JP5498953B2 - 計数率測定装置および較正装置 - Google Patents

Description

本発明は、核分裂電離箱の計数率測定装置と、本発明の計数率測定装置を格納する核分裂電離箱の較正装置に関する。本発明は、また、核分裂電離箱の計数率測定方法に関する。

核分裂電離箱は、中性子の検出に用いられる。核分裂電離箱は、核分裂性物質とイオン化可能なガスを格納する。中性子の作用下、核分裂性物質はガスをイオン化する粒子を放出する。イオン化されるガスの量は、核分裂電離箱に受け取られる中性子の量を表す。核分裂性物質の有効質量と呼ばれる一部のみがガスをイオン化する粒子の放出に関与する。実際には、有効質量の正確な把握が、中性子束またはスペクトル指数という絶対的物理量を決定するために必要である。本発明に係る較正装置は、核分裂性同位体の有効質量を測定することを可能にする。

現在、核分裂電離箱の較正は、原子炉内で、熱スペクトル（またはサーマルコラム）、または、核分裂スペクトルにて行われる。これに関連して、多くの較正方法が開発されてきた。これらの従来の方法は、全て、研究用原子炉の使用及び使用可能性を必要とする。これらの従来の方法は、安全性の理由により、多くの時間と労力を要する実験的処置の実施が必要であったため、高コストである。さらに、較正装置を備える研究用原子炉は、世界中でも次第に数が減ってきており、核分裂電離箱の較正を望む場合には、移動の必要があった。

このように従来技術の較正装置には、多くの欠点があった。本発明に係る較正装置は、これらの欠点を有さない。

本発明は、核分裂性物質を格納する少なくとも一つの核分裂電離箱の計数率測定装置に関し、計数率測定装置は、
核分裂電離箱を格納する測定セルと、
核分裂電離箱に向けて周期的なパルスの形態で中性子を放出する中性子発生器と、
核分裂性物質と中性子との相互作用によって核分裂電離箱により供給される信号を、コネクタを介して集める測定ケーブルと、
中性子発生器から放出される中性子のカウント信号を供給する中性子カウンタと、
中性子発生器から放出される中性子の放出期間内に所定の時間間隔内で、核分裂電離箱から供給される信号の代表信号と中性子のカウント信号の代表信号とを供給する処理システムと、
核分裂電離箱から供給される信号の代表信号と中性子のカウント信号の代表信号とから、中性子のカウント信号を参照して標準化された核分裂電離箱の計数率を計算する回路とを有することを特徴とする。

本発明の他の特徴によれば、
測定セルは側壁の開口部を介して開口された円筒状キャビティが形成された構造を有し、
第１の円筒状ジャケットは円筒状キャビティの構造の側壁に配置され、第１の円筒状ジャケットは、核分裂電離箱と、コネクタと、測定ケーブルの第１部分とを有し、
第２の円筒状ジャケットは所定の距離をおいて第１の円筒状ジャケットを囲み、第１および第２の円筒状ジャケットは、それぞれキャビティが側壁に通じている側に位置する第１リングにより前記構造に固定される第１端部と第２リングにより前記構造に固定される第２端部とを有し、
第３の円筒状ジャケットは第１の円筒状ジャケットに実質的に合わせられて前記構造の外側に配置され、第３の円筒状ジャケットは測定ケーブルの第１部分を延長する第２部分と、第２の円筒状ジャケットに測定ケーブルを保持するセンタリングリングとを有することを特徴とする。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記装置は、
第１の円筒状ジャケットをカバーするシート部材と、
シート部材と第２の円筒状ジャケットとの間に配置される中空円筒状構造を含むことを特徴とする。

本発明のさらに他の特徴によれば、シート部材は、カドミウムのシートであることを特徴とする。

本発明のさらに他の特徴によれば、中空円筒状構造を構成する物質は、ボロレンであることを特徴とする。

本発明のさらに他の特徴によれば、第１の円筒状ジャケットと第２の円筒状ジャケットとは、空気が満たされた空間で分離されることを特徴とする。

本発明のさらに他の特徴によれば、キャビティを有する構造は、黒鉛を含むことを特徴とする。

本発明のさらに他の特徴によれば、中性子発生器は、測定セルの構造と一体化されていることを特徴とする。

本発明はまた、少なくとも一つの核分裂電離箱に格納される核分裂性物質の有効質量を測定することを目的とする較正装置に関し、較正装置は、本発明に係る計数率測定装置と、計数率計算回路により供給される計数率から核分裂性物質の有効質量を計算する回路とを含むことを特徴とする。

本発明はまた、核分裂性物質を格納する少なくとも一つの核分裂電離箱の計数率の測定方法に関し、測定方法は、
核分裂電離箱に向けて周期的なパルスの形で中性子を放出して前記核分裂電離箱が核分裂性物質と中性子との相互作用から生じる信号を供給することと、
放出された中性子をカウントしてカウント信号を形成することと、
核分裂電離箱から供給される信号と放出された中性子の放出期間内の所定の時間間隔内におけるカウント信号とを処理して核分裂電離箱から供給される信号の代表信号とカウント信号の代表信号とを供給することと、
核分裂電離箱から供給される信号の代表信号とカウント信号の代表信号とからカウント信号を参照して標準化した核分裂電離箱の計数率を計算することと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る計数率測定装置は、パルスモードで作動する中性子発生器を含むことを特徴とする。

