WO2017170530A1 - 中性子グリッド、中性子グリッド積層体、中性子グリッド装置、および中性子グリッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

中性子グリッドは、対象物を透過する第１の中性子の少なくとも一部を透過する複数のスペーサと、対象物により散乱された第２の中性子の少なくとも一部を吸収する複数の吸収体と、を有し、スペーサおよび吸収体が第１の方向に沿って交互に配列され且つ第１の方向と交差する第２の方向に沿って延在するグリッド部と、第１の方向および第２の方向と交差する第３の方向に沿ってグリッド部を挟持し且つ第１の中性子の少なくとも一部および第２の中性子の少なくとも一部を透過する一対のカバー材と、を具備する。スペーサと吸収体との間の熱膨張係数差は±９×１０^－６／℃以内である、またはスペーサのヤング率は１００ＧＰａ以上である。

Description

中性子グリッド、中性子グリッド積層体、中性子グリッド装置、および中性子グリッドの製造方法

　実施形態は、中性子グリッド、中性子グリッド積層体、中性子グリッド装置、および中性子グリッドの製造方法に関する。

　Ｘ線やガンマ線等の放射線が物質を透過する際、当該物質の種類や形状によって吸収や散乱が異なってくる。この吸収や散乱の違いを、例えば写真やビデオ、デジタルファイル等として記録すれば、物質の破損状態、変化、充填状態等を把握することができる。Ｘ線の吸収や散乱を測定することは、一般にＸ線ではレントゲン写真として人体の内部の状態を診察する方法として用いられている。測定したい物体あるいは試料を破壊せずに内部の状態を測定するこの方法はラジオグラフィまたは非破壊放射線撮影法と呼ばれている。

　Ｘ線を用いた医療撮影では、Ｘ線発生源の焦点から一次Ｘ線が放射状に放射され、被検体に照射される。一次Ｘ線の一部は被検体で吸収され、残部は角度を変えずにそのまま減衰して被検体を透過し、受像体で記録される。一方、上記一次Ｘ線は、上記被検体に照射されるとその物質に依存して吸収の他に散乱し、散乱線である二次Ｘ線、三次Ｘ線等が一次Ｘ線と角度を変えて受像体に向かう。

　この状態で上記被検体の透過画像を得ようとする場合、上記一次Ｘ線に加えて、二次Ｘ線および三次Ｘ線等も上記受像体で記録される。従って、上記一次Ｘ線により得られる透過画像に対して、上記二次Ｘ線および三次Ｘ線等の散乱Ｘ線により得られる透過画像が重なってしまうために、鮮明な透過画像を得ることができない。

　このような観点から、通常は上記被検体と上記受像体との間にグリッド（格子）を配置し、上記二次Ｘ線および三次Ｘ線等の散乱Ｘ線を除去して鮮明な透過画像を得るようにしている。

　上記グリッド部は、上記一次Ｘ線の照射方向と略平行な方向において、Ｘ線吸収率が低いスペーサ部とＸ線吸収率が高い吸収箔とが配列され、上記照射方向と略垂直な方向において積層されてなる。上記スペーサには、例えば繊維や樹脂、木片、アルミニウム（Ａｌ）が用いられ、上記箔には鉛箔など重い元素を含む箔が用いられている。結果として、上記一次Ｘ線と角度の異なる二次Ｘ線および三次Ｘ線等の散乱Ｘ線はグリッドの鉛箔にて吸収されて除去される。

　上記グリッドは、Ｘ線源の焦点からの受像体までの距離に合わせてグリッドの角度を一次Ｘ線の角度と合わせた集束グリッド、上記一次Ｘ線が平行に照射されることを想定した平行グリッド、および中心の鉛箔と外側の鉛箔の高さが異なるテーパ付きグリッドなどがある。このようなグリッドは、ＪＩＳ　Ｚ　４９１０：２０１５ガイドとして規格の説明がある。

　Ｘ線と同様に中性子を用いて被検体の透過画像を得る方法も知られている。このような方法は、中性子ラジオグラフィあるいは中性子イメージングなどと呼ばれ、従来のＸ線またはガンマ線によるラジオグラフィでは撮影がほとんど不可能であった金属中に水素や水素原子を含む水、樹脂、油、アルコールなどを含む燃料電池およびエンジン、水素貯蔵の分野において盛んに用いられるようになってきている。これは、中性子が、質量がほぼ等しい水素等との散乱反応が顕著であり、水素を含む水、プラスチックなどに感度が高いことに起因している。また、ガドリニウム（Ｇｄ）、カドミウム（Ｃｄ）、あるいはボロン（Ｂ）など特定の中性子吸収材料の画像化にも適している。

