JP3646139B2 - 荷電粒子測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
宇宙空間や宇宙船内等の複数の荷電粒子（例えば電子、陽子、α粒子等）が混在する場で、その荷電粒子の種類及び該荷電粒子のエネルギーを測定する荷電粒子測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来荷電粒子の種別及び荷電粒子のエネルギーを計測する場合、複数の検出器を積層したテレスコープ型測定装置が用いられている。また検出器に入射してくる高エネルギー荷電粒子の全エネルギーを計測するには、検出器の厚さを充分厚くして、入射した荷電粒子の全エネルギーを検出器内で吸収する事が必要であると考えられてきた。
このため、複数の検出器及び吸収材を組み合わせて配置するΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置と、改良型のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置が開発されている。
図９は、電子、陽子及びα粒子のエネルギーを計測する従来のΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図を示す。図１０は図９に示すΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置に荷電粒子が入射した場合に、該荷電粒子が検出器内に電子正孔対を生成するために失うエネルギー（以下、損失エネルギーという）と、該荷電粒子が入射する前に有していた全エネルギー（以下、粒子エネルギーという）との関係を理論計算によって求めたものである。
図１１は従来のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置の検出器の構成を示す概念図、図１２は従来のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図を示す。
最初に図９及び図１０を用いて従来のΔＥテレスコープ型測定装置について説明する。
【０００３】
図９において、１は荷電粒子、２０１乃至２０３は荷電粒子のエネルギーを吸収する吸収材で、吸収材２０１は厚さ０．１ｍｍのアルミ、吸収材２０２は厚さ２ｍｍの銅、吸収材２０３は厚さ２ｍｍのタンタルである。２０４乃至２０７は検出器で、全て厚さ０．２ｍｍのシリコン半導体検出器である。２０８は増幅部、２０９はトリガ発生部、２１０は３チャネル波高弁別部、２１１はデータ処理部である。
【０００４】
そこで荷電粒子１が、上記ΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置に入射すると、検出器２０４乃至検出器２０７は荷電粒子１が貫通または入射した場合に電子正孔対を発生する。増幅部２０８は、この電子正孔対を検出して、発生した電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号に変換する。
【０００５】
検出器２０４で発生した電子正孔対を増幅部２０８でアナログパルス信号に変換した出力は、３チャネル波高弁別部２１０に印加され、該３チャネル波高弁別部２１０は入射した荷電粒子を電子、陽子及びα粒子の何れかに弁別し、その結果をアドレス１としてデータ処理部２１１へ出力する。
【０００６】
３チャネル波高弁別部２１０における荷電粒子の弁別方法を図１０を用いて説明する。
【０００７】
図１０の左側の縦軸は入射した荷電粒子１の損失エネルギーをＭｅＶ（メガエレクトロンボルト）単位の対数目盛で示し、横軸は入射した荷電粒子の粒子エネルギーをＭｅＶ単位の対数目盛で示してある。
【０００８】
図１０の右側の縦軸に示すＬ１、Ｌ２及びＬ３は夫々０．０５ＭｅＶ、０．４ＭｅＶ及び６ＭｅＶで荷電粒子の種類を弁別するために予め定めた値である。Ｓ１乃至Ｓ４に示す曲線は夫々検出器２０４乃至検出器２０７で検出される荷電粒子の損失エネルギーと粒子エネルギーの関係を理論計算によって求めた曲線で、入射してくる荷電粒子の種類、ここでは電子、陽子及びα粒子を示す３群の曲線群に分かれており、当該荷電粒子の損失エネルギーがＬ１とＬ２の間であれば、入射した荷電粒子は電子であると弁別し、当該荷電粒子の損失エネルギーがＬ２とＬ３の間であれば、入射した荷電粒子は陽子であると弁別し、当該荷電粒子の損失エネルギーがＬ３以上であれば、入射した荷電粒子はα粒子であると弁別する。なお、荷電粒子が陽子の場合、Ｓ１乃至Ｓ４の曲線の立ちあがり部分がＬ２より下の電子の範囲にあり、この範囲で検出される荷電粒子は当該荷電粒子が陽子であっても電子として弁別されるが、極めて稀なのでそのままとする。荷電粒子がα粒子の場合もＳ１乃至Ｓ４の曲線の立上がり部については同様である。
【０００９】
検出器２０４で検出した電子正孔対を増幅部２０８でアナログパルス信号に変換した出力は、トリガ発生部２０９に印加され、該印加された出力がトリガ発生部２０９に設定された雑音と識別するための閾値を超えると、トリガ発生部２０９はトリガ信号を発生して、該トリガ信号をデータ処理部２１１に印加する。
【００１０】
３チャネル波高弁別部２１０には上記図１０のＬ１、Ｌ２及びＬ３に対応するアナログパルス信号の値を設定して、該Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に対応するアナログパルス信号の値と、検出器２０４で発生した電子正孔対を増幅部２０８でアナログパルス信号に変換した出力とを比較して当該荷電粒子の種類の弁別を行い、その結果を上記のようにアドレス１としてデータ処理部２１１へ出力する。
【００１１】
荷電粒子１が貫通または入射した検出器２０５乃至検出器２０７は電子正孔対を発生し、増幅部２０８により該電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号をデータ処理部２１１へ印加する。
【００１２】
データ処理部２１１は上記トリガ発生部２０９からのトリガ信号を受けて、上記検出器２０５乃至検出器２０７で発生した電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号の入力から、どの検出器までアナログパルス信号を発生したか判別する。例えば入射した荷電粒子１を３チャネル波高弁別部２１０で弁別した結果が陽子で、検出器２０４及び検出器２０５がアナログパルス信号を発生し、検出器２０６がアナログパルス信号を発生しない場合は、図１０からこの陽子の粒子エネルギーは、陽子の群のＳ２の曲線の立ちあがり部が示す６．１ＭｅＶから、陽子の群のＳ３の曲線の立ちあがり部が示す２０ＭｅＶの範囲のエネルギー（以下、粒子エネルギー範囲の区分をエネルギーチャネルという）であると判別し、その判別結果をアドレス２とする。
【００１３】
データ処理部２１１は上記３チャネル波高弁別部２１０の出力であるアドレス１と、検出器２０４乃至検出器２０７の増幅部２０８からの出力であるアドレス２を用いて、荷電粒子の種類毎に当該荷電粒子のエネルギーチャネルを測定した事象の発生度数を、データ処理部２１１に有する当該アドレスのメモリに累積加算する処理を行う。該メモリの内容を所定の時間間隔で地上へ送信して荷電粒子の種類別、エネルギーチャネル別のデータを得る。
【００１４】
このように荷電粒子測定装置に入射する荷電粒子の損失エネルギーを測定することによって、該荷電粒子の種類と粒子エネルギーを測定することができる。
【００１５】
しかし、図１０に示すように、検出器２０４乃至検出器２０７で失う荷電粒子のエネルギーは、右肩下がりとなるため、当該荷電粒子の粒子エネルギーが高いところでは、電子の範囲内に陽子が、陽子の範囲内にα粒子が入り込み、当該荷電粒子の判別を間違える場合が生ずるという問題点がある。
【００１６】
また本ΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置は上記のように、検出器の数によってエネルギーチャネル数が決まるので荷電粒子のエネルギーチャネル数を多くするには、検出器と吸収材の枚数を増す必要がある。
【００１７】
次にΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置について図１１及び図１２を用いて説明する。
【００１８】
図１１において、１は荷電粒子、３０１はΔＥ検出器、３０２はＥ’検出器、３０３はＥｒｅｊ検出器である。 図１２において、１は荷電粒子、３１１乃至３１５は検出器、３１６は増幅部、３１７は加算部（Ａ）、３１８は加算部（Ｂ）、３１９は１６チャネル波高弁別部、３２０は演算部、３２１は４チャネル粒子弁別部、３２２はトリガ発生部、３２３は一致検出部、３２４はデータ処理部である。
【００１９】
そこで、荷電粒子のエネルギーが比較的低い領域で荷電粒子が物質中を微小距離ｄｘ移動したときに損失するエネルギーをｄＥとすると
−ｄＥ／ｄｘ∝ＭＺ2／Ｅ 式（１）
と近似できる。ここにＭは荷電粒子の質量、Ｚは荷電粒子の電荷、Ｅは荷電粒子の粒子エネルギーである。式（１）を変形して
Ｅ×（−ｄＥ／ｄｘ）∝ＭＺ2 式（２）
とすると、右辺のＭＺ2の値は、陽子の場合を１とすると、重陽子、三重陽子、3Ｈｅ、4Ｈｅについて夫々の比率は２、３、１２、１６という値となり、式（２）の左辺に示すＥ×（−ｄＥ／ｄｘ）の値を荷電粒子の損失エネルギーの観測データから求めることにより、荷電粒子の種類を弁別することが出来る。
【００２０】
図１１及び図１２に示すΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置は上記原理を用いて荷電粒子の弁別及び荷電粒子のエネルギーチャネルを計測するものである。
【００２１】
図１１において、ΔＥ検出器３０１は上記式（２）の−ｄＥ／ｄｘを検出し（以下、−ｄＥ／ｄｘをΔＥで示す）、Ｅ’検出器３０２は残りのエネルギーＥ’（Ｅ’＝Ｅ−ΔＥ）を検出するもので、荷電粒子の入射によりΔＥ検出器３０１及びＥ’検出器３０２で出力を生じ、Ｅｒｅｊ検出器３０３に出力を生じない条件でΔＥ＋Ｅ’が粒子エネルギーＥとなり上記式（２）は
（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥ∝ＭＺ2 式（３）
となり、上記式（３）に示す（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥの値を求めて、陽子の当該値との比率を用いて荷電粒子の種類の弁別を行う。
【００２２】
図１１のΔＥ検出器３０１は図１２の検出器３１１と対応し、図１１のＥ’検出器３０２は図１２の検出器３１２乃至検出器３１４と対応し、図１１のＥｒｅｊ検出器３０３は図１２の検出器３１５と対応する。図１２の増幅部３１６及びトリガ発生部３２２の動作は、図９の増幅部２０８及びトリガ発生部２０９の動作と同様なので説明を省略する。
【００２３】
検出器３１１から増幅部３１６を経た出力は、ΔＥとして加算部（Ａ）３１７、演算部３２０及びトリガ発生部３２２へ印加される。検出器３１２乃至検出器３１４から増幅部３１６を経た出力は、加算部（Ｂ）３１８へ印加され、また検出器３１２から増幅部３１６を経た出力はトリガ発生部３２２へも印加される。検出器３１５から増幅部３１６を経た出力はトリガ発生部３２２へ印加される。加算部（Ｂ）３１８は、上記３個の検出器からの入力を加算して上記Ｅ’を求め、その出力を加算部（Ａ）３１７へ印加する。加算部（Ａ）３１７は上記検出器３１１からの出力ΔＥと加算部（Ｂ）３１８からの出力Ｅ’を加算して粒子エネルギーΔＥ＋Ｅ’を求め、その出力を１６チャネル波高弁別部３１９及び演算部３２０へ印加する。１６チャネル波高弁別部は粒子エネルギーΔＥ＋Ｅ’を１６段階に弁別して、その結果をアドレス２としてデータ処理部３２４へ出力する。
【００２４】
演算部３２０は、上記検出器３１１からの出力ΔＥと加算部（Ａ）３１７の出力ΔＥ＋Ｅ’を演算して（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥを求め４チャネル粒子弁別部３２１へ出力する。４チャネル粒子弁別部３２１は（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥの値と陽子の当該値との比率を用いて電子、陽子、α粒子及びそれ以上の重粒子に弁別して、その結果をアドレス１としてデータ処理部３２４へ出力する。
【００２５】
上記のように、検出器３１１及び検出器３１２から増幅部３１６及びトリガ発生部３２２を経て一致検出部３２３へアナログパルス信号が印加されると、該一致検出部３２３は検出器３１１及び検出器３１２からの入力について同時性を判断し、該２つの入力が同一の荷電粒子が検出器３１１及び検出器３１２に入射したことによって生じたトリガ信号であると判断され、かつ、検出器３１５からのトリガ信号の入力がない場合に第２のトリガ信号をデータ処理部３２４に出力し、データ処理部３２４は該第２のトリガ信号の入力によりデータ処理を行う。
【００２６】
データ処理部３２４は、上記４チャネル粒子弁別部３２１の出力であるアドレス１と、１６チャネル波高弁別部３１９の出力であるアドレス２とを用いて、荷電粒子の種類毎に荷電粒子のエネルギーチャネルの発生度数を、データ処理部３２４に有する当該アドレスのメモリに累積加算する処理を行う。該メモリの内容を所定の時間間隔で地上へ送信して荷電粒子の種類別、エネルギーチャネル別のデータを得る。
【００２７】
上記において、検出器３１５から増幅部３１６及びトリガ発生部３２２を経て一致検出部３２３へアナログパルス信号が印加されると、一致検出部３２３は検出器３１１及び検出器３１２からの２入力に同時性が認められた場合でもトリガ信号を出力しないが、これは検出器３１５からのアナログパルス信号がある場合は、当該荷電粒子が検出器３１４まで貫通してしまい、Ｅ’を求めることができないからである。
【００２８】
このように、検出器３１４を貫通するような高エネルギーを有する荷電粒子の場合は本ΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置の上記原理を適用できない。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のΔＥテレスコープ型測定装置の場合は、入射する荷電粒子の粒子エネルギーが高い場合に荷電粒子の種類の弁別が困難で、また弁別するエネルギーチャネルを増すためには検出器の数を増す必要があり、ΔＥ・Ｅテレスコープ型測定装置の場合は検出器を突き抜けるような高エネルギーの荷電粒子については計測が出来ないという問題点、及び両型の測定装置とも検出器に故障が生じた場合、測定が継続できないという問題点がある。
