JP2001066266A - 浮遊粒子状物質測定装置 - Google Patents

浮遊粒子状物質測定装置

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JP2001066266A
JP2001066266A JP24133199A JP24133199A JP2001066266A JP 2001066266 A JP2001066266 A JP 2001066266A JP 24133199 A JP24133199 A JP 24133199A JP 24133199 A JP24133199 A JP 24133199A JP 2001066266 A JP2001066266 A JP 2001066266A
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rays
ray
photodiode
particulate matter
measuring device
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Akimasa Mega
章正 目賀
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 β線の検出効率を良くした、高電圧電源を必
要としない、比較的安価なβ線浮遊粒子状物質測定装置
を提供する。 【解決手段】 β線源1からのβ線が試料2のろ紙2a
を透過し、フォトダイオード3に入射する。フォトダイ
オード3は、β線の入射量に応じて内部に電荷を発生
し、電流としてその出力信号がアンプ4で増幅され、コ
ンパレータ5でノイズが除去され、カウンタ6に出力さ
れる。カウンタ6はその信号に基づいてβ線の入射量に
対応するカウント数を算出し、そのデータは処理制御装
置7で各種処理され、処理結果が表示装置8に表示され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、浮遊粒子状物質測
定装置に係わり、特に、濾紙に補集した試料ガス中の浮
遊粒子状物質にβ線を照射してその透過量から浮遊粒子
状物質の濃度を測定するβ線浮遊粒子状物質測定装置の
検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のβ線源を用いたβ線浮遊粒子状物
質測定装置においては、図2に示すとおり、浮遊粒子状
物質を吸入するための吸入部11が内蔵され、サンプリ
ング配管12を通して空気中の浮遊粒子状物質を吸入
し、送りリール13と巻き取りリール14で巻き送りで
きるロールろ紙2aを設けて、試料補集部15でそのロ
ールろ紙2a上に空気中の浮遊粒子状物質を補集するも
ので、ロールろ紙2aに一定時間、一定流量の測定対象
気体を通過させて浮遊粒子状物質を集め、これにβ線源
1からβ線を照射して透過するβ線量を検出器16で検
出し、捕集前にβ線源1aと検出器16aで検出した値
と、ロールろ紙2aに補集された浮遊粒子状物質による
β線の吸収の度合いから、空気中の浮遊粒子状物質の濃
度を求めるものである。
【0003】β線の検出器として、Si半導体検出器、
電離箱検出器、GM管検出器、シンチレータ検出器など
がある。Si半導体検出器は大きな受感面を有するもの
は高価であり、高電圧電源を必要とする。電離箱検出器
は高電圧回路及び微弱電流増幅回路を必要とし、回路構
成が複雑になる。GM管検出器は10〜10カウン
トで寿命となり、高電圧回路を必要とする。シンチレー
タ検出器は感度が高いので広く使用されている。
【0004】図3に従来のシンチレータ9を有するβ線
浮遊粒子状物質測定装置の概要構成ブロック図を示す。
この装置は、β線が入射するところにその入射量に応じ
た蛍光を発するプラスチックシンチレータ9と、プラス
チックシンチレータ9により発生した蛍光を光電子に変
換し、増幅してパルス出力信号を出力する光電子増倍管
10と、光電子増倍管10のパルス出力信号を増幅して
増幅パルス出力信号を出力するアンプ4と、増幅パルス
出力信号のノイズを除去してノイズ除去検出信号を出力
するコンパレータ5と、コンパレータ5のノイズ除去信
号に基づいてβ線の入射量に対応するカウント数を算出
してカウントデータを出力するカウンタ6と、カウント
データに基づいて各種処理を行い、処理結果を表示装置
8に表示する処理制御装置7とから構成されている。
【0005】装置の動作は以下のように行われる。β線
源1からのβ線が試料2のろ紙2aを透過し、シンチレ
ータ9に入射する。シンチレータ9は、β線の入射量に
応じて蛍光を発する。その蛍光はライトガイドを介して
光電子増倍管10に導入される。電源10aで動作する
光電子増倍管10は蛍光を光電子に変換し増幅してパル
ス出力信号をアンプ4に出力する。アンプ4はパルス出
