JP2014002917A - ガイガーミュラー計数管、放射線測定装置及びガイガーミュラー計数管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、容易に不活性ガスを封入することができるガイガーミュラー計数管、放射線測定装置及びガイガーミュラー計数管の製造方法を提供する。
【解決手段】ガイガーミュラー計数管（１００）は、ステンレス又は金属コバールにより形成され、一方向に開口部を他方向が封止された円筒状の封入管（１１１）と、開口部に接合される環状枠を有し、封入管の内部に密封された空間（１１２）を形成するキャップ（１２０）と、空間に配置される電極（１２１）と、空間に封入される不活性ガス及び腐食性のクエンチガスと、を備え、封入管の内壁及びキャップの環状枠の空間側の面に、耐腐食膜（１３０）が形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、不活性ガスが封入されたガイガーミュラー計数管、放射線測定装置及びガイガーミュラー計数管の製造方法に関する。

ガイガーミュラー計数管（ＧＭ管）は、主に放射線測定装置に用いられる部品である。ＧＭ管の中には不活性ガスが封入されており、不活性ガスはＧＭ管の中に侵入した放射線により電子とイオンとに電離させられる。また、ＧＭ管には陽極電極及び陰極電極が形成されており、ＧＭ管の陽極電極及び陰極電極の間には高い電圧がかけられて使用される。そのため、電離した電子及びイオンはそれぞれ陽極電極及び陰極電極に向かって加速される。これにより陽極電極と陰極電極との間が通電され、パルス信号が発生する。このような不活性ガスが封入されたＧＭ管は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平４−４５５１号公報

しかし、特許文献１ではＧＭ管への不活性ガスの封入方法に関して何ら開示していない。一般的にはＧＭ管に排気及び不活性ガスを導入するためのガラスの排気管が取り付けられ、その後、不活性ガスがＧＭ管へ導入されてガラスの排気管が封止される。このような工程は長く、自動化が困難であるため、ＧＭ管の量産化における課題の一つとなっている。

本発明では、容易に不活性ガスを封入することができるガイガーミュラー計数管、放射線測定装置及びガイガーミュラー計数管の製造方法を提供することを目的とする。

第１観点のガイガーミュラー計数管は、ステンレス又は金属コバールにより形成され、一方向に開口部を他方向が封止された円筒状の封入管と、開口部に接合される環状枠を有し、封入管の内部に密封された空間を形成するキャップと、空間に配置される電極と、空間に封入される不活性ガス及び腐食性のクエンチガスと、を備え、封入管の内壁及びキャップの環状枠の空間側の面に、耐腐食膜が形成されている。

第２観点のガイガーミュラー計数管は、第１観点において、耐腐食膜が、表面が酸化されたクロムのメッキ膜又はクエンチガスに耐腐食性の樹脂膜又は塗料膜である。

第３観点のガイガーミュラー計数管は、第１観点及び第２観点において、封入管の他方向が雲母により封止されている。

第４観点のガイガーミュラー計数管は、第１観点から第３観点において、封入管とキャップとが抵抗溶接により接合されている。

第５観点のガイガーミュラー計数管は、第１観点から第４観点において、キャップが、電極をキャップの空間側から外側へ支えるガラスとガラスを覆うように形成される環状枠とにより形成され、環状枠がステンレス又は金属コバールにより形成され、ガラスがステンレス又は金属コバールと同じ熱膨張率を有している。

第６観点のガイガーミュラー計数管は、第１観点から第５観点において、電極が、キャップの中央を貫通して空間内に棒状に突き出て陽極となるとともにその先端が絶縁されており、封入管が陰極となる。

第７観点のガイガーミュラー計数管は、第６観点において、電極が金属コバールにより形成されている。

第８観点の放射線測定装置は、第１観点から第７観点のガイガーミュラー計数管と、ガイガーミュラー計数管からのパルスを増幅する増幅器と、増幅器に接続されたカウンターと、を備える。

