JP2007046999A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線の線量を広域に検出できる放射線検出器を提供する。
【解決手段】放射線検出器は、円筒状に形成され、内部に電離ガスが封入された陰極１０と、陰極内部に収容され、その陰極の中心軸に沿って延出して設けられた陽極２０と、陰極および陽極を収容した外側ケース３０と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、放射線検出器に関する。

放射線検出器は、加速器施設等に設けられ、施設内部の放射線漏れを監視するために用いられている。加速器施設において、陽子、電子等の粒子が、軌道から外れてしまう場合がある。この場合、放射線検出器は、軌道から外れた、即ちロスしたビームを検出するために用いられ、調整等の作業の指針を与える等の重要な役割を担っている。

一般に、ロスしたビームを検出する場合、ロスビームによる放射線は比較的線量が大きいため、放射線検出器としては電離箱が使用される。電離箱は、例えば板状の陽極及び陰極と、それらを内蔵し、内部にキセノンガスなどの電離ガスを封入して内部を気密状態に維持した容器と、を有している。また、使用時には、陽極、陰極間に電圧を印加すると共に、ここに流れる電流を計測するための電流計が設置される。加速器施設運転時、放射線検出器にロスしたビームによる放射線が入射された場合、入射された放射線により電離ガスは陽イオンと電子とに分離し、電子は陽極に、陽イオンは陰極に向かって移動する。これにより、電離電流が流れるため、放射線検出器は、ロスしたビームの有無を検出することができる。そして、ロスしたビームが有った場合には、その情報を早期に発することができる。
特開２００４−２１２２８９号公報

しかしながら、上記放射線検出器はロスしたビームの有無の検出は可能であるが、線量が小さい残留放射線を検出することは困難である。従って、これまで加速器施設では、線量が小さい残留放射線は、ロスビーム用の検出器とは別の検出器で測定を行ってきた。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、放射線の線量を広域に検出でき、ロスビームによる放射線と残留放射線を１つの検出器で検出できる放射線検出器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の態様に係る放射線検出器は、
円筒状に形成され、内部に電離ガスが封入された陰極と、
前記陰極内部に収容され、その陰極の中心軸に沿って延出して設けられた陽極と、
前記陰極および陽極を収容した外側ケースと、を備えている。

この発明によれば、放射線の線量を広域に検出できる放射線検出器を提供することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明に係る放射線検出器をビームロスモニタに適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１および図２に示すように、ビームロスモニタは、陰極１０、陽極２０、外側ケース３０、絶縁部４０、第１コネクタ５０、第２コネクタ６０、電源部７０および電流計８０を備えている。

陰極１０は円筒状に形成されている。陰極１０の両端は、閉塞部１３、絶縁部１４および導電性を有した閉塞部１５により閉塞して形成されている。この実施の形態において、陰極１０の両端は閉塞せずに形成されても良い。ここで、絶縁部１４は、陽極２０を固定するとともに陰極１０および陽極間の絶縁状態を保つ機能を有している。陰極１０は、この側面に形成された１つまたは複数の通気孔１１を有している。通気孔１１は、例えばスリット状に形成されている。その他、陰極１０は絶縁性の固定部１２を有している。固定部１２は陽極２０を固定するとともに陽極および閉塞部１５間の絶縁状態を保つ機能を有している。

陽極２０は陰極１０内部に収容されている。陽極２０は陰極１０の中心軸に沿って延出して設けられている。この実施の形態において、陽極２０の材質は白金（Ｐｔ）であり、その形状はワイヤ状である。通常、陽極２０は０ボルト電位である。

外側ケース３０は筒状に形成されている。外側ケース３０の両端は、導電性を有した閉塞部３３、３４および絶縁部３５、３６により閉塞して形成されている。ここで、絶縁部３５は、外側ケース３０および陽極２０間の絶縁状態を保つ機能を有している。外側ケース３０は陰極１０および陽極２０を収容して設けられている。この実施の形態において、外側ケース３０は円筒状に形成されている。外側ケース３０の端部および陰極１０の端部間に、絶縁部４０が設けられている。外側ケース３０は陽極２０を中心軸として陰極１０と同軸的に設けられている。外側ケース３０はこの端部に排気口３１を有している。排気口３１は封止切りされている。

