JP6053122B2

JP6053122B2 - 中性子ラジオグラフィ装置

Info

Publication number: JP6053122B2
Application number: JP2012227220A
Authority: JP
Inventors: 威士渡利; 仲弘佐藤; 利幸川嶋; 宏治松門
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP2014081209A

Description

本発明は、中性子ラジオグラフィ装置に関する。

非特許文献１は、小型中性子コリメータを開示している。非特許文献１の中性子コリメータは、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）を有する。ＭＣＰは、Ｇｄ（gadolinium）の添加物、及び、Ｂ（boron）の添加物の少なくとも一方を含有する。Ｇｄ、及びＢは、熱中性子に対する比較的に高い吸収断面積を有する。

"Neutron Collimation With Microchannel Plates: Calibration of Existing Technology and Near Future Possibilities"、Tremsin, Anton S.; Hussey, Daniel S.; Downing, R. Gregory; Feller, W. Bruce; Mildner, David F. R.; Jacobson, David L.; Arif, Muhammad; Siegmund, Oswald H. W.、IEEE、TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE、VOL.54、NO.2、p362-p366 APRIL 2007

従来、燃料電池の中における水の挙動の観測、及び、生体細胞の観測には、比較的に高い空間分解能が要求される。熱中性子及び冷中性子を用いる中性子ラジオグラフィ装置は、このような比較的に高い空間分解能を必要とする用途に好適である。中性子と水素等との反応断面積は、中性子と金属との反応断面積よりも大きいからである。中性子ラジオグラフィ装置の空間分解能は、中性子ラジオグラフィ装置の計測器の分解能から影響を受けるが、中性子ビームの平行度から主に影響を受ける。中性子ビームの平行度は、中性子ラジオグラフィ装置の中性子コリメータの構造から影響を受ける。中性子ビームの平行度を示す指標は、コリメート比である。コリメート比は、中性子コリメータの中性子導管の長さ（Ｌ）を中性子導管の開口の直径（Ｄ）で割った値（Ｌ／Ｄ）である。従来の中性子コリメータのコリメート比は、１００〜１０００程度であることができる。中性子導管の長さが長い程、コリメート比は増加する。中性子導管の開口の直径が小さい程、コリメート比は増加する。しかし、中性子導管の長さは、装置の規模（装置全体の寸法）に影響を与える。中性子導管の開口の直径は、中性子の照射野の広さに影響を与える。すなわち、コリメート比の決定は、装置全体の大きさ、及び、照射野の広さ、に影響を与える。従って、装置の規模、及び、照射視野、に条件が設けられる場合には、この条件によって空間分解能も制限を受ける。

そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、装置の規模の縮小と、空間分解能の向上と、照射野の向上とが共に可能な中性子用ラジオグラフィ装置を提供することである。

本発明に係る中性子ラジオグラフィ装置は、マルチピンホールコリメータを備え、前記マルチピンホールコリメータは、複数の中性子導管と、前記複数の中性子導管を保持する筐体と、中性子吸収領域と、を備え、前記筐体は、第１の表面と第２の表面とを備え、前記第１の表面と前記第２の表面とは、中性子ビームの入射方向に沿って延びる基準軸に直交するように、配置され、前記第１の表面は、前記第２の表面の反対側にあり、前記複数の中性子導管のそれぞれは、中空のパイプ形状を備え、第１の開口と第２の開口とを備え、前記第１の表面と前記第２の表面との間に延在し、前記基準軸に沿って互いに平行に配置され、前記第１の開口は、前記第１の表面に設けられ、前記第２の開口は、前記第２の表面に設けられ、前記中性子吸収領域は、前記筐体の内壁面と前記複数の中性子導管の外側面との間を占めており、前記中性子吸収領域には、中性子吸収材が充填され、前記中性子吸収材は、Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉの何れかを含む。

