JPH08271639A - 粒子の微小軸合わせ装置、検出器、および粒子の検出方法、ならびに軸合わせ装置の製造方法および使用 - Google Patents
粒子の微小軸合わせ装置、検出器、および粒子の検出方法、ならびに軸合わせ装置の製造方法および使用Info
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- JPH08271639A JPH08271639A JP8047733A JP4773396A JPH08271639A JP H08271639 A JPH08271639 A JP H08271639A JP 8047733 A JP8047733 A JP 8047733A JP 4773396 A JP4773396 A JP 4773396A JP H08271639 A JPH08271639 A JP H08271639A
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- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
- G21K1/025—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using multiple collimators, e.g. Bucky screens; other devices for eliminating undesired or dispersed radiation
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の中性子束の測定においては、フラグメ
ントの角度分布により定量性が妨害されていた。特に、
低エネルギ領域においては、バックグラウンドノイズの
影響を分離することが困難であった。 【解決手段】 入射粒子の微小軸合わせ装置であって、
微小孔１８の配列を備えて構成され、微小孔１８は、数
μｍから数ｍｍの範囲の厚さの絶縁性シート１５に、約
１μｍの直径でもって、ランダムに開けられ、かつ、平
行に揃えられている。
ントの角度分布により定量性が妨害されていた。特に、
低エネルギ領域においては、バックグラウンドノイズの
影響を分離することが困難であった。 【解決手段】 入射粒子の微小軸合わせ装置であって、
微小孔１８の配列を備えて構成され、微小孔１８は、数
μｍから数ｍｍの範囲の厚さの絶縁性シート１５に、約
１μｍの直径でもって、ランダムに開けられ、かつ、平
行に揃えられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、粒子の微小軸合わ
せ装置、検出器、および粒子の検出方法に関するもので
あり、また、軸合わせ装置の製造および使用に関するも
のである。
せ装置、検出器、および粒子の検出方法に関するもので
あり、また、軸合わせ装置の製造および使用に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】中性子は、中性の粒子である。中性子
は、従来の検出器では直接的には検出することができな
い。なぜなら、従来の検出器は、検出されるべき粒子が
通過する際に生成される電荷を集めることにより機能す
るものであるからである。中性子の検出には、１つある
いはそれ以上の荷電粒子を生成することにより、中性子
の存在を知らせるコンバータが必要である。電荷集積原
理により作動する検出器においては、荷電粒子が、中性
子の存在を検出することを可能とする。
は、従来の検出器では直接的には検出することができな
い。なぜなら、従来の検出器は、検出されるべき粒子が
通過する際に生成される電荷を集めることにより機能す
るものであるからである。中性子の検出には、１つある
いはそれ以上の荷電粒子を生成することにより、中性子
の存在を知らせるコンバータが必要である。電荷集積原
理により作動する検出器においては、荷電粒子が、中性
子の存在を検出することを可能とする。
【０００３】本発明は、半導体検出器あるいはガスに基
づいた検出器を利用した熱中性子のパルス的な検出に関
するものである。熱中性子の検出は、重要な問題であ
り、特に、原子炉の作動の観測に際しては重要な問題で
ある。このパルス的な検出は、コンバータにおけるエネ
ルギ損失、および検出器における荷電粒子の到達角度と
関連した問題をもたらす。
づいた検出器を利用した熱中性子のパルス的な検出に関
するものである。熱中性子の検出は、重要な問題であ
り、特に、原子炉の作動の観測に際しては重要な問題で
ある。このパルス的な検出は、コンバータにおけるエネ
ルギ損失、および検出器における荷電粒子の到達角度と
関連した問題をもたらす。
【０００４】熱中性子の荷電粒子への変換は、大きな断
面積を有するいくつかの核反応により引き起こすことが
できる。以降においては、最も広く利用されている反応
を参照する。しかしながら、本発明は、例えば熱中性子
あるいは類似物から、荷電粒子を生成するいかなる核反
応とも関連している。 10Ｂ ＋ ｎ → 4Ｈｅ ＋ 7Ｌｉ ＋２３１０ｋｅＶ 熱中性子に対するこの反応の断面積は、３９００barns
である。 3Ｈｅ ＋ ｎ → 1Ｈ ＋ 3Ｈ ＋７６４ｋｅＶ 熱中性子に対するこの反応の断面積は、特に大きなもの
であり、５４００barns である。ヘリウムは、気体であ
るので、コンバータは、圧力が高いときには、ワイヤに
より支持された２枚の薄いシート間に閉じ込められなけ
ればならない。ヘリウムは、 3Ｈｅの濃度を高めたもの
を使用しなければならない。なぜなら、通常の同位体組
成におけるこの同位体の比率は、わずか０．１％である
からである。 235Ｕ ＋ ｎ → Ｆ1 ＋ Ｆ2 ＋ ｘｎ ＋１９４ＭｅＶ 熱中性子に関する断面積は、相対的に小さい（５８０ b
arns）けれども、放出されるエネルギが非常に大きく、
また、フラグメントが重い。このことは、フラグメント
を１０ないし２０μｍのプラスチックにより容易に遮蔽
し得ることを意味している。通常のウランにおいては、
235Ｕの含有量は、わずか０．７％であることを指摘し
ておく。
面積を有するいくつかの核反応により引き起こすことが
できる。以降においては、最も広く利用されている反応
を参照する。しかしながら、本発明は、例えば熱中性子
あるいは類似物から、荷電粒子を生成するいかなる核反
応とも関連している。 10Ｂ ＋ ｎ → 4Ｈｅ ＋ 7Ｌｉ ＋２３１０ｋｅＶ 熱中性子に対するこの反応の断面積は、３９００barns
である。 3Ｈｅ ＋ ｎ → 1Ｈ ＋ 3Ｈ ＋７６４ｋｅＶ 熱中性子に対するこの反応の断面積は、特に大きなもの
であり、５４００barns である。ヘリウムは、気体であ
るので、コンバータは、圧力が高いときには、ワイヤに
より支持された２枚の薄いシート間に閉じ込められなけ
ればならない。ヘリウムは、 3Ｈｅの濃度を高めたもの