陰極１０内部および外側ケース３０内部には電離ガスとして、希ガスをベースとした希ガスおよび二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの混合ガスが封入されている。ここで、高放射線場でもガスが重合されないガスを選定している。この実施の形態において、希ガスはアルゴン（Ａｒ）ガスである。混合ガスを封入する場合、まず、両端が閉塞された外側ケース３０等を１００℃ないし７００℃でベーキングし、排気口３１より外側ケース３０内部および陰極１０内部の雰囲気を排気する。その後、排気口３１より外側ケース３０内部に混合ガスを注入する。これにより、混合ガスは通気孔１１から陰極１０内部にも注入される。続いて、排気口３１を封止切りすることで混合ガスの封入が完了する。
ここで、混合ガス中の二酸化炭素ガスの量は、混合ガス全量に対し１０％以下が好ましい、より好ましくは５％以下であり、さらに好ましくは２％以下である。

第１コネクタ５０は、絶縁部１４、３５を貫通した陽極２０に電気的に接続されている。また、第１コネクタ５０は、陽極２０とは独立し、かつ、導電部３７および閉塞部３３を介して外側ケース３０に電気的に接続されている。

第２コネクタ６０は、絶縁部３６を貫通し、閉塞部１５を介して陰極１０に電気的に接続されている。また、第２コネクタ６０は、陰極１０とは独立し、かつ、導電部３８および閉塞部３４を介して外側ケース３０に電気的に接続されている。

電源部７０は、第２コネクタ６０に接続されている。電源部７０は、第２コネクタ６０を介して陰極１０に負の電圧を与え、また、第２コネクタ６０を介して外側ケース３０を接地している。

信号測定部としての電流計８０は、第１コネクタ５０に接続されている。電流部８０は、第１コネクタ５０を介して陽極２０の電流値を計測している。
上記陰極１０、閉塞部１５、３３、３４、外側ケース３０および導電部３７、３８は、上述したように導電性を有した材料で形成され、例えば、ステンレスやステンレス合金で形成されている。

上記絶縁部１４、３５、３６、４０は、無機絶縁物として、例えば高純度アルミナセラミックスで形成されている。図１中、陰極１０の両端部付近および外側ケース３０の両端部付近等、丸で囲んだ個所は、ビームロスモニタを構成する部材同士の接合個所である。この実施の形態において、これら接合個所はろう付けによって接合されている。なお、これら接合個所はろう付けに限らず、例えば溶接によって接合されても良い。

次に、上記したビームロスモニタが加速器施設に設けられた場合の使用方法について説明する。
加速器施設運転時、ビームロスモニタの陰極１０に負の第１電圧が与えられる。加速器施設運転時、ビームロスモニタに入射される放射線の線量は多いため、陰極１０に、例えば−５００Ｖの第１電圧を与えればロスしたビームの有無を検出することができる。すなわち、入射された放射線により陽極２０に電流が流れるため、電流計８０によりその電流を計測することで、ロスしたビームの有無を検出することができる。

ロスしたビームを検出した場合、その後、残留放射線の線量が有害レベルかどうか判断する。ビームロスモニタに入射される残留放射線の線量は少ないため、陰極１０に、例えば−２０００Ｖと第１電圧より電圧の低い負の第２電圧が与えられる。これにより、残留放射線を検出することができる。上記したことから、残留放射線の線量が有害レベルかどうか判り、その後の作業の指針を与える情報となる。なお、陰極１０に与えられる電圧Ｖ_Ｃの範囲は、−３０００Ｖ≦Ｖ_Ｃ＜０Ｖである。

以上のように構成されたビームロスモニタによれば、陽極２０は陰極１０内部に収容され、外側ケース３０は陰極および陽極を収容している。これにより、陽極２０に電圧を与えずに陰極１０に負の電圧を与えることによりロスしたビームの有無を検出することができる。また、陽極２０には電圧を与えていないため、陰極１０に負の高電圧を与えることにより線量の少ない残留放射線も良好に検出することができる。

陰極１０は外側ケース３０内部に収容されている。陰極１０には電圧が与えられるが、外側ケース３０は接地されているため、ビームロスモニタ使用者の感電を防止することができる。電源部７０は陽極２０に接続されないため、信号測定回路が簡素化されるとともに、電流モードで測定が可能となる。外側ケース３０は円筒状に形成され、陰極１０と同軸的に設けられているため、ノイズに対するシールド機能を有している。これにより、ノイズ低減を図ることができる。

外側ケース３０内部および陰極１０内部には、アルゴンガスをベースとしたアルゴンガスおよび二酸化炭素ガスの混合ガス（混合ガス全量に対し１％の二酸化炭素ガス）が封入されている。このため、ビームロスモニタを長期的に使用した場合や、高い放射線場で使用した場合であっても、陽極２０からの出力信号の変化を抑制することができる。例えば、アルゴンガスおよびＣＨ_４ガスの混合ガスを封入したビームロスモニタを長期的に使用した場合や、高い放射線場で使用した場合、ガスは放射線により重合され、重合物が陽極２０に付着してしまう。そして、陽極２０からの出力信号が変化することになる。

