JPWO2005008287A1 - Thermal neutron flux monitor - Google Patents

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Abstract

安定した測定が可能な熱中性子束モニタを提供する。 第１シンチレータ１と、第２シンチレータ２と、光検出部３とを備えている。第１シンチレータ１は、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。第２シンチレータ２は、このような核種を、第１シンチレータ１よりも少ない濃度で備えているか、あるいは、実質的に備えていない。第１シンチレータ１と第２シンチレータ２は、共に、γ線に反応して発光する。光検出部３は、第１シンチレータ１と第２シンチレータ２の発光出力に基づいて、熱中性子束を測定する。これにより、γ線の影響を除去して、熱中性子束を精度良く測定できる。A thermal neutron flux monitor capable of stable measurement is provided. A first scintillator 1, a second scintillator 2, and a light detection unit 3 are provided. The first scintillator 1 includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons. The second scintillator 2 is provided with such a nuclide at a concentration lower than that of the first scintillator 1 or substantially not provided. Both the first scintillator 1 and the second scintillator 2 emit light in response to γ rays. The light detection unit 3 measures the thermal neutron flux based on the light emission outputs of the first scintillator 1 and the second scintillator 2. Thereby, the influence of γ rays can be removed and the thermal neutron flux can be measured with high accuracy.

Description

本発明は熱中性子束モニタに関する。  The present invention relates to a thermal neutron flux monitor.

熱中性子束を精度良く測定する方法としては、金の放射化法が知られている。しかしながら、金の放射化法では、熱中性子による放射化、および、放射化した金の放射能測定が必要である。このため、この方法では、リアルタイムの測定が難しいという問題がある。
リアルタイムの測定を可能とするために、例えば半導体検出器を用いた方法が提案されている。しかしながら、半導体検出器を用いる方法は、遠隔地における測定やプリアンプを直近に配置できない場合、電気ノイズの影響により安定した測定が難しいという問題がある。As a method for measuring the thermal neutron flux with high accuracy, a gold activation method is known. However, the gold activation method requires activation by thermal neutrons and measurement of the activity of the activated gold. For this reason, this method has a problem that real-time measurement is difficult.
In order to enable real-time measurement, for example, a method using a semiconductor detector has been proposed. However, the method using a semiconductor detector has a problem in that it is difficult to perform stable measurement due to the influence of electrical noise when measurement at a remote location or when a preamplifier cannot be placed in the immediate vicinity.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、安定した測定が可能な熱中性子束モニタを提供することである。
本発明に係る熱中性子束モニタは、第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えている。前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていない。前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定するものである。
前記第１シンチレータが備えている核種は、例えば、１０Ｂまたは６Ｌｉである。
前記測定に用いられる発光出力とは、例えば、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとにおける、しきい値以上の光量を有する発光回数の差分である。
前記第１および第２シンチレータと前記光検出部との間には、前記第１および第２シンチレータにおいて発生した光を前記検出部に導く導光路を配置することができる。
前記導光路は、前記第１シンチレータと前記光検出部との間に配置された第１導光部と、前記第２シンチレータと前記光検出部との間に配置された第２導光部とを備えていてもよい。
前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長を、異なるものとし、前記導光路を、前記第１シンチレータにおいて発生した光と、前記第２シンチレータにおいて発生した光とを前記検出部に導く構成とし、前記光検出部を、前記波長毎の発光出力に基づいて前記熱中性子束を測定する構成としても良い。
前記導光路を光ファイバにより構成してもよい。
前記光ファイバを、その中間部において脱着可能としてもよい。
前記第１または第２シンチレータの表面に、前記第１または第２シンチレータからの光を内側に反射し、かつ、熱中性子に対する感度を実質的に有しない反射層を備えることもできる。
前記第１または第２シンチレータの周囲に、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層を備えることもできる。
前記核種を、前記第１シンチレータの内部に混入してもよい。また、前記核種を、前記第１シンチレータの表面上に配置してもよい。
前記第１または第２シンチレータとして、プラスチックシンチレータを用いることもできる。
前記第１シンチレータと第２シンチレータとを、１本の導光路に接続し、前記１本の導光路の中間部に、前記第１シンチレータからの光と、前記第２シンチレータからの光とを分離する色分光フィルタを配置し、前記導光部を、分離されたそれぞれの前記光を前記光検出部に送る構成とすることも可能である。
前記第１シンチレータおよび第２シンチレータの発光色は、「青色以外であり、かつ、互いに異なるもの」であってもよい。
前記第１シンチレータと第２シンチレータの間に、発光波長を変換する波長シフトファイバーを配置してもよい。
前記モニタにおいて、前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていてもよい。
前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて、前記熱中性子束に加えて、さらにγ線線量を測定するものであってもよい。
本発明に係る熱中性子束モニタ用検出素子は、第１シンチレータと第２シンチレータと導光路とを備え、前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長とは、異なるものとなっており、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の先端部に配置されており、さらに、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の延長方向に沿って縦列に配置されている構成となっている。
本発明に係る熱中性子束測定方法は、第１シンチレータと、第２シンチレータとを用い、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていないものであって、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定する構成となっている。
本発明に係る中性子サーベイメータは、第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えている。前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていない。前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を測定するものである。このサーベイメータは、さらに第３シンチレータを備える。前記第１シンチレータおよび前記第２シンチレータは、前記第３シンチレータの内側に配置される。前記第３シンチレータは、外部から前記第１シンチレータに到達する中性子に対する減速材となっている。前記光検出部は、前記第３シンチレータからの発光出力を検出することにより、前記第３シンチレータに照射された速中性子線線量を計測するように構成されている。
本発明に係る中性子線計測装置は、第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部と、減速材とを備える。前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備える。前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていない。前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を計測する構成となっている。前記減速材は、速中性子を熱中性子に減速するものである。さらに、前記減速材は、前記第１および第２シンチレータの周囲に配置されている。
前記中性子線計測装置における前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていてもよい。The present invention has been made in view of such circumstances. An object of the present invention is to provide a thermal neutron flux monitor capable of stable measurement.
The thermal neutron flux monitor according to the present invention includes a first scintillator, a second scintillator, and a light detection unit. The first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons. The second scintillator is provided with the nuclide at a concentration lower than or substantially lower than that of the first scintillator. The light detector measures thermal neutron flux based on light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator.
The nuclide included in the first scintillator is, for example, 10 B or 6 Li.
The light emission output used for the measurement is, for example, a difference in the number of times of light emission having a light amount equal to or greater than a threshold value in the first scintillator and the second scintillator.
Between the first and second scintillators and the light detection unit, a light guide path that guides light generated in the first and second scintillators to the detection unit can be disposed.
The light guide path includes a first light guide unit disposed between the first scintillator and the light detection unit, a second light guide unit disposed between the second scintillator and the light detection unit. May be provided.
The wavelength of the light emitted from the first scintillator is different from the wavelength of the light emitted from the second scintillator, and the light that is generated in the first scintillator and the light generated in the second scintillator are used as the light guide path. It is good also as a structure which leads to the said detection part, and makes the said light detection part the structure which measures the said thermal neutron flux based on the light emission output for every said wavelength.
You may comprise the said light guide path with an optical fiber.
The optical fiber may be removable at an intermediate portion thereof.
A reflection layer that reflects light from the first or second scintillator inward and has substantially no sensitivity to thermal neutrons may be provided on the surface of the first or second scintillator.
A light shielding layer that blocks disturbance light and transmits thermal neutrons may be provided around the first or second scintillator.
The nuclide may be mixed in the first scintillator. The nuclide may be disposed on the surface of the first scintillator.
A plastic scintillator can also be used as the first or second scintillator.
The first scintillator and the second scintillator are connected to one light guide, and the light from the first scintillator and the light from the second scintillator are separated at an intermediate portion of the one light guide. It is also possible to arrange the color spectral filter to be arranged, and to make the light guide unit send each separated light to the light detection unit.
The emission color of the first scintillator and the second scintillator may be “other than blue and different from each other”.