マルチピンホールコリメータは複数の中性子導管を備えるので、好適なコリメート比を実現するために中性子導管の導管長を比較的に短くし且つ開口径も比較的に短くしても、中性子導管の数を増加させることによって、照射野と中性子利用効率とを増加できる。よって、好適なコリメート比によって好適な空間分解能を実現できると共に、複数の中性子導管を備えることによって照射野と中性子利用効率とを増加できる。更に、導管長を短くしても開口径も短くすれば好適なコリメート比を維持できるので、比較的に高い空間分解能を維持しつつマルチピンホールコリメータの規模を縮小でき、コストの削減も可能となる。更に、中性子吸収材はＧｄ，Ｂ，Ｌｉの何れかを含む。Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉは、何れも、熱中性子等（熱中性子の熱運動エネルギー以下の熱運動エネルギーを有する中性子）との反応断面積が比較的に大きい。従って、マルチピンホールコリメータにおいて、中性子導管の内側とは異なる箇所を進行する熱中性子等の熱運動エネルギーは、中性子吸収材によって、十分に低減可能である。

本発明の中性子ラジオグラフィ装置では、前記複数の中性子導管に含まれる一の中性子導管の第１の開口から入射した中性子が当該一の中性子導管に隣接し前記複数の中性子導管に含まれる他の中性子導管の第２の開口から出射する場合に、前記一の中性子導管の外側面から前記他の中性子導管の外側面に至るまでに当該中性子が進行する最短距離は、前記複数の中性子導管の間に充填されている前記中性子吸収材の平均自由行程よりも大きい。従って、開口から中性子導管に入射し、中性子導管の外側面を介して中性子吸収領域に進行する中性子は、中性子吸収領域において十分に減衰可能なので、中性子導管以外の他の中性子導管の開口から出射される、という事象の発生を抑制できる。

本発明の中性子ラジオグラフィ装置では、前記複数の中性子導管は、第１の開口径を有する中性子導管と、第２の開口径を有する中性子導管とを備え、前記第１の開口径は、前記第２の開口径と異なる。従って、複数のコリメート比を有するので、用途に応じて、複数のコリメート比を利用できる。

本発明の中性子ラジオグラフィ装置では、前記複数の中性子導管は、第１の導管長を有する中性子導管と、第２の導管長を有する中性子導管とを備え、前記第１の導管長と前記第２の導管長とは、前記基準軸の方向における中性子導管の長さであり、前記第１の導管長は、前記第２の導管長と異なる。従って、複数のコリメート比を有するので、用途に応じて、複数のコリメート比を利用できる。

本発明の中性子ラジオグラフィ装置では、前記複数の中性子導管は、前記基準軸の方向からみて、六方格子状に配列されている。従って、複数の中性子導管は、筐体の内側において、密に配置できる。よって、中性子ビームが入射するマルチピンホールコリメータの第１の面の開口率は向上される。

本発明の中性子ラジオグラフィ装置では、体積中性子源を更に備え、前記体積中性子源は、中性子を出射する出射面を備え、前記第１の表面は、前記出射面に面しており、前記基準軸に沿って中性子ビームの入射方向からみて、前記出射面は、前記第１の表面に重なる。従って、中性子導管の導管長を伸ばすことなく、大口径の中性子ビーム８を観測対象物に照射できる。

本発明によれば、装置の規模の縮小と、空間分解能の向上と、照射野の向上とが共に可能な中性子用ラジオグラフィ装置を提供できる。

実施形態に係る中性子ラジオグラフィ装置１の構成を示す図である。実施形態に係るマルチピンホールコリメータの構成を示す図である。実施形態に係る中性子吸収材を説明するための図である。実施形態に係るマルチピンホールコリメータの断面構成を示す図である。実施形態に係るマルチピンホールコリメータの構成を規定するために用いられる二つの数式を示す図である。実施形態に係るマルチピンホールコリメータの変形例の構成を示す図である。実施形態に係るマルチピンホールコリメータの変形例の構成を示す図である。実施例の透過率をシミュレーションした結果を表すロッキングカーブである。

