JP3130500B2 - Radiation detector - Google Patents

Radiation detector

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JP3130500B2
JP3130500B2 JP10051162A JP5116298A JP3130500B2 JP 3130500 B2 JP3130500 B2 JP 3130500B2 JP 10051162 A JP10051162 A JP 10051162A JP 5116298 A JP5116298 A JP 5116298A JP 3130500 B2 JP3130500 B2 JP 3130500B2
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幸嗣 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、真空断熱を利用した装
置機器に関し、特に放射線を検出する装置機器に関す
る。放射線を検出する装置機器は、原子炉関連施設、加
速機器関連施設のみならず、放射線を利用した医療機
器、分析機器、核物理学、宇宙物理学、工業計測等の分
野に幅広く利用されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to equipment utilizing vacuum insulation, and more particularly to equipment for detecting radiation. Equipment for detecting radiation is widely used not only in facilities related to nuclear reactors and accelerators, but also in fields such as medical equipment using radiation, analytical equipment, nuclear physics, astrophysics, and industrial measurement. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、放射線検出素子の冷却を必要
とする放射線検出装置において、真空断熱のための真空
は、物理吸着材により保たれていた。ここで、本発明に
おける物理吸着材と化学吸着材について述べる。希ガス
や閉殻系をなす安定な気体分子は、ファン・デア・ワー
ルス力によって固体表面に吸着される。このような吸着
を物理吸着と言う。また、希ガス以外の原子が表面の近
くに接近すると化学的な結合力が表面との間に働き、吸
着が起こる。このような吸着を化学吸着と言う。固体の
種類や表面の性状、また気体分子の種類や状態により、
物理吸着と化学吸着は、通常混在している。例えば、多
孔質の化学吸着材は、ファン・デア・ワールス力によっ
て微量ではあるが、希ガスを表面に物理吸着することが
できる。また、物理吸着材でも、化学的に活性な気体分
子が表面に近づくことにより、化学的な結合力で吸着す
ることもある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a radiation detecting apparatus which requires cooling of a radiation detecting element, a vacuum for vacuum insulation is maintained by a physical adsorbent. Here, the physical adsorbent and the chemical adsorbent in the present invention will be described. Rare gas and stable gas molecules forming a closed shell system are adsorbed on the solid surface by van der Waals force. Such adsorption is called physical adsorption. When atoms other than the rare gas approach the surface, a chemical bonding force acts between the surface and the surface to cause adsorption. Such adsorption is called chemisorption. Depending on the type of solid and surface properties, and the type and state of gas molecules,
Physisorption and chemisorption are usually mixed. For example, a porous chemical adsorbent is capable of physically adsorbing a rare gas to the surface, albeit in a trace amount, by Van der Waals force. Further, even with a physical adsorbent, a chemically active gas molecule may be adsorbed by a chemical bonding force when approaching the surface.

【0003】本発明における物理吸着材とは、化学吸着
よりは物理吸着を主とし、真空劣化させている水、窒
素、酸素、CO2、CO、酸化物、窒化物、炭化物、炭
化水素等多種類の気体を吸着し真空排気(以下、吸着排
気と呼ぶ)することを目的とするため、多種類の気体を
大量に吸着できる吸着材であり、気体の種類や状態によ
って異なるが全体的にみて冷却することよって吸着速度
が増大し、ヒステリシスはあるが温度が上昇すると吸着
した気体を放出する吸着材を言う。例えば活性炭、また
はモレキュラーシーブまたはゼオライトまたはシリカゲ
ルまたはアルミナまたはこれらの素材を少なくとも1種
類以上含まれた混合物を言う。本発明における化学吸着
材とは、物理吸着よりは化学吸着を主とし、真空劣化さ
せている多種類の気体を吸着排気することを目的とする
ため、他種類の気体を大量に吸着する吸着材であり、気
体の種類や状態によって異なるが全体的にみて暖めるこ
とよって吸着速度が増大する素材を言う。例えばTiま
たはZrまたはMoまたはTaまたはNbまたはVまた
はAlまたはMgまたはBa、またはこれら金属を少な
くとも1種類以上含有する合金を言う。
[0003] The physical adsorbent in the present invention is mainly composed of physical adsorption rather than chemical adsorption, and is used for various substances such as water, nitrogen, oxygen, CO 2 , CO, oxides, nitrides, carbides, hydrocarbons, etc. which are degraded in vacuum. It is an adsorbent that can adsorb a large amount of various gases in order to adsorb various gases and evacuate it (hereinafter referred to as adsorption exhaust). It differs depending on the type and state of the gas, but overall An adsorbent that releases an adsorbed gas when the temperature increases, although the adsorption speed increases by cooling and there is hysteresis. For example, it refers to activated carbon, molecular sieve, zeolite, silica gel, alumina, or a mixture containing at least one or more of these materials. The chemical adsorbent in the present invention is mainly a chemical adsorption rather than a physical adsorption, and is intended to adsorb and exhaust various kinds of gases that have been degraded in a vacuum. It means a material whose adsorption speed increases by heating as a whole, depending on the type and state of the gas. For example, Ti or Zr or Mo or Ta or Nb or V or Al or Mg or Ba or an alloy containing at least one or more of these metals.

【0004】十分な真空断熱の効果を得るためには、通
常約10-4Torr以下の真空度にすることが必要である。
しかし、真空容器のベーキングの際に高真空まで排気し
たとしても、真空容器を封じた後、真空容器内のアウト
ガス等により短い期間で該真空度以上に真空劣化してし
まう。そこで、液体窒素や冷凍機を使用し放射線検出素
子を冷却する際に、物理吸着材も冷却し、真空容器内部
の真空度が該真空度以上に真空劣化していても、冷却さ
れた物理吸着材により該真空度以下まで吸着排気し、十
分な真空断熱のもとで、放射線検出素子を冷却するのが
従来の技術である。例えば、従来の放射線検出装置を図
を基に説明する。図5は、液体窒素で冷却するタイプの
放射線検出装置である。クライオスタットと放射線検出
器カプセルの真空を隔壁1により分離し、各々を容易に
取り外しができるようになっている。
[0004] In order to obtain a sufficient vacuum insulation effect, it is usually necessary to set the degree of vacuum to about 10 -4 Torr or less.
However, even if the vacuum container is evacuated to a high vacuum during baking, after the vacuum container is sealed, the vacuum deteriorates to a degree higher than the vacuum in a short period due to outgas or the like in the vacuum container. Therefore, when cooling the radiation detecting element using liquid nitrogen or a refrigerator, the physical adsorbent is also cooled, and even if the degree of vacuum inside the vacuum vessel is degraded to a vacuum higher than the vacuum degree, the cooled physical adsorption is performed. It is a conventional technique that the material is sucked and evacuated to the degree of vacuum or less to cool the radiation detecting element under sufficient vacuum insulation. For example, a conventional radiation detection apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a radiation detector of the type cooled by liquid nitrogen. The cryostat and the vacuum of the radiation detector capsule are separated by a partition wall 1 so that each can be easily removed.

【0005】図6は、冷凍機を使用し、クライオスタッ
トと放射線検出器カプセルの真空を隔壁1により分離し
た場合である。図7は、冷凍機を使用し、隔壁が無い場
合である。図5と図6の場合は、分離された各部に物理
吸着材が挿入される部屋(以下、物理吸着材室2と呼
ぶ)が低温となる部分と熱的に接触されるように設置さ
れている。図7の場合は、クライオスタットと放射線検
出素子カップの真空が共通となっており、低温となる部
分に熱的に接触して物理吸着材室2が設置されている。
何れも真空のシールは、バイトン等の合成ゴム製O−リ
ング3を使用し、真空容器内部の主要部分の表面粗さ
は、0.7μmRaであった。
FIG. 6 shows a case where a cryostat is used and a vacuum between a cryostat and a radiation detector capsule is separated by a partition wall 1. FIG. 7 shows a case where a refrigerator is used and there is no partition wall. 5 and 6, the room into which the physical adsorbent is inserted (hereinafter, referred to as the physical adsorbent chamber 2) is placed in each of the separated portions so as to be in thermal contact with the low-temperature portion. I have. In the case of FIG. 7, the cryostat and the radiation detection element cup have a common vacuum, and the physical adsorbent chamber 2 is placed in thermal contact with a portion where the temperature becomes low.
In each case, an O-ring 3 made of synthetic rubber such as Viton was used for the vacuum seal, and the surface roughness of the main part inside the vacuum vessel was 0.7 μm Ra.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、物理吸
着材は、低温に冷却しないと十分な吸着効果を得ること
ができず、真空劣化が大きい場合、放射線検出素子を冷
却することができなかった。冷却における熱エネルギー
の関係を以下の式で考察する。
However, if the physical adsorbent is not cooled to a low temperature, a sufficient adsorption effect cannot be obtained, and if the vacuum deterioration is large, the radiation detecting element cannot be cooled. The relation of heat energy in cooling is considered by the following equation.

