JP4184635B2 - 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や相対角分布や寿命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線測定方法およびその装置に関する。
【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式としては、以下に述べる第１の方式と、第２の方式がある。第１の方式は、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であり、第２の方式は内部消滅が少ない薄膜状の陽電子源を測定対象物で挟む方法である。
【０００３】
第１の方式は、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測定対象物での消滅成分の比率を一定に保つ必要があり、やはり測定対象物およびパッチ以外での陽電子消滅を避けるため測定対象物には充分な大きさが必要となる。
【０００４】
第２の方式は、測定対象物以外での陽電子消滅を避けるため測定対象物に充分な大きさが必要であり、測定対象物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。
【０００５】
以下、図３及び図４並びに図５を用いて、以上述べた従来の第１及び第２の方式について説明する。
【０００６】
図３は、第１の方式（陽電子源の片面をパッチで覆う方式）を説明するための概略構成図であり、陽電子源１、アルミニウムパッチ２、陽電子源支持構造３、γ線検出器４、アンプ５、ＡＤコンバータ６、マルチチャンネルメモリ７、およびデータ処理計算機８から構成され、測定時には陽電子源１に測定対象物９が当接するように設置される。
【０００７】
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４の側へ放射（放出）された陽電子のすべてはアルミニウムパッチ２で消滅する。また、測定対象物９の側へ放射された陽電子の一部または全部が測定対象物９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４によって検出される。
【０００８】
従って、陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ２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、測定対象物９からの陽電子消滅γ線は半分に満たない。
【０００９】
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２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４の検出効率も一定ならば、γ線検出器４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２からの陽電子消滅γ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。
【００１０】
従って、測定対象物９が充分大きくかつ陽電子源１に密着するなどしていて、測定対象物９側へ放射された陽電子が測定対象物９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４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線に占める測定対象物９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、すべて測定対象物９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。
【００１１】
γ線検出器４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、アンプ５はこれを増幅し、ＡＤコンバータ６はその波高をデジタル化し、マルチチャンネルメモリ７はデジタル化された波高値ごとに電気パルス信号の頻度を計数し記憶する。
【００１２】
データ処理計算機８は、図４に示すように、マルチチャンネルメモリ７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３２とピーク周辺部領域３３に分け、ピーク中心部領域３２およびピーク周辺部領域３３に含まれる計数と、ピーク中心部領域３２に含まれる計数の比を求め、測定対象物９の評価指標とする。これは、測定対象物９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３２の計数割合が増加することを利用したものである。
【００１３】
しかし、この第１の方式においては、測定対象物９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測定対象物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２からの陽電子消滅γ線と、測定対象物９からの陽電子消滅γ線の検出割合が異なったり、測定対象物９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。
【００１４】
図５は、第２の方式（陽電子源を測定対象物で挟む方式）を説明するための概略構成図であり、陽電子源１、γ線検出器４ａおよび４ｂ、アンプ５ａおよび５ｂ、コインシデンスゲート１０、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂ、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２、およびデータ処理計算機８から構成され、測定時には測定対象物９ａおよび９ｂが設置される。
【００１５】
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、外部へ放射された陽電子の一部または全部が測定対象物９ａあるいは９ｂで消滅し、その他は空気中または他の構造物で消滅する。
【００１６】
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４ａおよび４ｂによって検出される。陽電子源１が極めて薄く、測定対象物９ａおよび９ｂが十分大きい場合、陽電子源１の内部で消滅する陽電子はわずかであり、陽電子源１から外部へ放射される陽電子のすべてが測定対象物９ａあるいは９ｂで消滅するため、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、ほぼすべてが測定対象物９ａおよび９ｂ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。
【００１７】
γ線検出器４ａおよび４ｂ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、アンプ５ａおよび５ｂはそれを増幅するとともに、タイミング信号を発生する。
【００１８】
コインシデンスゲート１０は、アンプ４ａおよび４ｂから出力されたタイミング信号が同時であると判断された場合のみ、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂがアンプ５ａおよび５ｂで増幅されたパルス信号の波高のＡＤ変換を許可する。２パラメータマルチチャンネルメモリ１２は、デジタル化された２つの波高値の組み合わせごとに電気パルス信号の頻度を計数し記憶する。
【００１９】
データ処理計算機８は、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２により計数された２次元のスペクトルデータから、目的にあった処理を行い、測定対象物９ａおよび９ｂの評価を行う。陽電子消滅γ線は、ほとんどの場合ほぼ180°方向に２本同時に発生するため、それらを同時に検出した場合だけを有効なデータとすることで高いＳ／Ｎ比が得られる。また、それぞれのエネルギーを測定することにより２次元の情報を得ることができ、より詳細な評価が可能となる。
