JP2008281568A - 非晶質材料を採用した放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い電気抵抗、滑らかな表面仕上げ、良好な耐腐食性および高抗張力を持つ陽極線の提供。
【解決手段】非晶質金属合金からなる陽極線１２０を有する放射線検出器１００は陰極１４０アセンブリを含む。陰極アセンブリは、主要部、第１端部および第２端部を含み、第１端部は第２端部の反対側に位置する。また陰極アセンブリは、放射線と相互作用する材料も含む。陽極は、陰極アセンブリ内で第１端部から第２端部まで伸び、またコバルト、鉄、クロム、ケイ素、ボロンを組成とする非晶質金属合金で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、放射線検出器に関する。特に本発明は、放射線検出器の陽極線に非晶質材料を使用することに関する。

放射線検出器、たとえば、比例放射線カウンターや中性子検出器などは、原油、ガス、および鉱物の探鉱（たとえば、坑井の用途）に使用されることが多く、また、原子炉および工業用ゲージングと連携して科学研究（たとえば、中性子散乱の調査）に使用されたり、放射性物質または「汚い爆弾」を検出する自国の保安対策の用途に使用されたりすることも多い。

放射線検出器の１つのタイプは比例カウンターであり、このタイプの検出器は、多くの場合、中性子の検出に用いられる。一般的な比例カウンターは、略円筒状の陰極管と、その陰極管を通って伸びる陽極線を含む。通常陽極線は、極めて薄く（たとえば、直径が５〜２５ミクロン以上）、高い電気抵抗を持っている。陰極管は両端部において封止されるため、ヘリウム−３（^３Ｈｅ）ガスまたはＢＦ_３ガスなどで充填することができる。陽極線は陰極と絶縁されており、通常は正の電圧に維持されるが、陰極は接地（または負の電圧に維持）される。

中性子などの入射放射線は、使用時に陰極内部のガスと相互作用して、ガスの原子をイオン化して電子を生じる荷電粒子を発生させる。電子は正の陽極線に引き寄せられて衝突し、検出可能な電流パルスを発生する。この発生は、入射放射線イベントと呼ぶこともできる。発生した電流パルスの大きさは、イオン化イベントにおいて放出されたエネルギー（すなわち、イオン化ガスと相互作用する中性子）に比例する。

一部の用途において、比例カウンターは位置敏感型検出器として使用することができ、その場合、到着するイオン化電子の位置は、陽極線の両端における電流パルスの立ち上がり時間の差異から、または前記両端に到達する電荷の相対量（たとえば、電荷分割法）から特定される。陽極線の電気抵抗を大きくすることで電流パルスを減速させ、制御電子回路の電流パルス検出時間を増やすことによって、位置敏感型検出器の空間分解能は向上する。したがって、位置敏感型検出器の空間分解能を改善するためには、陽極線が高い抵抗を持つことが好ましい。