第９観点のガイガーミュラー計数管の製造方法は、一方向に開口部を他方向が封止されステンレス又は金属コバールにより形成されている円筒状の封入管と、開口部に接合される環状枠を有し封入管の内部に密封された空間を形成し空間に配置される電極を有するキャップと、をチャンバー内に配置する工程と、チャンバー内を真空引きする工程と、真空引き工程後に、チャンバー内に不活性ガス及び腐食性のクエンチガスを導入する工程と、不活性ガス及び腐食性のクエンチガスを導入して所定の真空度になった後、チャンバー内で封入管とキャップとを接合する工程と、を備える。

第１０観点のガイガーミュラー計数管の製造方法は、第９観点において、封入管の内壁及びキャップの環状枠の空間側の面に耐腐食膜が形成され、耐腐食膜が、表面が酸化されたクロムのメッキ膜又はクエンチガスに耐腐食性の樹脂膜又は塗料膜である。

第１１観点のガイガーミュラー計数管の製造方法は、第９観点又は第１０観点において、封入管とキャップとの接合が抵抗溶接により行われる。

本発明のガイガーミュラー計数管、放射線測定装置及びガイガーミュラー計数管の製造方法によれば、容易に不活性ガスを封入することができる。

放射線測定装置１０の概略図である。 （ａ）は、ガイガーミュラー計数管１００の側面図である。 （ｂ）は、ガイガーミュラー計数管１００の上面図である。 （ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面の分解断面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 ガイガーミュラー計数管１００の製造方法が示されたフローチャートである。 封入管１１０及びキャップ１２０とこれらを保持する保持具１４０及び保持具１５０との断面図である。 （ａ）は、封入管１１０とキャップ１２０とが重ね合された状態の封入管１１０、キャップ１２０、及び保持具１４０、１５０の断面図である。 （ｂ）は、封入管１１０とキャップ１２０とが接合された状態の封入管１１０、キャップ１２０、及び保持具１４０、１５０の断面図である。 （ａ）は、ガイガーミュラー計数管２００の断面図である。 （ｂ）は、ガイガーミュラー計数管２００の底面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜放射線測定装置１０の構成＞
図１は、放射線測定装置１０の概略図である。放射線測定装置１０は、主に測定部１１、信号処理部１２、及び測定部１１と信号処理部１２とを繋ぐケーブル１３を有している。測定部１１は放射線を受けてパルス信号を発生させる部分であり、後述されるガイガーミュラー計数管１００（図２（ａ）参照）が配置される。測定部１１において発生したパルス信号は、ケーブル１３を伝って信号処理部１２に送られる。信号処理部１２にはパルス信号を増幅する増幅器（不図示）及び増幅器に接続されパルス信号を数えるためのカウンター（不図示）等が備えられている。信号処理部１２ではパルス信号が放射線量に換算され、換算された放射線量は信号処理部１２に形成される結果表示部１４に表示される。

＜ガイガーミュラー計数管１００の構成＞
図２（ａ）は、ガイガーミュラー計数管１００の側面図である。ガイガーミュラー計数管１００は、円筒形の封止管１１０と、キャップ１２０と、により構成されている。以下の説明では、封止管１１０が伸びる方向をＺ軸方向、封止管１１０を構成する円筒の直径方向でありＺ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向、同じく、封止管１１０を構成する円筒の直径方向でありＸ軸方向及びＺ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向とする。封止管１１０は中空であり、−Ｚ軸側の端が封止されており、＋Ｚ軸側の端には開口されている開口部１１３（図３（ａ）参照）を有している。キャップ１２０は、封止管１１０の開口部１１３に接合されて封止管１１０の内部の空間１１４（図３（ａ）参照）を密封する。また、キャップ１２０の中心を線状の陽極電極１２１が貫いている。ガイガーミュラー計数管１００のＺ軸方向の長さＬＡは、例えば約２０ｍｍに形成される。また、封止管１１０の直径ＤＡは、例えば７〜８ｍｍに形成される。

