JP2001166059A

JP2001166059A - 電離箱検出器

Info

Publication number: JP2001166059A
Application number: JP35465699A
Authority: JP
Inventors: Asao Monno; 浅雄門野; Kaoru Masui; 馨増井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】低エネルギー領域まで優れたエネルギー特性を
有する電離箱検出器を提供する。【解決手段】外側電極（図では高圧電極）11a 及びカバ
ー14a をアルミで製作し、封入気体13a に少量のアルゴ
ンガスを混合した窒素ガスを用い、外側電極11a の内面
にα線を遮蔽する遮蔽層111 を形成する。外側電極11a
及びカバー14a の合計厚さと遮蔽層111 の材質及び厚さ
とによって、アルゴンガスの濃度が調整される。遮蔽層
111 は、外側電極11a のアルミ中に含まれる自然放射性
核種から放射されるα線による自己汚染線量によるバッ
クグラウンド値の増大を抑制するために形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はγ線及びＸ線を検
出する電離箱検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電離箱検出器は、その方向特性を良くす
るために、その形状を球形に形成されることが多く、γ
線及びＸ線（以下ではγ線で代表する）を検出する。以
下においては球形の電離箱検出器で説明するが、電離箱
検出器は球形のものに限定されるものではない。

【０００３】図３は、このような球形電離箱検出器（以
下では検出器と略称する）１の外観及び電極構成を示す
部分断面正面図である。検出器１の中心部には、球形で
ステンレス鋼製の集電極12が図示されていない電極保持
部材に保持されており、信号電流を取り出すための図示
されていないリード線を介してアンプに接続されてい
る。この集電極12の外側には、集電極12の中心と同じ中
心をもつ球形でステンレス鋼製の高圧電極11が、集電極
12とは電気的に絶縁されて配置され、図示されていない
高圧電源に接続されている。この高圧電極11の更に外側
には、集電極12の中心と同じ中心をもつ球形でステンレ
ス鋼製のカバー14が配置されている。

【０００４】高圧電極11とその下部の保持部材等とによ
って密閉容器が形成されており、この密閉容器内には封
入気体13として加圧されたアルゴンガスが封入されてい
る。この封入アルゴンガス中にγ線が入射すると、この
γ線とアルゴンガスとが相互作用してアルゴンガスが電
離され、高圧電極11と集電極12との間に印加されている
電界によって、電離されたアルゴンガスはアルゴンイオ
ンと電子とに分離され、その結果として集電極12に電流
信号が流れ、入射γ線が検出される。

【０００５】従来技術の検出器１において、高圧電極11
の厚さが２mm、カバー14の厚さが２mmで、封入アルゴン
ガスの圧力が0.91ＭPaである場合のγ線エネルギーに対
する相対感度（以下ではエネルギー特性という）は、図
４に示す通りである。横軸にはγ線のエネルギーが示さ
れ、縦軸には¹³⁷Csの662 ｋeVのγ線に対する感度を基
準とする相対感度が示されている。高エネルギー領域か
ら漸減してきた相対感度値が1,000 ｋeV前後で底値とな
り、よりエネルギーの小さい領域では増加し、125 ｋeV
でピーク値を示し、それ以下のエネルギーでは急激に減
少している。このような相対感度に対して、従来の検出
器１の相対感度の許容幅は、細い実線で示した領域であ
り、従来技術の検出器１のエネルギー特性はそれを満足
していた。しかし、顧客の要求がより厳しくなり、図４
において点線で示したような±15％を許容幅とし、それ
を満足する最低エネルギーを80ｋeV、60ｋeV、50ｋeVと
低エネルギー側に広げられてきている。従来の検出器１
ではこのような厳しい特性仕様を満足させることは困難
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
記のような厳しい特性仕様を満たす優れたエネルギー特
性をもつ電離箱検出器を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の発明者は、従
来技術の問題点を解決するために、まず、カバー14の材
質をステンレス鋼から密度の小さいアルミに変更し、且
つ外側電極（図３における高圧電極に相当し、図におい
ては高圧電極と記述）11の厚さを２mmから1.5mm にし
て、エネルギー特性を測定した。その測定結果が図５に
○で示されている。カバーなしでもエネルギー特性を測
定し、その結果は◇で示されている。これらの結果を図
４と比較すると、ピーク位置が低エネルギー側へ移動
し、ピーク値が高くなっている。なお、カバーの有無の
差は小さく、３mm厚程度のアルミでは低エネルギー側の
相対感度が僅かに下方に移動するだけであり、その影響
は小さいことが分かる。