A wavelength shift fiber that converts the emission wavelength may be disposed between the first scintillator and the second scintillator.
In the monitor, the second scintillator may include a nuclide whose sensitivity to the thermal neutron is different from the nuclide.
The light detection unit may further measure a γ-ray dose in addition to the thermal neutron flux based on light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator.
The detection element for thermal neutron flux monitoring according to the present invention includes a first scintillator, a second scintillator, and a light guide, and the wavelength of light emitted from the first scintillator and the wavelength of light emitted from the second scintillator are: The first scintillator and the second scintillator are arranged at the front end of the light guide path, and the first scintillator and the second scintillator are extensions of the light guide path. It becomes the structure arrange | positioned in a column along the direction.
The thermal neutron flux measurement method according to the present invention uses a first scintillator and a second scintillator, and the first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons, and the second scintillator includes the nuclide. At a concentration lower than that of the first scintillator or substantially not, and the thermal neutron flux is measured based on the light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator. Yes.
The neutron survey meter according to the present invention includes a first scintillator, a second scintillator, and a light detection unit. The first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons. The second scintillator is provided with the nuclide at a concentration lower than or substantially lower than that of the first scintillator. The light detection unit measures a neutron dose based on light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator. The survey meter further includes a third scintillator. The first scintillator and the second scintillator are disposed inside the third scintillator. The third scintillator is a moderator for neutrons that reach the first scintillator from the outside. The light detection unit is configured to measure a dose of fast neutrons irradiated to the third scintillator by detecting a light emission output from the third scintillator.
The neutron beam measurement apparatus according to the present invention includes a first scintillator, a second scintillator, a light detection unit, and a moderator. The first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons. The second scintillator is provided with the nuclide at a concentration lower than or substantially lower than that of the first scintillator. The light detection unit is configured to measure a neutron dose based on light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator. The moderator decelerates fast neutrons to thermal neutrons. Furthermore, the moderator is disposed around the first and second scintillators.
The second scintillator in the neutron beam measurement apparatus may include a nuclide whose sensitivity to the thermal neutron is different from the nuclide.

図１は、本発明の第１実施形態に係る熱中性子束モニタの概略的構成を示すブロック図である。
図２は、図１のＰ部分を拡大した要部断面図である。
図３は、図１のＱ部分を拡大した要部断面図である。
図４は、本発明の第２実施形態に係る熱中性子束モニタの要部拡大断面図である。
図５は、本発明の第２実施形態に係る熱中性子束モニタの概略的構成を示すブロック図である。
図６は、本発明の第２実施形態におけるチェレンコフ光対策を説明するための説明図である。
図７は、本発明の第３実施形態に係る熱中性子束モニタにおいて用いる第１シンチレータの拡大断面図である。
図８は、本発明の第４実施形態に係る熱中性子束モニタの要部拡大断面図である。
図９は、本発明の第５実施形態に係る熱中性子束モニタの要部拡大断面図である。
図１０は、本発明の実験例における実験結果を示すグラフである。
図１１は、比較例における実験結果を示すグラフである。
図１２は、本発明の実験例における実験結果を示すグラフである。
図１３は、本発明の実験例における実験結果を示すグラフである。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a thermal neutron flux monitor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a portion P in FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a portion Q in FIG.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a thermal neutron flux monitor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a thermal neutron flux monitor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the measures against Cherenkov light in the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the first scintillator used in the thermal neutron flux monitor according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a thermal neutron flux monitor according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an enlarged sectional view of a main part of a thermal neutron flux monitor according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing experimental results in an experimental example of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing experimental results in the comparative example.
FIG. 12 is a graph showing experimental results in an experimental example of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing experimental results in an experimental example of the present invention.

以下、本発明の第１実施形態に係る熱中性子束モニタを、図１〜図３を参照して説明する。
（第１実施形態の構成）
この実施形態に係る熱中性子束モニタは、第１シンチレータ１（図２参照）と、第２シンチレータ２（図３参照）と、光検出部３（図１参照）と、導光路５とを主要な構成として備えている。
