原子粒子を検出するための装置
【課題】中性子衝撃・散乱実験において負圧環境で使用される中性子検出器アレイに特に好適な原子粒子検出組立体を提供する。
【解決手段】原子粒子検出組立体１０２は、第１動作圧を有する第１チャンバ１０４内に位置決めされた少なくとも１つの原子粒子検出器１１４と、該少なくとも１つの原子粒子検出器に連結された少なくとも１つの接合装置１１６であって、該少なくとも１つの接合装置が、第２動作圧を有する第２チャンバ１３０を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁１１８を含み、第２圧力は第１圧力よりも大きく、該少なくとも１つの接合装置が、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する接合装置とを含む。
【解決手段】原子粒子検出組立体１０２は、第１動作圧を有する第１チャンバ１０４内に位置決めされた少なくとも１つの原子粒子検出器１１４と、該少なくとも１つの原子粒子検出器に連結された少なくとも１つの接合装置１１６であって、該少なくとも１つの接合装置が、第２動作圧を有する第２チャンバ１３０を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁１１８を含み、第２圧力は第１圧力よりも大きく、該少なくとも１つの接合装置が、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する接合装置とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子粒子検出装置全般に関し、より詳細には、負圧環境において中性子を検出するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子衝撃・散乱実験は、物質検出研究を行う設備を含む幾つかの設備で行われる。公知の幾つかの物質検出実験は、通常は中性子源と、中性子源から所定の距離のところに位置決めされた少なくとも１つの中性子検出器アレイとを含むチャンバ内へ、対象の物質を位置決めすることを含む。物質は、中性子源と中性子検出器アレイとの間に位置決めされる。公知の幾つかの中性子源は所定の中性子束を発生させ、この中性子束は、３．２×１０−１２ジュール（Ｊ）（２０メガ電子ボルト（ＭｅＶ））未満のエネルギーを有する中性子、つまり低エネルギーの中性子を含む。このような中性子は一般に対象の物質と相互作用し、相互作用により、中性子は、対象の物質の性質と調和するやり方でそれらの元の伝達経路から散乱することがある。経路は、例えば物質の構成要素の密度および中性子断面に基づき、変更されることがある。散乱する中性子の少なくとも幾つかは中性子検出アレイと相互作用し、この中性子検出アレイは、アレイと相互作用する中性子の数を含む（ただしこれに限定されない）中性子の性質の少なくとも幾つかに関連するデータの収集を促進する。公知の幾つかのアレイは、原子粒子の相互作用が検出器内のどこで生じるかを記録するように構成された位置敏感型検出器（ＰＳＤ）を含む。このような位置データは、原子粒子の相互作用の研究を促進する。
【０００３】
公知の幾つかのＰＳＤは、空気を含む環境にある中性子を検出する。空気は、検出アレイの有効性を軽減し得る中性子の望ましくない散乱および減衰を促進し、これが後に実験の有効性に悪影響を与えることがある。別法では、公知の幾つかのＰＳＤは負圧環境で作動し、アレイ内にある多数のＰＳＤが、負圧環境と隣接する正圧環境との間に位置決めされた同じく多数の真空シールに直接関連している。ＰＳＤの数を所与の量増加しつつＰＳＤの直径を減少させれば、アレイによる粒子検出の効率および有効性は増大する。ところがＰＳＤの数を増加すると、必要となる真空シールの数も増加し、こうしてアレイに関連する製造・取付け費用も増加する。さらに、ＰＳＤの数が増加すると、シールの機能不全の可能性も増加することがある。
【特許文献１】米国特許第５，６４４，１２８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１態様において、原子粒子検出組立体を提供する。原子粒子検出組立体は、第１動作圧を有する第１チャンバ内に位置決めされた少なくとも１つの原子粒子検出器を含む。原子粒子検出組立体は、原子粒子検出器に連結された少なくとも１つの接合装置も含む。接合装置は少なくとも１つの壁を含み、この壁は、第２動作圧を有する第２チャンバを少なくとも部分的に画定し、第２圧力は第１圧力よりも大きい。接合装置は、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進し、第２チャンバ内では実質標準気圧で作動するように構成されている。粒子検出器は少なくとも１つの壁を含み、この壁は、第３動作圧を有する第３チャンバを少なくとも部分的に画定し、第３圧力は第１圧力よりも大きい。原子粒子検出器は、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器を含み、これらの原子粒子検出器は、隣接する２つの原子粒子検出器間の距離が軽減されるように位置決めされている。接合装置は、少なくとも１つの本体と、本体に連結された少なくとも１つのアダプタ板と、アダプタ板に連結された少なくとも１つの蓋板と、本体に連結された少なくとも１つの取付具とをも含み、取付具は、少なくとも１つの電線の通過を促進するように構成されている。接合装置はさらに、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進するように構成された少なくとも１つのシールを含む。少なくとも１つのシールは、少なくとも１つの圧縮板と、圧縮板と本体との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、蓋板とアダプタ板との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、本体と構造壁の少なくとも一部との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングとを含む。検出組立体はさらに、少なくとも１つの接合装置から延びる少なくとも１つの支持部材を含む。
【０００５】
別の１態様において、原子粒子検出アレイを提供する。原子粒子検出アレイは、第１動作圧を有する第１チャンバ内に位置決めされており、複数の原子粒子検出組立体を含む。複数の原子粒子検出組立体は、隣接する原子粒子検出組立体間で画定された距離が軽減されるように位置決めされている。複数の原子粒子検出組立体は、複数の原子粒子検出組立体の各々に連結された少なくとも１つの接合装置を含む。接合装置は少なくとも１つの壁を有し、この壁は、第２動作圧を有する第２チャンバを少なくとも部分的に画定し、第２圧力は第１圧力よりも大きい。接合装置は、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する。検出組立体の各々は少なくとも１つの壁を含み、この壁は、第３動作圧を有する第３チャンバを少なくとも部分的に画定し、第３圧力は第１圧力よりも大きい。複数の検出組立体の各々は、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器を具備し、これらの原子粒子検出器は、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器間の距離が軽減されるように位置決めされている。接合装置は、少なくとも１つの本体と、本体に連結された少なくとも１つのアダプタ板と、アダプタ板に連結された少なくとも１つの蓋板と、本体に連結された少なくとも１つの取付具とをも含み、取付具は、少なくとも１つの電線の通過を促進するように構成されている。接合装置はさらに、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進するように構成された少なくとも１つのシールを含む。少なくとも１つのシールは、少なくとも１つの圧縮板と、圧縮板と本体との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、蓋板とアダプタ板との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、本体と構造壁の少なくとも一部との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングとを含む。
【０００６】
