JPH0254192A - 中性子線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ 検出装置の改良に関する。

（従来の技術） 近年、核融合の分野、例えばプラズマ実験設備には、各
種の計測装置が備えられている。その一つとして、プラ
ズマ発生装置から放射される中性子線を測定する中性子
線検出装置が備えられている。そして、この種の中性子
線検出装置としては従来から、（ａ）比例計数管を用い
るもの、（ｂ）ａ縮つラン等の核物質を電離箱やＳＳＤ
にコーティングし、中性子によるフィッションを検出す
るもの、（Ｃ）リチウムＬｉをＳＳＤ等にコーティング
し、リチウムＬｉの（ｎ、　　α）反応により生じるα
線を測定するもの等が使用されている。

しかしながら、上述した各々の中性子線検出装置には、
次のような聞届がある。

（ａ）比例計数管を用いる中性子線検出装置応答性と感
度が他の装置に比べて悪く、応答性と感度が必要とされ
る測定には使用することができない。

（ｂ）濃縮ウラン等をコーティングする中性子線検出装
置 核物質を使用するために、その皐扱いが問題となる。例
えば、メーカーの工場に持込むことが容易にできないこ
と、また場所を移す時には届は出。

許可が必要となること等が挙げられる。

（Ｃ）リチウムＬｉをＳＳＤ等にコーティングする中性
子線検出装置 これは、リチウムＬｉの（ｎ′、α）反応を利用するも
ので、 という反応式でα線が発生する。この種の検出装置の問
題は、もともとＳＳＤがα線とγ線の両方を検出するた
め、中性子線のみの計測にならず、中性子線とγ線の両
方を計測してしまうことである。そこで、かかる問題を
回避するために、ＳＳＤの出力を波高弁別することや、
α線しか計測しない検出器（例えば、ＺｎＳ検出器）等
にリチウ゛ムＬｉをコーティングすることも考えられる
。

しかしながら、前者ではγ線のスペクトルと中性子線の
スペクトルとが重なる部分があるため、完全な波高弁別
を行なうことができず、また後者では十分な応答性と感
度が得られないことから、何んら問題の解決占はならな
い。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の中性子線検出装置では、核物質を
使用するため取扱いが困難であるとか、中性子線のみを
計測することができないとか、応答性が悪く感度が低い
という問題があった。

本発明の目的は、核物質を使用することなく。

かつ中性子線のみを計測することが可能な応答性が良く
しかも感度の高い中性子線検出装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、表面にフッ化
リチウム（Ｌ　ｉ　Ｆ）がコーティングされ、中性子線
と７線とを検出する半導体検出器と、半導体検出器から
の出力を可変設定されるゲインで増幅する増幅器と、増
幅器からの出力を入力とし、第１のディスクリレベルを
超えるもののみ通過させる第１のディスクリ回路と、増
幅器からの出力を入力とし、第１のディスクリレベルと
大きさの異なる第２のディスクリレベルを超えるものの
み通過させる第２のディスクリ回路と、一定の条件下で
増幅器のゲインを可変設定すると共に、それぞれの設定
ゲインの下で得られる第１および第２の各ディスクリ回
路からの出力に基づいて所定の演算を行ない中性子線の
みの量を算出する演算処理手段とを備えて構成している
。

（作用） 従って、本発明の中性子線検出装置においては、中性子
線とγ線とが半導体検出器で検出され、その出力が増幅
器である大きさのゲインで増幅されて第１および第２の
各ディスクリ回路に入力される。そして、大きさの異な
った第１および第２のディスクリレベルを超えるものの
みが、それぞれのディスクリ回路から出力されて演算処
理手段に入力される。演算処理手段では、一定の条件下
で増幅器のゲインを可変設定し、それぞれの設定ゲイン
下での各ディスクリ回路からの出力に基づいて所定の演
算を行ない、中性子線のみの量か算出して出力される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明による中性子線検出装置の構成例を示
すブロック図である。中性子線検出装置は第１図に示す
ように、フッ化リチウム（Ｌ　ｉ　Ｆ）シート１がコー
ティングされた半導体検出器２と、増幅器３と、第１の
ディスクリ回路４と、第２のディスクリ回路５と、計数
率演算処理部６とから構成している。

