特許 6228340 中性子位置検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6228340

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】中性子位置検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 3/00 20060101AFI20171030BHJP

   H01J 47/12 20060101ALI20171030BHJP

   H01J 47/06 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G01T3/00 C

   H01J47/12

   H01J47/06

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-96171(P2017-96171)

(22)【出願日】2017年5月15日

【審査請求日】2017年5月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503382542

【氏名又は名称】東芝電子管デバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100062764

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 襄

(74)【代理人】

【識別番号】100092565

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100112449

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】疋田 憲之

(72)【発明者】

【氏名】大川 清文

(72)【発明者】

【氏名】石澤 和哉

【審査官】 右田 純生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１９８４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８１５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０６７６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７６５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９４６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９７９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０７５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３０９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３１０２１９８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 DESAI, S. S. et al.，On studies of 3He and isobutane mixture as neutron proportional counter gas，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A，２００５年１２月１９日，Vol. 557, Issue 2，p. 607-614

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ ３／００

Ｈ０１Ｊ ４７／１２

Ｈ０１Ｊ ４７／０６

Ｇ０１Ｔ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

陰極となる管状の外囲器と、
この外囲器内の軸心に配置された陽極と、
³Ｈｅガスおよび添加ガスを含み、前記外囲器内に封入されたガスと
を備え、
前記ガスは、前記外囲器内に入射する中性子と前記³Ｈｅガスとの反応により発生する陽子および三重水素の前記ガス中での飛程の合計が２．０〜２．７mmとなるように、前記³Ｈｅガスの分圧５atmおよび前記添加ガスの分圧１．６atmの第１ガス組成点と、前記³Ｈｅガスの分圧５atmおよび前記添加ガスの分圧２．３atmの第２ガス組成点と、前記³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび前記添加ガスの分圧０．６atmの第３ガス組成点と、前記³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび前記添加ガスの分圧１．３atmの第４ガス組成点とで囲まれる範囲内のガス組成にある
ことを特徴とする中性子位置検出器。

【請求項2】

前記添加ガスは、ＣＦ₄ガスである
ことを特徴とする請求項１記載の中性子位置検出器。

【請求項3】

前記外囲器と前記陽極との間に印加される動作電圧は２．０〜２．５kVである
ことを特徴とする請求項１または２記載の中性子位置検出器。

【請求項4】

前記陽極からの出力電荷は２〜５pCである
ことを特徴とする請求項３記載の中性子位置検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、中性子の入射位置を検出する中性子位置検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

中性子位置検出器装置は、例えば加速器施設において、調べたい試料に中性子を照射し、その中性子の散乱を検出することで、試料の特性を調べる用途等に用いられている。

【0003】

中性子位置検出装置は、位置敏感型の中性子検出用比例計数管（ＰＳＤ）である中性子位置検出器、およびこの中性子位置検出器からの出力電荷を処理して中性子の入射位置を演算する処理回路を備えている。

【0004】

中性子位置検出器は、陰極となる管状の外囲器を備え、この外囲器内の軸心に陽極が配置されているとともに、外囲器内に³Ｈｅガスおよび添加ガスを含むガスが封入されている。そして、中性子が外囲器内に入射すると、ガス中の³Ｈｅが中性子と核反応して陽子および三重水素が発生し、これら陽子および三重水素がガス中に飛び出して周囲のガスを電離させ、電離された電荷を陽極に収集する。そして、処理回路では、陽極の両端からの出力電荷に基づいて中性子の入射位置を検出する。

【0005】

このような中性子位置検出装置では、中性子の入射位置の検出精度である位置分解能の向上が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−１６７０６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、位置分解能を向上できる中性子位置検出器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実施形態の中性子位置検出器は、陰極となる管状の外囲器、外囲器内の軸心に配置された陽極、および外囲器内に封入されたガスを備える。ガスは³Ｈｅガスおよび添加ガスを含む。ガスは、外囲器内に入射する中性子と³Ｈｅガスとの反応により発生する陽子および三重水素のガス中での飛程の合計が２．０〜２．７mmとなるように、³Ｈｅガスの分圧５atmおよび添加ガスの分圧１．６atmの第１ガス組成点と、³Ｈｅガスの分圧５atmおよび添加ガスの分圧２．３atmの第２ガス組成点と、³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび添加ガスの分圧０．６atmの第３ガス組成点と、³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび添加ガスの分圧１．３atmの第４ガス組成点とで囲まれる範囲内のガス組成にある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態を示す中性子位置検出器を用いた中性子位置検出装置の構成図である。

