JPH0511274B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0511274B2 JPH0511274B2 JP15006084A JP15006084A JPH0511274B2 JP H0511274 B2 JPH0511274 B2 JP H0511274B2 JP 15006084 A JP15006084 A JP 15006084A JP 15006084 A JP15006084 A JP 15006084A JP H0511274 B2 JPH0511274 B2 JP H0511274B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- neutron
- neutrons
- filter
- absorber
- energy
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Description
本発明は、熱中性子に感度を有する検出素子を
用いて、中性子被ばくが人体に与える有害な影響
の度合である線量当量を表示する中性子線検出器
のフイルタの最適化方法に関する。
用いて、中性子被ばくが人体に与える有害な影響
の度合である線量当量を表示する中性子線検出器
のフイルタの最適化方法に関する。
一般に、中性子の被ばくにより人体が受ける有
害な影響の度合である線量当量は、人体が吸収し
た中性子数のみならず、入射する中性子のエネル
ギにも大きく依存する。この中性子のエネルギに
対する線量当量への寄与率は、国際放射線防護委
員会（ICRP）より、第３図に示すような中性子
エネルギ（MeV）に対する換算係数、すなわち
1mrem／ｈ当りの中性子数／cm2・ｓとする勧告
値を示す勧告値線図Ａ（第３図）が与えられてい
る。 一方、簡便で、かつ比較的に低価格の中性子検
出器であるBF3比例計数管および3He比例計数管
は、熱中性子レベルの低いエネルギを有する中性
子に対してのみ高い感度を有するが、その出力信
号はエネルギ情報を持たない。すなわち中性子の
エネルギの高低を検出することができない。従つ
て、これらの検出素子により中性子場における被
ばくの危険性を計測表示する計測器を構成するに
は、高速中性子に対する減速材と吸収材とを適宜
配置した一種のエネルギフイルタを、検出素子の
外側に設け、入射する高速中性子を熱中性子レベ
ルまで減速すると共に、検出素子に到達する中性
子の確率を、入射エネルギに対して第３図と逆数
関係を有する第４図に示すような応答線図Ｂによ
る吸収を惹起せしめ、最終的に検出素子の計数値
が入射中性子に対する線量当量を示すように応答
させることが必要である。このうよなフイルタを
検出素子の形状に合わせ、理論的に設計すること
は従来では手法的に困難であつた。このために専
ら実験・経験をもとにして試行錯誤的に製作せざ
るを得なかつた。
害な影響の度合である線量当量は、人体が吸収し
た中性子数のみならず、入射する中性子のエネル
ギにも大きく依存する。この中性子のエネルギに
対する線量当量への寄与率は、国際放射線防護委
員会（ICRP）より、第３図に示すような中性子
エネルギ（MeV）に対する換算係数、すなわち
1mrem／ｈ当りの中性子数／cm2・ｓとする勧告
値を示す勧告値線図Ａ（第３図）が与えられてい
る。 一方、簡便で、かつ比較的に低価格の中性子検
出器であるBF3比例計数管および3He比例計数管
は、熱中性子レベルの低いエネルギを有する中性
子に対してのみ高い感度を有するが、その出力信
号はエネルギ情報を持たない。すなわち中性子の
エネルギの高低を検出することができない。従つ
て、これらの検出素子により中性子場における被
ばくの危険性を計測表示する計測器を構成するに
は、高速中性子に対する減速材と吸収材とを適宜
配置した一種のエネルギフイルタを、検出素子の
外側に設け、入射する高速中性子を熱中性子レベ
ルまで減速すると共に、検出素子に到達する中性
子の確率を、入射エネルギに対して第３図と逆数
関係を有する第４図に示すような応答線図Ｂによ
る吸収を惹起せしめ、最終的に検出素子の計数値
