WO2006095659A1

WO2006095659A1 - 中性子検出装置及び中性子イメージングセンサ

Info

Publication number: WO2006095659A1
Application number: PCT/JP2006/304137
Authority: WO
Inventors: Kazuo Satoh; Tsutomu Yotsuya; Takekazu Ishida; Shigehito Miki
Original assignee: Japan Science And Technology Agency; Osaka Prefectural Government; Osaka Prefecture University Public Corporation
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2006-09-14
Also published as: EP1862822A1; CA2600414A1; CN101171530B; JPWO2006095659A1; US7767965B2; CA2600414C; JP4669996B2; CN101171530A; US20090072141A1

Abstract

　簡単な装置構成の変更で感度及び時間分解能の調節が可能な中性子検出装置を提供する。　少なくとも一方の表面が誘電体材料１１で形成された基材１０と、表面上に形成される超伝導材料のストリップライン２と、ストリップライン２の両端部分に形成された電極部１とを有する超伝導素子２０と、ストリップライン２中の超伝導元素と中性子との核反応による発熱を、ストリップライン２の抵抗値の変化で測定する抵抗測定手段と、ストリップライン２が形成された表面とは反対側の基材の裏面部に、核反応による発熱の放熱性を調節する放熱調節手段５とを有する中性子検出素子部を複数備え、中性子検出素子部間で放熱性を互いに異ならせている。

Description

明細書

中性子検出装置及び中性子イメージングセンサ

技術分野

[0001] 本発明は、複数の中性子検出素子部を備える中性子検出装置及び中性子ィメージングセンサに関する。

背景技術

[0002] 従来から、超伝導転移温度の高い材料を利用した装置の開発が行われている。超伝導転移温度の高い超伝導材料として、超伝導転移温度が 39Kである MgBが知ら

2 れている。そして、例えば、 ^1QBを構成材料として含むエネルギギャップの大きな ^1QBを濃縮した MgBを中性子検出プレートとし、この検出プレートに、中性子が入射した際

2

発生する α線により発生するフオノンを検出するように構成されたものがある（例えば、特許文献 1を参照)。

[0003] また、シンチレ一タ板を用いて中性子を二次元的に検出することのできる中性子ィメージングセンサも提案されている。このような中性子イメージングセンサは、中性子が入射した際に発光するシンチレータ板と、シンチレータ板に面して二次元的に設けられた波長シフトファイバとを備えることで、二次元的な中性子検出が可能となっている (例えば、特許文献 2を参照)。

特許文献 1 :特開 2003— 14861号公報

特許文献 2：特開 2002— 71816号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 従来の中性子検出装置は、単純に中性子を検出することを目的とした汎用的なものである。したがって、検出感度を犠牲にしても時間分解能が必要な用途や、時間分解能を犠牲にしても検出感度が必要な用途など、様々な用途に応じて構成されたものではない。

本願に係る中性子検出装置の用途としては、例えば、中性子回折を用いて物質の構造を解析するために用いる場合等がある。この用途にあっては、低強度の中性子源を用いて長時間の観測を行うとき、時間分解能は低くても検出感度の高い中性子検出装置が必要になる。また、高強度の中性子源を用いて短時間の観測を行うとき、中性子源自体が高強度であることから検出感度が低くても良ぐ時間分解能が高い中性子検出装置が必要になる。

[0005] このように従来の中性子検出装置では、中性子検出の高感度及び高時間分解能といった用途に合ったものではなぐどのような構成にすれば簡単に中性子検出の高感度及び高時間分解能を実現できるかについても不明である。また、中性子検出を二次元的に行うことも求められる力二次元的な中性子検出を良好な感度及び時間分解能で実施できて、な、と、う問題もある。

[0006] 本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な装置構成の変更で感度や時間分解能の調節が可能な中性子検出装置及び中性子イメージングセンサを提供する点にある。

課題を解決するための手段

[0007] 上記目的を達成するための本発明に係る中性子検出装置の特徴構成は、少なくとも一方の表面が誘電体材料で形成された基材と、前記表面上に形成される超伝導材料のストリップラインと、前記ストリップラインの両端部分に形成された電極部とを有する超伝導素子と、前記ストリップライン中の超伝導元素と中性子との核反応による発熱を、前記ストリップラインの抵抗値の変化で測定する抵抗測定手段と、前記ストリップラインが形成された前記表面とは反対側の前記基材の裏面部に、前記核反応による発熱の放熱性を調節する放熱調節手段とを有する中性子検出素子部を複数備え、前記中性子検出素子部間で、前記放熱性を互いに異ならせている点にある。

