JP2001272470A

JP2001272470A - 放射線のエネルギスペクトル測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JP2001272470A
Application number: JP2000084601A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Yorozu; 雅史萬; Yasuhiro Okada; 康弘岡田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】バースト状の放射線のエネルギスペクトルの
測定に適したエネルギスペクトル測定装置を提供する。【解決手段】チャンバ内の仮想平面に沿うように、複
数の陽極線が配置されている。陽極線の各々は、仮想平
面内の第１の仮想直線と並行に配置され、第１の仮想直
線と交差する第２の仮想直線に沿って配列している。陰
極が、複数の陽極線と、ある間隔を隔てて配置されてい
る。チャンバ内に第２の仮想直線に平行な方向に放射線
を入射するための入射窓が設けられている。電流測定手
段が、複数の陽極線の各々に流れる電流を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線のエネルギ
スペクトル測定装置及び測定方法に関し、特に高輝度の
放射線のエネルギスペクトルの測定に適した測定装置及
び測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線のエネルギスペクトルを測定する装
置として、半導体検出器、比例計数管、及びシンチレー
ション検出器等が挙げられる。これらの計測装置では、
測定対象のＸ線が入射すると、物理過程は異なるが、最
終的には電気パルス信号が観測される。この電気パルス
信号の強度（波高）は、計測されたＸ線の光子のエネル
ギに比例する。光子ごとのエネルギを測定することによ
り、Ｘ線のエネルギスペクトルが得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光子が、測定装置の時
間分解能よりも短い時間間隔で検出された場合、観測さ
れる電気パルス信号は、各光子による電気パルス信号が
重畳されたものになる。この現象は、パイルアップと呼
ばれる。パイルアップ現象が生ずると、電気パルス信号
の波高値から光子エネルギを特定できない。通常のＸ線
分光で観測対象となるＸ線強度は、高々１×１０⁶光子
／秒である。これに対し、測定装置の時間分解能は、概
ね１×１０^-8秒である。このため、パイルアップ現象は
ほとんど生じない。ところが、Ｘ線がバースト状に放射
される場合には、短時間に多数の光子が飛来するため、
パイルアップ現象が生じやすい。

【０００４】結晶を用いたＸ線回折によってもエネルギ
スペクトルを測定することができる。ところが、Ｘ線の
反射率が非常に低いため、この測定方法は、高強度の連
続したＸ線の測定には適しているが、バースト状のＸ線
の測定には適さない。

【０００５】本発明の目的は、バースト状の放射線のエ
ネルギスペクトルの測定に適したエネルギスペクトル測
定装置及び測定方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、内部に空洞を画定するチャンバと、前記チャンバ内
の仮想平面に沿うように配置された複数の陽極線であっ
て、該陽極線の各々が、該仮想平面内の第１の仮想直線
と並行に配置され、該第１の仮想直線と交差する第２の
仮想直線に沿って配列している複数の陽極線と、前記複
数の陽極線と、ある間隔を隔てて配置された陰極と、前
記チャンバ内に、前記第２の仮想直線に平行な方向に放
射線を入射するための入射窓と、前記複数の陽極線の各
々に流れる電流を測定する電流測定手段とを有する放射
線のエネルギスペクトル測定装置が提供される。

【０００７】チャンバ内にガスを充填し、放射線を入射
させると、ある確率で放射線の光子が消滅し、イオンと
自由電子が生成される。陽極線と陰極との間に電圧を印
加しておくと、この自由電子が陽極線に向かって加速さ
れる。電界が、あるしきい値を超えると２次電離が発生
し、電子なだれが形成される。陽極線が第２の仮想直線
に沿って配列しているため、電子なだれにより陽極線に
流入する電流を、第２の仮想直線の方向に関する位置の
関数として測定することができる。光子の消滅確率は、
そのエネルギの関数であるため、測定された電流の分布
から光子エネルギのスペクトルを求めることができる。