【００３０】
本発明は、上記の問題を解決するために開発したもので、正確な荷電粒子の種類と精度の良いエネルギーチャネルの弁別を行うことを第１の目的とする。
さらに荷電粒子測定装置の故障を測定を行いながら検出して、検出器等に故障が発生した場合も、故障に対応したモードで測定を継続することを第２の目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項１では、荷電粒子が入射する方向から１個の検出器で構成する第１の検出部、複数個の検出器から構成する第２の検出部、及び１個の検出器で構成する第３の検出部を配設し、上記第１の検出部からの出力を第１のアドレスとし、上記第２の検出部を構成する複数個の検出器からの出力を第２のアドレスとし、測定する荷電粒子の種類毎の損失エネルギー特性を２次元のアドレスであらわし、該２次元のアドレスと第３の検出部からの出力の有無を用いて荷電粒子の種類毎の損失エネルギー特性を測定する荷電粒子測定装置において、測定する荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性を上記２次元のアドレスであらわし、該アドレスに荷電粒子の損失エネルギーを測定した回数を計数する第２の書込み読出しメモリを設けるとともに、上記第１の検出部、上記第２の検出部及び上記第３の検出部のうちいずれか１個または複数個の検出器が故障した場合、残った複数の検出器の中で、少なくとも連続した３個の正常な検出器を荷電粒子が入射する方向に対して上流側の検出器から順に上記第１の検出部、上記第２の検出部及び上記第３の検出部に対応させる組合せを設定した複数のモードを設け、測定する各荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性を上記複数のモードごとに２次元のアドレスであらわし、該２次元のアドレスであらわされた各荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性に沿って区分した複数の区画の夫々に与えた区画番号を記憶した読出し専用メモリを設け、上記モードに対応した読出し専用メモリの区画番号の示すアドレスを用いて、各荷電粒子の損失エネルギーを測定した回数を計数する第１の書込み読出しメモリを設け、該第１の書込み読出しメモリ及び上記第２の書込み読出しメモリからの出力を用いて荷電粒子の種類の弁別とエネルギーを測定する様にしたことを特徴としている。
また、上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項２では、請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、読出し専用メモリに、各モードで設定された区画番号を有するアドレス以外の全てのアドレスに対応する区画番号を設定し、該区画番号を用いて各荷電粒子毎の損失エネルギーを測定した回数を計数する書込み読出しメモリを有する荷電粒子測定装置であることを特徴としている。
また上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項３では、請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、荷電粒子が、第２の検出器を貫通する場合の区画番号と、第２の検出部を貫通しない場合の区画番号とが同一である１乃至複数個の区画を、第３の検出部からの出力があるか否かにより２つのアドレスに区分する荷電粒子測定装置であることを特徴としている。
また上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項４では、請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、初期設定した第２の検出器を構成する複数の検出器の厚さ及び材質を同一にした荷電粒子測定装置であることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図１乃至図８及び表１に基づき詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明の実施例である荷電粒子測定装置の構成を示す概念図、図２は本発明の実施例である荷電粒子測定装置のブロック図、図３はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線に、読出し専用メモリ（ヒュ−ズ型の読出し専用メモリ以下、ＲＯＭという）のアドレスを割り当てた説明図、図４はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線に、書込み読出しメモリ（以下、ＲＡＭという）のアドレスを割り当てた説明図、図５はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に故障を生じた場合の説明図、図６はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に図５の場合と異なる故障が生じた場合の説明図、図７及び図８は故障モードに対応した、Ｅ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線に、ＲＯＭのアドレスを割り当てた説明図である。
【００３４】
表１は故障モードに対応したＥ１検出器、Ｅ２検出器、Ｅｐａｓｓ検出器及びＲＯＭの組み合わせを示す。
【００３５】
先ずは、図１において、１は荷電粒子、１０１はＥ１検出器（第１の検出部）、１０２はＥ２検出器（第２の検出部）、１０３はＥｐａｓｓ検出器（第３の検出部）である。
【００３６】
Ｅ１検出器１０１とＥ２検出器１０２は荷電粒子１が当該検出器に入射したことによって発生した電子正孔対の数から上記荷電粒子１の損失エネルギーを知ることを目的とした検出器で、通常の場合、Ｅ２検出器１０２はＥ１検出器１０１の厚さより厚い検出器で構成し、複数の検出器を用いてＥ２検出器１０２に対応させる。Ｅｐａｓｓ検出器１０３は上記荷電粒子１がＥ２検出器１０２を貫通したか否かを検出するためのものである。
【００３７】
図２において、１は荷電粒子、１１１はＤ１検出器で厚さ２５０μｍのシリコン半導体を用い、１１２乃至１１６はＤ２検出器乃至Ｄ６検出器で何れの検出器も厚さ１．５ｍｍのシリコン半導体を用いて構成している。１１７は増幅部、１１８はアナログディジタル変換部（以下、Ａ／Ｄ変換部という）、１１９はトリガ発生部、１２０はデータ処理部、１２１はＲＯＭ（Ａ）、１２２はＲＯＭ（Ｂ）、１２４はＲＡＭ（Ａ）（第１の書込み読出しメモリ）、１２５はＲＡＭ（Ｂ）（第２の書込み読出しメモリ）、１２６はインターフェース部である。
【００３８】
上記のＤ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６の厚さ及び材質は一例であって、測定装置の目的に合わせて任意に選択することができ、また検出器の数も増減できるが、Ｅ２検出器を構成するＤ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５については、同一の材質で同一の板厚の検出器を用いると、後述するように検出器が故障した場合の対応に有効である。
【００３９】
本実施例において、荷電粒子測定装置が正常な場合は、図１のＥ１検出器１０１は図２のＤ１検出器１１１と対応し、図１のＥ２検出器１０２は図２のＤ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５と対応し、図１のＥｐａｓｓ検出器１０３は図２のＤ６検出器１１６と対応する。本実施の形態である荷電粒子測定装置は、該荷電粒子測定装置の一部に故障が発生した場合においても測定を可能ならしめているが、故障が発生した場合については後述する。
【００４０】
図１において、Ｅ１検出器１０１を厚さ２５０μｍのシリコン半導体検出器、Ｅ２検出器１０２を厚さ６ｍｍのシリコン半導体検出器及びＥｐａｓｓ検出器１０３を厚さ１．５ｍｍのシリコン半導体検出器とすると、図１と図２に示す各検出器の対応は、
Ｅ１検出器１０１≡Ｄ１検出器１１１、
Ｅ２検出器１０２≡Ｄ２検出器１１２＋Ｄ３検出器１１３＋Ｄ４検出器１１４＋Ｄ５検出器１１５、
Ｅｐａｓｓ検出器１０３≡Ｄ６検出器１１６
となる。
【００４１】
次に図１及び図３を用いて本荷電粒子測定装置の荷電粒子の種類の弁別及び粒子エネルギーの計測方法の基本的な考え方について説明する。
【００４２】
図３において、左側の縦軸はＥ１検出器１０１で検出される荷電粒子１の損失エネルギーを示し、下側の横軸は、Ｅ２検出器１０２で検出される荷電粒子１の損失エネルギーを、夫々ＭｅＶ単位で示している。右側の縦軸は、左側の縦軸の損失エネルギーを、また上側の横軸は、下側の横軸の損失エネルギーを夫々後述する方法で８ビットのアドレス値に変換した値を示している。
【００４３】
図３に示されている特性曲線は、図１のＥ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の厚さ及び材質を上記のものを用いた場合に、粒子エネルギーが２５０ＭｅＶまでの陽子とα粒子について、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２で失う損失エネルギーをその物理的特性から理論的に求めたものである。
【００４４】
また、図３の陽子及びα粒子の特性曲線上に設けられている区画番号を付した区画は後述するＲＡＭアドレスを示し、当該荷電粒子について、Ｅ１検出器１０１で検出された損失エネルギーから変換したＲＯＭアドレスＹ（第１のアドレス）として出力されるアドレス値と、Ｅ２検出器１０２で検出された損失エネルギーから変換したＲＯＭアドレスＸ（第２のアドレス）として出力されるアドレス値の交点から、上記区画番号を求め、該求めた区画番号のアドレスを有するＲＡＭの内容をカウントアップし、該ＲＡＭに一定時間内に記憶された内容を読み出すことによって、該荷電粒子の種類及びエネルギーを判別するようにしたものである。
【００４５】
最初に、図３により荷電粒子１がα粒子の場合について、該荷電粒子１が検出器に入射する前に持っていた粒子エネルギーと、検出器に入射することによって失った損失エネルギーについて説明する。
【００４６】
入射した荷電粒子１の粒子エネルギーが小さくＥ１検出器１０１を突き抜けない場合は、Ｅ２検出器１０２からの出力が無いので、該荷電粒子の損失エネルギーはＥ１検出器１０１の出力のみとなり、左側の縦軸上にプロットされ、区画番号１、２及び３の一部にプロットされる部分が当該荷電粒子の特性曲線で、当該特性曲線の当該部分の粒子エネルギーと損失エネルギーは等しい。
【００４７】
入射した荷電粒子１が、Ｅ１検出器１０１を突き抜けＥ２検出器１０２を突き抜けない場合は、右下がりの上に凹の曲線としてプロットされ、区画番号３及び１２の一部と区画番号４乃至１１に示す部分が当該荷電粒子の特性曲線で、当該特性曲線の当該部分は、Ｅ１検出器１０１の損失エネルギーとＥ２検出器１０２の損失エネルギーの和が粒子エネルギーとなることを示している。
【００４８】
入射した荷電粒子１がＥ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２ともに突き抜ける場合は、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２で失うエネルギーの値が小さくなり、左下がりの下に凹の曲線としてプロットされ、区画番号１２の一部と区画番号１３乃至１６にプロットされている部分が当該荷電粒子の特性曲線で、当該特性曲線の当該部分は、Ｅ１検出器１０１の損失エネルギーとＥ２検出器１０２の損失エネルギーの和に、該荷電粒子がＥ２検出器１０２を突き抜けたときに持っているエネルギーを加えた値が粒子エネルギーとなることを示している。上記荷電粒子がＥ２検出器１０２を突き抜けたときに持っているエネルギーは、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の材質と厚さが既知であるので理論的に求めることができる。
【００４９】
図３の区画番号１２に示すところに示された特性曲線は、荷電粒子１がＥ２検出器１０２を突き抜けるか否かにより急激に変化しており、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の出力のみからはＥ２検出器１０２を突き抜けたか否か判別することが困難である。
【００５０】
上記Ｅｐａｓｓ検出器１０３は、荷電粒子１がＥ２検出器１０２を突き抜けたか否かを判別するためのもので、Ｅｐａｓｓ検出器１０３からの出力があるか否かにより上記区画番号１２における損失エネルギーの分解能を高めることができる。
【００５１】
上記Ｅ１検出器１０１の出力から得た損失エネルギーをＲＯＭアドレスＹに変換し、Ｅ２検出器１０２の出力から得た損失エネルギーをＲＯＭアドレスＸに変換し、上記ＲＯＭアドレスＹ及びＲＯＭアドレスＸの交点の区画番号をアドレスとするＲＡＭアドレスの内容をカウントアップする。このようにして本願実施の形態である荷電粒子測定装置は、所定時間内に観測した荷電粒子の種類とエネルギーチャネルを測定する。
【００５２】
次に図２、図３及び図４を用いて本荷電粒子測定装置が正常な場合についてその動作を詳細に説明する。
【００５３】
荷電粒子１が本荷電粒子測定装置に入射すると、Ｄ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６は荷電粒子１が貫通または入射したところの検出器まで電子正孔対を発生する。増幅部１１７はこの電子正孔対を検出して、夫々の検出器で発生した電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号に変換する。増幅部１１７でアナログパルス信号に変換した出力はＡ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９に印加され、Ａ／Ｄ変換部１１８では上記アナログパルス信号をディジタル信号に変換してデータ処理部２１１へ出力する。
【００５４】
トリガ発生部１１９は、印加された上記アナログパルス信号がトリガ発生部１１９に設定された雑音と識別するための閾値を超えるとトリガ信号を発生してデータ処理部１２０へ出力する。
