JP3089817B2 - 陽電子消滅法による材料劣化検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、陽電子消滅によるγ
線を検出して材料の表面近傍の状態を非破壊で詳しく調
べることができる材料劣化検出装置に関し、簡単かつ高
精度に検出できるとともに、安全に取扱うことができる
ようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】陽電子は電子の反粒子であり、電子と同
じ質量とスピンを持つが、電子と逆の正の電荷を持って
おり、電子と対消滅してγ線を発生する。このγ線のエ
ネルギ分布は物質中の電子の運動エネルギによって左右
される。物質中に原子空孔など微細な欠陥が存在する
と、陽電子はこれに捕獲され、最外郭電子との消滅の割
合が多くなり、γ線エネルギ分布のナロウィングがおこ
る。

【０００３】この陽電子消滅現象を利用し、材料に陽電
子を照射し、その対消滅によって発生するγ線のエネル
ギ分布を計測すること等は、材料表面の材料の格子欠陥
分布や多層膜構造、界面の電子構造などについて重要な
情報を得ることができ、高感度で行える材料の劣化検出
法として注目されつつある。

【０００４】この陽電子消滅法を利用して材料の劣化を
検出するためには、被測定試料に陽電子を照射するとと
もに、対消滅によって生じる材料からのγ線を検出する
必要がある。

【０００５】そこで、これまで行われている陽電子消滅
法による材料の劣化の検出では、実際の機械等から切り
取って測定すべき試料を用意し、周囲の種々の物質（空
気）での対消滅を無くし、試料からのγ線のみを検出で
きるようにするため、図９に示すように、陽電子源１と
してのラジオアイソトープを２つの試料２，３の間に挾
むようにする。こののち、陽電子源１と一定距離のとこ
ろに発生するγ線を検出するγ線検出器４を置いて検出
するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような陽電子源１
と、これを測定するγ線検出器４とを用いて材料２（ま
たは材料３）の劣化を検出する場合には、１つの被測定
試料を半分に切り、研磨して２つの試料としたのち、こ
れら測定試料２，３の間に陽電子源１を挾んで被測定試
料としなければならず、被測定試料の準備が大変である
とともに、実際に使用されている機器の材料の劣化を知
る必要がある場合には、少なくとも一部分を破壊して試
料を得なければならないという問題がある。

【０００７】また、測定の際、陽電子源１とγ線検出器
４との距離が変わると測定精度が変化するという問題が
ある。

【０００８】さらに、陽電子源１として用いるラジオア
イソトープは放射性物質であり、その取扱などに注意が
必要で、法上の規制もあり、実際に使用されている機器
の構成材料などの劣化を測定対象とする場合に周囲環境
への放射線の影響のための制約がある。

【０００９】また、陽電子源１からの陽電子が周囲の金
属などに照射されることを極力防止するように、陽電子
源１を２つの試料２，３の間に挾むようにしているもの
の、陽電子が空気中もしくは消滅γ線エネルギ分布が未
知の物質などに照射されると、この部分においても陽電
子消滅が生じてγ線が発生するため、これがノイズとな
って測定精度が低下するという問題もある。

【００１０】この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑
みてなされたもので、被測定試料を破壊して得る必要が
なく、簡単かつ高精度に測定できるとともに、測定現場
に運んで安全に測定することができる陽電子消滅法によ
る材料劣化検出装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記従来技術が有する課
題を解決するため、この発明の陽電子消滅法による材料
劣化検出装置は、陽電子源と、この陽電子源で発生する
陽電子を被測定試料に照射し、電子との対消滅によって
生じるγ線のエネルギ分布を測定するγ線検出器とを備
えた陽電子消滅法による材料劣化検出装置において、前
記γ線検出器の前方にバッキング材を介して前記陽電子
源を一体に取付けたことを特徴とするものである。