　しかしながら、上述のように中性子を用いて被検体の透過画像を得る場合にも、Ｘ線の場合と同様に中性子の散乱が生じ、散乱した中性子による画像が上記透過画像に重なり、鮮明な透過画像を得ることができないという問題がある。ただし、Ｘ線と異なり中性子の場合には、中性子のエネルギーによって被検体の構成元素との反応が異なり、二次的に生成される中性子（散乱中性子）も異なるようになる。

　中性子発生源として原子炉を用いる中性子ラジオグラフィでは、使用される中性子は熱中性子（サーマルニュートロン）が主成分となり、そのエネルギー分布は０．０２５ｅＶ以下が主成分となる。しかしながら、上記原子炉の場合でも、上記熱中性子（ＴＮ）よりもエネルギーの高い熱外中性子（ＥＮ）や高速中性子（ＦＮ）の成分が微量に含まれる場合がある。また、中性子発生源として加速器を用いた場合は、より高いエネルギーにまで幅広く中性子が分布している。

　上述した高速中性子は、水素と反応して熱中性子に変換される。従って、中性子を用いて被検体の透過画像を得ようとする場合には、Ｘ線を用いる場合と異なり、上記被検体から新たに熱中性子が生成され、この熱中性子によって形成される画像が本来の熱中性子によって得ようとする透過画像に重なって鮮明な透過画像が得られない原因となっている。

特開２００７－１３０４６０号公報 特開２００８－２３２７３１号公報

　本発明の実施形態は、中性子、特に熱中性子を用いて被検体の透過画像を得る際に、上記透過画像のノイズの原因となる散乱された中性子を除去することを目的とする。

　実施形態の中性子グリッドは、対象物を透過する第１の中性子の少なくとも一部を透過する複数のスペーサと、対象物により散乱された第２の中性子の少なくとも一部を吸収する複数の吸収体と、を有し、スペーサおよび吸収体が第１の方向に沿って交互に配列され且つ第１の方向と交差する第２の方向に沿って延在するグリッド部と、第１の方向および第２の方向と交差する第３の方向に沿ってグリッド部を挟持し且つ第１の中性子の少なくとも一部および第２の中性子の少なくとも一部を透過する一対のカバー材と、を具備する。スペーサと吸収体との間の熱膨張係数差は±９×１０^－６／℃以内である、またはスペーサのヤング率は１００ＧＰａ以上である。

測定系の構造例を示す構成図である。 被検体の透過画像を得る方法を説明するための模式図である。 中性子グリッドの構造例を示す断面模式図である。 中性子グリッドの他の構造例を示す断面模式図である。 元素と熱中性子質量減衰係数との関係を示すグラフである。 中性子エネルギーと吸収係数との関係を示す図である。 積層体における膜厚と熱中性子の捕捉効率との関係を示す図である。 被検体の透過画像を得る他の方法を説明するための模式図である。

（中性子グリッド）
＜中性子グリッドの構成＞
　図１は、中性子ラジオグラフィ測定系の構成例を示す模式図である。図１は、中性子イメージインテンシファイア（中性子Ｉ．Ｉ．）を用いた受像体と、原子炉を用いた中性子発生源と、を用いる例を図示する。図２は、測定系を用いて被検体等の対象物の透過画像を得る方法を説明するための模式図である。図３および図４は、測定系に用いられる中性子グリッドの構造例を示す断面模式図である。

　図１に示す測定系１０は、原子炉からなる中性子発生源１１と、中性子発生源１１の中性子出射側に配置されたモデレータ１２と、コリメータ１３と、を具備する。また、図１は、コリメータ１３の中性子出射側に配置された被検体１４と、被検体１４を挟んでコリメータ１３等に対向する中性子グリッド１５および受像体（中性子Ｉ．Ｉ．）１６と、をさらに図示する。図１では、モデレータ１２からの中性子出射幅がＤとして定義され、コリメータ１３の長さがＬとして定義されている。

　中性子グリッド１５は、図３に示すように、複数のスペーサ１５１と複数の中性子吸収体１５２とを有するグリッド部と、カバー材１５３と、カバー材１５４と、を具備する。

　スペーサ１５１は、被検体１４等の対象物を透過する第１の中性子の少なくとも一部を透過することができる。中性子吸収体１５２は、上記対象物により散乱された第２の中性子の少なくとも一部を吸収することができる。

