JP6796310B2 - Positron annihilation characteristic measuring device - Google Patents
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Description
本明細書は、被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定するための技術に関する。 The present specification relates to a technique for measuring the extinction characteristic of a positron that is incident on an object to be measured and is extinguished in the object to be measured.
２２Ｎａや６８Ｇｅなどの陽電子線源（陽電子放出核種）から放出される陽電子が物質に照射されると、照射された陽電子は物質内を飛行した後に物質内の電子と結合して対消滅する。物質内に空孔（欠陥）が存在すると、その空孔に陽電子は捕捉される。このため、物質内に空孔が存在しない場合と比較して陽電子が消滅するまでの時間が長くなる。また、物質内に空孔が存在する場合、陽電子が消滅する際に放出する放射線（γ線）のエネルギースペクトルの分布が、物質内に空孔が存在しない場合の当該放射線のエネルギースペクトルの分布と比較して相違する。このため、物質内に照射された陽電子が消滅するまでの時間や、物質内に照射された陽電子が消滅する際の放射線のエネルギースペクトル分布がわかれば、空孔（欠陥）に関連した物質の材料特性を推定することができる。そこで、陽電子の消滅特性を測定することで、ショットピーニング加工の評価や、原子炉に用いられている部材の疲労状態の観測について研究が行われている。 22 When a substance is irradiated with positrons emitted from a positron source (positron emitting nuclide) such as Na or 68 Ge, the irradiated positrons fly in the substance and then combine with the electrons in the substance to annihilate. .. If there are vacancies (defects) in the substance, positrons are trapped in the vacancies. Therefore, the time until the positron disappears becomes longer than when there are no pores in the substance. In addition, when there are vacancies in the substance, the distribution of the energy spectrum of the radiation (γ-rays) emitted when the positron disappears is the distribution of the energy spectrum of the radiation when there are no vacancies in the substance. Compare and differ. Therefore, if the time until the positrons irradiated in the substance disappear and the energy spectrum distribution of the radiation when the positrons irradiated in the substance disappear are known, the material of the substance related to the pores (defects) can be known. The characteristics can be estimated. Therefore, research is being conducted on the evaluation of shot peening processing and the observation of the fatigue state of the members used in nuclear reactors by measuring the annihilation characteristics of positrons.
特許文献１には、陽電子線源と、陽電子線源で生成された陽電子が消滅するときに発生する放射線を検出する第１放射線検出手段と、陽電子線源で生成された陽電子のうち被測定体に入射されなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、を備える陽電子消滅特性測定装置が開示されている。陽電子線源は、被測定体の表面に密着するように配置される。この装置では、被測定体に入射されなかった陽電子が消滅するときに発生する放射線をノイズとして除去することにより、被測定体内における陽電子の消滅特性を精度よく測定することができる。 Patent Document 1 describes a positron source, a first radiation detecting means for detecting radiation generated when a positron generated by the positron source disappears, and a positron to be measured among the positrons generated by the positron source. A positron annihilation characteristic measuring device including a positron detecting means for detecting positrons not incident on the positron is disclosed. The positron radiation source is arranged so as to be in close contact with the surface of the object to be measured. In this device, the radiation generated when the positrons that have not been incident on the object to be measured are extinguished is removed as noise, so that the positron extinction characteristic in the object to be measured can be accurately measured.
特許文献１の技術では、陽電子線源を被測定体に密着させた状態で測定を行っている。このため、陽電子線源が被測定体と接触することによって、陽電子線源が破損する場合がある。また、被測定体をピンセット等の鋭利な形状の器具で扱う必要がある場合、陽電子線源に被測定体を密着させる際に陽電子線源が当該器具と接触して破損する場合がある。本明細書は、被測定体を装置に設置する際に、陽電子線源に破損が生じることを抑制する技術を開示する。 In the technique of Patent Document 1, measurement is performed in a state where the positron radiation source is in close contact with the object to be measured. Therefore, the positron source may be damaged due to the contact of the positron source with the object to be measured. Further, when it is necessary to handle the object to be measured with an instrument having a sharp shape such as tweezers, the positron source may come into contact with the instrument and be damaged when the object to be measured is brought into close contact with the positron source. The present specification discloses a technique for suppressing damage to the positron radiation source when the object to be measured is installed in the apparatus.
本明細書が開示する装置は、被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定する。装置は、装置内に固定される陽電子線源と、前記陽電子線源に対向する位置に被測定体を保持する保持手段と、前記陽電子線源に対して前記保持手段に保持される前記被測定体とは反対側に配置されており、前記陽電子線源で生成された陽電子のうち前記被測定体に入射されなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、前記陽電子線源で生成された陽電子が消滅するときに発生する放射線を検出する第１放射線検出手段と、前記陽電子検出手段の検出結果と、前記第１放射線検出手段の検出結果に基づいて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する消滅特性算出手段と、を備えている。前記保持手段は、前記陽電子線源から離間する位置で前記被測定体を保持する。 The apparatus disclosed herein measures the extinction characteristics of positrons that are incident on the object under test and disappear within the body under test. The apparatus includes a positron source fixed in the apparatus, a holding means for holding the object to be measured at a position facing the positron source, and the measuring means held by the holding means for the positron source. The positron detecting means, which is arranged on the opposite side of the body and detects the positrons generated by the positron source that were not incident on the object under test, and the positrons generated by the positron source. The positron annihilation characteristic in the body under test is calculated based on the detection result of the first radiation detecting means for detecting the radiation generated when it disappears, the positron detecting means, and the detection result of the first radiation detecting means. It is provided with a means for calculating extinction characteristics. The holding means holds the object to be measured at a position away from the positron source.
上記の装置では、被測定体を保持する保持手段が、陽電子線源から離間する位置で被測定体を保持する。すなわち、被測定体に対して非接触の状態で陽電子線源が保持される。このため、被測定体を装置に設置する際に、被測定体が陽電子線源に接触することを抑制することができる。したがって、陽電子線源が破損することを抑制することができる。 In the above device, the holding means for holding the object to be measured holds the object to be measured at a position away from the positron source. That is, the positron radiation source is held in a non-contact state with the object to be measured. Therefore, when the object to be measured is installed in the apparatus, it is possible to prevent the object to be measured from coming into contact with the positron radiation source. Therefore, it is possible to prevent the positron radiation source from being damaged.
本明細書に開示する装置では、前記保持手段は、前記被測定体が載置される載置板を備えていてもよい。前記載置板には貫通孔が形成されていてもよく、前記被測定体を載置した前記載置板を予め定められた設定位置に配置すると、前記被測定体が前記貫通孔を介して前記陽電子線源と対向してもよい。このような構成によると、被測定体を装置（陽電子線源）に対して簡易に設置することができる。 In the apparatus disclosed in the present specification, the holding means may include a mounting plate on which the object to be measured is mounted. A through hole may be formed in the pre-described mounting plate, and when the pre-described mounting plate on which the measured body is placed is placed at a predetermined set position, the measured body passes through the through hole. It may face the positron source. According to such a configuration, the object to be measured can be easily installed on the device (positron radiation source).
本明細書に開示する装置は、前記陽電子線源と、前記保持手段と、前記陽電子検出手段とを収容すると共に、その内部に外部からアクセス可能とする開口を有する遮光容器と、前記開口に設けられ、前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態とに切替え可能である開閉扉と、前記開閉扉が前記閉状態と前記開状態のいずれであるかを検知する第１センサと、前記第１センサに接続された制御装置と、をさらに備えていてもよい。前記制御装置は、前記第１センサの検知結果が前記閉状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能としてもよい。陽電子検出手段は、室内灯などの強い光が入射する状況で高電圧が印加される（測定が行われる）と破損する虞がある。このため、開閉扉が開状態のとき、すなわち、遮光容器内に光が入射する状態のときに測定が行われることを防止でき、陽電子検出手段の破損を防止することができる。 The apparatus disclosed in the present specification includes the positron radiation source, the holding means, the positron detecting means, a light-shielding container having an opening inside the positron detecting means, and an opening provided in the opening. An opening / closing door that can be switched between a closed state in which the opening is closed and an open state in which the opening is opened, and a first sensor that detects whether the opening / closing door is in the closed state or the open state. , A control device connected to the first sensor may be further provided. The control device may be capable of measuring the positron extinction characteristic when the detection result of the first sensor is in the closed state. The positron detecting means may be damaged when a high voltage is applied (measurement is performed) in a situation where strong light such as an indoor light is incident. Therefore, it is possible to prevent the measurement from being performed when the opening / closing door is open, that is, when the light is incident on the light-shielding container, and it is possible to prevent the positron detecting means from being damaged.
本明細書に開示する装置は、前記制御装置に接続されており、前記開閉扉が前記閉状態のときに、前記開閉扉を前記閉状態から前記開状態に切替え不能なロック状態と、前記開閉扉を前記閉状態から前記開状態に切替え可能な非ロック状態とに切替え可能であるロック機構と、前記制御装置に接続されており、前記ロック機構が前記ロック状態と前記非ロック状態のいずれであるかを検知する第２センサと、をさらに備えていてもよい。前記制御装置は、さらに前記第２センサの検知結果が前記ロック状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能としてもよい。このような構成によると、開閉扉が閉状態であり、かつ、ロック機構がロック状態である場合に測定が可能となる。すなわち、測定可能か否かの判定が２つのセンサの出力結果（第１センサの検出結果と第２センサの検出結果）に基づいて行われる。したがって、遮光容器内に光が入射する状態のときに測定が行われることをより防止することができる。 The device disclosed in the present specification is connected to the control device, and when the opening / closing door is in the closed state, the opening / closing door cannot be switched from the closed state to the open state, and the open / close state and the open / close state. The door is connected to the control device and a lock mechanism capable of switching the door from the closed state to the unlocked state, and the lock mechanism is in either the locked state or the unlocked state. It may further include a second sensor that detects the presence. The control device may further make it possible to measure the positron extinction characteristic when the detection result of the second sensor is in the locked state. According to such a configuration, measurement is possible when the opening / closing door is in the closed state and the locking mechanism is in the locked state. That is, the determination as to whether or not the measurement is possible is performed based on the output results of the two sensors (the detection result of the first sensor and the detection result of the second sensor). Therefore, it is possible to further prevent the measurement from being performed when the light is incident on the light-shielding container.