図２（ｂ）は、ガイガーミュラー計数管１００の上面図である。ガイガーミュラー計数管１００の上面にはキャップ１２０が配置されるため、図２（ｂ）はキャップ１２０の＋Ｚ軸側の面の平面図にもなっている。キャップ１２０は円盤状の形状を有しており、キャップ１２０の外周に形成され封止管１１０に接合される環状枠１２３と、環状枠１２３の内側に形成され、線状に形成された陽極電極１２１が中心を貫通する内周部１２２と、により構成されている。環状枠１２３は、例えば金属コバール又はステンレスにより形成され、内周部１２２は例えばコバールガラスにより形成される。金属コバールは鉄、ニッケル、コバルトの合金であり、コバールガラスはホウ珪酸ガラスである。

図３（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面の分解断面図である。封止管１１０は、円筒状の側面１１１と、側面１１１の−Ｚ軸側の端に側面１１１から連側的に繋がって形成されている底面１１２と、により構成されている。側面１１１及び底面１１２は、ステンレス又は金属コバールにより形成されている。また、封止管１１０には側面１１１と底面１１２とにより囲まれて形成される空間１１４が形成されており、側面１１１の＋Ｚ軸側の端は開口された開口部１１３となっている。さらに、封止管１１０の側面１１１の空間１１４側及び底面１１２の空間１１４側には耐腐食膜１３０が形成されている。耐腐食膜１３０は、例えば表面が酸化されたクロム（Ｃｒ）のメッキ膜、耐熱性が良く腐食しないエポキシ樹脂等の樹脂膜、又は、塗料膜等が用いられる。

封止管１１０の側面１１１の＋Ｚ軸側の端、すなわち、開口部１１３に、キャップ１２０の環状枠１２３が接合されて空間１１４が密封される。キャップ１２０の環状枠１２３の−Ｚ軸側の面には耐腐食膜１３０が形成されており、空間１１４に封入される腐食性のガスからキャップ１２０の環状枠１２３が保護される。キャップ１２０の中心には陽極電極１２１が貫通しており、陽極電極１２１は空間１１４内に直線状に伸びている。空間１１４内における陽極電極１２１の先端は、絶縁体１３１により覆われている。絶縁体１３１は、例えばガラス等の材料により形成されており、陽極電極１２１の先端からの放電を防いでいる。

空間１１４には不活性ガス及びクエンチガスが封入される。不活性ガスには、例えばヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、又はアルゴン（Ａｒ）等の希ガスが用いられる。また、クエンチガスには、例えば、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）又は塩素（Ｃｌ）等のハロゲン系のガスが用いられる。このようなクエンチガスは金属を腐食させる性質を有しているために封止管１１０及びキャップ１２０を構成する金属が腐食される可能性があるが、ガイガーミュラー計数管１００では耐腐食膜１３０が空間１１４を覆うようにガイガーミュラー計数管１００の内壁に形成されていることにより封止管１１０及びキャップ１２０の腐食が防がれている。

図３（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。封止管１１０の空間１１４の中心には陽極電極１２１が配置され、封止管１１０の側面１１１が陰極電極としての役割を果たす。封止管１１０を介して空間１１４内に放射線が侵入すると、放射線は不活性ガスを正に帯電したイオンと負に帯電した電子とに電離させる。また、陽極電極と陰極電極との間に例えば４６０から９００Ｖの電圧がかけられることにより空間１１４に電界が形成される。そのため、電離したイオン及び電子は、それぞれ陰極電極及び陽極電極に向かって加速する。加速されたイオンは、他の不活性ガスに衝突して他の不活性ガスを電離させる。このような電離の繰り返しにより、空間１１４内には雪崩状に電離したイオン及び電子が形成されパルス電流が流れる。ガイガーミュラー計数管１００を有する放射線測定装置は、このようなパルス電流によるパルス信号のパルスの回数を計測することにより放射線量を測定することができる。また、このような電流が連続的に流れるとパルスの回数を計測できなくなるが、これを防ぐためにクエンチガスが不活性ガスと共に空間１１４に封入されている。クエンチガスはイオンが有するエネルギーを失わせる働きをする。

＜ガイガーミュラー計数管１００の製造方法＞
図４は、ガイガーミュラー計数管１００の製造方法が示されたフローチャートである。以下に、図４を参照してガイガーミュラー計数管１００の製造方法を説明する。

