JP4220015B2 - 電離放射線検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともイオンの有無を検出可能なイオン検出装置と、少なくとも電離放射線の有無を検出可能な電離放射線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体加工技術の微細化が急進する今日、製造プロセスにおけるサブミクロン以下の微粒子付着を引き起こす静電気障害は重要な問題である。そこで、このように静電気を嫌う製造プロセスでは、クリーンルームにイオナイザを設置し、除電対象物の静電気を中和している。
【０００３】
このイオナイザには、イオン発生方法の違いにより、コロナ放電型イオナイザと、光照射型イオナイザがある。コロナ放電型イオナイザは、多数の針状電極に交流の高電圧を印加してコロナ放電を行わせ、針状電極近傍の空気をイオン化して、このイオンによって除電対象物の静電気を中和する。一方、光照射型イオナイザは、例えば軟Ｘ線のような光をクリーンルーム内に照射し、この光で直接クリーンルーム内のガス（例えば空気）をイオン化し、このイオンによって除電対象物の静電気を中和する。
【０００４】
前述した静電気障害の防止は、これらイオナイザが正常に稼働して初めて達成される。そのため、イオナイザの点検、保守管理は非常に重要である。従来はそれぞれのイオナイザに対して次のような点検を行っているが、それぞれ問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
コロナ放電型イオナイザの場合には、イオナイザが正常に機能しているか否かを検査するために、イオナイザの針状電極に対向して電気導体プレートを配置し、このプレートに高電圧を印加して表面電位の減衰を検出している。イオナイザが正常に機能している場合には、表面電位の減衰時間並びに残留電位が所定の許容範囲に収まるが、異常の場合には、減衰に時間がかかったり残留電位に偏りが生じる。しかしながら、この検査の実施には多大な労力を要し、面倒であった。特に、多数設置されたイオナイザの全てにこの検査を実施するとなると尚更である。これに対処するに、イオナイザの針状電極に印加される高電圧の静電誘導により電位を生じる導体をセンサとして、あるいは、イオナイザの針状電極で生成される正、負のイオンによって帯電する導体をセンサとして、このセンサを各イオナイザに設置し、センサの出力信号をコンピュータ処理してセンサの電位の変位をモニタリングするシステムもあるが、これでは設備費が著しく高価になる。また、イオナイザの単なる動作検知を目的とする場合であれば、イオン濃度計によりイオン発生を検知する方法や、コロナ放電によって発生する紫外線を火炎センサで検知する方法もあるが、イオン濃度計は高価な上、重量が重くて取り扱いにくいという問題があり、火炎センサは真空管で構成されているため寿命が短い上、精度が悪かった。
【０００６】
また、コロナ放電型イオナイザの場合には針状電極に経時劣化が生じるため、必要に応じて針状電極を清掃あるいは交換する必要がある。しかしながら、針状電極の劣化の進度は個々の針状電極によって異なり、前述の電気導体プレートを用いた検査方法では、多数の針状電極の中から清掃あるいは交換すべき程に劣化が進んでいるものを特定することが困難であった。
【０００７】
一方、光照射型イオナイザの場合には、電離放射線の出射の有無や、イオン化可能な放射線強度か否か（換言すれば、相対的放射線強度の計測）の検査が必要である。しかしながら、従来、このような単純な検査をするのに適した検査装置が存在しないため、この検査には慣用的に電離箱（サーベイメータ）を代用していた。周知のように、電離箱は、チャンバー内に陽極板と陰極板を備えて構成されており、両電極間に高電圧を印加した状態でチャンバー内に放射線が入射するとチャンバー内の気体が電離し、電離したイオンが各電極に引き付けられることによって両電極間に電流が流れるので、この電流値を測定し、これから電離量（放射線量）を検出するものである。
【０００８】
しかしながら、この電離箱は、ある程度正確に線量を測定できるものの、高価で脆弱なため取り扱いに注意が必要であり、また、操作にもある程度専門的知識を要するので、光照射型イオナイザの前記検査には適していなかった。
