JPS6162887A - 中性子検出器 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は中性子検出器に係り、特に比較的高線量の中性
子束検出に好適な中性子検出器に関する。

〔発明の背景〕

従来の中性子検出器は、例えばＢＦａ比例計数管のよう
に、中性子による原子核反応などの結果生成する光子や
電子またはα粒子などの２次粒子を検出していたので、
以下のような欠点があった。

（１）中性子と物質の相互作用の断面積が小さいため、
検出器は必然的に大型になり、通常１　ｋｇ以上である
。

（２）高線量用の中性子検出器では、検出部は小さくで
きるが、シンチレータなどの周辺装置が大型で、携帯に
適さない。

（３）非常に高い線量下では、飽和現象により、正確な
測定が困難であるう 一方、従来のフイルムバノヂのような小型検出器は、携
帯には便利であるものの、現像などの操作が必要で、中
性子線量の実時間計測ができない。

また、低圧チェンバによる高線量率中性子の検出器では
、ｒ線やβ線も共に検出してしまうことから、中性子の
みを選択的に検出することは困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、比較的高線量下でも中性子を選択的に検出す
るのに使用可能で、小型、軽量、簡便な中性子検出器を
提供することである。

〔発明の概要〕

以下、本発明による中性子検出器の原理を、第１図を用
いて説明する。

中性子１は、検出器２に進入し、その内部あるいは外部
の原子核に吸収され、核分裂反応を引き起こしたり、フ
ォノンによる非弾性散乱などを経て、熱エネルギーを検
出器に付与する。この熱エネルギーの一部は、検出器内
に熱膨張を引き起し、その結果熱弾性波３が発生する。

検出器が焦電材料あるいは圧電材料からなる場合、発生
した熱エネルギーや熱弾性波は、電気的信号４に変換さ
れる。この電気的信号を検出すれば、中性子が検出器に
進入したことを認識できるっ 検出器の焦電性あるいは圧電性により発生する電気的信
号の強度を８とすると、Ｓは次式となる。

Ｓ−に６σＮΦΔｔ　　　　　　　　・・・・・・・（
１）ここに、ｋは比較定数、εは中性子と物質の相互作
用１回当り発生する熱エネルギー、Ｎは中性子と物質の
相互作用を起し得る原子核や格子などの総数、σは反応
断面積、Φは中性子束、Δｔは検出器に対する中性子束
の照射時間である。式（１）から明らかなように、電気
的信号Ｓは、中性子の線量率、即ち中性子束Φに比例す
る。また、ＳがΦΔｔに比例するから、Ｓは１回の中性
子照射に対する検出器の中性子被曝量に対応しているこ
とがわかる。

〔発明の実施例〕

次に、第２図から第１０図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第２図は、チタン酸バリウム系の圧電材料に１０Ｂを添
加した検出器を用いる本発明の第１実施例のブロック図
、また、第３図は本実施例の外観を示す斜視図である。

これらの図において、５は中性子検出器、６は電極、７
はマイクロコンピュータ、８はコントロールバス、９は
表示器、１０はバッテリー、１１はケース、１２は中性
子検出器、１３は表示板、１４はリセットボタンである
。

検出器５の圧電材料中のＩＯＢ濃度をＣとし、Ｂの原子
量と密度をそれぞれＭ、ρとする。また、検出器の体積
をＶ、アボガドロ数をＡとすればである。式（１）及び
（２）から次式を得る。

本実施例では、検出器の大きさを面積１ｍ２　。

厚さＩＩＩＩｍとし、１０１３の添加量を１％とした。

この検出器のｋｉｄ：、へりューム＝ネオンレーザの照
射により、 ｋ＝７．５ｘ１ｏ’　（Ｖ／Ｊ　） と決定された。また、′。Ｂに対する物性定数は以下の
通シである。