【００５５】
Ｄ１検出器１１１から増幅部１１７及びＡ／Ｄ変換部１１８を経てデータ処理部１２０へ出力されるディジタル信号（以下、Ｄ１検出器１１１からのディジタル信号という。他の検出器についても同様の用語を使用する。）を上記図１のＥ１検出器の損失エネルギーに対応するものとしてデータ処理部１２０へ出力し、該データ処理部１２０は上記Ｄ１検出器１１１から増幅部１１７を経たアナログパルス信号によりトリガ発生部１１９からのトリガ信号が入力すると、荷電粒子１が荷電粒子測定装置に入射したと判断しデータの処理を開始する。
【００５６】
上記Ｄ１検出器１１１からのディジタル信号を８ビットのＲＯＭアドレスＹに変換してＲＯＭ（Ａ）１２１へ出力する。Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５は、当該検出器に荷電粒子１が貫通または入射すると電子正孔対を作り、該Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５からのディジタル信号は、データ処理部１２０で加算され、該加算された値は上記図１のＥ２検出器の損失エネルギーに対応するものとして、８ビットのＲＯＭアドレスＸに変換してＲＯＭ（Ａ）１２１へ出力する。
【００５７】
ＲＯＭ（Ａ）１２１は上記ＲＯＭアドレスＸ及びＲＯＭアドレスＹについて、夫々８ビットからなる２５５のアドレスを有し、該アドレスを図３に示すように、α粒子の特性曲線に対応した区画１乃至区画１６及び陽子の特性曲線に対応した区画１７乃至区画２９を設け、α粒子の場合は区画番号１２を、図示していないが更に上下の区画に分け、陽子の場合は区画番号２５を図示していないが更に上下の区画に分ける。上記区画の夫々には一区画内のすべてのアドレスの内容に同一のアドレスを記憶している。例えば区画７内のアドレスのメモリはすべて７を記憶しており、該７はＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレス７を示す。
【００５８】
上記データ処理部１２０から出力されたＲＯＭアドレスＹとＲＯＭアドレスＸの交点が例えば区画７にあれば、ＲＯＭ（Ａ）１２１はデータ処理部１２０のＲ１端子からの読出し信号出力によりＲＡＭ（Ａ）１２４へアドレス７を出力し、次いで、データ処理部１２０はＲ／Ｗ１端子から読出し信号をＲＡＭ（Ａ）１２４へ出力し、該ＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレス７に記憶されている値をＤ１端子から読込み、該Ｄ１端子から読込んだ値に１を加え、その値を再びＤ１端子に出力するとともに、Ｒ／Ｗ１端子から書込み信号をＲＡＭ（Ａ）１２４へ送出してＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレス７の値を更新する。
【００５９】
従って、ＲＡＭ（Ａ）１２４の内容は、本荷電粒子測定装置に入射した荷電粒子の各アドレスに対応した損失エネルギーの頻度を示す（以下、荷電粒子の各アドレスに対応した損失エネルギーの頻度を損失エネルギー頻度データという）。ＲＡＭ（Ａ）１２４の各アドレスは本実施例においては１６ビットの容量を有している。
【００６０】
また、データ処理部１２０は、上記のＲＯＭアドレスＹとＲＯＭアドレスＸを求める方法と同様にして、上記Ｄ１検出器１１１からのディジタル信号を８ビットのＲＡＭアドレスＹに変換し、上記Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５からのディジタル信号を８ビットのＲＡＭアドレスＸに変換して夫々ＲＡＭ（Ｂ）１２５へ出力するとともに、Ｒ／Ｗ２端子から読出し信号をＲＡＭ（Ｂ）１２５へ出力して、該ＲＡＭ（Ｂ）１２５の上記アドレスに記憶されている値をＤ２端子から読込み、該Ｄ２端子から読込んだ値に１を加え、その値を再びＤ２端子に出力するとともに、Ｒ／Ｗ２端子から書込み信号をＲＡＭ（Ｂ）１２５へ送出してＲＡＭ（Ｂ）１２５の上記アドレスの値を更新する。ＲＡＭ（Ｂ）１２５の各アドレスは本実施例においては１６ビットの容量を有している。
【００６１】
本荷電粒子測定装置が正常な場合は、上記のＲＯＭアドレスとＲＡＭアドレスにおいて、ＲＯＭアドレスＹとＲＡＭアドレスＹが等しく、ＲＯＭアドレスＸとＲＡＭアドレスＸが等しくなるが、後述するように本荷電粒子測定装置の一部が故障したことによって表１に示す故障モードの一つが選択された場合は、上記ＲＯＭアドレスとＲＡＭアドレスが異なることがある。
【００６２】
ＲＡＭ（Ｂ）１２５は、図４に示す特性曲線に対応するアドレスに損失エネルギー頻度データが蓄えられることになる。
【００６３】
次に、図１のＥｐａｓｓ検出器１０３に対応している図２のＤ６検出器１１６からのディジタル信号がデータ処理部１２０へ入力されたか否かによる処理の相違を説明する。
【００６４】
上記のように、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の出力のみからは、荷電粒子１がＥ２検出器１０２を突き抜けたか否か判別することが困難であるが、Ｄ６検出器１１６からのディジタル信号の入力の有無をデータ処理部１２０で判別し、該入力が無ければ荷電粒子１はＥ２検出器を突き抜けていないと判別し、該入力が有れば荷電粒子１はＥ２検出器を突き抜けていると判別できる。
【００６５】
具体的には、図３に示すＲＯＭアドレスにおいて、α粒子の場合は区画番号１２を、陽子の場合は区画番号２５を夫々上下の区画に分割し、Ｄ６検出器１１６からのディジタル信号の入力が無い場合は夫々の上の区画に、Ｄ６検出器１１６からのディジタル信号の入力が有る場合は夫々の下側の区画に対応する測定値として処理する。
【００６６】
上記ＲＡＭ（Ａ）１２４及びＲＡＭ（Ｂ）１２５に記憶されたデータは、所定の時間間隔でデータ処理部１２０のＤ１端子またはＤ２端子からの読出し信号出力によりインターフェース部１２６に出力され、該インターフェース部１２６は、ＲＡＭ（Ａ）１２４からの損失エネルギー頻度データまたはＲＡＭ（Ｂ）１２５からの損失エネルギー頻度データを地上に送信する。
【００６７】
上記ＲＡＭ（Ａ）１２４は上記の例では３１個のアドレスで、従ってエネルギー分解能は低いが、ＲＡＭ（Ａ）１２４に対しては頻繁にデータ収集を行うように時間間隔を短くして時間分解能を高くし、ＲＡＭ（Ｂ）１２５は２５５×２５５のアドレスを有しエネルギー分解能は高く、その情報量が非常に多いので、ＲＡＭ（Ｂ）１２５に対してはＲＡＭ（Ａ）１２４よりデータ収集の時間間隔を長くとって時間分解能を低くしている。
【００６８】
本荷電粒子測定装置はこのような方法で得た荷電粒子の損失エネルギー頻度データから荷電粒子の種類及びその粒子エネルギーを計測するものである。
【００６９】
上記の説明は、本実施形態の荷電粒子測定装置に故障が発生せず正常に動作した場合の説明で、次に本荷電粒子測定装置の一部に故障が発生した場合について説明する。
【００７０】
本実施形態の荷電粒子測定装置は、その使用目的上放射線が充満した空間で使用されることが多いため、放射線に直接曝されている検出器の劣化に伴なう故障が、検出器以外の部分に比較して多く発生する。
【００７１】
以下に、最初如何なる故障が発生し、その故障によって生ずる現象を図５及び図６を用いて説明し、続いて故障が発生した場合の対応を説明する。
【００７２】
検出器にかかわる故障には、特定の検出器からの信号が出力されない場合と、特定の検出器の信号に雑音が増加する場合とがある。これら２つの故障の原因は、殆ど何れの場合も検出器が放射線によって劣化することによって発生する。このように検出器が劣化した場合でも、当該劣化した検出器からの出力が無くなるか、雑音が増加するのみで、当該劣化した検出器における荷電粒子の損失エネルギーに変化が生じないことが分かっている。
【００７３】
図５は、図２に示す荷電粒子測定装置において、Ｄ３検出器１１３に故障が発生し、Ｄ３検出器１１３からのディジタル信号がデータ処理部１２０に入力されなかった場合について、陽子とα粒子のＥ１検出器１０１≡Ｄ１検出器１１１の損失エネルギーと、Ｅ２検出器１０２≡Ｄ２検出器１１２＋Ｄ４検出器１１４＋Ｄ５検出器１１５の損失エネルギーを理論的に求め、ＲＡＭアドレスＸとＲＡＭアドレスＹに対応させて示した図で、上記故障が発生した場合には、図５に示す特性曲線で表されているアドレスに陽子とα粒子の損失エネルギー頻度データが加算されることを示している。
【００７４】
このように、ある検出器が故障し、該故障した検出器からのディジタル信号がデータ処理部１２０に入力されなくなると、検出される損失エネルギーが大きく変化することから、ＲＡＭ（Ｂ）１２５に書き込まれている損失エネルギー頻度データを確認することによって、故障発生の事実と、該故障が発生している検出器を知ることができる。
【００７５】
しかし、いずれかの検出器が故障しても、検出器が割れる等の機械的損傷が無い限り（このような機械的損傷は殆ど生じない）、当該故障した検出器での損失エネルギーも、その材質及び厚さが既知であるため、理論的に求めることができる。また、荷電粒子１が当該故障した検出器を突き抜けた場合も同様に該検出器による損失エネルギーを理論的に求めることができるので、測定された損失エネルギーに上記理論的に求めた故障した検出器の損失エネルギーを加算することにより、荷電粒子１の損失エネルギーを知ることができ、当該荷電粒子１の粒子エネルギーを求めることができる。
【００７６】
図６は、図２に示す荷電粒子測定装置において、Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器の何れかに故障が発生し、エネルギー換算値で３ＭｅＶの雑音が発生した場合について、陽子とα粒子のＥ１検出器１０１≡Ｄ１検出器１１１の損失エネルギーと、Ｅ２検出器１０２≡Ｄ２検出器１１２＋Ｄ３検出器１１３＋Ｄ４検出器１１４＋Ｄ５検出器１１５の損失エネルギーを理論的に求め、ＲＡＭアドレスＸとＲＡＭアドレスＹに対応させて示した図で、上記故障が発生した場合には、ＲＡＭ（Ｂ）１２５には図６に示されている陽子及びα粒子に対する夫々２本の特性曲線間のアドレスに陽子とα粒子の損失エネルギー頻度データが加算されることを示している。従って、当該荷電粒子について想定している図４に示す損失エネルギー頻度データよりその分布が広がることとなり、ＲＡＭ（Ｂ）１２５に書込まれている損失エネルギー頻度データを確認することによって、故障の発生を知ることができる。
【００７７】
ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データから、雑音が発生していることが判明した場合は、地上からの指示により、データ処理部１２０で順次各検出器を切り離した状態で測定を行い、上記ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データを確認することによって、雑音が発生している検出器を特定し、当該検出器からのディジタル信号を除外してデータ処理することによって測定を継続することができる。
【００７８】
本実施形態の荷電粒子測定装置においては、図２に示す検出器に故障が発生した場合、ＲＡＭ（Ａ）１２４に損失エネルギー頻度データを得るためには、故障した検出器に応じて、Ｄ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６とＥ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器との対応を設定する必要があるが、ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データは上記図５の例で説明したように、各検出器の状態そのものを表しており、検出器の状態によってＥ１検出器１０１、Ｅ２検出器１０２及びＥｐａｓｓ検出器１０３との対応が自動的に変わっていく。
【００７９】
ＲＡＭ（Ａ）１２４に損失エネルギー頻度データを得るためには、少なくとも連続した３個の正常な検出器を必要とし、該連続した３個の検出器を夫々Ｅ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器に対応させる必要があり、以下に表１、図７及び図８を用いて故障モードと該故障モードに対応する検出器の組合せについて説明する。
【００８０】
【表１】
【００８１】
表１はデータ処理部１２０に有するメモリに記憶されており、上記の条件からＲＡＭ（Ａ）１２４に損失エネルギー頻度データを得るために予め定めた故障モードで、各故障モードにおけるＥ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器と、図２に示すＤ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６との対応を示している。
【００８２】
表１に示すように、各故障モードに対応して、ＲＯＭ（Ａ）１２１またはＲＯＭ（Ｂ）１２２を用いるように設定してあるが、該ＲＯＭ（Ａ）１２１またはＲＯＭ（Ｂ）１２２に書込まれている内容についてα粒子を例にとり、図７及び図８を用いて説明する。
【００８３】
図７は、ＲＯＭ（Ａ）１２１に書込まれている内容を説明するための図で、荷電粒子測定装置が正常な場合と、表１に示すモード１乃至モード３に対応している。上記説明においては、図３を用いて荷電粒子測定装置が正常な場合についてＲＯＭ（Ａ）１２１に書込まれている内容について説明したが、以下にモード１乃至モード３について説明する。
【００８４】
モード１は、Ｄ６検出器１１６が故障した場合で、表１に示すように夫々、Ｄ１検出器１１１がＥ１検出器に、Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ４検出器１１４がＥ２検出器に、Ｄ５検出器１１５がＥｐａｓｓ検出器に対応する。上記モード１に設定されている荷電粒子測定装置にα粒子が入射すると、該α粒子の粒子エネルギーに応じて、モード１と記載された特性曲線で表されているアドレスに損失エネルギー頻度データが加算されることになる。上記モード１の特性曲線は、当該α粒子の粒子エネルギーの大きさに応じて区画番号１１の中間でＤ５検出器１１５を突き抜けることを示しており、区画番号１１までは正常な場合と同じ特性曲線を示すが、区画番号１１の中間で正常な特性曲線と分岐して、図７に示す特性曲線となる。上記分岐後の特性曲線に対応して点線で示す区画を設け、該区画に適切な図示していない区画番号を与えることは上記図３の場合と同様である。
