專利名稱：中子檢測(cè)裝置和中子成像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括多個(gè)中子檢測(cè)元件部的中子檢測(cè)裝置(neutron detector)和中子成像傳感器(neutron imaging sensor)。
背景技術(shù)：
以往，進(jìn)行了利用超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高的材料的裝置的開發(fā)。作為超導(dǎo) 轉(zhuǎn)變溫度高的超導(dǎo)材料，公知有超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為39K的MgB2。而且， 例如，以將包含1QB作為結(jié)構(gòu)材料的能隙大的1QB進(jìn)行了濃縮的MgB2 作為中子檢測(cè)板，在該;險(xiǎn)測(cè)板上，檢測(cè)由在中子入射時(shí)所發(fā)生的a射線 產(chǎn)生的聲子(例如，參照專利文獻(xiàn)l)。
另外，還提出了可采用閃爍體板以二維方式檢測(cè)中子的中子成像傳 感器。這樣的中子成像傳感器包括當(dāng)中子入射時(shí)發(fā)光的閃爍體板和面向 閃爍體板以二維方式設(shè)置的波長(zhǎng)移動(dòng)纖維，從而二維的中子檢測(cè)成為可 能(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)l:特開2003 - 14861號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:特開2002 - 71816號(hào)公報(bào)
現(xiàn)有的中子檢測(cè)裝置是單純以檢測(cè)中子為目的的通用的檢測(cè)裝 置。因此，該中子檢測(cè)裝置并不是根據(jù)各種用途，諸如以檢測(cè)靈敏度為 代價(jià)而要求時(shí)間分辨能力(time resolution )的用途或以時(shí)間分辨能力為 代價(jià)而要求檢測(cè)靈敏度的用途等而構(gòu)成的。
作為本申請(qǐng)的中子檢測(cè)裝置的用途，例如，往往用中子衍射來(lái)分析
物質(zhì)的結(jié)構(gòu)等等。在該用途中，當(dāng)使用低強(qiáng)度的中子源進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀 測(cè)時(shí)，要求盡管時(shí)間分辨能力低但檢測(cè)靈敏度高的中子檢測(cè)裝置。另 外，當(dāng)使用高強(qiáng)度的中子源進(jìn)行短時(shí)間的觀測(cè)時(shí)，由于中子源本身為高 強(qiáng)度，故要求是時(shí)間分辨能力高的中子檢測(cè)裝置，即使其檢測(cè)靈敏度低 亦可。
這樣，在現(xiàn)有的中子檢測(cè)裝置中，并非針對(duì)中子檢測(cè)的高靈敏度和 高時(shí)間分辨能力的用途，也不清楚用何種結(jié)構(gòu)能夠簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)中子檢測(cè) 的高靈敏度和高時(shí)間分辨能力。另外，雖然也要求以二維方式進(jìn)行中子
檢測(cè)，但存在無(wú)法以良好的靈敏度和時(shí)間分辨能力來(lái)實(shí)施二維的中子檢 測(cè)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的在于，提供一種可通過(guò)簡(jiǎn)
單的裝置結(jié)構(gòu)變更來(lái)設(shè)定(set)靈敏度和時(shí)間分辨能力的中子檢測(cè)裝置 和中子成像傳感器。
為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明的中子檢測(cè)裝置的特征結(jié)構(gòu)是下述方 面其中，具備多個(gè)中子檢測(cè)元件部，該中子檢測(cè)元件部具有超導(dǎo)元 件，其具有至少一個(gè)表面由電介質(zhì)材料形成的基體材料、在上述表面上 形成的超導(dǎo)材料的帶狀線(strip line)、以及在上述帶狀線的兩端部分 形成的電極部；電阻測(cè)定單元，利用上述帶狀線的電阻值的變化來(lái)測(cè)定 因上述帶狀線中的超導(dǎo)元素與中子的核反應(yīng)引起的發(fā)熱；以及散熱設(shè)定 單元，在與形成有上述帶狀線的上述表面相反一側(cè)的上述基體材料的背 面部，設(shè)定因上述核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散熱性，在上述中子檢測(cè)元件部 之間，使上述散熱性互不相同。
