JP2957439B2 - Neutron detector - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は中性子検出器、特に複
数の反応材を用いて構成される中性子検出器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neutron detector, and more particularly, to a neutron detector constituted by using a plurality of reactants.
【0002】[0002]
【従来の技術】中性子検出器は粒子加速施設、核燃料施
設、原子炉施設などにおける放射線管理に使用されてい
る。従来最も一般的な中性子検出器の構成例は、直径3
センチメートル程度のアルミニウム等の円筒形容器に3
フッ化ほう素(BF3 )を封入し、その周囲を厚さ10
センチメートル程度のポリエチレン等の減速材で覆うも
のであった。この検出器の場合、まず入射中性子は減速
材によって減速された後、円筒形容器に入る。ここで核
反応の一種である(n,α)反応を起こし、その結果発
生するα粒子でBF3 ガスをイオン化し、これを電気信
号として観察していた。これは、中性子自身が電荷を持
たないため、イオン化という検出原理を利用したもので
ある。2. Description of the Related Art Neutron detectors are used for radiation control in particle acceleration facilities, nuclear fuel facilities, nuclear reactor facilities and the like. Conventionally, the most common configuration example of a neutron detector has a diameter of 3
3 centimeters for cylindrical containers such as aluminum
Boron fluoride (BF 3 ) is sealed, and the surrounding area is
It was covered with a moderator such as polyethylene of about a centimeter. In this detector, the incident neutrons are first decelerated by a moderator before entering the cylindrical vessel. Here, an (n, α) reaction, which is a kind of nuclear reaction, is caused, and BF 3 gas is ionized by α particles generated as a result, and this is observed as an electric signal. This utilizes the detection principle of ionization because neutrons themselves have no charge.
【0003】しかしながらこの方法の場合、減速材の厚
みのため検出器の構造が大きく(上記例の場合、全幅は
約23センチメートル)、重さも10キログラム程度と
重く、可搬性、作業性に改善の余地が残るものであっ
た。減速材を厚くとる理由は、入射中性子のエネルギー
が高くなるほど反応断面積が減少するほう素(B)の特
性にある。すなわち、円筒形容器に入射する中性子のエ
ネルギーを予め十分落とさなければ検出できないのであ
る。However, in this method, the structure of the detector is large due to the thickness of the moderator (in the case of the above example, the total width is about 23 cm), and the weight is as heavy as about 10 kg, which improves the portability and workability. There was room for it. The reason why the moderator is made thicker is the property of boron (B) that the reaction cross section decreases as the energy of the incident neutron increases. That is, the energy cannot be detected unless the energy of the neutrons incident on the cylindrical container is sufficiently reduced in advance.
【0004】特公平5−25313号公報には、こうし
た欠点を解決する中性子検出器が開示されている。この
発明(以降「先行発明」という)は本願出願人によって
先に提案されたものであり、その特徴はBF3 と水素化
合物という2種類の反応材を併用することにより、検出
器の小型化を図るものである。このとき、 1.水素化合物中からの水素原子の放出確率は、ほう素
とは逆に中性子のエネルギーが高いほど大きくなるた
め、減速材の大半が不要になる、という効果のみなら
ず、 2.中性子が水素原子に衝突したとき、(n,p)反応
によって発生する電荷量(反跳による陽子1個相当)
と、ほう素によるα粒子の電荷量(陽子2個相当)が異
なるため、2つの反応の計数比から中性子の平均エネル
ギーおよびエネルギー応答特性の異なる複数の線量等量
を同時に求めることができる、という新たな効果も生む
ものであった。ここでこの先行発明を図面によって説明
する。Japanese Patent Publication No. 25313/1993 discloses a neutron detector which solves these disadvantages. The present invention (hereinafter referred to as "the prior invention") has been previously proposed by the present applicant, by its feature of using two kinds of reaction materials that BF 3 and hydrogen compounds, the size of the detector It is intended. At this time, 1. Contrary to boron, the probability of releasing hydrogen atoms from hydrogen compounds increases as the energy of neutrons increases, so that not only the effect that most of the moderator becomes unnecessary, but also The amount of charge generated by the (n, p) reaction when a neutron collides with a hydrogen atom (equivalent to one proton due to recoil)
And the charge amount of α particles by boron (equivalent to two protons) is different, so that multiple dose equivalents with different neutron average energies and energy response characteristics can be obtained simultaneously from the counting ratio of the two reactions. It also created new effects. Here, this prior invention will be described with reference to the drawings.
【0005】図1は先行発明の概略構成図である。同図
において、球形の検出器10内部にはBF3 ガスが封入
されており、球の内面には水素化合物14が膜状に形成
されている。この膜の内側には第一電極15が設けら
れ、一方、検出器10の中心線上に芯線状の第二電極1
2が設けられている。これら2つの電極間には高圧が印
加される。出力端子13は反応によって発生した電気信
号を取り出すものである。FIG. 1 is a schematic structural view of the prior art. In the figure, BF 3 gas is sealed inside the spherical detector 10, and a hydrogen compound 14 is formed in a film on the inner surface of the sphere. A first electrode 15 is provided inside the membrane, while a core-shaped second electrode 1 is provided on the center line of the detector 10.