また、ここでは、原子粒子を検出する方法を開示する。この方法は、壁で仕切られた第１チャンバおよび第２チャンバを有する構造を提供するステップを含む。この方法は、第１チャンバから実質全ての流体を排出するステップも含み、第２動作圧を実質標準気圧に維持する一方、第１圧力は負圧となり、第１チャンバの第１動作圧は第２チャンバ内の第２動作圧よりも小さくなる。この方法は、第１チャンバ内に少なくとも１つの検出組立体を位置決めするステップも含む。少なくとも１つの組立体は、第１チャンバと第２チャンバとの間に複数のシールを含み、第１チャンバと第２チャンバとの間の流体連通を防止することにより、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する。少なくとも１つの組立体は少なくとも１つの接合装置も含み、この接合装置は、第２チャンバと流体連通するように連結された第３チャンバを画定する。この方法はさらに、各検出器と接合装置との間に少なくとも１つのシールを位置決めし、第１チャンバと第３チャンバとの間の流体連通の防止を促進するステップを含む。この方法は、接合装置に複数の粒子検出器を連結し、第１チャンバ内に少なくとも１つの原子粒子源を位置決めするステップも含む。この方法はさらに、少なくとも１つの検出組立体に複数の原子粒子が作用するように、原子粒子源に検出組立体を露出するステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、例示的な原子粒子検出アレイ１００の略断面図である。例示的な実施形態において、アレイ１００は中性子検出アレイである。別法では、アレイ１００は、本明細書で説明するようなアレイ１００の動作を促進する任意の原子粒子を検出するように構成することができる。アレイ１００は、複数の中性子検出器組立体１０２を含む。例示的な実施形態において、組立体１０２は、組立体１０２の各々が相互に隣接して位置決めされ、隣接する組立体間の距離Ｄ０が軽減されるように、アレイ１００を形成する。この構成は、検出されずにアレイ１００を通過し得る或る数の粒子の軽減を促進する。また、例示的な実施形態において、アレイ１００は３つの組立体１０２を含む。別法では、アレイ１００は、本明細書で説明するようなアレイ１００および組立体１０２の動作を促進する任意の構成で、任意の数の組立体１０２を含むことができる。
【０００８】
アレイ１００はチャンバ１０４内に位置決めされており、このチャンバは、少なくとも部分的にチャンバ囲い１０６により形成されている。例示的な実施形態においてチャンバ囲い１０６は天井であり、アレイ１００は、保持ハードウェア（図１には示さず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、天井１０６にしっかりと固定されている。別法では、チャンバ１０４およびチャンバ囲い１０６は任意の構成とすることができ、アレイ１００は、本明細書で説明するようなアレイ１００の動作を促進する任意のやり方で配向することができる。組立体１０２の各々は、少なくとも１つのシンチレーション計数装置および電力源（これも図１に示さず）を含む（ただしこれに限定されない）機器に、複数のワイヤ１０７を介して電気的に連結されている。
【０００９】
原子粒子源１０８は、アレイ１００から所定の距離Ｄ１のところに位置決めすることができる。源１０８は、アレイ１００の長さ部分に沿った所定の長手方向距離のところに位置決めすることができる（これも図１に示さず）。例示的な実施形態において、源１０８は、約３．２×１０−１２ジュール（Ｊ）（２０メガ電子ボルト（ＭｅＶ））未満のエネルギーを有する中性子（図１には示さず）、つまり低エネルギーの中性子を放出する中性子源である。別法では、源１０８は、本明細書で説明するようなアレイ１００の動作を促進するエネルギーレベルの任意の範囲内の中性子を含む（ただしこれに限定されない）原子粒子を放出する。また、対象の物質１１０は、源１０８から所定の距離Ｄ２のところに位置決めすることができる。物質１１０は、アレイ１００から所定の距離Ｄ３のところにも位置決めされる。距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、意図する実験の性質により少なくとも部分的に決定される。例示的な実施形態において、源１０８および物質１１０は、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が実質静的となるように、保持ハードウェアおよび保存取付具（これも図１に示さず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、しっかりと位置決めされる。別法では、源１０８および物質１１０は、相互およびアレイ１００に対して源１０８および物質１１０の動的位置決めを提供する装置（図１には示さず）に固着することができる。
【００１０】
動作中、中性子源１０８は、約３．２×１０−１２Ｊ（２０ＭｅＶ）未満のエネルギーを有する中性子（図１には示さず）、つまり、低エネルギーの中性子を放出する。源１０８から放出される中性子の少なくとも一部は、源１０８からアレイ１００および物質１１０の方へ移動する。さらに、これらの中性子の少なくとも一部は物質１１０と相互作用する。物質１１０と相互作用する中性子の大部分は散乱する。源１０８から放出される中性子の別の一部は物質１１０と相互作用しない。組立体１０２の各々は、物質１１０と相互作用した中性子の少なくとも一部、および物質１１０と相互作用しなかった中性子の少なくとも一部を検出する。
【００１１】
例示的な実施形態において、チャンバ１０４は、流体、例えば空気およびその他のガスが実質的に排出され、絶対真空に関連する圧力に接近する負の動作圧、つまりゼロパスカル（Ｐａ）（ゼロ重量ポンド毎平方インチ（絶対圧）（ｐｓｉａ））を有する。チャンバ１０４から空気の大部分を除去することは、中性子と空気分子との相互作用を軽減することにより、チャンバ１０４内での中性子の搬送を促進する。中性子が物質１１０ではなく空気により散乱すると、組立体１０２により検出されることがあり、誤りのある中性子検出を促進することがある。さらに、物質１１０により散乱した中性子が、空気によってさらに散乱して組立体１０２による検出を免れることがあり、あるいは、組立体１０２との入射角、およびそれらの物質１１０との相互作用では典型的ではないエネルギーを有することがあり、これによって、誤りのある中性子検出が促進されることがある。
【００１２】
図２は、中性子検出アレイ１００（図１に示す）と共に使用できる例示的な中性子検出器組立体１０２の斜めからの概略図である。源１０８および物質１１０を仮想透視図で示す。組立体１０２は長手方向寸法Ｌを有する。組立体１０２は、中性子検出器マニホルド１１２を含む。マニホルド１１２は、複数の同じ位置敏感型検出器（ＰＳＤ）１１４を含む。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、約３．２×１０−１２Ｊ（２０ＭｅＶ）未満のエネルギーレベルを有する低エネルギーの中性子を検出するように構成されている。別法では、ＰＳＤ１１４は、本明細書で説明するようなＰＳＤ１１４の動作を促進する任意のエネルギー範囲内の任意の原子粒子を検出するように構成することができる。また、例示的な実施形態において、マニホルド１１２は、実質円筒形の８つのＰＳＤ１１４を含み、各ＰＳＤ１１４は１．２７センチメートル（ｃｍ）（０．５インチ（ｉｎ））の直径を有し、ＰＳＤ１１４の各々は、天井１０６（図１に示す）の平面に実質平行な実質同様の平面内に位置決めされている。別法では、マニホルド１１２は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進するＰＳＤ１１４の任意の構成を含むことができ、この構成は実質円筒形の４つのＰＳＤ１１４を含み（ただしこれに限定されない）、各ＰＳＤ１１４は、２．５４ｃｍ（１ｉｎ）の直径を有する。また、別法では、ＰＳＤ１１４は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の形状とすることができ、実質矩形、および実質楕円形を含む（ただしこれに限定されない）。さらに、別法では、ＰＳＤ１１４は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の平面内に構成することができる。
【００１３】
組立体１０２は、複数の接合装置１１６、または真空連結器１１６も含む。各連結器１１６の少なくとも一部は、連結器１１６の壁１１８を介してマニホルド１１２の一部を受けるように構成されている。例示的な実施形態において、組立体１０２は、実質同様の２つの連結器１１６を含む。具体的には、組立体１０２は、組立体１０２の各長手方向端部に位置決めされた１つの連結器１１６を含む。
【００１４】
マニホルド１１２は、両方の連結器１１６の間を延びている。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は実質真っ直ぐである。別法では、ＰＳＤ１１４は、下向きの半円形を有する弓状を含む（ただしこれに限定されない）任意の構成とすることができる。
【００１５】
組立体１０２はさらに、連結器１１６間を延びる剛性の支持部材１２０を含む。部材１２０は、段付き領域１２１へ挿入され、その後、保持ハードウェア１２２を含む（ただしこれに限定されない）方法により、各連結器１１６の壁１１８に連結される。部材１２０は、マニホルド１１２の上方に位置決めされており、ＰＳＤ１１４内で粒子検出が部材１２０により干渉されるのを軽減する。例示的な実施形態において、部材１２０は、押出加工、鍛造、および鋳造を含む（ただしこれに限定されない）方法により、アルミニウムから製造される。別法では、部材１２０は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造することができる。部材１２０は、組立体１０２のチャンバ天井１０６への連結を促進し、続いてアレイ１００内での組立体１０２の支持を促進する。アレイ１００内の各組立体１０２に各部材１２０の実質同様の製造方法を使用することは、各部材１２０の実質同様の長さの確立を促進する。具体的には、部材１２０の各々が同様の長さであることは、後に、各組立体１０２が実質同様の長さであることを促進する。さらに、具体的には、アレイ１００内の各組立体１０２が実質同様の長さであることは、アレイ１００内での複数の組立体１０２の取付けを促進し、実質一様な中性子検出範囲がアレイ１００により形成される。アレイ１００により形成されるこのような実質一様な中性子検出範囲は、アレイ１００内でのより効果的かつ効率的な粒子検出を促進する。さらに、部材１２０は組立体１０２の構造的支持をもたらし、これによって、損傷の可能性が軽減された組立体１０２の発送を促進する。以下では区域３をより詳細に検討する。