以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、実施形態に係る中性子ラジオグラフィ装置１の構成を示す図である。中性子ラジオグラフィ装置１は、体積中性子源２、マルチピンホールコリメータ３、画像検出装置４、金属フィルタ５、遮蔽体６を備える。体積中性子源２は、出射面２ａを備える。マルチピンホールコリメータ３は、筐体３ａを備える。筐体３ａは、主表面３ｂと表面３ｃとを備える。中性子ラジオグラフィ装置１は、中性子ビーム８を用いて観測対象物７の透過像を撮像する。中性子ビーム８の中性子は、熱中性子の熱運動エネルギー以下（略０．０２５ｅＶ以下）の熱運動エネルギーを有する中性子であり、以下、熱中性子等、と称する。

体積中性子源２は、中性子ビーム８を出射面２ａから出射する。出射面２ａ、金属フィルタ５、主表面３ｂ、表面３ｃ、観測対象物７、画像検出装置４は、この順に、基準軸Ａｘに沿って、配置されている。出射面２ａ、主表面３ｂ、表面３ｃは、基準軸Ａｘに直交している。主表面３ｂは、出射面２ａに面している。出射面２ａは、基準軸Ａｘに沿って中性子ビーム８の入射方向からみて、主表面３ｂに重なる。基準軸Ａｘは、出射面２ａから出射される中性子ビーム８の進行方向に沿って延びている。体積中性子源２は、例えば重水及び軽水等が充填されたプールを備える。体積中性子源２は、高速中性子をプールを用いて減速し、中性子ビーム８を生成する。高速中性子は、例えば、原子炉、加速器等から体積中性子源２に入射する。マルチピンホールコリメータ３は、中性子ビーム８をコリメートする。画像検出装置４は、マルチピンホールコリメータ３から出射されコリメートされた中性子ビーム８を、観測対象物７を介して、受ける。画像検出装置４は、中性子ビーム８によって、観測対象物７の透過像を、２次元画像として、撮像する。金属フィルタ５は、体積中性子源２の出射面２ａと、マルチピンホールコリメータ３の主表面３ｂとの間に設けられている。金属フィルタ５は、γ線（例えば、体積中性子源２から出射されるγ線）を、遮蔽する。金属フィルタ５によって、マルチピンホールコリメータ３に入射するγ線のエネルギーは、低減される。遮蔽体６は、体積中性子源２から出射される放射線（γ線以外の他の放射線）を、遮蔽する。遮蔽体６によって、マルチピンホールコリメータ３に入射する放射線のエネルギーは、低減される。

図２は、マルチピンホールコリメータ３の構成を示す図である。マルチピンホールコリメータ３は、直管型の中性子コリメータである。マルチピンホールコリメータ３は、筐体３ａを備える。筐体３ａは、主表面３ｂと表面３ｃとを備える。主表面３ｂは、表面３ｃの反対側にある。主表面３ｂと表面３ｃとは、基準軸Ａｘに直交するように配置されている。基準軸Ａｘは、中性子ビーム８の入射方向に沿って延びている。筐体３ａは、複数の中性子導管９を備える。筐体３ａは、複数の中性子導管９を保持する。筐体３ａは、中性子吸収領域１０を備える。複数の中性子導管９は、筐体３ａの内側において、基準軸Ａｘの方向からみて、六方格子状に配列されている。

中性子導管９は、中空のパイプ形状（円筒状）を備える。中性子導管９は、開口Ａｐ１ａと開口Ａｐ１ｂとを備える。開口Ａｐ１ａの形状は、開口Ａｐ１ｂの形状と同一である。開口Ａｐ１ａは、開口Ａｐ１ｂの反対側にある。開口Ａｐ１ａは、中性子導管９の長手方向の一の端部に設けられている。開口Ａｐ１ｂは、中性子導管９の長手方向の他の端部に設けられている。中性子導管９は、主表面３ｂと表面３ｃとの間に延在する。複数の中性子導管９は、筐体３ａの内側において、基準軸Ａｘに沿って互いに平行に配置されている。開口Ａｐ１ａは、主表面３ｂに設けられている。主表面３ｂには、複数の開口Ａｐ１ａが設けられている。開口Ａｐ１ｂは、表面３ｃに設けられている。表面３ｃには、複数の開口Ａｐ１ｂが設けられている。中性子ビーム８は、開口Ａｐ１ａから入射し、中性子導管９の内側を進み、開口Ａｐ１ｂから出射される。