【0007】 q=Q−q1[P{Gp(Tp)、Ps、Gi(t)}、Tc、Ts] −q2(εi、Tc、Ts)−q3 式1 q:冷却棒、物理吸着材や放射線検出素子等の冷却され
る部分を冷却するための吸熱量 Q:液体窒素または冷凍機による吸熱量 q1:真空内の気体の熱伝導による冷却される部分への
熱の流入量 q2:熱輻射による冷却される部分への熱の流入量 q3:その他、放射線検出素子への電気配線等固体の熱
伝導による冷却される部分への熱の流入やジュール熱等 P{Gp(Tp)、Ps、Gi(t)}:真空度 εi:真空内壁や真空中の部品の赤外線輻射率 Gp(Tp):物理吸着材による気体の吸着量 Tp:物理吸着材の温度 Tc:冷却される部分の温度 Tc=Tp Ps:真空を封じた際の真空度 Ts:環境温度 Gi(t):真空劣化させている気体の総量 t:真空を封じた時からの経過時間 Qは、液体窒素や冷凍機による冷却能力の値であり、ほ
ぼ一定であると仮定する。q1は、O−リングを透過す
る気体や真空容器内表面からのアウトガス等の気体に起
因する熱伝導によって冷却される部分に流入する熱量で
あり、真空度P{Gp(Tp)、Ps、Gi(t)}、
冷却される部分の温度Tcや環境温度Ts等に依存す
る。またq1は、真空度P{Gp(Tp)、Ps、Gi
(t)}が高真空になるにつれ減少し、冷却される部分
の温度Tcと環境温度Tsの差が大きくなるにつれ増大
する。真空度P{Gp(Tp)、Ps、Gi(t)}
は、物理吸着材による気体の吸着量Gp(Tp)、真空
を封じきった際の真空度Ps、真空劣化させている気体
の総量Gi(t)等に依存する。真空度P{Gp(T
p)、Ps、Gi(t)}は、該吸着量Gp(Tp)が
多い程また真空を封じきった際の真空度Psが高真空で
ある程さらに真空劣化させている気体の総量Gi(t)
が少ないほど、高真空に保たれる。物理吸着材による気
体の吸着量Gp(Tp)は、物理吸着材の温度Tpが低
いほど多くなる。真空劣化させている気体の総量Gi
(t)は、真空を封じきった時からの経過時間tが長い
程多くなる。q2は、熱輻射により冷却される部分に流
入する熱量で赤外線輻射率εi、冷却される部分の温度
Tcや環境温度Ts等に依存する。またq2は、該輻射
率εiが小さい程、小さくなり、冷却される部分の温度
Tcと環境温度Tsの差が大きくなるにつれ増大する。
q3は、その他放射線検出素子への電気配線等、固体の
熱伝導やジュール熱等の原因で冷却される部分に流入す
る熱量でり、少量であるため無視しても良い。
Q = Q−q1 [P {Gp (Tp), Ps, Gi (t)}, Tc, Ts] −q2 (εi, Tc, Ts) −q3 Equation 1 q: cooling rod, physical adsorbent, Endothermic amount for cooling a cooled part such as a radiation detecting element Q: Heat absorbed by liquid nitrogen or a refrigerator q1: Inflow of heat into a cooled part by heat conduction of gas in vacuum q2: Heat radiation Q3: In addition, heat flow into the cooled part due to heat conduction of solid such as electric wiring to the radiation detecting element, Joule heat, etc. P {Gp (Tp), Ps, Gi (t)}: degree of vacuum εi: infrared emissivity of vacuum inner wall and parts in vacuum Gp (Tp): amount of gas adsorbed by physical adsorbent Tp: temperature of physical adsorbent Tc: temperature of part to be cooled Tc = Tp Ps: Degree of vacuum when vacuum is sealed Ts: Environment Degrees Gi (t): Assume that the elapsed time Q from when sealed the vacuum is the value of the cooling capacity with liquid nitrogen or refrigerator, it is almost constant: the total amount of gas that is vacuum degradation t. q1 is the amount of heat flowing into a portion cooled by heat conduction caused by a gas such as a gas permeating the O-ring or outgas from the inner surface of the vacuum vessel, and the degree of vacuum P {Gp (Tp), Ps, Gi (T)},
It depends on the temperature Tc of the part to be cooled, the environmental temperature Ts, and the like. Also, q1 is the degree of vacuum P {Gp (Tp), Ps, Gi
(T)} decreases as the vacuum becomes higher, and increases as the difference between the temperature Tc of the portion to be cooled and the environmental temperature Ts increases. Degree of vacuum P {Gp (Tp), Ps, Gi (t)}
Depends on the amount Gp (Tp) of gas adsorbed by the physical adsorbent, the degree of vacuum Ps when the vacuum is completely sealed, the total amount Gi (t) of gas degraded in vacuum, and the like. Degree of vacuum P {Gp (T
p), Ps, Gi (t)} are the total amount of gas Gi (t) that is further degraded in vacuum as the amount of adsorption Gp (Tp) is larger and the degree of vacuum Ps when the vacuum is completely sealed is higher. t)
The lower the number, the higher the vacuum. The gas adsorption amount Gp (Tp) of the physical adsorbent increases as the temperature Tp of the physical adsorbent decreases. Total amount Gi of gas degraded in vacuum
(T) increases as the elapsed time t from when the vacuum is completely sealed is increased. q2 is the amount of heat flowing into the portion cooled by the thermal radiation, and depends on the infrared emissivity εi, the temperature Tc of the cooled portion, the environmental temperature Ts, and the like. Further, q2 decreases as the emissivity εi decreases, and increases as the difference between the temperature Tc of the portion to be cooled and the environmental temperature Ts increases.
q3 is the amount of heat flowing into a portion to be cooled due to heat conduction of a solid, Joule heat, or the like, such as electric wiring to the radiation detection element, and may be ignored because it is a small amount.

【0008】qは、Qの冷却能力から、上述のq1、q
2,q3の熱エネルギーの流入を差し引いた、つまり冷
却される部分を冷却するのに、残された吸熱量である。
従ってqが正の場合(q > 0)、冷却される部分は
冷却される。q=0の場合は、冷却される部分の温度が
一定(熱平衡)になる。qが負の場合(q < 0)、
冷却される部分の温度は上昇する。
[0008] From the cooling capacity of Q, q is the above q1, q
This is the amount of heat absorbed after cooling the portion to be cooled, which is obtained by subtracting the inflow of thermal energy of 2, q3.
Therefore, when q is positive (q> 0), the part to be cooled is cooled. When q = 0, the temperature of the part to be cooled becomes constant (thermal equilibrium). If q is negative (q <0),
The temperature of the part to be cooled rises.

