高感度・高速ゲートカメラシステムを用いた3次元パルス中性子イメージング

瀬川 麻里子; 大井 元貴; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 井上 徹*; 呉田 昌俊

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非破壊可視化技術の一つとして中性子イメージングがあるが、従来の技術では試料の形状と元素分布を同時に観察することができなかった。そこで本研究では、熱領域から数keVの幅広いエネルギー領域を有するパルス中性子に注目し、元素の分析と3次元での形状観察を同時に実現可能な新たな技術を開発する。パルス中性子を用いたイメージングでは、試料を透過した中性子の到達時間によってエネルギーを識別し、中性子エネルギー毎の画像を取得する。高い中性子エネルギー領域では、特定のエネルギーで中性子の吸収が強くなる共鳴吸収を利用し、特定の元素の同定が可能となる。しかし、高エネルギー中性子の飛行時間は極めて短く(飛行距離13m程度で数マイクロ秒に相当)、1レームあたりの中性子量も少ない事から、このエネルギー領域でイメージングを実現するには画像を1sec程度の高速ゲートかつ高増倍率で取得する技術が必要である。そこで、高解像カメラと高倍率の光増幅器を組み合わせた高感度中性子イメージング装置を新たに製作し、世界最高強度のパルス中性子源である大強度陽子加速器施設J-PARCにて同装置の性能試験を行った。この結果、固有の共鳴エネルギーを有する試料(In, Au, Ta)に対し、試料毎の3次元データとして取得することに成功した。本講演では開発した高感度・高速ゲート実験システムと、同時に多元素を3次元可視化した結果を示す。