JPH01503176A - 安価なラドン検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 安価なラドン検知装置 １、発明の分野 本発明はα粒子検知装置に間し、特に住宅地等で使用でき、大気中のラドン濃度 が所定のスレシホールドを越えたことを検知する安価なラドン検知装置に関する 。

２、従来の技術 ラドン及びラドンの放射性崩壊による生成物（例えばラドン娘核種）は放射性崩 壊の際、α粒子を放出する。ラドンはラジウムの放射性崩壊によって生成された 原子量の大きい放射性に安定したガス族の元素であり、さらにボロニウム、ビス マス最後に船へと崩壊される。ラジウムの放射性崩壊中に放出されるα粒子（例 えば２ａの陽子と電子とから成るヘリウム原子核）は人体に害を与えるイオン化 された放射線である。ラドンは放射線を放出する危険な希ガスである。ラドン娘 核種はより危険であり、金属イオンとして生じ、浮遊した塵埃に付着する０通常 の呼吸により、塵埃とともにこれに付着したラドン娘核種が吸込まれる。ラドン 娘核種は肺に蓄積され、崩壊によるα放射によって肺ガンの危険性が増す、この ラドン効果はよく研究され、世界中の至る所で測定され、住宅地の特に地下でラ ドンが高く生じることが発見されている。

ラドン検知装置はある住宅地内で肺ガンの危険性を査定したり、あるいは立地が 居住に適するか否かを査定するのに使用できる。ラドンに先がける放射性崩壊の 連鎖がウラニウム−２３８を含むことから、ラドン検知装置はウラニウムの濃度 を測定するのにも使用される。また、ラドン検知装置はラドンの放出による地殻 の変動を探査する手段として地震予知にも用いられる。

従来より、種々のラドン検知装置が開発されている。一般的な装置は測定地での 空気を活性炭フィルターを通して取込み、研究室へ運ぶための捕集箱を有してい る。研究室にはガンマ分光器によって被測定物（サンプル）を分析する装置が設 けられ、測定地でのラドン濃度を測定する。“グラブサンプリングと称されるこ の方法は沢山の測定地から運ばれたサンプルの分析だけにこのユニットが使用さ れるため高価な実験装置を使用することになる。また、この方法は大気中のラド ン濃度が実際変化しやすいため、サンプルが代表値とならない欠点があった。さ らに、この方法は必ずしも量に限らなく、また測定地での大気の状態によって長 期のサンプルの意味がばれることらある。

研究室の良質なラドン検知装置は検知されたα粒子の発生及びレベルを注意深く 分析できる。α分光として知られるこの方法は充分に薄い活性表面を有する表面 障壁半導体ダイオードを用い、この表面に衝突したα粒子は表面障壁を通過して ダイオードの空乏層にそのエネルギーを放出する。ダイオードから離れてラドン の崩壊により放出されたα粒子が検知され介在した空気を通過した後も表面ＩＩ 壁より下に充分にエネルギーが残るように障壁は非常に薄い、また、センサの表 面に密着して放出されたα粒子が空乏層を通ってパンチされないようまた空乏層 外側にエネルギーの一部が蓄積されることによって正確なエネルギーの測定がで きなくならないように空乏層は充分に厚く形成されている。従って、α分光装置 は通常大きな表面部分を有し正確に製造された表面障壁ダイオードを有し、空乏 層の厚みを増加するようバイアスされている。また、注意を払って製造された拡 散接合ダイオードも用いられる。この装置は入力された信号のエネルギー分布を 分析する手段とともに、サンプル中のラドンを量子化するのに有効であるが、非 常に窩価であるため、住宅地の地下に永久的にＢＴＩすることは虹しい。

ラドン崩壊によるα粒子を計数するのに加えて、イオン化れな放射線の他の形態 及び効果はラドン崩壊によって起きたものと間違って判断される恐れのあるセン サ出力変化又は“バックグランド”計数を発生する。α粒子数として間違って判 断される過渡信号を生ずる電気的な外乱はラドン検知の一つの問題である０間違 った検知を避けるために、従来はフォトダイオード検知器及び信号処理装置が用 いられ、この検知器は検知特性において最小のバックグランドノイズ、低キャパ シタンス及び最小限度の変化という特徴を持つ。このような対策を行っても従来 の検知器におけるバックグランドパルス数は比較的高く、その結果、統計的に定 められたデータに発展できるよう検知器は他のタイプの検知器と比較して非常に 長期にわたって操作される。環境保護１１＃Ｉ（ＥＰＡ）では危険なスレシホー ルドレベルを４　ｐｃｉ／Ｑとし、これは従来の半導体検知器で検出されるα粒 子の予測計数レートとして非常に低く例えば１時間当り１．８個である。このレ ートではもしバックグランドノイズ等による’ａ’ａなものが無視できれば、定 められたデータは発展し、例えば３時間で１３０個が計数される。しかしながら 、検知器付近でのモータ駆動又は雷などの種々の一時的な状態がラドンのα崩壊 によるものと同じか又は高い計数を発生させる。

通常の従来の検知器はα計数の割合いをノイズにまで高める手段として、検知さ れたα粒子の数を最大にするようにしている。ラドン娘核種によって放射された α粒子は崩壊する同位体にもよるが５〜１０Ｍ　ｅＶのエネルギーを有し、それ によって大気中を４Ｃｎ程度移動する。それ故、従来技術によって検知を最大に するために、非常に低い最小限のレベルのパルスを検知しなければならず、ノイ ズとほとんどゼロに近い値から所定のピークのエネルギーまでのエネルギーレン ジを有するα粒子とを区別しなければならない、ピークエネルギーは検知器の表 面でのラドン又はラドン娘核種の崩壊によるα粒子の放出の結果である。イオン 化の源と半導体検知器内の電圧及び電流変化の源とを混合することによって、ラ ドンの測定の問題がより複雑となる。検知器でのラドン濃度がＥＰＡ法の下で非 常に危険であると考考られる程高いときでもこれは事実である。

グラブサンプルを処理するための研究室での分析装置が例えば米国特許第３，８ ０５，０７０号で開示されている。この装置はヘリウムによって覆われた測定室 を有している。さもなければ、検知器から離れたところでのα崩壊によって発生 した測定室内の放射線が検知器付近のα崩壊よりも必ず弱い信号となり、最も弱 いパルスを検知することによってノイズの影響が大きくなり、バックグランド計 数レベルが増える。

グラブサンプルにおいて、種々の同位体でのラドン及びラドン娘核種の半減期が 広い範囲となっているため、捕集時間の決定が龍しくなる。自然発生するラドン は３．８日の半減期（Ｕ−２３８崩壊連鎖において）を有してＲｎ−２２２にな り、ある程度までＲｎ　−２２０（Ｔ　ｈ−２３２崩壊連鎖において）になる、 原子核からのα粒子の放出の物理的性質により、与えられた同位体のα崩壊の間 の放出エネルギーは変化しない、しかしながら、パルス検知においては、放射線 崩壊の場所とパルスが検知された空乏層などの場所との間の空気や他の物質で多 かれ少なかれエネルギーが吸収されることから、放射から検知までの距離の変化 が重要となる。

種々の装置は半導体ダイオードやフォトトランジスタ等を用いてイオン化された 放射線の形態で起きた信号を出力させ、この信号は増幅されてパルスとして計数 され、この計数値は最大値と比較される。これらの装置は時には線量計と称され 、個々が受けた放射線の総量を測定し、所定レベルを越えると警報が発生したり する。このような装置は例えば米国特許第４．４８９，３１５号、第４．４８４ ．０７６号及び第４，３０１，３６７号公報で開示されている。フォトダイオー ドを有するセンサを備えたものとしては例えば米国特許第３，５６４，２４５号 公報が開示されている。

