JP2015004594A

JP2015004594A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2015004594A
Application number: JP2013130187A
Authority: JP
Inventors: 石澤　和哉; Kazuya Ishizawa; 和哉石澤; 憲之疋田; Noriyuki Hikita
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2015-01-08

Abstract

【課題】空間放射線量、温度、湿度などの測定環境に優れる放射線検出器を提供する。【解決手段】放射線検出器１０は、放射線に反応する電離ガス１３が封入され、陰極になる筒状の外囲器１１と、その中心軸に沿って配設された陽極１４と、外囲器１１の一端に取り付けられ、陰極および陽極１４をシールド線付きの信号ケーブル２１に接続するコネクタ１２を備える。コネクタ１２は、筒状の一端が外囲器１１に接合されその他端がシールド線に接続される導電性のコネクタケース１２１と、陽極端子１４ａおよび信号ケーブル２１の芯線を接続するソケット型のコネクタ導体１２２と、コネクタ導体１２２を収容しコネクタケース１２１の内部に保持される無機絶縁体材からなる収容インシュレータ１２３を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は放射線を検出する放射線検出器に関する。

例えば原子炉、加速器施設などの放射線を扱う施設や一般の放射線測定器では、荷電粒子、ガンマー線、中性子線のような放射線の空間放射線量の測定を行うために、その用途に合わせた放射線検出器が使用される。これ等の検出器は、一般に例えば筒状の容器に封入されたガスの放射線による電離などを検出できる構造になっている。

以下に放射線検出器の概略を説明する。典型的な放射線検出器では、例えば陰極となる筒状の外囲器内に放射線に反応する希ガスなどが封入され、その外囲器の中心軸に例えばワイヤー状の陽極が張られて配設されている。そして、検出器に入射する放射線が陰極やガスと相互作用してガスの電離などが生じると、その生じた電荷は上記陽極と陰極間に例えばパルス電流からなる信号を発生させる。このような信号を検知することにより、放射線の検出がなされる。

ここで、上記陽極では、筒状の外囲器の一端に取り付けられた例えば雌型コネクタを通して、陽極端子が信号ケーブルに接続しその検出信号が外部に出力される。また、軸心に沿い張られた陽極の他方の端部は陽極固定部として絶縁部材を介し外囲器の他端に固定されている。そして、この陽極に対して数百ボルト〜数千ボルトの高電圧が信号ケーブルを通して印加され、陰極は例えば接地電位に固定される。なお、外囲器は例えばステンレス鋼などの金属体材からなる。

この放射線検出器においては、封入するガス種、そのガス圧力、あるいは陽極のワイヤー径などの最適設計により、放射線の種類などの検出用途に合わせた検出器が作製される。しかし、空間放射線量、温度、湿度などの測定環境によっては検出器に使用する材質を考慮する必要がある。特にコネクタに使用される絶縁体材は、従来のテフロン（登録商標）などの有機物であると長期的な使用が難しくなる虞が生じる。

特開２００７−４６９９９号公報

放射線検出器からの信号を取り出すコネクタでは、市販品を用いたものが多く、それに使用される絶縁体はほとんどがテフロンなどの有機物である。この場合、長期間において空間放射線量が高くなる放射線環境になると、テフロンなどの有機物からなる絶縁体は放射線劣化を招く恐れがあった。放射線検出器には数百ボルト以上の高い電圧が常時印加されており、放射線劣化が生じた場合、検出器以外のノイズ信号が発生し易くなり、正確な計測ができなくなってしまう。あるいは、放射線に対する高い位置分解能が必要とされる放射線検出器では、例えば高い湿度などの測定環境において、コネクタの絶縁性劣化に起因したノイズ信号の増大から、信号検出ができなくなる虞が生じる。

そこで、空間放射線量、温度、湿度などの測定環境に優れる放射線検出器が強く求められ、その検出器のコネクタにおいて用いられる絶縁体を耐放射線化することが必要になってきている。

実施形態の放射線検出器は、放射線に反応するガスが封入され、陰極になる筒状の外囲器と、前記外囲器の中心軸に沿って配設された陽極と、前記外囲器の一端に取り付けられ、前記陰極および陽極をシールド線付きのケーブルに接続するコネクタを備え、前記コネクタは、筒状の一端が前記外囲器に接合されその他端が前記シールド線に接続される導電性のコネクタケースと、前記陽極および前記ケーブルの芯線を接続するソケット型のコネクタ導体と、鍔状部を形成した無機絶縁体材の筒体からなり前記コネクタ導体を収容し前記コネクタケースの内部に前記鍔状部で保持される収容インシュレータを有する。