【0009】以下に、問題点を明らかにするため図を基
に説明する。γ線を検出するGe検出素子は、約120
K以下に冷却されないと十分な性能を得ることができな
い。X線を検出するSi(Li)検出素子の場合も、同
程度の冷却温度を必要とする。図8は、冷却を開始して
からの冷却される部分の温度変化(以下、冷却曲線と呼
ぶ)を模擬した図である。縦軸は冷却される部分の温
度、横軸は冷却開始からの経過時間である。各曲線は、
真空劣化により冷却開始時の真空度が違う場合である。
真空度の値が小さい方から挙げると、曲線H<曲線I<
曲線Jである。曲線Hは、一様な曲線を描き、約100
Kで熱平衡に達し冷却温度を維持(以下、冷却温度維持
と呼ぶ)しているのに対し、曲線Iは、冷却途中で角度
が小さくなる部分が存在している。これは、曲線Hの場
合は、冷却初期から冷却温度維持に達するまで常にqが
0よりも十分大きいのに対し、曲線Iの場合は、冷却初
期はqが0よりも十分大きいが、真空度P{Gp(T
p)、Ps、Gi(t)}が悪いため冷却される部分の
温度Tcと環境温度Tsとの温度差が大きくなるにつれ
q1、q2が大きくなり、冷却途中で角度が小さくなっ
たのである。それでもqが若干0より大きいかったため
に、ゆっくりではあるが物理吸着材を冷却することがで
き、物理吸着材の温度Tpの低下に伴う吸着量Gp(T
p)の増加により、高真空まで吸着することができ冷却
しきったのである。曲線Jの場合、冷却初期は曲線Iと
同じく、qが0よりも十分大きいため、ある程度冷却が
進んだが、冷却される部分の温度Tcと環境温度Tsと
の温度差が大きくなるにつれq1が大きくなり、さらに
真空度P{Gp(Tp)、Ps、Gi(t)}が曲線I
よりも悪いため、曲線Iよりもq1が大きく、物理吸着
材の温度Tpをこれ以上冷却することができずに冷却途
中で熱平衡(q=0)に達してしまったのである。
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings to clarify the problem. Ge detection elements for detecting γ-rays are about 120
Unless cooled below K, sufficient performance cannot be obtained. In the case of a Si (Li) detecting element for detecting X-rays, the same cooling temperature is required. FIG. 8 is a diagram simulating a temperature change (hereinafter, referred to as a cooling curve) of a portion to be cooled after starting the cooling. The vertical axis represents the temperature of the portion to be cooled, and the horizontal axis represents the elapsed time from the start of cooling. Each curve is
This is the case where the degree of vacuum at the start of cooling differs due to vacuum deterioration.
From the smaller value of the degree of vacuum, curve H <curve I <
Curve J. Curve H draws a uniform curve and is approximately 100
While K reaches thermal equilibrium and maintains the cooling temperature (hereinafter referred to as cooling temperature maintenance), curve I has a portion where the angle decreases during cooling. This is because, in the case of the curve H, q is always sufficiently larger than 0 from the initial cooling to the time when the cooling temperature is maintained, whereas in the case of the curve I, q is sufficiently larger than 0 in the initial cooling, but the degree of vacuum is low. P {Gp (T
Since p), Ps, and Gi (t)} are bad, q1 and q2 increase as the temperature difference between the temperature Tc of the portion to be cooled and the environmental temperature Ts increases, and the angle decreases during cooling. Nevertheless, since q was slightly larger than 0, the physical adsorbent could be cooled down slowly but the adsorption amount Gp (T
Due to the increase in p), it was possible to adsorb to a high vacuum and cool down completely. In the case of the curve J, as in the case of the curve I, q is sufficiently larger than 0, so that the cooling proceeds to some extent. However, as the temperature difference between the temperature Tc of the portion to be cooled and the environmental temperature Ts increases, q1 increases. And the degree of vacuum P {Gp (Tp), Ps, Gi (t)} is the curve I
Therefore, q1 was larger than the curve I, and the temperature Tp of the physical adsorbent could not be further cooled, and reached thermal equilibrium (q = 0) during cooling.

【0010】物理吸着材は、液体窒素温度(77K)付
近まで冷却されるならば、吸着能力は極めて大きい。つ
まり、ベーキング後真空劣化する前にすぐに冷却し、液
体窒素の温度付近まで冷却されるならば、その後の真空
劣化に起因する気体Gi(t)を十分に吸着し、長い
間、冷却温度維持を保持することができる。しかしなが
ら、ベーキング後冷却しないで数ヶ月以上放置し、その
後冷却を行うと、上述の如く、物理吸着材の温度が真空
劣化に起因する気体Gi(t)を十分吸着する冷却温度
に達する前に、熱平衡になって冷却ができなくなってし
まうのである。
[0010] If the physical adsorbent is cooled to a temperature close to the temperature of liquid nitrogen (77 K), the adsorption capacity is extremely large. That is, if cooling is performed immediately before the vacuum deterioration after baking and the temperature is reduced to around the temperature of liquid nitrogen, the gas Gi (t) resulting from the subsequent vacuum deterioration is sufficiently absorbed, and the cooling temperature is maintained for a long time. Can be held. However, if the baking is left for several months or more without cooling, and then cooling is performed, as described above, before the temperature of the physical adsorbent reaches the cooling temperature at which the gas Gi (t) caused by vacuum deterioration is sufficiently absorbed. It becomes thermal equilibrium and cannot be cooled.

【0011】従来の冷却を必要とする放射線検出装置
は、真空劣化が早いために、また物理吸着材のみを使用
していたために、短い期間で曲線Iや曲線Jのような冷
却曲線になってしまい、信頼性に乏しかった。本発明
は、冷却を必要とする放射線検出装置の信頼性に関わる
重要な要素である、安定して冷却できる期間を向上させ
ることを目的とする。
The conventional radiation detecting apparatus requiring cooling has a cooling curve such as the curve I or the curve J in a short period of time because the vacuum deterioration is fast and only the physical adsorbent is used. I ended up with poor reliability. An object of the present invention is to improve a period in which cooling can be stably performed, which is an important factor relating to the reliability of a radiation detection apparatus requiring cooling.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放射線検出装置は、真空容器内の主要部分
の表面粗さを0.1μmRa以下にし、真空シール部分
に金属によるシールを用い、また冷却される部分と真空
容器内壁の間にスーパーインシュレーシォンを介在さ
た。さらに、真空系内に物理吸着材と、化学吸着材を設
置し吸着排気させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a radiation detecting apparatus according to the present invention has a main part in a vacuum vessel having a surface roughness of 0.1 μm Ra or less, and a metal seal on a vacuum seal part. used, also was between portions and the inner wall of the vacuum vessel to be cooled is interposed super insulation rate Shio down <br/>. Furthermore, a physical adsorbent and a chemical adsorbent are installed in a vacuum system, and are adsorbed and evacuated.

【0013】まず第1に式1のG(t)を小さくするこ
とで、q1が小さくなり、安定して冷却できる期間を長
くさせたことについて述べる。本発明においては、真空
容器内の主要部分の表面粗さを小さくする。これによっ
て、表面積が小さくなりまた加工によるマイクロクラッ
クや条痕が減少する。よって表面に吸着されている気体
分子の量が少なくなる。さらに表面が滑らかであること
からベーキングの際、気体分子が放出されやすくなる。
これらの理由により表面からのアウトガスが減少しG
(t)が小さくなる。表面粗さは、小さい程良いが、熱
輻射率εiを小さくする意味からも、少なくとも鏡面ま
で、つまり0.1μmRa以下にすることが望ましい。
First, it will be described that q1 is reduced by reducing G (t) in the equation (1), thereby extending the period of stable cooling. In the present invention, the surface roughness of the main part in the vacuum vessel is reduced. This reduces the surface area and reduces microcracks and striations due to processing. Therefore, the amount of gas molecules adsorbed on the surface decreases. Further, since the surface is smooth, gas molecules are easily released during baking.
For these reasons, outgassing from the surface decreases and G
(T) becomes smaller. The smaller the surface roughness, the better, but from the viewpoint of reducing the thermal emissivity εi, it is desirable that the surface roughness be at least up to the mirror surface, that is, 0.1 μmRa or less.