本発明に係る装置は、原子炉で得られるものと同等に正確である較正値を得ること、
及び、さまざまな中性子スペクトルにおける較正をすること
を可能とする。

核分裂電離箱に配置される測定セルを構成する様々な構成要素の材料及び寸法は、設計者の選択に応じて、核分裂電離箱に向けられる中性子の高速スペクトルまたは熱スペクトルと両立する設計方法によって、決定することができる。

高速中性子スペクトルは、中性子の９９．９％が１ＭｅＶより大きいエネルギーを有するものとして定義される。熱中性子スペクトルは、中性子の９９．９％が０．６２５ｅＶより小さいエネルギーを有するものとして定義される。

各タイプの中性子スペクトルのため、本発明に係る装置は、例えば、１.５ｍｍ、４ｍｍ、または８ｍｍの直径の核分裂電離箱に適応されるものであってもよい。

本発明の一実施形態に係る計数率測定装置を構成する測定セルの概略図を表す。 本発明の一実施形態に係る計数率測定装置を構成する第１例の構造の部分的な断面図を表す。 本発明の一実施形態に係る計数率測定装置を構成する第２例の構造の部分的な断面図を表す。 本発明の一実施形態に係る核分裂電離箱計数率装置の概略図を表す。 本発明の一実施形態に係る較正装置の概略図を表す。 高速中性子スペクトルの場合に、本発明の一実施形態に係る計数率測定装置によって、測定装置において核分裂電離箱が占める位置に応じて、得られる計数率曲線の一例を表す。 熱中性子スペクトルの場合に、本発明の一実施形態に係る計数率測定装置によって、収集システムにおいて核分裂電離箱が占める位置に応じて、得られる計数率曲線の一例を表す。 本発明の一実施形態に係る計数率測定装置により、ノイズ修正をせずに、得られるスペクトクルの一例を表す。 高速中性子構造の場合に、本発明の一実施形態に係る計数率測定装置によって、時間に応じて、得られる計数率曲線の一例を表す。 熱中性子構造の場合に、本発明の一実施形態に係る計数率測定装置によって、時間に応じて、得られる計数率曲線の第１例を表す。 熱中性子構造の場合に、本発明の一実施形態に係る計数率測定装置よって、時間に応じて、得られる計数率曲線の第２例を表す。 熱中性子構造または高速中性子構造の場合に、本発明の一実施形態に係る計数率測定装置を構成する中性子カウンタのレベルにて得られる計数率曲線の一例を表す。

本発明の他の特徴と効果は添付の図面に関連して示される好適な実施例の説明を読解することにより明確になる。

図１は、本発明の一実施形態に係る計数率測定装置を構成する測定セルを表わしている。測定セル１は、キャビティ４が形成される部材３を含む筐体２と、中性子カウンタＫとにより構成される。筐体２を構成する材料は、例えば、ポリエチレンで作られ、部材３は、例えば、黒鉛で作られる。核分裂電離箱を収容することができる縦長のキャビティ５は、部材３内に形成される。中性子発生器６は、部材３内においてキャビティ５の傍に配置される。円筒状キャビティ５は、開口部Ｏによってキャビティ４に通じている。図１に示される実施例において、中性子カウンタＫは、筐体２の側らに配置される。本発明はまた、中性子カウンタが筐体２に配置されるケースに関する。

図２は、本発明の計数率測定装置を構成する第１例の構造の断面部の図を示す。

図２に示される構造は、高速中性子スペクトルを得ることが想定されている。キャビティ５は２つの円筒状同軸ジャケット８、９を有し、ジャケット８がジャケット９を囲む。ジャケット８、９は、例えば、ステンレス鋼で作られ、１ｍｍの厚さを持つ。シート部材１３は、例えば、１ｍｍの厚さの１シートのカドミウムであり、シリンダー９の外表面を覆う。シート部材１３の目的は、熱中性子、換言すればエネルギーが０.６２５ｅＶ未満である中性子、を捕捉することである。ブロック部材１０は、シート部材１３とジャケット８とを分離する空間に配置される。材料１０は、例えばボロレン（すなわちホウ素とポリエチレン）で作られ、例えば１６ｍｍに等しい厚さであってもよい。２つのセンタリングリング１５、１６は、キャビティ５において、円筒状ジャケット８、９を保持して整列配置させる。止め部Ｂは、センタリングリング１６の端部においてキャビティを閉じる。核分裂電離箱ＣＨは、円筒状ジャケット９内に配置される。核分裂電離箱の第１端部は、核分裂電離箱に含まれるガスのイオン化のために作られる電子を集める接続部１２に接続している。核分裂電離箱の第１端部は、開口部ＯからＤの距離に配置され、他端部は、止め部Ｂからｄの距離に配置される。接続部１２は、真っ直ぐな同軸ケーブル１１に接続される。円筒状ジャケット１７は、例えば１ｍｍの厚さのステンレス鋼で作られ、円筒状ジャケット９に合わせられ、キャビティ４に配置される。センタリングリング１４は、円筒状ジャケット１７において真っ直ぐな同軸ケーブル１１を保持する。コネクタが、処理回路に信号を送信するフレキシブル測定ケーブル７を、固定同軸ケーブル１１に接続する（図２に図示せず;図３を参照）。