　スペーサ１５１および中性子吸収体１５２は、例えば第１の方向に沿って交互に配列されている。図１および図２から明らかなように、複数のスペーサ１５１および複数の中性子吸収体１５２の配列方向（第１の方向）は、中性子発生源１１等の線源からの中性子（第１の中性子）の少なくとも一部の照射方向（入射方向）と略垂直である。また、スペーサ１５１および中性子吸収体１５２は、例えば第１の方向と交差する第２の方向に沿って延在する。第２の方向は第１の方向と垂直に交差してもよい。さらに、スペーサ１５１および中性子吸収体１５２の少なくとも一つは、カバー材１５３からカバー材１５４に向かって互いの間隔が広がるように延在する（集束型）。これに限定されず、スペーサ１５１および中性子吸収体１５２の少なくとも一つは、図４に示すように、カバー材１５３からカバー材１５４に向かって上記照射方向と略平行に延在してもよい（平行型）。図３において、第１の方向におけるスペーサ１５１の幅はｄとして定義され、第１の方向における中性子吸収体１５２の幅はＤとして定義され、カバー材１５３とカバー材１５４との間隔（グリッド部の厚さ）はｈとして定義され、中性子グリッド１５の中心軸はＩ－Ｉとして定義されている。

　実施形態の中性子グリッドは、中性子、特に熱中性子を用いて被検体の透過画像を得る際、上記被検体と受像体との間に、その構成要素であるスペーサおよび中性子吸収体が上記中性子の照射方向と略平行に延在するように配置される。この場合、上記スペーサと上記中性子吸収体との配列方向は、上記中性子の照射方向と略垂直である。

　“略平行”および“略垂直”の用語は、中性子が点線源Ｏから照射される場合を考慮して定義される。すなわち、点線源Ｏから照射される中性子は被検体１４に放射状に照射され、中性子グリッド１５に放射状に入射する。この場合、被検体１４の中心部を透過する中性子は中性子グリッド１５に対してほぼ垂直に入射するが、被検体１４の端部を透過する中性子は中性子グリッド１５に対して所定の角度で入射する。

　中性子グリッド１５に対して所定の角度で入射する中性子を考慮する場合、複数のスペーサ１５１および複数の中性子吸収体１５２の配列方向は、上記中性子の照射方向と必ずしも垂直とはならず、各スペーサおよび各中性子吸収体も、上記中性子の照射方向と必ずしも平行には延在しないので、このような場合も“略平行”および“略垂直”に含まれる。

　中性子吸収体１５２の熱中性子質量減衰係数は、スペーサ１５１の熱中性子質量減衰係数の１００倍以上に大きい。これにより、中性子は、スペーサ１５１を透過するが、中性子吸収体１５２を透過せずに中性子吸収体１５２に吸収されやすくなる。

　スペーサ１５１および中性子吸収体１５２の配置条件と物理条件とを満足することによって、中性子グリッド１５は上記中性子に対して散乱する中性子（第２の中性子）を除去するためのグリッドとしての機能を奏することができる。

　一対のカバー材であるカバー材１５３およびカバー材１５４は、例えば第１の方向および第２の方向と垂直に交差する第３の方向に沿って複数のスペーサ１５１および複数の中性子吸収体１５２を挟持する。第３の方向は、第１の方向および第２の方向に垂直に交差してもよい。すなわち、カバー材１５３およびカバー材１５４は、中性子の照射方向に重畳する。

　中性子発生源（原子炉）１１で発生した高速中性子はモデレータ１２によって熱中性子に変換され、コリメータ１３によって一部が引き出されて被検体１４に照射され、被検体１４を透過した後、中性子グリッド１５を通して受像体（中性子イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．））１６にてイメージ画像として記録される。結果として、被検体１４の透過画像を受像体（中性子Ｉ．Ｉ．）１６で得ることができる。

　中性子発生源１１がコリメータ１３の存在等によって点線源Ｏを構成する場合、図２に示すように、点線源Ｏから照射された熱中性子ｎ１（第１の中性子）は、放射状に広がって被検体１４に至る。その後、熱中性子ｎ１の大部分は被検体１４を透過し、中性子グリッド１５を経て受像体１６に至る。これは、上述のように、中性子グリッド１５を構成するスペーサ１５１および中性子吸収体１５２は、熱中性子ｎ１の照射方向と略平行となるように延在する一方、その配列方向は上記照射方向と略垂直となっており、熱中性子ｎ１の一部は中性子吸収体１５２で吸収されるものの、残部の多くはスペーサ１５１を透過することに起因する。