本明細書に開示する装置では、前記陽電子線源で陽電子が生成されるときに発生する放射線を検出する第２放射線検出手段をさらに備えていてもよい。前記消滅特性算出手段は、前記第２放射線検出手段により放射線を検出した時刻と、前記第１放射線検出手段により放射線を検出した時刻との時間差から得られる陽電子の寿命から消滅特性を算出してもよい。前記第２放射線検出手段により検出された放射線のうち、前記陽電子検出手段で検出された陽電子が生成したときに発生したと推定される放射線を除いて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。例えば、消滅特性算出手段は、第１放射線検出手段で放射線を検出した時刻と陽電子検出手段で陽電子を検出した時刻の時間差が所定の第１時間差内となるときは、その第１放射線検出手段で検出された放射線を除去して、被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。あるいは、消滅特性算出手段は、第２放射線検出手段で放射線を検出した時刻と陽電子検出手段で陽電子を検出した時刻の時間差が所定の第２時間差内となるときは、その第２放射線検出手段で検出された放射線を除去して、被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。 The apparatus disclosed in the present specification may further include a second radiation detecting means for detecting the radiation generated when positrons are generated by the positron radiation source. The annihilation characteristic calculating means may calculate the annihilation characteristic from the lifetime of positrons obtained from the time difference between the time when the radiation is detected by the second radiation detecting means and the time when the radiation is detected by the first radiation detecting means. Good. Of the radiation detected by the second radiation detecting means, the radiation that is presumed to be generated when the positron detected by the positron detecting means is generated is excluded, and the positron annihilation characteristic in the body to be measured is calculated. You may. For example, when the time difference between the time when the radiation is detected by the first radiation detecting means and the time when the positron is detected by the positron detecting means is within a predetermined first time difference, the extinction characteristic calculating means uses the first radiation detecting means. The detected radiation may be removed to calculate the positron annihilation characteristics in the body under test. Alternatively, when the time difference between the time when the radiation is detected by the second radiation detecting means and the time when the positron is detected by the positron detecting means is within a predetermined second time difference, the extinction characteristic calculating means uses the second radiation detecting means. The detected radiation may be removed to calculate the positron annihilation characteristics in the body under test.
本明細書に開示する装置では、前記陽電子線源と前記第１放射線検出手段の間の距離と、前記陽電子線源と前記第２放射線検出手段の間の距離が等しくてもよい。このような構成によると、第１放射線検出手段と第２放射線検出手段による測定の計数率のばらつきを抑制することができる。 In the apparatus disclosed in the present specification, the distance between the positron source and the first radiation detecting means may be equal to the distance between the positron source and the second radiation detecting means. According to such a configuration, it is possible to suppress the variation in the counting rate of the measurement by the first radiation detecting means and the second radiation detecting means.
本明細書に開示する装置では、前記第１放射線検出手段は、陽電子が消滅するときに発生するγ線のエネルギーを測定し、前記消滅特性算出手段は、前記第１放射線検出手段により検出された検出結果から得られるγ線のエネルギースペクトルの分布から、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。例えば、消滅特性算出手段は、第１放射線検出手段で放射線を検出した時刻と陽電子検出手段で陽電子を検出した時刻の時間差が所定の第３時間差内となるときは、その第１放射線検出手段で検出された放射線を除去し、被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。 In the apparatus disclosed in the present specification, the first radiation detecting means measures the energy of γ-rays generated when positrons are extinguished, and the extinction characteristic calculating means is detected by the first radiation detecting means. The positron annihilation characteristic in the body to be measured may be calculated from the distribution of the energy spectrum of γ-rays obtained from the detection result. For example, when the time difference between the time when the radiation is detected by the first radiation detecting means and the time when the positron is detected by the positron detecting means is within a predetermined third time difference, the extinction characteristic calculating means uses the first radiation detecting means. The detected radiation may be removed and the positron annihilation characteristics in the body under test may be calculated.
本明細書に開示する装置では、前記陽電子検出手段は、陽電子の入射によってシンチレーション光を放出するシンチレータと、前記シンチレータから放出されたシンチレーション光を検知する光センサと、を備えていてもよい。前記シンチレータと前記光センサとが、シンチレーション光を伝送可能なライトガイドにより接続されていてもよい。このような構成によると、シンチレータへの陽電子の入射を精度良く検出することができる。その結果、被測定体に入射されなかった陽電子を精度良く検出することができる。また、シンチレータと光センサとはライトガイドによって接続されるため、シンチレーション光を検知するための光センサの受光面をシンチレータの近傍に設置する必要がない。このため、シンチレータ近傍のスペースを有効に活用することができる。 In the apparatus disclosed in the present specification, the positron detecting means may include a scintillator that emits scintillation light due to the incident of positrons and an optical sensor that detects the scintillation light emitted from the scintillator. The scintillator and the optical sensor may be connected by a light guide capable of transmitting scintillation light. With such a configuration, the incident of positrons on the scintillator can be detected with high accuracy. As a result, positrons that have not been incident on the object to be measured can be detected with high accuracy. Further, since the scintillator and the optical sensor are connected by a light guide, it is not necessary to install the light receiving surface of the optical sensor for detecting the scintillation light in the vicinity of the scintillator. Therefore, the space near the scintillator can be effectively used.
また、本明細書は、被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定する装置において、陽電子が生成及び消滅するときに発生する放射線を検出する検出器の検出値を補正する方法を開示する。本明細書に開示する方法は、前記検出器の検出結果から得られる放射線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のうち、ヒストグラムにして観測する電圧値の範囲を決定する決定ステップと、前記決定された電圧値の範囲について得られた前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるか否かを判定する判定ステップと、前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるまで、前記決定ステップと前記判定ステップを繰返して電圧値の範囲を調節する調節ステップと、前記調節ステップで得られた電圧値の範囲において得られた前記ヒストグラムにおける前記極小値に基づいて、陽電子が消滅するときに発生する放射線であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する第１補正ステップと、を備える。この方法によると、ヒストグラムにして観測する電圧値の範囲が適正に調整され、その調整された電圧値の範囲において得られたヒストグラムの極小値に基づいてエネルギー範囲の下限値が補正される。このため、陽電子が消滅するときに発生する放射線を適正に検出することができる。 Further, the present specification describes the detection value of a detector that detects the radiation generated when a positron is generated and extinguished in a device for measuring the extinction characteristic of a positron that is incident on the object to be measured and disappears in the body to be measured. Disclose the method of correction. The method disclosed in the present specification includes a determination step of determining a range of voltage values to be observed as a histogram among voltage signals based on the energy spectrum of radiation obtained from the detection result of the detector, and the determined voltage. A determination step for determining whether or not two maximum values and a minimum value in the range between the two maximum values appear in the histogram obtained for a range of values, and two maximum values in the histogram. In the adjustment step of repeating the determination step and the determination step to adjust the voltage value range and the voltage value range obtained in the adjustment step until the minimum value in the range between the two maximum values appears. A first correction step is provided in which the lower limit value of the energy range determined to be the radiation generated when the positron disappears is corrected based on the minimum value in the obtained histogram. According to this method, the range of voltage values observed in a histogram is appropriately adjusted, and the lower limit of the energy range is corrected based on the minimum value of the histogram obtained in the adjusted voltage value range. Therefore, the radiation generated when the positron disappears can be properly detected.
上記の方法は、前記２つの極大値のうち高電圧側に現れる極大値と、陽電子が消滅するときに発生する放射線のエネルギー値とに基づいて、陽電子が生成されるときに発生する放射線であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する第２補正ステップ、をさらに備えていてもよい。このような構成によると、陽電子が生成されるときに発生する放射線を適正に検出することができる。 The above method is radiation generated when a positron is generated based on the maximum value appearing on the high voltage side of the two maximum values and the energy value of the radiation generated when the positron disappears. A second correction step, which corrects the lower limit value of the energy range determined to be, may be further provided. With such a configuration, the radiation generated when positrons are generated can be properly detected.
また、本明細書は、上記方法をコンピュータに実行させる、プログラムを開示する。 The specification also discloses a program that causes a computer to perform the above method.
（第１実施形態）
本実施形態に係る陽電子消滅特性測定装置１０（以下、単に装置１０ともいう。）は、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）と、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を検出し、その時間差から被測定体内の陽電子の寿命を測定する装置である。図１〜３に示されるように、装置１０は、第１γ線検出器１２と、第２γ線検出器１４と、陽電子検出器４０と、遮光容器６０と、演算装置５０を有している。図２において、空間Ａは遮光容器６０の内部空間であり、空間Ｂは装置１０の内部空間である。
(First Embodiment)
The positron annihilation characteristic measuring device 10 (hereinafter, also simply referred to as device 10) according to the present embodiment includes γ-rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated and γ rays generated when positrons are extinguished. It is a device that detects a line (511 keV) and measures the lifetime of positrons in the body to be measured from the time difference. As shown in FIGS. 1 to 3, the device 10 includes a first γ-ray detector 12, a second γ-ray detector 14, a positron detector 40, a light-shielding container 60, and an arithmetic unit 50. In FIG. 2, the space A is the internal space of the light-shielding container 60, and the space B is the internal space of the device 10.
第１γ線検出器１２は、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）を検出する。第１γ線検出器１２は、例えば、γ線の入射によりシンチレーション光を放出するシンチレータと、そのシンチレーション光を電気信号に変換する光電子増倍管とで構成してもよい。第１γ線検出器１２は、演算装置５０に接続されている。第１γ線検出器１２は、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）を検出すると、演算装置５０にパルス状の電気信号を出力する。第１γ線検出器１２は、装置１０内に収容されている。なお、第１γ線検出器１２が「第１γ線検出手段」の一例である。 The first γ-ray detector 12 detects γ-rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated. The first γ-ray detector 12 may be composed of, for example, a scintillator that emits scintillation light when γ-rays are incident, and a photomultiplier tube that converts the scintillation light into an electric signal. The first γ-ray detector 12 is connected to the arithmetic unit 50. When the first γ-ray detector 12 detects γ-rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated, the first γ-ray detector 12 outputs a pulsed electric signal to the arithmetic unit 50. The first γ-ray detector 12 is housed in the device 10. The first γ-ray detector 12 is an example of the “first γ-ray detection means”.