2 are provided. A high voltage is applied between these two electrodes. The output terminal 13 is for extracting an electric signal generated by the reaction.
【0006】この構成における検出の様子は以下の通り
である。The state of detection in this configuration is as follows.
【0007】まずエネルギーの低い低速中性子が入射す
ると、ほう素と(n,α)反応を起こしてBF3 ガスが
イオン化され、第一電極15と第二電極12の間に電流
が流れる。これが出力端子13から出力される。First, when low energy neutrons having low energy enter, a BF 3 gas is ionized by causing an (n, α) reaction with boron, and a current flows between the first electrode 15 and the second electrode 12. This is output from the output terminal 13.
【0008】一方、高速中性子が入射すると、水素化合
物中の水素原子と(n,p)反応を起こし、反跳陽子が
検出器10内に放出される。この陽子も同様にBF3 ガ
スをイオン化し、電気信号が出力端子13から出力され
る。これら2つの反応に関与する電荷量は異なるため、
弁別が可能となる。On the other hand, when fast neutrons enter, a (n, p) reaction occurs with hydrogen atoms in the hydrogen compound, and recoil protons are emitted into the detector 10. The protons similarly ionize the BF 3 gas, and an electric signal is output from the output terminal 13. Because the amounts of charge involved in these two reactions are different,
Discrimination becomes possible.
【0009】図2は弁別回路の構成を示す図である。同
図において、出力端子13から出力された電気信号は増
幅回路22で増幅された後、信号弁別回路23へ入力さ
れる。ここで信号の電圧レベルまたは波形によってα信
号(α粒子に起因する信号)とp信号(反跳陽子に起因
する信号)を弁別し、それら信号の度数をそれぞれ計数
回路24、25によって計数する。計数結果は演算処理
回路26で後述の方法によって処理され、表示部27に
出力される。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the discrimination circuit. In the figure, an electric signal output from an output terminal 13 is amplified by an amplifier circuit 22 and then input to a signal discrimination circuit 23. Here, the α signal (signal caused by α particles) and the p signal (signal caused by recoil protons) are discriminated by the voltage level or waveform of the signal, and the frequencies of these signals are counted by the counting circuits 24 and 25, respectively. The counting result is processed by the arithmetic processing circuit 26 by a method described later and output to the display unit 27.
【0010】図3は(n,α)、(n,p)反応のエネ
ルギー応答特性を示す図である。同図において横軸は入
射中性子のエネルギー、縦軸は感度で、前者は右下り、
後者は右上りの特性を示している。ここで前記計数回路
24、25それぞれの計数結果をC1、C2とすれば、
C2/C1の比は既知であるから、図3をもとに中性子
の平均エネルギーを求めることができる。例えば、C2
/C1=2となった場合、同図中のE0が求める値とな
る。従ってこうした関数を予めプログラム化し、前記演
算処理回路26で実行すればよい。FIG. 3 is a diagram showing the energy response characteristics of the (n, α) and (n, p) reactions. In the figure, the horizontal axis is the energy of the incident neutron, the vertical axis is the sensitivity,
The latter shows the characteristic of the upper right. Here, assuming that the counting results of the counting circuits 24 and 25 are C1 and C2, respectively.
Since the ratio of C2 / C1 is known, the average energy of the neutrons can be determined based on FIG. For example, C2
When / C1 = 2, E0 in FIG. Therefore, such a function may be programmed in advance and executed by the arithmetic processing circuit 26.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】以上、先行発明によれ
ば検出器の小型化と測定の効率改善が可能となった。し
かしながらこの発明についても、以下の点でさらに改善
の余地があることが判明した。As described above, according to the prior invention, it is possible to reduce the size of the detector and to improve the measurement efficiency. However, it has been found that the present invention has room for further improvement in the following points.
【0012】[課題1]検出特性の維持 従来一般的な検出器および先行発明ではBF3 等のガス
を封入する構成であったため、ガスの漏洩や高圧印加に
よる劣化を考慮する必要があった。従って長期間に渡り
一定の特性を保つ検出器が望まれた。[0012] [Problem 1] because it was configured to encapsulate a gas, such as BF 3 in maintaining a conventional common detector and the prior invention of the detection characteristics, it is necessary to consider the deterioration due to leakage and high pressure application of the gas. Therefore, a detector that maintains constant characteristics for a long period of time has been desired.
【0013】[課題2]構造の大きさ 先行発明によって良好な検出を行うための条件を実験等
によって解析したところ、検出器10の周囲に1センチ
メートル程度の減速材を設けることが望ましいことがわ
かった。このとき検出器10の球状部の直径は約5セン
チメートルであり、全体の直径は7センチメートル程度
となる。構造は小さい程用途も広がるため、可能であれ
ばさらに小型化を図りたい。[Problem 2] Size of Structure When conditions for good detection according to the prior invention are analyzed by experiments or the like, it is preferable to provide a moderator of about 1 cm around the detector 10. all right. At this time, the diameter of the spherical portion of the detector 10 is about 5 cm, and the entire diameter is about 7 cm. The smaller the structure, the wider the application, so if possible, we want to make it even smaller.