前述した種々の検知量や総量計は入射放射線レベルの高い場合、例えば衝突した 放射線の入射量がラドンより高いようなＸ！！装置等において使用されるもので ある。このため、これらの装置を非常に低いパルスレートの検知のために用いて もうまくいかない。

周知のフォトダイオードを用いた検知器を使用すれば、そのエネルギーレベルに 応じた基底で検知された粒子を判別する。ことができる０例えば米国特許第４， １０４，５２３号はパルス電圧判別器（例えばアナログ電圧比較器）があるプリ 七セット比較器のスレシホールドより低いエネルギーレベルのパルスを判別する 地中の検知器を開示している。信号を出力する放射性崩壊が検出器から０〜４ｃ ｍの範囲で起こる事実があるため、蓄積されたエネルギーの最大からゼロまでの 変化は、電圧比較器への入力が同様にゼロから最大電圧まで変化することを意味 する。従って、レベル間のいずれのスレシホールド（ゼロ以上のもの）は検知器 に衝突するあるα粒子の計数を無視することになる。さもなければこの装置は任 意のスレシホールドエネルギーレベル（通常のノイズレベルより少し上のもの） より上で入力される数を計数するようセットされ、そしてこの数は言うなれば各 ユニットの典型的なバックグランド計数を決定し公知のラドン濃度で計数を測定 することによってラドン濃度に関連されている。このような検知器の正確さはス レシホールドレベルを正確に測定することに強く依存しており、スレシホールド 又は及びバックグランド、増幅器のオフセット等のドリフトの原因となるよう定 期的に再校正され、例えば煙検知器等のような安価な装置となることはほとんど ない。

携帯用のラドン検知器も開発されている。このようなタイプとしては測定地に設 置され、α粒子の衝突によって生成される穴やトラックによるダメージを視認で きるように透明なプラスチックのようなサンプルを含んでいる。このような検知 器は例えば米国特許第４，６０７．１６５号、第４，５１８，８６０号及び第４ ．３５２．０１４号で開示されている。このような装置は種々のタイプの検知器 を収納する筐体が小型となっているが、安価な構成部品を用いて定期的に校正す る必要のない従来のラドン検知器のような半導体センサを用いてはいない。

本発明はエネルギーレベルの接近した判別に依存することを回避し、それ故検知 器の表面近く又は離れて放出されるα粒子間を接近して判別する必然性を回避し ている。検知器をある程度改良し計数データを判別して処理することによってノ イズ割合への信号を改良できる。ノイズ及びバックグランド計数の問題を除去す ることによって、長期にわたる測定でも正確に行うことができる。！気的な外乱 も除去できる０本発明はラドンを検知し又は付近のα放出からのわずかに高いエ ネルギーパルスと比較的離れたα放出からのわずかに低いエネルギーパルスを判 別しようとするよりはむしろ付着したラドン娘核種の崩壊だけに反応するもので ある。好ましくは、本発明はセンサのすぐ後方のラドン娘核種をセンサに直接付 着させる手段を有し、検知されたエネルギーレベルのスレシホールドは例えば検 知器から離れていない所で発生したα放出のエネルギーの最大値よりほんの下に セットできる。ラドン２２２（例えばウラニウム２３８の崩壊連鎖における）が 通常の住宅地の地下で発見された放射線放出であると仮定すると、この方法で非 常に正確にスレシホールドを設定できる。比較的高いスレシホールド電圧を設定 すると、バックグランド計数を減少させ、正確さを増加させることができる。

点在したり離れたところのα粒子放出の接近した判別に依存する代わりに、検知 器の表面に直接付着したラドン娘核種のα崩壊からの放出に依存し後述のノイズ 低減手段を用いることによってバックグランド計数の予測値をある程度まで減少 させ、例えば２〜３ドル程度の光起電性セルや太陽電池等の安価なセンサを用い て正確な測定を行うことができる。このような検知器は安価であるため、建物に 設置することができる０本発明装置は目で見える出力やリモート装置を有して煙 感知器のように操作できる。また本発明装置はラドン濃度を低下させる装置の駆 動をコントロールすることもできる。

このような換気装置は検知されたリスクの程度に応じた時間操作させることがで きる。

［発明の概要コ 本発明の第１の目的は安価に製造でき捕集されたラドン娘核種からの高エネルギ ーレベルパルスを検知しノイズ及びバックグランド計数を低減させてリスク査定 の信顆性を高めることのできるラドン検知装置を提供するものである。

本発明の第２の目的はα崩壊の測定の影響例えば短期の）イズ及び長期の部品ド リフト等を最小にすることによってできるだけ短い時間でリスクの査定を行うこ とのできるものである。

本発明の第３の目的は短期のリスク査定を表示するとともに、同時に長期の集積 されたリスク査定を累積して表示するラドン検知装置を提供するものである。

本発明の第４の目的は住宅建物内でモニターされるラドンを広く使用できるとと もに、高いラドン濃度での環境を和らげるための装置をコントロールする手段と して検知器を用いることのできるものである。

本発明の第５の目的は複数のセンサを備えこれらのセンサが出力する信号を比較 してノイズ（多数のセンサが同時に出力するもの）と真のパルス（１つのセンサ のみが出力するもの）とを判別して反応性及び信頼性を向上させたラドン検知装 置を提供するものである。

前記及び他の目的を達成する本発明は被測定物に充分近接して配置された空乏層 を有する１個以上の固体ダイオードを用いたものであり、この空乏層にα粒子は エネルギーを蓄積する。ダイオードから出力された信号は増幅され、センサの表 面付近のラドン娘核種の崩壊によって出力されたパルスレベルのスレシホールド 電圧と比較され、それによってセンサから離れたところに配置されたラドン又は 他のα源からのα信号の変化するエネルギーを除去することができる。第１の増 幅器とスレシホールド検知器と並列に設けられて同時に操作されるが、半導体検 知器内でα検知のためセンサ手段を持つ必要がない第２の増幅器及びスレシホー ルド検知器は例えば過渡的外乱の間パルスを出力する多数のセンサとチャンネル を備えた方が好ましい、出力を比較し、１個のチャンネルだけがパルス（α崩壊 を示す）を出力するか否かあるいは多数のチャンネルがパルス（ノイズを示す） を出力するか否かを判定するロジック手段を設けている。センサを収納する導電 性の筐体はセンサ付近のラドン娘核種生成物がセンサに付着されるようにセンサ に対してバイアスが加えられている。

その後、付着したラドン娘核種の崩壊によって出力されたパルスがノイズのスレ シホールドより上のある値に落込む０選択されたレンジで検知されたパルスは計 数され、この計数値は校正されたスレシホールドリスクレベルと比較され、より 長い半減期のラドン娘核種同位体の電板の原因となる時間中増加するバックグラ ンドレベルによって調整され、この調整された計数値はリスク状態が短期又は長 期において存在するか否かを判別するのに使用される。

図面の簡単な説明 第１図は本発明によるセンサ、増幅器及びスレシホールド検知器のブロック図、 第１図（Ａ）は真の計数とノイズとを比較して判別する信号を出力するための多 数のセンサ、増幅器及びスレシホールド検知器を有する検知器のブロック図、第 ２図はマイクロプロセッサを用いたパルス計数及びコントロール手段のブロック 図、第３図は電源回路のブロック図、第４図はパワーアップリセット及びパワー ステータスチェック回路のブロック図、第５図は本発明装置の斜視図、第６図は 壁膜置型の他の実施例を示す斜視図、第７図は筐体内のセンサを示す断面図、第 ８図は筐体にバイアスを加えていない状態での第１図の回路によって出力される パルスの分布を示すヒストグラム、第９図はバイアスを加えた状態での同ヒスト グラムである。

