JP7258353B2 - Positron annihilation property measuring device and measuring method - Google Patents

Positron annihilation property measuring device and measuring method Download PDF

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Description

本発明は、陽電子消滅特性の測定装置及び測定方法に関し、より具体的には、物質内での陽電子消滅特性を測定することにより物質内の状態を評価するための測定装置及び測定方法に関する。 The present invention relates to a positron annihilation property measuring apparatus and method, and more particularly to a measuring apparatus and method for evaluating the state inside a substance by measuring the positron annihilation property inside the substance.

従来から、物質内に照射された陽電子が消滅するまでの時間(以下、「陽電子寿命」とも呼ぶ)を測定することにより、物質内の状態(欠陥等)を評価、推定することが行われている。 Conventionally, the state (defects, etc.) within a material has been evaluated and estimated by measuring the time it takes for the positron irradiated in the material to disappear (hereinafter also referred to as the "positron lifetime"). there is

例えば、特許文献1は、陽電子線源を2つの被測定材料片で挟み、被測定材料片の各々の外側にシンチレータ及び光電子増倍管を配置して、2つのシンチレータに入射するγ線を検出して陽電子寿命を測定する装置及び方法を開示する。 For example, in Patent Document 1, a positron beam source is sandwiched between two pieces of material to be measured, and a scintillator and a photomultiplier tube are arranged outside each of the pieces of material to be measured to detect gamma rays incident on the two scintillators. Disclosed is an apparatus and method for measuring positron lifetimes using

また、本発明者等による特許文献2、3は、被測定体の近傍に配置した陽電子線源と、陽電子消滅時に発生するγ線を検出する第1γ線検出器と、陽電子生成時に発生するγ線を検出する第2γ線検出器と、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器を含む陽電子消滅特性測定装置により陽電子寿命を測定する方法を開示する。 Further, Patent Documents 2 and 3 by the present inventors disclose a positron beam source arranged near an object to be measured, a first γ-ray detector for detecting γ-rays generated when positrons are annihilated, and a γ-ray detector for detecting γ-rays generated when positrons are generated. Disclosed is a method for measuring positron lifetimes by means of a positron annihilation characteristic measuring apparatus including a second γ-ray detector for detecting radiation and a positron detector for detecting positrons that have not been incident on an object to be measured.

特開2017-198552号公報JP 2017-198552 A 特許第5843315号公報Japanese Patent No. 5843315 特開2018-40645号公報JP 2018-40645 A

特許文献1~3に開示されるような陽電子寿命の測定では、被測定体の内部の状態を必ずしも十分に、精度良く、安定して評価できない恐れがある。そこで、本発明は、陽電子寿命の測定において新たな陽電子消滅特性に着目して、被測定体の内部の状態を十分に、精度良く、安定して評価することができる陽電子消滅特性の測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。 Positron lifetime measurements as disclosed in Patent Documents 1 to 3 may not always be able to sufficiently, accurately, and stably evaluate the internal state of the object to be measured. Therefore, the present invention focuses on new positron annihilation characteristics in the measurement of positron lifetimes, and provides a positron annihilation characteristics measurement apparatus and apparatus capable of sufficiently, accurately and stably evaluating the internal state of an object to be measured. The purpose is to provide a measurement method.

本発明の一態様の被測定体に入射されて被測定体内で消減する陽電子の消滅特性を測定する陽電子消滅特性測定装置は、(a)被測定体の表面に近接又は密着する位置に配置される陽電子線源と、(b)陽電子線源に対して設定された第1の位置と第2の位置に配置され、陽電子線源で陽電子が生成したときに発生する第1の放射線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第2の放射線を検出する、第1放射線検出手段と第2放射線検出手段と、(c)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、(d)第1及び第2放射線検出手段の検出結果と、陽電子検出手段の検出結果に基づいて、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、を備える。 A positron annihilation property measuring device for measuring the annihilation property of positrons incident on and annihilated in the object to be measured according to one aspect of the present invention is (a) arranged at a position close to or in close contact with the surface of the object to be measured; and (b) first radiation and positron beams disposed at first and second positions set with respect to the positron beam source and generated when positrons are produced by the positron beam source. (c) first radiation detection means and second radiation detection means for detecting second radiation produced when positrons produced by the source are annihilated; (d) positron annihilation characteristics in the body to be measured based on the detection results of the first and second radiation detection means and the detection results of the positron detection means; and an extinction characteristic calculation means for calculating.

本発明の一態様の消滅特性算出手段は、
(d1)第1放射線検出手段での第1の放射線の検出信号をスタート信号とし、前記第2放射線検出手段での第2の放射線の検出信号をストップ信号とした場合のスタート信号とストップ信号の間の時間差から第1「寿命時間一陽電子数」の測定結果を取得し、
(d2)第2放射線検出手段での第1の放射線の検出信号をスタート信号とし、第1放射線検出手段での第2の放射線の検出信号をストップ信号とした場合のスタート信号とストップ信号の間の時間差から第2「寿命時間一陽電子数」の測定結果を取得し、
(d3)第1及び第2「寿命時間一陽電子数」の測定結果から被測定体の陽電子寿命スペクトルを2つ得た上で、陽電子寿命スペクトルの各々をフィッティングして算出される2つの陽電子寿命スペクトルの0時間の平均時間を算出し、
(d4)被測定体の種類に応じて取得された基準時間と算出された平均時間との間のシフト量を算出する。
The extinction characteristic calculation means of one aspect of the present invention includes:
(d1) When the first radiation detection signal from the first radiation detection means is used as the start signal and the second radiation detection signal from the second radiation detection means is used as the stop signal, the difference between the start signal and the stop signal obtain the measurement result of the first "life time one positron number" from the time difference between
(d2) Between the start signal and the stop signal when the detection signal of the first radiation by the second radiation detection means is the start signal and the detection signal of the second radiation by the first radiation detection means is the stop signal Obtain the measurement result of the second "life time one positron number" from the time difference of
(d3) Two positron lifetimes calculated by fitting each of the positron lifetime spectra after obtaining two positron lifetime spectra of the object to be measured from the measurement results of the first and second “lifetime number of positrons” Calculate the 0 hour average time of the spectrum,
(d4) Calculate the amount of shift between the reference time obtained according to the type of the object to be measured and the calculated average time.

本発明の一態様の被測定体に入射されて被測定体内で消減する陽電子の消減特性を測定する方法は、
(i)陽電子線源と、前記陽電子線源で陽電子が生成したときに発生する第1の放射線と前記陽電子線源で生成された陽電子が消減するときに発生する第2の放射線とを検出する、第1検出器と第2検出器との間の位置を調整する調整工程と、
調整工程で位置調整された陽電子線源と第1検出器と第2検出器を用いて、第1の被測定体に対して、
(ii)第1検出器で第1の放射線を検出した時刻と第2検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第1の時間を算出する第1時間算出工程と、
(iii)第2検出器で第1の放射線を検出した時刻と第1検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第2の時間を算出する第1時間算出工程と、
(iv)第1の時間と第2の時間の平均時間を算出する工程と、
前記調整工程で位置調整された前記陽電子線源と前記第1検出器と前記第2検出器を用いて、第1の被測定体と異なる第2の被測定体に対して、
(v)第1検出器で第1の放射線を検出した時刻と第2検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第3の時間を算出する第3時間算出工程と、
(vi)第2検出器で第1の放射線を検出した時刻と第1検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第4の時間を算出する第4時間算出工程と、
(vii)第3の時間と第4の時間の平均時間を算出する工程と、
(viii)第1の時間と第2の時間の平均時間と、第3の時間と第4の時間の平均時間との間のシフト量を算出するシフト量算出工程と、を備える、陽電子消滅特性測定方法。
According to one aspect of the present invention, the method of measuring the extinction characteristics of positrons that are incident on an object to be measured and are lost in the object to be measured includes:
(i) detecting a positron beam source, first radiation produced when positrons are produced by said positron beam source, and second radiation produced when positrons produced by said positron beam source are annihilated; , an adjusting step of adjusting the position between the first detector and the second detector;
Using the positron beam source, the first detector, and the second detector whose positions are adjusted in the adjustment step, for the first object to be measured,
(ii) calculating the first time, which is the 0 hour of the positron lifetime spectrum, from the time difference between the time when the first radiation is detected by the first detector and the time when the second radiation is detected by the second detector; 1 hour calculation step;
(iii) calculating a second time that is 0 hours of the positron lifetime spectrum from the time difference between the time when the first radiation is detected by the second detector and the time when the second radiation is detected by the first detector; 1 hour calculation step;
(iv) calculating an average time of the first time and the second time;
Using the positron beam source, the first detector, and the second detector whose positions are adjusted in the adjustment step, for a second object to be measured that is different from the first object to be measured,
(v) calculating a third time that is 0 hours of the positron lifetime spectrum from the time difference between the time when the first radiation is detected by the first detector and the time when the second radiation is detected by the second detector; 3 hours calculation process;
(vi) calculating a fourth time that is 0 hours of the positron lifetime spectrum from the time difference between the time when the first radiation is detected by the second detector and the time when the second radiation is detected by the first detector; a 4-hour calculation step;
(vii) calculating the average time of the third time and the fourth time;
(viii) Positron annihilation characteristics, comprising a shift amount calculation step of calculating a shift amount between the average time of the first time and the second time and the average time of the third time and the fourth time. Measuring method.