【0014】また、真空シール部分に真空グリースを必
要としない金属によるシールを使用することで、従来の
合成ゴムのO−リングを透過してくる気体や真空グリー
スからのアウトガスによる真空劣化を防ぎ、G(t)を
小さくすることができる。第2に式1のq2を小さくす
るでことで安定して冷却できる期間を長くさせたことに
ついて述べる。本発明においては、冷却される部分と真
空容器内壁の間にスーパーインシュレーシォンを介在さ
せる。スーパーインシュレーシォンは、熱輻射の赤外線
を遮蔽する膜であり、両面の赤外線輻射率が小さいのが
望ましい。1枚でも効果はあるが、接触させずに並べた
方が効果がある。この場合、膜の温度とその隣の膜の温
度に差ができ、膜同士が熱的に接触すると効果が薄れ
る。そこで、接触させないためのスペーサーにグラスウ
ールやポリエステル等のメッシュを用いた。十分な熱輻
射の遮蔽の効果を出すには、赤外線を遮蔽する膜とスペ
ーサーの組で、数十層に積層するのが望ましい。このよ
うなスーパーインシュレーシォンを用いることによっ
て、熱輻射による熱の進入を低減しq2を小さくさせる
ことができる。
Further, by using a metal seal that does not require vacuum grease in the vacuum seal portion, it is possible to prevent vacuum deterioration due to gas permeating the conventional synthetic rubber O-ring or outgas from vacuum grease, G (t) can be reduced. Secondly, it will be described that the period during which stable cooling can be performed is lengthened by reducing q2 in Equation (1). In the present invention, a super insulation is interposed between the portion to be cooled and the inner wall of the vacuum vessel. The super insulation is a film for shielding infrared rays of heat radiation, and it is desirable that the infrared radiation rate of both sides is small. Although one sheet is effective, it is more effective to arrange them without contact. In this case, there is a difference between the temperature of the film and the temperature of the adjacent film, and the effect is weakened when the films come into thermal contact with each other. Therefore, a mesh such as glass wool or polyester was used as a spacer for preventing the contact. In order to obtain a sufficient heat radiation shielding effect, it is desirable to stack several tens of layers with a set of a film for shielding infrared rays and a spacer. By using such a super insulation, it is possible to reduce the invasion of heat due to heat radiation and to reduce q2.

【0015】第3に、真空系内に物理吸着材と化学吸着
材を設置し吸着排気させることにより、真空容器内の真
空を改善した。化学吸着材の種類としては、加熱蒸発さ
せるもの(以下、蒸発型化学吸着材と呼ぶ)、加熱のみ
で蒸発させないもの(以下、加熱非蒸発型化学吸着材と
呼ぶ)、室温付近で使用するもの(以下、非蒸発型化学
吸着材と呼ぶ)がある。化学吸着材は気体の吸着により
その表面が汚れると吸着能力が無くなる。しかしながら
化学吸着材は、加熱することによって吸着による表面の
汚れを内部に拡散させ、吸着能力を復活させることがで
きる。蒸発型化学吸着材を使用する場合は、放射線検出
素子や電気回路や絶縁体等が蒸着により汚されないよう
に、放射線検出素子等が見えない場所に化学吸着材を配
置したり、放射線検出素子等と化学吸着材との間に壁等
を設ける必要がある。これに対し加熱非蒸発型化学吸着
材や非蒸発型化学吸着材は、放射線検出素子等を汚すこ
とはない。加熱非蒸発型化学吸着材や蒸発型化学吸着材
を常時加熱すれば、ある程度速い吸着速度を常に得るこ
とは可能であるが、吸着材からの熱輻射による赤外線
が、冷却される部分に吸収され冷却部を暖めたり、放射
線測定の際のノイズの原因となる。また真空中の気体に
よる熱伝導により、冷却部を暖めることもある。それ故
化学吸着材を常時加熱することはあまり好ましくはな
い。この場合も蒸着による検出素子等への汚れに対処す
る方法と同様に、放射線検出素子等が見えない場所に化
学吸着材を配置したり、放射線検出素子等と化学吸着材
との間に壁を設けば、対処することができる。
Third, the vacuum in the vacuum vessel was improved by installing a physical adsorbent and a chemical adsorbent in the vacuum system and performing adsorption and exhaust. The types of chemical adsorbents are those that are heated and evaporated (hereinafter referred to as evaporative chemical adsorbents), those that are not evaporated by heating only (hereinafter referred to as heated non-evaporable chemical adsorbents), and those that are used near room temperature. (Hereinafter referred to as a non-evaporable chemical adsorbent). If the surface of the chemical adsorbent is contaminated by gas adsorption, the adsorbing ability is lost. However, when heated, the chemical adsorbent can diffuse surface dirt due to adsorption into the interior, thereby restoring the adsorption ability. When using an evaporative chemical adsorbent, place the chemical adsorbent in a place where the radiation detection element, etc. cannot be seen, or place the radiation detection element, etc., so that the radiation detection element, electric circuit, insulator, etc. are not contaminated by evaporation. It is necessary to provide a wall or the like between the and the chemical adsorbent. On the other hand, the heated non-evaporable chemical adsorbent and the non-evaporable chemical adsorbent do not stain the radiation detecting element and the like. If the heating non-evaporation type chemical adsorbent or evaporative type chemical adsorbent is always heated, it is possible to always obtain a somewhat high adsorption speed, but infrared rays due to heat radiation from the adsorbent are absorbed by the part to be cooled. This may cause the cooling unit to warm up or cause noise when measuring radiation. In addition, the cooling unit may be warmed by heat conduction by a gas in a vacuum. Therefore, it is less preferable to constantly heat the chemical adsorbent. In this case, similarly to the method for dealing with contamination of the detection element and the like due to vapor deposition, a chemical adsorbent is placed in a place where the radiation detection element and the like cannot be seen, or a wall is provided between the radiation detection element and the chemical adsorbent. If provided, it can be dealt with.

【0016】以下、冷凍機を使用した図7の放射線検出
装置に化学吸着材を設置し、その効果を調査した結果に
ついて述べる。該装置の真空容器の大きさは約2リット
ルある。真空容器には、外部から電流を容器内に導入す
る端子(以後、電流導入端子と呼ぶ)を設けてある。真
空容器内の作業は、エンドキャップを外すことによって
行うことができる。エンドキャップの内壁は、電解複合
鏡面加工により0.02μmRaまで表面粗さを小さく
した。さらにエンドキャップ内壁にポリエステルフィル
ムの両面にアルミニウム蒸着した厚さ9μmの赤外線遮
蔽膜と厚さ200μmのポリエステル製のメッシュから
なるスペーサーの組で20層を設置した。コールドフィ
ンガー先端から放射線検出素子の間は、熱伝導性のよい
冷却棒によって熱的に接触させた。また、物理吸着材室
は、冷却棒に熱的に接触する構成になっている。また物
理吸着材室の外壁には、冷却温度を測定するための温度
センサーを設置した。
Hereinafter, the results of investigating the effect of installing a chemical adsorbent on the radiation detector of FIG. 7 using a refrigerator will be described. The size of the vacuum vessel of the device is about 2 liters. The vacuum vessel is provided with a terminal for introducing a current from the outside into the vessel (hereinafter referred to as a current introduction terminal). Work in the vacuum vessel can be performed by removing the end cap. The surface roughness of the inner wall of the end cap was reduced to 0.02 μmRa by electrolytic composite mirror finishing. Further, 20 layers were provided on the inner wall of the end cap with a set of a 9 μm-thick infrared shielding film formed by aluminum evaporation on both sides of a polyester film and a 200 μm-thick polyester mesh spacer. The space between the cold finger tip and the radiation detecting element was thermally contacted by a cooling rod having good thermal conductivity. Further, the physical adsorbent chamber is configured to be in thermal contact with the cooling rod. A temperature sensor for measuring the cooling temperature was installed on the outer wall of the physical adsorbent room.

【0017】通電加熱の小型ヒータをZrとVとFeを
主成分とする約1gの化学吸着材で包んだ加熱非蒸発型
吸着材の部品(以下、加熱非蒸発型化学吸着部品と呼
ぶ)は、通電用の電線が2本出ている。この電線を、真
空側の電流導入端子2本に接続した径0.8mmの2本
の銅線に接続することで固定し、真空容器内に設置し
た。次に厚さ0.1mmの光沢のあるステンレス製シー
トを壁にし、冷却される部分から該加熱非蒸発型化学吸
着部品が見えないように、該部品を囲む部屋(以下、化
学吸着材室と呼ぶ)を作製した。次に、真空加熱で十分
に物理吸着した気体を取り除いた物理吸着材を、物理吸
着材室に挿入した。エンドキャップを本体に設置し、ベ
ーキングを開始した。
A heating non-evaporation type adsorbent component (hereinafter referred to as a heating non-evaporation type chemisorption component) in which a small heater for energization heating is wrapped with about 1 g of a chemical adsorption material containing Zr, V and Fe as main components. , And two electric wires for electricity supply are provided. This electric wire was fixed by being connected to two copper wires having a diameter of 0.8 mm which were connected to two current introduction terminals on the vacuum side, and was set in a vacuum vessel. Next, a room made of a glossy stainless steel sheet having a thickness of 0.1 mm is used as a wall, and the heated non-evaporable type chemisorption component is not visible from a cooled portion. Call). Next, the physical adsorbent from which the gas physically adsorbed by vacuum heating was removed was inserted into the physical adsorbent chamber. The end cap was placed on the body and baking was started.