実施形態に係る放射線検出器の一例を示す断面図である。同放射線検出器のコネクタにおける接触要素を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその一例のＸ−Ｘ矢視断面図、（ｃ）はその他例のＸ−Ｘ矢視断面図である。同コネクタにおける接触要素をコネクタケースに保持するための保持部材を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその一例のＹ−Ｙ矢視断面図、（ｃ）はその他例のＹ−Ｙ矢視断面図である。同コネクタの組立ての説明に供するための断面図である。

以下、実施形態にかかる放射線検出器について図面を参照して説明する。ここで、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる。これ等の図では、互いに同一または類似の部分には共通の符号が付され、重複説明は一部省略される。

図１に示すように、放射線検出器１０は、例えばステンレス鋼などを用いて円筒状に形成された陰極となる外囲器１１を備える。外囲器１１の両端は気密の閉塞構造に形成され、その一端にコネクタ１２が取り付けられるようになっている。この閉塞構造の外囲器１１内には、放射線と相互作用するガスとして例えば電離ガス１３が陽圧状態あるいは陰圧状態に封入されている。そして、外囲器１１の中心に沿い、例えば白金（Ｐｔ）などからなる陽極１４がワイヤー状に張られ配設されている。この陽極１４の一方の端部は、例えばコバールでできたピン状の陽極端子１４ａになり、詳細は後述されるコネクタ１２に接続している。また、陽極１４の他方の端部は、陽極固定部１４ｂになり、例えば紡錘形状の絶縁部材１５および金属製の係止部材１６を介し外囲器１１の他端の閉塞部１７に固定されている。

筒状の外囲器１１において、その他端は、導電体材からなる閉塞部１７が外囲器１１に溶接された閉塞構造になる。なお、この閉塞部１７は外囲器１１と一体に成形されても構わない。これに対し、上記コネクタ１２が取り付けられる外囲器１１の一端は、例えば金属製のコネクタ取り付け部１８、無機絶縁物からなる絶縁部１９などにより閉塞される。ここで、高い密封を確保するために、コネクタ取り付け部１８と絶縁部１９は、例えばコバールなどの金属製の接合部材２０を介し接合している。

コネクタ取り付け部１８は、その平面形状と断面形状がそれぞれ円環状およびＬ字状になり、その内周縁で接合部材２０に接着し、外周縁で外囲器１１に溶接される構造になっている。なお、このコネクタ取り付け部１８は外囲器１１と一体に成形されても構わない。

絶縁部１９は、例えば高純度のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などのセラミックスからなる。この絶縁部１９では、陽極端子１４ａが密閉状態を保ち挿通されて外囲器１１の外部に延出するようになっている。ここで、絶縁部１９は、陽極端子１４ａと接合部材２０間の絶縁性を高めるために、図１に示すように、その中心部が外囲器１１内に突出する構造体に形成される。なお、陽極端子１４ａと接合部材２０あるいはコネクタ取り付け部１８間の例えば沿面放電が生じ難い構造になる場合などでは、絶縁部１９は一定外径の柱状構造になっても構わない。

そして、コネクタ１２は、２つの開口端をもつ筒状のコネクタケース１２１、ソケット型のコネクタ導体１２２、およびコネクタ導体を収容する収容インシュレータ１２３を有する。ここで、コネクタ導体を収容する収容インシュレータ１２３は保持部材１２４によりコネクタケース１２１内に保持される。

ここで、例えば円筒状のコネクタケース１２１はステンレス合金、アルミニウム合金などの導電体材からなり、その一端のケース接合部１２１ａが外囲器１１のコネクタ取り付け部１８に溶接などで接合している。また、コネクタケース１２１の他端側に例えばネジ切り部１２１ｂが形成されている。そして、絶縁被覆を備えた被覆ケーブルである信号ケーブル２１のシールド線の取り出し端子（図示せず）がネジ切り部１２１ｂに螺合し、コネクタケース１２１の外部に螺着されるようになっている。このようにして、放射線検出器１０の陰極になる外囲器１１に接続する。