第２γ線検出器１４は、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を検出する。第２γ線検出器１４も、第１γ線検出器１２と同様に構成してもよい。第２γ線検出器１４は、演算装置５０に接続されている。第２γ線検出器１４は、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を検出すると、演算装置５０にパルス状の電気信号を出力する。第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４は、被測定体Ｓの測定面に対して対向する位置に配置される。第２γ線検出器１４は、装置１０内に収容されている。なお、第２γ線検出器１４が「第２γ線検出手段」の一例である。 The second γ-ray detector 14 detects γ-rays (511 keV) generated when positrons disappear. The second γ-ray detector 14 may be configured in the same manner as the first γ-ray detector 12. The second γ-ray detector 14 is connected to the arithmetic unit 50. When the second γ-ray detector 14 detects the γ-ray (511 keV) generated when the positron disappears, the second γ-ray detector 14 outputs a pulsed electric signal to the arithmetic unit 50. The first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14 are arranged at positions facing each other with respect to the measurement surface of the object S to be measured. The second γ-ray detector 14 is housed in the device 10. The second γ-ray detector 14 is an example of the “second γ-ray detection means”.
陽電子検出器４０は、図３に示されるように、光電子増倍管４１と、陽電子検出ユニット４２を備えている。陽電子検出ユニット４２は、陽電子検出用のシンチレータ４２２と、ライトガイド４４を備えている。陽電子検出ユニット４２と光電子増倍管４１は、ライトガイド４４により接続されている。ライトガイド４４は、光電子増倍管４１の受光面とシンチレータ４２２に接続されている。なお、陽電子検出器４０が「陽電子検出手段」の一例である。 As shown in FIG. 3, the positron detector 40 includes a photomultiplier tube 41 and a positron detection unit 42. The positron detection unit 42 includes a scintillator 422 for detecting positrons and a light guide 44. The positron detection unit 42 and the photomultiplier tube 41 are connected by a light guide 44. The light guide 44 is connected to the light receiving surface of the photomultiplier tube 41 and the scintillator 422. The positron detector 40 is an example of "positron detecting means".
シンチレータ４２２は、陽電子が入射することによりシンチレーション光を放出する。ライトガイド４４は、シンチレータ４２２から放出されるシンチレーション光を光電子増倍管４１の受光面に伝送する。ライトガイド４４は、例えば、反射材が被膜された透過率の大きな材料によって構成される。光電子増倍管４１は、伝送されたシンチレーション光を電気信号に変換する。光電子増倍管４１からの電気信号は演算装置５０に入力される。 The scintillator 422 emits scintillation light when positrons are incident on it. The light guide 44 transmits the scintillation light emitted from the scintillator 422 to the light receiving surface of the photomultiplier tube 41. The light guide 44 is made of, for example, a material having a high transmittance coated with a reflective material. The photomultiplier tube 41 converts the transmitted scintillation light into an electric signal. The electric signal from the photomultiplier tube 41 is input to the arithmetic unit 50.
陽電子線源４２４は、２つの薄膜遮光カバー４２３の間に配置される。すなわち、陽電子線源４２４は、薄膜遮光カバー４２３に挟まれている。薄膜遮光カバー４２３に挟まれた陽電子線源４２４は、シンチレータ４２２に対向する位置に配置される。薄膜遮光カバー４２３は、シンチレータ４２２に外部の光が侵入することを遮断する。陽電子線源４２４から放出される陽電子は、陽電子線源４２４の上下に配置される薄膜遮光カバー４２３のいずれかに入射する。上側に配置される薄膜遮光カバー４２３に陽電子が入射すると、その陽電子は薄膜遮光カバー４２３を通過して被測定体Ｓに入射される。一方、下側の薄膜遮光カバー４２３を通過してシンチレータ４２２に陽電子が入射すると、シンチレータ４２２からシンチレーション光が放出されると共に、シンチレータ４２２の内部又はシンチレータ４２２の外部（すなわち、被測定体Ｓ以外）で陽電子が消滅する。シンチレータ４２２からのシンチレーション光は、ライトガイド４４を介して光電子増倍管４１に入射する。これにより、光電子増倍管４１から演算装置５０に電気信号が出力されることとなる。なお、陽電子線源４２４は、薄膜遮光カバー４２３とシンチレータ４２２に挟まれるように配置してもよい。すなわち、陽電子線源４２４をシンチレータ４２２の上面に直接配置してもよい。 The positron source 424 is arranged between the two thin film shading covers 423. That is, the positron radiation source 424 is sandwiched between the thin film light-shielding cover 423. The positron radiation source 424 sandwiched between the thin film light-shielding covers 423 is arranged at a position facing the scintillator 422. The thin film light-shielding cover 423 blocks outside light from entering the scintillator 422. The positrons emitted from the positron source 424 are incident on any of the thin film light-shielding covers 423 arranged above and below the positron source 424. When a positron is incident on the thin film light-shielding cover 423 arranged on the upper side, the positron passes through the thin film light-shielding cover 423 and is incident on the object S to be measured. On the other hand, when a positron enters the scintillator 422 through the lower thin film light-shielding cover 423, the scintillator light is emitted from the scintillator 422 and the inside of the scintillator 422 or the outside of the scintillator 422 (that is, other than the object S to be measured). The positron disappears at. The scintillation light from the scintillator 422 enters the photomultiplier tube 41 via the light guide 44. As a result, an electric signal is output from the photomultiplier tube 41 to the arithmetic unit 50. The positron radiation source 424 may be arranged so as to be sandwiched between the thin film light-shielding cover 423 and the scintillator 422. That is, the positron source 424 may be arranged directly on the upper surface of the scintillator 422.
ここで、陽電子線源４２４には、２２Ｎａや６８Ｇｅなどの陽電子線源（陽電子放出核種）を用いることができる。また、陽電子線源４２４は、１つの陽電子が発生してから消滅するまでの間に、他の陽電子が発生しないような弱い陽電子線源とされる。これによって、複数の陽電子が同時に存在し、陽電子の発生時刻と消滅時刻が特定できないといった事態の発生を防止することができる。 Here, as the positron emission source 424, a positron emission source (positron emitting nuclide) such as 22 Na or 68 Ge can be used. Further, the positron source 424 is a weak positron source such that no other positron is generated between the generation of one positron and the disappearance of the positron. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a situation in which a plurality of positrons exist at the same time and the generation time and the extinction time of the positron cannot be specified.
遮光容器６０は、図４に示すように、陽電子線源４２４、被測定体Ｓ及び陽電子検出器４０（シンチレータ４２２）を収容する。遮光容器６０は、開口６０ａ（図１参照）を有しており、開口６０ａには開閉扉６２が設けられている。開閉扉６２は、開口６０ａを閉鎖する閉状態と、開口６０ａを開放する開状態とに切替え可能である。開閉扉６２が開状態となることで、遮光容器６０の内部に外部からアクセス可能となっている。また、開閉扉６２が閉状態となることで、遮光容器６０内に外部から光が侵入することが防止される。開閉扉６２の開状態と閉状態の切替え機構は、特に限定されるものではなく、ユーザの手動により切替えられるように構成されてもよいし、制御装置がアクチュエータを駆動することにより自動で切替えられるように構成されてもよい。また、開閉扉６２が閉状態となると、以下に説明するロック機構６８によって、開閉扉６２はロック状態と非ロック状態とに切替えられる。 As shown in FIG. 4, the light-shielding container 60 houses the positron radiation source 424, the object to be measured S, and the positron detector 40 (scintillator 422). The light-shielding container 60 has an opening 60a (see FIG. 1), and the opening 60a is provided with an opening / closing door 62. The opening / closing door 62 can be switched between a closed state in which the opening 60a is closed and an open state in which the opening 60a is opened. When the opening / closing door 62 is opened, the inside of the light-shielding container 60 can be accessed from the outside. Further, when the opening / closing door 62 is closed, it is possible to prevent light from entering the light-shielding container 60 from the outside. The opening / closing state switching mechanism of the opening / closing door 62 is not particularly limited, and may be configured to be manually switched by the user, or may be automatically switched by the control device driving the actuator. It may be configured as follows. When the opening / closing door 62 is closed, the opening / closing door 62 is switched between the locked state and the unlocked state by the lock mechanism 68 described below.
ロック機構６８は、開閉扉６２が遮光容器６０の開口６０ａを閉じる位置において、開閉扉６２を移動不能（開閉不能）にするロック状態（すなわち、開閉扉６２を閉状態でロックする状態）と、開閉扉６２を移動可能（開閉可能）にする非ロック状態（すなわち、開閉扉６２を閉状態でロックしない状態）とに切替えるように構成されている。ロック機構６８は、制御装置（不図示）に通信可能に接続されており、制御装置からの入力信号に基づいて、開閉扉６２のロック状態と非ロック状態とを切替える。すなわち、ロック機構６８は、ロックバーと、ロックバーを進退動させるアクチュエータによって構成される。ロックバーが開閉扉６２の裏面側に突出した状態となると、ロックバーの先端が開閉蓋６２の裏面に当接する状態（図４に示す状態）となり、開閉扉６２がロック状態となる。一方、ロックバーが開閉扉６２の裏面から退避した状態となると、ロックバーの先端が開閉蓋６２に当接することはなく、開閉扉６２が非ロック状態となる。ロック機構６８としては、上述した機構以外にも公知の種々の機構を用いることができ、例えば、サーボモータを利用した機械的なロック機構を用いることができる。なお、ロック機構を制御する制御装置の機能を演算装置５０に備えてもよい。 The lock mechanism 68 has a locked state (that is, a state in which the opening / closing door 62 is locked in the closed state) that makes the opening / closing door 62 immovable (immovable) at a position where the opening / closing door 62 closes the opening 60a of the light-shielding container 60. It is configured to switch to a non-locking state (that is, a state in which the opening / closing door 62 is closed and not locked) that makes the opening / closing door 62 movable (openable / closable). The lock mechanism 68 is communicably connected to a control device (not shown), and switches between a locked state and an unlocked state of the opening / closing door 62 based on an input signal from the control device. That is, the lock mechanism 68 is composed of a lock bar and an actuator that moves the lock bar forward and backward. When the lock bar protrudes toward the back surface side of the opening / closing door 62, the tip of the lock bar comes into contact with the back surface of the opening / closing lid 62 (state shown in FIG. 4), and the opening / closing door 62 is locked. On the other hand, when the lock bar is retracted from the back surface of the opening / closing door 62, the tip of the lock bar does not come into contact with the opening / closing lid 62, and the opening / closing door 62 is in the unlocked state. As the lock mechanism 68, various known mechanisms other than the above-mentioned mechanism can be used, and for example, a mechanical lock mechanism using a servomotor can be used. The arithmetic unit 50 may be provided with the function of the control device that controls the lock mechanism.
