中性子計測用ガス検出装置
【課題】計測対象の中性子を高速度且つ正確に計測するための高計数率化を実現する中性子計測用ガス検出装置を提供する。
【解決手段】中性子測定用ガス検出装置において、中性子を計測してその検出量に応じた電荷を出力するガス検出手段１１と、前記ガス検出手段１１からの出力を積分増幅する第１の積分アンプ手段１３と、前記第１の積分アンプ手段１３からの出力を微分する微分回路１４と、前記微分回路１４からの出力を積分増幅する第２の積分アンプ手段１５と、から成る波形整形回路１６と、前記第２の積分アンプ手段１５の出力をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル出力値を積分するデジタル積分手段１８と、を有し、前記第１の積分アンプ手段１３の積分時定数と、前記微分回路１４のポールゼロ相殺時定数は等価である。
【解決手段】中性子測定用ガス検出装置において、中性子を計測してその検出量に応じた電荷を出力するガス検出手段１１と、前記ガス検出手段１１からの出力を積分増幅する第１の積分アンプ手段１３と、前記第１の積分アンプ手段１３からの出力を微分する微分回路１４と、前記微分回路１４からの出力を積分増幅する第２の積分アンプ手段１５と、から成る波形整形回路１６と、前記第２の積分アンプ手段１５の出力をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル出力値を積分するデジタル積分手段１８と、を有し、前記第１の積分アンプ手段１３の積分時定数と、前記微分回路１４のポールゼロ相殺時定数は等価である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリウム３ガスの密封空間に飛び込んでくる中性子の量を計測する中性子計測用ガス検出装置に関し、特に、当該ガス検出器内においてトラップされた中性子とヘリウム３ガスとの衝突によって発生する電荷量を検出する信号処理手段における高計数率化と安定化のための処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、物性物理学や高エネルギー物理学等における種々の実験において、中性子が多く利用されている。例えば、ある物質に高速度の中性子を衝突させた際の種々の現象を観測することにより、物質構造の解析を行うことができる。このような中性子実験においては、近年益々、中性子源の大強度化が進む一方、中性子を高速且つ正確に計測することが重要となり、中性子検出装置の高計数率化が強く要望されてきている。
【０００３】
現在、中性子計測用ガス検出器として現在最も多く使用されているのは、高い検出効率とガンマー線感度の低さから、通常のヘリウム４（陽子：２、中性子：２、電子：２）の同位体であるヘリウム３ガス（陽子：２、中性子：１、電子：２から成るヘリウム、以下、「Ｈｅ３」という）を密封したガス検出体の中に中性子が飛び込んできた際に発生する電荷量を計測するタイプの検出器である。
【０００４】
図１３は、ガス検出器１１の構造を説明するための模式図である。図１３に示すように、ガス検出器１１は、通常、極めて薄いステンレス素材から成る円筒体２１を有し、当該円筒体２１の内部には、１０乃至２０気圧のＨｅ３ガスが充填されている。円筒体２１の構造及びサイズは種々のものが存在するが、その一例として、直径が２乃至３ｃｍ程度、その長さは５０乃至６０ｃｍ程度のものがある。ここで、円筒体２１の中心には導電性の芯線２２が張られており、円筒体２１と芯線２２間には１，５００乃至２，０００Ｖ程度の電圧が抵抗を介して印加される。
【０００５】
そして、このようなガス検出器１１を中性子の計測対象場に置き、Ｈｅ３ガスが充填されている円筒体２１内に中性子が飛び込んでくると、飛び込んできた中性子の数に応じた電荷が発生し、芯線２２でその電荷量が検出できるのである。つまり、円筒体２１内のＨｅ３ガスに１個の中性子が衝突すると、単位電荷が発生するが、この単位電荷は、円筒体２１内の電界場においてＨｅ３ガスに連鎖的に衝突してその電荷量を一定の割合で増幅させ、この増幅された電荷が円筒体２１内の芯線２２に到達するようになっている。
【０００６】
ここで、芯線２２において検出される電荷は、円筒体２１内において２方向に連鎖的に衝突して増幅される。従って、電荷が芯線２２に到達するまでの時間は飛ぶ２方向によって異なり、円筒体２１の形状や電界強度等に応じて所定の時間だけ広がって検出されることとなる。
【０００７】
図１４は、従来のガス検出装置の例を示すものである。図１４に示すように、従来のガス検出装置では、ガス検出器において検出された電荷を、時定数が大きい第１の積分回路３２により積分処理を行い、当該積分処理により得られたアナログ値中のノイズ成分を微分回路３３と第２の積分回路３４よりなる波形整形回路（帯域フィルター）３５により除去し、その電荷積分出力値をＡ／Ｄ変換回路３６によりＡ／Ｄ変換した後、デジタル波高処理装置３７により波高処理することによって電荷を測定するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来のガス検出装置においては、ガス検出器１１内で発生した電荷が芯線２２に到達するまでの時間が中性子が捕獲された場所や生成された電荷の飛ぶ方向等の条件の違いによりばらつきが生じることから、積分アンプ３１において積分処理を行うようにしていたが、当該積分処理においては、中性子とＨｅ３ガスとの反応エネルギーに相当する積分電荷を得るために一番遅く発生する電荷に時定数を合わせる必要があった。さらに、このようにして得られた電荷の積分値を波形整形回路（帯域フィルター）３５によって波形整形した後にデジタル波高処理装置３７において波高処理を行っていたため、従来のガス検出装置においては、処理速度は非常に遅くなり、通常約０．５μｓ〜２μｓ位の値から、ガス検出器１１の電荷出力速度に合わせて使用していた。
【０００９】
このように、従来のガス検出装置では、ガス検出器１１の最高速度を引き出せないため、中性子計測の高計数率化は困難であった。
【００１０】
本発明は、このような従来の中性子計測用ガス検出装置が有していた種々の課題を解決するものであり、中性子計測用ガス検出装置において、計測対象の中性子を高速度且つ正確に計測するための高計数率化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このため、本発明は、中性子を計測してその検出量に応じた電荷を出力するガス検出手段と、前記ガス検出手段からの出力を積分増幅する第１の積分アンプ手段と、前記第１の積分アンプ手段からの出力を微分する微分回路と、前記微分回路からの出力を積分増幅する第２の積分アンプ手段と、から成る波形整形回路と、前記第２の積分アンプ手段の出力をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル出力値を積分するデジタル積分手段と、を有し、前記第１の積分アンプ手段の積分時定数が、前記微分回路のポールゼロ相殺時定数と等価であることを特徴とする中性子測定用ガス検出装置を提供するものである。
