中性子検出器及び中性子を検出するための方法
【課題】従来の３Ｈｅガス中性子検出器と比べると、限られた発生源の３Ｈｅガスを節約し、感度が高い低コスト中性子検出装置を提供する。
【解決手段】本検出器１０は、内側体積部３０を画定及び封止する外側シェル２０と、内側体積部において外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部５０とを含む。ボロン被覆部及び外側シェルの一方は、カソードとして機能し、内側体積部内に配置された中央構造物３８は、アノードとして機能する。本検出器は、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、内側体積部内のガスを含む。ガスは、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答してアノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる。本方法は、中性子が3Ｈｅガスに衝突することにより、少なくとも１つの中性子を検出するステップを含む。
【解決手段】本検出器１０は、内側体積部３０を画定及び封止する外側シェル２０と、内側体積部において外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部５０とを含む。ボロン被覆部及び外側シェルの一方は、カソードとして機能し、内側体積部内に配置された中央構造物３８は、アノードとして機能する。本検出器は、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、内側体積部内のガスを含む。ガスは、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答してアノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる。本方法は、中性子が3Ｈｅガスに衝突することにより、少なくとも１つの中性子を検出するステップを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボロン−１０（10Ｂ）ライニング中性子検出器を使用した中性子検出に関し、具体的には、第２の中性子感度が高い物質を10Ｂ中性子検出器に加えることに関する。
【背景技術】
【０００２】
自由中性子を検出するのに、ヘリウム−３（3Ｈｅ）中性子検出器が使用されてきた。２００１年９月１１日以降、3Ｈｅに対する世界的な需要が著しく増大した。3Ｈｅ需要のほぼ半分は、大きい放射線ポータルモニタの配備に後押しされた。２００８年には、3Ｈｅの世界的供給量は、極めて低くなり、中性子検出用に3Ｈｅを必要とする多くのプログラムが延期又は中止された。不都合なことに、3Ｈｅの供給は、トリチウムの崩壊（１２．３年の半減期を有する）からの副生物としての生成に限定されており、トリチウムは、核兵器用のブースタとなる兵器プログラムの一部として、又は原子炉運転の副生物として生成される。米国内の3Ｈｅの主供給者は、米国エネルギー省である。3Ｈｅの残りの供給は、優先度の高いプログラムに割り当てられているので、3Ｈｅの供給量は、より慎重に使用されている。それに加えて、3Ｈｅのコストは、過去数年にわたり著しく増大してきた。10Ｂ中性子検出器は、3Ｈｅ中性子検出器用途に対する１つの代替技術とすることができる。しかし、10Ｂ中性子検出器は、3Ｈｅ中性子検出器と比べて、中性子に対する感度が低減している可能性がある。その結果、これら及び他の問題に対処するために、中性子検出器技術において継続的に改善する利点が存在する。
【発明の概要】
【０００３】
以下の概要は、本明細書に説明するシステム及び／又は方法のいくつかの態様を基本的に理解するために、簡単な概要を示す。本概要は、本明細書に説明するシステム及び／又は方法の広範な概要ではない。主要／重要要素を特定すること、又はそうしたシステム及び／もしくは方法の範囲を示すことを目的としていない。その唯一の目的は、後に示す、より詳細な説明への序章として、いくつかの概念を簡単な形式で示すことである。
【０００４】
１つの態様によれば、本発明は、内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、内側体積部において外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部とを含む10Ｂ中性子検出器を用意する。ボロン被覆部及び外側シェルの一方は、カソードとして機能する。10Ｂ中性子検出器は、内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物をさらに含む。検出器は、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、内側体積部内のガスを含む。ガスは、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答してアノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含む。
【０００５】
別の態様によれば、本発明は、中性子を検出する方法を用意する。本方法は、10Ｂ中性子検出器を用意するステップを含む。10Ｂ中性子検出器は、内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、シェルの内側表面において外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部とを含む。ボロン被覆部及び外側シェルの一方は、カソードとして機能する。10Ｂ中性子検出器は、内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物をさらに含む。検出器は、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、内側体積部内のガスを含む。ガスは、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答してアノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含む。本方法は、中性子が3Ｈｅガスに衝突することにより、少なくとも１つの中性子を検出するステップを含む。
【０００６】
本発明の上述及び他の態様は、添付の図面を参照して以下の説明を読めば、本発明に関連する当業者には明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一態様による、内側体積部内に3Ｈｅガスを含む、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略図である。
【図２】3Ｈｅガスを含む内側体積部内に、内側壁及び複数の中央構造物を有する、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略断面図である。
【図３】3Ｈｅガスを含む内側体積部内に、複数の中央構造物、及び複数の区画を形成する内側壁を有する、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略断面図である。
【図４】3Ｈｅガスを含む内側体積部内に、複数の区画を形成しない内側壁を有する、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略断面図である。
【図５】本発明の一態様による、図１の10Ｂ中性子検出器により、中性子を検出する方法の最上位レベル流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の１つ又は複数の態様を含む例示的な実施形態を説明し、図面に示す。これらの図示する例は、本発明を限定するものではない。例えば、本発明の１つ又は複数の態様は、他の実施形態において、また他のタイプの装置においても使用することができる。さらに、本明細書内で、いくつかの用語は、単に便宜のために使用し、本発明を限定するものとしてとらえるべきでない。さらに、図面では、同じ参照番号は、同じ要素を表すために使用する。