排気口３１は封止切りされている。外側ケース３０内部の気密性に優れている。このため、加速器施設におけるビームロスモニタの交換や、再度、ガスを封入する作業を省く、または大幅に低減することができる。例えば、封止切りせず排気口３１にバルブを設けた場合、混合ガスの気密性が悪くリークしてしまう。また、バルブを設けた場合、バルブ付近で放電が発生する場合がある。なお、排気口３１を封止切りした場合、放電は発生しない。

ビームロスモニタを構成する部材同士の接合個所は、ろう付けまたは溶接によって接合されている。このため、ビームロスモニタの気密性を一層高めることができる。
上記したことから、加速器施設におけるビームロスモニタの交換や、再度、ガスを封入する作業を省くことができ、または大幅に低減することができる。

絶縁部１４、３５、３６、４０は、無機絶縁物として、アルミナセラミックスで形成されている。有機物では形成されていないため、耐放射性に優れたビームロスモニタを得ることができる。

外側ケース３０内部および陰極１０内部の雰囲気を排気する際、外側ケース３０等を１００℃ないし７００℃でベーキングしている。ベーキング時に外側ケース３０内部および陰極１０内部から不純ガスが良好に排出されるため、ビームロスモニタ使用時に外側ケース内部および陰極内部に排出される不純ガスを抑制することができる。これにより、ビームロスモニタを長期的に使用することができる。
上記したことから、放射線の線量を広域に検出することができ、製品信頼性の高いビームロスモニタを得ることができる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、図３に示すように、陰極１０は、この陰極内部の雰囲気を排気し、陰極内部に混合ガスを封入する排気口１６を備えていても良い。この場合、陰極１０に通気孔１１は設けられていない。排気口１６は、陰極１０内部に混合ガスを注入した後、封止切りすれば良い。なお、外側ケース３０内部（外側ケース３０および陰極１０間）には、混合ガスを封入する必要は無く、外側ケース内部が真空排気された状態で排気口３１が封止切りされていれば良い。

陽極２０の材質はＰｔに限らず、Ｐｔ＋Ｒｈ、Ｗ、Ｗ＋Ａｕ、Ａｕ、Ｗ＋Ｐｔ、Ｎｉ−Ｃｒであっても上述した効果を得ることができる。この発明は、ビームロスモニタに限定されることなく、放射線検出器であれば適用することができる。

この発明の実施の形態に係るビームロスモニタの断面図。 図１に示したビームロスモニタの概略構成図。 この発明の実施の形態に係るビームロスモニタの変形例を示す断面図。

符号の説明

１０…陰極、１１…通気孔、１６…排気口、２０…陽極、３０…外側ケース、３１…排気口、５０…第１コネクタ、６０…第２コネクタ、７０…電源部、８０…電流部。

Claims (8)

1. 円筒状に形成され、内部に電離ガスが封入された陰極と、
   前記陰極内部に収容され、その陰極の中心軸に沿って延出して設けられた陽極と、
   前記陰極および陽極を収容した外側ケースと、を備えている放射線検出器。
2. 前記陰極に負の電圧を与える電源部をさらに備え、
   前記陽極は０ボルト電位である請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記電源部は、入射される放射線の線量が多い場合に負の第１電圧を与え、入射される放射線の線量が少ない場合に前記第１電圧より電圧の低い負の第２電圧を与える請求項２に記載の放射線検出器。
4. 前記外側ケースは接地されている請求項１に記載の放射線検出器。
5. 前記電離ガスは、希ガスをベースとしたその希ガスおよび二酸化炭素ガスの混合ガスからなる請求項１に記載の放射線検出器。
6. 前記希ガスはアルゴンガスである請求項５に記載の放射線検出器。
7. 前記外側ケースは、円筒状に形成され、前記陽極を中心軸として前記陰極と同軸的に設けられている請求項１に記載の放射線検出器。
8. 前記陰極は、両端が閉塞され、この陰極内部と前記外側ケース内部とを通気する通気孔を具備し、
   前記外側ケースは、両端が閉塞され、この外側ケース内部および前記陰極内部の雰囲気を排気し、この外側ケース内部および前記陰極内部に前記電離ガスを封入する排気口を備え、
   前記排気口は封止切りされている請求項１に記載の放射線検出器。

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