、中性子と反応してα線が発生し、このα線が蛍光体を発光させる。このα線の物質内を透過する距離(一般的には飛程と呼ばれている)は短く、約4〜5μm程度である。 Further, in the interaction between the charged particles generated by reaction with neutrons and the phosphor of the phosphor layer 42, as shown in FIG. 2A, boron and lithium react with neutrons to generate α rays. This α ray causes the phosphor to emit light. The distance (generally called the range) which permeate | transmits the inside of this alpha ray substance is short, and is about 4-5 micrometers.
一方ガドリニウムの場合には、図2(b)に示すように、中性子と反応してγ線と内部転換電子が生成され、エネルギーの高いγ線は蛍光体とほとんど反応せずに抜けてしまい、内部転換電子は約20μmの飛程で蛍光体と反応する。この飛程の中で内部転換電子はエネルギーを失い蛍光体を発光させる。 On the other hand, in the case of gadolinium, as shown in FIG. 2 (b), γ-rays and internal conversion electrons are generated by reacting with neutrons, and high-energy γ-rays escape with little reaction with the phosphor. The internally converted electrons react with the phosphor with a range of about 20 μm. Within this range, the internally converted electrons lose energy and cause the phosphor to emit light.
α線は、内部転換電子の飛程と比べて短い距離で全てのエネルギーを蛍光体中で失うため、短い距離で強い発光が得られる。一方、内部転換電子の場合には、飛程の距離が長い分、蛍光体の発光する領域も広くなり解像度の点ではアルファ線よりも良くならない。この点も上記反応膜の厚さと中性子のエネルギーと合わせて考える必要がある。 Since α rays lose all energy in the phosphor at a short distance compared to the range of internal conversion electrons, strong light emission can be obtained at a short distance. On the other hand, in the case of internal conversion electrons, the longer the distance of the range, the wider the region where the phosphor emits light, which is not better than alpha rays in terms of resolution. This point needs to be considered together with the thickness of the reaction film and the energy of neutrons.
図2(a)に示すように、ホウ素を材料とする場合は、反応膜(10B4C)41の厚さは4〜5μm程度で蛍光体層42の厚さも5μm程度とすることが好ましい。蛍光体層42の厚さは、5μm以上でもかまわないが発光した光の拡散を考慮する必要がある。例えば、ヨウ化セシウムの場合には針状の結晶として光の拡散を防ぐ工夫をする。この場合は、蛍光体層42の厚さを20μm程度としてもよい。 As shown in FIG. 2A, when boron is used as a material, the thickness of the reaction film ( 10 B 4 C) 41 is preferably about 4 to 5 μm, and the thickness of the phosphor layer 42 is preferably about 5 μm. . Although the thickness of the phosphor layer 42 may be 5 μm or more, it is necessary to consider diffusion of emitted light. For example, in the case of cesium iodide, a contrivance is made to prevent light diffusion as a needle-like crystal. In this case, the thickness of the phosphor layer 42 may be about 20 μm.
一方、図2(b)に示すように、ガドリニウムを材料とする場合は、反応効率の点から考えると反応膜(Gd2O3)41の厚さは10μm程度(例えば12μm)が適しており、蛍光体層42の厚さは20μm程度が望ましい。この場合も例えば、ヨウ化セシウムの場合には針状の結晶として光の拡散を防ぐ工夫をすれば、蛍光体層42の厚さを50μm程度としてもよい。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, when gadolinium is used as a material, the thickness of the reaction film (Gd 2 O 3 ) 41 is preferably about 10 μm (for example, 12 μm) from the viewpoint of reaction efficiency. The thickness of the phosphor layer 42 is preferably about 20 μm. Also in this case, for example, in the case of cesium iodide, the thickness of the phosphor layer 42 may be set to about 50 μm if the device is designed to prevent light diffusion as a needle-like crystal.
しかし、解像度を上げるためには、反応効率は下がってしまうが反応膜41の厚さと蛍光体層42の厚さを薄くする必要がある。究極的に解像度を上げるにはホウ素を用いて反応膜41を薄くし、蛍光体層42も薄くすることが望ましい。 However, in order to increase the resolution, although the reaction efficiency is lowered, it is necessary to reduce the thickness of the reaction film 41 and the thickness of the phosphor layer 42. In order to ultimately increase the resolution, it is desirable to thin the reaction film 41 and the phosphor layer 42 using boron.