【００１６】
図３は、中性子検出器組立体１０２（図２に示す、また区域３に沿って切り取った）の斜めからの拡大概略図であり、図４は、中性子検出器組立体１０２の拡大略横断面図である。マニホルド１１２は、８つの同じＰＳＤ１１４（８つのうち１つのみを図４に示す）を含む。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、実質円筒形の壁１２４を含み、この壁は、押出加工、圧延、鋳造、および鍛造を含む（ただしこれに限定されない）方法によりステンレス鋼から製造されている。別法では、壁１２４は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造することができる。ＰＳＤ１１４は、ＰＳＤ１１４の各長手方向端部で連結器１１６との境界シール１２８にて、２つの同じヘッダ１２６（１つのみを図示する）をも含む。例示的な実施形態において、ヘッダ１２６は、鋳造および鍛造を含む（ただしこれに限定されない）方法により、ステンレス鋼およびアルミニウムを含む（ただしこれに限定されない）材料から製造される。別法では、ヘッダ１２６は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造される。また、例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、溶接を含む（ただしこれに限定されない）方法により実質的に密閉され、壁１２４およびヘッダ１２６は実質環状のチャンバ１３０を少なくとも部分的に画定する。例示的な実施形態において、チャンバ１３０は、空気が実質的に排出され、シンチレーション方法により、中性子検出を促進するガス物質が充填される。ガス物質は、ヘリウム（Ｈｅ）のアイソトープ、つまりＨｅ３を含む（ただしこれに限定されない）。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、隣接するＰＳＤ１１４の壁１２４が約０．０７７ミリメートル（ｍｍ）（０．０２０ｉｎ）〜０．１１８ｍｍ（０．０３０ｉｎ）離間するように、組立体１０２内に位置決めされる。この離間は、ＰＳＤ１１４間の通路を介して組立体１０２を通過できるが任意のＰＳＤ１１４とは相互作用できない或る数の中性子の軽減を促進する。別法では、ＰＳＤ１１４は、隣接するＰＳＤ１１４の壁１２４が相互に接触するように位置決めされ構成される。
【００１７】
連結器１１６は、本体１３２と、アダプタ板１３４と、蓋板１３６とを含む。本体１３２は壁１１８および領域１２１を含み、上述したような支持部材１２０を受けるように構成されている。本体１３２および板１３４、１３６は、ステンレス鋼およびアルミニウムを含む（ただしこれに限定されない）材料から製造される。別法では、本体１３２および板１３４、１３６は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造される。例示的な実施形態において、アダプタ板１３４は、漏れ止め溶接および蝋付けを含む（ただしこれに限定されない）方法により、本体１３２にしっかりと連結される。別法では、本体１３２および板１３４は、一体のユニット（図示せず）として形成される。さらに、別法では、本体１３２に板１３４をしっかりと連結する、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法を使用することができる。
【００１８】
また、例示的な実施形態において、蓋板１３６は、保持ハードウェア１３８を含む（ただしこれに限定されない）方法により、アダプタ板１３４に着脱可能に連結される。この着脱可能に連結された特性は、個々のＰＳＤ１１４が機能不全に陥った場合のＰＳＤ１１４の現場交換を促進する。板１３６の一部内で画定された溝（図示せず）に、少なくとも１つの蓋板シール１４０が挿入される。シール１４０は、実質的に板１３６の周辺全体に沿って実質同心であり、したがって連結器１１６の密閉を促進する。本体１３２および板１３４、１３６は、連結器チャンバ１４２を少なくとも部分的に画定する。以下で説明するようなチャンバ１４２内で実行される組立てステップが実質的に完了するとき、シール１４０は通常は関連の溝に挿入され、板１３６は板１３４に連結される。
【００１９】
連結器１１６は、少なくとも１つのシール１２８も含む。シール１２８は、複数の密封リング１４４および複数の圧縮板１４６を含む。また、例示的な実施形態において、各々１つのヘッダ１２６を受けるように構成された８つの通路（図示せず）が壁１１８内に画定されている。８つのヘッダ１２６の各々は、複数のシールリング１４４を受けるように構成されたカラー（図示せず）を含む。ヘッダ１２６の各々は、セラミック絶縁体（図示せず）を介して、少なくとも１つのワイヤ１０７と、少なくとも１つの電線管１４８とを受けるようにも構成されており、このセラミック絶縁体は、ヘッダ１２６内に位置決めされ、ワイヤ１０７を介して伝送される電力からヘッダ１２６を絶縁するように構成されている。電線管１４８は、チャンバ１４２内でのワイヤ１０７の配線を促進し、ワイヤ１０７は、関連のＰＳＤ１１４の一部にはんだ付けされる。８つの電線管１４８の各々は、板１４６内に画定された８つの通路１５０の各々から配線される。板１４６は、保持ハードウェア（図示せず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、壁１１８に連結される。板１４６を壁１１８に連結することは、密封リング１４４の圧縮を促進する。ヘッダ１２６に関連するカラー、リング１４４、および板１４６は協働して、組立体１０２の組立て活動中の調整を促進し、アレイ１００内での組立体１０２間の長手方向寸法Ｌ（図２に示す）の差を軽減することが促進される。
【００２０】
例示的な実施形態において、シール１２８内で４つの板１４６が使用される。別法では、チャンバ１４２内で板１４６の挿入を促進する、１つの板１４６を含む（ただしこれに限定されない）任意の数の板１４６を使用することができる。例えば、８つ全てのリング１４４上へ１つの板１４６を挿入することが最も良好に促進され、板１３４は除去されて、組立てに十分な空間を許すことができる。例示的な実施形態で説明したような４つの板１４６を挿入することは、板１３４を基部１３２に連結する組立てを促進する。
【００２１】
例示的な実施形態において、連結器１１６はさらに、本体１３２と一体に製造されたワイヤ取付具１５２を含む。別法では、取付具１５２は、本体１３２と関係なく製造し、溶接および蝋付けを含む（ただしこれに限定されない）方法により、本体１３２に連結することができる。
【００２２】
完成した組立体１０２の位置決めは、取付具１５２の各々が、天井１０６内に画定された複数の通路（図示せず）に挿入されてそれらの間を延びるように行われる。上述したような組立体１０２間の長手方向寸法Ｌ（図２に示す）の差を軽減すると、各組立体１０２の両方の取付具１５２が天井１０６へ一様に挿入されるのを促進する。組立体１０２は、保持ハードウェア（図示せず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、天井１０６に連結されており、この保持ハードウェアは、ねじ切りされてこのような保持ハードウェアを受けるように構成された取付具１５２に連結されている。取付具板１５４は、板１５４内に画定された溝１５６を含み、この溝は、取付具シールリング１５８を受けるように構成されている。取付具１５２上へ保持ハードウェアを螺装することによって組立体１０２を天井１０６に連結することは、シールリング１５８の圧縮を促進する。例示的な実施形態において、板１５４は、本体１３２と一体に製造される。別法では、板１５４は、本体１３２と関係なく製造し、溶接および蝋付けを含む（ただしこれに限定されない）方法により、本体１３２に連結することができる。本明細書で説明するような組立体１０２の例示的な構成は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進するのに必要なシールの数を軽減することにより、取付け費用の軽減を促進する。具体的には、８つのシール１５６、つまり各ワイヤ１０７に１つのシールを構成する代わりに、１つのシール１５６のみを使用する。
【００２３】
