JP6143162B2 - 中性子測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、球殻形状をなすシンチレータを有する中性子測定装置に関するものである。

従来の中性子測定装置は、正負電極間にガス体を充填した計数部を複数の減速体の中心に配置したものが一般的である。このような構成では、各減速体に配置された計測部がエネルギ特性の異なる中性子をそれぞれ検出して計数することにより、中性子測定を行うことができる。このような従来の中性子測定装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開昭６１−２６９０８９号公報

上述した従来の中性子測定装置では、同一測定点において、複数の測定装置での測定が必要となり、装置の設置や測定に長時間が必要となり、また、原子力施設などのような必ずしも搬送が容易でない場所での測定作業は、測定者の負担が大きいというのが問題である。

本発明は上述した課題を解決するものであり、中性子測定を効率的に行うことができる中性子測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の中性子測定装置は、中性子を検出する中性子検出器を有する中性子測定装置であって、前記中性子検出器は、中性子を減速する減速材と、中性子を受けて発光するシンチレータと、前記シンチレータからの光を導く導光体とを一組とするシンチレーション検出部を有し、前記シンチレーション検出部が複数積層されることで球形状をなし、前記シンチレータは、球における２つの極点を結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置される、ことを特徴とするものである。

従って、減速材とシンチレータと導光体からなるシンチレーション検出部を複数積層して球形状とする中性子検出器を構成することから、中性子検出器に入射した中性子がその最外層から中心に向かって各シンチレーション検出部を透過するとき、シンチレータの光を導光体により取得して計数することにより、中性子の多様なエネルギ特性を１つの中性子検出器を用いて測定することができ、その結果、中性子測定に要する作業時間を短縮することができると共に、中性子検出器の搬送を容易化することができる。また、シンチレータを経線に沿うと共に緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置することから、最終的に導光体を極点に集合して１箇所から引き出すことが可能となり、導光体の引き回しを容易とすることができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、前記２つの極点の位置で最短幅に規定され、赤道の位置で最長幅に規定されることを特徴としている。

従って、中性子検出器におけるいずれの投影位置でも、シンチレータの面積がほぼ同等になることで、シンチレータが部分的に密集することがなく、方向依存性がほとんどなくどの位置でも安定した感度を確保することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、前記２つの極点を最短で結ぶ２つの経線に挟まれた所定の領域に設けられることを特徴としている。

従って、球の外表面に対してシンチレータを効果的に配置することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、前記シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で一致した位置に配置されることを特徴としている。

従って、シンチレータを積層方向に一致して配置することで、複数のシンチレーション検出部を容易に積層することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記シンチレータは、前記シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で相違する位置に配置されることを特徴としている。

従って、シンチレータを緯線方向に相違して配置することで、中性子測定器におけるシンチレーション検出部の厚さを均一に規定することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記導光体は、前記シンチレータに対応するように、前記球における経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されることを特徴としている。

従って、中性子がシンチレーション検出部を透過するとき、シンチレータの光を導光体により適正に取得して測定精度を向上することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記導光体は、波長シフトファイバであり、前記シンチレータに沿って複数配置され、１つの極点にまとめられて外部に取り出されることを特徴としている。

従って、導光体を波長シフトファイバとすることで、複数の波長シフトファイバを１つの極点にまとめて容易に外部に取り出すことができる。

本発明の中性子測定装置では、前記波長シフトファイバは、一方の極点から他方の極点に向けて経線方向に配置されると共に、前記他方の極点から一方の極点に向けて経線方向に配置され、２つの端部が前記一方の極点でまとめられて外部に取り出されることを特徴としている。

従って、波長シフトファイバを球殻に対して適正に配置し、折曲部を少なくすることで、端部から取り出す中性子のエネルギ特性を高感度で測定することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記他方の極点で前記波長シフトファイバが複数交差することを特徴としている。

従って、波長シフトファイバの本数を減少して効果的に配置することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記複数の波長シフトファイバは、前記他方の極点の１点で交差することを特徴としている。

