中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置
【課題】中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置において、発生する２次ガンマ線を低減して必要となる高速中性子及び熱中性子を取り出し可能とし、危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質を検出可能とする。
【解決手段】検査対象物Ａを挿入及び排出可能な検査室２１を設けると共に、この検査室２１の周囲に熱中性子吸収材１５を設け、検査室２１内で検査対象物Ａに対向して中性子発生源１１を配置する一方、中性子発生源１１に対して検査対象物とは反対側に中性子減速材１２を配置し、中性子減速材１２の周囲をガンマ線遮蔽材１３，１４により被覆し、検査対象物Ａから発生するガンマ線を検出するＧｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５を設ける。
【解決手段】検査対象物Ａを挿入及び排出可能な検査室２１を設けると共に、この検査室２１の周囲に熱中性子吸収材１５を設け、検査室２１内で検査対象物Ａに対向して中性子発生源１１を配置する一方、中性子発生源１１に対して検査対象物とは反対側に中性子減速材１２を配置し、中性子減速材１２の周囲をガンマ線遮蔽材１３，１４により被覆し、検査対象物Ａから発生するガンマ線を検出するＧｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子源で発生したエネルギの非常に高い高速中性子を減速し、エネルギの低い中性子を生成する中性子モデレータ、並びにこの中性子モデレータを用いて爆発物などの危険物を検査する危険物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、駅、空港、港湾、野球場、サッカー場、イベントホール、美術館など多数の人が集まる大規模集客施設では、入場時に利用者の手荷物を検査し、爆発物などの危険物質の持ち込みを阻止して安全性を確保している。従来から、中性子を用いて爆発物を検出することが知られている。爆発物の構成元素としては、窒素が含有されたものが多く、これまでの開発では、中性子発生源からの高速中性子を減速材を通過させることで熱中性子に減速し、この熱中性子を爆発物に照射することで発生したガンマ線のエネルギを検出し、窒素の存在及び濃度に基づいて爆発物を検出することが提案されてきている。ところが、近年、炭素（カーボン）、水素、酸素などの元素で構成され、窒素を含有しない爆発物が開発されている。これらの爆発物では、中性子発生源からの高速中性子を爆発物に照射すると、高速中性子と各構成元素との非弾性散乱によりガンマ線が発生することから、このガンマ線のエネルギを検出することで、各構成元素の濃度に基づいて爆発物を検出可能となる。
【０００３】
このような危険物質検出装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された爆発物検出方式用の複合空洞構成体は、高エネルギ中性子供給源からの中性子を低エネルギ熱中性子へスローダウンさせ、この低エネルギ熱中性子が窒素を収容するトランクまたは小荷物において多用な原子核と反応してガンマ線を発生し、これを検出器で検出解析することで窒素の存在及び濃度を検出して爆発物を検出するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−０８６０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、中性子の減速材は、爆発物と同様に、炭素、水素、酸素、窒素などの構成元素からなるものであり、中性子発生源からの高速中性子を、減速材を通過させて熱中性子に減速してから爆発物に照射し、発生したガンマ線を検出すると、検出したガンマ線量に、爆発物から発生したガンマ線に加えて中性子減速材から発生したガンマ線が混在してしまい、測定精度が悪化して爆発物の検出精度が低下してしまうという問題がある。また、熱中性子を爆発物に照射して発生したガンマ線から爆発物の構成元素を検出する場合、検出したガンマ線量に、爆発物から発生したガンマ線に加えて空気中の炭素、水素、酸素、窒素から発生したガンマ線が混在してしまい、爆発物の検出精度が低下してしまう。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、中性子モデレータ内部で発生する２次ガンマ線が、検出器で検出されないように低減しつつ、中性子モデレータ内部で発生する熱中性子の照射方向以外への漏出を防ぎ、必要となる高速中性子及び熱中性子を取り出し可能とした中性子モデレータ及び中性子照射方法、並びに、この中性子モデレータを用いて危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質を検出可能とした危険物質検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１の発明の中性子モデレータは、中性子発生源と、該中性子発生源の一方側に設けられた中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源の配置方向を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する熱中性子吸収材とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明の中性子モデレータでは、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源の配置部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明の中性子照射方法は、中性子発生源で発生した高速中性子を前方に照射する一方、該中性子発生源で発生した高速中性子のうち後方に照射された高速中性子を中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速し、前方に反射される中性子だけを取り出して前記高速中性子と共に前方に照射し、前記高速中性子の減速時に発生する２次ガンマ線を遮蔽するものである。
【００１０】
請求項４の発明の危険物質検出装置は、検査対象物を挿入及び排出可能な検査室と、該検査室の周囲に設けられた熱中性子吸収材と、前記検査室内で前記検査対象物に対向して配置された中性子発生源と、該中性子発生源に対して前記検査対象物とは反対側に配置された中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記検査対象物から発生するガンマ線を検出するガンマ線検出器とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明の危険物質検出装置では、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源に対向する部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明の危険物質検出装置では、前記ガンマ線検出器は、ゲルマニウム半導体検出器と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器とを有することを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明の危険物質検出装置では、前記検査対象物の両側に対向して一対の中性子検出器が設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明の中性子モデレータによれば、中性子発生源の一方側に中性子減速材を設け、この中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材を設けると共に、中性子発生源の配置方向を除く中性子減速材の周囲を被覆する熱中性子吸収材を設けたので、中性子発生源から照射される高速中性子は、前方に照射されると共に後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は、中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、これら一部の中性子が前方に反射する一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材により外部への漏洩が阻止されることとなり、発生する２次ガンマ線を低減し、必要となる高速中性子及び熱中性子を確実に取り出して照射することができる。
【００１５】
請求項２の発明の中性子モデレータによれば、ガンマ線遮蔽材として、中性子発生源の配置部分を除く中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、中性子発生源と中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを設けたので、高速中性子は、中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、第１、第２ガンマ線遮蔽材により低減されるが、減速された中性子のうち、中速中性子及び熱外中性子の一部は第２ガンマ線遮蔽材で更に減速され、熱中性子数は増幅されてから前方に照射されることとなり、熱中性子を効率的に取り出して照射することができる。
