JP6632338B2 - Neutron chopper and neutron irradiation equipment - Google Patents

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Description

本発明は、中性子チョッパ及び中性子線照射装置に関する。   The present invention relates to a neutron chopper and a neutron irradiation device.

中性子線照射装置は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を射出する加速装置と、加速装置から射出された荷電粒子線の照射により中性子線を発生するターゲットと、ターゲットで発生した中性子線を減速する減速装置とを備えている。中性子線照射装置は、被照射体の内部の状態を計測する装置に用いられる。具体的には、中性子線照射装置により被照射体に中性子線を照射して、中性子検出器を用いて被照射体を透過した中性子線を検出することで、被照射体の透過画像を取得する装置がある。   The neutron beam irradiation device accelerates the charged particles and emits the charged particle beam, the target that generates the neutron beam by irradiating the charged particle beam emitted from the accelerator, and decelerates the neutron beam generated by the target And a speed reducer that performs the operation. The neutron beam irradiation device is used for a device that measures an internal state of an irradiation target. Specifically, a neutron beam is irradiated on the irradiated object by a neutron beam irradiation device, and a neutron beam transmitted through the irradiated object is detected using a neutron detector to obtain a transmission image of the irradiated object. There is a device.

中性子線照射装置では、被照射体に照射する中性子線または検出器に到達する中性子線のタイミングもしくは速度を選別する装置として、一部の時間、中性子線を透過させ、残りの時間、中性子線を遮断するチョッパを用いるものがある。また、中性子線照射装置では、加速装置から荷電粒子線をパルス状に照射するものがある。   In the neutron beam irradiation device, as a device to select the timing or speed of the neutron beam irradiating the object to be irradiated or the neutron beam reaching the detector, the neutron beam is transmitted for a part of the time, the neutron beam for the remaining time Some use a chopper to shut off. In some neutron beam irradiation devices, a charged particle beam is irradiated in a pulse form from an accelerator.

特許文献1には、加速装置から発生する荷電粒子線のタイミングと中性子チョッパのスリットの移動タイミングとを、チョッパの移動を制御して同期させる装置が記載されている。また特許文献2には、中性子ビームを通過する通過部と、中性子ビームを遮断する中性子吸収材を含む遮断部とを有するディスクを回転させる中性子ディスクチョッパが記載されている。また、中性子ディスクチョッパは、ディスクの厚さが、回転中心側から外周側に向かって徐々に薄くなるように形成されていることが記載されている。   Patent Literature 1 discloses a device that controls the movement of a chopper by synchronizing the timing of a charged particle beam generated from an accelerator and the movement timing of a slit of a neutron chopper. Patent Literature 2 discloses a neutron disk chopper that rotates a disk having a passing portion that passes a neutron beam and a blocking portion that includes a neutron absorbing material that blocks the neutron beam. Further, it is described that the neutron disk chopper is formed such that the thickness of the disk is gradually reduced from the rotation center side toward the outer peripheral side.

米国特許第6418194号明細書U.S. Pat. No. 6,418,194 特開2005−300487号公報JP 2005-300487 A

ここで、特許文献2に記載の中性子チョッパは、ディスク外周部と内周部とで厚みが異なるため中性子線の遮蔽性能に分布が生じる。また、中性子チョッパは、中性子線照射装置を効率よく稼働させるため、必要な成分の中性子線をより多く通過させることが求められる。   Here, the neutron chopper described in Patent Literature 2 has different thicknesses at the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the disk, so that the neutron shielding performance has a distribution. Further, the neutron chopper is required to pass more neutron rays of necessary components in order to operate the neutron beam irradiation device efficiently.

また、特許文献1に記載の装置は、中性子チョッパの回転を制御するための機構が必要になる。また、機械的な機構でチョッパの移動、具体的には回転を調整するため、空気抵抗、軸受の摩擦抵抗、チョッパの構造の偏り等により、入力した制御指令と実際の動作との間にずれが生じ、回転が不安定になる場合、または制御の精度を高くすることに限界が生じる場合がある。   Further, the device described in Patent Document 1 requires a mechanism for controlling the rotation of the neutron chopper. In addition, since the movement of the chopper, specifically the rotation, is adjusted by a mechanical mechanism, there is a gap between the input control command and the actual operation due to air resistance, frictional resistance of the bearing, bias of the chopper structure, etc. And rotation may become unstable, or there may be a limit in increasing control accuracy.

本発明は、必要な中性子線をより多く通過させることができることでエネルギー効率を高くすることができる中性子チョッパ及び中性子線照射装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a neutron chopper and a neutron beam irradiation device capable of increasing energy efficiency by allowing more necessary neutron beams to pass therethrough.

本発明の第1の態様は、中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記スリットは、前記ディスクの回転軸及び前記回転軸の径方向に平行な断面における壁面が、前記回転軸に対して傾斜していることを特徴とする中性子チョッパを提供する。   In a first aspect of the present invention, a plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding portion for shielding a neutron beam, and a direction in which the disk intersects a surface having the largest area of the disk is defined as A neutron having a drive unit for rotating as a shaft, wherein the slit has a rotation axis of the disk and a wall surface in a cross section parallel to a radial direction of the rotation axis is inclined with respect to the rotation axis; Provide a chopper.

本発明の第2の態様は、中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記ディスクは、前記中性子線の進行方向に対して回転軸が傾斜していることを特徴とする中性子チョッパを提供する。   In a second aspect of the present invention, a plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding portion for shielding a neutron beam, and a direction in which the disk intersects a surface having the largest area of the disk is defined as There is provided a neutron chopper having a drive unit for rotating as a shaft, wherein the disk has a rotation axis inclined with respect to a traveling direction of the neutron beam.

本発明の第3の態様は中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、前記駆動部は、前記ディスクの回転軸と、前記中性子線の進行方向とのなす角を変化させる角度可変装置を有することを特徴とする中性子チョッパを提供する。   A third aspect of the present invention is directed to a plate-shaped disk in which a neutron beam shielding slit is formed in a shielding portion that shields a neutron beam, and the disk intersects a direction intersecting a surface having the largest area of the disk. A neutron chopper, characterized in that the neutron chopper includes a drive unit that rotates the disk, and the drive unit includes an angle varying device that changes an angle between a rotation axis of the disk and a traveling direction of the neutron beam.

本発明の第4の態様は、中性子線に変換される荷電粒子線をパルス状に照射させ、かつ、照射タイミングを調整可能な加速装置と、上記のいずれかに記載の中性子チョッパと、前記中性子チョッパのスリットの位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の検出結果を検出し、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記加速装置から照射する前記荷電粒子線の照射タイミングを決定し、決定したタイミングに基づいて、前記加速装置に前記荷電粒子線を照射させるパルスを生成する照射制御装置と、を有することを特徴とする中性子線照射装置を提供する。   A fourth aspect of the present invention is directed to a neutron chopper according to any one of the above, wherein the charged particle beam converted to a neutron beam is irradiated in a pulsed manner, and the irradiation timing is adjustable. A position detection unit that detects the position of the slit of the chopper, and a detection result of the position detection unit, and an irradiation timing of the charged particle beam irradiated from the accelerator is determined based on the detection result of the position detection unit. And a radiation control device that generates a pulse for irradiating the charged particle beam to the accelerator based on the determined timing.

本発明によれば、必要な中性子線をより多く通過させることができることでエネルギー効率を高くすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since a required neutron beam can be passed more, energy efficiency can be improved.