を使用しなければならない。なぜなら、通常の同位体組
成におけるこの同位体の比率は、わずか０．１％である
からである。 235Ｕ ＋ ｎ → Ｆ1 ＋ Ｆ2 ＋ ｘｎ ＋１９４ＭｅＶ 熱中性子に関する断面積は、相対的に小さい（５８０ b
arns）けれども、放出されるエネルギが非常に大きく、
また、フラグメントが重い。このことは、フラグメント
を１０ないし２０μｍのプラスチックにより容易に遮蔽
し得ることを意味している。通常のウランにおいては、
235Ｕの含有量は、わずか０．７％であることを指摘し
ておく。
【０００５】以下においては、本発明を説明するため
に、最初の反応（10Ｂ＋ｎ → 4Ｈｅ＋7Ｌｉ）について
説明する。しかしながら、本発明は、ここでは詳細に説
明しないすべての他の反応に対して適用可能である。
に、最初の反応（10Ｂ＋ｎ → 4Ｈｅ＋7Ｌｉ）について
説明する。しかしながら、本発明は、ここでは詳細に説
明しないすべての他の反応に対して適用可能である。
【０００６】図１に概略的に示す装置は、半導体検出器
１０である。半導体検出器１０は、例えば、結晶シリコ
ンあるいはアモルファスシリコンであり、その上には、
コンバーター１１をなす10Ｂの薄膜コーティングが既に
形成されている。10Ｂによる熱中性子の大きな捕獲断面
積により、中性子束を２つの荷電フラグメントに変換す
ることが可能とされる。この場合、２つの荷電フラグメ
ントとは、１．４７ＭｅＶの 4Ｈｅと、０．８４ＭｅＶ
の 7Ｌｉとであり、これらは、互いに１８０゜をなす向
きに放出される（図においては、２つのフラグメント
は、Ｆ１およびＦ２で示されている）。10Ｂ中における
4Ｈｅ（ヘリウム）および 7Ｌｉ（リチウム）の飛程
は、３．６μｍを超えることはない。したがって、薄膜
の膜厚を３．６μｍより大きくすると、全く役に立たず
無意味である。なぜなら、フラグメントは、もはや検出
器に到達することができなくなり、ホウ素の膜中に留ま
ることになるからである。
１０である。半導体検出器１０は、例えば、結晶シリコ
ンあるいはアモルファスシリコンであり、その上には、
コンバーター１１をなす10Ｂの薄膜コーティングが既に
形成されている。10Ｂによる熱中性子の大きな捕獲断面
積により、中性子束を２つの荷電フラグメントに変換す
ることが可能とされる。この場合、２つの荷電フラグメ
ントとは、１．４７ＭｅＶの 4Ｈｅと、０．８４ＭｅＶ
の 7Ｌｉとであり、これらは、互いに１８０゜をなす向
きに放出される（図においては、２つのフラグメント
は、Ｆ１およびＦ２で示されている）。10Ｂ中における
4Ｈｅ（ヘリウム）および 7Ｌｉ（リチウム）の飛程
は、３．６μｍを超えることはない。したがって、薄膜
の膜厚を３．６μｍより大きくすると、全く役に立たず
無意味である。なぜなら、フラグメントは、もはや検出
器に到達することができなくなり、ホウ素の膜中に留ま
ることになるからである。
【０００７】熱中性子の捕獲は、大きな断面積により支
配されたランダムなプロセスである。２つのフラグメン
トＦ１、Ｆ２は、互いに１８０゜をなす向きに放出され
る。これは、これら２つのフラグメントＦ１、Ｆ２のう
ちの一方のみが、半導体検出器を含む側の半空間内に放
出されることを意味している。したがって、最もうまい
方法は、放出される２つのフラグメントのうちの一方の
みを、検出器が検出し得ることである。２つのフラグメ
ントが放出される角度分布は、10Ｂと中性子とにより形
成される系の質量中心の参照フレーム内において等方的
である。熱中性子の小さな運動エネルギ（１／４０ｅ
Ｖ）を考慮すると、前出の参照フレームは、実験室の参
照フレームと一致する。これは、２つのフラグメント
が、互いに１８０゜をなす向きに放出されるからであ
る。検出器に到達するフラグメントの放出角度は、ラン
ダムな特性（検出器に対して直交して入射する場合を９
０゜としたときに、０〜１８０゜にわたった特性）を示
すこととなる。コンバーター内におけるフラグメントの
放出位置は、また、ランダムな特性を示すこととなり、
この状況は、図２に概略的に示されている。
配されたランダムなプロセスである。２つのフラグメン
トＦ１、Ｆ２は、互いに１８０゜をなす向きに放出され
る。これは、これら２つのフラグメントＦ１、Ｆ２のう
ちの一方のみが、半導体検出器を含む側の半空間内に放
出されることを意味している。したがって、最もうまい
方法は、放出される２つのフラグメントのうちの一方の
みを、検出器が検出し得ることである。２つのフラグメ
ントが放出される角度分布は、10Ｂと中性子とにより形
成される系の質量中心の参照フレーム内において等方的
である。熱中性子の小さな運動エネルギ（１／４０ｅ
Ｖ）を考慮すると、前出の参照フレームは、実験室の参
照フレームと一致する。これは、２つのフラグメント
が、互いに１８０゜をなす向きに放出されるからであ
る。検出器に到達するフラグメントの放出角度は、ラン
ダムな特性（検出器に対して直交して入射する場合を９
０゜としたときに、０〜１８０゜にわたった特性）を示
すこととなる。コンバーター内におけるフラグメントの
放出位置は、また、ランダムな特性を示すこととなり、
この状況は、図２に概略的に示されている。
【０００８】パルス的な操作の場合には、熱中性子は、
半導体検出器内において、０あるいは１８０゜に近い角
度でのフラグメントの放出に対応した非常に小さな値か
ら、検出器の入射面に対して９０゜に近い角度での放出
に対応した最大値にまで強度が変化する信号を与える。
パルス強度のこのような変化は、連続的である。そし
て、小さな測定値については、中性子に基づく信号を、
検出器のバックグラウンドノイズに基づく信号から分離
することは困難である。これは、前記検出器が、例えば
アモルファスシリコンのようなフィルムから形成されて
いる場合には、重要である。
半導体検出器内において、０あるいは１８０゜に近い角
度でのフラグメントの放出に対応した非常に小さな値か
ら、検出器の入射面に対して９０゜に近い角度での放出
に対応した最大値にまで強度が変化する信号を与える。
パルス強度のこのような変化は、連続的である。そし
て、小さな測定値については、中性子に基づく信号を、
検出器のバックグラウンドノイズに基づく信号から分離
することは困難である。これは、前記検出器が、例えば
アモルファスシリコンのようなフィルムから形成されて
いる場合には、重要である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】半空間内に放出される
フラグメントの放出角度に関する前記記載を定量的に表
現するために（この場合、エネルギ損失の問題は無視さ
れている）、図３に、検出器の直交方向に対して角度θ
をもって放出されるフラグメントの割合を示す。ここ
で、θ＝０は、検出器の入射面に対して垂直な放出に対
応しており、一方、θ＝９０゜は、検出器の入射面に対
して平行な放出に対応している。コンバーター内におい
て放出されたいくつかのフラグメントは、検出器内に適