【００１６】
請求項３の発明の中性子照射方法によれば、中性子発生源で発生した高速中性子を前方に照射する一方、中性子発生源で発生した高速中性子のうち後方に照射された高速中性子を中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速し、前方に反射される中性子だけを取り出して高速中性子と共に前方に照射し、高速中性子の減速時に発生する２次ガンマ線を遮蔽するようにしたので、中性子発生源で発生した高速中性子と、中性子減速材により減速されて反射した中性子とを確実に取り出して前方に照射することができる。
【００１７】
請求項４の発明の危険物質検出装置によれば、検査対象物を挿入及び排出可能な検査室を設けると共に、この検査室の周囲に熱中性子吸収材を設け、検査室内で検査対象物に対向して中性子発生源を配置する一方、中性子発生源に対して検査対象物とは反対側に中性子減速材を配置し、中性子減速材の周囲をガンマ線遮蔽材により被覆し、検査対象物から発生するガンマ線を検出するガンマ線検出器を設けたので、中性子発生源から照射される高速中性子は、検査対象物に照射されると共に、後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、一部の中性子が前方に反射して検査対象物に照射される一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材により外部への照射が阻止され、その結果、検査対象物に対して高速中性子と熱中性子を照射することができ、この照射により発生するガンマ線をガンマ線検出器により検出することで、そのガンマ線エネルギの大小により危険物質を検出することができ、危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質を検出することができ、検出精度を向上することができる。
【００１８】
請求項５の発明の危険物質検出装置によれば、ガンマ線遮蔽材として、中性子発生源に対向する部分を除く中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、中性子発生源と中性子減速材との間に位置して熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを設けたので、高速中性子は、中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、第１、第２ガンマ線遮蔽材により低減されることで、検査対象物に高速中性子及び熱中性子を照射して発生したガンマ線と混在することはなく、また、熱中性子は第２ガンマ線遮蔽材により増幅されてから前方に照射されることとなり、危険物質の検出精度を向上することができる。
【００１９】
請求項６の発明の危険物質検出装置によれば、ガンマ線検出器として、ゲルマニウム半導体検出器と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器とを設けている。これは、ゲルマニウム半導体検出器により検出したガンマ線の高精度な分解能を確保し、ゲルマニウム半導体検出器に比べて分解能は劣るが感度の良いビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器により検出したガンマ線の高精度な信号強度を確保し、ガンマ線の検出精度を向上することができる。
【００２０】
請求項７の発明の危険物質検出装置によれば、検査対象物の両側に対向して一対の中性子検出器を設けたので、一対の中性子検出器により検査対象物からほぼ同時に発生した中性子を検出することで、検査対象物に核物質が含まれていることを確実に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】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明の一実施例に係る中性子モデレータを表す概略側面図、図２は、本実施例の中性子モデレータを表す概略平面図、図３は、本実施例の中性子モデレータによる高速中性子及び熱中性子の照射方法を表す概略図、図４は、本実施例の中性子モデレータが適用された危険物質検出装置を表す概略図、図５は、本実施例の危険物質検出装置による２次ガンマ線の検出タイミングを表す概略図である。
【００２３】
まず、本実施例の中性子モデレータについて説明する。図１及び図２に示すように、中性子発生源１１は、中性子を発生する物質または装置であって、Ｄ−Ｔ反応、Ｄ−Ｄ反応及び（α、ｎ）反応の他に自発核分裂に基づくものがある。そして、この中性子発生源１１は管形状をなし、電源ユニット１１ａが接続されており、全周囲に高速中性子を照射することができる。この中性子発生源１１の一方側（図１及び図２にて、右側）には、中性子減速材１２が配置されている。この中性子減速材１２は、例えば、ポリエチレンにより構成され、中性子発生源１１から照射された高速中性子を減速して高速中性子、中速中性子、低速中性子、熱外中性子、熱中性子に変換するものである。なお、この中性子減速材１２は、上述したポリエチレンの他に、ポリエチレンを含んだ物質（ボロン入りポリエチレンなど）、グラファイト、カーボンを含んだ物質（ボロンカーバイトなど）、フッ素化合物（フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ガドリニウムなど）等を用いてもよいものである。
【００２４】
そして、この中性子減速材１２の周囲には、これを被覆するガンマ線遮蔽材としての第１ガンマ線遮蔽材１３と第２ガンマ線遮蔽材１４が配置されている。第１ガンマ線遮蔽材１３は、中性子発生源１１の配置部分を除く中性子減速材１２の周囲を被覆するように配置されており、中性子発生源１１から照射された高速中性子が中性子減速材１２で減速されたときに発生した２次ガンマ線を減衰・吸収して遮断することで、外部漏洩を防止するものである。この第１ガンマ線遮蔽材１３は、例えば、鉛、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、鉄などを含んだ重金属により構成されている。一方、第２ガンマ線遮蔽材１４は、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に配置され、この第１ガンマ線遮蔽材１３及び第２ガンマ線遮蔽材１４により中性子減速材１２の周囲を全て被覆している。そして、第２ガンマ線遮蔽材１４は、第１ガンマ線遮蔽材１３に中性子減速材１２に対応して形成された熱中性子照射口１３ａを閉止するように配置されており、中速中性子及び熱外中性子を減速し、照射対象物質に照射する熱中性子を増幅する機能を有している。この第２ガンマ線遮蔽材１４は、ビスマスが最も望ましいが、鉛、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、鉄などを含んだ重金属により代換し構成しても良い。
【００２５】
更に、中性子発生源１１の配置方向を除く中性子減速材１２及び第１ガンマ線遮蔽材１３と第２ガンマ線遮蔽材１４の周囲を被覆するように熱中性子吸収材１５が配置されている。この熱中性子吸収材１５は、中性子発生源１１から照射された高速中性子が中性子減速材１２で減速された熱中性子の一部を吸収することで、中性子発生源１１の側方及び後方からの外部漏洩を防止するものである。この場合、中性子減速材１２の周囲を熱中性子吸収材１５により被覆し、この熱中性子吸収材１５の周囲を第１ガンマ線遮蔽材１３により被覆してもよい。
【００２６】
本実施例の中性子モデレータは、検査対象物Ａに対して、少なくとも高速中性子及び熱中性子を照射するものである。
【００２７】
即ち、図３に示すように、中性子発生源１１で発生した高速中性子ＦＮ（Fast Neutron）は、前方に照射される一方、側方及び後方に照射され、この側方及び後方に照射された高速中性子ＦＮは、中性子減速材１２を通過する間に熱外中性子（中速中性子を含む）ＥＴＮ（Epithermal Neutron）、熱中性子ＴＮ（Thermal Neutron）に減速される。そして、この熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮ、高速中性子ＦＮは、前方側に反射されると共に、一部の高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが第１ガンマ線遮蔽材１３及び熱中性子吸収材１５を通過し、一部の熱中性子ＴＮが熱中性子吸収材１５により吸収される。このとき、反射した高速中性子ＦＮ、熱外中性子（中速中性子を含む）ＥＴＮは、第２ガンマ線遮蔽材１４を通過するときに更に減速され、熱中性子ＴＮとなり、この熱中性子ＴＮが増幅される。また、高速中性子ＦＮが中性子減速材１２に減速されるときに発生した２次ガンマ線（γ線）は、第１ガンマ線遮蔽材１３及び第２ガンマ線遮蔽部材１４により遮蔽される。
【００２８】
従って、検査対象物Ａに対して、中性子発生源１１から直接照射された高速中性子ＦＮと反射された高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮを照射することができる。
【００２９】