【０００８】ここで、図３における高圧電極11を外側電
極11と表現したのは、外側電極が常に高圧電極になると
は限らないからである。次に、アルゴンガスを窒素ガス
に置き換えてエネルギー特性を測定した。この場合の封
入ガス圧は従来例と同じの0.91ＭPaである。その測定結
果が図５の□及び△に示されている。□は３mm厚のアル
ミ製カバーがある場合であり、△はカバーのない場合で
ある。両方の場合において、相対感度はピークをもた
ず、200 ｋeV以下で単調に減少する。更に、窒素ガスの
場合もアルゴンガスの場合と同様に、カバーの有無の差
は小さく、３mm厚程度のアルミでは低エネルギー側の相
対感度が僅かに下方に移動するだけであり、その影響は
小さい。

【０００９】以上の結果から、外側電極及びカバーの材
料をステンレス鋼からアルミに変更すれば、低エネルギ
ー側まで高い感度を確保することができ、且つ、封入ガ
スをアルゴンガスから、窒素ガスを主成分として、窒素
ガスより低エネルギー側の感度が高いガス、例えばアル
ゴンガス、を少量混合した混合ガスに変更すれば、低エ
ネルギー側でのピークを下げることができ、両者の効果
によって課題を達成できる可能性があることを見出し
た。

【００１０】図６はその可能性の検討結果を示すエネル
ギー特性線図である。この場合の外側電極及びカバーに
は共に３mm厚のアルミを用いた。図において、◇はアル
ゴンガスを封入した場合、○は窒素ガスを封入した場
合、□は窒素ガスとアルゴンガスを１：１で混合した混
合ガスを封入した場合を示している。アルゴンガスの場
合及び混合ガスの場合には、低エネルギー側で急激に相
対感度が増加しているが、窒素ガスが混合されている方
がピークの高さが低くなっている。窒素ガスだけの場合
には、低エネルギー側で単調に減少しているが、80ｋeV
までは±15％以内を満足している。これは、カバーだけ
ではなく外側電極もアルミ製に変更したことによる効果
である。

【００１１】ここで、混合ガスの最適構成比を把握する
ために、図６と同じ構成、すなわち、外側電極及びカバ
ーにそれぞれ３mm厚のアルミを使用した場合において、
アルゴンガスの濃度を変化させて、エネルギー特性を測
定した。図７は、その測定結果の一部で、混合ガス中の
アルゴンガスの濃度を２〜４モル％の範囲で変化させた
場合のエネルギー特性線図である。図において、○はア
ルゴンガス濃度が２モル％、◇は３モル％、□は４モル
％の場合に相当する。アルゴンガス濃度が２モル％の場
合においては55ｋeVまでは±15％以内を満足しており、
４モル％の場合においては、75ｋeV近傍で上限値である
＋15％近くまで増加するが、50ｋeVより小さいエネルギ
ーになって下限値である−15％を割り込む。

【００１２】図８は、図６の場合と同じ構成において、
アルゴンガス濃度をパラメータとしてシミュレーション
計算により算出したエネルギー特性線図であり、図７に
示した実測結果と非常によく一致している。アルゴンガ
ス濃度が０モル％の場合には、80ｋeVよりやや小さいエ
ネルギーで下限値を割り込んでおり、アルゴンガス濃度
が６モル％の場合には、100 ｋeV以下の領域で上限値を
越えている。この結果から、60ｋeVまで許容幅を満足さ
せるためには、アルゴンガス濃度を２〜４モル％とする
ことが必要であり、50ｋeVまで許容幅を満足させるため
には、3.5 〜４モル％にする必要があることが分かる。

【００１３】なお、この検討においては、窒素ガスに少
量のアルゴンガスを混合したが、クリプトンガスやキセ
ノンガスも同様に有効であると考えられる。次に、アル
ゴンガス濃度を３モル％に固定し、アルミ製の高圧電極
及びアルミ製のカバーの合計厚さを変えた場合のエネル
ギー特性をシミュレーション計算により算出した。図９
はその計算結果を示すエネルギー特性線図である。図９
において、○はアルミの合計厚さが３mmの場合、◇は４
mmの場合、□は６mmの場合、△は８mmの場合を示してい
る。