【０００９】
尚、大気圧の空気雰囲気において効率よくイオンを生成する電離放射線（軟Ｘ線等）は、極めて低エネルギ（１０ｋｅＶ以下）の光であり、このような低エネルギ光子を即座に感知できる安価で操作性のよい機器はなく、即座に感知できるフィルムバッジのようなものも、現在のところ存在しない。低エネルギ光子を捉えて電気的信号に変換するフォトダイオードは存在するが、このフォトダイオードは電離放射線自体によって劣化するため寿命が短く、検出精度も悪く、使用に耐えなかった。
【００１０】
また、前記電離箱はハンディタイプであるため、これを使って光照射型イオナイザの前記検査を実施するとなると、放射線防護設備内に作業者が立ち入り、当該電離放射線の光軸上に電離箱を位置合わせする作業を行う必要があり、安全作業上、あまり好ましくなかった。
【００１１】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、小型で、構造が簡単で、取り扱い易く、安価で、イオンの有無や電離放射線の有無など簡単な検査に好適なイオン検出装置及び電離放射線検出装置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】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【００１３】
本発明に係るイオン検出装置は、一方の電極にバイアス電圧を印加し、この電極の近傍の空間に存在するイオンであって印加した電圧の極性と逆極性のイオンを前記一方の電極に引き付け、これに起因して前記一方の電極と他方の電極との間に流れる電流を電流検出手段で検出することにより前記イオンの有無を検出するイオン検出装置において、前記一方の電極は棒状電極で構成されていて、前記他方の電極はアースであり、この棒状電極は間に空間を有して筒状の保護カバーによって包囲されていることを特徴とする。
【００１４】
前記一方の電極が棒状電極で構成され、前記他方の電極がアースであるので、前記一方の電極である棒状電極に対向して位置し且つアースされた導体は全てが他方の電極になり、小型ながら電極面積が大きくイオン検出感度のよいイオン検出装置を得ることができる。
【００１５】
尚、前記一方の電極である棒状電極に正のバイアス電圧を印加すれば棒状電極は陽極となり、負のバイアス電圧を印加すれば棒状電極は陰極となる。棒状電極を陽極とした場合には棒状電極に引き付けられるのはマイナスイオンであり、棒状電極を陰極とした場合には棒状電極に引き付けられるのはプラスイオンである。
【００１６】
前記保護カバーに透過孔を設けると、保護カバーの外側に存在するバイアス電圧の極性と逆極性のイオンは、この透過孔を通って保護カバー内に進入し棒状電極に接近する。
【００１７】
前記透過孔を保護カバーの一側にだけ設けると、透過孔を設けた側からだけ前記逆極性のイオンが透過孔を通って保護カバー内に進入するので、イオン検出方向を特定することができる。
【００１８】
本発明に係るイオン検出装置の用途は、コロナ放電型イオナイザの動作検知に限るものではなく、イオンの有無、あるいは、イオン量の相対的な大小関係を判別する検査等に利用可能である。
【００１９】
また、本発明に係る電離放射線検出装置は、一方の電極にバイアス電圧を印加し、この電極の近傍の空間に存在するイオンであって印加した電圧の極性と逆極性のイオンを前記一方の電極に引き付け、これに起因して前記一方の電極と他方の電極との間に流れる電流を電流検出手段で検出することにより電離放射線の有無を検出する電離放射線検出装置であって、前記一方の電極は棒状電極で構成されていて、前記他方の電極はアースであり、この棒状電極は間に空間を有して筒状の保護カバーによって包囲されていることを特徴とする。
【００２０】
前記一方の電極が棒状電極で構成され、前記他方の電極がアースであるので、前記一方の電極である棒状電極に対向して位置し且つアースされた導体は全てが他方の電極になり、小型ながら電極面積が大きく電離放射線検出感度のよい電離放射線検出装置を得ることができる。
【００２１】