［実施例］ 第１図は本発明装置の入力系統を示しており、ラドン及びにより蓄えられたエネ ルギーはセンサ２０のＰＮ接合部の空乏層に自由電荷を発生させる。このセンサ ２０はセンサ２０に衝突したα粒子が空乏層にエネルギーを蓄える筐体２２内で 被測定物に充分接近して配置される空乏層を有するフォトダイオードで構成され るほうが好ましい、このセンサ２０は極薄い表面障壁を有する必要がないととも に、装置がセンサ２０の表面に検出されたラドン娘核種のα放射物に依存してい る事実によってｆ！端に大きいものである必要もない。

好ましくは捕集された空気はフィルタ２４を通過して拡散されて筐体２２に侵入 する。フィルタ２４はすでにラドン娘核種が付着しているかもしれない塵埃の通 過を阻止する。従って、周囲の空気とともにラドンガスだけがフィルタ２４を通 過してセンサ２０に侵入する。このセンサ２０には図示のように直流５Ｖが印加 されている。筐体２２には直流電源装置からより高、い例えば１８Ｖの直流電圧 が印加されている。好ましくは筐体は抵抗を介して直流電源装置に接続されてい るとともに、コンデンサを介して接地され、直流電源ラインの高周波電圧変化の 影響を防いでいる。センサセルより高く筐体２２をバイアスすることにより、正 に帯電されたラドン娘核種イオンをセンサ側へ加速させる静電場が形成される。

この静′ｒｒＬ場は付着したラドン娘核種の崩壊が検出されたアルファ粒子の源 となるようセンサの短い距離内で有効にラドン娘核種を動かす、このバイアス差 は例えば５〜３０Ｖであり、好ましくは１３Ｖであり、２個の要素によって付着 が促進されるが、この崩壊に先がけて筐体２２内のすべてのラドン娘核種を捕集 するものではない。

第８図はバイアスを加えていない筐体のパルス電圧の分布を示しており、センサ 近くに生成されたラドン娘核種は明確なスレシホールドレベルをセットするのを 困此にするボロニウムＰ　ｏ−２１８以上のパルス電圧の連続体となる。

第９図はバイアスを加えた筐体のパルス電圧分布を示しており、センサ近くの第 ８図のラドン娘核種はセンサに捕集されており区別するためのスレシホールドレ ベルの設定が明確になっている。湿気効果が付着効率すなわち装置の応答を顕著 に変えるところで付着効率が顕著に増加されていないこと大部分又はすべてのラ ドン娘核種を捕集するために５００〜３０００Ｖの大きいバイアスを加えること も可能であるが、これは高価で複雑である６本発明によれば、より低い付着効率 が達成できる。しかし、センサがセンサだけの付着によって達成される強い信号 に主として応答することから、非常に都合のよい結果が安価で簡単な構造で達成 できる。低いバイアスも湿気の変化に関連する問題を少なくする。

湿気の影響は外気よりも筐体内の湿度を相対的に低くするよう制御するよう筐体 を温めることにより少なくできる。これはセンサや測定素子の長期にわたる安定 性も改善し、非常に湿気の多い環境で濃縮がセンサ表面で発生することを避ける 。

増幅器及びスレシホールド検波器が“パルス”ラインに増幅された判別用のパル スを出力する。第１図において、センサを有さないこれらと同一な増幅器及びス レシホールド検波器が図示され、これらは第２のチャンネルであり、“ダミー” ラインにパルスを出力する。これらはパルスチャンネル及びノイズの場合のダミ ーチャンネルパルスを出力し、“パルス”ラインだけがα検知による信号を出力 する。第１図（Ａ）は共にセンサ含有する２つのチャンネルの例を示している。

これらのチャンネルは同時にノイズによるパルスを出力し、いずれか一方がα崩 壊が検知されたときにパルスを出力する。

演算増幅器が固定ゲインを有するフィードバック増幅器として接続されている。

センサ２０は反転入力端子及び非反転入力端子間に接続され、この非反転入力端 子は抵抗を介して＋５Ｖに接続され、またコンデンサを介して接地されている。

他方のコンデンサはセンサ２０と並列に接続されている。演算増幅器３２は反転 入力端子間に少なくとも小さいオフセット電圧を有することが予期できる。この バイアスされた入力オフセットはコンデンサ３４を帯電しゃ、すくなり、それ故 オフセットを平衡化し、センサ２０にバイアス電圧が加わることを防ぎ、オフセ ット電圧の増幅をゼロにするためのオフセットを無効にする分圧器を不用にする 。また、コンデンサもオフセットのオーバータイムの間又はユニットからユニッ トの間で変化のために調整をすることを不用としている。

センサ２０は期待されるエネルギーレベルを越えて衝突するα粒子を加速できる よう充分に薄い拡散層又は表面障壁及び充分に厚い空乏層を有している。しかし 、本発明による範囲は最小にされている。センサ２０は安価な光電池を用いても よく、本回路で充分正確に動作する。１個以上の光電池がセンサの構成に用いら れる０回路は空乏層の厚みが増加するためセンサ２０にバイアスを加えないが、 センサ２０へのバイアスを避けるためにコンデンサ３４を有している。好適な光 電池としては、ミズリー、セントルイスのＥＧアンドＧバクチックによって販売 されているスタンダード′″ＶＴＳ”プロセスの修正品による　サン　ニューク リア　コーポレーション製造のモデル２１５６５０を用いることができる。装置 はスタンダードな安価の光電池と同じであるが、α粒子が放射する船への接近を 避けるなめ、半田よりもニッケルで接続されている。半田及び他の鉛を多く含む 材料は少なくとも光電池の陽極側では使用しない方がよい。

センサはα線分光に適するハイグレードの光センサスは光ダイオードの１０倍程 度の価格の一般グレードの光ｔ８！！を用いることができる。センサの表面はラ ドン娘核種が直接表面に蓄えられるよう露出されている。従って、パルス電圧の スメア−はα粒子が光電池からの距離を越えて放射された場合と最小限比較され てスメア−となる、センサは崩壊しているラドン娘核種間の距離によるエネルギ ー分解及びセンサ表面へ通常よりも低い入射角度てα粒子が放射されたときにお こる分解を避けるための保護マイラーでさえも覆う必要がない。

α線の４　ｐＣｉ／Ｑとなるラドン濃度でのラドン崩壊によるα粒子の予想され る衝突回数は１時間当り２〜５回より低い回数となる。このような低い回数では ノイズの影響を受けずに繰り返して操作できるシステムを有することが最も重要 である。

本発明装置によるα粒子によって蓄積された特有のエネルギ−１例えば（同位体 崩壊による）５〜１０λ１ｅＶのオーダーのエネルギーは演算増幅器３２によっ て増幅され、２００〜５００ｍＶのパルス信号となって出力される。演算増幅器 ３２は高利得。

高スリューレート及び高入力インピーダンスを有すれば通常の演算増幅器を用い ることができる。そして、これは例えば２ＵＳＳより安いアナログデバイシーズ 製造のデュアルＤＩＦＥＴオペアンプＰ／Ｎ　Ａ　Ｄ　７１２を使用でき、これ はオープンループで最小１００，０００の利得、１　μｓｅｃ当り１８Ｖのスリ ューレート及び１０Ｉ２Ω、６ｐＦの入力インピーダンスを有すれば第１図の回 路で充分に使用できる。膨張電荷に反応し又は分光量のプリアンプは操作に必ず しも必要ではない、高いスリューレートがある為、増幅器の出力はα崩壊ととも にセンサに発生する急峻なパルス電圧をほとんど交換させる。スリニーレートが 一般のグレードの光起電性ダイオードに関連するノイズを越えてαパルスを通る とき、α衝突回数はノイズを越える。