【００２０】
しかし、この方法では陽電子源１が極めて薄いため破損しやすく、周囲への放射能汚染の危険があり、さらに陽電子源１を測定対象物９ａおよび９ｂで支えるため、測定対象物９ａおよび９ｂを設置するたびに破損しやすい陽電子源１を直に取扱わなければならない。
【００２１】
また、測定対象物９ａおよび９ｂには十分な大きさが必要であり、放射性に試料の場合などＳ／Ｎ比の悪化や放射線被爆なども問題となる。測定対象物９ａおよび９ｂの大きさが不十分である場合には、漏洩した陽電子がγ線検出器４ａまたは４ｂの方向へも飛んで行き、それらによる消滅γ線はγ線検出器４ａまたは４ｂにより高効率で検出されることになる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の第２の方式（陽電子源を測定対象物で挟む方式）においては、測定対象物９ａ，９ｂに充分な大きさが必要であるため、放射性の測定対象物９ａ，９ｂ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、又薄膜状で破損しやすい陽電子源１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。
【００２３】
また、上述の第１の方式（陽電子源１の片側をパッチで覆う方式）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測定対象物９とは逆方向に設置されたアルミニウムパッチ２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、測定対象物９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、測定対象物９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する。又、従来の第２の方式と同様に、測定対象物に充分な大きさが必要であるため、放射性の測定対象物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。
【００２４】
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、測定対象物以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を除去することができ、測定対象物形状や測定装置の構造等に依存しない測定結果が得られる陽電子消滅γ線測定方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、測定対象物に対して対向配置され、陽電子を放射する陽電子源と、該陽電子源と該測定対象物の間を除く該陽電子源と該測定対象物の周囲に該陽電子源および該測定対象物において消滅しなかった陽電子を検出する陽電子検出手段を設置し、該陽電子源から放射された陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出手段を設置した状態で、前記陽電子検出手段で検出された検出信号と前記γ線検出手段から出力された検出信号の同時性の有無を判定し、同時性が無いと判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号を、又同時性が有ると判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号と弁別して計測することを特徴とする陽電子消滅γ線測定方法である。
【００２６】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、測定対象物に対して対向配置され、陽電子を放射する陽電子源と、前記陽電子源と前記測定対象物の間を除く該陽電子源と該測定対象物の周囲に設置され、該陽電子源および該測定対象物において消滅しなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、前記陽電子源から放射された陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出手段と、前記陽電子検出手段から出力される検出信号と前記γ線検出手段から出力される検出信号の同時性の有無を判定する同時判定手段と、前記同時判定手段により同時性が無いと判定された場合の前記γ線検出手段から出力された検出信号を、同時性が有ると判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号と弁別して計測する弁別手段とを具備することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置である。
【００２７】
請求項１又は２に対応する発明によれば、陽電子源から放射された陽電子のうち、陽電子源あるいは測定対象物で消滅しなかった陽電子を検出し、これと同期していない陽電子消滅γ線のみを計測することで、陽電子源および測定対象物以外での消滅成分を除去することができ、陽電子源内部での消滅成分が無視しうる場合に測定対象物での消滅成分のみを得ることができる。
【００２８】
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、前記γ線検出手段から出力されるγ線検出信号データから、前記測定対象物を設置しないとき得られるγ線検出信号を減ずることを特徴とする請求項１に記載の陽電子消滅γ線測定方法である。
【００２９】
前記目的を達成するため、請求項４に対応する発明は、前記γ線検出手段から出力されるγ線検出信号データから、前記測定対象物を設置しないとき得られるγ線検出信号を減ずる減算手段とを更に具備することを特徴とする請求項２に記載の陽電子消滅γ線測定装置である。
【００３０】
請求項３又は４に対応する発明によれば、測定対象物を設置しないで計測することにより、陽電子源内部での消滅成分のみが得られるため、測定対象物を設置した計測で得られる陽電子源および測定対象物での消滅成分から陽電子源内部での消滅成分を減算することで、測定対象物での消滅成分のみを得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る陽電子消滅γ線測定方法および装置の第１の実施形態（主としてγ線エネルギーを測定するもの）を説明するための概略構成図である。
【００３３】
図１において、陽電子源１は、陽電子を放射する放射性同位元素が封入されたフィルム状のものであって、この周囲は図示しないリング状の陽電子源ホルダに保持されており、放射性同位元素としては６８Ｇｅあるいは２２Ｎａなどを使用している。
【００３４】
陽電子源１の両側には、測定対象物９ａおよび９ｂを設置するスペースを介して陽電子検出手段を構成する陽電子検出器１３ａおよび１３ｂが配置され、さらに陽電子検出器１３ａおよび１３ｂの両外側にはコリメータ１４ａおよび１４ｂをそれぞれ介してγ線検出器４ａおよび４ｂが配置されている。この場合、陽電子検出器１３ａおよび１３ｂは、コリメータ１４ａおよび１４ｂの陽電子源１側の開口部を塞いでいる。
【００３５】
陽電子検出器１３ａおよび１３ｂとしては、薄型のＳＳＢ（Silicon Surface Barrier）半導体検出器などを用い、またγ線検出手段を構成するγ線検出器４ａおよび４ｂとしては分解能の高純度Ｇｅ半導体検出器などを用いる。
【００３６】
γ線検出器４ａおよび４ｂはそれぞれアンプ５ａおよび５ｂに接続され、アンプ５ａおよび５ｂからはγ線検出の度にタイミングパルス信号とγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号が出力される。陽電子検出器１３ａおよび１３ｂはアンプ５ｃに夫々並列に接続され、アンプ５ｃからは陽電子検出の度にタイミングパルス信号が出力される。