図2に示した光電変換膜43で電子に変換された後、この電子を、図1に示される電子レンズ30で加速し、増幅して出力面5の蛍光体を発光させる。この出力面5の蛍光体粒子の大きさは、平均粒径で1〜3μm程度とすることが好ましく、コーティングする厚さも1〜3μm以下程度とすることが好ましい。 After being converted into electrons by the photoelectric conversion film 43 shown in FIG. 2, the electrons are accelerated by the electron lens 30 shown in FIG. 1 and amplified to cause the phosphor on the output surface 5 to emit light. The size of the phosphor particles on the output surface 5 is preferably about 1 to 3 μm in terms of average particle diameter, and the thickness to be coated is also preferably about 1 to 3 μm.
この出力面5に用いる蛍光体は、その発光波長が、次の段で増幅する光カラーイメージインテンシファイア7の入力面8の光電変換膜の波長分光感度特性に合っているものを選択する。例えば光電変換膜の波長が緑色で感度が最大の場合には、第1段目の中性子イメージインテンシファイア3の出力面5の発光波長を緑色にする。同様に、入力面8の光電変換膜が青に感度が高い場合には、青色発光の蛍光体を選択し、赤に感度が高い場合には赤の蛍光体を選択する。 The phosphor used for the output surface 5 is selected so that its emission wavelength matches the wavelength spectral sensitivity characteristic of the photoelectric conversion film on the input surface 8 of the optical color image intensifier 7 to be amplified in the next stage. For example, when the wavelength of the photoelectric conversion film is green and the sensitivity is maximum, the emission wavelength of the output surface 5 of the first-stage neutron image intensifier 3 is green. Similarly, when the photoelectric conversion film on the input surface 8 is sensitive to blue, a blue-emitting phosphor is selected, and when the sensitivity is red, a red phosphor is selected.
第1段目の拡大中性子イメージインテンシファイア3の出力面5の視野を、第2段目の光カラーイメージインテンシファイア7の入力面8に拡大光学系6で100倍に拡大し、第1段目の拡大中性子イメージインテンシファイア3で、中性子入力面4に対して出力面5で10倍に拡大したとすると、全体で1000倍に拡大することができる。 The field of view of the output surface 5 of the first stage magnified neutron image intensifier 3 is magnified 100 times on the input surface 8 of the second stage optical color image intensifier 7 by the magnification optical system 6. If the enlarged neutron image intensifier 3 at the stage is enlarged 10 times on the output surface 5 with respect to the neutron input surface 4, it can be enlarged 1000 times as a whole.
第2段目の光カラーイメージインテンシファイア7は、入力面8に透明なガラスが用いられ、その内面に光電変換膜が形成されている。この光電変換膜で光が電子に変換され、この電子が、電子レンズ70でカラー画像出力面9に加速されつつ縮小して照射されて、カラー画像出力面9の蛍光体がカラーで発光する。このカラー画像出力面9に使用する蛍光体は、複数の異なる色(本実施形態では、赤、緑、青(RGB))で電子強度に応じてカラーの発光量が異なるものを選択することにより、測定の幅(ダイナミックレンジ)を広くすることができる。このような蛍光体としては、例えばユーロピウムを賦活剤とした酸硫化イットリウムまたは酸硫化ガドリニウムを用いることができる。 In the second stage optical color image intensifier 7, transparent glass is used for the input surface 8, and a photoelectric conversion film is formed on the inner surface thereof. Light is converted into electrons by the photoelectric conversion film, and the electrons are reduced and irradiated to the color image output surface 9 by the electron lens 70, and the phosphor on the color image output surface 9 emits light in color. The phosphor used for the color image output surface 9 is selected by selecting a plurality of different colors (in this embodiment, red, green, blue (RGB)) having different light emission amounts according to the electron intensity. The width of measurement (dynamic range) can be widened. As such a phosphor, for example, yttrium oxysulfide or gadolinium oxysulfide using europium as an activator can be used.