構成要素１４、１５、１６によって構成される誘導および位置決めのシステムにより、核分裂電離箱ＣＨの軸の位置の良好な再現性を保証することができる。この位置のために得られる精度は、例えば、１ｍｍ以内のオーダーであってもよく、またはさらに小さくてもよい。

図２に示される本発明の構造の材料及び寸法は、好ましくは、モンテカルロＭＣＮＰ（ＭＣＮＰ：Ｍｏｎｔｅ−Ｃａｒｌｏ Ｎ−Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の中性子計算コードによる手段によって、得られてもよい。上述した材料と寸法は、この計算コードによって正確に得られた。しかしながら、同等の特徴を有する他の材料が、この構造を構成するために選択されてもよい。これらの他の材料の選択では、異なる寸法で実質的に等価なパフォーマンスを得ることになる。上述の材料は、しかしながら、「受け入れられる」寸法を有する較正装置を製造することを可能にし、換言すれば、あまりに容積が大きすぎることがなく場所をとることもない較正装置を製造することを可能にする。円筒状ジャケット８、９、１７にステンレス鋼を選択することは、装置全体に優れた剛性を確保し、耐摩耗性を保証することができる。ボロレンの選択が正しいことは、この材料の経年劣化に対する良好な耐性と、熱中性子の捕捉の効率性と、ローコストであることにより示される。

核分裂電離箱のセンタリング装置１４、１５、１６は、検討される核分裂電離箱の各直径に対して特有なものである。センタリングリング１４、１５、１６と止め部Ｂは、例えば、ステンレス鋼でできている。センタリングリング及び止め部Ｂの機械加工の直径は、真っ直ぐな同軸ケーブル１１の直径に適合させたものであってもよい。センタリング装置は、核分裂電離箱の軸方向の位置および径方向の中心位置を調整するだけでなく、測定位置を最適化するために核分裂電離箱を長手方向にスライドさせること（及び、最大計数率に対応する位置を探すこと）を可能にする。実際、それは、核分裂電離箱ＣＨと、コネクタ１２と、ジャケット９内でスライドする真っ直ぐな同軸１１とがされて組み立てられて構成される。この組み立てのセンタリングは、リング１４によって確保される。

上記の構造では、測定セルの黒鉛及びボロレンにおいて低速化／熱中性子化を受けていない中性子だけが、核分裂電離箱に入りこむ。こうして、核分裂電離箱は、中性子発生器６により放出される高速中性子だけを検出し、換言すれば、相互作用を受けなかった中性子だけを検出する。

図３は、本発明の計数率測定装置を実現する第２例の構造の断面部の図を表す。図３の構造は、熱中性子スペクトルを得ることに適したものである。キャビティ５は、部材１０のブロック及びカドミウムのシート１３を除いて、図２を参照して既に説明された全ての要素を含む。ジャケット８とジャケット９との間のスペースには、ここでは、空気が満たされる。上述と同じ方法により、例えば、上述したスライド手段により、核分裂電離箱は、長手方向に調整されるものであってもよい。

中性子発生器６から到来した中性子は、ここでは、それらのエネルギーに関わらず、核分裂電離箱に入り込むことができる。しかしながら、その前に、これらの中性子はジャケット９において核分裂電離箱により占有された位置に応じた例えば０ｃｍから約４０ｃｍの間の厚みの黒鉛を通過し、核分裂電離箱のレベルに到着する瞬間に応じて、換言すれば横切る黒鉛の厚みに応じて、エネルギーを区別することを可能にする。限定的でない例として、モンテカルロＭＣＮＰ４Ｃ２コードにより実行される計算では、較正装置の核分裂電離箱の軸位置によらず、中性子発生器から放出される１２５Ｈｚの出力周波数の中性子の９９.９％以上は、それぞれの出力の後に、７００μｓから３５００μｓの間の時間範囲の熱中性子であることが示されている。

図４は、本発明に係る核分裂電離箱計数率装置の概略図を例示する。測定装置は、
上述のように核分裂電離箱ＣＨが一体化した測定セル１、中性子発生器６、及び中性子カウンタＫと、
一方では、核分裂電離箱ＣＨ及び中性子カウンタＫから供給される信号の処理システムＳＴであり、他方では、核分裂電離箱ＣＨから供給される代表信号と、中性子カウンタＫから供給される中性子のカウント信号の代表信号とを供給する処理システムＳＴと、
処理システムＳＴにより供給される信号から、中性子カウンタＫにより供給される信号に関係して標準化される核分裂電離箱の計数率Ｃを計算する計算回路３４とを含む。