次に、上述した中性子モデレータを適用した本実施例の危険物質検出装置について説明する。図４に示すように、検査室２１は、所定厚さのコンクリート壁２２によって囲繞されて形成されており、検査対象物Ａを挿入及び排出可能な図示しない出入口が設けられている。この場合、コンクリート壁２２は、ボロンや鉛などを含有するコンクリートにより形成することが望ましく、その他、ポリエチレン、ポリエチレンを含んだ物質（ボロン入りポリエチレンなど）、グラファイト、カーボンを含んだ物質（ボロンカーバイトなど）、フッ素化合物（フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ガドリニウムなど）等を含有するコンクリート壁としてもよい。そして、この検査室２１の内壁には、全周にわたって上述した熱中性子吸収材１５が配置されている。
【００３０】
この検査室２１にて、検査対象物Ａに対向した一側部には、中性子発生源１１が配置されており、この中性子発生源１１に対して検査対象物Ａとは反対側に中性子減速材１２が配置されている。そして、中性子発生源１１に対向する部分を除く中性子減速材１２の周囲を被覆するように第１ガンマ線遮蔽材１３が熱中性子吸収材１５に密着して配置されると共に、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に位置して熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材１４が配置されている。また、検査室２１のコンクリート壁２２と熱中性子吸収材１５との間には、第１ガンマ線遮蔽材１３が配置された部分を除いてこの第１ガンマ線遮蔽材１３と同材料の第３ガンマ線遮蔽材２３が配置されている。この場合、熱中性子吸収材１５の内側に第３ガンマ線遮蔽材２３を配置してもよい。
【００３１】
また、検査室２１にて、検査対象物Ａから発生するガンマ線（γ線）を検出するガンマ線検出器としてのゲルマニウム半導体検出器（以下、Ｇｅ検出器と称する。）２４と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器（以下、ＢＧＯ検出器と称する。）２５とが設けられている。この場合、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５は、検査対象物Ａと中性子発生源１１とが対向する領域の両側に互いに対向して配置されており、それぞれカドミウムで被覆処理されている。なお、Ｇｅ検出器２４は、ガンマ線エネルギスペクトルを測定するものであり、検出したガンマ線の高精度な分解能を要しており、ＢＧＯ検出器２５は、同様に、ガンマ線エネルギスペクトルを測定するものであり、検出したガンマ線の高精度な感度を有している。
【００３２】
更に、検査室２１にて、検査対象物Ａから発生する中性子を検出する一対の中性子検出器２６が設けられている。この一対の中性子検出器２６は、検査対象物Ａの両側に対向し、且つ、同距離をもって、Ｇｅ検出器２４とＢＧＯ検出器２５にそれぞれ隣接して配置されている。そして、中性子検出器２６は、検査対象物Ａから照射された中性子の数を同時に計測することができるものである。
【００３３】
このように構成された本実施例の危険物質検出装置において、図３及び図４に示すように、検査対象物Ａが検査室２１における所定の位置、つまり、中性子発生源１１と対向する位置に配置された状態で、中性子発生源１１を稼動すると、前方に検査対象物Ａに向けて高速中性子ＦＮが照射される一方、側方及び後方に中性子減速材１２に向けて高速中性子ＦＮが照射される。すると、この側方及び後方に照射された高速中性子ＦＮは、中性子減速材１２を通過する間に減速され、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮに変換される。そして、高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮは、減速時に前方側に反射されると共に、一部の高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが第１ガンマ線遮蔽材１３及び熱中性子吸収材１５を通過し、一部の熱中性子ＴＮが熱中性子吸収材１５により吸収される。このとき、反射した熱中性子ＴＮは、第２ガンマ線遮蔽材１４を通過するときに増幅される。また、高速中性子ＦＮが中性子減速材１２に減速されるときに発生した２次ガンマ線（γ線）は、第１ガンマ線遮蔽材１３及び第２ガンマ線遮蔽部材１４により遮蔽される。
【００３４】
そのため、中性子発生源１１から直接照射された高速中性子ＦＮと、中性子減速材１２にて減速されて反射された高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａに対して照射される。すると、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが検査対象物Ａに照射されたとき、中性子と原子核とが相互作用を起こすと、中性子の持つエネルギが原子核に付与され、励起された原子核から２次ガンマ線が発生するが、この発生過程は２種類に大別される。
【００３５】
一つは、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮと原子核との非弾性散乱反応であり、この場合、中性子のエネルギの一部が原子核に付与され、主に、付与されたエネルギ以下の２次γ線が発生する。この非弾性散乱ガンマ線の反応は、主として、熱中性子以上のエネルギを持つ中性子により生じるが、中性子のエネルギが熱中性子レベル以下に低下するまで何度も起こるため、発生するガンマ線のエネルギは低くても大量に発生する。
【００３６】
もう一つは、熱中性子ＴＮまたはこの非弾性散乱の結果、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮのエネルギが低下した熱中性子による捕獲反応であり、この場合、中性子が一旦、原子核に捕獲されてしまい、核変換が起こった後に２次ガンマ線（捕獲ガンマ線と呼ばれている）を放出する。そのため、放出されるガンマ線は、付与されたエネルギよりもはるかに巨大なエネルギを持って放出される。即ち、非弾性散乱反応は、中性子の速度が速いために原子核に捕まらないので、散乱反応となり、散乱を繰り返すうちに、速度の落ちてきた中性子は原子核に捕まりやすくなる。
【００３７】
そして、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５は、高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａに照射されたときに発生する２次ガンマ線エネルギスペクトルを１サイクルごとに連続して検出する。すると、図５に示すように、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮと原子核との非弾性散乱反応で発生した非弾性散乱ガンマ線は、１サイクルの中の初期に大量に発生し、熱中性子ＴＮと原子核との弾性散乱反応（捕獲反応）で発生した捕獲ガンマ線は、１サイクルの中の中期に比較的緩やかに発生する。
【００３８】
従って、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５が、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが検査対象物Ａに照射されたときに発生する２次ガンマ線エネルギスペクトル（非弾性散乱ガンマ線）を検出すると共に、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａに照射されたときに発生する２次ガンマ線エネルギスペクトル（捕獲ガンマ線）を検出することで、この２次ガンマ線のエネルギにより検査対象物Ａの構成元素（炭素、水素、酸素、窒素）の種類及びその濃度に基づいて爆発物を検出することができる。
【００３９】
また、検査対象物Ａが核物質（ウランやプルトニウムなど）である場合には、中性子を照射しなくても、自発核分裂を起こしている。自発核分裂反応では、２つ以上の中性子が同時に別々の方向に発生することがある。一対の中性子検出器２６は、検査対象物Ａから発生する中性子の数を同時に計測することで、検査対象物Ａが自発核分裂を起こしている核物質であるかどうかを判定することができる。
【００４０】
なお、中性子減速材１２で減速された熱中性子ＴＮは、検査対象物Ａ側に反射するが、その他の熱中性子ＴＮは、熱中性子吸収材１５により吸収されて消滅するため、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａの方向以外に照射されて空気と反応を起こすことはなく、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５の検出ノイズの発生が抑制される。一方、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮは、熱中性子吸収材１５を通過するが、空気と反応しても、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５の検出ノイズになる反応は少ない。また、高速中性子ＦＮが中性子減速材１２で減速されときに発生する２次ガンマ線は、第１ガンマ線遮断材１３により遮断されて外部に漏洩することはなく、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５による誤検出が防止される。