図1は、中性子線照射装置を有する中性子透過撮影装置の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a neutron transmission imaging apparatus having a neutron beam irradiation apparatus. 図2は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the neutron chopper. 図3は、中性子線照射装置の動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the neutron irradiation device. 図4は、中性子線照射装置の動作の一例を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of the operation of the neutron beam irradiation device. 図5Aは、図2のA−A線断面図である。FIG. 5A is a sectional view taken along line AA of FIG. 図5Bは、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図5Cは、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。FIG. 5C is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図6は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図7は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す上面図である。FIG. 7 is a top view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. 図8は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. Components of each embodiment described below can be appropriately combined. In some cases, some components may not be used. The components in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same.

以下の実施形態においては、中性子線照射装置1が、機器又は構造物のような検査対象物に中性子線Nを照射して、その検査対象物の内部を非破壊で検査する検査装置に適用される場合で説明する。   In the following embodiments, the neutron beam irradiation device 1 is applied to an inspection device that irradiates a neutron beam N to an inspection target such as an apparatus or a structure and non-destructively inspects the inside of the inspection target. Will be described.

図1は、中性子線照射装置を有する中性子透過撮影装置の一例を示す模式図である。中性子透過撮影装置100は、図1に示すように、中性子線照射装置1と、検出器12と、位置検出装置13と、制御装置14と、を有する。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a neutron transmission imaging apparatus having a neutron beam irradiation apparatus. As shown in FIG. 1, the neutron transmission imaging apparatus 100 includes a neutron beam irradiation device 1, a detector 12, a position detection device 13, and a control device 14.

中性子線照射装置1は、荷電粒子を加速して荷電粒子線Pを射出する加速装置2と、加速装置2から射出された荷電粒子線Pの照射状態を調整する調整装置3と、荷電粒子線Pの照射により中性子線Nを発生するターゲット5と、ターゲット5で発生した中性子線Nを減速する減速装置6と、減速装置6から射出された中性子線Nを平行化するコリメータ7と、チョッパ(中性子チョッパ)10と、を備えている。コリメータ7から射出された中性子線Nが被照射体Sに照射される。また、中性子線照射装置1は、照射された中性子線Nをチョッパ10で遮蔽する状態と通過させる状態と時分割で切り換える。   The neutron beam irradiation device 1 includes an acceleration device 2 that accelerates charged particles to emit a charged particle beam P, an adjustment device 3 that adjusts an irradiation state of the charged particle beam P emitted from the acceleration device 2, and a charged particle beam. A target 5 for generating a neutron beam N by irradiation of P, a speed reducer 6 for reducing the neutron beam N generated at the target 5, a collimator 7 for parallelizing the neutron beam N emitted from the speed reducer 6, and a chopper ( A neutron chopper) 10. The irradiation target S is irradiated with the neutron beam N emitted from the collimator 7. Further, the neutron beam irradiation device 1 switches between a state in which the irradiated neutron beam N is shielded by the chopper 10 and a state in which the irradiated neutron beam N is passed in a time-division manner.

加速装置2は、円形加速器又は直線加速器を含む。加速装置2は、荷電粒子(陽子、電子、又は重粒子)を加速して、荷電粒子線(陽子線、電子線、又は重粒子線)Pを生成して射出する。加速装置2は、荷電粒子線Pをパルスで照射し、かつ、照射するパルスのタイミングを変更できる。加速装置2としては、例えばライナック(linac)加速器を用いることができる。   The accelerator 2 includes a circular accelerator or a linear accelerator. The accelerator 2 accelerates charged particles (protons, electrons, or heavy particles) to generate and emit a charged particle beam (proton beam, electron beam, or heavy particle beam) P. The accelerator 2 irradiates the charged particle beam P with a pulse, and can change the timing of the irradiating pulse. As the accelerator 2, for example, a linac accelerator can be used.

調整装置3は、複数の電磁石を含み、加速装置2から射出された荷電粒子線Pの照射状態を調整する。荷電粒子線Pの照射状態は、荷電粒子線Pの進行方向の調整及び荷電粒子線Pの整形を含む。調整装置3は、荷電粒子線Pの発散を抑制し、荷電粒子線Pを集束させる。調整装置3は、加速装置2から射出された荷電粒子線Pを走査装置4に導く。   The adjusting device 3 includes a plurality of electromagnets, and adjusts the irradiation state of the charged particle beam P emitted from the accelerator 2. The irradiation state of the charged particle beam P includes adjustment of the traveling direction of the charged particle beam P and shaping of the charged particle beam P. The adjusting device 3 suppresses the divergence of the charged particle beam P and focuses the charged particle beam P. The adjusting device 3 guides the charged particle beam P emitted from the acceleration device 2 to the scanning device 4.

本実施形態において、中性子線照射装置1は、荷電粒子線Pを走査する走査装置4を備える。走査装置4は、荷電粒子線Pを走査し、ターゲット5に対する荷電粒子線Pの照射位置を調整する。また、走査装置4は、ターゲット5に照射される荷電粒子線Pを整形する。なお、走査装置4は無くてもよい。   In the present embodiment, the neutron beam irradiation device 1 includes a scanning device 4 that scans the charged particle beam P. The scanning device 4 scans the charged particle beam P and adjusts the irradiation position of the charged particle beam P on the target 5. Further, the scanning device 4 shapes the charged particle beam P irradiated to the target 5. Note that the scanning device 4 may not be provided.

加速装置2から射出され、調整装置3及び走査装置4を通過した荷電粒子線Pは、ターゲット5に照射される。ターゲット5は、荷電粒子線Pの照射により、中性子線Nを発生する。ターゲット5を、中性子線発生部材5、と称してもよい。ターゲット5は、例えばベリリウム(Be)、リチウム(Li)、又はそれらを含む化合物で形成された液体又は固体の板状の部材を含む。ターゲット5は、円形又は矩形の板状の固体部材でもよいし、加熱された液体リチウムでもよい。例えば、厚さが一定になるように流し続けられた液体リチウムをターゲット5として使用してもよい。   The charged particle beam P emitted from the acceleration device 2 and having passed through the adjusting device 3 and the scanning device 4 is irradiated on the target 5. The target 5 generates a neutron beam N by irradiation of the charged particle beam P. The target 5 may be referred to as a neutron beam generating member 5. The target 5 includes a liquid or solid plate-shaped member formed of, for example, beryllium (Be), lithium (Li), or a compound containing them. The target 5 may be a circular or rectangular plate-like solid member, or may be heated liquid lithium. For example, liquid lithium continuously flowed so as to have a constant thickness may be used as the target 5.

減速装置6は、ターゲット5で発生した中性子線Nを減速する。減速装置6は、中性子線Nの進路において、ターゲット5と被照射体Sとの間に配置される。ターゲット5は、高エネルギーの高速中性子を発生する。減速装置6は、高速中性子のエネルギーを低減して、低速で低エネルギーの中性子(熱中性子、冷中性子、又は熱外中性子)を生成する。   The speed reducer 6 reduces the speed of the neutron beam N generated at the target 5. The reduction gear 6 is disposed between the target 5 and the irradiation target S on the path of the neutron beam N. The target 5 generates high energy fast neutrons. The speed reducer 6 reduces the energy of fast neutrons and generates low-speed, low-energy neutrons (thermal neutrons, cold neutrons, or epithermal neutrons).

コリメータ7は、減速装置6から射出された中性子線Nを平行化する。コリメータ7により平行化され、そのコリメータ7から射出された中性子線Nが被照射体Sに照射される。   The collimator 7 collimates the neutron beam N emitted from the reduction gear 6. The neutron beam N collimated by the collimator 7 and emitted from the collimator 7 is irradiated on the irradiation target S.