【図2】同上中性子位置検出器において中性子の入射からガスの電離までの動作を(a)(b)(c)の順に説明する説明図である。

【図3】同上中性子位置検出器において発生する電荷の位置と密度との関係を示すグラフである。

【図4】本実施形態の中性子位置検出装置の特性と比較例の特性を示す表である。

【図5】³ＨｅガスおよびＣＦ₄ガスの分圧と、陽子および三重水素のガス中での飛程の合計との関係を示すグラフである。

【図6】³ＨｅガスおよびＣＦ₄ガスの分圧と、陽子および三重水素のガス中での飛程の合計と、２〜５pCの出力電荷が得られる動作電圧との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

【0011】

図１に示すように、中性子位置検出装置10は、中性子位置検出器11、高圧電源12、および処理回路13を備える。処理回路13は、プリアンプ14a，14b、ＡＤ変換器15、および演算器16等を備える。

【0012】

そして、中性子位置検出器11は、一次元位置敏感型の中性子検出用比例計数管（ＰＳＤ）である。この中性子位置検出器11は、管状の外囲器20、この外囲器20の軸心に配置される陽極21、外囲器20の両端に設けられた端子部22a，22b、および外囲器20内に封入されたガス23を備えている。

【0013】

外囲器20は、円管状で、軸方向に長く、両端が閉塞されている。外囲器20の内部には密閉空間24が設けられている。

【0014】

陽極21は、単位長さあたりに一定の抵抗値を有する抵抗性芯線である。陽極21は、外囲器20内の軸心に沿って配置され、両端が端子部22a，22bに連結されているとともに電気的に接続されている。

【0015】

端子部22a，22bは、外囲器20に対して絶縁状態で、外囲器20の両端に配設されている。端子部22a，22bに陽極21の両端が連結されるとともに電気的に接続されている。

【0016】

ガス23は、外囲器20の密閉空間24に封入されている。ガス23は、³Ｈｅガスおよび添加ガスを含む。³Ｈｅガスの分圧は、中性子の検出効率の仕様に応じて任意に設定されるもので、概ね５〜２０atmの範囲に設定される。添加ガスはＣＦ₄ガス、ＣＯ₂ガス、ＣＨ₄ガス等が使用される。一般的に比例計数管ではクエンチングガスとして分子性のガスが添加されるが、本実施形態では、中性子と³Ｈｅガスの核反応により生じる陽子と三重水素のガス23中での飛程が短くなるように、添加ガスの分圧を従来製品よりも高くしている。そして、ガス23の組成は、陽子と三重水素のガス23中での飛程の合計が２．０〜２．７mmの範囲となるように、³Ｈｅガスの分圧および添加ガスの分圧が設定されている。

【0017】

また、高圧電源12は、陰極である外囲器20と陽極21との間に動作電圧を印加する。動作電圧は、陽極21からの出力電荷が従来製品よりも高い２〜５pCとなるように設定されている。従来製品では、出力電荷が約１pCとなるように、動作電圧が１．３〜１．８kVに設定されているが、本実施形態では、前述の通り、添加ガスの分圧が従来製品よりも高く設定されること、および出力電荷が高くなるように動作電圧が設定されることから、動作電圧が２．０〜２．５kVの範囲に設定されている。

【0018】

また、処理回路13のプリアンプ14a，14bは、中性子位置検出器11の両端（以下、検出器両端という）からの出力電荷をそれぞれ電気信号に変換して出力する。プリアンプ14a，14bは、中性子位置検出器11に印加されている高電圧成分をカットするカップリングコンデンサ30a，30b、および高電圧成分がカットされた出力電荷を所定の電気信号に変換するオペアンプ31a，31b等を備えている。

【0019】

また、ＡＤ変換器15は、プリアンプ14a，14bから出力される検出器両端の電気信号（アナログ信号）をデジタル信号（波形信号）にそれぞれ変換する。ＡＤ変換器15には、分解能が１４bit以上の素子が用いられる。例えば、ＡＤ変換器15には、分解能が１６bitの素子を用いてもよい。