組立体１０２は、少なくとも１つのＰＳＤ１１４が機能不全に陥った場合の、個々のＰＳＤ１１４の現場交換を促進するように構成されている。ＰＳＤ１１４を交換する場合、組立体１０２の両端の板１３６が除去されてチャンバ１４２へのアクセスが促進される。関連の導管１４８、板１４６、およびシール１４４が除去されて、影響を受けたＰＳＤ１１４および関連のワイヤ１０７が組立体１０２から除去される。連結器１１６内の関連の通路に交換ＰＳＤ１１４およびワイヤ１０７が挿入され、ヘッダ１２６の上に交換シールが挿入され、導管１４８が戻され、板１４６が壁１１８に連結されて、板１３６が再び組立体１０２の両端に連結される。
【００２４】
粒子検出組立体構成の代替の実施形態は、代替の連結器が連結器１１６よりはるかに小さくできることを除いて、本明細書で説明するような連結器１１６と同様の個々の真空連結器を使用することができる。ＰＳＤ１１４の直径１．２７ｃｍ（０．５ｉｎ）より小さい直径を有するＰＳＤを含むこれらの代替の実施形態の幾つかは、関連の単一の代替の真空連結器の寸法を低減することが実施不可能および／または実現不可能であるほど十分小さい直径を有することができる。したがって、本明細書で説明するような組立体構成は、本明細書で説明するような連結器１１６の寸法を維持しつつ、代替のＰＳＤ直径の減少を促進する。
【００２５】
動作中、チャンバ１０４は空気およびその他のガスが実質的に排出され、絶対真空に関連する圧力に接近する負の動作圧、つまりゼロＰａ（ゼロｐｓｉａ）を有する。チャンバ１４２は、天井１０６上にある機器室１６０内の動作圧（通常は局部的大気圧である）と実質同様の動作圧、つまり１０１キロパスカル（ｋＰａ）（１４．７ｐｓｉａ）と実質同様の動作圧を有する。さらに、チャンバ１３０は、アレイ１００の所定の試験動作を促進する動作圧に加圧される。この動作圧は、通常は、チャンバ１０４内の事実上の真空およびチャンバ１４２内の実質的な大気圧よりも大きい。ヘッダ１２６およびシール１２８は協働して、チャンバ１４２とチャンバ１０４との間の流体連通を軽減する。さらに、シール１４０、１５６は、チャンバ１４２とチャンバ１０４との間の流体連通の軽減を促進する。実験中にチャンバ１０４から空気を除去し、チャンバ１０４への望ましくない空気漏れの可能性を軽減することにより、中性子の望ましい散乱および減衰が促進される。これによりさらに、検出アレイの有効性が促進され、これが後に実験の有効性を促進する。
【００２６】
また、動作中、ＰＳＤ１１４の各々はワイヤ１０７を介して電力供給され、チャンバ１３０内に含有されているＨｅ３ガス内に電圧ポテンシャルを誘発する。低エネルギーの中性子が壁１２４からチャンバ１３０に入るので、中性子はＨｅ３ガスと相互作用し、これがチャンバ１３０内で複数のシンチレーションを誘発する。複数のシンチレーションは、ＰＳＤ１１４内で電気信号を誘発する。これらの電気信号は、少なくとも１つのシンチレーション装置（図示せず）を含む（ただしこれに限定されない）機器に、ワイヤ１０７を介して伝送される。このような装置は、通常は機器室１６０内に配置されており、電気信号を受けて、中性子を受けたＰＳＤ１１４を含むシンチレーションの特徴、ならびに、組立体１０２の長手方向寸法Ｌに沿った、関連の中性子が関連のＰＳＤ１１４に入った位置を決めるように構成されている。
【００２７】
本明細書で説明する、原子粒子を検出するための方法および装置は、中性子検出器の動作を促進する。より具体的には、上述したような検出器は、より堅牢な中性子検出アレイ構成を促進する。このようなアレイ構成は、中性子検出の有効性、効率、信頼性、および費用低減も促進する。
【００２８】
中性子検出器の例示的な実施形態を上で詳細に説明した。方法、装置、およびシステムは、本明細書で説明した具体的な実施形態にも図示した具体的な中性子検出器にも限定されない。
【００２９】
種々の具体的な実施形態に関して本発明を説明したが、本発明を、請求項の精神および範囲内で変更して実施できるということを当業者ならば理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】例示的な中性子検出アレイの略断面図である。
【図２】図１に示す中性子検出アレイと共に使用できる例示的な中性子検出器組立体の斜めからの概略図である。
【図３】図２に示す中性子検出器組立体を区域３で切り取った斜めからの拡大概略図である。
【図４】図２に示す中性子検出器組立体の拡大略横断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
３ 区域
１００ 原子粒子検出アレイ
１０２ 組立体
１０４ チャンバ
１０６ チャンバ囲いまたは天井
１０７ ワイヤ
１０８ 原子粒子源
１１０ 物質
１１２ マニホルド
１１４ 位置敏感型検出器（ＰＳＤ）
１１６ 接合装置または真空連結器
１１８ 壁
１２０ 支持部材
１２１ 段付き領域
１２２ 保持ハードウェア
１２４ 壁
１２６ ヘッダ
１２８ 境界シール
１３０ チャンバ
１３２ 本体
１３４ アダプタ板
１３６ 蓋板
１３８ 保持ハードウェア
１４０ 蓋板シール
１４２ チャンバ
１４４ 密封リング
１４６ 板
１４８ 電線管
１５０ 通路
１５２ ワイヤ取付具
１５４ 取付具板
１５６ 溝
１５８ 取付具シールリング
１６０ 機器室
Ｌ 長さ
Ｄ０ 隣接する組立体間の距離
Ｄ１ アレイから原子粒子源までの距離
Ｄ２ 距離
Ｄ３ 距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子粒子検出装置全般に関し、より詳細には、負圧環境において中性子を検出するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子衝撃・散乱実験は、物質検出研究を行う設備を含む幾つかの設備で行われる。公知の幾つかの物質検出実験は、通常は中性子源と、中性子源から所定の距離のところに位置決めされた少なくとも１つの中性子検出器アレイとを含むチャンバ内へ、対象の物質を位置決めすることを含む。物質は、中性子源と中性子検出器アレイとの間に位置決めされる。公知の幾つかの中性子源は所定の中性子束を発生させ、この中性子束は、３．２×１０−１２ジュール（Ｊ）（２０メガ電子ボルト（ＭｅＶ））未満のエネルギーを有する中性子、つまり低エネルギーの中性子を含む。このような中性子は一般に対象の物質と相互作用し、相互作用により、中性子は、対象の物質の性質と調和するやり方でそれらの元の伝達経路から散乱することがある。経路は、例えば物質の構成要素の密度および中性子断面に基づき、変更されることがある。散乱する中性子の少なくとも幾つかは中性子検出アレイと相互作用し、この中性子検出アレイは、アレイと相互作用する中性子の数を含む（ただしこれに限定されない）中性子の性質の少なくとも幾つかに関連するデータの収集を促進する。公知の幾つかのアレイは、原子粒子の相互作用が検出器内のどこで生じるかを記録するように構成された位置敏感型検出器（ＰＳＤ）を含む。このような位置データは、原子粒子の相互作用の研究を促進する。
【０００３】
公知の幾つかのＰＳＤは、空気を含む環境にある中性子を検出する。空気は、検出アレイの有効性を軽減し得る中性子の望ましくない散乱および減衰を促進し、これが後に実験の有効性に悪影響を与えることがある。別法では、公知の幾つかのＰＳＤは負圧環境で作動し、アレイ内にある多数のＰＳＤが、負圧環境と隣接する正圧環境との間に位置決めされた同じく多数の真空シールに直接関連している。ＰＳＤの数を所与の量増加しつつＰＳＤの直径を減少させれば、アレイによる粒子検出の効率および有効性は増大する。ところがＰＳＤの数を増加すると、必要となる真空シールの数も増加し、こうしてアレイに関連する製造・取付け費用も増加する。さらに、ＰＳＤの数が増加すると、シールの機能不全の可能性も増加することがある。
【特許文献１】米国特許第５，６４４，１２８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１態様において、原子粒子検出組立体を提供する。原子粒子検出組立体は、第１動作圧を有する第１チャンバ内に位置決めされた少なくとも１つの原子粒子検出器を含む。原子粒子検出組立体は、原子粒子検出器に連結された少なくとも１つの接合装置も含む。接合装置は少なくとも１つの壁を含み、この壁は、第２動作圧を有する第２チャンバを少なくとも部分的に画定し、第２圧力は第１圧力よりも大きい。接合装置は、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進し、第２チャンバ内では実質標準気圧で作動するように構成されている。粒子検出器は少なくとも１つの壁を含み、この壁は、第３動作圧を有する第３チャンバを少なくとも部分的に画定し、第３圧力は第１圧力よりも大きい。原子粒子検出器は、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器を含み、これらの原子粒子検出器は、隣接する２つの原子粒子検出器間の距離が軽減されるように位置決めされている。接合装置は、少なくとも１つの本体と、本体に連結された少なくとも１つのアダプタ板と、アダプタ板に連結された少なくとも１つの蓋板と、本体に連結された少なくとも１つの取付具とをも含み、取付具は、少なくとも１つの電線の通過を促進するように構成されている。接合装置はさらに、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進するように構成された少なくとも１つのシールを含む。少なくとも１つのシールは、少なくとも１つの圧縮板と、圧縮板と本体との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、蓋板とアダプタ板との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、本体と構造壁の少なくとも一部との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングとを含む。検出組立体はさらに、少なくとも１つの接合装置から延びる少なくとも１つの支持部材を含む。
【０００５】
別の１態様において、原子粒子検出アレイを提供する。原子粒子検出アレイは、第１動作圧を有する第１チャンバ内に位置決めされており、複数の原子粒子検出組立体を含む。複数の原子粒子検出組立体は、隣接する原子粒子検出組立体間で画定された距離が軽減されるように位置決めされている。複数の原子粒子検出組立体は、複数の原子粒子検出組立体の各々に連結された少なくとも１つの接合装置を含む。接合装置は少なくとも１つの壁を有し、この壁は、第２動作圧を有する第２チャンバを少なくとも部分的に画定し、第２圧力は第１圧力よりも大きい。接合装置は、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する。検出組立体の各々は少なくとも１つの壁を含み、この壁は、第３動作圧を有する第３チャンバを少なくとも部分的に画定し、第３圧力は第１圧力よりも大きい。複数の検出組立体の各々は、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器を具備し、これらの原子粒子検出器は、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器間の距離が軽減されるように位置決めされている。接合装置は、少なくとも１つの本体と、本体に連結された少なくとも１つのアダプタ板と、アダプタ板に連結された少なくとも１つの蓋板と、本体に連結された少なくとも１つの取付具とをも含み、取付具は、少なくとも１つの電線の通過を促進するように構成されている。接合装置はさらに、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進するように構成された少なくとも１つのシールを含む。少なくとも１つのシールは、少なくとも１つの圧縮板と、圧縮板と本体との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、蓋板とアダプタ板との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングと、本体と構造壁の少なくとも一部との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリングとを含む。
【０００６】
また、ここでは、原子粒子を検出する方法を開示する。この方法は、壁で仕切られた第１チャンバおよび第２チャンバを有する構造を提供するステップを含む。この方法は、第１チャンバから実質全ての流体を排出するステップも含み、第２動作圧を実質標準気圧に維持する一方、第１圧力は負圧となり、第１チャンバの第１動作圧は第２チャンバ内の第２動作圧よりも小さくなる。この方法は、第１チャンバ内に少なくとも１つの検出組立体を位置決めするステップも含む。少なくとも１つの組立体は、第１チャンバと第２チャンバとの間に複数のシールを含み、第１チャンバと第２チャンバとの間の流体連通を防止することにより、第１チャンバと第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する。少なくとも１つの組立体は少なくとも１つの接合装置も含み、この接合装置は、第２チャンバと流体連通するように連結された第３チャンバを画定する。この方法はさらに、各検出器と接合装置との間に少なくとも１つのシールを位置決めし、第１チャンバと第３チャンバとの間の流体連通の防止を促進するステップを含む。この方法は、接合装置に複数の粒子検出器を連結し、第１チャンバ内に少なくとも１つの原子粒子源を位置決めするステップも含む。この方法はさらに、少なくとも１つの検出組立体に複数の原子粒子が作用するように、原子粒子源に検出組立体を露出するステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、例示的な原子粒子検出アレイ１００の略断面図である。例示的な実施形態において、アレイ１００は中性子検出アレイである。別法では、アレイ１００は、本明細書で説明するようなアレイ１００の動作を促進する任意の原子粒子を検出するように構成することができる。アレイ１００は、複数の中性子検出器組立体１０２を含む。例示的な実施形態において、組立体１０２は、組立体１０２の各々が相互に隣接して位置決めされ、隣接する組立体間の距離Ｄ０が軽減されるように、アレイ１００を形成する。この構成は、検出されずにアレイ１００を通過し得る或る数の粒子の軽減を促進する。また、例示的な実施形態において、アレイ１００は３つの組立体１０２を含む。別法では、アレイ１００は、本明細書で説明するようなアレイ１００および組立体１０２の動作を促進する任意の構成で、任意の数の組立体１０２を含むことができる。
【０００８】
アレイ１００はチャンバ１０４内に位置決めされており、このチャンバは、少なくとも部分的にチャンバ囲い１０６により形成されている。例示的な実施形態においてチャンバ囲い１０６は天井であり、アレイ１００は、保持ハードウェア（図１には示さず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、天井１０６にしっかりと固定されている。別法では、チャンバ１０４およびチャンバ囲い１０６は任意の構成とすることができ、アレイ１００は、本明細書で説明するようなアレイ１００の動作を促進する任意のやり方で配向することができる。組立体１０２の各々は、少なくとも１つのシンチレーション計数装置および電力源（これも図１に示さず）を含む（ただしこれに限定されない）機器に、複数のワイヤ１０７を介して電気的に連結されている。
【０００９】
原子粒子源１０８は、アレイ１００から所定の距離Ｄ１のところに位置決めすることができる。源１０８は、アレイ１００の長さ部分に沿った所定の長手方向距離のところに位置決めすることができる（これも図１に示さず）。例示的な実施形態において、源１０８は、約３．２×１０−１２ジュール（Ｊ）（２０メガ電子ボルト（ＭｅＶ））未満のエネルギーを有する中性子（図１には示さず）、つまり低エネルギーの中性子を放出する中性子源である。別法では、源１０８は、本明細書で説明するようなアレイ１００の動作を促進するエネルギーレベルの任意の範囲内の中性子を含む（ただしこれに限定されない）原子粒子を放出する。また、対象の物質１１０は、源１０８から所定の距離Ｄ２のところに位置決めすることができる。物質１１０は、アレイ１００から所定の距離Ｄ３のところにも位置決めされる。距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、意図する実験の性質により少なくとも部分的に決定される。例示的な実施形態において、源１０８および物質１１０は、距離Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が実質静的となるように、保持ハードウェアおよび保存取付具（これも図１に示さず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、しっかりと位置決めされる。別法では、源１０８および物質１１０は、相互およびアレイ１００に対して源１０８および物質１１０の動的位置決めを提供する装置（図１には示さず）に固着することができる。
【００１０】
動作中、中性子源１０８は、約３．２×１０−１２Ｊ（２０ＭｅＶ）未満のエネルギーを有する中性子（図１には示さず）、つまり、低エネルギーの中性子を放出する。源１０８から放出される中性子の少なくとも一部は、源１０８からアレイ１００および物質１１０の方へ移動する。さらに、これらの中性子の少なくとも一部は物質１１０と相互作用する。物質１１０と相互作用する中性子の大部分は散乱する。源１０８から放出される中性子の別の一部は物質１１０と相互作用しない。組立体１０２の各々は、物質１１０と相互作用した中性子の少なくとも一部、および物質１１０と相互作用しなかった中性子の少なくとも一部を検出する。
【００１１】
例示的な実施形態において、チャンバ１０４は、流体、例えば空気およびその他のガスが実質的に排出され、絶対真空に関連する圧力に接近する負の動作圧、つまりゼロパスカル（Ｐａ）（ゼロ重量ポンド毎平方インチ（絶対圧）（ｐｓｉａ））を有する。チャンバ１０４から空気の大部分を除去することは、中性子と空気分子との相互作用を軽減することにより、チャンバ１０４内での中性子の搬送を促進する。中性子が物質１１０ではなく空気により散乱すると、組立体１０２により検出されることがあり、誤りのある中性子検出を促進することがある。さらに、物質１１０により散乱した中性子が、空気によってさらに散乱して組立体１０２による検出を免れることがあり、あるいは、組立体１０２との入射角、およびそれらの物質１１０との相互作用では典型的ではないエネルギーを有することがあり、これによって、誤りのある中性子検出が促進されることがある。
【００１２】
図２は、中性子検出アレイ１００（図１に示す）と共に使用できる例示的な中性子検出器組立体１０２の斜めからの概略図である。源１０８および物質１１０を仮想透視図で示す。組立体１０２は長手方向寸法Ｌを有する。組立体１０２は、中性子検出器マニホルド１１２を含む。マニホルド１１２は、複数の同じ位置敏感型検出器（ＰＳＤ）１１４を含む。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、約３．２×１０−１２Ｊ（２０ＭｅＶ）未満のエネルギーレベルを有する低エネルギーの中性子を検出するように構成されている。別法では、ＰＳＤ１１４は、本明細書で説明するようなＰＳＤ１１４の動作を促進する任意のエネルギー範囲内の任意の原子粒子を検出するように構成することができる。また、例示的な実施形態において、マニホルド１１２は、実質円筒形の８つのＰＳＤ１１４を含み、各ＰＳＤ１１４は１．２７センチメートル（ｃｍ）（０．５インチ（ｉｎ））の直径を有し、ＰＳＤ１１４の各々は、天井１０６（図１に示す）の平面に実質平行な実質同様の平面内に位置決めされている。別法では、マニホルド１１２は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進するＰＳＤ１１４の任意の構成を含むことができ、この構成は実質円筒形の４つのＰＳＤ１１４を含み（ただしこれに限定されない）、各ＰＳＤ１１４は、２．５４ｃｍ（１ｉｎ）の直径を有する。また、別法では、ＰＳＤ１１４は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の形状とすることができ、実質矩形、および実質楕円形を含む（ただしこれに限定されない）。さらに、別法では、ＰＳＤ１１４は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の平面内に構成することができる。
【００１３】
組立体１０２は、複数の接合装置１１６、または真空連結器１１６も含む。各連結器１１６の少なくとも一部は、連結器１１６の壁１１８を介してマニホルド１１２の一部を受けるように構成されている。例示的な実施形態において、組立体１０２は、実質同様の２つの連結器１１６を含む。具体的には、組立体１０２は、組立体１０２の各長手方向端部に位置決めされた１つの連結器１１６を含む。
【００１４】
マニホルド１１２は、両方の連結器１１６の間を延びている。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は実質真っ直ぐである。別法では、ＰＳＤ１１４は、下向きの半円形を有する弓状を含む（ただしこれに限定されない）任意の構成とすることができる。
【００１５】
組立体１０２はさらに、連結器１１６間を延びる剛性の支持部材１２０を含む。部材１２０は、段付き領域１２１へ挿入され、その後、保持ハードウェア１２２を含む（ただしこれに限定されない）方法により、各連結器１１６の壁１１８に連結される。部材１２０は、マニホルド１１２の上方に位置決めされており、ＰＳＤ１１４内で粒子検出が部材１２０により干渉されるのを軽減する。例示的な実施形態において、部材１２０は、押出加工、鍛造、および鋳造を含む（ただしこれに限定されない）方法により、アルミニウムから製造される。別法では、部材１２０は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造することができる。部材１２０は、組立体１０２のチャンバ天井１０６への連結を促進し、続いてアレイ１００内での組立体１０２の支持を促進する。アレイ１００内の各組立体１０２に各部材１２０の実質同様の製造方法を使用することは、各部材１２０の実質同様の長さの確立を促進する。具体的には、部材１２０の各々が同様の長さであることは、後に、各組立体１０２が実質同様の長さであることを促進する。さらに、具体的には、アレイ１００内の各組立体１０２が実質同様の長さであることは、アレイ１００内での複数の組立体１０２の取付けを促進し、実質一様な中性子検出範囲がアレイ１００により形成される。アレイ１００により形成されるこのような実質一様な中性子検出範囲は、アレイ１００内でのより効果的かつ効率的な粒子検出を促進する。さらに、部材１２０は組立体１０２の構造的支持をもたらし、これによって、損傷の可能性が軽減された組立体１０２の発送を促進する。以下では区域３をより詳細に検討する。
【００１６】
図３は、中性子検出器組立体１０２（図２に示す、また区域３に沿って切り取った）の斜めからの拡大概略図であり、図４は、中性子検出器組立体１０２の拡大略横断面図である。マニホルド１１２は、８つの同じＰＳＤ１１４（８つのうち１つのみを図４に示す）を含む。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、実質円筒形の壁１２４を含み、この壁は、押出加工、圧延、鋳造、および鍛造を含む（ただしこれに限定されない）方法によりステンレス鋼から製造されている。別法では、壁１２４は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造することができる。ＰＳＤ１１４は、ＰＳＤ１１４の各長手方向端部で連結器１１６との境界シール１２８にて、２つの同じヘッダ１２６（１つのみを図示する）をも含む。例示的な実施形態において、ヘッダ１２６は、鋳造および鍛造を含む（ただしこれに限定されない）方法により、ステンレス鋼およびアルミニウムを含む（ただしこれに限定されない）材料から製造される。別法では、ヘッダ１２６は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造される。また、例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、溶接を含む（ただしこれに限定されない）方法により実質的に密閉され、壁１２４およびヘッダ１２６は実質環状のチャンバ１３０を少なくとも部分的に画定する。例示的な実施形態において、チャンバ１３０は、空気が実質的に排出され、シンチレーション方法により、中性子検出を促進するガス物質が充填される。ガス物質は、ヘリウム（Ｈｅ）のアイソトープ、つまりＨｅ３を含む（ただしこれに限定されない）。例示的な実施形態において、ＰＳＤ１１４は、隣接するＰＳＤ１１４の壁１２４が約０．０７７ミリメートル（ｍｍ）（０．０２０ｉｎ）〜０．１１８ｍｍ（０．０３０ｉｎ）離間するように、組立体１０２内に位置決めされる。この離間は、ＰＳＤ１１４間の通路を介して組立体１０２を通過できるが任意のＰＳＤ１１４とは相互作用できない或る数の中性子の軽減を促進する。別法では、ＰＳＤ１１４は、隣接するＰＳＤ１１４の壁１２４が相互に接触するように位置決めされ構成される。
【００１７】
連結器１１６は、本体１３２と、アダプタ板１３４と、蓋板１３６とを含む。本体１３２は壁１１８および領域１２１を含み、上述したような支持部材１２０を受けるように構成されている。本体１３２および板１３４、１３６は、ステンレス鋼およびアルミニウムを含む（ただしこれに限定されない）材料から製造される。別法では、本体１３２および板１３４、１３６は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法により、任意の材料から製造される。例示的な実施形態において、アダプタ板１３４は、漏れ止め溶接および蝋付けを含む（ただしこれに限定されない）方法により、本体１３２にしっかりと連結される。別法では、本体１３２および板１３４は、一体のユニット（図示せず）として形成される。さらに、別法では、本体１３２に板１３４をしっかりと連結する、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進する任意の方法を使用することができる。
【００１８】
また、例示的な実施形態において、蓋板１３６は、保持ハードウェア１３８を含む（ただしこれに限定されない）方法により、アダプタ板１３４に着脱可能に連結される。この着脱可能に連結された特性は、個々のＰＳＤ１１４が機能不全に陥った場合のＰＳＤ１１４の現場交換を促進する。板１３６の一部内で画定された溝（図示せず）に、少なくとも１つの蓋板シール１４０が挿入される。シール１４０は、実質的に板１３６の周辺全体に沿って実質同心であり、したがって連結器１１６の密閉を促進する。本体１３２および板１３４、１３６は、連結器チャンバ１４２を少なくとも部分的に画定する。以下で説明するようなチャンバ１４２内で実行される組立てステップが実質的に完了するとき、シール１４０は通常は関連の溝に挿入され、板１３６は板１３４に連結される。
【００１９】