[0008] 上記特徴構成によれば、放熱調節手段が、ストリップライン中の超伝導元素と中性子との核反応による発熱の放熱性を調節するように構成されている。放熱調節手段によって放熱性を調節することで、核反応によって発生する熱量は同じであっても、ストリップラインの付近で滞留する熱量の大きさ、及び、滞留期間が異なってくる。そして、放熱性を良くすることで、ストリップラインの付近で滞留する熱量は小さくなるものの、熱の滞留期間が短くなるので、ストリップライン中の超伝導元素と中性子との核反応の時間分解能を向上させることができる。また、放熱性を悪くすることで、ストリツプラインの付近での熱の滞留期間が長くなるものの、滞留する熱量が大きくなるので、ストリップライン中の超伝導元素と中性子との核反応の検出感度を高くすることができる。

[0009] 更に、中性子検出素子部間で核反応による発熱の放熱性が互いに異なるので、放熱性が良いことで時間分解能に優れる超伝導素子と、放熱性が悪いことで検出感度に優れる超伝導素子とを共に有する中性子検出装置を得ることができる。

[0010] ここで、前記複数の中性子検出素子部が同一の前記基材上に設けられていると好適である。

この構成によれば、例えばシリコン基板等を前記基材として用いることで、同一基材上に半導体製造プロセスにより、中性子検出素子部を高密度に集積した中性子検出装置を得ることができる。

[0011] また、前記中性子検出素子部を 3個以上備え、前記中性子検出素子部間で前記放熱性を 3段階以上に異ならせた構成とすることもできる。

この構成によれば、 3段階以上の時間分解能及び検出感度で中性子の検出を行うことができる。したがって、検出対象の中性子の量や強度が様々に変化する場合であっても単一の装置によって適切に中性子の検出を行うことが可能となる。

[0012] また、前記基材の前記裏面部の厚さの設定により前記放熱調節手段が構成されていると好適である。

この構成によれば、例えば半導体製造プロセスにより中性子検出素子部を製造する際において、前記基材の裏面部をエッチングする深さを調節することにより、比較的容易に前記放熱調節手段を形成することが可能となる。

[0013] また、前記中性子検出素子部間で、前記基材の前記裏面部の厚さが互いに異なる構成であると好適である。

更に、前記抵抗測定手段は、前記複数の中性子検出素子部のそれぞれについて個別に抵抗値を測定する構成であると好適である。

[0014] また、前記複数の中性子検出素子部の中の一部が、前記放熱調節手段による前記放熱性を他の前記中性子検出素子部より良くして時間分解能を向上させた分解能優先型の中性子検出素子部である構成であると好適である。また、前記複数の中性子検出素子部の中の一部が、前記放熱調節手段による前記放熱性を他の前記中性子検出素子部より悪くして感度を向上させた感度優先型の中性子検出素子部である構成であると好適である。

[0015] これらの構成によれば、時間分解能に優れる超伝導素子と検出感度に優れる超伝導素子とを共に有する中性子検出装置を得ることができる。したがって、検出対象の中性子の量や強度が変化する場合であっても単一の装置によって適切に中性子の検出を行うことが可能となる。

[0016] また、前記超伝導材料が MgBを含み、前記ストリップライン中の ^1C)Bが中性子と核

2

反応するように構成されて、ると好適である。

[0017] この構成によれば、ストリップラインを構成する超伝導材料が、高ヽ温度で超伝導転移温度を示す MgBを含むので、ストリップラインを冷却するための冷却装置を大

2

規模なものとする必要がな、利点がある。

[0018] また、前記ストリップラインカアンダ形状に形成されていると好適である。

[0019] この構成によれば、ストリップラインカアンダ形状に形成されるので、細幅のストリツプラインが面状に形成されることになる。その結果、ストリップラインを構成する超伝導材料と中性子とが核反応する確率を高めることができる。