放射線検出器、比例放射線カウンターおよび中性子検出器は、過酷な環境で使用されることが多い。これらの検出器は、極端な低温および高温、低周波または高周波の振動、および腐食環境に曝される可能性がある。このような環境に耐え得る極めて薄い陽極線を設計することは、かなり困難な作業である。陽極線は、高い電気抵抗（良好な空間分解能を得るため）、滑らかな表面仕上げ、均一な厚さ（全長に渡る均一な抵抗と、均一なガス利得またはガス増幅を得るため）、耐腐食性（過酷な環境に対応するため）、および高い抗張力（望ましくない振動からの悪影響を排除するため）を持つことが好ましい。
米国特許第３，８５６，５１３号公報 米国特許第４，０３８，０７３号公報 米国特許第４，０５６，４１１号公報 米国特許第４，１８８，２１１号公報 米国特許第４，２２５，３３９号公報 米国特許第４，４１１，７１６号公報 米国特許第４，４２０，３４８号公報 米国特許第４，４３９，２５３号公報 米国特許第４，４７３，４１７号公報 米国特許第４，４８２，４００号公報 米国特許第４，５６６，９１７号公報 米国特許第４，６６８，３１０号公報 米国特許第４，７５５，２３９号公報 米国特許第４，８６３，５２６号公報 米国特許第４，９３８，２６７号公報 米国特許第５，０３７，４９４号公報 米国特許第５，１５１，１３７号公報 米国特許第５，２００，００２号公報 米国特許第５，５３９，３８０号公報 米国特許第５，５６７，５３７号公報 米国特許第５，６２８，８４０号公報 米国特許第５，６５０，０２３号公報 米国特許第５，７５７，２７２号公報 米国特許第５，８２１，１２９号公報 米国特許第６，０９３，２６１号公報 米国特許第６，２３９，５９４号公報 米国特許第２００１／０００１３９７ Ａ１号公報 米国特許第６，２７０，５９１号公報 米国特許第２００２／０１８９７１８ Ａ１号公報 米国特許第６，５５９，８０８号公報 米国特許第６，５８０，３４８号公報 米国特許第３，９５６，６５４号公報 米国特許第４，１９７，４６２号公報 米国特許第５，４２２，４８０号公報 米国特許第５，８１２，６２０号公報 米国特許第６，４２６，５０４号公報 米国特許第２００３／０２１３９１７ Ａ１号公報 米国特許第２００５／０２０５７９８ Ａ１号公報 Ｇ． Ｍ． ＰＨＡＲＲ， Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｂｙ Ｕｌｔｒａ−Ｌｏｗ Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ， Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， １９９８， ｐ． １５１−１５９， Ｖｏｌ． Ａ２５３， Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ． Ｉ． ＯＨＮＡＫＡ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｂｙ Ｉｎ−Ｒｏｔａｔｉｎｇ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ， Ｐｒｏｃ． Ｏｆ Ｔｈｅ Ｆｏｕｒｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｒａｐｉｄｌｙ Ｑｕｅｎｃｈｅｄ Ｍｅｔａｌｓ， Ａｕｇ． ２４−２８， １９８１，ｐ． ３１−３４． Ｊ． ＳＴＲＯＭ−ＯＬＳＥＮ， Ｆｉｎｅ Ｆｉｂｒｅｓ Ｂｙ Ｍｅｌｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ， Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ． Ａ１７８，１９９４， ｐ． ２３９−２４３， Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｅｑｕｏｉａ．

陽極線は、放射線検出器の組み立て中に、張力を受けた状態に置かれるため、陽極線は、製造プロセスに耐え得ることに加え、稼動中に課される熱および機械的ストレスにも耐え得るものでなければならない。陽極線としては、結晶質金属の合金が使用されているが、この合金は抗張力が低く、その抗張力を超えてしまうと塑性変形する。陽極線の損傷および塑性変形に起因する寸法変化のいずれかが発生すると、放射線検出器の動作が低下する。また、場合によっては、放射線検出器を使用する際に、低周波振動の影響を受けないように放射線検出器を処理することが求められる。このような処理は通常、機械的張力が高い状態に陽極線を配置することによって達成される。残念ながら、結晶質金属の合金は塑性変形または破断する可能性があるため、故障率が高く、耐用年数が短い。したがって、この分野において、高い電気抵抗、滑らかな表面仕上げ、良好な耐腐食性および高抗張力を持つ陽極線を求める要望がある。

本発明の一側面において、陰極および陽極を持つ放射線検出器が提供される。この陽極は非晶質金属合金で形成される。

本発明の他の側面において、陰極アセンブリを持つ放射線検出器が提供される。この陰極アセンブリは、主要部、第１端部および第２端部を含む。前記第１端部は前記第２端部に対向して位置する。陰極アセンブリは容量を画定し、その容量の内部に放射線と相互作用する材料が収容される。陽極は、陰極アセンブリ内で前記第１端部から前記第２端部まで伸張する。この陽極は非晶質金属合金で形成される。

