JP4037590B2 - 陽電子消滅γ線測定方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽電子消滅γ線のエネルギー分布から陽電子の対消滅相手の電子またはそれを含む材料の性質を調べるための、陽電子消滅γ線測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放射性同位元素を陽電子源とする簡便な測定方法としては、内部消滅が少ない薄膜状の陽電子源を試料で挟む方法と、薄膜状の陽電子源の片面を性質が安定であるアルミニウム材などのパッチで覆う方法などがある。前者は、試料以外での陽電子消滅を避けるため試料に充分な大きさが必要であり、試料で挟むため陽電子源に支持構造を設けることができず、薄膜状の陽電子源を直接取り扱う必要がある。後者は、パッチでの陽電子消滅成分がバックグランドとなりＳ／Ｎ比が悪くパッチに依存した相対評価となる。また、パッチでの消滅成分と試料での消滅成分の比率を一定に保つ必要があり、やはり試料およびパッチ以外での陽電子消滅を避けるため試料には充分な大きさが必要となる。
【０００３】
以下、図７および図８を用いて、後者の陽電子消滅γ線測定方法および装置の従来例について説明する。
【０００４】
図７に示す従来の陽電子消滅γ線測定装置は、陽電子源１、アルミニウムパッチ５、γ線検出器８、陽電子源支持構造１０、マルチチャンネル波高分析器１３、およびデータ処理計算機１４から構成され、測定時には試料１１が設置される。
【０００５】
このように構成された陽電子消滅γ線測定装置においては、陽電子源１で発生した陽電子の一部は陽電子源１の内部で消滅し、γ線検出器８の側へ放出された陽電子のすべてはアルミニウムパッチ５で消滅する。また、試料１１の側へ放出された陽電子の一部または全部が試料１１で消滅し、その他は空気中または他の構造物で消滅する。消滅した陽電子は、いずれも陽電子消滅γ線となり、発生場所により検出効率は異なるが、それらは弁別されずにγ線検出器８によって検出される。したがって、陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ５からの陽電子消滅γ線が、検出された陽電子消滅γ線の半分以上を占め、試料１１からの陽電子消滅γ線は半分に満たない。しかし、一回の陽電子発生に対する陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ５での陽電子消滅割合は一定であり、そこで発生した陽電子消滅γ線に対するγ線検出器８の検出効率も一定ならば、γ線検出器８にこれらが検出される割合も一定となる。また、それらの大部分を占めるアルミニウムパッチからの陽電子消滅ガンマ線のエネルギー分布は、アルミニウムの格子欠陥濃度が安定であるため、ほぼ一定となる。したがって、試料１１が充分大きくかつ陽電子源１に密着するなどしていて、試料１１側へ放出された陽電子が試料１１で消滅する割合が１００％であって、そこで発生した陽電子消滅γ線に対するγ線検出器８の検出効率も一定である場合には、検出される全陽電子消滅γ線に占める試料１１以外からの陽電子消滅γ線の比率とそのエネルギー分布はほぼ一定となり、それを含んで検出された全陽電子消滅γ線のエネルギー分布の変動は、すべて試料１１の性質変化に起因するものとして評価することが可能となる。
【０００６】
γ線検出器８は検出したγ線のエネルギーに比例した波高の電気パルス信号を出力し、マルチチャンネル波高分析器１３は電気パルス信号の波高をＡＤ変換し、そのＡＤ変換値毎に設けられたチャンネルで電気パルス信号を計数する。データ処理計算機１４は、図８に示すように、マルチチャンネル波高分析器１３で得られた陽電子消滅γ線測定データ３１を、ピーク中心部領域３４とピーク周辺部領域３５に分け、ピーク中心部領域３４およびピーク周辺部領域３５に含まれる計数と、ピーク中心部領域３４に含まれる計数の比を求め、試料１１の評価指標とする。これは、試料１１中の格子欠陥が増えると、陽電子消滅γ線に含まれるエネルギー分布幅の狭い成分の比率が増え、測定装置のエネルギー分解能が一定ならばピーク中心部領域３４の計数割合が増加することを利用したものである。
【０００７】
しかし、この方法においては、試料１１以外からの陽電子消滅γ線の比率が半分以上を占めるため、それらの計数の統計的偶然誤差がＳ／Ｎ比を悪くする大きな要因となる。また、測定装置や陽電子源や試料形状が異なるなどで、陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ５からの陽電子消滅γ線と、試料１１からの陽電子消滅γ線の検出割合が異なったり、試料１１以外からの陽電子消滅γ線のエネルギー分布が異なったり、γ線検出器８およびマルチチャンネル波高分析器１３によるエネルギー分解能が異なったりした測定データ間においては、評価結果の相互比較が不可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の陽電子源を試料で挟む従来の陽電子消滅γ線測定方法および装置においては、試料に充分な大きさが必要であるため、放射性の試料では放射線量が高くなり測定の妨害や作業の支障になったり、薄膜状で破損しやすい陽電子線源を直接取り扱うデリケートな作業となるため産業への適用に問題があり、これを解決することが課題であった。
【０００９】
また、上述の陽電子源の片側をパッチで覆う従来の陽電子消滅γ線測定方法および装置においては、全陽電子消滅γ線計数に対して陽電子源内部および主に試料とは逆方向に設置された構造物で発生する陽電子消滅γ線計数の成分が半分以上を占め、Ｓ／Ｎ比が悪いばかりでなく試料の形状などによりその成分割合が変化したり、構造物の性質変化により陽電子消滅γ線のエネルギー分布が変化したりするため、試料の性質のみを反映した測定結果を得ることが困難となったり、従来の陽電子源を試料で挟む従来の陽電子消滅γ線測定方法および装置と同様に、試料に充分な大きさが必要であるため、放射性の試料では放射線量が高くなり測定の妨害や作業の支障になったりするため産業への適用に問題があり、これを解決することが課題であった。
【００１０】
また、測定される陽電子消滅γ線のエネルギー分布が測定装置のエネルギー分解能に依存し、エネルギー分解能が異なる測定データ間において評価結果の相互比較が不可能となることを解決することも課題であった。
【００１１】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、測定される陽電子消滅γ線に含まれる、試料以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を低減してＳ／Ｎ比を向上させるとともに、試料以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を計算により除去するとともに、測定系の分解能の影響を排除し、試料形状や測定装置の構造・性能・性質等に依存しない測定結果が得られる手段を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の陽電子消滅γ線測定方法および装置における手段について説明する。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、陽電子遮蔽板により陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータと、γ線コリメータを通過したγ線を検出するように配置されたγ線検出器とを有することを特徴としている。
【００１４】
上記構成の陽電子消滅γ線測定装置においては、陽電子源からγ線検出器側へ放射された陽電子のうち、陽電子消滅γ線がγ線コリメータを通してγ線検出器に検出され得る範囲で消滅する成分比率は、陽電子遮蔽板の厚さを無視すれば
（陽電子源から見たγ線コリメータ前端開口の立体角）／２π[sr]
であるため、陽電子源から陽電子遮蔽板までに一定の距離を置き、陽電子源から見たγ線コリメータ開口の立体角を小さくすることにより、上記の成分比率を低減することができる。