【００３７】
同時判定手段を構成するコインシデンスゲート１０は、アンプ５ａおよび５ｂから同時にタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、それらに同期したタイミングパルス信号を出力し、アンチコインシデンスゲート１５は、コインシデンスゲート１０およびアンプ５ｃから同時にタイミングパルス信号が出力されなかった場合にのみ、コインシデンスゲート１０から出力されたタイミングパルス信号に同期したタイミングパルス信号を出力する。
【００３８】
アンチコインシデンスゲート１５とＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂは、弁別手段を構成し、アンチコインシデンスゲート１５からタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、アンプ５ａおよび５ｂから出力されたγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号をＡＤ変換する。２パラメータマルチチャンネルメモリ１２は、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂにより得られた二つのＡＤ変換結果の組み合わせごとに頻度を計数し記憶する。
【００３９】
データ処理計算機８は、測定対象物９ａおよび９ｂを設置した測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データから、測定対象物９ａおよび９ｂを取り除いた測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データを減算して得られた計数データから、目的にあった処理を行い、測定対象物９ａおよび９ｂの評価を行う。
【００４０】
この実施の形態において、測定対象物９ａおよび９ｂを設置した測定では陽電子源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、陽電子源１の外部に放射されたものの一部は測定対象物９ａまたは９ｂで消滅し、それ以外は陽電子源ホルダやコリメータ１４ａまたは１４ｂの陽電子源１側端面などのγ線検出器４ａ，４ｂから見えない位置で消滅するか、陽電子検出器１３ａまたは１３ｂに入射してから消滅する。
【００４１】
陽電子源１の内部または測定対象物９ａまたは９ｂで陽電子が消滅して発生する２本の消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出した場合は、アンプ５ａおよび５ｂから同時にタイミングパルス信号が出力され、コインシデンスゲート１０からタイミングパルス信号が出力される。
【００４２】
一方、消滅前の当該陽電子は陽電子検出器１３ａおよび１３ｂで検出されないため、コインシデンスゲート１０から出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号はアンプ５ｃから出力されず、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力され、アンプ５ａおよび５ｂから出力されたγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂによりデジタルに変換され、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数記憶される。
【００４３】
一方、γ線検出器４ａ，４ｂから見えない位置で陽電子が消滅した場合は、消滅γ線をγ線検出器４ａまたは４ｂで検出しないため、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数されず、陽電子検出器１３ａまたは１３ｂに陽電子が入射してから消した場合は、ほぼ１００％に近い効率で検出され、アンプ５ｃからタイミングパルス信号が出力されるため、当該陽電子が消滅して発生する２本の消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出し、アンプ５ｃから出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号がコインシデンスゲート１０から出力されても、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力されず、アンプ５ａおよび５ｂから出力されたγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂによりＡＤ変換されず、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数記憶されない。
【００４４】
従って、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数記憶されるのは、陽電子源１の内部または測定対象物９ａまたは９ｂで陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。測定対象物９ａおよび９ｂを取り除いた測定では、測定対象物９ａまたは９ｂでの陽電子消滅はなくなり、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数されるのは陽電子源１の内部で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。
【００４５】
測定対象物９ａおよび９ｂを設置した測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データから、測定対象物９ａおよび９ｂを取り除いた測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データをデータ処理計算機８により減算することにより、測定対象物９ａまたは９ｂで陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけの計数データを得ることができる。
【００４６】
以上述べた第１の実施の形態によれば、陽電子源１から放射された陽電子のうち、陽電子源１あるいは測定対象物９ａ，９ｂで消滅しなかった陽電子を陽電子検出器１３ａ，１３ｂにより検出し、これと同期していない陽電子消滅γ線のみを計測することで、陽電子源１および測定対象物９ａ，９ｂ以外での消滅成分を除去することができ、陽電子源１内部での消滅成分が無視しうる場合に測定対象物９ａ，９ｂでの消滅成分のみを得ることができるという効果がある。
【００４７】
次に、本発明に係る陽電子消滅γ線測定方法および装置の第２の実施の形態（主として陽電子の寿命を測定するもの）を図２を用いて説明する。
【００４８】
図２は、その概略構成を示す図であり、陽電子源１は、陽電子を放射する放射性同位元素が封入されたフィルム状のものであって、この周囲は図示しないリング状の陽電子源ホルダに保持されており、放射性同位元素としては２２Ｎａなどを使用している。陽電子源１の上側は、測定対象物９を設置するスペースであり、陽電子源１の下側には陽電子検出器１３が密着して配置され、さらに下側の２方向にはγ線検出器４ａおよび４ｂが配置されている。
【００４９】
陽電子検出器１３には薄型のＳＳＢ（Silicon Surface Barrier）半導体検出器などを用い、γ線検出器４ａおよび４ｂには応答の早いシンチレーション検出器などを用いる。γ線検出器４ａおよび４ｂはそれぞれアンプ５ａおよび５ｂに接続されるともに、応答の速いタイミングパルス信号がＴＡＣ（タイム トゥーアンプリチュード コンバータ）１６にスタートおよびストップ信号入力として接続されている。アンプ６ａおよび６ｂからはγ線検出の度にタイミングパルス信号が出力される。
【００５０】