処理システムＳＴは、
核分裂電離箱ＣＨから測定ケーブル７を介して供給される信号を増幅する前置増幅器１８と、
核分裂電離箱に高電圧ＨＴ及び低電圧ＢＴを伝送する複導体ケーブル１９により前置増幅器１８に接続される増幅器２０と、
中性子発生器６にケーブル２７により接続される電気回路２１と、
増幅器２２と、取得カード２３、及び高圧回線２４を含む収集回路３２とを含み、増幅器２２は、ケーブル２６を介してカウンタＫ供給される信号と電気的接続３３を介して回路２４により供給される高電圧とを受けケーブル２６は、高電圧ＨＴ_０をカウンタＫに供給し、取得カード２３は、電気的接続２９を介して増幅器２０より供給される信号と電気的接続２８を介して電気回路２１より供給される信号とを受け、増幅器２２は、カウンタＫから供給される信号の代表信号を供給し、取得カード２３は、核分裂電離箱から供給される信号の代表信号を供給する、入力回路３２とを有する。

限定的でない例として、図４は、装置が一個の核分裂電離箱を有していることを示す。しかしながら、本発明は、より一般的に、Ｎ個の核分裂電離箱を有する装置の場合に関し、ここで、Ｎは１以上の整数である。

図５は、本発明の較正装置の概略図を表す。なお、図４を参照して述べられた構成要素に加えて、図５に示される較正装置は、計算回路３４によって供給される標準化された計数率Ｃから、核分裂電離箱に含まれる核分裂性物質の有効質量を算出する計算回路３５を含む。回路３４によって実行される計算方法の一例は、後述の説明により与えられる。しかしながら、他の計算方法を考慮することもできる。計算方法は、Ｎ個の異なる核分裂電離箱に格納されるＮ個の核分裂物質が同時に算出される一般的な場合について説明される。各核分裂電離箱は、主要な同位元素と不純物を格納する。

Ｎ個の核分裂電離箱に格納される核分裂性物質の有効質量から生成されるマトリクス列［ｍ］は、
と表わされ、ここに、
[Ｃ]は、Ｎ個の核分裂電離箱の標準化された計数率（または、１秒あたりのヒット数）の行列であり、
[ａ]は、主要な同位元素に関して標準化されるＮ個の核分裂性物質の堆積物の同位体分析の行列であり、
［σ_ｍφ］は、カウンタＫに関して標準化された巨視的核分裂の全質量断面積のマトリクス列であり（ここで、「質量断面積」は、原子核ではなく、質量単位の断面積を意味して用いられる。）、
記号「.I」は行列の除算演算子を表し、記号「x」は行列の乗算演算子を表す。

行列［Ｃ］は、回路３４によって供給される測定結果によって構成される。行列［ａ］の係数は、同位体分析によって、既知の方法で、各核分裂電離箱の核分裂性物質ごとに決定される。核分裂電離箱の既存の外側の寸法（直径、長さ）について、マトリクス［σ_ｍφ］は、測定セルの核分裂電離箱の所定の配置位置について、また、較正装置（高速または熱中性子及びスペクトルの性質に関連した時間範囲）の所定の較正構成について、不変である。既知の有効質量の核分裂性物質の堆積物に対応する特定のマトリクス［σ_ｍφ］_０を用いて、上述した不変条件により、マトリクス［σ_ｍφ］を決定することが可能となる。これにより
となり、ここに、行列［ａ］_０ ^-１及び［ｍ］_０ ^-１の係数は既知のものであり、行列［Ｃ］_０の係数は既知の有効質量の核分裂性物質の堆積物について測定される計数率である。

このとき、マトリクス［ｍ］は、
となる。

マトリクス［ｍ］に加えて、計算回路３５もまた、分散ｖａｒ(ｍ)のマトリクスを算出し、ここに、ｖａｒ(ｍ)は有効質量ｍの分散を表す。分散の行列の方程式は、以下に説明される。上述の式（２）は、以下のように一般的に表わすことができ、
ここに、iは行列の行のランクと関連したインデックスであり、jは行列の列のランクと関連したインデックスである。

項A_ij、B_ij、及びC_ijが独立であることを仮定し、換言すれば［Ｃ］、［σ_ｍφ］、及び［ａ］の不確定要素が独立であることを仮定することにより、不確定要素の導出により以下を得る。

行列［σ_ｍφ］_０及び［ｍ］の分散は、それぞれ、次のように表わされる。
及び

上記の数式において、記号［Z_ij ²］は、項Ｚ_ijの２乗から構成される行列を表しており、Z_ijは行列［Z］のランクiの行、及びランクjの列の係数である。

一般的に言えば、主要な同位元素iの核分裂電離箱は、不純物を格納する。実際には、Ｕ−２３４およびＵ−２３６の不純物は、しばしばウランＵ−２３３、Ｕ−２３５、またはＵ−２３８であって、電離箱にごくわずかな量で存在しており、それゆえに問題を引き起こさない。例えばＰｕ−２３８の電離箱の場合には、不純物Ｕ−２３４は、８７.７年の期間のＰｕ−２３８の放射性壊変で生成される。充分新しいＰｕ−２３８の電離箱が使用される場合は、Ｕ−２３４の量は、したがって無視できる。