按照上述特征結(jié)構(gòu)，散熱設(shè)定單元以設(shè)定因帶狀線中的超導(dǎo)元素與
元來(lái)設(shè)定散熱性，從而即使因核反應(yīng)發(fā)生的熱量相同，在帶狀線附近滯 留的熱量的大小和滯留時(shí)間也不相同。而且，通過(guò)改善散熱性，從而雖 然減小了在帶狀線附近滯留的熱量，但由于熱的滯留期間縮短，故可使
使散熱性變l，從而雖然在帶狀線附近的熱的滯留期間變長(zhǎng)，但由于滯 留的熱量增大，故可提高帶狀線中的超導(dǎo)元素與中子的核反應(yīng)的檢測(cè)靈敏度。
不相同，故可得到兼有因散熱性佳而時(shí)間分辨能力優(yōu)越的超導(dǎo)元件和因 散熱性差而檢測(cè)靈敏度優(yōu)越的超導(dǎo)元件的中子檢測(cè)裝置。
在此處，理想情況是，上述多個(gè)中子檢測(cè)元件部設(shè)置在同一上述基 體材料上。
按照該結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用例如硅基板等作為上述基體材料，從而在同 一基體材料上利用半導(dǎo)體制造工藝，可得到以高密度集成了中子檢測(cè)元
件部的中子檢測(cè)裝置。
檢測(cè)元件部之i^ni上i散熱性按3個(gè)以上等級(jí)呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)。'
按照該結(jié)構(gòu)，能夠以3個(gè)以上等級(jí)的時(shí)間分辨能力和檢測(cè)靈敏度進(jìn) 行中子的檢測(cè)。因此，即使是檢測(cè)對(duì)象的中子的量和強(qiáng)度發(fā)生種種變化 的情形，也可用單 一 的裝置恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行中子的檢測(cè)。
另外，理想情況是，通過(guò)上述基體材料的上述背面部的厚度的設(shè) 定，來(lái)構(gòu)成上述散熱設(shè)定單元。
按照該結(jié)構(gòu)，例如在用半導(dǎo)體制造工藝來(lái)制造中子檢測(cè)元件部時(shí)， 通過(guò)設(shè)定對(duì)上述基體材料的背面部進(jìn)行刻蝕的深度，能夠比較容易地形 成上述散熱設(shè)定單元。
另外，理想情況是，在上述中子檢測(cè)元件部之間上述基體材料的上 述背面部的厚度互不相同的結(jié)構(gòu)。
進(jìn)而，理想情況是，上述電阻測(cè)定單元對(duì)上述多個(gè)中子檢測(cè)元件部
的各元件部獨(dú)立(individual)測(cè)定電阻值的結(jié)構(gòu)。
另外，理想情況是，上述多個(gè)中子檢測(cè)元件部中的一部分是使由上
并使時(shí)間分辨能力提高的分辨能力優(yōu)先型的中子檢測(cè)元件部的結(jié)構(gòu)。 另外，理想情況是，上述多個(gè)中子檢測(cè)元件部中的一部分是使由上
使靈:度提高的靈敏度優(yōu)先型的中子檢測(cè)元件部的結(jié)構(gòu)。 ^ '
按照這些結(jié)構(gòu)，可得到兼有時(shí)間分辨能力優(yōu)越的超導(dǎo)元件和檢測(cè)靈
敏度優(yōu)越的超導(dǎo)元件的中子檢測(cè)裝置。因此，即使是檢測(cè)對(duì)象的中子的
量和強(qiáng)度發(fā)生變化的情形，也可用單一的裝置恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行中子的檢測(cè)。 另外，理想情況是，上述超導(dǎo)材料包含MgB2，上述帶狀線中的^B
與中子發(fā)生核反應(yīng)。
按照該結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)成帶狀線的超導(dǎo)材料包含在高溫下呈現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)
變溫度的MgB2,故具有無(wú)需使用于冷卻帶狀線的冷卻裝置為大規(guī)模裝
置的優(yōu)點(diǎn)。
另外，理想情況是，上述帶狀線被形成為曲折(meandering)形狀。 按照該結(jié)構(gòu)，由于帶狀線被形成為曲折形狀，故寬度窄的帶狀線被 形成為面狀。其結(jié)果是，可提高構(gòu)成帶狀線的超導(dǎo)材料與中子進(jìn)行核反