【００１２】また、この発明の陽電子消滅法による材料
劣化検出装置は、第１の発明の前記γ線検出器の前方に
被測定試料表面と平行に密着可能に可撓性支持機構を介
して前記陽電子源を着脱可能に支持したことを特徴とす
るするものである。

【００１３】さらに、この発明の陽電子消滅法による材
料劣化検出装置は、第１および第２の発明の前記γ線検
出器の前方に陽電子源での発生陽電子に応じて前記陽電
子源と前記γ線検出器との距離を調整する距離調整機構
を設けたことを特徴とするものである。

【００１４】また、この発明の陽電子消滅法による材料
劣化検出装置は、第１ないし第３の発明の前記陽電子源
の被測定試料への密着側をポリマフィルムで覆って密封
線源としたことを特徴とするものである。

【００１５】さらに、この発明の陽電子消滅法による材
料劣化検出装置は、第１ないし第４の発明の前記陽電子
源の側方に鉛を備えた遮蔽筒を設けるとともに、この遮
蔽筒の前方に前記陽電子源の前面を覆う鉛を備えたキャ
ップを着脱可能に設けたことを特徴とするものである。

【００１６】

【作用】この陽電子消滅法による材料劣化検出装置によ
れば、γ線検出器の前方にアルミニウム等のバッキン材
を介して陽電子源を一体に取付けるようにしており、こ
の陽電子源をγ線検出器ごと被測定試料に平行に押し当
てるだけで検出準備ができ、材料の劣化を検出すること
ができるようにしている。

【００１７】また、この陽電子消滅法による材料劣化検
出装置によれば、γ線検出器の前方に設ける陽電子源を
バネなどによる可撓性支持機構を介してネジ等で着脱自
在に取付けるようにしており、γ線検出器の押付方向の
ずれをバネなどの可撓性支持機構で吸収して被測定試料
表面に平行に密着できるようにするとともに、この陽電
子源だけを可撓性支持機構部分から取外し、鉛のポット
等に収納できるようにし、運搬等を安全に行うことがで
きるようにしている。

【００１８】さらに、この陽電子消滅法による材料劣化
検出装置によれば、γ線検出器の前方に設ける陽電子源
との間に距離調整機構を設けて距離を調整できるように
しており、陽電子源の崩壊数または強度によってγ線検
出器の位置を調整して測定条件を同一にできるように
し、時間の経過とともに強度が低下する陽電子源によっ
ても高精度の検出ができるようにしている。

【００１９】また、この陽電子消滅法による材料劣化検
出装置によれば、γ線検出器の前方の陽電子源のアルミ
ニウム等のバッキン材と反対側の被測定試料への密着側
をポリマフィルムで覆うようにしており、この陽電子源
をバッキン材とポリマフィルムで覆うことで密封線源と
して運搬や測定場所の制約を減少し、取扱を容易とする
とともに、安全性を向上している。

【００２０】さらに、この陽電子消滅法による材料劣化
検出装置によれば、陽電子源の側方に鉛のライニングを
備えた遮蔽筒を設けるとともに、前方にも鉛のライニン
グを備えたキャップを着脱できるように設けており、測
定現場などに運搬する場合の安全性を一層向上でき、測
定の際に、キャップだけを外すことで側方からの外部ノ
イズの影響を防止できるようにしている。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１〜図６はこの発明の陽電子消滅法によ
る材料劣化検出装置の一実施例にかかり、図１は先端部
分のみを縦断面にして示す断面図、図２は可撓性支持機
構など先端部分の拡大断面図、図３は図２中のＡ−Ａ矢
視図、図４は着脱機構など先端部分の概略斜視図、図５
は位置調整機構の縦断面図、図６は位置調整機構の横断
面図である。