【００１２】
ここで、本中性子ガス検出装置は、さらに、前記波形整形回路の時定数が、前記電荷の最初の検出時間に合わせて設定されることを特徴とする。
【００１３】
そして、前記第１の積分アンプ手段は、第１のアナログ増幅器と、当該第１のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に整列接続されたコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１と、により構成される。
【００１４】
さらに、前記微分回路は、前記第１のアナログ増幅器の出力に接続されたコンデンサＣ２及びこれに並列接続された抵抗Ｒ２と、その一方の端子が前記コンデンサＣ２に直列接続されその他方の端子が前記第２の積分アンプ手段の入力に接続された抵抗Ｒ３と、により構成される。
【００１５】
また、前記第２の積分アンプ手段は、第２のアナログ増幅器と、当該第２のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に並列接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ４と、により構成される。
【００１６】
また、前記コンデンサＣ１及び前記抵抗Ｒ１の積と、前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ２の積と、が等しいことを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ３の積と、前記コンデンサＣ３及び前記抵抗Ｒ４の積と、が等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、従来装置で処理速度が低下する原因であったアナログ回路による積分を行わず、デジタル処理回路で積分を行う方式とした。アナログ回路では発生する電荷を忠実に増幅するだけで、積分はデジタル処理回路により行われるため、ガス検出器の最高速を達成できる。本発明により、従来の方式よりも２倍以上も高計数率のデータが得られることはすでに確認されている。
【００１９】
また、従来はアナログ回路で積分するため、速い信号も遅くしてしまう問題があったが、本発明によればデジタル的に積分することにより源信号を再現し、検出効率の低下を防ぐことができる。
【００２０】
さらに、積分した後の信号で中性子かどうかの判定ができるため、安定した正確な測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る中性子計測用ガス検出装置の構成を示す模式図である。
本発明では、図１に示すように、アナログ回路は発生する電荷を忠実に増幅するだけの構成とする。つまり、従来一番遅い信号に時定数を合わせ、全信号について積分アンプ（図１４の３４）として用いていたものを、一番速い信号に時定数を合わせ、全信号について通常のアンプ１２とする構成とし、ガス検出器１１で発生している電荷をそのまま増幅して出力する。このため、これまで高計数率化のネックとなっていたアナログ部分の時定数を０．５μｓから０．１μｓに取ることができる。パルス幅は電荷発生時間と同じになるので、この時定数よりは長くなるが、従来の中性子計測用ガス検出装置に比べて２倍以上の高速化を図ることができる。電荷の積分は、高速Ａ／Ｄ変換回路１７でデジタル化してデジタル積分手段１８によりデジタル処理を行う。本発明は、リアルタイムに波形処理を行い、パルスごとにデジタル積分が完了する方式であるため、ガス検出器の最大の速度が得られる。また、積分した後の信号で中性子かどうかの判定ができるため、安定した測定が可能となる。
【００２３】
以下、本発明の詳細についてさらに具体的に説明する。
【００２４】
図２に、中性子計測用ガス検出装置で通常使用される電荷型アンプの部分回路を示す。
【００２５】
上述したように、ガス検出器１１は中性子を検出すると電荷を発生する。しかし、中性子とＨｅ３ガスとの反応エネルギーで周りのガスをイオン化することにより電荷を得ているため、条件により電荷の発生時間にかなりのばらつきができる。ただし、その反応エネルギーは一定であるので、これらの電荷を積分すれば一定の強度の信号を得ることができる。
【００２６】
図１４に示した従来の方式では、微分回路３３と第２の積分回路３４を合わせた波形整形回路３５の時定数を一番遅い信号に合わせて、波高値が電荷積分値に等しいパルスにして送り出していた。ここで、微分回路３３と第２の積分回路３４は帯域フィルターを形成している。これにより、第１の積分回路３２の出力の高さを持つパルスが得られる。
【００２７】
本発明では、この波形整形回路３５における積分回路３４（図１の第２の積分回路１５）の積分機能を弱め、波形整形回路１６を微分回路として動作させる。それにより、波形整形時定数を一番速い電荷発生時間に合わせると、ほとんどの遅い信号に対して波形整形回路１６が微分回路として働くため、第１の積分回路１３の積分効果を打ち消し、ガス検出器１１が発生する電荷をそのまま増幅することとなる。出力されるのは発生する電荷そのものなので、本発明によれば、ガス検出器１１の限界の計数率を得ることができる。さらに、この信号をＡ／Ｄ変換回路１７によりデジタル化し、デジタル積分手段１８によりデジタル的にもう一度積分することで、高速性を保ったままどの信号でも同じ電荷量が得られるようになる。
【００２８】
これにより、従来の中性子計測用ガス検出装置では、例えばガス検出器１１の一番遅い信号に合わせて時定数を０．５μｓ、さらにＣ１＝５ｐＦ，Ｒ１＝５ＭΩ，Ｃ２＝２２０ｐＦ，Ｒ２＝２２０ＫΩ，Ｒ３＝２ＫΩ，Ｃ３＝１０ｐＦ，Ｒ４＝４８ＫΩであったが、本発明を用いた実施例では、一番速い信号を０．１μｓと仮定し、Ｃ１＝５ｐＦ，Ｒ１＝１ＭΩ，Ｃ２＝２２０ｐＦ，Ｒ２＝２４ＫΩ，Ｒ３＝３９０Ω，Ｃ３＝１０ｐＦ，Ｒ４＝１０ＫΩとした。
【００２９】
図３は本発明に係る中性子計測用ガス検出装置にステップ信号をコンデンサを通して入力した場合のSPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）の計算結果を示す図である。図３（ａ）はステップの立ち上がりが０．１μｓの場合、図３（ｂ）はステップの立ち上がりが１μｓの場合を示している。アンプ１２の波形整形時定数を０．１μｓとし、コンデンサを通してステップ信号を入力した。これらの図において、下のグラフがステップ信号で傾きを与えており、上のグラフが出力パルスである。時定数より速い信号は同じ高さの信号となるが、時定数より長い入力は微分回路１４による微分効果が働き、背は低いが幅の広い信号になり、電荷の入力量を示す。従って、積分量を示す面積は同じになる。
【００３０】