【００１４】アルミの合計厚さが厚くなると、エネルギ
ー特性の低エネルギー側の相対感度が低下し、アルミの
合計厚さが薄い場合には、逆に、エネルギー特性の低エ
ネルギー側の相対感度が上昇してくる。図８のエネルギ
ー特性と比較すると、アルミの合計厚さを３mm増加させ
ることが、アルゴンガスの濃度をほぼ１モル％減少させ
ることに相当していることが分かる。したがって、アル
ミの合計厚さを厚くする場合には、アルゴンガス濃度を
それに見合う分だけ増大させることが必要であり、アル
ミの合計厚さを薄くする場合には、アルゴンガス濃度を
それに見合う分だけ低減させることが必要である。

【００１５】図７においては、アルミの合計厚さが６mm
であり、それに見合うアルゴンガス濃度が２〜４モル％
であった。これに対して、アルミの合計厚さが必要最少
値である２mmの場合には、アルゴンガス濃度は0.5 〜2.
5 モル％であることが適当であり、アルミの合計厚さが
10mmの場合には、アルゴンガス濃度は3.5 〜5.5 モル％
であることが適当である。

【００１６】なお、アルミの合計厚さを10mm以上にする
場合にも、同様の考え方は有効であると考えられる。例
えば、アルミの合計厚さが実用上厚過ぎると考えられる
15mmの場合においては、アルゴンガス濃度を６モル％前
後にすればよい。以上の説明から明らかなように、外側
電極及びカバーをアルミ製とし、封入ガスとして所定濃
度のアルゴンガスを含む窒素ガスを使用すれば、エネル
ギー特性に対する厳しい要求を満足させることができる
検出器を製造することができる。しかし、外側電極及び
カバーをアルミ製に変更した検出器のバックグラウンド
値が、表１に示すように、従来のステンレス鋼製の場合
に比べて増大することが判明し、バックグラウンド値の
低減対策が必要となってきた。

【００１７】表１において、ＳＵＳ製は従来の検出器を
示し、アルミ製は外側電極及びカバーにそれぞれ３mm厚
のアルミを使用し、３モル％のアルゴンガスを含む窒素
ガスを封入した検出器を示し、差分はアルミ製に変更す
ることで増加したバックグラウンド値を示している。このバックグラウンド値の増加分は、表１に示したよう
に、環境条件の大きく異なる４種類の状況においてほぼ
同等に発生している、と判断することができる。したが
って、この増加分は、外側電極をアルミ製に変更したこ
とに伴う自己汚染線量の増加であろう、と推定される。
この検出器が使用される場合における最少の測定値は10
ｎGy／ｈ程度であるから、バックグラウンド値が約20ｎ
Gy／ｈも増加することは避けるべきことであり、バック
グラウンド値の増加分の低減が課題となる。

【００１８】なお、外側電極及びカバーに使用したアル
ミの材質は、加工性及び強度を配慮して、耐食アルミと
した。耐食アルミには、0.25％のSi、0.4 ％のFe、0.1
％のCu、0.1 ％のMn、2.2 〜2.8 ％のMg、0.15〜0.35％
のCr、0.1 ％のZnが含まれている。自己汚染線量は、検
出器の構成材料中に含まれている天然放射性核種から放
射された放射線が集電極と外側電極との間の空間に到達
して封入気体を電離させることによって発生する線量で
ある。

【００１９】天然放射性核種からの放射線がα線の場合
には、そのエネルギーが４ＭeV〜９ＭeVの範囲にあり、
最大値である8.8 ＭeVとしても、封入気体中の飛程が10
mm以下と短く、構成材料から検出器の内部の封入気体中
に到達したα線は、その全てのエネルギーを封入気体を
電離させるのに消費する。したがって、封入気体中に到
達したα線は全て自己汚染線量に関与する。ただし、α
線は構成材料中の飛程も短いので、構成材料の全体が自
己汚染線量に関与するのではなく、封入気体に接触して
いる面から厚さ40μm 弱（アルミの場合）の領域の材料
だけが自己汚染線量に関与し、この領域に含まれている
天然放射性核種が問題となる。この領域より外側の部分
は、その内側の材料がα線の遮蔽層となるので、自己汚
染線量には関与しない。ステンレス鋼等のアルミより密
度の大きな材料の場合には、この領域の厚さは、その密
度に反比例して小さくなる。

【００２０】一方、放射線がβ線の場合には、そのエネ
ルギーが10ｋeV台から３ＭeV程度までに分布し、そのエ
ネルギーによって飛程も大きく異なるので、自己汚染線
量に対する関与の仕方を簡単に推定することは難しい。
概略的に考察すると以下の通りである。エネルギーが約
100 ｋeVのβ線は、上記のα線とほぼ同等の飛程をもっ
ている。したがって、そのエネルギーレベルがα線の数
10分の１であることから判断して、100 ｋeV以下のエネ
ルギーのβ線は、殆ど自己汚染線量に関与しないと判断
できる。

