JPH1062365A

JPH1062365A - 中性子散乱材料検査装置

Info

Publication number: JPH1062365A
Application number: JP8218723A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ichige; 正之市毛
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-08-20
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】中性子散乱に必要な構成を遮蔽および中性子強
度の確保の観点から最適化することにより、小型化し、
実験室規模において中性子散乱および中性子小角散乱を
実現する。【解決手段】放射性同位元素を用いた中性子線源１を有
し、中性子導管７が折曲形成されるとともに、中性子供
給装置と散乱槽９とが接続され、前記中性子供給装置と
散乱槽９との間に中性子遮蔽体４を配置し、２次元中性
子検出器１０がミクロンオーダーの位置分解能を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中性子散乱を用い
て材料の検査を行う中性子散乱材料検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】中性子散乱は、物質内部の状態を調べる
方法として、従来より研究が積み重ねられている。ま
た、中性子散乱による物質構造研究若しくは材料研究お
よび検査は、様々な被測定対象があり、非常に幅広い分
野に亙り、粉末構造，結晶構造，不均一構造，内部欠陥
構造などの研究が進められている。

【０００３】なお、中性子散乱は、中性子回折と中性子
散乱とに分けることができ、前者の中性子回折は、物質
の表面または表面に近い層における中性子の反射または
回折を捉えるものであり、後者の中性子散乱は、物質を
透過した中性子の挙動を調べるものであり、ここでは狭
い意味で中性子散乱と呼ぶ。両者は装置の構造または構
成，手法，用途が異なり、分けて考える必要がある。し
たがって、以下に述べる中性子散乱は、物質を透過した
中性子を測定するものを指すことにする。

【０００４】中性子散乱の中でも中性子小角散乱は、均
質媒質中にナノメートルから１００ナノメートル程度の
異種物質や内部構造が多数存在する場合に、散乱角の小
さい領域に現れる中性子散乱現象であり、物質の内部欠
陥の大きさや形状を調べる有力な手段である。

【０００５】近年、冷中性子の利用が盛んになり、波長
の長い中性子を用いた物質の内部構造の研究が盛んにな
ってきている。中性子小角散乱は、一般の散乱装置とは
構成が著しく異なり、試料を透過させた中性子を１０ｍ
以上の長い距離の散乱槽を経て２次元中性子検出器で測
定する。このため、非常に大きな散乱装置を必要とする
のが通常である。

【０００６】また、中性子散乱は、強力な中性子線源を
必要とするため、原子炉または加速器などを備えた大型
研究施設でなければ実施することができない点も特徴で
ある。我国において、高エネルギー物理学研究所や日本
原子力研究所には、代表的な中性子散乱研究施設が設置
されており、日本原子力研究所には東海研究所改造３号
炉（ＪＲＲ３Ｍ）に中性子散乱装置が備えられ、中性子
散乱研究が推進されている。しかし、民間の研究機関で
の実施は困難であるため、代表的な非破壊検査手法であ
るＸ線散乱（回折）と異なり、一般産業界での普及が進
んでいないのが現状である。

【０００７】従来使用されている代表的な中性子散乱装
置の一例を図１１に示す。図１１において、中性子供給
装置としての中性子線源１には、原子炉の炉心または加
速器が用いられ、この中性子線源１で発生した高速中性
子は、中性子減速材２により減速され熱中性子となる。
この熱中性子は、液体へリウムなどの中性子冷却材３に
導かれて冷却され長波長の冷中性子となる。この中性子
冷却材３に導かれて冷却される間に、中性子は中性子遮
蔽体４を経て長い距離を導かれるため、バックグラウン
ドとなる中性子が十分に遮蔽される。上記長波長の冷中
性子は真空槽５内に設置された中性子波長選別装置６に
より特定の波長のみが選別され、この特定の波長が中性
子導管７に導かれて試料８に照射される。

【０００８】従来装置における中性子波長選別装置６
は、通常機械式の中性子波長選別装置が用いられてい
る。また、中性子導管７においては、長い中性子導管を
経ることによりバックグラウンドがほとんど減衰しなく
なり、且つ中性子導管７自体にも波長の選択性があるた
め特定の波長のみが選別され、ビーム状にコリメートさ
れ波長の揃った中性子ビームが試料８に照射される。こ
の試料８で散乱された中性子は、散乱槽９の中を飛行し
た後、２次元中性子検出器１０にて検出され、散乱角度
に対する強度として測定される。