　熱中性子ｎ１の一部は、被検体１４の表面および内部で散乱し、第２の中性子である散乱熱中性子ｎｓとなる。この散乱熱中性子ｎｓは、図２からも明らかなように、本来の熱中性子ｎ１の照射方向と異なる方向にランダムに散乱する。従って、散乱熱中性子ｎｓの、中性子グリッド１５への入射角度は、中性子グリッド１５を構成するスペーサ１５１および中性子吸収体１５２の延在方向とは略平行とはならず、また、その配列方向に対しても略垂直とはならない。よって、散乱熱中性子ｎｓは、スペーサ１５１を透過することなく、中性子吸収体１５２に斜めに入射し、吸収されることになる。結果として、受像体１６では、本来の熱中性子ｎ１による透過画像のみを得ることができ、散乱熱中性子ｎｓによる画像が上記透過画像に重なることを防止することができる。結果として、受像体１６において被検体１４の鮮明な透過画像を得ることができる。

　散乱熱中性子ｎｓは、熱中性子ｎ１が被検体１４に照射された場合のみならず、コリメータ１３等の対象物中で熱中性子ｎ１が散乱して形成される場合もある。しかしながら、このようにして形成された散乱熱中性子ｎｓも上述した原理に基づいて、中性子グリッド１５によって吸収除去され、目的とする透過画像に対してノイズとなるような画像を形成することはない。

　中性子発生源１１で発生した中性子は、モデレータ１２によって全て熱中性子に変換されるわけではなく、一部は熱外中性子や高速中性子となる。しかしながら、このような中性子も、上述した原理に基づいて、中性子グリッド１５によって吸収除去され、目的とする透過画像に対してノイズとなるような画像を形成することはない。

　中性子発生源から発生した熱中性子よりもエネルギーの高いエピサーマルニュートロンやファーストニュートロン（高速中性子）の成分が水素等と反応して熱中性子に変換された場合においても、この副次的に発生した熱中性子は、上記中性子の照射方向とは異なる方向にランダムに散乱し、上記中性子グリッドの上記中性子吸収体に所定の角度で入射して吸収されるようになる。従って、このように副次的に生成された熱中性子による画像が上記透過画像に重なることがない。

　以上のように中性子発生源から照射された本来的な中性子、すなわち熱中性子は、上記中性子グリッドの上記スペーサおよび中性子吸収体が上記中性子の照射方向と略平行に延在するようにして配置していることから、上記中性子グリッドの上記中性子吸収体で一部吸収されるものの、完全に吸収されることなく、目的とする上記被検体の透過画像を得ることができる。

＜中性子グリッドの構成材料＞
　次に、中性子グリッド１５を構成する材料について述べる。図５は、横軸を元素の原子番号、縦軸に熱中性子質量減衰係数を示している。参考のために１００ｋＶのＸ線での吸収係数を実線にて図中に示している。

　図５を参照すると、Ｌｉ、Ｂ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｍ、Ｇｄにおいて、高い熱中性子質量減衰係数を示すことが分かる。一方、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉにおいて、低い熱中性子質量減衰係数を示すことが分かる。

　スペーサ１５１の第１の熱中性子質量減衰係数に対して１００倍以上の大きさの第２の熱中性子質量減衰係数を有する中性子吸収体１５２を有する場合であっても、スペーサ１５１は、１枚当たりの厚さが１．０ｍｍ以下と薄いため反りや変形が生じ易く、複数配列されたとしても、この反りや変形により熱中性子の透過方向のバラツキが生じてしまい、一定の透過を得ることが難しく、鮮明な透過画像が得られにくい。よって、実施形態の中性子グリッドでは、構成要素のスペーサおよび中性子吸収体は反りや変形が生じにくいことが好ましい。

　そこで、中性子グリッドを構成する材料は、熱中性子質量減衰係数だけを考慮するだけでなく、スペーサ１５１の熱膨張係数と中性子吸収体１５２の熱膨張係数の差を±９×１０^－６／℃以内、またはスペーサ１５１のヤング率を１００ＧＰａ以上にするために選択されることが好ましい。これにより、スペーサ１５１と中性子吸収体１５２の反り、変形を抑制することができる。なお、スペーサ１５１の熱膨張係数と中性子吸収体１５２の熱膨張係数の差が±９×１０^－６／℃以内であり、且つスペーサ１５１のヤング率を１００ＧＰａ以上であることがより好ましい。スペーサ１５１と中性子吸収体１５２の熱膨張係数の差が±９×１０^－６／℃より大きい場合は、熱の影響による反り、変形が発生し易く、スペーサ１５１のヤング率が１００ＧＰａ未満では、熱の影響および外部応力により反り、変形が発生し易く、いずれも中性子の透過画像に対してノイズとなるような画像を形成し易い。