中性子導管９は、ＳＵＳ及びガラス等の材料によって構成されている。中性子導管９の材料は、中性子を透過し、電子（ｅ⁻）、α線等の荷電粒子を遮蔽する。ＳＵＳ及びガラス等は、中性子を透過し、電子、α線等の荷電粒子を遮蔽する。

中性子導管９のコリメート比は、マルチピンホールコリメータ３のコリメート比である。中性子導管９のコリメート比は、中性子導管９の基準軸Ａｘの方向の長さ（図４に示す導管長Ｖａ４）を、中性子導管９の開口径（図４に示す開口径Ｖａ２）で割った値である。中性子導管９のコリメート比は、例えば、５０以上２０００以下である。マルチピンホールコリメータ３の空間分解能は、中性子導管９の空間分解能であり、中性子導管９の空間分解能は、中性子導管９のコリメート比によって規定される。

中性子吸収領域１０は、筐体３ａの内壁面３ｄと中性子導管９の外側面９ａとの間を占めている。中性子吸収領域１０には、中性子吸収材が充填されている。中性子吸収材は、Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉの何れかを含有する。中性子吸収材は、Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉの何れかのナノパウダー（１００ｎｍ未満の粒径を有する粒子のパウダー）であることができる。中性子吸収材は、Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉの何れかのナノパウダーが混合された樹脂であることもできる。中性子吸収材は、内壁面３ｄと複数の中性子導管９の外側面９ａとの間の中性子吸収領域１０に対し、隙間なく充填される。隣接する二つの中性子導管９の間の間隔は、中性子吸収材のナノパウダーの粒径よりも十分に広い。

図３に示すように、Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉと熱中性子等（熱中性子の熱運動エネルギー以下の熱運動エネルギーを有する中性子であり、以下同様）との反応断面積は、比較的に大きい。図３に示す反応断面積は、熱中性子等との反応断面積である。図３には、Ｓｍ，Ｃｄそれぞれの熱中性子等との反応断面積も示されている。Ｓｍ，Ｃｄのそれぞれと熱中性子等との核反応は、γ線を発生する。Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉのそれぞれと熱中性子等との核反応は、電子、α線等の荷電粒子を発生し、γ線を発生しない。中性子導管９の材料は、ＳＵＳ及びガラス等であり、ＳＵＳ及びガラス等は、γ線に比較して、電子、α線等の荷電粒子を遮蔽できるので、よって、中性子吸収材は、Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉが適当であり、Ｓｍ，ＣＤは不適当である。

図４は、図２に示すＩ−Ｉ線に沿ったマルチピンホールコリメータ３の断面の主要な部分を示す図である。中性子導管９の外径Ｖａ１の長さを“Ｄ１”とする。中性子導管９の開口径Ｖａ２（中性子導管９の内径）の長さを“Ｄ２”とする。一の中性子導管９（図４においては特に中性子導管９＿１とする）と中性子導管９＿１に隣接する他の中性子導管９（図４においては特に中性子導管９＿２とする）との間における中性子吸収領域１０の厚みＶａ３（中性子導管９＿１の外側面９ａと中性子導管９＿２の外側面９ａとの間の間隔）の大きさを“ｄ”とする。中性子導管９の導管長Ｖａ４の長さ（中性子導管９の長手方向の長さであり、中性子導管９の基準軸Ａｘの方向の長さでもある）を“Ｌ”とする。中性子導管９＿１の開口Ａｐ１ａから入射した中性子が方向Ｄｉｒに沿って中性子導管９＿２の開口Ａｐ１ｂから出射する場合に、中性子導管９＿１の外側面９ａから中性子導管９＿２の外側面９ａに至るまでに、この中性子が方向Ｄｉｒに沿って進行する最短距離Ｖａ５の長さを“ｘ”とする。中性子吸収領域１０に充填されている中性子吸収材のＧｄ，Ｂ，Ｌｉの原子数密度（ｃｍ^−３）を“ｎ”とする。中性子吸収領域１０に充填されている中性子吸収材が有する中性子の反応断面積（ｂａｒｎ）を“σ”とする。