【0014】[本発明の目的]本発明は上記課題に鑑み
てなされたもので、その目的は、固体反応材を使用する
ことによって検出特性の維持を図りつつ、検出材と反応
材、さらには減速材をも同一部材で実現することによ
り、さらに小型化が可能な中性子検出器の開示にある。[Object of the present invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to maintain a detection characteristic by using a solid reactant, and to detect the reactant, the reactant and the reactant. A neutron detector that can be further downsized by realizing the moderator with the same member is disclosed.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の中性子検出器は、入射する低速中性子に対し
て核反応によって荷電粒子を放出する第一の固体反応材
と、入射する高速中性子に対して反跳作用によって荷電
粒子を放出する第二の固体反応材と、少なくとも前記第
一および第二の固体反応材を遮光する遮光材と、前記第
一および第二の固体反応材から放出される荷電粒子を検
出する検出部とを有する。In order to achieve the above object, a neutron detector according to the present invention comprises a first solid reactant which emits charged particles by a nuclear reaction with respect to an incident low-speed neutron; A second solid reactant that emits charged particles by a recoil action on neutrons, a light-shielding material that shields at least the first and second solid reactants, and the first and second solid reactants A detecting unit for detecting the charged particles emitted.
【0016】また本発明では、前記第一の固体反応材が
(n,α)反応によって荷電粒子を放出する物質で形成
され、前記第二の固体反応材が(n,p)反応によって
荷電粒子を放出する物質で形成される。Further, in the present invention, the first solid reactant is formed of a substance which emits charged particles by the (n, α) reaction, and the second solid reactant is charged particles by the (n, p) reaction. Formed of substances that release
【0017】さらに本発明では、前記第一の固体反応材
はリチウムおよびほう素よりなる群のうち少なくとも1
つの物質を含み、前記第二の固体反応材は水素化合物で
あることを特徴とする。Further, in the present invention, the first solid reactant is at least one selected from the group consisting of lithium and boron.
Wherein the second solid reactant is a hydrogen compound.
【0018】一方、本発明における前記検出部は、荷電
粒子を検出したときシンチレーション光を発するシンチ
レータと、前記シンチレーション光を電気信号に変換す
る光電変換部とを含む。On the other hand, the detection unit in the present invention includes a scintillator that emits scintillation light when charged particles are detected, and a photoelectric conversion unit that converts the scintillation light into an electric signal.
【0019】このとき、前記シンチレータはプラスチッ
クシンチレーションファイバーであり、該シンチレータ
は前記第二の固体反応材を兼ねるものである。At this time, the scintillator is a plastic scintillation fiber, and the scintillator doubles as the second solid reactant.
【0020】さらに本発明では、前記第一の固体反応材
が前記第二の固体反応材を覆う薄膜状に形成される。Further, in the present invention, the first solid reactant is formed into a thin film covering the second solid reactant.
【0021】また本発明はさらに、前記第一および前記
第二の固体反応材の外周を覆い、前記第二の固体反応材
と同一物質によって形成される中性子減速材を含むもの
である。Further, the present invention further includes a neutron moderator covering the outer periphery of the first and second solid reactants and formed of the same substance as the second solid reactant.
【0022】また本発明は、前記第一の固体反応材およ
び前記第二の固体反応材の組を複数有し、これら複数の
組を緊密に束ねるものである。Further, the present invention has a plurality of sets of the first solid reactant and the second solid reactant, and tightly bundles these sets.
【0023】このとき、前記第一の固体反応材および前
記第二の固体反応材の組の形状は三角柱、四角柱または
六角柱であり、これらの組をそれぞれ側面を緊密に接す
る状態で束ねるものである。At this time, the shape of the set of the first solid reactant and the second solid reactant is a triangular prism, a quadrangular prism or a hexagonal prism, and these sets are bundled with their side surfaces in close contact with each other. It is.
【0024】また本発明の前記光電変換部は、前記複数
の組の各組に対して設けられるものである。Further, the photoelectric conversion section of the present invention is provided for each of the plurality of sets.
【0025】[0025]
【作用】上記構成による本発明によれば、第一の固体反
応材が入射した低速中性子に対して核反応による荷電粒
子を放出する。一方、第二の固体反応材は、高速中性子
に対して反跳作用による荷電粒子を放出する。ここで、
検出部が第一および第二の固体反応材から放出される荷
電粒子を検出する。According to the present invention having the above-described structure, the first solid reactant emits charged particles due to nuclear reaction with respect to the incident low-speed neutrons. On the other hand, the second solid reactant emits charged particles due to recoil action on fast neutrons. here,
A detection unit detects charged particles emitted from the first and second solid reactants.
【0026】また本発明によれば、前記第一の固体反応
材が(n,α)反応によって荷電粒子を放出し、前記第
二の固体反応材が(n,p)反応によって荷電粒子を放
出する。According to the present invention, the first solid reactant emits charged particles by the (n, α) reaction, and the second solid reactant emits charged particles by the (n, p) reaction. I do.