図４にガス検出器１１の出力を速い波形整形時定数のアンプに通した時に得られる波形を示す。ここでは波形整形時定数を０．１μｓにしている。ガス検出器１１の出力信号が速い信号と遅い信号の混合状態で出力されているのを良く表している。速い信号はかなり追いついているが、遅い信号は背が低く幅が広がっていて、SPICEの結果から遅い成分である。このガス検出器では、０．２μｓ〜１．０μｓ程度の信号が混在している。
【００３１】
図５に実際のガス検出装置の波形を示す。図５（ａ）は従来の中性子計測用ガス検出装置を用いた波形（０．５μｓ時定数）、図５（ｂ）は本発明の中性子計測用ガス検出器を用いた波形（０．１μｓ時定数）を示している。図５（ａ）に示す従来の中性子計測用ガス検出器では、十分に積分できているが、パルス幅が広がってしまい、高計数率化ができていない。図５（ｂ）に示す本発明の中性子計測用ガス検出器では、速い信号は追いついているが遅い信号はかなり背が低く幅が広がる。このガス検出器では、０．２μｓ〜１．０μｓ程度の信号が混在していることを表している。
【００３２】
従来の中性子計測用ガス検出装置を用いた図５（ａ）の信号ではパルス幅が３．６μｓ程度に広がり、１０％ロスの測定をしようと思うと、平均３６μｓの計数率で、２８Ｋカウント／秒（ｃｐｓ）が限界になる。一方、本発明の中性子計測用ガス検出装置を用いた図５（ｂ）は、最悪で１．６μｓの広がりであるので、１０％ロスの測定で、６３Ｋｃｐｓの測定で使用できることになる。従って、本発明によれば最悪でも２倍以上の高計数率化が可能になる。また、図５（ｂ）の例のように２信号目が入っても十分に識別できる。
【００３３】
次に、本発明において信号の積分をリアルタイムに求める具体的方法について説明する。
【００３４】
図４の結果から、速い信号と遅い信号の典型的な波形を想定し、どちらにも対処できるようにした。実際には図６の(ａ)と（ｂ）の波形を想定している。アンプ１２の出力を高速なＡ／Ｄ変換回路１７でデジタル化し、処理するアルゴリズムである。ここではサンプリングレートが４０ＭＨｚ、変換ビット数が１２ｂｉｔのＡ／Ｄ変換回路１７を使用した。
【００３５】
処理の順序は次のようになる。
（１）ベースラインの測定
ここでは、常にＡ／Ｄ変換回路１７の信号を一定区間に分けて比較し、最小値をベースラインとして取る。最小値としたのは、試行錯誤の結果それが一番良い結果を得られるためである。図７にベースラインの測定のためのフローチャートを示す。ここでは６４ステップ（１．６μｓ）ごとに最小値を求める。まず、図７（ａ）に示すように、ベースライン用カウンターＳＴＣＴを０から６３までカウントアップし、ベースライン用カウンターＳＴＣＴが６３になったら０に戻す（ステップＳ１〜Ｓ３）。ここでＡ／Ｄ変換回路１７の最小出力値を求めるに当たり、さらに精度を上げるために０．８μｓずらして二重に測定する。つまり、図７（ｂ）と（ｃ）に示すように、３２クロック（０．８μｓ）ずらして６４クロック（１．６μｓ）の最小値を二重に測定する。図７（ｂ）ではベースライン用カウンターＳＴＣＴが３１になったときＭＩＮＩ０にその時のＡ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣを入れ（ステップＳ４、Ｓ５）、以降のＡ／Ｄ変換回路１７の出力信号ＤＡＤＣとＭＩＮＩ０を比較してより小さい信号値をＭＩＮＩ０として更新し保持する（ステップＳ６、Ｓ７）。それと同時に、図７（ｃ）に示すように、３２クロックずらして６４クロックごとに最小値ＭＩＮＩ１を更新、保持する（ステップＳ８〜Ｓ１１）。そして、図７（ｄ）に示すように、ベースライン用カウンターＳＴＣＴが０〜３１のときは最新のベースラインＢＢＡＳＥをＭＩＮＩ０（ステップＳ１２、Ｓ１３）に、ベースライン用カウンターＳＴＣＴが３２〜６３のときは最新のベースラインＢＢＡＳＥをＭＩＮＩ１（ステップＳ１２、Ｓ１４）に設定する。なお、図中のクロック同期位置で基本クロックに同期が取られ、クロック立ち上がりごとに一回動作することとする。
【００３６】
（２）立ち上がりの検出
図８にパルス積分の測定のためのフローチャートを示す。
予め設定しておいたステップ数以上において信号の増加（ステップＳ３０）が続いた場合、パルスの立ち上がりがあったものとみなす。
具体的にはまず、制限時間用カウンターＡＤＤＣＴにより制限時間内であるかを調べ（ステップＳ２１）、ベースライン用バッファメモリＢＡＳＥに記録されたベースラインデータよりＡ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣが大きいか比較し（ステップＳ２２）、さらに立ち上がり用カウンターＲＩＳＥＣＴが所定のステップ数〔ここでは４ステップ（１００ｎｓ）〕を超えているか調べ（ステップＳ２３）、これらのいずれの条件も満たしていれば、立ち上がりとする。積分は、Ａ／Ｄ変換回路１７のデータからベースラインを引いた値を累積していく。その際、Ａ／Ｄ変換回路１７のデータがベースライン以下になる場合はそのデータを破棄する。データの破棄（ステップＳ３２）は最新のベースラインデータをコピーし、各カウンタをクリアする。
【００３７】
（３）最大値（ＭＡＸ）の検出
次に、Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣの最大値ＭＡＸを検出し、保存する（ステップＳ２４）。
【００３８】
（４）ＭＡＸ／２の検出
Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣがＭＡＸ／２を下回る値を検出（ステップＳ２５）したら、パルスの終了と判断し、積分値が設定している閾値以上（ステップＳ２７）であればデータとして保存（ステップＳ２８）し、データの破棄（ステップＳ３２）に移行する。閾値未満であれば何もせずにデータの破棄（ステップＳ３２）に移行する。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣがＭＡＸ／２以下になっており、最大値をすでに検出していて、積分用カウンターＩＮＴＥＧの積分値が閾値ＬＬＤを超えていれば、その積分値を出力波高値ＰＥＡＫとして保存する（ステップＳ２５〜Ｓ２８）。
【００３９】
（５）制限時間で廃棄
上記の（１）〜（４）が設定している制限時間内に終了していない場合、データを廃棄して（ステップＳ３２）次の信号待ちに移行する。この他にも、Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣがベースラインデータを超えていなかったらいつでもデータを廃棄し、偽信号の混入を防ぐ。
【００４０】
図９にコンデンサを通してステップ信号を入力した場合のアンプ出力波形を示す。図９（ａ）はステップ信号傾きが２００ｎｓ、図９（ｂ）は５００ｎｓ、図９（ｃ）は１．３μｓの波形を示している。下の波形が傾きを与えた入力のステップ信号で、上のグラフがアンプ出力波形である。ステップ信号に０．５ｐＦのコンデンサを通して入力したので、どれもが０．５ｐＣの電荷量を受けた時の出力である。波形整形時定数は０．１μｓに設定している。この図からSPICEの計算結果と同じ出力が得られていることが分かる。