應(yīng)的幾率。
為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明的中子成像傳感器的特征結(jié)構(gòu)在于，將 具備上述結(jié)構(gòu)的多個(gè)中子檢測(cè)元件部排列配置成陣列狀。
按照該特征結(jié)構(gòu)，由于中子檢測(cè)元件部以二維方式被排列配置成陣 列狀，故在很寬的二維范圍內(nèi)，能夠以高的檢測(cè)靈敏度和高的時(shí)間分辨 能力來(lái)檢測(cè)中子。


圖1是中子檢測(cè)元件部的概略立體圖。
圖2是沿圖1的線段A - A的縱剖面圖。 圖3是表示帶狀線中的溫度與電阻值的關(guān)系的圖。 圖4是說(shuō)明超導(dǎo)元件的制造工序的圖。 圖5是說(shuō)明超導(dǎo)元件的制造工序的圖。 圖6是說(shuō)明超導(dǎo)元件的制造工序的圖。 圖7是說(shuō)明超導(dǎo)元件的制造工序的圖。 圖8是說(shuō)明超導(dǎo)元件的制造工序的圖。 圖9是說(shuō)明超導(dǎo)元件的制造工序的圖。 圖IO是說(shuō)明超導(dǎo)元件的制造工序的圖。 圖11是說(shuō)明中子檢測(cè)元件部的工作例的曲線圖。 圖12是表示基體材料的背面部的厚度與輸出信號(hào)的衰減期間的關(guān) 系的曲線圖。
圖13是表示基體材料的背面部的厚度與輸出信號(hào)峰值電壓的關(guān)系 的曲線圖。
圖14是中子檢測(cè)裝置的縱剖面圖。 圖15是中子成像傳感器的示意圖。
圖16是中子成像傳感器中的中子檢測(cè)元件部的配置說(shuō)明圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明
I 電才及部 2帶狀線
5散熱設(shè)定單元 10基體材料
II SiN層(電介質(zhì)材料)
16 電流部(電阻測(cè)定單元)
17 電壓部(電阻測(cè)定單元)
18信號(hào)處理部(電阻測(cè)定單元)
20 超導(dǎo)元件
30中子成像傳感器
具體實(shí)施例方式
本申請(qǐng)的中子檢測(cè)裝置具備多個(gè)中子檢測(cè)元件部21。因而，首先從 單個(gè)中子檢測(cè)元件部21的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
圖1所示的是具有超導(dǎo)元件20的中子檢測(cè)元件部21的概略圖，圖 2所示的是沿圖1的線段A - A的縱剖面圖。
如圖l和圖2所示，超導(dǎo)元件20具有至少一個(gè)表面由電介質(zhì)材 料形成的基體材料10、在該表面上形成的包含MgB2的超導(dǎo)材料的帶狀 線2和在該帶狀線2的兩端部分形成的電極部1。而且，當(dāng)帶狀線2中 的1GB與中子進(jìn)行核反應(yīng)，則由于該核反應(yīng)引起的發(fā)熱使上述帶狀線2 出現(xiàn)電阻值的變化。當(dāng)電流部16在將帶狀線2冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 Tc附近或其以下的溫度的狀態(tài)下在上述電極部1間流過(guò)電流，通過(guò)電壓 部17測(cè)定帶狀線2的電位差，從而帶狀線2的電阻值的變化由信號(hào)處 理部18導(dǎo)出?；蛘?，當(dāng)電壓部17在將上述帶狀線2冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫 度Tc附近或其以下的溫度的狀態(tài)下在上述電極部1間施加恒定電壓， 通過(guò)電流部16測(cè)定帶狀線2的電流，從而帶狀線2的電阻值的變化由 信號(hào)處理部18導(dǎo)出。因而，電流部16、電壓部17和信號(hào)處理部18具 有作為電阻測(cè)定單元的功能。
圖3所示的是表示形成帶狀線2之前的MgB2的溫度與電阻值的關(guān) 系的圖。