切な信号を与えることがわかる。しかしながら、結果的
なエネルギスペクトルは、上述のように、０から最大値
にわたって変化する。コンバーター内におけるエネルギ
損失が考慮されれば、前記効果は強調され、観測される
スペクトルは、図４に示す形態を有することになる。し
たがって、いかなる定量的な測定もが、前記効果により
大きく妨害されている。特に、低エネルギ領域において
は、低エネルギフラグメントによるスペクトルへの寄与
を、検出器あるいは電子部品回りからのバックグラウン
ドノイズによるスペクトルへの寄与から分離すること
は、困難である。電流による操作が使用されたとき、す
なわち、高中性子束に対しては、この効果を平均的に考
慮した検出器による注意深い検出が可能である。この場
合には、平均の中性子束を測定することができる。パル
ス的な操作に関しては、これができない。したがって、
図４に示すように、カウント率（ｄｎ／ｄｅ）は、検出
される物質の運動エネルギが増加するときには大きくか
つ連続的に増加する。そして、電子的なスレッシュホー
ルドは、大きなエラーにつながる。というのは、外部状
況に依存するからである。スレッシュホールドが少し変
化すると、カウント率が大きく変化することになる。ア
ドバンスドシグナルプロセッシング法（advancedsignal
processing method）により、信号の分離を推測する
ことも、また、困難である。というのは、それらは、す
べて同じタイプであるからである。
フラグメントの放出角度に関する前記記載を定量的に表
現するために（この場合、エネルギ損失の問題は無視さ
れている）、図３に、検出器の直交方向に対して角度θ
をもって放出されるフラグメントの割合を示す。ここ
で、θ＝０は、検出器の入射面に対して垂直な放出に対
応しており、一方、θ＝９０゜は、検出器の入射面に対
して平行な放出に対応している。コンバーター内におい
て放出されたいくつかのフラグメントは、検出器内に適
切な信号を与えることがわかる。しかしながら、結果的
なエネルギスペクトルは、上述のように、０から最大値
にわたって変化する。コンバーター内におけるエネルギ
損失が考慮されれば、前記効果は強調され、観測される
スペクトルは、図４に示す形態を有することになる。し
たがって、いかなる定量的な測定もが、前記効果により
大きく妨害されている。特に、低エネルギ領域において
は、低エネルギフラグメントによるスペクトルへの寄与
を、検出器あるいは電子部品回りからのバックグラウン
ドノイズによるスペクトルへの寄与から分離すること
は、困難である。電流による操作が使用されたとき、す
なわち、高中性子束に対しては、この効果を平均的に考
慮した検出器による注意深い検出が可能である。この場
合には、平均の中性子束を測定することができる。パル
ス的な操作に関しては、これができない。したがって、
図４に示すように、カウント率（ｄｎ／ｄｅ）は、検出
される物質の運動エネルギが増加するときには大きくか
つ連続的に増加する。そして、電子的なスレッシュホー
ルドは、大きなエラーにつながる。というのは、外部状
況に依存するからである。スレッシュホールドが少し変
化すると、カウント率が大きく変化することになる。ア
ドバンスドシグナルプロセッシング法（advancedsignal
processing method）により、信号の分離を推測する
ことも、また、困難である。というのは、それらは、す
べて同じタイプであるからである。
【００１０】本発明は、これら欠点を除去することを目
的としている。
的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、入射粒子の微
小軸合わせ装置に関するものであって、微小孔の配列を
備えて構成され、微小孔は、数μｍから数ｍｍの範囲の
厚さの絶縁性シートに、約１μｍの直径でもって、ラン
ダムに開けられ、かつ、平行に揃えられている。
小軸合わせ装置に関するものであって、微小孔の配列を
備えて構成され、微小孔は、数μｍから数ｍｍの範囲の
厚さの絶縁性シートに、約１μｍの直径でもって、ラン
ダムに開けられ、かつ、平行に揃えられている。
【００１２】絶縁性シートは、プラスチックから、例え
ば、ポリカーボネート、カプトン、あるいはポリイミド
からなることが有利である。絶縁性シートは、また、劈
開されたマイカとすることもできる。より一般的には、
絶縁性シートは、大きなイオンの衝突によりレイテント
トレースあるいはトラックを形成し得る材料から構成す
ることができる。孔の密度は、１０8／ｃｍ2以下であ
る。
ば、ポリカーボネート、カプトン、あるいはポリイミド
からなることが有利である。絶縁性シートは、また、劈
開されたマイカとすることもできる。より一般的には、
絶縁性シートは、大きなイオンの衝突によりレイテント
トレースあるいはトラックを形成し得る材料から構成す
ることができる。孔の密度は、１０8／ｃｍ2以下であ
る。
【００１３】本発明は、また、粒子検出器に関するもの
であって、荷電粒子の生成を可能とする粒子のコンバー
ターと、微小軸合わせ器の配列と、荷電粒子の検出器と
を具備してなり、微小軸合わせ器は、各々が数μｍから
数ｍｍの範囲の厚さの絶縁性シートに、約１μｍの直径
でもって、ランダムに開けられ、かつ、揃えられてい
る。
であって、荷電粒子の生成を可能とする粒子のコンバー
ターと、微小軸合わせ器の配列と、荷電粒子の検出器と
を具備してなり、微小軸合わせ器は、各々が数μｍから
数ｍｍの範囲の厚さの絶縁性シートに、約１μｍの直径
でもって、ランダムに開けられ、かつ、揃えられてい
る。
【００１４】コンバーターにおける捕獲断面積あるいは
変換断面積は、絶縁性シートの捕獲断面積あるいは変換
断面積を超えることが有利である。例示された実施形態
においては、コンバーターは、ホウ素層を備えている。
荷電粒子の検出器は、単結晶半導体、多結晶半導体、あ
るいはアモルファス半導体、または、ガス検出器であ
る。粒子は、熱中性子、中性子、あるいはフォトンとす
ることができる。
変換断面積は、絶縁性シートの捕獲断面積あるいは変換
断面積を超えることが有利である。例示された実施形態
においては、コンバーターは、ホウ素層を備えている。
荷電粒子の検出器は、単結晶半導体、多結晶半導体、あ
るいはアモルファス半導体、または、ガス検出器であ
る。粒子は、熱中性子、中性子、あるいはフォトンとす
ることができる。
【００１５】本発明は、また、粒子の検出方法に関する
ものであって、粒子検出器における前記装置を、粒子を
電気的に帯電したフラグメントへと変換するための層
と、荷電粒子の検出器との間に配置する。検出されるべ
き粒子は、熱中性子、中性子、あるいはフォトンとする
ことができる。本発明は、また、他の中性粒子、例え
ば、集合体（aggregates）あるいは原子に適用可能であ
る。この方法は、パルス的なカウントモードにおいて、
微小軸合わせ装置を適用し、荷電粒子の検出器において