【００４１】
図１０は従来の中性子計測用ガス検出装置でパルス波高値から波高分布図を得たデータである。図１０（ａ）はステップ信号傾きが２００ｎｓ、図１０（ｂ）は５００ｎｓ、図１０（ｃ）は１．３μｓの波形を示している。横軸がパルスの波高値、縦軸がカウント数である。図９のアンプ出力波形のピーク値と合った位置に分布しているのが分かる。
【００４２】
図１１は本発明の中性子計測用ガス検出装置でパルス積分値から波高分布図を得たデータである。図１１（ａ）はステップ信号傾きが２００ｎｓ、図１１（ｂ）は５００ｎｓ、図１１（ｃ）は１．３μｓの波形を示している。横軸がパルス積分値、縦軸がカウント数である。図９のアンプ出力波形の積分値（面積）と合った位置に分布しているのが分かる。
【００４３】
図１２に、実際の中性子測定における、従来の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス波高値と、本発明の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス積分値の比較データを示す。図１２(ａ)が従来の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス波高値、図１２（ｂ）が本発明の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス積分値を示している。これらの図より明らかなように、図１２（ｂ）では高い波高データが多くなっていて、理想の分布を示しているのが分かり、本発明が十分に効果的であることが証明できている。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、Ｈｅ３ガスの密封空間に飛び込んでくる中性子の量を計測する中性子計測用ガス検出装置に関し、特に、当該ガス検出器内に中性子が飛び込んできた際に発生する電荷量を検出する信号処理手段における高計数率化と安定化のための処理技術に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る中性子計測用ガス検出装置の構成を示す模式図である。
【図２】中性子計測用ガス検出装置で通常使用される電荷型アンプの部分回路を示す。
【図３】ステップ信号をコンデンサを通して入力した場合のSPICE（SimulationProgram with Integrated Circuit Emphasis）の計算結果を示す図である。
【図４】ガス検出器の出力を速い波形整形時定数のアンプに通した時に得られる波形を示す図である。
【図５】従来と本発明の実際のガス検出装置の波形を示す図である。
【図６】速い信号と遅い信号の想定された典型的な波形を示す図である。
【図７】本発明に係る中性子計測用ガス検出装置におけるベースラインの測定のためのフローチャートである。
【図８】本発明に係る中性子計測用ガス検出装置におけるパルス積分の測定のためのフローチャートである。
【図９】コンデンサを通してステップ信号を入力した場合のアンプ出力波形を示す図である。
【図１０】従来の中性子計測用ガス検出装置でパルス波高値から波高分布図を得たデータを示す図である。
【図１１】本発明の中性子計測用ガス検出装置でパルス積分値から波高分布図を得たデータを示す図である。
【図１２】実際の中性子測定における、従来の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス波高値と、本発明の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス積分値の比較データを示す図である。
【図１３】ガス検出器の構造を説明するための模式図である。
【図１４】従来のガス検出装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１ ガス検出器
１２ アンプ
１３ 第１の積分回路
１４ 微分回路
１５ 第２の積分回路
１６ 波形整形回路
１７ Ａ／Ｄ変換回路
１８ デジタル積分手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリウム３ガスの密封空間に飛び込んでくる中性子の量を計測する中性子計測用ガス検出装置に関し、特に、当該ガス検出器内においてトラップされた中性子とヘリウム３ガスとの衝突によって発生する電荷量を検出する信号処理手段における高計数率化と安定化のための処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、物性物理学や高エネルギー物理学等における種々の実験において、中性子が多く利用されている。例えば、ある物質に高速度の中性子を衝突させた際の種々の現象を観測することにより、物質構造の解析を行うことができる。このような中性子実験においては、近年益々、中性子源の大強度化が進む一方、中性子を高速且つ正確に計測することが重要となり、中性子検出装置の高計数率化が強く要望されてきている。
【０００３】
現在、中性子計測用ガス検出器として現在最も多く使用されているのは、高い検出効率とガンマー線感度の低さから、通常のヘリウム４（陽子：２、中性子：２、電子：２）の同位体であるヘリウム３ガス（陽子：２、中性子：１、電子：２から成るヘリウム、以下、「Ｈｅ３」という）を密封したガス検出体の中に中性子が飛び込んできた際に発生する電荷量を計測するタイプの検出器である。
【０００４】
図１３は、ガス検出器１１の構造を説明するための模式図である。図１３に示すように、ガス検出器１１は、通常、極めて薄いステンレス素材から成る円筒体２１を有し、当該円筒体２１の内部には、１０乃至２０気圧のＨｅ３ガスが充填されている。円筒体２１の構造及びサイズは種々のものが存在するが、その一例として、直径が２乃至３ｃｍ程度、その長さは５０乃至６０ｃｍ程度のものがある。ここで、円筒体２１の中心には導電性の芯線２２が張られており、円筒体２１と芯線２２間には１，５００乃至２，０００Ｖ程度の電圧が抵抗を介して印加される。
【０００５】
そして、このようなガス検出器１１を中性子の計測対象場に置き、Ｈｅ３ガスが充填されている円筒体２１内に中性子が飛び込んでくると、飛び込んできた中性子の数に応じた電荷が発生し、芯線２２でその電荷量が検出できるのである。つまり、円筒体２１内のＨｅ３ガスに１個の中性子が衝突すると、単位電荷が発生するが、この単位電荷は、円筒体２１内の電界場においてＨｅ３ガスに連鎖的に衝突してその電荷量を一定の割合で増幅させ、この増幅された電荷が円筒体２１内の芯線２２に到達するようになっている。
【０００６】