【００４１】
このように本実施例の中性子モデレータ及び中性子照射方法にあっては、中性子発生源１１の一方側に中性子減速材１２を設け、この中性子減速材１２の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材１３，１４を設けると共に、中性子発生源１１の配置方向を除く中性子減速材１２の周囲を被覆する熱中性子吸収材１５を設けている。
【００４２】
従って、中性子発生源１１から照射される高速中性子は、前方に照射されると共に後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は、中性子減速材１２により熱中性子に減速され、一部の熱中性子が前方に反射する一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材１５により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材１３，１４により外部への漏洩が阻止されることとなり、発生する２次ガンマ線を低減し、必要となる高速中性子及び熱中性子を確実に取り出して照射することができる。
【００４３】
また、本実施例の中性子モデレータでは、中性子発生源１１の配置部分を除く中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材１３と、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材１４を設けている。従って、高速中性子は、中性子減速材１２により熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、第１、第２ガンマ線遮蔽材１３，１４により低減されるが、減速された中速中性子、熱外中性子、熱中性子は第２ガンマ線遮蔽材１４により熱中性子数を増幅して前方に照射されることとなり、発生する熱中性子を効率的に取り出して照射することができる。
【００４４】
一方、本実施例の危険物質検出装置にあっては、検査対象物Ａを挿入及び排出可能な検査室２１を設けると共に、この検査室２１の周囲に熱中性子吸収材１５を設け、検査室２１内で検査対象物Ａに対向して中性子発生源１１を配置する一方、中性子発生源１１に対して検査対象物とは反対側に中性子減速材１２を配置し、中性子減速材１２の周囲をガンマ線遮蔽材１３，１４により被覆し、検査対象物Ａから発生するガンマ線を検出するＧｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５を設けている。
【００４５】
従って、中性子発生源１１から照射される高速中性子は、検査対象物Ａに照射されると共に、後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は中性子減速材１２により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、一部の中性子が前方に反射して検査対象物Ａに照射される一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材１５により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材１３，１４により外部への照射が阻止され、その結果、検査対象物Ａに対して高速中性子と熱中性子を照射することができ、この照射時に発生する２次ガンマ線をＧｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５により検出することで、そのエネルギにより危険物質を検出することができ、危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質の種類を検出することができ、検出精度を向上することができる。
【００４６】
また、本実施例の危険物質検出装置では、中性子発生源に対向する部分を除く中性子減速材１２の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材１３と、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に位置して熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材１４と、検査室２１を周囲を被覆する第２ガンマ線遮蔽材２３を設けている。従って、高速中性子は、中性子減速材１２により熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、各ガンマ線遮蔽材１３,１４,２３により低減されることで、検査対象物Ａに高速中性子及び熱中性子を照射して、発生した２次ガンマ線と混在することはなく、また、熱中性子は第２ガンマ線遮蔽材１４により増幅されてから前方に照射されることとなり、危険物質の検出精度を向上することができる。
【００４７】
そして、本実施例の危険物質検出装置では、ゲルマニウム半導体検出器２４と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器２５を設けている。従って、ゲルマニウム半導体検出器２３により検出したガンマ線の高精度な分解能を確保し、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器２５により検出したガンマ線の高精度な感光度を確保し、ガンマ線の検出精度を向上することができる。
【００４８】
更に、本実施例の危険物質検出装置では、検査対象物Ａの両側に対向して一対の中性子検出器２６を設けている。従って、一対の中性子検出器２６により検査対象物Ａからほぼ同時に発生した中性子を検出することで、検査対象物Ａに核物質が含まれていることを確実に検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置は、発生する２次ガンマ線を低減して必要となる高速中性子及び熱中性子を取り出し可能とし、これを検査対象物に照射することで、危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質の種類を検出するものであり、いずれの中性子モデレータや危険物質検出装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例に係る中性子モデレータを表す概略側面図である。
【図２】本実施例の中性子モデレータを表す概略平面図である。
【図３】本実施例の中性子モデレータによる高速中性子及び熱中性子の照射方法を表す概略図である。
【図４】本実施例の中性子モデレータが適用された危険物質検出装置を表す概略図である。
【図５】本実施例の危険物質検出装置による２次ガンマ線の検出タイミングを表す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１ 中性子発生源
１２ 中性子減速材
１３ 第１ガンマ線遮蔽材（ガンマ線遮蔽材）
１４ 第２ガンマ線遮蔽材（ガンマ線遮蔽材）
１５ 熱中性子吸収材
２１ 検査室
２３ 第３ガンマ線遮蔽材（ガンマ線遮蔽材）
２４ ゲルマニウム半導体検出器、Ｇｅ検出器（ガンマ線検出器）
２５ ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器、ＢＧＯ検出器（ガンマ線検出器）
２６ 中性子検出器
Ａ 検査対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子源で発生したエネルギの非常に高い高速中性子を減速し、エネルギの低い中性子を生成する中性子モデレータ、並びにこの中性子モデレータを用いて爆発物などの危険物を検査する危険物質検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、駅、空港、港湾、野球場、サッカー場、イベントホール、美術館など多数の人が集まる大規模集客施設では、入場時に利用者の手荷物を検査し、爆発物などの危険物質の持ち込みを阻止して安全性を確保している。従来から、中性子を用いて爆発物を検出することが知られている。爆発物の構成元素としては、窒素が含有されたものが多く、これまでの開発では、中性子発生源からの高速中性子を減速材を通過させることで熱中性子に減速し、この熱中性子を爆発物に照射することで発生したガンマ線のエネルギを検出し、窒素の存在及び濃度に基づいて爆発物を検出することが提案されてきている。ところが、近年、炭素（カーボン）、水素、酸素などの元素で構成され、窒素を含有しない爆発物が開発されている。これらの爆発物では、中性子発生源からの高速中性子を爆発物に照射すると、高速中性子と各構成元素との非弾性散乱によりガンマ線が発生することから、このガンマ線のエネルギを検出することで、各構成元素の濃度に基づいて爆発物を検出可能となる。
【０００３】