【００２１】しかし、エネルギーが約１ＭeVのβ線は、
封入気体中の飛程が約300 mmであって、外側電極の内径
と同等であり、アルミ中の飛程も同様に大きくなって外
側電極の厚さと同等になる。そのため、外側電極全体に
含まれる天然放射性核種が自己汚染線量に関与し、その
エネルギーも大きく、且つエネルギーの大部分が検出器
の信号電流となる可能性をもっているので、エネルギー
が１ＭeV近傍のβ線を無視することはできないと推定さ
れる。

【００２２】更にエネルギーが大きいβ線は、封入気体
中の飛程が外側電極の内径より大きくなり、封入ガス中
で消費するエネルギーの割合が減少し、自己汚染線量に
関与する天然放射性核種の数は材料の厚さで制限され
る。したがって、この場合も、自己汚染線量に対する関
与が１ＭeV近傍のβ線に比べて少なくなると推定され
る。

【００２３】γ線は封入気体との相互作用の確率が低い
ので、自己汚染線量には殆ど関与しないと考えられる。
上述したように、耐食アルミ製の外側電極及びカバーに
変更したことによるバックグラウンド値の増加分は、外
側電極及びカバーを、厚さ２mmのステンレス鋼から厚さ
３mmの耐食アルミに変えたことによる自己汚染線量の増
加に起因すると考えねばならない。

【００２４】耐食アルミへの変更に伴う自己汚染線量の
増加の要因として想定できるものは以下の通りである。 1) 耐食アルミはステンレス鋼に比べて密度が小さいの
で、α線及びβ線の飛程が長く、検出器内部の封入気体
に到達する放射線の源となる領域の厚さが厚く、その結
果として自己汚染に関与する天然放射性核種の数が多く
なっている。

【００２５】2) 耐食アルミに含まれる天然放射性核種
の含有率が高い。のいずれか、あるいは両方であると考
えられる。上記の説明から明らかなように、自己汚染線
量は主にα線成分及びβ線成分であると考えられるか
ら、外側電極の内面にα線を遮蔽する遮蔽層を形成する
ことによって、バックグラウンド値の増加分をある程度
は低減することができると考えられる。遮蔽層として
は、天然放射性核種の含有率の低い材料、あるいは天然
放射性核種の含有率が同程度であれば密度の高い材料が
有効である。天然放射性核種から放射されるα線のエネ
ルギーは最大8.8 ＭeVであるから、このエネルギーに相
当する飛程並みの厚さの遮蔽層を形成すれば、外側電極
から検出器の内部に向けて放射されるα線を遮蔽するこ
とができる。

【００２６】上記の考え方に基づいて、α線の遮蔽層を
もつ検出器を試作し、その効果を検討した。天然放射性
核種の含有率の低い材料が不明であるので、ここでは、
α線成分の遮蔽層として、厚さ５μm の銅メッキ層の上
に酸化防止膜を兼ねた厚さ５μm のニッケルメッキ層の
積層メッキ層を採用し、外側電極の内面にその積層メッ
キ層を形成した。表２はこの検出器と従来の検出器とで
測定したバックグラウンド値であり、その測定環境は表
１とほぼ同じ環境である。

【００２７】表２から分かるように、上記のα線の遮蔽層によって、
バックグラウンド値の増加分を１／３以下に低減させる
ことができた。ステンレス製の外側電極の場合に比べれ
ば、バックグラウンド値がまだ幾分大きいが、耐食アル
ミ製に変更してエネルギー特性を大幅に改善したことを
考え合わせると、十分に有効な手段であると言うことが
できる。

【００２８】なお、差分の平均値6.2 ｎGy／ｈは、自己
汚染線量のβ線成分が上記の遮蔽層では十分に除去でき
ないことによるものと推定されるが、遮蔽層自体の自己
汚染分も当然含まれているであろう。上記の検討結果を
踏まえて、外側電極及びカバーにそれぞれ３mm厚のアル
ミを使用し、且つアルゴンガスを含む窒素ガス（封入圧
は0.91ＭPa）を封入した検出器におけるエネルギー特性
を、遮蔽層としてのCu層の厚さとアルゴンガス濃度とを
パラメータとして、シミュレーション計算した。図10及
び表３はその計算結果である。図10はエネルギー特性の
一例であり、アルゴンガス濃度が４モル％で、Cu層の厚
さが０、10、50、100 、200 μm の場合である。表３
は、計算結果をまとめたものであり、エネルギー特性が
50ｋeVまで±15％以内に入るものを“○”で示し、60ｋ
eVまで±15％以内に入るものを“△”で示し、60ｋeVよ
り大きいエネルギーでないと±15％以内に入らないもの
を“×”で示した。