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)被測定体の種類毎に取得される陽電子寿命スペクトルの0時間(基準時間)と、被測定体について取得された陽電子寿命スペクトルの0時間との間のシフト量を算出することによって、陽電子寿命のみによる評価では判定できない被測定体の内部状態を評価することができる。
(2)その際、陽電子寿命スペクトルの0時間の算出を2つの陽電子寿命スペクトルの0時間の平均時間として算出し、被測定体の種類に応じて取得された基準時間と算出された平均時間との間のシフト量を算出することにより、陽電子寿命スペクトルのドリフトを補正(相殺)し、被測定体の内部状態の評価の精度をより高めることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) By calculating the amount of shift between the 0 hour (reference time) of the positron lifetime spectrum acquired for each type of the object to be measured and the 0 hour of the positron lifetime spectrum acquired for the object to be measured, It is possible to evaluate the internal state of the object to be measured, which cannot be determined by the evaluation based only on the positron lifetime.
(2) At that time, the calculation of the 0 hour of the positron lifetime spectrum is calculated as the average time of the 0 hours of the two positron lifetime spectra, and the reference time obtained according to the type of the object to be measured and the calculated average time By calculating the amount of shift between , the drift of the positron lifetime spectrum can be corrected (offset), and the accuracy of evaluation of the internal state of the object to be measured can be improved.

本発明の一実施形態の陽電子消滅特性測定装置を模式的に示す斜視図。1 is a perspective view schematically showing a positron annihilation characteristic measuring apparatus according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態の陽電子消滅特性測定装置の構成を模式的に示す図。1 is a diagram schematically showing the configuration of a positron annihilation characteristic measuring apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態の陽電子検出ユニットの分解斜視図。1 is an exploded perspective view of a positron detection unit according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態の遮光容器の構成を示す図。The figure which shows the structure of the light-shielding container of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態のサンプルホルダを遮光容器内に設置した状態を示す図。The figure which shows the state which installed the sample holder of one Embodiment of this invention in the light-shielding container. 本発明の一実施形態の演算装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the configuration of an arithmetic unit according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態の陽電子検出器の検出結果に基づいてノイズを除去する処理を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the process of removing noise based on the detection result of the positron detector according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態の陽電子検出器の検出結果に基づいてノイズを除去する処理を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the process of removing noise based on the detection result of the positron detector according to one embodiment of the present invention; 本発明の実施例1の被測定体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量を算出する処理の一例を示すフローチャート。A flow chart showing an example of a process of calculating a time shift amount at which the positron lifetime spectrum of the object to be measured is 0 hours according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1の被測定体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間を算出する処理を説明するための模式図。Schematic diagram for explaining the process of calculating the time at which the positron lifetime spectrum of the object to be measured in Example 1 of the present invention becomes 0 hours. 本発明の実施例1のショットピーニング加工によって被測定体に欠陥を導入する時間と、陽電子寿命と寿命分布と被測定体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量との関係を示す図。A diagram showing the relationship between the time required to introduce defects into an object to be measured by shot peening processing in Example 1 of the present invention, the positron lifetime, the lifetime distribution, and the shift amount of time when the positron lifetime spectrum of the object to be measured becomes 0 hours. . 本発明の実施例1のモンテカルロシミュレーションを用いて再現した陽電子寿命と寿命分布と被測定体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量と、陽電子が欠陥に捕捉される速度との関係を示す図。The relationship between the positron lifetime and the lifetime distribution reproduced using the Monte Carlo simulation of Example 1 of the present invention, the shift amount of time when the positron lifetime spectrum of the object to be measured becomes 0 hours, and the rate at which positrons are captured by defects. illustration. 本発明の実施例2のデュアル計測の概要図。The schematic diagram of the dual measurement of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2のドリフトが相殺される原理を説明する模式図。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the principle of offsetting drift in Example 2 of the present invention; 本発明の実施例2の22Naのエネルギースペクトルとエネルギーウィンドウを示す図。FIG. 3 shows the energy spectrum and energy window of 22 Na in Example 2 of the present invention. 本発明の実施例2のデュアル計測で得られた陽電子寿命スペクトルの例を示す図。The figure which shows the example of the positron lifetime spectrum obtained by the dual measurement of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の繰り返し測定により得られたTの経時安定性を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the temporal stability of T 0 obtained by repeated measurements in Example 2 of the present invention; 図7の△と□の結果に対する相関を表した図。FIG. 8 is a diagram showing the correlation between the results of Δ and □ in FIG. 7;

図面(特に図1~8)を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態の陽電子消滅特性測定装置を模式的に示す斜視図である。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寿命を測定し、その測定結果から被測定体の内部状態を評価する装置である。装置10で陽電子寿命を測定可能な被測定体としては、オルトポジトロニウム(o-Ps)が形成されない材料で形成された試料であればよく、例えば、金属、半導体、又はo-Psが形成されない酸化物で形成された試料を被測定体とすることができる。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。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings (particularly FIGS. 1 to 8). FIG. 1 is a perspective view schematically showing a positron annihilation property measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. A positron annihilation measuring apparatus 10 (hereinafter also simply referred to as apparatus 10) measures gamma rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated and gamma rays (511 keV) generated when positrons are annihilated. This device measures the positron lifetime in the body to be measured from the time difference, and evaluates the internal state of the body to be measured from the measurement results. The object to be measured for which the positron lifetime can be measured by the apparatus 10 may be a sample made of a material in which orthopositronium (o-Ps) is not formed. A sample formed of an object can be used as an object to be measured. As shown in FIGS. 1-3, the device 10 has a first γ-ray detector 12, a second γ-ray detector 14, a positron detector 40, a light shielding container 60, and a computing device 50. FIG.
In FIG. 2, space A is the inner space of light-shielding container 60 and space B is the inner space of 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)と陽電子が消滅するときに発生するγ線(511keV)のいずれか一方または双方を検出することができる。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)また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は、装置10内に収容されている。なお、第1γ線検出器12は、「第1放射線検出手段」及び「第1検出器」の一例である。 The first γ-ray detector 12 can detect either one or both of γ-rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated and γ-rays (511 keV) generated when positrons are annihilated. . The first γ-ray detector 12 may be composed of, for example, a scintillator that emits scintillation light upon incidence of γ-rays, and a photomultiplier tube that converts the scintillation light into an electrical signal. The first γ-ray detector 12 is connected to the computing device 50 . When the first γ-ray detector 12 detects a γ-ray (1.27 MeV) generated when a positron is generated or a γ-ray (511 keV) generated when a positron annihilates, the first γ-ray detector 12 sends a pulsed electric current to the arithmetic unit 50. Output a signal. A first gamma ray detector 12 is housed within the device 10 . The first γ-ray detector 12 is an example of "first radiation detection means" and "first detector".

第2γ線検出器14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)のいずれか一方または双方を検出することができる。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、陽電子が生成されるときに発生するγ線(1.27MeV)また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は、「第2放射線検出手段」及び「第2検出器」の一例である。 The second γ-ray detector 14 can detect either one or both of γ-rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated and γ-rays (511 keV) generated when positrons are annihilated. . The second γ-ray detector 14 may also be configured similarly to the first γ-ray detector 12 . The second γ-ray detector 14 is connected to the computing device 50 . When the second γ-ray detector 14 detects a γ-ray (1.27 MeV) generated when a positron is generated or a γ-ray (511 keV) generated when a positron annihilates, a pulse-like electric Output a signal. The first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14 are arranged at positions facing the measurement surface of the object S to be measured. A second gamma-ray detector 14 is housed within the device 10 . The second γ-ray detector 14 is an example of the "second radiation detector" and the "second detector".

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は、「陽電子検出手段」の一例である。 The positron detector 40 comprises a photomultiplier tube 41 and a positron detection unit 42, as shown in FIG. The positron detection unit 42 has a scintillator 422 and a light guide 44 for positron detection. 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 detection 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 upon incidence of positrons.
The light guide 44 transmits 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 highly transmissive material coated with a reflective material. The photomultiplier tube 41 converts the transmitted scintillation light into an electrical signal. An electrical signal from the photomultiplier tube 41 is input to the arithmetic device 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。 A positron beam source 424 is placed between two thin film light shielding covers 423 . That is, the positron beam source 424 is sandwiched between the thin film light shielding covers 423 . A positron beam source 424 sandwiched between thin film light shielding covers 423 is arranged at a position facing the scintillator 422 . The thin film light shielding cover 423 blocks external light from entering the scintillator 422 . Positrons emitted from the positron beam source 424 are incident on one of the thin film light shielding covers 423 arranged above and below the positron beam source 424 . When positrons enter the thin film light shielding cover 423 arranged on the upper side, the positrons pass through the thin film light shielding cover 423 and enter the object S to be measured.

