|
昭和30年度原子力平和利用研究委託費により委託した研究のうち、今回はその第7回として株式会社日立製作所の実施した「カウンター式中性子測定器の試作研究」（委託金額2,165千円）と、株式会社科学研究所の実施した「カウンター式中性子測定器の試作研究」（委託金額3,668千円）とを紹介することとした。［なおこの二つは共同研究の形で行われたものである。〕 カウンター式中性子測定器の試作研究 1．緒 言 以下、記述するところは日立製作所における研究の概要である。 2．試作BF3比例計数管の構造 試作計数管の構造を第1図に示す。本計数管は他の計数管とことなり全金属製である。これはBF3ガスが非常に化学的に不安定な気体で、たとえばガラス製品では 6BF3＋3SiO2→3SiF4＋2(BOF)3 の反応によってSiF4が混入し、すぐれた性能の計数管を得ることが期待できないからである。試作管は特に同社製の無酸素銅を材料としており、不純気体の浸透によって生ずるおそれのある特性の経年変化が起らないようにしている。陰極円筒は長さ251mm、外径27mmφ、厚さ1mmである。 この両端にエンドピースおよびSt－upakoff HI－voltaga Terminal を銀鑞づけしている。BF3ガスは負性ガスであるから動作電圧は高く、端部に電気的漏洩が起りやすいが、これに対しで絶縁性の高いStupakoff Termi-naJを使用している。また、Stupakoff Temi-nalにはガードリングが着いていて動作時のend effect を補償する役目を果している。中心線は0.1mmのタングステン線を使用している。完成品はこれにエンドキャップをかぶせ、コネクタを取り付けたもので全長44mm、管径27mmφである。 なお実効長は205mmである。
第1図 BF3比例計数管構造 3．封入BF3ガス 試作計数管には天然のBF3ガスを封入している。B10は天然硼素中18.8％含有されでいるので濃縮したB10F3を封入した計数管に比較して中性子に対する効率は数分の1で小さい。効率の点を除けば他にことなるところはない。BF3ガスは最近国内でも市販され始め、また外国でもボンベに填て市販されているが、おもな用途は触媒であるため約3%のSiF4のほか不純物をかなり含んでいるため計数管封入用としでは不適当である。計数管用にはこの粗製BF3ガスを極度に純化し、特に電気的に負性の気体を完全に除去しなければすぐれた性能の計数管を作ることは期待できない。試作管には科学研究において計数管用として作られたBF3・CaFを譲渡してもらい、これを熱分解して BF3を得ている。BF3発生容器は分解時における高温BF3と反応を起さないステンレス製で、また冷却套を附属して冷却した BF3 を精製炉中に送り込むようにしている。精製のための配管はすべて炉中に入れて発生にさきだちbakingを行って最も有害な水分を除去している。炉中ではコックのかわりに水銀カットオフを使用し、また数段の液体空気およびドライアイストラップを設けてBF3の分溜を行っている。 4．試作BF3比例計数管の性能 BF3比例計数管は BF3 ガスの封入圧力によって効率および動作電圧が大きく変るので使用の目的に応じてその値を適当に選ばねばならない。熱中性子に対する効率の尺度となる計数率Cは近似的に C＝φVNBσB φ：中性子束（n/cm2/sec） V：計数管有効体積 NB：B10単位体積中原子数 σB：熱中性子に対する吸収断面積 であるので効率を高めるためには封入圧力を高くし、B10 の原子数を増すことが必要である。一方計数器に記録されるパルスは電極間の高電圧によって気体増幅されたものであるが、この気体増幅は電場の強さEと封入圧力pの比E/pの函数であり、封入圧力にしたがって電圧を高めなければならない。試作管はまずBF3ガスのみについて封入圧力を変え、それぞれの圧力に対して計数率曲線を求めたが、第2図にその一例を示す。増幅器の利得を上げると特性は良好になるから事情の許す限り上げることが望ましいが、Sensitivity 1mV でプラトー率は数％/100V、プラトー幅150Vという結果を示し、外国製品に比較して遜色はないと思われる。第3図はかなり多数の試作管について得られた封入圧力と計数率および封入圧力と計数開始電圧の関係である。RCL Model3ー20の計数率を標準にして効率を求めると封入圧力50cmＨgの試作品の場合約2％であり、濃縮B10F3を使用すればRCL製と同等効率となることが明確となった。
カウンター式中性子測定器の試作研究 まえがき 昭和30年度原子力平和的利用研究委託費により、放射線測定器部門として「カウンター式中性子測定器の試作研究」が科学研究所に委託され、委託費として3,668千円が交付された。
いうまでもなく、この計数管はBF3（三弗化硼葉）ガスを充填した比例計数管で、中性子の硼素10に対する（n、α）反応を利用して、中性子を測定するものであって、本研究においては特に重点を1と2においている。 以下簡単に各項について説明したい。 1．BF3・CaF2の調整 以上の反応をまとめると次のようになる。 6NaBF4＋B2O3＋6H2SO4-（加熱)→8BF3＋6NaHSO4＋3H2O BF3＋(C2H5)2O→BF3(C2H5)2O BF3(C2H5)2O＋CaF2→BF3・CaF2 これら3段階の反応はこの装置により一貫して行うことがでこきた。そして数回にわたって調製した結果きわめて高純度のBF3・CaF2が合計約700g得られた。
第1図 BF3、CaF2計調整装置 2．高純度ガス（BF3）の充填 1．に述べた方法によりできた BF3・CaF2 を真空装置にとりつけこれを熱分解して生じたBF3ガスを計数管に充填する。 本装置の概略を第2図について説明すると、はじめ装置の排気系全体を真空にした後BF3・CaF2 を200℃まで加熱し十分ガス出ししてから260℃くらいまで温度を上げると、BF3がドライアイスで冷却したHFトラップを通して計数管に充填される。 この時マノメーターを読みながら所要の圧力になるまでBF3・CaF2を加熱する。
第2図 高純度ガス充填装置 3．BF3計数管の試作 計数管の構造は第3図に示すとおりであって中心線は直径0.1mmのタングステン線を用、陰極筒は外径27mmの無酸素銅を用いてある。
第3図 BF3計数管の構造
4．BF3計数管の性能試験 この性能試験には中性子源として Ra(100mc)＋Beを用い、電気回路には波高分析器を用いて精密試験を行った。
|