従って、複数の波長シフトファイバを適正位置に配置することができ、測定精度を向上することができる。

本発明の中性子測定装置では、前記複数の波長シフトファイバは、前記他方の極点の複数点で交差することを特徴としている。

従って、複数の波長シフトファイバの交差を解消して効果的な配置とすることができる。

本発明の中性子測定装置では、前記他方の極点で前記波長シフトファイバが複数折り返されることを特徴としている。

従って、複数の波長シフトファイバの交差をなくして効果的な配置とすることができる。

本発明の中性子測定装置によれば、減速材とシンチレータと導光体からなるシンチレーション検出部を複数積層して球形状とする中性子検出器を構成し、シンチレータを経線に沿うと共に緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置するので、中性子測定に要する作業時間を短縮することができると共に、中性子検出器の搬送を容易化することができ、また、最終的に導光体を極点に集合して１箇所から引き出すことが可能となり、導光体の引き回しを容易とすることができる。

図１は、本発明の一実施例に係る中性子測定装置における中性子検出器を表す概略図である。 図２は、中性子測定器におけるシンチレータの配置を表す概略図である。 図３は、波長シフトファイバの装着方法を表す正面図である。 図４は、波長シフトファイバの装着状態を表す平面図である。 図５は、波長シフトファイバの装着状態の変形例を表す平面図である。 図６は、波長シフトファイバの装着状態の変形例を表す平面図である。 図７は、本実施例の中性子測定器の変形例を表す概略図である。 図８は、本実施例の中性子測定装置を表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る中性子検出装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図８は、本実施例の中性子測定装置を表す概略構成図である。

本実施例において、図８に示すように、中性子測定装置（中性子スペクトロメータ）１は、中性子スペクトルを測定する装置である。この中性子測定装置１は、例えば、中性子の測定、中性子エネルギスペクトルの測定などに用いられ、特に、相互に異なる中性子エネルギをそれぞれ測定することができる。また、中性子測定装置１は、例えば、原子力発電プラントにおける放射化評価技術として採用することができる。

本実施例の中性子測定装置１は、中性子検出器２と、計測器３とを有している。

中性子検出器２は、中性子を検出するシンチレーション検出器である。この中性子検出器２は、減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅと、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとを有している。

減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅは、中性子を減速する部材であり、例えば、ポリエチレン、パラフィン、エポキシ樹脂、アクリル、プラスティック、カドミウムなどから構成される。シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、中性子を受けて蛍光する部材であり、例えば、Ｌｉガラスシンチレータ、ＬｉＩシンチレータ、ＬｉＣａＡｌＦ_６シンチレータ、リチウム化合物、あるいは、ほう素化合物とＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータとの混合物などから構成される。導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、対応するシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅからの蛍光を導く部材であり、例えば、波長シフトファイバ、採光機能付与型光ファイバ、中空光ファイバ、ライトガイドなどから構成される。

また、中性子検出器２は、対応する減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅのうちの各一つを一組のシンチレーション検出部としている。即ち、第１シンチレーション検出部２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ、第２シンチレーション検出部２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ、第３シンチレーション検出部２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ、第４シンチレーション検出部２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ、第５シンチレーション検出部２１Ｅ，２２Ｅ，２３Ｅが設けられている。そして、中性子検出器２は、この第１シンチレーション検出部２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ、第２シンチレーション検出部２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ、第３シンチレーション検出部２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ、第４シンチレーション検出部２１Ｄ，２２Ｄ，２３Ｄ、第５シンチレーション検出部２１Ｅ，２２Ｅ，２３Ｅが中心側から積層して構成される曲面多層構造となっている。

球殻の中心部にコア減速材２１が配置され、このコア減速材２１の外側に第１シンチレータ２２Ａ、第１導光体２３Ａ、第１減速材２１Ａが順に積層されて第１シンチレーション検出部が構成される。この第１シンチレーション検出部は、第１導光体２３Ａの外側に第２シンチレータ２２Ｂ、第２導光体２３Ｂ、第２減速材２１Ｂが順に積層されて第２シンチレーション検出部が構成される。この第２シンチレーション検出部は、第２導光体２３Ｂの外側に第３シンチレータ２２Ｃ、第３導光体２３Ｃ、第３減速材２１Ｃが順に積層されて第３シンチレーション検出部が構成される。この第３シンチレーション検出部は、第３導光体２３Ｃの外側に第４シンチレータ２２Ｄ、第４導光体２３Ｄ、第４減速材２１Ｄが順に積層されて第４シンチレーション検出部が構成される。この第４シンチレーション検出部は、第４導光体２３Ｄの外側に第５シンチレータ２２Ｅ、第５導光体２３Ｅ、第５減速材２１Ｅが順に積層されて第５シンチレーション検出部が構成される。このように中性子検出器２は、５つのシンチレーション検出部が球状に積層されることで、全体として球殻多層構造を有する球体となっている。