ρ−２，５（ｇ／ｃｔｎ”） Ｍ　−＝　１０　　（ｇ　／　ｍｏｔ）Ａ＝６．ＯＸｌ
　０”　　　（１／ｍｏｔ）ａ　＝　５　　（ｂａｒｎ
　）　（０，１Ｍｅｖの中性子）ε＝　２　　（Ｍｅｖ
） ＝３．２Ｘ１０”　　（Ｊ） 従って、式（３）から ８＝１．８Ｘ１０”ΦΔｔ　（Ｖ）　　　　・（４）と
なる。第４図に、式（４）に示されたΦΔｔとＳとの関
係、即ち、本実施例の検出器の感度特性を示す。

第３図に示した中性子検出器の大きさは、縦２国、横４
　ｔｙｒ　、厚さ３肩である。この中性子検出器では、
圧電信号の強度Ｓから、式（４）をもとに、マイクロコ
ンピュータ７でΦΔｔを算出し、液晶表示板１３にその
値を表示する。表示内容などは、リセットボタン１４を
押すと、マイクロコンピュータ７のメモリから消去され
、検出器を繰返し使用可能である。

測定例の１つとして、本中性子検出器を材料照射炉の被
検体に取付け、照射中性子線量をモニタリングした例を
示す。照射後、中性子検出器に示された値は、８．３７
Ｅ９であった。従って、ΦΔｔ　＝８．３７Ｘ１０’　
（ｔ／Ｃｒｎ２）であり、材料試験炉のパルス幅は約Ｉ
ｏｎ秒であるから、中性子束Φは Φ−８，４Ｘ　１０”　（１／Ｓ−錆２）である。

次に、検出器のみを独立させた中性子検出用プローブと
しての実施例を、第５図に示す。この例は、第２図の検
出器５をＳＯ８の容器に密封し、信号処理回路等を取り
除いて、リード１５を付けたもので、直径１．２　ｃｍ
　、厚さ２闘の小型中性子検出用プローブである。本プ
ローブを、前出の材料試験炉の炉心付近に取り付け、中
性子束の変化をモニタリングした例を第６図に示す。第
６図から、測定開始後１０秒でパルス中性子乃マ発生し
たことがわかる。また、このときの信号レベルにより、
ΦΔｔが１．７　Ｘ　１０”　（ｔ／Ｃｍ２）であった
こともわかる。

第３の実施例として、熱中性子の被曝の危険性がある場
所で用いる作業者用中性子検出器を、第７図に示す。図
において、１６は表示板、１７はバンドである。この例
によれば、作業者は腕時計と同様に中性Ｅ検出器を携帯
できる。ここでは、中性子との核反応物質として２８Ｉ
ＩＵを使用する。

中性子検出器５は、この場合、０．１−の２８５　Ｕを
混入したチタン酸バリウム系圧電材料であり、−辺１ｃ
ｍの正方形、厚さ１■である。信号処理系は第２図と同
様であるが、表示板１６は、着色液晶によシ、被＠線量
に応じて発色するようにしである。即ち、１ｍｒｅｍの
被曝で青、　　ｌ　Ｑｍｒｅｍで黄。

ｌ　Ｑ　Ｑ　ｍｒｅｍで赤を左側の表示窓から順次発色
する。この中性子検出器では、熱中性子に対して、ｃｍ
７００　（ｂａｒｎ　） ！＝２００Ｍｅｖ であるから Ｓ＝２．５Ｘ１０”ΦΔｔ　　（Ｖ）　　　　　−（５
）となる。また、１ｍｒｅｍに相当する熱中性子のフル
エンスは、 ΦΔｔ　＝　９．４　Ｘ　１０１ｌ（ｉ／　ｃｍ２）で
ある。従って、１ｍｒｅｍに相当する熱中性子フルエン
スに対して、中性子検出器は、 Ｓ＝　２．３　ＸＩ　Ｏ”　（Ｖ） の電圧を発生する。そこで、本実施例では、ｓ＝０、２
　ｆｆ）　テを色、　Ｓ＝２．０（Ｖ）　テ黄色、５＝
２０（ｖ）で赤色を表示するように、マイクロコンピュ
ータにより表示板を制御している。