【０００９】小角散乱装置における散乱槽９は、奥行き
が１０メートルから２０メートル程度になる。なお、従
来装置では、２次元中性子検出器１０自体が散乱槽９内
を前後に移動し、散乱角度の異なる領域についての散乱
中性子の測定を行うのが普通である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術において、有力な物質構造研究および材料
検査手段である中性子散乱を簡便に利用するためには、
小型で且つ簡便な中性子線源および散乱装置が必要であ
る。

【００１１】大型原子炉または加速器施設を用いなくて
も十分な強度の中性子線源を確保したり、また強度の小
さい中性子線源に対しても測定装置の感度を向上させる
ことにより、有意な測定を可能にすることが必要であ
る。

【００１２】また、大きな散乱槽を小型化することは、
小さな散乱角度の測定のために必要であるため、中性子
測定器の位置分解能を高めることにより、散乱距離の短
い散乱槽で中性子小角散乱が可能になる。

【００１３】上記の小型の中性子小角散乱装置におい
て、有意な測定を実現するには、中性子線源および散乱
槽を小型化しただけでは十分ではなく、バックグラウン
ドの除去、散乱装置に必要な機器の小型化を同時に実現
していかなければならない。特に、小型化に伴い大型装
置ではあまり問題とならなかった中性子線源からのバッ
クグラウンドの中性子の遮蔽を十分に行うことが重要で
ある。そのため、強度を失わず且つ遮蔽を可能とする構
造の実現が重要である。

【００１４】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、中性子散乱に必要な構成を遮蔽および中性子強
度の確保の観点から最適化することにより、小型化し、
実験室規模において中性子散乱および中性子小角散乱を
実現する中性子散乱材料検査装置を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、放射性同位元素を用いた
中性子線源，この中性子線源で発生した高速中性子を減
速して熱中性子とする中性子減速材，この熱中性子を冷
却して冷中性子とする中性子冷却材，この冷中性子の特
定の波長のみを選別する中性子波長選別装置および中性
子導管を有する中性子供給装置と、前記中性子波長選別
装置にて選別された波長の中性子が前記中性子導管を経
て照射される試料，この試料を透過して散乱した散乱中
性子を検出する２次元中性子検出器を有する散乱槽とを
備え、前記中性子導管は、折曲形成されるとともに、前
記中性子供給装置と前記散乱槽とを接続し、前記中性子
供給装置と前記散乱槽との間に中性子遮蔽体を配置し、
前記２次元中性子検出器がミクロンオーダーの位置分解
能を有することを特徴とする。

【００１６】請求項２は、請求項１記載の中性子散乱材
料検査装置において、中性子線源および中性子減速材に
変えて、熱中性子を取り込む熱中性子注入口を備えたこ
とを特徴とする。

【００１７】請求項３は、請求項１記載の中性子散乱材
料検査装置において、２次元中性子検出器は、中性子の
検出部位である中性子有感領域が同心円状に複数配置さ
れたことを特徴とする。

【００１８】請求項４は、請求項１記載の中性子散乱材
料検査装置において、中性子線源および中性子減速材の
周囲，散乱槽の周囲，および中性子源および中性子減速
材と散乱槽との間にそれぞれ中性子遮蔽体を配置したこ
とを特徴とする。

【００１９】請求項５は、請求項４記載の中性子散乱材
料検査装置において、散乱槽の周囲をγ線遮蔽体で覆っ
たことを特徴とする。

【００２０】請求項６は、請求項１，４または５記載の
中性子散乱材料検査装置において、散乱槽内に設置した
２次元中性子検出器と同位置に隣接して２次元γ線検出
器を配置したことを特徴とする。

【００２１】請求項７は、請求項１記載の中性子散乱材
料検査装置において、中性子を照射する試料を回転式試
料台に複数設置したこと特徴とする。

【００２２】請求項８は、請求項１記載の中性子散乱材
料検査装置において、中性子導管および試料が一体化さ
れ、これらが中性子波長選別装置に対して回転可能に構
成される一方、２次元中性子検出器が湾曲面状に形成さ
れ、前記中性子導管および試料の回転に対して散乱中性
子を前記２次元中性子検出器により検出することを特徴
とする。

【００２３】請求項９は、請求項１記載の中性子散乱材
料検査装置において、中性子導管および試料が一体化さ
れ、これらが２次元中性子検出器に対して移動可能に構
成されたことを特徴とする。