チョッパ10は、中性子線Nが照射される経路、本実施形態では、コリメータ7と被照射体Sとの間に配置されている。チョッパ10は、中性子線Nを遮蔽する遮蔽部と中性子線Nを通過させる通過部(スリット26)を有する回転部(ディスク20)と、回転部(ディスク20)を回転させる駆動部(駆動部22)とを有し、通過部の位置を移動させることで、照射された中性子線Nを遮蔽する状態と、通過させる状態とを切換、中性子線Nが被照射体Sに到達しない状態と被照射体Sに到達する状態とを切り換える。   The chopper 10 is disposed on a path to be irradiated with the neutron beam N, in this embodiment, between the collimator 7 and the irradiation target S. The chopper 10 includes a rotating unit (disk 20) having a shielding unit for shielding the neutron beam N and a passage unit (slit 26) for passing the neutron beam N, and a driving unit (driving unit 22) for rotating the rotating unit (disk 20). ), By switching the position of the passing portion, switching between a state in which the irradiated neutron beam N is shielded and a state in which the irradiated neutron beam N is allowed to pass. The state of reaching the body S is switched.

図2は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。チョッパ10は、図1及び図2に示すように、ディスク20と、駆動部22と、を有する。ディスク20は、中性子線Nを遮蔽する材料、例えば鉛、ホウ素などの中性子吸収材を含有する化合物や混合物で形成された円盤状の板である。駆動部22は、回転軸24を中心としてディスク20を回転させる。ここで、回転軸24は、ディスク20の略中心に形成されている。回転軸24は、中性子線の照射方向に平行となる向きである。   FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the neutron chopper. The chopper 10 has a disk 20 and a drive unit 22, as shown in FIGS. The disk 20 is a disk-shaped plate formed of a material or a mixture containing a neutron absorbing material such as lead or boron, which shields the neutron beam N. The drive unit 22 rotates the disk 20 about a rotation shaft 24. Here, the rotation shaft 24 is formed substantially at the center of the disk 20. The rotation axis 24 is in a direction parallel to the neutron beam irradiation direction.

ディスク20は、円盤の径方向に向かって、つまり回転軸24から離れる方向に伸びたスリット26が形成される。スリット26は、回転軸24を通る直線が中心線となる形状である。本実施形態のスリット26は、ディスク20の表面、つまり回転軸24に直交する面における幅Wが一定の幅となる。ディスク20は、スリット26が形成されている部分が中性子線Nを通過させる通過部に相当し、それ以外の部分が中性子線Nを遮蔽する遮蔽部に相当する。チョッパ10のディスク20のスリット26の形状については、後述する。   The disk 20 has a slit 26 extending in the radial direction of the disk, that is, in a direction away from the rotation shaft 24. The slit 26 has a shape in which a straight line passing through the rotation shaft 24 is the center line. In the slit 26 of the present embodiment, the width W on the surface of the disk 20, that is, the plane orthogonal to the rotation axis 24 is constant. In the disk 20, a portion where the slit 26 is formed corresponds to a passage portion that allows the neutron beam N to pass therethrough, and other portions correspond to a shielding portion that blocks the neutron beam N. The shape of the slit 26 of the disk 20 of the chopper 10 will be described later.

チョッパ10は、ディスク20を駆動部22で回転させることで、スリット26の位置を回転させることができる。これにより、スリット26の回転方向の位置によって、中性子線Nが通過する位置とスリット26が重なり中性子線Nを通過させる状態と、中性子線Nが通過する位置とスリット26が形成されてない位置が重なり中性子線Nを遮蔽する状態とが切り換えられる。   The chopper 10 can rotate the position of the slit 26 by rotating the disk 20 by the drive unit 22. Accordingly, depending on the position of the slit 26 in the rotation direction, the position where the neutron beam N passes and the slit 26 overlaps and the state where the neutron beam N passes, and the position where the neutron beam N passes and the position where the slit 26 is not formed are as follows. The state in which the overlapping neutron beam N is shielded is switched.

ここで、ディスク20は、直径50mm以上1000mm以下が例示される。また、ディスク20の厚みは、形成する材料によって変化するが、中性子線Nの遮蔽に必要な厚みを有し、例えば、10mm以上500mm以下である。また、駆動部22は、ディスク20を10Hz以上1000Hz以下(1秒間に10回転以上、1秒間に1000回転以下)で回転させることが例示される。幅Wは、0.5mm以上100mm以下とすることが好ましい。また、スリット26は、回転方向における角度範囲を0.05度以上10度以下とすることが好ましい。チョッパ10は、スリット26の幅Wを上記範囲、または回転方向における角度範囲を上記範囲とすることで、中性子線Nが通過する時間を所定の範囲とすることができ、計測精度を高くすることができる。   Here, the disk 20 has a diameter of 50 mm or more and 1000 mm or less. The thickness of the disk 20 varies depending on the material to be formed, but has a thickness necessary for shielding the neutron beam N, and is, for example, 10 mm or more and 500 mm or less. Further, the drive unit 22 exemplifies that the disk 20 is rotated at a frequency of 10 Hz or more and 1000 Hz or less (at least 10 rotations per second and at most 1000 rotations per second). The width W is preferably 0.5 mm or more and 100 mm or less. Further, it is preferable that the angle range of the slit 26 in the rotation direction be 0.05 degrees or more and 10 degrees or less. By setting the width W of the slit 26 to the above range or the angle range in the rotation direction to the above range, the chopper 10 can make the time required for the neutron beam N to pass through a predetermined range, thereby increasing the measurement accuracy. Can be.

次に、検出器12は、中性子線照射装置1から中性子線Nが照射される方向に配置されている。検出器12は、被照射体Sを挟んで中性子線照射装置1と対面する位置に配置されている。検出器12は中性子線照射装置1と対面する側の表面に中性子線Nを検出する検出素子が配置されている。検出器12は、中性子線照射装置1から照射され、被照射体Sが配置されている領域を通過した中性子線Nを検出素子で検出する。検出素子は、検出器12の表面にマトリクス状に配置されている。検出器12は、検出した結果を制御装置14に送る。   Next, the detector 12 is arranged in a direction in which the neutron beam N is irradiated from the neutron beam irradiation device 1. The detector 12 is arranged at a position facing the neutron irradiation device 1 with the irradiation target S interposed therebetween. In the detector 12, a detection element for detecting the neutron beam N is arranged on a surface facing the neutron beam irradiation device 1. The detector 12 detects a neutron beam N irradiated from the neutron beam irradiation device 1 and passed through a region where the irradiation target S is arranged, with a detection element. The detection elements are arranged in a matrix on the surface of the detector 12. The detector 12 sends the detection result to the control device 14.

位置検出装置13は、チョッパ10のディスク20のスリット26の位置、具体的には、回転方向における位置(位相)を検出する。位置検出装置13は、スリット26の位置を直接検出してもよいし、ディスク20に設けたマーカの位置を検出し、検出したマーカとスリット26との相対位置からスリット26の位置を検出してもよいし、駆動部22による回転動作からスリット26の位置を検出してもよい。位置検出装置13としては、光の透過を利用したエンコーダーや、回転トランスを利用したレゾルバーや、非接触でモニタが可能な渦電流センサーを用いることができる。位置検出装置13は、検出した位置情報を制御装置14に送る。   The position detection device 13 detects the position of the slit 26 of the disk 20 of the chopper 10, specifically, the position (phase) in the rotation direction. The position detecting device 13 may directly detect the position of the slit 26, or may detect the position of a marker provided on the disk 20, and may detect the position of the slit 26 from the relative position between the detected marker and the slit 26. Alternatively, the position of the slit 26 may be detected from the rotation operation of the drive unit 22. As the position detection device 13, an encoder using light transmission, a resolver using a rotary transformer, or an eddy current sensor capable of monitoring in a non-contact manner can be used. The position detecting device 13 sends the detected position information to the control device 14.