放射線検出器は、異なるタイプの検出器を多く含むものである。比例カウンターは放射線検出器の一例であり、中性子検出に使用することができる。放射線検出器は種類が豊富であり、ほんの一例を挙げただけでも、シールド管カウンター、窓なしフローカウンター、パンケーキ型検出器（pancake detector）、単線式検出器、多線式検出器、増倍管検出器、平行板アバランシカウンター、位置敏感型比例計数管、およびガス比例シンチレーションカウンターなどがある。放射線検出器は、切断面において略円筒形であることが多いが、楕円形、略楕円形および長方形の断面形状を持っていてもよい。放射線検出器を使用して、さまざまな種類の放射線を検出することができ、検出できる放射線は、荷電微粒子放射線（たとえば、高速電子、ベータ粒子、重荷電粒子、アルファ粒子、または陽子）および非荷電粒子（たとえば、電磁放射線または中性子）を含むが、これらに限定されるものではない。下記において、放射線検出器の用語は、中性子検出器を含め、放射線の検出に使用できるすべての装置を包含することは理解されるであろう。

図１に、本発明の一側面によって実施される、非晶質金属の陽極線１２０と陰極１４０を有する、ガス充填式比例放射線検出器１００の簡単な模式図を示す。この非晶質金属の陽極線１２０は、ガラス塗膜付きマイクロワイヤーからガラス塗膜を除去することによって取得できる。一般に、陽極線１２０は正電位に保持され、陰極１４０は負電位に保持されるか、または接地される。陽極線１２０の正電位は陽極１４０に電子を引き寄せるため、入射放射線イベントを検出することができる。図１に示した回路では、出力パルスは負荷抵抗Ｒ_Ｌの両端に生じる。この出力パルスを適切な回路配線（図１には示さず）で検出することによって、入射放射線イベントが発生したことを判定できる。

図２は、本発明の一側面によって具現される位置敏感型放射線検出器２００のブロック図である。陽極線２１０は説明のために抵抗として図示したが、陰極２１５に封入されている。陽極線２１０は正電位ＨＶに維持されるが、陰極２１５は接地される。陰極はその両端において封止されており、陰極にはヘリウム−３（^３Ｈｅ）またはＢＦ_３ガスなどのガスを充填できる。使用時には中性子などの入射放射線が陰極２１５内部のガスと相互作用して、荷電粒子を発生させる。この荷電粒子はガス原子をイオン化して電子を発生させる。電子は正の陽極線２１０に引き寄せられて衝突し、検出可能な電流パルスを生成する。

この例におけるガス（たとえば、^３ＨｅまたはＢＦ_３）は、放射線と相互作用する物質であるが、他のガスを使用することもできる。放射線作用物質として使用するのに適した他のガスは、希ガス、アルゴン、メタン、クリプトン、キセノン、エチレン、水素、ヘリウム、酸素、二酸化炭素および窒素のうちの１つまたはこれらの組み合わせを含むものであってよいが、特に限定するものではない。場合によっては、ストッピング（stopping）ガスまたはクエンチガスが望ましいこともある。一例として、メタンなどの多原子気体をクエンチガスに使用することができる。クエンチガスは、放射線捕獲サイトから離れて寄生するアバランシを防ぐために使用される。このことは、位置敏感型検出器で使用される場合に重要性を持つことになる。放射線作用物質として、固体の材料も使用できる。たとえば、イオン化ガスを使用する代わりに、またはそれに加え、陰極の内壁にホウ素の固体コーティングを被覆することもできる。ホウ素コーティングは、入射放射線（たとえば中性子）を捕獲して、ガス成分をイオン化する弾道粒子（ballistic particle）を発生させる。