【0027】ここで前記第一の固体反応材はリチウムお
よびほう素よりなる群のうち少なくとも1つの物質を含
むため、低速中性子に対する(n,α)反応が発生しや
すく、一方、前記第二の固体反応材は水素化合物である
ため、高速中性子に対する(n,p)反応が発生しやす
くなる。Here, since the first solid reactant contains at least one substance selected from the group consisting of lithium and boron, the (n, α) reaction to slow neutrons is likely to occur, while Since the solid reactant is a hydrogen compound, an (n, p) reaction to fast neutrons is likely to occur.
【0028】さらに本発明では、検出部のシンチレータ
が荷電粒子を検出したときにシンチレーション光を発
し、光電変換部がこれを電気信号に変換する。Further, in the present invention, when the scintillator of the detecting section detects charged particles, it emits scintillation light, and the photoelectric conversion section converts this into an electric signal.
【0029】ここで前記シンチレータは、プラスチック
シンチレーションファイバーであるため、高速中性子に
対する(n,p)反応が発生しやすく、前記第二の固体
反応材を兼ねることができる。Here, since the scintillator is a plastic scintillation fiber, a (n, p) reaction to fast neutrons is likely to occur, and can also serve as the second solid reactant.
【0030】一方、前記第一の固体反応材は前記第二の
固体反応材を覆う薄膜状に形成されており、ここで
(n,α)反応の結果発生するα粒子は第二の固体反応
材へ入射される。On the other hand, the first solid reactant is formed in the form of a thin film covering the second solid reactant, and α particles generated as a result of the (n, α) reaction are the second solid reactant. Incident on the material.
【0031】また本発明によれば、前記第一および前記
第二の固体反応材の外周を覆い、第二の固体反応材と同
一物質によって形成される中性子減速材が入射中性子を
減速する。According to the present invention, the neutron moderator, which covers the outer periphery of the first and second solid reactants and is formed of the same substance as the second solid reactant, slows down incident neutrons.
【0032】また本発明は、前記第一の固体反応材およ
び第二の固体反応材の組を複数有し、これら複数の組を
緊密に束ねているため、中性子が感度よく検出される。Further, the present invention has a plurality of sets of the first solid reactant and the second solid reactant, and since these sets are tightly bundled, neutrons can be detected with high sensitivity.
【0033】ここで、前記第一の固体反応材および前記
第二の固体反応材の組の形状は三角柱、四角柱または六
角柱であるため、これらの組はそれぞれ側面を緊密に接
する状態で束ねられる。Here, the shape of the set of the first solid reactant and the second solid reactant is a triangular prism, a quadratic prism or a hexagonal prism, and these bundles are bundled with their side surfaces in close contact with each other. Can be
【0034】また本発明によれば、前記光電変換部が前
記複数の組の各組に発生するシンチレーション光を独立
して電気信号に変換する。According to the present invention, the photoelectric conversion unit independently converts scintillation light generated in each of the plurality of sets into an electric signal.
【0035】[0035]
実施例1.ここで本発明の好適な実施例を適宜図面を参
照しながら説明する。Embodiment 1 FIG. Here, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
【0036】図4は実施例1に係る中性子検出器の構成
を示す図である。本発明の特徴は、2つの反応材をとも
に固体反応材で形成し、イオン化ではなく、シンチレー
ション反応によって中性子を検出する点にある。本実施
例の形状の決定に当たっては、熱中性子から14MeV
程度の高速中性子に至る広範囲の中性子を、1マイクロ
シーベルトから最悪でも10ミリシーベルト程度の感度
で検出するという条件下で算出している。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the neutron detector according to the first embodiment. A feature of the present invention is that the two reactants are both formed of solid reactants, and neutrons are detected by a scintillation reaction instead of ionization. In determining the shape of this embodiment, 14 MeV
The calculation is performed under the condition that a wide range of neutrons up to the fast neutron level is detected with a sensitivity of 1 microsievert to a worst case of about 10 millisievert.
【0037】同図において、長さ10センチメートル、
太さ1ミリメートル程度のプラスチックシンチレーショ
ンファイバー1(以下「PSF1」という)が多数緊密
に束ねられている。一例として、PSF1のコア部はポ
リスチレン、クラッド部はポリメチルメタアクリレート
(PMMA)によって構成される。各PSF1の表面に
はフッ化リチウムLiFまたはほう素B(以下「LiF
等」という)の薄膜層3が蒸着または塗布等によって形
成されている。束全体の太さは1センチメートル程度で
よい。In the same figure, the length is 10 cm,
Many plastic scintillation fibers 1 (hereinafter, referred to as “PSF1”) each having a thickness of about 1 mm are tightly bundled. As an example, the core of PSF1 is made of polystyrene, and the clad is made of polymethyl methacrylate (PMMA). Lithium fluoride LiF or boron B (hereinafter referred to as “LiF
Etc.) are formed by vapor deposition or coating. The thickness of the whole bundle may be about 1 cm.
【0038】LiF等は低速中性子に対して大きな反応
断面積を有するため、低速中性子が入射すると(n,
α)反応によってα粒子またはトリチウム( 3H)原子
核を放出する。従って本実施例では、この薄膜層3が第
一の固体反応材となる。Since LiF and the like have a large reaction cross section with respect to slow neutrons, when slow neutrons enter (n,
The α) reaction releases α particles or tritium ( 3 H) nuclei. Therefore, in this embodiment, the thin film layer 3 becomes the first solid reactant.