【００１５】
請求項２及び３に記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器とを用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を減じることを特徴としている。
【００１６】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料を置いた測定では試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、試料を置かない測定では、試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られるため、陽電子源と試料を置いた測定での計数値から、陽電子源を置いて試料を置かない測定での計数値を減じることにより、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。
【００１７】
また、請求項４及び５記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料が電子対生成を起こす放射能を持っている場合に、陽電子源と試料を置いた測定では陽電子源から放出された陽電子および試料の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、陽電子源を置いて試料を置かない測定では、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、陽電子源を置かず試料を置いた測定では試料の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られるため、陽電子源と試料を置いた測定での計数値から、陽電子源を置いて試料を置かない測定での計数値および陽電子源を置かず試料を置いた測定での計数値を減じることにより、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。
【００１９】
また、請求項６及び７に記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じ、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を加えることを特徴とする。
【００２０】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料および環境等が電子対生成を起こす放射能を持っている場合に、陽電子源と試料を置いた測定では、陽電子源から放出された陽電子および試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、陽電子源を置いて試料を置かない測定では、陽電子源から放出された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、陽電子源を置かず試料を置いた測定では、試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、陽電子源も試料も置かない測定では、環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られるため、陽電子源と試料を置いた測定での計数値から、陽電子源を置いて試料を置かない測定での計数値および陽電子源を置かず試料を置いた測定での計数値を減じ、陽電子源も試料も置かない測定での計数値を加えることにより、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。
【００２１】
また、請求項８にの発明は、両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、陽電子遮蔽板により陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータとを有するアクティブポートと、アクティブポートと同構造であって、陽電子源のみが陽電子を放出しないダミーに置き換えられたパッシブポートと、アクティブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線と前記パッシブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線を、同等な効率で検出するように配置されたγ線検出器とを有していることを特徴としている。
【００２２】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、陽電子源からγ線検出器側へ放射された陽電子のうち、陽電子消滅γ線がγ線コリメータを通してγ線検出器に検出され得る範囲で消滅する成分比率は、陽電子遮蔽板の厚さを無視すれば
（陽電子源から見たγ線コリメータ前端開口の立体角）／２π[sr]
であるため、陽電子源から陽電子遮蔽板までに一定の距離を置き、陽電子源から見たγ線コリメータ開口の立体角を小さくすることにより、上記の成分比率を低減することができる。
【００２３】
さらに、試料をアクティブポートの陽電子源の直前に置いた場合と、パッシブポートの陽電子源のダミーの直前に置いた場合で、γ線検出器により検出される陽電子源からγ線検出器側へ放出された陽電子の陽電子消滅γ線のスペクトルおよび計数率が不変であるばかりでなく、試料周囲の構造等が不変であり、試料から自発的に発生するγ線やそれにより周囲で発生する二次的なγ線、特に試料後方での電子対生成と消滅で発生する陽電子消滅γ線のスペクトルおよび計数率も不変であるため、γ線検出器により検出される陽電子消滅γ線のスペクトルデータの差は、陽電子源から試料側へ放出された陽電子が試料中で消滅して発生する陽電子消滅γ線のみのスペクトルデータに相当する。
【００２４】
請求項９及び１０に記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、陽電子源から放出された陽電子が届かない位置であって、かつ試料に対する周囲の構造物の配置と試料で発生するγ線やそれにより周囲の構造物で発生する二次的なγ線に対するγ線検出器の検出効率が、陽電子源近傍に試料を置いた測定と同等である位置に、試料を移して測定した陽電子消滅γ線計数を減じることを特徴としている。
【００２５】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料や環境等が電子対生成を起こすγ線を放出する放射能を持つ場合など、試料を陽電子源近傍に置いた測定では、陽電子源から放出された陽電子および試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、試料を陽電子源からの陽電子が届かない位置に置いた測定では、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数と、試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数の和が得られるため、試料を陽電子源近傍に置いた測定での計数値から、試料を陽電子源から放出された陽電子が届かない位置に置いた測定での計数値を減じることにより、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。また、前者の測定と後者の測定のいずれにおいても、γ線検出器による検出効率が等しい位置に試料が置かれるため、試料の放射能が強い場合でも、両者の測定において計数率に大きな差が生じない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし図６を参照して説明する。
【００２７】
図１ないし図４は、本発明の第１の実施の形態の陽電子消滅γ線測定方法及び装置を示すものである。
【００２８】