【０００９】
例示的なＢ−１０（10Ｂ）中性子検出器１０の概略図を図１内に全体的に示す。図１は、可能性のある構造／構成などの１つの例を示し、他の例を本発明の範囲内で企図することを理解されたい。１つの特定の例では、10Ｂ中性子検出器１０は、例えば、中性子により誘発される反応で放出される荷電粒子を観測することにより、通過する中性子を検出するために使用される。10Ｂ中性子検出器１０は、使用済核燃料の放射線監視又は本土治安維持用途などの様々な用途で使用することができる。
【００１０】
10Ｂ中性子検出器１０は、外側シェル２０を含む。外側シェル２０は、円形の断面を有し、円筒形の外側シェル２０を形成する一方、限定されないが、楕円形、方形、長方形などを含む、他の断面形状を企図することもできる。外側シェル２０は、ガス又は混合ガスを含む内側体積部３０を画定し、封止する、壁２４及び２つの端部２６を含むことができる。外側シェル２０は、限定されないが、ステンレス鋼及びアルミニウムを含む、様々な金属から構成することができる。絶縁体３４は、中央構造物３８を適切な位置に保持するために、また、中央構造物３８と外側シェル２０とが直接接触して電荷が通過することがないように、外側シェル２０の２つの端部２６上に配置することができる。中央構造物３８は、内側体積部３０内に配置され、電気回路のアノードとして機能する。中央構造物３８は、全体的に、外側シェル２０の中心軸近傍に配置することができる。中央構造物３８は、ワイヤ、又は少なくともワイヤと同様の部分とすることができる。10Ｂ中性子検出器１０はさらに、中央構造物３８のアノードにより集められた信号を伝送するために、絶縁体３４の一方に取り付けられた絶縁体６０中に電気フィーダを含む。絶縁体６０中の電気フィーダは、当業者ならわかる、信号処理用の回路、部品などに続くことができる。中性子感度が高いボロン被覆部５０は、内側体積部３０において外側シェル２０の少なくとも一部分上に配置される。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面を覆うことができる。ボロン被覆部５０及び外側シェル２０の一方は、カソードとして機能する。１つの例では、外側シェル２０は、電気回路のカソードとして機能することができる。別の例では、ボロン被覆部５０は、電気回路のカソードとして機能することができるが、外側シェル２０は、絶縁体として機能する。
【００１１】
１つの例では、ボロン被覆部５０は、特定の比率のボロン天然存在同位体を含むことができる。ボロンは、２つの天然存在同位体、通常10Ｂ約２０％と11Ｂ約８０％の比率で見出される10Ｂ及び11Ｂを有する。１つの例では、ボロン被覆部５０は、重量で２０％を超える、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の最小比率を有する。他の変数を同じに維持すれば、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の比率は、10Ｂ中性子検出器１０の効率に直接関係する。したがって、実行達成できるほど高いボロン含有粉末内のボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の比率を作り出すのが望ましい。ボロン被覆部５０は、限定されないが、ボロン含有スラリの刷毛塗り、ボロン含有スラリの浸漬塗り、ボロン粉末の静電噴霧、及び密充填ボロン粉末の壁２４表面への加熱拡散を含む、多数の方法により、壁２４の内側表面に塗ることができる。
【００１２】
従来、10Ｂ中性子検出器の内側体積部は、同位体ガスを充填され、付加的なガスが存在することもできる。内側体積部内のガスは、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く。通常の10Ｂ中性子検出器は、同位体ガスとしてアルゴンを含み、他のいくつかのガスは、内側体積部内で同位体ガスと混合することができる。これら他のガスは、内側体積部内の反応により生成された紫外線光を吸収する多原子ガスであるクエンチガスを含むことができ、10Ｂ中性子検出器の性能を調整することもできる。クエンチガスの例は、限定されないが、ＣＯ2及びメタンを含む。
【００１３】
10Ｂ原子核は、３，３４０バーンの中性子捕獲断面積を有する。バーンは、１０-28ｍ2（１００ｆｍ2）と定義される。ボロン感度が高い物質の断面積は、中性子を捕獲する確率に直接関係する。したがって、この断面積が大きくなるほど、中性子を捕獲する確率は高くなる。中性子は、壁の内側表面上のボロン被覆部と相互作用し、１．４７ＭｅＶのエネルギーを有するアルファ粒子、及び０．８４ＭｅＶのエネルギーを有するリチウムイオンの副生物を生成する。アルファ粒子及びリチウムイオン副生物は、反対方向に進む。これらの副生物の一方は、内側体積部に入り、内側体積部内の同位体ガスを電離することにより、その運動エネルギーを失うことができる。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、この電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。この電位差は、アノードをカソードに対して正にバイアスさせた状態で、数百ボルトにすることができる。中央構造物のアノードの近傍の領域で、ガス分子との衝突により、カスケード効果で、より多くの自由電子が生成される。自由電子は、中央構造物のアノード上に集まり、増幅及びデジタル化することができる電子パルスをもたらす。従来の10Ｂ中性子検出器は、中性子に対して感度が高い１つの物質のみ、すなわちボロン被覆部を含む。
【００１４】
ある量の3Ｈｅガスが、10Ｂ中性子検出器１０の内側体積部３０内に供給される。3Ｈｅガスは、中性子衝突に対して感度が高く、中性子の3Ｈｅガスに対する衝突に応答して、アノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる。3Ｈｅガスは、上述のように、同位体ガスとして振る舞う。中性子がボロン被覆部５０と相互作用することにより生じたリチウムイオン又はアルファ粒子が、内側体積部３０を通過するとき、3Ｈｅガスとの衝突から、自由電子が生成される。これらの自由電子は、中央構造物３８のアノードの方に引かれ、自由電子は、信号又は電子パルスを生成するために集められる。3Ｈｅガスは、内側体積部３０を充填することができ、又は、3Ｈｅガスは、アルゴンなどの他の同位体ガスと混合することができる。3Ｈｅ混合ガスは、ある量の別の同位体ガスと混合することができる。１つの例では、他の同位体ガスは、アルゴンを含むことができる。別の例では、他の同位体ガスは、アルゴン及びクエンチガスを含むことができる。
【００１５】
それに加えて、内側体積部３０内の3Ｈｅガスは、中性子感度が高い物質としても機能する。3Ｈｅガスにより吸着される、通過する中性子は、７６４ｋｅＶの結合エネルギーを有するプロトン及びトリトン粒子の副生物を生成する。3Ｈｅガス原子核は、５，３３３バーンの中性子捕獲断面積を有する。プロトン及びトリトン粒子は、同位体ガスを電離し、自由電子を生成する。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。この電位差は、アノードをカソードに対して正にバイアスさせた状態で、数百ボルトにすることができる。中央構造物のアノードの近傍の領域で、ガス分子との衝突により、カスケード効果で、より多くの自由電子が生成される。自由電子は、中央構造物のアノード上に集まり、増幅及びデジタル化することができる電子パルスをもたらす。中性子感度が高い物質として、3Ｈｅガスを内側体積部３０に加えることにより、10Ｂ中性子検出器１０の効率が増大する。中性子感度が高いボロン被覆部５０及びある量の3Ｈｅガスにより、10Ｂ中性子検出器１０は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作することができる。例えば、自由中性子が壁２４の内側のボロン被覆部５０により吸着されないとき、内側体積部３０内の3Ｈｅガスが中性子を吸収し、それにより、中性子を検出し、10Ｂ中性子検出器１０の効率を改善することができる。これは、ガス中に中性子感度が高い付加的な物質が不足する従来の10Ｂ中性子検出器の改善になる。