【００２２】この陽電子消滅法による材料劣化検出装置
１０は、円筒状のサポートシリンダ１１を供えており、
その先端部に、図４に示すように、円周方向３箇所から
突き出してメインアーム１２が一体に取付けられ、３本
のメインアーム１２は円すい面に沿って窄まって先端部
がサポートシリンダ１１の中心軸と平行な水平とされた
のち中心に向かってＬ字状に曲げられ、固定部１３が形
成されている。このメインアーム１２の先端の固定部１
３には、可撓性支持機構１４を構成するバネ１５の先端
が一体に取付けられ、このバネ１５の後端に雌ネジ１６
が形成された固定板１７が一体に取付けてある。

【００２３】これら半径方向３箇所に設けられた固定板
１７には、陽電子源１８ａが一体化された陽電子装着体
１８を支持する陽電子源ホルダ１９がボルト２０で着脱
自在に取付けられる。

【００２４】この陽電子源ホルダ１９は、図１〜図４に
示すように、リング状の取付板２１を備え、その円周方
向３箇所に外側に突き出してメインアーム１２の固定部
１３と対向させることができる取付部２２が形成され、
ボルト２０を挿入して固定部１３の雌ネジ１６に締付け
て固定したり、ボルト２０をゆるめて取外すことがで
き、メインアーム１２の固定部１３に対して陽電子源ホ
ルダ１９の取付部２２をサポートシリンダ１１の中心軸
回りに回動して対向位置からずらすようにすることで、
メインアーム１２の前方に陽電子源ホルダ１９を取出す
ことができる。

【００２５】この陽電子源ホルダ１９では、リング上の
取付板２１の前方に円すい面に沿って３本の支持アーム
２３が円周方向等間隔に配置されて一体に取付けてあ
り、これら支持アーム２３の先端に円筒状の陽電子源固
定筒２４が取付けてある。

【００２６】この陽電子源固定筒２４の対角位置に２本
の止めネジ２５がねじ込まれ、陽電子源１８ａが一体化
された陽電子装着体１８を挾んで固定できるようになっ
ている。

【００２７】この陽電子源固定筒２４に止めネジ２５で
挾んで取付けられる陽電子源１８ａが一体化された陽電
子装着体１８は、たとえば図２に示すように、直径が５
ｍｍ程度で厚さが３ｍｍ程度のアルミニウム製の円板状
のバッキング材２６の前方に厚さが０．０５ｍｍ程度の
ニッケルフォイル２７が配置され、これらの中心に直径
が１ｍｍ程度のラジオアイソトープであるゲルマニウム
６８が陽電子源１８ａとして配置され、さらにその外側
に０．１ｍｍ程度の厚さのポリマフィルム２８が積層さ
れ、これらの周囲にアルミニウム板２９が巻かれ、両端
の折曲部３０で押えて積層状態を保持するように構成さ
れている。

【００２８】次に、サポートシリンダ１１へのγ線検出
器３１の取付構造について、図５および図６により説明
する。

【００２９】円筒状のサポートシリンダ１１の内周の円
周方向に３等分した位置に２本のスライドレール３２が
軸方向と平行に取付けられており、２本のスライドレー
ル３２と嵌合してスライドするあり溝が形成されたスラ
イダ３３が軸方向３箇所に配置されたリング状の検出器
取付筒３４の外側に取付けられてサポートシリンダ１１
に対して軸方向にスライドできるようになっている。ま
た、サポートシリンダ１１の円周方向に３等分した残り
の一箇所には、外側に突き出してピオニオン取付部３５
が形成されてピニオン３６が設けられ、ピニオン３６の
ピニオン取付部３５の外側の回転軸につまみ３７が設け
られ、手で回転駆動できるようになっている。そして、
このピニオン３６と噛み合うラック３８が検出器取付筒
３４の外側に固定してあり、つまみ３７でピニオン３６
を回転することで、検出器取付筒３４をサポートシリン
ダ１１に対して軸方向に移動することができる距離調整
機構３９が構成されている。

【００３０】このような距離調整機構３９の検出器取付
筒３４の内部には、γ線検出器３１が取付けられ、セン
サ部分が陽電子源１８ａ側となるようにしてある。

【００３１】なお、この距離調整機構３９には、図示省
略したが、陽電子源１８ａに対して所定距離にγ線検出
器３１を調整した後固定できるように、ネジ等による固
定機構が設けてある。