ソケット型のコネクタ導体１２２は、収容インシュレータ１２３とともに接触要素をなす。このような接触要素では、２つのソケット部をもつ例えばニッケルめっきした黄銅製のコネクタ導体１２２が筒状の収容インシュレータ１２３内に挿着し収容されている。図２に示すように、第１ソケット部１２２ａおよび第２ソケット部１２２ｂが形成されているコネクタ導体１２２は、例えば円筒状の収容インシュレータ１２３の中心軸に沿い挿着されている。ここで、第１ソケット部１２２ａは収容インシュレータ１２３から突き出ないようになっていてもよい。逆に第２ソケット部１２２ｂが収容インシュレータ１２３から突き出すようになっていてもよい。またコネクタ導体は収容インシュレータに固着されてもよいし、組立て上、遊嵌状態にされてもよい。

そして、第１ソケット部１２２ａに陽極端子１４ａが例えばハンダ接合する。また、第２ソケット１２２ｂに信号ケーブルの芯線が差し込まれ装着される。このようにして、陽極端子１４ａは信号ケーブルに電気接続する。

収容インシュレータ１２３は、それに固着したコネクタ導体１２２とともにコネクタケース１２１内に保持され、陽極端子１４ａおよび信号ケーブルの芯線を接続するコネクタ導体１２２をコネクタケース１２１から絶縁分離する。この収容インシュレータ１２３は例えばセラミックスのような無機絶縁体材からなる。

図２に示されるように、収容インシュレータ１２３は、筒体であり、断面形状における外側面が例えば３段になり、コネクタ導体１２２の第２ソケット部１２２ｂから第１ソケット部１２２ａにかけて外径が階段状に拡径する。すなわち、大径の鍔状部１２３ａ、中径部１２３ｂおよび小径部１２３ｃになるように加工されている。そして、その鍔状部１２３ａは、図１に示すように、コネクタケース１２１の一端の開口端から内部に入った所定中間位置の内側面でその中心軸の方向に鍔状に延出する鍔状突起部１２１ｃに係合する。中継部１２３ｂが鍔状突起部１２１cの中央孔に嵌合され、鍔状部１２３ａが鍔状突起部１２１ｃ面に押圧される。押圧は、図３に示すような一部切欠されたリング状の保持部材１２４によってなされ固定保持される。

ここで、保持部材１２４はコネクタケース１２１の内側面に形成される段部１２１ｄに支持されようになっている。この段部１２１ｄは、鍔状突起部１２１ｃからケース接合部１２１ａにかけてコネクタケース１２１の内側面が段状にケーブル装着側よりも縮径し、かつ鍔状部１２３ａが挿通可能な筒状壁面１２１ｅ（図４参照）に形成される。

図３に示すように、保持部材１２４は、一部が切欠されたリング状になり、対向する切欠端１２４ａ、１２４ａに一対の把持部１２４ｂ、１２４ｂが一体に設けられた構造になっている。そして、この保持部材１２４はリング径の方向に弾性変位するバネ性を有する。その材質は導電体、絶縁体あるいは半導体のいずれであっても上記バネ性とともに靱性をもてばよい。例えば、導電体の場合ではステンレス鋼が好適に用いられる。絶縁体の場合では、例えば耐放射線性に優れ真空脱泡処理が施されたシリコン系樹脂が使用される。

上記保持部材１２４による収容インシュレータ１２３の保持において、図２（ｂ）に示すようなコネクタ導体１２２および収容インシュレータ１２３からなる一例の接触要素が用いられる。この場合、鍔状部１２３ａの保持部材１２４に対向する端面が平坦面１２３ｄになるために、その平坦面１２３ｄの対向面が平坦面１２４ｃになる図３（ｂ）に示す保持部材１２４が用いられる。あるいは、図２（ｃ）に示すようなコネクタ導体１２２および収容インシュレータ１２３からなる他例の接触要素が用いられる場合には、鍔状部１２３ａの端面がその外周部で傾斜する傾斜面１２３ｅになるために、その傾斜面１２３ｅの対向面が傾斜面１２４ｄになる図３（ｃ）に示す保持部材１２４が用いられるとよい。