集められた信号に対して処理を施すことなしに達成され
る。
ものであって、粒子検出器における前記装置を、粒子を
電気的に帯電したフラグメントへと変換するための層
と、荷電粒子の検出器との間に配置する。検出されるべ
き粒子は、熱中性子、中性子、あるいはフォトンとする
ことができる。本発明は、また、他の中性粒子、例え
ば、集合体（aggregates）あるいは原子に適用可能であ
る。この方法は、パルス的なカウントモードにおいて、
微小軸合わせ装置を適用し、荷電粒子の検出器において
集められた信号に対して処理を施すことなしに達成され
る。
【００１６】本発明は、また、空間中に大きな立体角で
もって放出される他の粒子を検出することに使用される
ことを意図したものである。この目的のためには、孔を
通り抜けないものについては、微小軸合わせ器の配列に
より阻止され得る運動エネルギであることが必要であ
る。この観点からは、本発明の装置は、装置の表面に対
して実質的に垂直に到達する粒子の通過のみを許容する
ものであり、方向性フィルタとして機能している。この
場合のフィルタリングは、また、カウント率の大きな減
衰を伴っている。なぜなら、粒子の一部だけが選別され
るからである。この観点からは、装置は、また、カウン
ト率の減衰器として機能している。
もって放出される他の粒子を検出することに使用される
ことを意図したものである。この目的のためには、孔を
通り抜けないものについては、微小軸合わせ器の配列に
より阻止され得る運動エネルギであることが必要であ
る。この観点からは、本発明の装置は、装置の表面に対
して実質的に垂直に到達する粒子の通過のみを許容する
ものであり、方向性フィルタとして機能している。この
場合のフィルタリングは、また、カウント率の大きな減
衰を伴っている。なぜなら、粒子の一部だけが選別され
るからである。この観点からは、装置は、また、カウン
ト率の減衰器として機能している。
【００１７】本発明は、また、微小軸合わせ装置を製造
する方法に関するものであって、プラスチックシート
に、大きなイオンのビームを衝突させる工程を具備して
いる。大きなイオンは、少なくともクリプトンの質量を
有する放出体であることが有利である。粒子束は、粒子
数が約５×１０7個／ｃｍ2である。変形例においては、
この製造方法は、リソグラフィーを使用した製造工程を
具備している。
する方法に関するものであって、プラスチックシート
に、大きなイオンのビームを衝突させる工程を具備して
いる。大きなイオンは、少なくともクリプトンの質量を
有する放出体であることが有利である。粒子束は、粒子
数が約５×１０7個／ｃｍ2である。変形例においては、
この製造方法は、リソグラフィーを使用した製造工程を
具備している。
【００１８】微小軸合わせ器の配列は、（大きなイオン
の衝突により、あるいは、リソグラフィーにより、）多
量に生成され、それらにより、粒子が電荷を帯びている
かどうか（イオン、原子等）にかかわらず、粒子の軸合
わせが可能とされている。
の衝突により、あるいは、リソグラフィーにより、）多
量に生成され、それらにより、粒子が電荷を帯びている
かどうか（イオン、原子等）にかかわらず、粒子の軸合
わせが可能とされている。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、従来の半導体検出器を示
す図である。図２は、図１内に示すコンバーターにおけ
るフラグメントの放出位置を示す図である。図３は、図
１の検出器に対する直交方向から角度θをもって放射さ
れるフラグメントの割合を示す図である。図４は、図１
に示す検出器を使用した場合に観測されるスペクトルを
概略的に示す図である。図５は、本発明の検出器を分解
して示す図である。
す図である。図２は、図１内に示すコンバーターにおけ
るフラグメントの放出位置を示す図である。図３は、図
１の検出器に対する直交方向から角度θをもって放射さ
れるフラグメントの割合を示す図である。図４は、図１
に示す検出器を使用した場合に観測されるスペクトルを
概略的に示す図である。図５は、本発明の検出器を分解
して示す図である。
【００２０】本発明においては、中性子のコンバーター
１６からのフラグメントの軸合わせを行う目的で、絶縁
性シート１５に形成された孔を利用することを提案して
いる。この場合、孔は、ランダムに開けられており、か
つ、同じ向きに揃えられている。絶縁性シート１５は、
例えば、劈開されたマイカ、あるいは、プラスチックか
らなるものである。前記目的を達成するために、シート
１５は、図５に分解図で示すように、コンバーター層１
６と検出器１７の入射面との間に配置されている。この
シートに形成されている孔１８は、約１μｍである。シ
ート１５の厚さは、コンバーターにより放出されるフラ
グメントの性質およびエネルギの関数として、数μｍか
ら数ｍｍの範囲の中から選択される。よって、熱中性子
に対して提案された方法は、また、任意の粒子のコンバ
ーターに対して応用することができる。この場合、任意
の粒子のコンバーターの捕獲断面積あるいは変換断面積
は、プラスチックシートのそれよりも大きいものとされ
ている。約１μｍの孔を有するプラスチックシートは、
２つの機能を有している。１つは、微小孔により入射粒
子の軸合わせを行うことができることである。検出器に
対して実質的に垂直に放出された粒子だけが、孔を通り
抜ける。ある程度までは、孔の深さにより、前記開口角
を変化させることができる。孔が開けられたシートの第
２の機能は、微小孔内に正確に入射しない粒子を吸収す
ることである。これにより、微小孔により限定された角
度を超える入射角度をもって放出されたフラグメントを
除去することができる。シートを挟むことにより、図４
に示すエネルギスペクトルから高エネルギ部分を抽出す
ることになる。よって、測定が正確になされ、熱中性子
束が測定される。
１６からのフラグメントの軸合わせを行う目的で、絶縁
性シート１５に形成された孔を利用することを提案して
いる。この場合、孔は、ランダムに開けられており、か
つ、同じ向きに揃えられている。絶縁性シート１５は、
例えば、劈開されたマイカ、あるいは、プラスチックか
らなるものである。前記目的を達成するために、シート
１５は、図５に分解図で示すように、コンバーター層１
６と検出器１７の入射面との間に配置されている。この
シートに形成されている孔１８は、約１μｍである。シ
ート１５の厚さは、コンバーターにより放出されるフラ
グメントの性質およびエネルギの関数として、数μｍか
ら数ｍｍの範囲の中から選択される。よって、熱中性子
に対して提案された方法は、また、任意の粒子のコンバ
ーターに対して応用することができる。この場合、任意
の粒子のコンバーターの捕獲断面積あるいは変換断面積
は、プラスチックシートのそれよりも大きいものとされ
ている。約１μｍの孔を有するプラスチックシートは、
２つの機能を有している。１つは、微小孔により入射粒