陽電子検出器１３はアンプ５ｃに接続され、アンプ５ｃからは陽電子検出の度にタイミングパルス信号が出力される。コインシデンスゲート１０は、アンプ５ａおよび５ｂから同時にタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、それらに同期したタイミングパルス信号を出力し、アンチコインシデンスゲート１５は、コインシデンスゲート１０およびアンプ５ｃから同時にタイミングパルス信号が出力されなかった場合にのみ、コインシデンスゲート１０から出力されたタイミングパルス信号に同期したタイミングパルス信号を出力する。
【００５１】
ＴＡＣ１６は、γ線検出器４ａおよび４ｂから出力される応答の速いタイミングパルス信号の時間差に比例した波高のパルス信号を出力し、ＡＤコンバータ１１は、アンチコインシデンスゲート１５からタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、ＴＡＣ１６から出力されるパルス信号をＡＤ変換する。マルチチャンネルメモリ７は、ＡＤコンバータ１１により得られたＡＤ変換結果ごとに頻度を計数し記憶する。データ処理計算機８は、測定対象物９を設置した測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データから、測定対象物９を取り除いた測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データを減算して得られた計数データから、目的にあった処理を行い、測定対象物９の評価を行う。
【００５２】
この実施の形態において、測定対象物９を設置した測定では陽電子源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、陽電子源１の上側に放射されたものの一部は測定対象物９で消滅し、それ以外はγ線検出器４ａ，４ｂによる検出感度を無視しうるに十分な遠方にて消滅する。陽電子源１の下側に放射された陽電子は、陽電子検出器１３に入射してから消滅する。
【００５３】
陽電子と同時に発生するγ線、および陽電子源１の内部または測定対象物９で陽電子が消滅して発生する消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出した場合は、γ線検出器４ａおよび４ｂから陽電子の寿命に相当する微小な時間差を持ったタイミングパルス信号が出力され、ＴＡＣ１６により陽電子の寿命に比例した波高のパルス信号に変換される。
【００５４】
また、アンプ５ａおよび５ｂからは同時にタイミングパルス信号が出力され、コインシデンスゲート１０からタイミングパルス信号が出力されるが、消滅前の当該陽電子は陽電子検出器１３で検出されないため、コインシデンスゲート１０から出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号はアンプ５ｃから出力されず、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力され、ＴＡＣ１６から出力された陽電子の寿命に比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１によりＡＤ変換され、マルチチャンネルメモリ７において計数記憶される。
【００５５】
一方、γ線検出器４ａによる検出感度を無視しうるに十分な遠方で陽電子が消滅した場合は、消滅γ線をγ線検出器４ａまたは４ｂで検出しないため、マルチチャンネルメモリ７に計数記憶されず、陽電子検出器１３に陽電子が入射してから消滅した場合は、ほぼ１００％に近い効率で検出され、アンプ５ｃからタイミングパルス信号が出力されるため、当該陽電子と同時に発生するγ線および当該陽電子が消滅して発生する消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出し、アンプ６ｃから出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号がコインシデンスゲート１０から出力されても、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力されず、ＴＡＣ１６から出力された陽電子の寿命に比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１によりデジタルに変換されず、マルチチャンネルメモリ７に計数記憶されない。
【００５６】
従って、マルチチャンネルメモリ７に計数されるのは陽電子源１の内部、または測定対象物９で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。測定対象物９を取り除いた測定では、測定対象物９での陽電子消滅はなくなり、マルチチャンネルメモリ７に計数記憶されるのは陽電子源１の内部で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。
【００５７】
測定対象物９を設置した測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データから、測定対象物９を取り除いた測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データを、データ処理計算機８により減算することにより、測定対象物９で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけの計数データを得ることができる。
【００５８】
本発明は前述した実施形態に限定されず、陽電子検出手段、γ線検出手段、
同時判定手段、弁別手段等は、種々変形して実施できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、測定される陽電子消滅γ線に含まれる、測定対象物以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を除去することができ、測定対象物形状や測定装置の構造等に依存しない測定結果が得られる陽電子消滅γ線測定方法およびその装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の陽電子消滅γ線測定方法およびその装置に係る第１の実施の形態を説明するための概略構成図。
【図２】本発明の陽電子消滅γ線測定方法およびその装置に係る第２の実施の形態を説明するための概略構成図。
【図３】従来の陽電子消滅γ線測定装置の第１の例を説明するための概略構成図。
【図４】図３におけるγ線スペクトルデータ評価方法を説明するための図。
【図５】従来の陽電子消滅γ線測定装置の第２の例を説明するための概略構成図。
【符号の説明】
１…陽電子源
２…アルミニウムパッチ
３…陽電子源支持構造
４，４ａ，４ｂ…γ線検出器
５，５ａ，５ｂ，５ｃ…アンプ
６…ＡＤコンバータ
７…マルチチャンネルメモリ
８…データ処理計算機
９，９ａ，９ｂ…測定対象物
１０…コインシデンスゲート
１１，１１ａ，１１ｂ…ＡＤコンバータ
１２…２パラメータマルチチャンネルメモリ
１３ａ，１３ｂ…陽電子検出器
１４ａ，１４ｂ…コリメータ
１５…アンチコインシデンスゲート
１６…ＴＡＣ（タイム トゥー アンプリチュード コンバータ）
３１…陽電子消滅γ線測定データ
３２…ピーク中心部領域
３３…ピーク周辺部領域
【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や相対角分布や寿命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線測定方法およびその装置に関する。
【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式としては、以下に述べる第１の方式と、第２の方式がある。第１の方式は、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であり、第２の方式は内部消滅が少ない薄膜状の陽電子源を測定対象物で挟む方法である。
【０００３】