【００２４】請求項１０は、請求項１記載の中性子散乱
材料検査装置において、中性子供給装置は、種類の異な
る複数の中性子冷却材が組み込まれ、且つ回転可能に構
成され、この中性子供給装置の回転移動により、それぞ
れの中性子冷却材に対して中性子を取り出し、中性子波
長選別装置に導くことを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２６】図１は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第１実施形態を示す構成図である。なお、従来の構
成と同一または対応する部分には図１１と同一の符号を
用いて説明する。

【００２７】図１に示すように、中性子線源１は例えば
Ｃｆ−２５２などの自発的核分裂により中性子を発生す
る放射性同位元素による中性子線源である。この中性子
線源１から発生した中性子は高速中性子であるため、中
性子減速材２で熱中性子に減速される。この中性子減速
材２は、水，ポリエチレン，プラスチックまたはべリリ
ウムなどであり、水およびプラスチックの場合は数ｃｍ
程度の長さで十分に熱中性子が減速される。

【００２８】また、この場合、水槽を大きくすると、減
速効果が上がると同時に、遮蔽効果も上がるため、中性
子強度が減少してしまう。そこで、減速効果を犠牲にし
つつ、遮蔽効果を低く抑え、中性子強度の減衰を極力少
なくすることが装置小型化において重要である。なお、
中性子線源１の全周を中性子減速材２で覆うことによ
り、中性子減速材２を中性子反射材として利用すること
が可能であり、このようにすることで少しでも多くの熱
中性子強度を確保することに寄与する。

【００２９】さらに、熱中性子は中性子冷却材３に導か
れ、冷中性子に冷却される。この中性子冷却材３には液
体へリウムが用いられ、中性子は液体へリウム温度で熱
平衡状態までエネルギーを失い、数オングストローム程
度の長波長となり、中性子波長選別装置６で、単一の波
長のみが選別される。

【００３０】この中性子波長選別装置６は、例えばパイ
ログラファイトの結晶格子によるブラック散乱が用いら
れ、反射する角度により単一の波長のみを選択的に取り
出すことが可能である。上記結晶格子は、二つ並べるこ
とにより冷中性子ビームを揃え、中性子導管７に冷中性
子を導く。なお、中性子冷却材３および中性子波長選別
装置６は、真空槽５の中に設置されている。この真空槽
５は、中性子冷却材３および冷中性子を低温維持するた
めに真空断熱状態とするとともに、冷中性子が物質と相
互作用せずに飛行するために真空状態にされている。

【００３１】中性子導管７に導かれた冷中性子は、コリ
メートされて散乱槽９に導かれ、この散乱槽９内に設置
されている試料８に照射される。散乱槽９も真空槽５と
同様に真空に維持されている。そして、試料８で散乱さ
れた中性子は、散乱槽９内を飛行し２次元中性子検出器
１０により検出される。

【００３２】この２次元中性子検出器１０は、中性子を
吸収し荷電粒子を発生する中性子コンバータと、上記荷
電粒子を検出する位置有感型検出器との組合せから構成
されており、後者の位置有感型検出器には、イメージン
グプレートまたはマイクロストリップ検出器など、数ミ
クロンから数十ミクロンオーダーの位置分解能を有する
ものを使用する。これにより、メートルオーダ程度の散
乱槽９によりナノメートルオーダーの内部欠陥を観測す
る中性子小角散乱が十分測定できる性能を有することが
可能である。

【００３３】また、中性子減速材２，真空槽５および散
乱槽９は、それぞれ中性子遮蔽体４により覆われてい
る。特に、真空槽５と散乱槽９とは中性子導管７によっ
てのみ接続されており、この中性子導管７入口で中性子
強度が低下せず、且つ散乱槽９内でバックグラウンドと
なる中性子を減らすことを両立するために、中性子の遮
蔽は主に散乱槽９内部に対して行っている。中性子遮蔽
体４は、中性子吸収材であるガドリニウム，カドミウム
などの材料、または水，ポリエチレン，プラスチックな
ど水素原子を多く含む物質が適している。

【００３４】したがって、本実施形態では、放射性同位
元素を用いた中性子線源１，中性子減速材２，中性子冷
却材３，中性子波長選別装置６および中性子導管７を備
えた中性子供給装置と、中性子波長選別装置６により選
別された波長の中性子を試料８に照射し、この試料８を
透過させ、試料８において散乱した散乱中性子を検出す
る２次元中性子検出器１０を備えた散乱槽９とを有して
いる。