図４のステップＳ１０１では、封入管１１０及びキャップ１２０が用意される。キャップ１２０は、内周部１２２と環状枠１２３とが同じ熱膨張率を有するように形成されることが望ましい。例えば、環状枠１２３に金属コバールが用いられる場合は、内周部１２２には金属コバールと同じ熱膨張率を有するコバールガラスにより形成される。さらに、封入管１１０及び環状枠１２３に関しても同じ熱膨張率を有するように同じ材料により形成される。ガイガーミュラー計数管１００の全体が同じ又は近い熱膨張率の材料で形成されることにより、キャップ１２０と封止管１１０との接合時に発生する熱によって生じる温度変化に起因する熱膨張及び収縮により空間１１４の密封が解かれることがないため好ましい。

ステップＳ１０２では、封入管１１０及びキャップ１２０に耐腐食膜１３０が形成される。ステップＳ１０２では、図３（ａ）に示されるように封入管１１０の内壁及びキャップ１２０の環状枠１２３の−Ｚ軸側の面に耐腐食膜１３０が形成される。キャップ１２０の内周部１２２を構成するガラスは腐食しないため内周部１２２の−Ｚ軸側の面には耐腐食膜１３０が形成されなくても良いが、内周部１２２に耐腐食膜１３０が形成されたとしても問題はない。耐腐食膜１３０は、形成される耐腐食膜１３０の材料により、メッキ、蒸着、及び塗布等の様々な方法により行うことができる。また、必要に応じて耐腐食膜１３０が熱処理される。

ステップＳ１０３では、封入管１１０及びキャップ１２０がチャンバー内に配置される。ステップＳ１０３では、封入管１１０及びキャップ１２０が、封入管１１０及びキャップ１２０を保持するための保持具１４０及び保持具１５０（図５参照）に装着された状態でチャンバー（不図示）内に配置される。

図５は、封入管１１０及びキャップ１２０とこれらを保持する保持具１４０及び保持具１５０との断面図である。封入管１１０は保持具１４０に保持され、キャップ１２０は保持具１５０に保持されている。封入管１１０に接合される前のキャップ１２０の環状枠１２３の封入管１１０に接合される面には、プロジェクション１２３ａが形成されている。プロジェクション１２３ａは封入管１１０に接触する部分が尖るように形成されている。保持具１４０の＋Ｚ軸側の面には保持孔１４１が形成されており、保持孔１４１には封入管１１０が挿入されている。このとき、封入管１１０の開口部１１３は保持具１４０の外側に露出されている。また、保持具１４０の＋Ｚ軸側の面には、＋Ｚ軸方向に伸びる複数の棒１４２が配置されており、各棒１４２には、ばね１４３が取り付けられている。同様に、保持具１５０には保持孔１５１が形成されており、保持孔１５１にはキャップ１２０が保持されている。保持具１５０には、例えば磁石が埋め込まれることにより、保持具１５０の−Ｚ軸側の面にキャップ１２０を張り付けて保持することができる。また、保持具１５０には棒１４２が挿入される為の貫通孔１５２が形成されている。保持具１５０は、ばね１４３によりキャップ１２０と封止管１１０とが接触しないように保持具１４０の＋Ｚ軸側に保持されている。封入管１１０及びキャップ１２０は図５に示された状態でチャンバー内に配置されている。

ステップＳ１０４では、チャンバー内が真空引きされる。チャンバー内が真空引きされることで、封止管１１０の空間１１４が真空引きされる。

ステップＳ１０５では、チャンバー内に不活性ガス及びクエンチガスが導入される。チャンバー内に不活性ガス及びクエンチガスが導入されることにより、封止管１１０の空間１１４にこれらのガスが導入される。

ステップＳ１０６では、封入管１１０とキャップ１２０とが接合される。ステップＳ１０５において、チャンバー内の真空度が既定の数値に達したら、図５の状態の保持具１５０が−Ｚ軸方向に押される。これにより、保持具１５０は封入管１１０とキャップ１２０とが重なるまで棒１４２に沿って−Ｚ軸方向に移動する。キャップ１２０が開口部１１３を塞いだ状態でキャップ１２０と封入管１１０とが抵抗溶接される。