不純物を無視することのできない場合は、計算方法では、それらの影響を考慮することができる。計算されるマトリクス［ｍ］の係数は、このとき、主要な同位元素の有効質量ではなく、核分裂電離箱に存在する不純物の有効質量を考慮する有効等価質量となる。限定されない例として、Ｕ−２３４の不純物を含む主要な同位元素Ｐｕ−２３８の有効等価質量の式は以下に示される。

核分裂電離箱内のＰｕ−２３８の同位元素の原子核の等価数Ｎeqは、次の式で計算され、
ここに、Ｎ_４は、電離箱に含まれ、解析により得られるＵ−２３４の原子核の数であり、
Ｎ_８は、電離箱に含まれ、解析により得られるＰｕ−２３８の原子核の数であり、
σ_４,ｃは、測定の条件（時間間隔のカウント及び上述した高速中性子または熱中性子スペクトル）下での、不純物Ｕ−２３４の微視的核分裂断面積であり、例えば、ＭＣＮＰ４Ｃ２コードで計算され、
σ_８,ｃは_、測定の条件（時間間隔のカウント及び上述した高速または熱的性質の中性子スペクトル）下での、Ｐｕ−２３８の微視的核分裂断面積であり、例えば、ＭＣＮＰ４Ｃ２コードで計算される。

マトリクス［ｍ］の係数として考慮されるＰｕ−２３８の有効な等価質量ｍ_eqは、以下の式によって与えられ、
ここに、ｍ_４は、電離箱内のＵ−２３４の有効質量であり、
２３８は、Ｐｕ−２３８の質量数であり、
２３４は、Ｕ−２３４の質量数であり、
σ_ｍ４ｃは、測定の条件（時間間隔のカウント及び上述した高速または熱的性質の中性子スペクトル）下での、Ｕ−２３４の微視的核分裂断面積であり、例えば、ＭＣＮＰ４Ｃ２コードで計算され、
σ_ｍ８ｃは、測定の条件（時間間隔のカウント及び上述した高速または熱的性質の中性子スペクトル）下での、Ｐｕ−２３８の微視的核分裂断面積であり、例えば、ＭＣＮP４Ｃ２コードで計算され、
ｍ_８は、電離箱内のＰｕ−２３８の有効質量である。

図４に示されたような装置を用いることにより、核分裂電離箱の計数率を測定することについて、以下に詳述する。

計数率の測定は、以下に説明する主要なステップを含む：
中性子スペクトルの高速又は熱的性質の特有な測定の条件の設定
測定メソドロジーの実行。

測定の条件の設定は、以下のステップを含む：
電離箱の最大計数率に対応して保たれる最適位置に応じて、核分裂電離箱の最適な長手方向の位置を決定して、所定の統計的な計数の不確定性のための計数時間を最小にすること、
取得時間の範囲、及び中性子発生器のパフォーマンスと性能とに適した取得操作の数を調整すること、及び
１％の計数率の統計的な不確定性の目的に関連して取得時間を調整すること。

実行される測定メソドロジーは、以下のステップを含む：
核分裂電離箱の取得信号に含まれるバックグラウンドノイズの弁別閾値のＰＨＡ（ＰＨＡ：Ｐｕｌｓｅ Ｈｅｉｇｈｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）モードでの調整、
弁別閾値と、求められる較正値（有効質量）との関連付け、
ＰＨＡモードでの調整から、中性子発生器の作動時における核分裂電離箱の動的信号のＭＣＳ（ＭＣＳ：Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｃａｌｅｒ）モードでの調整に、移行すること、及び
一つの測定から次の測定まで、中性子発生器の変動を起こさずに計測をモニタリングすること。

上述した様々な点が、以下、明確になる。

電離箱の適切位置の決定
まず、取得される計数率についての統計的不確定性として１％を得るために必要な収集時間を可能な限り減少させるために、測定セルにおいて核分裂電離箱の適切位置を決定することが望ましい。このステップは必然的なものではないが、時間を節約し、また、可能な限り中性子発生器の摩耗を減らすために推奨される。

図６は、高速中性子スペクトルの場合において、核分裂電離箱が測定セル内に占める位置（開口部Ｏと電離箱との距離Ｄ）に応じて測定される標準化核分裂率Ｃの曲線例を表す。この選択された例において、核分裂電離箱は約１００μgのウラン２３５を格納し、電離箱から開口部０を離隔する距離Ｄは、５ｃｍから４０ｃｍの間で変化する。示されるように、各測定の取得の時間は８００秒であり、３０μｓと２３０μｓとの間の有用な範囲において２０００ヒットから３５０ヒットの間で変動している計数を得ることを可能にする。実際、ボロレンの熱中性子の遮断により、この時間範囲を超えて核分裂電離箱に到達する中性子はない。保持される位置は、その最大計数率に対応するものである。図６の例において、得られる適切位置は、キャビティ５の開口部０から２３ｃｍの位置である。この位置は、高速中性子構成において較正測定の全てのために保持される。