【０００８】本発明の他の観点によると、ある媒質中
に、ある仮想直線に沿って放射線を入射する工程と、前
記放射線の吸収に起因して観測される物理量を、前記仮
想直線上の位置の関数として測定する工程と、前記測定
工程で得られた結果に基づいて、入射した放射線のエネ
ルギスペクトルを求める工程とを有する放射線のエネル
ギスペクトル測定方法が提供される。

【０００９】放射線の吸収確率は、放射線のエネルギの
関数である。このため、仮想直線上の位置の関数として
測定された物理量から、放射線のエネルギスペクトルを
求めることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１及び図２を参照して、本発明
の実施例による放射線のエネルギスペクトル測定装置の
構造について説明する。

【００１１】図１は、実施例による放射線のエネルギス
ペクトル測定装置の一部破断平面図を示し、図２は、図
１の一点鎖線Ａ２−Ａ２における断面図を示す。説明を
容易にするために、ｘｙｚ直交座標系を考える。チャン
バ１が、ｚ軸方向に長い直方体の空洞を画定する。チャ
ンバ１は、両端が開口した側壁１ａ、及び両端の開口部
を塞ぐ蓋１ｂ及び１ｃを含んで構成される。一方の蓋１
ｂのほぼ中央部に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）製の放射線入射窓２が設けられ、他方の蓋１ｃのほ
ぼ中央部にＰＥＴ製の出射窓３が設けられている。な
お、入射窓２及び出射窓３を、放射線阻止能の小さいベ
リリウム膜等で形成してもよい。

【００１２】６４本の陽極線５が、その両端を支軸６に
より支持され、チャンバ１内に配置されている。陽極線
５の各々は、例えば直径０．０２５ｍｍのステンレス鋼
線であり、ｘ軸に平行に配置されている。さらに、陽極
線５は、ｚ軸に平行な仮想直線１０に沿って配列してお
り、そのピッチは５ｍｍである。支軸６は、チャンバ１
の側壁１ａを貫通している。貫通部分において、支軸６
はチャンバ１の側壁１ａから絶縁されている。

【００１３】チャンバ１の外側まで導出された支軸６の
各々の端部に、リード７が取り付けられている。各リー
ド７は、対応する陽極線５に電気的に接続されている。
各陽極線５に接続されたリード７のうち一方が、電流計
８を介して接地されている。

【００１４】図２に示すように、陽極線５が配列したｚ
ｘ面に平行な仮想平面の下側（ｙ軸の正の側）に、陰極
板１１が配置され、仮想平面の上側（ｙ軸の負の側）に
他の陰極板１２が配置されている。陰極板１１及び１２
は、それぞれ支持部材１３及び１４によりチャンバ１内
に支持されている。電圧源１５が、陰極板１１及び１２
に数ｋＶ程度の負の高電圧を印加している。

【００１５】チャンバ１の側壁にガス導入口１７が設け
られている。ガス導入口１７からチャンバ１内に、所定
のガスが導入される。例えば、メタンガス、窒素ガス、
あるいはアルゴンガス等が導入される。

【００１６】次に、図１に示したＸ線エネルギスペクト
ル測定装置を用いてＸ線のエネルギスペクトルを測定す
る方法について説明する。

【００１７】入射窓２から、チャンバ１内にＸ線３０を
入射させる。入射したＸ線は、陰極板１１と１２との間
の空間を、ｚ軸に平行に進行する。Ｘ線が、ある確率で
吸収され（光子が消滅し）、その場所でイオンと自由電
子が生成される。自由電子が、印加電界によって陽極線
５に向かって加速される。陽極線５の近傍に高電界が発
生している。この電界がしきい値を超えていると、２次
電離が生じ、電子なだれが形成される。陽極線５に到達
した電子が、電流計８で検出される。陽極線５は、Ｘ線
の進行方向（ｚ軸）に沿って一定のピッチで複数本配置
されているため、光子の消滅したｚ軸上の位置を特定す
ることができる。チャンバ１内のガスによって吸収され
なかったＸ線は、出射窓３を通ってチャンバ１の外に出
射する。