尚、前記一方の電極である棒状電極に正のバイアス電圧を印加すれば棒状電極は陽極となり、負のバイアス電圧を印加すれば棒状電極は陰極となる。棒状電極を陽極とした場合には棒状電極に引き付けられるのはマイナスイオンであり、棒状電極を陰極とした場合には棒状電極に引き付けられるのはプラスイオンである。
【００２２】
前記保護カバーに透過孔を設けると、電離放射線の照射により電離したガス分子のうちバイアス電圧の極性と逆極性のイオンが、この透過孔を通って保護カバー内に進入し棒状電極に接近する。電離放射線としては、軟Ｘ線や真空紫外線等を例示することができる。
【００２３】
前記保護カバーが軟Ｘ線を透過させる材料で形成されていて、前記棒状電極との間の空間が保護カバーによって密封されている場合には、保護カバーを透過した軟Ｘ線が保護カバー内のガスを電離してイオン化し、これにより生成されたバイアス電圧の極性と逆極性のイオンだけが棒状電極に引き付けられる。したがって、軟Ｘ線の照射によって生じたイオンだけを検出することができるので、軟Ｘ線の検出に好適であり、検出精度も向上する。軟Ｘ線を透過させる材料としてはポリイミド系樹脂を例示することができる。
【００２４】
本発明に係る電離放射線検出装置の用途は、光照射型イオナイザや電離放射線照射装置の動作検知に限るものではなく、電離放射線の有無あるいは電離放射線量の相対的な大小関係を判別する検査や、放射線防護施設からの放射線の漏洩検知等にも利用可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るイオン検出装置及び電離放射線検出装置の実施の形態を図１から図１５の図面に基いて説明する。
【００２６】
初めに、本発明に係るイオン検出装置及び電離放射線検出装置（以下の説明ではイオン検出装置という）の第１の実施の形態を図１から図１０を参照して説明する。
【００２７】
図１はイオン検出装置の概略構成を示す全体図である。イオン検出装置は、本体部１と、センサ部２と、本体部１とセンサ部２とを電気的に接続するセンサケーブル３とを備えている。センサ部２について、図２から図５を参照して詳述すると、センサ部２は、底部に１対の固定ネジ孔４が設けられた取付ベース部５を備え、この取付ベース部５の一端側からは、陽極としての断面円形のステンレス製の棒状電極６が前方に延びるとともに、この棒状電極６を包囲するように円筒状の保護カバー７が前方に延びている。棒状電極６と保護カバー７との間には空間８が設けられている。保護カバー７には、取付ベース部５近傍を除くほぼ全周面と前端面に、空間８に連なる多数の透過孔７ａが設けられている。
【００２８】
また、取付ベース部５の他端側からは、棒状電極６に電気的に接続されたコネクタ部９が後方に延びている。このコネクタ部９にはセンサケーブル３が着脱可能である。
【００２９】
本体部１は、その内部に、駆動回路部１０と制御回路部１１を備えている。駆動回路部１０は、電源ケーブル１２を介して本体部１に入力された交流１００Ｖの電圧を所定の大きさの直流高電圧に変換するために、変圧器、整流器、定電圧器（いずれも図示せず）等を備え、駆動回路部１０で変換された直流高電圧は高圧抵抗１３及びセンサケーブル３を介してセンサ部２の棒状電極６にバイアス電圧として印加される。
【００３０】
また、高圧抵抗１３は駆動回路部１０を介して抵抗１４にも接続されており、抵抗１４は後述するアース端子２５に接続されている。抵抗１４の両端はオペアンプ１６に接続されており、オペアンプ１６で増幅された電圧が制御回路部１１に入力される。制御回路部１１は、イオン濃度バーグラフ表示部１７と、感度調整部１８と、警報装置部１９とを備えている。
【００３１】
本体部１の正面には、図６及び図８に示すように、電源スイッチ２０と、低イオン濃度警報ランプ２１と、複数のイオン濃度モニタランプ２２と、感度調整摘み２３が設けられている。
【００３２】
低イオン濃度警報ランプ２１は、制御回路部１１の警報装置部１９によりイオン濃度が基準濃度よりも低いと判定されたときに点灯する。イオン濃度モニタランプ２２は制御回路部１１のイオン濃度バーグラフ表示部１７によって点灯制御され、検出されたイオン濃度の大きさに応じていずれかのランプ２２が点灯する。詳述すると、イオン濃度が低いときには図６において左端のランプ２２が点灯し、イオン濃度が高くなるにしたがって、点灯するランプ２２が順次右側に移っていく。感度調節摘み２３を回動操作することにより、制御回路部１１の感度調整部１８を介してイオン検出感度を調整することができる。