　表１は、熱中性子質量減衰係数が高い材料の熱膨張係数およびヤング率を示す。表２は、熱中性子質量減衰係数が低い材料の熱膨張係数およびヤング率を示す。図５および表１、表２から、スペーサ１５１は、Ｓｉ、Ｗ、およびセラミックス（Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、およびＹ_２Ｏ_３から選ばれる少なくとも一つ）の少なくとも１種の材料あるいはこの内の元素を含むことが好ましく、中性子吸収体１５２は、Ｂ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｌｉ、およびＣｄの少なくとも１種の材料あるいはこの内の元素を含むことが好ましい。また、中性子吸収体１５２として、高速中性子吸収体として用いられるＴａあるいはＴａを含む材料でも差し支えない。

　スペーサ１５１および中性子吸収体１５２は、上記に含まれる金属元素単体から構成することもできるし、上述した元素を含む限りにおいて、合金やその他の化合物とすることもできる。

　中性子吸収体１５２は、化学的に安定であって、形成時の原料の入手のし易さ、形成の容易さ等の観点から酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）、濃縮ボロンを含む炭化ボロン（^１０Ｂ_４Ｃ）、Ｂ、およびＧｄの少なくとも１つを含む膜体から構成されることが好ましい。

　図６は、ボロン（Ｂ）とガドリニウム（Ｇｄ）について中性子エネルギーに対する相対的な吸収特性を示す図である。図６は、熱中性子のエネルギー０．０２５ｅＶのときが１であると規格化したときの、冷中性子（ＣＮ）、熱中性子（ＴＮ）、熱外中性子（ＥＮ）、および高速中性子（ＦＮ）に対応する中性子エネルギーと吸収係数の相対値との関係を示している。ボロン（Ｂ）の場合、中性子による吸収は主に同位体のＢ－１０であり、Ｂ－１１はほとんど吸収しない。ガドリニウム（Ｇｄ）の場合も吸収の大きいのは同位体のＧｄ－１５７である。図６中に記載している熱中性子の吸収係数は、［ｂ］（バーン）という単位で表され、この数値が大きいほど多く吸収される。天然に存在するガドリニウム（Ｇｄ）は、Ｂ－１０と比べて約１０倍以上吸収係数が大きい。

　熱中性子よりもエネルギーの高い熱外中性子の領域よりも高いエネルギー領域では、ガドリニウム（Ｇｄ）の吸収係数はボロン（Ｂ）と比べて極端に小さくなることがわかる。従って、中性子グリッド１５として熱中性子よりも高い中性子エネルギーで使用する場合には、中性子吸収体をＢ－１０を含む材料から構成することが好ましい。逆に熱中性子以下のエネルギーの場合には、かかるエネルギー領域で吸収係数が大きいガドリニウム（Ｇｄ）が望ましい。

　カバー材１５３およびカバー材１５４は、中性子を透過し、Ｘ線およびガンマ線を透過しないような原子番号の大きい材料を含むことが好ましい。中性子が照射される空間は、一般的に中性子の他にもＸ線やガンマ線を多く含む。従って、カバー材１５３およびカバー材１５４は、Ｘ線やガンマ線によるノイズを除去することが好ましい。かかる観点より、カバー材１５３およびカバー材１５４は、例えばタングステン（Ｗ）や鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などの材料またはこれらを主成分とした合金から構成することが好ましい。

　カバー材１５３およびカバー材１５４は、アルミニウム（Ａｌ）を支持材として、この支持材上にタングステン（Ｗ）や鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などの材料またはこれらを主成分とした合金を膜状に形成する、または板状部材として貼り合わせるようにして形成することができる。軽量化のため、アルミニウム（Ａｌ）のままでも良い。

＜中性子グリッドの変形例＞
　上述した中性子グリッド１５は単独で用いることもできるが、少なくとも２以上組み合わせ、各中性子グリッド１５を構成するスペーサ１５１および中性子吸収体１５２が交差するようにして積層してグリッド積層体を構成してもよい。この場合、一方向における散乱熱中性子ｎｓの吸収除去のみならず、他方向における散乱熱中性子ｎｓの吸収除去も行うことができる。例えば、２つの中性子グリッド１５を各中性子グリッド１５を構成するスペーサ１５１および中性子吸収体１５２が互いに直交するようにすれば、Ｘ方向およびＹ方向の２方向において二次元的な散乱熱中性子ｎｓの吸収除去を行うことができる。