【0020】

また、演算器16は、ＡＤ変換器15でデジタル化された検出器両端の電気信号の波形データから波高をそれぞれ求め、これら波高の比に基づいて、中性子位置検出器11の軸方向における中性子の入射位置を演算する。

【0021】

そして、中性子位置検出装置10の動作を説明する。

【0022】

高圧電源12によって、陰極である外囲器20と陽極21との間に動作電圧を印加する。

【0023】

そして、図２(a)(b)に示すように、中性子ｎが外囲器20内に入射すると、中性子ｎと³Ｈｅガスとが核反応を起こし、陽子ｐと三重水素Ｔが発生する。なお、図２(b)に示すＡは、核反応が起きた位置であるとともに、陽子ｐおよび三重水素Ｔが発生した位置である。

【0024】

図２(c)に示すように、陽子ｐは約５７４keVのエネルギを持ち、三重水素Ｔは１９１keVのエネルギを持ち、これら陽子ｐおよび三重水素Ｔが互いに反対方向へ向けてガス23中に飛び出し、周囲のガス23の原子・分子との衝突で徐々にエネルギを失って停止する。陽子ｐおよび三重水素Ｔとガス23とが衝突する際、陽子ｐおよび三重水素Ｔのエネルギの一部をガス23に与えて電離させ、電荷ｅを発生させる。

【0025】

発生した電荷ｅは、陰極である外囲器20と陽極21との間に形成される電場によって陽極21に収集される。これにより、陽極21の両端からは、陽極21における電荷ｅの収集位置から陽極21の両端までの各距離に応じた比の出力電荷がそれぞれ出力される。なお、電荷ｅが陽極21に再結合する際に、中性子位置検出器11の動作に悪影響を及ぼす紫外線を発生するが、添加ガスによって紫外線を吸収し、中性子位置検出器11の動作を安定させる。

【0026】

検出器両端（陽極21の両端）からの出力電荷をプリアンプ14a，14bで電気信号に変換し、プリアンプ14a，14bから出力される検出器両端の電気信号をＡＤ変換器15でデジタル信号（波形信号）に変換する。

【0027】

演算器16では、ＡＤ変換器15でデジタル化された検出器両端の電気信号の波形データから波高をそれぞれ求め、これら波高の比に基づいて、中性子位置検出器11の軸方向における中性子の入射位置を演算する。

【0028】

そして、中性子位置検出装置10では位置分解能の向上が望まれている。なお、位置分解能は、中性子位置検出器11の１点に多数の中性子が入射したとして求めた位置分布の広がり幅である。

【0029】

図２(c)に示したように、電荷ｅは、陽子ｐおよび三重水素Ｔが発生した位置Ａから停止するまでの範囲で発生する。陽子ｐおよび三重水素Ｔは、質量およびエネルギが同じではないため、核反応が起きた位置Ａから停止するまでの飛程がそれぞれ異なっている。そのため、図３に示すように、陽子ｐおよび三重水素Ｔによって作られた電荷ｅの重心は、核反応が起きた位置Ａよりも陽子ｐ側に寄る。したがって、核反応が起きた位置Ａと電荷ｅの重心とはずれることになる。また、陽子ｐと三重水素Ｔが飛び出す方向はランダムである。

【0030】

このことから、多数の中性子が中性子位置検出器11の１点に入射したと仮定した場合でも、ガス23中にできる電荷ｅの重心は、１点とはならず、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程と相関のある範囲に広がることとなる。

【0031】

中性子位置検出器11を用いた中性子位置検出装置10では、中性子の入射位置を検出するのに電荷ｅの重心を求めているため、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程が大きいほど、中性子の入射位置の検出精度、つまり位置分解能に影響が生じることとなる。

【0032】

そのため、位置分解能を向上させるには、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程を短くすることが好ましい。シミュレーションを実施した結果、中性子位置検出器11の位置分解能を２mm以下に向上させるためには、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計が２．７mm以下にならないと、中性子位置検出器11の位置分解能を２mm以下に向上させることができないことが判明した。

【0033】

陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程を短くするには、添加ガスの分圧を増やす方法がある。添加ガスの分圧を増やすほど、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程を短くすることができるが、添加ガスの分圧を増やすほど、中性子位置検出器11に必要な動作電圧が高くなる。なお、添加ガスであるＣＦ₄の分圧を１atm増やすと、中性子位置検出器11からの出力電荷が同じ場合、動作電圧は概ね５００〜６００Ｖ高くなる。

【0034】

しかし、中性子位置検出器11の動作電圧が高くなると、外囲器20と陽極21との間で放電が発生するおそれや、処理回路13に用いられる素子の耐電圧を超えるおそれがあるなど、中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧の問題が発生する。

【0035】

さらに、位置分解能を向上させるには、中性子位置検出器11の両端からの出力電荷は大きい方がよい。これは、抵抗性芯線で構成される陽極21が比較的大きな熱雑音を発生するためであり、出力電荷が小さいと、Ｓ／Ｎ比が低く、位置分解能の向上が難しい。

【0036】

そこで、本実施形態では、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計が２．０〜２．７mmの範囲となるように³Ｈｅガスおよび添加ガスの分圧を設定するとともに、中性子位置検出器11からの出力電荷が２〜５pCとなるように動作電圧を２．０〜２．５kVの範囲に設定し、中性子位置検出器11の位置分解能を２mm以下にする。このように構成することにより、中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧を考慮したうえで、位置分解能の向上を図ることができる。

【0037】

図４には本実施形態の中性子位置検出装置10の特性と比較例の特性を示す。なお、図４中には中性子位置検出器11をＰＳＤと記載する。また、比較例の各構成については該当する符号を括弧書きで記載して説明する。

【0038】

まず、比較例について説明する。

【0039】

中性子位置検出器(11)の³Ｈｅガスの分圧は５〜２０atm（中性子の検出効率の仕様に応じて任意に設定される）、添加ガスであるＣＦ₄の分圧は０．２〜０．９atm（³Ｈｅガスの分圧が６atmの場合であり、この場合でも０．９atm未満である）、中性子位置検出器(11)の動作電圧は１．３〜１．８kV、中性子位置検出器(11)からの出力電荷は約１pC、中性子位置検出器(11)の耐電圧は動作電圧＋３００Ｖ以上である。また、ＡＤ変換器(15)は、分解能が１２bitの素子を用い、ＡＤ変換に使用される実質bit数は１０bit（分解能＝１０２４）である。処理回路(13)には耐電圧２〜２．５kVの素子が用いられる。

【0040】

このように構成された比較例では、中性子位置検出器(11)の位置分解能は４mm以上となっている。

【0041】

比較例を例１、例２および例３に示す。例１、例２および例３の中性子位置検出器(11)の径および有感長、³Ｈｅガスの分圧、添加ガスであるＣＦ₄の分圧、動作電圧は、それぞれ異なるが、例１、例２および例３とも中性子位置検出器(11)からの出力電荷が約１pCとなるように調整されている。

【0042】

例１、例２および例３とも、添加ガスであるＣＦ₄の分圧は０．２〜０．９atm（０．９atm未満）の範囲内にあり、中性子位置検出器(11)の動作電圧は１．３〜１．８kVの範囲内にある。この場合、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス(23)中での飛程の合計は２．９mm以上（例２の２．９０３mmが最も短い）となり、中性子位置検出器(11)からの出力電荷は約１pCとなる。

【0043】

そして、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス(23)中での飛程が長いこと、中性子位置検出器(11)からの出力電荷が小さくＳ／Ｎ比が低いことにより、実際の位置分解能は５mm以上となっている。

【0044】

次に、本実施形態の中性子位置検出装置10について説明する。

【0045】

中性子位置検出器11の³Ｈｅガスの分圧は５〜２０atm（中性子の検出効率の仕様に応じて任意に設定される）、添加ガスであるＣＦ₄の分圧は０．９〜２．３atm（添加ガスであるＣＦ₄の分圧は、³Ｈｅガスの分圧を元に、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計が２．０〜２．７mmの範囲となるように設定される）、中性子位置検出器11の動作電圧は２．０〜２．５kV、中性子位置検出器11からの出力電荷は２〜５pC、中性子位置検出器11の耐電圧は２．９kV以下である。また、ＡＤ変換器15は、分解能が１４bitの素子が用いられ、ＡＤ変換に使用される実質bit数は１２bit（分解能＝４０９６）である。処理回路13には耐電圧３kVの素子が用いられる。

【0046】

このように構成された本実施形態の中性子位置検出装置10では、中性子位置検出器11の位置分解能が２mm以下に向上した。

【0047】

本実施形態の中性子位置検出器11の具体的な構成を例４、例５および例６に示す。例４、例５および例６の³Ｈｅガスの分圧、ＣＦ₄の分圧、動作電圧が異なるが、例４、例５および例６とも出力電荷が約３pCとなるように調整されている。