第１シンチレータ１は、熱中性子と核反応を起こす核種を備えている。本実施形態のシンチレータ１は、通常のシンチレータとして用いられる基材にこのような核種を混入することにより構成されている。核種が混入される、シンチレータ用の基材としては、有機物質を用いたもの（例えばプラスチックシンチレータ）であっても、無機物質を用いたもの（例えば少量のタリウムをドープしたＮａＩやＣｓＩの結晶、ＺｎＳの結晶、またはＢＧＯなどの酸化物結晶を用いたシンチレータ）であってもよい。
本実施形態では、第１シンチレータ１に備えられた核種として、１０Ｂが用いられている。ただし、核種としては、これに限らず、６Ｌｉ、ウラン、プルトニウム、ガドリニウムなどを用いることができる。要するに、核種としては、熱中性子と核反応を起こすものであればよい。６Ｌｉを用いる例は別の実施形態として後述する。１０Ｂは、シンチレータ基材の内部に取り入れることが可能であり、さらに、発光波長に対してほぼ透明な１０Ｂ入りシンチレータを作成することが可能であるため、この実施形態では、核種を第１シンチレータ１の基材の内部に混ぜ込んでいる。
第２シンチレータ２は、前記したような核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていないものとなっている。ここで、「核種を実質的に備えていない」とは、「熱中性子による核反応が核種に生じたとしても、それによる第２シンチレータ２の発光量が、ノイズとして区別できる発光量である」ことを意味する。このような発光量であれば、しきい値を設定することにより、第２シンチレータからの、熱中性子に起因する発光を除去しうるからである。また、熱中性子と核反応を起こす核種を第２シンチレータ２に微量に混入することは許容される。第２シンチレータ２の材質としては、第１シンチレータ１の基材と同様の材質（つまり有機または無機の物質を用いたシンチレータ）であることが好ましい。第１シンチレータ１と第２シンチレータ２との特性が一致するほうが、計測精度向上を図りやすいためである。しかしながら、第２シンチレータ２の材質として、第１シンチレータ１と異なるものを用いることは可能である。
光検出部３は、第１シンチレータ１と第２シンチレータ２の発光出力を検出する構成となっている。この実施形態における光検出部３は、光電子増倍管３１・３６と波形整形増幅器３２・３７と波高弁別器３３・３８とカウンタ３４・３９とコンピュータ４０とから構成されている。この実施形態では、光電子増倍管３１と波形整形増幅器３２と波高弁別器３３とカウンタ３４とが、第１シンチレータ１に対応し、コンピュータ４０への入力系統を構成している。同様に、この実施形態では、光電子増倍管３６と波形整形増幅器３７と波高弁別器３８とカウンタ３９とが、第２シンチレータ２に対応し、コンピュータ４０への入力系統を構成している。
光電子増倍管３１は、第１シンチレータ１からの光を、導光路５を介して受光するようになっている。光電子増倍管３１は、光を高感度で電気信号に変換する部品である。波形整形増幅器３２は、光電子増倍管３１で得られた電気信号の波形を整形し、かつ増幅するものである。波高弁別器３３は、整形された電気信号の出力値としきい値とを比較し、しきい値に満たない電気信号（つまりノイズ）を除去するものである。カウンタ３４は、波高弁別器３３で選別された信号を計数するものである。例えば、カウンタ３４は、しきい値を超えた信号が一つ到来する毎に計数値を一つインクリメントしてコンピュータ４０へ出力するようになっている。これらの構成要素は、従来から知られているので、これ以上詳しい説明は省略する。
光電子増倍管３６は、第２シンチレータ２からの光を、導光路５を介して受光するようになっている。光電子増倍管３６、波形整形増幅器３７、波高弁別器３８およびカウンタ３９の構成は、光電子増倍管３１、波形整形増幅器３２、波高弁別器３３およびカウンタ３４と同様なので、これらについての詳しい説明は省略する。
コンピュータ４０は、カウンタ３４およびカウンタ３９からの出力を受け取り、次のような動作を行う。
（１）各カウンタからの出力に基づいて、所定時間毎（例えば１秒毎）の発光回数（これを合計出力と称する。）を算出する。
（２）カウンタ３４に基づく合計出力から、カウンタ３９に基づく合計出力を減算する。ここで、本実施形態では、カウンタ３９からの合計出力に対して、感度補正のための補正係数を乗じたのち、減算を行っている。第１シンチレータ１と第２シンチレータ２との間における感度の相違を補正するためである。減算後、算出された値に換算係数を乗じて、熱中性子束の値を得る。
（３）得られた熱中性子束をコンピュータ４０の出力部（ディスプレイやプリンタなど）に出力する。なお、熱中性束を出力せずに、後の処理のために記憶装置に記憶しておくことも可能である。
コンピュータ４０におけるこのような動作は、コンピュータプログラムにより容易に実行可能である。
導光路５は、第１導光部５１と第２導光部５２とを備えている。この実施形態では、これらの導光部は、光ファイバにより構成されている。
第１導光部５１の先端部５１１は、着脱部５１２により、第１導光部５１の基部（先端部以外の部分）に対して着脱可能となっている。第１シンチレータ１は、第１導光部５１の先端に、これと隣接して配置されている（図２参照）。第１導光部５１および第１シンチレータ１を覆う位置には、反射層５１３が形成されている。反射層５１３は、第１シンチレータ１からの光を内部へ反射し、かつ、熱中性子に対する感度を実質的に有しない材質により構成されている。ここで、「感度を実質的に有しない」とは、「無視できるまたは除去できる程度のノイズしか発生しない」という意味である。このような材質としては、例えばチタン酸化物（ＴｉＯ２）である。第１シンチレータ１および第１導光部５１の周囲には、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層５１４が配置されている。つまり、第１シンチレータ１および第１導光部５１は、光遮蔽層５１４により覆われている。
第２導光部５２は、第１導光部５１と同様の構成となっている。すなわち、第２導光部５２の先端部５２１は、着脱部５２２により、第２導光部５２の基部に対して着脱可能となっている。また、第２シンチレータ２は、第２導光部５２の先端に、これと隣接して配置されている（図３参照）。第２導光部５２および第２シンチレータ２を覆う位置には、反射層５１３と同様の反射層５２３が形成されている。第２シンチレータ２および第２導光部５２の周囲には、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層５２４が配置されている。
（第１実施形態の使用方法および動作）
つぎに、本実施形態に係る熱中性子束モニタの使用方法および動作について説明する。まず、第１シンチレータ１および第２シンチレータ２を、測定箇所に配置する。例えば、生体内の腫瘍を死滅させるために照射される中性子線の熱中性子束を測定する用途であれば、これらを腫瘍の近傍に配置する。ここで、本実施形態では、第１・第２導光部５１・５２の先端部５１１・５２１を着脱可能としたので、先端部５１１・５２１のみを持って各シンチレータの位置決めをすることができ、その作業が容易となる。また、各先端部をディスポーザブルとすることができるので衛生上の扱いが容易となる。
ついで、外部から測定箇所（例えば腫瘍）に対して熱中性子を照射する。このとき、熱中性子照射場では、γ線も測定箇所に対して照射される。照射された熱中性子およびγ線は、光遮蔽層５１４・５２４および反射層５１３・５２３を通過して、第１・第２シンチレータ１・２に到達する。
第１シンチレータ１では、これに混入されている「熱中性子と核反応を起こす核種」が熱中性子と反応して、エネルギーを発生する。これにより、第１シンチレータ１が発光する。さらに、第１シンチレータ１では、γ線と第１シンチレータ１の基材との反応によっても発光する。これらの光は、第１導光路５１を介して、光検出部３の光電子増倍管３１に送られる。本実施形態では、反射層５１３を設けているので、第１シンチレータ１から外部に漏れようとする光を内部に戻すことができる。このため、光を第１導光路５１および光電子増倍管３１に効率よく送り出すことができる。さらに、この実施形態では、光遮断層５１４を形成したので、外乱光によるノイズの混入を防止することができる。
光電子増倍管３１に送られた光は、ここで電気信号に変換される。この電気信号は、波形整形増幅器３２において波形整形および増幅され、波高弁別器３３においてノイズが除去された後、カウンタ３４で計数されて、計数の結果がコンピュータ４０に送られる。
一方、第２シンチレータ２では、γ線との反応により発光が生じる。第２シンチレータ２では、前記した核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えている、あるいは実質的に備えていないため、熱中性子との核反応回数は第１シンチレータよりも少なく、それに伴う発光回数も少ない。第２シンチレータ２で生じた光は、第１シンチレータ１の場合と同様に、第２導光路５２を介して、光電子増倍管３６により電気信号に変換される。この電気信号は、波形整形増幅器３７、波高弁別器３８を介してカウンタ３９に送られ、ここで計数される。計数の結果はコンピュータ４０に送られる。
コンピュータ４０は、次の動作を行う。
（１）各カウンタからの出力に基づいて、所定時間毎（例えば１秒毎）の発光回数（合計出力）を算出する。つまり、第１および第２シンチレータ１および２における１秒間の発光回数をそれぞれカウントする。
（２）ついで、カウンタ３４に基づく合計出力から、カウンタ３９に基づく合計出力（補正係数を乗じたもの）を減算し、この減算値に換算係数を乗じることによって熱中性子束を得る。
（３）得られた熱中性子束をコンピュータ４０の出力部（ディスプレイやプリンタなど）に出力する。
第１シンチレータ１からの出力は、γ線の影響を含んでいる。本実施形態の装置および方法では、前記した動作により、第１シンチレータ１の出力から、γ線による影響を考慮し、熱中性子の到来回数を得ることができる。したがって、この実施形態では、熱中性子束の計測結果がγ線に影響されにくく、測定結果が安定するという利点がある。
また、本実施形態では、導光路５を用いて、光の状態で信号を光検出部３に送っているので、経路中における電気的ノイズが信号に混入しにくいという利点もある。
さらに、第１および第２シンチレータを構成する基材をプラスチックシンチレータとすれば、発光の減衰時間が短くなる。プラスチックシンチレータにおける減衰時間は、例えば１ｎｓ程度である。このため、この実施形態によれば、高い計数率を得ることができる。すると、熱中性子の強い場（例えば治療用に熱中性子が使用される場）での、熱中性子の計測が可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るモニタおよびこれを用いた測定方法を、図４および図５に基づいて説明する。この実施形態では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を用いて説明を省略する。
本実施形態のモニタでは、第１シンチレータ１と第２シンチレータ２とが、１本の第１導光部５１の先端に、縦列で配置されている（図４参照）。また、本実施形態における第１シンチレータ１と第２シンチレータ２の発光波長は、互いに異なるものとなっている。例えば、第１シンチレータ１の発光波長は青色、第２シンチレータ２の発光波長は緑色の波長ととなっている。さらに、この実施形態では、第１シンチレータ１が、第２シンチレータ２よりも先端側に配置されている。ただし、第２シンチレータ２を、第１シンチレータ１よりも先端側に配置してもよい。この実施形態では、第１シンチレータ１、第２シンチレータ２および第１導光部５１の先端部５１１によって、本発明における熱中性子束モニタ用検出素子の一例が構成されている。