分光グレード検知システムは３０ＫｅＶフルワイドハーフマキシマム（ｌｌ：’ 　Ｗ　ＨＭ　’）より大きくないノイズをもたらす検知器及びプリアンプを有す る０本発明は約３４０　ＫｅＶ（ＦＥＨＭ）となる検知器及びアンプを使用して いる。このノイズはスレシホールド弁別器を有するαの計数器に適用される。適 用されたときにＰ　０−２１０及びＰ　ｏ−２１４を弁別する適当な分解能があ る。しかし、それは核調査に発見された知られていないα線の分光分析に適用さ れない。

パルス測定に電荷に反応するプリアンプを用いることはα粒子検知において充分 に知られていることである。電荷反応プリアンプの出力は操作パラメータととも に発生するセンサの容量変化とは無関係である６本実施例において、操作パラメ ータは環境変化を除いて固定されていると考えられる。第１図は電圧に応答する ための増幅器を示している。この為、例えばＡＤ７１２スはＴＬＯ７２のような 安価な一般グレードのオペアンプを使用できる。第１図には図示されていないが 、回路の配線及び周波数補償用のオペアンプの内部のコンデンサのための存在す る抵抗３８への空電容１が有る０本回路では高い部品が使用されていないため、 はとんどこの容量を＃Ｊ御できない。しかし、電荷に反応するプリアンプを用い れば出力パルスの高さをコントロールするようこのフィードバック容量を厳しく 指定できる。

この発明において、抵抗３６は反転入力端子に加わる検知された容量に起因する オペアンプの不安定性を減じさせるとともにオペアンプに電圧検知操作をさせる 。増幅器に電荷に反応させる操作を行う抵抗３６の他端には抵抗３８が接続され ている。しかし、出力パルスの幅が空電フィードバック周囲の機能として変化し たり、限度があるため、パルスの高さにより変化が起きることもある。

増幅器３２の閉ループ利得は抵抗３６及びセンサ２０の直列抵抗分を含む入力抵 抗へのフィードバック抵抗３８の割合によって設定される。この特異なパルスの 高さは衝突したα粒子のエネルギーレベルにおける変化によるある分布のいかん によって決まる。この変化はα粒子がラドン又はあるラドン娘核種によって生成 されたものか、及びα粒子が放射されたセンサ２０からの距離に於ける可能な変 化、介在された空気内に吸収されたαのエネルギ一部分によるものである。

α粒子は各同位体に知られているまさに信頼性のあるエネルギーレベルで放射さ れる。しかし、センサからの距離は検知されたエネルギーレベル内で変化する。

Ｒｎ　−２２２の崩壊によるα線は５．５　ＭｅＶで放射され、？トン娘核種か らのα線はＰ　ｏ　−２１０で５．３　ＭｅＶ、Ｐ　ｏ−２１８で６　Ｍ　ｅＶ 、Ｐ　ｏ　−２１４で７．３ＭｅＶで放射される０本発明によれば増幅器３２か らの出力パルスはほとんどそのパルス高さに基づいて区別され、計数されたパル スのスレシホールドは相対的に高いパルスレベルで設定される。筐体２２はセン サ２０より正の電圧でバイアスされている方がよい。従って、筐体２２内に正に 帯電されたイオンがセンサ２０へ静電力によって押される。これらのイオンは不 活性ガスであるラドンと異なり、自由電子を供給できるいずれかの有効な表面に 接触する正に帯電された金属イオンとして生ずるラドン娘核種イオンを含んでい る。筐体２２はこのような表面を有しているが、センサに対して正にバイアスで きる導電性の表面を有し、その為、ラドン娘核種の付着がセンサ２０の表面で直 接起こりやすくなる。平衡状態で、ラドン娘核種の濃度は筐体内でラドンの濃度 と直接比例関係にあることが数学的に立証されている。これは特に、フィルタ２ ４が大気中のラドン娘核種を筐体内に運ぶ塵埃の侵入を阻止しているからである ０通過して計数された増幅器３２のパルスのスレシホールド電圧レベルは１個以 上のラドン娘核種を排他的に検知できるよう密接してセットされる。ラドン娘核 種がセンサ２０上に付着された後、崩壊しα線を放射する限り、この崩壊からの エネルギーレベルは正確に予測できる。増幅器３２から出力されるパルスレベル は後で第８図及び第９図を参照して詳述される。ここでは、抵抗網に幾分定義さ れたスレシホールドを超えるに充分な高さのパルスがスレシホールド検知器５０ から出力され、この出力がパルス計数手段に出力されることが言える。

このスレシホールド検知器５０．５２は１４ピンの集積口Ｒ（ＩＣ）として一般 に利用されている公知の４個の比較器のうち２個を用いることができる。このＩ Ｃ内の残りの２個の比較器は第４図で図示されている。比較器５０は反転入力端 子と非反転入力端子間に一組の抵抗５４を接続している。抵抗５４の接続点はコ ンデンサ５６にｍＦされ、スレシホールド検知器の比較器５０への非反転入力端 子でスレシホールドすなわち電圧はコンデンサ５６に充電されている増幅器３２ の平均出力電圧によっていくらか決まっている。従って、増幅器３２の出力に印 加されるＤＣバイアスは平均されたコンデンサ５６の容量によってスレシホール ド内で反射され、それによってスレシホールド検知器５０は増幅器３２の出力電 圧及び非反転入力端子に加えられる予め設定されたＤＣレベルを越える増幅器３ ２の出力電圧に応答するものである。

スレシホールド検知器５０となる比較器の出力端子は抵抗５８とコンデンサの直 列回路を介して非反転入力端子に接続されている。スレシホールド検知器５０に 入力されるハイゴーイングパルスはローゴーイングパルスとして出力される。従 って、パルスが検知器５０に出力されると、非反転入力端子の電圧（例えばスレ シホールド電圧）はフィードバックライン５８に直列接続されている抵抗とコン デンサによる時定数の間一時的に遅くなる。スレシホールドが一時的に遅くなる 限り、検知器５０によって出力されるパルスは拡張され、検知器５０にワンショ ット出力を出力することになる。

前述したように予測されるα粒子崩壊の計数回数はむしろ低い。予測される回数 がラドンの濃度とともに変化するにもかかわらず、４ｐＣｉ／ΩのＥＰＡハザー ドスレシホールドではこの回数が１時間当り２個少なくなる。従って、たまたま 起きる電磁妨害でさえら受信された回数の統計上に定められる重要なポテンシャ ルレベルを出力する。過ｉ度による誤計数を防ぐなめに、第２の増幅器４２及び スレシホールド検知器５２が提供され、第１図に示すようにダミーパルスを出力 できるよう同一のセンサを有していない。増幅器４２は増幅器３２と同じ少なく とも１個以上の接続を有し、その結果、電源ライン上の過渡は両方にパルスを出 力する。モータ等の発停及び電灯のスイッチングによる空気中の過渡干渉は増幅 器３２．４２にパルスを出力させる。センサ２０に衝突するα崩壊によるパルス は増幅器３２にだけパルスを出力する。増幅器４２は増幅器３２の値と比較する ために直列に接続される抵抗４６とフィードバック抵抗４８とを有している。コ ンデンサ４４は増幅器４２の反転入力端子と非反転入力端子間のいずれのオフセ ットを蓄積するために同様に接続されている。それ故、増幅器４２は増幅器３２ と比較できるレベルのパルスを出力する。同様に、スレシホールド検知器５２は スレシホールド検知器５０の抵抗５４とコンデンサ５６の接続と同じ抵抗及びコ ンデンサを接続している。ダミー側のスレシホールド検知器５２のプルアップ抵 抗６２はスレシホールド検知器５０のそれよりも少し大きい方がよい、それによ ってダミー側のパルスのスレシホールドレベルはαパルス側のスレシホールドレ ベルより少し低くなる。従って、タミーパルスはスレシホールド検知器５０に発 生するαパルスなしにスレシホールド検知器５２から時には発生する。スレシホ ールド検知器５０をトリガーできる電磁パルスが増幅器３２を通して出力される と、より低いスレシホールドの同じパルスがスレシホールド検知器５２で検知さ れ、ダミーパルスとなる。