次に、図４を参照してコネクタの組立てについて説明する。この図４は、コネクタケース１２１に対して、コネクタ導体１２２および収容インシュレータ１２３からなる接触要素を装着する断面図になっている。

図４（ａ）に示すように、筒状のコネクタケース１２１の一端のケース接合部１２１ａ側からコネクタ導体１２２が固着する収容インシュレータ１２３を挿入する。同様に、リング状の保持部材１２４をケース接合部１２１ａ側からコネクタケース１２１内に挿入する。この保持部材１２４の挿入では、図３に示した２つの把持部１２４ｂを治具で挟みその弾発力に抗して押圧する。そして、２つの切欠端１２４ａが例えば接する程度まで保持部材１２４をリング径の方向に弾性変位させて、その径を小さく保つようにする。

そして、収容インシュレータ１２３の小径部１２３ｃおよび中径部１２３ｂが鍔状突起部１２１ｃを通り抜け、鍔状突起部１２１ｃの内径より径の大きな鍔状部１２３ａが鍔状突起部１２１ｃに当接すると、鍔状部１２３ａの平坦面１２３ｄと段部１２１ｄとの間に保持部材１２４を差し込む。

この保持部材１２４を差し込みでは、保持部材１２４の平坦面１２４ｃが鍔状部１２３ａの平坦面１２３ｄに接したところにおいて、上述した２つの把持部１２４ｂの押圧の解除がされる。この押圧解除に伴う保持部材１２４の復元力により、保持部材１２４は外方向に拡がり、保持部材１２４が上述したように鍔状部１２３ａと段部１２１ｄの隙間に強く差し込まれる。そして、図４（ｂ）に示すように、保持部材１２４の径方向のバネ性の弾発力によって、収容インシュレータ１２３はコネクタケース１２１内で鍔状突起部１２１ｃ側に押圧され、保持される。このようにして、簡素な構造のコネクタ１２が組立てられる。

図２（ｃ）に示した傾斜面１２４ｅが形成された収容インシュレータ１２３に対しては、傾斜面１２４ｄが形成された保持部材１２４が使用される。この場合には、保持部材１２４の径方向の弾発力が、保持部材１２４の傾斜面１２４ｄを通して鍔状部１２３ａの平坦面１２３ｄに効果的に伝わり、収容インシュレータ１２３を鍔状突起部１２１ｃに強く押圧する。このため、収容インシュレータ１２３のコネクタケース１２１内への保持がより強固になる。

保持部材１２４は、その復元力による外方向の拡がりにおいて、保持部材１２４の外周縁がコネクタケース１２１の内側面に接するまで充分に拡がることが好ましい。このような拡がりにより、保持部材１２４は収容インシュレータ１２３のコネクタケース１２１への保持を安定したものにする。そこで、図３に示した保持部材１２４における把持部１２４ｂの厚さは、上記外方向の拡がりを阻害しない程度に薄くなることが好ましい。

次に、上記コネクタ１２を備えた放射線検出器１０の動作について概略を説明する。放射線検出器１０は、信号ケーブル２１およびコネクタ１２を通じて陽極１４に例えば千ボルト程度の高電圧を印加する。ここで、例えばガンマー線などの放射線が外囲器１１を突き抜け放射検出器１０に入射すると、外囲器１１内の例えば希ガスからなる電離ガス１３と反応して正負の両電荷が生成される。そして、負電荷である電子は、陰極である外囲器１１と陽極１４との間の電位差によって陽極１４に引かれる。また、正電荷である電離ガスのイオンは、逆に外囲器１１に引かれる。

そこで、陽極１４からコネクタ１２を通じて信号ケーブル２１に出力される信号が検出される。例えば、陽極１４からの信号は電気計測装置（図示せず）の前置処理部で増幅および波形整形されて検出される。なお、この電気計測装置内には陽極１４に高電圧を供給する高圧電源がある。

上記実施形態にかかわる放射線検出器では、検出信号におけるノイズ信号が低減し、安定した信号の検出が容易になる。また、長期間における耐放射線性が向上する。

上記実施形態では、放射線検出器において放射線と反応するガスが電離ガスの場合について説明しているが、その他に種々のガスが用いられる。

また、放射線に対する高い位置分解能が必要とされる放射線検出器では、その検出器の外囲器の両端に例えばコネクタ１２のようなコネクタが取り付けられる構造になる。そして、ワイヤー状の陽極にはニクロムなどの電気抵抗の大きい材質が使用され、その両端に陽極端子が設けられる。この場合、図１に示した閉塞部１７は、外囲器１１の他端のようにコネクタ１２が接合できる構造に換えられる。