制御装置14は、中性子透過撮影装置100の各部の動作を制御する。制御装置14は、演算処理機能や記憶機能を備えている。また、制御装置14は、中性子線照射装置1の照射動作を制御する照射制御装置の機能を備えている。制御装置14は、照射制御装置の機能を実現する位相検出部14aと、比較部14bと、トリガ生成部14cと、パルス生成部14dと、を有する。本実施形態の制御装置14は、各部が1つのブロックに配置した場合を示したが、各制御機能を別々に設けてもよい。例えば、制御装置14は、位相検出部14aと比較部14bを1つの装置として位置検出装置13の内部に設け、トリガ生成部14cと、パルス生成部14dとを1つの装置として加速装置2の内部に設けてもよい。   The control device 14 controls the operation of each part of the neutron transmission imaging device 100. The control device 14 has an arithmetic processing function and a storage function. Further, the control device 14 has a function of an irradiation control device that controls the irradiation operation of the neutron beam irradiation device 1. The control device 14 includes a phase detection unit 14a that realizes the function of the irradiation control device, a comparison unit 14b, a trigger generation unit 14c, and a pulse generation unit 14d. Although the control device 14 of the present embodiment has shown the case where each unit is arranged in one block, each control function may be provided separately. For example, the control device 14 includes the phase detection unit 14a and the comparison unit 14b as one device inside the position detection device 13, and the trigger generation unit 14c and the pulse generation unit 14d as one device inside the acceleration device 2. May be provided.

位相検出部14aは、位置検出装置13の検出結果を取得し、チョッパ10のスリット26の位置を検出する。位相検出部14aは、検出したチョッパ10のスリット26の位置に基づいて、加速装置2から照射され、コリメータ7を通過した中性子線Nがスリット26を通過するタイミングを検出する。比較部14bは、位相検出部14aで検出したスリット26の回転方向の位置から検出した中性子線Nがスリット26を通過するタイミングと、加速装置2で荷電粒子線Pを発生させるタイミングと、を比較し、両者の差を検出する。トリガ生成部14cは、検出した差異に基づいて、加速装置2で荷電粒子線Pを発生させるパルスを生成するトリガとなるトリガ信号を生成する。パルス生成部14dは、トリガ信号に基づいて、荷電粒子線Pを発生させるパルスを生成する。制御装置14は、荷電粒子線Pを発生させるパルスを生成し、生成したパルスを加速装置2に送ることで、加速装置2からパルス状の荷電粒子線Pを照射させる。   The phase detection unit 14a acquires the detection result of the position detection device 13 and detects the position of the slit 26 of the chopper 10. The phase detector 14a detects the timing at which the neutron beam N irradiated from the accelerator 2 and passed through the collimator 7 passes through the slit 26 based on the detected position of the slit 26 of the chopper 10. The comparison unit 14b compares the timing at which the neutron beam N detected from the position in the rotation direction of the slit 26 detected by the phase detection unit 14a passes through the slit 26 with the timing at which the accelerator 2 generates the charged particle beam P. Then, the difference between the two is detected. The trigger generation unit 14c generates a trigger signal serving as a trigger for generating a pulse for generating the charged particle beam P in the accelerator 2 based on the detected difference. The pulse generation unit 14d generates a pulse for generating the charged particle beam P based on the trigger signal. The control device 14 generates a pulse for generating the charged particle beam P and sends the generated pulse to the acceleration device 2 so that the pulsed charged particle beam P is emitted from the acceleration device 2.

次に、図3及び図4を用いて、中性子線照射装置1の動作について説明する。図3は、中性子線照射装置の動作の一例を示すフローチャートである。図4は、中性子線照射装置の動作の一例を説明するための説明図である。図3及び図4の動作は、制御装置14の各部で動作を実行することで実現することができる。   Next, the operation of the neutron irradiation apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the neutron irradiation device. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of the operation of the neutron beam irradiation device. The operations in FIGS. 3 and 4 can be realized by executing the operations in each unit of the control device 14.

制御装置14は、現状の荷電粒子線の照射トリガのタイミング(荷電粒子線を照射するタイミング)を検出する(ステップS12)。制御装置14は、内部に記憶されている情報から取得しても、加速装置2から情報を取得してもよい。次に、制御装置14は、チョッパの位相を検出する(ステップS14)。位置検出装置13の検出結果を取得し、チョッパ10のスリット26の位置を検出し、検出したチョッパ10のスリット26の位置に基づいて、加速装置2から照射され、コリメータ7を通過した中性子線Nがスリット26を通過するタイミングを検出する。   The control device 14 detects the current timing of the irradiation trigger of the charged particle beam (the timing of irradiating the charged particle beam) (step S12). The control device 14 may obtain the information from the information stored therein or the information from the accelerator 2. Next, the control device 14 detects the phase of the chopper (step S14). The detection result of the position detection device 13 is acquired, the position of the slit 26 of the chopper 10 is detected, and the neutron beam N irradiated from the accelerator 2 and passed through the collimator 7 based on the detected position of the slit 26 of the chopper 10. Is detected at the timing of passing through the slit 26.

制御装置14は、チョッパの位相とビームがスリットを通過するタイミングとの差を検出する(ステップS16)。つまり、位相検出部14aで検出したスリット26の回転方向の位置から検出した中性子線Nがスリット26を通過するタイミングと、加速装置2で荷電粒子線Pを発生させるタイミングと、を比較し、両者の差を検出する。   The controller 14 detects a difference between the phase of the chopper and the timing at which the beam passes through the slit (Step S16). That is, the timing at which the neutron beam N detected from the position in the rotation direction of the slit 26 detected by the phase detection unit 14a passes through the slit 26 and the timing at which the accelerator 2 generates the charged particle beam P are compared. The difference between the two.

制御装置14は、検出した差異に基づいて、加速装置で荷電粒子線を発生させるパルスを生成するトリガとなるトリガ信号を生成する(ステップS18)。制御装置14は、トリガ信号に基づいて、荷電粒子線Pを発生させるパルスを生成する(ステップS20)。制御装置14は、荷電粒子線Pを発生させるパルスを生成し、生成したパルスを加速装置2に送ることで、加速装置2からパルス状の荷電粒子線Pを照射させる。   The control device 14 generates a trigger signal serving as a trigger for generating a pulse for generating a charged particle beam in the accelerator based on the detected difference (step S18). The control device 14 generates a pulse for generating the charged particle beam P based on the trigger signal (Step S20). The control device 14 generates a pulse for generating the charged particle beam P and sends the generated pulse to the acceleration device 2 so that the pulsed charged particle beam P is emitted from the acceleration device 2.

中性子線照射装置1は、図4に示すように、当初の荷電粒子線を発生させるパルス30と、チョッパのスリット26が中性子線Nが通過する領域にあるタイミングを示すパルス34とがずれている場合、荷電粒子線を発生させるタイミングを、荷電粒子線を発生させるパルス32に補正する。このように、中性子線照射装置1は、チョッパのスリットの位相に基づいて、荷電粒子パルスの発生タイミングを調整することで、所望の中性子線Nがスリット26を通過するタイミングで、荷電粒子線を加速装置2で発生させることができる。なお、図4では、荷電粒子線を発生させるパルスと、荷電粒子パルスに基づいて、発射され、変換された中性子線がディスク20に到達する時間とをおなじタイミングとして、パルス30、32と、スリット26が中性子線Nが通過する領域にあるタイミングを示すパルス34との関係をわかりやすく示したが、この関係に限定されない。パルス30、32は、荷電粒子パルスに基づいて、発射され、変換された中性子線がディスク20に到達する時間とし、実際の荷電粒子パルスは、別のタイミングになっていてもよい。   As shown in FIG. 4, in the neutron beam irradiation device 1, a pulse 30 for generating an initial charged particle beam is shifted from a pulse 34 indicating a timing at which the slit 26 of the chopper is in a region where the neutron beam N passes. In this case, the timing for generating the charged particle beam is corrected to the pulse 32 for generating the charged particle beam. As described above, the neutron beam irradiation device 1 adjusts the generation timing of the charged particle pulse based on the phase of the slit of the chopper, so that the charged particle beam is emitted at the timing at which the desired neutron beam N passes through the slit 26. It can be generated by the acceleration device 2. In FIG. 4, the pulses 30 and 32 and the slit are used as the same timing with the pulse for generating the charged particle beam and the time when the neutron beam emitted and converted based on the charged particle pulse reaches the disk 20. Although the relation between the pulse 26 and the pulse 34 indicating the timing in the area where the neutron beam N passes is shown in an easy-to-understand manner, the relation is not limited to this. The pulses 30, 32 are the times at which the emitted and converted neutrons reach the disk 20 based on the charged particle pulse, and the actual charged particle pulse may be at another timing.

中性子線照射装置1は、加速装置2から荷電粒子線を照射するタイミングを制御することで、ハードウェア、具体的には回転する機器を制御せずに、同期制御を行うことができ、高精度な同期制御が可能となる。具体的には、機械的な機構でチョッパの移動、具体的には回転を調整するため、空気抵抗、軸受の摩擦抵抗、チョッパの構造の偏り等により、入力した制御指令と実際の動作との間にずれが生じ、回転が不安定になることを抑制することができる。また、電気的なタイミング制御で同期を行うことができるため、制御装置を簡単にすることができる。また、中性子線照射装置1は、高精度な同期制御が可能となることで、被照射体に照射する中性子線または検出器に到達する中性子線のタイミングもしくは速度を高い精度で制御することができる。これにより、検出器12に到達するまたは被照射体Sに到達する中性子線の波長を高い精度で制御することができ、また、エネルギーがピークに近い中性子線を検出器12または被照射体Sに到達させることができる。   The neutron beam irradiator 1 controls the timing of irradiating the charged particle beam from the accelerator 2 so that the neutron beam irradiator 1 can perform synchronous control without controlling hardware, specifically, a rotating device, and achieve high precision. Synchronization control becomes possible. Specifically, in order to adjust the movement of the chopper by a mechanical mechanism, specifically, the rotation, the input control command and the actual operation are controlled by air resistance, frictional resistance of the bearing, bias of the chopper structure, etc. It is possible to suppress the occurrence of a gap between them and the unstable rotation. In addition, since synchronization can be performed by electrical timing control, the control device can be simplified. In addition, the neutron beam irradiation device 1 can control the timing or speed of the neutron beam irradiating the irradiation target or the neutron beam arriving at the detector with high accuracy by enabling highly accurate synchronous control. . Thereby, the wavelength of the neutron beam reaching the detector 12 or the object S can be controlled with high accuracy, and the neutron beam whose energy is close to the peak can be applied to the detector 12 or the object S. Can be reached.

また、中性子線照射装置1は、加速装置2として、ライナック加速器を用い、タイミングを調整可能なパルスで荷電粒子線を照射することで、荷電粒子線を照射する時間を短くすることができ、エネルギー効率を高くすることができる。また、荷電粒子線を照射する時間を短くすることで、荷電粒子線、中性子線を遮蔽する部材に係る負荷を小さくすることができ、照射時の荷電粒子線のエネルギーを大きくすることができる。   In addition, the neutron beam irradiation device 1 uses a linac accelerator as the accelerator 2 and irradiates the charged particle beam with a pulse whose timing can be adjusted, so that the time for irradiating the charged particle beam can be shortened. Efficiency can be increased. Further, by shortening the irradiation time of the charged particle beam, the load on the member that shields the charged particle beam and the neutron beam can be reduced, and the energy of the charged particle beam at the time of irradiation can be increased.

ここで、中性子線照射装置1は、加速装置2から時間t1(パルス幅)が0.01μ秒以上1000μ秒以下の荷電粒子を照射することが好ましく、チョッパ10が中性子線を通過させる時間t2を1μ秒以上100μ秒以下とすることが好ましい。これにより、照射された中性子線をチョッパ10でより短いパルスの中性子線とすることができる。これにより、計測精度をより高くすることができる。ここで、中性子線照射装置1は、加速装置2で時間t1の間照射された荷電粒子線は、ターゲット5で中性子線となった後、減速装置6を通過することで中性子線の速度に分布が生じる。このため、チョッパ10が配置されている領域を中性子線が通過する時間は、加速装置2から荷電粒子線を照射する時間t1よりも長くなり、例えば、10μ秒以上100μ秒以下となる。以上より、加速装置2から荷電粒子線を照射する時間t1が、チョッパ10が中性子線を通過させる時間t2よりも短い場合でも、照射された中性子線をチョッパ10でより短いパルスの中性子線とすることができる。また、加速装置2が陽子線加速器である場合、加速装置2から時間t1が10μ秒以上1000μ秒以下の荷電粒子線を照射することが好ましい。   Here, it is preferable that the neutron beam irradiation device 1 irradiates the charged particles having a time t1 (pulse width) of 0.01 μsec or more and 1000 μsec or less from the accelerator 2, and the time t2 at which the chopper 10 passes the neutron beam is set. It is preferable that the period be 1 μsec to 100 μsec. As a result, the irradiated neutron beam can be converted into a shorter pulse neutron beam by the chopper 10. Thereby, the measurement accuracy can be further increased. Here, the neutron beam irradiation device 1 distributes the charged particle beam irradiated by the acceleration device 2 during the time t1 into a neutron beam at the target 5 and then passes through the speed reduction device 6 to distribute the neutron beam speed. Occurs. For this reason, the time during which the neutron beam passes through the area where the chopper 10 is disposed is longer than the time t1 during which the accelerator 2 irradiates the charged particle beam, and is, for example, 10 μsec or more and 100 μsec or less. As described above, even when the time t1 during which the charged particle beam is irradiated from the accelerator 2 is shorter than the time t2 during which the chopper 10 passes the neutron beam, the irradiated neutron beam is used as a neutron beam with a shorter pulse by the chopper 10. be able to. When the accelerator 2 is a proton accelerator, it is preferable that the accelerator 2 emits a charged particle beam having a time t1 of 10 μsec or more and 1000 μsec or less.

また、本実施形態の中性子線照射装置1は、中性子線Nの通過経路において、コリメータ7と被照射体Sとの間にチョッパ10を配置したがこれに限定されない。中性子線照射装置1は、減速装置6とコリメータ7との間にチョッパ10を配置してもよい。   Further, in the neutron beam irradiation device 1 of the present embodiment, the chopper 10 is disposed between the collimator 7 and the irradiation target S in the neutron beam N passage path, but the present invention is not limited to this. In the neutron beam irradiation device 1, the chopper 10 may be arranged between the speed reducer 6 and the collimator 7.

