JP7373035B2 - 中性子比例計数管のためのクエンチガスとしての三フッ化ホウ素 - Google Patents
中性子比例計数管のためのクエンチガスとしての三フッ化ホウ素 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7373035B2 JP7373035B2 JP2022128009A JP2022128009A JP7373035B2 JP 7373035 B2 JP7373035 B2 JP 7373035B2 JP 2022128009 A JP2022128009 A JP 2022128009A JP 2022128009 A JP2022128009 A JP 2022128009A JP 7373035 B2 JP7373035 B2 JP 7373035B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- neutron
- gas mixture
- proportional counter
- fill
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000010791 quenching Methods 0.000 title claims description 41
- WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N boron trifluoride Chemical compound FB(F)F WTEOIRVLGSZEPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 29
- 229910015900 BF3 Inorganic materials 0.000 title description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 144
- SWQJXJOGLNCZEY-BJUDXGSMSA-N helium-3 atom Chemical compound [3He] SWQJXJOGLNCZEY-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 18
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-BJUDXGSMSA-N Boron-10 Chemical compound [10B] ZOXJGFHDIHLPTG-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H uranium hexafluoride Chemical compound F[U](F)(F)(F)(F)F SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-IGMARMGPSA-N boron-11 atom Chemical compound [11B] ZOXJGFHDIHLPTG-IGMARMGPSA-N 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-IGMARMGPSA-N lithium-7 atom Chemical compound [7Li] WHXSMMKQMYFTQS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000005433 particle physics related processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T3/00—Measuring neutron radiation
- G01T3/008—Measuring neutron radiation using an ionisation chamber filled with a gas, liquid or solid, e.g. frozen liquid, dielectric
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
- H01J47/12—Neutron detector tubes, e.g. BF3 tubes
- H01J47/1205—Neutron detector tubes, e.g. BF3 tubes using nuclear reactions of the type (n, alpha) in solid materials, e.g. Boron-10 (n,alpha) Lithium-7, Lithium-6 (n, alpha)Hydrogen-3
- H01J47/1222—Proportional counters
Landscapes
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
電離放射線は、原子核の崩壊中に、電磁波（例えば、ガンマ線、Ｘ線）又は粒子（例えば、中性子、アルファ粒子、ベータ粒子）の形態の原子によって放出されるエネルギーのタイプである。電離放射線源は、自然界（例えば、土壌、水、空気、宇宙線などの中の放射性物質）及び人工源（例えば、原子力発電、医療用放射線など）中に見られる。
ガス電離検出器は、電離放射線粒子の存在を検出するための粒子物理学で、及び電離放射線を測定するための放射線防護で使用される放射線検出機器である。比例計数管は、ガス電離検出器のタイプであり、放射線のタイプ間の弁別（例えば、アルファ対ベータ粒子）が望まれるとき、並びに事前電気信号増幅、改善された信号対雑音比及び／又は強化されたノイズ弁別が望まれる状況で一般的に使用される。
本開示の実施形態は、改善された比例計数管及び対応する方法を提供する。以下で詳細に論じられるように、この比例計数管は、従来のガス混合物を用いる比例計数管と比較して、改善された検出感度（例えば、熱中性子に対する感度）を提供する新規のガス混合物を含む。