第１導光部５１の中間部には、色分光フィルタ５３が配置されている（図５参照）。色分光フィルタ５３は、波長に対応して光を分岐させるものである。第１導光部５１は、色分光フィルタ５３によって分光された青色の光（つまり第１シンチレータ１からの光）を光電子増倍管３１に送るようになっている。第２導光部５２は、色分光フィルタ５３によって分光された緑色の光（つまり第２シンチレータ２からの光）を光電子増倍管３６に送るようになっている。つまり、フィルタ５３で分光された光は、それぞれ対応する導光部を通って、光電子増倍管３１および３６に送られる。
本実施形態のモニタによれば、第１シンチレータ１における発光と第２シンチレータ２における発光とを、それぞれ、カウンタ３４とカウンタ３９により計数して、コンピュータ４０に送ることができる。したがって、第１実施形態の場合と同様に、熱中性子束の測定ができる。
また、第２実施形態のモニタによれば、一本の第１導光部５１の先端に第１および第２シンチレータ１および２を配置しているので、測定箇所が狭い場合における測定器の取り付け作業が容易になるという利点がある。
なお、第２実施形態におけるチェレンコフ光対策は、例えば以下の手段で実施できる。チェレンコフ光とは、エネルギーの高い荷電粒子が物質（誘電体）内を通過するとき、この粒子の速度が物質内の光速度より大きい場合に発する青い放射光である。
（１）第１シンチレータ１および第２シンチレータ２の発光色を青色以外とし、かつ、それぞれの発光色も異ならせる（例えば、赤色と緑色とする）。
（２）光検出部３の手前に、青色をカットするフィルタ５１４を設ける（図５中破線参照）。このフィルタ５１４を通過した赤色と緑色を色分光フィルタ５３で分光して、それぞれの波長の光を検出する。これにより、熱中性子束測定へのチェレンコフ光の影響を除去できる。
ただし、シンチレータからの発光色は、一般に青色が多く、赤色や緑色は特殊である。そこで、波長シフトファイバを用いて、青色発光の波長を赤色や緑色にシフトさせる方法を、図６を用いて説明する。この例では、青色で発光する第１シンチレータ１の後に、波長シフトファイバ５１７が配置されている。
波長シフトファイバ５１７の後側には、アイソレータ５１８が配置される。アイソレータ５１８の一方の面（第１シンチレータ１側の面）は透過面、他方の面（第２シンチレータ２側の面）は、反射面となっている。これにより、第２シンチレータ２からの光が波長シフトファイバ５１７に進入することを防止する。
アイソレータ５１８の後方には、緑色又は赤色発光のシンチレータ２が配置される。
この方法によれば、第１シンチレータ１として、通常の青色発光のものを用いることができる。
第２実施形態における他の構成および利点は前記第１実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るモニタを図７に基づいて説明する。この第３実施形態では、第１実施形態で説明した核種として、６Ｌｉが用いられている。具体的には、この実施形態では、６Ｌｉの化合物である６ＬｉＦ粉末１１を用いている。この６ＬｉＦ粉末１１は、この実施形態では、図７に示されているように、第１シンチレータ１の基材部分の外表面に付着させられている。６ＬｉＦ粉末１１は白色であり、第１シンチレータ１の内部にこれを混入すると、取り出せる光量が低下してしまう。６ＬｉＦ粉末１１を第１シンチレータ１の表面に付着させれば、反射材としても機能し得るので、その周囲に配置された反射材と共に第１シンチレータ１の内部から発せられた光を反射して内部に戻し、取り出せる光量を増加させることができる。もちろん、６Ｌｉの化合物には透明なものも存在する。さらに、６Ｌｉ化合物が有色であっても、シンチレータの内部にこれを混入することは可能である。
その他の構成は第１実施形態または第２実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。なお、第１シンチレータ１において光を取り出す面（図７中下面）には６Ｌｉ粉末１１を付着させないことが好ましい。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る中性子サーベイメータを図８に基づいて説明する。この第４実施形態では、一つの光電子増倍管３１における入力部のほぼ中央に第１シンチレータ１が配置されている。さらに第１シンチレータ１の外側に、第２シンチレータ２が配置されている。さらに、第２シンチレータ２の外側に、第３シンチレータ６が配置されている。第３シンチレータ６は、第２シンチレータ２と同様に、前記した核種を含まない構成となっている。
各シンチレータの間には、光を反射する反射層（図示せず）が配置されており、各シンチレータにおける発光を独立に取り出すことができるようになっている。各シンチレータには、それぞれ、光電子増倍管３１１、３１２および３１３が隣接して配置されている（図８参照）。すなわち、各光電子増倍管は、各シンチレータからの発光を受け取って電気信号に変換するようになっている。光電子増倍管３１１には、前記と同様の波形整形増幅器、波高弁別器、カウンタが接続されており（図示せず）、速中性子線による発光を含んだ計数値をコンピュータ４０に出力することができるようになっている。光電子増倍管３１２は、前記した光電子増倍管３６と同様の構成であり、主にγ線計数値をコンピュータ４０に出力できるようになっている。光電子増倍管３１３は、光電子増倍管３１と同様の構成であり、熱中性子束およびγ線の計数値をコンピュータ４０に出力できるようになっている。
第４実施形態のサーベイメータにおいては、外部から到来した中性子は、第３シンチレータ６により減速され、熱中性子となって、第３シンチレータ６の内側にある第１シンチレータ１により計測される。また、外部から第３シンチレータ６に到来した速中性子線も、第３シンチレータ６により計測される。
さらに、γ線は、透過力が強いため、ほとんど減衰せずに、第２および第１シンチレータ２および１を通過する。これにより、第２シンチレータ２では、γ線補償のための計数を行うことができる。
この実施形態のサーベイメータでは、γ線および中性子線の線量を同時に計測することが可能になるという利点がある。
なお、この第４実施形態では、本発明のモニタを用いてサーベイメータを構成したが、これに限らず、例えば、エリアモニタやモニタリングポストなどの中性子線検出装置を構成することも可能である。この場合の構成としては、例えば、図８に示す構成が可能である。ただし、第３シンチレータ６に代えて、単なる減速材を用いることが可能である。また、この減速材からの出力を検出する必要はない。第１・第２シンチレータの周囲に減速材を配置することで、高速中性子を熱中性子に変換できる。さらに、熱中性子束を第１・第２シンチレータで計測し、その値を速中性子線量を算出することができる。なお、換算のためには、例えば、所定の検量線を作成しておけばよい。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るモニタを図９に基づいて説明する。この第５実施形態では、光電子増倍管３１の入力部前面に第１シンチレータ１が取り付けられている。また、光電子増倍管３６の入力部前面に第２シンチレータ２が取り付けられている。この実施形態では、各シンチレータからの光を、導光路５を介さずに、光電子増倍管３１および３６により受光している。光電子増倍管３１および３６の出力は、波形整形増幅器３２および３７にそれぞれ送られる。他の構成および利点は前記第１実施形態と同様なので説明を省略する。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係るモニタを説明する。この第６実施形態では、第２シンチレータ２が、前記第１シンチレータ１に混入された核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えている、あるいは第１シンチレータとは熱中性子に対する感度が異なる核種を備えている。この場合、以下のようにして、熱中性子束とγ線線量を計算できる。
第１シンチレータ１からの出力を、Ｘ＝ａｎ＋ｂｇ （ａ，ｃは熱中性子に対する感度）、
第２シンチレータ２からの出力を、Ｙ＝ｃｎ＋ｄｇ （ｂ，ｄはγ線に対する感度）、
とする。ここで、ｎ：熱中性子束、ｇ：γ線線量である。また、この例では、出力Ｘ，Ｙは、それぞれ、カウンタ３４または３９でのカウント数である。
これらをｎ，ｇについて解くと、

Figure 2005008287
となる。このように、各シンチレータの出力Ｘ，Ｙから、熱中性子束とγ線線量を計算することができる。
（実験例）
第１実施形態の装置構成を用いて熱中性子束の測定を行った。測定条件は下記の通りである。
（測定条件）
第１シンチレータ：ホウ素入りプラスチックシンチレータ（サンゴバンＣＤＪ社製ＢＣ−４５４）
第２シンチレータ：ホウ素なしプラスチックシンチレータ（サンゴバンＣＤＪ社製ＢＣ−４０８）
第１導光部および第２導光部：光ファイバ（三菱レイヨン社製ＰＭ−３２４１−ＨＤ、長さ１０ｍ、直径１ｍｍ）
光電子増倍管：浜松フォトニクス社製Ｈ６７８０
水ファントム：直径１８ｃｍ×高さ２０ｃｍのアクリル樹脂製筒の内部に水を充填
この条件化で、水ファントム中に配置した各シンチレータに、水ファントムの外側から熱中性子を照射した。測定の妥当性を検証するため、直径０．２６ｍｍの金線を用いて、従来の金の放射化法による測定も行った。
結果を図１０に示す。図１０の横軸は、水ファントムの表面から本熱中性子束モニタまでの距離である。本実施形態の方法は、金の放射化法とほぼ同じ測定結果を得ていることがわかる。すなわち、本実施形態の方法によれば、精度のよい測定が可能である。
比較のため、第１シンチレータのみでの計測を行った。結果を図１１に示す。熱中性子束が低下するほど測定精度が悪くなることがわかる。
本実験例における、測定時間（横軸）と、１秒あたりの計数値（縦軸）との関係を図１２に示す。第１シンチレータに基づく計数値をＡ、第２シンチレータに基づく計数値をＢで示す。Ｃ＝Ａ−Ｂが熱中性子束を表すことになる。計数値Ｂはγ線による寄与を表していると考えられる。
図１２の状況を別の形式で表した例を図１３に示す。この図では、各シンチレータからの発光量をチャネルに分割して表し（横軸）、チャネル毎の計数値（縦軸）を表している。第１シンチレータに基づく計測値がＤ、第２シンチレータに基づく計測値がＥで示される。Ｆ＝Ｄ−Ｅが熱中性子束を表すことになる。
なお、本発明の熱中性子束モニタは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは当然である。例えば、導光路としては、光ファイバ以外の導光路を用いても良い。
また、前記実施形態を実現するための各部（機能ブロックを含む）の具体的手段は、ハードウエア、コンピュータソフトウエア、ネットワーク、これらの組み合わせ、その他の任意の手段を用いることができる。
さらに、機能ブロックどうしが複合して一つの機能ブロックに集約されても良い。また、一つの機能ブロックの機能が複数の機能ブロックの協働により実現されても良い。Hereinafter, the thermal neutron flux monitor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(Configuration of the first embodiment)
The thermal neutron flux monitor according to this embodiment mainly includes a first scintillator 1 (see FIG. 2), a second scintillator 2 (see FIG. 3), a light detection unit 3 (see FIG. 1), and a light guide path 5. It is prepared as a simple configuration.