子の軸合わせを行うことができることである。検出器に
対して実質的に垂直に放出された粒子だけが、孔を通り
抜ける。ある程度までは、孔の深さにより、前記開口角
を変化させることができる。孔が開けられたシートの第
２の機能は、微小孔内に正確に入射しない粒子を吸収す
ることである。これにより、微小孔により限定された角
度を超える入射角度をもって放出されたフラグメントを
除去することができる。シートを挟むことにより、図４
に示すエネルギスペクトルから高エネルギ部分を抽出す
ることになる。よって、測定が正確になされ、熱中性子
束が測定される。
【００２１】したがって、この軸合わせ装置は、入射荷
電粒子に対する方向選択器として機能する。微小孔を通
過する粒子の数は、割合として、入射粒子のうちの一部
である。よって、装置は、また、カウント率減衰機能を
有している。
電粒子に対する方向選択器として機能する。微小孔を通
過する粒子の数は、割合として、入射粒子のうちの一部
である。よって、装置は、また、カウント率減衰機能を
有している。
【００２２】入射粒子の方向を選択するために、１つあ
るいは複数の軸合わせ器を使用することは、明らかに新
規なことではない。軸合わせ器は、通常、孔開けにより
あるいは機械加工により形成される。この方法は、巨視
的な寸法を有する軸合わせ器を製造するには、完全であ
る。しかしながら、これは、約１μｍの寸法の程度にま
で応用することはできない。本発明は、検出器の分野で
は通常使用されない方法によるそのような軸合わせ器の
製造を提案するものである。したがって、それらを適切
な運動エネルギを有する大きなイオンのビームにより製
造することが課題となる。各々の大きなイオンは、ドリ
ルとして機能し、材料中に欠陥を生成する。そしてこの
ような欠陥が、化学的な処理により微視的な寸法での孔
へと変換される。
るいは複数の軸合わせ器を使用することは、明らかに新
規なことではない。軸合わせ器は、通常、孔開けにより
あるいは機械加工により形成される。この方法は、巨視
的な寸法を有する軸合わせ器を製造するには、完全であ
る。しかしながら、これは、約１μｍの寸法の程度にま
で応用することはできない。本発明は、検出器の分野で
は通常使用されない方法によるそのような軸合わせ器の
製造を提案するものである。したがって、それらを適切
な運動エネルギを有する大きなイオンのビームにより製
造することが課題となる。各々の大きなイオンは、ドリ
ルとして機能し、材料中に欠陥を生成する。そしてこの
ような欠陥が、化学的な処理により微視的な寸法での孔
へと変換される。
【００２３】プラスチック（ポリカーボネート、カプト
ン、ポリイミド等）からなるシートにランダムに配置さ
れた微小孔を形成するために、最も単純な方法は、プラ
スチックシートに、加速器からの、あるいは、例えば
252Ｃｆのような分裂フラグメント源からの大きなイオ
ンのビームを照射することである。材料中での大きなイ
オンの減速は、入射イオンの運動エネルギが１核子につ
き約０．１ＭｅＶよりも小さいときには、原子核の減速
に引き続いて起こる、電荷を生成する電子の減速を伴っ
て始まる。絶縁性材料中および付加的な半導体材料中に
おける減速の際には、イオンは、直径が約１０ｎｍであ
るレイテントトレース（latent trace）あるいはトラッ
ク（latent track）を作り出す。このレイテントトレー
スの周囲には、大きなイオンの減速の際に分離する電子
（デルタ電子）の放出により引き起こされるハロー（ha
lo）が形成されることになる。ハローの直径は、約１μ
ｍである。レイテントトレースを化学的に処理すること
により、約１μｍの直径の孔が得られる。
ン、ポリイミド等）からなるシートにランダムに配置さ
れた微小孔を形成するために、最も単純な方法は、プラ
スチックシートに、加速器からの、あるいは、例えば
252Ｃｆのような分裂フラグメント源からの大きなイオ
ンのビームを照射することである。材料中での大きなイ
オンの減速は、入射イオンの運動エネルギが１核子につ
き約０．１ＭｅＶよりも小さいときには、原子核の減速
に引き続いて起こる、電荷を生成する電子の減速を伴っ
て始まる。絶縁性材料中および付加的な半導体材料中に
おける減速の際には、イオンは、直径が約１０ｎｍであ
るレイテントトレース（latent trace）あるいはトラッ
ク（latent track）を作り出す。このレイテントトレー
スの周囲には、大きなイオンの減速の際に分離する電子
（デルタ電子）の放出により引き起こされるハロー（ha
lo）が形成されることになる。ハローの直径は、約１μ
ｍである。レイテントトレースを化学的に処理すること
により、約１μｍの直径の孔が得られる。
【００２４】従来のリソグラフィー法と比較して、大き
なイオンの興味深い点は、大きなイオンの各々がレイテ
ントトレースを作り出すことにあり、レイテントトレー
スは、幾何形状が揃っており、化学的な処理の後には、
約１μｍの孔を得ることを可能とする。イオンが大きい
ほど、材料中でのイオンの飛跡は、より直線的となり、
また、よく揃ったものとなる。実用上は、少なくともク
リプトンの質量を有する投射物により孔を作る必要があ
る。エッチングにおける大きなイオンの使用は、フォト
ンあるいは電子の使用とは、大きく異なっている。すな
わち、フォトンあるいは電子を使用する場合には、レイ
テントトレースの形成には、複数の電子あるいは粒子の
関与が要求される。よって、フォトン（可視光、紫外
光、Ｘ線、あるいは、γ線）の場合には、マスクが必要
である。電子に対しては、電子が電荷を帯びていること
から、それらの制御を予想することができる。限られた
厚さまでに対しては、従来のリソグラフィーにより、秩
序だてて配置された孔を作ることができる。しかしなが
ら、大きな厚さが要求された場合、あるいは、孔の分布
をランダムにすることを要求された場合になってしまっ
たときには、大きなイオンがより適している。
なイオンの興味深い点は、大きなイオンの各々がレイテ
ントトレースを作り出すことにあり、レイテントトレー
スは、幾何形状が揃っており、化学的な処理の後には、
約１μｍの孔を得ることを可能とする。イオンが大きい
ほど、材料中でのイオンの飛跡は、より直線的となり、
また、よく揃ったものとなる。実用上は、少なくともク
リプトンの質量を有する投射物により孔を作る必要があ
る。エッチングにおける大きなイオンの使用は、フォト
ンあるいは電子の使用とは、大きく異なっている。すな
わち、フォトンあるいは電子を使用する場合には、レイ
テントトレースの形成には、複数の電子あるいは粒子の
関与が要求される。よって、フォトン（可視光、紫外
光、Ｘ線、あるいは、γ線）の場合には、マスクが必要
である。電子に対しては、電子が電荷を帯びていること
から、それらの制御を予想することができる。限られた
厚さまでに対しては、従来のリソグラフィーにより、秩
序だてて配置された孔を作ることができる。しかしなが
ら、大きな厚さが要求された場合、あるいは、孔の分布