ある実施形態では、中性子比例計数管が提供される。比例計数管は、チャンバ及びガス混合物を含み得る。チャンバは、アノード及びカソードを含み得る。ガス混合物は、チャンバ内に収容され、ガス混合物は、少なくとも１つの中性子感受性充填ガスと、ＢＦ３を含むクエンチガスとを含み得る。
別の実施形態では、充填ガスは、約１００～５６００バーンの範囲内の熱中性子吸収断面積を有し得る。
別の実施形態では、充填ガスは、約１～８バーンの範囲内の高速中性子全断面積を有し得る。
別の実施形態では、充填ガスは、Ｈｅ－３であり得る。Ｈｅ－３は、約１．５Ｐｓｉａ～約１５０Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量でガス混合物中に存在し得る。
別の実施形態では、充填ガスは、Ｈｅ－４、Ｈ２、又はＵＦ６うちの少なくとも１つであり得る。
別の実施形態では、ガス混合物は、ガス混合物内の一次イオンの平均自由行程を低減するように構成された少なくとも１つの停止ガスを更に含み得る。別の実施形態では、停止ガスは、Ａｒ、Ｋｒ、又はＸｅのうちの少なくとも１つであり得る。
別の実施形態では、ＢＦ３は、約０．００２Ｐｓｉａ～約３．９Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量でガス混合物中に存在し得る。
ある実施形態では、中性子比例計数管を調製する方法が提供される。この方法は、中性子比例計数管を提供することを含み得る。比例計数管は、アノード及びカソードを含むチャンバを含み、チャンバにガス混合物を充填することができる。ガス混合物は、少なくとも１つの中性子感受性充填ガスと、ＢＦ３を含むクエンチガスとを含み得る。
別の実施形態では、充填ガスは、約１００～５６００バーンの範囲内の熱中性子吸収断面積を有し得る。
別の実施形態では、充填ガスは、約１～８バーンの範囲内の高速中性子全断面積を有し得る。
別の実施形態では、充填ガスは、Ｈｅ－３であり得る。Ｈｅ－３は、約１．５Ｐｓｉａ～約１５０Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量でガス混合物中に存在し得る。
別の実施形態では、充填ガスは、Ｈｅ－４、Ｈ２、又はＵＦ６うちの少なくとも１つであり得る。
別の実施形態では、ガス混合物は、ガス混合物内の一次イオンの平均自由行程を低減するように構成された少なくとも１つの停止ガスを更に含み得る。
別の実施形態では、停止ガスは、Ａｒ、Ｋｒ、又はＸｅのうちの少なくとも１つであり得る。
別の実施形態では、ＢＦ３は、約０．００２Ｐｓｉａ～約３．９Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量でガス混合物中に存在し得る。
これらの特徴及び他の特徴は、添付図面と併せて講じられる以下の発明を実施するための形態からより容易に理解されるであろう。
図面は必ずしも縮尺どおりではないことに留意されたい。図面は、本明細書に開示される主題の典型的な態様のみを描写することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
比例計数管は、新規のガス混合物を含む放射線（例えば、中性子）の検出のために提供される。以下で詳細に論じられるように、比例計数管は、中性子感受性充填ガスと、ＢＦ３を含むクエンチガスとを含むガス混合物を含み得る。一態様では、ガス混合物は、ＢＦ３を含まないガス混合物と比較して、中性子の検出のための改善された感度を提供する。別の態様では、ＢＦ３クエンチガスの分解生成物は、再結合することができ、効果的な無限寿命を有するクエンチガスを提供する。
図１は、比例計数管１００の例示的な一実施形態を示す。示されるように、比例計数管１００は、互いに分離された２つの電極（例えば、カソード１０４及びアノード１０６）を有するチャンバ１０２を含む。チャンバ１０２は、圧力下で、ガス混合物１１０を更に含有するか、又はそれを含有するために充填され得る。つまり、チャンバ１０２は、ガス混合物１１０又はその成分を受容するためのガス源に結合するように構成された少なくとも１つのポート（図示せず）を含み得る。チャンバ１０２は、チャンバ１０２が実質的に流体密封であり、加圧されたガス混合物１１０の漏出を抑制することを確実にするように構成された１つ以上の封止部（図示せず）を更に含み得る。
ある実施形態では、ガス混合物１１０は、充填ガス１１２（例えば、中性子感受性ガス）とクエンチガス１１４とを含み得る。充填ガス１１２は、入射放射線１１６と相互作用するか、又はそれによって電離されるように構成され得る。クエンチガス１１４は、パルス放電を終了させるように構成することができる。
使用中、電極１０４、１０６間に電圧ΔＶが印加されて、それらの間に電界Ｅを発生させる。比例計数管１００に入る入射放射線１１６（例えば、中性子）は、充填ガス１１２の分子に衝突し、それを電離して、総称してイオン対１２０、本明細書では一次イオンとも称される電子－（一次電子）及び正に帯電した原子又は分子＋を生成することができる。電圧ΔＶは、チャンバ１０２内の条件が計数管１００の比例領域に対応するように、十分である。一態様では、電界強度は、イオン対の再結合を阻止するのに十分な高く、正イオンがカソードに向かってドリフトし、電子がアノードに向かってドリフトする。アノードの近くでは、電界強度はまた、一次電子を加速させるのに十分に大きく、充填ガス１１２の追加の原子の電離を引き起こし、更なるイオン対（二次電子を含む）を発生させる。アノード１０６で収集された電子は、比例検出器１００の出力（例えば、イオン電流Ｉ）を形成し、電流計Ａ又は他の電流測定デバイスによって測定することができる。有益なことに、比例領域では、各電離粒子は、１つの電子なだれのみを生成する。したがって、事象（電離粒子）の数と総イオン電流Ｉとの間に比例関係が提供される。加えて、電子なだれによって提供された電荷増幅は、比例検出器１００の信号対雑音比を改善し、必要な後続の信号増幅の量を削減する。
本開示の実施形態は、充填ガス１１２（例えば、ヘリウム－３）としての中性子感受性ガスと、クエンチガス１１４としてのＢＦ３とを含むガス混合物１１０を提案する。以下で詳細に論じられるように、この組み合わせは、当業者によって理解される従来の知見に反しており、クエンチガス１１４として有機ガスを使用するよりも有利である。