[0020] 上記目的を達成するための本発明に係る中性子イメージングセンサの特徴構成は

、上記の構成を備える中性子検出素子部を複数個アレイ状に並べて配置した点にある。

[0021] この特徴構成によれば、中性子検出素子部がアレイ状に二次元的に並べて配置されるので、二次元的に広い範囲に渡って、中性子を高い検出感度及び高い時間分解能で検出することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0022] 本願に係る中性子検出装置は、複数の中性子検出素子部 21を備えて構成される

。よって、先ず、単一の中性子検出素子部 21の構成から説明する。

図 1に示すのは、超伝導素子 20を有する中性子検出素子部 21の概略図であり、図 2に示すのは、図 1の線分 A— Aにおける縦断面図である。

[0023] 図 1及び図 2に示すように、超伝導素子 20は、少なくとも一方の表面が誘電体材料で形成された基材 10と、その表面上に形成される MgBを含む超伝導材料のストリツ

2

プライン 2と、そのストリップライン 2の両端部分に形成された電極部 1とを有する。そして、ストリップライン 2中の ^1GBと中性子とが核反応すると、その核反応による発熱によつて、上記ストリップライン 2に抵抗値の変化が現れることになる。ストリップライン 2の抵抗値の変化は、電流部 16が、ストリップライン 2を超伝導転移温度: Tc付近又はそれ以下の温度に冷却した状態で上記電極部 1間に電流を流し、電圧部 17が、ストリップライン 2の電位差を測定することで、信号処理部 18によって導出される。或いは、電圧部 17が、上記ストリップライン 2を超伝導転移温度: Tc付近又はそれ以下の温度に冷却した状態で上記電極部 1間に定電圧を印加し、電流部 16が、ストリップライン 2の電流を測定することで、信号処理部 18によって導出される。よって、電流部 16 、電圧部 17及び信号処理部 18が抵抗測定手段として機能する。

[0024] 図 3に示すのは、ストリップライン 2を形成する前の MgBの温度と抵抗値との関係を

2

示す図である。

ストリップライン 2の超伝導材料は、超伝導転移温度: Tc以下では電気抵抗がほぼ零となり、熱エネルギの影響を受けて温度が ATcだけ上昇して超伝導転移温度: Tc 以上になると、電気抵抗: R が生じる。また、ストリップライン 2の超伝導材料を冷却し

N

て超伝導転移温度: Tc以下になると、再び電気抵抗がほぼ零となる。例えば、ストリツプライン 2を超伝導転移温度: Tc以下に冷却して、る状態にぉ、て、ストリップライン 2中の ^1GBと中性子とが核反応することで発熱があったときには、再びストリップライン 2 が超伝導転移温度: Tc以下になるまで電気抵抗が生じることになる。つまり、ストリツプライン 2の抵抗値を測定することで、ストリップライン 2中の ^1GBと中性子とが核反応したか否かを検出できる。言い換えると、ストリップライン 2の抵抗値を測定することで、中性子の検出を行うことができる。

[0025] また図 2に示すように、この超伝導素子 20では、ストリップライン 2が形成された表面とは反対側の基材 10の裏面部に、上述の核反応による発熱の放熱性を調節する放熱調節手段 5が設けられている。図 3に示す、ストリップライン 2における温度と抵抗値との関係力分力るように、ストリップライン 2における核反応によって発熱が生じると、ストリップライン 2の温度が上昇して抵抗値が上昇する。そして、核反応による熱が放熱されると、ストリップライン 2の温度が低下して抵抗値が減少する。つまり、放熱調節手段 5によって、ストリップライン 2において発生した熱の放熱性が良くなるように調節すると、核反応による熱が素早く放熱されてストリップライン 2の温度も素早く低下するため、中性子検出の時間分解能が向上する。また、放熱調節手段 5によって、ストリツプライン 2におヽて発生した熱の放熱性が悪くなるように調節すると、核反応〖こよる熱が局所的に滞留してストリップライン 2の温度も長時間上昇し易くなるため、中性子検出の感度が向上する。

[0026] 次に、図 4から図 10を参照して、図 1及び図 2に例示した超伝導素子 20の製造ェ程について説明する。

図 4に示すのは、超伝導素子 20の基材 10となる構造である。この基材 10は、 Si層 13 (厚さ400 111)の両面を310層 12、 14 (厚さ 300nm)で挟んだ構造の上に、 Si