【００８５】
モード２は、Ｄ５検出器１１５が故障した場合で、表１の故障検出器の欄に（＋Ｄ６）と記入してあるのは、Ｄ６検出器１１６の故障の有無にかかわらずモード２を選択することを示しており、他のモードの場合も同様のことを示しており、以下の説明では省略する。
【００８６】
モード２の場合は、夫々Ｄ１検出器１１１がＥ１検出器に、Ｄ２検出器１１２及びＤ３検出器１１３がＥ２検出器に、Ｄ４検出器１１４がＥｐａｓｓ検出器に対応する。モード２の特性曲線は、区画番号１０までは正常な場合と同じ特性曲線を示すが、区画番号１０の中間で正常な特性曲線と分岐して、図７に示す特性曲線となる。上記分岐後の特性曲線に対応して点線で示す区画を設け、該区画に適切な図示していない区画番号を与えることは上記図３の場合と同様である。
【００８７】
モード３は、Ｄ４検出器１１４が故障した場合で、Ｄ５検出器１１５及びＤ６検出器１１６の故障の有無にかかわらずモード３を選択することを示している。
【００８８】
モード３の場合は、夫々Ｄ１検出器１１１がＥ１検出器に、Ｄ２検出器１１２がＥ２検出器に、Ｄ３検出器１１３がＥｐａｓｓ検出器に対応する。モード３の特性曲線は、区画番号８までは正常な場合と同じ特性曲線を示すが、区画番号８の中間で正常な特性曲線と分岐して、図７に示す特性曲線となる。上記分岐後の特性曲線に対応して点線で示す区画を設け、該区画に適切な図示していない区画番号を与えることは上記図３の場合と同様である。
【００８９】
なお、上記各モードの区画番号において、Ｅ２検出器を突き抜ける部分の区画、即ち正常な場合の特性曲線から分岐する特性曲線となっている部分を含む区画は、図３において説明した正常な場合と同様に、Ｅ２検出器を突き抜ける前の測定値か、Ｅ２検出器を突き抜けた後の測定値かを区分するため、上記区画を上下に分割する。
【００９０】
図８は、ＲＯＭ（Ｂ）１２２に書込まれている内容を説明するための図で、表１に示すモード４乃至モード９に対応している。以下にモード４乃至モード９について説明する。
【００９１】
モード４は、Ｄ１検出器１１１が故障した場合で、表１に示すように夫々、Ｄ２検出器１１２がＥ１検出器に、Ｄ３検出器１１３乃至Ｄ５検出器１１５がＥ２検出器に、Ｄ６検出器１１６がＥｐａｓｓ検出器に対応する。上記モード４に設定されている荷電粒子測定装置にα粒子が入射すると、該α粒子の粒子エネルギーに応じて、モード４と記載された特性曲線で表されているアドレスに損失エネルギー頻度データが加算されることになる。上記モード４の特性曲線に対応した区画に区画番号を設定することについては、上記の説明と同様である。
【００９２】
また、他のモードについても、表１に示すようにＤ２検出器１１２乃至Ｄ６検出器１１６を夫々Ｅ１検出器、Ｅ２検出器、Ｅｐａｓｓ検出器に対応させて、夫々のモードの特性曲線に対応する区画に区画番号を設定するが、上記図７の場合と同様なので説明を省略する。
【００９３】
上記図７及び図８に示すように、特性曲線上に設定されたＲＯＭアドレスＸとＲＯＭアドレスＹの交点で示されるアドレスの区画番号は、ＲＯＭ（Ａ）１２１及びＲＯＭ（Ｂ）１２２の同一区画内の全てのアドレスに同一の区画番号が記憶されており、該アドレスがＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレスに対応していることは上記荷電粒子測定装置が正常な場合に図３を用いて行った説明と同様である。
ところで、図８において、例えばモード５とモード７には同一の区画が割り当てられているが、表１に示すように各モードでＥ１検出器として指定されている検出器が異なっている。そのため、夫々のモードでＥ１検出器として指定されている検出器に荷電粒子が入射するまでの損失エネルギーが異なるが、夫々のモードにおける粒子エネルギーは当該荷電粒子の損失エネルギーを考慮した上で求めている。
なお、図３、図７及び図８に示す区画の数は一例で、測定の目的により区画の数及び形状は任意に変更することが可能である。また、上記説明においてＲＯＭアドレスＸ、ＲＯＭアドレスＹ、ＲＡＭアドレスＸ及びＲＡＭアドレスＹを８ビット、ＲＡＭ（Ａ）１２４及びＲＡＭ（Ｂ）１２５のメモリを１６ビットとしているが、これらのビット数は一例であって他のビット数でも良い。
【００９４】
上記に説明した検出器の故障に伴なう測定モードの設定について、検出器のみの故障について説明したが、当該故障検出器に接続された何れかの増幅部１１７、Ａ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９が故障した場合も、上記の説明と同様な測定結果を得るので、上記と同様な測定モードの設定を行うことが可能である。
【００９５】
また、上記増幅部１１７、Ａ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９が故障したと想定される場合は、地上からの検査のためのコマンドにより、故障していると想定した検出器と増幅部１１７の間で、図示していない方法で検出器の出力を止め、別に設定したテストパルスを増幅部１１７へ与えてＲＡＭ（Ａ）１２４またはＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データを得て、該損失エネルギー頻度データから増幅部１１７、Ａ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９の故障を検出することも可能である。
【００９６】
上記のように本実施形態の荷電粒子測定装置は、ＲＯＭ（Ａ）１２１及びＲＯＭ（Ｂ）１２２の２個の読出し専用メモリで荷電粒子１の粒子エネルギーの測定を可能としているが、これは上記のように、図２に示す荷電粒子測定装置が正常な場合に、図１のＥ２検出器１０２に対応するＤ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５を、同一の厚さで且同一の材料を用いた検出器としたことによって可能となったものである。Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５を、異なる厚さ及び材料を用いた検出器とした場合は、本実施形態のＲＯＭ（Ｂ）１２２に相当する読出し専用メモリは表１に示すモードの数だけ必要となる。
【００９７】
インターフェース部１２６は地上からのモード設定のコマンドを受信して、当該モード情報をデータ処理部１２０に送出し、該データ処理部１２０は受信したモードにより、メモリに記憶している表１から、Ｅ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器に対応する検出器を設定し、またデータ処理部１２０から出力するＲＯＭアドレスＸ及びＲＯＭアドレスＹの出力をＲＯＭ（Ａ）１２１に出力するか、またはＲＯＭ（Ｂ）１２２にするかの選択を、Ｒ１端子またはＲ２端子の何れを選択するかにより行う。
【００９８】
例えば、地上から送られてきたコマンドがモード４であれば、データ処理部１２０は、Ｄ２検出器１１２をＥ１検出器に、Ｄ３検出器１１３乃至Ｄ５検出器１１５をＥ２検出器に、Ｄ６検出器１１６をＥｐａｓｓ検出器に対応させ、またデータ処理部１２０から出力するＲＯＭアドレスＸ及びＲＯＭアドレスＹの出力をＲＯＭ（Ｂ）１２２に送出するためＲ２端子に出力してＲＯＭ（Ｂ）１２２から当該アドレスを読出してＲＡＭ（Ａ）１２４へ出力する。
【００９９】
このようにして、検出器に異常が発生しても、地上から測定モードを指示することで測定を継続することが可能となる。
【０１００】
本実施の形態である荷電粒子測定装置は、上記のようにＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データから故障の有無を判別しているが、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データから故障の有無を判別することも可能で、次にＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データから故障の有無を判別する方法について説明する。
【０１０１】
上記ＲＯＭ（Ａ）１２１及びＲＯＭ（Ｂ）１２２に記憶するアドレスは、図７及び図８に示すように、夫々のモードに応じて測定対象粒子毎の特性曲線に対応した区画を設定して区画番号を与えるが、該区画番号を与えられたアドレス以外のアドレスに、例えば総て０アドレスを与え、該０アドレスに対応するＲＡＭ（Ａ）１２４を設け、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データを読み出すときに、上記０アドレスの損失エネルギー頻度データ並びに図７及び図８に示す当該設定モードの区画以外の区画番号のアドレスの損失エネルギー頻度データが、予め想定される頻度か否かによって故障の有無を判別することができる。なお、故障した検出器等の特定は、上記ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データを読み出して行うことは上記の場合と同様である。
【０１０２】
上記のように、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データの読出し周期は、ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データの読出し周期より短いため、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データにより故障発生の有無を判別することができるので、早期に故障に対するモード変更が可能となる。
【０１０３】
【発明の効果】
上記のように、本発明の荷電粒子測定装置によれば、Ｅ１検出器の損失エネルギーとＥ２検出器の損失エネルギーとの関係をＲＯＭ（Ａ）１２１に記憶したＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレスにカウントアップすることにより、正確な荷電粒子の種類と精度の良いエネルギーチャネルの弁別を可能であり、また、検出器を突き抜ける高エネルギーの荷電粒子を、Ｅｐａｓｓ検出器で検出して、上記ＲＯＭ（Ａ）１２１に記憶したＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレスにカウントアップすることにより検出器を突抜ける高エネルギーの荷電粒子を精度良く測定することが可能であり、また、荷電粒子測定装置の故障を測定を行いながら検出して、故障に対応したモードを地上から指示することにより測定を継続すること可能であるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である荷電粒子測定装置の構成を示す概念図。
【図２】本発明の実施例である荷電粒子測定装置のブロック図。
【図３】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線に、ＲＯＭのアドレスを割り当てた説明図。
【図４】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線に、ＲＡＭのアドレスを割り当てた説明図。
【図５】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に故障を生じた場合の説明図。
【図６】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に図５の場合と異なる故障が生じた場合の説明図。
【図７】ＲＯＭ（Ａ）１２１に書込まれている内容を説明するための説明図。
【図８】ＲＯＭ（Ｂ）１２２に書込まれている内容を説明するための説明図。
【図９】従来の技術のΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図。
【図１０】図９に示すΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置に入射した荷電粒子の損失エネルギーと粒子エネルギーとの関係を示す特性図。
【図１１】従来の技術のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置の構成を示す概念図。
【図１２】従来の技術のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図。
【符号の説明】
１ 荷電粒子
１０１ Ｅ１検出器
１０２ Ｅ２検出器
１０３ Ｅｐａｓｓ検出器
１１１ Ｄ１検出器
１１２ Ｄ２検出器
１１３ Ｄ３検出器
１１４ Ｄ４検出器
１１５ Ｄ５検出器
１１６ Ｄ６検出器
１１７ 増幅部
１１８ Ａ／Ｄ変換部
１１９ トリガ発生部
１２０ データ処理部
１２１ ＲＯＭ（Ａ）
１２２ ＲＯＭ（Ｂ）
１２４ ＲＡＭ（Ａ）
１２５ ＲＡＭ（Ｂ）
１２６ インターフェース部
２０１ 吸収材
２０２ 吸収材
２０３ 吸収材
２０４ 検出器
２０５ 検出器
２０６ 検出器
２０７ 検出器
２０８ 増幅部
２０９ トリガ発生部
２１０ ３チャネル波高弁別部
２１１ データ処理部
３０１ ΔＥ検出器
３０２ Ｅ’検出器
３０３ Ｅｒｅｊ検出器
３１１ 検出器
３１２ 検出器
３１３ 検出器
３１４ 検出器
３１５ 検出器
３１６ 増幅部
３１７ 加算部（Ａ）
３１８ 加算部（Ｂ）
３１９ １６チャネル波高弁別部
３２０ 演算部
３２１ ４チャネル粒子弁別部
３２２ トリガ発生部
３２３ 一致検出部
３２４ データ処理部
【発明の属する技術分野】
宇宙空間や宇宙船内等の複数の荷電粒子（例えば電子、陽子、α粒子等）が混在する場で、その荷電粒子の種類及び該荷電粒子のエネルギーを測定する荷電粒子測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来荷電粒子の種別及び荷電粒子のエネルギーを計測する場合、複数の検出器を積層したテレスコープ型測定装置が用いられている。また検出器に入射してくる高エネルギー荷電粒子の全エネルギーを計測するには、検出器の厚さを充分厚くして、入射した荷電粒子の全エネルギーを検出器内で吸収する事が必要であると考えられてきた。
このため、複数の検出器及び吸収材を組み合わせて配置するΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置と、改良型のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置が開発されている。