【００２９】

【表３】表３によれば、エネルギー特性が50ｋeVまで±15％以内
に入る条件（○印の付いている条件）は、アルゴンガス
濃度が3.5 モル％〜5.5 モル％の範囲であり、Cu層の厚
さが０〜80μm の範囲である。アルミの厚さ等を変える
ことによって、これらの範囲は移動すると考えられるの
で、エネルギー特性が50ｋeVまで±15％以内に入るの
は、アルゴンガス濃度が2.5 モル％〜6.5 モル％の範囲
であり、Cu層の厚さが０〜100 μm の範囲であるとして
もよいであろう。

【００３０】なお、Cu層が遮蔽層としての機能を果たす
ためには、その厚さの最小値は６ＭeVのα線の飛程に相
当する９μm であることが必要である。この厚さであれ
ば、α線のエネルギーを90％以上遮蔽することができ、
遮蔽層としては十分有効である。表３から明らかなよう
に、エネルギー特性が60ｋeVまで±15％以内に入る条件
（△印の付いている条件）は、アルゴンガス濃度の範囲
及びCu層の厚さの範囲ともに大幅に広がり、Cu層の厚さ
が数100 μm という厚いものも使用可能となる。このよ
うに厚い遮蔽層が使用できれば、α線だけではなくβ線
を遮蔽する効果も期待することができる。

【００３１】以上の検討結果によって、以下の解決手段
に到達したのである。この発明においては、中心部にあ
る中央電極と、中央電極の外側を囲む外側電極と、外側
電極の外側を覆うカバーとが、それらの下部において相
互に電気的に絶縁されて保持部材に保持され、外側電極
と保持部材とで密閉容器が形成され、その密閉容器内に
は加圧されたガスが封入されている電離箱検出器におい
て、外側電極及びカバーがアルミからなり、外側電極の
内面に、外側電極に含まれる天然放射性核種から放射さ
れるα線を遮蔽する遮蔽層が形成されており、加圧封入
ガスが、窒素ガスより分子量の大きい不活性ガスを含む
窒素ガスである（請求項１の発明）。

【００３２】窒素ガスを主成分とすることによって、10
0 ｋeV前後における感度の大幅な増大がなくなり、窒素
ガスより分子量の大きい不活性ガスを混合することによ
って低エネルギー側での感度が確保され、更に、外側電
極及びカバーの材質をアルミに変えることによって80ｋ
eV以下のエネルギー領域においても必要な感度が確保さ
れる。更に、外側電極の内面にα線の遮蔽層を形成する
ことによって、自己汚染によるバックグラウンド値の増
大を抑制することができる。

【００３３】請求項１の発明において、外側電極の厚さ
及びカバーの厚さの合計厚さが２mm〜１０mmであり、不
活性ガスがアルゴンガスであり、且つその濃度が2.5 モ
ル％〜6.5 モル％である（請求項２の発明）。外側電極
は、その内部に封入されるガスの内圧に耐えるために最
少でも1.5 mm程度の厚さが必要であり、カバーも機械的
強度の点から最少でも0.5 mm程度の厚さが必要である。
一方、アルミの合計厚さが10mmを越えると、機械的な強
度を確保するという観点から不必要に分厚いものとな
り、電離箱検出器の形状が大きくなり、コストも増大す
る。また、アルゴンガスのモル濃度が０％であっても、
80keV まで±15％以内のエネルギー特性を満足させるこ
とはできるが、アルミの合計厚さと遮蔽層の材質及び厚
さとに対応させてアルゴンガスの濃度を2.5 モル％〜6.
5 モル％に調整することによって、50keV まで±15％以
内のエネルギー特性を満足させることができるようにな
る。アルミの合計厚さの３mmとアルゴンガスの濃度の１
モル％とがほぼ対応し、アルミの合計厚さが増加する場
合には、アルゴンガスのモル濃度も増加させればよい。