【００３５】さらに、中性子線源１，中性子減速材２，
中性子冷却材３，中性子波長選別装置６および中性子導
管７からなる中性子供給装置と、試料８および２次元中
性子検出器１０を内部に備えた散乱槽９とを直線的に配
置しないようにしている。このように上記中性子供給装
置から中性子ストリーミングにより中性子が漏洩して散
乱槽９に入り込むことを極力低減させるレイアウトに配
置することが重要である。

【００３６】また、中性子導管７は、中性子が直線的に
通過しないように曲率を持たせ、バックグラウンドの遮
蔽を考慮することが重要である。中性子供給装置および
散乱槽９の周囲は中性子遮蔽体４により覆われ、試料８
に照射される冷中性子の通過経路は、遮蔽効果を極力低
減して中性子強度の減衰を防止するとともに、バックグ
ラウンドが排除されるレイアウトとするため、経路を曲
折することで、中性子線源１から試料８を経て２次元中
性子検出器１０に至る経路が略コ字状に形成されてい
る。

【００３７】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００３８】本実施形態では、上記中性子供給装置から
散乱槽９に至る中性子の通過する経路が曲折するように
散乱槽９を配置して上記中性子供給装置からの中性子が
散乱槽９に直線的に到達しないようにしている。

【００３９】また、直管または曲管状の中性子導管７に
よって前記中性子供給装置と散乱槽９との間を接続し、
上記中性子供給装置と散乱槽９との間に中性子遮蔽体４
を配置するとともに、前記中性子供給装置と散乱槽９と
を一体化構造とし、中性子散乱および中性子小角散乱に
必要な最小限の前記中性子供給装置および散乱槽９を効
率的に配置することにより、バックグラウンドの遮蔽も
十分に考慮する。

【００４０】さらに、試料８を透過して散乱した中性子
は、ミクロンオーダーの位置分解能を有する２次元中性
子検出器１０で検出することにより、散乱槽９を長さ１
メートル程度以下にすることができ、全体として数メー
トル程度に小型化されたシステム構成を提供することが
できる。

【００４１】図２は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第２実施形態を示す構成図である。なお、前記第１
実施形態と同一または対応する部分には同一の符号を付
して説明する。以下の各実施形態でも同様である。

【００４２】前記第１実施形態においては、装置本体内
に中性子線源１を設置しているが、原子炉近傍など、熱
中性子の供給を受けることが可能である場合は、本実施
形態のように外部の熱中性子源を積極的に利用すること
が有利である。

【００４３】図２に示すように、装置本体に外部から熱
中性子を受ける熱中性子注入口１１を設け、この熱中性
子注入口１１から熱中性子を取り込み、この熱中性子を
中性子冷却材３にて冷却する。その他の構成および作用
は前記第１実施形態と同様であるので省略する。

【００４４】このように本実施形態によれば、中性子線
源１を装置本体内に設置せず、外部から熱中性子の供給
を受ける熱中性子注入口１１を備えたことにより、研究
用の小型原子炉へ接続したり、または既に熱中性子の供
給を受ける環境で使用することができる。

【００４５】図３は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第３実施形態における２次元中性子検出器を示す斜
視図である。散乱槽９内に設置された２次元中性子検出
器１０は、中性子の散乱角度を測定するために必要であ
る。

【００４６】図３に示すように、第３実施形態における
２次元中性子検出器１０は、中性子の検出部位である中
性子有感領域１２が中性子ビーム軸に対して同心円上に
複数配置されている。

【００４７】ところで、中性子散乱計測は、散乱角度に
対する中性子強度分布の測定を行い、物質内部での中性
子散乱挙動を抽出するため、測定上意味を持つ散乱角度
の測定を行えば十分であり、測定装置を散乱角度測定に
特化し、同心円上に有感領域を繋ぎ合わせておくことに
より、２次元中性子検出器１０の効率化を図ることがで
きる。

【００４８】また、通常の平面状の位置検出器は、有感
領域が直線状に平行に並んでおり、信号出力を検出位置
の情報から信号処理し、中性子ビーム軸に対する動径方
向に対する分布、すなわち同心円上の分布に変換する手
順を経るが、本実施形態のように最初から同心円状の２
次元中性子検出器１０の信号出力を用いることにより、
この信号処理過程が不要になる。その結果、中性子散乱
角度の測定を簡潔に行うことができる。

【００４９】図４は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第４実施形態を示す構成図である。この実施形態
は、中性子線源１および中性子減速材２の周囲、散乱槽
９の周囲、中性子線源１および中性子減速材２と散乱槽
９との間に、それぞれ中性子遮蔽体４が配置されてい
る。