この中性子検出器２の製造工程では、まず、バルク状のコア減速材２１が中性子検出器２の芯として配置される。次に、コア減速材２１の外周面に第１シンチレータ２２Ａが配置され、第１シンチレータ２２Ａの外周面に第１導光体２３Ａが配置され、第１導光体２３Ａの外周面に第１減速材２１Ａが配置されることで、第１シンチレーション検出部が製造される。続いて、この第１シンチレーション検出部の外周面に第２シンチレータ２２Ｂが配置され、第２シンチレータ２２Ｂの外周面に第２導光体２３Ｂが配置され、第２導光体２３Ｂの外周面に第２減速材２１Ｂが配置されることで、第２シンチレーション検出部が製造される。

その後、同様に、外周側に向けて、第３シンチレーション検出部（第３シンチレータ２２Ｃ、第３導光体２３Ｃ、第３減速材２１Ｃ）、第４シンチレーション検出部（第４シンチレータ２２Ｄ、第４導光体２３Ｄ、第４減速材２１Ｄ）、第５シンチレーション検出部（第５シンチレータ２２Ｅ、第５導光体２３Ｅ、第５減速材２１Ｅ）が順に配置される。この工程により、コア減速材２１の外周側に５層のシンチレーション検出部が積層され、球殻多層構造を有する中性子検出器２が構成される。

また、中性子検出器２は、最外層に光遮断層２４が設けられている。この光遮断層２４は、例えば、遮光膜などからなり、第５減速材２１Ｅの外周面を覆って配置される。この構成により、光遮断層２４が外部からの光を遮断するため、外部からの光とシンチレーション検出部の蛍光との混同による誤検出が低減され、中性子の検出精度が向上する。

中性子検出器２は、５層のシンチレーション検出部における導光体（波長シフトファイバ）２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの出力側端部が外部に引き出され、計測器３に接続されている。

計測器３は、中性子検出器２の出力信号に基づいて所定のデータを取得するための機器である。この計測器３は、高感度な光電変換素子（例えば、ＰＭＴ（Photomultiplier Tube）、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）、Ｓｉ−ＰＭ（シリコン・Photomultiplier））３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅと、波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅと、計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅと、データ処理系３４とを有している。

ＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅは、中性子検出器２の出力信号（導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅからの蛍光）を電気信号に変換して増幅する光電子増倍管であり、対応する中性子検出器２の導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅにそれぞれ接続されている。波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅは、ＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅの出力信号の波形を整形する回路であり、対応するＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅにそれぞれ接続されている。計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅは、波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅの出力信号を計数する回路であり、対応する波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅにそれぞれ接続されている。データ処理系３４は、計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅの出力信号に基づいて所定のデータ（例えば、中性子の測定データ、中性子エネルギスペクトルの測定データなど）を生成する装置であり、各計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅに接続されている。

本実施例の中性子測定装置１は、中性子検出器２が５組のシンチレーション検出部を有するため、これに対応して、計測器３が５組の計測部（ＰＭＴ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ、波形整形回路３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ、計数回路３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ）を有している。そして、これらの計測部が、対応するシンチレーション検出部に接続されている。

中性子測定装置１は、中性子検出器２に入射した中性子が中性子検出器２の最外層からコアに向かって５層のシンチレーション検出部を透過する。このとき、中性子が減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅで減速するため、より大きなエネルギを有する中性子ほどコア側に到達し、小さなエネルギを有する中性子は、途中の減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅで減速して消滅する。また、中性子がシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを透過すると、そのシンチレータが蛍光する。そして、これらの蛍光が各シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに対応する導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅにより集光されて計測器３に取得される。従って、計測器３は、各シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの蛍光を計数してデータ処理することにより、中性子検出器２に入射した中性子の特性を測定することができる。