力信号をコンパレータ5に出力する。コンパレータ5は
増幅パルス出力信号からノイズを除除しノイズ除去信号
をカウンタ6に出力する。カウンタ6はノイズ除去信号
に基づいてβ線の入射量に対応するカウント数を算出し
てカウントデータを処理制御装置7に出力する。処理制
御装置7はカウントデータに基づいて各種処理を行い、
処理結果を表示装置8に表示する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の浮遊粒子状物質
測定装置は以上のように構成されているが、シンチレー
タ9と光電子増倍管10の組み合わせからなる検出器
は、β線がシンチレータ9に入射し、β線のエネルギー
によってシンチレータ9が励起される。シンチレータ9
には結晶格子で決まるエネルギー準位としての価電子
帯、伝導帯がある。その中間準位をつくるために、通
常、活性化物質とよばれる不純物質が添加されている。
電子はβ線を吸収すると価電子帯から活性物質の励起状
態である中間準位までエネルギー準位があがり、その状
態から活性物質の基底状態の準位まで電子が落ち込む。
この時、シンチレータ9は光子を発生する。単位体積当
たりのβ線の光電吸収率は大きい。そして、この光子は
光電子増倍管10に入る。光電子増倍管10は光電陰極
と複数段からなる2次電子放出電極の電子増倍部(ダイ
ノード)とから構成されている。
【0007】シンチレータ9から放出される光子のエネ
ルギーは約3eVである。光子がこの光電陰極に入り、
光電陰極の仕事関数1.5〜2eVより大きいエネルギ
ーで光電面を励起し、光電子を発生する。その量子効率
は通常20〜30%である。光電陰極からの光電子は2
次電子放出電極に入り、複数段のダイノードで増倍され
る。通常、ダイノード一段当たりの管電圧は200〜3
00Vで増幅率は4〜6倍程度である。したがって、1
0段で約510倍になる。そのため、電源10aとし
て、加速電圧は1000Vから1500Vの直流高電圧
が必要になる。入射β線エネルギーが出力信号になるま
でに、このような中間過程を必要とするためβ線の検出
効率が低下するという問題がある。また、β線に対して
効率のよいシンチレータ9や、シンチレータ9で発光し
た光を光電子増倍管9に導くライトガイドや、受光感応
面の大きい光電子増倍管9などは、価格が高い。さら
に、光電子増倍管に印加する直流の高電圧電源10aを
必要とする等、装置全体として高価なものになるという
課題がある。
【0008】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、β線の検出効率を良くし、さらに、高
電圧電源を必要としない、比較的安価なβ線浮遊粒子状
物質測定装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の浮遊粒子状物質測定装置は、試料ガス中の浮
遊粒子状物質をろ紙に捕集し、そのろ紙をベータ線源と
ベータ線検出器との間にセットして、ベータ線吸収量の
変化により浮遊粒子状物質濃度を定量する測定装置にお
いて、前記ベータ線検出器が、フォトダイオードからな
るものである。
【0010】本発明の浮遊粒子状物質測定装置は、上記
のように構成されており、検出器にフォトダイオードを
用い、このフォトダイオードは半導体のP/N接合部に
光を照射すると電流を発生するもので、この検出器にβ
線が照射されると、β線は半導体内で電子―正孔を生成
しながらエネルギーを失い吸収される。この時、生成し
た電荷は、通常の光検出の場合と同様に取り出すことが
できるので、β線検出が可能である。フォトダイオード
はβ線による電離を直接検知できるので検出効率が高
く、しかも、光電子増倍管のように直流高電圧電源を必
要としない。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の浮遊粒子状物質測定装置
の一実施例を図1を参照しながら説明する。本装置は、
β線源1と、測定用の浮遊粒子状物質をろ紙2a上に捕
集した試料2と、試料を透過したβ線が入射するところ
にその入射量に応じた電荷(電流)を発生するフォトダ
イオード3と、フォトダイオード3の出力信号を増幅し
て増幅パルス出力信号を出力するアンプ4と、増幅パル
ス出力信号のノイズを除去してノイズ除去検出信号を出
力するコンパレータ5と、コンパレータ5のノイズ除去
信号に基づいてβ線の入射量に対応するカウント数を算
出してカウントデータを出力するカウンタ6と、カウン
トデータに基づいて各種処理を行い、処理結果を表示装
置8に表示する処理制御装置7とから構成されている。
【0012】フォトダイオードには、光子を直接電子正
孔対に変換するものと、電子なだれ型フォトダイオード
がある。ここでは、前者のフォトダイオードを用いる。
フォトダイオード3は、P/N接合からなる半導体であ
り、この部分に光を照射すると電流が発生するものであ
る。β線を照射すると、β線は半導体内で電子正孔対を
生成しながらエネルギーを失い吸収される。この時、生
成した電荷は、通常の光検出の場合と同様に外部に電流
として取り出すことができる。従来のシンチレータ9と
光電子増倍管10の組み合わせによる検出器と同様に、
β線の入力信号の大きさに応じて、フォトダイオード3
は電荷を生成し、出力電流を外部に出すことができる。
フォトダイオード3は低電圧回路で駆動され、光電子増
倍管のように高電圧回路を必要としない。さらに、フォ
トダイオード3は光電子増倍管10(電源10aを含
む)のように高価なものではない。フォトダイオード3
は、光電子増倍管10よりも量子効率が高く、その値は
60〜80%であるが、素子内部での増幅がないので、
全体の増幅率は光電子増倍管10に及ばない。しかし、
エネルギー分解能がよく、電力消費量が少ない。
【0013】シンチレーション検出器の問題点はエネル
ギー分解能が悪い点である。エネルギー分解能は統計的
ゆらぎにより決まる。統計的限界を改善するために、パ
ルス当たりの情報キャリアの数を増やすことである。フ
ォトダイオード3では電子正孔対を情報キャリアとして
利用する。電子正孔対をつくるエネルギーは電離エネル
ギーとよばれ、約3〜5eVである。したがって、同じ
入力エネルギーに対するキャリアの数がシンチレーショ
ン検出器より2〜30倍多くなり、統計的ゆらぎの割合
が少なくなる。フォトダイオード3は、比較的速いタイ
ミング特性を持ち、寸法が小さく、頑丈で且つ磁場の影
響を受けにくい。光電子増倍管10では磁気の影響を受
けやすいので、外部の磁気の影響を少なくするために、
通常磁気遮蔽が施されている。
【0014】次に本装置の動作について説明する。β線
源1からのβ線が試料2のろ紙2aを透過しフォトダイ
オード3に入射する。フォトダイオード3は、β線の入
射量に応じて内部に電荷を発生し、電流としてその出力
信号をアンプ4に出力する。アンプ4はパルス出力信号
をコンパレータ5に出力する。コンパレータ5は増幅パ
ルス出力信号からノイズを除去しノイズ除去信号をカウ
ンタ6に出力する。カウンタ6はノイズ除去信号に基づ
いてβ線の入射量に対応するカウント数を算出してカウ
ントデータを処理制御装置7に出力する。処理制御装置
7はカウントデータに基づいて各種処理を行い、処理結
果を表示装置8に表示する。
【0015】
【発明の効果】本発明の浮遊粒子状物質測定装置は上記
のように構成されており、検出器として、従来のような
シンチレータと光電子増倍管を組み合わせた信号変換の
中間過程を経由するものでなく、フォトダイオードを検
出器として、直接、試料を透過したβ線を受けて、内部
で発生した電荷を電流として外部に取り出すことができ
るので、β線の検出効率がよい。さらに、光電子増倍管
のように高電圧電源を必要としないので、比較的安価な
β線浮遊粒子状物質測定装置として利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の浮遊粒子状物質測定装置の一実施例
を示す図である。
【図2】 従来の浮遊粒子状物質測定装置の概略を示す
図である。
【図3】 従来の浮遊粒子状物質測定装置の検出系の構
成を示す図である。
【符号の説明】
1、1a…β線源 2…試料 2a…ろ紙 3…フォトダイ
オード 4…アンプ 5…コンパレー
タ 6…カウンタ 7…処理制御装
置 8…表示装置 9…シンチレー
タ 10…光電子増倍管 10a…電源 11…吸入部 12…サンプリ
ング配管 13…送りリール 14…巻取リー
ル 15…試料捕集部 16、16a…
検出器 17…計測部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料ガス中の浮遊粒子状物質をろ紙に捕集
    し、そのろ紙をベータ線源とベータ線検出器との間にセ
    ットして、ベータ線吸収量の変化により浮遊粒子状物質
    濃度を定量する測定装置において、前記ベータ線検出器
    が、フォトダイオードからなることを特徴とする浮遊粒
    子状物質測定装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090321635A1 (en) * 2007-07-03 2009-12-31 Wuhan Tianhong Instruments Co., Ltd. Beta-ray soot concentration direct readout monitor and method for determining effective sample
CN112326515A (zh) * 2019-08-05 2021-02-05 三星电子株式会社 用于测量微粒物质的装置和方法

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