【００５０】ところで、中性子線源１で発生した中性子
は、高速中性子であり透過力が強い。そのため、小型シ
ステムにおいては特に高速中性子を遮蔽することが重要
である。中性子散乱材料検査装置においては、中性子線
源１からの高速中性子が直接散乱槽９に進入し、２次元
中性子検出器１０にバックグラウンドとして測定される
事象を低減することに主眼がある。

【００５１】したがって、中性子線源１と散乱槽９を結
ぶ直線上に中性子遮蔽体４を集中的に配置し、直接飛来
する中性子を除去することが最も効果的であり、その次
に中性子線源１および中性子減速材２の周囲、散乱槽９
の周囲に中性子遮蔽体４を配置し、中性子線源１で発生
した高速中性子が装置内の物質で散乱を繰り返し、或い
は漏洩により２次元中性子検出器１０に到達する中性子
を低減することにより、効率的且つ最適な中性子遮蔽を
実現することが可能となる。

【００５２】このように本実施形態によれば、バックグ
ラウンドの中性子遮蔽上重要な箇所に遮蔽体を集中的に
配置することにより、遮蔽体の配置の効率化を図ること
ができる。

【００５３】図５は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第５実施形態を示す構成図である。この実施形態で
は、図４に示す実施形態の構成に加え、散乱槽９の周囲
がγ線遮蔽体１３で覆われている。このγ線遮蔽体１３
は、中性子が存在する場所で誘導的に生成されるγ線の
遮蔽を行う。γ線遮蔽体１３の材料としては、原子番号
が大きく密度の高い物質が適しており、鉛などが通常用
いられる。

【００５４】また、２次元中性子検出器１０は、中性子
にのみ有感でγ線に対し感度が少なくなるように設計さ
れたものであるが、γ線に対して感度がないわけではな
い。そこで、γ線によりバックグラウンドを除去するた
めには、２次元中性子検出器１０の中性子に対する選択
性の向上を図るとともに、γ線に対する遮蔽も考慮する
必要がある。

【００５５】したがって、散乱槽９の周囲にγ線遮蔽体
１３を集中的に配置することで、システム全体として効
率的に中性子測定精度向上を図ることにより、効率的に
γ線の遮蔽を実現し、測定精度の向上を図ることができ
る。

【００５６】図６は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第６実施形態を示す構成図である。この実施形態で
は、図５に示す実施形態の構成に加え、散乱槽９内の同
位置に２次元中性子検出器１０と隣接して２次元γ線検
出器１４が配置されている。

【００５７】したがって、２次元γ線検出器１４は、２
次元中性子検出器１０と同じ位置においてγ線を２次元
的に測定し、２次元中性子検出器１０内の局所的なγ線
によるバックグラウンドの寄与を考慮して、γ線の寄与
を２次元中性子検出器１０から差し引くことにより、中
性子による信号を検出位置毎にバックグラウンドを補正
し、γ線による２次元中性子の感度劣化を補償し、精度
の高い測定が可能となる。

【００５８】図７は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第３実施形態における回転式試料台を示す斜視図で
ある。この実施形態では、中性子を照射する複数の試料
が回転式試料台１５に設置されている。この回転式試料
台１５には、複数の試料を設置することが可能であり、
これらが回転動作により簡単に中性子照射位置に移動可
能に構成されている。

【００５９】回転式試料台１５には、測定用試料６ａ，
参照用試料６ｂおよびバックグラウンド測定用試料台６
ｃが設置され、測定用試料６ａは本来測定したい対象の
試料であり、参照用試料６ｂは試料に対し測定対象とし
たい条件以外を同一にした参照用試料である。例えば、
試料の熱処理による内部欠陥の挙動の変化を中性子小角
散乱により知りたい場合は、熱処理以外は同一の条件の
参照用試料を設置しておく。また、バックグラウンド測
定用試料台６ｃは、試料を何も設置しないことにより、
バックグラウンドの寄与を測定する。

【００６０】したがって、回転式試料台１５を用いて測
定用試料６ａ，参照用試料６ｂ，バックグラウンドの中
性子散乱結果を測定し、それぞれの差をとることによ
り、測定すべき対象に対する中性子散乱を簡便且つ迅速
に測定することができる。

【００６１】このように本実施形態によれば、中性子を
照射する複数の試料を回転式試料台１５に設置し、この
試料台１５を回転可能に構成することにより、試料を簡
易に交換することができる。