2

N層 11 (厚さ 1 m)を成膜したものである。よって、 SiO層 12及び SiN層 11の積層

2

構造力ストリップライン 2の熱を下方に通過させて放熱させるメンブレン層として作用する。

[0027] 次に、図 5に示すように上記 SiN層 11上に、超伝導材料である MgB層（厚さ 170η

2

m)を成膜する。この MgB層はスパッタリングにより形成され、 ^1GBを主に含んでいる

2

。この MgB層の一部がストリップライン 2となる。そして、図 6に示すように、 MgB層

2 2 を図 1に示すようなメアンダ形状にエッチングする。このとき、 MgB層上に形成したレ

2

ジストを電子線描画し、 ECRプラズマによるエッチングによって、図 1に示すような線幅が及び線間隔が約 1 mのメアンダ形状が得られる。次に図 7に示すように、 MgB 層を保護するための保護層（SiO) 3を形成する。この保護層 3を形成するのは、スト

2

リップライン 2を構成する超伝導材料が常温の空気中で自然酸化して超伝導特性が劣化することを防止するためである。その後、図 1に示す電極部 1を作製するために、保護層 3を部分的にエッチングして MgB層を露出させる。そして、 MgB層の露出

2 2 部分に電極材料を堆積させることで図 8に示す構造が得られる。

以上のようにして、中性子検出素子部 21を構成する超伝導素子 20において、中性子を検出する側である基材 10の表面側の構造が作製される。

[0028] 次に、図 2、図 9及び図 10を参照して、基材 10の裏面部の構造について説明する。上述したように、ストリップライン 2が形成された表面とは反対側の基材 10の裏面部には、ストリップライン 2中の超伝導元素と中性子との核反応による発熱の放熱性を調節する放熱調節手段 5が設けられている。図 9に示すのは、図 8に示した構造の表面側及び裏面部にレジスト層 15を塗布した後、裏面部に塗布されたレジスト層 15の一部分を除去してマスクを形成した状態を示す。このとき、表面側にもレジスト層 15を塗布するのは、後のエッチング工程において基材 10の表面側に形成された保護層 3、電極部 1、ストリップライン 2が損傷を受けないようにするためである。

[0029] 図 10に示すのは、図 9に示した裏面部の SiO層 14の一部をエッチングにより除去

2

した構造である。このエッチング工程は、反応性イオンエッチング (RIE: Reactive Ion Etching)等のドライエッチングや BHF溶液を用いたウエットエッチングにより行うことができる。その後、図 9のように窓部分が空いた Si層 13を EDP (エチレンジァミンピロ力テコール)を用いた異方性ウエットエッチングで除去する。その結果、図 2に示したような基材 10の裏面部に Si層 13が取り除かれた凹部が形成されることになる。このとき、 Si層 13がエッチングによって除去される範囲は、基材 10の表面側にメアンダ形状のストリップライン 2が形成された範囲に対応する。

以上のようにして、図 1及び図 2に示したような超伝導素子 20を形成することができる。

[0030] 次に、上述した超伝導素子 20を備える中性子検出素子部 21の特性について説明する。

図 1に示したように、電極部 1間には、ストリップライン 2に電流を流すことができる電流源、又は、流れる電流を測定することができる電流計として用いることができる電流部 16と、ストリップライン 2に電圧を印加することができる電圧源、又は、生じている電位差を測定することができる電圧計として用いることができる電圧部 17とが接続されている。また、電流部 16及び電圧部 17で得られた電流値及び電位差に基づいてストリップライン 2の抵抗値を導出することのできる抵抗測定手段が設けられて、る。従つて、抵抗測定手段は電流部 16、電圧部 17及び信号処理部 18を用いて実現可能である。

[0031] 後述する本発明の中性子検出装置において、中性子検出素子部 21の基材 10の裏面部の厚さ、すなわち本例では、 Si層 13をエッチングすることにより設定される Si N層 11、 SiO層 12及び Si層 13 (但し、 Si層 13の厚さはゼロにすることも可能である