ここで、フッ化リチウム（Ｌ　ｉ　Ｆ）シート１は、リ
チウムＬｉだけではコーティングできないため、フッ化
リチウム（Ｌ　ｉ　Ｆ）としてシート状に加工したもの
である。半導体検出器２は、フッ化リチウム（Ｌ　ｉ　
Ｆ）シート１との組合わせで中性子線とγ線とを検出（
カウント）するもので、そのカウント値をパルス出力し
て送出するものである。

また、増幅器３は、半導体検出器２からの出力パルスを
所定の大きさのゲインで増幅するもので、後述する計数
率演算処理部６からの信号により、そのゲインの大きさ
を可変設定できるようになっている。一方、第１のディ
スクリ回路４は、増幅器３からの出力パルスを入力とし
、この出力パルスの波高が第１のディスクリレベルＤ１
を超えるもののみ通過させるものである。また、第２の
ディスクリ回路５は、同じく増幅器３からの出力パルス
を入力とし、この出力パルスの波高が第２のディスクリ
レベルＤ２を超えるもののみ通過させるものである。こ
の場合、第１のディスクリレベルＤ１と第２のディスク
リレベルＤ２は大きさの異なる値に設定してあり、本実
施例では第１のディスクリレベルＤ１よりも第２のディ
スクリレベルＤ２を大きい値（ＤＩ＜Ｄ２）に設定して
いる。

さらに、計数率演算処理部６は、一定の条件下で増幅器
３のゲインをＫとに゛に可変設定するための信号を増幅
器３へ与えると共に、それぞれの設定ゲインに、に−の
下で得られる第１および第２の各ディスクリ回路４，５
からの出力パルスをカウントし、これらのカウント値に
基づいて後述するアルゴリズムで演算を行ない、中性子
線のみのカウント数を算出するものである。

次に一１以上の如く構成した中性子線検出装置の作用に
ついて説明する。

第１図において、フッ化リチウム（Ｌ　ｉ　Ｆ）シート
１および半導体検出器２で中性子線とγ線が検出（カウ
ント）され、そのカウント値はパルス出力として増幅器
３に送出され、所定の大きさのゲインで増幅される。Ｓ
ＳＤはエネルギーに比例したパルスを発生するため、増
幅器３の出力がら、検出した放射線のエネルギースペク
トルが得られる。ここで、いま増幅器３のゲインをＫと
した場合のエネルギースペクトルは、第２図の実線で示
すような形になり、第２図中のＡがγ線のスペクトルで
、Ｂが中性子線のスペクトルである。

また、第１のディスクリレベルＤ１および第２のディス
クリレベルＤ２は、第２図に示す如く設定している。よ
って、第１のディスクリ回路４を通過する増幅器３から
の出力パルスは、第２図の第１のディスクリレベルＤ１
のラインよりも右側にあるパルスとなり、第２のディス
クリ回路５を通過する増幅器３からの出力パルスは、第
２図の第２のディスクリレベルＤ２のラインよりも右側
にあるパルスとなる。いま、第２図に示すようにａ、ｂ
、ｄをそれぞれ定義する。すなわち、ａはγ線の測定パ
ルスで、第１のディスクリレベルＤ１よりも大きい（右
側にある）パルスのカウント数とする。また、ｂは中性
子線の測定パルスで、第２のディスクリレベルＤ２より
も小さい（左側にある）パルスのカウント数とする。さ
らに、Ｃは中性子線の測定パルスで、第２のディスクリ
レベルＤ２よりも大きい（右側にある）パルスのカウン
ト数とする。