図９は、電子、陽子及びα粒子のエネルギーを計測する従来のΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図を示す。図１０は図９に示すΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置に荷電粒子が入射した場合に、該荷電粒子が検出器内に電子正孔対を生成するために失うエネルギー（以下、損失エネルギーという）と、該荷電粒子が入射する前に有していた全エネルギー（以下、粒子エネルギーという）との関係を理論計算によって求めたものである。
図１１は従来のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置の検出器の構成を示す概念図、図１２は従来のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図を示す。
最初に図９及び図１０を用いて従来のΔＥテレスコープ型測定装置について説明する。
【０００３】
図９において、１は荷電粒子、２０１乃至２０３は荷電粒子のエネルギーを吸収する吸収材で、吸収材２０１は厚さ０．１ｍｍのアルミ、吸収材２０２は厚さ２ｍｍの銅、吸収材２０３は厚さ２ｍｍのタンタルである。２０４乃至２０７は検出器で、全て厚さ０．２ｍｍのシリコン半導体検出器である。２０８は増幅部、２０９はトリガ発生部、２１０は３チャネル波高弁別部、２１１はデータ処理部である。
【０００４】
そこで荷電粒子１が、上記ΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置に入射すると、検出器２０４乃至検出器２０７は荷電粒子１が貫通または入射した場合に電子正孔対を発生する。増幅部２０８は、この電子正孔対を検出して、発生した電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号に変換する。
【０００５】
検出器２０４で発生した電子正孔対を増幅部２０８でアナログパルス信号に変換した出力は、３チャネル波高弁別部２１０に印加され、該３チャネル波高弁別部２１０は入射した荷電粒子を電子、陽子及びα粒子の何れかに弁別し、その結果をアドレス１としてデータ処理部２１１へ出力する。
【０００６】
３チャネル波高弁別部２１０における荷電粒子の弁別方法を図１０を用いて説明する。
【０００７】
図１０の左側の縦軸は入射した荷電粒子１の損失エネルギーをＭｅＶ（メガエレクトロンボルト）単位の対数目盛で示し、横軸は入射した荷電粒子の粒子エネルギーをＭｅＶ単位の対数目盛で示してある。
【０００８】
図１０の右側の縦軸に示すＬ１、Ｌ２及びＬ３は夫々０．０５ＭｅＶ、０．４ＭｅＶ及び６ＭｅＶで荷電粒子の種類を弁別するために予め定めた値である。Ｓ１乃至Ｓ４に示す曲線は夫々検出器２０４乃至検出器２０７で検出される荷電粒子の損失エネルギーと粒子エネルギーの関係を理論計算によって求めた曲線で、入射してくる荷電粒子の種類、ここでは電子、陽子及びα粒子を示す３群の曲線群に分かれており、当該荷電粒子の損失エネルギーがＬ１とＬ２の間であれば、入射した荷電粒子は電子であると弁別し、当該荷電粒子の損失エネルギーがＬ２とＬ３の間であれば、入射した荷電粒子は陽子であると弁別し、当該荷電粒子の損失エネルギーがＬ３以上であれば、入射した荷電粒子はα粒子であると弁別する。なお、荷電粒子が陽子の場合、Ｓ１乃至Ｓ４の曲線の立ちあがり部分がＬ２より下の電子の範囲にあり、この範囲で検出される荷電粒子は当該荷電粒子が陽子であっても電子として弁別されるが、極めて稀なのでそのままとする。荷電粒子がα粒子の場合もＳ１乃至Ｓ４の曲線の立上がり部については同様である。
【０００９】
検出器２０４で検出した電子正孔対を増幅部２０８でアナログパルス信号に変換した出力は、トリガ発生部２０９に印加され、該印加された出力がトリガ発生部２０９に設定された雑音と識別するための閾値を超えると、トリガ発生部２０９はトリガ信号を発生して、該トリガ信号をデータ処理部２１１に印加する。
【００１０】
３チャネル波高弁別部２１０には上記図１０のＬ１、Ｌ２及びＬ３に対応するアナログパルス信号の値を設定して、該Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に対応するアナログパルス信号の値と、検出器２０４で発生した電子正孔対を増幅部２０８でアナログパルス信号に変換した出力とを比較して当該荷電粒子の種類の弁別を行い、その結果を上記のようにアドレス１としてデータ処理部２１１へ出力する。
【００１１】
荷電粒子１が貫通または入射した検出器２０５乃至検出器２０７は電子正孔対を発生し、増幅部２０８により該電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号をデータ処理部２１１へ印加する。
【００１２】
データ処理部２１１は上記トリガ発生部２０９からのトリガ信号を受けて、上記検出器２０５乃至検出器２０７で発生した電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号の入力から、どの検出器までアナログパルス信号を発生したか判別する。例えば入射した荷電粒子１を３チャネル波高弁別部２１０で弁別した結果が陽子で、検出器２０４及び検出器２０５がアナログパルス信号を発生し、検出器２０６がアナログパルス信号を発生しない場合は、図１０からこの陽子の粒子エネルギーは、陽子の群のＳ２の曲線の立ちあがり部が示す６．１ＭｅＶから、陽子の群のＳ３の曲線の立ちあがり部が示す２０ＭｅＶの範囲のエネルギー（以下、粒子エネルギー範囲の区分をエネルギーチャネルという）であると判別し、その判別結果をアドレス２とする。
【００１３】
データ処理部２１１は上記３チャネル波高弁別部２１０の出力であるアドレス１と、検出器２０４乃至検出器２０７の増幅部２０８からの出力であるアドレス２を用いて、荷電粒子の種類毎に当該荷電粒子のエネルギーチャネルを測定した事象の発生度数を、データ処理部２１１に有する当該アドレスのメモリに累積加算する処理を行う。該メモリの内容を所定の時間間隔で地上へ送信して荷電粒子の種類別、エネルギーチャネル別のデータを得る。
【００１４】
このように荷電粒子測定装置に入射する荷電粒子の損失エネルギーを測定することによって、該荷電粒子の種類と粒子エネルギーを測定することができる。
【００１５】
しかし、図１０に示すように、検出器２０４乃至検出器２０７で失う荷電粒子のエネルギーは、右肩下がりとなるため、当該荷電粒子の粒子エネルギーが高いところでは、電子の範囲内に陽子が、陽子の範囲内にα粒子が入り込み、当該荷電粒子の判別を間違える場合が生ずるという問題点がある。
【００１６】
また本ΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置は上記のように、検出器の数によってエネルギーチャネル数が決まるので荷電粒子のエネルギーチャネル数を多くするには、検出器と吸収材の枚数を増す必要がある。
【００１７】
次にΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置について図１１及び図１２を用いて説明する。
【００１８】
図１１において、１は荷電粒子、３０１はΔＥ検出器、３０２はＥ’検出器、３０３はＥｒｅｊ検出器である。 図１２において、１は荷電粒子、３１１乃至３１５は検出器、３１６は増幅部、３１７は加算部（Ａ）、３１８は加算部（Ｂ）、３１９は１６チャネル波高弁別部、３２０は演算部、３２１は４チャネル粒子弁別部、３２２はトリガ発生部、３２３は一致検出部、３２４はデータ処理部である。
【００１９】
そこで、荷電粒子のエネルギーが比較的低い領域で荷電粒子が物質中を微小距離ｄｘ移動したときに損失するエネルギーをｄＥとすると
−ｄＥ／ｄｘ∝ＭＺ2／Ｅ 式（１）
と近似できる。ここにＭは荷電粒子の質量、Ｚは荷電粒子の電荷、Ｅは荷電粒子の粒子エネルギーである。式（１）を変形して
Ｅ×（−ｄＥ／ｄｘ）∝ＭＺ2 式（２）
とすると、右辺のＭＺ2の値は、陽子の場合を１とすると、重陽子、三重陽子、3Ｈｅ、4Ｈｅについて夫々の比率は２、３、１２、１６という値となり、式（２）の左辺に示すＥ×（−ｄＥ／ｄｘ）の値を荷電粒子の損失エネルギーの観測データから求めることにより、荷電粒子の種類を弁別することが出来る。
【００２０】
図１１及び図１２に示すΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置は上記原理を用いて荷電粒子の弁別及び荷電粒子のエネルギーチャネルを計測するものである。
【００２１】
図１１において、ΔＥ検出器３０１は上記式（２）の−ｄＥ／ｄｘを検出し（以下、−ｄＥ／ｄｘをΔＥで示す）、Ｅ’検出器３０２は残りのエネルギーＥ’（Ｅ’＝Ｅ−ΔＥ）を検出するもので、荷電粒子の入射によりΔＥ検出器３０１及びＥ’検出器３０２で出力を生じ、Ｅｒｅｊ検出器３０３に出力を生じない条件でΔＥ＋Ｅ’が粒子エネルギーＥとなり上記式（２）は
（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥ∝ＭＺ2 式（３）
となり、上記式（３）に示す（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥの値を求めて、陽子の当該値との比率を用いて荷電粒子の種類の弁別を行う。
【００２２】
図１１のΔＥ検出器３０１は図１２の検出器３１１と対応し、図１１のＥ’検出器３０２は図１２の検出器３１２乃至検出器３１４と対応し、図１１のＥｒｅｊ検出器３０３は図１２の検出器３１５と対応する。図１２の増幅部３１６及びトリガ発生部３２２の動作は、図９の増幅部２０８及びトリガ発生部２０９の動作と同様なので説明を省略する。
【００２３】
検出器３１１から増幅部３１６を経た出力は、ΔＥとして加算部（Ａ）３１７、演算部３２０及びトリガ発生部３２２へ印加される。検出器３１２乃至検出器３１４から増幅部３１６を経た出力は、加算部（Ｂ）３１８へ印加され、また検出器３１２から増幅部３１６を経た出力はトリガ発生部３２２へも印加される。検出器３１５から増幅部３１６を経た出力はトリガ発生部３２２へ印加される。加算部（Ｂ）３１８は、上記３個の検出器からの入力を加算して上記Ｅ’を求め、その出力を加算部（Ａ）３１７へ印加する。加算部（Ａ）３１７は上記検出器３１１からの出力ΔＥと加算部（Ｂ）３１８からの出力Ｅ’を加算して粒子エネルギーΔＥ＋Ｅ’を求め、その出力を１６チャネル波高弁別部３１９及び演算部３２０へ印加する。１６チャネル波高弁別部は粒子エネルギーΔＥ＋Ｅ’を１６段階に弁別して、その結果をアドレス２としてデータ処理部３２４へ出力する。
【００２４】
演算部３２０は、上記検出器３１１からの出力ΔＥと加算部（Ａ）３１７の出力ΔＥ＋Ｅ’を演算して（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥを求め４チャネル粒子弁別部３２１へ出力する。４チャネル粒子弁別部３２１は（ΔＥ＋Ｅ’）×ΔＥの値と陽子の当該値との比率を用いて電子、陽子、α粒子及びそれ以上の重粒子に弁別して、その結果をアドレス１としてデータ処理部３２４へ出力する。
【００２５】
上記のように、検出器３１１及び検出器３１２から増幅部３１６及びトリガ発生部３２２を経て一致検出部３２３へアナログパルス信号が印加されると、該一致検出部３２３は検出器３１１及び検出器３１２からの入力について同時性を判断し、該２つの入力が同一の荷電粒子が検出器３１１及び検出器３１２に入射したことによって生じたトリガ信号であると判断され、かつ、検出器３１５からのトリガ信号の入力がない場合に第２のトリガ信号をデータ処理部３２４に出力し、データ処理部３２４は該第２のトリガ信号の入力によりデータ処理を行う。
【００２６】
データ処理部３２４は、上記４チャネル粒子弁別部３２１の出力であるアドレス１と、１６チャネル波高弁別部３１９の出力であるアドレス２とを用いて、荷電粒子の種類毎に荷電粒子のエネルギーチャネルの発生度数を、データ処理部３２４に有する当該アドレスのメモリに累積加算する処理を行う。該メモリの内容を所定の時間間隔で地上へ送信して荷電粒子の種類別、エネルギーチャネル別のデータを得る。
【００２７】
上記において、検出器３１５から増幅部３１６及びトリガ発生部３２２を経て一致検出部３２３へアナログパルス信号が印加されると、一致検出部３２３は検出器３１１及び検出器３１２からの２入力に同時性が認められた場合でもトリガ信号を出力しないが、これは検出器３１５からのアナログパルス信号がある場合は、当該荷電粒子が検出器３１４まで貫通してしまい、Ｅ’を求めることができないからである。
【００２８】
このように、検出器３１４を貫通するような高エネルギーを有する荷電粒子の場合は本ΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置の上記原理を適用できない。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のΔＥテレスコープ型測定装置の場合は、入射する荷電粒子の粒子エネルギーが高い場合に荷電粒子の種類の弁別が困難で、また弁別するエネルギーチャネルを増すためには検出器の数を増す必要があり、ΔＥ・Ｅテレスコープ型測定装置の場合は検出器を突き抜けるような高エネルギーの荷電粒子については計測が出来ないという問題点、及び両型の測定装置とも検出器に故障が生じた場合、測定が継続できないという問題点がある。
【００３０】
本発明は、上記の問題を解決するために開発したもので、正確な荷電粒子の種類と精度の良いエネルギーチャネルの弁別を行うことを第１の目的とする。