【００３２】このように構成した陽電子消滅法による材
料劣化検出装置１０では、次のようにして材料Ｍの劣化
の検出が行われる。

【００３３】まず、準備として、陽電子源ホルダ１９の
先端の陽電子源固定筒２４にアルミニウム板２９の折曲
部３０で積層状態が保持された陽電子源１８ａが一体化
された陽電子装着体１８を２本の止めネジ２５で固定し
ておき、陽電子源ホルダ１９ごと鉛製ポット等に収納し
て保管しておく。

【００３４】一方、サポートシリンダ１１の内側の検出
器取付筒３４には、γ線検出器３１を取付けておく。

【００３５】こうして準備が完了した後、被測定試料Ｍ
がある現場にサポートシリンダ１１部分と鉛製ポットに
入れた陽電子源ホルダ１９を運び、サポートシリンダ１
１の先端部のメインアーム１２の先端の３箇所の固定部
１３とぶつからないように陽電子源ホルダ１９の基端部
の３箇所の取付部２２をメインアーム１２の内側に入れ
た後、サポートシリンダ１１の中心軸回りに回動して固
定板１７と取付部２２を対向させ、ボルト２０で固定す
る。

【００３６】これにより、陽電子源１８ａが一体化され
た陽電子装着体１８が取付けられた陽電子源ホルダ１９
はバネ１５を介してサポートシリンダ１１のメインアー
ム１２の先端に取付けられ、陽電子源１８ａが一体化さ
れた陽電子装着体１８がサポートシリンダ１１に対して
中心軸に対して傾いたり、前後方向に動くことができ
る。

【００３７】こののち、距離調整機構３９のつまみ３７
を回転して陽電子源１８ａに対してγ線検出器３１の距
離を調整し、図示しない固定機構で固定する。

【００３８】この距離調整機構３９によって陽電子源１
８ａからの発生陽電子の強度が変化してもこれによって
γ線検出器３１の位置を変えることができ、特に、時間
の経過などによって発生陽電子の強度が低下してもさら
に使用することができる。

【００３９】こうして全ての検出準備が完了した後、図
１および図２に示すように、サポートシリンダ１１ごと
被測定試料Ｍの測定部分に陽電子源ホルダ１９先端の陽
電子源１８ａが一体化された陽電子装着体１８を押し当
てる。

【００４０】このとき、被測定試料Ｍの測定部分が傾斜
面などであっても、陽電子源１８ａが一体化された陽電
子装着体１８が陽電子源ホルダ１９を介してサポートシ
リンダ１１にバネ１５を介して支持されているので、サ
ポートシリンダ１１の位置が多少ずれても被測定面に平
行に陽電子源１８ａが一体化された陽電子装着体１８を
密着させることができる。

【００４１】この状態で、被測定試料Ｍの測定部分から
のγ線のエネルギ分布をγ線検出器３１で測定すること
で材料Ｍの劣化を検出することができる。

【００４２】この被測定部分からのγ線をγ線検出器３
１で測定する場合、陽電子が被測定面だけでなく、他の
方向にも照射されノイズとなることがあるが、陽電子源
１８ａの背面にアムミニウムのバッキング材２６が配置
して陽電子装着体１８が構成してあるので、この部分か
らのみの影響を考慮すれば良く、アルミニウムからは一
定のエネルギのγ線が発生することから常に安定した状
態で材料Ｍからのγ線を測定することができる。

【００４３】また、この装置では、陽電子源１８ａをバ
ッキング材２６およびニッケルフォイル２７上に配置し
てポリマフィルム２８で覆い、周囲をアルミニウム板２
９で囲むようにして陽電子装着体１８を構成しており、
密封線源となり、法律上の規制も少なく、その取扱が容
易であり、測定場所の制約も少なく、現場での測定が簡
単にできる。