次に、中性子チョッパ10のディスク20のスリット26の形状について説明する。図5Aは、図2のA−A線断面図である。図5B及び図5Cは、それぞれ中性子チョッパの他の例の概略構成を示す断面図である。図5Aに示す中性子チョッパ(チョッパ)10のディスク20は幅wのスリット26が形成されている。スリット26は、ディスク20の回転軸24と回転軸24の径方向に平行な断面における壁面27が、回転軸24に対して傾斜している。壁面27と回転軸24に平行な線とのなす角は、θとなる。ここで、ディスク20は、中性子線Nを通過させる位置の断面におけるディスク20の回転方向29に対して、回転方向前側(上流側)の壁面27が、中性子線Nの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜している。ディスク20は、中性子線Nを通過させる位置の断面におけるディスク20の回転方向29に対して、回転方向後側(下流側)の壁面27が、中性子線Nの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜している。   Next, the shape of the slit 26 of the disk 20 of the neutron chopper 10 will be described. FIG. 5A is a sectional view taken along line AA of FIG. 5B and 5C are cross-sectional views each showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. The disk 20 of the neutron chopper (chopper) 10 shown in FIG. 5A has a slit 26 having a width w. The slit 26 has a rotating shaft 24 of the disk 20 and a wall surface 27 in a cross section parallel to the radial direction of the rotating shaft 24 is inclined with respect to the rotating shaft 24. The angle between the wall surface 27 and a line parallel to the rotation axis 24 is θ. Here, with respect to the rotation direction 29 of the disk 20 at the cross section at the position where the neutron beam N passes, the disk 20 moves in a direction in which the wall surface 27 on the front side (upstream side) in the rotation direction advances in the traveling direction of the neutron beam N. It is inclined in the direction toward the rear. With respect to the rotation direction 29 of the disk 20 at the cross section at the position where the neutron beam N passes, the disk 20 moves rearward as the wall surface 27 on the rear side (downstream side) in the rotation direction advances in the traveling direction of the neutron beam N. It is inclined in the direction toward.

図5Bに示す中性子チョッパ(チョッパ)のディスク20aは幅wのスリット26aが形成されている。スリット26aは、ディスク20aの回転軸24と回転軸24の径方向に平行な断面における壁面27aが、回転軸24に対して傾斜している。壁面27と回転軸24に平行な線とのなす角は、θaとなる。ディスク20aは、なす角θaが、ディスク20のなす角θと異なる以外は、同様の構造である。   The neutron chopper (chopper) disk 20a shown in FIG. 5B has a slit 26a having a width w. In the slit 26a, the rotation axis 24 of the disk 20a and a wall surface 27a in a cross section parallel to the radial direction of the rotation axis 24 are inclined with respect to the rotation axis 24. The angle between the wall surface 27 and a line parallel to the rotation axis 24 is θa. The disk 20a has the same structure except that the angle θa is different from the angle θ of the disk 20.

これに対して、図5Cに示す中性子チョッパ(チョッパ)のディスク20bは幅wのスリット26bが形成されている。スリット26bは、ディスク20bの回転軸24と回転軸24の径方向に平行な断面における壁面が、回転軸24と平行である。   In contrast, a neutron chopper (chopper) disk 20b shown in FIG. 5C has a slit 26b having a width w. The wall surface of the slit 26 b in a section parallel to the rotation axis 24 of the disk 20 b and the radial direction of the rotation axis 24 is parallel to the rotation axis 24.

ディスク20、20aは、スリット26、26aを回転軸24に対して傾斜している形状とすることで、スリット26、26aの入口側でスリット26、26aに進入した中性子線(より具体的には通過させたい速度の中性子線)のうち、途中でスリットの壁面27、27aに衝突する中性子線を少なくすることができる。また、遮蔽する対象の中性子線は、スリット26、26a以外の部分で遮蔽することができる。これにより、ディスク20、20aは、ディスク20bのスリット26bを中性子線が通過する場合と比べて、計測に用いるエネルギー(速度)の中性子線のうち、スリット26、26aの壁面27、27aに衝突する中性子線の量を減らすことができ、チョッパ通過後の計測に用いるエネルギー(速度)の中性子線の中性子線の収量を多くすることができる。また、ディスク20、20aは、スリット26、26aを回転軸24に対して傾斜している形状とすることで、ディスク20、20aの回転数を速くしても、厚みを厚くしてスリット26、26aの深さ(中性子線が進む方向の長さ)が長い場合でも、スリット26、26aの壁面27、27aに衝突する中性子線の量を少なくすることができ、チョッパ10を通過する中性子数をより多くすることができる。また、ディスク20、20aは、スリット26、26aを回転軸24に対して傾斜している形状とすることで、所定の速度で、かつスリット26、26aに進入した中性子線が途中で壁面27、27aに衝突しにくい形状にできるため、スリット26、26aを通過する中性子エネルギーの範囲も広くすることができる。また、ディスク20、20aは、ディスク全体の配置変更が不要なため設置スペースに影響を与えることがない。これにより、装置全体の設計の自由度を上げつつ、中性子線を効率よく通過させることができる。   The disks 20, 20a have a shape in which the slits 26, 26a are inclined with respect to the rotation axis 24, so that the neutron beam (more specifically, the neutron beam that has entered the slits 26, 26a on the entrance side of the slits 26, 26a). Among the neutron beams at the velocity to be passed), the neutron beams that collide with the wall surfaces 27 and 27a of the slit on the way can be reduced. In addition, the neutron beam to be shielded can be shielded by portions other than the slits 26 and 26a. As a result, the disks 20, 20a collide with the wall surfaces 27, 27a of the slits 26, 26a of the neutron beam of energy (velocity) used for measurement, as compared with the case where the neutron beam passes through the slit 26b of the disk 20b. The amount of the neutron beam can be reduced, and the neutron beam energy (velocity) used for measurement after passing through the chopper can be increased. Further, the disks 20, 20a are formed such that the slits 26, 26a are inclined with respect to the rotation shaft 24, so that even if the rotation speed of the disks 20, 20a is increased, the thickness is increased, Even when the depth of 26a (the length in the direction in which the neutron beam travels) is long, the amount of neutron beam that collides with the wall surfaces 27 and 27a of the slits 26 and 26a can be reduced, and the number of neutrons passing through the chopper 10 can be reduced. You can do more. Further, the disks 20, 20a have a shape in which the slits 26, 26a are inclined with respect to the rotation axis 24, so that the neutron beam entering the slits 26, 26a at a predetermined speed and the wall surfaces 27, Since it is possible to make the shape hard to collide with 27a, the range of the neutron energy passing through the slits 26, 26a can be widened. In addition, the disks 20, 20a do not need to be changed in the arrangement of the entire disks, so that they do not affect the installation space. Thereby, it is possible to efficiently pass the neutron beam while increasing the degree of freedom in designing the entire apparatus.

ディスク20は、スリット26の壁面27と回転軸24に平行な線とのなす角(傾斜角)θが、3度以上45度以下であることが好ましい。角度を3度以上とすることで、速度の遅い中性子線が吸収されることを抑制することができ、45度以下とすることで速度の速い中性子が吸収されることを抑制することができる。これにより、約300m/s以上約1000m/s以下の範囲の速度である通過対象の中性子線、具体的には冷中性子線(エネルギー範囲約0.5meV以上約5meV以下)や約1000m/s以上約5000m/s以下の範囲の速度である通過対象の具体的には熱中性子線(エネルギー範囲約5meV以上約100meV以下)がスリット26を通過しやすくすることができる。中性子線がスリット26を通過する半径位置におけるディスク20の移動速度は、300m/sが例示されるが、一般的な中性子がスリット26を通過する半径位置におけるディスク20の移動速度の範囲で回転させる場合は、なす角θを3度以上45度以下の範囲で調整することで、所望の範囲の速度、エネルギーの中性子線をより多く通過させることができる。   In the disk 20, the angle (inclination angle) θ between the wall surface 27 of the slit 26 and a line parallel to the rotation axis 24 is preferably 3 degrees or more and 45 degrees or less. By setting the angle to 3 degrees or more, it is possible to suppress absorption of neutron beams having a low speed, and to set the angle to 45 degrees or less, it is possible to suppress absorption of neutrons having a high speed. Thereby, a neutron beam to be passed at a speed in the range of about 300 m / s or more and about 1000 m / s or less, specifically, a cold neutron beam (energy range of about 0.5 meV or more and about 5 meV or less) or about 1000 m / s or more Specifically, a thermal neutron beam (energy range of about 5 meV or more and about 100 meV or less) at a speed of about 5000 m / s or less can easily pass through the slit 26. The moving speed of the disk 20 at a radial position where the neutron beam passes through the slit 26 is, for example, 300 m / s, but the disk 20 is rotated within a range of the moving speed of the disk 20 at a radial position at which a general neutron passes through the slit 26. In this case, by adjusting the angle θ in the range of 3 degrees or more and 45 degrees or less, it is possible to allow more neutron rays to pass through in a desired range of speed and energy.