【００１８】電流計８で検出される電流の大きさは、Ｘ
線のエネルギ、及び消滅した光子の数に比例する。Ｘ線
のエネルギをＥ、消滅した光子の数をＮとすると、電流
の大きさＳは、

【００１９】

【数１】S(E)=gEN ・・・（１）と表される。ここで、ｇは比例定数であり、測定装置固
有のものである。

【００２０】吸収係数αの媒質に、エネルギＥのＸ線の
光子がＮ₀（Ｅ）個入射したとき、光子が媒質中である
確率で消滅するため、媒質内への浸透の深さｚが増加す
ると、光子数Ｎが徐々に減少する。浸透の深さｚの位置
における光子数Ｎ（ｚ）は、

【００２１】

【数２】N(z)=N₀(E)exp(-α(E)z) ・・・（２）と表される。なお、吸収係数αはＸ線のエネルギＥの関
数である。エネルギＥのＸ線が入射したときの、浸透深
さｚの位置における電流の大きさはＳ（Ｅ，ｚ）は、

【００２２】

【数３】 S(E,z)=gEN(z)=gEN₀(E)exp(-α(E)z) ・・・（３）となる。実際に観測される電流の大きさは、Ｘ線の有す
るすべてのエネルギ範囲にわたって積分したものであ
る。従って、浸透深さｚの位置で観測される電流の大き
さＳ（ｚ）は、

【００２３】

【数４】 S(z)=∫gEN₀(E)exp(-α(E)z)dE ・・・（４）で表される。吸収係数α（Ｅ）が既知であれば、電流の
大きさＳ（ｚ）を測定し、式（４）の積分方程式を解く
ことにより、Ｘ線のエネルギスペクトルＮ₀（Ｅ）を求
めることができる。吸収係数α（Ｅ）は、エネルギが既
知のＸ線を媒質中に入射させ、その吸収率を測定するこ
とにより求めることができる。また、理論計算によって
も求めることができる。

【００２４】図１に示した測定装置で測定される電流の
大きさＳ（ｚ）は、変数ｚに関して離散的に与えられ
る。式（４）の積分方程式中のＮ₀（Ｅ）は、例えば最
小自乗法によって求めることができる。

【００２５】上記実施例による方法では、原理的にパイ
ルアップ現象が問題にならない。このため、入射Ｘ線が
バースト状であっても、Ｘ線のエネルギスペクトルを測
定することが可能である。

【００２６】図１に示した測定装置では、陽極線５が等
間隔で配列していたが、必ずしも等間隔で配列している
必要はない。例えば、測定される電流Ｓ（ｚ）が、ｚ軸
に関して大きく変化する領域において、陽極線５の間隔
を狭くすることにより、エネルギ分解能を高めることが
できる。また、電流Ｓ（ｚ）の変化量の小さな領域にお
いて、陽極線５の間隔を広げることにより、エネルギ分
解能を低下させることなく、陽極線５の本数を減らすこ
とができる。

【００２７】陽極線５の間隔を均一にしない場合には、
陽極線５の近傍の電場がばらつき、電離により生じた自
由電子の検出感度にばらつきが生ずると考えられる。従
って、実際の測定時には、この検出感度のばらつきを補
正することが好ましい。以下、補正方法について説明す
る。

【００２８】式（２）の吸収係数αは、Ｘ線のエネルギ
の増大に伴って小さくなる。吸収係数αが十分小さい場
合には、光子数Ｎは深さｚに依らずほぼ一定になる。例
えば、チャンバ内にメタン（ＣＨ₄）ガスを充填した場
合、エネルギ１０ｋｅＶ以上のＸ線に対して、０＜ｚ＜
３００ｍｍの範囲で光子数Ｎがほぼ一定になる。比較的
エネルギの大きなＸ線（γ線）を放出する⁶⁰Ｃｏ等から
放射されたＸ線をチャンバ内に入射し、このときの各陽
極線５からの信号強度がほぼ一定になるように電流計８
の感度を補正しておけばよい。