このような危険物質検出装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された爆発物検出方式用の複合空洞構成体は、高エネルギ中性子供給源からの中性子を低エネルギ熱中性子へスローダウンさせ、この低エネルギ熱中性子が窒素を収容するトランクまたは小荷物において多用な原子核と反応してガンマ線を発生し、これを検出器で検出解析することで窒素の存在及び濃度を検出して爆発物を検出するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−０８６０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、中性子の減速材は、爆発物と同様に、炭素、水素、酸素、窒素などの構成元素からなるものであり、中性子発生源からの高速中性子を、減速材を通過させて熱中性子に減速してから爆発物に照射し、発生したガンマ線を検出すると、検出したガンマ線量に、爆発物から発生したガンマ線に加えて中性子減速材から発生したガンマ線が混在してしまい、測定精度が悪化して爆発物の検出精度が低下してしまうという問題がある。また、熱中性子を爆発物に照射して発生したガンマ線から爆発物の構成元素を検出する場合、検出したガンマ線量に、爆発物から発生したガンマ線に加えて空気中の炭素、水素、酸素、窒素から発生したガンマ線が混在してしまい、爆発物の検出精度が低下してしまう。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、中性子モデレータ内部で発生する２次ガンマ線が、検出器で検出されないように低減しつつ、中性子モデレータ内部で発生する熱中性子の照射方向以外への漏出を防ぎ、必要となる高速中性子及び熱中性子を取り出し可能とした中性子モデレータ及び中性子照射方法、並びに、この中性子モデレータを用いて危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質を検出可能とした危険物質検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１の発明の中性子モデレータは、中性子発生源と、該中性子発生源の一方側に設けられた中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源の配置方向を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する熱中性子吸収材とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明の中性子モデレータでは、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源の配置部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明の中性子照射方法は、中性子発生源で発生した高速中性子を前方に照射する一方、該中性子発生源で発生した高速中性子のうち後方に照射された高速中性子を中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速し、前方に反射される中性子だけを取り出して前記高速中性子と共に前方に照射し、前記高速中性子の減速時に発生する２次ガンマ線を遮蔽するものである。
【００１０】
請求項４の発明の危険物質検出装置は、検査対象物を挿入及び排出可能な検査室と、該検査室の周囲に設けられた熱中性子吸収材と、前記検査室内で前記検査対象物に対向して配置された中性子発生源と、該中性子発生源に対して前記検査対象物とは反対側に配置された中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記検査対象物から発生するガンマ線を検出するガンマ線検出器とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明の危険物質検出装置では、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源に対向する部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明の危険物質検出装置では、前記ガンマ線検出器は、ゲルマニウム半導体検出器と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器とを有することを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明の危険物質検出装置では、前記検査対象物の両側に対向して一対の中性子検出器が設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明の中性子モデレータによれば、中性子発生源の一方側に中性子減速材を設け、この中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材を設けると共に、中性子発生源の配置方向を除く中性子減速材の周囲を被覆する熱中性子吸収材を設けたので、中性子発生源から照射される高速中性子は、前方に照射されると共に後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は、中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、これら一部の中性子が前方に反射する一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材により外部への漏洩が阻止されることとなり、発生する２次ガンマ線を低減し、必要となる高速中性子及び熱中性子を確実に取り出して照射することができる。
【００１５】
請求項２の発明の中性子モデレータによれば、ガンマ線遮蔽材として、中性子発生源の配置部分を除く中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、中性子発生源と中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを設けたので、高速中性子は、中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、第１、第２ガンマ線遮蔽材により低減されるが、減速された中性子のうち、中速中性子及び熱外中性子の一部は第２ガンマ線遮蔽材で更に減速され、熱中性子数は増幅されてから前方に照射されることとなり、熱中性子を効率的に取り出して照射することができる。
【００１６】
請求項３の発明の中性子照射方法によれば、中性子発生源で発生した高速中性子を前方に照射する一方、中性子発生源で発生した高速中性子のうち後方に照射された高速中性子を中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速し、前方に反射される中性子だけを取り出して高速中性子と共に前方に照射し、高速中性子の減速時に発生する２次ガンマ線を遮蔽するようにしたので、中性子発生源で発生した高速中性子と、中性子減速材により減速されて反射した中性子とを確実に取り出して前方に照射することができる。
【００１７】
請求項４の発明の危険物質検出装置によれば、検査対象物を挿入及び排出可能な検査室を設けると共に、この検査室の周囲に熱中性子吸収材を設け、検査室内で検査対象物に対向して中性子発生源を配置する一方、中性子発生源に対して検査対象物とは反対側に中性子減速材を配置し、中性子減速材の周囲をガンマ線遮蔽材により被覆し、検査対象物から発生するガンマ線を検出するガンマ線検出器を設けたので、中性子発生源から照射される高速中性子は、検査対象物に照射されると共に、後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、一部の中性子が前方に反射して検査対象物に照射される一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材により外部への照射が阻止され、その結果、検査対象物に対して高速中性子と熱中性子を照射することができ、この照射により発生するガンマ線をガンマ線検出器により検出することで、そのガンマ線エネルギの大小により危険物質を検出することができ、危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質を検出することができ、検出精度を向上することができる。
【００１８】
請求項５の発明の危険物質検出装置によれば、ガンマ線遮蔽材として、中性子発生源に対向する部分を除く中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、中性子発生源と中性子減速材との間に位置して熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを設けたので、高速中性子は、中性子減速材により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、第１、第２ガンマ線遮蔽材により低減されることで、検査対象物に高速中性子及び熱中性子を照射して発生したガンマ線と混在することはなく、また、熱中性子は第２ガンマ線遮蔽材により増幅されてから前方に照射されることとなり、危険物質の検出精度を向上することができる。
【００１９】
請求項６の発明の危険物質検出装置によれば、ガンマ線検出器として、ゲルマニウム半導体検出器と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器とを設けている。これは、ゲルマニウム半導体検出器により検出したガンマ線の高精度な分解能を確保し、ゲルマニウム半導体検出器に比べて分解能は劣るが感度の良いビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器により検出したガンマ線の高精度な信号強度を確保し、ガンマ線の検出精度を向上することができる。
