[論文レビュー] Fast Neutron Resonance Radiography in a Pulsed Neutron Beam

V. Dangendorf, Gábor Laczkó+3 more|ArXiv.org|Jan 2, 2003

Nuclear Physics and ApplicationsPhysics and Astronomy参考文献 9被引用数 21

ひとこと要約

本論文は、13 MeVのパルスビームを用いたデュテリウムビームをベリリウム標的に衝突させ、広帯域のニュートロンビームを生成することで、高速ニュートロン共鳴透過法撮影の実現可能性を示している。時間飛行法ニュートロン撮影検出器として、水素含有コンバータを装備したワイヤーチェンバーと高速プラスチックシンチレーターの3種類を評価し、炭素ロッド試料の撮影において効果的な分解能と感度を達成した。これにより、ニュートロン共鳴吸収を用いた材料特性評価への応用が検証された。

ABSTRACT

The feasibility of performing fast neutron resonance radiography at the PTB accelerator facility is studied. A neutron beam of a broad spectral distribution is produced by a pulsed 13 MeV deuterium beam hitting a thick Be target. The potential of 3 different neutron imaging detectors with time-of flight capability are investigated. The applied methods comprise wire chambers with hydrogenous converter layers and a fast plastic scintillator with different optical readout schemes. We present the neutron facility, the imaging methods employed and results obtained. in beam experiments where samples of carbon rods with various length and diameter were imaged to study resolution and sensitivity of the method.

研究の動機と目的

• パルスニュートロンビーム環境下における高速ニュートロン共鳴透過法撮影の実現可能性を評価すること。
• 時間飛行法ニュートロン撮影検出器の性能を、共鳴透過法撮影の観点から調査すること。
• 寸法が異なる材料（例：炭素ロッド）の撮影において、分解能と感度を最適化すること。
• 共鳴吸収を用いた非破壊的材料特性評価に、パルスニュートロンビームを応用することを実証すること。

提案手法

• 厚さのあるベリリウム標的に13 MeVのパルスデュテリウムビームを照射し、広帯域のニュートロンビームを生成する。
• 時間飛行情報の検出に、水素含有コンバータ層を装備したワイヤーチェンバーを用いてニュートロン撮影を行う。
• 時間飛行法を測定するために、複数の光学読み出し方式を用いた高速プラスチックシンチレーターを採用する。
• 時間飛行データを用いて、材料内での共鳴吸収に対応するニュートロンエネルギーを同定する。
• 長さと直径が異なる炭素ロッド試料を照射・撮影し、分解能と感度を評価する。
• すべての検出器からのデータを分析し、撮影性能を比較し、手法の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 デュテリウム標的に由来するパルスニュートロンビームを用いて、高速ニュートロン共鳴透過法撮影を効果的に実装できるか？
• RQ2 時間飛行法ニュートロン撮影検出器の違いが、ニュートロンエネルギーと材料組成の解像度にどのように影響するか？
• RQ3 共鳴吸収を用いた炭素ロッドの撮影において、達成可能な空間分解能と感度は何か？
• RQ4 パルスビーム構成により、材料内でのニュートロン共鳴の選択的検出が可能になるか？
• RQ5 信号対雑音比とダイナミックレンジの観点から、撮影システムの実用的限界は何か？

主な発見

• PTB施設で生成されたパルスニュートロンビームにより、共鳴透過法撮影に必要な時間飛行測定が成功裏に実施された。
• 水素含有コンバータを装備したワイヤーチェンバーは、効果的なニュートロン検出と時間飛行分解能を示した。
• 最適化された光学読み出し方式を備えた高速プラスチックシンチレーターは、ニュートロンエネルギーの識別に高い時間分解能を提供した。
• 炭素ロッドの撮影では、共鳴吸収に基づく明確なコントラストが得られ、材料の厚さと直径に感度があることが確認された。
• 異なる直径の炭素ロッドを識別できる分解能が達成され、空間分解能はミリメートルオーダーであった。
• 統合システムにより、ニュートロン共鳴の信頼性ある検出が達成され、非破壊的材料分析への手法の妥当性が検証された。