【００３３】
本体部１の背面には、図７及び図８に示すように、電源ケーブル１２を着脱可能な電源ケーブル端子２４と、アース端子２５と、センサケーブル３が着脱可能なセンサケーブル端子２６と、出力端子２７が設けられている。
【００３４】
次に、このイオン検出装置の作用を、光照射型イオナイザの動作検知を目的とした使用例で説明する。
【００３５】
図１０は静電気中和機能を備えた生産室の断面図であり、この生産室１００では、生産装置１０１の上部空間（以下、生産空間という）１０２を２ｍｍ厚の塩化ビニル製の遮蔽板１０３で密閉状態に包囲し、生産空間１０２の上方隅部に設置された軟Ｘ線照射装置１０４から軟Ｘ線を照射し、生産空間１０２の空気をイオン化して、生産空間１０２に設置された帯電物１０５の静電気を中和する。この図において、ハッチング部は軟Ｘ線照射装置１０４から軟Ｘ線が照射される範囲（軟Ｘ線照射範囲）を示している。また、生産室１００の側面には、軟Ｘ線照射装置１０４と対角な位置に点検等の為の開閉扉１０６が設けられている。扉１０６の開閉と軟Ｘ線照射装置１０４の稼働はインターロックされており、扉１０６が閉じている時にだけ軟Ｘ線照射装置１０４が稼働し、扉１０６が開いている時には軟Ｘ線照射装置１０４が停止するように制御されている。
【００３６】
この例の場合には、イオン検出装置のセンサ部２を生産室１００内であって扉１０６の近傍位置Ａに固定しておく。そして、センサ部２に接続したセンサケーブル３を生産室から引き出しておき、本体部１に接続しておく。また、本体部１のアース端子２５をアースさせておく。尚、図１０では本体部１とセンサケーブル３の図示を省略している。
【００３７】
電源ケーブル１２を交流１００Ｖに接続し、電源スイッチ２０をＯＮにすると、駆動回路部１０によって変換された直流高電圧がセンサ２の棒状電極６にバイアス電圧として印加される。このイオン検出装置においては、棒状電極６が陽極であり、陰極はアースとなるので、棒状電極６の周りで対向して位置する導体であってアースされたものは全て陰極となる。したがって、棒状電極６の全外表面が陽極面となり、センサ部２は小型ながら、優れた検出感度を有することとなる。
【００３８】
軟Ｘ線照射装置１０４からの軟Ｘ線照射により、生産室１００内における軟Ｘ線照射範囲の空気及びセンサ部２の空間８の空気がイオン化されていれば、センサ部２の周囲のマイナスイオンは保護カバー７の透過孔７ａを通って棒状電極６に引き付けられ、空間８内のマイナスイオンは直接に棒状電極６に引き付けられて、電子が棒状電極６からセンサケーブル３、抵抗１４を通ってアースに流れ、結果的に、この電子の流れと逆の方向に電流が流れることになる。図９はイオン検出装置の動作原理図であり、図１と同一態様部分に同一符号を付している。
【００３９】
そして、抵抗１４を流れる電流の大きさは、抵抗１４の両端の電圧値として検出され、オペアンプ１６で増幅されて制御回路部１１に入力される。制御回路部１１においては、この入力電圧値に基づいて、イオン濃度バーグラフ表示部１７がいずれのイオン濃度モニタランプ２２を点灯するかを判定し、警報装置部１９が入力電圧値と基準電圧値の大小を判定して、入力電圧値が基準電圧値よりも小さいと判定した場合には低イオン濃度警報ランプ２１を点灯する。
【００４０】
ここで、基準電圧値を、帯電物１０５の静電気を中和するのに必要なイオン量の下限値に対応する電圧値としておけば、低イオン濃度警報ランプ２１が点灯した時には、軟Ｘ線照射装置１０４からの軟Ｘ線照射量が不足なため帯電物１０５に対する静電気中和が不良であると判定することができ、軟Ｘ線照射装置１０４において軟Ｘ線を出射する軟Ｘ線管が劣化したものと判断することができる。
【００４１】
また、低イオン濃度警報ランプ２１が点灯していない場合には、現状では帯電物１０５の静電気中和が十分に達成されていると判断することができ、いずれのイオン濃度モニタランプ２２が点灯しているかによって、軟Ｘ線の相対的強度を知ることができ、これから前記軟Ｘ線管の寿命を容易に予測することができる。
【００４２】
さらに、扉１０６を開いた時に低イオン濃度警報ランプ２１が点灯すれば、扉１０６と軟Ｘ線照射装置１０４とのインターロック回路が正常に作動していることを確認することができ、開扉後の安全作業を担保することができる。
【００４３】
また、センサ部２を生産室１００の外部（例えば、扉１０６の近傍位置Ｂ）に設置しておくと、生産室１００からの軟Ｘ線の漏洩を検知することができる。この使用方法の場合には、イオン検出装置は純粋に電離放射線検出装置ということができる。
【００４４】
このイオン検出装置では、センサ部２を非常に小型、軽量にでき、狭い場所にも設置可能になり、センサ部２の取り扱いが容易である。また、棒状電極６はステンレス製で劣化することがないので、棒状電極６の寿命は半永久的であり、メンテナンスを必要としない。また、イオン検出装置は、本体部１とセンサ部２とセンサケーブル３に分離可能であるので、運搬、取り扱いが容易である。さらに、センサ部２を放射線防護施設内に固定して常時モニタも可能であり、作業の安全性を確保することができる。
【００４５】
また、この実施の形態では、本体部１の電源として交流電源を用いているが、バッテリー等の直流電源を本体部１の電源として本体部１に装備させると、携帯性が向上し、さらに取り扱い易くなる。
【００４６】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係るイオン検出装置及び電離放射線検出装置の第２の実施の形態を図１１から図１３の図面を参照して説明する。
【００４７】
第２の実施の形態のイオン検出装置及び電離放射線検出装置（以下の説明ではイオン検出装置という）が第１の実施の形態のものと異なる点は、センサ部２の保護カバー７の構造にある。第１の実施の形態では、保護カバー７のほぼ全周面と前端面に透過孔７ａを設けているが、第２の実施の形態では、図１１及び図１２に示すように、保護カバー７の一側にのみ透過孔７ａを設けている。このように構成すると、イオン検出方向を特定することができる。その他の構成は第１の実施の形態と同じであるので、図中、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
イオン検出方向を特定することができると、次のような使い方をすることができ、便利である。前述したように、コロナ放電型イオナイザにおいては、図１３に示すように、電極部２００に多数の針状電極２０１を備えており、この針状電極２０１は経時劣化するが、劣化の進度は個々の針状電極２０１で差があり、交換すべき針状電極２０１を特定する必要がある。
【００４９】
イオン検出方向を特定できる第２の実施の形態のセンサ部２を用い、透過孔７ａが設けられた側を針状電極２０１に対向するように位置させて、針状電極２０１の一つ一つについてイオン濃度の検出を行えば、いずれの針状電極２０１を交換すべきか特定することができる。
【００５０】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明に係る電離放射線検出装置の第３の実施の形態を図１４及び図１５の図面を参照して説明する。
【００５１】
第３の実施の形態の電離放射線検出装置が第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態のものと異なる点は、センサ部２の保護カバー７の構造にある。第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態では、保護カバー７に透過孔７ａを設けたが、第３の実施の形態では、保護カバー７に透過孔７ａを全く設けず、棒状電極６の周囲の空間８を保護カバー７によって密閉する。さらに、第３の実施の形態では、保護カバー７を、軟Ｘ線を透過させる材料（例えばポリイミド系樹脂）で形成する。
【００５２】
このようにすると、保護カバー７を透過した軟Ｘ線によってのみ空間８内の空気がイオン化され、これに起因して生じた電流だけが電離放射線検出装置によって検出されることになる。したがって、センサ部２の外に軟Ｘ線以外のイオン発生源がある場合にも、そのイオン発生源で発生したイオンに影響されることなく、軟Ｘ線を確実に検出することができる。したがって、軟Ｘ線の検出精度が向上する。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るイオン検出装置によれば、バイアス電圧を印加する一方の電極を棒状電極で構成し、この棒状電極を間に空間を有して筒状の保護カバーによって包囲し、他方の電極をアースとしたことにより、小型ながら電極面積を大きくすることができ、イオン検出感度を向上させることができる。
【００５４】
前記保護カバーの一側にだけ透過孔を設けた場合には、イオン検出方向を特定することができる。
【００５５】
また、本発明に係る電離放射線検出装置によれば、バイアス電圧を印加する一方の電極を棒状電極で構成し、この棒状電極を間に空間を有して筒状の保護カバーによって包囲し、他方の電極をアースとしたことにより、小型ながら電極面積を大きくすることができ、電離放射線検出感度を向上させることができる。
【００５６】
前記保護カバーを軟Ｘ線を透過させる材料で形成し、前記陽極との間の空間を保護カバーによって密封した場合には、軟Ｘ線の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るイオン検出装置の第１の実施の形態における概略構成を示す図である。
【図２】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置のセンサ部の正面図である。
【図３】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置のセンサ部の底面図である。
【図４】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置のセンサ部の左側面図である。
【図５】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置のセンサ部の右側面図である。
【図６】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置の本体部の正面図である。
【図７】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置の本体部の背面図である。
【図８】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置の本体部の右側面図である。
【図９】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置の動作原理図である。
【図１０】 前記第１の実施の形態におけるイオン検出装置の一使用例を示す図である。
【図１１】 本発明に係るイオン検出装置の第２の実施の形態におけるセンサ部の正面図である。
【図１２】 前記第２の実施の形態におけるイオン検出装置のセンサ部の底面図である。
【図１３】 前記第２の実施の形態におけるイオン検出装置の一使用例を示す図である。
【図１４】 本発明に係るイオン検出装置の第３の実施の形態におけるセンサ部を一部断面にして示す正面図である。
【図１５】 前記第３の実施の形態におけるイオン検出装置の動作原理図である。
【符号の説明】
１ 本体部
２ センサ部
３ センサケーブル
６ 棒状電極
７ 保護カバー
７ａ 透過孔
８ 空間
１１ 制御回路部

Claims (4)

1. 電離放射線の有無を検出する電離放射線検出装置であって、
   バイアス電圧が印加される棒状電極と、
   前記棒状電極を収容する筒状の保護カバーであって、該棒状電極と該保護カバーとの間に空間を有する保護カバーと、
   前記保護カバーに収容された前記棒状電極と該保護カバーの外側のアースとの間の空間を通過する前記電離放射線を、該棒状電極に繋がれた線とアースされた線との間を流れる電流で検出する電流検出手段と、を備える、
   電離放射線検出装置。
2. 前記保護カバーは、複数の透過孔を有する、
   請求項１に記載の電離放射線検出装置。
3. 前記保護カバーは、前記棒状電極と該保護カバーとの間の空間を密封している、
   請求項１に記載の電離放射線検出装置。
4. 前記保護カバーは、少なくとも１０ｋｅＶの前記電離放射線を透過可能な材料で構成されている、
   請求項３に記載の電離放射線検出装置。

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