ここで、芯線２２において検出される電荷は、円筒体２１内において２方向に連鎖的に衝突して増幅される。従って、電荷が芯線２２に到達するまでの時間は飛ぶ２方向によって異なり、円筒体２１の形状や電界強度等に応じて所定の時間だけ広がって検出されることとなる。
【０００７】
図１４は、従来のガス検出装置の例を示すものである。図１４に示すように、従来のガス検出装置では、ガス検出器において検出された電荷を、時定数が大きい第１の積分回路３２により積分処理を行い、当該積分処理により得られたアナログ値中のノイズ成分を微分回路３３と第２の積分回路３４よりなる波形整形回路（帯域フィルター）３５により除去し、その電荷積分出力値をＡ／Ｄ変換回路３６によりＡ／Ｄ変換した後、デジタル波高処理装置３７により波高処理することによって電荷を測定するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来のガス検出装置においては、ガス検出器１１内で発生した電荷が芯線２２に到達するまでの時間が中性子が捕獲された場所や生成された電荷の飛ぶ方向等の条件の違いによりばらつきが生じることから、積分アンプ３１において積分処理を行うようにしていたが、当該積分処理においては、中性子とＨｅ３ガスとの反応エネルギーに相当する積分電荷を得るために一番遅く発生する電荷に時定数を合わせる必要があった。さらに、このようにして得られた電荷の積分値を波形整形回路（帯域フィルター）３５によって波形整形した後にデジタル波高処理装置３７において波高処理を行っていたため、従来のガス検出装置においては、処理速度は非常に遅くなり、通常約０．５μｓ〜２μｓ位の値から、ガス検出器１１の電荷出力速度に合わせて使用していた。
【０００９】
このように、従来のガス検出装置では、ガス検出器１１の最高速度を引き出せないため、中性子計測の高計数率化は困難であった。
【００１０】
本発明は、このような従来の中性子計測用ガス検出装置が有していた種々の課題を解決するものであり、中性子計測用ガス検出装置において、計測対象の中性子を高速度且つ正確に計測するための高計数率化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このため、本発明は、中性子を計測してその検出量に応じた電荷を出力するガス検出手段と、前記ガス検出手段からの出力を積分増幅する第１の積分アンプ手段と、前記第１の積分アンプ手段からの出力を微分する微分回路と、前記微分回路からの出力を積分増幅する第２の積分アンプ手段と、から成る波形整形回路と、前記第２の積分アンプ手段の出力をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル出力値を積分するデジタル積分手段と、を有し、前記第１の積分アンプ手段の積分時定数が、前記微分回路のポールゼロ相殺時定数と等価であることを特徴とする中性子測定用ガス検出装置を提供するものである。
【００１２】
ここで、本中性子ガス検出装置は、さらに、前記波形整形回路の時定数が、前記電荷の最初の検出時間に合わせて設定されることを特徴とする。
【００１３】
そして、前記第１の積分アンプ手段は、第１のアナログ増幅器と、当該第１のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に整列接続されたコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１と、により構成される。
【００１４】
さらに、前記微分回路は、前記第１のアナログ増幅器の出力に接続されたコンデンサＣ２及びこれに並列接続された抵抗Ｒ２と、その一方の端子が前記コンデンサＣ２に直列接続されその他方の端子が前記第２の積分アンプ手段の入力に接続された抵抗Ｒ３と、により構成される。
【００１５】
また、前記第２の積分アンプ手段は、第２のアナログ増幅器と、当該第２のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に並列接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ４と、により構成される。
【００１６】
また、前記コンデンサＣ１及び前記抵抗Ｒ１の積と、前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ２の積と、が等しいことを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ３の積と、前記コンデンサＣ３及び前記抵抗Ｒ４の積と、が等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、従来装置で処理速度が低下する原因であったアナログ回路による積分を行わず、デジタル処理回路で積分を行う方式とした。アナログ回路では発生する電荷を忠実に増幅するだけで、積分はデジタル処理回路により行われるため、ガス検出器の最高速を達成できる。本発明により、従来の方式よりも２倍以上も高計数率のデータが得られることはすでに確認されている。
【００１９】
また、従来はアナログ回路で積分するため、速い信号も遅くしてしまう問題があったが、本発明によればデジタル的に積分することにより源信号を再現し、検出効率の低下を防ぐことができる。
【００２０】
さらに、積分した後の信号で中性子かどうかの判定ができるため、安定した正確な測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る中性子計測用ガス検出装置の構成を示す模式図である。
本発明では、図１に示すように、アナログ回路は発生する電荷を忠実に増幅するだけの構成とする。つまり、従来一番遅い信号に時定数を合わせ、全信号について積分アンプ（図１４の３４）として用いていたものを、一番速い信号に時定数を合わせ、全信号について通常のアンプ１２とする構成とし、ガス検出器１１で発生している電荷をそのまま増幅して出力する。このため、これまで高計数率化のネックとなっていたアナログ部分の時定数を０．５μｓから０．１μｓに取ることができる。パルス幅は電荷発生時間と同じになるので、この時定数よりは長くなるが、従来の中性子計測用ガス検出装置に比べて２倍以上の高速化を図ることができる。電荷の積分は、高速Ａ／Ｄ変換回路１７でデジタル化してデジタル積分手段１８によりデジタル処理を行う。本発明は、リアルタイムに波形処理を行い、パルスごとにデジタル積分が完了する方式であるため、ガス検出器の最大の速度が得られる。また、積分した後の信号で中性子かどうかの判定ができるため、安定した測定が可能となる。
【００２３】
以下、本発明の詳細についてさらに具体的に説明する。
【００２４】
図２に、中性子計測用ガス検出装置で通常使用される電荷型アンプの部分回路を示す。
【００２５】