The first scintillator 1 includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons. The scintillator 1 of the present embodiment is configured by mixing such nuclides into a base material used as a normal scintillator. The base material for the scintillator mixed with the nuclide is an organic material (for example, a plastic scintillator) or an inorganic material (for example, NaI or CsI crystal doped with a small amount of thallium, A scintillator using a crystal of ZnS or an oxide crystal such as BGO may also be used.
In the present embodiment, 10 B is used as a nuclide provided in the first scintillator 1. However, the nuclide is not limited to this, and 6 Li, uranium, plutonium, gadolinium, and the like can be used. In short, any nuclide may be used as long as it causes a nuclear reaction with thermal neutrons. An example using 6 Li will be described later as another embodiment. 10 B can be incorporated into the interior of the scintillator substrate, and furthermore, it is possible to create a 10 B-containing scintillator that is almost transparent to the emission wavelength. In this embodiment, the nuclide is the first nuclide. The scintillator 1 is mixed in the base material.
The second scintillator 2 is provided with the nuclide as described above at a concentration lower than that of the first scintillator or substantially not. Here, “substantially no nuclide” means “even if a nuclear reaction due to thermal neutrons occurs in the nuclide, the amount of light emitted by the second scintillator 2 can be distinguished as noise” Means that. This is because, with such a light emission amount, light emission caused by thermal neutrons from the second scintillator can be removed by setting a threshold value. In addition, it is allowed to mix a small amount of nuclides that cause a nuclear reaction with thermal neutrons into the second scintillator 2. The material of the second scintillator 2 is preferably the same material as the base material of the first scintillator 1 (that is, a scintillator using an organic or inorganic substance). This is because it is easier to improve measurement accuracy when the characteristics of the first scintillator 1 and the second scintillator 2 match. However, it is possible to use a material different from that of the first scintillator 1 as the material of the second scintillator 2.
The light detection unit 3 is configured to detect the light emission outputs of the first scintillator 1 and the second scintillator 2. The light detection unit 3 in this embodiment includes photomultiplier tubes 31 and 36, waveform shaping amplifiers 32 and 37, wave height discriminators 33 and 38, counters 34 and 39, and a computer 40. In this embodiment, the photomultiplier tube 31, the waveform shaping amplifier 32, the wave height discriminator 33, and the counter 34 correspond to the first scintillator 1 and constitute an input system to the computer 40. Similarly, in this embodiment, the photomultiplier tube 36, the waveform shaping amplifier 37, the wave height discriminator 38, and the counter 39 correspond to the second scintillator 2 and constitute an input system to the computer 40.
The photomultiplier tube 31 receives light from the first scintillator 1 through the light guide path 5. The photomultiplier tube 31 is a component that converts light into an electric signal with high sensitivity. The waveform shaping amplifier 32 shapes and amplifies the waveform of the electric signal obtained by the photomultiplier tube 31. The wave height discriminator 33 compares the output value of the shaped electric signal with a threshold value, and removes an electric signal (that is, noise) that does not satisfy the threshold value. The counter 34 counts the signal selected by the wave height discriminator 33. For example, the counter 34 is configured to increment the count value by one and output it to the computer 40 each time one signal exceeding the threshold value arrives. Since these components are conventionally known, further detailed explanation is omitted.
The photomultiplier tube 36 receives light from the second scintillator 2 through the light guide path 5. The configurations of the photomultiplier tube 36, the waveform shaping amplifier 37, the wave height discriminator 38, and the counter 39 are the same as those of the photomultiplier tube 31, the waveform shaping amplifier 32, the wave height discriminator 33, and the counter 34. Omitted.
The computer 40 receives the outputs from the counter 34 and the counter 39 and performs the following operation.
(1) Based on the output from each counter, the number of times of light emission every predetermined time (for example, every second) (this is referred to as total output) is calculated.
(2) The total output based on the counter 39 is subtracted from the total output based on the counter 34. In this embodiment, the total output from the counter 39 is multiplied by a correction coefficient for sensitivity correction, and then subtraction is performed. This is because the difference in sensitivity between the first scintillator 1 and the second scintillator 2 is corrected. After subtraction, the calculated value is multiplied by a conversion factor to obtain a thermal neutron flux value.
(3) The obtained thermal neutron flux is output to the output unit (display, printer, etc.) of the computer 40. Note that the heat neutral bundle can be stored in a storage device for later processing without being output.
Such an operation in the computer 40 can be easily executed by a computer program.
The light guide 5 includes a first light guide 51 and a second light guide 52. In this embodiment, these light guide parts are comprised by the optical fiber.
The distal end portion 511 of the first light guide 51 can be attached to and detached from the base (the portion other than the distal end) of the first light guide 51 by an attaching / detaching portion 512. The 1st scintillator 1 is arrange | positioned adjacent to this at the front-end | tip of the 1st light guide part 51 (refer FIG. 2). A reflective layer 513 is formed at a position covering the first light guide 51 and the first scintillator 1. The reflection layer 513 is made of a material that reflects light from the first scintillator 1 to the inside and does not substantially have sensitivity to thermal neutrons. Here, “substantially no sensitivity” means “no noise that can be ignored or eliminated”. An example of such a material is titanium oxide (TiO 2 ). Around the first scintillator 1 and the first light guide 51, a light shielding layer 514 that blocks disturbance light and transmits thermal neutrons is disposed. That is, the first scintillator 1 and the first light guide 51 are covered with the light shielding layer 514.
The second light guide 52 has the same configuration as the first light guide 51. That is, the front end 521 of the second light guide 52 can be attached to and detached from the base of the second light guide 52 by the attaching / detaching part 522. Further, the second scintillator 2 is disposed adjacent to the tip of the second light guide 52 (see FIG. 3). A reflective layer 523 similar to the reflective layer 513 is formed at a position covering the second light guide 52 and the second scintillator 2. A light shielding layer 524 that blocks disturbance light and transmits thermal neutrons is disposed around the second scintillator 2 and the second light guide 52.