【００６２】図８は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第８実施形態を示す構成図である。この実施形態で
は、真空槽５と散乱槽９との間に、中性子導管７と試料
８を一体化した試料台付き回転式中性子導管１６が設置
され、この回転式中性子導管１６で中性子導管７を回転
移動させて方向を変えることにより、結晶での反射角度
の異なる波長に対し異なる中性子を取り出すことが可能
となる。また、回転移動した中性子導管７と試料８が一
体構造であるので、中性子照射における幾何学的条件は
変わらない。

【００６３】さらに、回転式中性子導管１６は、湾曲面
状に形成された湾曲型２次元中性子検出器１７に対して
回転することで、中性子導管７および試料８の回転に対
する散乱中性子を湾曲型２次元中性子検出器１７により
検出する。

【００６４】すなわち、散乱槽９は半円筒状に形成さ
れ、この散乱槽９を飛行した散乱中性子は、湾曲型２次
元中性子検出器１７により検出される。この湾曲型２次
元中性子検出器１７は、試料台付き回転式中性子導管１
６の回転軸に対して半円状に設置されているため、試料
台付き回転式中性子導管１６がどの位置にあっても同じ
条件で散乱中性子を測定することが可能となる。

【００６５】また、散乱槽９には回転駆動用レール１８
が敷設され、この回転駆動用レール１８上を試料台付き
回転式中性子導管１６を移動可能に構成したことによ
り、試料台付き回転式中性子導管１６が円滑に回転移動
するとともに、一定動作を繰り返すことが可能となる。

【００６６】なお、中性子波長選別装置６は、結晶のブ
ラック反射を用い、散乱する角度で波長を選別するもの
を使用することで、散乱角度によって選別される中性子
の波長を選択することができる。

【００６７】したがって、前記各実施形態においては、
中性子波長選別装置６により選別された単一の中性子波
長のみの計測であるが、本実施形態のように中性子波長
選別装置６の結晶の反射角度を変えることにより、異な
る中性子波長に対する中性子散乱が可能となる。

【００６８】図９は本発明に係る中性子散乱材料検査装
置の第９実施形態を示す構成図である。この実施形態で
は、真空槽５と散乱槽９との間に、中性子導管７と試料
８を一体化した試料台付き可動型中性子導管１９が設置
され、この試料台付き可動型中性子導管１９は、駆動用
歯車２０により散乱槽９内を前後に移動し、散乱槽９の
容積を変えずに散乱距離を変化させることが可能であ
る。

【００６９】この試料台付き可動型中性子導管１９の移
動により、散乱槽９内の中性子の飛行距離が変化し、同
一の２次元中性子検出器１０に対して異なる散乱角度領
域の中性子散乱を測定することが可能となる。

【００７０】すなわち、２次元中性子検出器１０は、位
置分解能を有するため、位置分解能を越える小角領域の
散乱角度の計測は不可能であるが、散乱距離を長くする
ことで、測定したいより小角領域の散乱角度を２次元中
性子検出器１０が有する位置分解能の範囲内で測定する
ことが可能である。

【００７１】このように本実施形態によれば、２次元中
性子検出器１０が移動せず、試料台付き可動型中性子導
管１９が移動することにより、装置全体の大きさは変化
せず、小さいままで測定可能な散乱角度領域を拡大する
ことが可能となる。

【００７２】図１０は本発明に係る中性子散乱材料検査
装置の第１０実施形態を示す構成図である。この実施形
態では、複数の中性子冷却材を備えた回転式中性子供給
装置２１が設置されている。

【００７３】冷中性子波長は、中性子冷却材温度で決ま
り、回転式中性子供給装置２１に設けられた複数の中性
子冷却材は、液体へリウム中性子冷却材２２および液体
窒素中性子冷却材２３であり、また熱中性子透過用の真
空槽２４も回転式中性子供給装置２１に設けられてい
る。

【００７４】液体ヘリウム中性子冷却材２２および液体
窒素中性子冷却材２３で作成される冷中性子は、それぞ
れ熱平衡温度が異なるため、生成される冷中性子波長が
異なる。また、真空槽２４は中性子減速材２で作成され
た熱中性子がそのまま通過するため熱中性子が供給され
る。

【００７５】回転式中性子供給装置２１を回転させるこ
とにより、冷却材２２，２３および真空槽２４に対する
複数の中性子取出口が回転移動し、中性子波長選別装置
への入口に接続される。この回転式中性子供給装置２１
の回転移動は、駆動用歯車２０を回転させることにより
行う。

