JPH0434828A

JPH0434828A - γ線補償型中性子検出器

Info

Publication number: JPH0434828A
Application number: JP14179190A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Sato; 佐藤　博夫; Yukiyoshi Yamamoto; 幸佳山本; Yoichi Sakuma; 洋一佐久間
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1992-02-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は中性子検出器、特に検出時におけるγ線の影響
を除去して中性子検出を行う電離箱型のγ線補償型中性
子検出器に関する。

［従来の技術］原子力発電所や放射線研究施設、例えば核融合、加速器
、放射光実験施設等においては、低レベルから高レベル
の中性子線が発生しており、生体への放射線管理上は勿
論のこと、原子炉制御や物理現象解明等の科学的見地か
らも信頼性の高い中性子検出が必要とされている。

ときに、この中性子は、周知のように電荷を有しておら
ず、電磁的作用による直接検出は不可能であり、その検
出は専ら他の物質との相互作用を用いている。

すなわち、中性子の検出は、例えば電離箱や比例計数管
で見られるように、中性子が他の原子に衝突・散乱した
際の核反応により生ずる粒子、又は、中性子の弾性散乱
により反跳される粒子を検出することにより行われてい
る。

そして、中性子測定装置は、中性子の検出を行う検出器
からの出力パルス或いは出力電流を増幅し、更に演算す
ることにより所定の単位に換算して表示するものである
。

ここで、便宜上、中性子のエネルギー区分の目安として
、−設置で用いられている、熱中性子（周囲の媒質とほ
ぼ熱平衡にある中性子、０．０２５ｅＶ程度）、熱外中
性子（熱中性子と中速中性子の間）、中速中性子（およ
そ１〜５００　ｅ　Ｖ。

およそ０．　５〜１ｋｅＶ）、高速中性子（およそ５０
０ｋｅＶ以上）の概念を取り入れる。

ところで、中性子検出上問題となることとして、第１に
中性子のエネルギーにより、中性子が他の物質へ与える
作用が大きく異なるということが挙げられる。すなわち
、例えば、第４図におけるボロン１ＯＢ（１０は質量数
）、ヘリウム３Ｈｅ等の反応断面積（核反応の起こりや
すさ）に示されているとおり、低いエネルギーの中性子
に対しては非常に核反応が起こりやすいが、一方、高い
エネルギーの中性子に対しては著しく核反応が起こりに
くいのである。従って、中性子を効率よく検出するため
には、その検出する中性子のエネルギーに適切な物質を
選ぶ必要がある。

また、中性子検出に係る第２の問題として、中性子検出
時のγ線の影響が挙げられ、中性子を正確に検出するた
めには、検出器においてこのγ線に対する配慮が不可欠
である。

第５図には、従来の中性子検出器の例として、補償型電
離箱が示されている。

図中１０．１２．１４はそれぞれ電極板であり、互いに
等間隔で対向配置されている。そして、電極板１２を基
準電位として、電極板１０には電源１６により正の高電
圧が印加され、また電極板１４には電源１８により負の
高電圧が印加されている。従って、極板間Ａ及びＢには
、電位に比例した電場が生じている。

電極板１２の電極１０側対向面２０、及び電極板１０の
電極板１２側対向面２２には、それぞれボロンＩＯＢの
被膜が施されている。

以下にこの電離箱の動作を説明する。

熱中性子がこの電離箱に入射すると、電極板１０及び１
２に設けられているボロンＩＯＢ層にて、１０Ｂ（ｎ、
α）’Ｌｉ反応が生じ、α線が発生する。

そして、生じたα線は極板間Ａに存在する気体原子にエ
ネルギーを与え、電離を生じさせる。この電離により生
じたイオン及び電子は、極板間Ａの電場によりクーロン
力を受け、それぞれ各電極板に引き寄せられ、その結果
電流を生じさせる。

一方、γ線がこの電離箱に入射した場合は、周知のよう
に、γ線は気体原子に作用して光電子。

コンプトン電子を発生させ、あるいは電子対生成により
電子を発生させることができ、またγ線に対してＩＯＢ
が核反応しないため、極板間Ａ及びＢに存在する気体の
双方にγ線に応じた電離が生じる。そして、このγ線に
より生じたイオン及び電子は、前記同様に極板間の電場
によりクーロン力を受け、各電極板に引き寄せられて電
流を生じさせる。