図５に示す数式１は、開口Ａｐ１ａから中性子導管９＿１に入射した熱中性子等（中性子ビーム８）が中性子導管９＿１の外側面９ａを介して中性子吸収領域１０に進行した場合に、この熱中性子等が中性子吸収領域１０によって十分に吸収されるための条件である。数式１の左辺は、最短距離Ｖａ５の長さ“ｘ”であり、数式１の右辺は、中性子吸収領域１０の中性子吸収材の平均自由行程である。

数式１によって規定される条件を次に記す。すなわち、中性子導管９＿１の開口Ａｐ１ａから入射した熱中性子等（中性子ビーム８）が方向Ｄｉｒに沿って中性子導管９＿２の開口Ａｐ１ｂから出射する場合に、中性子導管９＿１の外側面９ａから中性子導管９＿２の外側面９ａに至るまでに、この熱中性子等が方向Ｄｉｒに沿って進行する最短距離Ｖａ５は、複数の中性子導管９の間に充填されている中性子吸収材の平均自由行程よりも大きい（以上、数式１によって規定される条件）。

数式１の条件が満たされれば、開口Ａｐ１ａから中性子導管９＿１に入射し、中性子導管９＿１の外側面９ａを介して中性子吸収領域１０に進行する熱中性子等は、中性子導管９＿１以外の他の中性子導管９の開口Ａｐ１ｂから出射される、という事象の発生を抑制できる。

図５の数式２は、主表面３ｂの開口率Ｒを規定する。開口率Ｒは、主表面３ｂの全体の面積Ｓ１に対する、主表面３ｂに設けられた複数の開口Ａｐ１ａの面積の合計値Ｓ２の割合（％）である（Ｒ＝（Ｓ２／Ｓ１）×１００）。開口率Ｒに下限を設けることによって、開口径Ｖａ２と厚みＶａ３とを一定とした場合の外径Ｖａ１（換言すれば、中性子導管９の壁の厚み）の上限値が規定される。中性子導管９の壁の厚みは、外径Ｖａ１の長さから開口径Ｖａ２の長さを差し引いた値を２で割った値（Ｄ１−Ｄ２）／２である。中性子導管９の壁の厚みは、数式２によって規定される上限値以下であり、中性子を十分に透過できる程度に十分に薄い。中性子導管９の壁の厚みの下限値は、真直性及び剛性を確保するために必要な厚み、及び、中性子吸収領域１０から入射する荷電粒子を遮蔽してノイズを低減し画像検出装置４に対するＳ／Ｎ比を向上するために、中性子導管９の壁に入射した荷電粒子のエネルギーが壁内において十分に減衰するために必要な厚み、のうち最も小さい値を超えない値である。

例えば、開口率Ｒの下限を４０％とし、開口径Ｖａ２の長さを５００μｍとし、厚みＶａ３の厚さを１００μｍとすると、外径Ｖａ１の長さの上限値は６５３μｍとなり、中性子導管９の壁の厚みの上限値は、（６５３−５００）／２＝７６．５μｍとなる。

中性子導管９の壁に入射した荷電粒子のエネルギーが壁内において十分に減衰するために必要な厚みは、中性子導管９の壁中での平均飛程によって規定される。例えば、中性子導管９の壁の材料がＳＵＳの場合、^１０Ｂ（ｎ，α）^７Ｌｉの核反応で発生するα粒子とＬｉイオンの平均エネルギーは、それぞれ、０．８ＭｅＶ、２，７４ＭｅＶの程度であり、この核反応で発生するα粒子とＬｉイオンのＳＵＳ中での平均飛程は、それぞれ、１．４μｍ、２．８μｍの程度である。
^１５７Ｇｄ（ｎ，ｅ⁻）^１５８Ｇｄの核反応で発生する電子（ｅ⁻）の平均エネルギーは７０ｋｅＶの程度であり、この核反応で発生する電子（ｅ−）のＳＵＳ中での平均飛程は１０μｍの程度である。