【0018】使用前の加熱非蒸発型化学吸着部品の表面
は、大気の吸着による吸着性能の劣化を防ぐため、保護
膜を形成させてある。それ故ベーキング終了後、この加
熱非蒸発型化学吸着部品を約600℃、5分間、通電加
熱することでこの保護膜を除去した(以下この処理を、
活性化と呼ぶ)。まず、真空劣化を模擬させるために、
乾燥窒素を上記状態の真空中に導入し、各種真空度から
冷凍機を駆動して冷却を行い、安定して冷却できる真空
度を評価した結果を図9に示す。曲線Oは2×10-2
orrから、曲線Pは1×10-1Torrから、曲線Q
は3×10-1Torrから、曲線Pは1Torrから冷
却を開始した場合である。曲線OとPは、一様に冷却さ
れ、約100Kで冷却温度維持となっている。曲線Q
は、冷却途中で角度が小さくなったが、100Kまで冷
却され、冷却温度維持となった。曲線Rは、冷却途中で
熱平衡となり、約230Kまでしか冷却できなかった。
つまり、本構成の検出器で、安定した冷却を行うには、
約1×10-1Torr以下の真空度(以下、この真空度
を冷却限界真空度と呼ぶ)が必要であると見積もられ
る。
Before use, a protective film is formed on the surface of the heated non-evaporable type chemical adsorption component in order to prevent the adsorption performance from being deteriorated due to the adsorption of the atmosphere. Therefore, after completion of baking, the protective film was removed by heating the non-evaporating type chemisorption part at 600 ° C. for 5 minutes.
Activation). First, to simulate vacuum degradation,
Dry nitrogen was introduced into the vacuum in the above state, the refrigerator was driven from various degrees of vacuum to perform cooling, and the result of evaluating the degree of vacuum at which stable cooling was possible is shown in FIG. Curve O is 2 × 10 -2 T
orr, curve P from 1 × 10 −1 Torr, curve Q
Is a case where cooling is started from 3 × 10 −1 Torr, and a curve P is a case where cooling is started from 1 Torr. Curves O and P are uniformly cooled, and the cooling temperature is maintained at about 100K. Curve Q
Although the angle became small during the cooling, it was cooled to 100K, and the cooling temperature was maintained. Curve R became thermal equilibrium during cooling, and could only be cooled to about 230K.
In other words, to perform stable cooling with the detector of this configuration,
It is estimated that a degree of vacuum of about 1 × 10 −1 Torr or less (hereinafter, this degree of vacuum is called a cooling limit vacuum degree) is required.

【0019】次に、約230Kまでしか冷却できなかっ
た曲線Rにおいて、測定後、冷凍機を止めずに加熱非蒸
発型化学吸着部品を約600℃、10分間、再加熱(活
性化後、約500℃以上で加熱し、化学吸着材の吸着に
よる表面の汚れを内部に拡散させることを以下、再活性
化と呼ぶ)を行い、真空度と冷却温度の変化とを測定し
た結果を図10に示す。再活性化する前の真空度は、物
理吸着材が約230Kまで冷却されたために、1Tor
rから2×10-1Torrに吸着排気されていた。この
真空の中で再活性化を行ったところ、真空度は10-4
orr台に急激に減少した。このため、真空断熱が良く
なり冷却温度は下がり始め、約100Kまで冷却され
た。この時の冷却温度維持時の真空度は、物理吸着材に
より、10 -5Torr台まで吸着排気されていることが
判る。
Next, it can be cooled only to about 230K.
In the curve R, after the measurement, without stopping the refrigerator,
Reheat the molded chemisorption parts at about 600 ° C for 10 minutes (active
After heating, it is heated at about 500 ℃ or more to adsorb chemical adsorbent.
Reactivate the following to diffuse the surface dirt inside
), And measure the degree of vacuum and the change in cooling temperature.
The results are shown in FIG. The degree of vacuum before reactivation is
Since the adsorbent was cooled to about 230K, 1 Torr
2 × 10 from r-1It was adsorbed and exhausted by Torr. this
After reactivation in vacuum, the degree of vacuum was 10-FourT
It rapidly decreased to the orr level. For this reason, vacuum insulation is good
The cooling temperature begins to drop and is cooled down to about 100K
Was. At this time, the degree of vacuum for maintaining the cooling temperature depends on the physical adsorbent.
Than 10 -FiveIt has been adsorbed and exhausted to the Torr level
I understand.

【0020】次に、上記構成の放射線検出装置におい
て、物理吸着材と、加熱非蒸発型化学吸着部品を交換
し、ベーキング初期に活性化を行い、ベーキング終了後
5日間、真空劣化を測定した。この本発明と従来の放射
線検出装置の真空劣化の比較を図11に示す。本発明の
方が真空劣化が遅いことが判る。5日間の真空劣化のデ
ーターを外そうすることで、10年後の真空度を見積も
ることができる。本発明の場合においても、10年後に
は数Torrの真空劣化になると見積もられる。また約
1ヶ月で冷却限界真空度に達することが判る。
Next, in the radiation detecting apparatus having the above-mentioned structure, the physical adsorbent and the heat non-evaporative type chemisorption part were exchanged, activated at an early stage of the baking, and the vacuum deterioration was measured for 5 days after the completion of the baking. FIG. 11 shows a comparison of vacuum deterioration between the present invention and a conventional radiation detection apparatus. It can be seen that the vacuum deterioration of the present invention is slower. By removing the data of vacuum deterioration for 5 days, the degree of vacuum after 10 years can be estimated. Even in the case of the present invention, it is estimated that vacuum deterioration of several Torr will occur after 10 years. It can be seen that the cooling limit vacuum degree is reached in about one month.

【0021】この5日間の測定後、約600℃、5分間
の再活性化を行い真空度の変化を測定した結果を図12
に示す。横軸が再活性化を開始してからの時間、縦軸が
真空度である。この再活性化により真空度は約3×10
-2Torrから約1×10-3Torrまで吸着排気さ
れ、数万secの間この真空度が保持されることが判
る。その後、該吸着部品の表面が汚れ、吸着効果が殆ど
無くなり、通常の真空劣化速度にもどった。このことよ
り、今回使用した加熱非蒸発型化学吸着部品の再活性化
に伴う、吸着排気の効果は、数万secしか持続しない
ことが判る。これより真空断熱に必要な10-4Torr
以下の真空を該化学吸着材のみで数年間持続させるため
には、多くの化学吸着部品が必要であることが判る。
After the measurement for 5 days, reactivation was performed at about 600 ° C. for 5 minutes, and the change in the degree of vacuum was measured.
Shown in The horizontal axis represents the time from the start of reactivation, and the vertical axis represents the degree of vacuum. By this reactivation, the degree of vacuum is about 3 × 10
It can be seen that the gas is adsorbed and evacuated from -2 Torr to about 1 × 10 -3 Torr, and this degree of vacuum is maintained for tens of thousands of seconds. Thereafter, the surface of the suction component was soiled, the suction effect was almost lost, and the speed of vacuum deterioration returned to normal. From this, it is understood that the effect of adsorption and exhaustion accompanying the reactivation of the heated non-evaporative type chemical adsorption component used this time lasts only tens of thousands of seconds. 10 -4 Torr required for vacuum insulation
It can be seen that many chemisorbing components are needed to maintain the following vacuum with the chemisorbent alone for several years.

