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中性子光学素子及び中性子源 新技術説明会

国内特許コード P200017131
整理番号 (S2017-0910-N0)
掲載日 2020年8月7日
出願番号 特願2019-530972
出願日 平成30年7月10日(2018.7.10)
国際出願番号 JP2018025943
国際公開番号 WO2019017233
国際出願日 平成30年7月10日(2018.7.10)
国際公開日 平成31年1月24日(2019.1.24)
優先権データ
  • 特願2017-140192 (2017.7.19) JP
発明者
  • 小泉 智
  • 能田 洋平
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
発明の名称 中性子光学素子及び中性子源 新技術説明会
発明の概要 中性子線を高効率で集光する中性子光学素子、これを用いた高強度の中性子源を得る。
上流側の開口(21A)(上流側開口)の各々と、これに対応する下流側の開口(22A)(下流側開口)の各々との間を通る直線(中性子線に対応する図中の破線N1~N5)は、この中性子光学素子20の後方に設定された集光点Fを通るように構成される。中性子減速材(12)の全面から後方に拡散して放射される熱中性子のうち、集光点(F)に向かうもののみが抽出されるため、集光点(F)における中性線強度を局所的に高めることができる。
従来技術、競合技術の概要

中性子線は、中性子回折等、中性子線を物質に対して照射してその散乱・回折等を調べることによって、この物質の構造を調べるために用いられている。中性子は電子等と異なり電荷をもたず、物質に対する透過性が高く原子核によって散乱される。このため、中性子線を用いた場合には、同様に散乱・回折によって物質の様々な構造特性を調べるために用いられる電子線やX線を用いた場合とは異なる情報が得られる。特に、エネルギーの低い熱中性子の散乱によって各種の情報を得る中性子小角散乱は軽元素の分析において極めて有効である。

一方で、中性子線を発する中性子源の構成、特性は、電子線源やX線源等とは大きく異なる。電子線源やX線源としては、エネルギーが調整された(準)単色で高強度の電子線やX線を発するものが使用可能であるのに対して、このような性質をもつ中性子源を得ることは困難であり、実際に使用されている主な中性子源としては、例えば放射性同位体や、大型施設(原子炉や大型加速器)がある。前者においては非常に低強度の中性子線しか得られず、後者の場合は高強度の中性子線は得られるものの、核分裂や核破砕反応を行わせるための大規模の設備が必要となる。こうした原子炉の維持管理は容易ではないために、上記のような分析用に用いられる中性子源としては適さない。

原子炉等よりも小規模であり高強度の中性子線が得られる中性子源としては、例えば非特許文献1に記載されたRANS(Riken Accelerator-driven compact Neutron Source)がある。RANSにおいては、7MeV程度の陽子ビームが加速器で生成され、Be薄膜に照射される。これによって、Bと中性子(高速中性子)が生成されるが、この中性子のエネルギーはMeV程度と高いために、例えば上記の中性子小角散乱の実験用には適さない。このため、RANSにおいては、高速中性子に対する減速材となるポリエチレンで構成されたブロックがBeの薄膜よりも陽子ビーム側から見て後方に固定されている。これによって、高速中性子が減速されて散乱されたエネルギーが50meV程度の熱中性子が、高強度で後方に発せられる。また、発せられる中性子線のオン・オフは加速器で生成される陽子ビームのオン・オフで制御されるため、制御されたパルス状の中性子線を得ることができる。

一方、この構成において、加速器から発せられる陽子ビームは点源とみなせる程度に細く、高い指向性をもつが、その後に発生した高速中性子はポリエチレンブロックで減速散乱される際に広がるため、最終的に生成される熱中性子はポリエチレンブロックの広い範囲から様々な方向に発散して発せられる。すなわち、この中性子源は、ポリエチレンブロックの広い範囲から中性子を発する面光源となる。

産業上の利用分野

本発明は、中性子線の進行方向を選別して調整するために用いられる中性子光学素子、及びこれが用いられた中性子源に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
一方向を法線とする面の一方の側の表面から発散するように発せられる中性子線を集光する中性子光学素子であって、
中性子吸収体で構成され前記一方向と交差する板状であり前記一方向に沿って貫通する複数の開口が配列されて形成された複数のコリメータを具備し、
前記一方の側と反対の他方の側に設けられた前記コリメータにおける前記開口である上流側開口と、前記一方の側に設けられた前記コリメータにおける前記開口である下流側開口は、同一構成の配列でそれぞれ複数設けられ、
他方の側に設けられた前記コリメータにおける前記上流側開口の各々と、当該上流側開口の各々に対応した前記配列における前記下流側開口の各々とを結ぶ直線が、前記一方の側に設けられた前記コリメータよりも前記一方の側に設定された集光点を通過するように構成されたことを特徴とする中性子光学素子。

【請求項2】
前記コリメータにおいて、複数の前記開口は、並行に設けられた複数の第1の梁部と、前記第1の梁部と交差するように並行に設けられた第2の梁部と、の組み合わせにより形成されたことを特徴とする請求項1に記載の中性子光学素子。

【請求項3】
前記コリメータは、前記一方向に沿って3つ以上離間して設けられ、
3つ以上の前記コリメータの中における隣接する2つの前記コリメータからなる複数の組み合わせに対して、共通の前記集光点が設定されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の中性子光学素子。

【請求項4】
前記下流側開口の開口幅、前記配列において隣接する前記下流側開口の間隔は、それぞれ前記上流側開口の開口幅、前記配列において隣接する前記上流側開口の間隔よりも小さいことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の中性子光学素子。

【請求項5】
前記コリメータは、BC焼結体で構成されたことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の中性子光学素子。

【請求項6】
前記コリメータは、BC、Gd、Cdのいずれかで構成されたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の中性子光学素子。

【請求項7】
複数の前記コリメータを、前記一方向に沿った離間した箇所において、前記一方向に沿った間隔を固定して支持する支持部を具備し、
前記支持部が複数種類準備された中での前記支持部の選択により、あるいは前記コリメータの前記支持部に対する固定位置の調整により、前記一方向に沿って隣接する前記コリメータの間隔が調整可能とされたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の中性子光学素子。

【請求項8】
前記開口を含んだ形態が同一であり異なる材料で構成された複数の前記コリメータが準備された中で、前記コリメータが選択されて用いられることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の中性子光学素子。

【請求項9】
表面から熱中性子線を発する板状の熱中性子発生部を具備する中性子面光源と、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の中性子光学素子とが組み合わされたことを特徴とする中性子源。

【請求項10】
最も前記他方の側に設けられた前記コリメータと前記熱中性子発生部とが接する構成とされたことを特徴とする請求項9に記載の中性子源。

【請求項11】
前記中性子光学素子が真空雰囲気中に配置されたことを特徴とする請求項9又は9に記載の中性子源。

【請求項12】
前記中性子面光源において、前記熱中性子発生部は中性子減速材で構成され、
前記熱中性子発生部に対する前記他方の側にBeで構成された高速中性子発生部が設けられ、前記高速中性子発生部は、前記一方の側に向かって発せられる陽子線で照射される構成とされたことを特徴とする請求項9から請求項11までのいずれか1項に記載の中性子源。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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