【００１６】
10Ｂ中性子検出器の内側のボロン被覆部は、固体状態であり、中性子とのその反応は、イオンを生成する。しかし、ボロン被覆部は、自己遮蔽することができ、ボロン被覆部は、中性子を吸着し、しばしば、ボロン被覆部が極めて厚いので、中性子吸着から生じたリチウムイオン及びアルファ粒子も保持することを示す。この自己遮蔽状態は、電気パルスが中央構造物のアノード上に集められる確率を低減するので、中性子検出器の効率を低減する。しかし、従来の3Ｈｅガス充填検出器は、従来の10Ｂライニング検出器に比べると、通過する中性子に対して、約２０倍、感度が高い。いくつかの中性子検出用途には、10Ｂがもたらすことができるものよりも高い感度が必要である。中性子感度が高い物質として、10Ｂ中性子検出器１０の内側体積部３０に3Ｈｅガスを加えることにより、10Ｂ中性子検出器１０の感度が向上する。10Ｂ中性子検出器１０の感度の向上は、従来の3Ｈｅガス中性子検出器を充填するのに必要な3Ｈｅガスの量よりも少ない量の3Ｈｅガスを内側体積部３０に加えて達成することができる。これは、従来の10Ｂ中性子検出器よりも感度が高い10Ｂ中性子検出器１０をもたらし、従来の3Ｈｅガス中性子検出器に比べて、3Ｈｅガスの使用を節約する。
【００１７】
図２を参照して、複数の中央構造物３８が内側体積部３０内に配置された、別の例示的な10Ｂ中性子検出器１０の断面図を示す。中央構造物３８は、内側体積部３０を画定及び封止する共有の外側シェル２０内でアノードとして機能する。内側体積部３０は、複数の内側壁６６を含むことができる。内側壁６６は、内側体積部３０内に複数の区画を形成し、これらの区画を互いに気密密閉しないようにすることができる。図２に示す例は、６つの区画を含むが、内側体積部３０内に任意の数の区画を形成することができる、様々な数及び構造の内側壁６６が企図される。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面及び内側壁６６の表面を覆うことができる。
【００１８】
中央構造物３８の分布は、１区画当り１つの中央構造物３８、又は１区画当り２つの中央構造物３８など、区画間で等しく分割することができる。あるいは、中央構造物３８の分布は、区画間で不均等に分割することができ、例えば、内側体積部３０の区画は、区画によって、０、１個、２個、又はそれ以上の中央構造物を有することができる。ある量の3Ｈｅガスは、内側体積部３０の区画を充填することができ、又は、3Ｈｅガスは、アルゴンなどの他の同位体ガスと混合することができる。3Ｈｅガスは、クエンチガス、又は他の同位体ガスとクエンチガスとの組合せと混合することもできる。
【００１９】
別の例では、内側壁６６は、互いに、また外側シェル２０との間を封止し、区画間で流体連通しないようにすることができる。この例では、１つの特定の区画は、同じ10Ｂ中性子検出器１０内の他のどの区画の同位体ガスとも異なる同位体ガスを充填することができる。
【００２０】
図３を参照して、内側壁６６を有する別の例示的な10Ｂ中性子検出器１０の断面図を示す。壁２４を含む共有の外側シェル２０及び２つの端部２６（１つだけ示す）は、内側体積部３０を画定及び封止する。内側壁６６により、内側体積部３０内に複数の区画が形成され、あらゆる区画に、複数の中央構造物３８が分配される。図示する例では、様々な区画が内側壁６６により画定され、密充填ハニカム構造を形成するが、様々な構造が企図される。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面及び内側壁６６の表面を覆うことができる。これらの区画は、必ずしも封止されないが、壁２４及び２つの端部２６により封止された、より大きい内側体積部３０内に含まれた個々の10Ｂ中性子検出器として機能することができる。
【００２１】
図４を参照して、内側壁６６を有する別の例示的な10Ｂ中性子検出器１０の断面図を示す。１つの例示的な10Ｂ中性子検出器１０の構造を理解するのを助けるためだけに、外側シェル２０の一部分を透明にして示すが、外側シェル２０のいかなる材料特性も示さない。壁２４を含む外側シェル２０及び２つの端部２６（１つだけ示す）は、内側体積部３０を画定及び封止する。複数の内側壁６６は、個々の区画を形成しないパターンで内側体積部３０内に配置することができる。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面及び内側壁６６の表面を覆うことができる。中央構造物３８は、外側シェル２０の中心軸に配置することができる。
【００２２】
3Ｈｅガスを加えることで、その感度が向上した10Ｂ中性子検出器により中性子を検出する例示的な方法を図５に全体的に示す。本方法は、図１に示す例示的な10Ｂ中性子検出器１０に関連して実施することができる。本方法は、10Ｂ中性子検出器を用意するステップ１１０を含む。10Ｂ中性子検出器は、壁及び２つの端部を含む外側シェルを含み、外側シェルは内側体積部を画定し、外側シェルはカソードとして機能する。外側シェルは、円形、楕円形、方形、長方形、又は表面積拡張機能を含むことができ、もしくは含むことができない他の断面を有することができる。外側シェルは、ガスを含むことができる内側体積部を画定するために壁及び２つの端部を含むことができる。外側シェルは、限定されないが、ステンレス鋼及びアルミニウムを含む、様々な金属から構成することができる。電気回路では、外側シェルは、カソードとして機能することができる。絶縁体は、中央構造物を適切な位置に保持するために、また、中央構造物と外側シェルとが直接接触して電荷が通過することがないように、外側シェルの２つの端部上に配置することができる。中央構造物は、全体的に、外側シェルの中心軸近傍に配置することができる。中央構造物は、ワイヤと同様の部分とすることができ、電気回路ではアノードとして機能することができる。ボロン被覆部は、壁の内側表面を覆う。10Ｂ中性子検出器はさらに、中央構造物のアノードにより集められた信号を伝送するために、絶縁体の一方に取り付けられた絶縁体中に電気フィーダを含む。
【００２３】
ある量の3Ｈｅガスが、10Ｂ中性子検出器の内側体積部に加えられる。3Ｈｅガスは、上述のように、同位体ガスとして振る舞う。中性子がボロン被覆部と相互作用することにより生じたリチウムイオン又はアルファ粒子が、内側体積部を通過するとき、同位体ガスとの衝突から、自由電子が生成される。これらの自由電子は、中央構造物のアノードの方に引かれ、自由電子は、信号又は電子パルスを生成するために集められる。3Ｈｅガスは、内側体積部を充填することができ、又は、3Ｈｅガスは、アルゴン及びクエンチガスなどの他の同位体ガスと混合することができる。
【００２４】
それに加えて、内側体積部内の3Ｈｅガスは、中性子感度が高い物質としても機能する。通過する中性子は、3Ｈｅガスにより吸着され、７６４ｋｅＶの結合エネルギーを有するプロトン及びトリトン粒子の副生物を生成する。プロトン及びトリトン粒子は、同位体ガスを電離し、自由電子を生成する。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。この電位差は、アノードをカソードに対して正にバイアスさせた状態で、数百ボルトにすることができる。中央構造物のアノードの近傍の領域で、ガス分子との衝突により、カスケード効果で、より多くの自由電子が生成される。自由電子は、中央構造物のアノード上に集まり、増幅及びデジタル化することができる電子パルスをもたらす。中性子感度が高い物質として、3Ｈｅガスを内側体積部に加えることにより、10Ｂ中性子検出器の効率が増大する。例えば、自由中性子が、吸着されることなく、壁の内側のボロン被覆部を通過するとき、中性子は、内側体積部内の3Ｈｅガスにより吸着され、それにより、中性子を検出することができる。
【００２５】
本方法は、10Ｂ中性子検出器を通過する自由中性子を検出するステップ１２０をさらに含む。中央構造物のアノードは、自由電子を集め、増幅及びデジタル化することができる信号又は電子パルスをもたらす。次に、中性子係数率、並びに、ガンマ粒子誘導パルス、3Ｈｅガス誘導パルス、及び10Ｂ誘導パルスなどの間の区別などの、いくつかの測定可能な量を決定するために、信号を分析することができる。
【００２６】
１つの例では、本方法は、重量で最小約２０％の、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の比率を有するボロン被覆部を含むことができる。中性子は、壁の内側表面のボロン被覆部と相互作用し、放射性原子の副生物を生成する。これらの副生物の１つは、内側体積部に入り、内側体積部内の同位体ガスを電離することにより、その運動エネルギーを失うことができる。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、この電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。
【００２７】
3Ｈｅガスを10Ｂ中性子検出器の内側体積部に加えることにより、中性子感度が高い物質の組合せを使用し、検出器の総合中性子感度を増大させる装置が用意される。この検出器は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作するように比例計数管の性能を最適化する構造特徴を含む。
【００２８】
3Ｈｅガスを10Ｂ中性子検出器の内側体積部に加えることにより、中性子感度が高い物質の組合せを使用し、10Ｂ中性子検出器の感度を増大させ、従来の3Ｈｅガス中性子検出器と比べると、限られた発生源の3Ｈｅガスを節約し、感度が高い中性子検出器のコストを低減する装置が用意される。10Ｂ中性子検出器内で3Ｈｅガスを使用することにより、検出器効率が増大する一方で、従来の3Ｈｅガス中性子検出器と比べると、必要とする3Ｈｅガスが少ない、効果的な10Ｂ中性子検出器が実現される。
【００２９】
本発明は、上述の例示的な実施形態を参照して説明してきた。当業者は、本明細書を読み、理解すれば、修正及び変更を想起するであろう。本発明の１つ又は複数の態様を含む例示的な実施形態は、そうした修正及び変更が添付の特許請求の範囲の範囲内にある限り、そうした修正及び変更のすべてを含むものとする。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 10Ｂ中性子検出器
２０ 外側シェル
２４ 壁
２６ 端部
３０ 内側体積部
３４ 絶縁体
３８ 中央構造物
５０ ボロン被覆部
６０ 絶縁体
６６ 内側壁
１１０ 内側体積部内にある量の3Ｈｅガスを含む10Ｂ中性子検出器を用意するステップ
１２０ 10Ｂ中性子検出器を通過する自由中性子を検出するステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボロン−１０（10Ｂ）ライニング中性子検出器を使用した中性子検出に関し、具体的には、第２の中性子感度が高い物質を10Ｂ中性子検出器に加えることに関する。
【背景技術】
【０００２】
自由中性子を検出するのに、ヘリウム−３（3Ｈｅ）中性子検出器が使用されてきた。２００１年９月１１日以降、3Ｈｅに対する世界的な需要が著しく増大した。3Ｈｅ需要のほぼ半分は、大きい放射線ポータルモニタの配備に後押しされた。２００８年には、3Ｈｅの世界的供給量は、極めて低くなり、中性子検出用に3Ｈｅを必要とする多くのプログラムが延期又は中止された。不都合なことに、3Ｈｅの供給は、トリチウムの崩壊（１２．３年の半減期を有する）からの副生物としての生成に限定されており、トリチウムは、核兵器用のブースタとなる兵器プログラムの一部として、又は原子炉運転の副生物として生成される。米国内の3Ｈｅの主供給者は、米国エネルギー省である。3Ｈｅの残りの供給は、優先度の高いプログラムに割り当てられているので、3Ｈｅの供給量は、より慎重に使用されている。それに加えて、3Ｈｅのコストは、過去数年にわたり著しく増大してきた。10Ｂ中性子検出器は、3Ｈｅ中性子検出器用途に対する１つの代替技術とすることができる。しかし、10Ｂ中性子検出器は、3Ｈｅ中性子検出器と比べて、中性子に対する感度が低減している可能性がある。その結果、これら及び他の問題に対処するために、中性子検出器技術において継続的に改善する利点が存在する。
【発明の概要】
【０００３】
以下の概要は、本明細書に説明するシステム及び／又は方法のいくつかの態様を基本的に理解するために、簡単な概要を示す。本概要は、本明細書に説明するシステム及び／又は方法の広範な概要ではない。主要／重要要素を特定すること、又はそうしたシステム及び／もしくは方法の範囲を示すことを目的としていない。その唯一の目的は、後に示す、より詳細な説明への序章として、いくつかの概念を簡単な形式で示すことである。
【０００４】
１つの態様によれば、本発明は、内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、内側体積部において外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部とを含む10Ｂ中性子検出器を用意する。ボロン被覆部及び外側シェルの一方は、カソードとして機能する。10Ｂ中性子検出器は、内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物をさらに含む。検出器は、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、内側体積部内のガスを含む。ガスは、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答してアノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含む。
【０００５】
別の態様によれば、本発明は、中性子を検出する方法を用意する。本方法は、10Ｂ中性子検出器を用意するステップを含む。10Ｂ中性子検出器は、内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、シェルの内側表面において外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部とを含む。ボロン被覆部及び外側シェルの一方は、カソードとして機能する。10Ｂ中性子検出器は、内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物をさらに含む。検出器は、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、内側体積部内のガスを含む。ガスは、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答してアノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含む。本方法は、中性子が3Ｈｅガスに衝突することにより、少なくとも１つの中性子を検出するステップを含む。
【０００６】
本発明の上述及び他の態様は、添付の図面を参照して以下の説明を読めば、本発明に関連する当業者には明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一態様による、内側体積部内に3Ｈｅガスを含む、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略図である。
【図２】3Ｈｅガスを含む内側体積部内に、内側壁及び複数の中央構造物を有する、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略断面図である。
【図３】3Ｈｅガスを含む内側体積部内に、複数の中央構造物、及び複数の区画を形成する内側壁を有する、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略断面図である。