【００２０】
請求項７の発明の危険物質検出装置によれば、検査対象物の両側に対向して一対の中性子検出器を設けたので、一対の中性子検出器により検査対象物からほぼ同時に発生した中性子を検出することで、検査対象物に核物質が含まれていることを確実に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】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明の一実施例に係る中性子モデレータを表す概略側面図、図２は、本実施例の中性子モデレータを表す概略平面図、図３は、本実施例の中性子モデレータによる高速中性子及び熱中性子の照射方法を表す概略図、図４は、本実施例の中性子モデレータが適用された危険物質検出装置を表す概略図、図５は、本実施例の危険物質検出装置による２次ガンマ線の検出タイミングを表す概略図である。
【００２３】
まず、本実施例の中性子モデレータについて説明する。図１及び図２に示すように、中性子発生源１１は、中性子を発生する物質または装置であって、Ｄ−Ｔ反応、Ｄ−Ｄ反応及び（α、ｎ）反応の他に自発核分裂に基づくものがある。そして、この中性子発生源１１は管形状をなし、電源ユニット１１ａが接続されており、全周囲に高速中性子を照射することができる。この中性子発生源１１の一方側（図１及び図２にて、右側）には、中性子減速材１２が配置されている。この中性子減速材１２は、例えば、ポリエチレンにより構成され、中性子発生源１１から照射された高速中性子を減速して高速中性子、中速中性子、低速中性子、熱外中性子、熱中性子に変換するものである。なお、この中性子減速材１２は、上述したポリエチレンの他に、ポリエチレンを含んだ物質（ボロン入りポリエチレンなど）、グラファイト、カーボンを含んだ物質（ボロンカーバイトなど）、フッ素化合物（フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ガドリニウムなど）等を用いてもよいものである。
【００２４】
そして、この中性子減速材１２の周囲には、これを被覆するガンマ線遮蔽材としての第１ガンマ線遮蔽材１３と第２ガンマ線遮蔽材１４が配置されている。第１ガンマ線遮蔽材１３は、中性子発生源１１の配置部分を除く中性子減速材１２の周囲を被覆するように配置されており、中性子発生源１１から照射された高速中性子が中性子減速材１２で減速されたときに発生した２次ガンマ線を減衰・吸収して遮断することで、外部漏洩を防止するものである。この第１ガンマ線遮蔽材１３は、例えば、鉛、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、鉄などを含んだ重金属により構成されている。一方、第２ガンマ線遮蔽材１４は、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に配置され、この第１ガンマ線遮蔽材１３及び第２ガンマ線遮蔽材１４により中性子減速材１２の周囲を全て被覆している。そして、第２ガンマ線遮蔽材１４は、第１ガンマ線遮蔽材１３に中性子減速材１２に対応して形成された熱中性子照射口１３ａを閉止するように配置されており、中速中性子及び熱外中性子を減速し、照射対象物質に照射する熱中性子を増幅する機能を有している。この第２ガンマ線遮蔽材１４は、ビスマスが最も望ましいが、鉛、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、鉄などを含んだ重金属により代換し構成しても良い。
【００２５】
更に、中性子発生源１１の配置方向を除く中性子減速材１２及び第１ガンマ線遮蔽材１３と第２ガンマ線遮蔽材１４の周囲を被覆するように熱中性子吸収材１５が配置されている。この熱中性子吸収材１５は、中性子発生源１１から照射された高速中性子が中性子減速材１２で減速された熱中性子の一部を吸収することで、中性子発生源１１の側方及び後方からの外部漏洩を防止するものである。この場合、中性子減速材１２の周囲を熱中性子吸収材１５により被覆し、この熱中性子吸収材１５の周囲を第１ガンマ線遮蔽材１３により被覆してもよい。
【００２６】
本実施例の中性子モデレータは、検査対象物Ａに対して、少なくとも高速中性子及び熱中性子を照射するものである。
【００２７】
即ち、図３に示すように、中性子発生源１１で発生した高速中性子ＦＮ（Fast Neutron）は、前方に照射される一方、側方及び後方に照射され、この側方及び後方に照射された高速中性子ＦＮは、中性子減速材１２を通過する間に熱外中性子（中速中性子を含む）ＥＴＮ（Epithermal Neutron）、熱中性子ＴＮ（Thermal Neutron）に減速される。そして、この熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮ、高速中性子ＦＮは、前方側に反射されると共に、一部の高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが第１ガンマ線遮蔽材１３及び熱中性子吸収材１５を通過し、一部の熱中性子ＴＮが熱中性子吸収材１５により吸収される。このとき、反射した高速中性子ＦＮ、熱外中性子（中速中性子を含む）ＥＴＮは、第２ガンマ線遮蔽材１４を通過するときに更に減速され、熱中性子ＴＮとなり、この熱中性子ＴＮが増幅される。また、高速中性子ＦＮが中性子減速材１２に減速されるときに発生した２次ガンマ線（γ線）は、第１ガンマ線遮蔽材１３及び第２ガンマ線遮蔽部材１４により遮蔽される。
【００２８】
従って、検査対象物Ａに対して、中性子発生源１１から直接照射された高速中性子ＦＮと反射された高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮを照射することができる。
【００２９】
次に、上述した中性子モデレータを適用した本実施例の危険物質検出装置について説明する。図４に示すように、検査室２１は、所定厚さのコンクリート壁２２によって囲繞されて形成されており、検査対象物Ａを挿入及び排出可能な図示しない出入口が設けられている。この場合、コンクリート壁２２は、ボロンや鉛などを含有するコンクリートにより形成することが望ましく、その他、ポリエチレン、ポリエチレンを含んだ物質（ボロン入りポリエチレンなど）、グラファイト、カーボンを含んだ物質（ボロンカーバイトなど）、フッ素化合物（フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ガドリニウムなど）等を含有するコンクリート壁としてもよい。そして、この検査室２１の内壁には、全周にわたって上述した熱中性子吸収材１５が配置されている。
【００３０】
この検査室２１にて、検査対象物Ａに対向した一側部には、中性子発生源１１が配置されており、この中性子発生源１１に対して検査対象物Ａとは反対側に中性子減速材１２が配置されている。そして、中性子発生源１１に対向する部分を除く中性子減速材１２の周囲を被覆するように第１ガンマ線遮蔽材１３が熱中性子吸収材１５に密着して配置されると共に、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に位置して熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材１４が配置されている。また、検査室２１のコンクリート壁２２と熱中性子吸収材１５との間には、第１ガンマ線遮蔽材１３が配置された部分を除いてこの第１ガンマ線遮蔽材１３と同材料の第３ガンマ線遮蔽材２３が配置されている。この場合、熱中性子吸収材１５の内側に第３ガンマ線遮蔽材２３を配置してもよい。
【００３１】
また、検査室２１にて、検査対象物Ａから発生するガンマ線（γ線）を検出するガンマ線検出器としてのゲルマニウム半導体検出器（以下、Ｇｅ検出器と称する。）２４と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器（以下、ＢＧＯ検出器と称する。）２５とが設けられている。この場合、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５は、検査対象物Ａと中性子発生源１１とが対向する領域の両側に互いに対向して配置されており、それぞれカドミウムで被覆処理されている。なお、Ｇｅ検出器２４は、ガンマ線エネルギスペクトルを測定するものであり、検出したガンマ線の高精度な分解能を要しており、ＢＧＯ検出器２５は、同様に、ガンマ線エネルギスペクトルを測定するものであり、検出したガンマ線の高精度な感度を有している。
【００３２】
更に、検査室２１にて、検査対象物Ａから発生する中性子を検出する一対の中性子検出器２６が設けられている。この一対の中性子検出器２６は、検査対象物Ａの両側に対向し、且つ、同距離をもって、Ｇｅ検出器２４とＢＧＯ検出器２５にそれぞれ隣接して配置されている。そして、中性子検出器２６は、検査対象物Ａから照射された中性子の数を同時に計測することができるものである。
【００３３】