ＳＵＳやガラスの表面は、比較的に凹凸が少ないので（滑らかなので）、ＳＵＳやガラスを中性子導管９の材料に用いた場合には、中性子導管９に入射した熱中性子等の反射率が比較的に高い。

以上説明したように、マルチピンホールコリメータ３は複数の中性子導管９を備えるので、好適なコリメート比を実現するために中性子導管９の導管長Ｖａ４を比較的に短くし且つ開口径Ｖａ２も比較的に短くしても、中性子導管９の数を増加させることによって、照射野と中性子利用効率とを増加できる。よって、好適なコリメート比によって好適な空間分解能を実現できると共に、複数の中性子導管９を備えることによって照射野と中性子利用効率とを増加できる。更に、導管長Ｖａ４を短くしても開口径Ｖａ２も短くすれば好適なコリメート比を維持できるので、比較的に高い空間分解能を維持しつつマルチピンホールコリメータ３の規模を縮小でき、コストの削減も可能となる。更に、中性子吸収材はＧｄ，Ｂ，Ｌｉの何れかを含む。Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉは、何れも、熱中性子等（熱運動エネルギーが０．０２５ｅＶ以下の中性子）との反応断面積が比較的に大きい。従って、マルチピンホールコリメータ３において、中性子導管９の内側とは異なる箇所を進行する熱中性子等の熱運動エネルギーは、中性子吸収材によって、十分に低減可能である。更に、複数の中性子導管９は、基準軸Ａｘの方向からみて、六方格子状に配列されている。従って、複数の中性子導管９は、筐体３ａの内側において密に配置できる。よって、中性子ビーム８が入射するマルチピンホールコリメータ３の主表面３ｂの開口率Ｒは向上される。更に、主表面３ｂは、出射面２ａに面しており、基準軸Ａｘに沿って中性子ビーム８の入射方向からみて、主表面３ｂは、出射面２ａに重なる。従って、中性子導管９の導管長Ｖａ４を伸ばすことなく、大口径の中性子ビーム８を金属フィルタ５に照射できる。

マルチピンホールコリメータ３の具体的な構成の一例を示す。観測対象物の厚さを“ｋ”とすると中性子ビーム８の拡がりによる画像の幾何学的な不鮮明度はコリメート比を用いると、ｋ／（Ｌ／Ｄ）で表される。つまり、厚さ１ｃｍの物体を空間分解能１０μｍで観測したい場合には、コリメート比Ｌ／Ｄ＝１０００が要求される。このような条件を満たすためには、例えば、開口径Ｖａ２の長さＤ２が５０μｍ、外径Ｖａ１の長さＤ１が１００μｍ、導管長Ｖａ４の長さが５ｃｍの中性子導管９を、２ｍｍの間隔で六方細密構造で配置し、各中性子導管９間に酸化ガドリニウムの中性子吸収材を充填する（例えば、予め各中性子導管９に厚さ１ｍｍ程度の酸化ガドリニウムコーティングを施してからバンドル化することで実現できる。）。この構成のマルチピンホールコリメータ３では、開口率Ｒ＝３１％であり、コリメート比Ｌ／Ｄ＝１０００のである。

図６に、マルチピンホールコリメータ３１の構成を示す。マルチピンホールコリメータ３１は、マルチピンホールコリメータ３の変形例である。マルチピンホールコリメータ３１は、二つの異なるコリメート比を有する。マルチピンホールコリメータ３１は、筐体３ａ１、中性子導管９１、中性子導管９２、中性子吸収領域１０を有する。筐体３ａ１は主表面３ｂ１を備える。主表面３ｂ１は、主表面３ｂに対応している。主表面３ｂ１は、第１領域３ｂ１ａと第２領域３ｂ１ｂとを備える。マルチピンホールコリメータ３１の中性子吸収領域１０は、マルチピンホールコリメータ３の中性子吸収領域１０と同様である。筐体３ａ１、中性子導管９１、中性子導管９２のそれぞれの材料は、筐体３ａ、中性子導管９のそれぞれの材料と同様である。中性子導管９１は、開口Ａｐ２を有し、中性子導管９２は開口Ａｐ３を有する。開口Ａｐ２の内径は、開口Ａｐ３の内径と異なる。開口Ａｐ２の外径は、開口Ａｐ３の外径と異なる。すなわち、筐体３ａ１は、開口の形状の異なる複数種類の中性子導管を保持する。第１領域３ｂ１ａには中性子導管９１の開口Ａｐ２が設けられている。第２領域３ｂ１ｂには中性子導管９２の開口Ａｐ３が設けられている。中性子導管９１の導管長は中性子導管９２の導管長と同一である。中性子導管９１の導管長と中性子導管９２の導管長とを、図８に示すように、異なるようにすることもできる。マルチピンホールコリメータ３１は、複数のコリメート比を有するので、用途に応じて、複数のコリメート比を利用できる。