装置１０は、また、第１センサ６４と第２センサ６６を備えている。第１センサ６４は、開閉扉６２の下部に取付けられている。第１センサ６４は、開閉扉６２が開状態であるか閉状態であるかを検知する。第１センサ６４は、制御装置に通信可能に接続されており、検知結果を制御装置へ出力する。第１センサ６４は、例えば、近接センサである。第１センサ６４は、開閉扉６２が遮光容器６０の上面６０ｂに近接することによって、開閉扉６２が閉状態であることを検知する。 The device 10 also includes a first sensor 64 and a second sensor 66. The first sensor 64 is attached to the lower part of the opening / closing door 62. The first sensor 64 detects whether the opening / closing door 62 is in the open state or the closed state. The first sensor 64 is communicably connected to the control device and outputs the detection result to the control device. The first sensor 64 is, for example, a proximity sensor. The first sensor 64 detects that the opening / closing door 62 is in the closed state when the opening / closing door 62 is close to the upper surface 60b of the light-shielding container 60.
第２センサ６６は、遮光容器６０に取付けられている。第２センサ６６は、ロック機構６８がロック状態であるか非ロック状態であるかを検知する。第２センサ６６は、制御装置に通信可能に接続されており、検知結果を制御装置へ出力する。第２センサ６６は、例えば、近接センサである。ロック機構６８のロックバーが図４に示す状態となると、ロックバーが第２センサ６６に近接し、第２センサ６６はロック機構６８がロック状態であることを検知する。なお、図４においては、シンチレータ４２２より下側に位置する構成（第１γ線検出器１２等）は省略している。 The second sensor 66 is attached to the light-shielding container 60. The second sensor 66 detects whether the lock mechanism 68 is in the locked state or the unlocked state. The second sensor 66 is communicably connected to the control device and outputs the detection result to the control device. The second sensor 66 is, for example, a proximity sensor. When the lock bar of the lock mechanism 68 is in the state shown in FIG. 4, the lock bar approaches the second sensor 66, and the second sensor 66 detects that the lock mechanism 68 is in the locked state. In FIG. 4, the configuration (first γ-ray detector 12, etc.) located below the scintillator 422 is omitted.
遮光容器６０内には、被測定体Ｓを保持するためのサンプルホルダ７０が設置される。図５に示すように、サンプルホルダ７０は、貫通孔７０ｂが形成された載置板７０ａと、嵌合部７０ｃを有している。載置板７０ａには、被測定体Ｓが載置される。具体的には、被測定体Ｓが貫通孔７０ｂの上部に位置するように、被測定体Ｓが載置板７０ａに載置される。載置板７０ａの厚みは、陽電子線源４２４の高さより高い。サンプルホルダ７０は、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）によって構成されている。なお、載置板７０ａと被測定体Ｓとの間に薄膜遮光カバーを介してもよい。 A sample holder 70 for holding the object to be measured S is installed in the light-shielding container 60. As shown in FIG. 5, the sample holder 70 has a mounting plate 70a on which a through hole 70b is formed and a fitting portion 70c. The object to be measured S is placed on the mounting plate 70a. Specifically, the body S to be measured is placed on the mounting plate 70a so that the body S to be measured is located above the through hole 70b. The thickness of the mounting plate 70a is higher than the height of the positron source 424. The sample holder 70 is composed of, for example, SUS (Steel Use Stainless). A thin film light-shielding cover may be interposed between the mounting plate 70a and the object to be measured S.
貫通孔７０ｂは、載置板７０ａの略中央部に形成されている。貫通孔７０ｂは、載置板７０ａの表面から裏面まで貫通している。貫通孔７０ｂの形状は特に限定されないが、本実施形態では平面視において円形状である。平面視において、貫通孔７０ｂは、陽電子線源４２４（薄膜遮光カバー４２３）を内包できる大きさとなっている。上述したように、陽電子線源４２４の高さが載置板７０ａの厚みより小さいので、陽電子線源４２４は貫通孔７０ｂ内の空間に収容可能となっている。 The through hole 70b is formed in a substantially central portion of the mounting plate 70a. The through hole 70b penetrates from the front surface to the back surface of the mounting plate 70a. The shape of the through hole 70b is not particularly limited, but in the present embodiment, it is circular in a plan view. In a plan view, the through hole 70b has a size capable of containing the positron radiation source 424 (thin film light-shielding cover 423). As described above, since the height of the positron source 424 is smaller than the thickness of the mounting plate 70a, the positron source 424 can be accommodated in the space inside the through hole 70b.
嵌合部７０ｃは、サンプルホルダ７０を設定位置に設置するための基準となる部分（位置決め部分）である。例えば、図６に示すように、サンプルホルダ７０を予め定められた設定位置に配置する（嵌合部７０ｃを遮光容器６０内の嵌合壁６０ｃに嵌合させる）と、被測定体Ｓが貫通孔７０ｂを介して陽電子線源４２４と対向し、被測定体Ｓと陽電子線源４２４との間には、一定の間隔ｓｐ（図４参照）が設けられる。間隔ｓｐは、例えば、０．５ｍｍである。なお、図６では、図の見易さのため、遮光容器６０の壁の一部や開閉扉６２等を省略している。 The fitting portion 70c is a reference portion (positioning portion) for installing the sample holder 70 at the set position. For example, as shown in FIG. 6, when the sample holder 70 is arranged at a predetermined set position (the fitting portion 70c is fitted to the fitting wall 60c in the light-shielding container 60), the object to be measured S penetrates. A constant interval sp (see FIG. 4) is provided between the object S to be measured and the positron source 424 so as to face the positron source 424 through the hole 70b. The interval sp is, for example, 0.5 mm. In FIG. 6, a part of the wall of the light-shielding container 60, the opening / closing door 62, and the like are omitted for the sake of easy viewing.
なお、サンプルホルダ７０の形状は、上記に限られず、図７に示すように、箱型であってもよい。このような構成とすると、被測定体が粒子状や液状である場合でも、その陽電子消滅特性を測定することができる。なお、サンプルホルダ７０が「保持手段」の一例である。 The shape of the sample holder 70 is not limited to the above, and may be a box shape as shown in FIG. 7. With such a configuration, the positron annihilation characteristic can be measured even when the object to be measured is in the form of particles or liquid. The sample holder 70 is an example of the "holding means".
演算装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータやプロセッサと、デジタルストレージオシロスコープ（ＤＳＯ）やＮＩＭモジュール等の専用回路によって構成することができる。演算装置５０は、第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４に接続される第１信号処理部２０と、陽電子検出器４０に接続される第２信号処理部３０を備えている。第２信号処理部３０は、陽電子検出器４０（詳細には光電子増倍管４１）から出力される電気信号を処理し、陽電子検出器４０に陽電子が入射した時刻を特定する。第２信号処理部３０で特定された時刻は、第１信号処理部２０に入力される。演算装置５０は、また、放射線検出器の検出値の補正処理（後述）を実行する。なお、第１信号処理部２０及び第２信号処理部３０が「消滅特性算出手段」の一例である。 The arithmetic unit 50 can be configured by a computer or processor equipped with a CPU, ROM, and RAM, and a dedicated circuit such as a digital storage oscilloscope (DSO) or a NIM module. The arithmetic unit 50 includes a first signal processing unit 20 connected to the first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14, and a second signal processing unit 30 connected to the positron detector 40. The second signal processing unit 30 processes the electric signal output from the positron detector 40 (specifically, the photomultiplier tube 41) and specifies the time when the positron is incident on the positron detector 40. The time specified by the second signal processing unit 30 is input to the first signal processing unit 20. The arithmetic unit 50 also executes a correction process (described later) for the detection value of the radiation detector. The first signal processing unit 20 and the second signal processing unit 30 are examples of "disappearance characteristic calculation means".
第１信号処理部２０は、図８に示すように、陽電子発生時刻特定部２１と、陽電子消滅時刻特定部２２と、時刻差算出部２３と、ノイズ情報除外部２４と、陽電子寿命算出部２５を備えている。陽電子発生時刻特定部２１は、第１γ線検出器１２からの信号に基づいて、陽電子線源４２４で陽電子が発生した時刻を特定する。陽電子消滅時刻特定部２２は、第２γ線検出器１４からの信号に基づいて、陽電子が消滅した時刻を特定する。時刻差算出部２３は、陽電子発生時刻特定部２１で特定された時刻と、陽電子消滅時刻特定部２２で特定された時刻の時刻差から、陽電子が生存していた時間を算出する。陽電子発生時刻特定部２１と陽電子消滅時刻特定部２２と時刻差算出部２３とは、従来公知の陽電子消滅特性測定装置の対応部分と同様に構成することができる。 As shown in FIG. 8, the first signal processing unit 20 includes a positron generation time specifying unit 21, a positron extinction time specifying unit 22, a time difference calculation unit 23, a noise information exclusion unit 24, and a positron life calculation unit 25. It has. The positron generation time specifying unit 21 identifies the time when the positron was generated at the positron source 424 based on the signal from the first γ-ray detector 12. The positron extinction time specifying unit 22 identifies the time when the positron disappeared based on the signal from the second γ-ray detector 14. The time difference calculation unit 23 calculates the time during which the positron was alive from the time difference between the time specified by the positron generation time specifying unit 21 and the time specified by the positron extinction time specifying unit 22. The positron generation time specifying unit 21, the positron extinction time specifying unit 22, and the time difference calculating unit 23 can be configured in the same manner as the corresponding parts of the conventionally known positron extinction characteristic measuring device.