図６（ａ）は、封入管１１０とキャップ１２０とが重ね合された状態の封入管１１０、キャップ１２０、及び保持具１４０、１５０の断面図である。ステップＳ１０６で保持具１５０が−Ｚ軸方向に押されることにより、プロジェクション１２３ａの先端と封入管１１０の＋Ｚ軸側の面とが接触する。この状態で、保持具１５０を−Ｚ軸方向に加圧しながらキャップ１２０の環状枠１２３と封入管１１０の＋Ｚ軸側の面との間に電圧をかけて電流を流す。これにより、プロジェクション１２３ａの先端では電流密度が高くなるため、プロジェクション１２３ａが抵抗熱によって加熱されて、溶融されることにより抵抗溶接が行われる。

図６（ｂ）は、封入管１１０とキャップ１２０とが接合された状態の封入管１１０、キャップ１２０、及び保持具１４０、１５０の断面図である。封入管１１０とキャップ１２０との抵抗溶接により、キャップ１２０が開口部１１３を塞ぐように封入管１１０に接合される。また、抵抗溶接はチャンバー内に不活性ガス及びクエンチガスが充満している状態で行われるため、封入管１１０の空間１１４には不活性ガス及びクエンチガスが閉じ込められる。

ガイガーミュラー計数管１００は、空間１１４の内壁に耐腐食膜１３０が形成されていることにより、クエンチガスが封入管１１０及びキャップ１２０を構成する金属と反応することが防がれているため、クエンチガスが反応してなくなることがない。そのためガイガーミュラー計数管１００は長期に渡って安定した性能を保持することができる。また、クエンチガスは耐腐食膜１３０の形成により封入管１１０及びキャップ１２０と反応しないため、封入管１１０及びキャップ１２０が腐食することにより空間１１４の封止の信頼性が低下することがない。さらにガイガーミュラー計数管１００は、不活性ガス及びクエンチガスの空間１１４への封入と同時にキャップ１２０と封止管１１０との接合が行われるため、ガイガーミュラー計数管１００の製造が容易であり簡略化されるため好ましい。また、キャップ１２０の環状枠１２３と封入管１１０の側面１１１とが同じ熱膨脹率を有する材料により形成されて直接接合されることにより、キャップと封入管との熱膨張率の違いに起因した力がガイガーミュラー計数管１００に働くことがなく、温度変化によって空間１１４の密封が破れてしまう懸念がなくなるため好ましい。

（第２実施形態）
ガイガーミュラー計数管では、β線の測定が可能であるように封入管の一部にβ線測定用の窓が形成されても良い。以下に、封入管にβ線測定用の窓が形成されたガイガーミュラー計数管２００について説明する。また、以下の説明では、第１実施形態と同じ部分に関しては第１実施形態と同じ記号を用いて表し、その説明を省略する。

＜ガイガーミュラー計数管２００の構成＞
図７（ａ）は、ガイガーミュラー計数管２００の断面図である。ガイガーミュラー計数管２００は、封入管２１０とキャップ１２０とにより構成されている。封入管２１０の−Ｚ軸側の端には雲母（マイカ）の窓２５０がスペーサ２５１を介して取り付けられている。また、空間１１４に面する封入管２１０の側面２１１及びキャップ１２０の環状枠１２３には耐腐食膜１３０が形成されている。空間１１４に面する雲母（マイカ）の窓２５０及び内周部１２２は腐食しないため耐腐食膜１３０が形成されていなくても良いが、形成されても問題はない。

図７（ｂ）は、ガイガーミュラー計数管２００の底面図である。すなわち、図７（ｂ）は図７（ａ）を−Ｚ軸側から見た状態が示されている。封入管２１０の底面には雲母の窓２５０が見えるように配置されている。β線は、封入管２１０の側面２１１を構成するステンレス又は金属コバールを透過しにくいが、雲母を容易に透過する。そのため、例えば図１に示される放射線測定装置１０の測定部１１の先端に雲母の窓２５０が配置されるようにガイガーミュラー計数管２００が配置され、測定部１１の先端が、β線を放射する方向に向けられることによりβ線を測定することができる。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