上述したように、ガス検出器１１は中性子を検出すると電荷を発生する。しかし、中性子とＨｅ３ガスとの反応エネルギーで周りのガスをイオン化することにより電荷を得ているため、条件により電荷の発生時間にかなりのばらつきができる。ただし、その反応エネルギーは一定であるので、これらの電荷を積分すれば一定の強度の信号を得ることができる。
【００２６】
図１４に示した従来の方式では、微分回路３３と第２の積分回路３４を合わせた波形整形回路３５の時定数を一番遅い信号に合わせて、波高値が電荷積分値に等しいパルスにして送り出していた。ここで、微分回路３３と第２の積分回路３４は帯域フィルターを形成している。これにより、第１の積分回路３２の出力の高さを持つパルスが得られる。
【００２７】
本発明では、この波形整形回路３５における積分回路３４（図１の第２の積分回路１５）の積分機能を弱め、波形整形回路１６を微分回路として動作させる。それにより、波形整形時定数を一番速い電荷発生時間に合わせると、ほとんどの遅い信号に対して波形整形回路１６が微分回路として働くため、第１の積分回路１３の積分効果を打ち消し、ガス検出器１１が発生する電荷をそのまま増幅することとなる。出力されるのは発生する電荷そのものなので、本発明によれば、ガス検出器１１の限界の計数率を得ることができる。さらに、この信号をＡ／Ｄ変換回路１７によりデジタル化し、デジタル積分手段１８によりデジタル的にもう一度積分することで、高速性を保ったままどの信号でも同じ電荷量が得られるようになる。
【００２８】
これにより、従来の中性子計測用ガス検出装置では、例えばガス検出器１１の一番遅い信号に合わせて時定数を０．５μｓ、さらにＣ１＝５ｐＦ，Ｒ１＝５ＭΩ，Ｃ２＝２２０ｐＦ，Ｒ２＝２２０ＫΩ，Ｒ３＝２ＫΩ，Ｃ３＝１０ｐＦ，Ｒ４＝４８ＫΩであったが、本発明を用いた実施例では、一番速い信号を０．１μｓと仮定し、Ｃ１＝５ｐＦ，Ｒ１＝１ＭΩ，Ｃ２＝２２０ｐＦ，Ｒ２＝２４ＫΩ，Ｒ３＝３９０Ω，Ｃ３＝１０ｐＦ，Ｒ４＝１０ＫΩとした。
【００２９】
図３は本発明に係る中性子計測用ガス検出装置にステップ信号をコンデンサを通して入力した場合のSPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）の計算結果を示す図である。図３（ａ）はステップの立ち上がりが０．１μｓの場合、図３（ｂ）はステップの立ち上がりが１μｓの場合を示している。アンプ１２の波形整形時定数を０．１μｓとし、コンデンサを通してステップ信号を入力した。これらの図において、下のグラフがステップ信号で傾きを与えており、上のグラフが出力パルスである。時定数より速い信号は同じ高さの信号となるが、時定数より長い入力は微分回路１４による微分効果が働き、背は低いが幅の広い信号になり、電荷の入力量を示す。従って、積分量を示す面積は同じになる。
【００３０】
図４にガス検出器１１の出力を速い波形整形時定数のアンプに通した時に得られる波形を示す。ここでは波形整形時定数を０．１μｓにしている。ガス検出器１１の出力信号が速い信号と遅い信号の混合状態で出力されているのを良く表している。速い信号はかなり追いついているが、遅い信号は背が低く幅が広がっていて、SPICEの結果から遅い成分である。このガス検出器では、０．２μｓ〜１．０μｓ程度の信号が混在している。
【００３１】
図５に実際のガス検出装置の波形を示す。図５（ａ）は従来の中性子計測用ガス検出装置を用いた波形（０．５μｓ時定数）、図５（ｂ）は本発明の中性子計測用ガス検出器を用いた波形（０．１μｓ時定数）を示している。図５（ａ）に示す従来の中性子計測用ガス検出器では、十分に積分できているが、パルス幅が広がってしまい、高計数率化ができていない。図５（ｂ）に示す本発明の中性子計測用ガス検出器では、速い信号は追いついているが遅い信号はかなり背が低く幅が広がる。このガス検出器では、０．２μｓ〜１．０μｓ程度の信号が混在していることを表している。
【００３２】
従来の中性子計測用ガス検出装置を用いた図５（ａ）の信号ではパルス幅が３．６μｓ程度に広がり、１０％ロスの測定をしようと思うと、平均３６μｓの計数率で、２８Ｋカウント／秒（ｃｐｓ）が限界になる。一方、本発明の中性子計測用ガス検出装置を用いた図５（ｂ）は、最悪で１．６μｓの広がりであるので、１０％ロスの測定で、６３Ｋｃｐｓの測定で使用できることになる。従って、本発明によれば最悪でも２倍以上の高計数率化が可能になる。また、図５（ｂ）の例のように２信号目が入っても十分に識別できる。
【００３３】
次に、本発明において信号の積分をリアルタイムに求める具体的方法について説明する。
【００３４】
図４の結果から、速い信号と遅い信号の典型的な波形を想定し、どちらにも対処できるようにした。実際には図６の(ａ)と（ｂ）の波形を想定している。アンプ１２の出力を高速なＡ／Ｄ変換回路１７でデジタル化し、処理するアルゴリズムである。ここではサンプリングレートが４０ＭＨｚ、変換ビット数が１２ｂｉｔのＡ／Ｄ変換回路１７を使用した。
【００３５】
処理の順序は次のようになる。
（１）ベースラインの測定
ここでは、常にＡ／Ｄ変換回路１７の信号を一定区間に分けて比較し、最小値をベースラインとして取る。最小値としたのは、試行錯誤の結果それが一番良い結果を得られるためである。図７にベースラインの測定のためのフローチャートを示す。ここでは６４ステップ（１．６μｓ）ごとに最小値を求める。まず、図７（ａ）に示すように、ベースライン用カウンターＳＴＣＴを０から６３までカウントアップし、ベースライン用カウンターＳＴＣＴが６３になったら０に戻す（ステップＳ１〜Ｓ３）。ここでＡ／Ｄ変換回路１７の最小出力値を求めるに当たり、さらに精度を上げるために０．８μｓずらして二重に測定する。つまり、図７（ｂ）と（ｃ）に示すように、３２クロック（０．８μｓ）ずらして６４クロック（１．６μｓ）の最小値を二重に測定する。図７（ｂ）ではベースライン用カウンターＳＴＣＴが３１になったときＭＩＮＩ０にその時のＡ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣを入れ（ステップＳ４、Ｓ５）、以降のＡ／Ｄ変換回路１７の出力信号ＤＡＤＣとＭＩＮＩ０を比較してより小さい信号値をＭＩＮＩ０として更新し保持する（ステップＳ６、Ｓ７）。それと同時に、図７（ｃ）に示すように、３２クロックずらして６４クロックごとに最小値ＭＩＮＩ１を更新、保持する（ステップＳ８〜Ｓ１１）。そして、図７（ｄ）に示すように、ベースライン用カウンターＳＴＣＴが０〜３１のときは最新のベースラインＢＢＡＳＥをＭＩＮＩ０（ステップＳ１２、Ｓ１３）に、ベースライン用カウンターＳＴＣＴが３２〜６３のときは最新のベースラインＢＢＡＳＥをＭＩＮＩ１（ステップＳ１２、Ｓ１４）に設定する。なお、図中のクロック同期位置で基本クロックに同期が取られ、クロック立ち上がりごとに一回動作することとする。
【００３６】
（２）立ち上がりの検出
図８にパルス積分の測定のためのフローチャートを示す。
予め設定しておいたステップ数以上において信号の増加（ステップＳ３０）が続いた場合、パルスの立ち上がりがあったものとみなす。