次に、増幅器３のゲインをに−と少し大きくとした場合
のエネルギースペクトルは、第２図の破線で示すような
形になる。これは、実線で亀がれたエネルギースペクト
ルを、そのまま右ヘシフトした形と考えてよい。そして
、この場合における上述したａ、ｂ、ｄと同じ定義のカ
ウント数をａ　＋ｂ−＋　　ｄ−とする。

今、計数率演算処理部６による増幅器３のゲインの調整
を、 １　（ａ＋ｂ）　／ｄ　−（ａ　−＋ｂ　”）　／ｄ　
−１くσ　（σは十分少さい定数） となるように行なう。ここで、（ａ＋ｂ）や（ａ　　＋
ｂ”）は、第１のディスクリ回路４の出力から第２のデ
ィスクリ回路５の出力を減算することで得られる。また
、ｄやｄ゛は第２のディスクリ回路５の出力そのもので
ある。さらに、その他側定値から演算し得る値として（
ａ−−ａ）。

（ｂ−ｂ”）がある。（ａ−−ａ）は、ゲインを変えて
もエネルギースペクトルは左右にシフトするだけで総数
は変わらないので、総カウント数から第１のディスクリ
回路４の出力を減算することて求まる。また、（ｂ−ｂ
　”）は、同じく（ｄ”−ｄ）で求まる。

いま、 １　（ａ十ｂ）　Ｉｄ　−（ａ　”＋ｂ　”）　／ｄ　
−くσζ０ と考えると、次のような式が成立つ。

ここで、ｘ、ｘ、ｕ、ｖは上述の如く測定値から計算で
きる値である。また、ｄ、ｄ″はａｌｌ定値である。

従って、計数率演算処理部６では増幅器３のゲインの大
きさをに、に−と可変設定し、それぞれの設定ゲインに
、に−の下で得られる第１．第２の各ディスクリ回路４
．５からの出力パルスをカウントし、さらにこれらのカ
ウント値に基づいて上述した５つの式を連立方程式とし
て解くことにより、ａ、ｂ、ａ”、ｂ−が得られる。そ
して、（ｂ　十ｄ）または（ｂ−十（１”）を演算する
ことにより、中性子線のみのカウント数が算出されるこ
とになる。

次に、計数率演算処理部６におけるアルゴリズムについ
て、より具体的に述べる。

（ａ）γ線、中性子線が長時間同じ状態で照射されてい
る場合。

第３図は、この場合におけるアルゴリズムを示す１９１
７図である。第３図において、６１゜６２は第１．第２
のカウンタ分周回路、６３は判定部、６４はゲイン設定
信号出力部を示すものである。

すなわち、増幅器３のゲインはある一定の初期値を持っ
ており、この初期値でのカウント数を求める。次に、増
幅器３のゲインを大きくして（ａ−＋ｂ−）／ｂ−を求
める。そして、この値（ａ　　＋ｂ−）／ｂ−と、初期
値を使用した時の値（ａ＋ｂ）／ｂとの差を求め、これ
が一定値以下となるか否かを判定し、一定値以下でなけ
ればさらに少しゲインを大きくし、再度初期値との差を
求めて一定値以下となるか否かを判定する。以上を繰返
して、 （ａ＋ｂ）　／ｄ　−（ａ　−＋ｂ　”）　／ｄ　”く
σ　（一定値） となるまで実行し、この式が成立した時点での（ａ　　
＋ｂ−）、ｕ、ｖ、ｄ−を用いて前述の連立方程式を解
くことにより、中性子線のみのカウント数が求まる。そ
して、中性子線のみのカウント数が求まった後に自動リ
セットし、元の初期値にゲインを戻しておく。

（ｂ）γ線、中性子線がダイナミックに変化する場合。

第４図は、この場合におけるアルゴリズムを示すブロッ
ク図である。第４図において、６１゜６２は第１．第２
のカウンタ分周回路、６５゜６６は第１．第２のレート
演算処理部、６７は演算部、６８は減算器、６９はゲイ
ン調整アルゴリズム、Ｒはリセットスイッチを示すもの
である。

すなわち、増幅器３のゲインはある一定の初期値を持っ
ており、この初期値からゲインをダイナミックに変化さ
せる。この変化させるアルゴリズムとして、第１のディ
スクリ４からの出力をレート演算処理したデータと、第
２のディスクリ５からの出力をレート演算処理したデー
タとにより、（ａ十ｂ）／ｄ−（ａ　　＋ｂ−）／ｄ”
＜σとなるようにゲインを調整する。このゲイン調整は
、（ａ十ｂ）／ｄが常に一定値となるようにフィードバ
ック制御することであり、このためのアルゴリズムを計
数率演算処理部６に持たせておく。

また、計数率演算処理部６にはリセットスイッチＲ等を
設けてあり、必要に応じて元のゲインに戻せるようにし
ている。

上述したように、本実施例の中性子線検出装置は、表面
にフッ化リチウム（Ｌ　ｉ　Ｆ）シート１がコーティン
グされ、中性子線とγ線とを検出する半導体検出器２と
、半導体検出器２からの出力を可変設定されるゲインで
増幅する増幅器３と、増幅器３からの出力を入力とし、
第１のディスクリレベルＤ１を超えるもののみ通過させ
る第１のディスクリ回路４と、増幅器３からの出力を入
力とし、第１のディスクリレベルＤ１と大きさの異なる
第２のディスクリレベルＤ２を超えるもののみ通過させ
る第２のディスクリ回路５と、一定の条件下で増幅器３
のゲインを可変設定すると共に、それぞれの設定ゲイン
の下で得られる第１および第２の各ディスクリ回路４．
５からの出力に基づいて所定のアルゴリズムで演算を行
ない、中性子線のみのカウント数を算出する計数率演算
処理部６とから構成したものである。

従って、次のような種々の効果が得られるものである。

（ａ）中性子線のみのカウント数を、単一の検出装置の
みで計Ｍ１することが可能である。

（ｂ）各物質を使用していないので、取扱いが極めて容
易である。

（ｃ）ＳＳＤを使用しているので、応答性が良く、なお
かつ高い感度を得ることが可能である。

（ｄ）ゲイン１週整、演算処理等は全てソフト処理でき
るので、装置構成をシンプル化することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、核物質を使用する
ことなく、かつ中性子線のみを計測することが可能な応
答性が良くしかも感度の高い中性子線検出装置が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による中性子線検出装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は同実施例における作用を説明す
るだめのエネルギースペクトル図、第３図および第４図
は同実施例におけるアルゴリズムをそれぞれ具体的に示
すブロック図である。 １・・・フッ化リチウム（Ｌ　ｉ　Ｆ）シート、２・・
・半導体検出器、３・・・増幅器、４・・・第１のディ
スクリ回路、５・・・第２のディスクリ回路、６・・・
計数率演算処理部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面にフッ化リチウム（ＬｉＦ）がコーティングされ、
   中性子線とγ線とを検出する半導体検出器と、 前記半導体検出器からの出力を可変設定されるゲインで
   増幅する増幅器と、 前記増幅器からの出力を入力とし、第１のディスクリレ
   ベルを超えるもののみ通過させる第１のディスクリ回路
   と、 前記増幅器からの出力を入力とし、前記第１のディスク
   リレベルと大きさの異なる第２のディスクリレベルを超
   えるもののみ通過させる第２のディスクリ回路と、 一定の条件下で前記増幅器のゲインを可変設定すると共
   に、それぞれの設定ゲインの下で得られる前記第１およ
   び第２の各ディスクリ回路からの出力に基づいて所定の
   演算を行ない中性子線のみの量を算出する演算処理手段
   と、 を備えて成ることを特徴とする中性子線検出装置。