いくつかの初期の比例検出器は、三フッ化ホウ素ＢＦ３を充填ガスとして用いている。ホウ素－１０は、優れた熱中性子捕獲断面積を呈し、作製は、熱中性子束を測定するための使用に好適である。熱中性子ホウ素反応では、
１０Ｂ＋１ｎ→［１１Ｂ］→４Ｈｅ＋７Ｌｉ＋２．８ＭｅＶ
ホウ素－１０（１０Ｂ）が中性子（１ｎ）を吸収して、ホウ素－１１（１１Ｂ）を得る。その後、ホウ素－１１は、反応生成物ヘリウム－４（４Ｈｅ）及びリチウム－７（７Ｌｉ）並びに２．８ＭｅＶ（ガンマ線）へと減衰する。反応生成物の短い範囲は、総エネルギーが比較的短い距離で収集され得ることを意味する。これにより、比較的小さいパッケージにおける熱中性子信号からのより低エネルギーのガンマ線の弁別が可能になる。
１０Ｂ＋１ｎ→［１１Ｂ］→４Ｈｅ＋７Ｌｉ＋２．８ＭｅＶ
ホウ素－１０（１０Ｂ）が中性子（１ｎ）を吸収して、ホウ素－１１（１１Ｂ）を得る。その後、ホウ素－１１は、反応生成物ヘリウム－４（４Ｈｅ）及びリチウム－７（７Ｌｉ）並びに２．８ＭｅＶ（ガンマ線）へと減衰する。反応生成物の短い範囲は、総エネルギーが比較的短い距離で収集され得ることを意味する。これにより、比較的小さいパッケージにおける熱中性子信号からのより低エネルギーのガンマ線の弁別が可能になる。
しかしながら、比例検出器内の充填ガスとしてのＢＦ３の使用は、ほとんどヘリウム－３に置き換えられている。一態様では、ＢＦ３と比較して、ヘリウム－３は、著しく高い捕獲断面積を呈する。別の態様では、ＢＦ３は、危険（例えば、吸入による毒性）であるため、その取り扱いには細心の注意が必要であり、水中に溶解されたときに腐食性の高いフッ化水素酸を形成する場合があるため腐食性が高い。したがって、多くの検出作業については、中性子検出は、ヘリウム－３を使用してより容易に実施される。
ヘリウム－３と組み合わせて使用されるクエンチガスは、典型的には、有機ガス（例えば、二酸化炭素ＣＯ２、メタンＣＨ４、四フッ化炭素ＣＦ４）である。一般に、クエンチング活性は、パルスからのエネルギーがクエンチガスによって散逸されるときを説明する。この散逸は、クエンチガスの分子が（ガス混合物中の他のガスのように）別の光子を電離又は再放出するのではなく、入射放射線のエネルギーを使用して、それらの別個の元素に分かれる（又は解離する）ときに起こる。
有機ガスは、比例計数管の多くの用途のための好適なクエンチ剤であるが、いくつかの欠点を呈し得る。一態様では、これらの有機ガスは、それらがクエンチするときのそれらの解離の性質により、検出器の寿命にわたって消費される。つまり、一旦これらの分子が分裂すると、それらは再形成することができない。更に、場合によっては、分裂分子は、比例計数管の内部構成要素上に炭素の堆積をもたらし、その性能を低下させる場合がある。
別の態様では、これらの有機ガスは、単にクエンチ剤として機能することが理解されよう。つまり、それらは、熱中性子に感受性ではない検出器内の全ガスの一部分を表す。ガス混合物１１０の最大圧力によって制限される検出器設計については、クエンチガス１１４の量は、所望の検出用途に必要な感度によって注意深く平衡化されなければならない。
したがって、上述の有機ガスと比較して、改善された性能を呈する異なるクエンチガスを含むガス混合物が必要とされている。本開示の実施形態は、充填ガス１１２（例えば、ヘリウム－３）としての中性子感受性ガスと、クエンチガス１１４としてのＢＦ３とを含むガス混合物１１０を提案する。ある特定の実施形態では、クエンチガスのみがＢＦ３である。以下で更に論じられるように、クエンチガスとしてのＢＦ３の使用は、従来のものではなく、充填ガスとしてのＢＦ３の認知された欠点を考慮している。しかしながら、ＢＦ３は、充填ガス１１２と組み合わせてクエンチガス１１４として使用されるとき、圧倒的な利点を供与する。
一般に、ＢＦ３は、電気陰性ガスである。ＢＦ３が多すぎると、動作に必要な電圧が高すぎて、使用することができなくなる（例えば、比例範囲外になる）場合がある。つまり、ＢＦ３クエンチング機能のため、追加されるものが多いほど、アルファ粒子（４Ｈｅ）用の検出器として動作するために必要な電圧ΔＶが高くなる。この理由のために、使用中のＢＦ３の圧力は、一般に、比例計数管内で混合せずに使用したときに約１気圧に制限される。
別の態様では、ＢＦ３が多すぎると、計数管の応答を遅らせる場合がある。一例として、比例計数管がすべての電荷を所与の事象から収集する速度は、充填ガス中の電子のドリフト速度によって決定され、ドリフト速度は、所与のガス混合物ごとに変化する。ＢＦ３は、比較的速いドリフト速度を生じさせるガスではないため、ガス混合物中に多すぎると、電荷の収集が遅くなり、したがって、比例計数管が個々の事象を解決することができる速度が制限される場合がある。
更なる態様では、ＢＦ３が多すぎると、単一の事象からのパルスの形状又は数を潜在的に変更する場合がある。理論によって束縛されるものではないが、ＢＦ３の低いドリフト速度と電気陰性度との組み合わせにより、残りのパルスと同じ期間にパルスの全エネルギーを捕獲することができないと考えられている。
追加の態様では、上記で論じられるように、ヘリウム－３は、ＢＦ３と比較して、熱中性子捕獲のためにはるかに高い断面積を有し、より高い圧力で充填することができる。したがって、ガンマフィールドがヘリウム－３の使用を可能にするのに十分に低い事例では、ＢＦ３は、熱中性子を吸収するための充填ガスとしてヘリウム－３の代わりに使用しても、利点を提供しない。
しかしながら、旧来の有機ガスと比較して、ガス混合物１１０中のクエンチガス１１４としてのＢＦ３の使用は、以下に詳細に論じられる様々な利点を有する。
一態様では、ＢＦ３はハロゲンクエンチ剤であるため、その分解生成物は、再結合することができる。結果として、クエンチング時にごくわずかな量のＢＦ３が消費され、高束環境中でも効果的に無限寿命を与える。
別の態様では、ＢＦ３は、少なくとも熱中性子感受性であるため、クエンチガス１１４としてのその使用は、比例検出器１００の少なくとも総熱中性子感度を改善するように働く。