【００４４】次に、この発明の他の一実施例について図
７および図８により説明するが、既に説明した実施例と
同一部分については同一記号を記し、説明は省略する。

【００４５】この陽電子消滅法による材料劣化検出装置
４０では、測定現場などへの運搬の安全性の向上と外部
ノイズによる測定精度低下を極力抑えるようにしてお
り、サポートシリンダ１１の先端部のメインアーム１２
や陽電子源装着体１８等の側方を覆うように遮蔽筒４１
が取付けてある。この遮蔽筒４１の内側には、陽電子や
γ線を遮蔽する鉛のライニング４２が取付けてある。そ
して、この遮蔽筒４１の先端部には、着脱できるキャッ
プ４３が取付けられ、測定の際には、取外し、運搬など
の際には、取付けたままにできるようになっている。こ
のキャップ４３の内側にも鉛のライニング４４が取付け
てある。なお、他の構成は既に説明した実施例と同一で
ある。

【００４６】このような遮蔽筒４１およびキャップ４３
を設けることにより、測定の際には、キャップ４３のみ
を取外して使用するが、陽電子源装着体１８の側方が鉛
のライニング４２を備えた遮蔽筒４１で覆われているの
で、陽電子源１８ａから被測定部以外に照射されて発生
するγ線による外部ノイズとなることを防止することが
できる。

【００４７】また、運搬などの際には、キャップ４３を
取付けておくことで、陽電子源１８ａからの陽電子を完
全に遮蔽することができ、人体などのへの影響を与えず
一層安全に取扱うことができる。

【００４８】さらに、既に説明した上記実施例と同様の
効果も奏する。

【００４９】なお、上記実施例では、陽電子源としてゲ
ルマニウム６８を用いるようにしたがこれに限らず、他
の陽電子源を用いるようにしても良い。

【００５０】また、可撓性支持機構としてバネを介して
支持するようにしたが、これに限らず、ゴムなどの可撓
性材を介して支持するようにするなどしても良い。

【００５１】さらに、距離調整機構もラック・ピニオン
によるものに限らず、他の構成としても良い。

【００５２】また、この発明は上記各実施例に限らず、
この発明の要旨を逸脱しない範囲で各構成要素に変更を
加えても良いことは言うまでもない。

【００５３】

【発明の効果】以上、一実施例とともに具体的に説明し
たようにこの発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置によれば、γ線検出器の前方にバッキン材を介して陽
電子源を一体に取付けるようにしたので、この陽電子源
をγ線検出器ごと被測定試料に平行に押し当てるだけで
検出準備ができ、材料の劣化を簡単に検出することがで
きるとともに、被測定試料以外からのγ線のノイズを一
定に保ち検出精度を保つことができる。

【００５４】また、この陽電子消滅法による材料劣化検
出装置によれば、γ線検出器の前方に設ける陽電子源を
可撓性支持機構を介して着脱自在に取付けるようにした
ので、γ線検出器の押付方向のずれを可撓性支持機構で
吸収して被測定試料表面に平行に密着することができる
とともに、この陽電子源だけを可撓性支持機構部分から
取外して鉛のポット等に収納でき、運搬等を安全に行う
ことができる。

【００５５】さらに、この陽電子消滅法による材料劣化
検出装置によれば、γ線検出器の前方に設ける陽電子源
との間に距離調整機構を設けて距離を調整できるように
したので、陽電子源の崩壊数または強度によってγ線検
出器の位置を調整して測定条件をほぼ同一にでき、時間
の経過等にともなって陽電子の強度が低下しても高精度
の検出ができる。

【００５６】また、この陽電子消滅法による材料劣化検
出装置によれば、γ線検出器の前方の陽電子源のバッキ
ン材と反対側の被測定試料への密着側をポリマフィルム
で覆うようにしたので、この陽電子源をバッキン材とポ
リマフィルムで覆うことで密封線源として運搬や測定場
所の制約を減少し、取扱を容易とするとともに、安全性
を向上することができる。