帶狀線2的超導(dǎo)材料在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc以下時(shí)電阻大致為零，當(dāng) 受到熱能的影響溫度上升ATc、達(dá)到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc以上，則產(chǎn)生電 阻RN。另外，當(dāng)將帶狀線2的超導(dǎo)材料冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc以 下，則電阻再次大致為零。例如，在將帶狀線2冷卻到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 Tc以下的狀態(tài)下，在因帶狀線2中的1QB與中子進(jìn)行核反應(yīng)而發(fā)熱時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生電阻，直至帶狀線2再次達(dá)到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc以下為止。也 就是說(shuō)，通過(guò)測(cè)定帶狀線2的電阻值，可檢測(cè)帶狀線2中的1QB與中子
是否進(jìn)行了核反應(yīng)。換言之，通過(guò)測(cè)定帶狀線2的電阻值，可進(jìn)行中子 的斗全測(cè)。
另外，如圖2所示，在該超導(dǎo)元件20中，在與形成有帶狀線2的 表面相反一側(cè)的基體材料10的背面部，設(shè)置設(shè)定因上述核反應(yīng)引起的 發(fā)熱的散熱性的散熱設(shè)定單元5。如圖3所示，從帶狀線2中的溫度與 電阻值的關(guān)系可知，如因帶狀線2中的核反應(yīng)而發(fā)熱，則帶狀線2的溫 度上升，從而電阻值上升。然后，如因核反應(yīng)所發(fā)出的熱散去，則帶狀 線2的溫度降低，從而電阻值減少。也就是說(shuō)，如用散熱設(shè)定單元5進(jìn) 行設(shè)定，使帶狀線2中所產(chǎn)生的熱的散熱性得到改善，則因核反應(yīng)所發(fā) 出的熱快速散去，于是帶狀線2的溫度也快速降低，所以中子檢測(cè)的時(shí) 間分辨能力得到提高。另外，如用散熱設(shè)定單元5進(jìn)行設(shè)定，使帶狀線 2中所產(chǎn)生的熱的散熱性變差，則因核反應(yīng)所發(fā)出的熱局部滯留，于是 帶狀線2的溫度也易于長(zhǎng)時(shí)間上升，所以中子檢測(cè)的靈敏度得到提高。
接著，參照?qǐng)D4至圖10，說(shuō)明在圖1和圖2中所例示的超導(dǎo)元件20 的制造工序。
圖4所示的是形成超導(dǎo)元件20的基體材料10的結(jié)構(gòu)。該基體材料 IO是在用SiCb層12、 14 (厚度300nm)夾持了 Si層13 (厚度400|iim ) 的兩面的結(jié)構(gòu)上將SiN層(厚度成膜后的產(chǎn)物。因而，Si02層12 和SiN層11的層疊結(jié)構(gòu)具有使帶狀線2的熱在下方通過(guò)而散去的作為 隔膜層的作用。
接著，如圖5所示，在上述SiN層ll上，使作為超導(dǎo)材料的MgB2 層(厚度170nm)成膜。通過(guò)濺射形成該MgB2層，主要含1QB。該MgB2 層的一部分成為帶狀線2。然后，如圖6所示，對(duì)MgB2層進(jìn)行刻蝕， 使之成為圖1所示的曲折形狀。此時(shí)，通過(guò)用電子束對(duì)MgB2層上所形 成的抗蝕劑進(jìn)行描繪，用ECR等離子體進(jìn)行刻蝕，得到圖1所示的線 寬和線間隔約為lpm的曲折形狀。接著，如圖7所示，形成用于保護(hù) MgB2層的保護(hù)層(SiO) 3。之所以形成該保護(hù)層3，是因?yàn)榭煞乐箻?gòu)成 帶狀線2的超導(dǎo)材料在常溫的空氣中自然氧化而使超導(dǎo)特性差的緣故。 其后，為了制作圖1所示的電極部1,對(duì)保護(hù)層3部分地進(jìn)行刻蝕，使 MgB2層露出。然后，通過(guò)在MgB2層的露出部分淀積電極材料，得到圖 8所示的結(jié)構(gòu)。
如上所述，在構(gòu)成中子檢測(cè)元件部21的超導(dǎo)元件20中，制作檢測(cè)
中子一側(cè)即基體材料10的表面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)。
接著，參照?qǐng)D2、圖9和圖10，說(shuō)明基體材料10的背面部的結(jié)構(gòu)。 如上所述，在與形成有帶狀線2的表面相反一側(cè)的基體材料10的背面 部，設(shè)置設(shè)定因帶狀線2中的超導(dǎo)元素與中子的核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散 熱性的散熱設(shè)定單元5。圖9示出了在圖8所示的結(jié)構(gòu)的表面?zhèn)群捅趁?側(cè)涂敷了抗蝕劑層15后，除去在背面部所涂敷的抗蝕劑層15的一部分 而形成了掩模的狀態(tài)。此時(shí)，之所以也在表面?zhèn)韧糠罂刮g劑層15,是因 為在以后的刻蝕工序中可使在基體材料10的表面?zhèn)人纬傻谋Ｗo(hù)層 3、電極部l、帶狀線2免受損傷的緣故。