（中性子グリッドの製造方法）
　次に、上述した中性子グリッド１５の製造方法について説明する。

＜第１の製造方法＞
　中性子グリッド１５の第１の製造方法は、スペーサ１５１の表面に蒸着法を用いて中性子吸収体１５２に適用可能な材料を含む中性子吸収体１５２の膜体を形成する工程をスペーサ１５１毎に繰り返す工程と、スペーサ１５１および中性子吸収体１５２を第１の方向に沿って配列してグリッド部を形成する工程と、第３の方向に沿ってカバー材１５３およびカバー材１５４によりグリッド部を挟持する工程と、を具備する。

　第１の製造方法によれば、中性子吸収体１５２は膜体として形成されることになり、さらにこの膜体は上記蒸着法を用いていることに起因して構成原子が密に充填された状態となる。従って、中性子吸収体１５２中の中性子吸収に寄与する原子の数密度が大きくなり、上記膜体の厚さを小さくしても十分に散乱熱中性子等を吸収することができる。実際、上記膜体の厚さ（第１の方向における膜体の幅）を０．０１μｍ～３０μｍの範囲に設定することによって、散乱熱中性子ｎｓを少なくとも約３０％～８０％の範囲で吸収し、除去することができる。

　上記膜体の厚さが３０μｍを超えても、散乱熱中性子ｎｓの吸収および除去の割合は８０％を大きく超えて上昇することはない。従って、原料の使用効率等の観点からも、膜体として構成された中性子吸収体１５２の厚さの上限は３０μｍ程度とすることが好ましい。一方、膜体としての中性子吸収体１５２の厚さが０．０１μｍよりも小さいと、散乱熱中性子ｎｓの吸収除去の割合が減少し、中性子グリッド１５自体がその本来的な機能を発揮しない場合がある。

　図７は、アルミニウム基板上に酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）を蒸着させて得た積層体における熱中性子の捕捉効率をＨｅ－３中性子検出器で測定した結果である。酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）の理論的な密度は７．４ｇ／ｃｍ^３であるが、実験結果から実効的な密度は４ｇ／ｃｍ^３で一致している。この結果を参照すると、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）の厚さが５μｍで約３０％の捕捉（吸収）が確認され、３０μｍで８０％の捕捉（吸収）が確認される。

　図７では、上記積層体の膜面に垂直に（上記積層体の厚さ方向に対して平行に）熱中性子が入射した場合を示している。しかしながら、実際の散乱熱中性子ｎｓは、中性子グリッド１５、すなわち中性子吸収体１５２に対して斜めに入射することになるので、散乱熱中性子ｎｓに対する中性子吸収体１５２の実効的な厚さは、図７に示すような垂直入射の場合に比較して増大する。

　図７において、上記積層体における酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）の厚さ５μｍで約３０％の捕捉（吸収）が確認され、３０μｍで８０％の捕捉（吸収）が確認される場合において、実際の中性子グリッド１５における中性子吸収体１５２では、特に下限値である０．０１μｍの場合でも、散乱熱中性子ｎｓに対する実効的な厚さは５μｍ以上となるので、かかる下限値０．０１μｍにおける実際の散乱熱中性子ｎｓの吸収除去効率は３０％以上となる。

　中性子吸収体１５２の膜体の厚さを０．０１μｍ～３０μｍの範囲に設定することによって、散乱熱中性子ｎｓを少なくとも約３０％～８０％の範囲で吸収し、除去することができるとしたのは、図７から得られる上述のような考察に基づくものである。

　蒸着法を用いて中性子吸収体１５２を膜体として形成するこの方法では、例えば、上述した酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）および濃縮ボロンを含む炭化ボロン（^１０Ｂ_４Ｃ）、Ｂ、Ｇｄの少なくとも１種の材料あるいはこの内の元素を含む原料に対して蒸着を施す。蒸着法としては、真空蒸着法やスパッタリング法、ＣＶＤ法などの汎用の方法を用いることができる。