【0039】一方、PSF1は3つの役割を果たす。す
なわち、PSF1は荷電粒子が入射したときにシンチレ
ーション光を発するシンチレータとして作用するのみな
らず、自身が第二の固体反応材であり、さらに減速材と
しても働く。PSF1は水素を多く含む水素化合物であ
るため、主に高速中性子に対して(n,p)反応によっ
て反跳陽子を放出するとともに、反応によって中性子を
減速する効果を持つ。本実施例の構成によれば、薄膜層
3で発生するα粒子、PSF1で発生する陽子がともに
PSF1で検出される。On the other hand, PSF1 plays three roles. That is, the PSF 1 not only functions as a scintillator that emits scintillation light when charged particles are incident, but also serves as a second solid reactant and also functions as a moderator. Since PSF1 is a hydrogen compound containing a large amount of hydrogen, it mainly has the effect of emitting recoil protons to fast neutrons by the (n, p) reaction and slowing down the neutrons by the reaction. According to the configuration of the present embodiment, both α particles generated in the thin film layer 3 and protons generated in the PSF 1 are detected by the PSF 1.
【0040】束状のPSF1の一端には光電変換素子5
が取り付けられている。光電変換素子5は光電子増倍管
(PMT)またはアバランシェフォトダイオード(AP
D)等で構成され、シンチレーション光を電気信号へ変
換する。PSF1と光電変換素子5全体は遮光膜7、お
よびさらにその周囲を取り巻く厚さ1センチメートル程
度の減速材9によって覆われている。減速材9としては
ポリエチレンなどの水素化合物を採用することができ
る。なお、後述の理由により、遮光膜7としては光を十
分に反射する金属膜等を使用するものとする。One end of the bundle of PSFs 1 has a photoelectric conversion element 5
Is attached. The photoelectric conversion element 5 is a photomultiplier tube (PMT) or an avalanche photodiode (AP).
D) and the like, and converts the scintillation light into an electric signal. The PSF 1 and the entire photoelectric conversion element 5 are covered with a light-shielding film 7 and a moderator 9 having a thickness of about 1 cm surrounding the light-shielding film 7. As the moderator 9, a hydrogen compound such as polyethylene can be used. For the reason described later, a metal film or the like that sufficiently reflects light is used as the light shielding film 7.
【0041】こうして変換された電気信号については、
先行発明同様、増幅、弁別、演算処理回路等を経て最終
的に表示回路に与えられる構成とすればよい。With respect to the electric signal thus converted,
As in the prior invention, a configuration may be adopted in which the signal is finally given to the display circuit via an amplification, discrimination, arithmetic processing circuit, and the like.
【0042】以上が実施例1の中性子検出器の構成であ
る。この構成によって中性子が検出される様子をさらに
詳しく説明する。The configuration of the neutron detector according to the first embodiment has been described above. The manner in which neutrons are detected by this configuration will be described in more detail.
【0043】図5は1本のPSF1に低速中性子および
高速中性子が入射したときの反応を示す図である。同図
に示すように、低速中性子は薄膜層3で(n,α)反応
を起こし、α粒子が放出される。放出される方向が図中
の矢印Aであれば、これがPSF1内でシンチレーショ
ン物質を励起し、シンチレーション光を発する。矢印B
の場合は図示しない隣のPSF1内でシンチレーション
光を発することになる。本実施例ではPSF1を多数束
ねているため、薄膜層3の総面積が飛躍的に向上し、低
速中性子に対する感度が良好となる。FIG. 5 is a diagram showing a reaction when low-speed neutrons and high-speed neutrons enter one PSF 1. As shown in the figure, slow neutrons cause an (n, α) reaction in the thin film layer 3 to release α particles. If the emission direction is an arrow A in the figure, this excites a scintillation substance in the PSF 1 and emits scintillation light. Arrow B
In the case of (1), scintillation light is emitted in the adjacent PSF 1 not shown. In this embodiment, since a large number of PSFs 1 are bundled, the total area of the thin film layer 3 is dramatically improved, and the sensitivity to low-speed neutrons is improved.
【0044】一方、高速中性子が飛来した場合、これが
薄膜層3で反応を起こす確率は非常に低く、通常はその
ままPSF1へ入射する。ここで(n,p)反応を起こ
し、シンチレーション光を発する。これらシンチレーシ
ョン光はPSF1の両端に伝搬するが、光電変換素子5
と逆方向に進むシンチレーション光も、PSF1端面に
おいて前記のごとく金属膜を採用した遮光膜7によって
反射されるため、捕捉すべき光のエネルギー損失を最小
限に抑えることができる。On the other hand, when high-speed neutrons fly in, the probability of causing a reaction in the thin film layer 3 is very low, and the neutrons normally enter the PSF 1 as they are. Here, an (n, p) reaction is caused to emit scintillation light. These scintillation lights propagate to both ends of the PSF 1, but the photoelectric conversion elements 5
Since the scintillation light traveling in the opposite direction is reflected by the light shielding film 7 employing the metal film at the end face of the PSF 1 as described above, the energy loss of light to be captured can be minimized.
【0045】以上が検出の概要であり、これら2つの反
応においても電荷量の相違により反応の弁別が可能とな
る。The above is an outline of the detection. In these two reactions, the difference between the charge amounts makes it possible to discriminate the reactions.