本発明によって実現される検出器２００は、電荷分割法を使用して、陽極線２１０に沿って生じる入射放射線イベントの位置を特定することができる。増幅器２２０および２２１は、陽極線上の信号を増幅する。増幅器２２０は信号Ｑ_Ａを出力するが、この信号Ｑ_Ａは、陽極線２１０の左端（図２の左側端部）に到達する電荷の量に比例する。増幅器２２１は、信号Ｑ_Ｂを出力し、この信号Ｑ_Ｂは、陽極線２１０の右端（図２の右側端部）に到達する電荷の量に比例する。この２つの増幅器２２０および２２１の出力はブロック２３０において合算され、その合算結果が出力パルスＱ_Ｔである（Ｑ_Ｔ＝Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）。Ｑ_Ｔの大きさは、入射放射線イベントの合計電荷に比例する。ブロック２４０において、位置信号は、陽極線の一方の端部、この場合はＱ_Ａからの電荷の部分を合計電荷（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）で除算することによって生成される。これに代わる方法として、電荷Ｑ_Ｂを合計電荷（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）で除算することもできる。結果２４５で得られる出力パルスは、陽極線２１０に沿った入射放射線イベントの相対位置を示している。

陽極線２１０上の入射放射線イベントの位置を特定する代替方法では、陽極線２１０の各端部におけるパルスの相対立ち上がり時間の差異を使用することができる。たとえば、陽極線２１０の各端部に前置増幅器を設けることができる。陽極線２１０上の入射放射線イベントを示す位置信号は、この２つの前置増幅器によって生成されるパルス間の立ち上がり時間差から取得できる。位置信号を取得する他の方法も、同様に、本発明に考慮される。

ここでは、いくつかのタイプの放射線検出器を記載しただけであるが、本発明は、あらゆるタイプの適切な放射線検出器で使用できることは理解されるであろう。本発明によって実施されるように、放射線検出器の陽極線（１２０，２１０）は、非晶質金属合金で形成されると好ましい。

アモルファス合金は、潜在的な有用性に満ちたさまざまな特性を持つ。特に、アモルファス合金は、同様の化学成分を持つ結晶質合金より強度が高い傾向を示す。非晶質金属の強度は、その非結晶の構造から直接的に得られるもので、この構造には、結晶質合金の強度を制限しているような欠点（たとえば転位など）はいずれも存在しない。非晶質金属合金は、放射線検出器の陽極線としての使用に極めて適していることが判明している。

直径が小さい（たとえば、１〜１５０ミクロン）非晶質金属線は、マイクロワイヤーと呼ばれているが、この非晶質金属線は、ガラス管と所望の金属を高周波誘導電磁界にさらすＴａｙｌｏｒ−Ｕｌｉｔｏｖｓｋｙ製造工程によって作製できる。高周波誘導電磁界によって金属が溶融され、その熱でガラス管が柔らかくなると、軟化したガラス管から金属薄片入り毛細管が引き出される。この金属入り毛細管が過熱状態の冷却帯に入り、急激に冷却されることにより、所望の非晶質構造が得られる。このプロセスにおいて、合金溶融体は、軟化したガラスシース内で急速に凝固する。軟化したガラスシースの存在は、合金溶融体の不安定な性質を抑制すると共に、均一な直径と滑らかな金属−ガラス界面を持つガラス塗膜付きマイクロワイヤーの形成を促進する。高速冷却が求められるのは、一般に、非晶質構造を得るためである。冷却率は、１０^４度Ｃ／秒以上、好ましくは、１０^５〜１０^６度Ｃ／秒である。

非晶質金属合金ワイヤーは他の方法を用いて加工することもでき、回転水溶融紡糸法を含むが、特に限定するものではない。この回転水溶融紡糸法は、オオナカ（Ｉ．Ｏｈｎａｋａ）他により、液体急冷金属国際会議（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｒａｐｉｄｌｙ Ｑｕｅｎｃｈｅｄ Ｍｅｔａｌｓ）第４回議事録（Ｖｏｌ．１，Ｐ．３１〜３４，１９８１年８月２４〜２８日）に開示されている。また、他の方法には、溶融急冷法があり、これは、ストレム・オルセン（Ｊ．Ｓｔｒｏｍ−Ｏｌｓｅｎ）により、材料科学および機械工学（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、「溶融急冷法による細繊維（Ｆｉｎｅ Ｆｉｂｒｅｓ Ｂｙ Ｍｅｌｔ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）」（Ｖｏｌ．Ａ１７８，Ｐ．２３９〜２４３，１９９４年）に記載されている。ただし、これらは、非晶質金属合金ワイヤーの作製に使用可能な方法の僅かな例に過ぎない。また、他の適切な方法も使用することができる。

改善された電気抵抗と、表面仕上げと、耐腐食性と、抗張力とを持つ非晶質金属合金は、強磁性体ベースの合金に追加の金属元素を付加することによって取得できる。強磁性体をベースとする代表的な合金は、鉄またはコバルトをベースとする合金である。この追加の金属元素は、遷移金属およびメタロイド元素から選択できる。

具体的には、追加の金属元素は、スカンジウム（Ｓｃ）、チタニウム（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ），ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、水銀（Ｈｇ）を含む。

鉄またはコバルトベースの合金に追加される、好ましい追加の金属元素は、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびバナジウム（Ｖ）を含む。これらは、非強磁性体遷移金属元素であり、アモルファス合金の電子的、磁気的、かつ構造的な無秩序を拡大させるために選択される。このような無秩序の拡大は、（電子散乱の増加による）電気抵抗の増加と、（せん断帯形成の抑制による）抗張力の向上をもたらす。選択された追加の金属元素は、４〜５０原子パーセントの合金を含むことができる。好ましい追加の金属元素は、単独または組み合わせて追加することができる。追加できる範囲は、４〜２５原子パーセントのクロム、１０〜２５原子パーセントのマンガン、１５〜３０原子パーセントのモリブデン、および１５〜４０原子パーセントのバナジウムのうち、少なくともいずれかである。

メタロイド元素、たとえば、ボロン（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などは、「ガラス形成剤」として知られており、非晶質でガラス状の金属状態の形成を補助するために使用できる。これらのガラス形成剤は、全化学成分の１０〜４０原子パーセントの範囲で追加することができる。好ましい元素はボロンおよびケイ素である。ボロンは１０〜２０原子パーセントの範囲で存在でき、１０〜１５原子パーセントの範囲であると好ましい。ケイ素は５〜１５原子パーセントの範囲で存在でき、１０〜１５原子パーセントの範囲であると好ましい。ガラス形成元素としてボロンとケイ素を組み合わせると好ましい。

本発明の一側面において、非晶質金属の合金は、原子パーセントを単位とする次の一般式：（Ｃｏ_ｌ−ａＦｅ_ａ）_{１００−ｂ−ｃ−ｄ}Ｃｒ_ｂＴ_ｃＸ_ｄによって表される化学成分を持ち、Ｔは、遷移金属から選択される少なくとも１つの元素であり、Ｍｎ、ＭｏおよびＶからなる群から選択されると好ましく、Ｘは、Ｂ、ＳｉおよびＰからなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、ａ，ｂ，ｃおよびｄはそれぞれ、０≦ａ≦１００，４≦ｂ≦２５，０≦ｃ≦４０，１５≦ｄ≦４０の式を満たす。合金構造は完全なアモルファスで、構造において非晶質である。完全な非晶質構造は、３５００ＭＰａを超える高抗張力を持つことができる合金を産出する。このような合金の電気抵抗は、１４５μΩ−ｃｍより大きくなり得る。

本発明の他の側面において、非晶質金属の合金は、原子パーセントを単位とする次の一般式：（Ｃｏ_ｌ−ａＦｅ_ａ）_{１００−ｂ−ｃ−ｄ}Ｃｒ_ｂＴ_ｃＸ_ｄによって表される化学成分を持ち、Ｔは、遷移金属から選択される少なくとも１つの元素であり、Ｍｎ、ＭｏおよびＶからなる群から選択されると好ましく、Ｘは、Ｂ、ＳｉおよびＰからなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、ａ，ｂ，ｃおよびｄは、それぞれ、５≦ａ≦２５，４≦ｂ≦２５，２０≦ｃ≦４０，１５≦ｄ≦３０の式を満たす。合金構造は完全なアモルファスで、構造において非晶質である。完全な非晶質構造は、４５００ＭＰａを超える高抗張力を持つことができる合金を産出する。このような合金の電気抵抗は、１６０μΩ−ｃｍより大きくなり得る。

本発明の付加的側面において、その代表的な例のみを示すと、非晶質金属の合金は、次の化学成分：Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｖ_２０Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５，Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_２４Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５，Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｍｎ_２０Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５，Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｍｏ_２０Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５，Ｃｏ_２０．５Ｆｅ_４Ｃｒ_２５Ｍｏ_２５Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５，Ｃｏ_２６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｖ_４０Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５，Ｃｏ_２６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｍｎ_４０Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５，Ｃｏ_６８Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｐ_５Ｓｉ_９Ｂ_１０，Ｃｏ_６７Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｓｉ_５Ｂ_２０，Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｖ_１０Ｍｎ_１０Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５（単位：原子パーセント）を持つものであってよい。

Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_２４Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５からなる合金は、優れた可鋳性を持つことが判明した。この文脈において、優れた可鋳性は、長尺の連続した長さを持つリボンまたはワイヤーを形成する能力として定義される。貧弱な可鋳性は、合金が凝固して、塗布に適さない離散した薄片または断片になる場合に顕現する。この合金の溶融温度は、約１，０５０℃であることが判った。溶融温度が高すぎると、誘導加熱コイル内に原材料を完全に溶融することが困難になる。誘導加熱コイルは、多くの場合、ガラスが塗布されたマイクロワイヤーを形成するＴａｙｌｏｒ−Ｕｌｉｔｏｖｓｋｙ法で使用される。また、融点が非常に高い場合、その高い融点は、合金が共晶混合物組成と考えられるものとはかけ離れたものであることを示しており、このことは、通常、ガラス形成性が乏しいことを意味する。通常は、より低い融点であることが好ましく、この低融点は、高抗張力、硬度、および高電気抵抗という所望の材料特性と釣り合いの取れるものでなければならない。このような合金のナノ硬度は、約１３．１ＧＰａであることが判明した。ナノ硬度は、オリバー・ファー法（材料科学および機械工学（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、（Ｖｏｌ．Ａ２５３，Ｐ．１５１〜１５９，１９９８年、Ｇ．Ｍ Ｐｈａｒｒ）を使用して測定した。前述の合金の電気抵抗は、約１６３μΩ−ｃｍであることが判明した。

本発明の他の側面において、非晶質金属合金は、原子パーセントでＣｏ_ａＦｅ_ｂＣｒ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅの化学成分を持つことができる。ここで、Ｃｏはコバルト、Ｆｅは鉄、Ｃｒはクロム、Ｓｉはケイ素、そして、Ｂはホウ素であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅはそれぞれ、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｂの各原子パーセントを表し、かつ、次の値：２０≦ａ≦５０，１≦ｂ≦１０，４≦ｃ≦２５，５≦ｄ≦１２，１０≦ｅ≦２０を持ち、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。ここで、このａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅは、次の値：２０≦ａ≦５０，１≦ｂ≦２０，４≦ｃ≦２５，５≦ｄ≦１５，１０≦ｅ≦２０を持ち、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００とすることができ、この場合には、３３≦ａ≦５０，１≦ｂ≦１０，５≦ｄ≦１２であることが好ましい。

本発明のさらに他の側面において、非晶質金属合金は、Ｃｏ_ａＦｅ_ｂＣｒ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅＴ_ｆの化学成分を持つことができ、Ｔは、マンガン（Ｍｎ）と、モリブデン（Ｍｏ）と、バナジウム（Ｖ）とからなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、それぞれ、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｂ，Ｔの各原子パーセントを表し、かつ、次の値：２０≦ａ≦５０，１≦ｂ≦１０，４≦ｃ≦２５，５≦ｄ≦１５，１０≦ｅ≦２０，０≦ｆ≦４０を持ち、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００である。

抗張力は、直径の小さいワイヤーにとっては極めて重要な特性である。多くの場合、放射線検出器は、直径が５〜５０ミクロンの範囲である陽極線を使用する。一部の用途においては、ワイヤーは、直径が１〜１００ミクロンの範囲に及ぶことがある。このような陽極線がその全長に渡って一定の直径を持つことは、検出器の精度にとって極めて重要である。全長に渡って直径が一定であるワイヤーは、そのワイヤー全長で不変の抵抗を持つワイヤーである。高精度の空間分解能のためには、抵抗が不変であることが好ましい。高抗張力の他の利点は、塑性変形に対する耐性である。固定張力という形でワイヤーに負荷が印加される場合、ワイヤーは、塑性変形し難いものでなければならない。ワイヤーが塑性変形してしまうと、そのワイヤーは伸張し、ワイヤーの長さ方向で直径が不均一になる。その結果、電気抵抗に不整合が生じて空間分解能が低下する。アモルファスワイヤーの有利な特徴は、負荷が加えられたときに、破断に先立って塑性変形することがないという点である。３，５００ＭＰａ以上の抗張力を持つワイヤーは、変形し難く、その断面直径を維持でき、過酷な環境においても堅牢であり、さらに、製造工程（特に長尺の陽極線を製造する場合の行程）を耐え抜くことができるものとなる。

放射線検出器に使用される小径ワイヤーにとっては、電気抵抗も極めて重要な特性である。位置敏感型放射線検出器において、陽極線上の到達中性子の位置は、陽極線の両端部における電気パルス到達時間の時間差によって特定することができる。陽極線の電気抵抗が大きくなるにつれて、陽極線に沿って移動する電気パルスの速度が低下する。その結果、陽極線の両端における到達時間の差異が大きくなるため、検出器の制御電子回路は、到達した中性子の位置を特定する際に、より向上した空間分解能を持つことができる。１４５μΩ−ｃｍを超える電気抵抗、好ましくは、１６０μΩ−ｃｍより高い電気抵抗を持つ陽極線を用いて製造された検出器は、優れた空間分解能を持つことになる。

高抗張力および高電気抵抗を持つ非晶質金属合金ワイヤーは、結晶質金属からなる合金ワイヤーに勝る多くの利点を持つ。向上した抗張力は、直径がより小さいワイヤーの使用を可能にする。より小径のワイヤーは、より高い抵抗を持つ。より高抵抗のワイヤーは、放射線検出器において極めて有利であり、検出器の空間分解能を飛躍的に向上させる。一部の放射線検出器は、長さが４メートル以上になる陽極線を必要としており、破壊および塑性変形に耐え得る高抗張力を持つワイヤーを設けることは、このような用途において極めて重要である。

ここに開示した放射線検出器を使用して、荷電粒子放射（たとえば、高速電子、ベータ粒子、重荷電粒子、アルファ粒子、または陽子）および非荷電粒子（たとえば、電磁放射線または中性子）を検出することができる。

本発明について、各種の具体的な実施形態に基づいて説明したが、請求項の精神および範囲内で本発明に修正を加えて実施できることは、当業者であれば理解できるであろう。

ガスが充填された放射線検出器を簡略化して示した模式図である。 本発明の第１実施形態に係る放射線検出器を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 放射線検出器
１２０ 陽極線
１４０ 陰極
２００ 放射線検出器
２１０ 陽極線
２１５ 陰極
２２０ 増幅器
２２１ 増幅器
２３０ Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ
２４０ Ｑ_Ａ／（Ｑ_Ａ＋Ｑ_Ｂ）
２４５ 位置信号
Ｒ_Ｌ 負荷抵抗

Claims (10)

1. 陰極（１４０，２１５）と陽極（１２０，２１０）を含む放射線検出器（１００，２００）であって、
   前記陽極（１２０，２１０）は、非晶質金属合金で形成されることを特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
2. 請求項１に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、
   前記非晶質金属合金は、式：Ｃｏ_ａＦｅ_ｂＣｒ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅで表される成分を持ち、
   前式において、Ｃｏはコバルト、Ｆｅは鉄、Ｃｒはクロム、Ｓｉはケイ素、Ｂはボロンであり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、それぞれ、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｂの各原子パーセントを表すと共に、次の値：
   ２０≦ａ≦５０と、
   １≦ｂ≦１０と、
   ４≦ｃ≦２５と、
   ５≦ｄ≦１２と、
   １０≦ｅ≦２０と、
   ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００を持つこと
   を特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
3. 先行する請求項のいずれか１項に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、前記非晶質金属合金は、３５００ＭＰａより高い抗張力と、１４５μΩ−ｃｍより高い電気抵抗を呈することを特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
4. 請求項２に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、前記成分はさらに元素群Ｔを含み、Ｔは、マンガン（Ｍｎ）と、モリブデン（Ｍｏ）と、バナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素であり、前記非晶質金属合金は、式：
   Ｃｏ_ａＦｅ_ｂＣｒ_ｃＳｉ_ｄＢ_ｅＴ_ｆによって表される成分を持ち、
   前式において、ｆは、原子パーセントの単位で、次の値：
   １０≦ｆ≦４０と、
   ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００を持つこと
   を特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
5. 先行する請求項のいずれか１項に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、前記非晶質金属合金は、４５００ＭＰａより高い抗張力と、１６０μΩ−ｃｍより高い電気抵抗を呈することを特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
6. 請求項４に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、
   前記放射線検出器は、
   第１と第２の対向端部を含む陰極（１４０，２１５）を含み、前記陰極は、イオン化ガスが充填される容量を囲繞し、
   前記陽極（１２０，２１０）は、前記陰極内で、前記第１の対向端部から前記第２の対向端部まで伸張することに加え、前記陰極から電気的に絶縁され、
   前記放射線検出器は、中性子を検出するように構成されること、
   を特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
7. 先行する請求項のいずれか１項に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、
   前記陽極（２１０）と連結され、入射放射線イベントを検出する信号検知手段（２２０，２２１）をさらに含み、前記信号検知手段は、第１信号検知要素と、第２信号検知要素を含み、
   前記陽極（２１０）は、第１端部と、前記第１端部に対向する第２端部とを持ち、前記第１端部には前記第１信号検知要素が連結され、前記第２端部には前記第２信号検知要素が連結され、
   前記陽極（２１０）に沿って生じる前記入射放射線イベントの位置は、前記第１信号検知要素によって受信される第１信号と、前記第２信号検知要素によって受信される第２信号との間の時間差を分析することによって特定できること
   を特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
8. 先行する請求項のいずれか１項に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、
   前記陽極と連結され、入射放射線イベントを検出する電荷検知手段をさらに含み、前記電荷検知手段は第１電荷検知要素と第２電荷検知要素を含み、
   前記陽極（２１０）は、第１端部と、前記第１端部に対向する第２端部を含み、前記第１端部には前記第１電荷検知要素が連結され、前記第２端部には前記第２電荷検知要素が連結され、
   前記陽極に沿って生じる前記入射放射線イベントの位置は、前記第１電荷検知要素または前記第２電荷検知要素のいずれかによって出力される電荷の量を、前記第１電荷検知要素と前記第２電荷検知要素の両方から出力された電荷を合算することによって得られる電荷の合計値で除算することによって特定できること
   を特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
9. 先行する請求項のいずれか１項に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、前記非晶質金属合金は、成分：Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_２４Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５を持つことに加え、前記非晶質金属合金は、４５００ＭＰａより高い抗張力と、１６０μΩ−ｃｍより高い電気抵抗を呈することを特徴とする放射線検出器（１００，２００）。
10. 先行する請求項のいずれか１項に記載の放射線検出器（１００，２００）であって、前記非晶質金属合金は、成分：Ｃｏ_４６．５Ｆｅ_４Ｃｒ_４Ｍｎ_２０Ｓｉ_１２Ｂ_１３．５を持つことに加え、前記非晶質金属合金は、４５００Ｍｐａより高い抗張力と、１６０μΩ−ｃｍより高い電気抵抗を呈することを特徴とする放射線検出器（１００，２００）。

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