(Usage method and operation of the first embodiment)
Next, the usage method and operation of the thermal neutron flux monitor according to the present embodiment will be described. First, the 1st scintillator 1 and the 2nd scintillator 2 are arrange | positioned in a measurement location. For example, if it is a use which measures the thermal neutron flux of the neutron beam irradiated in order to kill the tumor in the living body, these are arrange | positioned in the vicinity of the tumor. Here, in this embodiment, since the front end portions 511 and 521 of the first and second light guide portions 51 and 52 are made detachable, each scintillator can be positioned with only the front end portions 511 and 521. That makes it easy. Moreover, since each front-end | tip part can be made disposable, the hygiene handling becomes easy.
Next, thermal neutrons are irradiated from the outside to a measurement location (for example, a tumor). At this time, in the thermal neutron irradiation field, γ rays are also irradiated to the measurement location. The irradiated thermal neutrons and γ rays pass through the light shielding layers 514 and 524 and the reflection layers 513 and 523 and reach the first and second scintillators 1 and 2.
In the first scintillator 1, “nuclides that cause a nuclear reaction with thermal neutrons” mixed therein react with thermal neutrons to generate energy. Thereby, the first scintillator 1 emits light. Further, the first scintillator 1 emits light also by a reaction between the γ rays and the base material of the first scintillator 1. These lights are sent to the photomultiplier tube 31 of the light detection unit 3 via the first light guide 51. In the present embodiment, since the reflective layer 513 is provided, light that is about to leak from the first scintillator 1 to the outside can be returned to the inside. For this reason, light can be efficiently sent out to the first light guide 51 and the photomultiplier tube 31. Further, in this embodiment, since the light blocking layer 514 is formed, it is possible to prevent noise from being mixed due to ambient light.
The light sent to the photomultiplier tube 31 is converted into an electrical signal here. This electric signal is waveform shaped and amplified by the waveform shaping amplifier 32, noise is removed by the wave height discriminator 33, counted by the counter 34, and the count result is sent to the computer 40.
On the other hand, the second scintillator 2 emits light by reaction with γ rays. The second scintillator 2 has the above-described nuclide at a concentration lower than or substantially lower than that of the first scintillator. Therefore, the number of nuclear reactions with thermal neutrons is less than that of the first scintillator, and the number of times of light emission associated therewith. There are few. The light generated by the second scintillator 2 is converted into an electrical signal by the photomultiplier tube 36 via the second light guide 52 as in the case of the first scintillator 1. This electric signal is sent to the counter 39 via the waveform shaping amplifier 37 and the wave height discriminator 38, and is counted here. The count result is sent to the computer 40.
The computer 40 performs the following operation.
(1) Based on the output from each counter, the number of times of light emission (total output) every predetermined time (for example, every second) is calculated. That is, the number of times of light emission per second in the first and second scintillators 1 and 2 is counted, respectively.
(2) Next, the total output based on the counter 39 (the product multiplied by the correction coefficient) is subtracted from the total output based on the counter 34, and a thermal neutron flux is obtained by multiplying this subtracted value by the conversion coefficient.
(3) The obtained thermal neutron flux is output to the output unit (display, printer, etc.) of the computer 40.
The output from the first scintillator 1 includes the influence of γ rays. In the apparatus and method of the present embodiment, the number of arrivals of thermal neutrons can be obtained from the output of the first scintillator 1 in consideration of the effect of γ rays by the above-described operation. Therefore, in this embodiment, there is an advantage that the measurement result of the thermal neutron flux is hardly influenced by γ rays and the measurement result is stabilized.
Moreover, in this embodiment, since the signal is sent to the light detection unit 3 in the light state using the light guide path 5, there is also an advantage that electrical noise in the path is not easily mixed into the signal.
Furthermore, if the base material constituting the first and second scintillators is a plastic scintillator, the decay time of light emission is shortened. The decay time in the plastic scintillator is, for example, about 1 ns. For this reason, according to this embodiment, a high count rate can be obtained. Then, thermal neutrons can be measured in a field with strong thermal neutrons (for example, a field where thermal neutrons are used for treatment).
(Second Embodiment)
Next, a monitor according to a second embodiment of the present invention and a measurement method using the same will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the monitor of this embodiment, the 1st scintillator 1 and the 2nd scintillator 2 are arrange | positioned at the front-end | tip of the one 1st light guide part 51 in the column (refer FIG. 4). In addition, the emission wavelengths of the first scintillator 1 and the second scintillator 2 in the present embodiment are different from each other. For example, the emission wavelength of the first scintillator 1 is blue, and the emission wavelength of the second scintillator 2 is green. Further, in this embodiment, the first scintillator 1 is disposed on the tip side of the second scintillator 2. However, the second scintillator 2 may be disposed on the tip side of the first scintillator 1. In this embodiment, the first scintillator 1, the second scintillator 2, and the distal end portion 511 of the first light guide 51 constitute an example of a detection element for thermal neutron flux monitoring in the present invention.
A color spectral filter 53 is disposed in the middle of the first light guide 51 (see FIG. 5). The color spectral filter 53 branches light in accordance with the wavelength. The first light guide 51 is configured to send blue light (that is, light from the first scintillator 1) separated by the color spectral filter 53 to the photomultiplier tube 31. The second light guide unit 52 is configured to send green light (that is, light from the second scintillator 2) separated by the color spectral filter 53 to the photomultiplier tube 36. That is, the light split by the filter 53 is sent to the photomultiplier tubes 31 and 36 through the corresponding light guides.
According to the monitor of the present embodiment, the light emitted from the first scintillator 1 and the light emitted from the second scintillator 2 can be counted by the counter 34 and the counter 39 and sent to the computer 40, respectively. Therefore, the thermal neutron flux can be measured as in the case of the first embodiment.
Further, according to the monitor of the second embodiment, since the first and second scintillators 1 and 2 are arranged at the tip of one first light guide 51, the measuring instrument is attached when the measurement location is narrow. There is an advantage that the work becomes easy.
In addition, the Cherenkov light countermeasure in 2nd Embodiment can be implemented with the following means, for example. Cherenkov light is blue radiation emitted when charged particles with high energy pass through a substance (dielectric) and the velocity of the particles is greater than the speed of light in the substance.
(1) The emission colors of the first scintillator 1 and the second scintillator 2 are other than blue, and the emission colors thereof are also different (for example, red and green).
(2) A filter 514 for cutting blue is provided in front of the light detection unit 3 (see the broken line in FIG. 5). The red and green colors that have passed through the filter 514 are spectrally separated by the color spectral filter 53, and light of each wavelength is detected. Thereby, the influence of Cherenkov light on thermal neutron flux measurement can be eliminated.
However, the emission color from the scintillator is generally blue, and red and green are special. Therefore, a method of shifting the wavelength of blue light emission to red or green using a wavelength shift fiber will be described with reference to FIG. In this example, a wavelength shift fiber 517 is disposed after the first scintillator 1 that emits blue light.
An isolator 518 is disposed on the rear side of the wavelength shift fiber 517. One surface (surface on the first scintillator 1 side) of the isolator 518 is a transmission surface, and the other surface (surface on the second scintillator 2 side) is a reflection surface. Thereby, the light from the second scintillator 2 is prevented from entering the wavelength shift fiber 517.
A scintillator 2 that emits green light or red light is disposed behind the isolator 518.
According to this method, the normal scintillator 1 that emits blue light can be used.