【0046】なお、エネルギーにもよるが、α粒子の飛
程は通常0.1ミリメートルのオーダーであるため、本
実施例では以下の配慮をなすものとする。Although the range of the α particles is usually on the order of 0.1 mm depending on the energy, the following considerations are made in this embodiment.
【0047】1.薄膜層3の形成について 薄膜層3は十分に薄く、かつ均一な厚さで形成する。当
然ながら、厚さはα粒子の飛程より小さくしなければな
らない。1. About the formation of the thin film layer 3 The thin film layer 3 is formed with a sufficiently thin and uniform thickness. Naturally, the thickness must be smaller than the range of the α-particle.
【0048】2.PSF1の束ね方について 隙間なく束ねる必要がある。図6はPSF1を束ねた状
態における断面の例を示す図である。同図に示す通り、
この場合はPSF1として正六角柱を採用している。薄
膜層3が均一に形成されている場合、この層も含めてP
SF1の断面が正六角柱に保たれるため、図6のように
各PSF1を互いに隙間なく、側面を緊密に接する状態
で束ねることが可能となる。この趣旨から、PSF1と
しては正三角柱、正四角柱などを採用することもでき
る。形状の決定に当たっては、LiF等の充填密度、P
SF1の入手または製造の容易性等の観点を考慮すれば
よい。2. How to bundle PSF1 It is necessary to bundle PSF1 without gaps. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a cross section in a state where the PSFs 1 are bundled. As shown in the figure,
In this case, a regular hexagonal prism is used as the PSF 1. When the thin film layer 3 is formed uniformly, P
Since the cross section of the SF1 is maintained as a regular hexagonal prism, it is possible to bundle the PSFs 1 in a state where the side surfaces are in close contact with each other without any gap as shown in FIG. For this purpose, a regular triangular prism, a regular square prism, or the like may be employed as the PSF 1. In determining the shape, the packing density of LiF, etc., P
What is necessary is just to consider the viewpoint of easy acquisition or manufacture of SF1.
【0049】本実施例の構成については、シミュレーシ
ョンおよび実験の結果、検出器の全幅が3センチメート
ル程度でよいことが判明したため、先行発明よりもさら
に検出器の小型化が可能となる。また固体反応材を採用
したため、ガスの漏洩や劣化という問題を解消すること
ができ、従来の課題を解決することができる。As a result of simulation and experiment, it has been found that the entire width of the detector may be about 3 cm, so that it is possible to further reduce the size of the detector compared to the prior invention. In addition, since a solid reactant is used, the problem of gas leakage and deterioration can be solved, and the conventional problem can be solved.
【0050】本実施例にはさらに別の効果もある。すな
わち、束状にすることによって薄膜層3の総面積が大幅
に向上するため、(n,α)反応に対する感度が改善さ
れることである。この際、例えばLiF等を粉状にして
シンチレータに混合する方法に比べても本実施例は有利
である。なぜなら、LiF等が混入されればシンチレー
タの透過率が悪化し、感度が低下するためである。本実
施例ではシンチレーション光がPSF1内をその壁面に
沿って伝搬するため、LiF等が光の経路を遮るおそれ
はない。This embodiment has another effect. That is, since the total area of the thin film layer 3 is greatly improved by forming the bundle, the sensitivity to the (n, α) reaction is improved. In this case, the present embodiment is more advantageous than a method in which, for example, LiF or the like is powdered and mixed with the scintillator. This is because if LiF or the like is mixed, the transmittance of the scintillator is deteriorated, and the sensitivity is reduced. In this embodiment, since the scintillation light propagates along the wall surface inside the PSF 1, there is no possibility that LiF or the like will block the light path.
【0051】なお、本実施例では光電変換素子5を束状
のPSF1の一端に1つ設けたが、各PSF1に対して
光電変換素子5を1個ずつ配置する構成であってもよ
い。この場合、検出器全体でシンチレーション光の総和
を検出するにとどまらず、各PSF1に発生するシンチ
レーション光を独立して検出することができる。この結
果、中性子が入射した位置を特定することができ、検出
器の機能が向上する。In the present embodiment, one photoelectric conversion element 5 is provided at one end of the bundle of PSFs 1. However, one photoelectric conversion element 5 may be arranged for each PSF 1. In this case, the scintillation light generated in each PSF 1 can be independently detected in addition to the detection of the sum of the scintillation lights by the entire detector. As a result, the position where the neutrons are incident can be specified, and the function of the detector is improved.
【0052】また本実施例では、PSF1の周囲に薄膜
層3を形成したが、例えばPSF1に細い軸穴やスリッ
トを設けるような場合には、この空隙部にLiF等を充
填することにしてもよい。この場合は毛管現象を利用し
た充填も可能であり、充填量と充填領域形状の管理の面
で都合がよい。In the present embodiment, the thin film layer 3 is formed around the PSF 1. However, for example, when a thin shaft hole or slit is provided in the PSF 1, this gap may be filled with LiF or the like. Good. In this case, the filling using the capillary phenomenon is also possible, which is convenient in terms of the management of the filling amount and the filling region shape.
