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High spatial resolution neutron transmission imaging using a superconducting two-dimensional detector

超伝導二次元検出器による高空間分解能中性子透過イメージング

宍戸 寛明*; 西村 和真*; Vu, TheDang*   ; 相澤 一也  ; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一   ; 原田 正英   ; 奥 隆之   ; 曽山 和彦  ; 宮嶋 茂之*; 日高 睦夫*; 鈴木 聡*; 田中 真伸*; 川又 修一*; 石田 武和*

Shishido, Hiroaki*; Nishimura, Kazuma*; Vu, TheDang*; Aizawa, Kazuya; Kojima, Kenji M*; Koyama, Tomio*; Oikawa, Kenichi; Harada, Masahide; Oku, Takayuki; Soyama, Kazuhiko; Miyajima, Shigeyuki*; Hidaka, Mutsuo*; Suzuki, Soh*; Tanaka, Manobu*; Kawamata, Shuichi*; Ishida, Takekazu*

中性子イメージングは、重金属に対する高透過性、軽元素に対する高感度、同位体と中性子との特異な核反応による同位体選択性などの中性子ビームの特徴を活かした非破壊検査の有力な手段の一つである。本研究では、超伝導検出器である電流バイアス運動インダクタンス検出器(CB-KID)を用いて、パルス中性子源を用いた飛行時間法による波長分解中性子イメージングを行った。遅延時間型CB-KIDを用いて、GdAl$$_{3}$$単結晶を成長させたGd-Al合金試料の中性子透過像を取得した。その結果、単結晶はAl-Gd合金全体に渡って、形状,分布ともに良好に観察することができた。また、中性子の波長0.03nm以上でGdによる特徴的な中性子の吸収を確認した。さらに、15$$mu$$m$$ times$$ 12$$mu$$mという限られた検出面で、同位体と中性子の核反応によって生じる$$^{155}$$Gd共鳴ディップを観測することができた。また、$$^{155}$$Gdの共鳴ディップを用いてGd選択的イメージングを行ったところ、中性子の波長幅が1pmという限られた範囲で、明確なGd核の元素選択イメージング像を取得することに成功した。

In this study, we employed a superconducting detector, current-biased kinetic-inductance detector (CB-KID) for neutron imaging using a pulsed neutron source. We employed the delay-line method, and high spatial resolution imaging with only four reading channels was achieved. We also performed wavelength-resolved neutron imaging by the time-of-flight method. We obtained the neutron transmission images of a Gd-Al alloy sample, inside which single crystals of GdAl$$_{3}$$ were grown, using the delay-line CB-KID. Single crystals were well imaged, in both shapes and distributions, throughout the Al-Gd alloy. We identified Gd nuclei via neutron transmissions that exhibited characteristic suppression above the neutron wavelength of 0.03 nm. In addition, the $$_{155}$$Gd resonance dip, a dip structure of the transmission caused by the nuclear reaction between an isotope and neutrons, was observed even when the number of events was summed over a limited area of 15 $$mu$$m $$times$$ 12 $$mu$$m. Gd selective imaging was performed using the resonance dip of $$_{155}$$Gd, and it showed clear Gd distribution even with a limited neutron wavelength range of 1 pm.

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