【0048】

例４、例５および例６とも、添加ガスであるＣＦ₄の分圧は０．９〜２．３atmの範囲内にあり、中性子位置検出器11の動作電圧は２．０〜２．５kVの範囲にある。この場合、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計は２．０〜２．７mmの範囲（例５の２．６５６mmが最も長い）にあり、中性子位置検出器11からの出力電荷は約３pCとなった。

【0049】

なお、シミュレーションを実施した結果、核反応が起きた位置Ａから電荷ｅの重心までの距離が従来よりも短くなり、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程による位置分解能への寄与分（影響分）が従来よりも少なくなった。

【0050】

そして、添加ガスであるＣＦ₄の分圧は従来よりも高い０．９〜２．３atmの範囲内にあり、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計は２．０〜２．７mmの範囲に短くできた。これにより、実際の位置分解能は２mm以下の１．６mmに向上できた。

【0051】

また、図４に示す本実施形態には、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計を２．７mm以下、中性子位置検出器11からの出力電荷を２pC以上とするために、添加ガスであるＣＦ₄の分圧を０．９atm以上、中性子位置検出器11の動作電圧を２．０kV以上としたが、位置分解能のさらなる向上のためには、添加ガスであるＣＦ₄の分圧をさらに高くするとともに、中性子位置検出器11の動作電圧をさらに高くすればよい。

【0052】

ただし、添加ガスであるＣＦ₄の分圧を高くし過ぎると、中性子位置検出器11の動作電圧が高くなり過ぎてしまい、外囲器20と陽極21との間で放電が発生するおそれや、処理回路13に用いられる素子の耐電圧を超えるおそれがあるなど、中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧の問題で実現が難しくなる。

【0053】

そのため、このような中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧を考慮した現実的な動作電圧の上限は、中性子位置検出器11の耐電圧２．９kVに対する裕度を０．４kVとした場合、２．５kV程度が好ましい。

【0054】

中性子位置検出器11の動作電圧の上限から、³Ｈｅガスおよび添加ガスであるＣＦ₄の分圧の上限が決まって陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計の下限は２．０mmとなり、さらに、中性子位置検出器11からの出力電荷の上限は５pCとなる。

【0055】

したがって、位置分解能の向上と中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧とを総合的に考慮して、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計は２．０〜２．７mmの範囲、中性子位置検出器11の動作電圧は２．０〜２．５kVの範囲、中性子位置検出器11からの出力電荷は２〜５pCの範囲が好ましい。

【0056】

陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計は、２．０mmよりも短いと、³Ｈｅガスおよび添加ガスであるＣＦ₄の分圧をより高くしなければならないために、動作電圧が高くなって中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧の問題が生じ、また、２．７mmよりも長いと、中性子位置検出器11の位置分解能を２mm以下に向上させることができない。そのため、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計は２．０〜２．７mmの範囲が好ましい。

【0057】

中性子位置検出器11の動作電圧は、２．０kVよりも小さいと、中性子位置検出器11から十分に大きい出力電荷が得られず、Ｓ／Ｎ比が低くなるため、位置分解能を向上できず、また、２．５kVよりも大きいと、中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧の問題が生じる。そのため、中性子位置検出器11の動作電圧は２．０〜２．５kVの範囲が好ましい。

【0058】

また、図５は³ＨｅガスおよびＣＦ₄ガスの分圧と、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計との関係を示すグラフである。なお、図５中に示す丸数字は上述した例１〜６にそれぞれ対応している。

【0059】

図５に示すように、飛程２.０〜２．７mmの範囲（破線の範囲）は、³Ｈｅガスの分圧とＣＦ₄ガスの分圧との組み合わせによるガス組成によって設定されている。すなわち、飛程２.０〜２．７mmとなるガス23のガス組成は、³Ｈｅガスの分圧５atmおよび添加ガスの分圧１．６atmの第１ガス組成点P1と、³Ｈｅガスの分圧５atmおよび添加ガスの分圧２．３atmの第２ガス組成点P2と、³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび添加ガスの分圧０．６atmの第３ガス組成点P3と、³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび添加ガスの分圧１．３atmの第４ガス組成点P4とで囲まれる範囲内にある。そして、飛程２.０〜２．７mmの範囲内に本実施形態の例４〜６が入り、飛程２.０〜２．７mmの範囲よりも飛程が長い領域に従来の例１〜３が存在する。