【００３４】請求項１の発明または請求項２の発明にお
いて、前記遮蔽層が外側電極上に積層された金属層であ
り、その金属層の密度をρｇ／cm³とし、その厚さをｔ
μmとした場合に、ρ≧5.5 で、80≦ρｔ≦900 である
（請求項３の発明）。表３に示したシミュレーション計
算結果によれば、50keV まで±15％以内のエネルギー特
性をもっているのは、Cu層の厚さが０μm 〜80μm の範
囲であり、100 μm は僅かに外れている。遮蔽層がエネ
ルギー特性に影響するのは、遮蔽層の単位面積当たりの
質量であるので、表３の結果を単位面積当たりの質量に
置き換え、遮蔽層としての機能を確保する最低厚さを配
慮し、境界部分を取り込むと、50keV まで±15％以内の
エネルギー特性を満足するのは、80≦ρｔ≦900 とな
る。なお、ρ≧5.5 としているのは、アルミの２倍以上
の密度をもつ金属を遮蔽層の材料として選択することに
よって、遮蔽層中のα線の飛程がアルミの１／２以下と
なり、その結果として、遮蔽層自体の自己汚染線量が少
なく抑えられることを意図している。

【００３５】請求項３の発明において、前記遮蔽層が銅
層とニッケル層とからなる厚さ９μm 〜100 μm のメッ
キ層である（請求項４の発明）。このメッキ層は、最も
一般的なメッキであって低コストであり、ニッケル層が
銅層の酸化防止膜を兼ねている。９μm の厚さがあれ
ば、外側電極から放射されるα線を問題とならないレベ
ルまで遮蔽することができ、100 μm 以内であれば、50
keV まで±15％以内のエネルギー特性を得ることができ
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】この発明による検出器の特徴は、 1) 外側電極及びカバーが密度の小さいアルミであるこ
と、 2) 封入気体が窒素ガスを主成分として少量のアルゴン
ガス等の不活性ガスを含んでいること、 3) 外側電極の内面には、外側電極が含有している自然
放射性核種から放射されるα線を遮蔽するための遮蔽層
が形成されていることである。

【００３７】以下に、この発明の実施の形態について実
施例を用いて説明する。なお、従来技術と同じ機能の部
分には同じ符号を用いる。図１はこの発明による検出器
の実施例の構造を示す部分断面図であり、従来技術と異
なる部分だけを示している。図２は、この発明の効果を
示すための、実施例及び従来例の実測エネルギー特性線
図である。

【００３８】この検出器1aの中心部には、従来技術と同
じ球形でステンレス鋼製の集電極（図１には図示されて
いない）が、図示されていない電極保持部材に保持され
ており、信号電流を取り出すための図示されていないリ
ード線を介してアンプに接続されている。この集電極の
外側には、集電極の中心と同じ中心をもつ球形で耐食ア
ルミ製の外側電極（図 1では高圧電極）11a が、集電極
とは電気的に絶縁されて配置され、図示されていない高
圧電源に接続されている。この外側電極11a の更に外側
には、集電極の中心と同じ中心をもつ球形で耐食アルミ
製のカバー14aが配置されている。外側電極11a の内面
には、外側電極11a が含有する自然放射性核種から放射
されるα線を遮蔽するための遮蔽層111 として、厚さ５
μm のCuメッキ層とその上に積層された厚さ５μm のNi
メッキ層とが電解メッキによって形成されている。Niメ
ッキ層は、遮蔽層としての機能に加えて、Cuメッキ層の
酸化防止層の機能を兼ねている。

【００３９】ここで、図１における高圧電極11a を外側
電極11a と言ったのは、外側電極が常に高圧電極になる
とは限らないからである。外側電極11a とその下部の保
持部材等とによって密閉容器が形成されており、この密
閉容器内には、窒素ガスを主成分として４モル％のアル
ゴンガスを含む封入気体13a が封入されている。封入気
体13a の封入圧は0.91ＭPaである。この封入気体13a 中
にγ線が入射すると、このγ線と封入気体13a とが相互
作用して封入気体13a が電離され、外側電極11a と集電
極との間に印加されている電界によって、イオンと電子
とに分離され、その結果として集電極に電流信号が流
れ、入射γ線が検出される。

【００４０】図２に実線で示したのが、この実施例のエ
ネルギー特性であり、点線で示したのが比較のための従
来例のエネルギー特性である。横軸はγ線のエネルギー
であり、縦軸は¹³⁷Csの662 ｋeVのγ線に対する感度を
基準とする相対感度である。従来例で見られた125 ｋeV
での高いピークが低くなり、且つ低エネルギー側に移動
して、３ＭeVから50ｋeVまでのエネルギー領域において
±15％以内のエネルギー特性を得ることができている。
なお、この実施例のバックグラウンド値は従来例に比べ
て、6.2 ｎGy／ｈの増加に止まっている（表２参照のこ
と）。