また、本実施形態では、ディスク20の回転軸24の径方向に直交する断面において、スリット26の幅が、中性子線Nの進行方向において、一定となる形状としたがこれに限定されない。ディスク20は、中性子線Nの進行方向に進むにしたがって、幅wが狭くなる形状であっても、広くなる形状であってもよい。   Further, in the present embodiment, in a cross section orthogonal to the radial direction of the rotating shaft 24 of the disk 20, the width of the slit 26 is formed to be constant in the traveling direction of the neutron beam N, but is not limited thereto. The disk 20 may have a shape in which the width w decreases or increases as the neutron beam N advances in the traveling direction.

ディスク20は、中性子線Nを通過させる位置の断面におけるディスク20の回転方向29に対して、回転方向後側(下流側)の壁面27が、中性子線Nの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜していることで、スリット26に進入した中性子線Nのうち、通過させたい速度の中性子線Nが回転方向後側の壁面27に衝突することを抑制できる。したがって、ディスク20は、中性子線Nを通過させる位置の断面におけるディスク20の回転方向29に対して、回転方向後側(下流側)の壁面27が、中性子線Nの進行方向に進むにしたがって、後側に向かう方向に傾斜していることが好ましい。   With respect to the rotation direction 29 of the disk 20 at the cross section at the position where the neutron beam N passes, the disk 20 moves rearward as the wall surface 27 on the rear side (downstream side) in the rotation direction advances in the traveling direction of the neutron beam N. Of the neutron beam N that has entered the slit 26, it is possible to suppress the neutron beam N of the speed to be passed from colliding with the wall surface 27 on the rear side in the rotation direction. Therefore, as the disk 20 moves in the direction in which the neutron beam N travels, the wall surface 27 on the rear side (downstream side) in the rotation direction with respect to the rotation direction 29 of the disk 20 at the cross section at the position where the neutron beam N passes. Preferably, it is inclined in the direction toward the rear side.

上記実施形態では、ディスク20のスリット26の壁面27の向きを中性子線Nの進行方向に対して傾斜させたがこれに限定されない。図6は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す側面図である。図7は、中性子チョッパの他の例の概略構成を示す上面図である。図6及び図7に示す中性子チョッパ10aは、ディスク20と、駆動部22と、角度可変装置80と、を有する。ディスク20と、駆動部22は、上記実施形態と同様である。また、ディスク20は、スリット26が、回転軸24と平行に形成されている。   In the above embodiment, the direction of the wall surface 27 of the slit 26 of the disk 20 is inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam N, but is not limited to this. FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. FIG. 7 is a top view showing a schematic configuration of another example of the neutron chopper. The neutron chopper 10a shown in FIGS. 6 and 7 includes a disk 20, a drive unit 22, and an angle varying device 80. The disk 20 and the drive unit 22 are the same as in the above embodiment. The disk 20 has a slit 26 formed in parallel with the rotating shaft 24.

角度可変装置80は、回転軸90を中心として駆動部22を回転させる。回転軸90は、ディスク20の回転軸24を通り、かつ、中性子線Nの進行方向に平行な中心線CLを通り、かつ、ディスク20の径方向に直交する断面におけるディスク20の中心を通る。角度可変装置80は、回転軸90を中心として、回転する回転板81と、回転板81と駆動部22を連結する連結部82と、回転板81を回転させる駆動部84とを有する。角度可変装置80は、駆動部84で回転板81を回転軸90周りに回転させることで、回転部22aを回転軸90周りに回転させる。これにより、ディスク20が回転軸90周り(方向R)に回転する。ディスク20が回転軸90周りに回転することで、スリット26の壁面は、中心線CL及び中性子線Nの進行方向に対して傾斜する。   The angle varying device 80 rotates the drive unit 22 about the rotation axis 90. The rotation axis 90 passes through the rotation axis 24 of the disk 20, passes through a center line CL parallel to the traveling direction of the neutron beam N, and passes through the center of the disk 20 in a cross section orthogonal to the radial direction of the disk 20. The angle varying device 80 includes a rotating plate 81 that rotates around a rotating shaft 90, a connecting portion 82 that connects the rotating plate 81 and the driving unit 22, and a driving unit 84 that rotates the rotating plate 81. The angle varying device 80 rotates the rotating unit 22 a around the rotation axis 90 by rotating the rotation plate 81 around the rotation axis 90 by the driving unit 84. Thereby, the disk 20 rotates around the rotation axis 90 (direction R). As the disk 20 rotates around the rotation axis 90, the wall surface of the slit 26 is inclined with respect to the traveling direction of the center line CL and the neutron beam N.

このように、ディスク20を中性子線Nの進行方向に対して傾斜させ、ディスク20の回転軸24を中性子線Nの進行方向に対して傾斜させ、ディスク20のスリット26を中性子線Nの進行方向に対して傾斜させることでも、スリット26の壁面27に衝突する中性子線Nの量を減らすことができ、チョッパ通過後の計測に用いるエネルギー(速度)の中性子線Nの収量を多くすることができる。   As described above, the disk 20 is inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam N, the rotation axis 24 of the disk 20 is inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam N, and the slit 26 of the disk 20 is oriented in the traveling direction of the neutron beam N. The amount of the neutron beam N that collides with the wall surface 27 of the slit 26 can be reduced by inclining the neutron beam N, and the yield of the energy (speed) neutron beam N used for measurement after passing through the chopper can be increased. .

図7において中性子線Nの進行方向とスリット26の中心とのなす角(傾斜角)をρとすると、なす角ρは、なす角θと同様に3度以上45度以下であることが好ましい。角度を3度以上とすることで、速度の遅い中性子線が吸収されることを抑制することができ、45度以下とすることで速度の速い中性子が吸収されることを抑制することができる。なす角ρは、中心線CLに対して直交する方向に対して、ディスク20が回転した角度でもある。   In FIG. 7, assuming that the angle (inclination angle) between the traveling direction of the neutron beam N and the center of the slit 26 is ρ, it is preferable that the angle ρ is not less than 3 degrees and not more than 45 degrees like the angle θ. By setting the angle to 3 degrees or more, it is possible to suppress absorption of neutron beams having a low speed, and to set the angle to 45 degrees or less, it is possible to suppress absorption of neutrons having a high speed. The angle ρ is also an angle at which the disk 20 rotates with respect to a direction orthogonal to the center line CL.

また、本実施形態では、角度可変装置80によりなす角ρを調整可能とすることで、スリットを通過させた中性子線の条件に応じて、なす角ρを調整することができる。これにより、必要に応じて通過させる中性子線の量を制御することができる。このため、ディスク20は、角度可変装置80によりなす角ρを調整可能とすることが好ましいが、ディスク20を中性子線Nの進行方向に対して傾斜させた状態で一定の角度に固定した構造としてもよい。   Further, in the present embodiment, the angle ρ formed by the angle varying device 80 can be adjusted, so that the angle ρ formed can be adjusted according to the conditions of the neutron beam that has passed through the slit. Thereby, the amount of the neutron beam to be passed can be controlled as needed. For this reason, it is preferable that the disk 20 be capable of adjusting the angle ρ formed by the angle varying device 80. However, the disk 20 has a structure in which the disk 20 is fixed at a fixed angle while being inclined with respect to the traveling direction of the neutron beam N. Is also good.