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)で陽電子が消減する。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。 On the other hand, when positrons pass through the lower thin film light shielding cover 423 and enter the scintillator 422, scintillation 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 Scintillation light from the scintillator 422 enters the photomultiplier tube 41 through the light guide 44 . As a result, an electrical signal is output from the photomultiplier tube 41 to the arithmetic device 50 . The positron beam 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 beam source 424 may be placed directly on the top 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, for the positron beam source 424, a positron beam source (positron emitting nuclide) such as 22 Na or 68 Ge can be used. Also, the positron beam source 424 is a weak positron beam source such that no other positron is generated after one positron is generated until it annihilates. As a result, it is possible to prevent a situation in which a plurality of positrons exist at the same time and the positron generation time and annihilation time 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、開ロ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。 The light-shielding container 60 accommodates the positron beam source 424, the object S to be measured, and the positron detector 40 (scintillator 422), as shown in FIG. The light-shielding container 60 has an opening 60a (see FIG. 1), and an opening/closing door 62 is provided in the opening 60a. 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. By opening the opening/closing door 62, the inside of the light shielding container 60 can be accessed from the outside. Further, the mechanism for switching between the open state and the closed state of the open/close door 62 that prevents light from entering the light shielding container 60 from the outside by closing the open/close door 62 is not particularly limited. , may be configured to be switched manually by the user, or may be configured to be automatically switched by the control device driving the actuator.

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 S to be measured is installed in the light shielding container 60 .
As shown in FIG. 5, the sample holder 70 has a mounting plate 70a formed with a through hole 70b and a fitting portion 70c. An object S to be measured is mounted on the mounting plate 70a. Specifically, the object S to be measured is mounted on the mounting plate 70a so that the object S to be measured is positioned above the through hole 70b. The thickness of the mounting plate 70 a is higher than the height of the positron beam source 424 . The sample holder 70 is made of SUS, for example. A thin film light shielding cover may be interposed between the mounting plate 70a and the object S to be measured.

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、本一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 substantially in the center of the mounting plate 70a. The through hole 70b penetrates from the front surface to the rear surface of the mounting plate 70a. Although the shape of the through-hole 70b is not particularly limited, it is circular in plan view in the present embodiment. In plan view, the through-hole 70b has a size capable of enclosing the positron beam source 424 (the thin film light shielding cover 423). As described above, since the height of the positron beam source 424 is smaller than the thickness of the mounting plate 70a, the positron beam 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5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5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。なお、サンプルホルダ70の形状は、上記に限られず、例えば、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 その陽電子消減特性を測定することができる。 The fitting portion 70c is a reference portion (positioning portion) for setting the sample holder 70 at the set position. For example, as shown in FIG. 5, when the sample holder 70 is placed at a predetermined set position (fitting portion 70c is fitted into the fitting wall 60c in the light shielding container 60), the object S to be measured passes through. It faces the positron beam source 424 through the hole 70b, and a constant space sp (see FIG. 4) is provided between the object S to be measured and the positron beam source 424. FIG. Spacing sp is, for example, 0.5 mm. 5, 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 clarity. The shape of the sample holder 70 is not limited to the above, and may be box-shaped, for example. With such a configuration, the positron dissipation characteristics can be measured even when the object to be measured is particulate or liquid.

演算装置50は、CPU、R〇M、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(DS0)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、チャネル1(CH1)とチャネル2(CH2)を介して第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。また、演算装置50は、後述する被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量算出処理を実行する。なお、第1信号処理部20及び第2信号処理部30は、「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 including a CPU, ROM, and RAM, and a dedicated circuit such as a digital storage oscilloscope (DS0) or NIM module. Arithmetic device 50 is connected to first signal processor 20, which is connected to first γ-ray detector 12 and second γ-ray detector 14 via channel 1 (CH1) and channel 2 (CH2), and to positron detector 40. A second signal processing unit 30 is provided. The second signal processing unit 30 processes the electrical signal output from the positron detector 40 (more specifically, the photomultiplier tube 41) and identifies the time when the positron entered the positron detector 40. FIG. The time specified by the second signal processing section 30 is input to the first signal processing section 20 . In addition, the arithmetic unit 50 executes a time shift amount calculation process at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured becomes 0 hours, which will be described later. The first signal processing section 20 and the second signal processing section 30 are examples of the "extinction characteristic calculation means".

第1信号処理部20は、図6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または第2γ線検出器14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。陽電子消減時刻特定部22は、第1γ線検出器12または第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. 6, the first signal processing unit 20 includes a positron generation time determination unit 21, a positron annihilation time determination unit 22, a time difference calculation unit 23, a noise information exclusion unit 24, and a positron lifetime calculation unit 25. It has The positron generation time specifying unit 21 specifies the time when the positron was generated by the positron beam source 424 based on the signal from the first γ-ray detector 12 or the second γ-ray detector 14 . The positron annihilation time specifying unit 22 specifies the positron annihilation time based on the signal from the first γ-ray detector 12 or the second γ-ray detector 14 . The time difference calculator 23 calculates the time during which the positron lived from the time difference between the time specified by the positron generation time specifier 21 and the time specified by the positron annihilation time specifier 22 . The positron generation time specifying unit 21, the positron annihilation time specifying unit 22, and the time difference calculating unit 23 can be configured in the same manner as the corresponding parts of a conventionally known positron annihilation characteristic measuring apparatus.

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7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S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、陽電子が消減したときの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。 The noise information exclusion unit 24 extracts 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 entered the scintillator 422). Exclude those associated with non-injected positrons. That is, as shown in FIG. 7, when positrons emitted from the positron beam source 424 are incident on the object S (sample) to be measured, the positrons are annihilated in the object S to generate gamma rays (511 keV). . On the other hand, when positrons emitted from the positron beam source 424 are incident on the scintillator 422, they generate scintillation light and are annihilated outside the object S to generate gamma rays (511 keV). Therefore, when γ-rays (1.27 MeV) are detected when positrons are generated, then scintillation light is detected, and then γ-rays (511 keV) are detected when positrons are extinguished, the positron beam Positrons emitted from source 424 can be identified as incident on scintillator 422 . On the other hand, if the γ-ray (1.27 MeV) produced when the positron was generated was detected, and then the γ-ray (511 keV) produced when the positron was annihilated was detected without detecting scintillation light, the positron beam source It can be specified that the positron emitted from 424 has entered the object S (sample) to be measured.

例えば、図8(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8(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と陽電子消減時刻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。 For example, as shown in FIG. 8A, when no positron is detected by the positron detector 40 between the positron generation time t1 and the positron annihilation time t2 (that is, when no scintillation light is detected), , the positron generation time t1 and the positron annihilation time t2 are valid data. Then, the time difference (t2-t1) is used to calculate the lifetime of the positron in the object S to be measured. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when positrons are detected by the positron detector 40 at time t4 between positron generation time t3 and positron annihilation time t5 (that is, scintillation light is detected) ), the positron generation time t3 and the positron dissipation time t5 are excluded from the data for calculating the positron lifetime in the object S as invalid data.

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、腸電子発生時刻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減時刻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 positron generation (time t3), the positron detection (time t4), and the positron annihilation (time t5) occur within an extremely short period of time. Therefore, when the time difference between the intestinal electron generation time t3 and the positron detection time t4 is within a predetermined first time difference, the positron generation time t3 and the positron disappearance time t5 detected thereafter are excluded as invalid data. good too. Alternatively, when the time difference between the positron detection time t4 and the positron annihilation time t5 is within a predetermined second time difference, the positron generation time t3 and the positron annihilation 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 calculator 25 calculates the lifetime of the positrons in the object S to be measured from the survival time of the positrons that have entered the object S after noise has been removed by the noise information exclusion unit 24 . The positron lifetime calculator 25 can be configured in the same manner as the corresponding part of a conventional positron annihilation characteristic measuring device.

また、図2に示すように、演算装置50には、記憶部52と、入力部54が接続されている。記憶部52は、後述する基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toを、基準試験体の種類と対応付けて記憶している。時間Toについては、後に詳述する入力部54は、測定者が被測定体Sや基準試験体の種類を入力可能に構成されている。 Further, as shown in FIG. 2 , a storage unit 52 and an input unit 54 are connected to the computing device 50 . The storage unit 52 stores the time To at which the positron lifetime spectrum of the reference specimen described later becomes 0 hours, in association with the type of the reference specimen. Regarding the time To, the input unit 54, which will be described in detail later, is configured so that the measurer can input the types of the object to be measured S and the reference test object.