【0022】次に、上記構成の放射線検出装置におい
て、真空を乾燥窒素により7Torrにし、新しい加熱
非蒸発型化学吸着部品を再活性化させて真空度の変化を
測定した結果を図13に示す。まず、約600℃、5分
間の再活性化を行ったところ、真空度は7Torrから
2Torrまで吸着排気された。次に、約600℃、1
5分間の再活性化を行ったところ、真空度は、冷却限界
真空度より小さい約3×10-3Torrまで吸着排気さ
れた。この結果と前述の真空劣化を測定した結果図11
とを比較すると、該加熱非蒸発型化学吸着部品を使用す
ることによって、約十年間は、安定した冷却が可能であ
ると見積もられる。
Next, FIG. 13 shows the results of measuring the change in the degree of vacuum in the radiation detecting apparatus having the above-mentioned configuration by changing the vacuum to 7 Torr with dry nitrogen and reactivating a new heated non-evaporable type chemical adsorption part. First, reactivation was performed at about 600 ° C. for 5 minutes. As a result, adsorption and exhaustion were performed from a vacuum of 7 Torr to 2 Torr. Next, at about 600 ° C, 1
After performing the reactivation for 5 minutes, the vacuum was sucked and evacuated to about 3 × 10 −3 Torr, which was smaller than the cooling limit vacuum. FIG. 11 shows the result of the measurement and the above-described vacuum deterioration measurement.
It is estimated that stable cooling is possible for about ten years by using the heating non-evaporation type chemisorption component.

【0023】この測定後、冷却試験を行ったところ、冷
却限界真空度より小さい真空度まで吸着排気されている
ため、一様な冷却曲線を描き、約100Kまで冷却され
た。化学吸着材は、排気が必要な時に加熱し、吸着排気
させることができる。例えば、冷却前または冷却初期
に、冷却限界真空度以下の真空度にすれば、安定した冷
却ができる。それゆえ、冷却する前または冷却の初期
に、自動的に化学吸着材を加熱する手段を有し、冷却限
界真空度以下の真空度まで吸着排気するのが望ましい。
この際、十分吸着排気できる、ある一定の期間、自動的
に該化学吸着材を加熱する手段を用いて吸着排気させて
も良いし、真空容器内の真空度を測定する手段と真空容
器内の真空度の測定値から自動的に化学吸着材を加熱す
る手段を用いて、冷却限界真空度以下の真空度になるま
で該化学吸着材を加熱し吸着排気させも良い。また、手
動により化学吸着材を加熱する手段と空容器内の真空度
の測定値を表示させる手段を用いて、冷却限界真空度以
下の真空度になるまで該化学吸着材を加熱し吸着排気さ
せても良いし、またある一定期間、手動により化学吸着
材を加熱しても良い。
After this measurement, a cooling test was performed. As a result, a uniform cooling curve was drawn and the temperature was reduced to about 100 K because the gas was adsorbed and evacuated to a degree of vacuum smaller than the cooling limit vacuum. The chemical adsorbent can be heated and exhausted when exhaust is required. For example, if the degree of vacuum is set to be equal to or lower than the cooling limit vacuum before or at the beginning of cooling, stable cooling can be achieved. Therefore, it is desirable to have a means for automatically heating the chemical adsorbent before cooling or at the beginning of cooling, and to perform adsorption and exhaust to a degree of vacuum lower than the cooling limit vacuum.
In this case, the chemical adsorbent may be sufficiently adsorbed and evacuated, and may be automatically adsorbed and evacuated by using a means for automatically heating the chemical adsorbent for a certain period of time, or a means for measuring the degree of vacuum in the vacuum vessel and a means in the vacuum vessel. Using a means for automatically heating the chemical adsorbent from the measured value of the degree of vacuum, the chemical adsorbent may be heated and adsorbed and exhausted until the degree of vacuum becomes equal to or lower than the cooling limit vacuum degree. Further, using a means for manually heating the chemical adsorbent and a means for displaying the measured value of the degree of vacuum in the empty container, the chemical adsorbent is heated and adsorbed and evacuated until the degree of vacuum becomes equal to or lower than the cooling limit vacuum degree. Alternatively, the chemical adsorbent may be manually heated for a certain period of time.

【0024】また、室温から冷却を行っている際、真空
が悪いため、冷却速度が遅かったり、目標冷却温度まで
冷却できないことが判った場合等では、放射線検出素子
の温度の測定値または真空容器内の真空度の測定値を表
示させる手段と、手動により化学吸着材を加熱する手段
を用いて、該化学吸着材を加熱させ、通常の冷却速度に
なるまで吸着排気させても良し、自動的に化学吸着材を
加熱する手段を用いて吸着排気させても良い。
When it is found that the cooling rate is slow or the target cooling temperature cannot be cooled due to poor vacuum when cooling from room temperature, the measured value of the temperature of the radiation detecting element or the vacuum container is used. The chemical adsorbent may be heated using a means for displaying the measured value of the degree of vacuum inside and a means for manually heating the chemical adsorbent, and may be adsorbed and evacuated to a normal cooling rate. Alternatively, the gas may be adsorbed and exhausted by using a means for heating the chemical adsorbent.