更なる態様では、ホウ素－１０は、ヘリウム－３よりも中性子相互作用当たり多くのエネルギーを蓄積するため、ＢＦ３の存在は、中程度のガンマフィールド（例えば、約１０～約１０００Ｒ／時間）で用いたとき、ヘリウム－３比例計数管が受ける感度損失を軽減するのに役立ち得る。これらのガンマ放射線レベルでは、ガンマ干渉を除去するには、波高弁別レベルを上げる必要がある。したがって、ヘリウム－３パルスのある一部を弁別することはできるが、ボロン－１０からのより高いエネルギーパルスは弁別しないであろう。
ＢＦ３は、約０．００２Ｐｓｉａ～約３．９Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量でガス混合物１１０内に存在し得る。下限は、クエンチングに十分なＢＦ３の最小分圧を表す。この圧力は、ガイガー・ミュラー管内でのハロゲンクエンチングに典型的に使用される圧力に対応する。上限は、ＢＦ３が充填ガス１１２にわたって効果的に支配する前のＢＦ３の最大分圧を表す。それは、ガス混合物１１０の動作特性が純粋なＢＦ３の動作特性に近づく前である。これらの分圧は、例として提供され、ＢＦ３の最小／最大分圧は、検出器サイズ、検出器構造、望ましい感度及び最大圧力に照らして他の値を採用することができることを理解されたい。
ガス混合物の実施形態は、クエンチガス１１４としてのＢＦ３と組み合わせて、充填ガス１１２としての様々な中性子感受性ガスを用いることができる。ある特定の実施形態では、中性子感受性ガスは、ヘリウム－３であり得る。一例として、ヘリウム－３は、比較的ゆっくりと移動する熱中性子（例えば、約０．０２５ｅＶのエネルギーを有する中性子）の検出に使用することができる。ヘリウム－３は、約１．５Ｐｓｉａ～約１５０Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分なマウント中に存在し得る。最小分圧は、比例計数管１００の実行可能な動作に必要なヘリウム－３の最小量の推定値を表す。対照的に、最大分圧を超えると、感度の増加がヘリウム－３分圧の所与の増加に対して劇的に落ちる。したがって、この最大分圧を超えて充填することは経済的に望ましくない。
他の実施形態では、中性子感受性ガスは、ヘリウム－４（４Ｈｅ）、水素Ｈ２、又は六フッ化ウランＵＦ６のうちの少なくとも１つであり得る。一例として、ヘリウム－４及び水素は、高速中性子（例えば、約１ＭｅＶ～約２０ＭｅＶの範囲内のエネルギーを有する中性子）の検出に使用することができ、ここで、ヘリウム－３は、好適ではない。六フッ化ウランは、熱中性子又は高速中性子のいずれかの検出に使用することができる。更なる実施形態では、少なくとも１つの中性子感受性ガスは、約１００バーン～約５６００バーンの範囲内の熱中性子吸収断面積を有する。追加の実施形態では、少なくとも１つの中性子感受性ガスは、約１バーン～約８バーンの範囲内の高速中性子断面積を有する。
ガス混合物１１０は、１つ以上の停止ガスを更に含み得る。停止ガスは、クエンチガス１１４とは異なる。とりわけ、クエンチガス１１４は、パルスを終了させるように構成されており、一方、停止ガスは、一次イオンのガス増幅を可能にする電離ポテンシャルを有する。したがって、この文脈において、停止は、ガス混合物１１０内の一次イオン（例えば、イオン対１２０のいずれか又は両方）の平均自由行程を低減するための停止ガスの能力を指す。そのような停止ガスの例としては、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、又はキセノン（Ｘｅ）のうちの少なくとも１つが挙げられ得るが、これらに限定されない。
更なる実施形態では、比例計数管を調製するための方法２００が提供される。図２は、方法２００の例示的な一実施形態を示す流れ図である。示されるように、方法２００は、動作２０２～２０４を含み得る。しかしながら、代替的な実施形態では、方法は、図２に示されるものよりも多い又は少ない動作を含むことができ、これらの動作は、図２に示されるものとは異なる順序で実施され得ることを理解されたい。
動作２０２では、比例計数管が提供される。ある実施形態では、比例計数管は、アノード及びカソードを有するチャンバ１０２を含む、図１の比例計数管１００であり得る。
動作２０４では、チャンバ１０２にガス混合物１１０を充填することができる。ガス混合物１１０は、充填ガス１１２（例えば、少なくとも１つの中性子感受性ガス）とクエンチガス１１４（例えば、ＢＦ３）とを含み得る。少なくとも１つの中性子感受性ガスの例としては、Ｈｅ－３、Ｈｅ－４、Ｈ２、又はＵＦ６が挙げられ得るが、これらに限定されない）。ある実施形態では、ガス混合物１１０内の充填ガス１１２の分圧は、約１．５Ｐｓｉａ～約１５０Ｐｓｉａの範囲内で提供することができる。更なる実施形態では、ガス混合物１１０内のＢＦ３の分圧は、約０．００２Ｐｓｉａ～約３．９Ｐｓｉａの範囲内であり得る。
更なる実施形態では、少なくとも１つの中性子感受性ガスは、熱中性子、高速中性子、及び／又はそれらの組み合わせを検出するように構成され得る。一例として、一例では、少なくとも１つの中性子感受性ガスは、約１００～５６００バーンの範囲内の熱中性子吸収断面積を有し得る。別の例として、少なくとも１つの中性子感受性ガスは、約１～８バーンの範囲内の高速中性子断面積を有し得る。
実施形態では、ガス混合物１１０はまた、少なくとも１つの停止ガスを含み得る。少なくとも１つの停止ガスは、ガス混合物内の一次イオンの平均自由行程を低減するように構成され得る。一次イオンは、入射放射線１１６によって電離された充填ガス１１２の電子又は分子であり得る。停止ガスの例としては、Ａｒ、Ｋｒ、又はＸｅが挙げられ得るが、これらに限定されない。
本明細書に記載の方法、システム及びデバイスの例示的な技術的効果は、非限定的な例として、中性子感受性ガスと、クエンチガスとしてのＢＦ３とを含む新規のガス混合物を含む比例計数管を含む。一態様では、ガス混合物は、ＢＦ３を含まないガス混合物と比較して、中性子の検出のための改善された感度を提供する。別の態様では、ＢＦ３クエンチガスの分解生成物は、再結合することができ、効果的に無限寿命でクエンチガスを提供する。