スレシホールド検知器５２のスレシホールドは例えばスレシホールド検知器５０ の半分である。

もしダミースレシホールド検知器５２に同時にパルスが発生しないならスレシホ ールド検知器５０に発生するパルスを計数する手段が提供されている。これら検 知器５０．５２の出力は同時に取り入れられカウンタへ出力される。しかし、好 ましくはこれらのパルス出力は第２図に示すようにマイクロプロセッサ７０の入 力端子に出力される。第１図（Ａ）に図示されているように、増幅器とスレシホ ールド検知器を有する多数のチャンネルの入力に多数のセンサ２０を接続するこ とによって検知能力が増大し、ノイズを区別できる。この実施例において、ダミ ーチャンネルはセンサ、増幅器及びスレシホールド検知器を有する正当なα検知 チャンネルに変換される。すべてのセンサ２０で同時にα線の崩壊が起こること はない、一方、過渡的なノイズは全てのチャンネルで同時に影響があり、ノイズ は１個以上のチャンネルがパルスを出力したか否かを単にチェックして計数する だけで区別できる。排他的論理和のようなロジック手段を用いれば、同時ではな くいずれかｍ個チヤンネルにパルスが発生したときに出力パルスが発生する。

センサチャンネルは配線されたロジック要素によってモニターされ、マイクロプ ロセッサ７０への分離した入力となる。

第１図（Ａ）は２つのチャンネルを接続した排他的論理和を示している。信号間 の問題を予め排除するために、図示しないフリップフロップを設けることもでき る。フリップフロップの出力には排他的論理和が接続され、定期的に又は及び正 当な計数パルスによって妨害されたときにフリップフロップをリセットできるよ うにマイクロプロセッサが設けられている。

第１図（Ａ）に示すように大きな効果的なセンサエリアを有すると、第１図のノ イズ弁別と同じように低い濃度でより短期で検知できる。安価な光電池のセンサ ２０を用いると、装置のコストが不当に高価にならない、増加した表面部により 、検知されるα崩壊の変化は比例的に増加し、ラドンガス濃度の１ユニット当り の回数を上昇させ、その結果、より高度なレベル及び短い時間で測定を行うこと ができる。チャンネルからマイクロプロセッサ７０へ各々分離して入力接続され る方がよく、それによって多数のチャンネルの各パルスがモニターできるととも にセンサのミス検知又は信号線のミス等も検出できる。

各センサがマイクロプロセッサに対して個々の分離した入力を持つことにより、 各センサからのαパルス回数はセンサが同じラドン濃度にさらされることからほ とんど同じになる。

マイクロプロセッサには統計的に観測された放射線回数とトータルなα回数とを 比較する手段が設けられている。もし、結果が有効でなければ、警報が表示され て故障を示してもよい。

ダミーチャンネル、多数の並列のチャンネル及び他の手段を用いることによって ノイズが低減されたかどうかは周知の周期を越えて計数される信号でわかる。

マイクロプロセッサ７０は市販のものを使用でき、演算及びロジック機能を有す る中央処理機能及びリードオンリーメモリ内のプログラムを備えている。第１図 の例において、スレシホールド検知器５０からの出力パルスはマイクロプロセッ サ７０の割込み入力に出力され、それは他の点では各々スイッチ入力にモニター され、時間トラックに保持されるようプログラムされる。割込みルーチンの間、 マイクロプロセッサはダミースレシホールド検知器５２の出力をモニターし、割 込み発生後、所定の時間マイクロプロセッサ７０のデジタル入力へ接続する。も し、ダミー出力のパルスが１０ＩＩｓｅｃ〜１０ｓｅｃＯ間例えば１ｏ０１ｓｅ ｃであれば、αチャンネルのパルスは無視される。

さもなければ、αチャンネルのパルスは計数され、センサ２゜に衝突するα粒子 の発生となると思われる。第１図（Ａ）の実施例においては、マイクロプロセッ サは排他的論理和を通過するパルスを計数するだけで使用され、多数のチャンネ ルの１つだけに信号を出力する。

マイクロプロセッサ７０は計時用の水晶体７２を有し、処理時間を設定し、モニ ターするための計時をしている。マイクロプロセッサ７０は−ユニット当りに発 生するα粒子のパルスの回数を計数し、この計数値を所定のラドン濃度を表す経 験的に定まる数と比較する。この所定濃度は例えばＥＰＡ４ｐＣｉ／Ωである。

しかし、他の所定濃度を用いることができる６本実施例では使用者のオプション に応じて４　、２０．８０ｐＣｉ／Ｑの濃度を選択できるディップスイッチ手段 ７２を有している。マイクロプロセッサ７０のメモリは与えられたレベルが各々 可能な濃度に達するに必要とされる予測されたα回数及び時間の定数を記憶して いる。統計的に定められた計数データが達成される前にプロセッサが処理する時 間の長さは計数値とともに変わる。計数割合いが高くなればなる程、この時間は 短くなる。

マイクロプロセッサ７０は使用者によって任意に計数間隔をリセットされ、再度 時間及びパルス計数をスタートする。また、マイクロプロセッサ７０は任意に長 期間のリスク経験を設定できる。リスク及びリセットボタン８２．８４．ディッ プスイッチ７２の出力及び他のモニターされるチャンネル、ダミーパルス入力６ ６等がマイクロプロセッサ７０によって定期的にスキャンされている。パルス入 力６４は割込みに接続さノしている。

パルス６４をデジタル入力と同様にモニターするようループで単にマイクロプロ セッサ７０をランさせることもできる。マイクロプロセッサとは別体のデジタル カウンタが蓄積されたパルス及び時間の計数値をモニターし、このカウンタの出 力がマイクロプロセッサ７０に読み込まれる。

使用者が最後の間隔リスク状態又は長期間のリスク状態の表示を選択するかによ って、マイクロプロセッサ７０は各ＬＥＤを駆動するようデジタル出力を変化さ せ、異なる結果を表示させる０例えば、黄色のＬ　Ｅ　Ｄ　９４は正確な操作が 行われていることを使用者に知らせるためにαパルスが発生する毎に点灯する。

また、赤色のＬＥＤ９２は予めセットされたラドン濃度のスレシホールドをｌｋ 後の間隔が越えたときスは長期間のリスク状態を示すときに点灯する。逆に、緑 色のＬ　Ｅ　Ｄ　９６は最後の間隔又は長期間のリスクが予めセットされなスレ シホールド以下の時に点灯する。

もう１個のＬ　Ｅ　Ｄ　９８が本システム全体の測楚モードを示すために設けら れている＊’　Ｌ　Ｅ　Ｄ　９８はセンサ２０に隣接し筐体２２内に設けられて おり、パルススレジホールドレベルを越えるパルスを出力する。マイクロプロセ ッサ７０は定期的にＬＥＤ９８を点灯させ、所定のパルスが出力されているかを ライン６４でモニターしている。もし、所定のパルスが出力されていないと、マ イクロプロセッサ７０はエラーモードになり、３個すべてのＬＥＤを点灯させる 。各ＬＥＤ９２．９４．９６．９８は抵抗を介して駆動トランジスタに接続され ている。

ラドン濃度のリスクは短期及び長期の双方について査定される。短期のリスクは 公称のレベルでラドン濃度が計数値を発生する間における統計的な多数の計数値 及びそれに対応する時間間隔を計数することにより査定される。もし、計数値に すぐに達成したならラドン濃度は高く、一方、間隔の時間計数に達するまで時間 がかかればラドン濃度は低いことになる。

長期のリスク査定は検知されるα計数値及び検知時間の長さを表すデータを長期 にわたって記憶することが要求される。

好ましくは、本発明装置は装置が装置されている建物の家庭用交流電源から最後 に引き出せるように、外部ＤＣ電源供給手段によって電源を供給されている。装 置は停電のときにも使用できるよう充電可能なバッテリーを有している方がよい 。

ＡＣ駆動であれ、バッテリー駆動であれ、ラドンのモニターがなされる長期にわ たる電力を供給することが大切である。

この長期とは数カ月又は数年である。マイクロプロセッサ７０はＥＥＰＲＯＭ７ ６に長期のデータを記憶させる。もしラドン濃度がたとえば４ｐＣｉ／Ｑの選択 されたリスクスレシホールドであったとき１個のαパルスが計数され、不揮発性 メモリはこの長期間計数されたパルス数及び時間情報を記憶しておく。

１個のパルスが計数されるまでの時間すなわち予め設定された長期のリスク間隔 はマイクロプロセッサ７０にプログラムされており、これは与えられた濃度のラ ドンに接したとき、反応するように回路が設定されている。正確な間隔は各ユニ ットの校正処理により達成できる。長期のリスク間隔（たとえば公称の濃度での １個のαパルス当りの予期される経過時間）は短期間のリスク査定に使用される 統計的に定められた間隔よりも異なって（例えばはるかに短く）いる。

本実施例ではラドン被爆を和らげる種々の装置をコントロールできる方がよい、 このような装置としてはたとえばモータ１０６で胎動され、マイクロプロセッサ ７０によって必要なときに動作するトライアック１０４によってＡＣｔ圧を加え られるファン１０８がある。使用者はさらにリスク状態の検知に基づきファンを 駆動させる別の方法も選択できる。たとえば、ディップスイッチ７２からのデジ タル信号によってリスク間隔に対して２５．５０．１００％を適宜選択してファ ンを駆動させてもよい、また、マイクロプロセッサ７０に検知されたリスクの程 度に応じて自動的にこの割合を計算するようプログラムさせてもよい、たとえば スレシホールドレベルをはるかに越えるα線が検知されるとマイクロプロセッサ ７０はファン１０８を１００％駆動させ、わずかにスレシホールドレベルを越え た場合、マイクロプロセッサ７０は間隔の間、場合によってファン１０８を駆動 させる。

一方、使用者がディップスイッチ７２をセットしたデジタル信号はラドン濃度の スレシホールドレベルと開通しており、毎時その濃度で予期されるα線の数がチ ェックされる。もし１時間後の計数値が高くなれば、制御は和らげられる。その 後、もう１時間スタートする。これにより、より速い応答ができる。

第３図及び第４図は回路全体の電力系を示している。第３図において、＋１８Ｖ がライン１１０に供給され、レギュレータ１１２及び１１４によって５Ｖ及び１ ２Ｖに整流されている。サージサプレッサー１１６は電力ラインに沿って侵入す るサージを少なくともブロックするよう接続されている。ダイオード１１８は回 路にｔＬ流が逆流してくるのを防いでいる。多数の抵抗及びコンデンサが適宜挿 入接続されている。第４図に図示されているようにもう１個のスレシホールド検 知器が電源１８Ｖ、５Ｖ及び接地間に接続されている。抵抗との時定数によって コンデンサに５■又は１８Ｖのうちの所定電圧がチャージされるまでの間、パワ ーアップリセット回路はマイクロプロセッサ７０をリセット状態でホールドする 。また、この５■の電圧は“パワーステータス”を出力するラダー抵抗の別の点 と比較され、それによってＤＣ電圧が書き込み周期を仕上げるのに足りない場合 にはマイクロプロセッサ７０を介してＥＥＰＲＯＭ７６の書き込みを開始させな い。

第５図〜第７図は本発明の構造を示しており、第５図及び第６図は外観を示して いる。第５図において、小形密閉容器１３０は上部及び下部ルーパー１３２を有 し、容器１３０内に大気が侵入する。押ボタン８２．８４及びＬＥＤ９２．９４ ．９６は外面に設けられている。これらの部品は容器１３０内に立設された回路 基板に電気的に接続されている。好ましくは光遮断フィルターがルーバー内に設 けられている。

第６図は他の実施例を示しており、このラドン検知器は釘１４４などによって建 物の壁又は間柱に固着でき、ボックス１４６内に回路を設けている。ＬＥＤや押 ボタンは表面に設けられ、換気孔１４２よつ検知器内に大気を侵入させている。

第７図に示すようにセンサ２０は筐体２２内に設けられている。

回路基板１５０には大気が侵入するように多数の穴が形成されている。底部のカ バー板１５２は一側に沿って穴を有し、大気をフィルター２４に侵入させている 。このフィルター２４は回路基板５０の穴を覆っている。センサ２０は回路基板 １５０上の他の部品と離れて配置されている。そして、図示のように平テーブル の上にセンサ２０を配置すると、筐体内における筐体面積に対するセンサ表面の 割合を最大にすることができる。従って、回路基板上の部品と比較してより少な い部品がセンサ２０の表面がら離れたラドン娘核種の付着のために供給される。

例えばラドンのないときの計数であるバックグランド計数に寄与する他の回路部 品でα線の放射から離れるようにセンサ２０は配置されている。１個又は多数の センサが１個の厘体内に設けられている。筐体２２は回路、基板１５０を介して 正の電圧が供給できるよう導体性のプラスチック材料で形成されている。同様に 、センサ２０への接続は回路基板１５０を介して行われ、スタンドオフとしての 機能を有する導電体は回路基板１５０上に間をおいてテーブルにセンサ２０を支 持する。好ましくはセンサ２０は半田を使用せず、導電性のエポキシ又は導電性 のスプリングにより接続され、半田端子ではなくニラゲル端子を有している。

第８図及び第９図は、第１図の回路によって出力されたパルス電圧によるパルス の発生数を示している。これを見ると、ラドン、ラドン娘核種Ｐ　ｏ　−２１０ ，２１４及び２１８の半減期がスレシホールド検知器５０で出力されるスレシホ ールドパルスの電圧が高く設定されている手段によって提供されて、それによっ てノイズの影響を低減し、予期されるバックグランド計数値を減少している。バ ックグランドやノイズが少なくなると、より短期で統計的に定められる結果が現 れる。さらに、ラドンによって放射されるα粒子に依存せず、代りにラドン娘核 種によって放射されるα粒子だけを区別する１個以上のスレシホールドレベルを セットすることにより、より正確な結果が出て、はとんどバックグランド計数値 を無視することができる。

住宅地に発生するラドンは実際には通常Ｕ−２３８破壊によるＲ　ｎ−２２２で ある。言い換えればアメリシウ又はトリウムのようなα線は通常では発見されな い、この仮説により、ラドン濃度を０．１〜１　ｐＣｉ／Ｑに分解し、数日（１ 〜３０日）間４ｐＣｉ／Ｑの濃度を測定できる０本発明装置はＯ，ｉ　ｐＣｉ／ Ｑを測定している。この正確さはノイズの低減テクニックによる。このノイズ低 減テクニックは各出力を論理的に比較する手段を有する複数のチャンネルを用い るか、他方、センサ２０を除いて増幅器３２の接続をまねするダミー増幅器４２ を用いることによって達成できる。センサ２０を製造している間、α放射線を含 む物体に接触するよう内部に装置を持っていく全ての過程は減少されたり削除さ れている。特に、半田が鉛を含み、鉛がα放射線となる自然発生の同位体に関連 （鉛はＵ　−２３８又は及びラドン崩壊の結果である）していることから半田は 使用されない、もし、α放射線同位体が製造中装置に配置されると、同位体に放 射崩壊が発生した場合、ラドン崩壊と区別することができなくなる。