図１において、放射性同位元素６８Ｇeが封入されたフィルム状の陽電子源１は、周囲をリング状の陽電子源ホルダ２に保持されている。この陽電子源ホルダ２は、筒状のγ線遮蔽９の鉛直方向に貫通した貫通孔の上端開口部上に上面が一致するように設置されている。陽電子源１から一定距離下方に陽電子遮蔽板６と、γ線遮蔽９の開口および陽電子源ホルダ２の内径より狭く鉛直方向に貫通した開口を持つγ線コリメータ７が配置され、陽電子遮蔽板６はγ線コリメータ７の開口上端を塞いでいる。γ線コリメータ７の下にはγ線検出器８が配置され、その近傍には校正線源１２が設置されている。γ線検出器８の出力はマルチチャンネル波高分析器１３に入力され、マルチチャンネル波高分析器１３はデータ処理計算機１４と接続されている。測定対象物である試料１１は陽電子源１の上に置かれている。
【００２９】
図２は、図１から試料１１のみを取り除いたものであり、それ以外は図１と同一である。また、図３は、図１における陽電子源１と陽電子源ホルダ２を、ダミー線源３とダミー線源ホルダ４に置き換えたものであり、試料１１は図１と同様に載置されている。図４は、図２における陽電子源１と陽電子源ホルダ２を、ダミー線源３とダミー線源ホルダ４に置き換えたもので、試料１１は載置されていない。
【００３０】
図１ないし図４におけるデータ処理計算機１４は、各図においてマルチチャンネル波高分析器１３の制御を行うとともに、マルチチャンネル波高分析器１３により計数されたγ線スペクトルデータの処理を行なうものである。処理方法は、試料１１の放射能の有無、環境放射能の有無などにより以下の３方法から選択される。
【００３１】
試料１１が電子対生成を起こしうる放射能を持たない場合は、図１におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図２におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行う。
【００３２】
試料１１が電子対生成を起こしうる放射能を持ち、校正線源１２を含む環境が電子対生成を起こしうる放射能を持たない場合は、図１におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図２におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データおよび図３におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行う。
【００３３】
試料１１が電子対生成を起こしうる放射能を持ち、校正線源１２を含む環境も電子対生成を起こしうる放射能を持つ場合は、図１におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図２におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データおよび図３におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、さらに図４におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを加算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行う。
【００３４】
本実施の形態によれば、試料以外から発生する陽電子消滅γ線の検出割合を減少させることができ、S/N比が良好となり、さらに試料以外から発生する陽電子消滅γ線計数を計算により除去できるので、試料のみの性質を反映した感度の高いデータを得ることができる。
【００３５】
次に、本発明に係る第２の実施の形態の陽電子消滅γ線測定方法および装置図について図５および図６を参照しつつ説明する。
【００３６】
図５において、γ線遮蔽９には鉛直方向中心軸を中心として対称な位置に、鉛直方向に貫通した二つの同形状の開口部がある。放射性同位元素６８Ｇeが封入されたフィルム状の陽電子源１は周囲をリング状の陽電子源ホルダ２に保持され、陽電子源ホルダ２はγ線遮蔽９の一方の開口部上に上面が一致するように設置されている。陽電子源１から一定距離下方に陽電子遮蔽板６ａと、γ線遮蔽９の開口および陽電子源ホルダ２の内径より狭く鉛直方向に貫通した開口を持つγ線コリメータ７ａが配置され、陽電子遮蔽板６ａはγ線コリメータ７ａの開口上端を塞いでいる。また、ダミー線源３は周囲をリング状のダミー線源ホルダ４に保持され、ダミー線源ホルダ４はγ線遮蔽９の他方の開口部上に上面が一致するように設置されている。ダミー線源３から一定距離下方に陽電子遮蔽板６ｂと、γ線遮蔽９の開口およびダミー線源ホルダ４の内径より狭く鉛直方向に貫通した開口を持つγ線コリメータ７ｂが配置され、陽電子遮蔽板６ｂはγ線コリメータ７ｂの開口上端を塞いでいる。ここで、陽電子源ホルダ２とダミー線源ホルダ４、および陽電子遮蔽板６ａと６ｂ、およびγ線コリメータ７ａと７ｂは、それぞれ同材質かつ同形状であり、陽電子源ホルダ２および陽電子遮蔽板６ａおよびγ線コリメータ７ａの位置関係と、ダミー線源ホルダ４および陽電子遮蔽板６ｂおよびγ線コリメータ７ｂの位置関係は同様になっている。また、ダミー線源３は陽電子源１と同様な薄膜状である。
【００３７】
二つのγ線コリメータ７ａおよび７ｂの下には、γ線遮蔽９の鉛直方向中心軸上に、感度の中心が来るようにγ線検出器８が配置され、その近傍には校正線源１２が設置されている。γ線検出器８の出力はマルチチャンネル波高分析器１３に入力され、マルチチャンネル波高分析器１３はデータ処理計算機１４と接続されている。測定対象物である試料１１は陽電子源１の上に置かれている。
【００３８】
図６は、図５から試料１１の位置をダミー線源３の上に変更したものであり、それ以外は図５と同一である。
【００３９】
図５および図６におけるデータ処理計算機１４は、各図においてマルチチャンネル波高分析器１３の制御を行うとともに、マルチチャンネル波高分析器１３により計数されたγ線スペクトルデータの処理を行なうものである。処理方法は、図５におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図６におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行うものである。
【００４０】
本実施の形態によれば、試料以外から発生する陽電子消滅γ線の検出割合を削減することができ、S/N比が良好となり、さらに試料以外から発生する陽電子消滅γ線計数を計算により除去できるので、試料のみの性質を反映した感度の高いデータを得ることができる。また、一回の測定で試料以外からのすべての陽電子消滅γ線計数が得られるとともに、試料の放射能が強い場合でも、試料測定の際と計数率およびに計数率に依存するエネルギー分解能に大きな差ができず、分解能が異なるスペクトルデータ間の演算で生じるスペクトル形状の変形効果を除去できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の陽電子消滅γ線測定方法および装置においては、以下のような効果がある。
【００４２】
請求項１記載の発明では、陽電子源が薄膜状であるため内部で消滅する陽電子が少なく、陽電子源から陽電子遮蔽板までに一定の距離を置いているため、陽電子源からγ線検出器側へ放射された陽電子のうち、γ線コリメータを通してγ線検出器から見える範囲で消滅する確率が小さいこと、陽電子遮蔽板により陽電子がγコリメータ内に入ってγ線検出器による陽電子消滅γ線の検出確率が大きい場所で消滅することを防いでいることにより、試料以外で発生する陽電子消滅γ線の検出確率を小さくし、Ｓ／Ｎ比を大きくし、試料の性質変化に対する感度を向上させる効果がある。
【００４３】
請求項２記載の発明および請求項３記載の発明では、試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を減じることにより、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【００４４】