図７に、マルチピンホールコリメータ３２の構成を示す。図７には、基準軸Ａｘに沿ったマルチピンホールコリメータ３２の断面からみた構成が示されている。マルチピンホールコリメータ３２は、マルチピンホールコリメータ３の他の変形例である。マルチピンホールコリメータ３２は、二つの異なるコリメート比を有する。マルチピンホールコリメータ３２は、筐体３ａ２、中性子導管９３、中性子導管９４、中性子吸収領域１０を有する。筐体３ａ２は、主表面３ｂ１と表面３ｃ１とを備える。主表面３ｂ１は、主表面３ｂに対応している。表面３ｃ１は、表面３ｃに対応している。主表面３ｂ１は、第１領域３ｂ１ａと第２領域３ｂ１ｂとを備える。表面３ｃ１は、第１領域３ｃ１ａと第２領域３ｃ１ｂとを備える。表面３ｃ１は、段差を有する。第１領域３ｃ１ａと第２領域３ｃ１ｂとは、同一面に配置されていない。第１領域３ｃ１ａは、第２領域３ｃ１ｂに平行である。マルチピンホールコリメータ３２の中性子吸収領域１０は、マルチピンホールコリメータ３の中性子吸収領域１０と同様である。筐体３ａ２、中性子導管９３、中性子導管９４のそれぞれの材料は、筐体３ａ、中性子導管９のそれぞれの材料と同様である。中性子導管９３の導管長は、中性子導管９４の導管長よりも長い。すなわち、筐体３ａ２は、導管長の異なる複数種類の中性子導管を保持する。第１領域３ｂ１ａと第１領域３ｃ１ａとには中性子導管９３の開口が設けられている。第２領域３ｂ１ｂと第２領域３ｃ１ｂとには中性子導管９４の開口が設けられている。中性子導管９３の開口径は、中性子導管９４の開口径と同一である。中性子導管９３の開口径と中性子導管９４の開口径とを、図７に示すように、異なるようにすることもできる。マルチピンホールコリメータ３１は、複数のコリメート比を有するので、用途に応じて、複数のコリメート比を利用できる。

（実施例）図８に、マルチピンホールコリメータ３の実施例の透過率（透過した中性子数／入射した中性子数）をシミュレーションした結果（ロッキングカーブ）を示す。実施例において、外径Ｖａ１の長さＤ１は５００μｍであり、開口径Ｖａ２の長さＤ２は４００ｍｍであり、導管長Ｖａ４の長さＬは５０ｍｍであり、厚みＶａ３の厚さｄは１３０μｍである。実施例において、中性子吸収材は、Ｇｄが樹脂に１：１０の体積比で混合されたものである。図８に示す横軸は、中性子ビーム８と実施例の主表面３ｂとの成す角度（ｄｅｇ）を表す。図８に示す縦軸は、中性子ビーム８に対する実施例の透過率を表す。図８に示すロッキングカーブによれば、透過率は、実施例の主表面３ｂに対する中性子ビーム８の入射角度が垂直（９０度）の場合に、最も高い。実施例の３ｂに対する中性子ビーム８の入射角度が垂直からシフトする程、透過率は低下する。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１…中性子ラジオグラフィ装置、１０…中性子吸収領域、２…体積中性子源、２ａ…出射面、３，３１，３２…マルチピンホールコリメータ、３ａ，３ａ１，３ａ２…筐体、３ｂ，３ｂ１…主表面、３ｂ１ａ，３ｃ１ａ…第１領域、３ｂ１ｂ，３ｃ１ｂ…第２領域、３ｃ，３ｃ１…表面、３ｄ…内壁面、４…画像検出装置、５…金属フィルタ、６…遮蔽体、７…観測対象物、８…中性子ビーム、９，９１，９２，９３，９４，９＿１，９＿２…中性子導管、９ａ…外側面、Ａｐ１ａ，Ａｐ１ｂ，Ａｐ２，Ａｐ３…開口、Ａｘ…基準軸、Ｄｉｒ…方向、Ｖａ１…外径、Ｖａ２…開口径、Ｖａ３…厚み、Ｖａ４…導管長、Ｖａ５…最短距離。

Claims

中性子ラジオグラフィ装置であって、
マルチピンホールコリメータを備え、
前記マルチピンホールコリメータは、
複数の中性子導管と、
前記複数の中性子導管を保持する筐体と、
中性子吸収領域と、
を備え、
前記筐体は、第１の表面と第２の表面とを備え、
前記第１の表面と前記第２の表面とは、中性子ビームの入射方向に沿って延びる基準軸に直交するように、配置され、
前記第１の表面は、前記第２の表面の反対側にあり、
前記複数の中性子導管のそれぞれは、中空のパイプ形状を備え、第１の開口と第２の開口とを備え、前記第１の表面と前記第２の表面との間に延在し、前記基準軸に沿って互いに平行に配置され、
前記複数の中性子導管の材料は、中性子を透過し、
前記第１の開口は、前記第１の表面に設けられ、
前記第２の開口は、前記第２の表面に設けられ、
前記中性子吸収領域は、前記筐体の内壁面と前記複数の中性子導管の外側面との間を占めており、
前記中性子吸収領域には、中性子吸収材が充填され、
前記中性子吸収材は、Ｇｄ，Ｂ，Ｌｉの何れかを含む、
中性子ラジオグラフィ装置。
前記複数の中性子導管に含まれる一の中性子導管の第１の開口から入射した中性子が当該一の中性子導管に隣接し前記複数の中性子導管に含まれる他の中性子導管の第２の開口から出射する場合に、前記一の中性子導管の外側面から前記他の中性子導管の外側面に至るまでに当該中性子が進行する最短距離は、前記複数の中性子導管の間に充填されている前記中性子吸収材の平均自由行程よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の中性子ラジオグラフィ装置。
前記複数の中性子導管は、第１の開口径を有する中性子導管と、第２の開口径を有する中性子導管とを備え、
前記第１の開口径は、前記第２の開口径と異なる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中性子ラジオグラフィ装置。
前記複数の中性子導管は、第１の導管長を有する第１の中性子導管と、第２の導管長を有する第２の中性子導管とを備え、
前記第１の導管長は、前記基準軸の方向における前記第１の中性子導管の長さであり、
前記第２の導管長は、前記基準軸の方向における前記第２の中性子導管の長さであり、
前記第１の導管長は、前記第２の導管長と異なっており、
前記第２の表面は、第１領域および第２領域を備え、
前記第１の中性子導管の前記第１の開口は、前記第１の表面に設けられ、
前記第１の中性子導管の前記第２の開口は、前記第２の表面の前記第１領域に設けられ、
前記第２の中性子導管の前記第１の開口は、前記第１の表面に設けられ、
前記第２の中性子導管の前記第２の開口は、前記第２の表面の前記第２領域に設けられ、
前記第２の表面は、前記第１領域と前記第２領域とによる段差を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の中性子ラジオグラフィ装置。
前記複数の中性子導管は、前記基準軸の方向からみて、六方格子状に配列されている、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の中性子ラジオグラフィ装置。
体積中性子源を更に備え、
前記体積中性子源は、中性子を出射する出射面を備え、
前記第１の表面は、前記出射面に面しており、
前記基準軸に沿って中性子ビームの入射方向からみて、前記出射面は、前記第１の表面に重なる、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の中性子ラジオグラフィ装置。