中性子の測定
中性子はコンクリートや分厚い金属も透過できる放射線です。特に核分裂などから出てくる中性子は、とても早い速度＝高いエネルギーをもっており人体に当たると大きな被ばくとなります。
中性子は、熱中性子線と高速中性子線があります。
- 原子炉中など核分裂の時には、とても速度が速くエネルギーが高い「高速中性子」がでてきます。
- 速度の速い中性子は、空気やいろいろなものと衝突を繰り返すことで最終的にはとても低速な「熱中性子」になります。
| 利用目的 | 特徴 | 最適な製品 |
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線量率は、人間の被ばく量を数値化した値です。単位は「シーベルト単位」で数値が大きいほど人体への影響が大きいと見ることができます。 線量率を測定するには、低速な熱中性子～高速中性子までの中性子全体を測定できる性能が必要となります。 そのため大きな減速材をまとった測定器が必要です。 BDKN-03のように大きな減速材を使うことで熱中性子～高速中性子まですべてに対して 良好なエネルギー特性になるため、人間の被ばく量を測定ための最適な測定器となります。 |
BDKN-03
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中性子の存在をすぐに検出して警告する、どこに中性子の発生源があるのか探す、という目的の場合には減速材の薄い BDKN-05, BDKN-01がおすすめです。 減速材が分厚くなると測定器のエネルギー性能はよくなりますが、一方で感度が低くなるため中性子の線源位置を短時間で探すことには向いていません。 感度が高い方が測定器を動かしたときに素早く応答できるようになります。 BDKN-05, BDKG-01 は減速材の量を抑えて高感度で中性子を探すことができる検出器です。 |
BDKN-05
BDKN-01
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核融合，ITERなどの研究では高速中性子だけを効率よく検出する必要があります。 高速中性子だけを測定できる S670検出器は、減速材を使わずにヘリウム４中に発生するシンチレーション光をSiPM光検出デバイスで検出します。 これによりガンマ線、高速中性子、熱中性子を分離して検出・カウント測定できます。
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S670
S670e
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減速材
減速材は、水素原子を多く含んだ材料です。
測定器(BDKN-01,BDKN-03, BDKN-05)は、ヘリウム３を使った比例計数管が中心にあり、周りが減速材で囲まれた検出器です。
ヘリウム３は、熱中性子に対して感度が高くなっているためすべての中性子は、減速後に「熱中性子」に変えてから検出部でカウントされます。 核分裂などから出てきた中性子は高速ですが、これも熱中性子に変えてから検出する形になります。
こちらの図では減速材に入ってきた高速中性子が、水素原子に弾性散乱しながら速度を落として最終的に中心にある検出器に入る様子を図にしています。
減速材が分厚いほど減速の効果も大きくなり測定器のエネルギー特性も良くなる効果がありますが、 中性子が検出器に入りにくくなる遮蔽の効果もあるため減速材が大きすぎると測定器の感度が落ちるというデメリットがあります。
ですが大きな減速材を使うことで中性子検出器のエネルギー特性が良くなるため、被ばく量（シーベルト値）を測定する「中性子線量計」には大きな減速材が使われています。
一方で中性子があるかないか短時間・高感度で調べたいという用途では、小さい減速材が使われています。
| 減速材 | 利点 | 欠点 | 測定目的 |
| BDKN-03 分厚い減速材 
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広範囲のエネルギーに対する中性子線を測定できるため、人間の被ばく量を測定する線量率(測定単位シーベルト Sv/h)に最適。 |
| BDKN-01 薄い減速材 
BDKN-05薄い減速材 
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中性子線に対して応答性がよくなっていますので、中性子線を「探す」目的に向いている測定器です。 サーベイメータの分類になります。 |
高速中性子線だけを検出する
これまで見てきた中性子・比例計数管検出器には、ヘリウム３が使われています。ヘリウム３は、熱中性子に対して感度が高いため減速材が必要な構造になっています。 ですが高速中性子だけを検出したいという用途では、減速材を使うことができません。減速材を使うとすべてが熱中性子になるため線源以外からの熱中性子と区別が付かなくなります。
核融合などの研究では、 高速中性子だけを正確に測定する必要があります。これらの用途には、ヘリウム４によるシンチレーション検出器が最適です。
ヘリウム４を使った高速中性子検出器は減速材がなく、検出器に入射した高速中性子はヘリウム４で弾性散乱して光を出します。これをSiPM光検出デバイスで検出することで 高速中性子線が入射した正確なタイミングと、エネルギー情報を測定することができます。
ヘリウム４は、NaIと同等の良好なシンチレーション材料であり、熱中性子の感度が低く、逆に高速中性子に対して感度が高くなっています。