経験的にパルス電圧を注意深く分析することよりパルスを区別すればノイズやバ ックグランド計数値が少なくなる。第８図及び第９図のヒストグラムにおいて２ つの主なピークすなわちラドン娘核種のＰ　ｏ　−２１８，Ｐ　ｏ−２１４の崩 壊によるラドンガスのスペクトラムを表すものがある。このピークは検知器への ラドン娘核種のイオンの付着による。バックグランドスペクトラムの重要な部分 はラドン−２２２の崩壊によるα粒子の予期されたパルス電圧を含んでおり、比 較的に広いレンジでこれら２つのピークより下になっている。従って、セットさ れているスレシホールド検知器は２つのピーク下にちょうどセットされ、バック グランドのパルスを無視できる。これにより、半減期の長いＰ　ｏ−２１０の検 知は虹しくなり、Ｐ　ｏ　−２１０は時間中バックグランド計数値が増加するこ とになり、ゼロ（やや離れなＲｎ−２２２崩壊）からＰ　ｏ−２１０のそれ以下 のある点（センサ２０に近接するＲ　ｎ−２２２崩壊）までのレンジで直接ラド ン−２２２のα崩壊を判別する必要性を削除する。多数のセンサを用いると、基 本的にスレシホールドレベルは同一になる。ダミーの増幅器を用いると、ダミー チャンネルのためにセットされた判別器は通常操作される増幅器のノイズの上で かつα検知チャンネルのセット（例えば半分程度）より下にセットされる。従っ て、ノイズのダミーチャンネルにパルスを発生させることはあるが、αチャンネ ルにパルスを発生させることはない。

前述したノイズの低減に加えて、オペアンプのＤＣオフセット電圧もコンデンサ ３４．４４及び増幅器３２．４２の平均電圧による電圧を有するスレシホールド 検知器を備えることによって、可能な限り低減できる。増幅器３２の入力に接続 するコンデンサ３４は例えば安定した状態のオフセット電圧を供給するが、α粒 子による電流変化の間それ程電圧を変化させない。

ラドン娘核種イオンの付着は有効な表面で生ずる０本発明によれば、筐体２２は センサ２０よりも正にバイアスされており、それによりセンサに近接したラドン 娘核種は正イオンとなりセンサを越えた大気中に浮遊しているよりはむしろセン サ２０上に付着する。放射性崩壊の間放射されるα粒子が大気中にそのエネルギ ーの一部を放出する限り、バイアスがラドン娘核種を制止すると、より離れた所 で崩壊が発生する。このように第９図に示すように明確にされたピークはセンサ ２０の表面に直接付着したＰｏ−２１８、Ｐｏ−２１４の放射性崩壊によって生 じ、それによって測定のより良い基礎が形成される。

周期によって、センサに付着したラドン娘核種は検知器内で半田や他の鉛を含ん だ材料が発生するような不適な不純物を発生しない、Ｐｏ−２１８の半減期は３ 分程度、Ｐｏ−２１４の半減期は１秒程度であるが、Ｐｏ−２１４の成長半減期 は時間のオーダーである。Ｐｏ−２１８のα崩壊は約６ＭｅＶで、ＰＯ−２１４ のα崩壊は約７．７ＭｅＶで、Ｐｏ−２１０（７）（Ｚ崩壊は約５．３ＭｅＶで 生ずる。Ｒｎ−２２２の崩壊は約ｓ、５ｈｖｅｖで起こるが、蓄えられるエネル ギーの最大値はＲｎ　−２２２の崩壊位置が変わるためピークスペクトラムに依 存しない、第８図及び第９図において、Ｒｎ　−２２２崩壊はゼロ（離れた崩壊 ）から約３００ｍＶ（近い崩壊）までのグラフのスロープに寄与している。ラド ンは安定した不活性ガスであり、その娘核種とは異なり、付着によって拘束され ない。

検知器に付着した崩壊物質の検知効率は５０％程度である。

ラドンガスの検知効率は低いスレシホールド（ノイズが最も高い所）で０．５％ 程度であり、スレシホールドを高くするにつれて低くなる。さらに、各ラドン崩 壊に続いて短時間で２個の娘核種の崩壊が起こる。筐体にバイアスを加えること によってラドン娘核種をある程度まで拘束すると、付着効率は急速に上昇し、検 知効率も上昇する。これは第８図と第９図を比較することによって理解され、第 ９図はゼロからＲｎ−２２２の崩壊を示す２８０　ｍ　Ｖ　＊で緩いスロープと なって、センサ２０から離れた位置のレンジでそのラドン娘核種を有する。

この技術はバックグランドレートを１１）Ｃｉ／Ｑで計数レートの２０％又はそ れより少なくすることによって成され、従来はバックグランドレートは計数レー トの５倍であった。

ＰＯ−２１０以外の同位体は短い半減期であり、長い期間のバックグランド計数 を発生しない、しかし、Ｐｏ−２１０は有効な２０年の半減期を有する。公称又 はリスク状態で予測されるスレシホールド計数レベル〈例えばａ計数にバックグ ランド計数を加算したもの）は時間中増加され、センサに付着したＰｏ−２１０ の蓄積に起因するバックグランド計数の増加の原因となるよう装置を配置するこ とができる。他方、スレシホールド検知器５０のパルス電圧をＰｏ−２１８のピ ークかられずか下にセットすることも可能であり、それによってそのエネルギー レベルのおかげでＰｏ−２１０を判別できる。

Ｐｏ−２１８だけのα崩壊により発生するパルスだけを判別するよう２個のスレ シホールド検知器を設けることもできる。

このようにすれば、非常に短い応答時間を有するラドンの“スニファー”を検知 できる。このような装置はラドンの高濃度で効果がある。さもなければ、低濃度 で長期間モニターされることになる。

ラドン崩壊によるＰｏ　−２１４、Ｐｏ−２１０及びＰｏ−２１８同位体の生成 はガスプレゼントが約３．８２日の半減期を有するＲ　ｎ　−２２２であるとす れば、ラドン濃度と数学的に関連している。従って、Ｒｎ　−２２２のα放射を 除くある同位体からのα放射を検知すれば住宅地のラドンの存在を正確に示すこ とになる。

本発明は種々の変形例がある。ラドンの捕集室は検知器内の湿度を下げるために 周囲よりわずかに加熱しても良い、これにより特に露点付近での検知器の性能を 改善できる。また、この加熱によって筐体を正にバイアスすることによる検知器 への付着の安定性が向上する。加熱割合いは１ワット当り容量０．１Ｑの方が好 ましく、筐体の大きさによる。しかし、ヒータの加熱割合いは室温と周囲温度と の差に依存する。筐体を断熱すれば電力を少なくできるとともに、筐体内の温度 変化を少なくできる。

マイクロプロセッサ７０に設けられている計数構造は単一のリスク間隔及び長期 間のリスクを決定するのを簡単にしている。検知器を先ずデザインしたり校正す ることにより、ある間隔である程度の平均α計数値を予測できる。統計的に定め られているパルス数を計数すると、平均はほとんど同じ値になる０本発明によれ ば、予測される間隔及び大切なα数はこのスレシホールド数からゼロまでカウン トダウンされる。値がともにゼロとなり“時間切れ”と“カウントアウト”が同 時に起これば、短い測定期間のラドン濃度がスレシホールドになる。もし、最初 に時間切れになると、濃度がスレシホールド以下であり、緑色のＬＥＤが点灯す る。カウントアウトが時間切れの前に起こると、濃度がスレシホールドを越えた ことを示し、赤色のＬＥＤが点灯する。濃度が増加すると間隔が短くなり、居住 者により速く警報される。