圖IO所示的是通過(guò)刻蝕除去了圖9所示的背面部的Si02層14的一 部分的結(jié)構(gòu)。該刻蝕工序可利用反應(yīng)性離子刻蝕(RIE: Reactive Ion Etching)等干法刻蝕或使用了 BHF溶液的濕法刻蝕進(jìn)行。其后，如圖9 所示，采取使用了 EDP (乙二胺鄰苯二酚)的各向異性濕法刻蝕以除去 空出了窗部分的Si層13。其結(jié)果是，在圖2所示的基體材料IO的背面 部形成除去了 Si層13的凹部。此時(shí)，通過(guò)刻蝕除去Si層13的范圍與 在基體材料10的表面?zhèn)刃纬闪饲坌螤畹膸罹€2的范圍相對(duì)應(yīng)。 如上所述，可形成圖1和圖2所示的超導(dǎo)元件20。 接著，說(shuō)明具備上述超導(dǎo)元件20的中子檢測(cè)元件部21的特性。 如圖1所示，在電極部1之間，連接能夠使電流流到帶狀線2的電 流源或可用作能夠測(cè)定所流過(guò)的電流的電流計(jì)的電流部16、與能夠?qū)?狀線2施加電壓的電壓源或可用作能夠測(cè)定所生成的電位差的電壓計(jì)的 電壓部17。另夕卜，設(shè)置可根據(jù)用電流部16和電壓部17所得到的電流值 和電位差來(lái)導(dǎo)出帶狀線2的電阻值的電阻測(cè)定單元。從而，電阻測(cè)定單 元可用電流部16、電壓部17和信號(hào)處理部18實(shí)現(xiàn)。
在后面將要述及的本發(fā)明的中子檢測(cè)裝置中，通過(guò)設(shè)定刻蝕深度， 可適當(dāng)?shù)刈兏凶訖z測(cè)元件部21的基體材料10的背面部的厚度，即在 本例中是通過(guò)刻蝕Si層13所設(shè)定的SiN層ll、 SiCb層12和Si層13 (其中，Si層13的厚度也可定為零)的厚度。而且，通過(guò)改變Si層13 的厚度，可使因帶狀線2中的核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散熱性發(fā)生變化。在 此處，通過(guò)基體材料10的背面部的厚度(圖14中的tl和t2)的設(shè)定來(lái) 構(gòu)成散熱設(shè)定單元5。而且，通過(guò)增厚基體材料10的背面部，可改善上 述散熱性；通過(guò)減薄基體材料10的背面部，可使上述散熱性差。即，
當(dāng)增厚基體材料io的背面部，則被該背面部奪取的帶狀線附近的熱量 增多。其結(jié)果是，在因核反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量之中，雖然在帶狀線附近滯 留的熱量減少，但可縮短熱的滯留時(shí)間，改善散熱性。由此，可使帶狀 線中的超導(dǎo)元素與中子的核反應(yīng)的時(shí)間分辨能力提高。另一方面，當(dāng)減 薄基體材料10的背面部，則被該背面部奪取的帶狀線附近的熱量減少。 其結(jié)果是，在因核反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量之中，雖然在帶狀線附近的熱的滯 留期間延長(zhǎng)，散熱性差，但可增大所滯留的熱量。由此，可提高帶狀線 中的超導(dǎo)元素與中子的核反應(yīng)的檢測(cè)靈敏度。
圖11所示的是說(shuō)明中子檢測(cè)元件部21的工作例的曲線圖。具體地 說(shuō)，是在電流部16中一邊流過(guò)恒定電流一邊用電壓部17測(cè)定電壓(電 位差)的結(jié)果，特性A是改善了散熱設(shè)定單元5的散熱性時(shí)的結(jié)果，以 及特性B是使散熱設(shè)定單元5的散熱性差時(shí)的結(jié)果。具體地說(shuō)，對(duì)于相 當(dāng)于圖14中的用tl或t2所示的部分的基體材料IO的背面部的厚度， 特性A是使該厚度為380[pm]時(shí)的結(jié)果，特性B是使該厚度為100[pm] 時(shí)的結(jié)果。從圖ll可知，在特性A中，雖然所;險(xiǎn)測(cè)的電壓的絕對(duì)值減 小，但檢測(cè)電壓的期間卻縮短，從而可以說(shuō)時(shí)間分辨能力得到提高。另 外，在特性B中，雖然檢測(cè)電壓的期間延長(zhǎng)，但所檢測(cè)的電壓的絕對(duì)值 卻增大，從而可以說(shuō)檢測(cè)靈敏度得到提高。