ところで、上述した球殻構造をなす中性子測定装置２は、シンチレータからのシンチレーション光を波長シフトファイバで読み出す場合、球殻面の全体から信号を収集するため、非常に大量の波長シフトファイバが必要であり、多層型では、多数の波長シフトファイバの取り回しが困難であった。しかし、検出感度に関しては、球殻面の全面をシンチレータにより覆う必要がないことから、このシンチレータの配設方法に検討の余地がある。このとき、重要となるのが、球殻構造をなす中性子測定装置２の利点の一つである方向依存性がないという特性を消さないような形でシンチレータシートと波長シフトファイバを配置し、これをまとめて引き出すことが容易な構造とすることである。

本実施例の中性子測定装置２は、球面全体をシンチレータにより覆う必要はなく、中性子感度に方向依存性が出ない程度の適度な隙間をあけてシンチレータを配置するようにしている。球面に隙間をあけてシンチレータ及び波長シフトファイバを配置する場合、中性子測定装置２の感度に方向依存性を持たず、且つ、波長シフトファイバの引き出しが容易な構成とすることが望ましい。波長シフトファイバの集光特性を考えると、シンチレータの形は、波長シフトファイバに沿ってその長手方向の断面と同じ形状にするか、または、断面形状の中に納まる形状とすることが望ましい。

中性子測定装置２の感度に方向依存性を持たないようにするためのシンチレータの構成としては、適度な間隔で地球の経線、緯線のように縦横にシンチレータ及び波長シフトファイバを這わせる方法がある。このように経線と緯線に囲われた面積が全て等しいときには、中性子測定装置２の感度に方向依存性は生じない。しかし、この構成だと、緯線がお互い交わる場所がなく、最終的に波長シフトファイバを引き出す場所が複数個所に分散することとなり、波長シフトファイバの引き回しが煩雑となる。波長シフトファイバの引き出しの容易さを考えると、地球の経線に沿った方向のみにシンチレータ及び波長シフトファイバを配置することが望ましい。

しかし、地球の経線に沿った方向のみにシンチレータ及び波長シフトファイバを配置する構成では、シンチレータ及び波長シフトファイバが密集してしまい、極点付近での感度が他の領域に比べて高くなってしまう。そこで、波長シフトファイバの引き出しの容易さを保ちながら、感度の方向依存性を無くすために、波長シフトファイバに沿って配置するシンチレータの幅を極点付近で狭く、且つ、赤道付近で広くなるように配置する。この場合、シンチレータの幅は、最も幅の広い箇所が波長シフトファイバの幅となるようにする。シンチレータの幅が波長シフトファイバの幅より太くなると、シンチレーション光の集光効率が悪化してしまうためである。

図１は、本発明の一実施例に係る中性子測定装置における中性子検出器を表す概略図、図２は、中性子測定器におけるシンチレータの配置を表す概略図、図３は、波長シフトファイバの装着方法を表す概略図、図４は、波長シフトファイバの装着状態を表す平面図である。

なお、図１は、第５減速材２１Ｅと光遮断層２４を省略し、第５シンチレータ２２Ｅと第５導光体２３Ｅの配置構成が明確に表れるように記載している。また、図２は、第５導光体２３Ｅと第５減速材２１Ｅと光遮断層２４を省略し、第５シンチレータ２２Ｅの配置構成が明確に表れるように記載している。また、図３及び図４は、導光体としての波長シフトファイバの配索構成を説明するものであり、全ての導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅに対してほぼ共通である。

本実施例の中性子計装装置１にて、中性子検出器２は、前述したように、減速材２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅと、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとを有し、そのうちの一組がシンチレーション検出部を構成し、中心側から積層された球殻多層構造となっている。そして、図１及び図２に示すように、シンチレータ２２Ｅ（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）は、球（球殻多層構造）における２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。

以下、第５シンチレータ２２Ｅと第５導光体２３Ｅの配置構成について説明するが、他のシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄについてもほぼ同様の構成となっている。