従って、中性子及びγ線が同時にこの電離箱に入射した
場合は、それぞれの作用により電離が生じ、更に電流が
生じるが、この電離箱においては、２つの極板間Ａ、Ｂ
に異なる極性の電圧が印加されており、また、電極板１
２にてその各電流が混合されていると共に、γ線により
画電極板間に生じる電流がほぼ等量となる状態にしであ
るので、結果としてγ線による各電流は相殺され、中性
子により生じた電流のみとなり検出される。つまり、電
極板１２においては、中性子及びγ線により生じた正の
電荷がγ線のみにより生じた負の電荷により打ち消され
、γ線の寄与が除去されているのである。なお、図にお
いて２４は電位計であり、電極板１２の電位を計ること
により中性子線密度や中性子線束を測定可能としている
。

従って、この補償型電離箱により、中性子とγ線が混在
した場においても、中性子のみを検出できる。

また、その他の中性子検出器としては、１ＧＢＦ３計数
管があげられる。

この１ｏ１３ｐ３計数管は、管内部にｌ０ＢＦ３ガスを
封入、又は、管内壁に１０３３を塗布した比例計数管で
、一般に電極間に電離箱より大きい電圧を印加し、中性
子がここに入射したときに、いわゆるガス増幅作用によ
り大きな電圧パルスを得るものである。すなわち、中性
子が入射され（ｎ、　α）反応により生ずるα線が管内
部の気体に電離を生じさせ、これにより発生する電子が
、高い電場の作用により電極へ加速される間にその途中
の気体原子に更に電離を生じさせ、この過程が繰り返さ
れて大きな電圧パルスを得られるものである。

そして、管の外側を中性子減速材、例えば水、パラフィ
ン、ポリエチレン等で囲み、高速中性子を熱中性子に減
速して検出を行う計数管や、更に、数層に渡り減速層を
設け、熱中性子から高速中性子まで同時に検出可能とし
たいわゆるロングカウンタも知られている（例えばＡ、
Ｏ，Ｈａｎｓｏｎ　ａｎｄ　Ｊ、Ｌ、　ＭｃＫｉｂｂｅ
ｎ、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、、７２：６７３（１９４７）参
照）。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の補償型電離箱においては、γ線に
対する補償が不十分であるという問題を有していた。

すなわち、従来の補償型電離箱のγ線補償用電離箱には
、通常、空気、Ａｒ等のガスが封入され、このガス圧を
微妙に調節してγ線補償を行っていたため、調整が煩雑
化し、これにより検出及び補償用電離箱のγ線感度を合
致させることが困難であった。

また、電極板にＩＯＢ層等を設けた電離箱においては、
その１°Ｂ層内部で発生するα線がその層目体で弱めら
れてしまい（自己吸収）、検出精度が低下するという問
題を有していた。

そして　ｌ０１３ｐ３計数管の場合はパルス計測である
ことから、いわゆるパイルアップが生じるため、高密度
中性子線に対しては、個々のパルスが分離できなくなり
、検出不能になるという問題を有していた。

発明の目的本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、高密度中性子線をγ線の影響を受けずに実
時間で検出する簡易なγ線補償型中性子検出器を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明に係るγ線補償型中
性子検出器は、中性子及びγ線の検出を行う第１電離箱
と、この第１電離箱に加圧封入され、中性子反応原子を
含み、中性子及びγ線の入射により電離を生じる第１気
体と、前記第１電離箱に隣接配置され、γ線の検出を行
う第２電離箱と、この第２電離箱に加圧封入され、中性
子に不感な原子であって前記中性子反応原子の同位体を
含み、γ線の入射により電離を生じかつ中性子の入射に
は電離を生じない第２気体と、を有し、第１電離箱にて
中性子線及びγ線を検出し同時に第２電離箱にてγ線を
検出し、第１電離箱及び第２電離箱の各出力に基づきγ
線の寄与を排除し中性子検出を行うことを特徴とする。

また、本発明に係るγ線補償型中性子検出器は、少なく
とも前記第１電離箱の容器の外側に中性子減速層が所定
の厚みで設けられていることを特徴とする。

［作用］上記構成によれば、第１電離箱にて中性子及びγ線によ
る出力（電離電流、電離パルス）が得られ、また第２電
離箱にてγ線のみによる出力を得ることができる。そし
て、第１電離箱と第２電離箱の印加電圧が逆極性の場合
には、その両方の電離箱の出力の和を求めることにより
、又は第１電離箱と第２電離箱の印加電圧の極性が同一
の場合には、その両電離箱の出力の差を求めることによ
り、中性子検出に係るγ線の寄与を除去し、中性子のみ
の出力を得ることができる。

次に、第１及び第２１１離箱内における作用を説明する
。

第１気体にはＩＯＢ　ｐ３や３Ｈｅ等の中性子核反応原
子が含まれ、中性子の入射によりそれぞれ（ｎ、　α）
反応、（ｎ、ｐ）反応が生じα線や陽子線が発生する。

次に、このα線や陽子線は、電離箱内の気体原子にエネ
ルギーを与え、電離を生じさせる。そして、電離により
生ずるイオン及び電子は、電離箱内の電場により、それ
ぞれ電極へ引き寄せられ、これにより電圧パルスや電離
電流が生じる。また、第１気体はγ線に対しても電離が
生じ、この両者の和が第１電離箱の出力となる。

一方、第２気体は、第１気体の同位体元素を含むＩＩＢ
　ｐ３、４Ｈｅ等の安定な元素で構成され、中性子に対
しては不感であるがγ線に対しては電離を生じる。そし
て、前述したようにこの第２気体は、第１気体の同位体
を含むことから、物理的、化学的性質が近似し、また質
量数もほぼ同一であり、同一条件においてはγ線に対し
てほぼ同一感度を示させることができる。

また、第１気体及び第２気体が加圧封入されているので
、中性子及びγ線のエネルギー吸収効率が高く、これに
より検出感度が向上する。

更に、電離箱の外側に中性子減速層が設けられたことに
より、中性子をここで減速させることができ、この層の
厚みを変化させることにより熱外中性子や高速中性子も
検出可能である。

［実施例コ以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明に係るγ線補償型中性子検出器にお
ける電離箱が示されている。

この電離箱は、円筒形の中性子検出用電離箱２６と、同
じく円筒形のγ線補償用電離箱２８が絶縁体３０を介し
、一体形成されたものであり、中性子検出に係るγ線の
寄与を除去し、高感度で中性子検出を行うものである。

そして、本実施例においては、この電離箱２６と電離箱
２８は、同一のものが用いられており、以下、電離箱２
６の構成を説明し、電離箱２８の説明は省略する。なお
、図において電離箱２６は、垂直断面が示されている。

電離箱２６の容器３２は、金属導体から成り、この容器
３２と、電離箱２６の下部に設けられた電極部３４とに
より、電離箱内部の気密空間が形成されている。そして
、この容器３２の円筒中心軸上には、電子又はイオンを
捕集する集電極３６が配置され、この集電極３６は電極
部３４に設けられた第１絶縁リング３８を介して支持固
定されている。また、第１絶縁リング３８の外側には、
ガードリング４０が設けられ、更にこのガードリング４
０と容器３２の間には第２絶縁リング４２が設けられ、
これらは互いに一体形成され容器の下部壁を形成してい
る。

ここで周知のようにガードリング４０は、アースに接続
されることにより、容器３２から絶縁リングを介して集
電極３６へ洩れ電流が生じるのを防いでいる。すなわち
、このガードリング４０がゼロ電位になることにより、
第１絶縁リング３８内に電場が生じるのを防止し、集電
極３６に生じる電子又はイオンによる電離電流や電離パ
ルスの検出を保証している。

集電極３６の下端には、電極部３４に配置された同軸型
のコネクタ４４の中心電極が接続され、集電極３６の電
流はこのコネクタ４４の中心電極を介し外部測定器に出
力される。また、ガードリング４０は、このコネクタ４
４の外部導体に導電部材４６．４８を介し接続されてい
る。なお、図中５０は絶縁部材である。

容器３２の外側壁には、高電圧印加用の電極５２が設け
られており、この電極５２と集電極３６との間に電圧を
印加することにより、容器３２内部に電場を生じさせる
ことができる。

以上、本実施例における電離箱２６の主要構成は、上記
部材から成り、また前述したように電離箱２８の構成も
これと同一である。

次に、検出ガスについて述べる。

本実施例においては、中性子検出用ガスとして１０ＢＦ
　３ガス、γ線補償用ガスとして１１３３Ｆ３ガスが用
いられ、それぞれ電離箱２６及び２８に封入されている
。

上述したように１０Ｂは、中性子と（ｎ、　　α）反応
を生じ、α線を発生するものであり、またＩＩＢは、中
性子に対して安定である。なお、γ線はいずれのガスに
も電離作用を有する。

そして、本発明においての第１の特徴点は、このγ線補
償用電離箱２８内に１ｌ１３ｐ３ガスを封入したことで
あり、これにより、γ線補償精度を向上させている。

すなわち、ｌ０ＢＦ３と目Ｂ　ｐ　３は、互いに物理的
、化学的性質が近似し、かつ質量数もほぼ同一であるこ
とから、空気を用いた場合や異なる気体を用いた場合に
比べ、γ線補償を安定に行うことができる。つまり、外
的要因、例えば気温や圧力等の変動による感度のズレや
、検出器を長期に使用した場合の気体の変質を同一にす
ることができるのである。

なお、検出及び補償用ガスは、これに限られず、それぞ
れ３Ｈｅガスと４Ｈｅガスを用いても同様の効果が得ら
れ、この場合には検出用電離箱にて中性子が入射された
時に（ｎ、ｐ）反応が生じ、陽子線が発生し気体原子を
電離させる。また、更に他のガスでも核反応、例えば（
ｎ、　α）反応、（ｎ、　ｐ）反応を生ずる気体であれ
ば同様の効果を得ることができる。

本発明における第２の特徴点は、検出用ガス及び補償用
ガスを双方とも加圧封入したことであり、実施例では約
８気圧に加圧封入している。

これにより中性子に対しての反応効率や吸収効率を大気
圧に比べ向上させることができ、検出感度を高めること
ができる。

次に、この電離箱の動作を第２図に基づき説明する。

第２図には、上記電離箱を用いた本発明に係るγ線補償
型中性子検出器の全体構成が示されている。

中性子検出用の容器３２には、電源ｖ１に　より負の高
電圧が印加されており、本実施例では５００■が印加さ
れている。また、γ線補償用容器５４には、電源Ｖ２よ
り正の高電圧が印加されており、本実施例では＋５００
Ｖが印加されている。

従って、各容器３２．５４の内部には、電場が生じてお
り、前述したように原子が電離した際には、イオンは負
電極へ引き寄せられ、電子は正電極にて補集される。

そして、集電極３６にて生じた電流、及び集電極５６に
て生じた電流は、混合されて振動容量増幅器５８に入力
される。なお、本実施例においては、この２つの電流混
合によりγ線の寄与を除去しているが、他の方法、例え
ば容器３２及び容器５４の双方に負の電圧を印加し、集
電極３６の出力電流と集電極５６の出力電流との差をと
り、中性子による電流のみを求めてもよい。

前記振動容量増幅器５８は、周知のように、直流電流を
一旦交流に変換して、交流増幅を行い、再び直流に整流
して、負帰還させるとともに、電圧出力として取り出す
ものであり、微少電流の測定に適している。

しかるに、この振動容量増幅器５８の出力を他の計数器
や演算器に入力させることにより中性子の高精度測定を
行うことができる。また、本実施例においては電離箱か
らの電流出力、すなわち電離電流の平均を測定している
ため、比例計数管で見られるようなパイルアップの問題
も生じず、高密度中性子線を正確にモニタできる。

すなわち、この検出器においては、高密度中性子線に伴
う多量のγ線に対しても、補償用電離箱２８が安定に動
作することから、また検出及び補償用ガスが加圧封入さ
れていることから、中性子線をγ線から分離して高感度
に検出できるのである。

なお、本実施例においては、中性子検出を平均電流を求
めることにより行ったが、これに限られるものではなく
、電圧パルスを測定、あるいは積算的に電流を測定して
もよい。

次に、本発明に係るγ線補償型中性子検出器における電
離箱の第２実施例を図面に基づいて説明する。

第３図には、高速中性子検出用の電離箱が示されている
。なお、第３図（Ａ）は電離箱の水平断面、第３図（Ｂ
）は垂直断面である。

この電離箱には、第１図に示した電離箱の外側に中性子
減速層６０が設けられており、高速中性子をこの中性子
減速層６０にて熱中性子に変換し検出するものである。

なお、この中性子減速層６０は例えば水、パラフィン、
ポリエチレン等の部材で構成されている。

そして、この中性子減速層６０の厚みを変化させること
により所望のエネルギーの中性子を検出可能である。

また、中性子減速層６０の外側にはγ線減弱用の緩衝層
６２が設けられており、この緩衝層６２によりγ線のエ
ネルギーを軟らげることができる。

なお、この緩衝層６２は、鉛等を含む部材で薄層に形成
され、中性子は透過させ、γ線のみに対して減弱作用を
有する。

従って、この第２実施例に係る電離箱によれば、前述し
たように熱中性子以外の中性子を検出可能であり、更に
緩衝層６２が設けられていることより、γ線の影響をよ
り低く押さえることができ、中性子検出を精度良く行う
ことができる。

本実施例における電離箱は、円筒形のものを用いたが、
当然これに限られるものではなく、直方体や円板状の電
離箱であってもよい。

加えて、電離箱の外側を熱中性子阻止部材、例えばカド
ミウムで囲み、更にその一部に窓を設けることにより、
電離箱に指向性を持たせることもできる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係るγ線補償型中性子検
出器によれば、中性子に伴うγ線の影響を除去して、中
性子検出を正確に行うことができる。

また、第１気体及び第２気体を加圧封入したことにより
、一般の電離箱より感度が向上し微弱な中性子をも検出
可能である。

そして、以上の効果は、特に高密度中性子線の検出にお
いて有効であり、多量のγ線を伴う混成場においても、
中性子線を安定して検出可能である。

また、電離箱の外側に中性子減速層を設けたことにより
、熱中性子以外の熱外中性子や高速中性子を検出可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るγ線補償型中性子検出器におけ
る電離箱を示す一部断面図、第２図は、本発明に係るγ線補償型中性子検出器の全体
構成を示す概略図、第３図は、第２実施例に係る電離箱の概略図、第４図は
、中性子のエネルギーと反応断面積との関係を示すグラ
フ、第５図は、従来例に係る補償型電離箱の概略図である。３６゜中性子検出用電離箱 γ線補償用電離箱・・・　集電極中性子減速層緩衝層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中性子及びγ線の検出を行う第１電離箱と、この
第１電離箱に加圧封入され、中性子反応原子を含み、中
性子及びγ線の入射により電離を生じる第１気体と、前記第１電離箱に隣接配置され、γ線の検出を行う第２
電離箱と、この第２電離箱に加圧封入され、前記中性子反応原子の
同位体であって中性子に不感な原子を含み、γ線の入射
により電離を生じかつ中性子の入射には電離を生じない
第２気体と、を有し、第１電離箱にて中性子線及びγ線を検出し同時
に第２電離箱にてγ線を検出し、第１電離箱及び第２電
離箱の各出力に基づきγ線の寄与を排除し中性子検出を
行うことを特徴とするγ線補償型中性子検出器。
（２）請求項（１）記載のγ線補償型中性子検出器にお
いて、前記第１気体には＾１＾０ＢＦ＿３ガスを用い、前記第
２気体には＾１＾１ＢＦ＿３ガスを用いたことを特徴と
するγ線補償型中性子検出器。
（３）請求項（１）記載のγ線補償型中性子検出器にお
いて、前記第１気体には＾３Ｈｅガスを用い、前記第２気体に
は＾４Ｈｅガスを用いたことを特徴とするγ線補償型中
性子検出器。
（４）請求項（１）記載のγ線補償型中性子検出器にお
いて、少なくとも前記第１電離箱の容器の外側には中性子減速
層が所定の厚みで設けられていることを特徴とするγ線
補償型中性子検出器。