【００５７】さらに、この陽電子消滅法による材料劣化
検出装置によれば、陽電子源の側方に鉛のライニングを
備えた遮蔽筒を設けるとともに、前方にも鉛のライニン
グを備えたキャップを着脱できるように設けたので、測
定現場などに運搬する場合の安全性を一層向上でき、測
定の際に、キャップだけを外すことで側方からの外部ノ
イズの影響を鉛で防止することができ、測定精度を向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の一実施例にかかる先端部分のみを縦断面にして示す
断面図である。

【図２】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の一実施例にかかる可撓性支持機構など先端部分の拡
大断面図である。

【図３】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の一実施例にかかる図２中のＡ−Ａ矢視図である。

【図４】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の一実施例にかかる着脱機構など先端部分の概略斜視
図である。

【図５】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の一実施例にかかる位置調整機構の縦断面図である。

【図６】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の一実施例にかかる位置調整機構の横断面図である。

【図７】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の他の一実施例にかかる概略縦断面図である。

【図８】この発明の陽電子消滅法による材料劣化検出装
置の他の一実施例にかかる側面図である。

【図９】従来の陽電子消滅法による材料劣化検出の概略
説明図である。

【符号の説明】

１０ 陽電子消滅法による材料劣化検出装置 １１ サポートシリンダ １２ メインアーム １３ 固定部 １４ 可撓性支持機構 １５ バネ １６ 雌ネジ １７ 固定板 １８ 陽電子源装着体 １８ａ 陽電子源 １９ 陽電子源ホルダ ２０ ボルト ２１ 取付板 ２２ 取付部 ２３ 支持アーム ２４ 陽電子源固定筒 ２５ 止めネジ ２６ バッキング材 ２７ ニッケルフォイル ２８ ポリマフィルム ２９ アルミニウム板 ３０ 折曲部 ３１ γ線検出器 ３２ スライドレール ３３ スライダ ３４ 検出器取付筒 ３５ ピニオン取付部 ３６ ピニオン ３７ つまみ ３８ ラック ３９ 距離調整機構 ４０ 陽電子消滅法による材料劣化検出装置 ４１ 遮蔽筒 ４２ 鉛のライニング ４３ キャップ ４４ 鉛のライニング Ｍ 被測定試料（材料）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 23/22 - 23/227 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽電子源と、この陽電子源で発生する陽
   電子を被測定試料に照射し、電子との対消滅によって生
   じるγ線のエネルギ分布を測定するγ線検出器とを備え
   た陽電子消滅法による材料劣化検出装置において、前記
   γ線検出器の前方にバッキング材を介して前記陽電子源
   を一体に取付けたことを特徴とする陽電子消滅法による
   材料劣化検出装置。
2. 【請求項２】 前記γ線検出器の前方に被測定試料表面
   と平行に密着可能に可撓性支持機構を介して前記陽電子
   源を着脱可能に支持したことを特徴とする請求項１記載
   の陽電子消滅法による材料劣化検出装置。
3. 【請求項３】 前記γ線検出器の前方に陽電子源での発
   生陽電子に応じて前記陽電子源と前記γ線検出器との距
   離を調整する距離調整機構を設けたことを特徴とする請
   求項１または２記載の陽電子消滅法による材料劣化検出
   装置。
4. 【請求項４】 前記陽電子源の被測定試料への密着側を
   ポリマフィルムで覆って密封線源としたことを特徴とす
   る請求項１ないし３のいずれかに記載の陽電子消滅法に
   よる材料劣化検出装置。
5. 【請求項５】 前記陽電子源の側方に鉛を備えた遮蔽筒
   を設けるとともに、この遮蔽筒の前方に前記陽電子源の
   前面を覆う鉛を備えたキャップを着脱可能に設けたこと
   を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の陽電
   子消滅法による材料劣化検出装置。