【0053】実施例2.実施例1では減速材9としては
ポリエチレンなどの水素化合物を採用したが、本実施例
ではこの部分を変更した構成を説明する。Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, a hydrogen compound such as polyethylene is used as the moderator 9, but in this embodiment, a configuration in which this portion is changed will be described.
【0054】図7は実施例2に係る中性子検出器の構成
図である。同図において実施例1と同等の構成には同一
の符号を与え、説明を省略する。FIG. 7 is a configuration diagram of a neutron detector according to the second embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same components as those of the first embodiment, and the description will be omitted.
【0055】実施例2の特徴は、減速材9としてPSF
を使用する点にある。すなわち、シンチレータとして使
用されるPSFと同一のものを同図のように延長し、そ
れら全体を遮光膜7で覆う。ただしこの際、減速材9と
して使用されるPSFにはLiF等の薄膜層を設けな
い。あくまでも減速を目的とするためである。同図で
は、薄膜層3を持つPSF1の領域を斜線によって示し
ている。The feature of the second embodiment is that the moderator 9 uses PSF
The point is to use. That is, the same PSF used as a scintillator is extended as shown in FIG. However, at this time, the PSF used as the moderator 9 is not provided with a thin film layer such as LiF. This is only for the purpose of deceleration. In the figure, the area of the PSF 1 having the thin film layer 3 is indicated by oblique lines.
【0056】以上、実施例2の構成によっても実施例1
同様の効果を得ることができる。実施例2の場合、減速
材9として新たな物質を準備する必要がなく、検出器を
製造する上で都合がよい。As described above, the configuration of the second embodiment can be applied to the first embodiment.
Similar effects can be obtained. In the case of the second embodiment, it is not necessary to prepare a new substance as the moderator 9, which is convenient for manufacturing the detector.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の中性
子検出器によれば、第一の固体反応材と第二の固体反応
材を併用したため、検出器の小型化を実現し、かつ長期
間の使用による検出効率の低下を回避することができ
る。As described in detail above, according to the neutron detector of the present invention, since the first solid reactant and the second solid reactant are used in combination, the detector can be downsized and the length can be increased. A decrease in detection efficiency due to the use of the period can be avoided.
【0058】ここで前記第一の固体反応材はリチウムま
たはほう素を含むため低速中性子に対する(n,α)反
応が発生しやすく、一方、前記第二の固体反応材は水素
化合物であるため高速中性子に対する(n,p)反応が
発生しやすくなる。この結果、減速材を削減しつつ、広
いエネルギー範囲で検出の感度が改善される。Here, since the first solid reactant contains lithium or boron, an (n, α) reaction to low-speed neutrons is likely to occur. On the other hand, the second solid reactant is a hydrogen compound and thus has a high speed. (N, p) reaction to neutrons is likely to occur. This results in improved detection sensitivity over a wide energy range while reducing moderators.
【0059】さらに本発明によれば、シンチレーション
作用を検出原理とするため、イオン化を原理とするガス
反応材を使用する必要がなく、ガスの漏洩、劣化という
問題を考える必要がない。Further, according to the present invention, since the detection principle is based on the scintillation function, there is no need to use a gas reaction material based on ionization, and it is not necessary to consider the problem of gas leakage and deterioration.
【0060】ここで本発明では、シンチレータとしてプ
ラスチックシンチレーションファイバーを用いたため、
これが(n,p)反応材としても働き、検出器の小型化
に寄与する。Here, in the present invention, since plastic scintillation fibers are used as scintillators,
This also acts as an (n, p) reactant, contributing to downsizing of the detector.
【0061】一方、前記第一の固体反応材は第二の固体
反応材を覆う薄膜状に形成されている。従って、ここで
発生するα粒子を取り逃がすことがなく、感度を改善す
ることができる。On the other hand, the first solid reactant is formed in a thin film covering the second solid reactant. Accordingly, the sensitivity can be improved without missing the α particles generated here.
【0062】また本発明によれば、減速材として第一の
固体反応材と同一物質を採用することができるため、検
出器の製造上好都合である。Further, according to the present invention, the same substance as the first solid reactant can be used as the moderator, which is advantageous in the manufacture of the detector.
【0063】また本発明によれば、前記第一の固体反応
材および第二の固体反応材の組を緊密に束ねているた
め、中性子が検出感度を高めることができる。Further, according to the present invention, since the set of the first solid reactant and the second solid reactant is tightly bundled, neutrons can increase the detection sensitivity.
【0064】ここで、前記組の形状は三角柱、四角柱ま
たは六角柱であるため、これらを緊密に束ねることが可
能となる。Here, since the shape of the set is a triangular prism, a quadrangular prism, or a hexagonal prism, these can be tightly bundled.
【0065】また本発明によれば、前記光電変換部が前
記の各組に発生するシンチレーション光を独立して電気
信号に変換するため、位置敏感型検出器を提供すること
ができる。Further, according to the present invention, since the photoelectric conversion unit independently converts the scintillation light generated in each of the sets into an electric signal, a position-sensitive detector can be provided.
【図1】 先行発明の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a prior invention.
【図2】 2つの反応を弁別する弁別回路の構成を示す
図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a discrimination circuit that discriminates two reactions.