【0060】

また、図６は、³ＨｅガスおよびＣＦ₄ガスの分圧と、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計と、２〜５pCの出力電荷が得られる動作電圧との関係を示すグラフである。図６には、飛程２.０〜２．７mmが得られる範囲（破線の範囲）と、２.０〜２．５kVの範囲中の所定の動作電圧で２〜５pCの出力電荷が得られる範囲（一点鎖線の範囲）とを示している。なお、図６には、出力電荷が１pCの例１〜３のガス組成の位置、および出力電荷が３pCの例４〜６のガス組成の位置も参考のために示している。

【0061】

そして、ガス23の組成つまり³ＨｅガスおよびＣＦ₄ガスの分圧は、飛程２.０〜２．７mmが得られる範囲で、かつ、動作電圧２.０〜２．５kVで出力電荷２〜５pCが得られる範囲となる範囲（実線の範囲）Ｒが得られるように設定されている。

【0062】

以上のように、中性子位置検出器11によれば、陽子ｐおよび三重水素Ｔのガス23中での飛程の合計が２．０〜２．７mmの範囲となるように、³Ｈｅガスおよび添加ガスの分圧を設定するため、中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧を考慮したうえで、位置分解能の向上を図ることができる。

【0063】

そして、添加ガスの分圧は図６に示すように０．６〜２．３atmであることが好ましく、この範囲は、中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧を考慮したうえで、位置分解能の向上を図るのに好ましい。

【0064】

あるいは、飛程２.０〜２．７mmとなるガス23のガス組成は、³Ｈｅガスの分圧５atmおよび添加ガスの分圧１．６atmの第１ガス組成点P1と、³Ｈｅガスの分圧５atmおよび添加ガスの分圧２．３atmの第２ガス組成点P2と、³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび添加ガスの分圧０．６atmの第３ガス組成点P3と、³Ｈｅガスの分圧２０atmおよび添加ガスの分圧１．３atmの第４ガス組成点P4とで囲まれる範囲内にあることが好ましく、この範囲は、中性子位置検出器11や処理回路13の耐電圧を考慮したうえで、位置分解能の向上を図るのに好ましい。

【0065】

しかも、中性子位置検出器11からの出力電荷は２〜５pCに大きくすることから、Ｓ／Ｎ比が改善し、位置分解能を２mm以下に向上できる。

【0066】

この出力電荷が２〜５pCの範囲での動作電圧は２．０〜２．５kVの範囲であり、放電で中性子位置検出器11が破損する耐電圧の問題も生じることはない。

【0067】

また、この中性子位置検出器11を用いた中性子位置検出装置10によれば、中性子位置検出器11に２．０〜２．５kVの動作電圧を印加する高圧電源12、および中性子位置検出器11からの２〜５pCの出力電荷を処理する処理回路13を備えるため、耐電性の問題が生じることなく、位置分解能を向上できる。

【0068】

また、ＡＤ変換器15については、１２bitの素子を用いた場合、４分の１までの範囲を使用して表わすことができる数値は１０２４までであり、位置分解能の１digitは約０．１％に相当する。従来は、位置分解能が０．５％程度であったため、５倍の裕度があったが、１ｍの有感長に対して位置分解能が２mm以下、すなわち０．２％の位置分解能が得られる本実施形態の中性子位置検出装置10では、１２bitでは十分な分解能ではない。そこで、ＡＤ変換器15には、分解能が１４bitの素子を用いることにより、０．２％の位置分解能が得られる中性子位置検出装置10に対応できる。

【0069】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0070】

11 中性子位置検出器
20 外囲器
21 陽極
23 ガス

【要約】

【課題】位置分解能を向上できる中性子位置検出器を提供する。
【解決手段】中性子位置検出器11は、陰極となる管状の外囲器20、外囲器20内の軸心に配置された陽極21、および外囲器20内に封入されたガス23を備える。ガスは³Ｈｅガスおよび添加ガスを含む。ガス23は、外囲器20内に入射する中性子と³Ｈｅガスとの反応により発生する陽子および三重水素のガス中での飛程の合計が２．０〜２．７mmとなるように、³Ｈｅガスおよび添加ガスの分圧が設定されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】