【0025】また、冷却温度維持において、真空が悪く
なったため、放射線検出素子の温度が上昇したことが判
った場合等では、放射線検出素子の温度の測定値または
真空容器内の真空度の測定値を表示させる手段と、手動
により化学吸着材を加熱する手段を用いて、該化学吸着
材を加熱させ、通常の冷却温度維持になるまで吸着排気
させても良し、自動的に化学吸着材を加熱する手段を用
いて吸着排気させてもも良い。
If it is found that the temperature of the radiation detecting element has risen due to the deterioration of the vacuum in maintaining the cooling temperature, the measured value of the temperature of the radiation detecting element or the measured value of the degree of vacuum in the vacuum vessel is obtained. Means for heating the chemical adsorbent, and means for manually heating the chemical adsorbent, and allowing the chemical adsorbent to be adsorbed and exhausted until the normal cooling temperature is maintained. Alternatively, the gas may be adsorbed and exhausted by using a means for performing the above.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図1に、本発明の放射線検出装置の電
気結線を示す。測定および制御回路には、温度センサー
と真空センサーが接続され、これら測定値を表示機器に
表示させることができる。それぞれのセンサーは、2個
以上接続できるようになっている。手動モードスイッチ
を入れると、化学吸着材加熱用電源が作動し、化学吸着
材加熱器が化学吸着材を加熱し、吸着排気することがで
きる。自動モード切り替えスイッチは、複数の自動モー
ドを選択することができる。各自動モードは、あらかじ
め制御回路に記憶させたプログラムで化学吸着材加熱用
電源と冷凍機を動作させることができる。例えば、冷却
制御開始スイッチを入れると、冷凍機のコンプレッサー
を駆動させる前または駆動させると同時に、真空センサ
ーの指示が設定真空度になるまで加熱吸着材加熱電源を
動作させる命令とか、または設定した期間、加熱吸着材
加熱電源を動作させる命令を記憶させれば、その設定さ
れた自動モードで作動させることができる。液体窒素で
冷却する場合には、冷凍機用電源と冷凍機が無い形とな
る。化学吸着材として該加熱非蒸発型化学吸着部品を用
いた場合は、化学吸着材加熱器は通電によるヒーターと
なるが、誘導加熱やレーザー等による加熱の場合は、そ
の装置が化学吸着材加熱器となる。以下の実施例は、化
学吸着材として、該加熱非蒸発型化学吸着部品を用いた
例である。図2は、本発明の液体窒素25で冷却する場
合の放射線検出装置である。クライオスタットと放射線
検出器カプセルの真空を隔壁1により分離し、各々を容
易に取り外しができるようにした。エンドキャップ5の
内壁は、電解複合鏡面加工により0.02μmRaまで
表面粗さを小さくした。またこの内壁に、ポリエステル
フィルムの両面にアルミニウム蒸着した厚さ9μmの赤
外線遮蔽膜と厚さ200μmのポリエステル製のメッシ
ュのスペーサーの組で20層のスーパーインシュレショ
ン6を設置した。O−リングには、Al製で中空のメタ
ルO−リング13を使用した。真空が、隔壁1により分
離されているため、各真空容器内にステンレス製の壁1
1で仕切られた化学吸着材室12、加熱非蒸発型化学吸
着部品10、真空センサー14、温度センサー9を設置
した。各センサーからの信号や加熱非蒸発型化学吸着部
品10への電力供給等の配線は、電流導入端子4によ
り、外部に出され、電気コード15で測定および制御回
路16や化学吸着材用加熱電源17に接続した。放射線
検出器カプセルとクライオスタットを接続した後、各真
空容器内を真空ポートから真空に引き、ベーキングを行
った。次にデュワーの中に、このクライオスタットを挿
入することにより、クライオスタット内の冷却棒8と、
放射線検出器カプセル内で熱的に冷却棒と接している物
理吸着材室2内の物理吸着材や、放射線検出素子カップ
19内の放射線検出素子が冷却される。この冷却開始の
際、冷却制御開始スイッチをセットすることによって、
上述の如く、必要な時に加熱非蒸発型化学吸着部品を加
熱することができる。図3は、冷凍機を使用し、クライ
オスタットと放射線検出器カプセルの真空を隔壁1によ
り分離した場合である。各真空容器には、真空を引くた
めのポートが付いている。各真空容器内に壁11で仕切
られた化学吸着材室12、加熱非蒸発型化学吸着部品1
0、真空センサー14、温度センサー9を図3の如く設
置した。リヤーパネル20には、表示機器21と冷却制
御開始スイッチ22、手動モードスイッチ23、自動モ
ード切り替えスイッチ24を設置した。冷却制御開始ス
イッチ22をセットすることによって、冷凍機が駆動
し、必要な時に加熱非蒸発型化学吸着部品10を加熱す
ることができる。冷凍機の駆動により、コールドフィン
ガー先端7が冷却され、次に冷却棒8、物理吸着材、放
射線検出素子が冷却される。図4は、冷凍機を使用し、
クライオスタットと放射線検出素子の真空を隔壁により
分離しない場合である。そのため、化学吸着材室12、
加熱非蒸発型化学吸着部品10、真空センサー14、温
度センサー9は、各1個設置した。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the electrical connection of the radiation detection apparatus of the present invention. A temperature sensor and a vacuum sensor are connected to the measurement and control circuit, and these measured values can be displayed on a display device. Each sensor can be connected to two or more sensors. When the manual mode switch is turned on, the power supply for heating the chemical adsorbent is activated, and the chemical adsorbent heater heats the chemical adsorbent and can adsorb and exhaust the same. The automatic mode changeover switch can select a plurality of automatic modes. In each of the automatic modes, the power supply for heating the chemical adsorbent and the refrigerator can be operated by a program stored in the control circuit in advance. For example, when the cooling control start switch is turned on, before or at the same time as driving the compressor of the refrigerator, at the same time, a command to operate the heating adsorbent heating power supply until the indication of the vacuum sensor reaches the set vacuum degree, or a set period of time. If an instruction to operate the heating adsorbent heating power supply is stored, the apparatus can be operated in the set automatic mode. When cooling with liquid nitrogen, there is no refrigerator power supply and refrigerator. When the heating non-evaporation type chemical adsorption component is used as the chemical adsorbent, the chemical adsorbent heater is a heater by energization, but in the case of induction heating or heating by laser, the device is a chemical adsorbent heater. Becomes The following example is an example in which the heating non-evaporation type chemical adsorption component is used as a chemical adsorption material. FIG. 2 shows a radiation detection apparatus for cooling with the liquid nitrogen 25 of the present invention. The vacuum between the cryostat and the radiation detector capsule was separated by the partition 1 so that each could be easily removed. The surface roughness of the inner wall of the end cap 5 was reduced to 0.02 μmRa by electrolytic composite mirror finishing. Also, on this inner wall, 20 layers of superinsulation 6 were installed with a set of a 9 μm-thick infrared shielding film deposited on both surfaces of a polyester film with aluminum and a 200 μm-thick polyester mesh spacer. For the O-ring, a hollow metal O-ring 13 made of Al was used. Since the vacuum is separated by the partition 1, the stainless steel wall 1
1, a chemical adsorbent chamber 12, a heated non-evaporative type chemical adsorption part 10, a vacuum sensor 14, and a temperature sensor 9 were installed. Wiring such as signals from each sensor and power supply to the heating non-evaporating type chemical adsorption component 10 is output to the outside by the current introduction terminal 4 and is measured and controlled by the electric cord 15 by the electric cord 15 and the heating power supply for the chemical adsorption material. 17 was connected. After connecting the radiation detector capsule and the cryostat, the inside of each vacuum vessel was evacuated from the vacuum port and baked. Next, by inserting this cryostat into the dewar, the cooling rod 8 in the cryostat and
The physical adsorbent in the physical adsorbent chamber 2 that is in thermal contact with the cooling rod in the radiation detector capsule and the radiation detection element in the radiation detection element cup 19 are cooled. At the start of this cooling, by setting the cooling control start switch,
As described above, the heated non-evaporable type chemisorption component can be heated when necessary. FIG. 3 shows a case in which the cryostat and the vacuum of the radiation detector capsule are separated by the partition 1 using a refrigerator. Each vacuum vessel has a port for drawing a vacuum. In each vacuum vessel, a chemical adsorbent chamber 12 partitioned by a wall 11, a heated non-evaporable type chemical adsorption component 1
0, vacuum sensor 14 and temperature sensor 9 were installed as shown in FIG. On the rear panel 20, a display device 21, a cooling control start switch 22, a manual mode switch 23, and an automatic mode changeover switch 24 are installed. By setting the cooling control start switch 22, the refrigerator is driven, and the non-evaporable chemical adsorption component 10 can be heated when necessary. By driving the refrigerator, the cold finger tip 7 is cooled, and then the cooling rod 8, the physical adsorbent, and the radiation detecting element are cooled. FIG. 4 uses a refrigerator,
This is a case where the cryostat and the vacuum of the radiation detecting element are not separated by a partition wall. Therefore, the chemical adsorbent chamber 12,
One heating non-evaporation type chemical adsorption component 10, one vacuum sensor 14, and one temperature sensor 9 were installed.

【0027】[0027]

【発明の効果】上述の如く、放射線検出装置の真空容器
内の主要部分の表面粗さを0.1μmRa以下にし、真
空シール部分に金属によるシールを使用して真空劣化を
遅くし、また冷却される部分と真空容器内壁の間にスー
パーインシュレーシォンを介在させて熱輻射による熱の
流入を防ぎ、さらに真空系内に物理吸着材と化学吸着材
を設置し、必要な時に化学吸着材を作用させることによ
り安定して冷却できる期間を向上させることができる。
As described above, the surface roughness of the main part in the vacuum vessel of the radiation detector is set to 0.1 μm Ra or less, the metal seal is used for the vacuum seal part, the vacuum deterioration is slowed, and the cooling is performed. A super insulation is interposed between the part to be heated and the inner wall of the vacuum vessel to prevent the inflow of heat due to heat radiation, and a physical adsorbent and a chemical adsorbent are installed in the vacuum system. The period during which cooling can be performed stably can be improved by acting.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の放射線検出装置の電気結線を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing an electrical connection of a radiation detection device according to the present invention.

【図2】本発明の液体窒素で冷却する場合の放射線検出
装置である。
FIG. 2 is a radiation detection apparatus for cooling with liquid nitrogen according to the present invention.

【図3】本発明の冷凍機を使用し、クライオスタットと
放射線検出器カプセルの真空を隔壁により分離した場合
の放射線検出装置である。
FIG. 3 shows a radiation detecting apparatus in which the cryostat and the vacuum of the radiation detector capsule are separated by a partition using the refrigerator of the present invention.

【図4】本発明の冷凍機を使用し、クライオスタットと
放射線検出素子の真空を隔壁により分離しない場合の放
射線検出装置である。
FIG. 4 shows a radiation detecting apparatus in which the cryostat and the vacuum of the radiation detecting element are not separated by a partition using the refrigerator of the present invention.

【図5】従来の液体窒素で冷却する場合の放射線検出装
置である。
FIG. 5 is a conventional radiation detection apparatus for cooling with liquid nitrogen.

【図6】従来の冷凍機を使用し、クライオスタットと放
射線検出器カプセルの真空を隔壁により分離した場合の
放射線検出装置である。
FIG. 6 shows a radiation detection apparatus in which a cryostat and a radiation detector capsule vacuum are separated by a partition using a conventional refrigerator.

【図7】従来の冷凍機を使用し、クライオスタットと放
射線検出素子の真空を隔壁により分離しない場合の放射
線検出装置である。
FIG. 7 shows a radiation detecting apparatus in which a conventional refrigerator is used and the vacuum of the cryostat and the radiation detecting element is not separated by a partition.

【図8】従来の問題点を明らかにするために、違う真空
度から冷却した場合の冷却曲線を模擬した図である。
FIG. 8 is a diagram simulating a cooling curve when cooling from a different degree of vacuum in order to clarify a conventional problem.