が入射中性子に対する線量当量を示すように応答
させることが必要である。このうよなフイルタを
検出素子の形状に合わせ、理論的に設計すること
は従来では手法的に困難であつた。このために専
ら実験・経験をもとにして試行錯誤的に製作せざ
るを得なかつた。
従つて、従来製品は次の如き問題点を内在して
いた。 (1) 入射中性子のエネルギに対する線量当量指示
値のICRPの勧告値線図Ａに対する一致度が良
好でない。 (2) 最適設計によることなく減速材料が多めに選
定される。従つて、測定器全体として大型化
し、過大重量となる。 (3) 吸収材の位置が不適当なために、感度が低下
している。 本発明は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点
を有効に解決し、その目的は、広範なエネルギ分
布を有する入射中性子を減速し、吸収し、到達す
る熱中性子の確率を、最初の入射中性子エネルギ
に対してICRPの勧告値の逆数に比例する応答値
を有するように中性子線検出器のフイルタを最適
化する方法を提供することである。
いた。 (1) 入射中性子のエネルギに対する線量当量指示
値のICRPの勧告値線図Ａに対する一致度が良
好でない。 (2) 最適設計によることなく減速材料が多めに選
定される。従つて、測定器全体として大型化
し、過大重量となる。 (3) 吸収材の位置が不適当なために、感度が低下
している。 本発明は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点
を有効に解決し、その目的は、広範なエネルギ分
布を有する入射中性子を減速し、吸収し、到達す
る熱中性子の確率を、最初の入射中性子エネルギ
に対してICRPの勧告値の逆数に比例する応答値
を有するように中性子線検出器のフイルタを最適
化する方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明において
は、熱中性子レベルの低いエネルギの中性子に対
してのみ高い感度を持つ中性子検出素子と、この
中性子検出素子の外側に設けられ、高速中性子に
対する減速材および吸収材よりなるフイルタと、
を備えた中性子線検出器の前記フイルタを最適化
する際に、 減速材および吸収材のそれぞれの厚さおよび吸
収材の濃度をパラメータとして、中性子の運動の
方向を示す単位ベクトルΩを、複数個のメツシユ
Ωi（ｉ＝１，２，…ｎ）に分割し、中性子速度Ｖ、
時間ｔ、巨視的吸収断面積〓a、巨視的散乱断面
積〓s、数値積分の際のウエイトwiおよび中性子
エネルギＥを用いて、メツシユごとに検出素子の
表面における中性子束密度φiを、下記の演算式 １／Ｖ φi／ｔ＝−ΩiGradφi−（
〓a＋〓s）φi＋o 〓i=1 wi′∫〓sφi′dE′ に基づいて数値計算して求めることとする。
は、熱中性子レベルの低いエネルギの中性子に対
してのみ高い感度を持つ中性子検出素子と、この
中性子検出素子の外側に設けられ、高速中性子に
対する減速材および吸収材よりなるフイルタと、
を備えた中性子線検出器の前記フイルタを最適化
する際に、 減速材および吸収材のそれぞれの厚さおよび吸
収材の濃度をパラメータとして、中性子の運動の
方向を示す単位ベクトルΩを、複数個のメツシユ
Ωi（ｉ＝１，２，…ｎ）に分割し、中性子速度Ｖ、
時間ｔ、巨視的吸収断面積〓a、巨視的散乱断面
積〓s、数値積分の際のウエイトwiおよび中性子
エネルギＥを用いて、メツシユごとに検出素子の
表面における中性子束密度φiを、下記の演算式 １／Ｖ φi／ｔ＝−ΩiGradφi−（
〓a＋〓s）φi＋o 〓i=1 wi′∫〓sφi′dE′ に基づいて数値計算して求めることとする。
上記技術手段により、従来試行錯誤的に行われ
ていた中性子線検出器のフイルタの最適化が、減
速材および吸収材のそれぞれの厚さおよび吸収材
の濃度をパラメータとして、上記の演算式に基づ
いて数値解析を行うことによつて、ICRP勧告の
応答性に極めて近い特性を得るように、且つ最も
小型化し得るように、フイルタを最適化する。
ていた中性子線検出器のフイルタの最適化が、減
速材および吸収材のそれぞれの厚さおよび吸収材
の濃度をパラメータとして、上記の演算式に基づ
いて数値解析を行うことによつて、ICRP勧告の
応答性に極めて近い特性を得るように、且つ最も
小型化し得るように、フイルタを最適化する。
次に、本発明のフイルタの最適化方法を図面に
基づき、詳細に説明する。 第１図は本発明のフイルタの最適化方法が適用
される中性子線検出器の概略構成図を示す。図に
おいて、熱中性子にのみ高感度を有する。3He比
例計数管１の球型熱中性子検出素子２を中心とし
て、その外側にフイルタ３が設けられる。このフ
イルタ３は一種のエネルギフイルタで、ポリエチ
レン製等の外側および内側減速材４，５と、炭化
ホウ素製等の吸収材６とが同心球状に配置されて
いる。７は吸収材６に設けられた複数個、本実施
例では４個の熱中性子透過孔である。このフイル
タ３は、熱中性子検出素子２に到達する中性子の
エネルギを熱中性子レベル（0.025eV）に、外側
および内側減速材４，５により減速すると共に、
検出素子１に到達する中性子の確率を、測定系に
入射する中性子のエネルギ（速度）に対して、第
４図にて表わされる分布とする。これにより、計
数管の計数値が、計測系が置かれた条件の中性子
場において人体が受ける影響の度合、すなわち線
量当量（Rem値）を表わすようにする。 ところで、中性子の挙動は、その位置、速度、
運動の方向によつてそれぞれ決定され、ある特定
の状態に着目すると次のようなバランス式に拠つ
て記述することが可能である。すなわち、減速材
４，５、吸収材６等の媒質における単位体積当り
の中性子数の時間的変化は、 １ 中性子が漏洩して他の状態に移る個数 ２ 中性子が媒質に吸収される個数 ３ 中性子が媒質に散乱され、他の状態から移る
個数 ４ 中性子が媒質に散乱され、他の状態から移つ
て来る個数 の総和として与えられる。いわゆるボルツマンの
輸送方程式から、核分裂または中性子源により発
生する中性子寄与分を除いた式として、第(1)式が
示される。 １／Ｖ・φ／ｔ＝−Ω→Gradφ→−（
〓a＋〓s）φ→＋∫∫〓sφ→dE′dΩ′……(1) ここに、 φ→＝Ψ（ｒ→，Ｅ，Ω→，ｔ）：中性子束 ｒ→＝位置ベクトル Ｅ：中性子エネルギ（速度） Ω→：運動方向を示す単位ベクトル ｔ：時間 Ｖ：中性子速度 〓a：巨視的吸収断面積 〓s：巨視的散乱断面積 一般に、この第(1)式の解析解を求めることは困
難である。しかし、運動方向を示す単位ベクトル
Ωをｎ個のメツシユに分割し、中性子束φが近似
的にｎ個存在すると仮定するSn近似を用いて、
電算機計算による高精度の数値計算解を求めるこ
とは可能である。この場合、第(1)式は中性子の運
動方向の各メツシユごとに第(2)式で示される。 １／Ｖ・φi／ｔ＝−ΩiGradφi−（
〓a＋〓s）φi＋o 〓i=1 wi′∫〓sφi′dE′ ……(2) ここに、ｉ＝１，２，…ｎ、なお、wiは数値積
分を行う際のウエイトである。 第１図に示す基本構成の検出系において、検出
素子２の表面における中性子束密度φを求めるな
らば、これを熱中性子速度域につき積分集計する
ことにより、この検出器、3He比例計数管１の応
答を求めることができる。このような数値計算を
行う計算コードを開発して、選定された外側減速
材４、吸収材６および内側減速材５に対してそれ
ぞれの厚さd1，d2，d3、吸収材６の濃度をパラメ
ータとして、それぞれの入射中性子エネルギに関
して計算を行い検出系としての応答が得られる。
それぞれのパラメータの組合わせのうちで、検出
器１の応答が第３図に示すICPRの勧告値線図Ａ
と一致し、しかも最も小形に形成されるフイルタ
３を選定すればよい。 このようなフイルタ３は、外側および内側減速
材４，５をポリエチレン製とし、中性子吸収材６
を空隙（熱中性子透過孔）７を有する炭化ホウ素
シートとした際、外側減速材厚さd1、吸収材厚さ
d2ならびに濃度、吸収材空隙率および内側減速材
厚さd3をパラメータとして第(2)式に対して設定さ
れた計算コードにより数値解析を行つた結果とし
て、以下の第１表に示す組合わせの場合、ICRP
の勧告する応答値に極めて近い結果が得られた。
基づき、詳細に説明する。 第１図は本発明のフイルタの最適化方法が適用
される中性子線検出器の概略構成図を示す。図に
おいて、熱中性子にのみ高感度を有する。3He比
例計数管１の球型熱中性子検出素子２を中心とし
て、その外側にフイルタ３が設けられる。このフ
イルタ３は一種のエネルギフイルタで、ポリエチ
レン製等の外側および内側減速材４，５と、炭化
ホウ素製等の吸収材６とが同心球状に配置されて
いる。７は吸収材６に設けられた複数個、本実施
例では４個の熱中性子透過孔である。このフイル
タ３は、熱中性子検出素子２に到達する中性子の
エネルギを熱中性子レベル（0.025eV）に、外側
および内側減速材４，５により減速すると共に、
検出素子１に到達する中性子の確率を、測定系に
入射する中性子のエネルギ（速度）に対して、第
４図にて表わされる分布とする。これにより、計
数管の計数値が、計測系が置かれた条件の中性子
場において人体が受ける影響の度合、すなわち線
量当量（Rem値）を表わすようにする。 ところで、中性子の挙動は、その位置、速度、
運動の方向によつてそれぞれ決定され、ある特定
の状態に着目すると次のようなバランス式に拠つ
て記述することが可能である。すなわち、減速材
４，５、吸収材６等の媒質における単位体積当り
の中性子数の時間的変化は、 １ 中性子が漏洩して他の状態に移る個数 ２ 中性子が媒質に吸収される個数 ３ 中性子が媒質に散乱され、他の状態から移る
個数 ４ 中性子が媒質に散乱され、他の状態から移つ
て来る個数 の総和として与えられる。いわゆるボルツマンの
輸送方程式から、核分裂または中性子源により発
生する中性子寄与分を除いた式として、第(1)式が
示される。 １／Ｖ・φ／ｔ＝−Ω→Gradφ→−（
〓a＋〓s）φ→＋∫∫〓sφ→dE′dΩ′……(1) ここに、 φ→＝Ψ（ｒ→，Ｅ，Ω→，ｔ）：中性子束 ｒ→＝位置ベクトル Ｅ：中性子エネルギ（速度） Ω→：運動方向を示す単位ベクトル ｔ：時間 Ｖ：中性子速度 〓a：巨視的吸収断面積 〓s：巨視的散乱断面積 一般に、この第(1)式の解析解を求めることは困
難である。しかし、運動方向を示す単位ベクトル
Ωをｎ個のメツシユに分割し、中性子束φが近似
的にｎ個存在すると仮定するSn近似を用いて、
電算機計算による高精度の数値計算解を求めるこ
とは可能である。この場合、第(1)式は中性子の運
動方向の各メツシユごとに第(2)式で示される。 １／Ｖ・φi／ｔ＝−ΩiGradφi−（
〓a＋〓s）φi＋o 〓i=1 wi′∫〓sφi′dE′ ……(2) ここに、ｉ＝１，２，…ｎ、なお、wiは数値積
分を行う際のウエイトである。 第１図に示す基本構成の検出系において、検出
素子２の表面における中性子束密度φを求めるな
らば、これを熱中性子速度域につき積分集計する
ことにより、この検出器、3He比例計数管１の応
答を求めることができる。このような数値計算を
行う計算コードを開発して、選定された外側減速
材４、吸収材６および内側減速材５に対してそれ
ぞれの厚さd1，d2，d3、吸収材６の濃度をパラメ
ータとして、それぞれの入射中性子エネルギに関
して計算を行い検出系としての応答が得られる。
それぞれのパラメータの組合わせのうちで、検出
器１の応答が第３図に示すICPRの勧告値線図Ａ
と一致し、しかも最も小形に形成されるフイルタ
３を選定すればよい。 このようなフイルタ３は、外側および内側減速
材４，５をポリエチレン製とし、中性子吸収材６
を空隙（熱中性子透過孔）７を有する炭化ホウ素
シートとした際、外側減速材厚さd1、吸収材厚さ
d2ならびに濃度、吸収材空隙率および内側減速材
厚さd3をパラメータとして第(2)式に対して設定さ
れた計算コードにより数値解析を行つた結果とし
て、以下の第１表に示す組合わせの場合、ICRP
の勧告する応答値に極めて近い結果が得られた。
【表】
本結果により試作した検出系の特性をバンデグ
ラフよりの陽子をターゲツトに照射して得られる
一定エネルギの中性子系にて評価した結果が、第
２図に示すようなICRPの勧告する応答線図Ｂお
よび鎖線で示された計算値線図Ｃと共に、黒点Ｄ
で示されている。図において計算値線図Ｃによれ
ば、低エネルギ中性子では応答線図Ｂから離れて
いるが、吸収材空隙率の適当な選定により、黒点
Dnのように応答線図Ｂに近づけることができる。
ラフよりの陽子をターゲツトに照射して得られる
一定エネルギの中性子系にて評価した結果が、第
２図に示すようなICRPの勧告する応答線図Ｂお
よび鎖線で示された計算値線図Ｃと共に、黒点Ｄ
で示されている。図において計算値線図Ｃによれ
ば、低エネルギ中性子では応答線図Ｂから離れて
いるが、吸収材空隙率の適当な選定により、黒点
Dnのように応答線図Ｂに近づけることができる。
以上に説明したように本発明によれば、中性子
検出素子の外側に設けられ高速中性子に対する減
速材および吸収材のそれぞれの厚さおよび前記吸
収材の濃度をパラメータとして演算式に対して設
定された計算コードにより数値解析を行いICRP
勧告の応答に極めて近いフイルタが得られたこと
により、熱中性子レベルまで減速された中性子は
減速材によりそれ以上には減速されないにもかか
わらず、従来試行錯誤的に製作されたために、し
ばしば必要以上に大型の減速材寸法が選定され、
かつ吸収材も減速材寸法を最少にする位置に置か
れず、すなわち外側減速材が必要限度以上の厚さ
を有し、このために必要以上の吸収材による熱中
性子吸収を生じ、総合感度が低下するという問題
点が有効に解決され、従来品に比較して重量で約
半分程度に低減されると共に、ICRPの勧告値の
逆数に比例する応答を確保しながら、その感度は
従来品の約数倍程度を保持する中性子線検出器が
得られるという効果を奏する。 なお、以上においては、主として3He比例計数
管について説明したが、BF3比例計数管にも同様
に適用し得ることは勿論である。
検出素子の外側に設けられ高速中性子に対する減
速材および吸収材のそれぞれの厚さおよび前記吸
収材の濃度をパラメータとして演算式に対して設
定された計算コードにより数値解析を行いICRP
勧告の応答に極めて近いフイルタが得られたこと
により、熱中性子レベルまで減速された中性子は
減速材によりそれ以上には減速されないにもかか
わらず、従来試行錯誤的に製作されたために、し
ばしば必要以上に大型の減速材寸法が選定され、
かつ吸収材も減速材寸法を最少にする位置に置か
れず、すなわち外側減速材が必要限度以上の厚さ
を有し、このために必要以上の吸収材による熱中
性子吸収を生じ、総合感度が低下するという問題
点が有効に解決され、従来品に比較して重量で約
半分程度に低減されると共に、ICRPの勧告値の
逆数に比例する応答を確保しながら、その感度は
従来品の約数倍程度を保持する中性子線検出器が
得られるという効果を奏する。 なお、以上においては、主として3He比例計数
管について説明したが、BF3比例計数管にも同様
に適用し得ることは勿論である。
第１図は本発明のフイルタの最適化方法が適用
される中性子線検出器の概略構成図、第２図は第
１図による結果がICRP勧告の応答に極めて近い
値であることを示す線図、第３図はICRPの勧告
値線図、第４図は第１図にて勧告される中性子エ
ネルギに対する検出器応答線図である。 １……3He比例計数管、２……検出素子、３…
…フイルタ、４……外側減速材、５……内側減速
材、６……吸収材、７……空隙、Ａ……勧告値線
図、Ｂ……勧告値応答線図。
される中性子線検出器の概略構成図、第２図は第
１図による結果がICRP勧告の応答に極めて近い
値であることを示す線図、第３図はICRPの勧告
値線図、第４図は第１図にて勧告される中性子エ
ネルギに対する検出器応答線図である。 １……3He比例計数管、２……検出素子、３…
…フイルタ、４……外側減速材、５……内側減速
材、６……吸収材、７……空隙、Ａ……勧告値線
図、Ｂ……勧告値応答線図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 熱中性子レベルの低いエネルギの中性子に対
してのみ高い感度を持つ中性子検出素子と、この
中性子検出素子の外側に設けられ、高速中性子に
対する減速材および吸収材よりなるフイルタと、
を備えた中性子線検出器の前記フイルタを最適化
する方法であつて、 前記減速材および吸収材のそれぞれの厚さおよ
び前記吸収材の濃度をパラメータとして、中性子
の運動方向を示す単位ベクトルΩを複数個のメツ
シユΩi（ｉ＝１，２，…ｎ）に分割し、中性子速
度Ｖ、時間ｔ、巨視的吸収断面積Σa、巨視的散
乱断面積Σs、数値積分の際のウエイトwiおよび中
性子エネルギＥを用いて、前記メツシユごとに前
記検出素子の表面における中性子束密度φiを、下
記の演算式 １／Ｖ φi／ｔ＝−ΩiGradφi−（
Σa＋Σs）φi＋o 〓i=1 wi′∫〓sφi′dE′ に基づいて数値計算して求め、それぞれのパラメ
ータの組合せのうちで最適な応答を有し最も小型
化し得る前記パラメータの組合せを選定する、こ
とを特徴とする中性子線検出器のフイルタの最適
化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15006084A JPS6128885A (ja) | 1984-07-19 | 1984-07-19 | 中性子線検出器のフイルタの最適化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15006084A JPS6128885A (ja) | 1984-07-19 | 1984-07-19 | 中性子線検出器のフイルタの最適化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6128885A JPS6128885A (ja) | 1986-02-08 |
| JPH0511274B2 true JPH0511274B2 (ja) | 1993-02-15 |
Family
ID=15488631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15006084A Granted JPS6128885A (ja) | 1984-07-19 | 1984-07-19 | 中性子線検出器のフイルタの最適化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6128885A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0617520Y2 (ja) * | 1989-09-29 | 1994-05-11 | 株式会社美濃利 | 二重回転式フロート |
| USRE35908E (en) * | 1990-04-24 | 1998-09-29 | Hitachi, Ltd. | Neutron individual dose meter neutron dose rate meter, neutron detector and its method of manufacture |
| DE102004020979A1 (de) * | 2004-04-22 | 2005-11-17 | GSI Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH | Dosimeter zur Erfassung von Neutronenstrahlung |
| JP5126739B2 (ja) * | 2007-10-16 | 2013-01-23 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | 中性子計測用ガス検出装置 |
| GB0722430D0 (en) * | 2007-11-15 | 2007-12-27 | Health Prot Agency | Radiation detection |
| EP3859404A1 (en) * | 2020-01-29 | 2021-08-04 | Universitat Politècnica De Catalunya | Lightweight neutron dosimeter |
-
1984
- 1984-07-19 JP JP15006084A patent/JPS6128885A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6128885A (ja) | 1986-02-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |