JP2010276519A - 荷電粒子測定装置およびその測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定時間が短く、且つ、バックグラウンドの変動に起因した誤差が生じないα線の測定が可能な荷電粒子測定装置を提供する。
【解決手段】荷電粒子測定装置は、試料から放出されるα線とバックグラウンドの双方を測定するための試料測定用α線検出器と、バックグラウンドを測定するためのバックグラウンド測定用α線検出器と、試料から放出されるα線がバックグラウンド測定用α線検出器に入射されることを阻止するように構成されたα線遮蔽板と、前記試料測定用α線検出器と前記バックグラウンド測定用α線検出器から同時刻にて測定した測定値を入力してα線の正味測定値を演算するα線測定装置と、を有する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明はα線等の荷電粒子を測定する装置及び方法に関し、特に、測定放射能の正味測定値を求めるための荷電粒子測定装置及び方法に関する。

荷電粒子の一つであるα線の測定方法として従来、種々の方法が知られている。例えば、非特許文献１にその１例が詳述されている。特許文献１には、本発明者らが発明した荷電粒子測定装置が開示されている。α線を測定する検出器にはＺｎＳ（Ａｇ）シンチレーション検出器、２πガスフォロー計数装置、半導体検出器等がある。いずれの検出器を用いたα線の測定においても、試料の測定値にバックグラウンドが不可避的に含まれる。そこで、試料の測定値からバックグラウンドを差し引いて、試料の正味測定値を求めるのが、正規の分析手順である。

文科省、放射能測定シリーズ３１：環境試料中全アルファ放射能迅速分析法（平成１６年）

特開２００３−０５０２７９号公報

α線の測定では、試料の測定とバックグラウンドの測定の両者が必須となる。通常、試料とバックグラウンドの測定時間は同程度に設定する。つまり、正味の測定値を得るまでには、試料の測定時間の約２倍の時間が必要となる。試料の放射能強度が強く、測定時間が１時間程度であれば、それほど問題にはならない。しかし、一般の環境試料放射能はバックグラウンドと同等か、あるいはそれ以下の放射能強度のものが多い。この条件下では測定時間が２週間から１ヶ月以上となることが多い。例えば、試料の測定時間が２週間の場合は、分析結果を得るまでに要する総時間が４週間（約１ヵ月間）、試料の測定時間が１ヶ月の場合は２ヶ月の長時間を要する。これでは結果を得るまでのターンアラウンドが悪く、分析作業時間に係わる作業コストが大きくなる。

バックグラウンド放射線の主要因は宇宙線である。宇宙線は日、月、季節により、一定の周期で変動する。このため、試料の測定とバックグラウンドの測定を異なる時間に実行すると、バックグラウンドの変動に起因した誤差が生じる。

本発明の目的は、測定時間が短く、且つ、バックグラウンドの変動に起因した誤差が生じないα線の測定が可能な荷電粒子測定装置を提供することにある。

本発明の荷電粒子測定装置は、真空排気されることができる測定容器と、前記試料から放出されるα線とバックグラウンドの双方を測定するための試料測定用α線検出器と、バックグラウンドを測定するためのバックグラウンド測定用α線検出器と、前記試料から放出されるα線が前記バックグラウンド測定用α線検出器に入射されることを阻止するように構成されたα線遮蔽板と、前記試料測定用α線検出器と前記バックグラウンド測定用α線検出器から同時刻にて測定した測定値を入力してα線の正味測定値を演算するα線測定装置と、を有する。

本発明によると、測定時間が短く、且つ、バックグラウンドの変動に起因した誤差が生じないα線の測定が可能な荷電粒子測定装置を提供することができる。

本発明の荷電粒子測定装置の第１の例の断面構成を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第１の例のα線検出器の構成を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第１の例のα線測定装置の構成を示す図である。 測定容器に降り注ぐ宇宙線の概念を示す図である。 宇宙線量の日変動の一例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例の断面構成を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線検出器の構成の例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線検出器の構成の他の例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線遮蔽板の構成の例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線遮蔽板の構成の他の例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線遮蔽板の構成の更に他の例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線遮蔽板の構成の更に他の例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線測定装置の構成を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第３の例のα線検出器の構成の例を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第３の例のα線測定装置の構成を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第４の例の断面構成を示す図である。 本発明の荷電粒子測定装置の第４の例のα線検出器の構成を示す図である。

本発明の実施形態を、図面を用いて以下に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図１Ａは、本発明の荷電粒子測定装置の第１の例の垂直断面構成を示す図である。図１Ｂは図１Ａの線Ａ−Ａに沿って切断した本発明の荷電粒子測定装置の平面構成を示す図である。本例の荷電粒子測定装置は、測定容器１、測定容器１内に支持された試料２の上側に配置された２つのα線検出器３Ａ、３Ｂ、試料２とα線検出器３Ａ、３Ｂの間に配置されたカバー状のα線遮蔽板４、及び、２つのα線検出器３Ａ、３Ｂの間に直立するように配置された衝立状のα線遮蔽板５を、有する。本例の荷電粒子測定装置は、更に、測定容器１内を真空排気する真空ポンプ８と、α線検出器３Ａ、３Ｂに接続されたα線測定装置９を有する。α線測定装置９は、測定回路、演算表示装置等を有し、詳細は図２を参照して説明する。

本例のα線検出器３Ａ、３Ｂは、２つの検出器からなる分割型である。第１のα線検出器３Ａは試料測定用のα線検出器、第２のα線検出器３Ｂはバックグラウンド測定用のα線検出器である。バックグラウンドは宇宙線である。２つのα線検出器３Ａ、３Ｂは、α線を、独立的に測定する。本例のα線測定装置は、半導体検出器であってよい。α線検出器３Ａ、３Ｂの各々の測定面積は、１辺が１-２ｃｍの正方形から１辺が５-６ｃｍの正方形を想定しているが、本発明はこの寸法を限定するものではない。

カバー状のα線遮蔽板４は、２つのα線検出器３Ａ、３Ｂのうち、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｂを覆うように、配置されている。即ち、α線遮蔽板４は、第２のα線検出器３Ｂと試料２の間に配置されている。一方、衝立状のα線遮蔽板５は、２つのα線検出器３Ａ、３Ｂの間に、直立するように配置されている。バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｂは、２つのα線遮蔽板４、５によって覆われている。試料２からのα線がバックグラウンド測定用のα線検出器３Ｂに入射されることはない。

試料２は、２つのα線検出器３Ａ、３Ｂの下方に配置されてよいが、試料測定用のα線検出器３Ａの下方のみに配置してもよい。即ち、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｂの下方の試料２を除去してもよい。

α線遮蔽板４、５はα線を遮蔽する金属板によって形成される。例えば、アルミニウム板の場合、0.1ｍｍ程度の厚さでα線を遮蔽できる。従って、α線遮蔽板４、５を厚さが少なくとも0.1ｍｍのアルミ板によって形成してよい。

測定容器１の前面は、開閉可能なドア（図示なし）が設けられている。このドアを経由して、測定容器１内へ試料２を配置し、また、測定容器１より試料２を取り出すことができる。ドアを閉じると、測定容器１内は、密閉される。測定容器１内は真空ポンプ８によって真空排気される。２つのα線検出器３Ａ、３Ｂの各々からの検出信号はα線測定装置９に送られる。

試料測定用のα線検出器３Ａは、その下方に配置された試料２から放出されるα線とバックグラウンドの合計の線量を検出する。上述のように、試料２から放出されるα線は、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｂに入射されることはない。従って、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｂは、バックグラウンドのみを検出する。

α線測定装置９によって、α線の正味測定値を所定の手順で求める。２つのα線検出器３Ａ、３Ｂの測定値をそれぞれＳ、ＳＢとする。Ｓは、試料２から放出されるα線とバックグラウンドの合計の検出量である。ＳＢは、バックグラウンドの検出量である。従って、１個のα線検出器によって検出されるα線の正味測定値はＡ＝Ｓ-ＳＢとして求めることができる。

従来の測定方法では、バックグラウンド測定と試料測定を順に実行するため、２倍の測定時間が必要となる問題があった。また、試料とバックグラウンドの測定時刻が異なるため、試料の測定値に、バックグラウンドの変動に起因した誤差が直接含まれる問題があった。

しかしながら、本発明の荷電粒子測定装置によると、バックグラウンド測定と試料測定を同時に行うため、従来装置の測定時間に比べ、約1/2の測定時間で試料の正味測定値を求めることができる。更に、本例では、試料測定と同一条件でバックグラウンド測定を行うことが可能である。従って、バックグラウンドの変動に起因した誤差を排除することができる。

図２を参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第１の例のα線測定装置９を説明する。本例のα線測定装置は、バイアス電源１０、前置増幅器１１Ａ、１１Ｂ、線形増幅器１２Ａ、１２Ｂ、マルチプレクサー１３、波高分析器１４、バッファーメモリ１５、及び、演算表示装置１６を有する。２つのα線検出器３Ａ、３Ｂには、バイアス電源１０から所定のバイアス電圧が印加される。２つのα線検出器３Ａ、３Ｂからのα線検出信号のパルスは、それぞれ、前置増幅器１１によって増幅され、更に、線形増幅器１２によって増幅されて、マルチプレクサー１３に送られる。マルチプレクサー１３は、入力した検出信号が、２つのα線検出器３Ａ、３Ｂのうち、どの検出器の検出信号であるかを識別し、波高分析器１４に送る。波高分析器１４は、波高分析を行う。波高分析の結果は、バッファーメモリ１５に保存される。バッファーメモリ１５には、α線検出器３Ａ、３Ｂからの検出信号毎に、波高分析の結果が保存される。演算表示装置１６は、上述のように、２つのα線検出器３Ａ、３Ｂの測定値から、試料の正味測定値Ａを求める。演算表示装置１６は、更に、α線検出器３Ａ、３Ｂ毎に、α線測定値を独立に分析することができる。また、演算表示装置１６は、α線測定の開始・停止、真空ポンプ８の起動停止のシーケンス処理や、測定データや測定容器内１の状態監視データの入出力処理等も行う。

次に、図３を参照して、バックグラウンドについて説明する。図３には、試料容器１内に配置された試料２とα線検出器３の概略が示されている。点線矢印は、測定容器１に降り注ぐ宇宙線の概念を示す。宇宙線のエネルギーは数ＧｅＶ以上であり、その殆どは、測定容器１およびその内部構成部品を貫通する。宇宙線の散乱成分(低エネルギー成分)の一部がα線検出器３に捕獲されたときにバックグラウンド信号となる。α線検出器３によって宇宙線を捕獲する確率は非常に小さい。しかしながら、長時間の微量放射能の測定では、バックグラウンドを正確に評価しなければ、測定誤差が大きくなる。

図４を参照して、バックグラウンドの変動について説明する。図４は、宇宙線量の日変動の一例を示すグラフである。このグラフの横軸は時間、縦軸は宇宙線量（目盛りは任意）を表す。宇宙線の主な源は太陽である。太陽活動に依存して宇宙線量が変動することが知られている。図示の例では、宇宙線量は、１日に、最大値＋８から最小値−８まで２倍に変化する。従って、宇宙線を源とするバックグラウンドは変動する。特に、数週間から数ヶ月に渡る長時間測定において、試料の測定とバックグラウンドの測定を異なる時刻に実施すると、バックグラウンドの日変動、月変動、季節変動が誤差要因として伝播することになる。

バックグラウンドの変動をＮｂとすると、バックグラウンドの変動に起因した誤差は1/√（Ｎｂ）と評価できる。本例では、Ｎｂ＝２である。従って、バックグラウンドの変動に起因した誤差は、1/√（Ｎｂ）＝1/√２＝０．７０７となる。即ち、誤差は、±７０％以上となる。

しかしながら、本発明では、試料とバックグラウンドの測定を同一時刻、即ち、同一条件で実施する。従って、バックグラウンドの変動に起因した誤差は、生じない。即ち、バックグラウンド値を補償した荷電粒子測定装置が実現できる。

以上説明したように、本例によると、試料とバックグラウンドを同時刻にて測定する、即ち、同一条件にて測定する。そのため、バックグラウンドの変動に起因した誤差が生じない。更に、試料とバックグラウンドを同時に測定するから、両者を異なる時刻に測定する場合と比較して、測定作業時間を約1/2にすることができる。本例の荷電粒子測定装置によると、α線分析の精度が大幅に向上するとともに、測定作業時間と分析作業コストを約1/2に低減できる。即ち、バックグラウンド補償型の迅速荷電粒子測定装置を実現することができる。

図５は本発明の荷電粒子測定装置の第２の例の測定容器１内の断面構成を示す。本例の荷電粒子測定装置は、測定容器１、測定容器１内に支持された試料２の上側に配置された４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄ、試料２とα線検出器３Ａ〜３Ｄの間に配置されたカバー状のα線遮蔽板４、及び、４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄの間を仕切り且つ周囲を囲むように配置された格子状のα線遮蔽板６を有する。

図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線検出器を説明する。図６Ａの例では、測定容器１内に４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄが設けられている。第１、第２、及び、第３のα線検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃは試料測定用のα線検出器、第４のα線検出器３Ｄはバックグラウンド測定用のα線検出器である。バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｄは、カバー状のα線遮蔽板４によって覆われている。

図６Ｂの例では、測定容器１内に４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄが設けられている。第１及び第２のα線検出器３Ａ、３Ｂは試料測定用のα線検出器、第３及び第４のα線検出器３Ｃ、３Ｄはバックグラウンド測定用のα線検出器である。バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｃ、３Ｄは、カバー状のα線遮蔽板４によって覆われている。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線遮蔽板を説明する。図７Ａの例では、試料トレー７に４つの試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが配置されている。図示の例では試料は円形であるが、試料の形状は特に限定されない。試料の上に、格子状のα線遮蔽板６が配置されている。格子状のα線遮蔽板６は、周囲の枠状のα線遮蔽板６Ａと、仕切り状のα線遮蔽板６Ｂによって形成されている。格子状のα線遮蔽板６の上に、カバー状のα線遮蔽板４が配置されている。カバー状のα線遮蔽板４は、図６Ａを参照して説明したように、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｄを覆うように配置される。

格子状のα線遮蔽板６は、各α線検出器が、直下の試料からのα線のみを検出し、周囲の試料からのα線を検出しないように機能する。カバー状のα線遮蔽板４は、それによって覆われたα線検出器が、直下の試料からのα線を検出しないように機能する。

カバー状のα線遮蔽板４と格子状のα線遮蔽板６の両者を用いることによって、試料２Ｄから放出されるα線がバックグラウンド測定用検出器３Ｄに入射するのを阻止し、且つ、試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃから放出されるα線がバックグラウンド測定用検出器３Ｄに入射するのを阻止する。

試料測定用のα線検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃの測定値をそれぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３とし、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｄの測定値をＳＢとする。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、それぞれ、各試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃから放出されるα線とバックグラウンドの合計の検出量である。ＳＢは、１個のα線検出器によって検出されるバックグラウンドの検出量である。従って、１個のα線検出器によって検出されるα線の正味測定値はＡ＝Ｓｎ-ＳＢとして求めることができる。Ｓｎは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの任意の１つである。尚、Ｓｎとして、３つの測定値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の平均値を用いてもよい。

図７Ｂの例では、試料トレー７に１つの試料２が配置されている。試料２は、試料トレー７の全面を拡がるように配置されている。試料２の寸法は、図７Ａに示した試料の４倍の大きさを有する。試料２の上に、格子状のα線遮蔽板６が配置されている。格子状のα線遮蔽板６の上に、カバー状のα線遮蔽板４が配置されている。カバー状のα線遮蔽板４は、図６Ｂを参照して説明したように、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｃ、３Ｄを覆うように配置される。カバー状のα線遮蔽板４は、試料２の半分を覆うように配置されている。

格子状のα線遮蔽板６は、各α線検出器が、直下の試料部分からのα線のみを検出し、周囲の試料部分からのα線を検出しないように機能する。カバー状のα線遮蔽板４は、それによって覆われたα線検出器が、直下の試料部分からのα線を検出しないように機能する。

試料測定用のα線検出器３Ａ、３Ｂの測定値をそれぞれＳ１、Ｓ２とし、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｃ、３Ｄの測定値をＳＢ１、ＳＢ２とする。Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ試料２から放出されるα線とバックグラウンドの合計の検出量である。ＳＢ１、ＳＢ２は、それぞれ１個のα線検出器によって検出されるバックグラウンドの検出量である。従って、１個のα線検出器によって検出されるα線の正味測定値はＡ＝Ｓｎ-ＳＢｍとして求めることができる。Ｓｎは、Ｓ１、Ｓ２のうちの任意の１つである。ＳＢｍは、ＳＢ１、ＳＢ２のうちの任意の１つである。尚、Ｓｎとして、２つの測定値Ｓ１、Ｓ２の平均値を用いてもよい。ＳＢｍとして、２つのバックグラウンドＳＢ１、ＳＢ２の平均値を用いてもよい。尚、試料２の全体から放出されるα線の正味測定値は、上述の値を４倍すればよい。

図７Ｃ及び図７Ｄを参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線遮蔽板を説明する。図７Ｃの例では、試料トレー７に３つの試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃが配置されている。試料の上に、格子状のα線遮蔽板６が配置されている。格子状のα線遮蔽板６の上に、カバー状のα線遮蔽板４が配置されている。カバー状のα線遮蔽板４は、図６Ａを参照して説明したように、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｄを覆うように配置される。

格子状のα線遮蔽板６は、各α線検出器が、直下の試料からのα線のみを検出し、周囲の試料からのα線を検出しないように機能する。格子状のα線遮蔽板６を用いることによって、試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃから放出されるα線がバックグラウンド測定用検出器３Ｄに入射するのを阻止する。カバー状のα線遮蔽板４は、それによって覆われたα線検出器が、直下の試料からのα線を検出しないように機能する。本例では、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｄの直下に試料が配置されていない。従って、カバー状のα線遮蔽板４は除去してもよい。

試料測定用のα線検出器３Ａ、３Ｂ、３Ｃの測定値をそれぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３とし、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｄの測定値をＳＢとする。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、それぞれ各試料２Ａ、２Ｂ、２Ｃから放出されるα線とバックグラウンドの合計の検出量である。ＳＢは、１個のα線検出器によって検出されるバックグラウンドの検出量である。従って、１個のα線検出器によって検出されるα線の正味測定値はＡ＝Ｓｎ-ＳＢとして求めることができる。Ｓｎは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの任意の１つである。尚、Ｓｎとして、３つの測定値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の平均値を用いてもよい。

図７Ｄの例では、試料トレー７に１つの試料２が配置されている。試料２は、試料トレー７の半分を拡がるように配置されている。試料２の寸法は、図７Ｃに示した試料の２倍の大きさを有する。試料２の上に、格子状のα線遮蔽板６が配置されている。格子状のα線遮蔽板６の上に、カバー状のα線遮蔽板４が配置されている。カバー状のα線遮蔽板４は、図６Ｂを参照して説明したように、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｃ、３Ｄを覆うように配置される。カバー状のα線遮蔽板４は、試料２の半分を覆うように配置されている。

格子状のα線遮蔽板６は、各α線検出器が、直下の試料部分からのα線のみを検出し、周囲の試料部分からのα線を検出しないように機能する。格子状のα線遮蔽板６を用いることによって、試料２から放出されるα線がバックグラウンド測定用検出器３Ｃ、３Ｄに入射するのを阻止する。カバー状のα線遮蔽板４は、それによって覆われたα線検出器が、直下の試料部分からのα線を検出しないように機能する。本例では、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｃ、３Ｄの直下に試料部分が配置されていない。従って、カバー状のα線遮蔽板４は除去してもよい。

試料測定用のα線検出器３Ａ、３Ｂの測定値をそれぞれＳ１、Ｓ２とし、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｃ、３Ｄの測定値をＳＢ１、ＳＢ２とする。Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ試料２から放出されるα線とバックグラウンドの合計の検出量である。ＳＢ１、ＳＢ２は、それぞれ１個のα線検出器によって検出されるバックグラウンドの検出量である。従って、１個のα線検出器によって検出されるα線の正味測定値はＡ＝Ｓｎ-ＳＢｍとして求めることができる。Ｓｎは、Ｓ１、Ｓ２のうちの任意の１つである。ＳＢｍは、ＳＢ１、ＳＢ２のうちの任意の１つである。尚、Ｓｎとして、２つの測定値Ｓ１、Ｓ２の平均値を用いてもよい。ＳＢｍとして、２つのバックグラウンドＳＢ１、ＳＢ２の平均値を用いてもよい。尚、試料２の全体から放出されるα線の正味測定値は、上述の値を２倍すればよい。

試料の測定値とバックグラウンドの測定値の大きさが同等の場合、両者の測定時間を同一とすることによって、測定誤差σが最小となることが知られている。本例では、両者の測定時間が同一であるから、試料とバックグラウンドの放射能レベルが同等のとき、最も精度の良い測定条件を実現できることになる。

図８を参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第２の例のα線測定装置を説明する。本例のα線測定装置は、バイアス電源１０、前置増幅器１１Ａ〜１１Ｄ、線形増幅器１２Ａ〜１２Ｄ、マルチプレクサー１３、波高分析器１４、バッファーメモリ１５、及び、演算表示装置１６を有する。４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄには、バイアス電源１０から所定のバイアス電圧が印加される。４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄからのα線検出信号のパルスは、それぞれ、前置増幅器１１〜１１Ｄによって増幅され、更に、線形増幅器１２Ａ〜１２Ｄによって増幅されて、マルチプレクサー１３に送られる。マルチプレクサー１３は、入力した検出信号が、４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄのうち、どの検出器の検出信号であるかを識別し、波高分析器１４に送る。波高分析器１４は、波高分析を行う。波高分析の結果は、バッファーメモリ１５に保存される。バッファーメモリ１５には、α線検出器３Ａ〜３Ｄからの検出信号毎に、波高分析の結果が保存される。演算表示装置１６は、４つのα線検出器３Ａ〜３Ｄの測定値から、上述のように試料の正味測定値（Ａ）を求めることができる。

図９を参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第３の例のα線検出器を説明する。本例では、測定容器１内に９個のα線検出器が設けられている。第１〜第６のα線検出器３Ａ〜３Ｆは試料測定用のα線検出器、第７〜第９のα線検出器３Ｇ〜３Ｉはバックグラウンド測定用のα線検出器である。バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｇ〜３Ｉは、α線遮蔽板４によって覆われている。本例でも、格子状のα線遮蔽板６が用いられる。

試料測定用のα線検出器３Ａ〜３Ｆの下方には、試料が配置され、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｇ〜３Ｉの下方には、試料が配置されていないものとする。図７Ｃに示したように、α線検出器毎に１個の試料を配置してもよいが、図７Ｄに示したように、試料トレーに拡がる１個の試料を配置してもよい。

試料測定用のα線検出器３Ａ〜３Ｆの測定値をそれぞれＳ１〜Ｓ６とし、バックグラウンド測定用のα線検出器３Ｇ〜３Ｉの測定値をＳＢ１〜ＳＢ３とする。１個のα線検出器によって検出されるα線の正味測定値はＡ＝Ｓｎ-ＳＢｍとして求めることができる。Ｓｎは、Ｓ１〜Ｓ６のうちの任意の１つである。ＳＢｍは、ＳＢ１〜ＳＢ３のうちの任意の１つである。尚、Ｓｎとして、６つの測定値Ｓ１〜Ｓ６の平均値を用いてもよい。ＳＢｍとして、３つのバックグラウンドＳＢ１〜ＳＢ３の平均値を用いてもよい。尚、図７Ｄに示したように、試料トレーに拡がる１個の試料の場合には、試料の全体から放出されるα線の正味測定値は、上述の値を６倍すればよい。

以上の議論より、一般に、試料測定用のα線検出器の個数とバックグラウンド測定用のα線検出器の個数が与えられると、α線の正味測定値が得られることが判る。試料測定用のα線検出器の個数をｎ、バックグラウンド測定用のα線検出器の個数をｍとする。試料測定用のα線検出器の下方には、試料が配置され、バックグラウンド測定用のα線検出器の下方には、試料が配置されていないものとする。図７Ｃに示したように、α線検出器毎に１個の試料を配置する場合、１個の試料から放出されるα線の正味測定値をＡｎとする。Ａｎは以下の式によって求められる。

Ａｎ＝Ｓｎ−ＳＢｍ＝(1/ｎ)・ΣＳｎ−(1/ｍ)・ΣＳＢｍ

但し、Ｓｎは、試料測定用のα線検出器の任意の１つの測定値、(1/ｎ)・ΣＳｎは、ｎ個の試料測定用のα線検出器の測定値の平均値である。ＳＢｍは、バックグラウンド測定用のα線検出器の任意の１つの測定値、(1/ｍ)・ΣＳＢｍは、ｍ個のバックグラウンド測定用のα線検出器の測定値の平均値である。また、ｎ＝１又はｎ＞１、ｍ＝１又はｍ＞１である。

図７Ｄに示したように、試料トレーに拡がる１個の試料の場合には、試料の全体から放出されるα線の正味測定値をＡとする。Ａは以下の式によって求められる。

Ａ＝ΣＳｎ−(ｎ/ｍ)・ΣＳＢｍ

ΣＳｎは、ｎ個の試料測定用のα線検出器の測定値の和、(ｎ/ｍ)・ΣＳＢｍは、ｍ個のバックグラウンド測定用のα線検出器の測定値の平均値をｎ倍した値を表す。但し、ｎ＞１、ｍ＞１である。

本例によると、試料の個数又は試料の寸法に応じて、必要な個数のα線検出器を設置することができる。従って、試料の個数又は試料の寸法が変化しても、迅速に計測が可能となる。

図１０を参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第３の例のα線測定装置を説明する。本例のα線測定装置は、バイアス電源１０、前置増幅器１１Ａ〜１１Ｉ、線形増幅器１２Ａ〜１２Ｉ、マルチプレクサー１３、波高分析器１４、バッファーメモリ１５、及び、演算表示装置１６を有する。９つのα線検出器３Ａ〜３Ｉには、バイアス電源１０から所定のバイアス電圧が印加される。９つのα線検出器３Ａ〜３Ｉからのα線検出信号のパルスは、それぞれ、前置増幅器１１Ａ〜１１Ｉによって増幅され、更に、線形増幅器１２Ａ〜１２Ｉによって増幅されて、マルチプレクサー１３に送られる。マルチプレクサー１３は、入力した検出信号が、９つのα線検出器３Ａ〜３Ｉのうち、どの検出器の検出信号であるかを識別し、波高分析器１４に送る。波高分析器１４は、波高分析を行う。波高分析の結果は、バッファーメモリ１５に保存される。バッファーメモリ１５には、α線検出器からの検出信号毎に、波高分析の結果が保存される。

演算表示装置１６は、９個のα線検出器の測定値から、上述のように試料の正味測定値（Ａｎ、Ａ）を求めることができる。

図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して、本発明の荷電粒子測定装置の第４の例のα線検出器を説明する。図１１Ａは、本発明の荷電粒子測定装置の第４の例の垂直断面構成を示す図である。図１１Ｂは図１１Ａの線Ａ−Ａに沿って切断した本発明の荷電粒子測定装置の平面断面構成を示す図である。本例では、カバー状のα線遮蔽板４の代わりに、可動型のα線遮蔽シャッター２０が用いられている。本例では、α線遮蔽シャッター２０をシャッター駆動機構２１によって任意の位置に移動させることができる。シャッター駆動機構２１の代わりに手動によりα線遮蔽シャッター２０を移動させることができるように構成してもよい。

図示の例では、α線検出器３は、３列×３行に配置されている。しかしながら、α線検出器３は、任意の行と列によって配置されてよい。任意の数の列のα線検出器３を試料測定用とし、残余の列のα線検出器３をバックグラウンド測定用とすることができる。α線遮蔽シャッター２０は、試料測定用のα線検出器３を露出させ、バックグラウンド測定用のα線検出器３を覆うように配置される。

以上で説明した本発明の荷電粒子測定装置の例では、α線検出器として、半導体検出器を用いる。しかしながら、本発明の荷電粒子測定装置では、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレーション検出器、２πガスフォロー計数装置等の他のα線検出器を用いてもよい。

また、以上の説明では、荷電粒子測定装置によって測定する荷電粒子線としてα線を例に挙げたが、α線以外の荷電粒子の測定にも本発明は適用可能である。

上述の例では、試料とバックグラウンドの放射能強度に応じて最適な測定精度を維持する特徴を前提に述べているが、測定の目的によっては精度を犠牲にしても迅速な結果を得る場合もあり、使用方法は任意に設定できることは言うまでもない。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１…測定容器、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｄ…試料、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ…α線検出器、４、５、６…α線遮蔽板、７…試料トレー、８…真空ポンプ、９…α線測定装置、１０…バイアス電源、１１…前置増幅器、１２…線形増幅器、１３…マルチプレクサー、１４…波高分析器、１５…バッファーメモリ、１６…演算表示装置、２０…α線遮蔽シャッター、２１…シャッター駆動機構。

Claims (20)

1. 真空排気されることができる測定容器と、前記測定容器内に配置された試料から放出されるα線とバックグラウンドの双方を測定するための試料測定用α線検出器と、バックグラウンドを測定するためのバックグラウンド測定用α線検出器と、前記試料から放出されるα線が前記バックグラウンド測定用α線検出器に入射されることを阻止するように構成されたα線遮蔽板と、前記試料測定用α線検出器と前記バックグラウンド測定用α線検出器から同時刻にて測定した測定値を入力してα線の正味測定値を演算するα線測定装置と、を有し、
   前記α線測定装置は、前記試料測定用α線検出器によって検出されたα線とバックグラウンドの双方の測定値から、前記バックグラウンド測定用α線検出器によって検出されたバックグラウンドの測定値を減算することにより、前記試料から放出されるα線の正味の測定値を算出することを特徴とする荷電粒子測定装置。
2. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、前記α線遮蔽板は格子状のα線遮蔽板を有し、前記格子状のα線遮蔽板は、前記α線検出器が、各々、対面する位置の試料からのα線のみを検出し周囲の試料からのα線を検出しないように、前記α線検出器を個別に仕切るように構成されていることを特徴とする荷電粒子測定装置。
3. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、前記α線遮蔽板はカバー状のα線遮蔽板を有し、前記カバー状のα線遮蔽板は、前記バックグラウンド測定用α線検出器が、各々、対面する位置の試料からのα線を検出しないように、前記バックグラウンド測定用α線検出器を覆うように構成されていることを特徴とする荷電粒子測定装置。
4. 請求項３記載の荷電粒子測定装置において、前記カバー状のα線遮蔽板は可動型のシャッターによって構成されていることを特徴とする荷電粒子測定装置。
5. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、
   前記試料測定用α線検出器の個数をｎ（ｎ＝１又はｎ＞１）とし、前記バックグラウンド測定用α線検出器の個数をｍ（ｍ＝１又はｍ＞１）とし、前記試料測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置され、前記バックグラウンド測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置されていない場合であって、前記試料測定用α線検出器毎に１個の試料が配置されているとき、
   前記α線測定装置は、前記１個の試料から放出されるα線の正味測定値Ａｎを次の式によって求めることを特徴とする荷電粒子測定装置。
   Ａｎ＝Ｓｎ−ＳＢｍ＝(1/ｎ)・ΣＳｎ−(1/ｍ)・ΣＳＢｍ
   但し、Ｓｎは、前記試料測定用α線検出器の任意の１つの測定値、(1/ｎ)・ΣＳｎは、ｎ個の前記試料測定用α線検出器の測定値の平均値、ＳＢｍは、前記バックグラウンド測定用α線検出器の任意の１つの測定値、(1/ｍ)・ΣＳＢｍは、ｍ個の前記バックグラウンド測定用α線検出器の測定値の平均値である。
6. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、
   前記試料測定用α線検出器の個数をｎ（ｎ＞１）とし、前記バックグラウンド測定用α線検出器の個数をｍ（ｍ＞１）とし、前記試料測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置され、前記バックグラウンド測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置されていない場合であって、前記試料測定用α線検出器に対面する位置の全体に延びるように１個の試料が配置されているとき、
   前記α線測定装置は、前記試料の全体から放出されるα線の正味測定値をＡを次の式によって求めることを特徴とする荷電粒子測定装置。
   Ａ＝ΣＳｎ−(ｎ/ｍ)・ΣＳＢｍ
   但し、ΣＳｎは、ｎ個の前記試料測定用α線検出器の測定値の和、(ｎ/ｍ)・ΣＳＢｍは、ｍ個の前記バックグラウンド測定用α線検出器の測定値の平均値をｎ倍した値である。
7. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、前記α線検出器は半導体検出器であることを特徴とする荷電粒子測定装置。
8. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、前記α線検出器はα線以外の荷電粒子を測定することを特徴とした荷電粒子測定装置。
9. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、前記α線測定装置は、前記α線検出器に所定のバイアス電圧が印加するためのバイアス電源と、前記α線検出器からのα線検出信号を増幅する増幅器と、該増幅器によって増幅されたα線検出信号を入力し、前記α線測定装置毎の出力を識別するマルチプレクサーと、該マルチプレクサーから送られた前記α線測定装置毎の出力より波高分析を行う波高分析器と、波高分析の結果を保持するバッファーメモリと、を有することを特徴とする荷電粒子測定装置。
10. 請求項１記載の荷電粒子測定装置において、前記増幅器は、前記α線検出器からのα線検出信号を増幅する前置増幅器と、該前置増幅器によって増幅されたα線検出信号を更に増幅する線形増幅器とを有することを特徴とする荷電粒子測定装置。
11. 真空排気されることができる測定容器内に試料を配置することと、
    前記試料に対向するように試料測定用α線検出器とバックグラウンド測定用α線検出器とを配置することと、
    前記試料から放出されるα線が前記バックグラウンド測定用α線検出器に入射されることを阻止するように前記試料と前記α線検出器の間にα線遮蔽板を配置することと、
    前記試料測定用α線検出器によって、前記試料から放出されるα線とバックグラウンドの双方を測定することと、
    前記バックグラウンド測定用α線検出器によって、バックグラウンドを測定することと、
    前記試料測定用α線検出器によって検出されたα線とバックグラウンドの双方の測定値と前記バックグラウンド測定用α線検出器によって検出されたバックグラウンドの測定値から、前記試料から放出されるα線の正味の測定値を算出することと、
    を有する荷電粒子測定方法。
12. 請求項１１記載の荷電粒子測定方法において、前記α線遮蔽板は格子状のα線遮蔽板を有し、前記格子状のα線遮蔽板は、前記α線検出器が、各々、対面する位置の試料からのα線のみを検出し周囲の試料からのα線を検出しないように、前記α線検出器を個別に仕切るように構成されていることを特徴とする荷電粒子測定方法。
13. 請求項１１記載の荷電粒子測定方法において、前記α線遮蔽板はカバー状のα線遮蔽板を有し、前記カバー状のα線遮蔽板は、前記バックグラウンド測定用α線検出器が、各々、対面する位置の試料からのα線を検出しないように、前記バックグラウンド測定用α線検出器を覆うように構成されていることを特徴とする荷電粒子測定方法。
14. 請求項１１記載の荷電粒子測定方法において、前記カバー状のα線遮蔽板は可動型のシャッターによって構成されていることを特徴とする荷電粒子測定方法。
15. 請求項１１記載の荷電粒子測定方法において、
    前記試料測定用α線検出器の個数をｎ（ｎ＝１又はｎ＞１）とし、前記バックグラウンド測定用α線検出器の個数をｍ（ｍ＝１又はｍ＞１）とし、前記試料測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置され、前記バックグラウンド測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置されていない場合であって、前記試料測定用α線検出器毎に１個の試料が配置されているとき、
    前記１個の試料から放出されるα線の正味測定値Ａｎを次の式によって求めることを特徴とする荷電粒子測定方法。
    Ａｎ＝Ｓｎ−ＳＢｍ＝(1/ｎ)・ΣＳｎ−(1/ｍ)・ΣＳＢｍ
    但し、Ｓｎは、前記試料測定用α線検出器の任意の１つの測定値、(1/ｎ)・ΣＳｎは、ｎ個の前記試料測定用α線検出器の測定値の平均値、ＳＢｍは、前記バックグラウンド測定用α線検出器の任意の１つの測定値、(1/ｍ)・ΣＳＢｍは、ｍ個の前記バックグラウンド測定用α線検出器の測定値の平均値である。
16. 請求項１１記載の荷電粒子測定方法において、
    前記試料測定用α線検出器の個数をｎ（ｎ＞１）とし、前記バックグラウンド測定用α線検出器の個数をｍ（ｍ＞１）とし、前記試料測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置され、前記バックグラウンド測定用α線検出器に対面する位置には試料が配置されていない場合であって、前記試料測定用α線検出器に対面する位置の全体に延びるように１個の試料が配置されるとき、
    前記試料の全体から放出されるα線の正味測定値をＡを次の式によって求めることを特徴とする荷電粒子測定方法。
    Ａ＝ΣＳｎ−(ｎ/ｍ)・ΣＳＢｍ
    但し、ΣＳｎは、ｎ個の前記試料測定用α線検出器の測定値の和、(ｎ/ｍ)・ΣＳＢｍは、ｍ個の前記バックグラウンド測定用α線検出器の測定値の平均値をｎ倍した値である。
17. 真空排気されることができる測定容器と、前記測定容器内に配置された試料から放出される荷電粒子とバックグラウンドの双方を測定するための試料測定用荷電粒子検出器と、バックグラウンドを測定するためのバックグラウンド測定用荷電粒子検出器と、前記試料から放出される荷電粒子が前記バックグラウンド測定用荷電粒子検出器に入射されることを阻止するように構成された荷電粒子遮蔽板と、前記試料測定用荷電粒子検出器と前記バックグラウンド測定用荷電粒子検出器から同時刻にて測定した測定値を入力して荷電粒子の正味測定値を演算する荷電粒子測定装置と、を有し、
    前記荷電粒子測定装置は、前記試料測定用荷電粒子検出器によって検出された荷電粒子とバックグラウンドの双方の測定値と前記バックグラウンド測定用荷電粒子検出器によって検出されたバックグラウンドの測定値から、前記試料から放出される荷電粒子の正味の測定値を算出することを特徴とする荷電粒子測定装置。
18. 請求項１７載の荷電粒子測定装置において、前記荷電粒子はα線であることを特徴とする荷電粒子測定装置。
19. 請求項１７載の荷電粒子測定装置において、前記荷電粒子遮蔽板は格子状の遮蔽板を有し、前記格子状の荷電粒子遮蔽板は、前記荷電粒子検出器が、各々、対面する位置の試料からの荷電粒子のみを検出し周囲の試料からの荷電粒子を検出しないように、前記荷電粒子検出器を個別に仕切るように構成されていることを特徴とする荷電粒子測定装置。
20. 請求項１７載の荷電粒子測定装置において、前記荷電粒子遮蔽板はカバー状の荷電粒子遮蔽板を有し、前記カバー状の荷電粒子遮蔽板は、前記バックグラウンド測定用荷電粒子検出器が、各々、対面する位置の試料からの荷電粒子を検出しないように、前記バックグラウンド測定用荷電粒子検出器を覆うように構成されていることを特徴とする荷電粒子測定装置。

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