具体的にはまず、制限時間用カウンターＡＤＤＣＴにより制限時間内であるかを調べ（ステップＳ２１）、ベースライン用バッファメモリＢＡＳＥに記録されたベースラインデータよりＡ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣが大きいか比較し（ステップＳ２２）、さらに立ち上がり用カウンターＲＩＳＥＣＴが所定のステップ数〔ここでは４ステップ（１００ｎｓ）〕を超えているか調べ（ステップＳ２３）、これらのいずれの条件も満たしていれば、立ち上がりとする。積分は、Ａ／Ｄ変換回路１７のデータからベースラインを引いた値を累積していく。その際、Ａ／Ｄ変換回路１７のデータがベースライン以下になる場合はそのデータを破棄する。データの破棄（ステップＳ３２）は最新のベースラインデータをコピーし、各カウンタをクリアする。
【００３７】
（３）最大値（ＭＡＸ）の検出
次に、Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣの最大値ＭＡＸを検出し、保存する（ステップＳ２４）。
【００３８】
（４）ＭＡＸ／２の検出
Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣがＭＡＸ／２を下回る値を検出（ステップＳ２５）したら、パルスの終了と判断し、積分値が設定している閾値以上（ステップＳ２７）であればデータとして保存（ステップＳ２８）し、データの破棄（ステップＳ３２）に移行する。閾値未満であれば何もせずにデータの破棄（ステップＳ３２）に移行する。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣがＭＡＸ／２以下になっており、最大値をすでに検出していて、積分用カウンターＩＮＴＥＧの積分値が閾値ＬＬＤを超えていれば、その積分値を出力波高値ＰＥＡＫとして保存する（ステップＳ２５〜Ｓ２８）。
【００３９】
（５）制限時間で廃棄
上記の（１）〜（４）が設定している制限時間内に終了していない場合、データを廃棄して（ステップＳ３２）次の信号待ちに移行する。この他にも、Ａ／Ｄ変換回路１７の出力信号値ＤＡＤＣがベースラインデータを超えていなかったらいつでもデータを廃棄し、偽信号の混入を防ぐ。
【００４０】
図９にコンデンサを通してステップ信号を入力した場合のアンプ出力波形を示す。図９（ａ）はステップ信号傾きが２００ｎｓ、図９（ｂ）は５００ｎｓ、図９（ｃ）は１．３μｓの波形を示している。下の波形が傾きを与えた入力のステップ信号で、上のグラフがアンプ出力波形である。ステップ信号に０．５ｐＦのコンデンサを通して入力したので、どれもが０．５ｐＣの電荷量を受けた時の出力である。波形整形時定数は０．１μｓに設定している。この図からSPICEの計算結果と同じ出力が得られていることが分かる。
【００４１】
図１０は従来の中性子計測用ガス検出装置でパルス波高値から波高分布図を得たデータである。図１０（ａ）はステップ信号傾きが２００ｎｓ、図１０（ｂ）は５００ｎｓ、図１０（ｃ）は１．３μｓの波形を示している。横軸がパルスの波高値、縦軸がカウント数である。図９のアンプ出力波形のピーク値と合った位置に分布しているのが分かる。
【００４２】
図１１は本発明の中性子計測用ガス検出装置でパルス積分値から波高分布図を得たデータである。図１１（ａ）はステップ信号傾きが２００ｎｓ、図１１（ｂ）は５００ｎｓ、図１１（ｃ）は１．３μｓの波形を示している。横軸がパルス積分値、縦軸がカウント数である。図９のアンプ出力波形の積分値（面積）と合った位置に分布しているのが分かる。
【００４３】
図１２に、実際の中性子測定における、従来の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス波高値と、本発明の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス積分値の比較データを示す。図１２(ａ)が従来の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス波高値、図１２（ｂ）が本発明の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス積分値を示している。これらの図より明らかなように、図１２（ｂ）では高い波高データが多くなっていて、理想の分布を示しているのが分かり、本発明が十分に効果的であることが証明できている。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、Ｈｅ３ガスの密封空間に飛び込んでくる中性子の量を計測する中性子計測用ガス検出装置に関し、特に、当該ガス検出器内に中性子が飛び込んできた際に発生する電荷量を検出する信号処理手段における高計数率化と安定化のための処理技術に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る中性子計測用ガス検出装置の構成を示す模式図である。
【図２】中性子計測用ガス検出装置で通常使用される電荷型アンプの部分回路を示す。
【図３】ステップ信号をコンデンサを通して入力した場合のSPICE（SimulationProgram with Integrated Circuit Emphasis）の計算結果を示す図である。
【図４】ガス検出器の出力を速い波形整形時定数のアンプに通した時に得られる波形を示す図である。
【図５】従来と本発明の実際のガス検出装置の波形を示す図である。
【図６】速い信号と遅い信号の想定された典型的な波形を示す図である。
【図７】本発明に係る中性子計測用ガス検出装置におけるベースラインの測定のためのフローチャートである。
【図８】本発明に係る中性子計測用ガス検出装置におけるパルス積分の測定のためのフローチャートである。
【図９】コンデンサを通してステップ信号を入力した場合のアンプ出力波形を示す図である。
【図１０】従来の中性子計測用ガス検出装置でパルス波高値から波高分布図を得たデータを示す図である。
【図１１】本発明の中性子計測用ガス検出装置でパルス積分値から波高分布図を得たデータを示す図である。
【図１２】実際の中性子測定における、従来の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス波高値と、本発明の中性子計測用ガス検出装置で計測したパルス積分値の比較データを示す図である。
【図１３】ガス検出器の構造を説明するための模式図である。
【図１４】従来のガス検出装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１ ガス検出器
１２ アンプ
１３ 第１の積分回路
１４ 微分回路
１５ 第２の積分回路
１６ 波形整形回路
１７ Ａ／Ｄ変換回路
１８ デジタル積分手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子を計測してその検出量に応じた電荷を出力するガス検出手段と、