Since other configurations and advantages in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
(Third embodiment)
Next, a monitor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, 6 Li is used as the nuclide described in the first embodiment. Specifically, in this embodiment, 6 LiF powder 11 which is a compound of 6 Li is used. In this embodiment, the 6 LiF powder 11 is attached to the outer surface of the base material portion of the first scintillator 1 as shown in FIG. The 6 LiF powder 11 is white, and if it is mixed inside the first scintillator 1, the amount of light that can be taken out decreases. 6 If LiF powder 11 is attached to the surface of the first scintillator 1, it can function as a reflector, so that the light emitted from the inside of the first scintillator 1 is reflected together with the reflector arranged around it. The amount of light that can be taken out and taken out can be increased. Of course, some 6 Li compounds are transparent. Furthermore, even if the 6 Li compound is colored, it can be mixed inside the scintillator.
Since other configurations can be the same as those of the first embodiment or the second embodiment, detailed description thereof is omitted. In addition, it is preferable not to make 6 Li powder 11 adhere to the surface (lower surface in FIG. 7) from which light is extracted in the first scintillator 1.
(Fourth embodiment)
Next, a neutron survey meter according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the first scintillator 1 is disposed substantially at the center of the input section in one photomultiplier tube 31. Further, a second scintillator 2 is disposed outside the first scintillator 1. Further, a third scintillator 6 is disposed outside the second scintillator 2. Similar to the second scintillator 2, the third scintillator 6 is configured not to include the above-described nuclide.
A reflection layer (not shown) that reflects light is disposed between the scintillators so that light emitted from each scintillator can be taken out independently. In each scintillator, photomultiplier tubes 311, 312 and 313 are arranged adjacent to each other (see FIG. 8). That is, each photomultiplier tube receives light emitted from each scintillator and converts it into an electrical signal. The photomultiplier tube 311 is connected with a waveform shaping amplifier, a wave height discriminator, and a counter (not shown) similar to those described above, and can output a count value including light emission by a fast neutron beam to the computer 40. It can be done. The photomultiplier tube 312 has the same configuration as the photomultiplier tube 36 described above, and can mainly output a γ-ray count value to the computer 40. The photomultiplier tube 313 has the same configuration as that of the photomultiplier tube 31 and can output the thermal neutron flux and γ-ray count values to the computer 40.
In the survey meter of the fourth embodiment, neutrons coming from the outside are decelerated by the third scintillator 6 to become thermal neutrons, and are measured by the first scintillator 1 inside the third scintillator 6. Further, the fast neutron beam that has arrived at the third scintillator 6 from the outside is also measured by the third scintillator 6.
Furthermore, since the γ-ray has a strong transmission power, it passes through the second and first scintillators 2 and 1 with almost no attenuation. As a result, the second scintillator 2 can perform counting for γ-ray compensation.
The survey meter of this embodiment has an advantage that the doses of γ rays and neutron rays can be measured simultaneously.
In the fourth embodiment, the survey meter is configured using the monitor of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and for example, a neutron beam detection apparatus such as an area monitor or a monitoring post can be configured. As a configuration in this case, for example, the configuration shown in FIG. 8 is possible. However, it is possible to use a simple moderator instead of the third scintillator 6. Moreover, it is not necessary to detect the output from this moderator. By arranging a moderator around the first and second scintillators, fast neutrons can be converted into thermal neutrons. Furthermore, the thermal neutron flux can be measured with the first and second scintillators, and the value of the fast neutron dose can be calculated. For conversion, for example, a predetermined calibration curve may be created.
(Fifth embodiment)
Next, a monitor according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the first scintillator 1 is attached to the input unit front surface of the photomultiplier tube 31. The second scintillator 2 is attached to the front surface of the input portion of the photomultiplier tube 36. In this embodiment, the light from each scintillator is received by the photomultiplier tubes 31 and 36 without passing through the light guide path 5. The outputs of the photomultiplier tubes 31 and 36 are sent to waveform shaping amplifiers 32 and 37, respectively. Other configurations and advantages are the same as those of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
(Sixth embodiment)
Next, a monitor according to a sixth embodiment of the invention will be described. In the sixth embodiment, the second scintillator 2 includes a nuclide mixed in the first scintillator 1 at a concentration lower than that of the first scintillator, or a nuclide whose sensitivity to thermal neutrons is different from that of the first scintillator. I have. In this case, the thermal neutron flux and γ-ray dose can be calculated as follows.
The output from the first scintillator 1 is X = an + bg (a and c are sensitivity to thermal neutrons),
The output from the second scintillator 2 is expressed as Y = cn + dg (b and d are sensitivities to γ rays),
And Here, n: thermal neutron flux, g: gamma ray dose. In this example, the outputs X and Y are the numbers counted by the counter 34 or 39, respectively.
Solving these for n and g,
Figure 2005008287
It becomes. Thus, the thermal neutron flux and the γ-ray dose can be calculated from the outputs X and Y of each scintillator.
(Experimental example)
Thermal neutron flux was measured using the apparatus configuration of the first embodiment. The measurement conditions are as follows.
(Measurement condition)
First scintillator: boron-containing plastic scintillator (BC-454 manufactured by Saint-Gobain CDJ)
Second scintillator: plastic scintillator without boron (BC-408 manufactured by Saint-Gobain CDJ)
1st light guide part and 2nd light guide part: Optical fiber (Mitsubishi Rayon Co., Ltd. PM-3241-HD, length 10m, diameter 1mm)
Photomultiplier tube: H6780 by Hamamatsu Photonics
Water phantom: Water filled in an acrylic resin cylinder having a diameter of 18 cm and a height of 20 cm Under these conditions, each scintillator placed in the water phantom was irradiated with thermal neutrons from the outside of the water phantom. In order to verify the validity of the measurement, a gold wire with a diameter of 0.26 mm was used to perform measurement by a conventional gold activation method.
The results are shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 10 is the distance from the surface of the water phantom to the thermal neutron flux monitor. It can be seen that the method of the present embodiment obtains almost the same measurement results as the gold activation method. That is, according to the method of the present embodiment, accurate measurement is possible.
For comparison, measurement was performed using only the first scintillator. The results are shown in FIG. It can be seen that the measurement accuracy becomes worse as the thermal neutron flux decreases.
FIG. 12 shows the relationship between the measurement time (horizontal axis) and the count value per second (vertical axis) in this experimental example. A count value based on the first scintillator is indicated by A, and a count value based on the second scintillator is indicated by B. C = A−B represents the thermal neutron flux. The count value B is considered to represent the contribution of γ rays.
An example in which the situation of FIG. 12 is expressed in another format is shown in FIG. In this figure, the amount of light emitted from each scintillator is shown divided into channels (horizontal axis), and the count value for each channel (vertical axis) is shown. A measured value based on the first scintillator is indicated by D, and a measured value based on the second scintillator is indicated by E. F = DE represents a thermal neutron flux.
Note that the thermal neutron flux monitor of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, a light guide path other than an optical fiber may be used as the light guide path.
In addition, as specific means of each unit (including functional blocks) for realizing the embodiment, hardware, computer software, a network, a combination thereof, or any other means can be used.
Furthermore, the functional blocks may be combined and integrated into one functional block. Further, the function of one functional block may be realized by cooperation of a plurality of functional blocks.

産業上の利用の可能性Industrial applicability

本発明の熱中性子束モニタによれば、熱中性子束を安定して測定することが可能となる。  According to the thermal neutron flux monitor of the present invention, the thermal neutron flux can be stably measured.