図７は、熱中性子スペクトルの場合において、核分裂電離箱が測定セル内に占める位置に応じた標準化核分裂率Ｃの曲線の例を表す。この選択される例において、核分裂電離箱は約１００μgのウラン２３５を含み、距離Ｄの位置が０ｃｍから４０ｃｍの間で変化する。示されるように、各測定の取得の時間は、５６０秒である。この時間は、７００μｓと３５００μｓとの間の有用な範囲において１００００ヒットと３００００ヒットとの間の計数を得ることを可能にする。この時間範囲は、０.６２５ｅＶ以下のエネルギーの熱中性子の数が９９.９％以上である瞬間に対応する。ここで、最大計数率は、５ｃｍの位置であることが観測された。この位置は、熱構成において較正測定の全てのために保持される。

装置の全体について、核分裂電離箱の核分裂性堆積物の位置決めに関する精度は、装置における核分裂電離箱の位置に関する不確定性と核分裂電離箱内の堆積物の位置に関する不確定性とを含めて３ｍｍのオーダーである。これらの不正確性は、核分裂電離箱の計数率上で０.１％のオーダーの不確定性となり、実質的にごくわずかである。

収集範囲−パス数−収集時間
作用と測定の取得とのパラメータは、以下の通りである：
中性子発生器の出力周波数は、例えば１２５Ｈｚの周波数であり、８０００μｓに等しい、中性子発生器の２つのパルス間の時間に対応する。
操作回数、換言すれば、中性子発生器の出力の回数は、求められる最小計数積算に適合させるために必要であり、与えられる時間範囲で、例えば１００００ヒットであり、すなわち、上述した１２５Ｈｚの周波数では、高速中性子装置については３０μｓ−２３０μｓの範囲であり、熱中性子装置については、７００μｓ−３５００μｓの範囲である。
取得時間は、操作回数に中性子発生器の２つのパルスの間の時間を乗じたのと等しい時間になる（取得時間は、核分裂電離箱の特性と含まれる堆積物に応じて変化し、核分裂電離箱が１００μgのオーダーのアクチニドを含む場合、典型的には、熱中性子装置については１０分、高速中性子装置については１時間と等しい時間となる）。

測定メソドロジーを、以下に詳述する。

ＰＨＡモードでのバックグラウンドノイズの弁別閾値の調整 − 求められる較正値の弁別閾値の関連付け
本発明の改良の一つにおいて、核分裂電離箱によって供給される信号のうち、電子的なバックグラウンドノイズまたは中性子以外の粒子または放射線によるノイズを考慮しないようにできる。図示するように、図８は、ノイズラインが現れる核分裂電離箱のスペクトルＳの例を表す。前述のノイズラインは、信号の第１チャネルに存在する。

これらのノイズを除去するために採用される戦略は、信号の第１チャネルに含まれるバックグラウンドノイズを除去することを可能にし、これにより、中性子反応に対応する信号の有用部分だけを積算することを可能にする弁別閾値を設定することである。

採用される方法は、ＰＨＡモードで核分裂電離箱の信号の取得を実行することにあり（ヒットの数を信号の振幅にリンクさせる）、そして、信号の形状が電離箱の核分裂生成物によって生成されるエネルギーと関連していることから、弁別閾値を、核分裂電離箱に特有な信号の形状にリンクさせる。計数積算は、弁別閾値と関連している。較正の大きさの値（すなわち、核分裂電離箱の核分裂性堆積物の有効質量の値）は、この計数積算と関連している。示されるように、この方法は以下のステップを含む：
スペクトルの最大計数に対応するチャネルＣｍａｘの特定、
例えば、チャネルＣｍａｘの両側に位置する１０チャネルの計数の平均（すなわち、これの平均値Ｖ_ｍｏｙ）の計算、
スペクトルにおいて、値Ｖ_ｍｏｙ/２に対応するチャネルＣｍａｘの特定、
先行する５ポイントと、Ｖ_ｍｏｙ/２に続く５ポイントとの間のゾーン周辺の線形回帰、
線形回帰による得られる直線の方程式の決定、
得られる直線の方程式を用いて、Ｖ_ｍｏｙ/２に対応するチャネルＲの決定と、例えば小数点第２位までの精度の採用（チャネルＲは、供給されるスペクトルに対応して固有のものであり、中性子スペクトルの性質に応じて変化しないと結論できる）
精度のために常に同じ数の小数位を保って、チャネルＲの一部（例えば０.４ Ｒ、０.５ Ｒ、及び０.６ Ｒ）に対応するチャネルの値の計算、
「谷」チャネルＣｖ（例えば０.５ Ｒ（図８参照））に可能な限り最も一致するチャネルＲの一部である弁別閾値の識別、
弁別閾値と計数チャネルの終わりＣｆ（図８を参照）との間の計数積算を計算すること。チャネルＣｆは、ゼロの計数率に対応するＣｆよりも大きな全てのチャネルであることを特徴とする。