2

。）の厚さは、エッチング深さを調節することで適宜変更可能である。そして、 S環 13 の厚さを変えることで、ストリップライン 2における核反応による発熱の放熱性を変化させることができる。ここでは基材 10の裏面部の厚さ（図 14における tl及び t2)の設定により放熱調節手段 5が構成されている。そして、基材 10の裏面部を厚くすることで前記放熱性を良くし、基材 10の裏面部を薄くすることで前記放熱性を悪くすることができる。すなわち、基材 10の裏面部を厚くすると、その裏面部によって奪い取られるストリップライン近傍の熱量が多くなる。その結果、核反応によって発生する熱量のうち、ストリップラインの付近で滞留する熱量は小さくなるものの、熱の滞留期間を短くして放熱性を良くすることができる。これにより、ストリップライン中の超伝導元素と中性子との核反応の時間分解能を向上させることができる。一方、基材 10の裏面部を薄くすると、その裏面部によって奪い取られるストリップライン近傍の熱量が少なくなる。その結果、核反応によって発生する熱量のうち、ストリップラインの付近での熱の滞留期間は長くなり放熱性が悪くなるものの、滞留する熱量を大きくすることができる。これにより、ストリップライン中の超伝導元素と中性子との核反応の検出感度を高くすることができる。

[0032] 図 11に示すのは、中性子検出素子部 21の動作例を説明するグラフである。具体的には、電流部 16におヽて定電流を流しながら電圧部 17で電圧 (電位差)を測定した結果であり、特性 Aは放熱調節手段 5の放熱性を良くしたときの結果、及び、特性 Bは放熱調節手段 5の放熱性を悪くしたときの結果である。具体的には、図 14における tl又は t2で示す部分に相当する基材 10の裏面部の厚さについて、特性 Aはその厚さを 380〔 μ m〕としたとき、特性 Bはその厚さを 100〔 μ m〕としたときの結果である。図 11から分力るように、特性 Aでは、検出される電圧の絶対値は小さくなるものの、電圧が検出されている期間は短くなり、時間分解能が向上していると言える。また、特性 Bでは、電圧が検出されている期間は長くなるものの、検出される電圧の絶対値は大きくなり、検出感度が向上していると言える。

[0033] また、図 12は、基材 10の裏面部の厚さと出力信号の減衰期間との関係を示すダラフである。また、図 13は、基材 10の裏面部の厚さと出力信号ピーク電圧との関係を示すグラフである。これらのグラフに示されるように、基材 10の裏面部の厚さが厚いほど出力信号の減衰時間が短ぐ時間分解能に優れた特性を示すことが分かる。一方、基材 10の裏面部の厚さが薄いほど出力信号のピーク電圧が大きぐ検出感度に優れた特性を示すことが分かる。なお、これらのグラフにおいて、 2つの黒丸の点は実測値であり、破線はこれらの関係の推測値を示して、る。

図 14に示す中性子検出装置は、上述したものと同様の構成の 2個の中性子検出素子部 21a、 21bを同一の基材 10上に備えている。そして、これらの中性子検出素子部 21a、 21b間で、基材 10の裏面部の厚さを互いに異ならせることにより、ストリツプライン 2における核反応による発熱の放熱性を互いに異ならせて構成されている。具体的には、図 14において、右側の中性子検出素子部 21aは、基材 10の裏面部の厚さ tlが左側の中性子検出素子部 21bの基材 10の裏面部の厚さ t2より厚く構成されている（tl >t2)。これにより、右側の中性子検出素子部 21aは、放熱調節手段 5 による放熱性を左側の中性子検出素子部 21bより良くして時間分解能を向上させた分解能優先型の中性子検出素子部 21となっている。すなわち、この右側の中性子検出素子部 21aの放熱調節手段 5は、基材 10の裏面部の厚さ tlの設定により時間分解能を調節する時間分解能調節部 7として機能する。一方、左側の中性子検出素子部 21bは、基材 10の裏面部の厚さ t2が右側の中性子検出素子部 21aの基材 10 の裏面部の厚さ tlより薄く構成されている。これにより、左側の中性子検出素子部 21 bは、放熱調節手段 5による放熱性を右側の中性子検出素子部 21aより悪くして感度を向上させた感度優先型の中性子検出素子部 21となっている。すなわち、この左側の中性子検出素子部 21bの放熱調節手段 5は、基材 10の裏面部の厚さ t2の設定により感度を調節する感度調節部 8として機能する。なお、これらの 2個の中性子検出素子部 21a、 21bは、基材 10の裏面部の厚さ tl、 t2以外の構造は互いに同じである図 14に示す構造に形成することで、中性子検出装置は、分解能優先型の中性子検出素子部 21aによる時間分解能に優れた中性子検出と、感度優先型の中性子検出素子部 21bによる検出感度に優れた中性子検出との双方を行うことができる。 [0035] 図 15に示すのは上記中性子検出素子部 21を二次元的に複数個アレイ状に並べて配置した中性子イメージングセンサ 30の概略図である。この中性子イメージングセンサ 30は、ストリップライン 2における核反応による発熱の放熱性を変化させたときの抵抗変化によって発生した電流信号又は電圧信号を出力する複数の中性子検出素子部 21と、その信号を転送する垂直転送用 CCD22及び水平転送用 CCD23とで構成されて!/、る。図 14に示したように複数の中性子検出素子部 21間で放熱性は互、に異なっている。各中性子検出素子部 21の構成は図 1に示したものと同様である。したがって、電流部 16、電圧部 17及び信号処理部 18は、複数の中性子検出素子部 2 1のそれぞれに個別に設けられて抵抗値を測定する構成となっている。そして、信号処理部 18は、ノイズフィルタ、増幅器などを用いて電流信号又は電圧信号を検出し、電流信号又は電圧信号が検出されると、その信号強度に拘わらずに一定時間の間、一定の電流を出力する。これにより、垂直転送用 CCD22に電荷が蓄積される。或いは、信号処理部 18は、ノイズフィルタを介して電流信号又は電圧信号を検出し、その信号強度に拘わらずに一定の信号強度に増幅して、一定時間の間、一定の電流を出力する。これにより、垂直転送用 CCD22に電荷が蓄積される。そして、垂直転送用 CCD22に蓄積された電荷は、水平転送用 CCD23へと転送され、最終的に二次元イメージを表すデータとして出力される。その結果、二次元的な中性子検出が可能となる。なお、この中性子イメージングセンサ 30を構成する複数の中性子検出素子部 21、垂直転送用 CCD22、及び水平転送用 CCD23は、同一の基材 10上に設けられた構成とすると好適である。