次に、本一実施形態の陽電子消滅特性測定装置10において、被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量を算出する処理について説明する。陽電子が消滅するまでの時間(陽電子寿命)は、被測定体Sの内部欠陥の有無によって変化する。このため、陽電子寿命を測定することによって、被測定体Sの内部欠陥の有無を評価することができる。しかしながら、内部欠陥には複数種類(例えば、転位や空孔等)が存在し、内部欠陥の種類によって被測定体Sの機械的特性も異なる。陽電子寿命だけでは内部欠陥の有無は評価できるものの、例えば、被測定体Sの内部にどのような種類の欠陥がどのくらい存在しているのかといった、被測定体Sの内部の詳細な状態まで評価することはできない。 Next, in the positron annihilation characteristic measuring apparatus 10 of the present embodiment, the process of calculating the time shift amount at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured becomes 0 hours will be described. The time until the positron annihilates (positron lifetime) varies depending on the presence or absence of internal defects in the object S to be measured. Therefore, by measuring the positron lifetime, it is possible to evaluate the presence or absence of internal defects in the object S to be measured. However, there are multiple types of internal defects (for example, dislocations and vacancies), and the mechanical properties of the object S to be measured differ depending on the types of internal defects. Although the existence or non-existence of internal defects can be evaluated only by the positron lifetime, the detailed state inside the object S to be measured, such as what kind of defects are present in the object S and how much, is also evaluated. It is not possible.

そこで、本一実施形態では、被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量を算出し、算出したシフト量を被測定体Sの内部の状態を評価するための指標として用いる。すなわち、本発明者は、陽電子寿命が同一となる複数の被測定体Sであっても、これら被測定体Sのそれぞれについて陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間を算出すると、この算出された時間が相違することに着目した。後述するように、被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間は、陽電子寿命スペクトルの波形によって決まり、陽電子寿命スペクトルの波形は被測定体S内の内部欠陥の種類によって決まる。そこで、複数の被測定体Sの内部状態を絶対的に評価するために、被測定体Sと同一種類の金属で形成された内部欠陥のない試験体を「基準試験体」とし、基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間と被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間との相違(シフト量)を、被測定体Sの内部の状態を評価するための指標とした。 Therefore, in this embodiment, the amount of shift in the time at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured is 0 hours is calculated, and the calculated amount of shift is used as an index for evaluating the internal state of the object S to be measured. . That is, the inventors of the present invention calculated the time at which the positron lifetime spectrum is 0 hours for each of a plurality of objects S having the same positron lifetime. I focused on the difference. As will be described later, the time at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured is 0 hours is determined by the waveform of the positron lifetime spectrum, and the waveform of the positron lifetime spectrum is determined by the type of internal defects in the object S to be measured. Therefore, in order to absolutely evaluate the internal state of a plurality of objects S to be measured, a specimen having no internal defects and made of the same kind of metal as the objects S to be measured is defined as a "reference specimen". The difference (shift amount) between the time at which the positron lifetime spectrum of the sample S is 0 hours and the time at which the positron lifetime spectrum of the sample S is 0 hours was used as an index for evaluating the internal state of the sample S. .

図9~図12を参照して、実施例1の被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量を算出する処理について説明する。図9に示すように、まず、演算装置50は、基準試験体の陽電子寿命を測定する(SI2)。基準試験体としては、被測定体Sと同一種類の金属で形成された試験体をアニーリングすることによって取得する。アニーリングすることによって、被測定体Sと同一種類の金属であって、内部欠陥を除去した状態の試験体(すなわち、基準試験体)を取得できる。 9 to 12, the process of calculating the time shift amount at which the positron lifetime spectrum of the object to be measured S of Example 1 is 0 hours will be described. As shown in FIG. 9, the computing device 50 first measures the positron lifetime of the reference specimen (SI2). A reference specimen is obtained by annealing a specimen made of the same kind of metal as the object S to be measured. By annealing, it is possible to obtain a specimen (that is, a reference specimen) which is made of the same kind of metal as the specimen S and has internal defects removed.

基準試験体の陽電子寿命の測定は、以下の手順で実行される。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、基準試験体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。基準試験体は、図3及び図4において被測定体Sが設置されている位置に設置する。具体的には、サンプルホルダ70の載置板70aの貫通孔70bの上部に基準試験体を載置し、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と基準試験体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、基準試験体と陽電子検出器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。 The positron lifetime measurement of the reference specimen is performed by the following procedure. The apparatus 10 is preset with a positron beam source 424 and a positron detector 40 . First, the opening/closing door 62 is opened to open the light-shielding container 60 , and the sample holder 70 on which the reference specimen is placed is placed at a predetermined setting position inside the light-shielding container 60 . The reference specimen is installed at the position where the object to be measured S is installed in FIGS. Specifically, the reference specimen is placed on the upper portion of the through hole 70b of the placement plate 70a of the sample holder 70, and the sample holder 70 is set at the set position. In this state, the positron beam source 424 and the reference specimen face each other through the through hole 70b while being separated from each other. In addition, as a result, the positron beam source 424 is sandwiched between the reference specimen and the positron detector 40 (specifically, the scintillator 422).

第1γ線検出器12と第2γ線検出器14を基準試験体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1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。 The first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14 are set at positions facing the reference specimen. At this time, the distance between the positron beam source 424 and the first γ-ray detector 12 and the distance between the positron beam source 424 and the second γ-ray detector 14 are made equal. Any method may be used to adjust the distance between the positron beam source 424 and the gamma ray detectors 12 and 14 . For example, it can be performed by providing a spacer or the like and adjusting its position. Alternatively, since the position of the positron beam source 424 is constant in the first embodiment, 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.

遮光容器60に取付けられた開閉扉62を閉状態とする。開閉扉62が閉状態になると、陽電子寿命を測定可能な状態となる。測定者は、陽電子寿命の測定を開始する前に、入力部54に基準試験体の種類を入力する。演算装置50は、入力部54に入力された情報(すなわち、基準試験体の種類に関する情報)を記憶部52に記憶させる。そして、演算装置50を作動させて、陽電子寿命の測定を開始する。 The opening/closing door 62 attached to the light shielding container 60 is closed. When the opening/closing door 62 is closed, the positron lifetime can be measured. The operator inputs the type of the reference specimen to the input unit 54 before starting the positron lifetime measurement. Arithmetic device 50 causes storage unit 52 to store information input to input unit 54 (that is, information about the type of reference specimen). Then, the computing device 50 is activated to start measuring the positron lifetime.

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、基準試験体か、シンチレータ422に入射する。基準試験体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減した時刻を特定し、その時間差から陽電子の生存時間を算出する。 When positrons are generated by the positron beam source 424 , the γ-rays (1.27 MeV) generated at that time are detected by the first γ-ray detector 12 . The first signal processing unit 20 identifies the time when the positron was generated based on the signal from the first γ-ray detector 12 . Positrons generated by the positron beam source 424 are incident on the reference specimen or the scintillator 422 . The positrons incident on the reference specimen combine with electrons after an appropriate time and annihilate to generate gamma 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 at which the positrons disappeared based on the signal from the second γ-ray detector 14, and calculates the survival time of the positrons from the time difference.

一方、シンチレー夕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、基準試験体以外で消減し、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夕422に入射した時刻を特定する。また、基準試験体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、基準試験体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、基準試験体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、基準試験体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, and then disappear outside the reference specimen to generate gamma rays (511 keV). The scintillation light is transmitted by the light guide 44 to the photomultiplier tube 41 and converted into an electrical signal by the photomultiplier tube 41 . The second signal processing unit 30 identifies the time when the positron entered the scintillator 422 based on the electrical signal from the photomultiplier tube 41 . A gamma ray (511 keV) generated when the positron is annihilated outside the reference specimen is detected by the second gamma ray detector 14 . Therefore, the time is calculated by the first signal processing section 20 even when the light does not enter the reference specimen. However, due to the relationship between the time calculated by the second signal processing unit 30 and the generation time of positrons, data related to positrons that have not entered the reference specimen are excluded.
Therefore, the first signal processing unit 20 calculates the lifetime of positrons based only on the data obtained from the positrons incident from the reference specimen.

上述した説明から明らかなように、本実施例1の陽電子消滅特性測定装置10では、基準試験体に入射されなかった陽電子を陽電子検出器40で検出し、基準試験体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を基準試験体で挟み込むような状態としなくても、基準試験体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と基準試験体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、基準試験体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 apparatus 10 of the first embodiment, the positrons that have not entered the reference specimen are detected by the positron detector 40, and the positrons that have not entered the reference specimen are detected. Eliminate the generated radiation as noise. Therefore, even if the positron beam source 424 is not sandwiched between the reference specimens, the positron annihilation characteristics of the reference specimen can be accurately calculated. Moreover, since the scintillator 422 for detecting positrons is not arranged between the positron beam source 424 and the reference specimen, it is possible to prevent the positrons irradiated to the reference specimen from decreasing.