第１の方式は、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測定対象物での消滅成分の比率を一定に保つ必要があり、やはり測定対象物およびパッチ以外での陽電子消滅を避けるため測定対象物には充分な大きさが必要となる。
【０００４】
第２の方式は、測定対象物以外での陽電子消滅を避けるため測定対象物に充分な大きさが必要であり、測定対象物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。
【０００５】
以下、図３及び図４並びに図５を用いて、以上述べた従来の第１及び第２の方式について説明する。
【０００６】
図３は、第１の方式（陽電子源の片面をパッチで覆う方式）を説明するための概略構成図であり、陽電子源１、アルミニウムパッチ２、陽電子源支持構造３、γ線検出器４、アンプ５、ＡＤコンバータ６、マルチチャンネルメモリ７、およびデータ処理計算機８から構成され、測定時には陽電子源１に測定対象物９が当接するように設置される。
【０００７】
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４の側へ放射（放出）された陽電子のすべてはアルミニウムパッチ２で消滅する。また、測定対象物９の側へ放射された陽電子の一部または全部が測定対象物９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４によって検出される。
【０００８】
従って、陽電子源１の内部およびアルミニウムパッチ２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、測定対象物９からの陽電子消滅γ線は半分に満たない。
【０００９】
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２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４の検出効率も一定ならば、γ線検出器４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２からの陽電子消滅γ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。
【００１０】
従って、測定対象物９が充分大きくかつ陽電子源１に密着するなどしていて、測定対象物９側へ放射された陽電子が測定対象物９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４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線に占める測定対象物９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、すべて測定対象物９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。
【００１１】
γ線検出器４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、アンプ５はこれを増幅し、ＡＤコンバータ６はその波高をデジタル化し、マルチチャンネルメモリ７はデジタル化された波高値ごとに電気パルス信号の頻度を計数し記憶する。
【００１２】
データ処理計算機８は、図４に示すように、マルチチャンネルメモリ７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３２とピーク周辺部領域３３に分け、ピーク中心部領域３２およびピーク周辺部領域３３に含まれる計数と、ピーク中心部領域３２に含まれる計数の比を求め、測定対象物９の評価指標とする。これは、測定対象物９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３２の計数割合が増加することを利用したものである。
【００１３】
しかし、この第１の方式においては、測定対象物９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測定対象物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２からの陽電子消滅γ線と、測定対象物９からの陽電子消滅γ線の検出割合が異なったり、測定対象物９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。
【００１４】
図５は、第２の方式（陽電子源を測定対象物で挟む方式）を説明するための概略構成図であり、陽電子源１、γ線検出器４ａおよび４ｂ、アンプ５ａおよび５ｂ、コインシデンスゲート１０、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂ、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２、およびデータ処理計算機８から構成され、測定時には測定対象物９ａおよび９ｂが設置される。
【００１５】
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、外部へ放射された陽電子の一部または全部が測定対象物９ａあるいは９ｂで消滅し、その他は空気中または他の構造物で消滅する。
【００１６】
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４ａおよび４ｂによって検出される。陽電子源１が極めて薄く、測定対象物９ａおよび９ｂが十分大きい場合、陽電子源１の内部で消滅する陽電子はわずかであり、陽電子源１から外部へ放射される陽電子のすべてが測定対象物９ａあるいは９ｂで消滅するため、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、ほぼすべてが測定対象物９ａおよび９ｂ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。
【００１７】
γ線検出器４ａおよび４ｂ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、アンプ５ａおよび５ｂはそれを増幅するとともに、タイミング信号を発生する。
【００１８】
コインシデンスゲート１０は、アンプ４ａおよび４ｂから出力されたタイミング信号が同時であると判断された場合のみ、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂがアンプ５ａおよび５ｂで増幅されたパルス信号の波高のＡＤ変換を許可する。２パラメータマルチチャンネルメモリ１２は、デジタル化された２つの波高値の組み合わせごとに電気パルス信号の頻度を計数し記憶する。
【００１９】
データ処理計算機８は、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２により計数された２次元のスペクトルデータから、目的にあった処理を行い、測定対象物９ａおよび９ｂの評価を行う。陽電子消滅γ線は、ほとんどの場合ほぼ180°方向に２本同時に発生するため、それらを同時に検出した場合だけを有効なデータとすることで高いＳ／Ｎ比が得られる。また、それぞれのエネルギーを測定することにより２次元の情報を得ることができ、より詳細な評価が可能となる。
【００２０】
しかし、この方法では陽電子源１が極めて薄いため破損しやすく、周囲への放射能汚染の危険があり、さらに陽電子源１を測定対象物９ａおよび９ｂで支えるため、測定対象物９ａおよび９ｂを設置するたびに破損しやすい陽電子源１を直に取扱わなければならない。
【００２１】