前記ガス検出手段からの出力を積分増幅する第１の積分アンプ手段と、
前記第１の積分アンプ手段からの出力を微分する微分回路と、前記微分回路からの出力を積分増幅する第２の積分アンプ手段と、から成る波形整形回路と、
前記第２の積分アンプ手段の出力をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル出力値を積分するデジタル積分手段と、を有し、
前記第１の積分アンプ手段の積分時定数が、前記微分回路のポールゼロ相殺時定数と等価であることを特徴とする中性子測定用ガス検出装置。
【請求項２】
前記波形整形回路の時定数が、前記電荷の最初の検出時間に合わせて設定されることを特徴とする請求項１に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項３】
前記第１の積分アンプ手段は、第１のアナログ増幅器と、当該第１のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に整列接続されたコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１と、により構成された請求項１又は２に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項４】
前記微分回路は、前記第１のアナログ増幅器の出力に接続されたコンデンサＣ２及びこれに並列接続された抵抗Ｒ２と、その一方の端子が前記コンデンサＣ２に直列接続されその他方の端子が前記第２の積分アンプ手段の入力に接続された抵抗Ｒ３と、により構成された請求項３に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項５】
前記第２の積分アンプ手段は、第２のアナログ増幅器と、当該第２のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に並列接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ４と、により構成された請求項１又は２に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項６】
前記コンデンサＣ１及び前記抵抗Ｒ１の積と、前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ２の積と、が等しいことを特徴とする請求項４又は５に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項７】
前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ３の積と、前記コンデンサＣ３及び前記抵抗Ｒ４の積と、が等しいことを特徴とする請求項４乃至６の何れかの項に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項１】
中性子を計測してその検出量に応じた電荷を出力するガス検出手段と、
前記ガス検出手段からの出力を積分増幅する第１の積分アンプ手段と、
前記第１の積分アンプ手段からの出力を微分する微分回路と、前記微分回路からの出力を積分増幅する第２の積分アンプ手段と、から成る波形整形回路と、
前記第２の積分アンプ手段の出力をＡ／Ｄ変換し、そのデジタル出力値を積分するデジタル積分手段と、を有し、
前記第１の積分アンプ手段の積分時定数が、前記微分回路のポールゼロ相殺時定数と等価であることを特徴とする中性子測定用ガス検出装置。
【請求項２】
前記波形整形回路の時定数が、前記電荷の最初の検出時間に合わせて設定されることを特徴とする請求項１に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項３】
前記第１の積分アンプ手段は、第１のアナログ増幅器と、当該第１のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に整列接続されたコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１と、により構成された請求項１又は２に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項４】
前記微分回路は、前記第１のアナログ増幅器の出力に接続されたコンデンサＣ２及びこれに並列接続された抵抗Ｒ２と、その一方の端子が前記コンデンサＣ２に直列接続されその他方の端子が前記第２の積分アンプ手段の入力に接続された抵抗Ｒ３と、により構成された請求項３に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項５】
前記第２の積分アンプ手段は、第２のアナログ増幅器と、当該第２のアナログ増幅器の入力端と出力端の間に並列接続されたコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ４と、により構成された請求項１又は２に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項６】
前記コンデンサＣ１及び前記抵抗Ｒ１の積と、前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ２の積と、が等しいことを特徴とする請求項４又は５に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【請求項７】
前記コンデンサＣ２及び前記抵抗Ｒ３の積と、前記コンデンサＣ３及び前記抵抗Ｒ４の積と、が等しいことを特徴とする請求項４乃至６の何れかの項に記載の中性子測定用ガス検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−９７９６７（Ｐ２００９−９７９６７Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６９２５４（Ｐ２００７−２６９２５４）
【出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【出願人】（５０４１５１３６５）大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 (125)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【出願人】（５０４１５１３６５）大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 (125)
【Ｆターム（参考）】
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