本明細書に開示されるシステム、デバイス、及び方法の構造、機能、製造、及び使用の原理の全体的な理解を提供するために、特定の例示的な実施形態を記載してきた。これらの実施形態の１つ以上の例が添付の図面に示されている。当業者は、本明細書に明確に記載され、添付の図面に例示されるシステム、デバイス、及び方法が、非限定的な例示的な実施形態であること、及び本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。例示的な一実施形態に関連して図示又は記載される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わされてもよい。そのような修正及び変形は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。更に、本開示では、実施形態の類似する名称の構成要素は、概して類似の特徴を有しており、ゆえに、特定の実施形態において類似する名称のそれぞれの構成要素のそれぞれの特徴については、必ずしも完全には詳述していない。
本明細書及び特許請求の範囲全体を通して本明細書で使用するとき、近似言語は、それが関連する基本機能の変化をもたらすことなく、許容可能に変化し得る、任意の定量的表現を修正するために適用されてもよい。「およそ」、「実質的に」、又は「約」は、特に明記されない限り、又は特に文脈から明らかでない限り（そのような数が、可能な値の１００％を許容不可能なほど超える場合を除く）、いずれかの方向で、１％の範囲内、又はいくつかの実施形態では、数の５％の範囲内、又はいくつかの実施形態では、数の１０％の範囲内（この数よりも大きいか、又はそれ未満）に収まる数を含み得る。したがって、「約」、「およそ」、及び「実質的に」など、１つ又は複数の用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似言語は、値を測定するための器具の精度に対応し得る。本明細書において、本明細書及び特許請求の範囲全体を通して、範囲制限の組み合わせ及び／又は交換が行われてもよく、かかる範囲は識別され、文脈又は言語が別段の指示をしていない限り、そこに含まれるすべての部分範囲を含む。
本明細書における説明及び「特許請求の範囲」において、「～のうちの少なくとも１つ」又は「～のうちの１つ以上」などの語句が、要素又は特徴の接続的なリストに続いて現れる場合がある。「及び／又は」という用語も、２つ以上の要素又は特徴のリスト内に現れる場合がある。それが使用される文脈によって暗黙的又は明示的に否定されない限り、そのような語句は、列記された個々の要素若しくは特徴のいずれか、又は列挙された要素若しくは特徴のいずれかと他の列挙された要素若しくは特徴のいずれかとの組み合わせを意味することが意図される。例えば、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」、「Ａ及びＢのうちの１つ以上」、並びに「Ａ及び／又はＢ」という語句は各々、「Ａのみ、Ｂのみ、又はＡ及びＢの双方」を意味することを意図している。３つ以上の項目を含むリストにも、同様の解釈が意図される。例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの１つ以上」、並びに「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」という語句は、それぞれ、「Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ及びＢの双方、Ａ及びＣの双方、Ｂ及びＣの双方、又はＡ及びＢ及びＣのすべて」を意味することを意図している。加えて、上記及び「特許請求の範囲」での「～に基づいて」という用語の使用は、列挙されていない特徴又は要素も許容可能であるように、「～に少なくとも部分的に基づいて」を意味することが意図される。
当業者は、上述の実施形態に基づいて本発明の更なる特徴及び利点を理解するであろう。したがって、本出願は、添付の特許請求の範囲によって示されるものを除き、特に示され説明されてきたものによって限定されるものではない。本明細書に引用されるすべての刊行物及び参考文献は、その全体が参照により明示的に組み込まれる。
Claims (18)
- 中性子比例計数管であって、
アノード及びカソードを含むチャンバと、
前記チャンバ内に収容されたガス混合物であって、
少なくとも１つの中性子感受性充填ガス、及び
ＢＦ３を含むクエンチガスを含む、ガス混合物と、を含み、
前記充填ガスが、Ｈｅ－３を含む、比例計数管。 - 中性子比例計数管であって、
アノード及びカソードを含むチャンバと、
前記チャンバ内に収容されたガス混合物であって、
少なくとも１つの中性子感受性充填ガス、及び
ＢＦ ３ を含むクエンチガスを含む、ガス混合物と、を含み、
前記充填ガスが、Ｈ ２ 、又はＵＦ ６ のうちの少なくとも１つを含む、比例計数管。 - 前記充填ガスが、１００～５６００バーンの範囲内の熱中性子吸収断面積を有する、請求項１又は２に記載の比例計数管。
- 前記充填ガスが、１～８バーンの範囲内の高速中性子全断面積を有する、請求項１又は２に記載の比例計数管。
- Ｈｅ－３が、１．５Ｐｓｉａ～１５０Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量で前記ガス混合物中に存在する、請求項１に記載の比例計数管。
- 前記充填ガスが、Ｈｅ－４、Ｈ２、又はＵＦ６のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の比例計数管。
- 前記ガス混合物が、前記ガス混合物内の一次イオンの平均自由行程を低減するように構成された少なくとも１つの停止ガスを更に含む、請求項１又は２に記載の比例計数管。
- 前記停止ガスが、Ａｒ、Ｋｒ、又はＸｅのうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の比例計数管。
- ＢＦ３が、０．００２Ｐｓｉａ～３．９Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量で前記ガス混合物中に存在する、請求項１又は２に記載の比例計数管。
- 中性子比例計数管を調製する方法であって、