請求項４記載の発明および請求項５記載の発明では、試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を外し試料のみを置いて測定した陽電子消滅γ線計数を減じることにより、試料が陽電子を発生させる放射能を含んだ場合でも、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【００４５】
請求項６記載の発明および請求項７記載の発明では、試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を外し試料のみを置いて測定した陽電子消滅γ線計数を減じ、陽電子源を外し試料も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を加えることにより、試料および、校正線源を含む環境が陽電子を発生させる放射能を含んだ場合でも、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【００４６】
請求項８記載の発明では、試料をアクティブポートの陽電子源の近傍に置くことにより請求項１記載の発明と同じ効果があることに加え、試料をパッシブポートの線源のダミーの近傍に置くことにより、試料や環境に電子対生成を起こしうる放射能がある場合でも一回の測定で、試料を陽電子源近傍に置いた測定の計数に含まれる、試料以外で発生したすべての陽電子消滅γ線成分の合計計数が得られ、かつ試料の放射能が強い場合でも試料をアクティブポートの陽電子源の近傍に置いた測定と同じエネルギー分解能となるため、これらの成分の計算による除去を容易にし、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価の実現に資する効果がある。
【００４７】
請求項９記載の発明および請求項１０記載の発明では、試料を陽電子源近傍に置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を陽電子源から発生する陽電子が届かない場所において測定した陽電子消滅γ線計数を減じることにより、試料や環境に電子対生成を起こしうる放射能がある場合でも、試料から発生した陽電子消滅γ線の計数のみを得ることができ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源及び試料を装荷した状態を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源を装荷し、試料を装荷しない状態を示す断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源を装荷せず、試料を装荷した状態を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源及び試料を装荷しない状態を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源近傍に試料を装荷した状態を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、ダミー線源近傍に試料を装荷した状態を示す断面図。
【図７】従来の陽電子消滅γ線測定装置を示す図。
【図８】従来の陽電子消滅γ線測定装置におけるγ線スペクトルデータの評価方法を示す図。
【符号の説明】
１ 陽電子源
３ ダミー線源
６ 陽電子遮蔽板
６ａ 陽電子遮蔽板
６ｂ 陽電子遮蔽板
７ γ線コリメータ
７ａ γ線コリメータ
７ｂ γ線コリメータ
８ γ線検出器
９ γ線遮蔽
１１ 試料
１４ データ処理計算機
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽電子消滅γ線のエネルギー分布から陽電子の対消滅相手の電子またはそれを含む材料の性質を調べるための、陽電子消滅γ線測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放射性同位元素を陽電子源とする簡便な測定方法としては、内部消滅が少ない薄膜状の陽電子源を試料で挟む方法と、薄膜状の陽電子源の片面を性質が安定であるアルミニウム材などのパッチで覆う方法などがある。前者は、試料以外での陽電子消滅を避けるため試料に充分な大きさが必要であり、試料で挟むため陽電子源に支持構造を設けることができず、薄膜状の陽電子源を直接取り扱う必要がある。後者は、パッチでの陽電子消滅成分がバックグランドとなりＳ／Ｎ比が悪くパッチに依存した相対評価となる。また、パッチでの消滅成分と試料での消滅成分の比率を一定に保つ必要があり、やはり試料およびパッチ以外での陽電子消滅を避けるため試料には充分な大きさが必要となる。
【０００３】
以下、図７および図８を用いて、後者の陽電子消滅γ線測定方法および装置の従来例について説明する。
【０００４】
図７に示す従来の陽電子消滅γ線測定装置は、陽電子源１、アルミニウムパッチ５、γ線検出器８、陽電子源支持構造１０、マルチチャンネル波高分析器１３、およびデータ処理計算機１４から構成され、測定時には試料１１が設置される。
【０００５】
このように構成された陽電子消滅γ線測定装置においては、陽電子源１で発生した陽電子の一部は陽電子源１の内部で消滅し、γ線検出器８の側へ放出された陽電子のすべてはアルミニウムパッチ５で消滅する。また、試料１１の側へ放出された陽電子の一部または全部が試料１１で消滅し、その他は空気中または他の構造物で消滅する。消滅した陽電子は、いずれも陽電子消滅γ線となり、発生場所により検出効率は異なるが、それらは弁別されずにγ線検出器８によって検出される。したがって、陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ５からの陽電子消滅γ線が、検出された陽電子消滅γ線の半分以上を占め、試料１１からの陽電子消滅γ線は半分に満たない。しかし、一回の陽電子発生に対する陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ５での陽電子消滅割合は一定であり、そこで発生した陽電子消滅γ線に対するγ線検出器８の検出効率も一定ならば、γ線検出器８にこれらが検出される割合も一定となる。また、それらの大部分を占めるアルミニウムパッチからの陽電子消滅ガンマ線のエネルギー分布は、アルミニウムの格子欠陥濃度が安定であるため、ほぼ一定となる。したがって、試料１１が充分大きくかつ陽電子源１に密着するなどしていて、試料１１側へ放出された陽電子が試料１１で消滅する割合が１００％であって、そこで発生した陽電子消滅γ線に対するγ線検出器８の検出効率も一定である場合には、検出される全陽電子消滅γ線に占める試料１１以外からの陽電子消滅γ線の比率とそのエネルギー分布はほぼ一定となり、それを含んで検出された全陽電子消滅γ線のエネルギー分布の変動は、すべて試料１１の性質変化に起因するものとして評価することが可能となる。
【０００６】
γ線検出器８は検出したγ線のエネルギーに比例した波高の電気パルス信号を出力し、マルチチャンネル波高分析器１３は電気パルス信号の波高をＡＤ変換し、そのＡＤ変換値毎に設けられたチャンネルで電気パルス信号を計数する。データ処理計算機１４は、図８に示すように、マルチチャンネル波高分析器１３で得られた陽電子消滅γ線測定データ３１を、ピーク中心部領域３４とピーク周辺部領域３５に分け、ピーク中心部領域３４およびピーク周辺部領域３５に含まれる計数と、ピーク中心部領域３４に含まれる計数の比を求め、試料１１の評価指標とする。これは、試料１１中の格子欠陥が増えると、陽電子消滅γ線に含まれるエネルギー分布幅の狭い成分の比率が増え、測定装置のエネルギー分解能が一定ならばピーク中心部領域３４の計数割合が増加することを利用したものである。
【０００７】