【図3】 (n,α)、(n,p)反応のエネルギー応
答特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing energy response characteristics of (n, α) and (n, p) reactions.
【図4】 実施例1に係る中性子検出器の構成を示す図
である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a neutron detector according to the first embodiment.
【図5】 1本のPSF1に低速、高速中性子が入射し
たときの反応を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a reaction when low-speed and high-speed neutrons are incident on one PSF1.
【図6】 PSF1を束ねた状態における断面の例を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a cross section in a state where PSFs 1 are bundled.
【図7】 実施例2に係る中性子検出器の構成を示す図
である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a neutron detector according to a second embodiment.
1 PSF、3 薄膜層、5 光電変換素子、7 遮光
膜、9 減速材。1 PSF, 3 thin film layer, 5 photoelectric conversion element, 7 light shielding film, 9 moderator.
Claims (10)
って荷電粒子を放出する第一の固体反応材と、 入射する高速中性子に対して反跳作用によって荷電粒子
を放出する第二の固体反応材と、 少なくとも前記第一および第二の固体反応材を遮光する
遮光材と、 前記第一および第二の固体反応材から放出される荷電粒
子を検出する検出部と、 を有することを特徴とする中性子検出器。1. A first solid reactant that emits charged particles by nuclear reaction with respect to incident slow neutrons, and a second solid reactant that emits charged particles by recoil action with respect to incident fast neutrons And a light-shielding material that shields at least the first and second solid reactants, and a detector that detects charged particles emitted from the first and second solid reactants. Neutron detector.
て、 前記第一の固体反応材は(n,α)反応によって荷電粒
子を放出する物質で形成され、前記第二の固体反応材は
(n,p)反応によって荷電粒子を放出する物質で形成
されることを特徴とする中性子検出器。2. The neutron detector according to claim 1, wherein the first solid reactant is formed of a substance that emits charged particles by an (n, α) reaction, and the second solid reactant is (N, α). A neutron detector formed of a substance that emits charged particles by an (n, p) reaction.
て、 前記第一の固体反応材はリチウムおよびほう素よりなる
群のうち少なくとも1つの物質を含み、前記第二の固体
反応材は水素化合物であることを特徴とする中性子検出
器。3. The neutron detector according to claim 1, wherein the first solid reactant includes at least one substance selected from the group consisting of lithium and boron, and the second solid reactant includes a hydrogen compound. A neutron detector, characterized in that:
検出器において、前記検出部は、 前記荷電粒子を検出したときシンチレーション光を発す
るシンチレータと、 前記シンチレーション光を電気信号に変換する光電変換
部と、 を含むことを特徴とする中性子検出器。4. The neutron detector according to claim 1, wherein said detection unit emits scintillation light when said charged particles are detected, and a photoelectric converter which converts said scintillation light into an electric signal. A neutron detector, comprising: a converter;
て、 前記シンチレータは、プラスチックシンチレーションフ
ァイバーであり、該シンチレータは前記第二の固体反応
材を兼ねることを特徴とする中性子検出器。5. The neutron detector according to claim 4, wherein the scintillator is a plastic scintillation fiber, and the scintillator doubles as the second solid reactant.
て、 前記第一の固体反応材が前記第二の固体反応材を覆う薄
膜状に形成されることを特徴とする中性子検出器。6. The neutron detector according to claim 5, wherein the first solid reactant is formed in a thin film covering the second solid reactant.
検出器において、該検出器はさらに、 前記第一および前記第二の固体反応材の外周を覆い、前
記第二の固体反応材と同一物質によって形成される中性
子減速材を含むことを特徴とする中性子検出器。7. The neutron detector according to claim 1, wherein the detector further covers an outer periphery of the first and second solid reactants, and the second solid reactant A neutron detector comprising a neutron moderator formed of the same material as the above.
て、該検出器は、 前記第一の固体反応材および前記第二の固体反応材の組
を複数有し、 これら複数の組が緊密に束ねられていることを特徴とす
る中性子検出器。8. The neutron detector according to claim 6, wherein the detector has a plurality of sets of the first solid reactant and the second solid reactant, and the sets are closely arranged. A neutron detector characterized by being bundled.
て、 前記第一の固体反応材および前記第二の固体反応材の組
の形状は三角柱、四角柱または六角柱であり、これらの
組がそれぞれ側面を緊密に接する状態で束ねられている
ことを特徴とする中性子検出器。9. The neutron detector according to claim 8, wherein a shape of a set of the first solid reactant and the second solid reactant is a triangular prism, a quadratic prism, or a hexagonal prism, and the pair is A neutron detector characterized in that the neutron detectors are bundled with their side surfaces in close contact.
て、 前記光電変換部は、前記複数の組の各組に対して設けら
れ、それぞれが対になる組に発生するシンチレーション
光を独立して電気信号に変換することを特徴とする中性
子検出器。10. The neutron detector according to claim 8, wherein the photoelectric conversion unit is provided for each of the plurality of sets, and independently converts scintillation light generated in each of the pairs. A neutron detector, which converts an electric signal into an electric signal.
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- 1995-04-27 JP JP10437995A patent/JP2957439B2/en not_active Expired - Fee Related
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