をランダムにすることを要求された場合になってしまっ
たときには、大きなイオンがより適している。
【００２５】シート内に作り出され得る孔の数は、入射
束に依存している。典型的には、１０8 個／ｃｍ2 の孔
の密度が、超えることのできない最大値である。これ
は、粒子加速器の能力よりも小さいものである。そのよ
うな孔の密度であると、孔数に孔の１つあたりの面積を
積算したものとして定義される有孔率は、０．７８５で
ある。この大きな値は、重なりあっている孔を有する確
率がゼロではないことを意味している。しかしながら、
これは、小さな欠点でしかなく、たとえいくつかの孔が
重なりあっていたとしても、孔は、鉛直に近いフラグメ
ントに対してなおある角度を形成する。粒子数が例えば
５×１０7 個／ｃｍ2 のような、より少ない束は、この
重なり確率を大きく減少させ、有孔率は、０．４に留ま
る。
束に依存している。典型的には、１０8 個／ｃｍ2 の孔
の密度が、超えることのできない最大値である。これ
は、粒子加速器の能力よりも小さいものである。そのよ
うな孔の密度であると、孔数に孔の１つあたりの面積を
積算したものとして定義される有孔率は、０．７８５で
ある。この大きな値は、重なりあっている孔を有する確
率がゼロではないことを意味している。しかしながら、
これは、小さな欠点でしかなく、たとえいくつかの孔が
重なりあっていたとしても、孔は、鉛直に近いフラグメ
ントに対してなおある角度を形成する。粒子数が例えば
５×１０7 個／ｃｍ2 のような、より少ない束は、この
重なり確率を大きく減少させ、有孔率は、０．４に留ま
る。
【００２６】孔の深さは、入射イオンのエネルギとサイ
ズに依存する。核子あたり約１ＭｅＶの運動エネルギレ
ベルに対しては、深さは、約１０μｍとなる。大きなイ
オンを利用することの利点は、大きなエネルギ動力学を
有し得ることであり、それによって、孔の深さを制御し
得ることである。その場合でも、コストは、なお適切な
レベルに維持される。
ズに依存する。核子あたり約１ＭｅＶの運動エネルギレ
ベルに対しては、深さは、約１０μｍとなる。大きなイ
オンを利用することの利点は、大きなエネルギ動力学を
有し得ることであり、それによって、孔の深さを制御し
得ることである。その場合でも、コストは、なお適切な
レベルに維持される。
【００２７】次に、これら微小軸合わせ器の開口角、お
よび、検出時における効率について説明する。孔の直径
を１μｍ、深さを１０μｍと仮定する。開口角は、５．
７゜であり、これは、立体角では、０．０３ｓｒに対応
するものであって、全空間の０．２５％に対応してい
る。この狭い開口は、コンバーターと検出器とが微小軸
合わせ器を介して隔離されていない場合と比較して、カ
ウント率を大きく低減させる。しかしながら、検出され
る粒子は、完全に正体の知れたものであり、バックグラ
ウンドノイズからは、分離されている。この狭い開口角
は、また、パルスモードにおいて、微小軸合わせ器がな
い場合と比較して、ずっと大量の束を測定し得るという
利点も有している。すなわち、中間状況下での中性子束
（１０-6〜１０9 個／ｃｍ2 ／ｓの中性子数）の測定を
行い得るという利点を有している。この場合、軸合わせ
装置は、また、減衰機能を有している。
よび、検出時における効率について説明する。孔の直径
を１μｍ、深さを１０μｍと仮定する。開口角は、５．
７゜であり、これは、立体角では、０．０３ｓｒに対応
するものであって、全空間の０．２５％に対応してい
る。この狭い開口は、コンバーターと検出器とが微小軸
合わせ器を介して隔離されていない場合と比較して、カ
ウント率を大きく低減させる。しかしながら、検出され
る粒子は、完全に正体の知れたものであり、バックグラ
ウンドノイズからは、分離されている。この狭い開口角
は、また、パルスモードにおいて、微小軸合わせ器がな
い場合と比較して、ずっと大量の束を測定し得るという
利点も有している。すなわち、中間状況下での中性子束
（１０-6〜１０9 個／ｃｍ2 ／ｓの中性子数）の測定を
行い得るという利点を有している。この場合、軸合わせ
装置は、また、減衰機能を有している。
【図１】従来の半導体検出器を示す図である。
【図２】図１内に示すコンバーターにおけるフラグメン
トの放出位置を示す図である。
トの放出位置を示す図である。
【図３】図１の検出器に対する直交方向から角度θをも
って放射されるフラグメントの割合を示す図である。
って放射されるフラグメントの割合を示す図である。
【図４】図１に示す検出器を使用した場合に観測される
スペクトルを概略的に示す図である。
スペクトルを概略的に示す図である。
【図５】本発明の検出器の分解斜視図である。
１５ 絶縁性シート １６ コンバーター １７ 検出器 １８ 孔（微小孔）
Claims (22)
- 【請求項１】 入射粒子の微小軸合わせ装置であって、 微小孔の配列を備えて構成され、該微小孔は、数μｍか
ら数ｍｍの範囲の厚さの絶縁性シートに、約１μｍの直
径でもって、ランダムに開けられ、かつ、平行に揃えら
れていることを特徴とする粒子の微小軸合わせ装置。 - 【請求項２】 前記絶縁性シートは、大きなイオンの衝
突によりレイテントトレースを形成し得る材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載の微小軸合わせ装置。 - 【請求項３】 前記絶縁性シートは、プラスチックから
なることを特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 前記絶縁性シートは、ポリカーボネー
ト、カプトン、あるいはポリイミドからなることを特徴
とする請求項３記載の装置。 - 【請求項５】 前記絶縁性シートは、劈開されたマイカ
からなることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項６】 前記孔の密度は、１０8／ｃｍ2以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項７】 荷電粒子の生成を可能とする粒子のコン
バーターと、微小軸合わせ器の配列と、荷電粒子の検出
器とを具備してなり、 前記微小軸合わせ器は、各々が数μｍから数ｍｍの範囲
の厚さの絶縁性シートに、約１μｍの直径でもって、ラ
ンダムに開けられ、かつ、平行に揃えられていることを
特徴とする粒子検出器。 - 【請求項８】 前記コンバーターにおける捕獲断面積あ
るいは変換断面積が、前記絶縁性シートの捕獲断面積あ
るいは変換断面積よりも大きいことを特徴とする請求項
７記載の検出器。 - 【請求項９】 前記コンバーターが、ホウ素層を備える
ことを特徴とする請求項７記載の検出器。 - 【請求項１０】 前記荷電粒子の検出器が、単結晶半導
体、多結晶半導体、あるいはアモルファス半導体、また
は、ガス検出器であることを特徴とする請求項７記載の
検出器。 - 【請求項１１】 前記粒子が、熱中性子、中性子、ある