[0036] 図 16に示すのは、上記中性子検出素子部 21を二次元的に複数個アレイ状に並べて配置した中性子イメージングセンサ 30であって、中性子検出素子部 21間で放熱性を 4段階に異ならせている場合の配置を示す説明図である。図中において、異なる模様のノ、ツチングが施されている中性子検出素子部 21は、異なる放熱性を有している。したがって、この中性子イメージングセンサ 30は、 4段階の時間分解能及び検出感度で中性子の検出を行うことができる。本例では、 2行 2列に配置された 4個の放熱性の異なる中性子検出素子部 21を一組の検出ユニット 24として、複数組の検出ユニット 24を二次元的に配置して中性子イメージングセンサ 30を構成している。なお、中性子検出素子部 21間で放熱性を複数段階に異ならせて構成する場合、それを 2段階又は 3段階とし、或いは 5段階以上とすることも可能である。これらの場合において、各段階の中性子検出素子部 21の配置に関して、同じ段階の放熱性を有する中性子検出素子部 21同士が偏って配置されないようにすると好適である。

[0037] <別実施形態 >

< 1 >

上記実施形態において、図示した超伝送素子の材料、形状、寸法、電極部 10の配置などは改変してもよい。例えば、上記実施形態では、超伝導材料としての MgBを

2 含むストリップライン 2を形成した力 Nb、 NbNなどの超伝導材料上又は超伝導材料下に ^1C)B薄膜を含む化合物薄膜を蒸着したメアンダ形状のストリップラインを形成してもよい。また上記実施形態では、超伝導材料として MgBを含み、前記ストリップライ

2

ン 2中の ^1GBが中性子と核反応する例を示した力これら二つの組合せの以外の組合せであってもよい。

また更に、ストリップライン 2の下方に位置する基材 10を構成する各層の厚さや、基材 10を構成する層の数などを変更してもよい。また、ストリップライン 2を、図 1に示したようなメアンダ形状に描、たが、単なる直線などの他の形状に改変してもよ、。

[0038] < 2>

上記実施形態では、図 2及び図 14に示したように、 Si層 13をエッチングすることで形成した凹部の深さの設定により放熱調節手段を実現して!/、たが、他の構成で実現してもよい。例えば、エッチングすることで形成した凹部に熱伝導性の良い又は悪い物質を堆積させるなどして埋め込むことで、ストリップライン 2における核反応による発熱の放熱性を調節してもよ、。

