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.
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
12
14a
Claims (7)
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.
請求項1から3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4または5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.
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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