１０ … 放射線測定装置
１１ … 測定部
１２ … 信号処理部
１３ … ケーブル
１４ … 結果表示部
１００、２００ … ガイガーミュラー計数管
１１０、２１０ … 封入管
１１１、２１１ … 側面
１１２ … 底面
１１３ … 開口部
１１４ … 空間
１２０ … キャップ
１２１ … 陽極電極
１２２ … 内周部
１２３ … 環状枠
１２３ａ … プロジェクション
１３０ … 耐腐食膜
１３１ … 絶縁体
１４０、１５０ … 保持具
１４１、１５１ … 保持孔
１４２ … 棒
１４３ … ばね
１５２ … 貫通孔
２５０ … 雲母の窓
２５１ … スペーサ

Claims (11)

1. ステンレス又は金属コバールにより形成され、一方向に開口部を他方向が封止された円筒状の封入管と、
   前記開口部に接合される環状枠を有し、前記封入管の内部に密封された空間を形成するキャップと、
   前記空間に配置される電極と、
   前記空間に封入される不活性ガス及び腐食性のクエンチガスと、を備え、
   前記封入管の内壁及び前記キャップの前記環状枠の前記空間側の面に、耐腐食膜が形成されているガイガーミュラー計数管。
2. 前記耐腐食膜は、表面が酸化されたクロムのメッキ膜又は前記クエンチガスに耐腐食性の樹脂膜又は塗料膜である請求項１に記載のガイガーミュラー計数管。
3. 前記封入管の他方向は、雲母により封止されている請求項１又は請求項２に記載のガイガーミュラー計数管。
4. 前記封入管と前記キャップとは、抵抗溶接により接合されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガイガーミュラー計数管。
5. 前記キャップは、前記電極を前記キャップの前記空間側から外側へ支えるガラスと前記ガラスを覆うように形成される前記環状枠とにより形成され、
   前記環状枠は、ステンレス又は金属コバールにより形成され、
   前記ガラスは、前記ステンレス又は前記金属コバールと同じ熱膨張率を有している請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガイガーミュラー計数管。
6. 前記電極は、前記キャップの中央を貫通して前記空間内に棒状に突き出て陽極電極となるとともにその先端が絶縁されており、前記封入管が陰極電極となる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガイガーミュラー計数管。
7. 前記電極は、金属コバールにより形成されている請求項６に記載のガイガーミュラー計数管。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガイガーミュラー計数管と、
   前記ガイガーミュラー計数管からのパルスを増幅する増幅器と、
   前記増幅器に接続されたカウンターと、を備える放射線測定装置。
9. 一方向に開口部を他方向が封止されステンレス又は金属コバールにより形成されている円筒状の封入管と、前記開口部に接合される環状枠を有し前記封入管の内部に密封された空間を形成し前記空間に配置される電極を有するキャップと、をチャンバー内に配置する工程と、
   前記チャンバー内を真空引きする工程と、
   前記真空引き工程後に、前記チャンバー内に不活性ガス及び腐食性のクエンチガスを導入する工程と、
   前記不活性ガス及び腐食性のクエンチガスを導入して所定の真空度になった後、前記チャンバー内で前記封入管と前記キャップとを接合する工程と、
   を備えるガイガーミュラー計数管の製造方法。
10. 前記封入管の内壁及び前記キャップの前記環状枠の前記空間側の面に耐腐食膜が形成され、前記耐腐食膜は、表面が酸化されたクロムのメッキ膜又は前記クエンチガスに耐腐食性の樹脂膜又は塗料膜である請求項９に記載のガイガーミュラー計数管の製造方法。
11. 前記封入管と前記キャップとの接合は、抵抗溶接により行われる請求項９又は請求項１０に記載のガイガーミュラー計数管の製造方法。