ノイズ情報除外部２４は、第２信号処理部３０で特定された時刻（すなわち、シンチレータ４２２に陽電子が入射した時刻）から、時刻差算出部２３で算出された時刻差のうち、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子に係るものを除外する。すなわち、図１０に示すように、陽電子線源４２４から放出される陽電子が被測定体Ｓ（サンプル）に入射すると、その陽電子は被測定体内で消滅し、γ線（５１１ｋｅＶ）が発生する。一方、陽電子線源４２４から放出される陽電子がシンチレータ４２２に入射すると、シンチレーション光を発生すると共に、被測定体Ｓ以外で消滅して、γ線（５１１ｋｅＶ）が発生する。したがって、陽電子が発生したときのγ線（１．２７ＭｅＶ）が検出され、次に、シンチレーション光が検出され、その後、陽電子が消滅したときのγ線（５１１ｋｅＶ）が検出された場合は、陽電子線源４２４から放出される陽電子がシンチレータ４２２に入射したと特定することができる。一方、陽電子が発生したときのγ線（１．２７ＭｅＶ）が検出され、次に、シンチレーション光が検出されずに、陽電子が消滅したときのγ線（５１１ｋｅＶ）が検出された場合は、陽電子線源４２４から放出される陽電子が被測定体Ｓ（サンプル）に入射したと特定することができる。例えば、図９（ａ）に示すように、陽電子発生時刻ｔ１と陽電子消滅時刻ｔ２の間に、陽電子検出器４０で陽電子が検出されていないとき（すなわち、シンチレーション光が検出されていないとき）は、陽電子発生時刻ｔ１と陽電子消滅時刻ｔ２は有効なデータとする。そして、その時刻差（ｔ２−ｔ１）は、被測定体Ｓにおける陽電子の寿命を算出するために用いられる。一方、図９（ｂ）に示すように、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子消滅時刻ｔ５の間の時刻ｔ４に、陽電子検出器４０で陽電子が検出されているとき（すなわち、シンチレーション光が検出されているとき）は、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子消滅時刻ｔ５は無効なデータとして、被測定体Ｓにおける陽電子の寿命を算出するためのデータから除外する。なお、陽電子発生（時刻ｔ３）と陽電子検出（時刻ｔ４）と陽電子消滅（時刻ｔ５）は、極めて短い期間の間に発生する。このため、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子検出時刻ｔ４との時間差が所定の第１時間差内となるときは、陽電子発生時刻ｔ３とその後に検出される陽電子消滅時刻ｔ５は無効なデータとして除外してもよい。あるいは、陽電子検出時刻ｔ４と陽電子消滅時刻ｔ５との時間差が所定の第２時間差内となるときは、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子消滅時刻ｔ５は無効なデータとして除外してもよい。 The noise information exclusion unit 24 is the object S of the time difference calculated by the time difference calculation unit 23 from the time specified by the second signal processing unit 30 (that is, the time when the positron is incident on the scintillator 422). Exclude those related to positrons that were not incident on. That is, as shown in FIG. 10, when the positron emitted from the positron source 424 is incident on the object to be measured S (sample), the positron disappears in the object to be measured and γ-rays (511 keV) are generated. On the other hand, when the positron emitted from the positron radiation source 424 is incident on the scintillator 422, the scintillation light is generated and extinguished except for the object S to be measured, and γ-rays (511 keV) are generated. Therefore, if γ-rays (1.27 MeV) when positrons are generated are detected, then scintillation light is detected, and then γ-rays (511 keV) when positrons disappear are detected, positron rays. It can be identified that the positron emitted from the source 424 has entered the scintillator 422. On the other hand, if the γ-ray (1.27 MeV) when the positron is generated is detected, and then the γ-ray (511 keV) when the positron disappears without the scintillation light being detected, the positron beam is detected. It can be identified that the positron emitted from the source 424 is incident on the object S (sample) to be measured. For example, as shown in FIG. 9A, when the positron is not detected by the positron detector 40 between the positron generation time t1 and the positron extinction time t2 (that is, when the scintillation light is not detected), , The positron generation time t1 and the positron extinction time t2 are valid data. Then, the time difference (t2-t1) is used to calculate the lifetime of positrons in the object S to be measured. On the other hand, as shown in FIG. 9B, when the positron is detected by the positron detector 40 at the time t4 between the positron generation time t3 and the positron extinction time t5 (that is, the scintillation light is detected). When), the positron generation time t3 and the positron extinction time t5 are regarded as invalid data and are excluded from the data for calculating the positron lifetime in the object S to be measured. The positron generation (time t3), the positron detection (time t4), and the positron extinction (time t5) occur in an extremely short period of time. Therefore, when the time difference between the positron generation time t3 and the positron detection time t4 is within the predetermined first time difference, even if the positron generation time t3 and the positron extinction time t5 detected thereafter are excluded as invalid data. Good. Alternatively, when the time difference between the positron detection time t4 and the positron extinction time t5 is within the predetermined second time difference, the positron generation time t3 and the positron extinction time t5 may be excluded as invalid data.
陽電子寿命算出部２５は、ノイズ情報除外部２４でノイズが除外され、被測定体Ｓに入射された陽電子の生存時間から、被測定体Ｓにおける陽電子の寿命を算出する。陽電子寿命算出部２５は、従来の陽電子消滅特性測定装置の対応部分と同様に構成することができる。 The positron lifetime calculation unit 25 calculates the lifetime of positrons in the object S to be measured from the survival time of the positrons incident on the object S to be measured after noise is excluded by the noise information exclusion unit 24. The positron lifetime calculation unit 25 can be configured in the same manner as the corresponding portion of the conventional positron annihilation characteristic measuring device.
次に、上述した陽電子消滅特性測定装置１０を用いて、被測定体Ｓの陽電子寿命を測定する手順について説明する。装置１０には、陽電子線源４２４及び陽電子検出器４０が予めセットされている。まず、開閉扉６２を開いて遮光容器６０を開状態とし、被測定体Ｓを載置したサンプルホルダ７０を遮光容器６０内の予め定められた設定位置に設置する。具体的には、サンプルホルダ７０の載置板７０ａの貫通孔７０ｂの上部に被測定体Ｓを載置し、サンプルホルダ７０を設定位置に設置する。この状態では、陽電子線源４２４と被測定体Ｓが離間した状態で貫通孔７０ｂを介して対向している。また、これにより、陽電子線源４２４は、被測定体Ｓと陽電子検出器４０（詳細には、シンチレータ４２２）とにより挟まれた状態となる。 Next, a procedure for measuring the positron lifetime of the object S to be measured will be described using the positron annihilation characteristic measuring device 10 described above. A positron source 424 and a positron detector 40 are preset in the device 10. First, the opening / closing door 62 is opened to open the light-shielding container 60, and the sample holder 70 on which the object to be measured S is placed is installed at a predetermined set position in the light-shielding container 60. Specifically, the object to be measured S is placed on the upper portion of the through hole 70b of the mounting plate 70a of the sample holder 70, and the sample holder 70 is installed at the set position. In this state, the positron radiation source 424 and the object to be measured S face each other through the through hole 70b in a state of being separated from each other. Further, as a result, the positron radiation source 424 is sandwiched between the object S to be measured and the positron detector 40 (specifically, the scintillator 422).
次いで、第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４を被測定体Ｓに対向する位置にセットする。このとき、陽電子線源４２４と第１γ線検出器１２の間の距離と、陽電子線源４２４と第２γ線検出器１４の間の距離は等しくされる。陽電子線源４２４とγ線検出器１２、１４の間の距離の調整はどのような方法で行ってもよい。例えば、スペーサ等を設け、その位置を調節することにより行うことができる。あるいは、本実施例では、陽電子線源４２４の位置が一定となるため、その位置に応じて第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４の位置が予め調整されていてもよい。 Next, the first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14 are set at positions facing the object S to be measured. At this time, the distance between the positron source 424 and the first γ-ray detector 12 is made equal to the distance between the positron source 424 and the second γ-ray detector 14. The distance between the positron source 424 and the gamma ray detectors 12 and 14 may be adjusted by any method. For example, it can be performed by providing a spacer or the like and adjusting its position. Alternatively, in this embodiment, since the position of the positron beam source 424 is constant, the positions of the first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14 may be adjusted in advance according to the position.
次いで、遮光容器６０に取付けられた開閉扉６２を閉状態とし、開閉扉６２をロック機構６８によりロック状態とする。開閉扉６２が閉状態、かつ、ロック機構６８がロック状態であることが第１センサ６４と第２センサ６６で検知されると、演算装置５０を作動させて、陽電子寿命の測定を開始する。 Next, the opening / closing door 62 attached to the light-shielding container 60 is closed, and the opening / closing door 62 is locked by the lock mechanism 68. When the first sensor 64 and the second sensor 66 detect that the opening / closing door 62 is in the closed state and the lock mechanism 68 is in the locked state, the arithmetic unit 50 is operated to start measuring the positron life.