＜第２の製造方法＞
　上述した中性子グリッド１５の第２の製造方法は、粒径が１０μｍ以下の酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）および酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）、Ｇｄの少なくとも１種の材料あるいはこの内の元素を含む粉末、または粒径が１０μｍ以下の濃縮ボロンを含む炭化ボロン（^１０Ｂ_４Ｃ）および窒化ボロン（^１０ＢＮ）、Ｂの少なくとも１種の材料あるいはこの内の元素を含む粉末とバインダとを混合し、混合物を用いてスペーサ１５１上に沈降法によって中性子吸収体１５２の膜体を形成する工程をスペーサ１５１毎に繰り返す工程と、スペーサ１５１および中性子吸収体１５２を第１の方向に沿って配列してグリッド部を形成する工程と、第３の方向に沿ってカバー材１５３およびカバー材１５４によりグリッド部を挟持する工程と、を具備する。なお、中性子吸収体１５２に適用可能な材料であれば他の材料を用いて沈降法により中性子吸収体１５２の膜体を形成してもよい。

　沈降法は、公知の膜体形成方法であり、溶液内の下にスペーサ１５１を設置し、上述した酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）等の粉末を上記溶液内に分散させ、その後時間を置いて上記粉末を沈降させ、上澄み液を流してスペーサ１５１に沈降付着させる方法である。

　本方法は、スペーサ１５１をスズや鉛の合金等の低融点の物質から構成した場合に有効である。上述した蒸着法を用いるような場合は、特に真空蒸着法等の場合、基板であるスペーサ１５１を高温に加熱する必要があるが、スペーサ１５１を上述のような低融点物質から構成した場合、上記加熱によってスペーサ１５１が湾曲したり、部分的に溶けてしまったりする場合があり、目的とする中性子グリッド１５を形成することができない場合がある。

　これに対して、本方法ではスペーサ１５１に対して加熱操作を施すことがないので、スペーサ１５１を低融点物質から構成した場合においても、中性子吸収体１５２の形成時に溶解等することがない。従って、スペーサ１５１に使用可能な材料の選択性が増大する。

　ただし、本方法では、上述した蒸着法を用いて中性子吸収体１５２の膜体を形成する第１の製造方法に比較し、中性子吸収体１５２の構成原子の数密度が減少してしまう。従って、本方法では、第１の製造方法と同様の中性子吸収効率を得るべく、その厚さ（第１の方向における膜体の幅）を１００μｍ～５００μｍとする。

＜第３の製造方法＞
　上述した中性子グリッド１５を製造する第３の製造方法としては、粒径が１０μｍ以下の酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）および酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）、Ｇｄの少なくとも１種の材料あるいはこの内の元素を含む粉末、または粒径が１０μｍ以下の濃縮ボロンを含む炭化ボロン（^１０Ｂ_４Ｃ）および窒化ボロン（^１０ＢＮ）、Ｂの少なくとも１種の材料あるいはこの内の元素を含む粉末とバインダとを混合し、混合物を用いてスペーサ１５１上に印刷法によって中性子吸収体１５２の膜体を形成する工程をスペーサ１５１毎に繰り返す工程と、スペーサ１５１および中性子吸収体１５２を第１の方向に沿って配列してグリッド部を形成する工程と、第３の方向に沿ってカバー材１５３およびカバー材１５４によりグリッド部を挟持する工程と、を具備する。なお、中性子吸収体１５２に適用可能な材料であれば他の材料を用いて印刷法により中性子吸収体１５２の膜体を形成してもよい。

　本方法も、上記第２の製造方法と同様に、スペーサ１５１に対して加熱操作を施すことがないので、スペーサ１５１を低融点物質から構成した場合においても、中性子吸収体１５２の形成時に溶解等することがない。従って、スペーサ１５１に使用可能な材料の選択性が増大する。

　ただし、本方法でも、上述した蒸着法を用いて中性子吸収体１５２の膜体を形成する第１の製造方法と比較し、中性子吸収体１５２の構成原子の数密度が減少してしまう。従って、本方法では、第１の製造方法と同様の中性子吸収効率を得るべく、その厚さ（第１の方向における膜体の幅）を１００μｍ～５００μｍとする。印刷法としては、スクリーン印刷法等、公知の方法を用いることができる。

（中性子グリッド装置）
　図８は、測定系を用いて被検体等の対象物の透過画像を得る他の方法を説明するための模式図である。図８に示すように、中性子発生源１１（本例では点線源Ｏとしている）から照射された熱中性子ｎ１の照射方向と中性子グリッド１５の集束方向とがずれているような場合、熱中性子ｎ１は、スペーサ１５１および中性子吸収体１５２の延在方向と略平行に入射せずに、所定の角度で延在方法と交差して入射する。この状態では、熱中性子ｎ１が中性子グリッド１５を透過することができず、受像体１６において被検体１４（図８では図示せず）の透過画像を得ることができない。