アノード及びカソードを含むチャンバを備える中性子比例計数管を提供することと、
前記チャンバに、少なくとも１つの中性子感受性充填ガスと、ＢＦ３を含むクエンチガスとを含むガス混合物を充填することと、を含み、
前記充填ガスが、Ｈｅ－３を含む、方法。 - 中性子比例計数管を調製する方法であって、
アノード及びカソードを含むチャンバを備える中性子比例計数管を提供することと、
前記チャンバに、少なくとも１つの中性子感受性充填ガスと、ＢＦ ３ を含むクエンチガスとを含むガス混合物を充填することと、を含み、
前記充填ガスが、Ｈ ２ 又はＵＦ ６ のうちの少なくとも１つを含む、方法。 - 前記充填ガスが、１００～５６００バーンの範囲内の熱中性子吸収断面積を有する、請求項１０又は１１に記載の方法。
- 前記充填ガスが、１～８バーンの範囲内の高速中性子全断面積を有する、請求項１０又は１１に記載の方法。
- Ｈｅ－３が、１．５Ｐｓｉａ～１５０Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量で前記ガス混合物中に存在する、請求項１０に記載の方法。
- 前記充填ガスが、Ｈｅ－４、Ｈ２、又はＵＦ６のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
- 前記ガス混合物が、前記ガス混合物内の一次イオンの平均自由行程を低減するように構成された少なくとも１つの停止ガスを更に含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
- 前記停止ガスが、Ａｒ、Ｋｒ、又はＸｅのうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の方法。
- ＢＦ３が、０．００２Ｐｓｉａ～３．９Ｐｓｉａの範囲内の分圧を提供するのに十分な量で前記ガス混合物中に存在する、請求項１０又は１１に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/401,988 US11604293B2 (en) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | Boron trifluoride as a quench gas for neutron proportional counters |
| US17/401,988 | 2021-08-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023026391A JP2023026391A (ja) | 2023-02-24 |
| JP7373035B2 true JP7373035B2 (ja) | 2023-11-01 |
Family
ID=82781040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022128009A Active JP7373035B2 (ja) | 2021-08-13 | 2022-08-10 | 中性子比例計数管のためのクエンチガスとしての三フッ化ホウ素 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11604293B2 (ja) |
| EP (1) | EP4134710A1 (ja) |
| JP (1) | JP7373035B2 (ja) |
| CN (1) | CN115877439A (ja) |
| AU (1) | AU2022206778B2 (ja) |
| CA (1) | CA3168865C (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080283762A1 (en) | 2007-05-14 | 2008-11-20 | General Electric Company | Radiation detector employing amorphous material |
| US20160133447A1 (en) | 2014-11-08 | 2016-05-12 | Jefferson Science Associates, Llc | Method for detecting and distinguishing between specific types of environmental radiation using a high pressure ionization chamber with pulse-mode readout |
| US20170307768A1 (en) | 2013-03-14 | 2017-10-26 | Robert Ernest Troxler | Systems and methods for high voltage conversion and multiplication for ionizing radiation detection |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3102198A (en) * | 1961-11-16 | 1963-08-27 | Socony Mobil Oil Co Inc | Sensitive low voltage proportional counter for neutron detection containing he3 at superatmospheric pressure |
| US3240971A (en) | 1962-05-29 | 1966-03-15 | Texas Nuclear Corp | Helium-3 thermal neutron proportional counter |
| GB1240379A (en) | 1969-07-01 | 1971-07-21 | Atomic Energy Authority Uk | Neutron counters |
| JPS59105589A (ja) | 1982-12-08 | 1984-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | Ｂｆ↓３計数管ガス充填装置 |