另外，圖12是表示基體材料10的背面部的厚度與輸出信號(hào)的衰減 期間的關(guān)系的曲線圖。另外，圖13是表示基體材料10的背面部的厚度 與輸出信號(hào)峰值電壓的關(guān)系的曲線圖。如這些曲線圖所示，可知基體材 料10的背面部的厚度越厚，輸出信號(hào)的衰減時(shí)間就越短，從而呈現(xiàn)時(shí) 間分辨能力優(yōu)越的特性。另一方面，可知基體材料10的背面部的厚度 越薄，輸出信號(hào)的峰值電壓就越大，從而呈現(xiàn)檢測(cè)靈敏度優(yōu)越的特性。 再有，在這些曲線圖中，2個(gè)黑圓點(diǎn)為實(shí)測(cè)值，虛線表示這些關(guān)系的推 測(cè)值。
圖14所示的中子檢測(cè)裝置在同一基體材料IO上具備與上述裝置有 同樣結(jié)構(gòu)的2個(gè)中子沖全測(cè)元件部21a、 21b。而且，在這些中子檢測(cè)元件 部21a、 21b間，由于基體材料10的背面部的厚度互不相同，故使因帶 狀線2中的核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散熱性互不相同。具體地說(shuō)，在圖14 中，右側(cè)的中子檢測(cè)元件部21a的基體材料10的背面部的厚度tl比左 側(cè)的中子檢測(cè)元件部21b的基體材料10的背面部的厚度t2厚(tl>t2 )。
由此，右側(cè)的中子檢測(cè)元件部21a成為由散熱設(shè)定單元5得到的散熱性 比左側(cè)的中子檢測(cè)元件部2lb良好且時(shí)間分辨能力得到提高的分辨能力 優(yōu)先型的中子檢測(cè)元件部21。即，該右側(cè)的中子檢測(cè)元件部21a的散熱 設(shè)定單元5具有作為按照基體材料10的背面部的厚度tl的設(shè)定而設(shè)定 時(shí)間分辨能力的時(shí)間分辨能力設(shè)定部7的功能。另一方面，左側(cè)的中子 檢測(cè)元件部21b被構(gòu)成為其基體材料10的背面部的厚度t2比右側(cè)的中 子檢測(cè)元件部21a的基體材料10的背面部的厚度tl薄。由此，左側(cè)的 中子檢測(cè)元件部21b成為由散熱設(shè)定單元5得到的散熱性比右側(cè)的中子 檢測(cè)元件部21a差且使靈敏度得到提高的靈敏度優(yōu)先型的中子檢測(cè)元件 部21。即，該左側(cè)的中子檢測(cè)元件部21b的散熱設(shè)定單元5具有作為通 過(guò)基體材料10的背面部的厚度t2的設(shè)定而設(shè)定靈敏度的靈敏度設(shè)定部 8的功能。再有，這2個(gè)中子檢測(cè)元件部21a、 21b除基體材料10的背 面部的厚度tl、。以外的結(jié)構(gòu)互相相同。
通過(guò)形成為圖14所示的結(jié)構(gòu)，中子檢測(cè)裝置可進(jìn)行由分辨能力優(yōu) 先型的中子檢測(cè)元件部21a得到的時(shí)間分辨能力優(yōu)越的中子檢測(cè)、以及 由靈敏度優(yōu)先型的中子檢測(cè)元件部21b得到的檢測(cè)靈敏度優(yōu)越的中子檢 測(cè)這兩方面。
圖15所示的是將多個(gè)上述中子檢測(cè)元件部21排列配置成二維陣列 狀的中子成像傳感器30的概略圖。該中子成像傳感器30由多個(gè)中子檢 測(cè)元件部21以及垂直傳送用CCD22和水平傳送用CCD23構(gòu)成。多個(gè) 中子檢測(cè)元件部21在使因帶狀線2中的核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散熱性發(fā) 生變化時(shí)輸出因電阻變化而產(chǎn)生的電流信號(hào)或電壓信號(hào)。垂直傳送用 CCD22和水平傳送用CCD23傳送這些信號(hào)。如圖14所示，在多個(gè)中子 檢測(cè)元件部21間，其散熱性互不相同。各中子檢測(cè)元件部21的結(jié)構(gòu)與 圖1所示的結(jié)構(gòu)相同。因此，電流部16、電壓部17和信號(hào)處理部18是 被獨(dú)立地設(shè)置在多個(gè)中子檢測(cè)元件部21的各個(gè)上以測(cè)定其電阻值的結(jié) 構(gòu)。而且，信號(hào)處理部18用噪聲濾波器、放大器等檢測(cè)電流信號(hào)或電 壓信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)出電流信號(hào)或電壓信號(hào)，則在一定時(shí)間的期間輸出恒定 的電流，而不管該信號(hào)強(qiáng)度如何。由此，電荷被蓄積在垂直傳送用CCD22 中?；蛘撸盘?hào)處理部18通過(guò)噪聲濾波器檢測(cè)電流信號(hào)或電壓信號(hào)， 并將其放大至一定的信號(hào)強(qiáng)度，在一定時(shí)間的期間輸出恒定的電流，而 不管該信號(hào)強(qiáng)度如何。由此，電荷被蓄積在垂直傳送用CCD22中。而