陽電子線源４２４で陽電子が生成されると、そのときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）が、第１γ線検出器１２で検出される。第１信号処理部２０は、第１γ線検出器１２からの信号に基づいて、陽電子が生成した時刻を特定する。陽電子線源４２４で生成された陽電子は、被測定体Ｓか、シンチレータ４２２に入射する。被測定体Ｓに入射した陽電子は、適当な時間を経た後に電子と結合して消滅し、γ線（５１１ｋｅＶ）を発生させる。このγ線（５１１ｋｅＶ）は、第２γ線検出器１４によって検出される。第１信号処理部２０は、第２γ線検出器１４からの信号に基づいて陽電子が消滅した時刻を特定し、その時間差から陽電子の生存時間を算出する。 When a positron is generated by the positron source 424, the γ-ray (1.27 MeV) generated at that time is detected by the first γ-ray detector 12. The first signal processing unit 20 specifies the time when the positron is generated based on the signal from the first γ-ray detector 12. The positrons generated by the positron source 424 are incident on the object S to be measured or the scintillator 422. The positrons incident on the object S to be measured combine with the electrons and disappear after an appropriate time, and generate γ-rays (511 keV). This γ-ray (511 keV) is detected by the second γ-ray detector 14. The first signal processing unit 20 identifies the time when the positron disappears based on the signal from the second γ-ray detector 14, and calculates the survival time of the positron from the time difference.
一方、シンチレータ４２２に入射した陽電子は、シンチレーション光を発生させ、その後、被測定体Ｓ以外で消滅し、γ線（５１１ｋｅＶ）を発生させる。シンチレーション光は、ライトガイド４４によって光電子増倍管４１へ伝送され、光電子増倍管４１によって電気信号へ変換される。第２信号処理部３０は、光電子増倍管４１からの電気信号に基づいて、陽電子がシンチレータ４２２に入射した時刻を特定する。また、被測定体Ｓ以外で陽電子が消滅したときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）は、第２γ線検出器１４によって検出される。このため、被測定体Ｓに入射されなかった場合も、第１信号処理部２０で時刻が算出されることとなる。ただし、第２信号処理部３０で算出された時刻と、陽電子の発生時刻の関係から、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子に関するデータは除外される。このため、第１信号処理部２０は、被測定体Ｓから入射された陽電子から得られたデータのみに基づいて、陽電子の寿命を算出する。 On the other hand, the positrons incident on the scintillator 422 generate scintillation light, then disappear except for the object S to be measured, and generate γ-rays (511 keV). The scintillation light is transmitted to the photomultiplier tube 41 by the light guide 44 and converted into an electric signal by the photomultiplier tube 41. The second signal processing unit 30 identifies the time when the positrons enter the scintillator 422 based on the electric signal from the photomultiplier tube 41. Further, the γ-ray (511 keV) generated when the positron disappears in a body other than the object S to be measured is detected by the second γ-ray detector 14. Therefore, the time is calculated by the first signal processing unit 20 even when the object is not incident on the object S to be measured. However, from the relationship between the time calculated by the second signal processing unit 30 and the time when the positron is generated, the data related to the positron that was not incident on the object S to be measured is excluded. Therefore, the first signal processing unit 20 calculates the lifetime of positrons based only on the data obtained from the positrons incident on the object S to be measured.
上述した説明から明らかなように、本実施形態の陽電子消滅特性測定装置１０では、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子を陽電子検出器４０で検出し、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子が発生させる放射線をノイズとして除去する。このため、陽電子線源４２４を被測定体Ｓで挟み込むような状態としなくても、被測定体Ｓの陽電子消滅特性を精度良く算出することができる。また、陽電子線源４２４と被測定体Ｓの間には陽電子検出用のシンチレータ４２２が配置されないため、被測定体Ｓに照射される陽電子が減少することを防止することができる。 As is clear from the above description, in the positron annihilation characteristic measuring device 10 of the present embodiment, the positron detector 40 detects the positron that was not incident on the object S to be measured, and the positron that was not incident on the object S to be measured. Removes the radiation generated by the noise as noise. Therefore, the positron annihilation characteristic of the object S to be measured can be calculated accurately without the positron source 424 being sandwiched between the objects S to be measured. Further, since the scintillator 422 for detecting positrons is not arranged between the positron source 424 and the object S to be measured, it is possible to prevent the positrons irradiated to the object S to be measured from decreasing.
また、本実施形態の陽電子消滅特性測定装置１０では、サンプルホルダ７０が、被測定体Ｓと陽電子線源４２４を離間させた（間隔を空けた）状態で設定位置に設置される。すなわち、被測定体Ｓを装置にセットする際に、被測定体Ｓが陽電子線源４２４に接触することがない。また、被測定体Ｓをサンプルホルダ７０内に載置した後は、サンプルホルダ７０を遮光容器６０内に設置するだけでよく、鋭利な器具を用いることなく被測定体Ｓを装置にセットすることができる。したがって、陽電子線源４２４に対する接触を抑制することができ、陽電子線源４２４の破損を抑制することができる。 Further, in the positron annihilation characteristic measuring device 10 of the present embodiment, the sample holder 70 is installed at a set position in a state where the object S to be measured and the positron radiation source 424 are separated (distanced) from each other. That is, when the object to be measured S is set in the device, the object S to be measured does not come into contact with the positron radiation source 424. Further, after the object S to be measured is placed in the sample holder 70, it is only necessary to install the sample holder 70 in the light-shielding container 60, and the object S to be measured is set in the device without using a sharp instrument. Can be done. Therefore, contact with the positron source 424 can be suppressed, and damage to the positron source 424 can be suppressed.
なお、上述した実施形態では、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）と、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を、異なるγ線検出器で検出する構成であったが、このような構成に限られない。例えば、両方のγ線（１．２７ＭｅＶ、５１１ｋｅＶ）を１つのγ線検出器で検出し、これらを処理することによって、陽電子の生成時刻、消滅時刻及びその時刻差を求めるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, different γ-ray detectors detect γ-rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated and γ-rays (511 keV) generated when positrons disappear. However, it is not limited to such a configuration. For example, both γ-rays (1.27 MeV, 511 keV) may be detected by one γ-ray detector, and the positron generation time, disappearance time, and time difference thereof may be obtained by processing these.
（第２実施形態）
第２実施形態に係る陽電子消滅特性測定装置は、陽電子が消滅する際に発生するγ線のエネルギーを検出し、その検出されたγ線のエネルギースペクトルの分布から、被測定体のドップラーブロードニングを算出する装置である。図１１に示すように、陽電子消滅特性測定装置は、γ線検出器１８と、陽電子検出器４０と、演算装置９０を有している。陽電子検出器４０と演算装置９０を構成する第２信号処理部３０は、第１実施形態の対応する部分と同一の構成とされている。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
The positron annihilation characteristic measuring apparatus according to the second embodiment detects the energy of γ-rays generated when positrons are extinguished, and performs Doppler broadening of the object to be measured from the distribution of the detected γ-ray energy spectrum. It is a device to calculate. As shown in FIG. 11, the positron annihilation characteristic measuring device includes a γ-ray detector 18, a positron detector 40, and an arithmetic unit 90. The second signal processing unit 30 constituting the positron detector 40 and the arithmetic unit 90 has the same configuration as the corresponding portion of the first embodiment. Hereinafter, only the parts different from the first embodiment will be described.
γ線検出器１８は、陽電子が消滅する際に発生するγ線（５１１ｋｅＶ）のエネルギーを検出する。γ線検出器１８には、ＧｅＳＳＤ等を用いることができる。γ線検出器１８は、陽電子検出器４０がγ線検出器１８と被測定体Ｓとで挟まれるように、被測定体Ｓに対向した位置に配置される。γ線検出器１８で検出されたエネルギーは、第３信号処理部８０に入力される。 The γ-ray detector 18 detects the energy of γ-rays (511 keV) generated when positrons disappear. GeSSD or the like can be used for the γ-ray detector 18. The γ-ray detector 18 is arranged at a position facing the measured body S so that the positron detector 40 is sandwiched between the γ-ray detector 18 and the measured body S. The energy detected by the γ-ray detector 18 is input to the third signal processing unit 80.
第３信号処理部８０は、図１２に示すように、陽電子消滅時刻特定部８２と、ノイズ情報除外部８４と、スペクトル特性算出部８６を備えている。陽電子消滅時刻特定部８２は、γ線検出器１８からの信号に基づいて、陽電子が消滅した時刻を特定する。ノイズ情報除外部８４は、第２信号処理部３０で特定された時刻（すなわち、シンチレータ４２２に陽電子が入射した時刻）と、陽電子消滅時刻特定部８２で特定された消滅時刻から、検出されたγ線が、被測定体Ｓで消滅することにより発生したものか、被測定体Ｓ以外で消滅することにより発生したものかを判定する。そして、被測定体Ｓ以外で消滅したと判定すると、そのデータをスペクトル特性の算出のためのデータから除外する。具体的には、陽電子検出器４０で陽電子が検出された時刻の直後に生じた陽電子の消滅を、被測定体Ｓ以外での陽電子の消滅として、データから除外する。例えば、図１３に示すように、時刻ｔ１で陽電子が検出され、時刻ｔ２、ｔ３で陽電子の消滅が検出されたとする。この場合、時刻ｔ２での陽電子の消滅は被測定体Ｓ以外での陽電子の消滅であると判定し、時刻ｔ３での陽電子の消滅は被測定体Ｓでの陽電子の消滅であると判定する。そして、被測定体Ｓ以外での陽電子の消滅に係るデータを、スペクトル特性の算出のためのデータから除外する。スペクトル特性算出部８６は、ノイズ情報除外部８４でノイズが除去されたデータに基づいて、γ線のエネルギースペクトル分布を算出し、そのエネルギースペクトル分布に基づいてＳパラメータを算出する。 As shown in FIG. 12, the third signal processing unit 80 includes a positron extinction time specifying unit 82, a noise information exclusion unit 84, and a spectrum characteristic calculation unit 86. The positron extinction time specifying unit 82 identifies the time when the positron disappeared based on the signal from the γ-ray detector 18. The noise information exclusion unit 84 is a γ detected from the time specified by the second signal processing unit 30 (that is, the time when the positron is incident on the scintillator 422) and the extinction time specified by the positron extinction time specifying unit 82. It is determined whether the line is generated by disappearing in the object to be measured S or by disappearing in a body other than the object S to be measured. Then, if it is determined that the data has disappeared except for the object S to be measured, the data is excluded from the data for calculating the spectral characteristics. Specifically, the disappearance of the positron generated immediately after the time when the positron is detected by the positron detector 40 is excluded from the data as the disappearance of the positron other than the object S to be measured. For example, as shown in FIG. 13, it is assumed that the positron is detected at time t1 and the positron disappears at time t2 and t3. In this case, the annihilation of the positron at the time t2 is determined to be the annihilation of the positron other than the object S to be measured, and the annihilation of the positron at the time t3 is determined to be the annihilation of the positron at the object S to be measured. Then, the data related to the disappearance of positrons other than the object S to be measured is excluded from the data for calculating the spectral characteristics. The spectrum characteristic calculation unit 86 calculates the energy spectrum distribution of γ-rays based on the data from which noise has been removed by the noise information exclusion unit 84, and calculates the S parameter based on the energy spectrum distribution.