【図４】3Ｈｅガスを含む内側体積部内に、複数の区画を形成しない内側壁を有する、例示的な10Ｂ中性子検出器の概略断面図である。
【図５】本発明の一態様による、図１の10Ｂ中性子検出器により、中性子を検出する方法の最上位レベル流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の１つ又は複数の態様を含む例示的な実施形態を説明し、図面に示す。これらの図示する例は、本発明を限定するものではない。例えば、本発明の１つ又は複数の態様は、他の実施形態において、また他のタイプの装置においても使用することができる。さらに、本明細書内で、いくつかの用語は、単に便宜のために使用し、本発明を限定するものとしてとらえるべきでない。さらに、図面では、同じ参照番号は、同じ要素を表すために使用する。
【０００９】
例示的なＢ−１０（10Ｂ）中性子検出器１０の概略図を図１内に全体的に示す。図１は、可能性のある構造／構成などの１つの例を示し、他の例を本発明の範囲内で企図することを理解されたい。１つの特定の例では、10Ｂ中性子検出器１０は、例えば、中性子により誘発される反応で放出される荷電粒子を観測することにより、通過する中性子を検出するために使用される。10Ｂ中性子検出器１０は、使用済核燃料の放射線監視又は本土治安維持用途などの様々な用途で使用することができる。
【００１０】
10Ｂ中性子検出器１０は、外側シェル２０を含む。外側シェル２０は、円形の断面を有し、円筒形の外側シェル２０を形成する一方、限定されないが、楕円形、方形、長方形などを含む、他の断面形状を企図することもできる。外側シェル２０は、ガス又は混合ガスを含む内側体積部３０を画定し、封止する、壁２４及び２つの端部２６を含むことができる。外側シェル２０は、限定されないが、ステンレス鋼及びアルミニウムを含む、様々な金属から構成することができる。絶縁体３４は、中央構造物３８を適切な位置に保持するために、また、中央構造物３８と外側シェル２０とが直接接触して電荷が通過することがないように、外側シェル２０の２つの端部２６上に配置することができる。中央構造物３８は、内側体積部３０内に配置され、電気回路のアノードとして機能する。中央構造物３８は、全体的に、外側シェル２０の中心軸近傍に配置することができる。中央構造物３８は、ワイヤ、又は少なくともワイヤと同様の部分とすることができる。10Ｂ中性子検出器１０はさらに、中央構造物３８のアノードにより集められた信号を伝送するために、絶縁体３４の一方に取り付けられた絶縁体６０中に電気フィーダを含む。絶縁体６０中の電気フィーダは、当業者ならわかる、信号処理用の回路、部品などに続くことができる。中性子感度が高いボロン被覆部５０は、内側体積部３０において外側シェル２０の少なくとも一部分上に配置される。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面を覆うことができる。ボロン被覆部５０及び外側シェル２０の一方は、カソードとして機能する。１つの例では、外側シェル２０は、電気回路のカソードとして機能することができる。別の例では、ボロン被覆部５０は、電気回路のカソードとして機能することができるが、外側シェル２０は、絶縁体として機能する。
【００１１】
１つの例では、ボロン被覆部５０は、特定の比率のボロン天然存在同位体を含むことができる。ボロンは、２つの天然存在同位体、通常10Ｂ約２０％と11Ｂ約８０％の比率で見出される10Ｂ及び11Ｂを有する。１つの例では、ボロン被覆部５０は、重量で２０％を超える、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の最小比率を有する。他の変数を同じに維持すれば、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の比率は、10Ｂ中性子検出器１０の効率に直接関係する。したがって、実行達成できるほど高いボロン含有粉末内のボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の比率を作り出すのが望ましい。ボロン被覆部５０は、限定されないが、ボロン含有スラリの刷毛塗り、ボロン含有スラリの浸漬塗り、ボロン粉末の静電噴霧、及び密充填ボロン粉末の壁２４表面への加熱拡散を含む、多数の方法により、壁２４の内側表面に塗ることができる。
【００１２】
従来、10Ｂ中性子検出器の内側体積部は、同位体ガスを充填され、付加的なガスが存在することもできる。内側体積部内のガスは、中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、カソードとアノードとの間に電気エネルギーパルスを導く。通常の10Ｂ中性子検出器は、同位体ガスとしてアルゴンを含み、他のいくつかのガスは、内側体積部内で同位体ガスと混合することができる。これら他のガスは、内側体積部内の反応により生成された紫外線光を吸収する多原子ガスであるクエンチガスを含むことができ、10Ｂ中性子検出器の性能を調整することもできる。クエンチガスの例は、限定されないが、ＣＯ2及びメタンを含む。
【００１３】
10Ｂ原子核は、３，３４０バーンの中性子捕獲断面積を有する。バーンは、１０-28ｍ2（１００ｆｍ2）と定義される。ボロン感度が高い物質の断面積は、中性子を捕獲する確率に直接関係する。したがって、この断面積が大きくなるほど、中性子を捕獲する確率は高くなる。中性子は、壁の内側表面上のボロン被覆部と相互作用し、１．４７ＭｅＶのエネルギーを有するアルファ粒子、及び０．８４ＭｅＶのエネルギーを有するリチウムイオンの副生物を生成する。アルファ粒子及びリチウムイオン副生物は、反対方向に進む。これらの副生物の一方は、内側体積部に入り、内側体積部内の同位体ガスを電離することにより、その運動エネルギーを失うことができる。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、この電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。この電位差は、アノードをカソードに対して正にバイアスさせた状態で、数百ボルトにすることができる。中央構造物のアノードの近傍の領域で、ガス分子との衝突により、カスケード効果で、より多くの自由電子が生成される。自由電子は、中央構造物のアノード上に集まり、増幅及びデジタル化することができる電子パルスをもたらす。従来の10Ｂ中性子検出器は、中性子に対して感度が高い１つの物質のみ、すなわちボロン被覆部を含む。
【００１４】
ある量の3Ｈｅガスが、10Ｂ中性子検出器１０の内側体積部３０内に供給される。3Ｈｅガスは、中性子衝突に対して感度が高く、中性子の3Ｈｅガスに対する衝突に応答して、アノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる。3Ｈｅガスは、上述のように、同位体ガスとして振る舞う。中性子がボロン被覆部５０と相互作用することにより生じたリチウムイオン又はアルファ粒子が、内側体積部３０を通過するとき、3Ｈｅガスとの衝突から、自由電子が生成される。これらの自由電子は、中央構造物３８のアノードの方に引かれ、自由電子は、信号又は電子パルスを生成するために集められる。3Ｈｅガスは、内側体積部３０を充填することができ、又は、3Ｈｅガスは、アルゴンなどの他の同位体ガスと混合することができる。3Ｈｅ混合ガスは、ある量の別の同位体ガスと混合することができる。１つの例では、他の同位体ガスは、アルゴンを含むことができる。別の例では、他の同位体ガスは、アルゴン及びクエンチガスを含むことができる。
【００１５】