いはフォトンであることを特徴とする請求項７記載の検
出器。 - 【請求項１２】 請求項１記載の微小軸合わせ装置を、
粒子を電気的に帯電したフラグメントへと変換するため
の層と、荷電粒子の検出器との間に配置することを特徴
とする粒子の検出方法。 - 【請求項１３】 前記粒子が、熱中性子、中性子、ある
いはフォトンであることを特徴とする請求項１２記載の
方法。 - 【請求項１４】 パルス的なカウントモードにおいて、
前記微小軸合わせ装置を利用し、前記荷電粒子の検出器
において集められた信号に対して処理を施すことをしな
いことを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１５】 請求項１記載の入射粒子の微小軸合わ
せ装置を製造する方法であって、 プラスチックシートに、大きなイオンのビームを衝突さ
せる工程を具備することを特徴とする軸合わせ装置の製
造方法。 - 【請求項１６】 前記大きなイオンは、少なくともクリ
プトンの質量を有する放出体であることを特徴とする請
求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記粒子束は、粒子数が約５×１０7
個／ｃｍ2であることを特徴とする請求項１５記載の方
法。 - 【請求項１８】 請求項１記載の入射粒子の微小軸合わ
せ装置を製造する方法であって、 リソグラフィーを使用した製造工程を具備することを特
徴とする軸合わせ装置の製造方法。 - 【請求項１９】 前記大きなイオンの衝突により、ある
いは、リソグラフィーにより、微小軸合わせ器の配列が
多量に生成され、それらにより、粒子が電荷を帯びてい
るかどうかにかかわらず、粒子の軸合わせが可能とされ
ていることを特徴とする請求項１５記載の方法。 - 【請求項２０】 前記大きなイオンの衝突により、ある
いは、リソグラフィーにより、微小軸合わせ器の配列が
多量に生成され、それらにより、粒子が電荷を帯びてい
るかどうかにかかわらず、粒子の軸合わせが可能とされ
ていることを特徴とする請求項１８記載の方法。 - 【請求項２１】 請求項１記載の微小軸合わせ器の配列
の、異なる入射角度を有する粒子の選別器（方向性フィ
ルター）としての使用。 - 【請求項２２】 請求項１記載の微小軸合わせ器の配列
の、入射ビームの減衰器としての使用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9502911A FR2731832B1 (fr) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | Dispositif de microcollimation de particules, detecteur et procede de detection de particules, procede de fabrication et utilisation dudit dispositif de microcollimation |
| FR9502911 | 1995-03-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271639A true JPH08271639A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=9476990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8047733A Withdrawn JPH08271639A (ja) | 1995-03-14 | 1996-03-05 | 粒子の微小軸合わせ装置、検出器、および粒子の検出方法、ならびに軸合わせ装置の製造方法および使用 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5629523A (ja) |
| EP (1) | EP0732705A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08271639A (ja) |
| FR (1) | FR2731832B1 (ja) |
Cited By (3)
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| WO2006090595A1 (ja) * | 2005-02-24 | 2006-08-31 | National University Corporation Yokohama National University | Ｘ線用コリメータ及びｘ線検出装置 |
| JP2017009428A (ja) * | 2015-06-22 | 2017-01-12 | 富士電機株式会社 | 放射線検出装置 |
| US20170184735A1 (en) * | 2015-12-29 | 2017-06-29 | Tsinghua University | Slow neutron conversion body and slow neutron detector |
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|---|---|---|---|---|
| DE19839619A1 (de) * | 1998-08-31 | 1999-12-09 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen eines Streustrahlenrasters und ein somit hergestelltes Streustrahlenraster eines Strahlendiagnosegerätes |
| US6545281B1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-04-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Pocked surface neutron detector |
| US9958569B2 (en) | 2002-07-23 | 2018-05-01 | Rapiscan Systems, Inc. | Mobile imaging system and method for detection of contraband |
| WO2004040332A2 (en) * | 2002-10-29 | 2004-05-13 | The Regents Of The University Of Michigan | High-efficiency neutron detectors and methods of making same |