このように構成された本実施例の危険物質検出装置において、図３及び図４に示すように、検査対象物Ａが検査室２１における所定の位置、つまり、中性子発生源１１と対向する位置に配置された状態で、中性子発生源１１を稼動すると、前方に検査対象物Ａに向けて高速中性子ＦＮが照射される一方、側方及び後方に中性子減速材１２に向けて高速中性子ＦＮが照射される。すると、この側方及び後方に照射された高速中性子ＦＮは、中性子減速材１２を通過する間に減速され、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮに変換される。そして、高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮは、減速時に前方側に反射されると共に、一部の高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが第１ガンマ線遮蔽材１３及び熱中性子吸収材１５を通過し、一部の熱中性子ＴＮが熱中性子吸収材１５により吸収される。このとき、反射した熱中性子ＴＮは、第２ガンマ線遮蔽材１４を通過するときに増幅される。また、高速中性子ＦＮが中性子減速材１２に減速されるときに発生した２次ガンマ線（γ線）は、第１ガンマ線遮蔽材１３及び第２ガンマ線遮蔽部材１４により遮蔽される。
【００３４】
そのため、中性子発生源１１から直接照射された高速中性子ＦＮと、中性子減速材１２にて減速されて反射された高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａに対して照射される。すると、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが検査対象物Ａに照射されたとき、中性子と原子核とが相互作用を起こすと、中性子の持つエネルギが原子核に付与され、励起された原子核から２次ガンマ線が発生するが、この発生過程は２種類に大別される。
【００３５】
一つは、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮと原子核との非弾性散乱反応であり、この場合、中性子のエネルギの一部が原子核に付与され、主に、付与されたエネルギ以下の２次γ線が発生する。この非弾性散乱ガンマ線の反応は、主として、熱中性子以上のエネルギを持つ中性子により生じるが、中性子のエネルギが熱中性子レベル以下に低下するまで何度も起こるため、発生するガンマ線のエネルギは低くても大量に発生する。
【００３６】
もう一つは、熱中性子ＴＮまたはこの非弾性散乱の結果、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮのエネルギが低下した熱中性子による捕獲反応であり、この場合、中性子が一旦、原子核に捕獲されてしまい、核変換が起こった後に２次ガンマ線（捕獲ガンマ線と呼ばれている）を放出する。そのため、放出されるガンマ線は、付与されたエネルギよりもはるかに巨大なエネルギを持って放出される。即ち、非弾性散乱反応は、中性子の速度が速いために原子核に捕まらないので、散乱反応となり、散乱を繰り返すうちに、速度の落ちてきた中性子は原子核に捕まりやすくなる。
【００３７】
そして、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５は、高速中性子ＦＮ、熱外中性子ＥＴＮ、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａに照射されたときに発生する２次ガンマ線エネルギスペクトルを１サイクルごとに連続して検出する。すると、図５に示すように、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮと原子核との非弾性散乱反応で発生した非弾性散乱ガンマ線は、１サイクルの中の初期に大量に発生し、熱中性子ＴＮと原子核との弾性散乱反応（捕獲反応）で発生した捕獲ガンマ線は、１サイクルの中の中期に比較的緩やかに発生する。
【００３８】
従って、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５が、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮが検査対象物Ａに照射されたときに発生する２次ガンマ線エネルギスペクトル（非弾性散乱ガンマ線）を検出すると共に、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａに照射されたときに発生する２次ガンマ線エネルギスペクトル（捕獲ガンマ線）を検出することで、この２次ガンマ線のエネルギにより検査対象物Ａの構成元素（炭素、水素、酸素、窒素）の種類及びその濃度に基づいて爆発物を検出することができる。
【００３９】
また、検査対象物Ａが核物質（ウランやプルトニウムなど）である場合には、中性子を照射しなくても、自発核分裂を起こしている。自発核分裂反応では、２つ以上の中性子が同時に別々の方向に発生することがある。一対の中性子検出器２６は、検査対象物Ａから発生する中性子の数を同時に計測することで、検査対象物Ａが自発核分裂を起こしている核物質であるかどうかを判定することができる。
【００４０】
なお、中性子減速材１２で減速された熱中性子ＴＮは、検査対象物Ａ側に反射するが、その他の熱中性子ＴＮは、熱中性子吸収材１５により吸収されて消滅するため、熱中性子ＴＮが検査対象物Ａの方向以外に照射されて空気と反応を起こすことはなく、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５の検出ノイズの発生が抑制される。一方、高速中性子ＦＮ及び熱外中性子ＥＴＮは、熱中性子吸収材１５を通過するが、空気と反応しても、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５の検出ノイズになる反応は少ない。また、高速中性子ＦＮが中性子減速材１２で減速されときに発生する２次ガンマ線は、第１ガンマ線遮断材１３により遮断されて外部に漏洩することはなく、Ｇｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５による誤検出が防止される。
【００４１】
このように本実施例の中性子モデレータ及び中性子照射方法にあっては、中性子発生源１１の一方側に中性子減速材１２を設け、この中性子減速材１２の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材１３，１４を設けると共に、中性子発生源１１の配置方向を除く中性子減速材１２の周囲を被覆する熱中性子吸収材１５を設けている。
【００４２】
従って、中性子発生源１１から照射される高速中性子は、前方に照射されると共に後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は、中性子減速材１２により熱中性子に減速され、一部の熱中性子が前方に反射する一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材１５により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材１３，１４により外部への漏洩が阻止されることとなり、発生する２次ガンマ線を低減し、必要となる高速中性子及び熱中性子を確実に取り出して照射することができる。
【００４３】
また、本実施例の中性子モデレータでは、中性子発生源１１の配置部分を除く中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材１３と、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材１４を設けている。従って、高速中性子は、中性子減速材１２により熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、第１、第２ガンマ線遮蔽材１３，１４により低減されるが、減速された中速中性子、熱外中性子、熱中性子は第２ガンマ線遮蔽材１４により熱中性子数を増幅して前方に照射されることとなり、発生する熱中性子を効率的に取り出して照射することができる。
【００４４】
一方、本実施例の危険物質検出装置にあっては、検査対象物Ａを挿入及び排出可能な検査室２１を設けると共に、この検査室２１の周囲に熱中性子吸収材１５を設け、検査室２１内で検査対象物Ａに対向して中性子発生源１１を配置する一方、中性子発生源１１に対して検査対象物とは反対側に中性子減速材１２を配置し、中性子減速材１２の周囲をガンマ線遮蔽材１３，１４により被覆し、検査対象物Ａから発生するガンマ線を検出するＧｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５を設けている。
【００４５】
従って、中性子発生源１１から照射される高速中性子は、検査対象物Ａに照射されると共に、後方及び側方に照射され、この後方及び側方に照射された高速中性子は中性子減速材１２により中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速され、一部の中性子が前方に反射して検査対象物Ａに照射される一方、残りの熱中性子が熱中性子吸収材１５により吸収され、また、高速中性子の減速時に発生した２次ガンマ線はガンマ線遮蔽材１３，１４により外部への照射が阻止され、その結果、検査対象物Ａに対して高速中性子と熱中性子を照射することができ、この照射時に発生する２次ガンマ線をＧｅ検出器２４及びＢＧＯ検出器２５により検出することで、そのエネルギにより危険物質を検出することができ、危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質の種類を検出することができ、検出精度を向上することができる。