図8は、中性子チョッパの概略構成を示す正面図である。図8に示す中性子チョッパ10bのディスク20cは、スリット26が形成された部分を含む第1部分40と、前記駆動部で回転される回転軸が設けられている第2部分41と、前記第1部分40を前記第2部分41に対して着脱可能な状態で固定する固定部42とを有する。第1部分40は、第2部分41よりも小さい領域であることが好ましい。具体的には、第1部分40は、第2部分41の10%以下であることが好ましい。固定部42は、第2部分41に対して第1部分40が固定でき、かつ、ディスク20cを回転させても第1部分40が第2部分41から外れないように支持する機構である。固定部42は、例えば、第1部分40を第2部分41に対して固定するボルト、ナット、または第1部分40及び第2部分41の少なくとも一方に締結されたボルト等の締結部材を用いることができる。   FIG. 8 is a front view showing a schematic configuration of the neutron chopper. The disc 20c of the neutron chopper 10b shown in FIG. 8 includes a first portion 40 including a portion in which the slit 26 is formed, a second portion 41 provided with a rotation shaft rotated by the driving unit, A fixing portion for fixing the portion to the second portion in a detachable manner. The first portion 40 is preferably an area smaller than the second portion 41. Specifically, the first portion 40 is preferably 10% or less of the second portion 41. The fixing portion 42 is a mechanism that can fix the first portion 40 to the second portion 41 and supports the first portion 40 so as not to come off from the second portion 41 even when the disk 20c is rotated. For the fixing portion 42, for example, a fastening member such as a bolt or a nut for fastening the first portion 40 to the second portion 41 or a bolt fastened to at least one of the first portion 40 and the second portion 41 is used. Can be.

中性子チョッパ10bは、回転軸とスリットの壁面とのなす角度θが異なるスリットが形成された複数の種類の第1部分40を備えることで、第1部分40を交換するのみで、スリットの形状が異なるチョッパを設置することが可能となる。これにより、ディスク製作の材料費の削減や、交換時の所要時間が削減できる。   The neutron chopper 10b is provided with a plurality of types of first portions 40 having slits formed at different angles θ between the rotation axis and the wall surfaces of the slits. Different choppers can be installed. As a result, it is possible to reduce the material cost for manufacturing the disc and the time required for replacement.

1 中性子線照射装置
2 加速装置
3 調整装置
4 走査装置
5 ターゲット
6 減速装置
7 コリメータ
10 チョッパ(中性子チョッパ)
12 検出器
13 位置検出装置
14 制御装置(照射制御装置)
14a 位相検出部
14b 比較部
14c トリガ生成部
14d パルス生成部
20 ディスク
22 駆動部
24 回転軸
26 スリット
28 外側遮蔽部
N 中性子線
P 荷電粒子線
S 被照射体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Neutron irradiation apparatus 2 Accelerator 3 Adjuster 4 Scanner 5 Target 6 Reduction gear 7 Collimator 10 Chopper (neutron chopper)
12 Detector 13 Position detection device 14 Control device (irradiation control device)
14a Phase detection unit 14b Comparison unit 14c Trigger generation unit 14d Pulse generation unit 20 Disk 22 Drive unit 24 Rotation axis 26 Slit 28 Outer shielding unit N Neutron beam P Charged particle beam S Irradiated object

Claims (7)

中性子線を遮蔽する遮蔽部に中性子線を通過させるスリットが形成された板形状のディスクと、
前記ディスクを、前記ディスクの面積が最も大きい面に交差する方向を軸として回転させる駆動部を有し、
前記スリットは、前記ディスクの回転軸及び前記回転軸の径方向に平行な断面における壁面が、前記回転軸に対して傾斜していることを特徴とする中性子チョッパ。
A plate-shaped disk in which a slit for passing a neutron beam is formed in a shielding portion for shielding a neutron beam,
A drive unit that rotates the disk around an axis that intersects a plane having the largest area of the disk,
A neutron chopper, wherein the slit has a rotation axis of the disk and a wall surface in a cross section parallel to a radial direction of the rotation axis inclined with respect to the rotation axis.
前記スリットは、前記ディスクの回転軸に対する前記壁面の傾斜角が3度以上45度以下であることを特徴とする請求項1に記載の中性子チョッパ。   2. The neutron chopper according to claim 1, wherein an inclination angle of the wall of the slit with respect to a rotation axis of the disk is 3 degrees or more and 45 degrees or less. 3. 前記ディスクは、前記スリットが形成された部分を含む第1部分と、
前記駆動部で回転される回転軸が設けられている第2部分と、
前記第1部分を前記第2部分に対して着脱可能な状態で固定する固定部と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の中性子チョッパ。
A first portion including a portion in which the slit is formed;
A second portion provided with a rotation shaft that is rotated by the driving portion;
Neutron chopper according to claim 1 or 2, characterized in that it has a, a fixing portion for fixing in a state capable of detachably said first portion to said second portion.
中性子線に変換される荷電粒子線をパルス状に照射させ、かつ、照射タイミングを調整可能な加速装置と、
請求項1からのいずれか一項に記載の中性子チョッパと、
前記中性子チョッパのスリットの位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部の検出結果を検出し、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記加速装置から照射する前記荷電粒子線の照射タイミングを決定し、決定したタイミングに基づいて、前記加速装置に前記荷電粒子線を照射させるパルスを生成する照射制御装置と、を有することを特徴とする中性子線照射装置。
An accelerator that irradiates a charged particle beam converted to a neutron beam in a pulse shape, and that can adjust the irradiation timing;
A neutron chopper according to any one of claims 1 to 3 ,
A position detection unit that detects the position of the slit of the neutron chopper,
Detecting the detection result of the position detection unit, based on the detection result of the position detection unit, determines the irradiation timing of the charged particle beam irradiated from the acceleration device, based on the determined timing, the acceleration device A radiation control device that generates a pulse for irradiating the charged particle beam.
前記照射制御装置は、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記中性子チョッパのスリットを前記中性子線が通過する通過タイミングを検出し、検出した通過タイミングと現状の前記荷電粒子線の照射タイミングとを比較し、比較結果に基づいて、前記荷電粒子線の照射タイミングを決定することを特徴とする請求項に記載の中性子線照射装置。 The irradiation control device detects a passage timing at which the neutron beam passes through the slit of the neutron chopper based on a detection result of the position detection unit, and detects the detected passage timing and the current irradiation timing of the charged particle beam. 5. The neutron beam irradiation apparatus according to claim 4 , wherein the irradiation timing of the charged particle beam is determined based on the comparison result. 前記加速装置は、パルス幅が0.01μ秒以上1000μ秒以下の荷電粒子を照射し、
前記中性子チョッパは、1μ秒以上100μ秒以下の間、前記中性子線を通過させることを特徴とする請求項またはに記載の中性子線照射装置。
The accelerator, the pulse width is irradiated with charged particles of 0.01 μsec or more and 1000 μsec or less,
The neutron chopper, neutron beam irradiation apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that between the inclusive 1μ seconds 100μ seconds, passing said neutron beam.
前記加速装置は、ライナック加速器を含むことを特徴とする請求項からのいずれか一項に記載の中性子線照射装置。
The accelerator is a neutron beam irradiation apparatus according to any one of claims 4 6, characterized in that it comprises a linac accelerator.
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