上記実施形態では、コネクタ導体１２２を収容した収容インシュレータ１２３は、外囲器１１の接合するコネクタケース１２１の一端から挿入され、保持部材１２４により鍔状部１２３ａの部分でコネクタケース１２１内に保持されるようになっている。これとは逆に、上記収容インシュレータ１２３が信号ケーブル２１の接続するコネクタケース１２１の他端から挿入され、保持部材１２４によってコネクタケース１２１内に保持されるような構造になっていてもよい。

また、コネクタ１２を構成する収容インシュレータ１２３において、小径部１２３ｃは中径部１２３ｂと同じ外径になってもよい。あるいは、中径部１２３ｂから小径部１２３ｃにかけて外径が徐々に縮径するようになっていてもよい。いずれにしても、コネクタ１２の鍔状突起部１２１ｃに係合する鍔状部１２３ａ以外は、収容インシュレータ１２３を挿通し易くする構造になっているのが好ましい。

また、保持部材は、その外側面にネジ切り部が形成され、例えばコネクタケースの内側面に螺着して、コネクタケース内に設けられた鍔状突起部と保持部材との間で収容インシュレータを保持する構造になっていてもよい。あるいは、保持部材は、収容インシュレータをコネクタケース内に保持した状態で、コネクタケース内に溶接などで接合されるようになっていても構わない。

さらに、信号ケーブルのシールド線の取り出し端子がコネクタケースの内側面に設けられたネジ切り部で螺合し、コネクタケースの内部で螺着されるようになっていてもよい。この場合、コネクタケースの外径が大きくなる場合に使用される。

（他の実施形態）
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…放射線検出器、１１…外囲器、１２…コネクタ、１２１…コネクタケース、１２１ａ…ケース接合部、１２１ｂ…ネジ切り部、１２１ｃ…鍔状突起部、１２１ｄ…段部、１２２ａ…第１ソケット部、１２２ｂ…第２ソケット部、１２３ａ…鍔状部、１２３ｂ…中径部、１２３ｃ…小径部、１２３ｄ，１２４ｃ…平坦面、１２３ｅ，１２４ｄ…傾斜面、１２４…保持部材、１２４ａ…切欠端、１２４ｂ…把持部、１３…電離ガス、１４…陽極、１４ａ…陽極端子、１４ｂ…陽極固定部、１５…絶縁部材、１６…係止部材、１７…閉塞部、１８…コネクタ取り付け部、１９…絶縁部、２０…接合部材、２１…信号ケーブル

Claims

放射線に反応するガスが封入され、陰極になる筒状の外囲器と、
前記外囲器の中心軸に沿って配設された陽極と、
前記外囲器の一端に取り付けられ、前記陰極および陽極をシールド線付きのケーブルに接続するコネクタを備え、
前記コネクタは、筒状の一端が前記外囲器に接合されその他端が前記シールド線に接続される導電性のコネクタケースと、前記陽極および前記ケーブルの芯線を接続するソケット型のコネクタ導体と、鍔状部を形成した無機絶縁体材の筒体からなり前記コネクタ導体を収容し前記コネクタケースの内部に前記鍔状部で保持される収容インシュレータを有することを特徴とする放射線検出器。
前記コネクタケースは開口端を有する円筒状に形成され、内側面の中間に、前記コネクタケースの中心方向に延出する鍔状突起部が形成され、
前記鍔状突起部よりも前記開口端に近い内側面に、前記コネクタケースの内側面が段状に縮径した段部が設けられ、
前記鍔状突起部と前記段部の間で前記収容インシュレータの鍔状部に係合し保持するリング状の保持部材により、前記コネクタケースの内部に前記収容インシュレータが保持されることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
前記保持部材は、一部切欠されたリング状になり、リング径の方向に弾性変位するバネ性をもち、その外方向に向かう弾発力により、前記収容インシュレータを前記鍔状突起部に押圧することを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
前記コネクタケースは、その一端において前記外囲器に接合し、その他端の外側面において前記シールド線に螺着することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射線検出器。