さらに荷電粒子測定装置の故障を測定を行いながら検出して、検出器等に故障が発生した場合も、故障に対応したモードで測定を継続することを第２の目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項１では、荷電粒子が入射する方向から１個の検出器で構成する第１の検出部、複数個の検出器から構成する第２の検出部、及び１個の検出器で構成する第３の検出部を配設し、上記第１の検出部からの出力を第１のアドレスとし、上記第２の検出部を構成する複数個の検出器からの出力を第２のアドレスとし、測定する荷電粒子の種類毎の損失エネルギー特性を２次元のアドレスであらわし、該２次元のアドレスと第３の検出部からの出力の有無を用いて荷電粒子の種類毎の損失エネルギー特性を測定する荷電粒子測定装置において、測定する荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性を上記２次元のアドレスであらわし、該アドレスに荷電粒子の損失エネルギーを測定した回数を計数する第２の書込み読出しメモリを設けるとともに、上記第１の検出部、上記第２の検出部及び上記第３の検出部のうちいずれか１個または複数個の検出器が故障した場合、残った複数の検出器の中で、少なくとも連続した３個の正常な検出器を荷電粒子が入射する方向に対して上流側の検出器から順に上記第１の検出部、上記第２の検出部及び上記第３の検出部に対応させる組合せを設定した複数のモードを設け、測定する各荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性を上記複数のモードごとに２次元のアドレスであらわし、該２次元のアドレスであらわされた各荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性に沿って区分した複数の区画の夫々に与えた区画番号を記憶した読出し専用メモリを設け、上記モードに対応した読出し専用メモリの区画番号の示すアドレスを用いて、各荷電粒子の損失エネルギーを測定した回数を計数する第１の書込み読出しメモリを設け、該第１の書込み読出しメモリ及び上記第２の書込み読出しメモリからの出力を用いて荷電粒子の種類の弁別とエネルギーを測定する様にしたことを特徴としている。
また、上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項２では、請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、読出し専用メモリに、各モードで設定された区画番号を有するアドレス以外の全てのアドレスに対応する区画番号を設定し、該区画番号を用いて各荷電粒子毎の損失エネルギーを測定した回数を計数する書込み読出しメモリを有する荷電粒子測定装置であることを特徴としている。
また上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項３では、請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、荷電粒子が、第２の検出器を貫通する場合の区画番号と、第２の検出部を貫通しない場合の区画番号とが同一である１乃至複数個の区画を、第３の検出部からの出力があるか否かにより２つのアドレスに区分する荷電粒子測定装置であることを特徴としている。
また上記第１及び第２の目的を達成するために、本願発明の請求項４では、請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、初期設定した第２の検出器を構成する複数の検出器の厚さ及び材質を同一にした荷電粒子測定装置であることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図１乃至図８及び表１に基づき詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明の実施例である荷電粒子測定装置の構成を示す概念図、図２は本発明の実施例である荷電粒子測定装置のブロック図、図３はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線に、読出し専用メモリ（ヒュ−ズ型の読出し専用メモリ以下、ＲＯＭという）のアドレスを割り当てた説明図、図４はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線に、書込み読出しメモリ（以下、ＲＡＭという）のアドレスを割り当てた説明図、図５はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に故障を生じた場合の説明図、図６はＥ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に図５の場合と異なる故障が生じた場合の説明図、図７及び図８は故障モードに対応した、Ｅ１検出器における荷電粒子の損失エネルギーとＥ２検出器における荷電粒子の損失エネルギーとの関係を示す特性曲線に、ＲＯＭのアドレスを割り当てた説明図である。
【００３４】
表１は故障モードに対応したＥ１検出器、Ｅ２検出器、Ｅｐａｓｓ検出器及びＲＯＭの組み合わせを示す。
【００３５】
先ずは、図１において、１は荷電粒子、１０１はＥ１検出器（第１の検出部）、１０２はＥ２検出器（第２の検出部）、１０３はＥｐａｓｓ検出器（第３の検出部）である。
【００３６】
Ｅ１検出器１０１とＥ２検出器１０２は荷電粒子１が当該検出器に入射したことによって発生した電子正孔対の数から上記荷電粒子１の損失エネルギーを知ることを目的とした検出器で、通常の場合、Ｅ２検出器１０２はＥ１検出器１０１の厚さより厚い検出器で構成し、複数の検出器を用いてＥ２検出器１０２に対応させる。Ｅｐａｓｓ検出器１０３は上記荷電粒子１がＥ２検出器１０２を貫通したか否かを検出するためのものである。
【００３７】
図２において、１は荷電粒子、１１１はＤ１検出器で厚さ２５０μｍのシリコン半導体を用い、１１２乃至１１６はＤ２検出器乃至Ｄ６検出器で何れの検出器も厚さ１．５ｍｍのシリコン半導体を用いて構成している。１１７は増幅部、１１８はアナログディジタル変換部（以下、Ａ／Ｄ変換部という）、１１９はトリガ発生部、１２０はデータ処理部、１２１はＲＯＭ（Ａ）、１２２はＲＯＭ（Ｂ）、１２４はＲＡＭ（Ａ）（第１の書込み読出しメモリ）、１２５はＲＡＭ（Ｂ）（第２の書込み読出しメモリ）、１２６はインターフェース部である。
【００３８】
上記のＤ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６の厚さ及び材質は一例であって、測定装置の目的に合わせて任意に選択することができ、また検出器の数も増減できるが、Ｅ２検出器を構成するＤ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５については、同一の材質で同一の板厚の検出器を用いると、後述するように検出器が故障した場合の対応に有効である。
【００３９】
本実施例において、荷電粒子測定装置が正常な場合は、図１のＥ１検出器１０１は図２のＤ１検出器１１１と対応し、図１のＥ２検出器１０２は図２のＤ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５と対応し、図１のＥｐａｓｓ検出器１０３は図２のＤ６検出器１１６と対応する。本実施の形態である荷電粒子測定装置は、該荷電粒子測定装置の一部に故障が発生した場合においても測定を可能ならしめているが、故障が発生した場合については後述する。
【００４０】
図１において、Ｅ１検出器１０１を厚さ２５０μｍのシリコン半導体検出器、Ｅ２検出器１０２を厚さ６ｍｍのシリコン半導体検出器及びＥｐａｓｓ検出器１０３を厚さ１．５ｍｍのシリコン半導体検出器とすると、図１と図２に示す各検出器の対応は、
Ｅ１検出器１０１≡Ｄ１検出器１１１、
Ｅ２検出器１０２≡Ｄ２検出器１１２＋Ｄ３検出器１１３＋Ｄ４検出器１１４＋Ｄ５検出器１１５、
Ｅｐａｓｓ検出器１０３≡Ｄ６検出器１１６
となる。
【００４１】
次に図１及び図３を用いて本荷電粒子測定装置の荷電粒子の種類の弁別及び粒子エネルギーの計測方法の基本的な考え方について説明する。
【００４２】
図３において、左側の縦軸はＥ１検出器１０１で検出される荷電粒子１の損失エネルギーを示し、下側の横軸は、Ｅ２検出器１０２で検出される荷電粒子１の損失エネルギーを、夫々ＭｅＶ単位で示している。右側の縦軸は、左側の縦軸の損失エネルギーを、また上側の横軸は、下側の横軸の損失エネルギーを夫々後述する方法で８ビットのアドレス値に変換した値を示している。
【００４３】
図３に示されている特性曲線は、図１のＥ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の厚さ及び材質を上記のものを用いた場合に、粒子エネルギーが２５０ＭｅＶまでの陽子とα粒子について、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２で失う損失エネルギーをその物理的特性から理論的に求めたものである。
【００４４】
また、図３の陽子及びα粒子の特性曲線上に設けられている区画番号を付した区画は後述するＲＡＭアドレスを示し、当該荷電粒子について、Ｅ１検出器１０１で検出された損失エネルギーから変換したＲＯＭアドレスＹ（第１のアドレス）として出力されるアドレス値と、Ｅ２検出器１０２で検出された損失エネルギーから変換したＲＯＭアドレスＸ（第２のアドレス）として出力されるアドレス値の交点から、上記区画番号を求め、該求めた区画番号のアドレスを有するＲＡＭの内容をカウントアップし、該ＲＡＭに一定時間内に記憶された内容を読み出すことによって、該荷電粒子の種類及びエネルギーを判別するようにしたものである。
【００４５】
最初に、図３により荷電粒子１がα粒子の場合について、該荷電粒子１が検出器に入射する前に持っていた粒子エネルギーと、検出器に入射することによって失った損失エネルギーについて説明する。
【００４６】
入射した荷電粒子１の粒子エネルギーが小さくＥ１検出器１０１を突き抜けない場合は、Ｅ２検出器１０２からの出力が無いので、該荷電粒子の損失エネルギーはＥ１検出器１０１の出力のみとなり、左側の縦軸上にプロットされ、区画番号１、２及び３の一部にプロットされる部分が当該荷電粒子の特性曲線で、当該特性曲線の当該部分の粒子エネルギーと損失エネルギーは等しい。
【００４７】
入射した荷電粒子１が、Ｅ１検出器１０１を突き抜けＥ２検出器１０２を突き抜けない場合は、右下がりの上に凹の曲線としてプロットされ、区画番号３及び１２の一部と区画番号４乃至１１に示す部分が当該荷電粒子の特性曲線で、当該特性曲線の当該部分は、Ｅ１検出器１０１の損失エネルギーとＥ２検出器１０２の損失エネルギーの和が粒子エネルギーとなることを示している。
【００４８】
入射した荷電粒子１がＥ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２ともに突き抜ける場合は、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２で失うエネルギーの値が小さくなり、左下がりの下に凹の曲線としてプロットされ、区画番号１２の一部と区画番号１３乃至１６にプロットされている部分が当該荷電粒子の特性曲線で、当該特性曲線の当該部分は、Ｅ１検出器１０１の損失エネルギーとＥ２検出器１０２の損失エネルギーの和に、該荷電粒子がＥ２検出器１０２を突き抜けたときに持っているエネルギーを加えた値が粒子エネルギーとなることを示している。上記荷電粒子がＥ２検出器１０２を突き抜けたときに持っているエネルギーは、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の材質と厚さが既知であるので理論的に求めることができる。
【００４９】
図３の区画番号１２に示すところに示された特性曲線は、荷電粒子１がＥ２検出器１０２を突き抜けるか否かにより急激に変化しており、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の出力のみからはＥ２検出器１０２を突き抜けたか否か判別することが困難である。
【００５０】
上記Ｅｐａｓｓ検出器１０３は、荷電粒子１がＥ２検出器１０２を突き抜けたか否かを判別するためのもので、Ｅｐａｓｓ検出器１０３からの出力があるか否かにより上記区画番号１２における損失エネルギーの分解能を高めることができる。
【００５１】
上記Ｅ１検出器１０１の出力から得た損失エネルギーをＲＯＭアドレスＹに変換し、Ｅ２検出器１０２の出力から得た損失エネルギーをＲＯＭアドレスＸに変換し、上記ＲＯＭアドレスＹ及びＲＯＭアドレスＸの交点の区画番号をアドレスとするＲＡＭアドレスの内容をカウントアップする。このようにして本願実施の形態である荷電粒子測定装置は、所定時間内に観測した荷電粒子の種類とエネルギーチャネルを測定する。
【００５２】
次に図２、図３及び図４を用いて本荷電粒子測定装置が正常な場合についてその動作を詳細に説明する。
【００５３】
荷電粒子１が本荷電粒子測定装置に入射すると、Ｄ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６は荷電粒子１が貫通または入射したところの検出器まで電子正孔対を発生する。増幅部１１７はこの電子正孔対を検出して、夫々の検出器で発生した電子正孔対の数に比例したアナログパルス信号に変換する。増幅部１１７でアナログパルス信号に変換した出力はＡ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９に印加され、Ａ／Ｄ変換部１１８では上記アナログパルス信号をディジタル信号に変換してデータ処理部２１１へ出力する。
【００５４】
トリガ発生部１１９は、印加された上記アナログパルス信号がトリガ発生部１１９に設定された雑音と識別するための閾値を超えるとトリガ信号を発生してデータ処理部１２０へ出力する。
【００５５】
Ｄ１検出器１１１から増幅部１１７及びＡ／Ｄ変換部１１８を経てデータ処理部１２０へ出力されるディジタル信号（以下、Ｄ１検出器１１１からのディジタル信号という。他の検出器についても同様の用語を使用する。）を上記図１のＥ１検出器の損失エネルギーに対応するものとしてデータ処理部１２０へ出力し、該データ処理部１２０は上記Ｄ１検出器１１１から増幅部１１７を経たアナログパルス信号によりトリガ発生部１１９からのトリガ信号が入力すると、荷電粒子１が荷電粒子測定装置に入射したと判断しデータの処理を開始する。
【００５６】
上記Ｄ１検出器１１１からのディジタル信号を８ビットのＲＯＭアドレスＹに変換してＲＯＭ（Ａ）１２１へ出力する。Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５は、当該検出器に荷電粒子１が貫通または入射すると電子正孔対を作り、該Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５からのディジタル信号は、データ処理部１２０で加算され、該加算された値は上記図１のＥ２検出器の損失エネルギーに対応するものとして、８ビットのＲＯＭアドレスＸに変換してＲＯＭ（Ａ）１２１へ出力する。
【００５７】
ＲＯＭ（Ａ）１２１は上記ＲＯＭアドレスＸ及びＲＯＭアドレスＹについて、夫々８ビットからなる２５５のアドレスを有し、該アドレスを図３に示すように、α粒子の特性曲線に対応した区画１乃至区画１６及び陽子の特性曲線に対応した区画１７乃至区画２９を設け、α粒子の場合は区画番号１２を、図示していないが更に上下の区画に分け、陽子の場合は区画番号２５を図示していないが更に上下の区画に分ける。上記区画の夫々には一区画内のすべてのアドレスの内容に同一のアドレスを記憶している。例えば区画７内のアドレスのメモリはすべて７を記憶しており、該７はＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレス７を示す。
【００５８】
上記データ処理部１２０から出力されたＲＯＭアドレスＹとＲＯＭアドレスＸの交点が例えば区画７にあれば、ＲＯＭ（Ａ）１２１はデータ処理部１２０のＲ１端子からの読出し信号出力によりＲＡＭ（Ａ）１２４へアドレス７を出力し、次いで、データ処理部１２０はＲ／Ｗ１端子から読出し信号をＲＡＭ（Ａ）１２４へ出力し、該ＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレス７に記憶されている値をＤ１端子から読込み、該Ｄ１端子から読込んだ値に１を加え、その値を再びＤ１端子に出力するとともに、Ｒ／Ｗ１端子から書込み信号をＲＡＭ（Ａ）１２４へ送出してＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレス７の値を更新する。
【００５９】
従って、ＲＡＭ（Ａ）１２４の内容は、本荷電粒子測定装置に入射した荷電粒子の各アドレスに対応した損失エネルギーの頻度を示す（以下、荷電粒子の各アドレスに対応した損失エネルギーの頻度を損失エネルギー頻度データという）。ＲＡＭ（Ａ）１２４の各アドレスは本実施例においては１６ビットの容量を有している。
【００６０】
また、データ処理部１２０は、上記のＲＯＭアドレスＹとＲＯＭアドレスＸを求める方法と同様にして、上記Ｄ１検出器１１１からのディジタル信号を８ビットのＲＡＭアドレスＹに変換し、上記Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５からのディジタル信号を８ビットのＲＡＭアドレスＸに変換して夫々ＲＡＭ（Ｂ）１２５へ出力するとともに、Ｒ／Ｗ２端子から読出し信号をＲＡＭ（Ｂ）１２５へ出力して、該ＲＡＭ（Ｂ）１２５の上記アドレスに記憶されている値をＤ２端子から読込み、該Ｄ２端子から読込んだ値に１を加え、その値を再びＤ２端子に出力するとともに、Ｒ／Ｗ２端子から書込み信号をＲＡＭ（Ｂ）１２５へ送出してＲＡＭ（Ｂ）１２５の上記アドレスの値を更新する。ＲＡＭ（Ｂ）１２５の各アドレスは本実施例においては１６ビットの容量を有している。
【００６１】
本荷電粒子測定装置が正常な場合は、上記のＲＯＭアドレスとＲＡＭアドレスにおいて、ＲＯＭアドレスＹとＲＡＭアドレスＹが等しく、ＲＯＭアドレスＸとＲＡＭアドレスＸが等しくなるが、後述するように本荷電粒子測定装置の一部が故障したことによって表１に示す故障モードの一つが選択された場合は、上記ＲＯＭアドレスとＲＡＭアドレスが異なることがある。
【００６２】
ＲＡＭ（Ｂ）１２５は、図４に示す特性曲線に対応するアドレスに損失エネルギー頻度データが蓄えられることになる。
【００６３】
次に、図１のＥｐａｓｓ検出器１０３に対応している図２のＤ６検出器１１６からのディジタル信号がデータ処理部１２０へ入力されたか否かによる処理の相違を説明する。
【００６４】
上記のように、Ｅ１検出器１０１及びＥ２検出器１０２の出力のみからは、荷電粒子１がＥ２検出器１０２を突き抜けたか否か判別することが困難であるが、Ｄ６検出器１１６からのディジタル信号の入力の有無をデータ処理部１２０で判別し、該入力が無ければ荷電粒子１はＥ２検出器を突き抜けていないと判別し、該入力が有れば荷電粒子１はＥ２検出器を突き抜けていると判別できる。
【００６５】
具体的には、図３に示すＲＯＭアドレスにおいて、α粒子の場合は区画番号１２を、陽子の場合は区画番号２５を夫々上下の区画に分割し、Ｄ６検出器１１６からのディジタル信号の入力が無い場合は夫々の上の区画に、Ｄ６検出器１１６からのディジタル信号の入力が有る場合は夫々の下側の区画に対応する測定値として処理する。
【００６６】
上記ＲＡＭ（Ａ）１２４及びＲＡＭ（Ｂ）１２５に記憶されたデータは、所定の時間間隔でデータ処理部１２０のＤ１端子またはＤ２端子からの読出し信号出力によりインターフェース部１２６に出力され、該インターフェース部１２６は、ＲＡＭ（Ａ）１２４からの損失エネルギー頻度データまたはＲＡＭ（Ｂ）１２５からの損失エネルギー頻度データを地上に送信する。
【００６７】
上記ＲＡＭ（Ａ）１２４は上記の例では３１個のアドレスで、従ってエネルギー分解能は低いが、ＲＡＭ（Ａ）１２４に対しては頻繁にデータ収集を行うように時間間隔を短くして時間分解能を高くし、ＲＡＭ（Ｂ）１２５は２５５×２５５のアドレスを有しエネルギー分解能は高く、その情報量が非常に多いので、ＲＡＭ（Ｂ）１２５に対してはＲＡＭ（Ａ）１２４よりデータ収集の時間間隔を長くとって時間分解能を低くしている。
【００６８】
本荷電粒子測定装置はこのような方法で得た荷電粒子の損失エネルギー頻度データから荷電粒子の種類及びその粒子エネルギーを計測するものである。
【００６９】
上記の説明は、本実施形態の荷電粒子測定装置に故障が発生せず正常に動作した場合の説明で、次に本荷電粒子測定装置の一部に故障が発生した場合について説明する。
【００７０】
本実施形態の荷電粒子測定装置は、その使用目的上放射線が充満した空間で使用されることが多いため、放射線に直接曝されている検出器の劣化に伴なう故障が、検出器以外の部分に比較して多く発生する。
【００７１】
以下に、最初如何なる故障が発生し、その故障によって生ずる現象を図５及び図６を用いて説明し、続いて故障が発生した場合の対応を説明する。
【００７２】
検出器にかかわる故障には、特定の検出器からの信号が出力されない場合と、特定の検出器の信号に雑音が増加する場合とがある。これら２つの故障の原因は、殆ど何れの場合も検出器が放射線によって劣化することによって発生する。このように検出器が劣化した場合でも、当該劣化した検出器からの出力が無くなるか、雑音が増加するのみで、当該劣化した検出器における荷電粒子の損失エネルギーに変化が生じないことが分かっている。
【００７３】
図５は、図２に示す荷電粒子測定装置において、Ｄ３検出器１１３に故障が発生し、Ｄ３検出器１１３からのディジタル信号がデータ処理部１２０に入力されなかった場合について、陽子とα粒子のＥ１検出器１０１≡Ｄ１検出器１１１の損失エネルギーと、Ｅ２検出器１０２≡Ｄ２検出器１１２＋Ｄ４検出器１１４＋Ｄ５検出器１１５の損失エネルギーを理論的に求め、ＲＡＭアドレスＸとＲＡＭアドレスＹに対応させて示した図で、上記故障が発生した場合には、図５に示す特性曲線で表されているアドレスに陽子とα粒子の損失エネルギー頻度データが加算されることを示している。
【００７４】
このように、ある検出器が故障し、該故障した検出器からのディジタル信号がデータ処理部１２０に入力されなくなると、検出される損失エネルギーが大きく変化することから、ＲＡＭ（Ｂ）１２５に書き込まれている損失エネルギー頻度データを確認することによって、故障発生の事実と、該故障が発生している検出器を知ることができる。
【００７５】
しかし、いずれかの検出器が故障しても、検出器が割れる等の機械的損傷が無い限り（このような機械的損傷は殆ど生じない）、当該故障した検出器での損失エネルギーも、その材質及び厚さが既知であるため、理論的に求めることができる。また、荷電粒子１が当該故障した検出器を突き抜けた場合も同様に該検出器による損失エネルギーを理論的に求めることができるので、測定された損失エネルギーに上記理論的に求めた故障した検出器の損失エネルギーを加算することにより、荷電粒子１の損失エネルギーを知ることができ、当該荷電粒子１の粒子エネルギーを求めることができる。
【００７６】
図６は、図２に示す荷電粒子測定装置において、Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器の何れかに故障が発生し、エネルギー換算値で３ＭｅＶの雑音が発生した場合について、陽子とα粒子のＥ１検出器１０１≡Ｄ１検出器１１１の損失エネルギーと、Ｅ２検出器１０２≡Ｄ２検出器１１２＋Ｄ３検出器１１３＋Ｄ４検出器１１４＋Ｄ５検出器１１５の損失エネルギーを理論的に求め、ＲＡＭアドレスＸとＲＡＭアドレスＹに対応させて示した図で、上記故障が発生した場合には、ＲＡＭ（Ｂ）１２５には図６に示されている陽子及びα粒子に対する夫々２本の特性曲線間のアドレスに陽子とα粒子の損失エネルギー頻度データが加算されることを示している。従って、当該荷電粒子について想定している図４に示す損失エネルギー頻度データよりその分布が広がることとなり、ＲＡＭ（Ｂ）１２５に書込まれている損失エネルギー頻度データを確認することによって、故障の発生を知ることができる。
【００７７】
ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データから、雑音が発生していることが判明した場合は、地上からの指示により、データ処理部１２０で順次各検出器を切り離した状態で測定を行い、上記ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データを確認することによって、雑音が発生している検出器を特定し、当該検出器からのディジタル信号を除外してデータ処理することによって測定を継続することができる。
【００７８】
本実施形態の荷電粒子測定装置においては、図２に示す検出器に故障が発生した場合、ＲＡＭ（Ａ）１２４に損失エネルギー頻度データを得るためには、故障した検出器に応じて、Ｄ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６とＥ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器との対応を設定する必要があるが、ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データは上記図５の例で説明したように、各検出器の状態そのものを表しており、検出器の状態によってＥ１検出器１０１、Ｅ２検出器１０２及びＥｐａｓｓ検出器１０３との対応が自動的に変わっていく。
【００７９】
ＲＡＭ（Ａ）１２４に損失エネルギー頻度データを得るためには、少なくとも連続した３個の正常な検出器を必要とし、該連続した３個の検出器を夫々Ｅ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器に対応させる必要があり、以下に表１、図７及び図８を用いて故障モードと該故障モードに対応する検出器の組合せについて説明する。
【００８０】
【表１】
表１はデータ処理部１２０に有するメモリに記憶されており、上記の条件からＲＡＭ（Ａ）１２４に損失エネルギー頻度データを得るために予め定めた故障モードで、各故障モードにおけるＥ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器と、図２に示すＤ１検出器１１１乃至Ｄ６検出器１１６との対応を示している。
【００８２】
表１に示すように、各故障モードに対応して、ＲＯＭ（Ａ）１２１またはＲＯＭ（Ｂ）１２２を用いるように設定してあるが、該ＲＯＭ（Ａ）１２１またはＲＯＭ（Ｂ）１２２に書込まれている内容についてα粒子を例にとり、図７及び図８を用いて説明する。
【００８３】
図７は、ＲＯＭ（Ａ）１２１に書込まれている内容を説明するための図で、荷電粒子測定装置が正常な場合と、表１に示すモード１乃至モード３に対応している。上記説明においては、図３を用いて荷電粒子測定装置が正常な場合についてＲＯＭ（Ａ）１２１に書込まれている内容について説明したが、以下にモード１乃至モード３について説明する。
【００８４】
モード１は、Ｄ６検出器１１６が故障した場合で、表１に示すように夫々、Ｄ１検出器１１１がＥ１検出器に、Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ４検出器１１４がＥ２検出器に、Ｄ５検出器１１５がＥｐａｓｓ検出器に対応する。上記モード１に設定されている荷電粒子測定装置にα粒子が入射すると、該α粒子の粒子エネルギーに応じて、モード１と記載された特性曲線で表されているアドレスに損失エネルギー頻度データが加算されることになる。上記モード１の特性曲線は、当該α粒子の粒子エネルギーの大きさに応じて区画番号１１の中間でＤ５検出器１１５を突き抜けることを示しており、区画番号１１までは正常な場合と同じ特性曲線を示すが、区画番号１１の中間で正常な特性曲線と分岐して、図７に示す特性曲線となる。上記分岐後の特性曲線に対応して点線で示す区画を設け、該区画に適切な図示していない区画番号を与えることは上記図３の場合と同様である。
【００８５】
モード２は、Ｄ５検出器１１５が故障した場合で、表１の故障検出器の欄に（＋Ｄ６）と記入してあるのは、Ｄ６検出器１１６の故障の有無にかかわらずモード２を選択することを示しており、他のモードの場合も同様のことを示しており、以下の説明では省略する。
【００８６】
モード２の場合は、夫々Ｄ１検出器１１１がＥ１検出器に、Ｄ２検出器１１２及びＤ３検出器１１３がＥ２検出器に、Ｄ４検出器１１４がＥｐａｓｓ検出器に対応する。モード２の特性曲線は、区画番号１０までは正常な場合と同じ特性曲線を示すが、区画番号１０の中間で正常な特性曲線と分岐して、図７に示す特性曲線となる。上記分岐後の特性曲線に対応して点線で示す区画を設け、該区画に適切な図示していない区画番号を与えることは上記図３の場合と同様である。
【００８７】
モード３は、Ｄ４検出器１１４が故障した場合で、Ｄ５検出器１１５及びＤ６検出器１１６の故障の有無にかかわらずモード３を選択することを示している。
【００８８】
モード３の場合は、夫々Ｄ１検出器１１１がＥ１検出器に、Ｄ２検出器１１２がＥ２検出器に、Ｄ３検出器１１３がＥｐａｓｓ検出器に対応する。モード３の特性曲線は、区画番号８までは正常な場合と同じ特性曲線を示すが、区画番号８の中間で正常な特性曲線と分岐して、図７に示す特性曲線となる。上記分岐後の特性曲線に対応して点線で示す区画を設け、該区画に適切な図示していない区画番号を与えることは上記図３の場合と同様である。
【００８９】
なお、上記各モードの区画番号において、Ｅ２検出器を突き抜ける部分の区画、即ち正常な場合の特性曲線から分岐する特性曲線となっている部分を含む区画は、図３において説明した正常な場合と同様に、Ｅ２検出器を突き抜ける前の測定値か、Ｅ２検出器を突き抜けた後の測定値かを区分するため、上記区画を上下に分割する。
【００９０】
図８は、ＲＯＭ（Ｂ）１２２に書込まれている内容を説明するための図で、表１に示すモード４乃至モード９に対応している。以下にモード４乃至モード９について説明する。
【００９１】
モード４は、Ｄ１検出器１１１が故障した場合で、表１に示すように夫々、Ｄ２検出器１１２がＥ１検出器に、Ｄ３検出器１１３乃至Ｄ５検出器１１５がＥ２検出器に、Ｄ６検出器１１６がＥｐａｓｓ検出器に対応する。上記モード４に設定されている荷電粒子測定装置にα粒子が入射すると、該α粒子の粒子エネルギーに応じて、モード４と記載された特性曲線で表されているアドレスに損失エネルギー頻度データが加算されることになる。上記モード４の特性曲線に対応した区画に区画番号を設定することについては、上記の説明と同様である。
【００９２】
また、他のモードについても、表１に示すようにＤ２検出器１１２乃至Ｄ６検出器１１６を夫々Ｅ１検出器、Ｅ２検出器、Ｅｐａｓｓ検出器に対応させて、夫々のモードの特性曲線に対応する区画に区画番号を設定するが、上記図７の場合と同様なので説明を省略する。
【００９３】
上記図７及び図８に示すように、特性曲線上に設定されたＲＯＭアドレスＸとＲＯＭアドレスＹの交点で示されるアドレスの区画番号は、ＲＯＭ（Ａ）１２１及びＲＯＭ（Ｂ）１２２の同一区画内の全てのアドレスに同一の区画番号が記憶されており、該アドレスがＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレスに対応していることは上記荷電粒子測定装置が正常な場合に図３を用いて行った説明と同様である。
ところで、図８において、例えばモード５とモード７には同一の区画が割り当てられているが、表１に示すように各モードでＥ１検出器として指定されている検出器が異なっている。そのため、夫々のモードでＥ１検出器として指定されている検出器に荷電粒子が入射するまでの損失エネルギーが異なるが、夫々のモードにおける粒子エネルギーは当該荷電粒子の損失エネルギーを考慮した上で求めている。
なお、図３、図７及び図８に示す区画の数は一例で、測定の目的により区画の数及び形状は任意に変更することが可能である。また、上記説明においてＲＯＭアドレスＸ、ＲＯＭアドレスＹ、ＲＡＭアドレスＸ及びＲＡＭアドレスＹを８ビット、ＲＡＭ（Ａ）１２４及びＲＡＭ（Ｂ）１２５のメモリを１６ビットとしているが、これらのビット数は一例であって他のビット数でも良い。
【００９４】
上記に説明した検出器の故障に伴なう測定モードの設定について、検出器のみの故障について説明したが、当該故障検出器に接続された何れかの増幅部１１７、Ａ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９が故障した場合も、上記の説明と同様な測定結果を得るので、上記と同様な測定モードの設定を行うことが可能である。
【００９５】
また、上記増幅部１１７、Ａ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９が故障したと想定される場合は、地上からの検査のためのコマンドにより、故障していると想定した検出器と増幅部１１７の間で、図示していない方法で検出器の出力を止め、別に設定したテストパルスを増幅部１１７へ与えてＲＡＭ（Ａ）１２４またはＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データを得て、該損失エネルギー頻度データから増幅部１１７、Ａ／Ｄ変換部１１８及びトリガ発生部１１９の故障を検出することも可能である。
【００９６】
上記のように本実施形態の荷電粒子測定装置は、ＲＯＭ（Ａ）１２１及びＲＯＭ（Ｂ）１２２の２個の読出し専用メモリで荷電粒子１の粒子エネルギーの測定を可能としているが、これは上記のように、図２に示す荷電粒子測定装置が正常な場合に、図１のＥ２検出器１０２に対応するＤ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５を、同一の厚さで且同一の材料を用いた検出器としたことによって可能となったものである。Ｄ２検出器１１２乃至Ｄ５検出器１１５を、異なる厚さ及び材料を用いた検出器とした場合は、本実施形態のＲＯＭ（Ｂ）１２２に相当する読出し専用メモリは表１に示すモードの数だけ必要となる。
【００９７】
インターフェース部１２６は地上からのモード設定のコマンドを受信して、当該モード情報をデータ処理部１２０に送出し、該データ処理部１２０は受信したモードにより、メモリに記憶している表１から、Ｅ１検出器、Ｅ２検出器及びＥｐａｓｓ検出器に対応する検出器を設定し、またデータ処理部１２０から出力するＲＯＭアドレスＸ及びＲＯＭアドレスＹの出力をＲＯＭ（Ａ）１２１に出力するか、またはＲＯＭ（Ｂ）１２２にするかの選択を、Ｒ１端子またはＲ２端子の何れを選択するかにより行う。
【００９８】
例えば、地上から送られてきたコマンドがモード４であれば、データ処理部１２０は、Ｄ２検出器１１２をＥ１検出器に、Ｄ３検出器１１３乃至Ｄ５検出器１１５をＥ２検出器に、Ｄ６検出器１１６をＥｐａｓｓ検出器に対応させ、またデータ処理部１２０から出力するＲＯＭアドレスＸ及びＲＯＭアドレスＹの出力をＲＯＭ（Ｂ）１２２に送出するためＲ２端子に出力してＲＯＭ（Ｂ）１２２から当該アドレスを読出してＲＡＭ（Ａ）１２４へ出力する。
【００９９】
このようにして、検出器に異常が発生しても、地上から測定モードを指示することで測定を継続することが可能となる。
【０１００】
本実施の形態である荷電粒子測定装置は、上記のようにＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データから故障の有無を判別しているが、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データから故障の有無を判別することも可能で、次にＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データから故障の有無を判別する方法について説明する。
【０１０１】
上記ＲＯＭ（Ａ）１２１及びＲＯＭ（Ｂ）１２２に記憶するアドレスは、図７及び図８に示すように、夫々のモードに応じて測定対象粒子毎の特性曲線に対応した区画を設定して区画番号を与えるが、該区画番号を与えられたアドレス以外のアドレスに、例えば総て０アドレスを与え、該０アドレスに対応するＲＡＭ（Ａ）１２４を設け、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データを読み出すときに、上記０アドレスの損失エネルギー頻度データ並びに図７及び図８に示す当該設定モードの区画以外の区画番号のアドレスの損失エネルギー頻度データが、予め想定される頻度か否かによって故障の有無を判別することができる。なお、故障した検出器等の特定は、上記ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データを読み出して行うことは上記の場合と同様である。
【０１０２】
上記のように、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データの読出し周期は、ＲＡＭ（Ｂ）１２５の損失エネルギー頻度データの読出し周期より短いため、ＲＡＭ（Ａ）１２４の損失エネルギー頻度データにより故障発生の有無を判別することができるので、早期に故障に対するモード変更が可能となる。
【０１０３】
【発明の効果】
上記のように、本発明の荷電粒子測定装置によれば、Ｅ１検出器の損失エネルギーとＥ２検出器の損失エネルギーとの関係をＲＯＭ（Ａ）１２１に記憶したＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレスにカウントアップすることにより、正確な荷電粒子の種類と精度の良いエネルギーチャネルの弁別を可能であり、また、検出器を突き抜ける高エネルギーの荷電粒子を、Ｅｐａｓｓ検出器で検出して、上記ＲＯＭ（Ａ）１２１に記憶したＲＡＭ（Ａ）１２４のアドレスにカウントアップすることにより検出器を突抜ける高エネルギーの荷電粒子を精度良く測定することが可能であり、また、荷電粒子測定装置の故障を測定を行いながら検出して、故障に対応したモードを地上から指示することにより測定を継続すること可能であるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である荷電粒子測定装置の構成を示す概念図。
【図２】本発明の実施例である荷電粒子測定装置のブロック図。
【図３】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線に、ＲＯＭのアドレスを割り当てた説明図。
【図４】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線に、ＲＡＭのアドレスを割り当てた説明図。
【図５】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に故障を生じた場合の説明図。
【図６】図１に示すＥ１検出器及びＥ２検出器における夫々の荷電粒子の損失エネルギーの関係を示す特性曲線で、荷電粒子測定装置に図５の場合と異なる故障が生じた場合の説明図。
【図７】ＲＯＭ（Ａ）１２１に書込まれている内容を説明するための説明図。
【図８】ＲＯＭ（Ｂ）１２２に書込まれている内容を説明するための説明図。
【図９】従来の技術のΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図。
【図１０】図９に示すΔＥテレスコープ型荷電粒子測定装置に入射した荷電粒子の損失エネルギーと粒子エネルギーとの関係を示す特性図。
【図１１】従来の技術のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置の構成を示す概念図。
【図１２】従来の技術のΔＥ・Ｅテレスコープ型荷電粒子測定装置のブロック図。
【符号の説明】
１ 荷電粒子
１０１ Ｅ１検出器
１０２ Ｅ２検出器
１０３ Ｅｐａｓｓ検出器
１１１ Ｄ１検出器
１１２ Ｄ２検出器
１１３ Ｄ３検出器
１１４ Ｄ４検出器
１１５ Ｄ５検出器
１１６ Ｄ６検出器
１１７ 増幅部
１１８ Ａ／Ｄ変換部
１１９ トリガ発生部
１２０ データ処理部
１２１ ＲＯＭ（Ａ）
１２２ ＲＯＭ（Ｂ）
１２４ ＲＡＭ（Ａ）
１２５ ＲＡＭ（Ｂ）
１２６ インターフェース部
２０１ 吸収材
２０２ 吸収材
２０３ 吸収材
２０４ 検出器
２０５ 検出器
２０６ 検出器
２０７ 検出器
２０８ 増幅部
２０９ トリガ発生部
２１０ ３チャネル波高弁別部
２１１ データ処理部
３０１ ΔＥ検出器
３０２ Ｅ’検出器
３０３ Ｅｒｅｊ検出器
３１１ 検出器
３１２ 検出器
３１３ 検出器
３１４ 検出器
３１５ 検出器
３１６ 増幅部
３１７ 加算部（Ａ）
３１８ 加算部（Ｂ）
３１９ １６チャネル波高弁別部
３２０ 演算部
３２１ ４チャネル粒子弁別部
３２２ トリガ発生部
３２３ 一致検出部
３２４ データ処理部
Claims (4)
- 荷電粒子が入射する方向から１個の検出器で構成する第１の検出部、複数個の検出器から構成する第２の検出部、及び１個の検出器で構成する第３の検出部を配設し、上記第１の検出部からの出力を第１のアドレスとし、上記第２の検出部を構成する複数個の検出器からの出力を第２のアドレスとし、測定する荷電粒子の種類毎の損失エネルギー特性を２次元のアドレスであらわし、該２次元のアドレスと第３の検出部からの出力の有無を用いて荷電粒子の種類毎の損失エネルギー特性を測定する荷電粒子測定装置において、
測定する荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性を上記２次元のアドレスであらわし、該アドレスに荷電粒子の損失エネルギーを測定した回数を計数する第２の書込み読出しメモリを設けるとともに、
上記第１の検出部、上記第２の検出部及び上記第３の検出部のうちいずれか１個または複数個の検出器が故障した場合、
残った複数の検出器の中で、少なくとも連続した３個の正常な検出器を荷電粒子が入射する方向に対して上流側の検出器から順に上記第１の検出部、上記第２の検出部及び上記第３の検出部に対応させる組合せを設定した複数のモードを設け、
測定する各荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性を上記複数のモードごとに２次元のアドレスであらわし、該２次元のアドレスであらわされた各荷電粒子の種類ごとの損失エネルギー特性に沿って区分した複数の区画の夫々に与えた区画番号を記憶した読出し専用メモリを設け、
上記モードに対応した読出し専用メモリの区画番号の示すアドレスを用いて、各荷電粒子の損失エネルギーを測定した回数を計数する第１の書込み読出しメモリを設け、
該第１の書込み読出しメモリ及び上記第２の書込み読出しメモリからの出力を用いて荷電粒子の種類の弁別とエネルギーを測定する様にしたことを特徴とする荷電粒子測定装置。 - 請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、読出し専用メモリに、各モードで設定された区画番号を有するアドレス以外の全てのアドレスに対応する区画番号を設定し、該区画番号を用いて各荷電粒子毎の損失エネルギーを測定した回数を計数する書込み読出しメモリを有することを特徴とする荷電粒子測定装置。
- 請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、荷電粒子が、第２の検出部を貫通する場合の区画番号と、第２の検出部を貫通しない場合の区画番号とが同一である１乃至複数個の区画を、第３の検出部からの出力があるか否かにより２つの区画に区分することを特徴とする荷電粒子測定装置。
- 請求項１に記載の荷電粒子測定装置において、初期設定した第２の検出部を構成する複数の検出器の厚さ及び材質を同一にしたことを特徴とする荷電粒子測定装置。
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