且，被蓄積在垂直傳送用CCD22中的電荷被傳送到水平傳送用 CCD23，最終作為表示二維圖像的數(shù)據(jù)被輸出。其結(jié)果是，二維的中子 檢測(cè)成為可能。再有，理想情況是，構(gòu)成該中子成像傳感器30的多個(gè) 中子檢測(cè)元件部21、垂直傳送用CCD22和水平傳送用CCD23采取被設(shè) 置在同一基體材料io上的結(jié)構(gòu)。
圖16所示的是將多個(gè)上述中子檢測(cè)元件部21排列配置成二維陣列 狀的中子成像傳感器30的說(shuō)明圖，其中，示出了在中子檢測(cè)元件部21 間使其散熱性按4個(gè)等級(jí)(level)呈現(xiàn)不同的情況下的配置。在圖中， 作出不同模樣陰影線的中子檢測(cè)元件部21具有不同的散熱性。因此， 該中子成像傳感器30能夠以4個(gè)等級(jí)的時(shí)間分辨能力和檢測(cè)靈敏度進(jìn) 行中子的檢測(cè)。在本例中，以配置成2行2列的4個(gè)散熱性不同的中子 檢測(cè)元件部21為一組檢測(cè)單元24，按二維配置多組檢測(cè)單元24，構(gòu)成 中子成像傳感器30。再有，在中子檢測(cè)元件部21間使其散熱性按多個(gè) 等級(jí)呈現(xiàn)不同而構(gòu)成的情況下，也有可能將該散熱性定為2個(gè)等級(jí)或3 個(gè)等級(jí)，或者定為5個(gè)等級(jí)以上。在這些情況下，關(guān)于各等級(jí)的中子檢 測(cè)元件部21的配置，具有相同等級(jí)的散熱性的中子檢測(cè)元件部21彼此 之間最好不要局部化配置。
<其它實(shí)施方式〉
<]〉
在上述實(shí)施方式中，圖示的超導(dǎo)元件的材料、形狀、尺寸、電極部 IO的配置等也可改變。例如，在上述實(shí)施方式中，形成了包含作為超導(dǎo) 材料的MgB2的帶狀線2，但也可在Nb、 NbN等超導(dǎo)材料上或超導(dǎo)材料 下形成蒸鍍了含1QB薄膜的化合物薄膜的曲折形狀的帶狀線。另外，在 上述實(shí)施方式中，示出了作為超導(dǎo)材料包含MgB2、上述帶狀線2中的 1QB與中子進(jìn)行核反應(yīng)的例子，但也可以是這二個(gè)組合以外的組合。
此外，也可變更位于帶狀線2的下方的構(gòu)成基體材料10的各層的 厚度和構(gòu)成基體材料10的層數(shù)等。另外，將帶狀線2描繪成圖1所示 的曲折形狀，但也可改變成只是直線之類的其它形狀。
<2〉
在上述實(shí)施方式中，如圖2和圖14所示，按照因刻蝕Si層13而形 成的凹部的深度的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了散熱設(shè)定單元，但也可用其它的結(jié)構(gòu)來(lái) 實(shí)現(xiàn)。例如，通過(guò)在因刻蝕形成的凹部淀積導(dǎo)熱性好或差的物質(zhì)等等而
進(jìn)行埋入，從而也可設(shè)定因帶狀線2中的核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散熱性。
<3〉
在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了使帶狀線2的熱通過(guò)下方而散去的隔膜 層由Si02層12和SiN層11的層疊結(jié)構(gòu)形成的例子，但隔膜層的結(jié)構(gòu)并 不限定于此。例如，在Si層13上可形成對(duì)SiCb層12或SiN層11成膜
后的單層結(jié)構(gòu)的隔膜層，也可在其上形成帶狀線2。或者，也可將隔膜 層形成為3層以上的多層結(jié)構(gòu)。
另外，構(gòu)成隔膜層的材料也可以是上述Si〇2和SiN以外的材料。
工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的中子檢測(cè)裝置和中子成像傳感器可在例如原子反應(yīng)堆內(nèi) 的中子檢測(cè)及應(yīng)用了中子衍射的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析等中得到應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種中子檢測(cè)裝置，其中，具備多個(gè)中子檢測(cè)元件部，該中子檢測(cè)元件部具有超導(dǎo)元件，其具有至少一個(gè)表面由電介質(zhì)材料形成的基體材料、在上述表面上形成的超導(dǎo)材料的帶狀線、以及在上述帶狀線的兩端部分形成的電極部；電阻測(cè)定單元，利用上述帶狀線的電阻值的變化來(lái)測(cè)定因上述帶狀線中的超導(dǎo)元素與中子的核反應(yīng)引起的發(fā)熱；以及散熱設(shè)定單元，在與形成有上述帶狀線的上述表面相反一側(cè)的上述基體材料的背面部，設(shè)定因上述核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散熱性，在上述中子檢測(cè)元件部之間，使上述散熱性不同。
2. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中， 上述多個(gè)中子檢測(cè)元件部設(shè)置在同一上述基體材料上。
3. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中，具備3個(gè)以上的上述中子檢測(cè)元件部，在上述中子檢測(cè)元件部之間 使上述散熱性按3個(gè)以上的等級(jí)呈現(xiàn)不同。
4. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中，通過(guò)上述基體材料的上述背面部的厚度的設(shè)定，來(lái)構(gòu)成上述散熱設(shè) 定單元。
5. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中， 在上述中子檢測(cè)元件部之間上述基體材料的上述背面部的厚度互不相同。
6. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中， 上述電阻測(cè)定單元對(duì)上述多個(gè)中子4全測(cè)元件部的各元件部獨(dú)立測(cè)定電阻值。
7. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中，上述多個(gè)中子檢測(cè)元件部中的 一 部分是使由上述散熱設(shè)定單元得 到的上述散熱性比其它的上述中子檢測(cè)元件部?jī)?yōu)良并使時(shí)間分辨能力 提高的分辨能力優(yōu)先型的中子檢測(cè)元件部。
8. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中，上述多個(gè)中子檢測(cè)元件部中的 一部分是使由上述散熱設(shè)定單元得 敏度優(yōu)先型的中子檢測(cè)元件部。
9. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中，上述超導(dǎo)材料包含MgB2,構(gòu)成為上述帶狀線中的"B與中子發(fā)生 核反應(yīng)。
10. 如權(quán)利要求1所述的中子檢測(cè)裝置，其中， 上述帶狀線被成為曲折形狀。
11. 一種中子成像傳感器，其中，將多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求i~ io任一項(xiàng)所述的中子檢測(cè)元件部排列配置 成陣列狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可通過(guò)簡(jiǎn)單的裝置結(jié)構(gòu)變更來(lái)設(shè)定靈敏度和時(shí)間分辨能力的中子檢測(cè)裝置。具備多個(gè)中子檢測(cè)元件部，該中子檢測(cè)元件部具有超導(dǎo)元件(20)，其具有至少一個(gè)表面由電介質(zhì)材料(11)形成的基體材料(10)、在表面上形成的超導(dǎo)材料的帶狀線(2)、以及在帶狀線(2)的兩端部分形成的電極部(1)；電阻測(cè)定單元，利用帶狀線(2)的電阻值的變化來(lái)測(cè)定因帶狀線(2)中的超導(dǎo)元素與中子的核反應(yīng)引起的發(fā)熱；以及散熱設(shè)定單元(5)，在與形成有帶狀線(2)的表面相反一側(cè)的基體材料的背面部，設(shè)定由核反應(yīng)引起的發(fā)熱的散熱性，在中子檢測(cè)元件部之間，使散熱性互不相同。
文檔編號(hào)G01T3/04GK101171530SQ200680015600
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月7日
發(fā)明者三木茂人, 佐藤和朗, 四谷任, 石田武和 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu);公立大學(xué)法人大阪府立大學(xué)