【００２９】吸収係数α（Ｅ）は、Ｘ線のエネルギＥが
大きくなるに従って低下する。従って、エネルギの高い
Ｘ線は、チャンバ１内のガスを電離させず、そのまま出
射窓３から出射する。従って、測定対象のＸ線が高エネ
ルギのバックグラウンド成分を含む場合、バックグラウ
ンド成分を除去し、所望のエネルギ範囲のＸ線のみを分
析することができる。

【００３０】チャンバ１内に充填されたガスの種類や圧
力を適当に選択することにより、種々のエネルギ領域の
Ｘ線のエネルギスペクトルを測定することができる。

【００３１】上記実施例では、Ｘ線をガス中に入射し、
電離によって発生した自由電子に起因する電子なだれを
検出することによってエネルギスペクトルを求めたが、
他の物理現象を利用し、他の物理量を検出することによ
っても、エネルギスペクトルを求めることが可能であ
る。例えば、プラスチックシンチレータあるいは液体シ
ンチレータ内にＸ線を入射させ、Ｘ線の吸収（光子の消
滅）により発生する蛍光を検出してもよい。蛍光の発生
する位置は、高感度のカメラで撮像することにより特定
される。なお、Ｘ線の進行方向に沿って複数の受光素子
を配置し、蛍光を観測してもよい。

【００３２】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
放射線がバースト状に発生する場合でも、放射線のエネ
ルギスペクトルを測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による放射線のエネルギスペク
トル測定装置の部分破断平面図である。

【図２】本発明の実施例による放射線のエネルギスペク
トル測定装置の断面図である。

【符号の説明】

１チャンバ２入射窓３出射窓５陽極線６支軸７リード８電流計１０仮想直線１１、１２陰極板１３、１４支持部材１７ガス導入口３０Ｘ線

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月２４日（２００１．４．２
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に空洞を画定するチャンバと、前記チャンバ内の仮想平面に沿うように配置された複数
の陽極線であって、該陽極線の各々が、該仮想平面内の
第１の仮想直線と並行に配置され、該第１の仮想直線と
交差する第２の仮想直線に沿って配列している複数の陽
極線と、前記複数の陽極線と、ある間隔を隔てて配置された陰極
と、前記チャンバ内に、前記第２の仮想直線に平行な方向に
放射線を入射するための入射窓と、前記複数の陽極線の各々に流れる電流を測定する電流測
定手段とを有する放射線のエネルギスペクトル測定装
置。
【請求項２】さらに、前記チャンバ内にガスを導入す
るためのガス導入口を有する請求項１に記載の放射線の
エネルギスペクトル測定装置。
【請求項３】さらに、前記入射窓を通って前記チャン
バ内に入射した放射線が該チャンバ内から出射する位置
に設けられた出射窓を有する請求項１または２に記載の
放射線のエネルギスペクトル測定装置。
【請求項４】ある媒質中に、ある仮想直線に沿って放
射線を入射する工程と、前記放射線の吸収に起因して観測される物理量を、前記
仮想直線上の位置の関数として測定する工程と、前記測定工程で得られた結果に基づいて、入射した放射
線のエネルギスペクトルを求める工程とを有する放射線
のエネルギスペクトル測定方法。
【請求項５】前記媒質がガスであり、前記放射線がＸ
線であり、前記物理量が、ガスの電離によって生ずる自
由電子に起因する電流である請求項４に記載の放射線の
エネルギスペクトル測定方法。
【請求項６】前記媒質が、放射線の入射によって蛍光
を発する媒質であり、前記物理量が、放射線の吸収によ
って生ずる蛍光である請求項４に記載の放射線のエネル
ギスペクトル測定方法。