更にこのカラー画像出力面9の画像を光学系10により結像して撮影カメラ11で画像化し、表示、記録できるようになっている。この光学系10で10倍拡大すると前段での拡大と合わせて10000倍、理論的には拡大できる。撮像カメラ11としては、一般に使用されている動画カメラや1眼デジタルカメラなどを用いることができる。 Further, the image of the color image output surface 9 is formed by the optical system 10 and imaged by the photographing camera 11 so that it can be displayed and recorded. When the optical system 10 is magnified 10 times, it can be theoretically magnified 10,000 times in combination with the magnification in the previous stage. As the imaging camera 11, a generally used moving image camera, single-lens digital camera, or the like can be used.
以上の拡大中性子イメージインテンシファイア3、拡大光学系6、光カラーイメージインテンシファイア7、光学系10、撮像カメラ11は、防振対策を施した暗箱12内に収容されている。なお、防振対策としては、一般に使用されている防振台上に設置すること等により行うことができる。この場合、被写体2も同じ防振台に設置することが好ましい。このように防振対策を行うことによって、数ミクロン程度の解像度を得ることができる。 The enlarged neutron image intensifier 3, the enlarged optical system 6, the optical color image intensifier 7, the optical system 10, and the imaging camera 11 are housed in a dark box 12 that has been subjected to anti-vibration measures. In addition, as an anti-vibration measure, it can carry out by installing on the anti-vibration stand generally used. In this case, it is preferable that the subject 2 is also installed on the same vibration isolation table. By taking the anti-vibration measures in this way, a resolution of several microns can be obtained.
また、拡大光学系6と、光カラーイメージインテンシファイア7と、光学系10と、撮像カメラ11とは、一体的に、拡大中性子イメージインテンシファイア3に対して、移動可能とされている。この移動は、拡大光学系6の光の入射側が、拡大中性子イメージインテンシファイア3の出力面5の曲面に沿って移動するように調整されており、これによって、拡大中性子イメージインテンシファイア3の出力面5のうち、拡大して見る位置を変更可能とされている。この移動のための精密な治具(図示せず。)も防振対策を施した暗箱12内に収容されている。 The magnification optical system 6, the optical color image intensifier 7, the optical system 10, and the imaging camera 11 are integrally movable with respect to the magnification neutron image intensifier 3. This movement is adjusted so that the light incident side of the magnifying optical system 6 moves along the curved surface of the output surface 5 of the magnifying neutron image intensifier 3. It is possible to change the position of the output surface 5 to be viewed in an enlarged manner. A precise jig (not shown) for this movement is also housed in the dark box 12 with anti-vibration measures taken.
なお、図1の中性子顕微鏡100では、初段の拡大中性子イメージインテンシファイア3だけでは中性子強度が小さい場合に、出力面でカラーの可視画像にすることが難しい。そのため、2段目の光カラーイメージインテンシファイア7によって増幅させる構成とした。しかし、十分中性子強度が強く、初段の拡大中性子イメージインテンシファイア3だけでも十分に画像化できる場合には、拡大中性子イメージインテンシファイア3の出力面5に光カラーイメージインテンシファイア7のカラー画像出力面9に用いたカラー発光蛍光体を用い、拡大中性子カラーイメージインテンシファイアとしてもよい。 In the neutron microscope 100 of FIG. 1, it is difficult to obtain a color visible image on the output surface when the neutron intensity is small only with the first-stage enlarged neutron image intensifier 3. For this reason, the second stage light color image intensifier 7 is used for amplification. However, when the intensity of the neutron is sufficiently strong and the first stage enlarged neutron image intensifier 3 alone can be sufficiently imaged, the color image of the optical color image intensifier 7 on the output surface 5 of the enlarged neutron image intensifier 3. The color luminescent phosphor used for the output surface 9 may be used as an enlarged neutron color image intensifier.