連結器１１６は、少なくとも１つのシール１２８も含む。シール１２８は、複数の密封リング１４４および複数の圧縮板１４６を含む。また、例示的な実施形態において、各々１つのヘッダ１２６を受けるように構成された８つの通路（図示せず）が壁１１８内に画定されている。８つのヘッダ１２６の各々は、複数のシールリング１４４を受けるように構成されたカラー（図示せず）を含む。ヘッダ１２６の各々は、セラミック絶縁体（図示せず）を介して、少なくとも１つのワイヤ１０７と、少なくとも１つの電線管１４８とを受けるようにも構成されており、このセラミック絶縁体は、ヘッダ１２６内に位置決めされ、ワイヤ１０７を介して伝送される電力からヘッダ１２６を絶縁するように構成されている。電線管１４８は、チャンバ１４２内でのワイヤ１０７の配線を促進し、ワイヤ１０７は、関連のＰＳＤ１１４の一部にはんだ付けされる。８つの電線管１４８の各々は、板１４６内に画定された８つの通路１５０の各々から配線される。板１４６は、保持ハードウェア（図示せず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、壁１１８に連結される。板１４６を壁１１８に連結することは、密封リング１４４の圧縮を促進する。ヘッダ１２６に関連するカラー、リング１４４、および板１４６は協働して、組立体１０２の組立て活動中の調整を促進し、アレイ１００内での組立体１０２間の長手方向寸法Ｌ（図２に示す）の差を軽減することが促進される。
【００２０】
例示的な実施形態において、シール１２８内で４つの板１４６が使用される。別法では、チャンバ１４２内で板１４６の挿入を促進する、１つの板１４６を含む（ただしこれに限定されない）任意の数の板１４６を使用することができる。例えば、８つ全てのリング１４４上へ１つの板１４６を挿入することが最も良好に促進され、板１３４は除去されて、組立てに十分な空間を許すことができる。例示的な実施形態で説明したような４つの板１４６を挿入することは、板１３４を基部１３２に連結する組立てを促進する。
【００２１】
例示的な実施形態において、連結器１１６はさらに、本体１３２と一体に製造されたワイヤ取付具１５２を含む。別法では、取付具１５２は、本体１３２と関係なく製造し、溶接および蝋付けを含む（ただしこれに限定されない）方法により、本体１３２に連結することができる。
【００２２】
完成した組立体１０２の位置決めは、取付具１５２の各々が、天井１０６内に画定された複数の通路（図示せず）に挿入されてそれらの間を延びるように行われる。上述したような組立体１０２間の長手方向寸法Ｌ（図２に示す）の差を軽減すると、各組立体１０２の両方の取付具１５２が天井１０６へ一様に挿入されるのを促進する。組立体１０２は、保持ハードウェア（図示せず）を含む（ただしこれに限定されない）方法により、天井１０６に連結されており、この保持ハードウェアは、ねじ切りされてこのような保持ハードウェアを受けるように構成された取付具１５２に連結されている。取付具板１５４は、板１５４内に画定された溝１５６を含み、この溝は、取付具シールリング１５８を受けるように構成されている。取付具１５２上へ保持ハードウェアを螺装することによって組立体１０２を天井１０６に連結することは、シールリング１５８の圧縮を促進する。例示的な実施形態において、板１５４は、本体１３２と一体に製造される。別法では、板１５４は、本体１３２と関係なく製造し、溶接および蝋付けを含む（ただしこれに限定されない）方法により、本体１３２に連結することができる。本明細書で説明するような組立体１０２の例示的な構成は、本明細書で説明するような組立体１０２の動作を促進するのに必要なシールの数を軽減することにより、取付け費用の軽減を促進する。具体的には、８つのシール１５６、つまり各ワイヤ１０７に１つのシールを構成する代わりに、１つのシール１５６のみを使用する。
【００２３】
組立体１０２は、少なくとも１つのＰＳＤ１１４が機能不全に陥った場合の、個々のＰＳＤ１１４の現場交換を促進するように構成されている。ＰＳＤ１１４を交換する場合、組立体１０２の両端の板１３６が除去されてチャンバ１４２へのアクセスが促進される。関連の導管１４８、板１４６、およびシール１４４が除去されて、影響を受けたＰＳＤ１１４および関連のワイヤ１０７が組立体１０２から除去される。連結器１１６内の関連の通路に交換ＰＳＤ１１４およびワイヤ１０７が挿入され、ヘッダ１２６の上に交換シールが挿入され、導管１４８が戻され、板１４６が壁１１８に連結されて、板１３６が再び組立体１０２の両端に連結される。
【００２４】
粒子検出組立体構成の代替の実施形態は、代替の連結器が連結器１１６よりはるかに小さくできることを除いて、本明細書で説明するような連結器１１６と同様の個々の真空連結器を使用することができる。ＰＳＤ１１４の直径１．２７ｃｍ（０．５ｉｎ）より小さい直径を有するＰＳＤを含むこれらの代替の実施形態の幾つかは、関連の単一の代替の真空連結器の寸法を低減することが実施不可能および／または実現不可能であるほど十分小さい直径を有することができる。したがって、本明細書で説明するような組立体構成は、本明細書で説明するような連結器１１６の寸法を維持しつつ、代替のＰＳＤ直径の減少を促進する。
【００２５】
動作中、チャンバ１０４は空気およびその他のガスが実質的に排出され、絶対真空に関連する圧力に接近する負の動作圧、つまりゼロＰａ（ゼロｐｓｉａ）を有する。チャンバ１４２は、天井１０６上にある機器室１６０内の動作圧（通常は局部的大気圧である）と実質同様の動作圧、つまり１０１キロパスカル（ｋＰａ）（１４．７ｐｓｉａ）と実質同様の動作圧を有する。さらに、チャンバ１３０は、アレイ１００の所定の試験動作を促進する動作圧に加圧される。この動作圧は、通常は、チャンバ１０４内の事実上の真空およびチャンバ１４２内の実質的な大気圧よりも大きい。ヘッダ１２６およびシール１２８は協働して、チャンバ１４２とチャンバ１０４との間の流体連通を軽減する。さらに、シール１４０、１５６は、チャンバ１４２とチャンバ１０４との間の流体連通の軽減を促進する。実験中にチャンバ１０４から空気を除去し、チャンバ１０４への望ましくない空気漏れの可能性を軽減することにより、中性子の望ましい散乱および減衰が促進される。これによりさらに、検出アレイの有効性が促進され、これが後に実験の有効性を促進する。
【００２６】
また、動作中、ＰＳＤ１１４の各々はワイヤ１０７を介して電力供給され、チャンバ１３０内に含有されているＨｅ３ガス内に電圧ポテンシャルを誘発する。低エネルギーの中性子が壁１２４からチャンバ１３０に入るので、中性子はＨｅ３ガスと相互作用し、これがチャンバ１３０内で複数のシンチレーションを誘発する。複数のシンチレーションは、ＰＳＤ１１４内で電気信号を誘発する。これらの電気信号は、少なくとも１つのシンチレーション装置（図示せず）を含む（ただしこれに限定されない）機器に、ワイヤ１０７を介して伝送される。このような装置は、通常は機器室１６０内に配置されており、電気信号を受けて、中性子を受けたＰＳＤ１１４を含むシンチレーションの特徴、ならびに、組立体１０２の長手方向寸法Ｌに沿った、関連の中性子が関連のＰＳＤ１１４に入った位置を決めるように構成されている。
【００２７】
本明細書で説明する、原子粒子を検出するための方法および装置は、中性子検出器の動作を促進する。より具体的には、上述したような検出器は、より堅牢な中性子検出アレイ構成を促進する。このようなアレイ構成は、中性子検出の有効性、効率、信頼性、および費用低減も促進する。
【００２８】
中性子検出器の例示的な実施形態を上で詳細に説明した。方法、装置、およびシステムは、本明細書で説明した具体的な実施形態にも図示した具体的な中性子検出器にも限定されない。
【００２９】
種々の具体的な実施形態に関して本発明を説明したが、本発明を、請求項の精神および範囲内で変更して実施できるということを当業者ならば理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】例示的な中性子検出アレイの略断面図である。
【図２】図１に示す中性子検出アレイと共に使用できる例示的な中性子検出器組立体の斜めからの概略図である。
【図３】図２に示す中性子検出器組立体を区域３で切り取った斜めからの拡大概略図である。
【図４】図２に示す中性子検出器組立体の拡大略横断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
３ 区域
１００ 原子粒子検出アレイ
１０２ 組立体
１０４ チャンバ
１０６ チャンバ囲いまたは天井
１０７ ワイヤ
１０８ 原子粒子源
１１０ 物質
１１２ マニホルド
１１４ 位置敏感型検出器（ＰＳＤ）
１１６ 接合装置または真空連結器
１１８ 壁
１２０ 支持部材
１２１ 段付き領域
１２２ 保持ハードウェア
１２４ 壁
１２６ ヘッダ
１２８ 境界シール
１３０ チャンバ
１３２ 本体
１３４ アダプタ板
１３６ 蓋板
１３８ 保持ハードウェア
１４０ 蓋板シール
１４２ チャンバ
１４４ 密封リング
１４６ 板
１４８ 電線管
１５０ 通路
１５２ ワイヤ取付具
１５４ 取付具板
１５６ 溝
１５８ 取付具シールリング
１６０ 機器室
Ｌ 長さ
Ｄ０ 隣接する組立体間の距離
Ｄ１ アレイから原子粒子源までの距離
Ｄ２ 距離
Ｄ３ 距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１動作圧を有する第１チャンバ（１０４）内に位置決めされた少なくとも１つの原子粒子検出器（１１４）と、
前記少なくとも１つの原子粒子検出器に連結された少なくとも１つの接合装置（１１６）と
を含み、
前記少なくとも１つの接合装置は、前記第1動作圧より大きい第２動作圧を有する第２チャンバ（１４２）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１１８）を具備し、前記少なくとも１つの接合装置は、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）が、前記第２チャンバ（１４２）内の実質標準気圧で作動するように構成されている、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの粒子検出器（１１４）が、第３動作圧を有する第３チャンバ（１３０）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１２４）を具備し、第３圧力は第１圧力よりも大きい、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの原子粒子検出器（１１４）が、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器を具備し、該原子粒子検出器が、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器間の距離Ｄ０が軽減されるように位置決めされている、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）が、
少なくとも１つの本体（１３２）と、
前記少なくとも１つの本体に連結された少なくとも１つのアダプタ板（１３４）と、
前記少なくとも１つのアダプタ板に連結された少なくとも１つの蓋板（１３６）と、
少なくとも１つの電線（１０７）の通過を促進するように構成された前記少なくとも１つの本体に連結されている少なくとも１つの取付具（１４８）と
をさらに具備する、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）が、前記第１チャンバ（１０４）と前記第２チャンバ（１４２）との間の前記所定の圧力差の維持を促進するように構成された少なくとも１つのシール（１２８）をさらに具備する、請求項５記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのシール（１２８）が、
少なくとも１つの圧縮板（１４６）と、
前記圧縮板と前記本体（１３２）との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリング（１４４）と、
前記蓋板（１３６）と前記アダプタ板（１３４）との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリング（１４０）と、
前記本体と構造壁の少なくとも一部との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリング（１５８）と
を具備する、請求項６記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）から延びる少なくとも１つの支持部材（１２０）をさらに具備する、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項９】
第１動作圧を有する第１チャンバ（１０４）内に位置決めされた、複数の原子粒子検出組立体（１０２）を具備する原子粒子検出アレイ（１００）であって、隣接する原子粒子検出組立体間で画定された距離Ｄ０が軽減されるように前記複数の原子粒子検出組立体が位置決めされており、前記複数の原子粒子検出組立体の各々が、前記複数の原子粒子検出組立体の各々に連結された少なくとも１つの接合装置（１１６）を具備し、前記少なくとも１つの接合装置が、第２動作圧を有する第２チャンバ（１４２）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１１８）を具備し、第２動作圧は第１圧力よりも大きく、前記少なくとも１つの接合装置が、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する、原子粒子検出アレイ。
【請求項１０】
前記複数の検出組立体（１０２）の各々が、第３動作圧を有する第３チャンバ（１３０）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１２４）を具備し、第３圧力は第１圧力よりも大きい、請求項９記載の原子粒子検出アレイ（１００）。
【請求項１】
第１動作圧を有する第１チャンバ（１０４）内に位置決めされた少なくとも１つの原子粒子検出器（１１４）と、
前記少なくとも１つの原子粒子検出器に連結された少なくとも１つの接合装置（１１６）と
を含み、
前記少なくとも１つの接合装置は、前記第1動作圧より大きい第２動作圧を有する第２チャンバ（１４２）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１１８）を具備し、前記少なくとも１つの接合装置は、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）が、前記第２チャンバ（１４２）内の実質標準気圧で作動するように構成されている、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの粒子検出器（１１４）が、第３動作圧を有する第３チャンバ（１３０）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１２４）を具備し、第３圧力は第１圧力よりも大きい、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの原子粒子検出器（１１４）が、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器を具備し、該原子粒子検出器が、隣接する少なくとも２つの原子粒子検出器間の距離Ｄ０が軽減されるように位置決めされている、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）が、
少なくとも１つの本体（１３２）と、
前記少なくとも１つの本体に連結された少なくとも１つのアダプタ板（１３４）と、
前記少なくとも１つのアダプタ板に連結された少なくとも１つの蓋板（１３６）と、
少なくとも１つの電線（１０７）の通過を促進するように構成された前記少なくとも１つの本体に連結されている少なくとも１つの取付具（１４８）と
をさらに具備する、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）が、前記第１チャンバ（１０４）と前記第２チャンバ（１４２）との間の前記所定の圧力差の維持を促進するように構成された少なくとも１つのシール（１２８）をさらに具備する、請求項５記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのシール（１２８）が、
少なくとも１つの圧縮板（１４６）と、
前記圧縮板と前記本体（１３２）との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリング（１４４）と、
前記蓋板（１３６）と前記アダプタ板（１３４）との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリング（１４０）と、
前記本体と構造壁の少なくとも一部との間に位置決めされた少なくとも１つのシールリング（１５８）と
を具備する、請求項６記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの接合装置（１１６）から延びる少なくとも１つの支持部材（１２０）をさらに具備する、請求項１記載の原子粒子検出組立体（１０２）。
【請求項９】
第１動作圧を有する第１チャンバ（１０４）内に位置決めされた、複数の原子粒子検出組立体（１０２）を具備する原子粒子検出アレイ（１００）であって、隣接する原子粒子検出組立体間で画定された距離Ｄ０が軽減されるように前記複数の原子粒子検出組立体が位置決めされており、前記複数の原子粒子検出組立体の各々が、前記複数の原子粒子検出組立体の各々に連結された少なくとも１つの接合装置（１１６）を具備し、前記少なくとも１つの接合装置が、第２動作圧を有する第２チャンバ（１４２）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１１８）を具備し、第２動作圧は第１圧力よりも大きく、前記少なくとも１つの接合装置が、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間の所定の圧力差の維持を促進する、原子粒子検出アレイ。
【請求項１０】
前記複数の検出組立体（１０２）の各々が、第３動作圧を有する第３チャンバ（１３０）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１２４）を具備し、第３圧力は第１圧力よりも大きい、請求項９記載の原子粒子検出アレイ（１００）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３０９１（Ｐ２００８−３０９１Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６３４２８（Ｐ２００７−１６３４２８）
【出願日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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