【００７６】ここで、中性子波長選別装置は、機械式中
性子波長選別装置２５が用いられ、この機械式中性子波
長選別装置２５は歯車を回転させることにより、その回
転数に合った飛行速度の中性子のみが通過する構造を有
するものである。そして、真空槽５内には、機械式中性
子波長選別装置２５とともに、中性子反射材２６が設置
されている。

【００７７】中性子の波長と速度は一定の関係があるた
め、この機械式中性子波長選別装置２５により中性子波
長選別が可能となる。また、回転数を変えることにより
複数の中性子冷却材により生成された異なる中性子波長
の選別が可能となる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、放射性同位元素を用いた中性子線源を有し、
中性子導管が折曲形成されるとともに、中性子供給装置
と散乱槽とが接続され、中性子供給装置と散乱槽との間
に中性子遮蔽体を配置し、２次元中性子検出器がミクロ
ンオーダーの位置分解能を有することにより、小型中性
子小角散乱装置の実現を可能とし、且つ装置が小型化さ
れ、中性子バックグラウンドの低減が図れ、測定精度を
向上させることが可能となる。

【００７９】請求項２によれば、請求項１記載の中性子
散乱材料検査装置において、中性子線源および中性子減
速材に変えて、熱中性子を取り込む熱中性子注入口を備
えたことにより、熱中性子の供給を受け熱中性子線源が
利用可能な環境において、中性子小角散乱装置の実現が
可能となる。

【００８０】請求項３によれば、請求項１記載の中性子
散乱材料検査装置において、２次元中性子検出器は、中
性子の検出部位である中性子有感領域が同心円状に複数
配置されたことにより、中性子散乱測定の簡略化を図る
ことができる。

【００８１】請求項４によれば、請求項１記載の中性子
散乱材料検査装置において、中性子線源および中性子減
速材の周囲，散乱槽の周囲，および中性子源および中性
子減速材と散乱槽との間にそれぞれ中性子遮蔽体を配置
したことにより、バックグラウンドの中性子遮蔽上重要
な箇所に遮蔽体を集中的に配置され、遮蔽体の配置の効
率化を図ることができる。

【００８２】請求項５によれば、請求項４記載の中性子
散乱材料検査装置において、散乱槽の周囲をγ線遮蔽体
で覆ったことにより、中性子が存在する場所で誘導的に
生成されるγ線の遮蔽を行い、２次元中性子検出器にお
けるγ線によるバックグラウンドを除去し、測定精度お
よび信頼性の向上を図るとともに、システム全体として
効率的に中性子測定精度の向上を図ることが可能とな
る。

【００８３】請求項６によれば、請求項１，４または５
記載の中性子散乱材料検査装置において、散乱槽内に設
置した２次元中性子検出器と同位置に隣接して２次元γ
線検出器を配置したことにより、中性子散乱位置でのγ
線を測定し、中性子散乱測定結果からγ線によるバック
グラウンドを詳細に補償することで、測定精度および信
頼性の向上を図ることができる。

【００８４】請求項７によれば、請求項１記載の中性子
散乱材料検査装置において、中性子を照射する試料を回
転式試料台に複数設置したことにより、回転式試料台に
て簡便に複数の試料を交換して測定することで、中性子
散乱測定の迅速化および利便性を向上させることができ
る。

【００８５】請求項８によれば、請求項１記載の中性子
散乱材料検査装置において、中性子導管および試料が一
体化され、これらが中性子波長選別装置に対して回転可
能に構成される一方、２次元中性子検出器が湾曲面状に
形成され、中性子導管および試料の回転に対して散乱中
性子を２次元中性子検出器により検出することにより、
異なる中性子波長に対する測定を同一装置内行うことが
できる。

【００８６】請求項９によれば、請求項１記載の中性子
散乱材料検査装置において、中性子導管および試料が一
体化され、これらが２次元中性子検出器に対して移動可
能に構成されたことにより、同一装置で装置全体の小型
化を維持したまま、散乱角度領域の異なる中性子散乱を
測定することが可能となる。

【００８７】請求項１０によれば、請求項１記載の中性
子散乱材料検査装置において、中性子供給装置は、種類
の異なる複数の中性子冷却材が組み込まれ、且つ回転可
能に構成され、この中性子供給装置の回転移動により、
それぞれの中性子冷却材に対して中性子を取り出し、中
性子波長選別装置に導くことにより、同一装置内の異な
る中性子波長の複数の中性子供給口を交換することで、
異なる中性子波長に対する測定を同一装置によって簡単
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第１実
施形態を示す構成図。