なお、図１３に示す陽電子検出（時刻ｔ１）と陽電子消滅（時刻ｔ２）は、極めて短い期間の間に発生する。このため、ノイズ情報除外部８４は、陽電子検出時刻ｔ１と陽電子消滅時刻ｔ２との時間差が所定の第３時間差内となるときに、陽電子消滅時刻ｔ２におけるγ線のデータは無効なデータとして除外してもよい。 The positron detection (time t1) and the positron extinction (time t2) shown in FIG. 13 occur in an extremely short period of time. Therefore, when the time difference between the positron detection time t1 and the positron extinction time t2 is within a predetermined third time difference, the noise information exclusion unit 84 excludes the γ-ray data at the positron extinction time t2 as invalid data. You may.
（陽電子消滅特性測定装置に用いられるγ線検出器のキャリブレーション方法）
次に、第１実施形態に係る陽電子消滅特性測定装置１０において、演算装置５０により、第１γ線検出器１２及び第２γ線検出器１４による放射線の検出値を補正する方法について説明する。放射線検出器（γ線検出器）は、その検出値に個体差が存在する。このため、その個体差を除去する補正を行い、正確な検出値を得ることが必要である。上述した陽電子消滅特性測定装置１０において、第１γ線検出器１２及び第２γ線検出器１４それぞれに対して、以下に説明する方法を実施するが、説明の重複を避けるため、両者を併せて単にγ線検出器と称して説明する。
(Calibration method of γ-ray detector used in positron annihilation characteristic measuring device)
Next, in the positron annihilation characteristic measuring device 10 according to the first embodiment, a method of correcting the radiation detection values by the first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14 by the arithmetic unit 50 will be described. Radiation detectors (γ-ray detectors) have individual differences in their detection values. Therefore, it is necessary to make a correction to eliminate the individual difference and obtain an accurate detection value. In the above-mentioned positron annihilation characteristic measuring device 10, the method described below is carried out for each of the first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14, but in order to avoid duplication of description, both are simply combined. It will be referred to as a γ-ray detector.
図１４に示すように、まず、演算装置５０は、γ線検出器の検出結果から得られるγ線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のヒストグラムを取得する（Ｓ１０、決定ステップ）。決定ステップでは、予め演算装置５０に所定の電圧値の範囲を入力しておき、その入力された電圧値の範囲が観測する電圧値の範囲として用いられる。なお、操作者により、ヒストグラムとして観測する電圧値の範囲が決定されてもよい。この場合、演算装置５０は、操作者により決定された電圧値の範囲におけるヒストグラムを取得する。 As shown in FIG. 14, first, the arithmetic unit 50 acquires a histogram of the voltage signal based on the energy spectrum of γ-rays obtained from the detection result of the γ-ray detector (S10, determination step). In the determination step, a predetermined voltage value range is input to the arithmetic unit 50 in advance, and the input voltage value range is used as the observed voltage value range. The operator may determine the range of voltage values to be observed as a histogram. In this case, the arithmetic unit 50 acquires a histogram in the range of the voltage value determined by the operator.
次に、演算装置５０は、上記の電圧値の範囲について得られたヒストグラムにおいて、２つの極大値と、その間の範囲に位置する極小値が現れるか否かを判定する（Ｓ１２、判定ステップ）。図１５に示すように、γ線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のヒストグラムにおいては、高電位側の極大値Ｖｍａｘ１がストップ信号（すなわち、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ））のピークであることが知られている。また、２つの極大値の間の範囲に位置する極小値Ｖｍｉｎをストップ信号の下限値として設定することで、陽電子が消滅する際のγ線を精度良く検出できることが知られている。 Next, the arithmetic unit 50 determines whether or not the two maximum values and the minimum values located in the range between the two maximum values appear in the histogram obtained for the above voltage range (S12, determination step). As shown in FIG. 15, in the histogram of the voltage signal based on the energy spectrum of γ-rays, the maximum value Vmax1 on the high potential side is the peak of the stop signal (that is, the γ-ray (511keV) generated when the positron disappears). Is known to be. Further, it is known that by setting the minimum value Vmin located in the range between the two maximum values as the lower limit value of the stop signal, it is possible to accurately detect the γ-ray when the positron disappears.
演算装置５０は、上記の極大値及び極小値が現れたと判定すると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、続く第１補正ステップ（Ｓ１４）及び第２補正ステップ（Ｓ１６）を実行する。一方、上記の極大値及び極小値が現れていないと判定すると（Ｓ１２：ＮＯ）、演算装置５０は、観測する電圧値の範囲を調整する（Ｓ１１、調整ステップ）。すなわち、調整ステップでは、ステップＳ１０の処理に戻り、２つの極大値と、その間の範囲に位置する極小値が現れるまで（図１５に示す適切なヒストグラムが得られるまで）決定ステップと判定ステップを繰り返す。具体的には、取得したヒストグラムにおいて、図１６に示すように、極大値と極小値が分離できずに１つのピークになってしまう場合（すなわち、電圧値の範囲が広すぎる場合）、演算装置５０は、観測する電圧値の範囲を狭くする調節を実行する。また、図１７に示すように、高電位側の範囲外の信号（オーバーフロー）の割合が多く、極大値と極小値の境界が不明瞭である場合（すなわち、電圧値の範囲が狭すぎる場合）、演算装置５０は、観測する電圧値の範囲を広くする調節を実行する。 When the arithmetic unit 50 determines that the above-mentioned maximum value and minimum value have appeared (S12: YES), the arithmetic unit 50 executes the following first correction step (S14) and second correction step (S16). On the other hand, when it is determined that the above-mentioned maximum value and minimum value do not appear (S12: NO), the arithmetic unit 50 adjusts the range of the observed voltage value (S11, adjustment step). That is, in the adjustment step, the process returns to step S10, and the determination step and the determination step are repeated until the two maximum values and the minimum values located in the range between them appear (until an appropriate histogram shown in FIG. 15 is obtained). .. Specifically, in the acquired histogram, as shown in FIG. 16, when the maximum value and the minimum value cannot be separated and become one peak (that is, when the voltage value range is too wide), the arithmetic unit. 50 performs an adjustment that narrows the range of observed voltage values. Further, as shown in FIG. 17, when the ratio of signals (overflow) outside the range on the high potential side is high and the boundary between the maximum value and the minimum value is unclear (that is, when the voltage value range is too narrow). , The arithmetic unit 50 performs adjustments to widen the range of observed voltage values.
第１補正ステップ（Ｓ１４）では、演算装置５０は、ストップ信号（陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ））であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する。具体的には、得られたヒストグラムにおける極小値Ｖｍｉｎの値をエネルギー値に変換し、この値をストップ信号の下限値（ストップ信号であると判断するエネルギー値の閾値）とする補正を実行する。 In the first correction step (S14), the arithmetic unit 50 corrects the lower limit value of the energy range determined to be the stop signal (γ-ray (511 keV) generated when the positron disappears). Specifically, the value of the minimum value Vmin in the obtained histogram is converted into an energy value, and correction is performed using this value as the lower limit value of the stop signal (threshold value of the energy value determined to be the stop signal).
第２補正ステップ（Ｓ１６）では、演算装置５０は、スタート信号（すなわち、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ））であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する。すなわち、得られたヒストグラムにおいて高電位側に現れる極大値Ｖｍａｘ１（ストップ信号のピーク）と、陽電子が消滅するときに発生するγ線のエネルギー値（５１１ｋｅＶ）とに基づいて、補正を実行する。具体的には、まず、極大値Ｖｍａｘ１と陽電子が消滅するときに発生するγ線のエネルギー値（５１１ｋｅＶ）との関係を求める。例えば、図１５に示すように、極大値Ｖｍａｘ１が１６３ｍＶである場合、電圧値とエネルギー値の関係は、５１１ｋｅＶから１６３ｍＶを除することにより、３．１３（ｋｅＶ／ｍＶ）となる。この値をスタート信号（陽電子が生成されるときに発生するγ線）のエネルギー範囲の下限としたい電圧値（例えば、図１５中のＶｒ）に乗じることによって、電圧値をエネルギー値に変換してエネルギー範囲の下限値（スタート信号であると判断するエネルギー値の閾値）を設定する。演算装置５０は、第１補正ステップ（Ｓ１４）及び第２補正ステップ（Ｓ１６）の処理を行うと、処理を終了する。 In the second correction step (S16), the arithmetic unit 50 corrects the lower limit of the energy range determined to be the start signal (that is, the γ-ray (1.27 MeV) generated when a positron is generated). That is, the correction is executed based on the maximum value Vmax1 (peak of the stop signal) appearing on the high potential side in the obtained histogram and the energy value (511 keV) of the γ-ray generated when the positron disappears. Specifically, first, the relationship between the maximum value Vmax1 and the energy value (511 keV) of γ-rays generated when a positron disappears is obtained. For example, as shown in FIG. 15, when the maximum value Vmax1 is 163 mV, the relationship between the voltage value and the energy value becomes 3.13 (keV / mV) by dividing 163 mV from 511 keV. By multiplying this value by the voltage value (for example, Vr in FIG. 15) that is desired to be the lower limit of the energy range of the start signal (γ-ray generated when a positron is generated), the voltage value is converted into an energy value. Set the lower limit of the energy range (the threshold value of the energy value judged to be the start signal). When the arithmetic unit 50 performs the processing of the first correction step (S14) and the second correction step (S16), the processing ends.