シンチレータ２２Ｅは、その１つが２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）を最短で結ぶ２つの経線Ｍ１，Ｍ２に挟まれた所定の領域に設けられている。そのため、シンチレータ２２Ｅは、２つの極点の位置で最短幅に規定され、赤道の位置で最長幅に規定されている。そして、シンチレータ２２Ｅは、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数（本実施例では、８つ）配置されている。

導光体２３Ｅは、シンチレータ２２Ｅに対応するように、経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。この導光体２３Ｅは、波長シフトファイバであり、シンチレータ２２Ｅの外周面に重なるように複数（本実施例では、４本で８つ）配置され、１つの極点、つまり、南極点Ｓにまとめられ、集合部２３ａとして外部に取り出されるように構成されている。この導光体２３Ｅは、波長シフトファイバであることから、その長手方向に対してどの位置でも同じ幅（外径）であり、この幅は、シンチレータ２２Ｅにおける赤道では最短幅と同じ幅となっている。

この場合、シンチレータ２２Ｅ及び導光体２３Ｅは、極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数帯状に配置され、シンチレータ２２Ｅの外周面に導光体２３Ｅが重なるように配置されるが、その内外に配置される減速材２１Ｄ，２１Ｅは、球の全面に球殻状に配置されている。

そのため、導光体２３Ｅが波長シフトファイバであることから、減速材２１Ｄの外周面に導光体２３Ｅの幅（外径）に応じた溝（図示省略）を形成し、この溝に沿ってシンチレータ２２Ｅと導光体２３Ｅを配置することが望ましい。

また、導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、図３に示すように、南極点Ｓから北極点Ｎに向けて経線方向に配置されると共に、この北極点Ｎから南極点Ｓに向けて経線方向に配置され、２つの端部が南極点Ｓでまとめられ、集合部２３ａとして外部に取り出される。この場合、導光体２３Ｅは４本の波長シフトファイバが必要となる。

このとき、導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、図４に示すように、北極点Ｎで複数（本実施例では、４本）の波長シフトファイバが交差することとなる。そして、４本の導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、北極点Ｎの１点で重なるように交差している。

なお、全ての減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅとシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅが、説明した減速材２１Ｄ、シンチレータ２２Ｅと導光体２３Ｅとほぼ同様の構成となっている。そして、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、各シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で一致した位置に配置されている。つまり、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅを介して同位置で積層されている。

但し、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの配置構成は、この構成に限定されるものではない。例えば、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを、各シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で相違する位置に配置してもよい。即ち、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの各組を緯線方向に所定距離（所定角度）だけずらして配置してもよい。この場合、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの全組を緯線方向に所定距離（所定角度）だけ全てをずらしてもよく、一部の組をずらしてもよい。

また、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとしての波長シフトファイバの配置構成は、上述したものに限定されるものではない。図５及び図６は、波長シフトファイバの装着状態の変形例を表す平面図、図７は、本実施例の中性子測定装置の変形例を表す概略図である。

中性子測定器２にて、図５に示すように、導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、北極点Ｎの近傍で複数（本実施例では、４本）の波長シフトファイバが交差することとなる。但し、４本の導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、北極点Ｎの１点で重なることはなく、この北極点Ｎの周囲の複数の点で交差している。また、中性子測定器期２にて、図６に示すように、導光体２３Ｅ（波長シフトファイバ）は、北極点Ｎの近傍で複数（本実施例では、４本）の波長シフトファイバが折り返されることとなる。

また、中性子測定器２にて、図７に示すように、シンチレータ２２Ｅは、球（球殻多層構造）における２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。このシンチレータ２２Ｅは、その１つが２つの極点（北極点Ｎ、南極点Ｓ）を結ぶ平行な２つの経線Ｍ１１，Ｍ１２に挟まれた所定の領域に設けられている。そして、シンチレータ２２Ｅは、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数（本実施例では、８つ）配置されている。

導光体２３Ｅは、シンチレータ２２Ｅに対応するように、経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。この導光体２３Ｅは、波長シフトファイバであり、シンチレータ２２Ｅの外周面に一致して重なるように複数（本実施例では、４本で８つ）配置され、１つの極点、つまり、南極点Ｓにまとめられ、集合部２３ａとして外部に取り出されるように構成されている。