　従って、このような場合は、中性子グリッドの１５角度並びに前後の距離を遠隔で調整できるように中性子グリッド１５を回転並びに直線駆動装置等の制御装置に取り付けて使用するようにする。これによって、当初、熱中性子ｎ１の照射方向と中性子グリッド１５の集束方向とが図８のような関係にあるような場合でも、制御装置により中性子グリッド１５の位置を調整することによって、例えば、図２に示すように中性子グリッドの中心軸Ｉ－Ｉの軸方向を熱中性子ｎ１の入射方向と一致するような位置関係に調整し、中性子グリッド１５の機能を十分に発揮させて受像体１６上に被検体１４の鮮明な透過画像を得ることができるようになる。

　以上説明したように、本発明の実施形態である中性子グリッドを用いることにより、中性子、特に熱中性子を用いて被検体の透過画像を得る際に、上記透過画像のノイズの原因となる中性子散乱線を中性子グリッドの構成要素の反り、変形による散乱もなく除去することができる。

　以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

Claims (15)

1. 　対象物を透過する第１の中性子の少なくとも一部を透過する複数のスペーサと、前記対象物により散乱された第２の中性子の少なくとも一部を吸収する複数の吸収体と、を有し、前記スペーサおよび前記吸収体が第１の方向に沿って交互に配列され且つ前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って延在するグリッド部と、
   　前記第１の方向および前記第２の方向と交差する第３の方向に沿って前記グリッド部を挟持し且つ前記第１の中性子の少なくとも一部および前記第２の中性子の少なくとも一部を透過する一対のカバー材と、
   　を具備し、
   　前記スペーサと前記吸収体との間の熱膨張係数差は±９×１０^－６／℃以内である、または前記スペーサのヤング率は１００ＧＰａ以上である、中性子グリッド。
2. 　前記熱膨張係数差は±９×１０^－６／℃以内であり、且つ前記スペーサのヤング率は１００ＧＰａ以上である、請求項１に記載の中性子グリッド。
3. 　前記第１および第２の中性子は、熱中性子を含む、請求項１に記載の中性子グリッド。
4. 　前記吸収体の熱中性子質量減衰係数は、前記スペーサの熱中性子質量減衰係数の１００倍以上である、請求項３に記載の中性子グリッド。
5. 　前記スペーサは、Ｓｉ、Ｗ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、およびＹ_２Ｏ_３から選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１に記載の中性子グリッド。
6. 　前記吸収体は、Ｂ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｌｉ、Ｃｄ、Ｔａ、Ｇｄ_２Ｏ_３、および^１０Ｂ_４Ｃから選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１に記載の中性子グリッド。
7. 　前記第１の方向における前記吸収体の幅は、０．０１μｍ以上３０μｍ以下である、請求項６に記載の中性子グリッド。
8. 　前記第１の方向における前記吸収体の幅は、１００μｍ以上５００μｍ以下である、請求項６に記載の中性子グリッド。
9. 　前記カバー材は、Ａｌ、Ｗ、Ｐｂ、およびＢｉから選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１に記載の中性子グリッド。
10. 　前記複数のスペーサおよび前記複数の吸収体の少なくとも一つは、前記第１の中性子の入射方向に沿って延在する、請求項１に記載の中性子グリッド。
11. 　前記複数のスペーサおよび前記複数の吸収体の少なくとも一つは、前記一対のカバー材の一方から他方に向かって互いに平行に延在する、請求項１に記載の中性子グリッド。
12. 　前記複数のスペーサおよび前記複数の吸収体の少なくとも一つは、前記一対のカバー材の一方から他方に向かって互いの間隔が広がるように延在する、請求項１に記載の中性子グリッド。
13. 　請求項１に記載の中性子グリッドからなる第１の中性子グリッドと、
    　請求項１に記載の中性子グリッドからなり且つ前記第１の中性子グリッドに積層された第２の中性子グリッドと、
    　を具備する、中性子グリッド積層体。
14. 　請求項１に記載の中性子グリッドと、
    　前記中性子グリッドの中心軸の軸方向を前記第１の中性子の入射方向と一致させるための制御装置と、
    　を具備する、中性子グリッド装置。
15. 　請求項１に記載の中性子グリッドの製造方法であって、
    　蒸着法、沈降法、または印刷法により前記スペーサの表面に前記吸収体を形成する工程と、
    　前記スペーサおよび前記吸収体を前記第１の方向に沿って配列して前記グリッド部を形成する工程と、
    　前記第３の方向に沿って前記一対のカバー材により前記グリッド部を挟持する工程と、を具備する、中性子グリッドの製造方法。

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