それに加えて、内側体積部３０内の3Ｈｅガスは、中性子感度が高い物質としても機能する。3Ｈｅガスにより吸着される、通過する中性子は、７６４ｋｅＶの結合エネルギーを有するプロトン及びトリトン粒子の副生物を生成する。3Ｈｅガス原子核は、５，３３３バーンの中性子捕獲断面積を有する。プロトン及びトリトン粒子は、同位体ガスを電離し、自由電子を生成する。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。この電位差は、アノードをカソードに対して正にバイアスさせた状態で、数百ボルトにすることができる。中央構造物のアノードの近傍の領域で、ガス分子との衝突により、カスケード効果で、より多くの自由電子が生成される。自由電子は、中央構造物のアノード上に集まり、増幅及びデジタル化することができる電子パルスをもたらす。中性子感度が高い物質として、3Ｈｅガスを内側体積部３０に加えることにより、10Ｂ中性子検出器１０の効率が増大する。中性子感度が高いボロン被覆部５０及びある量の3Ｈｅガスにより、10Ｂ中性子検出器１０は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作することができる。例えば、自由中性子が壁２４の内側のボロン被覆部５０により吸着されないとき、内側体積部３０内の3Ｈｅガスが中性子を吸収し、それにより、中性子を検出し、10Ｂ中性子検出器１０の効率を改善することができる。これは、ガス中に中性子感度が高い付加的な物質が不足する従来の10Ｂ中性子検出器の改善になる。
【００１６】
10Ｂ中性子検出器の内側のボロン被覆部は、固体状態であり、中性子とのその反応は、イオンを生成する。しかし、ボロン被覆部は、自己遮蔽することができ、ボロン被覆部は、中性子を吸着し、しばしば、ボロン被覆部が極めて厚いので、中性子吸着から生じたリチウムイオン及びアルファ粒子も保持することを示す。この自己遮蔽状態は、電気パルスが中央構造物のアノード上に集められる確率を低減するので、中性子検出器の効率を低減する。しかし、従来の3Ｈｅガス充填検出器は、従来の10Ｂライニング検出器に比べると、通過する中性子に対して、約２０倍、感度が高い。いくつかの中性子検出用途には、10Ｂがもたらすことができるものよりも高い感度が必要である。中性子感度が高い物質として、10Ｂ中性子検出器１０の内側体積部３０に3Ｈｅガスを加えることにより、10Ｂ中性子検出器１０の感度が向上する。10Ｂ中性子検出器１０の感度の向上は、従来の3Ｈｅガス中性子検出器を充填するのに必要な3Ｈｅガスの量よりも少ない量の3Ｈｅガスを内側体積部３０に加えて達成することができる。これは、従来の10Ｂ中性子検出器よりも感度が高い10Ｂ中性子検出器１０をもたらし、従来の3Ｈｅガス中性子検出器に比べて、3Ｈｅガスの使用を節約する。
【００１７】
図２を参照して、複数の中央構造物３８が内側体積部３０内に配置された、別の例示的な10Ｂ中性子検出器１０の断面図を示す。中央構造物３８は、内側体積部３０を画定及び封止する共有の外側シェル２０内でアノードとして機能する。内側体積部３０は、複数の内側壁６６を含むことができる。内側壁６６は、内側体積部３０内に複数の区画を形成し、これらの区画を互いに気密密閉しないようにすることができる。図２に示す例は、６つの区画を含むが、内側体積部３０内に任意の数の区画を形成することができる、様々な数及び構造の内側壁６６が企図される。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面及び内側壁６６の表面を覆うことができる。
【００１８】
中央構造物３８の分布は、１区画当り１つの中央構造物３８、又は１区画当り２つの中央構造物３８など、区画間で等しく分割することができる。あるいは、中央構造物３８の分布は、区画間で不均等に分割することができ、例えば、内側体積部３０の区画は、区画によって、０、１個、２個、又はそれ以上の中央構造物を有することができる。ある量の3Ｈｅガスは、内側体積部３０の区画を充填することができ、又は、3Ｈｅガスは、アルゴンなどの他の同位体ガスと混合することができる。3Ｈｅガスは、クエンチガス、又は他の同位体ガスとクエンチガスとの組合せと混合することもできる。
【００１９】
別の例では、内側壁６６は、互いに、また外側シェル２０との間を封止し、区画間で流体連通しないようにすることができる。この例では、１つの特定の区画は、同じ10Ｂ中性子検出器１０内の他のどの区画の同位体ガスとも異なる同位体ガスを充填することができる。
【００２０】
図３を参照して、内側壁６６を有する別の例示的な10Ｂ中性子検出器１０の断面図を示す。壁２４を含む共有の外側シェル２０及び２つの端部２６（１つだけ示す）は、内側体積部３０を画定及び封止する。内側壁６６により、内側体積部３０内に複数の区画が形成され、あらゆる区画に、複数の中央構造物３８が分配される。図示する例では、様々な区画が内側壁６６により画定され、密充填ハニカム構造を形成するが、様々な構造が企図される。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面及び内側壁６６の表面を覆うことができる。これらの区画は、必ずしも封止されないが、壁２４及び２つの端部２６により封止された、より大きい内側体積部３０内に含まれた個々の10Ｂ中性子検出器として機能することができる。
【００２１】
図４を参照して、内側壁６６を有する別の例示的な10Ｂ中性子検出器１０の断面図を示す。１つの例示的な10Ｂ中性子検出器１０の構造を理解するのを助けるためだけに、外側シェル２０の一部分を透明にして示すが、外側シェル２０のいかなる材料特性も示さない。壁２４を含む外側シェル２０及び２つの端部２６（１つだけ示す）は、内側体積部３０を画定及び封止する。複数の内側壁６６は、個々の区画を形成しないパターンで内側体積部３０内に配置することができる。ボロン被覆部５０は、壁２４の内側表面及び内側壁６６の表面を覆うことができる。中央構造物３８は、外側シェル２０の中心軸に配置することができる。
【００２２】
3Ｈｅガスを加えることで、その感度が向上した10Ｂ中性子検出器により中性子を検出する例示的な方法を図５に全体的に示す。本方法は、図１に示す例示的な10Ｂ中性子検出器１０に関連して実施することができる。本方法は、10Ｂ中性子検出器を用意するステップ１１０を含む。10Ｂ中性子検出器は、壁及び２つの端部を含む外側シェルを含み、外側シェルは内側体積部を画定し、外側シェルはカソードとして機能する。外側シェルは、円形、楕円形、方形、長方形、又は表面積拡張機能を含むことができ、もしくは含むことができない他の断面を有することができる。外側シェルは、ガスを含むことができる内側体積部を画定するために壁及び２つの端部を含むことができる。外側シェルは、限定されないが、ステンレス鋼及びアルミニウムを含む、様々な金属から構成することができる。電気回路では、外側シェルは、カソードとして機能することができる。絶縁体は、中央構造物を適切な位置に保持するために、また、中央構造物と外側シェルとが直接接触して電荷が通過することがないように、外側シェルの２つの端部上に配置することができる。中央構造物は、全体的に、外側シェルの中心軸近傍に配置することができる。中央構造物は、ワイヤと同様の部分とすることができ、電気回路ではアノードとして機能することができる。ボロン被覆部は、壁の内側表面を覆う。10Ｂ中性子検出器はさらに、中央構造物のアノードにより集められた信号を伝送するために、絶縁体の一方に取り付けられた絶縁体中に電気フィーダを含む。
【００２３】
ある量の3Ｈｅガスが、10Ｂ中性子検出器の内側体積部に加えられる。3Ｈｅガスは、上述のように、同位体ガスとして振る舞う。中性子がボロン被覆部と相互作用することにより生じたリチウムイオン又はアルファ粒子が、内側体積部を通過するとき、同位体ガスとの衝突から、自由電子が生成される。これらの自由電子は、中央構造物のアノードの方に引かれ、自由電子は、信号又は電子パルスを生成するために集められる。3Ｈｅガスは、内側体積部を充填することができ、又は、3Ｈｅガスは、アルゴン及びクエンチガスなどの他の同位体ガスと混合することができる。
【００２４】