また、測定対象物９ａおよび９ｂには十分な大きさが必要であり、放射性に試料の場合などＳ／Ｎ比の悪化や放射線被爆なども問題となる。測定対象物９ａおよび９ｂの大きさが不十分である場合には、漏洩した陽電子がγ線検出器４ａまたは４ｂの方向へも飛んで行き、それらによる消滅γ線はγ線検出器４ａまたは４ｂにより高効率で検出されることになる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述の第２の方式（陽電子源を測定対象物で挟む方式）においては、測定対象物９ａ，９ｂに充分な大きさが必要であるため、放射性の測定対象物９ａ，９ｂ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、又薄膜状で破損しやすい陽電子源１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。
【００２３】
また、上述の第１の方式（陽電子源１の片側をパッチで覆う方式）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測定対象物９とは逆方向に設置されたアルミニウムパッチ２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、測定対象物９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、測定対象物９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する。又、従来の第２の方式と同様に、測定対象物に充分な大きさが必要であるため、放射性の測定対象物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。
【００２４】
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、測定対象物以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を除去することができ、測定対象物形状や測定装置の構造等に依存しない測定結果が得られる陽電子消滅γ線測定方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、測定対象物に対して対向配置され、陽電子を放射する陽電子源と、該陽電子源と該測定対象物の間を除く該陽電子源と該測定対象物の周囲に該陽電子源および該測定対象物において消滅しなかった陽電子を検出する陽電子検出手段を設置し、該陽電子源から放射された陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出手段を設置した状態で、前記陽電子検出手段で検出された検出信号と前記γ線検出手段から出力された検出信号の同時性の有無を判定し、同時性が無いと判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号を、又同時性が有ると判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号と弁別して計測することを特徴とする陽電子消滅γ線測定方法である。
【００２６】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、測定対象物に対して対向配置され、陽電子を放射する陽電子源と、前記陽電子源と前記測定対象物の間を除く該陽電子源と該測定対象物の周囲に設置され、該陽電子源および該測定対象物において消滅しなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、前記陽電子源から放射された陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出手段と、前記陽電子検出手段から出力される検出信号と前記γ線検出手段から出力される検出信号の同時性の有無を判定する同時判定手段と、前記同時判定手段により同時性が無いと判定された場合の前記γ線検出手段から出力された検出信号を、同時性が有ると判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号と弁別して計測する弁別手段とを具備することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置である。
【００２７】
請求項１又は２に対応する発明によれば、陽電子源から放射された陽電子のうち、陽電子源あるいは測定対象物で消滅しなかった陽電子を検出し、これと同期していない陽電子消滅γ線のみを計測することで、陽電子源および測定対象物以外での消滅成分を除去することができ、陽電子源内部での消滅成分が無視しうる場合に測定対象物での消滅成分のみを得ることができる。
【００２８】
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、前記γ線検出手段から出力されるγ線検出信号データから、前記測定対象物を設置しないとき得られるγ線検出信号を減ずることを特徴とする請求項１に記載の陽電子消滅γ線測定方法である。
【００２９】
前記目的を達成するため、請求項４に対応する発明は、前記γ線検出手段から出力されるγ線検出信号データから、前記測定対象物を設置しないとき得られるγ線検出信号を減ずる減算手段とを更に具備することを特徴とする請求項２に記載の陽電子消滅γ線測定装置である。
【００３０】
請求項３又は４に対応する発明によれば、測定対象物を設置しないで計測することにより、陽電子源内部での消滅成分のみが得られるため、測定対象物を設置した計測で得られる陽電子源および測定対象物での消滅成分から陽電子源内部での消滅成分を減算することで、測定対象物での消滅成分のみを得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る陽電子消滅γ線測定方法および装置の第１の実施形態（主としてγ線エネルギーを測定するもの）を説明するための概略構成図である。
【００３３】
図１において、陽電子源１は、陽電子を放射する放射性同位元素が封入されたフィルム状のものであって、この周囲は図示しないリング状の陽電子源ホルダに保持されており、放射性同位元素としては６８Ｇｅあるいは２２Ｎａなどを使用している。
【００３４】
陽電子源１の両側には、測定対象物９ａおよび９ｂを設置するスペースを介して陽電子検出手段を構成する陽電子検出器１３ａおよび１３ｂが配置され、さらに陽電子検出器１３ａおよび１３ｂの両外側にはコリメータ１４ａおよび１４ｂをそれぞれ介してγ線検出器４ａおよび４ｂが配置されている。この場合、陽電子検出器１３ａおよび１３ｂは、コリメータ１４ａおよび１４ｂの陽電子源１側の開口部を塞いでいる。
【００３５】
陽電子検出器１３ａおよび１３ｂとしては、薄型のＳＳＢ（Silicon Surface Barrier）半導体検出器などを用い、またγ線検出手段を構成するγ線検出器４ａおよび４ｂとしては分解能の高純度Ｇｅ半導体検出器などを用いる。
【００３６】
γ線検出器４ａおよび４ｂはそれぞれアンプ５ａおよび５ｂに接続され、アンプ５ａおよび５ｂからはγ線検出の度にタイミングパルス信号とγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号が出力される。陽電子検出器１３ａおよび１３ｂはアンプ５ｃに夫々並列に接続され、アンプ５ｃからは陽電子検出の度にタイミングパルス信号が出力される。
【００３７】
同時判定手段を構成するコインシデンスゲート１０は、アンプ５ａおよび５ｂから同時にタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、それらに同期したタイミングパルス信号を出力し、アンチコインシデンスゲート１５は、コインシデンスゲート１０およびアンプ５ｃから同時にタイミングパルス信号が出力されなかった場合にのみ、コインシデンスゲート１０から出力されたタイミングパルス信号に同期したタイミングパルス信号を出力する。
【００３８】
