ポテンシャル散乱エネルギー領域中性子による元素・核種イメージングの実現

中性子は、強い物質透過能力とその反応性が元素・核種によって異なるという特徴を持ち、X線や電子線等では難しい、厚い物体内部にある元素・核種のイメージングを行える可能性を持つ。しかし、従来の中性子イメージング手法では、複数の構成元素を持ち、かつその中に軽元素が含まれるような物体（例えばリチウムイオン電池や燃料ペレット）に対しては、元素・核種イメージングを行うことが困難であった。本研究では、ポテンシャル散乱エネルギー領域の中性子に着目し、軽元素を含む複数の構成元素・核種を持つ実用製品に対し、元素・核種イメージングが行える手法の開発を目的として研究を実施してきた。本年度は、本研究で開発した手法により評価可能な物質（元素や核種を含む）の組み合わせを調べるため、2物質間における中性子全断面積のエネルギー依存性の違いを示す「全断面積形状差度(DCS)」というパラメータを導入した。そして、様々なDCSを持つ多数の2物質試料を作成し、開発手法を適用した。その結果、DCSが大きい組み合わせ程、開発手法による複数物質の評価精度が高く、DCSがおよそ0.2以上の組み合わせであれば、誤差10％以内で複数物質の評価が行える可能性があることがわかった。従って、開発手法により評価可能な複数物質の指標を得ることができた。また、開発手法による軽元素を含む複数物質の定量イメージングを実証するため、アルミリチウム合金で作成した様々な試料に、開発手法を適用した。作成した試料は、厚さが同じで組成が異なる一連の試料と、異なる厚さを持つ階段状試料とした。定量イメージングの結果、実際の量から10％以内の精度で、試料中のリチウムとアルミニウムの量を妥当にイメージングできた。従って、本研究で開発した手法により、従来の中性子イメージング手法では行えていなかった、軽元素を含む複数物質の定量イメージングが実現できることを実証した。

中性子は、強い物質透過能力とその反応性が元素・核種によって異なるという特徴を持ち、X線や電子線等では難しい、厚い物体内部にある元素・核種のイメージングを行える可能性を持つ。しかし、従来の中性子イメージング手法では、複数の構成元素を持ち、かつその中に軽元素が含まれるような物体（例えばリチウムイオン電池や燃料ペレット）に対しては、元素・核種イメージングを行うことが困難であった。本研究では、ポテンシャル散乱エネルギー領域の中性子に着目し、軽元素を含む複数の構成元素・核種を持つ実用製品に対し、元素・核種イメージングが行える手法の開発を目的として研究を実施してきた。本年度は、本研究で開発した手法により評価可能な物質（元素や核種を含む）の組み合わせを調べるため、2物質間における中性子全断面積のエネルギー依存性の違いを示す「全断面積形状差度(DCS)」というパラメータを導入した。そして、様々なDCSを持つ多数の2物質試料を作成し、開発手法を適用した。その結果、DCSが大きい組み合わせ程、開発手法による複数物質の評価精度が高く、DCSがおよそ0.2以上の組み合わせであれば、誤差10％以内で複数物質の評価が行える可能性があることがわかった。従って、開発手法により評価可能な複数物質の指標を得ることができた。また、開発手法による軽元素を含む複数物質の定量イメージングを実証するため、アルミリチウム合金で作成した様々な試料に、開発手法を適用した。作成した試料は、厚さが同じで組成が異なる一連の試料と、異なる厚さを持つ階段状試料とした。定量イメージングの結果、実際の量から10％以内の精度で、試料中のリチウムとアルミニウムの量を妥当にイメージングできた。従って、本研究で開発した手法により、従来の中性子イメージング手法では行えていなかった、軽元素を含む複数物質の定量イメージングが実現できることを実証した。