それに加えて、内側体積部内の3Ｈｅガスは、中性子感度が高い物質としても機能する。通過する中性子は、3Ｈｅガスにより吸着され、７６４ｋｅＶの結合エネルギーを有するプロトン及びトリトン粒子の副生物を生成する。プロトン及びトリトン粒子は、同位体ガスを電離し、自由電子を生成する。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。この電位差は、アノードをカソードに対して正にバイアスさせた状態で、数百ボルトにすることができる。中央構造物のアノードの近傍の領域で、ガス分子との衝突により、カスケード効果で、より多くの自由電子が生成される。自由電子は、中央構造物のアノード上に集まり、増幅及びデジタル化することができる電子パルスをもたらす。中性子感度が高い物質として、3Ｈｅガスを内側体積部に加えることにより、10Ｂ中性子検出器の効率が増大する。例えば、自由中性子が、吸着されることなく、壁の内側のボロン被覆部を通過するとき、中性子は、内側体積部内の3Ｈｅガスにより吸着され、それにより、中性子を検出することができる。
【００２５】
本方法は、10Ｂ中性子検出器を通過する自由中性子を検出するステップ１２０をさらに含む。中央構造物のアノードは、自由電子を集め、増幅及びデジタル化することができる信号又は電子パルスをもたらす。次に、中性子係数率、並びに、ガンマ粒子誘導パルス、3Ｈｅガス誘導パルス、及び10Ｂ誘導パルスなどの間の区別などの、いくつかの測定可能な量を決定するために、信号を分析することができる。
【００２６】
１つの例では、本方法は、重量で最小約２０％の、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の比率を有するボロン被覆部を含むことができる。中性子は、壁の内側表面のボロン被覆部と相互作用し、放射性原子の副生物を生成する。これらの副生物の１つは、内側体積部に入り、内側体積部内の同位体ガスを電離することにより、その運動エネルギーを失うことができる。アノードとカソードとの間に電位差が発生すれば、この電離により生成された電子は、この電位差のために中央構造物のアノードに引き寄せられる。
【００２７】
3Ｈｅガスを10Ｂ中性子検出器の内側体積部に加えることにより、中性子感度が高い物質の組合せを使用し、検出器の総合中性子感度を増大させる装置が用意される。この検出器は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作するように比例計数管の性能を最適化する構造特徴を含む。
【００２８】
3Ｈｅガスを10Ｂ中性子検出器の内側体積部に加えることにより、中性子感度が高い物質の組合せを使用し、10Ｂ中性子検出器の感度を増大させ、従来の3Ｈｅガス中性子検出器と比べると、限られた発生源の3Ｈｅガスを節約し、感度が高い中性子検出器のコストを低減する装置が用意される。10Ｂ中性子検出器内で3Ｈｅガスを使用することにより、検出器効率が増大する一方で、従来の3Ｈｅガス中性子検出器と比べると、必要とする3Ｈｅガスが少ない、効果的な10Ｂ中性子検出器が実現される。
【００２９】
本発明は、上述の例示的な実施形態を参照して説明してきた。当業者は、本明細書を読み、理解すれば、修正及び変更を想起するであろう。本発明の１つ又は複数の態様を含む例示的な実施形態は、そうした修正及び変更が添付の特許請求の範囲の範囲内にある限り、そうした修正及び変更のすべてを含むものとする。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 10Ｂ中性子検出器
２０ 外側シェル
２４ 壁
２６ 端部
３０ 内側体積部
３４ 絶縁体
３８ 中央構造物
５０ ボロン被覆部
６０ 絶縁体
６６ 内側壁
１１０ 内側体積部内にある量の3Ｈｅガスを含む10Ｂ中性子検出器を用意するステップ
１２０ 10Ｂ中性子検出器を通過する自由中性子を検出するステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、
前記内側体積部において前記外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部と、
前記内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物と、
前記中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、前記カソードと前記アノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、前記内側体積部内のガスであって、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答して前記アノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含むガスと
を含む、10Ｂ中性子検出器であって、
前記ボロン被覆部及び前記外側シェルの一方は、カソードとして機能する、10Ｂ中性子検出器。
【請求項２】
前記ガスは、ある量の別の同位体ガスと混合された前記3Ｈｅガスを含む、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項３】
前記他の同位体ガスは、アルゴンを含む、請求項２記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項４】
前記他の同位体ガスは、アルゴン及びクエンチガスを含む、請求項２記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項５】
前記中性子感度が高いボロン被覆部及び前記ある量の3Ｈｅガスにより、前記10Ｂ中性子検出器は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作することができる、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項６】
前記ボロン被覆部は、重量で２０％を超える、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の最小比率を有する、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項７】
前記外側シェルは、円筒形である、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項８】
前記10Ｂ中性子検出器は、前記内側体積部内に配置された複数の中央構造物をさらに含み、前記中央構造物は、内側体積部を画定及び封止する共有の外側シェル内でアノードとして機能する、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項９】
前記10Ｂ中性子検出器は、複数の内側壁をさらに含み、中性子感度が高いボロン被覆部は、前記内側壁の少なくとも１つ上に配置される、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項１０】
内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、
前記内側体積部において前記外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部と、
前記内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物と、
前記中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、前記カソードと前記アノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、前記内側体積部内のガスであって、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答して前記アノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含むガスと、
を含む、10Ｂ中性子検出器であって、
前記ボロン被覆部及び前記外側シェルの一方は、カソードとして機能する、10Ｂ中性子検出器を用意するステップと、
前記中性子が前記3Ｈｅガスに衝突することにより、少なくとも１つの中性子を検出するステップと