アンチコインシデンスゲート１５とＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂは、弁別手段を構成し、アンチコインシデンスゲート１５からタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、アンプ５ａおよび５ｂから出力されたγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号をＡＤ変換する。２パラメータマルチチャンネルメモリ１２は、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂにより得られた二つのＡＤ変換結果の組み合わせごとに頻度を計数し記憶する。
【００３９】
データ処理計算機８は、測定対象物９ａおよび９ｂを設置した測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データから、測定対象物９ａおよび９ｂを取り除いた測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データを減算して得られた計数データから、目的にあった処理を行い、測定対象物９ａおよび９ｂの評価を行う。
【００４０】
この実施の形態において、測定対象物９ａおよび９ｂを設置した測定では陽電子源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、陽電子源１の外部に放射されたものの一部は測定対象物９ａまたは９ｂで消滅し、それ以外は陽電子源ホルダやコリメータ１４ａまたは１４ｂの陽電子源１側端面などのγ線検出器４ａ，４ｂから見えない位置で消滅するか、陽電子検出器１３ａまたは１３ｂに入射してから消滅する。
【００４１】
陽電子源１の内部または測定対象物９ａまたは９ｂで陽電子が消滅して発生する２本の消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出した場合は、アンプ５ａおよび５ｂから同時にタイミングパルス信号が出力され、コインシデンスゲート１０からタイミングパルス信号が出力される。
【００４２】
一方、消滅前の当該陽電子は陽電子検出器１３ａおよび１３ｂで検出されないため、コインシデンスゲート１０から出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号はアンプ５ｃから出力されず、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力され、アンプ５ａおよび５ｂから出力されたγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂによりデジタルに変換され、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数記憶される。
【００４３】
一方、γ線検出器４ａ，４ｂから見えない位置で陽電子が消滅した場合は、消滅γ線をγ線検出器４ａまたは４ｂで検出しないため、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数されず、陽電子検出器１３ａまたは１３ｂに陽電子が入射してから消した場合は、ほぼ１００％に近い効率で検出され、アンプ５ｃからタイミングパルス信号が出力されるため、当該陽電子が消滅して発生する２本の消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出し、アンプ５ｃから出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号がコインシデンスゲート１０から出力されても、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力されず、アンプ５ａおよび５ｂから出力されたγ線のエネルギーに比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１ａおよび１１ｂによりＡＤ変換されず、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数記憶されない。
【００４４】
従って、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数記憶されるのは、陽電子源１の内部または測定対象物９ａまたは９ｂで陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。測定対象物９ａおよび９ｂを取り除いた測定では、測定対象物９ａまたは９ｂでの陽電子消滅はなくなり、２パラメータマルチチャンネルメモリ１２に計数されるのは陽電子源１の内部で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。
【００４５】
測定対象物９ａおよび９ｂを設置した測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データから、測定対象物９ａおよび９ｂを取り除いた測定による２パラメータマルチチャンネルメモリ１２の計数データをデータ処理計算機８により減算することにより、測定対象物９ａまたは９ｂで陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけの計数データを得ることができる。
【００４６】
以上述べた第１の実施の形態によれば、陽電子源１から放射された陽電子のうち、陽電子源１あるいは測定対象物９ａ，９ｂで消滅しなかった陽電子を陽電子検出器１３ａ，１３ｂにより検出し、これと同期していない陽電子消滅γ線のみを計測することで、陽電子源１および測定対象物９ａ，９ｂ以外での消滅成分を除去することができ、陽電子源１内部での消滅成分が無視しうる場合に測定対象物９ａ，９ｂでの消滅成分のみを得ることができるという効果がある。
【００４７】
次に、本発明に係る陽電子消滅γ線測定方法および装置の第２の実施の形態（主として陽電子の寿命を測定するもの）を図２を用いて説明する。
【００４８】
図２は、その概略構成を示す図であり、陽電子源１は、陽電子を放射する放射性同位元素が封入されたフィルム状のものであって、この周囲は図示しないリング状の陽電子源ホルダに保持されており、放射性同位元素としては２２Ｎａなどを使用している。陽電子源１の上側は、測定対象物９を設置するスペースであり、陽電子源１の下側には陽電子検出器１３が密着して配置され、さらに下側の２方向にはγ線検出器４ａおよび４ｂが配置されている。
【００４９】
陽電子検出器１３には薄型のＳＳＢ（Silicon Surface Barrier）半導体検出器などを用い、γ線検出器４ａおよび４ｂには応答の早いシンチレーション検出器などを用いる。γ線検出器４ａおよび４ｂはそれぞれアンプ５ａおよび５ｂに接続されるともに、応答の速いタイミングパルス信号がＴＡＣ（タイム トゥーアンプリチュード コンバータ）１６にスタートおよびストップ信号入力として接続されている。アンプ６ａおよび６ｂからはγ線検出の度にタイミングパルス信号が出力される。
【００５０】
陽電子検出器１３はアンプ５ｃに接続され、アンプ５ｃからは陽電子検出の度にタイミングパルス信号が出力される。コインシデンスゲート１０は、アンプ５ａおよび５ｂから同時にタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、それらに同期したタイミングパルス信号を出力し、アンチコインシデンスゲート１５は、コインシデンスゲート１０およびアンプ５ｃから同時にタイミングパルス信号が出力されなかった場合にのみ、コインシデンスゲート１０から出力されたタイミングパルス信号に同期したタイミングパルス信号を出力する。
【００５１】
ＴＡＣ１６は、γ線検出器４ａおよび４ｂから出力される応答の速いタイミングパルス信号の時間差に比例した波高のパルス信号を出力し、ＡＤコンバータ１１は、アンチコインシデンスゲート１５からタイミングパルス信号が出力された場合にのみ、ＴＡＣ１６から出力されるパルス信号をＡＤ変換する。マルチチャンネルメモリ７は、ＡＤコンバータ１１により得られたＡＤ変換結果ごとに頻度を計数し記憶する。データ処理計算機８は、測定対象物９を設置した測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データから、測定対象物９を取り除いた測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データを減算して得られた計数データから、目的にあった処理を行い、測定対象物９の評価を行う。