次に、図3を参照して第2実施形態に係る中性子顕微鏡200について説明する。図1に示した中性子顕微鏡100の構成で、初段の拡大中性子イメージインテンシファイア3では感度が十分に得られない場合には、拡大率は低下するが、拡大中性子イメージインテンシファイア3を、図3に示すように、電子レンズ30で縮小するタイプの中性子イメージインテンシファイア3aに変更する。この場合、中性子顕微鏡100の場合に比べて、増幅率を約100倍以上とすることができる。なお、図3において、図1と同一の部分には、同一符号を付して、重複した説明は省略する。 Next, a neutron microscope 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the configuration of the neutron microscope 100 shown in FIG. 1, when sufficient sensitivity cannot be obtained with the first-stage enlarged neutron image intensifier 3, the enlargement ratio decreases, but the enlarged neutron image intensifier 3 is As shown in FIG. 3, the neutron image intensifier 3a is changed to a type reduced by the electron lens 30. In this case, compared with the case of the neutron microscope 100, the amplification factor can be about 100 times or more. In FIG. 3, the same parts as those in FIG.
上記の実施形態で用いている各イメージインテンシファイアでは、電子レンズにおける加速電圧の調整で視野を調整することが可能である。通常出力面の視野(固定)から考えて入力面の視野を調整することができる。例えば、光カラーイメージインテンシファイア7の場合、入力面サイズが直径9インチでカラー画像出力面サイズが直径25mmの場合、入力面サイズを9インチ、6インチ、4.5インチに変更することができる。従って、この光カラーイメージインテンシファイア7だけで、拡大率を1.5倍、2倍にすることができる。逆に、拡大中性子イメージインテンシファイア3では、中性子入力面(固定)に対して出力面のサイズが異なるため、入力面のサイズが直径25mmで出力面サイズの直径が9インチの場合、9インチの電子レンズ起動が6インチ、4.5インチに変化することで、縮小率を1.5倍、2倍にすることができる。これらの組み合わせで拡大光学系での拡大率調整の他に電子レンズでの制御によって拡大率を調整することが可能になる。 In each image intensifier used in the above embodiment, the field of view can be adjusted by adjusting the acceleration voltage in the electron lens. The field of view of the input surface can be adjusted by considering the field of view (fixed) of the output surface. For example, in the case of the optical color image intensifier 7, when the input surface size is 9 inches in diameter and the color image output surface size is 25 mm in diameter, the input surface size may be changed to 9 inches, 6 inches, and 4.5 inches. it can. Therefore, the enlargement ratio can be increased by 1.5 times or 2 times only by the light color image intensifier 7. On the contrary, in the enlarged neutron image intensifier 3, since the size of the output surface is different from that of the neutron input surface (fixed), when the input surface size is 25 mm in diameter and the output surface size is 9 inches, it is 9 inches. By changing the activation of the electronic lens to 6 inches and 4.5 inches, the reduction ratio can be increased by 1.5 times and 2 times. With these combinations, it is possible to adjust the enlargement ratio by controlling the electronic lens in addition to adjusting the enlargement ratio in the enlargement optical system.
上記の各実施形態では、光カラーイメージインテンシファイア7を、2段目に1つ設けて増幅する構成としているが、感度を更に上げるために多段にしてもよい。この場合、最終段に光カラーイメージインテンシファイア7を用い、中間段のイメージインテンシファイアは、単色(モノクロ)の光イメージインテンシファイアとする。この時、中間段の単色の光イメージインテンシファイア出力面に使用する蛍光体は、後段のイメージインテンシファイアの入力面に使用する光電変換膜の波長感度特性に合わせて選択する。これは上記した初段の拡大中性子イメージインテンシファイア3の出力蛍光体の選択の場合と同じである。一般には光電変換膜は青から緑色の波長域で感度が高い場合が多い。このため、青から緑色で発光する蛍光体を選択することが好ましい。また、中間段の光増幅には光イメージインテンシファイアの変わりにマイクロチャネルプレート型の増幅器を用いることも可能である In each of the above embodiments, one optical color image intensifier 7 is provided in the second stage to amplify it, but it may be multistaged to further increase sensitivity. In this case, the optical color image intensifier 7 is used in the final stage, and the intermediate stage image intensifier is a monochromatic (monochrome) optical image intensifier. At this time, the phosphor to be used for the monochromatic optical image intensifier output surface of the intermediate stage is selected according to the wavelength sensitivity characteristic of the photoelectric conversion film used for the input surface of the subsequent image intensifier. This is the same as the case of selecting the output phosphor of the first-stage enlarged neutron image intensifier 3 described above. In general, the photoelectric conversion film often has high sensitivity in a wavelength range from blue to green. For this reason, it is preferable to select a phosphor that emits light from blue to green. It is also possible to use a micro-channel plate type amplifier instead of the optical image intensifier for intermediate stage optical amplification.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。例えば、光カラーイメージインテンシファイア7の変わりにマイクロチャネルプレートを用いた光増幅機を用いることも可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, various deformation | transformation are possible. For example, instead of the optical color image intensifier 7, an optical amplifier using a microchannel plate can be used.
1……中性子、2……撮影サンプル、3……拡大中性子イメージインテンシファイア、4……中性子入力面、5……出力面、6……拡大光学系、7……光カラーイメージインテンシファイア、8……入力面、9……カラー画像出力面、10……光学系、11……撮影カメラ、12……暗箱、30,70……電子レンズ。 1 ... Neutron, 2 ... Sample, 3 ... Enlarged neutron image intensifier, 4 ... Neutron input surface, 5 ... Output surface, 6 ... Enlarged optical system, 7 ... Optical color image intensifier , 8 ... input surface, 9 ... color image output surface, 10 ... optical system, 11 ... photographing camera, 12 ... dark box, 30, 70 ... electronic lens.
Claims (11)
中性子と反応して放出される荷電粒子を光に変換し変換した光を電子に変換する中性子入力面と、変換した電子を加速して増幅し画像を拡大する方向に拡散させる電子レンズと、加速された電子によって発光する出力面とを有する中性子イメージインテンシファイアを具備し、拡大した第1画像を得る第1画像生成機構と、
前記第1画像生成機構によって形成された前記第1画像の光を電子に変換し、変換した電子を加速して増幅し、加速された電子の強度に応じて複数の異なる色で発光する蛍光体でカラー画像として出力する第2画像生成機構と、
前記第2画像生成機構によって得られた前記第2画像を撮像する撮像カメラと、
を具備したことを特徴とする中性子顕微鏡。 A neutron microscope that obtains an enlarged neutron transmission image of the subject from neutrons irradiated with neutrons and transmitted through the subject,
A neutron input surface that converts charged particles emitted by reaction with neutrons into light and converts the converted light into electrons, an electron lens that accelerates and amplifies the converted electrons to diffuse the image, and acceleration A first image generating mechanism comprising a neutron image intensifier having an output surface that emits light by the emitted electrons and obtaining an enlarged first image;
A phosphor that converts light of the first image formed by the first image generation mechanism into electrons, accelerates and amplifies the converted electrons, and emits light in a plurality of different colors according to the intensity of the accelerated electrons A second image generation mechanism for outputting as a color image at
An imaging camera that captures the second image obtained by the second image generation mechanism;
A neutron microscope characterized by comprising:
前記第1画像生成機構は、前記中性子入力面の面積より前記出力面の面積が広く構成され拡大した画像を得る拡大中性子イメージインテンシファイアと、前記拡大中性子イメージインテンシファイアで得られた画像をさらに拡大する拡大光学系と
を有することを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to claim 1,
The first image generation mechanism includes an enlarged neutron image intensifier that obtains an enlarged image having a larger area of the output surface than the area of the neutron input surface, and an image obtained by the enlarged neutron image intensifier. And a magnifying optical system that further expands.
前記第1画像生成機構は、前記中性子入力面の面積より前記出力面の面積が狭く構成され縮小した画像を得る中性子イメージインテンシファイアと、前記中性子イメージインテンシファイアで得られた画像を拡大する拡大光学系と
を有することを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to claim 1,
The first image generation mechanism enlarges the image obtained by the neutron image intensifier and the neutron image intensifier that obtains a reduced image that is configured with a reduced area of the output surface than the area of the neutron input surface. A neutron microscope comprising: a magnifying optical system.
前記拡大光学系は、前記第1画像生成機構の前記出力面の一部の画像を選択するための移動機構と、拡大率を変更するズーム機構と
を備えることを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to claim 2 or 3,
The magnifying optical system includes a moving mechanism for selecting an image of a part of the output surface of the first image generating mechanism, and a zoom mechanism for changing a magnification factor.
前記第1画像生成機構の前記出力面に、プラセオジムまたはテルビウムあるいはユウロピウムを賦活剤とした酸硫化イットリウムまたは酸硫化ランタンを含む蛍光体を使用した
ことを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to any one of claims 1 to 4,
A neutron microscope characterized in that a phosphor containing yttrium oxysulfide or lanthanum oxysulfide using praseodymium, terbium, or europium as an activator is used on the output surface of the first image generation mechanism.
前記第2画像生成機構の加速された電子の強度に応じて複数の異なる色で発光する蛍光体に、ユーロピウムを賦活剤とした酸硫化イットリウムまたは酸硫化ガドリニウムを含む蛍光体を使用した
ことを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to any one of claims 1 to 5,
A phosphor containing yttrium oxysulfide or gadolinium oxysulfide using europium as an activator is used as the phosphor that emits light in a plurality of different colors according to the accelerated electron intensity of the second image generation mechanism. A neutron microscope.
前記第2画像生成機構は、
光を電子に変換し、変換した電子を加速して増幅し、加速された電子によって単色画像を形成する1又は複数の第1増幅機構と、
前記第1増幅手段の前記単色画像の光を電子に変換し、変換した電子を加速して増幅し、加速された電子の強度に応じて複数の異なる色で発光する蛍光体でカラー画像として出力する第2増幅機構と
を具備していることを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to any one of claims 1 to 6,
The second image generation mechanism includes:
One or more first amplification mechanisms for converting light into electrons, accelerating and amplifying the converted electrons, and forming a monochromatic image with the accelerated electrons;
The light of the monochromatic image of the first amplifying means is converted into electrons, the converted electrons are accelerated and amplified, and output as a color image with phosphors that emit light in a plurality of different colors according to the intensity of the accelerated electrons. A neutron microscope, comprising: a second amplification mechanism.
前記第1増幅機構が、マイクロチャネルプレートから構成されていることを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to claim 7,
The neutron microscope, wherein the first amplification mechanism is constituted by a microchannel plate.
前記第2増幅機構が、光カラーイメージインテンシファイアから構成されていることを特徴とする中性子顕微鏡。 A neutron microscope according to claim 7 or 8,
The neutron microscope, wherein the second amplification mechanism is composed of an optical color image intensifier.
前記被写体と、前記第1画像生成機構と、前記第2画像生成機構と、前記撮像カメラとが、除振台上に設けられ、かつ、前記第1画像生成機構と、前記第2画像生成機構と、前記撮像カメラとが、暗箱内に一体化して設けられている
ことを特徴とする中性子顕微鏡。 The neutron microscope according to claim 1,
The subject, the first image generation mechanism, the second image generation mechanism, and the imaging camera are provided on a vibration isolation table, and the first image generation mechanism and the second image generation mechanism A neutron microscope characterized in that the imaging camera is provided integrally in a dark box.
中性子と反応して放出される荷電粒子を光に変換し変換した光を電子に変換する中性子入力面と、変換した電子を加速して増幅し画像を拡大する方向に拡散させる電子レンズと、加速された電子によって発光する出力面とを有する中性子イメージインテンシファイアを用いて、拡大した第1画像を得る第1画像生成ステップと、
前記第1画像生成ステップによって形成された前記第1画像の光を電子に変換し、変換した電子を加速して増幅し、加速された電子の強度に応じて複数の異なる色で発光する蛍光体でカラー画像として出力する第2画像生成ステップと、
前記第2画像生成ステップによって得られた前記第2画像を撮像カメラで撮像する撮像ステップと、
を具備したことを特徴とする中性子透過拡大画像形成方法。 A neutron transmission enlarged image forming method for obtaining an enlarged neutron transmission enlarged image of the object from neutrons irradiated with neutrons and transmitted through the object,
A neutron input surface that converts charged particles emitted by reaction with neutrons into light and converts the converted light into electrons, an electron lens that accelerates and amplifies the converted electrons to diffuse the image, and acceleration A first image generating step of obtaining an enlarged first image using a neutron image intensifier having an output surface that emits light by the emitted electrons;
A phosphor that converts the light of the first image formed by the first image generation step into electrons, accelerates and amplifies the converted electrons, and emits light in a plurality of different colors according to the intensity of the accelerated electrons A second image generation step of outputting as a color image at
An imaging step of imaging the second image obtained by the second image generation step with an imaging camera;
A neutron transmission enlarged image forming method characterized by comprising:
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