しかし、この方法においては、試料１１以外からの陽電子消滅γ線の比率が半分以上を占めるため、それらの計数の統計的偶然誤差がＳ／Ｎ比を悪くする大きな要因となる。また、測定装置や陽電子源や試料形状が異なるなどで、陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ５からの陽電子消滅γ線と、試料１１からの陽電子消滅γ線の検出割合が異なったり、試料１１以外からの陽電子消滅γ線のエネルギー分布が異なったり、γ線検出器８およびマルチチャンネル波高分析器１３によるエネルギー分解能が異なったりした測定データ間においては、評価結果の相互比較が不可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の陽電子源を試料で挟む従来の陽電子消滅γ線測定方法および装置においては、試料に充分な大きさが必要であるため、放射性の試料では放射線量が高くなり測定の妨害や作業の支障になったり、薄膜状で破損しやすい陽電子線源を直接取り扱うデリケートな作業となるため産業への適用に問題があり、これを解決することが課題であった。
【０００９】
また、上述の陽電子源の片側をパッチで覆う従来の陽電子消滅γ線測定方法および装置においては、全陽電子消滅γ線計数に対して陽電子源内部および主に試料とは逆方向に設置された構造物で発生する陽電子消滅γ線計数の成分が半分以上を占め、Ｓ／Ｎ比が悪いばかりでなく試料の形状などによりその成分割合が変化したり、構造物の性質変化により陽電子消滅γ線のエネルギー分布が変化したりするため、試料の性質のみを反映した測定結果を得ることが困難となったり、従来の陽電子源を試料で挟む従来の陽電子消滅γ線測定方法および装置と同様に、試料に充分な大きさが必要であるため、放射性の試料では放射線量が高くなり測定の妨害や作業の支障になったりするため産業への適用に問題があり、これを解決することが課題であった。
【００１０】
また、測定される陽電子消滅γ線のエネルギー分布が測定装置のエネルギー分解能に依存し、エネルギー分解能が異なる測定データ間において評価結果の相互比較が不可能となることを解決することも課題であった。
【００１１】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、測定される陽電子消滅γ線に含まれる、試料以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を低減してＳ／Ｎ比を向上させるとともに、試料以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を計算により除去するとともに、測定系の分解能の影響を排除し、試料形状や測定装置の構造・性能・性質等に依存しない測定結果が得られる手段を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の陽電子消滅γ線測定方法および装置における手段について説明する。
【００１３】
請求項１に記載の発明は、両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、陽電子遮蔽板により陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータと、γ線コリメータを通過したγ線を検出するように配置されたγ線検出器とを有することを特徴としている。
【００１４】
上記構成の陽電子消滅γ線測定装置においては、陽電子源からγ線検出器側へ放射された陽電子のうち、陽電子消滅γ線がγ線コリメータを通してγ線検出器に検出され得る範囲で消滅する成分比率は、陽電子遮蔽板の厚さを無視すれば
（陽電子源から見たγ線コリメータ前端開口の立体角）／２π[sr]
であるため、陽電子源から陽電子遮蔽板までに一定の距離を置き、陽電子源から見たγ線コリメータ開口の立体角を小さくすることにより、上記の成分比率を低減することができる。
【００１５】
請求項２及び３に記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器とを用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を減じることを特徴としている。
【００１６】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料を置いた測定では試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、試料を置かない測定では、試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られるため、陽電子源と試料を置いた測定での計数値から、陽電子源を置いて試料を置かない測定での計数値を減じることにより、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。
【００１７】
また、請求項４及び５記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じることを特徴とする。
【００１８】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料が電子対生成を起こす放射能を持っている場合に、陽電子源と試料を置いた測定では陽電子源から放出された陽電子および試料の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、陽電子源を置いて試料を置かない測定では、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、陽電子源を置かず試料を置いた測定では試料の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られるため、陽電子源と試料を置いた測定での計数値から、陽電子源を置いて試料を置かない測定での計数値および陽電子源を置かず試料を置いた測定での計数値を減じることにより、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。
【００１９】
また、請求項６及び７に記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、γ線検出器とは逆側の陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じ、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を加えることを特徴とする。
【００２０】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料および環境等が電子対生成を起こす放射能を持っている場合に、陽電子源と試料を置いた測定では、陽電子源から放出された陽電子および試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、陽電子源を置いて試料を置かない測定では、陽電子源から放出された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、陽電子源を置かず試料を置いた測定では、試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、陽電子源も試料も置かない測定では、環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られるため、陽電子源と試料を置いた測定での計数値から、陽電子源を置いて試料を置かない測定での計数値および陽電子源を置かず試料を置いた測定での計数値を減じ、陽電子源も試料も置かない測定での計数値を加えることにより、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。
【００２１】
また、請求項８にの発明は、両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、陽電子遮蔽板により陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータとを有するアクティブポートと、アクティブポートと同構造であって、陽電子源のみが陽電子を放出しないダミーに置き換えられたパッシブポートと、アクティブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線と前記パッシブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線を、同等な効率で検出するように配置されたγ線検出器とを有していることを特徴としている。