【００５２】
この実施の形態において、測定対象物９を設置した測定では陽電子源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、陽電子源１の上側に放射されたものの一部は測定対象物９で消滅し、それ以外はγ線検出器４ａ，４ｂによる検出感度を無視しうるに十分な遠方にて消滅する。陽電子源１の下側に放射された陽電子は、陽電子検出器１３に入射してから消滅する。
【００５３】
陽電子と同時に発生するγ線、および陽電子源１の内部または測定対象物９で陽電子が消滅して発生する消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出した場合は、γ線検出器４ａおよび４ｂから陽電子の寿命に相当する微小な時間差を持ったタイミングパルス信号が出力され、ＴＡＣ１６により陽電子の寿命に比例した波高のパルス信号に変換される。
【００５４】
また、アンプ５ａおよび５ｂからは同時にタイミングパルス信号が出力され、コインシデンスゲート１０からタイミングパルス信号が出力されるが、消滅前の当該陽電子は陽電子検出器１３で検出されないため、コインシデンスゲート１０から出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号はアンプ５ｃから出力されず、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力され、ＴＡＣ１６から出力された陽電子の寿命に比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１によりＡＤ変換され、マルチチャンネルメモリ７において計数記憶される。
【００５５】
一方、γ線検出器４ａによる検出感度を無視しうるに十分な遠方で陽電子が消滅した場合は、消滅γ線をγ線検出器４ａまたは４ｂで検出しないため、マルチチャンネルメモリ７に計数記憶されず、陽電子検出器１３に陽電子が入射してから消滅した場合は、ほぼ１００％に近い効率で検出され、アンプ５ｃからタイミングパルス信号が出力されるため、当該陽電子と同時に発生するγ線および当該陽電子が消滅して発生する消滅γ線をγ線検出器４ａおよび４ｂで同時に検出し、アンプ６ｃから出力されるタイミングパルス信号と同期したタイミングパルス信号がコインシデンスゲート１０から出力されても、アンチコインシデンスゲート１５からはタイミングパルス信号が出力されず、ＴＡＣ１６から出力された陽電子の寿命に比例した波高のパルス信号は、ＡＤコンバータ１１によりデジタルに変換されず、マルチチャンネルメモリ７に計数記憶されない。
【００５６】
従って、マルチチャンネルメモリ７に計数されるのは陽電子源１の内部、または測定対象物９で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。測定対象物９を取り除いた測定では、測定対象物９での陽電子消滅はなくなり、マルチチャンネルメモリ７に計数記憶されるのは陽電子源１の内部で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけとなる。
【００５７】
測定対象物９を設置した測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データから、測定対象物９を取り除いた測定によるマルチチャンネルメモリ７の計数データを、データ処理計算機８により減算することにより、測定対象物９で陽電子が消滅して発生する消滅γ線だけの計数データを得ることができる。
【００５８】
本発明は前述した実施形態に限定されず、陽電子検出手段、γ線検出手段、
同時判定手段、弁別手段等は、種々変形して実施できる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、測定される陽電子消滅γ線に含まれる、測定対象物以外で発生した陽電子消滅γ線の成分を除去することができ、測定対象物形状や測定装置の構造等に依存しない測定結果が得られる陽電子消滅γ線測定方法およびその装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の陽電子消滅γ線測定方法およびその装置に係る第１の実施の形態を説明するための概略構成図。
【図２】本発明の陽電子消滅γ線測定方法およびその装置に係る第２の実施の形態を説明するための概略構成図。
【図３】従来の陽電子消滅γ線測定装置の第１の例を説明するための概略構成図。
【図４】図３におけるγ線スペクトルデータ評価方法を説明するための図。
【図５】従来の陽電子消滅γ線測定装置の第２の例を説明するための概略構成図。
【符号の説明】
１…陽電子源
２…アルミニウムパッチ
３…陽電子源支持構造
４，４ａ，４ｂ…γ線検出器
５，５ａ，５ｂ，５ｃ…アンプ
６…ＡＤコンバータ
７…マルチチャンネルメモリ
８…データ処理計算機
９，９ａ，９ｂ…測定対象物
１０…コインシデンスゲート
１１，１１ａ，１１ｂ…ＡＤコンバータ
１２…２パラメータマルチチャンネルメモリ
１３ａ，１３ｂ…陽電子検出器
１４ａ，１４ｂ…コリメータ
１５…アンチコインシデンスゲート
１６…ＴＡＣ（タイム トゥー アンプリチュード コンバータ）
３１…陽電子消滅γ線測定データ
３２…ピーク中心部領域
３３…ピーク周辺部領域
Claims (4)
- 測定対象物に対して対向配置され、陽電子を放射する陽電子源と、該陽電子源と該測定対象物の間を除く該陽電子源と該測定対象物の周囲に該陽電子源および該測定対象物において消滅しなかった陽電子を検出する陽電子検出手段を設置し、該陽電子源から放射された陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出手段を設置した状態で、
前記陽電子検出手段で検出された検出信号と前記γ線検出手段から出力された検出信号の同時性の有無を判定し、同時性が無いと判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号を、又同時性が有ると判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号と弁別して計測することを特徴とする陽電子消滅γ線測定方法。 - 測定対象物に対して対向配置され、陽電子を放射する陽電子源と、
前記陽電子源と前記測定対象物の間を除く該陽電子源と該測定対象物の周囲に設置され、該陽電子源および該測定対象物において消滅しなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、
前記陽電子源から放射された陽電子が消滅する際に発生するγ線を検出するγ線検出手段と、
前記陽電子検出手段から出力される検出信号と前記γ線検出手段から出力される検出信号の同時性の有無を判定する同時判定手段と、
前記同時判定手段により同時性が無いと判定された場合の前記γ線検出手段から出力された検出信号を、同時性が有ると判定された場合の該γ線検出手段から出力された検出信号と弁別して計測する弁別手段と、
を具備することを特徴とする陽電子消滅γ線測定装置。 - 前記γ線検出手段から出力されるγ線検出信号データから、前記測定対象物を設置しないとき得られるγ線検出信号を減ずることを特徴とする請求項１に記載の陽電子消滅γ線測定方法。
- 前記γ線検出手段から出力されるγ線検出信号データから、前記測定対象物を設置しないとき得られるγ線検出信号を減ずる減算手段と、
を更に具備することを特徴とする請求項２に記載の陽電子消滅γ線測定装置。
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