【００４１】このような優れた特性が得られたのは、 1) 外側電極及びカバーの材料を、ステンレス鋼から密
度の小さい耐食アルミに変えたことにより、低エネルギ
ーのγ線の透過率が高くなったこと、 2) 封入気体を、アルゴンガスから、窒素ガスを主成分
として少量のアルゴンガスを含む混合ガスに変えたこと
により、100 ｋeV近傍に現れる高いピークを＋15％以内
に制御できたこと、 3) 自然放射性核種から放射されるα線を遮蔽するため
の遮蔽層を形成することにより、耐食アルミに変えたこ
とにより増加した自己汚染線量によるバックグラウンド
値の増加を約１／３に低減させたこと（表１及び表２参
照のこと）による。

【００４２】遮蔽層111 の材料としては、上記の銅及び
ニッケルの他に、金、銀、錫、鉛、クロム等も有効であ
り、遮蔽層111 の形成方法としては、メッキによるので
はなく箔や板を張り付けてもよい。なお、この発明に関
しては、実測データとシミュレーション計算とが非常に
良く一致することが確認されており、且つ、「課題を解
決するための手段」の項で詳しく説明したシミュレーシ
ョン計算によれば、表３に“○”で示した条件の場合に
は、３ＭeVから50ｋeVまでのエネルギー領域において±
15％以内のエネルギー特性を得ることができるという結
果が得られている。したがって、この発明によれば、こ
のような厳しいエネルギー特性への要求を十分に満たす
ことができると言うことができる。更に、表３の構成条
件とは異なる条件、すなわち、アルミの合計厚さの異な
る場合や、遮蔽層の材質がCu以外の場合においても、表
３と同様のシミュレーション計算が可能であり、「課題
を解決するための手段」の項で説明したように、アルミ
の厚さをアルゴンガスの濃度に読み変えたり、遮蔽層を
単位面積当たりの質量に置き換えて一般化することも有
効である。

【００４３】

【発明の効果】この発明によれば、中心部にある中央電
極と、中央電極の外側を囲む外側電極と、外側電極の外
側を覆うカバーとが、それらの下部において相互に電気
的に絶縁されて保持部材に保持され、外側電極と保持部
材とで密閉容器が形成され、その密閉容器内には加圧さ
れたガスが封入されている電離箱検出器において、外側
電極及びカバーがアルミからなり、外側電極の内面に、
外側電極に含まれる天然放射性核種から放射されるα線
を遮蔽する遮蔽層が形成されており、加圧封入ガスが、
窒素ガスより分子量の大きい不活性ガスを含む窒素ガス
である。

【００４４】窒素ガスを主成分とすることによって、10
0 ｋeV前後における感度の大幅な増大がなくなり、窒素
ガスより分子量の大きい不活性ガスを混合することによ
って低エネルギー側での感度が確保され、更に、外側電
極及びカバーの材質をアルミに変えることによって80ｋ
eV以下のエネルギー領域においても必要な感度が確保さ
れる。更に、外側電極の内面にα線の遮蔽層を形成する
ことによって、自己汚染によるバックグラウンド値の増
大を抑制することができる。したがって、厳しい特性仕
様を満たす優れたエネルギー特性をもち、且つ自己汚染
によるバックグラウンド値が低い電離箱検出器を提供す
ることができる（請求項１の発明）。

【００４５】請求項１の発明において、外側電極の厚さ
及びカバーの厚さの合計厚さが２mm〜１０mmであり、不
活性ガスがアルゴンガスであり、且つその濃度が2.5 モ
ル％〜6.5 モル％である。外側電極は、その内部に封入
されるガスの内圧に耐えるために最少でも1.5 mm程度の
厚さが必要であり、カバーも機械的強度の点から最少で
も0.5 mm程度の厚さが必要である。一方、アルミの合計
厚さが10mmを越えると、機械的な強度を確保するという
観点から不必要に分厚いものとなり、電離箱検出器の形
状が大きくなり、コストも増大する。また、アルゴンガ
スのモル濃度が０％であっても、80ｋeVまで±15％以内
のエネルギー特性を満足させることはできるが、アルミ
の合計厚さと遮蔽層の材質及び厚さとに対応させてアル
ゴンガスの濃度を2.5 モル％〜6.5 モル％に調整するこ
とによって、50ｋeVまで±15％以内のエネルギー特性を
満足させることができるようになる。アルミの合計厚さ
の３mmとアルゴンガスの濃度の１モル％とがほぼ対応
し、アルミの合計厚さが増加する場合には、アルゴンガ
スのモル濃度も増加させればよい。したがって、コスト
を殆ど増加させることなく、厳しい特性仕様を満たす優
れたエネルギー特性をもち、且つ自己汚染によるバック
グラウンド値が低い電離箱検出器を提供することができ
る（請求項２の発明）。

【００４６】請求項１の発明または請求項２の発明にお
いて、前記遮蔽層が外側電極上に積層された金属層であ
り、その金属層の密度をρｇ／cm³とし、その厚さをｔ
μmとした場合に、ρ≧5.5 で、80≦ρｔ≦900 であ
る。表３に示したシミュレーション計算結果によれば、
50ｋeVまで±15％以内のエネルギー特性をもっているの
は、Cu層の厚さが０μm 〜80μm の範囲であり、100 μ
m は僅かに外れている。遮蔽層がエネルギー特性に影響
するのは、遮蔽層の単位面積当たりの質量であるので、
表３の結果を単位面積当たりの質量に置き換え、遮蔽層
としての機能を確保する最低厚さを配慮し、境界部分を
取り込むと、50ｋeVまで±15％以内のエネルギー特性を
満足するのは、80≦ρｔ≦900 となる。なお、ρ≧5.5
としているのは、アルミの２倍以上の密度をもつ金属を
遮蔽層の材料として選択することによって、遮蔽層中の
α線の飛程がアルミの１／２以下となり、その結果とし
て、遮蔽層自体の自己汚染線量が少なく抑えられること
を意図している。したがって、外側電極及びガバーの厚
さと、アルゴンガス濃度と、遮蔽層の材質及び厚さとを
調整することによって、厳しい特性仕様を確実に満た
し、且つ自己汚染によるバックグラウンド値を低く保つ
ことができる（請求項３の発明）。

【００４７】請求項３の発明において、前記遮蔽層が銅
層とニッケル層とからなる厚さ９μm 〜100 μm のメッ
キ層である。このメッキ層は、最も一般的なメッキであ
って低コストであり、ニッケル層が銅層の酸化防止膜を
兼ねている。９μm の厚さがあれば、外側電極から放射
されるα線を問題とならないレベルまで遮蔽することが
でき、100 μm 以内であれば、50ｋeVまで±15％以内の
エネルギー特性を得ることができる。したがって、この
積層メッキ層が最も実用的な遮蔽層を提供する（請求項
４の発明）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による検出器の実施例の構造を示す部
分断面図

【図２】発明の効果を示すための、実施例及び従来例の
実測エネルギー特性線図

【図３】従来技術による検出器の一例の構造を示す部分
断面正面図

【図４】従来の検出器の実測エネルギー特性線図

【図５】検討過程における実測エネルギー特性線図

【図６】検討過程における実測エネルギー特性線図

【図７】検討過程の効果を示す実測エネルギー特性線図

【図８】アルゴンガス濃度をパラメータとしたシミュレ
ーション計算によるエネルギー特性線図

【図９】アルミ厚さをパラメータとしたシミュレーショ
ン計算によるエネルギー特性線図

【図１０】遮蔽層としてのCu層の厚さをパラメータとし
たシミュレーション計算によるエネルギー特性線図

【符号の説明】

１, 1a 球形電離箱検出器 11, 11a 高圧電極 111 遮蔽層 12 集電極 13, 13a 封入気体 14, 14a カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心部にある中央電極と、中央電極の外側
を囲む外側電極と、外側電極の外側を覆うカバーとが、
それらの下部において相互に電気的に絶縁されて保持部
材に保持され、外側電極と保持部材とで密閉容器が形成
され、その密閉容器内には加圧されたガスが封入されて
いる電離箱検出器において、外側電極及びカバーがアルミからなり、外側電極の内面に、外側電極に含まれる天然放射性核種
から放射されるα線を遮蔽するための遮蔽層が形成され
ており、加圧封入ガスが、窒素ガスより分子量の大きい不活性ガ
スを含む窒素ガスであることを特徴とする電離箱検出
器。
【請求項２】外側電極の厚さ及びカバーの厚さの合計厚
さが２mm〜１０mmであり、不活性ガスがアルゴンガスであり、且つその濃度が2.5
モル％〜6.5 モル％であることを特徴とする請求項１に
記載の電離箱検出器。
【請求項３】前記遮蔽層が外側電極上に形成された金属
層であり、その金属層の密度をρｇ／cm³とし、その厚さをｔμm
とした場合に、ρ≧5.5 で、80≦ρｔ≦900 であること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電離箱検
出器。
【請求項４】前記金属層が銅層とニッケル層とからなる
厚さ９μm 〜100 μm のメッキ層であることを特徴とす
る請求項３に記載の電離箱検出器。