【００２２】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、陽電子源からγ線検出器側へ放射された陽電子のうち、陽電子消滅γ線がγ線コリメータを通してγ線検出器に検出され得る範囲で消滅する成分比率は、陽電子遮蔽板の厚さを無視すれば
（陽電子源から見たγ線コリメータ前端開口の立体角）／２π[sr]
であるため、陽電子源から陽電子遮蔽板までに一定の距離を置き、陽電子源から見たγ線コリメータ開口の立体角を小さくすることにより、上記の成分比率を低減することができる。
【００２３】
さらに、試料をアクティブポートの陽電子源の直前に置いた場合と、パッシブポートの陽電子源のダミーの直前に置いた場合で、γ線検出器により検出される陽電子源からγ線検出器側へ放出された陽電子の陽電子消滅γ線のスペクトルおよび計数率が不変であるばかりでなく、試料周囲の構造等が不変であり、試料から自発的に発生するγ線やそれにより周囲で発生する二次的なγ線、特に試料後方での電子対生成と消滅で発生する陽電子消滅γ線のスペクトルおよび計数率も不変であるため、γ線検出器により検出される陽電子消滅γ線のスペクトルデータの差は、陽電子源から試料側へ放出された陽電子が試料中で消滅して発生する陽電子消滅γ線のみのスペクトルデータに相当する。
【００２４】
請求項９及び１０に記載の発明は、陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、陽電子源から放出された陽電子が届かない位置であって、かつ試料に対する周囲の構造物の配置と試料で発生するγ線やそれにより周囲の構造物で発生する二次的なγ線に対するγ線検出器の検出効率が、陽電子源近傍に試料を置いた測定と同等である位置に、試料を移して測定した陽電子消滅γ線計数を減じることを特徴としている。
【００２５】
上記構成の陽電子消滅γ線測定方法においては、試料や環境等が電子対生成を起こすγ線を放出する放射能を持つ場合など、試料を陽電子源近傍に置いた測定では、陽電子源から放出された陽電子および試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数が得られ、試料を陽電子源からの陽電子が届かない位置に置いた測定では、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数と、試料の放射能により生成された陽電子および環境等の放射能により生成された陽電子の消滅により試料および試料以外で発生した陽電子消滅γ線計数の和が得られるため、試料を陽電子源近傍に置いた測定での計数値から、試料を陽電子源から放出された陽電子が届かない位置に置いた測定での計数値を減じることにより、陽電子源から放出された陽電子の消滅により試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られる。また、前者の測定と後者の測定のいずれにおいても、γ線検出器による検出効率が等しい位置に試料が置かれるため、試料の放射能が強い場合でも、両者の測定において計数率に大きな差が生じない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし図６を参照して説明する。
【００２７】
図１ないし図４は、本発明の第１の実施の形態の陽電子消滅γ線測定方法及び装置を示すものである。
【００２８】
図１において、放射性同位元素６８Ｇeが封入されたフィルム状の陽電子源１は、周囲をリング状の陽電子源ホルダ２に保持されている。この陽電子源ホルダ２は、筒状のγ線遮蔽９の鉛直方向に貫通した貫通孔の上端開口部上に上面が一致するように設置されている。陽電子源１から一定距離下方に陽電子遮蔽板６と、γ線遮蔽９の開口および陽電子源ホルダ２の内径より狭く鉛直方向に貫通した開口を持つγ線コリメータ７が配置され、陽電子遮蔽板６はγ線コリメータ７の開口上端を塞いでいる。γ線コリメータ７の下にはγ線検出器８が配置され、その近傍には校正線源１２が設置されている。γ線検出器８の出力はマルチチャンネル波高分析器１３に入力され、マルチチャンネル波高分析器１３はデータ処理計算機１４と接続されている。測定対象物である試料１１は陽電子源１の上に置かれている。
【００２９】
図２は、図１から試料１１のみを取り除いたものであり、それ以外は図１と同一である。また、図３は、図１における陽電子源１と陽電子源ホルダ２を、ダミー線源３とダミー線源ホルダ４に置き換えたものであり、試料１１は図１と同様に載置されている。図４は、図２における陽電子源１と陽電子源ホルダ２を、ダミー線源３とダミー線源ホルダ４に置き換えたもので、試料１１は載置されていない。
【００３０】
図１ないし図４におけるデータ処理計算機１４は、各図においてマルチチャンネル波高分析器１３の制御を行うとともに、マルチチャンネル波高分析器１３により計数されたγ線スペクトルデータの処理を行なうものである。処理方法は、試料１１の放射能の有無、環境放射能の有無などにより以下の３方法から選択される。
【００３１】
試料１１が電子対生成を起こしうる放射能を持たない場合は、図１におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図２におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行う。
【００３２】
試料１１が電子対生成を起こしうる放射能を持ち、校正線源１２を含む環境が電子対生成を起こしうる放射能を持たない場合は、図１におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図２におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データおよび図３におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行う。
【００３３】
試料１１が電子対生成を起こしうる放射能を持ち、校正線源１２を含む環境も電子対生成を起こしうる放射能を持つ場合は、図１におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図２におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データおよび図３におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、さらに図４におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを加算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行う。
【００３４】
本実施の形態によれば、試料以外から発生する陽電子消滅γ線の検出割合を減少させることができ、S/N比が良好となり、さらに試料以外から発生する陽電子消滅γ線計数を計算により除去できるので、試料のみの性質を反映した感度の高いデータを得ることができる。
【００３５】
次に、本発明に係る第２の実施の形態の陽電子消滅γ線測定方法および装置図について図５および図６を参照しつつ説明する。
【００３６】