| ATE466865T1 (de) * | 2003-05-09 | 2010-05-15 | Univ Michigan | Mofs mit einer hohen oberfläche und methode zu deren herstellung |
| CN1914219A (zh) * | 2003-12-05 | 2007-02-14 | 密歇根大学董事会 | 金属有机多面体 |
| DE102004040239B3 (de) * | 2004-08-13 | 2006-02-23 | Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh | Sensor mit einem Feld aus Nanoporen und Verfahren zur Herstellung |
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| MX2007012388A (es) * | 2005-04-07 | 2008-03-11 | Univ Michigan | Adsorcion elevada de gas en una estructura metal-organica microporosa con sitios de metal abiertos. |
| US7799120B2 (en) * | 2005-09-26 | 2010-09-21 | The Regents Of The University Of Michigan | Metal-organic frameworks with exceptionally high capacity for storage of carbon dioxide at room-temperature |
| EP1988996B1 (en) | 2006-02-28 | 2017-05-24 | The Regents of the University of Michigan | Preparation of functionalized zeolitic frameworks |
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| US10670740B2 (en) | 2012-02-14 | 2020-06-02 | American Science And Engineering, Inc. | Spectral discrimination using wavelength-shifting fiber-coupled scintillation detectors |
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| PL3271709T3 (pl) | 2015-03-20 | 2023-02-20 | Rapiscan Systems, Inc. | Ręczny przenośny system kontroli rozpraszania wstecznego |
| WO2019245636A1 (en) | 2018-06-20 | 2019-12-26 | American Science And Engineering, Inc. | Wavelength-shifting sheet-coupled scintillation detectors |
| US11175245B1 (en) | 2020-06-15 | 2021-11-16 | American Science And Engineering, Inc. | Scatter X-ray imaging with adaptive scanning beam intensity |
| US11340361B1 (en) | 2020-11-23 | 2022-05-24 | American Science And Engineering, Inc. | Wireless transmission detector panel for an X-ray scanner |
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| DE3530315A1 (de) * | 1985-08-24 | 1987-02-26 | Duschner Heinz | Kernspurfilter als gaseinlasssysteme fuer vakuumapparaturen |
| JPS62174679A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-31 | Hamamatsu Photonics Kk | 中性子検出器 |
| DE3816078A1 (de) * | 1988-05-11 | 1989-11-23 | Brandt Reinhard | Verfahren zur herstellung hitzebestaendiger und chemikalienresistenter feinstporiger mikrosiebe (lichgroessen d > 10 nano-m) aus der polyimid-folie "kapton" (handelsname von du pont) |
| JP2687142B2 (ja) * | 1988-08-09 | 1997-12-08 | 日本原子力研究所 | 多孔性ポリイミド膜の製造方法 |
-
1995
- 1995-03-14 FR FR9502911A patent/FR2731832B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-02-26 US US08/605,848 patent/US5629523A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-03-05 JP JP8047733A patent/JPH08271639A/ja not_active Withdrawn
- 1996-03-12 EP EP96400506A patent/EP0732705A1/fr not_active Withdrawn
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| JPWO2006090595A1 (ja) * | 2005-02-24 | 2008-07-24 | 国立大学法人横浜国立大学 | Ｘ線用コリメータ及びｘ線検出装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP0732705A1 (fr) | 1996-09-18 |
| FR2731832A1 (fr) | 1996-09-20 |
| FR2731832B1 (fr) | 1997-04-18 |
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