Claims (24)

第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えており、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えておらず、前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定することを特徴とする熱中性子束モニタ。A first scintillator, a second scintillator, and a light detection unit are provided. The first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons. The second scintillator uses the nuclide as a first scintillator. The light detection unit measures thermal neutron flux based on light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator. Thermal neutron flux monitor. 前記第１シンチレータが備えている核種は１０Ｂであることを特徴とする請求項１に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to claim 1, wherein the nuclide included in the first scintillator is 10 B. 前記第１シンチレータが備えている核種は６Ｌｉであることを特徴とする請求項１に記載の熱中性子束モニタ。Thermal neutron flux monitor of claim 1, wherein the nuclear species of the first scintillator is provided is 6 Li. 前記測定に用いられる発光出力とは、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとにおける、しきい値以上の光量を有する発光回数の差分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱中性子束モニタ。4. The light emission output used for the measurement is a difference in the number of times of light emission having a light amount equal to or greater than a threshold value in the first scintillator and the second scintillator. Thermal neutron flux monitor as described. 前記第１および第２シンチレータと前記光検出部との間には、前記第１および第２シンチレータにおいて発生した光を前記検出部に導く導光路が配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。The light guide path for guiding the light generated in the first and second scintillators to the detection unit is disposed between the first and second scintillators and the light detection unit. The thermal neutron flux monitor of any one of -4. 前記導光路は、前記第１シンチレータと前記光検出部との間に配置された第１導光部と、前記第２シンチレータと前記光検出部との間に配置された第２導光部とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の熱中性子束モニタ。The light guide path includes a first light guide unit disposed between the first scintillator and the light detection unit, a second light guide unit disposed between the second scintillator and the light detection unit. The thermal neutron flux monitor according to claim 5, comprising: 前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長は、異なるものとなっており、前記導光路は、前記第１シンチレータにおいて発生した光と、前記第２シンチレータにおいて発生した光とを前記検出部に導く構成となっており、前記光検出部は、前記波長毎の発光出力に基づいて前記熱中性子束を測定することを特徴とする請求項５に記載の熱中性子束モニタ。The wavelength of light emitted from the first scintillator is different from the wavelength of light emitted from the second scintillator, and the light guide path is generated in the second scintillator and light generated in the first scintillator. The thermal neutron according to claim 5, wherein the thermal neutron flux is measured based on a light emission output for each wavelength. Bunch monitor. 前記導光路は光ファイバにより構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項請求項に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to any one of claims 5 to 7, wherein the light guide path is constituted by an optical fiber. 前記光ファイバは、その中間部において脱着可能とされていることを特徴とする請求項８に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to claim 8, wherein the optical fiber is detachable at an intermediate portion thereof. 前記第１または第２シンチレータの表面には、前記第１または第２シンチレータからの光を内側に反射し、かつ、熱中性子に対する感度を実質的に有しない反射層が備えられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。The surface of the first or second scintillator is provided with a reflective layer that reflects light from the first or second scintillator inward and has substantially no sensitivity to thermal neutrons. The thermal neutron flux monitor according to any one of claims 1 to 9. 前記第１または第２シンチレータの周囲には、外乱光を遮断し、かつ、熱中性子を透過させる光遮蔽層が備えられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。11. The light shielding layer according to claim 1, further comprising a light shielding layer that blocks disturbance light and transmits thermal neutrons around the first or second scintillator. Thermal neutron flux monitor. 前記核種は、前記第１シンチレータの内部に混入されていることを特徴とする請求項２に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to claim 2, wherein the nuclide is mixed in the first scintillator. 前記核種は、前記第１シンチレータの表面上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to claim 3, wherein the nuclide is disposed on a surface of the first scintillator. 前記第１または第２シンチレータとして、プラスチックシンチレータが用いられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to any one of claims 1 to 13, wherein a plastic scintillator is used as the first or second scintillator. 前記第１シンチレータと第２シンチレータとは、１本の導光路に接続されており、前記１本の導光路の中間部には、前記第１シンチレータからの光と、前記第２シンチレータからの光とを分離する色分光フィルタが配置されており、前記導光部は、分離されたそれぞれの前記光を前記光検出部に送る構成となっていることを特徴とする請求項７に記載の熱中性子束モニタ。The first scintillator and the second scintillator are connected to a single light guide path, and light from the first scintillator and light from the second scintillator are provided in an intermediate portion of the single light guide path. 8. The heat according to claim 7, wherein a color spectral filter for separating the light is disposed, and the light guide unit is configured to send the separated light to the light detection unit. Neutron flux monitor. 前記第１シンチレータおよび第２シンチレータの発光色は、青色以外であり、かつ、互いに異なるものとされていることを特徴とする請求項１５に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to claim 15, wherein the emission colors of the first scintillator and the second scintillator are other than blue and different from each other. 前記第１シンチレータと第２シンチレータの間に、発光波長を変換する波長シフトファイバーが配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to claim 15, wherein a wavelength shift fiber for converting an emission wavelength is disposed between the first scintillator and the second scintillator. 前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。The thermal neutron flux monitor according to any one of claims 1 to 17, wherein the second scintillator includes a nuclide whose sensitivity to the thermal neutron is different from that of the nuclide. 前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて、前記熱中性子束に加えて、さらにγ線線量を測定することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の熱中性子束モニタ。The light detection unit further measures a γ-ray dose in addition to the thermal neutron flux based on light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator. The thermal neutron flux monitor according to item 1. 第１シンチレータと第２シンチレータと導光路とを備え、前記第１シンチレータから発する光の波長と、前記第２シンチレータから発する光の波長とは、異なるものとなっており、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の先端部に配置されており、さらに、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前記導光路の延長方向に沿って縦列に配置されていることを特徴とする、熱中性子束モニタ用検出素子。A first scintillator, a second scintillator, and a light guide; the wavelength of light emitted from the first scintillator is different from the wavelength of light emitted from the second scintillator; The second scintillator is arranged at the tip of the light guide path, and the first scintillator and the second scintillator are arranged in a column along the extending direction of the light guide path. A detecting element for monitoring a thermal neutron flux. 第１シンチレータと、第２シンチレータとを用い、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えていないものであって、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて熱中性子束を測定することを特徴とする熱中性子束測定方法。A first scintillator and a second scintillator are used, the first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons, and the second scintillator includes the nuclide at a concentration lower than that of the first scintillator. A thermal neutron flux measurement method characterized in that a thermal neutron flux is measured on the basis of light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator, which are or are substantially not provided. 第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部とを備えており、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えておらず、前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を測定する中性子サーベイメータであって、さらに第３シンチレータを備え、前記第１シンチレータおよび前記第２シンチレータは、前記第３シンチレータの内側に配置されており、前記第３シンチレータは、外部から前記第１シンチレータに到達する中性子に対する減速材となっており、前記光検出部は、前記第３シンチレータからの発光出力を検出することにより、前記第３シンチレータに照射された速中性子線線量を計測するように構成されていることを特徴とする中性子サーベイメータ。A first scintillator, a second scintillator, and a light detection unit are provided. The first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons. The second scintillator uses the nuclide as a first scintillator. The light detection unit is a neutron survey meter that measures a neutron dose based on the light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator, And a third scintillator, wherein the first scintillator and the second scintillator are disposed inside the third scintillator, and the third scintillator includes a moderator for neutrons that reach the first scintillator from the outside. And the light detector detects the light emission output from the third scintillator, thereby 3 neutron survey meter, characterized in that it is configured to measure the speed neutron dose irradiated to the scintillator. 第１シンチレータと、第２シンチレータと、光検出部と、減速材とを備え、前記第１シンチレータは、熱中性子と核反応を起こす核種を備えており、前記第２シンチレータは、前記核種を第１シンチレータよりも少ない濃度で備えているか、あるいは実質的に備えておらず、前記光検出部は、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータの発光出力に基づいて中性子線量を計測する構成となっており、前記減速材は、速中性子を熱中性子に減速するものであり、かつ、前記減速材は、前記第１および第２シンチレータの周囲に配置されていることを特徴とする中性子線計測装置。A first scintillator, a second scintillator, a light detection unit, and a moderator; the first scintillator includes a nuclide that causes a nuclear reaction with thermal neutrons; and the second scintillator includes the nuclide. It is provided with a concentration lower than one scintillator or substantially not provided, and the light detection unit is configured to measure a neutron dose based on light emission outputs of the first scintillator and the second scintillator. The moderator is a device for decelerating fast neutrons into thermal neutrons, and the moderator is disposed around the first and second scintillators. 前記第２シンチレータは、前記熱中性子に対する感度が前記核種とは異なる核種を備えていることを特徴とする請求項２３に記載の中性子線計測装置。The neutron beam measurement apparatus according to claim 23, wherein the second scintillator includes a nuclide whose sensitivity to the thermal neutron is different from the nuclide.
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