図５において、γ線遮蔽９には鉛直方向中心軸を中心として対称な位置に、鉛直方向に貫通した二つの同形状の開口部がある。放射性同位元素６８Ｇeが封入されたフィルム状の陽電子源１は周囲をリング状の陽電子源ホルダ２に保持され、陽電子源ホルダ２はγ線遮蔽９の一方の開口部上に上面が一致するように設置されている。陽電子源１から一定距離下方に陽電子遮蔽板６ａと、γ線遮蔽９の開口および陽電子源ホルダ２の内径より狭く鉛直方向に貫通した開口を持つγ線コリメータ７ａが配置され、陽電子遮蔽板６ａはγ線コリメータ７ａの開口上端を塞いでいる。また、ダミー線源３は周囲をリング状のダミー線源ホルダ４に保持され、ダミー線源ホルダ４はγ線遮蔽９の他方の開口部上に上面が一致するように設置されている。ダミー線源３から一定距離下方に陽電子遮蔽板６ｂと、γ線遮蔽９の開口およびダミー線源ホルダ４の内径より狭く鉛直方向に貫通した開口を持つγ線コリメータ７ｂが配置され、陽電子遮蔽板６ｂはγ線コリメータ７ｂの開口上端を塞いでいる。ここで、陽電子源ホルダ２とダミー線源ホルダ４、および陽電子遮蔽板６ａと６ｂ、およびγ線コリメータ７ａと７ｂは、それぞれ同材質かつ同形状であり、陽電子源ホルダ２および陽電子遮蔽板６ａおよびγ線コリメータ７ａの位置関係と、ダミー線源ホルダ４および陽電子遮蔽板６ｂおよびγ線コリメータ７ｂの位置関係は同様になっている。また、ダミー線源３は陽電子源１と同様な薄膜状である。
【００３７】
二つのγ線コリメータ７ａおよび７ｂの下には、γ線遮蔽９の鉛直方向中心軸上に、感度の中心が来るようにγ線検出器８が配置され、その近傍には校正線源１２が設置されている。γ線検出器８の出力はマルチチャンネル波高分析器１３に入力され、マルチチャンネル波高分析器１３はデータ処理計算機１４と接続されている。測定対象物である試料１１は陽電子源１の上に置かれている。
【００３８】
図６は、図５から試料１１の位置をダミー線源３の上に変更したものであり、それ以外は図５と同一である。
【００３９】
図５および図６におけるデータ処理計算機１４は、各図においてマルチチャンネル波高分析器１３の制御を行うとともに、マルチチャンネル波高分析器１３により計数されたγ線スペクトルデータの処理を行なうものである。処理方法は、図５におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データから、図６におけるマルチチャンネル波高分析器１３の計数データを減算し、得られた計数データに現れる陽電子消滅γ線計数に対して、従来の技術に準じた評価またはその他の評価を行うものである。
【００４０】
本実施の形態によれば、試料以外から発生する陽電子消滅γ線の検出割合を削減することができ、S/N比が良好となり、さらに試料以外から発生する陽電子消滅γ線計数を計算により除去できるので、試料のみの性質を反映した感度の高いデータを得ることができる。また、一回の測定で試料以外からのすべての陽電子消滅γ線計数が得られるとともに、試料の放射能が強い場合でも、試料測定の際と計数率およびに計数率に依存するエネルギー分解能に大きな差ができず、分解能が異なるスペクトルデータ間の演算で生じるスペクトル形状の変形効果を除去できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の陽電子消滅γ線測定方法および装置においては、以下のような効果がある。
【００４２】
請求項１記載の発明では、陽電子源が薄膜状であるため内部で消滅する陽電子が少なく、陽電子源から陽電子遮蔽板までに一定の距離を置いているため、陽電子源からγ線検出器側へ放射された陽電子のうち、γ線コリメータを通してγ線検出器から見える範囲で消滅する確率が小さいこと、陽電子遮蔽板により陽電子がγコリメータ内に入ってγ線検出器による陽電子消滅γ線の検出確率が大きい場所で消滅することを防いでいることにより、試料以外で発生する陽電子消滅γ線の検出確率を小さくし、Ｓ／Ｎ比を大きくし、試料の性質変化に対する感度を向上させる効果がある。
【００４３】
請求項２記載の発明および請求項３記載の発明では、試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を減じることにより、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【００４４】
請求項４記載の発明および請求項５記載の発明では、試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を外し試料のみを置いて測定した陽電子消滅γ線計数を減じることにより、試料が陽電子を発生させる放射能を含んだ場合でも、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【００４５】
請求項６記載の発明および請求項７記載の発明では、試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を外し試料のみを置いて測定した陽電子消滅γ線計数を減じ、陽電子源を外し試料も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を加えることにより、試料および、校正線源を含む環境が陽電子を発生させる放射能を含んだ場合でも、試料で発生した陽電子消滅γ線計数のみが得られ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【００４６】
請求項８記載の発明では、試料をアクティブポートの陽電子源の近傍に置くことにより請求項１記載の発明と同じ効果があることに加え、試料をパッシブポートの線源のダミーの近傍に置くことにより、試料や環境に電子対生成を起こしうる放射能がある場合でも一回の測定で、試料を陽電子源近傍に置いた測定の計数に含まれる、試料以外で発生したすべての陽電子消滅γ線成分の合計計数が得られ、かつ試料の放射能が強い場合でも試料をアクティブポートの陽電子源の近傍に置いた測定と同じエネルギー分解能となるため、これらの成分の計算による除去を容易にし、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価の実現に資する効果がある。
【００４７】
請求項９記載の発明および請求項１０記載の発明では、試料を陽電子源近傍に置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、試料を陽電子源から発生する陽電子が届かない場所において測定した陽電子消滅γ線計数を減じることにより、試料や環境に電子対生成を起こしうる放射能がある場合でも、試料から発生した陽電子消滅γ線の計数のみを得ることができ、試料の性質変化に対する感度向上と絶対評価を実現する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源及び試料を装荷した状態を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源を装荷し、試料を装荷しない状態を示す断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源を装荷せず、試料を装荷した状態を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源及び試料を装荷しない状態を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、陽電子源近傍に試料を装荷した状態を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態における陽電子消滅γ線測定装置において、ダミー線源近傍に試料を装荷した状態を示す断面図。
【図７】従来の陽電子消滅γ線測定装置を示す図。
【図８】従来の陽電子消滅γ線測定装置におけるγ線スペクトルデータの評価方法を示す図。
【符号の説明】
１ 陽電子源
３ ダミー線源
６ 陽電子遮蔽板
６ａ 陽電子遮蔽板
６ｂ 陽電子遮蔽板
７ γ線コリメータ
７ａ γ線コリメータ
７ｂ γ線コリメータ
８ γ線検出器
９ γ線遮蔽
１１ 試料
１４ データ処理計算機
Claims (10)
- 両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、
前記陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、
前記陽電子遮蔽板により前記陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータと、
前記γ線コリメータを通過したγ線を検出するように配置されたγ線検出器と、