[0039] < 3 >

上記実施形態では、ストリップライン 2の熱を下方に通過させて放熱させるメンブレン層が、 SiO層 12及び SiN層 11の積層構造によって形成される例について説明し

2

た力メンブレン層の構造はこれに限定されない。例えば、 Si層 13上に SiO層 12又

2 は SiN層 11を成膜した単層構造のメンブレン層を形成し、その上にストリップライン 2 を形成してもよい。或いは、メンブレン層を 3層以上の多層構造としてもよい。また、メンブレン層を構成する材料は、上述した SiO及び SiN以外の材料でもよい

2 産業上の利用可能性

[0040] 本発明の中性子検出装置及び中性子イメージングセンサは、例えば原子炉内における中性子検出や、中性子回折を用いた物質の構造解析などに利用できる。

図面の簡単な説明

[0041] [図 1]中性子検出素子部の概略的な斜視図

[図 2]図 1の線分 A— Aにおける縦断面図

[図 3]ストリップラインにおける温度と抵抗値との関係を示す図

[図 4]超伝導素子の製造工程を説明する図

[図 5]超伝導素子の製造工程を説明する図

[図 6]超伝導素子の製造工程を説明する図

[図 7]超伝導素子の製造工程を説明する図

[図 8]超伝導素子の製造工程を説明する図

[図 9]超伝導素子の製造工程を説明する図

[図 10]超伝導素子の製造工程を説明する図

[図 11]中性子検出素子部の動作例を説明するグラフ

[図 12]基材の裏面部の厚さと出力信号の減衰期間との関係を示すグラフ

[図 13]基材の裏面部の厚さと出力信号ピーク電圧との関係を示すグラフ

[図 14]中性子検出装置の縦断面図

[図 15]中性子イメージングセンサの模式図

[図 16]中性子イメージングセンサにおける中性子検出素子部の配置説明図符号の説明

[0042] 1 電極部

2 ストリップライン

5 放熱調節手段

10基材

11 SiN層（誘電体材料）電流部 (抵抗測定手段）電圧部 (抵抗測定手段）信号処理部 (抵抗測定手段) 超伝導素子

中'性子イメージングセンサ

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも一方の表面が誘電体材料で形成された基材と、前記表面上に形成される超伝導材料のストリップラインと、前記ストリップラインの両端部分に形成された電極部とを有する超伝導素子と、

前記ストリップライン中の超伝導元素と中性子との核反応による発熱を、前記ストリツプラインの抵抗値の変化で測定する抵抗測定手段と、

前記ストリップラインが形成された前記表面とは反対側の前記基材の裏面部に、前記核反応による発熱の放熱性を調節する放熱調節手段とを有する中性子検出素子部を複数備え、

前記中性子検出素子部間で前記放熱性を異ならせている中性子検出装置。

[2] 前記複数の中性子検出素子部が同一の前記基材上に設けられている請求項 1記載の中性子検出装置。

[3] 前記中性子検出素子部を 3個以上備え、前記中性子検出素子部間で前記放熱性を 3段階以上に異ならせている請求項 1記載の中性子検出装置。

[4] 前記基材の前記裏面部の厚さの設定により前記放熱調節手段が構成されて、る請求項 1記載の中性子検出装置。

[5] 前記中性子検出素子部間で、前記基材の前記裏面部の厚さが互いに異なる請求項 1記載の中性子検出装置。

[6] 前記抵抗測定手段は、前記複数の中性子検出素子部のそれぞれについて個別に抵抗値を測定する請求項 1記載の中性子検出装置。

[7] 前記複数の中性子検出素子部の中の一部が、前記放熱調節手段による前記放熱性を他の前記中性子検出素子部より良くして時間分解能を向上させた分解能優先型の中性子検出素子部である 1記載の中性子検出装置。

[8] 前記複数の中性子検出素子部の中の一部が、前記放熱調節手段による前記放熱性を他の前記中性子検出素子部より悪くして感度を向上させた感度優先型の中性子検出素子部である 1記載の中性子検出装置。

[9] 前記超伝導材料が MgBを含み、前記ストリップライン中の Bが中性子と核反応す

2

るように構成されて、る請求項 1記載の中性子検出装置。前記ストリップラインカ^ァンダ形状に形成されてヽる請求項 1記載の中性子検出装置。

請求項 1〜10の何れか一項に記載の中性子検出素子部を複数個アレイ状に並べて配置した中性子イメージングセンサ。