上述したように、本実施例の中性子検出器２は、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置し、その幅が赤道で最も大きくなるように変化させている。即ち、中性子検出器２は、いずれの方向から投影しても、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの面積が等しくなる。つまり、中性子検出器２を正面から見ても、上面から見ても、斜めから見ても、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを合わせた面積は、同じとなる。そのため、中性子検出器２は、中性子感度の方向依存性を抑制することが可能となる。そして、複数の導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅを波長シフトファイバとし、各端部を南極点Ｓでまとめて集合部２３ａとして外部に取り出すことで、波長シフトファイバの取り回しが容易で、且つ、中性子感度の方向依存性の無い多層型中性子測定装置が実現できる。これにより、単一減速球型中性子スペクトロメータが実現でき、原子力施設等における中性子スペクトル測定の労力および被曝線量の低減につながる。

なお、本実施例にて、中性子検出器２は、その中心部にコア減速材２１を配置し、減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅとシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとが組み合わされた２個のシンチレーション検出部を積層し、全体として中実構造としている。しかし、この構成に限らず、コア部を中空形状としてもよい。

また、中性子検出器２は、５層のシンチレーション検出部を有する構成としたが、５層に限るものではない。但し、中性子検出器２は、検出精度を考慮すると、５層以上のシンチレーション検出部を有することが好ましい。この場合、本実施例では、球殻の中心（コア減速材２１）側から、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ、導光体導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ、減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅの順に配置したが、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと導光体導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、逆であってもよい。

このように本実施例の中性子検出装置１にあっては、中性子検出器２と計測器３とを有し、中性子検出器２として、中性子を減速する減速材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅと、中性子を受けて発光するシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅと、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅからの光を導く導光体導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅとを一組とするシンチレーション検出部を設け、このシンチレーション検出部を複数積層し球形状としている。

従って、中性子検出器２に入射した中性子がその最外層から中心に向かって各シンチレーション検出部を透過する。このとき、各シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの光を各導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅを介してそれぞれ取得して計数することにより、中性子の多様なエネルギ特性を１つの中性子検出器２を用いて測定することができる。そのため、中性子測定に要する作業時間を短縮することができ、また、中性子検出器２の搬送を容易化することができる。特に、各シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの光を各導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅを介してそれぞれ取得して計数することができるため、信号処理時間が短く、また、中性子検出器２を小型化することができる。

また、中性子検出器２は、複数組のシンチレーション検出部を積層してなる球殻多層構造となっていることから、中性子検出にかかる方向依存性が緩和され、中性子の検出精度を向上することができる。特に、室内での中性子測定では、中性子が壁面に反射して散乱し易いが、この構成では、中性子検出の方向依存性を緩和することがきる点で特に有益である。

そして、本実施例の中性子検出装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、球における２つの極点Ｎ，Ｓを結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置している。従って、最終的に導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅを南極点Ｓに集合して１箇所から引き出すことが可能となり、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅの引き回しを容易とすることができる。

本実施例の中性子検出装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、２つの極点Ｎ，Ｓの位置で最短幅に規定され、赤道の位置で最長幅に規定している。従って、中性子検出器２におけるいずれの投影位置でも、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの面積がほぼ同等になることで、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅが部分的に密集することがなく、方向依存性がほとんどなくどの位置でも安定した感度を確保することができる。

本実施例の中性子検出装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、２つの極点Ｎ，Ｓを最短で結ぶ２つの経線に挟まれた所定の領域に設けられている。従って、球の外表面に対してシンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅを効果的に配置することができる。

本実施例の中性子検出装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で一致した位置に配置されている。従って、複数のシンチレーション検出部を容易に積層することができる。

本実施例の中性子検出装置では、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅは、シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で相違する位置に配置されている。従って、中性子測定器２におけるシンチレーション検出部の厚さを均一に規定することができる。

本実施例の中性子検出装置では、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅは、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに対応するように、球における経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されている。従って、中性子がシンチレーション検出部を透過するとき、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅの光を導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅにより適正に取得して測定精度を向上することができる。

本実施例の中性子検出装置では、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅを波長シフトファイバとし、シンチレータ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに沿って複数配置し、南極点Ｓにまとめられて外部に取り出している。従って、導光体２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅを波長シフトファイバとすることで、複数の波長シフトファイバを南極点Ｓにまとめて容易に外部に取り出すことができる。

本実施例の中性子検出装置では、波長シフトファイバを南極点Ｓから北極点Ｎに向けて経線方向に配置すると共に、この北極点Ｎから南極点Ｓに向けて経線方向に配置し、２つの端部を南極点Ｓでまとめて外部に取り出している。従って、波長シフトファイバを球殻に対して適正に配置し、折曲部を少なくすることで、端部から取り出す中性子のエネルギ特性を高感度で測定することができる。

この場合、北極点Ｎで波長シフトファイバを複数交差すると、波長シフトファイバの本数を減少して効果的に配置することができる。また、複数の波長シフトファイバを北極点Ｎの１点で交差すると、複数の波長シフトファイバを適正位置に配置することができ、測定精度を向上することができる。一方、複数の波長シフトファイバを北極点Ｎの近傍の複数点で交差すると、複数の波長シフトファイバの交差を解消して効果的な配置とすることができる。更に、北極点Ｎで波長シフトファイバを複数折り返して配置すると、複数の波長シフトファイバの交差をなくして効果的な配置とすることができる。

１ 中性子測定装置
２ 中性子検出器
３ 計測器
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ 減速材
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ シンチレータ
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ 導光体
２４ 光遮断層
３１Ａ〜３１Ｅ ＰＭＴ
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ 波形整形回路
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ 計数回路
３４ データ処理系
Ｎ 北極点（極点）
Ｓ 南極点（極点）

Claims (12)

1. 中性子を検出する中性子検出器を有する中性子測定装置であって、
   前記中性子検出器は、中性子を減速する減速材と、中性子を受けて発光するシンチレータと、前記シンチレータからの光を導く導光体とを一組とするシンチレーション検出部を有し、前記シンチレーション検出部が複数積層されることで球形状をなし、
   前記シンチレータは、球における２つの極点を結ぶ経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置される、
   ことを特徴とする中性子測定装置。
2. 前記シンチレータは、前記２つの極点の位置で最短幅に規定され、赤道の位置で最長幅に規定されることを特徴とする請求項１に記載の中性子測定装置。
3. 前記シンチレータは、前記２つの極点を最短で結ぶ２つの経線に挟まれた所定の領域に設けられることを特徴とする請求項２に記載の中性子測定装置。
4. 複数積層された前記シンチレーション検出部における各々の前記シンチレータは、前記シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で一致した位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の中性子測定装置。
5. 複数積層された前記シンチレーション検出部における各々の前記シンチレータは、前記シンチレーション検出部の積層方向に対して緯線方向で相違する位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の中性子測定装置。
   
6. 前記導光体は、前記シンチレータに対応するように、前記球における経線に沿うと共に、緯線方向に所定の隙間領域をあけて複数配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の中性子測定装置。
7. 前記導光体は、波長シフトファイバであり、前記シンチレータに沿って複数配置され、１つの極点にまとめられて外部に取り出されることを特徴とする請求項６に記載の中性子測定装置。
8. 前記波長シフトファイバは、一方の極点から他方の極点に向けて経線方向に配置されると共に、前記他方の極点から一方の極点に向けて経線方向に配置され、２つの端部が前記一方の極点でまとめられて外部に取り出されることを特徴とする請求項７に記載の中性子測定装置。
9. 前記他方の極点で前記波長シフトファイバが複数交差することを特徴とする請求項８に記載の中性子測定装置。
10. 前記複数の波長シフトファイバは、前記他方の極点の１点で交差することを特徴とする請求項９に記載の中性子測定装置。
11. 前記複数の波長シフトファイバは、前記他方の極点の複数点で交差することを特徴とする請求項９に記載の中性子測定装置。
12. 前記他方の極点で前記波長シフトファイバが複数折り返されることを特徴とする請求項８に記載の中性子測定装置。

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