基準試験体の陽電子寿命が測定されると、演算装置50は、基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間を特定する(SI4)。陽電子寿命スペクトルとは、多数回測定された陽電子寿命を、時間と頻度(回数)で表した頻度分布である。上述したように基準試験体は内部欠陥が除去されているため、内部欠陥によって陽電子寿命が変化することはない。したがって、ステップSI2で取得した基準試験体の陽電子寿命から、基準試験体において陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間To(いわゆる基準時間)を取得する。演算装置50は、取得した基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toを、基準試験体の種類と対応付けて記憶部52に記憶させる(SI6)。 When the positron lifetime of the reference specimen is measured, the computing device 50 identifies the time when the positron lifetime spectrum of the reference specimen is 0 hours (SI4). A positron lifetime spectrum is a frequency distribution in which positron lifetimes measured many times are represented by time and frequency (number of times). As described above, the internal defects are removed from the reference specimen, so the internal defects do not change the positron lifetime. Therefore, from the positron lifetime of the reference specimen obtained in step SI2, the time To (so-called reference time) at which the positron lifetime spectrum in the reference specimen is 0 hours is obtained. The arithmetic unit 50 associates the acquired time To at which the positron lifetime spectrum of the reference specimen becomes 0 hours with the type of the reference specimen and stores it in the storage unit 52 (SI6).

特許文献1に例示されるような従来の方法では、測定対象から切り出された2枚の試験片により陽電子線源を挟み込み、陽電子が消滅する際の放射線(γ線)を測定していた。この方法では、測定毎に測定対象や検出器に対して陽電子線源の位置がずれるため、陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toを精度よく特定することができ難い。本実施例1の陽電子消減特性測定装置10では、陽電子消滅特性測定装置10内において、陽電子線源424と、第1γ線検出器12と、第2γ線検出器14の間の位置関係が常に変化することなく固定される。このため、基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toを精度よく特定することができる。 In the conventional method as exemplified in Patent Document 1, the positron beam source is sandwiched between two test pieces cut out from the object to be measured, and the radiation (γ rays) when the positrons are annihilated is measured. In this method, since the position of the positron beam source is shifted with respect to the measurement object and the detector for each measurement, it is difficult to accurately specify the time To at which the positron lifetime spectrum becomes 0 hours. In the positron annihilation characteristics measurement device 10 of the first embodiment, the positional relationship among the positron ray source 424, the first γ-ray detector 12, and the second γ-ray detector 14 is constantly changing. fixed without Therefore, the time To at which the positron lifetime spectrum of the reference specimen is 0 hours can be specified with high accuracy.

次に、演算装置50は、被測定体Sの陽電子寿命を測定する(SI8)。なお、被測定体Sの陽電子寿命を測定する処理は、上記のステップSI2の処理と略同一であるため、詳細な説明は省略する。 Next, the computing device 50 measures the positron lifetime of the object S (SI8). Note that the processing for measuring the positron lifetime of the object S to be measured is substantially the same as the processing in step SI2 described above, so detailed description thereof will be omitted.

被測定体Sの陽電子寿命が測定されると、演算装置50は、SI8の測定で取得された測定結果(すなわち、陽電子寿命スペクトル(「寿命時間(時間)一陽電子数(頻度)」の測定結果))をフィッティングすることにより、被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間を算出する(S20)。被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Tsoは、公知の種々の解析プログラムを利用することによって算出することができる。例えば、陽電子寿命スペクトルをバルク成分と欠陥成分に分離せず、両者を平均化して、SI8の測定で取得された測定結果に対して重み付けフィッティングする。なお重み付けフィッティングには、例えば、公知のPATFITプログラムやCERES等を用いることができる。図10に示すように、重み付けフィッティングでは総回数を等しくするため、被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Tsoは、時間Toより小さく(負側に)算出される。 When the positron lifetime of the object to be measured S is measured, the computing device 50 obtains the measurement result obtained in the measurement of SI8 (that is, the measurement result of the positron lifetime spectrum (“life time (time) one positron number (frequency)”) )), the time at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured is 0 hours is calculated (S20). The time Tso at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured becomes 0 hours can be calculated using various known analysis programs. For example, the positron lifetime spectrum is not separated into a bulk component and a defect component, but both are averaged and weighted fitting is performed to the measurement results obtained in the SI8 measurement. For weighted fitting, for example, a known PATFIT program, CERES, or the like can be used. As shown in FIG. 10, in order to equalize the total number of weighted fittings, the time Tso at which the positron lifetime spectrum of the object S is 0 hours is calculated to be smaller (on the negative side) than the time To.

最後に、演算装置50は、ステップSI4で特定された時間Toと、ステップS20で算出された時間Tsoから、被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間のシフト量△Toを算出する(S22)。 Finally, the arithmetic unit 50 calculates the time shift amount ΔTo at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured is 0 hours from the time To specified in step SI4 and the time Tso calculated in step S20. (S22).

図11は、ショットピーニング加工によって欠陥を導入した被測定体Sについて、本実施例1の陽電子消減特性測定装置10を用いて測定又は算出した陽電子寿命と寿命分布とシフト量△Toの関係を示している。横軸は、被測定体Sに対するショットピーニング加工の処理時間(投射時間)を示している。図11に示す陽電子寿命は、被測定体Sの多数回測定した陽電子寿命の平均値であり、材料中の欠陥量とサイズを反映したパラメータとして用いることができる。寿命分布は、この場合、陽電子寿命が対数正規分布の広がりを持つと仮定したモデル関数で解析された結果であり、寿命成分の数を反映したパラメータとして用いることができる。また、△Toも、材料中の寿命成分の数を反映したパラメータとして用いることができる。また、投射時間が0のときは、ショットピーニング加工が施されていない状態である。このため、投射時間が0のときの陽電子寿命と寿命分布は、基準試験体の陽電子寿命と寿命分布を示している。また、投射時間が0のときのシフト量△Toは、基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toと一致する。 FIG. 11 shows the relationship between the positron lifetime, the lifetime distribution, and the shift amount ΔTo measured or calculated using the positron dissipation characteristics measuring apparatus 10 of the first embodiment for the object S to which defects have been introduced by shot peening. ing. The horizontal axis indicates the processing time (projection time) of the shot peening processing for the object S to be measured. The positron lifetime shown in FIG. 11 is the average value of positron lifetimes measured many times in the object S, and can be used as a parameter reflecting the amount and size of defects in the material. In this case, the lifetime distribution is the result of analysis by a model function assuming that the positron lifetime has a spread of logarithmic normal distribution, and can be used as a parameter reflecting the number of lifetime components. ΔTo can also be used as a parameter reflecting the number of lifetime components in the material. Further, when the projection time is 0, it means that the shot peening process is not performed. Therefore, the positron lifetime and lifetime distribution when the projection time is 0 show the positron lifetime and lifetime distribution of the reference specimen. Further, the shift amount ΔTo when the projection time is 0 coincides with the time To when the positron lifetime spectrum of the reference specimen is 0 hours.

図11に示すように、陽電子寿命は、投射時間が0秒から長くなるほど大きくなり、投射時間が約100秒を超えるとほとんど変化しなかった。また、寿命分布は、投射時間が0~36秒の間は大きくなり、投射時間が36~240秒の間は小さくなったが、投射時間が240秒になっても0ピコ秒にならなかった。被測定体Sに存在する欠陥が転位又は空孔のいずれか一方である場合には、投射時間が長くなると(例えば、240秒の時)、理論的には寿命分布が0になる。これは、陽電子が欠陥にフルトラップされることから消滅サイトが1種類となるためである。このため、投射時間が長い場合の被測定体Sの内部には、転位と空孔の両方の欠陥が存在していることになる。 As shown in FIG. 11, the positron lifetime increased as the projection time increased from 0 seconds, and changed little when the projection time exceeded about 100 seconds. In addition, the lifetime distribution increased between 0 and 36 seconds of projection time and decreased between 36 and 240 seconds of projection time, but did not reach 0 picoseconds even when projection time reached 240 seconds. . If the defects existing in the object S are either dislocations or vacancies, the lifetime distribution theoretically becomes 0 when the projection time is long (for example, 240 seconds). This is because the positrons are fully trapped in the defects, so that there is only one type of annihilation site. For this reason, defects of both dislocations and vacancies are present inside the object S to be measured when the projection time is long.

一方、シフト量△Toの絶対値は、投射時間が0~72秒の間は大きくなり(すなわち図11のグラフでは下方へ変化し)、投射時間が70秒~240秒の間は小さくなった(すなわち、図11のグラフでは上方へ変化した)。投射時間を長くしても陽電子寿命や寿命分布がほとんど変化しない範囲(投射時間120~240秒)であっても、シフト量△Toは大きく変化していた。このため、陽電子寿命や寿命分布と共にシフト量△Toを用いることによって、被測定体Sの内部欠陥をより詳細に評価できると言える。 On the other hand, the absolute value of the shift amount ΔTo increased during the projection time from 0 to 72 seconds (that is, changed downward in the graph of FIG. 11), and decreased during the projection time from 70 seconds to 240 seconds. (ie, shifted upwards in the graph of FIG. 11). Even in the range where the positron lifetime and lifetime distribution hardly change even if the projection time is lengthened (projection time 120 to 240 seconds), the shift amount ΔTo changed greatly. Therefore, by using the shift amount ΔTo together with the positron lifetime and lifetime distribution, it can be said that the internal defects of the object S to be measured can be evaluated in more detail.

図12は、モンテカルロシミュレーションを用いて再現した陽電子寿命と寿命分布とシフト量△Toの関係を示している。横軸は、陽電子が欠陥に捕捉される速度(トラッピング速度)を示している。図12では、被測定体Sに存在する欠陥が転位のみである場合の陽電子寿命と寿命分布とシフト量ΔToと、被測定体Sに転位と空孔の両方の欠陥が存在する場合の陽電子寿命と寿命分布とシフト量△Toを示している。 FIG. 12 shows the relationship between the positron lifetime, the lifetime distribution, and the shift amount ΔTo reproduced using the Monte Carlo simulation. The horizontal axis indicates the speed at which positrons are trapped by defects (trapping speed). FIG. 12 shows the positron lifetime, the lifetime distribution, and the shift amount ΔTo when the defects existing in the object S are only dislocations, and the positron lifetime when the object S has both defects of dislocations and vacancies. , life distribution and shift amount ΔTo.

図12に示すように、被測定体Sに存在する欠陥が転位のみである場合、トラッピング速度1013/Sおいて、寿命分布とシフト量△Toは、いずれも約0ピコ秒となった。一方、被測定体Sに転位と空孔の両方の欠陥が存在する場合、トラッピング速度1013/Sにおいて、寿命分布は26.7ピコ秒であり、シフト量ΔToは-2.1ピコ秒であり、いずれも約0ピコ秒にはならなかった。ここで、図11に示される投射時間240秒は、図12のグラフのトラッピング速度1011/S以上と考えられる。なぜなら、△Toは陽電子寿命や寿命分布と比較してダイナミックレンジが広く、トラッピング速度が1011/S以上でも感度があることから、その感度差を利用して判断することができる。このため、図11の投射時間240秒において寿命分布が0ピコ秒になっていないことから被測定体Sには、転位と空孔の両方の欠陥が存在すると言える。このように、陽電子寿命と寿命分布とシフト量△Toを用いることによって、被測定体Sの内部欠陥の状態を精度よく評価できることが示された。 As shown in FIG. 12, when the defects existing in the object S to be measured were only dislocations, both the lifetime distribution and the shift amount ΔTo were about 0 picoseconds at a trapping speed of 10 13 /S. On the other hand, when both dislocation and vacancy defects are present in the object S, the lifetime distribution is 26.7 picoseconds at a trapping speed of 10 13 /S, and the shift amount ΔTo is -2.1 picoseconds. None of them reached about 0 picoseconds. Here, the projection time of 240 seconds shown in FIG. 11 is considered to be greater than or equal to the trapping speed of 10 11 /S in the graph of FIG. 12 . This is because ΔTo has a wider dynamic range than the positron lifetime and lifetime distribution, and is sensitive even when the trapping speed is 10 11 /S or more, so the difference in sensitivity can be used for determination. Therefore, it can be said that both dislocation and vacancy defects are present in the object S because the lifetime distribution is not 0 picoseconds at the projection time of 240 seconds in FIG. Thus, it was shown that the state of internal defects in the object S to be measured can be evaluated with high accuracy by using the positron lifetime, the lifetime distribution, and the shift amount ΔTo.

なお、本実施例1では、ステップSI8及びステップS20の被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Tsoの算出に先立ち、ステップSI2及びステップSI4の基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toを特定する処理を実行したが、このような構成に限定されない。演算装置50が基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0となる時間Toを取得可能であればよく、例えば、基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0となる時間Toは、基準試験体の種類と共に、予め記憶部52に記憶されていてもよい。 Note that in the first embodiment, prior to the calculation of the time Tso at which the positron lifetime spectrum of the object S to be measured is 0 hours in steps SI8 and S20, the positron lifetime spectrum of the reference specimen is 0 hours in steps SI2 and SI4. Although the process of identifying the time To at which .theta. It is sufficient if the computing device 50 can acquire the time To at which the positron lifetime spectrum of the reference specimen is 0. For example, the time To at which the positron lifetime spectrum of the reference specimen is 0 is preliminarily set together with the type of the reference specimen. It may be stored in the storage unit 52 .

また、本実施例1では、被測定体Sの内部の状態を評価するための指標として、基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toと被測定体Sの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Tsoとの相違(シフト量)△Toを用いたが、このような構成に限定されない。例えば、2つの被測定体について、それぞれ陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間から、両者の間の相違(シフト量)を算出し、両者の間の相違(シフト量)を相対評価してもよい。 In addition, in the first embodiment, the time To at which the positron lifetime spectrum of the reference test sample is 0 hours and the positron lifetime spectrum of the sample S at 0 hours are used as indexes for evaluating the internal state of the object S to be measured. Although the difference (shift amount) ΔTo from the time Tso is used, the configuration is not limited to this. For example, for two objects to be measured, the difference (shift amount) between the two may be calculated from the time at which the positron lifetime spectrum is 0 hours, and the difference (shift amount) between the two may be relatively evaluated. .

次に、実施例2として、上述した実施例1のシフト量の算出の精度を高め、被測定体の内部欠陥の状態をより精度よく安定して評価するための方法について説明する。実施例2においては、基本的な流れ(工程)として、図1~図8を参照しながら説明した本発明の一実施形態の陽電子消滅特性測定装置10を用いた測定方法、及び図9~図12を参照しながら説明した本発明の実施例1の測定方法を利用する。その際、装置10の第1γ線検出器12、第2γ線検出器14としてシンチレーション放射線検出器を用いた場合、それを構成する光電子増倍管や高圧電源等の経時安定性に起因する陽電子寿命スペクトルのドリフトが発生してしまう。具体的には、例えば高圧電源の出力の揺らぎや測定系の不安定性に起因して陽電子寿命スペクトルのドリフトが発生してしまう。 Next, as Example 2, a method for improving the accuracy of calculation of the shift amount in Example 1 and more accurately and stably evaluating the state of the internal defect of the object to be measured will be described. In Example 2, as a basic flow (process), the measuring method using the positron annihilation characteristic measuring apparatus 10 of one embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 to 8 and FIGS. 12 is utilized. At that time, when scintillation radiation detectors are used as the first γ-ray detector 12 and the second γ-ray detector 14 of the apparatus 10, the positron lifetime due to the temporal stability of the photomultiplier tubes and high-voltage power supply constituting them Spectral drift occurs. Specifically, drift of the positron lifetime spectrum occurs due to, for example, fluctuations in the output of the high-voltage power supply and instability of the measurement system.

その結果、陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間ToとTsoのシフト量ΔToの測定精度、しいては欠陥評価の精度が低下してしまう恐れがある。特に、シフト量ΔToは1ps以下という測定精度が要求されるため、ΔTo評価の効果を高めるためには、光電子増倍管や高圧電源等の経時安定性に起因する陽電子寿命スペクトルのドリフトを最小化する必要がある。そこで、本実施例2では、以下に述べるように、デュアル計測を用いた陽電子寿命スペクトルのドリフトを補正(相殺)する方法を提案する。 As a result, there is a possibility that the measurement accuracy of the shift amount ΔTo between the time To and Tso at which the positron lifetime spectrum becomes 0 hours, and thus the accuracy of the defect evaluation may be lowered. In particular, since the shift amount ΔTo requires a measurement accuracy of 1 ps or less, in order to enhance the effect of ΔTo evaluation, it is necessary to minimize the drift of the positron lifetime spectrum due to the temporal stability of the photomultiplier tube, high-voltage power supply, etc. There is a need to. Therefore, in the second embodiment, as described below, a method of correcting (offsetting) the drift of the positron lifetime spectrum using dual measurement is proposed.

上述した実施例1では、陽電子線源(22Na)424で陽電子が生成されたときに発生する崩壊γ線(1.27MeV)は、第1γ線検出器12で検出される。また、基準試験体と被測定体Sに入射した陽電子が電子と結合して消滅したときに発生する消滅γ線(511keV)は、第2γ線検出器14によって検出される。すなわち、第1γ線検出器12で消滅γ線(511keV)が検出することはなく、第2γ線検出器14で崩壊γ線(1.27MeV)が検出することはない。 In Example 1 described above, decay γ-rays (1.27 MeV) generated when positrons are generated by the positron beam source ( 22 Na) 424 are detected by the first γ-ray detector 12 . An annihilation gamma ray (511 keV) generated when the positrons incident on the reference specimen and the object S are annihilated by combining with electrons is detected by the second gamma ray detector 14 . That is, the first γ-ray detector 12 does not detect annihilation γ-rays (511 keV), and the second γ-ray detector 14 does not detect decay γ-rays (1.27 MeV).

これに対して、本実施例2のデュアル計測では、第1γ線検出器12で崩壊γ線(1.27MeV)を検出し、第2γ線検出器14で消滅γ線(511keV)を検出し、さらに並行して第1γ線検出器12で消滅γ線(511keV)を検出し、第2γ線検出器14で崩壊γ線(1.27MeV)を検出して、同時に得られる2つの陽電子寿命値スペクトルの各々から陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toを得る。なお、陽電子寿命値スペクトルおよび陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toの求め方は実施例1の場合と同様である。 In contrast, in the dual measurement of the second embodiment, the first γ-ray detector 12 detects decay γ-rays (1.27 MeV), the second γ-ray detector 14 detects annihilation γ-rays (511 keV), Furthermore, in parallel, the first γ-ray detector 12 detects annihilation γ-rays (511 keV), the second γ-ray detector 14 detects decay γ-rays (1.27 MeV), and simultaneously obtains two positron lifetime spectra. , the time To at which the positron lifetime spectrum becomes 0 hours is obtained. The method of obtaining the time To at which the positron lifetime value spectrum and the positron lifetime spectrum are 0 hours is the same as in the case of the first embodiment.

図13は、本実施例2のデュアル計測の概要を示す図である。実施例1では、図13(a)のように寿命値(Lifetime_1)を測定する。実施例2のデュアル計測では、図13(b)のように寿命値(Lifetime_2)も並行して測定する。これにより、同時に2つの陽電子寿命スペクトルを得ることができ、計数も実質的に2倍となる。そして、デュアル計測により同時に得られた2つの陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toを平均化((TO1+TO2)/2)することにより、陽電子寿命スペクトルのドリフトを相殺することができる。 FIG. 13 is a diagram showing an outline of dual measurement according to the second embodiment. In Example 1, the lifetime value (Lifetime_1) is measured as shown in FIG. 13(a). In the dual measurement of Example 2, the lifetime value (Lifetime_2) is also measured in parallel as shown in FIG. 13(b). This allows two positron lifetime spectra to be obtained at the same time, effectively doubling the counts. Then, by averaging ((T O1 +T O2 )/2) the time To at which the two positron lifetime spectra simultaneously obtained by dual measurement are 0 hours, the drift of the positron lifetime spectra can be canceled.

図14は、本実施例2のドリフトが相殺される原理を説明する模式図である。図14(a)のSpectrum_1では、陽電子寿命スペクトルの時間軸が右方向に進んでいるが、(b)のSpectrum_2では、陽電子寿命スペクトルの時間軸が反転し左方向に進んでいるため、ドリフト方向も反転する。その結果、時間Toの平均化によりドリフトが相殺される。 14A and 14B are schematic diagrams for explaining the principle of drift cancellation in the second embodiment. In Spectrum_1 of FIG. 14(a), the time axis of the positron lifetime spectrum advances to the right, but in Spectrum_2 of (b), the time axis of the positron lifetime spectrum reverses and advances to the left. is also reversed. As a result, drift is canceled by averaging over time To.

図15は、本実施例2の22Naのエネルギースペクトルとエネルギーウィンドウを示す図である。実施例1では、破線のようにエネルギーウィンドウ範囲を図15(1)のように設定し、図2の演算装置50に相当するデジタルオシロスコープ(以下、DSOと呼ぶ)のChannel_1でスタート信号(photo-peak of 1.27 MeV)、Channel_2でストップ信号(photo-peak of 0.511 MeV)を記録する。本実施例2のデュアル計測では、スタート信号とストップ信号の両方が含まれるように、広くエネルギーウィンドウ範囲を図15(2)のように設定し、第1γ線検出器12と第2γ線検出器14からのγ線検出信号を記録する。記録した信号は、DSOにおいて実行されるプログラム上でスタート信号とストップ信号に弁別する。このようにして、デュアル計測によりDetector_1とDetector_2のそれぞれからの信号をストップ信号、スタート信号とする2つの陽電子寿命スペクトルを同時に得ることができる。 15 is a diagram showing the energy spectrum and energy window of 22 Na in Example 2. FIG. In the first embodiment, the energy window range is set as shown in FIG. 15(1) as indicated by the dashed line, and the start signal (photo- Record the stop signal (photo-peak of 0.511 MeV) on Channel_2. In the dual measurement of the second embodiment, a wide energy window range is set as shown in FIG. 15(2) so that both the start signal and the stop signal are included, and The gamma ray detection signal from 14 is recorded. The recorded signals are distinguished into start and stop signals on the program executed in the DSO. In this way, two positron lifetime spectra can be simultaneously obtained by dual measurement using the signals from Detector_1 and Detector_2 as a stop signal and a start signal, respectively.

図16に本実施例2のデュアル計測で得られた陽電子寿命スペクトルの例を示す。DSOのchannel_1、channel_2に幅の広いウィンドウを設定し(図15(2))、ウィンドウ内の検出信号波形を記録した後、DSOにおいて実行されるプログラム上でスタート信号とストップ信号に弁別した。Spectrum_1(図16(a))は、図13(a)のようにDSOのchannel_1をスタート、channel_2をストップとして得られた陽電子寿命スペクトルである。Spectrum_2(図16(b))は、図13(b)のようにDSOのchannel_2をスタート、channel_1をストップとして得られた陽電子寿命スペクトルである。Spectrum_1の陽電子寿命スペクトルを解析して得られた陽電子寿命は約105.9ps、Spectrum_2の陽電子寿命スペクトルを解析して得られた陽電子寿命は約105.0psとなった。 FIG. 16 shows an example of a positron lifetime spectrum obtained by the dual measurement of Example 2. In FIG. A wide window was set for channel_1 and channel_2 of the DSO (FIG. 15(2)), and after recording the detected signal waveforms in the window, the signals were discriminated into start and stop signals on the program executed in the DSO. Spectrum_1 (FIG. 16(a)) is a positron lifetime spectrum obtained with DSO channel_1 as the start and channel_2 as the stop as shown in FIG. 13(a). Spectrum_2 (FIG. 16(b)) is a positron lifetime spectrum obtained with DSO channel_2 as the start and channel_1 as the stop as shown in FIG. 13(b). The positron lifetime obtained by analyzing the positron lifetime spectrum of Spectrum_1 was about 105.9 ps, and the positron lifetime obtained by analyzing the positron lifetime spectrum of Spectrum_2 was about 105.0 ps.

図17に本実施例2のデュアル計測を用いた繰り返し測定により得られた時間Tの経時安定性を示す。図17の△はSpectrum_1の時間To、□はSpectrum_2の時間To、●は同時刻の△と□の平均である。△及び□は実施例1の測定に相当し、●が本実施例2のデュアル計測に相当する。△(To of Spectrum_1)の標準偏差は2.20ps、□(To of Spectrum_2)の標準偏差は2.30ps、●(△と□の平均)の標準偏差は0.35psであった。本実施例2のデュアル計測による測定●(△と□の平均)の標準偏差は、実施例1の測定の標準偏差に対して約1桁小さくなっており、時間Toの経時変化が大幅に減少することを示している。 FIG. 17 shows the temporal stability of time T0 obtained by repeated measurements using the dual measurement of Example 2. As shown in FIG. In FIG. 17, Δ is the time To of Spectrum_1, □ is the time To of Spectrum_2, and ● is the average of Δ and □ at the same time. Δ and □ correspond to the measurement in Example 1, and ● corresponds to the dual measurement in Example 2. The standard deviation of Δ (To of Spectrum — 1) was 2.20 ps, the standard deviation of □ (To of Spectrum — 2) was 2.30 ps, and the standard deviation of ● (average of Δ and □) was 0.35 ps. The standard deviation of the measurement ● (average of △ and □) by the dual measurement of this Example 2 is about one digit smaller than the standard deviation of the measurement of Example 1, and the change over time of time To is greatly reduced. indicates that

図18は、図17の△と□の結果に対する相関を表した図である。図18では、△と□には強い負の相関がみられた。線形近似をおこなったところ、相関係数Rは-0.9527となった。図17において、平均化により時間Toの経時変化が大幅に減少したのは、この強い相関によるものと考えられる。そして、本実施例2のように時間Toを平均化することにより、陽電子寿命スペクトルのドリフトが相殺されたと考えられる。その結果、本実施例2により、陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間Toのシフト量ΔToを用いた欠陥評価の精度を最大限に高めることができる。 FIG. 18 is a diagram showing correlations for the results of Δ and □ in FIG. 17 . In FIG. 18, a strong negative correlation was observed between Δ and □. When linear approximation was performed, the correlation coefficient R was −0.9527. In FIG. 17, the fact that the change over time of time To is greatly reduced by averaging is considered to be due to this strong correlation. It is considered that the drift of the positron lifetime spectrum was canceled by averaging the time To as in the second embodiment. As a result, according to the second embodiment, it is possible to maximize the accuracy of defect evaluation using the shift amount ΔTo of the time To at which the positron lifetime spectrum becomes 0 hours.

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。さらに、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。 Embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, the invention is not limited to these embodiments. Furthermore, the present invention can be implemented with various improvements, modifications, and variations based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

本発明の陽電子消減特性の測定装置、測定方法は、金属疲労の研究や診断等において利用、応用することができる。 The apparatus and method for measuring positron dissipation characteristics of the present invention can be used and applied in research and diagnosis of metal fatigue.

10:陽電子消減特性測定装置
12:第1γ線検出器
14:第2γ線検出器
20:第1信号処理部
30:第2信号処理部
40:陽電子検出器
50:演算装置
52:記憶部
54:入力部
60:遮光容器
424:陽電子線源
S:被測定体

10: Positron extinction characteristic measuring device 12: First γ-ray detector 14: Second γ-ray detector 20: First signal processing unit 30: Second signal processing unit 40: Positron detector 50: Arithmetic unit 52: Storage unit 54: Input unit 60: light shielding container 424: positron beam source S: object to be measured

Claims (5)

被測定体に入射されて被測定体内で消減する陽電子の消滅特性を測定する陽電子消滅特性測定装置であって、
前記被測定体の表面に近接又は密着する位置に配置される陽電子線源と、
前記陽電子線源に対して設定された第1の位置と第2の位置に配置され、前記陽電子線源で陽電子が生成したときに発生する第1の放射線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第2の放射線を検出する、第1放射線検出手段と第2放射線検出手段と、
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、
前記第1及び第2放射線検出手段の検出結果と、前記陽電子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、
前記消滅特性算出手段は、
前記第1放射線検出手段での第1の放射線の検出信号をスタート信号とし、前記第2放射線検出手段での第2の放射線の検出信号をストップ信号とした場合のスタート信号とストップ信号の間の時間差から第1「寿命時間一陽電子数」の測定結果を取得し、
前記第2放射線検出手段での第1の放射線の検出信号をスタート信号とし、前記第1放射線検出手段での第2の放射線の検出信号をストップ信号とした場合のスタート信号とストップ信号の間の時間差から第2「寿命時間一陽電子数」の測定結果を取得し、
前記第1及び第2「寿命時間一陽電子数」の測定結果から前記被測定体の陽電子寿命スペクトルを2つ得た上で、前記陽電子寿命スペクトルの各々をフィッティングして算出される2つの前記陽電子寿命スペクトルの0時間の平均時間を算出し、
前記被測定体の種類に応じて取得された基準時間と算出された前記平均時間との間のシフト量を算出する、陽電子消減特性測定装置。
A positron annihilation characteristic measuring device for measuring the annihilation characteristics of positrons that are incident on and annihilated in the body to be measured,
a positron beam source disposed at a position close to or in close contact with the surface of the object to be measured;
First radiation and positrons generated by the positron beam source, which are arranged at first and second positions set with respect to the positron beam source and are generated when positrons are generated by the positron beam source a first radiation detection means and a second radiation detection means for detecting a second radiation emitted when the is annihilated;
Positron detection means for detecting positrons not incident on the object among the positrons generated by the positron beam source;
annihilation characteristics calculation means for calculating annihilation characteristics of positrons in the body to be measured based on the detection results of the first and second radiation detection means and the detection results of the positron detection means,
The extinction characteristic calculation means includes:
When the detection signal of the first radiation in the first radiation detection means is set as the start signal and the detection signal of the second radiation in the second radiation detection means is set as the stop signal, the time between the start signal and the stop signal is Acquire the measurement result of the first "life time one positron number" from the time difference,
When the detection signal of the first radiation in the second radiation detection means is set as a start signal and the detection signal of the second radiation in the first radiation detection means is set as a stop signal, the time between the start signal and the stop signal is Acquire the measurement result of the second "lifetime number of positrons" from the time difference,
After obtaining two positron lifetime spectra of the object to be measured from the measurement results of the first and second "number of lifetimes per positron", the two positrons calculated by fitting each of the positron lifetime spectra Calculate the average time of 0 hours of the lifetime spectrum,
A positron dissipation characteristic measuring apparatus for calculating a shift amount between a reference time acquired according to the type of the object to be measured and the calculated average time.
前記基準時間は、前記被測定体の種類と同一種類の材料で形成され、かつ、内部欠陥が除去された基準試験体を前記陽電子線源に対して近接又は密着する位置に配置した状態において、前記第1放射線検出手段と前記第2放射線検出手段によって検出された検出結果に基づいて算出される、前記基準試験体の陽電子寿命スペクトルが0時間となる時間である、請求項1に記載の陽電子消滅特性測定装置。 The reference time is set in a state in which a reference specimen, which is made of the same kind of material as the kind of the object to be measured and from which internal defects have been removed, is arranged in a position close to or in close contact with the positron beam source, The positron according to claim 1, which is a time at which the positron lifetime spectrum of the reference specimen is 0 hours, which is calculated based on the detection results detected by the first radiation detection means and the second radiation detection means. An extinction characteristic measuring device. 前記基準時間を記憶する記憶部と、前記被測定体の種類を入力する入力部と、をさらに備えており、
前記記憶部は、被測定体の種類毎に前記基準時間を記憶可能となっており、
前記消減特性算出手段は、前記入力部で入力された前記被測定体の種類に対応する前記記憶部に記憶された前記基準時間を用いて、前記シフト量を算出する、請求項1又は2に記載の陽電子消減特性測定装置。
further comprising a storage unit for storing the reference time and an input unit for inputting the type of the object to be measured;
The storage unit is capable of storing the reference time for each type of object to be measured,
3. The apparatus according to claim 1, wherein said extinction characteristic calculating means calculates said shift amount using said reference time stored in said storage section corresponding to the type of said object to be measured input by said input section. The positron dissipation characteristic measurement device described.
前記消減特性算出手段は、前記第1「寿命時間一陽電子数」の測定結果の取得から前記平均時間の算出までを繰り返して、前記平均時間の時系列分布をさらに取得する、請求項1~3のいずれか一項に記載の陽電子消滅特性測定装置。 Claims 1 to 3, wherein said extinction characteristic calculating means repeats the acquisition of the measurement result of said first "number of positrons per lifetime" to the calculation of said average time, and further acquires the time-series distribution of said average time. The positron annihilation characteristic measurement device according to any one of . 被測定体に入射されて被測定体内で消減する陽電子の消減特性を測定する方法であって、
陽電子線源と、前記陽電子線源で陽電子が生成したときに発生する第1の放射線と前記陽電子線源で生成された陽電子が消減するときに発生する第2の放射線とを検出する、第1検出器と第2検出器との間の位置を調整する調整工程を含み、
前記調整工程で位置調整された前記陽電子線源と前記第1検出器と前記第2検出器を用いて、第1の被測定体に対して、
前記第1検出器で第1の放射線を検出した時刻と前記第2検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第1の時間を算出する第1時間算出工程と、
前記第2検出器で第1の放射線を検出した時刻と前記第1検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第2の時間を算出する第1時間算出工程と、
前記第1の時間と前記第2の時間の平均時間を算出する工程と、を含み、
前記調整工程で位置調整された前記陽電子線源と前記第1検出器と前記第2検出器を用いて、第1の被測定体と異なる第2の被測定体に対して、
前記第1検出器で第1の放射線を検出した時刻と前記第2検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第3の時間を算出する第3時間算出工程と、
前記第2検出器で第1の放射線を検出した時刻と前記第1検出器で第2の放射線を検出した時刻との時間差から陽電子寿命スペクトルの0時間である第4の時間を算出する第4時間算出工程と、
前記第3の時間と前記第4の時間の平均時間を算出する工程と、
前記第1の時間と前記第2の時間の平均時間と、前記第3の時間と前記第4の時間の平均時間との間のシフト量を算出するシフト量算出工程と、を含む、陽電子消滅特性測定方法。

A method for measuring the extinction characteristics of positrons that are incident on an object and disappear in the object, comprising:
detecting a positron beam source, first radiation produced when positrons are produced in the positron beam source, and second radiation produced when the positrons produced in the positron beam source are annihilated; including an adjusting step of adjusting the position between the detector and the second detector;
Using the positron beam source, the first detector, and the second detector whose positions are adjusted in the adjusting step, for the first object to be measured,
A first time that is 0 hours of the positron lifetime spectrum is calculated from the time difference between the time when the first radiation is detected by the first detector and the time when the second radiation is detected by the second detector. a time calculation step;
A second time that is 0 hours of the positron lifetime spectrum is calculated from the time difference between the time when the first radiation is detected by the second detector and the time when the second radiation is detected by the first detector. a time calculation step;
calculating the average time of the first time and the second time;
Using the positron beam source, the first detector, and the second detector whose positions are adjusted in the adjustment step, for a second object to be measured that is different from the first object to be measured,
A third time that is 0 hours of the positron lifetime spectrum is calculated from the time difference between the time when the first radiation is detected by the first detector and the time when the second radiation is detected by the second detector. a time calculation step;
A fourth time that is 0 hours of the positron lifetime spectrum is calculated from the time difference between the time when the first radiation is detected by the second detector and the time when the second radiation is detected by the first detector. a time calculation step;
calculating the average time of the third time and the fourth time;
a shift amount calculating step of calculating a shift amount between the average time of the first time and the second time, and the average time of the third time and the fourth time. Characteristic measurement method.

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