最大の有用な信号を特別に扱うこと、換言すれば、「谷」チャネルＣｖ（図８を参照）にできる限り近く積算の閾値を考慮することにより、明らかに効果を得ることができる。

他の方法が用いられる可能性があるため、弁別閾値の決定の方法は唯一のものではない。しかしながら、この方法は、測定の条件（増幅器の増幅率、信号を形成する定数、中性子のエネルギー、その他）の全ての変化に影響されないことを、アプリオリに、可能にする。経験によれば、測定された計数率について、平均して０.５％の不確定性が増加する。

ＰＨＡモードでの調整から動的信号のＭＣＳモードでの取得への移行
上述したように、較正値を得ることは、中性子スペクトルの純度に関する目的を達成するため、中性子発生器の２つの出力の間に存在する特定の時間範囲を超えた核分裂電離箱からの信号を考慮することだけを必要とする。

ＭＣＳモードでの核分裂電離箱からの信号の取得（イベントの数を時間に応じてランキングする計数の段階）は、時間の経過とともに信号を追尾するために必要である。

選択された積算の閾値（前述のパラグラフを参照）と完全に一致するように、低い方の弁別閾値が調整されることが望ましい。

このためには、各電離箱について、予めＰＨＡモードで定義される積算の閾値に、以下の数Ｇ
を乗算することで十分であり、小さいほうの弁別閾値の調整値をボルトで得ることになる。非限定的で既知の例として、測定の分析のためのチャネルの数は１０２４に等しく、そして、弁別のボルト範囲は１０に等しい。

低い方の弁別閾値の決定が正確であるので、関連する不確定性はゼロであると考えてもよい。

測定のモニタリング
測定の間、中性子発生器の動作の変動（新たに生起する中性子の不安定さまたは発生器の摩耗）に影響されないように、中性子発生器の中性子の放出をモニターする必要があり、これにより中性子発生器の同じ動作としてなされる全ての測定が標準化される。較正装置が中性子カウンタＫを含むのはこの目的のためである。中性子カウンタＫは測定セルの内部または外側に配置することができる。非限定的な例として、カウンタＫは、図１の測定セルの外側に示される。モニタリングは、どのようなタイプの中性子探知器によって行われてもよい。非限定的な例として、カウンタＫは、ヘリウム３のカウンタであり、測定セルの例えば約数十センチメートルほど近くに配置される。

計数率測定の操作と、それに続く較正の操作との間は、核分裂電離箱及び中性子発生器に関して、カウンタＫを移動させないことが望ましい。

モニタリングの原則は、カウンタＫの計数及び核分裂電離箱の計数を同期する方法で、体系的に記録することである。核分裂電離箱により実現される測定の全ては、カウンタＫ（回路３４）の平均的計数を参照して標準化される。

カウンタＫによって供給される信号は時間に対して安定していると仮定して、考慮すべき唯一の不確定性は電離箱の計数の統計的な不確定性であると考えてもよい。

本発明の較正装置の有効性
本発明の計数率測定装置の有効性は、図９−１２で図示される測定結果に基づき以下に詳述される。高速中性子装置ウラン２３５核分裂電離箱によって供給される時間に応じた計数率Ｃ_ＣＨの例は、図９に図示される。信号が、時間間隔３０μｓ−２３０μｓで中性子発生器の放出パルス全体に続くことがわかるだろう。信号は、実際には、２３０μsを越えると消え、黒鉛の周囲で熱化された中性子を遮断することについての高速装置の品質が有効と認められる。

熱中性子装置について、ネプツニウム２３７及びウラン２３５の核分裂電離箱で得られる測定結果の計数率Ｃ_ＣＨの２つの例は、それぞれ図１０と図１１に示される。

ネプツニウム２３７の核分裂電離箱について、信号は、最初から中性子発生器の放出パルスが続いて時間間隔３０μｓ−２３０μｓに存在し、そして消え、これは中性子発生器のパルス放出の域を越えると、ネプツニウム２３７が熱領域においてゼロの核分裂横断面積を有することとなることから、熱装置において高速中性子が観察されなくなる（特に、本考察で考慮される時間範囲７００μｓ〜３５００μｓ）ことを示すことがわかるだろう。また、ウラン２３５の核分裂電離箱からの信号（熱中性子に対する核分裂性同位体）は、最初から中性子発生器の放出パルスが続いて時間間隔３０μｓ−２３０のμｓに存在し、そしてそれは、熱中性子が測定セルの黒鉛を通過した後に探知器の位置に到達する間、消えることなく変化し続けることがわかるだろう。

前述のことにより、モンテカルロＭＣＮＰ４Ｃ２コードの計算方法を用いる較正セルの概念が有効であることが認められ、上述されたように、９.９％以上のケースにおいて、０.６２５ｅＶ以下のエネルギーの熱中性子による核分裂電離箱の測定に対応する時間間隔７００μｓ−３５００μｓの間の全ての測定を解析することが望ましい。