を具備するすることを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置。 - 陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器とを用いた陽電子消滅γ線測定方法において、
前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を減じることによって、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定方法。 - 両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、
前記陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、
前記陽電子遮蔽板により前記陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータと、前記γ線コリメータを通過したγ線を検出するように配置されたγ線検出器と、
このγ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を減じる計算手段と、
を具備し、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置。 - 陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、前記陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、前記陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じることによって、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定方法。
- 両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、
前記陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、
前記陽電子遮蔽板により前記陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータと、
前記γ線コリメータを通過したγ線を検出するように配置されたγ線検出器と、
このγ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、前記陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、前記陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じる計算手段と、
を具備し、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置。 - 陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、前記陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じ、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を加えることによって、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定方法。
- 両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、
前記陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、
前記陽電子遮蔽板により前記陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータと、
前記γ線コリメータを通過したγ線を検出するように配置されたγ線検出器と、
このγ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に何も置かないで測定した陽電子消滅γ線計数と、前記陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し、前記陽電子源近傍に試料を置いた測定と同じ位置に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数とを減じ、陽電子源を撤去または陽電子を放出しないダミーと交換し試料を置かないで測定した陽電子消滅γ線計数を加える計算手段と、
を具備し、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置。 - 両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、前記陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、前記陽電子遮蔽板により前記陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータとを有するアクティブポートと、
前記アクティブポートと同構造であって、陽電子源のみが陽電子を放出しないダミーに置き換えられたパッシブポートと、
前記アクティブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線と前記パッシブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線を、同等な効率で検出するように配置されたγ線検出器と、
を具備することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置。 - 陽電子を放出する陽電子源と陽電子消滅γ線を検出するγ線検出器を用いた陽電子消滅γ線測定方法において、前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記陽電子源から放出された陽電子が届かない位置であって、かつ試料に対する周囲の構造物の配置と試料で発生するγ線やそれにより周囲の構造物で発生する二次的なγ線に対するγ線検出器の検出効率が、前記の陽電子源近傍に試料を置いた測定と同等である位置に、試料を移して測定した陽電子消滅γ線計数を減じることによって、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定方法。
- 両面から陽電子を放出する薄膜状の陽電子源と、前記陽電子源から一定の距離を隔てて配置され、陽電子を遮蔽し陽電子消滅γ線を透過させる陽電子遮蔽板と、前記陽電子遮蔽板により前記陽電子源側の開口が塞がれたγ線コリメータとを有するアクティブポートと、
前記アクティブポートと同構造であって、陽電子源のみが陽電子を放出しないダミーに置き換えられたパッシブポートと、
前記アクティブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線と前記パッシブポートの前記γ線コリメータを通過したγ線を、同等な効率で検出するように配置されたγ線検出器と、
前記γ線検出器とは逆側の前記陽電子源近傍に試料を置いて測定した陽電子消滅γ線計数から、前記陽電子源から放出された陽電子が届かない位置であって、かつ試料に対する周囲の構造物の配置と試料で発生するγ線やそれにより周囲の構造物で発生する二次的なγ線に対するγ線検出器の検出効率が、前記陽電子源近傍に試料を置いた測定と同等である位置に、試料を移して測定した陽電子消滅γ線計数を減じる計算手段と、
を具備し、前記陽電子源からの陽電子によって前記試料から生じた陽電子消滅γ線を測定することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置。
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