従来では、γ線検出器の検出値の補正は、ユーザの経験や勘により行われていた。このため、補正後のγ線検出器においても、γ線検出器毎の検出値に差が生じる場合があった。したがって、陽電子消滅特性の測定を精度良く行うことが困難であった。上記の方法によると、適切なヒストグラムが得られるまで、観測する電圧値の範囲を調節する。そして、得られたヒストグラムの特徴的なピーク等（極大値Ｖｍａｘ１、極小値Ｖｍｉｎ）に基づいてスタート信号及びストップ信号として検出するエネルギー値の下限を補正する。検出値の補正を行う際の基準となる値をヒストグラムの特徴的なピーク値とすることで、γ線検出器の個体差から生じる検出値のずれを好適に補正することができる。すなわち、上記の方法によって補正された検出器を用いることで、陽電子消滅特性の測定を精度良く行うことができる。 Conventionally, the correction of the detected value of the γ-ray detector has been performed based on the user's experience and intuition. For this reason, even in the corrected γ-ray detector, there may be a difference in the detected value for each γ-ray detector. Therefore, it has been difficult to accurately measure the positron annihilation characteristics. According to the above method, the range of observed voltage values is adjusted until a suitable histogram is obtained. Then, the lower limit of the energy value detected as the start signal and the stop signal is corrected based on the characteristic peaks and the like (maximum value Vmax1, minimum value Vmin) of the obtained histogram. By setting the reference value when correcting the detected value as the characteristic peak value of the histogram, it is possible to suitably correct the deviation of the detected value caused by the individual difference of the γ-ray detector. That is, by using the detector corrected by the above method, the positron annihilation characteristic can be measured with high accuracy.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.
The technical elements described herein or in the drawings exhibit their technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.
１０：陽電子消滅特性測定装置
１２：第１γ線検出器
１４：第２γ線検出器
４０：陽電子検出器
４１：光電子増倍管
４２：陽電子検出ユニット
４４：ライトガイド
５０：演算装置
６０：遮光容器
６０ａ：開口
６２：開閉扉
６４：第１センサ
６６：第２センサ
６８：ロック機構
７０：サンプルホルダ
７０ａ：載置板
７０ｂ：貫通孔
４２２：シンチレータ
４２３：薄膜遮光カバー
４２４：陽電子線源
10: Positron annihilation characteristic measuring device 12: 1st γ-ray detector 14: 2nd γ-ray detector 40: Positron detector 41: Photomultiplier tube 42: Positron detection unit 44: Light guide 50: Computational device 60: Shading container 60a : Opening 62: Open / close door 64: First sensor 66: Second sensor 68: Lock mechanism 70: Sample holder 70a: Mounting plate 70b: Through hole 422: Scintillator 423: Thin film shading cover 424: Positron radiation source
Claims (10)
装置内に固定される陽電子線源と、
前記陽電子線源に対向する位置に被測定体を保持する保持手段と、
前記陽電子線源に対して前記保持手段に保持される前記被測定体とは反対側に配置されており、前記陽電子線源で生成された陽電子のうち前記被測定体に入射されなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、
前記陽電子検出手段に対して前記陽電子線源とは反対側の予め設定された第１位置に配置され、前記陽電子線源で生成された陽電子が消滅するときに発生する放射線を検出する第１放射線検出手段と、
前記陽電子検出手段に対して前記陽電子線源とは反対側の予め設定された第２位置に配置され、前記陽電子線源で陽電子が生成されるときに発生する放射線を検出する第２放射線検出手段と、
前記陽電子検出手段の検出結果と、前記第１放射線検出手段の検出結果と、前記第２放射線検出手段の検出結果に基づいて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する消滅特性算出手段と、を備えており、
前記保持手段は、前記陽電子線源から離間する位置で前記被測定体を保持し、
前記保持手段は、
前記被測定体が載置される載置板を備えており、
前記載置板には貫通孔が形成されており、
前記被測定体を載置した前記載置板を予め定められた設定位置に配置すると、前記陽電子線源が前記貫通孔内に配置されるとともに、前記被測定体が前記貫通孔を介して前記陽電子線源と対向する、装置。 It is a device that measures the extinction characteristics of positrons that are incident on the object to be measured and disappear in the body to be measured.
The positron source fixed in the device and
A holding means for holding the object to be measured at a position facing the positron radiation source, and
Among the positrons generated by the positron source, the positrons that are not incident on the object to be measured are arranged on the side opposite to the object to be measured that is held by the holding means with respect to the positron source. Positron detection means to detect,
First radiation that is placed at a preset first position on the opposite side of the positron source to the positron detecting means and detects radiation generated when the positrons generated by the positron source disappear. Detection means and
A second radiation detecting means that is arranged at a preset second position opposite to the positron source with respect to the positron detecting means and detects radiation generated when positrons are generated by the positron source. When,
An annihilation characteristic calculating means for calculating the positron annihilation characteristic in the body to be measured based on the detection result of the positron detecting means, the detection result of the first radiation detecting means, and the detection result of the second radiation detecting means. , Equipped with
The holding means holds the object to be measured at a position away from the positron source .
The holding means is
It is provided with a mounting plate on which the object to be measured is mounted.
A through hole is formed in the above-mentioned mounting plate,
When the pre-described plate on which the object to be measured is placed is arranged at a predetermined set position, the positron radiation source is arranged in the through hole, and the object to be measured is placed through the through hole. A device that faces a positron source .
前記開口に設けられ、前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態とに切替え可能である開閉扉と、
前記開閉扉が前記閉状態と前記開状態のいずれであるかを検知する第１センサと、
前記第１センサに接続された制御装置と、をさらに備えており、
前記制御装置は、前記第１センサの検知結果が前記閉状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能とする、請求項１に記載の装置。 A light-shielding container that houses the positron radiation source, the holding means, and the positron detecting means, and has an opening that allows access to the inside thereof from the outside.
An opening / closing door provided in the opening and capable of switching between a closed state in which the opening is closed and an open state in which the opening is opened.
A first sensor that detects whether the opening / closing door is in the closed state or the open state,
It further includes a control device connected to the first sensor.
Wherein the control device, when the detection result of the first sensor is in the closed state, and can measure the extinction characteristics of the positron Apparatus according to claim 1.
前記制御装置に接続されており、前記ロック機構が前記ロック状態と前記非ロック状態のいずれであるかを検知する第２センサと、をさらに備えており、
前記制御装置は、さらに前記第２センサの検知結果が前記ロック状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能とする、請求項２に記載の装置。 When the open / close door is connected to the control device and the open / close door is in the closed state, the open / close door cannot be switched from the closed state to the open state, and the open / close door is changed from the closed state to the open state. A lock mechanism that can be switched to a non-locked state that can be switched to
It is connected to the control device and further includes a second sensor that detects whether the locking mechanism is in the locked state or the unlocked state.
Wherein the control device, if further detection result of the second sensor is in the locked state, allows measuring the extinction characteristics of the positron Apparatus according to claim 2.
前記第２放射線検出手段により放射線を検出した時刻と、前記第１放射線検出手段により放射線を検出した時刻との時間差から得られる陽電子の寿命から消滅特性を算出し、
前記第２放射線検出手段により検出された放射線のうち、前記陽電子検出手段で検出された陽電子が生成したときに発生したと推定される放射線を除いて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。 Before Symbol annihilation characteristics calculating means,
The extinction characteristic is calculated from the lifetime of positrons obtained from the time difference between the time when the radiation is detected by the second radiation detecting means and the time when the radiation is detected by the first radiation detecting means.
Of the radiation detected by the second radiation detecting means, the radiation that is presumed to be generated when the positron detected by the positron detecting means is generated is excluded, and the positron annihilation characteristic in the body under test is calculated. The device according to any one of claims 1 to 3 .
し、
前記消滅特性算出手段は、前記第１放射線検出手段により検出された検出結果から得られるγ線のエネルギースペクトルの分布から、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。 The first radiation detecting means measures the energy of γ-rays generated when positrons disappear, and measures the energy.
The extinction characteristic calculating means calculates the extinction characteristic of a positron in the body to be measured from the distribution of the energy spectrum of γ-rays obtained from the detection result detected by the first radiation detecting means, claim 1 to 5 . The device according to any.
陽電子の入射によってシンチレーション光を放出するシンチレータと、
前記シンチレータから放出されたシンチレーション光を検知する光センサと、を備えており、
前記シンチレータと前記光センサとが、シンチレーション光を伝送可能なライトガイドにより接続されている、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。 The positron detecting means
A scintillator that emits scintillation light due to the incident of positrons,
It is equipped with an optical sensor that detects the scintillation light emitted from the scintillator.
The apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein the scintillator and the optical sensor are connected by a light guide capable of transmitting scintillation light.
前記検出器の検出結果から得られる放射線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のうち、ヒストグラムにして観測する電圧値の範囲を決定する決定ステップと、
前記決定された電圧値の範囲について得られた前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるか否かを判定する判定ステップと、
前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるまで、前記決定ステップと前記判定ステップを繰返して電圧値の範囲を調節する調節ステップと、
前記調節ステップで得られた電圧値の範囲において得られた前記ヒストグラムにおける前記極小値に基づいて、陽電子が消滅するときに発生する放射線であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する第１補正ステップと、を備える方法。 A method of correcting the detection value of a detector that detects radiation generated when positrons are generated and extinguished in a device that measures the extinction characteristics of positrons that are incident on the object to be measured and disappear in the body to be measured.
Among the voltage signals based on the radiation energy spectrum obtained from the detection result of the detector, the determination step of determining the range of the voltage value to be observed as a histogram, and the determination step.
A determination step for determining whether or not two maximum values and a minimum value in the range between the two maximum values appear in the histogram obtained for the determined voltage value range.
An adjustment step of repeating the determination step and the determination step to adjust the voltage value range until the two maximum values and the minimum value in the range between the two maximum values appear in the histogram.
The first correction to correct the lower limit of the energy range determined to be the radiation generated when the positron disappears, based on the minimum value in the histogram obtained in the voltage value range obtained in the adjustment step. And how to prepare.
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