| JPH0434829A (ja) * | 1990-05-30 | 1992-02-05 | Aloka Co Ltd | 広エネルギー中性子検出器 |
| US20130119261A1 (en) * | 2011-11-10 | 2013-05-16 | General Electric Company | Neutron detector and method for detecting neutrons |
| CN103513267B (zh) | 2012-06-21 | 2016-05-11 | 同方威视技术股份有限公司 | 含硼气膜快中子探测器 |
| US9217793B2 (en) * | 2012-10-25 | 2015-12-22 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus and method for detecting radiation |
| WO2014179695A1 (en) | 2013-05-03 | 2014-11-06 | Georgia Tech Research Corporation | Spectrally matched neutron detectors |
| FR3007848B1 (fr) * | 2013-07-01 | 2017-03-24 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de detection de neutrons |
| US9778392B2 (en) * | 2015-01-22 | 2017-10-03 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | 3Helium gas proportional counter |
-
2021
- 2021-08-13 US US17/401,988 patent/US11604293B2/en active Active
-
2022
- 2022-07-21 AU AU2022206778A patent/AU2022206778B2/en active Active
- 2022-07-22 CA CA3168865A patent/CA3168865C/en active Active
- 2022-07-28 EP EP22187451.4A patent/EP4134710A1/en active Pending
- 2022-08-05 CN CN202210936890.1A patent/CN115877439A/zh active Pending
- 2022-08-10 JP JP2022128009A patent/JP7373035B2/ja active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080283762A1 (en) | 2007-05-14 | 2008-11-20 | General Electric Company | Radiation detector employing amorphous material |
| JP2008281568A (ja) | 2007-05-14 | 2008-11-20 | General Electric Co <Ge> | 非晶質材料を採用した放射線検出器 |
| US20170307768A1 (en) | 2013-03-14 | 2017-10-26 | Robert Ernest Troxler | Systems and methods for high voltage conversion and multiplication for ionizing radiation detection |
| US20160133447A1 (en) | 2014-11-08 | 2016-05-12 | Jefferson Science Associates, Llc | Method for detecting and distinguishing between specific types of environmental radiation using a high pressure ionization chamber with pulse-mode readout |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Robert D. McElroy, Jr.，3He Alternatives Summary Report，ORNL/TM-2015/310，米国，OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY，2015年11月 |
| T. E. Sampson et al.，An absolute measurement of the efficiency of a BF3 proportional counter，Nuclear Instruments and Methods，NL，Elsevier，1971年，Vol. 95，pp. 563-569 |
| T. W. Crane et al.，Neturon Detectors，Passive nondestructive assay of nuclear materials，NUREG/CR-5550; LA-UR-90-732, Section 13，米国，1991年03月01日，pp. 379-406 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2022206778A1 (en) | 2023-03-02 |
| AU2022206778B2 (en) | 2024-05-30 |
| CA3168865A1 (en) | 2023-02-13 |
| US11604293B2 (en) | 2023-03-14 |
| CN115877439A (zh) | 2023-03-31 |
| JP2023026391A (ja) | 2023-02-24 |
| US20230045923A1 (en) | 2023-02-16 |
| EP4134710A1 (en) | 2023-02-15 |
| CA3168865C (en) | 2024-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Boag | Ionization chambers | |
| Ahmed | Physics and engineering of radiation detection | |
| Massimi et al. | Neutron capture cross section measurements for 197 Au from 3.5 to 84 keV at GELINA | |
| Sabol et al. | Introduction to radiation protection dosimetry | |
| KR20110034576A (ko) | 중성자 선량계 | |
| Mazed et al. | Design parameters and technology optimization of 3He-filled proportional counters for thermal neutron detection and spectrometry applications | |
| Freedman et al. | Transition in 26-min U 2 3 5 m of Less Than 23 Electron Volts | |
| Shevelev et al. | Study of runaway electron dynamics at the ASDEX Upgrade tokamak during impurity injection using fast hard x-ray spectrometry | |
| JP2007218657A (ja) | 中性子検出器および中性子線量計 | |
| JP7373035B2 (ja) | 中性子比例計数管のためのクエンチガスとしての三フッ化ホウ素 | |
| Maidana et al. | Measurement of the thermal neutron capture cross section and resonance integral of Am-241 | |
| JPH0434829A (ja) | 広エネルギー中性子検出器 | |
| Caswell et al. | Attenuation of 14.1-Mev neutrons in water | |
| Cikhardt et al. | Neutron spectrum measured by activation diagnostics in deuterium gas-puff experiments on the 3 MA GIT-12 Z-pinch | |
| Warren | 35 Cl (n, p) reactions in a 6 Li enhanced CLYC detector | |
| Barry | The cross section of the 58Ni (n, p) 58Co reaction for neutrons in the energy range 1· 6 TO 14· 7 MeV | |
| Baranov et al. | Gamma sensitivity of pressurized drift tubes | |
| Rout et al. | Copious low energy emissions from palladium loaded with hydrogen or deuterium | |
| Pourcelot | Characterization of boron coating in ionization chambers | |
| Nelson | RAD LAB/Nuclear and Optical Radiation Project. | |
| Lorenz | Review of neutron detection methods and instruments | |
| Boyko et al. | MDT gamma response | |
| Mech | Nuclear Radiation Sensors—Out-Of-Core | |
| Winkler | On the influence of sample and target properties on the results of energy-dependent cross section measurements | |
| Whittal et al. | A method for measuring the neutron flux from an Am Be source using a Nal (Tl) scintillator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220810 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20220829 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20221208 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230801 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230913 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231003 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231020 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7373035 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |