JPH06508926A - 中性子ならびにＸないしγ光子の選択的同時検出プロセスおよび検出装置 - Google Patents

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】 中性子ならびにＸないしγ光子の 選択的同時検出プロセスおよび検出装置技術分野 本発明は中性子束ならびにＸないしγ光子束、とくに原子力検層および照射流燃 料集合体燃焼度の測定に用いられるものの選択的同時検出の分野に関する。

背景技術 従来、大ガンマ光子束の存在下で中性子を検出することは例外なく困難なことで あった。先行技術に利用されているプロセスのひとつは、元来高いＸないしガ器 を使用し、当該照射に対し有効な遮蔽材でこれらを囲繞するものである。別のプ ロセスでは当該照射の影響を受けない核分裂電離箱を使用するが中性子検出効果 は薄い。

多くの場合、放射線源から発せられる中性子放射ならびにＸないしγ光子放射を 同時検出する必要がある。先行技術においては、ひとつは中性子用、ひとつはＸ ないしγ光子用の二つの検出装置を用いて当該検出を行なうのが一般的である。

当該分野における先行技術は、たとえば、特許文献フランス特許公開第２３１７ 　６６８号ないしドイツ特許公開第１　５６４　２７１号に叙述されている。

これら二つの文献において記述の対象となっているのはひとつは中性子用、いま ひとつは光子用の二つの検出器を使用する装置で、雨検出器ともにシンチレーシ ョンによって光子が見られるようにし、当該雨検出器を同一の光電子増倍管に接 続している。したがって、当該選択的検出器の問題点は、ひとえに、光電子増倍 管によって計数されたシンチレーションにより、中性子によるシンチレーション とＸないしγ光子によるシンチレーションを選択出来る装置を使用することにあ る。当該先行技術においては、これら二種類の放射のシンチレーションは、当該 シンチレーションが中性子によるものかそれとも光子によるものかにより、その 固有の特徴を利用することによって信号処理をしてシンチレータの出力側で選択 される。このような区別は、主として二つのシンチレータが発するパルスの立ち 上がり時間（フランス特許公開第２　３１７　６６８号の場合）もしくは立ち下 がり時間（ドイツ特許公開第１　５６４　２７１号の場合）にもとすいて行なう 。

これら二つの場合ともに、当該信号処理には複雑な分光電子部品や高価なハード ウェアが必要になる。

いまひとつの文献ｒアメリカ合衆国制定法発明登録（［Ｊｎｉｔｅｄ　５ｔａｔ ｅｓ　５ｔａｔｕｔｏｒｙＩｎｖｅｎｔｉｏｎ　Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）Ｊ 　Ｒ５９０号には、ひとつは熱中性子用外部シンチレータ、ひとつは高速中性子 とγ光子用内部シンチレータの二つのシンチレータにより中性子にもガンマ線に も感受性をもつシンチレーション検出器が叙述されている。

しかしながら、先に引用した先行技術の場合と同じく、パルス波形を測定し、ま た選択した後ひとつひとつパルスを計数するという複雑かつ高価な機器によって 電子回路出力側で区別をしている。このため、当該検出器においてはγ光子感受 性シンチレータは、本来分光測定に利用出来る光電ビークを出力するに適してい ないプラスチック製のシンチレータとなっている。

発明の開示 本発明の目的とするところは、実施の簡単な装置により、おのおのが、分離すべ き二種類のシンチレーションのひとつに対応する二つのエネルギー回路を有する 唯一の分光測定回路を利用して二種類のシンチレーションを完全に分離すること を可能にする中性子およびＸないしγ光子の選択的同時検出プロセスならびに検 出装置にほかならない。

ひとつは中性子感受性、いまひとつはＸないしγ光子感受性のふたつのシンチレ ータを内蔵し、光電子増倍管に類する装置に接続した検出器によって中性子なら びにＸないしγ光子を選択的同時に検出するプロセスは、二つのシンチレータお よび／ま、たは、場合によっては当該シンチレータと光電子増倍管との間に設置 した波長変換器の物理的性質が、中性子によるシンチレーションのピークとＸな いしγ光子によるシンチレーション・ピークが一方では互いに明確に分離され、 他方では当該装置の電子暗騒音から明確に分離される波長域に入るように選択さ れることを特徴とするものである。

したがって、本発明が、主としてプロセスの段階においては、研究対象である二 種類の放射のそれぞれに対応する二つの波長域に分割する装置に関するものであ ることは明らかである。かくして本出願人はシンチレ・−夕の材質を的確に選択 し、および／または、場合によっては波長変換器を使用することにより５両光子 によるシンチレーションと中性子によるシンチレーションの位置を互いに分離さ れ、暗騒音からも分離された二つのエネルギー帯域において正確に同定すること が可能であることを明らかにした。

とくに、光子感受性シンチレータは、どうしても無機かつ単結晶でなくてはなら ない。その理由は、後述するように分光回路で利用出来る光電ピークを発出出来 る シンチレータでなくてはならないからである。

このような中性子によるシンチレーション・ピークと光子による光電ピークとの 分離は、シンチレータを選択するだけで可能になる場合もあるし、また波長変換 器を使用することが必要になる場合もある。後者の場合、波長変換器は、光子感 受性シンチレータの光シンチレーションの中波長帯域に同調させ、中性子感受性 シンチレータの放射帯域ならびに当該装置の電子暗雑音から明確に分離された波 長領域においてこれを類似の帯域に変換する。

本発明の目的である本プロセスを実施することから結果する相当の便益は、二つ のシンチレーション回路が識別され明確に分離されており、したがって電子測定 回路が大幅に簡易化され、かつ低廉な標準電子ハードウェアで構成した二つの回 路をもつ分光計にすることが出来る点にある。

本発明の別の目的は、中性子ならびにＸないしγ光子の選択的同時検出装置で以 下のものを配設していることを特徴とするものである。すなわち、−６Ｌｉ　ド ープ塗料を施したガラス製の外部スリーブに内蔵のＸないしγ光子感受性無機、 単結晶シンチレータで、中性子に対しＸないしγシンチレータを保護する中性子 感受性シンチレータの役割を果たすものを内蔵する所謂検出器、 −中性子ならびにＸないしγ光子を透過させる光反射装置であって６Ｌｉ　ドー ピング・ガラス製シンチレータを覆い、かつその反射表面が当該シンチレータ符 表十６−５０８９２６　（３） に対向しているもの、 −光反射装置を覆い検出器全体を外部に対し耐密にして光を封じ込める囲障部分 、 −二つのシンチレータの出力側に位置し、フィトカブラ−を経由して当該シンチ レータに接続する光電子増倍管装置、ならびに−光電子増倍管装置の出力側に位 置する２チャネル分光測定システムであって、各チャネルにおいて中性子による シンチレーションとＸないしγ光子によるシンチレーションの各計数を個別に行 なうもの。

本発明による同じく重要な特徴によれば、無機単結晶のＸないしγ光子シンチレ ータには、ゲルマニウム酸ビスマス（ＢＧＯ）　、ヨウ化セシウム（Ｃｓｌ）　 、フッ化センウム（ＣｓＦ）　、ヨウ化ナトリウム（Ｎａｌ）およびオルトケイ 酸ガドリウム（ＧＳＯ）を含むグループから選別したシンチレーション物質が利 用される。

本発明によれば、熱中性子はリチウム６の反応（ｎ、アルファ）を媒介として検 出される。この反応によって生成するアルファ粒子およびトリトンは、各２．５ ０ＭｅＶと２．７４　ＭｅＶのエネルギーで対向方向に放射される。熱中性子の 平均自由行程はガラスの場合ミリ単位のものであるから、ガラスの厚を比較的小 さく取れば極めて高い中性子検出効率を得ることが出来る。他方、中性子とリチ ウム６との相互作用には捕獲γ光子が存在しないのでＸないしγシンチレータを 十分に保護することが出来る。

Ｘないしγ光子は上記のようなシンチレータであってそのサイズが入射Ｘないし γ光子エネルギーならびに最大効率を得るためのシンチレータの質量吸収係数の 関数として計算出来るものにより検出される。

熱中性子検出のためのシンチレータの役割を果たすリチウム６でドーピングした ガラス製スリーブは、同時に中性子に対し内部のＸないしγ光子シンチレータを 保護するという意味で二重の機能をもつものである。

本発明によるオプションではあるが同時にしばしば極めて重要な特性によれば、 検出装置はシンチレータとフォトカプラーとの間に、Ｘないしγ光子によるシン チレーション帯域に同調され、かつ中性子によるシンチレーション帯域ならびに 暗雑音から明確に分離した波長域において当該帯域を透過する波長変換器を配設 し、これによって分光測定システムが作動する二つの分離チャネルが形成される 。

すてに説明したように、本発明装置はオプションであり、シンチレーション物質 ならびに二つのシンチレータの物性を適当に選択して十分な分離が出来ない場合 に限り読取りチャネル間ならびに暗雑音との十分な分離を目的として当該装置を 使用するのである。

最後に、本発明によれば、光電子増倍管装置は通常の意味での光電子増倍管てあ っても、またフォトダイオードであってもよい。

いずれにせよ、第１図および第２図を参照しながら実施態様を説明することによ って本発明はよりよく理解されるであろう。ただし、本実施態様は飽くまで実例 として挙げるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

図面の簡単な説明 当該図において、 −第１図は本発明の目的物である検出装置の軸に沿って切断した断面略図である 。

−第２図は中性子ならびにγ光子によるシンチレーションの振幅スペクトルであ って、相異なるピークの配列を示している。

発明を実施するための好適な態様 第１図のｌはＸないしγ光子検出専用の第２のシンチレータ２を内蔵するほぼス リーブ形の、リチウム６でドーピングしたガラス製の第１シンチレータである。

すてに説明したように、この特定配置によってシンチレータ２を外部から来る中 性子から保護することが可能になる。二つのシンチレータＩおよび２は、反射部 分が光エネルギーを外部に漏れないようにシンチレータｌと２に対向する反射ケ ーシング３に格納されている。最後に反射ケーシング３自体は、外部に対する二 つのシンチレータの耐密性を保証する機械的かつ光学的密閉囲障４で囲繞されて いる。

同しく第１図においては、光シンチレーションが十分光電子増倍管６に透過する ようにするフォトカプラー５が示されている。

第１図に示した実施例においては、検出装置を補足する波長変換器７が示しであ る。先に説明したように、当該変換器７により、次の第２図を参照しながら説明 するように、あらかじめ設置したエネルギー・チャネル内にシンチレーションピ ークを配置することが出来る。

最後に、光電子増倍管の出力側には当該装置がシンチレーションの計数情報を再 生するエネルギーと波長の二つの帯域に合わせて一回限りあらかじめ調整した二 つのチャネルをもつ分光測定システム８がある。

勿論、おのおの中性子感受性ならびにＸおよびγ光子感受性の二つのシンチレー タｌと２が入り組んで存在する状態は、シンチレータ２を構成する材質がシンチ レータｌ内に発生するシンチレーションからの光情報伝達のための光案内装置の 役割をも果たすことを意味するものである。

第２図に示したのは、中性子によるシンチレーション（実線で示す）とＸおよび γ光子によるシンチレーション（点線）の振幅スペクトルである。縦座標にパル ス数を横座標にエネルギーをとっている。

中性子によるスペクトルのピークは９に来ており、これについては変更しない。

これとは逆に、一方ではシンチレーション材質を適当に選択し、および／または 、他方、場合によっては波長変換器を適当に選択することにより、Ｘないしγ光 子によるシンチレーションの光電ピークを１０なり１１なりに持ってくることが 出来る。

すなわち、中性子によるピークとは明確に区別されたエネルギーチャネルないし 波長チャネル内に持ってくることが可能である。したがって、各種の放射線によ るシンチレーションを計数するためには、二つのチャネルをもつ一つの分光シス テムで十分なことは明らかである。さらに、二つの同時シンチレーション源のい ずれを選択するかについては、先行技術に用いられている信号処理装置よりもは るかに簡単かつ低廉な、−回限り予調整をした標準ハードウェアを用いることに よって実現することが出来る。

本発明による検出装置は、産業、地質、採鉱の各分野（密度／湿度、重量／湿度 、厚み／湿度の測定、中性子および／またはガンマ線による検層など）、再処理 工場における照射済燃料集合体の挙動監視、照射流集合体の燃焼度測定、ならび に一般的に中性子および光子の個別計数を必要とするようなすべての計測におい て、材質、中性子ならびに光子との間の相互作用が関与する同時測定などに多数 のアプリケーションを見出すものである。

国際調査報告 ＦＲ９２００６４７ Ｓ＾　６２２６３

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．ひとつは中性子感受性、いまひとつはＸないしγ光子感受性の二つのシンチ レータを内蔵する検出器であって光電子増倍管（６）に類する装置に接続するも のを用いる中性子ならびにＸ光子ないしγ光子選択的同時検出プロセスで、Ｘ光 子ないしγ光子感受性シンチレータが無機結晶性のものでること、ならびに二つ のシンチレータ（１，２）および／または、場合によっては、当該シンチレータ と光電子増倍管との間に位置する波長変換器（７）の物性が、中性子によるシン チレーションとＸ光子ないしγ光子によるシンチレーションの光電ピークが一方 では互いに明確に分離し、他方では当該装置の電子暗雑音から明確に分離した波 長帯域に入るように選択出来るものであることを特徴とするもの。
2. ２．請求項１記載の検出プロセスであって、波長変換器（７）が中性子感受性シ ンチレータの放射帯域ならびに当該装置の電子暗雑音から明確に分離された波長 領域において類似の帯域に変換するため光子感受性シンチレータの光シンチレー ションの中波長に同調させてあることを特徴とするもの。
3. ３．上記請求項１ないし２記載のプロセスによる中性子およびＸ光子ないしγ光 子選択的同時検出装置であって以下のものを配設、配備ないし内蔵していること を特徴とするもの。すなわち、 −無機結晶性で、６Ｌｉドーピングを施したガラス製の外部スリープに格納され たＸ光子ないしγ光子感受性シンチレータ（２）で、中性子感受性であって当該 中性子からＸないしγシンチレータを保護するシンチレータ（１）の役割を果た すものを内蔵する所謂検出器、−中性子及びＸ光子ないしγ光子を透過する薄い 光反射装置（３）であって、６Ｌｉドーピングを施したガラス製のシンチレータ を覆い、かつその反射表面が当該シンチレータに対向しているもの、−光反射装 置を覆い、かつ検出器全体の外部に対する耐密性を保証する光学的密閉囲障（４ ）、 −二つのシンチレータ（１，２）の出力側に位置しフォトカプラー（５）を介し て当該シンチレータに接続する光電子増倍管装置（６）、ならびに−光電子増倍 管装置（６）の出力側に位置する２本のチャネルをもつ分光測定システム（８） で各チャネルにおいて中性子によるシンチレーションおよびＸ光子ないしγ光子 によるシンチレーションおのおのの計数を個別に実施するもの。
4. ４．請求項３記載の検出装置であって、Ｘないしγ光子シンチレータには、ゲル マニウム酸ビスマス（ＢＧＯ）、ヨウ化セシウム（Ｃｓｌ）、フッ化セシウム（ ＣｓＦ）、ヨウ化ナトリウム（Ｎａｌ）およびオルトケイ酸ガドリウム（ＧＳＯ ）を含むグループから選別したシンチレーション物質が利用されていることを特 徴とするもの。
5. ５．請求項３および４のいずれか１項記載の検出装置であって、両シンチレータ とフォトカプラーとの間にＸ光子ないしγ光子によるシンチレーション帯域に同 調され、かつ当該帯域において中性子によるシンチレーション帯域と暗雑音とか ら明確に分離された波長領域を透過させる波長変換器（７）を配設し、これによ って分光測定システムが作動する二つの個別チャネルを形成することを特徴とす るもの。
6. ６．請求項３〜５のいずれか１項記載の検出装置であって、光電子増倍管装置が フォトダイオードであることを特徴とするもの。