【００４６】
また、本実施例の危険物質検出装置では、中性子発生源に対向する部分を除く中性子減速材１２の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材１３と、中性子発生源１１と中性子減速材１２との間に位置して熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材１４と、検査室２１を周囲を被覆する第２ガンマ線遮蔽材２３を設けている。従って、高速中性子は、中性子減速材１２により熱中性子に減速され、このときに発生する２次ガンマ線は、各ガンマ線遮蔽材１３,１４,２３により低減されることで、検査対象物Ａに高速中性子及び熱中性子を照射して、発生した２次ガンマ線と混在することはなく、また、熱中性子は第２ガンマ線遮蔽材１４により増幅されてから前方に照射されることとなり、危険物質の検出精度を向上することができる。
【００４７】
そして、本実施例の危険物質検出装置では、ゲルマニウム半導体検出器２４と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器２５を設けている。従って、ゲルマニウム半導体検出器２３により検出したガンマ線の高精度な分解能を確保し、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器２５により検出したガンマ線の高精度な感光度を確保し、ガンマ線の検出精度を向上することができる。
【００４８】
更に、本実施例の危険物質検出装置では、検査対象物Ａの両側に対向して一対の中性子検出器２６を設けている。従って、一対の中性子検出器２６により検査対象物Ａからほぼ同時に発生した中性子を検出することで、検査対象物Ａに核物質が含まれていることを確実に検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置は、発生する２次ガンマ線を低減して必要となる高速中性子及び熱中性子を取り出し可能とし、これを検査対象物に照射することで、危険物質の構成元素に拘らず高精度にこの危険物質の種類を検出するものであり、いずれの中性子モデレータや危険物質検出装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例に係る中性子モデレータを表す概略側面図である。
【図２】本実施例の中性子モデレータを表す概略平面図である。
【図３】本実施例の中性子モデレータによる高速中性子及び熱中性子の照射方法を表す概略図である。
【図４】本実施例の中性子モデレータが適用された危険物質検出装置を表す概略図である。
【図５】本実施例の危険物質検出装置による２次ガンマ線の検出タイミングを表す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１ 中性子発生源
１２ 中性子減速材
１３ 第１ガンマ線遮蔽材（ガンマ線遮蔽材）
１４ 第２ガンマ線遮蔽材（ガンマ線遮蔽材）
１５ 熱中性子吸収材
２１ 検査室
２３ 第３ガンマ線遮蔽材（ガンマ線遮蔽材）
２４ ゲルマニウム半導体検出器、Ｇｅ検出器（ガンマ線検出器）
２５ ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器、ＢＧＯ検出器（ガンマ線検出器）
２６ 中性子検出器
Ａ 検査対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子発生源と、該中性子発生源の一方側に設けられた中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源の配置方向を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する熱中性子吸収材とを具えたことを特徴とする中性子モデレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の中性子モデレータにおいて、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源の配置部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴とする中性子モデレータ。
【請求項３】
中性子発生源で発生した高速中性子を前方に照射する一方、該中性子発生源で発生した高速中性子のうち後方に照射された高速中性子を中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速し、前方に反射される中性子だけを取り出して前記高速中性子と共に前方に照射し、前記高速中性子の減速時に発生する２次ガンマ線を遮蔽することを特徴とする中性子照射方法。
【請求項４】
検査対象物を挿入及び排出可能な検査室と、該検査室の周囲に設けられた熱中性子吸収材と、前記検査室内で前記検査対象物に対向して配置された中性子発生源と、該中性子発生源に対して前記検査対象物とは反対側に配置された中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記検査対象物から発生するガンマ線を検出するガンマ線検出器とを具えたことを特徴とする危険物質検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の危険物質検出装置において、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源に対向する部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴とする危険物質検出装置。
【請求項６】
請求項４に記載の危険物質検出装置において、前記ガンマ線検出器は、ゲルマニウム半導体検出器と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器とを有することを特徴とする危険物質検出装置。
【請求項７】
請求項４に記載の危険物質検出装置において、前記検査対象物の両側に対向して一対の中性子検出器が設けられたことを特徴とする危険物質検出装置。
【請求項１】
中性子発生源と、該中性子発生源の一方側に設けられた中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源の配置方向を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する熱中性子吸収材とを具えたことを特徴とする中性子モデレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の中性子モデレータにおいて、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源の配置部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴とする中性子モデレータ。
【請求項３】
中性子発生源で発生した高速中性子を前方に照射する一方、該中性子発生源で発生した高速中性子のうち後方に照射された高速中性子を中速中性子、熱外中性子、熱中性子に減速し、前方に反射される中性子だけを取り出して前記高速中性子と共に前方に照射し、前記高速中性子の減速時に発生する２次ガンマ線を遮蔽することを特徴とする中性子照射方法。
【請求項４】
検査対象物を挿入及び排出可能な検査室と、該検査室の周囲に設けられた熱中性子吸収材と、前記検査室内で前記検査対象物に対向して配置された中性子発生源と、該中性子発生源に対して前記検査対象物とは反対側に配置された中性子減速材と、該中性子減速材の周囲を被覆するガンマ線遮蔽材と、前記検査対象物から発生するガンマ線を検出するガンマ線検出器とを具えたことを特徴とする危険物質検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の危険物質検出装置において、前記ガンマ線遮蔽材は、前記中性子発生源に対向する部分を除く前記中性子減速材の周囲を被覆する第１ガンマ線遮蔽材と、前記中性子発生源と前記中性子減速材との間に設けられて熱中性子増幅機能を有する第２ガンマ線遮蔽材とを有することを特徴とする危険物質検出装置。
【請求項６】
請求項４に記載の危険物質検出装置において、前記ガンマ線検出器は、ゲルマニウム半導体検出器と、ビスマスジャーマネイトオキサイドシンチレータ検出器とを有することを特徴とする危険物質検出装置。
【請求項７】
請求項４に記載の危険物質検出装置において、前記検査対象物の両側に対向して一対の中性子検出器が設けられたことを特徴とする危険物質検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−９６４０５（Ｐ２００８−９６４０５Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８１９０３（Ｐ２００６−２８１９０３）
【出願日】平成１８年１０月１６日（２００６．１０．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１６日（２００６．１０．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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