【図２】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第２実
施形態を示す構成図。

【図３】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第３実
施形態における２次元中性子検出器を示す斜視図。

【図４】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第４実
施形態を示す構成図。

【図５】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第５実
施形態を示す構成図。

【図６】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第６実
施形態を示す構成図。

【図７】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第３実
施形態における回転式試料台を示す斜視図。

【図８】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第８実
施形態を示す構成図。

【図９】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第９実
施形態を示す構成図。

【図１０】本発明に係る中性子散乱材料検査装置の第１
０実施形態を示す構成図。

【図１１】従来使用されている代表的な中性子散乱装置
の一例を示す構成図。

【符号の説明】

１中性子線源２中性子減速材３中性子冷却材４中性子遮蔽体５真空槽６中性子波長選別装置７中性子導管８試料９散乱槽１０２次元中性子検出器１１熱中性子注入口１２中性子有感領域１３ γ線遮蔽体１４２次元γ線検出器１５回転式試料台１６試料台付き回転式中性子導管１７湾曲型２次元中性子検出器１８回転駆動用レール１９試料台付き可動型中性子導管２０駆動用歯車２１回転式中性子供給装置２２液体へリウム中性子冷却材２３液体窒素中性子冷却材２４真空槽２５機械式中性子波長選別装置２６中性子反射材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射性同位元素を用いた中性子線源，こ
の中性子線源で発生した高速中性子を減速して熱中性子
とする中性子減速材，この熱中性子を冷却して冷中性子
とする中性子冷却材，この冷中性子の特定の波長のみを
選別する中性子波長選別装置および中性子導管を有する
中性子供給装置と、前記中性子波長選別装置にて選別さ
れた波長の中性子が前記中性子導管を経て照射される試
料，この試料を透過して散乱した散乱中性子を検出する
２次元中性子検出器を有する散乱槽とを備え、前記中性
子導管は、折曲形成されるとともに、前記中性子供給装
置と前記散乱槽とを接続し、前記中性子供給装置と前記
散乱槽との間に中性子遮蔽体を配置し、前記２次元中性
子検出器がミクロンオーダーの位置分解能を有すること
を特徴とする中性子散乱材料検査装置。
【請求項２】請求項１記載の中性子散乱材料検査装置
において、中性子線源および中性子減速材に変えて、熱
中性子を取り込む熱中性子注入口を備えたことを特徴と
する中性子散乱材料検査装置。
【請求項３】請求項１記載の中性子散乱材料検査装置
において、２次元中性子検出器は、中性子の検出部位で
ある中性子有感領域が同心円状に複数配置されたことを
特徴とする中性子散乱材料検査装置。
【請求項４】請求項１記載の中性子散乱材料検査装置
において、中性子線源および中性子減速材の周囲，散乱
槽の周囲，および中性子源および中性子減速材と散乱槽
との間にそれぞれ中性子遮蔽体を配置したことを特徴と
する中性子散乱材料検査装置。
【請求項５】請求項４記載の中性子散乱材料検査装置
において、散乱槽の周囲をγ線遮蔽体で覆ったことを特
徴とする中性子散乱材料検査装置。
【請求項６】請求項１，４または５記載の中性子散乱
材料検査装置において、散乱槽内に設置した２次元中性
子検出器と同位置に隣接して２次元γ線検出器を配置し
たことを特徴とする中性子散乱材料検査装置。
【請求項７】請求項１記載の中性子散乱材料検査装置
において、中性子を照射する試料を回転式試料台に複数
設置したこと特徴とする中性子散乱材料検査装置。
【請求項８】請求項１記載の中性子散乱材料検査装置
において、中性子導管および試料が一体化され、これら
が中性子波長選別装置に対して回転可能に構成される一
方、２次元中性子検出器が湾曲面状に形成され、前記中
性子導管および試料の回転に対して散乱中性子を前記２
次元中性子検出器により検出することを特徴とする中性
子散乱材料検査装置。
【請求項９】請求項１記載の中性子散乱材料検査装置
において、中性子導管および試料が一体化され、これら
が２次元中性子検出器に対して移動可能に構成されたこ
とを特徴とする中性子散乱材料検査装置。
【請求項１０】請求項１記載の中性子散乱材料検査装
置において、中性子供給装置は、種類の異なる複数の中
性子冷却材が組み込まれ、且つ回転可能に構成され、こ
の中性子供給装置の回転移動により、それぞれの中性子
冷却材に対して中性子を取り出し、中性子波長選別装置
に導くことを特徴とする中性子散乱材料検査装置。