図示したように、図１２は、全ての測定のためのモニターとして用いられるヘリウム３のカウンタによって検出される計数率Ｃ_Ｋを表す。カウンタは、セルの背面に配置され、まず発生器のパルス間に放出される高速中性子が到達することを、そして後に、測定セルのポリエチレン及び黒鉛の中性子が、ある程度、熱化されることを検出する。

示したように、１００００ヒットと同じかそれ以上の計数積算（１％の統計的な不確定性と関連して）は、１００μgのオーダーの核分裂性物質を格納する核分裂電離箱と、１２５Ｈｚの周波数のパルスモード及び３.１０^９ｎ．ｓ^-１の中性子放出で作動する中性子発生器から、高速中性子装置において約１時間で、熱中性子装置において約１０分で得られた。これらのことからも、装置の概念が有効であると認められる。

Claims (9)

1. 核分裂性物質を格納する少なくとも一つの核分裂電離箱（ＣＨ）の計数率測定装置であって、
   前記核分裂電離箱（ＣＨ）を格納する測定セル（１）と、
   前記核分裂電離箱に向けて周期的なパルスの形態で中性子を放出する中性子発生器（６）と、
   前記核分裂性物質と前記中性子との相互作用によって前記核分裂電離箱により供給される信号を、コネクタ（１２）を介して集める測定ケーブル（１１）と、
   前記中性子発生器（６）から放出される前記中性子のカウント信号を供給する中性子カウンタ（Ｋ）と、
   前記中性子発生器から放出される前記中性子の放出期間内に所定の時間間隔内で、前記核分裂電離箱から供給される信号を処理することにより生じる信号と前記中性子のカウント信号を処理することにより生じる信号とを、供給する処理システム（ＳＴ）と、
   前記核分裂電離箱から供給される信号を処理することにより生じる信号と前記中性子のカウント信号を処理することにより生じる信号とから前記中性子のカウント信号を参照して標準化した前記核分裂電離箱の計数率（Ｃ）を計算する回路（３４）と、を有し、
   前記測定セル（１）は、側壁の開口部（Ｏ）を介して開口された円筒状キャビティ（５）が形成された構造（３）を含み、
   前記円筒状キャビティ（５）の側壁上に配置され、前記核分裂電離箱（ＣＨ）、前記コネクタ（１２）、及び前記測定ケーブル（１１）の第１部分を格納する第１の円筒状ジャケット（９）と、
   前記第１の円筒状ジャケット（９）を所定の距離をおいて囲む第２の円筒状ジャケット（８）と、
   前記第１の円筒状ジャケット（９）に位置が合わされて前記構造（３）の端部に配置される第３の円筒状ジャケット（１７）と、をさらに備え、
   前記第１の円筒状ジャケット（９）および第２の円筒状ジャケット（８）は、それぞれ、前記円筒状キャビティ（５）が前記構造（３）の側壁に開口している側に位置する第１リング（１５）により前記構造（３）に固定される第１端部と、第２リング（１６）により前記構造（３）に固定される第２端部を有し、
   前記第３の円筒状ジャケット（１７）は、前記測定ケーブル（１１）の前記第１部分の延長された第２部分と、前記第３の円筒状ジャケット（１７）に前記測定ケーブル（１１）を保持するセンタリングリング（１４）とを含むことを特徴とする計数率測定装置。
2. 前記第１の円筒状ジャケット（９）をカバーするシート部材（１３）と、
   前記シート部材（１３）と第２の円筒状ジャケット（８）との間に配置される中空円筒状構造（１０）とを有することを特徴とする請求項１に記載の計数率測定装置。
3. 前記シート部材（１３）は、カドミウムのシートであることを特徴とする請求項２に記載の計数率測定装置。
4. 前記中空円筒状構造（１０）を構成する物質は、ボロレンであることを特徴とする請求項２又は３に記載の計数率測定装置。
5. 前記第１の円筒状ジャケット（９）と前記第２の円筒状ジャケット（８）とは、空気が満たされた空間で分離されることを特徴とする請求項１に記載の計数率測定装置。
6. 前記キャビティ（５）が形成された前記構造（３）は、黒鉛を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の計数率測定装置。
7. 前記中性子発生器（６）は、前記測定セルの前記構造（３）と一体化されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の計数率測定装置。
8. 前記中性子カウンタ（Ｋ）は、前記測定セルの前記構造（３）と一体化されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の計数率測定装置。
9. 少なくとも一つの核分裂電離箱に格納される核分裂性物質の有効質量を測定することを目的とする較正装置であって、前記較正装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の前記計数率測定装置と、前記計数率計算回路（３４）により供給される計数率（Ｃ）から前記核分裂性物質の前記有効質量を計算する回路（３５）とを備え、
   前記有効質量は、前記核分裂電離箱内のガスをイオン化する粒子の放出に関わる前記核分裂性物質の質量であることを特徴とする較正装置。