第８図から第１０図までは、本発明による中性子検出器
を高感度化するための構成例を示している。

第８図の例は、純１０Ｂ層１８を圧電材料１９の一方の
電極上に密着さぎだものである。この例では式（３）の
Ｃが１００％となり、第２図の実施例よりも約２桁高感
度である。

第９図の例では、ＩＯＢ層１８の上に中性子の減速材２
０を積層させ、連中１生子を熱中性子として検出する。

′。Ｂ（ｎ、α）反応が熱中性子で約１０”　ｂａｒｎ
　　速中性子で約１００ｂａｒｎ　ト、熱中性子の方が
反応断面積が大きいため、感度が向上する。

第１０図の例では、１０Ｂを添加した圧電材料５を中性
子減速材２〔）で包み、その中にマイクロコンピュータ
も組み込んでしまったものである。本例では、感度の向
上のみならず、マイクロコンピュータの放射線からの保
護にもなり、さらに、スマートセンサとして超小型の中
性子検出器を実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下の効果が得られるっ（１）中性子
検出器を小型、＠量、簡便に形成できる。

（２）中性子検出器から圧電信号などの電気的信号を直
接取り出せるので、信号処理系が単純となる。

（３）　　中性子の線量を直読できる。

（４）比較的高線量下でも使用可能である。

（５）製造コストが安くなる。

（６）中性子をγ線やβ線から分離して測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発明の中性子検出器の原理を示す図、第２図
は本発明による中性子検出器の第１実施例を示すブロッ
ク図、第３図はその外観を示す斜視図、第４図は第１実
施例の感度特性図、第５図は中性子検出用グローブとし
て構成した第２実施例を示す概略図、第６図はその検出
例を示す信号波形図、第７図は携帯用中性子検出器とし
て構成した第３実梅例を示す斜視図、第８図は高感度型
中性子検出器の断面図、第９図は速中性子検出器の断面
図、第１０図は高感度小型中性子検出器の断面図である
。 １・・・中性子、２・・・圧電又は焦電材料、３・・・
弾性波、４・・・圧′直又は焦′或信号、５・・・中性
子検出器、６・・・１ｆｆｆｌ、７・・・マイクロコン
ピュータ、８・・・コントロー／Ｌ／／（、Ｘ、９・・
・表示器、１０・・・バッテリー、１１・・・ケース、
１２・・・中性子検出器、１３・・・表示板、１４・・
・リセットボタン、１５・・・リード、１６・・・表示
板、１７・・・バンド、１８・・・純１０Ｂ層、１９・
・・圧電材料、２０・・・減速材、２１・・・ＩＯＢ添
加圧電材料、２２・・・中性子と物質の相互作用。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子核反応や散乱等の中性子と物質との相互作用に
   より発生する熱エネルギーを電気信号に変換して検出す
   ることを特徴とする中性子検出器。 ２、特許請求の範囲第１項において、熱エネルギーを電
   気信号に変換する部材として焦電材を用いることを特徴
   とする中性子検出器。 ３、特許請求の範囲第１項において、熱エネルギーを電
   気信号に変換する部材として、前記熱エネルギーにより
   発生する熱弾性波を検出する圧電材を用いることを特徴
   とする中性子検出器。 ４、特許請求の範囲第２項または第３項において、中性
   子との相互作用を起しやすい物質を熱エネルギー一電気
   変換部材に混入させて整形することを特徴とする中性子
   検出器。 ５、特許請求の範囲第２項または第３項において、中性
   子との相互作用を起しやすい物質を熱エネルギー一電気
   変換部材上に積層させて整形することを特徴とする中性
   子検出器。 ６、特許請求の範囲第５項において、中性子との相互作
   用を起しやすい物質上に更に減速材を積層させて整形す
   ることを特徴とする中性子検出器。 ７、特許請求の範囲第４項において、検出した電気信号
   を処理する電子回路を前記混入部材で包み込み、更に減
   速材で外部を覆うことを特徴とする中性子検出器。