【図9】本発明の作用を明らかにするために、真空劣化
を模擬し、違う真空度から冷却した場合の冷却曲線を示
した図である。
FIG. 9 is a diagram showing a cooling curve when simulating vacuum deterioration and cooling from a different degree of vacuum in order to clarify the operation of the present invention.

【図10】本発明の作用を明らかにするために、冷却途
中で熱平衡になった際に、化学吸着材を作用させること
で冷却が進み、冷却温度維持になった例を示した図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing an example in which, when thermal equilibrium is reached during cooling, cooling proceeds by applying a chemical adsorbent to maintain the cooling temperature in order to clarify the operation of the present invention. .

【図11】本発明の作用を明らかにするために、本発明
の真空劣化と従来の真空劣化を比較した図である。
FIG. 11 is a diagram comparing vacuum deterioration of the present invention with conventional vacuum deterioration to clarify the operation of the present invention.

【図12】本発明の作用を明らかにするために、再活性
化後の真空度と吸着作用する時間を示した図である。
FIG. 12 is a diagram showing the degree of vacuum after reactivation and the time during which adsorption takes place in order to clarify the operation of the present invention.

【図13】本発明の作用を明らかにするために、約10
年後の真空を模擬した後、再活性化することによって、
冷却限界真空度以下に吸着排気されたことを示した図で
ある。
FIG. 13 shows a graph showing the effect of the present invention.
After simulating the vacuum after years, by reactivating
FIG. 4 is a view showing that the gas is adsorbed and exhausted below a cooling limit vacuum degree.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 隔壁 2 物理吸着材室 3 合成ゴム製のO−リング 4 電流導入端子 5 エンドキャップ 6 スーパーインシュレーション 7 コールドフィンガー 8 冷却棒 9 温度センサー 10 加熱非蒸発型化学吸着部品 11 ステンレス製の壁 12 化学吸着材室 13 メタルO−リング 14 真空センサー 15 電気コード 16 測定および制御回路 17 化学吸着材加熱用電源 18 デュワー 19 放射線検出素子カップ 20 リヤーパネル 21 表示機器 22 冷却制御開始スイッチ 23 手動モードスイッチ 24 自動モード切り替えスイッチ 25 液体窒素 26 冷凍機用電源 27 コンプレッサー 28 コールドフィンガー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Partition wall 2 Physical adsorbent room 3 O-ring made of synthetic rubber 4 Current introduction terminal 5 End cap 6 Super insulation 7 Cold finger 8 Cooling rod 9 Temperature sensor 10 Heating non-evaporation type chemical adsorption parts 11 Stainless steel wall 12 Chemistry Adsorbent chamber 13 Metal O-ring 14 Vacuum sensor 15 Electric cord 16 Measurement and control circuit 17 Power supply for heating chemical adsorbent 18 Dewar 19 Radiation detection element cup 20 Rear panel 21 Display device 22 Cooling control start switch 23 Manual mode switch 24 Automatic Mode switch 25 Liquid nitrogen 26 Power supply for refrigerator 27 Compressor 28 Cold finger

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01T 7/00 F25B 9/00 G01J 5/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01T 7/00 F25B 9/00 G01J 5/02

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 放射線検出素子を真空断熱により低温に
冷却し、放射線を検出する装置において、該真空系内
理吸着を主とする吸着材(以下、物理吸着材と呼ぶ)
と、化学吸着を主とする吸着材(以下、化学吸着材と呼
ぶ)を有することを特徴とする放射線検出装置。
An apparatus for detecting radiation by cooling a radiation detecting element to a low temperature by vacuum insulation, wherein the vacuum system includes
Adsorbent composed mainly of physical adsorption (hereinafter, referred to as a physical adsorbent)
When adsorbent composed mainly of chemical adsorption (hereinafter, referred to as chemical adsorption material) radiation detecting apparatus characterized by having a.
【請求項2】 前記物理的吸着材が、炭素を主成分とす
る多孔質物質(以下、活性炭と呼ぶ)またはモレキュラ
ーシーブまたはゼオライトまたはシリカゲルまたはアル
ミナまたはこれら素材を少なくとも1種類以上含まれた
混合物からなり、前記化学吸着材が、TiまたはZrま
たはMoまたはTaまたはNbまたはVまたはA1また
はMgまたはBa、またはこれら金属を少なくとも1種
類以上含有する合金からなることを特徴とする請求項1
記載の放射線検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein the physical adsorbent is mainly composed of carbon.
Porous material (hereinafter referred to as activated carbon) or molecular
-Sieve or zeolite or silica gel or aluminum
Mina or at least one of these materials
A mixture, wherein the chemical adsorbent is Ti or Zr.
Or Mo or Ta or Nb or V or A1 or
Is Mg or Ba, or at least one of these metals
2. An alloy containing at least one kind of metal.
The radiation detection apparatus according to claim 1.
【請求項3】 該化学吸着材を加熱する手段を有するこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の放射線検出装置。
3. A method for heating said chemical adsorbent.
The radiation detection apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項4】 放射線検出素子を冷却する前または冷却
の初期に、自動的に該化学吸着材を加熱する手段を有す
ることを特徴とする請求項3記載の放射線検出装置。
4. Before or after cooling the radiation detecting element.
Has means to automatically heat the chemical adsorbent at the beginning of
The radiation detection apparatus according to claim 3, wherein
【請求項5】 手動により、該化学吸着材を加熱する手
段を有することを特徴とする請求項3記載の放射線検出
装置。
5. A method for manually heating the chemical adsorbent.
The radiation detection apparatus according to claim 3, further comprising a step .
【請求項6】 冷却される部分の温度を測定する手段ま
たは真空容器内の真空度を測定する手段を有することを
特徴とする請求項1又は2記載の放射線検出装置。
6. A means for measuring a temperature of a portion to be cooled.
Or a means for measuring the degree of vacuum in the vacuum vessel.
The radiation detection device according to claim 1 or 2, wherein
【請求項7】 冷却される部分の温度の測定値または真
空容器内の真空度の測定値から自動的に該化学吸着材を
加熱する手段を有することを特徴とする請求項6記載の
放射線検出装置。
7. A measured or true value of the temperature of the part to be cooled.
The chemical adsorbent is automatically detected from the measured value of the vacuum in the empty container.
The radiation detecting apparatus according to claim 6, further comprising heating means .
【請求項8】 該化学吸着材を加熱する手段と、冷却さ
れる部分の温度又は真空容器内の真空度を測定する手段
とをさらに有することを特徴とする請求項1又は2記載
放射線検出装置。
8. A method for heating said chemical adsorbent, comprising :
For measuring the temperature of the part to be removed or the degree of vacuum in the vacuum vessel
3. The method according to claim 1, further comprising:
Radiation detection device.
【請求項9】 該化学吸着材が加熱非蒸発型化学吸着材
であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、
6、7又は8記載の放射線検出装置。
9. The heat-absorbing non-evaporable chemical adsorbent.
Claim 1, 2, 3, 4, 5,
The radiation detection device according to 6, 7, or 8 .
【請求項10】 放射線検出素子を真空断熱により低温
に冷却し、放射線を検出する装置において、該真空系内
に炭素を主成分とする多孔質物質(以下、活性炭と呼
ぶ)またはモレキュラーシーブまたはゼオライトまたは
シリカゲルまたはアルミナまたはこれら素材を少なくと
も1種類以上含まれた混合物からなる物理吸着を主とす
る吸着材(以下、物理吸着材と呼ぶ)と、暖めることに
よって吸着速度が増大する金属、またはこれら金属を少
なくとも1種類以上含有する合金からなる化学吸着を主
とする吸着材(以下、化学吸着材と呼ぶ)を有すること
を特徴とする放射線検出装置。
10. The radiation detecting element is kept at a low temperature by vacuum insulation.
In the vacuum system
Is a porous material mainly composed of carbon (hereinafter called activated carbon).
Or molecular sieve or zeolite or
Silica gel or alumina or at least these materials
Mainly physical adsorption consisting of a mixture containing at least one type
Adsorbent (hereinafter referred to as physical adsorbent)
Therefore, metals that increase the adsorption rate, or reduce these metals
Mainly chemisorption consisting of alloys containing at least one kind
Adsorbent (hereinafter referred to as chemical adsorbent)
A radiation detection device characterized by the above-mentioned .
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