を含む、中性子を検出する方法。
【請求項１１】
10Ｂ中性子検出器を用意する前記ステップは、3Ｈｅガスがある量の別の同位体ガスと混合されるようにするステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記他の同位体ガスは、アルゴンを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記他の同位体ガスは、アルゴン及びクエンチガスを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記10Ｂ中性子検出器は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作する、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記10Ｂ中性子検出器は、前記内側体積部内に配置された複数の中央構造物をさらに含み、前記中央構造物は、内側体積部を画定及び封止する共有の外側シェル内でアノードとして機能する、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記10Ｂ中性子検出器は、複数の内側壁をさらに含み、中性子感度が高いボロン被覆部は、前記内側壁の少なくとも１つ上に配置される、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記ボロン被覆部は、重量で２０％を超える、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の最小比率を有する、請求項１０記載の方法。
【請求項１】
内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、
前記内側体積部において前記外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部と、
前記内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物と、
前記中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、前記カソードと前記アノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、前記内側体積部内のガスであって、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答して前記アノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含むガスと
を含む、10Ｂ中性子検出器であって、
前記ボロン被覆部及び前記外側シェルの一方は、カソードとして機能する、10Ｂ中性子検出器。
【請求項２】
前記ガスは、ある量の別の同位体ガスと混合された前記3Ｈｅガスを含む、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項３】
前記他の同位体ガスは、アルゴンを含む、請求項２記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項４】
前記他の同位体ガスは、アルゴン及びクエンチガスを含む、請求項２記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項５】
前記中性子感度が高いボロン被覆部及び前記ある量の3Ｈｅガスにより、前記10Ｂ中性子検出器は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作することができる、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項６】
前記ボロン被覆部は、重量で２０％を超える、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の最小比率を有する、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項７】
前記外側シェルは、円筒形である、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項８】
前記10Ｂ中性子検出器は、前記内側体積部内に配置された複数の中央構造物をさらに含み、前記中央構造物は、内側体積部を画定及び封止する共有の外側シェル内でアノードとして機能する、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項９】
前記10Ｂ中性子検出器は、複数の内側壁をさらに含み、中性子感度が高いボロン被覆部は、前記内側壁の少なくとも１つ上に配置される、請求項１記載の10Ｂ中性子検出器。
【請求項１０】
内側体積部を画定及び封止する外側シェルと、
前記内側体積部において前記外側シェルの少なくとも一部分上に配置された、中性子感度が高いボロン被覆部と、
前記内側体積部内に配置され、アノードとして機能する中央構造物と、
前記中性子感度が高いボロン被覆部に衝突する中性子に応答して、前記カソードと前記アノードとの間に電気エネルギーパルスを導く、前記内側体積部内のガスであって、中性子衝突に対する感度が高く、3Ｈｅガスに衝突する中性子に応答して前記アノードにより受け取られる電気エネルギーパルスを発生させる、ある量の3Ｈｅガスを含むガスと、
を含む、10Ｂ中性子検出器であって、
前記ボロン被覆部及び前記外側シェルの一方は、カソードとして機能する、10Ｂ中性子検出器を用意するステップと、
前記中性子が前記3Ｈｅガスに衝突することにより、少なくとも１つの中性子を検出するステップと
を含む、中性子を検出する方法。
【請求項１１】
10Ｂ中性子検出器を用意する前記ステップは、3Ｈｅガスがある量の別の同位体ガスと混合されるようにするステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記他の同位体ガスは、アルゴンを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記他の同位体ガスは、アルゴン及びクエンチガスを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記10Ｂ中性子検出器は、10Ｂライニング中性子検出器としても、3Ｈｅガス充填中性子検出器としても同時に動作する、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記10Ｂ中性子検出器は、前記内側体積部内に配置された複数の中央構造物をさらに含み、前記中央構造物は、内側体積部を画定及び封止する共有の外側シェル内でアノードとして機能する、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記10Ｂ中性子検出器は、複数の内側壁をさらに含み、中性子感度が高いボロン被覆部は、前記内側壁の少なくとも１つ上に配置される、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記ボロン被覆部は、重量で２０％を超える、ボロン総含有量に対する10Ｂ同位体の最小比率を有する、請求項１０記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０４８７３（Ｐ２０１３−１０４８７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４３２２７（Ｐ２０１２−２４３２２７）
【出願日】平成２４年１１月５日（２０１２．１１．５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月５日（２０１２．１１．５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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