スレシホールドのパルス数や時間が校正処理を介して決定される。この処理はバ ックグランドの計数レート及びラドンガスへの検知能力を実験的に測定する。こ れら２つの値はもし濃度がスレシホールドレベルであるときに必要とされるトー タルの時間を越えてトータルの計数値（バックグランドを含む）を出力するよう に用いられる。この場合の正確性はラドン濃度だけによる正味の計数レートの不 確定さに関連している。

前述した計数構造により、スレシホールドレベルを４ｏＣ１／Ｑとすれば３日間 で約１３０回計数される。もし、この回数が３日以内で計数されると、公称を越 えた濃度のリスク間隔が生じたことを示す赤色のＬＥＤが点灯する。もし、１３ ０回計数する前に３日が経過すれば、濃度が公称より低く安全であるとして緑色 のＬＥＤが点灯する。長期間のリスク査定ではちょっと興なる方法が必要となり 、“リスク”状態の表示に先がけてすべての計数及び時間が累積される。スレシ ホールドレベルを４ｏＣ１／Ｑとし３日間で１３０口計数されたとすれば、約２ ０００秒毎に１回計数されたことになる。従って、この２０００秒が“長期のリ スク間隔”となる、長期のリスク査定に対して、マイクロプロセッサ７０は検知 操作開始から現在まで検知されたすべてのαの回数と２０００秒が経過したかの 間隔を計数し続けるようプログラムされている。もし、回数用のレジス態がリス クを示し、例えば現在の検出された平均濃度がセットされたスレシホールドを越 えたものである。計数値と間隔との間の対照形態が、１つの計数が公称濃度で発 生するまでの予測される時間として計数される間隔を定義することによって、実 際割合対称となり、この割合いはレジスタのトータルの対照だけを必要とする。

長期のりスフカウンタは例えば１６ビツトのバイナリカウンタを用いた場合には オーバーフローすることもあるので、長期のリスク計数用のカウンタをリセット したりあるいは浮動小数点を維持しようとするよりは、オーバーフローしそうな ときに、長期のリスク計数用のレジスタの内容を単に１ビツト下位ビットにシフ トさせ計数値を２で割れば良い、この割り算によって現在の計数よりも少ない桁 を有する古い計数で計数が続けられ、計数は停止されない、従って、古いパルス 数と間隔との適切な比較が割り算にもかかわらず適用される。

このため、長期のリスクが示され、結果は漠然とした意味を持つ。

有効データを得るなめに必要とされる短期の間隔は前述したように濃度及びα回 数の発生率に依存している。実験によれば本発明システムは５４時間以内で４ｔ ｌＣｉ／Ｑ　、　１１時間以内で２０ｐＣｉ／Ｑ及び１時間以内テ２００ｐｃｉ ／　Ｑ　ｆ）　ａ放射Ｕ露出を引き起すラドン濃度を正確に（例えば７０％のｉ Ｉ率で）測定できると予測される。

検知増幅器は一般の一：　１０ｍ　Ｖの出力ノイズを有する。大部分のα崩壊パ ルスの電圧が８０ｍ　Ｖ以上であるから、電圧を比較するコンパレータは１００ ％ノイズを判別できる。それ故計数されるパルスはα崩壊によるものである。

検知器自体は初めに述べたように基礎及び端子材料によるα放射の影響を受ける 。この影響を無くするには外部電源が無い状態で検知回路で計数を行う、このバ ックグランド計数レート（ｂ）はトータルの計数値に寄与し、Ｒｎソース濃度だ けに基づく正味の計数レート（Ｓ）に達するよう考慮されなければならない、ソ ースにバックグランドを加えた（Ｓ十Ｂ）及びバックグランド（Ｂ）のための斂 適な計数時間は正味のソースレート“Ｓ″の変化（ｌ標準備差）の係数によって 引き出される。ここで、最適条件は Ｔ　（Ｓ十Ｂ）／Ｔ　（Ｂ）＝　（Ｓ十Ｂ）／Ｂ１／Ｔ＝　［（Ｅ）＊　（Ｓ） ／（Ｓ十Ｂ十Ｂ）３”但し、ＴＣＳ↑Ｂ）はソースプラスバックグランドの測定 時間、Ｔ　（Ｂ）はバックグランドの測定時間、Ｅはソース計数レートの分別標 準偏差、Ｔ＝Ｔ　（Ｓ＋Ｂ）　＋Ｔ　（Ｂ）である。

例えば、もし０．５ｃｐｈのバックグランドがあり、４　ＤＣｉ／Ｑのスレシホ ールドで０．２ＣＶの分別標準偏差で測定される場合、４　ｐＣｉ／Ｑでの必要 とされる計数時間が４．３日であると１２２回計数される。１ｈＣｉ／ＱのＲｎ レベルに対しては１２２回計数されるのに１．５５日要する。また、１２８ｐＣ ｉ／　Ｑ　（０，６Ｗ　Ｌ　）で、測定時間は０．２２日（５時間）となる、こ の例はラドン検知器が０．５ｃｐｈのバックグランドで作動する方法を示してい る。濃度が上昇するにつれて測定時間はすぐに状態を指示できるように短くなる 。　１２８ｐＣｉ／　Ｑの濃度への計数回数は平板状にされている。４７３日の 時間での４　ｐＣｉ／Ｑは活性炭容器の配置（Ｃｏ８６．　Ｇｅ８４）にとって 必要とされる時間とほとんど同じ時間を要する。しかし、この容器と異なり、測 定時間は濃度が高くなければ短くなる。

マイクロプロセッサ７０の他の作用のフローを次に示す。

ラドンモニターのフロチャート ｔＨオン：　＊初期化 メ、最後の間隔を表示 本新しい間隔（１２時間）の開始 ＊間隔ＲＡ　Ｍカウンタのクリア ＊間隔ループ ＊パルス割り込みを可能にする。

本タイマ増加（４分） 本間隔が終了すれは表示 本１２時間毎にＥＥＰＲＯＭに日を記憶＊リセット又はリスクをスキャン 大ループ パルス二　＊αの比較割込み ＊ノイズパルスがなければＲＡＭのα値を増加大ループへ戻る 記　憶：　ＥＥＰＲＯＭに以下を記憶 本間隔時間計数値 ★間隔α計数値 大長期のリスク時間計数値 ＊現在の間隔状態 大長期のリスクα計数値 大ループへ戻り 表　ホロ　＊間隔α計数値がスレシホールドα計数値より大きい場合赤色表示、 それ以外緑色表示＊もし最後と異なると間隔状態をＥ　Ｅ　Ｐ　ＲＯＭに書き込 み ＊新しい間隔の開始のためカウンタをリセット本ループへ戻り リセット：　＊ＬＥＤを点灯、ＯＫなら黄色を点滅＊新しい間隔の開始のためカ ウンタをリセットリスク：　＊全α計数（ＡＣ）を全時間計数（ＴＣ）と比較 ＊ＡＣがＴＣより大きいか同じならリスクが低下して赤色を点灯 ＊ＡＣがＴＣより小さいとリスクが低下して緑色を点灯 大ループへ戻り リセット及び：　＊データの送り出しのため黄色を点灯してＡＣ，ＴＣをビット で表示 ＊最後にリスクが押されたらループへ戻り、リセットが押されてしばらく保持さ れたらＥＥＰＲＯＭをすべてクリア 以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明の要旨の範囲内で適宜変形できる。

第２ｒＩＩＪ 勧 第４図 パルス電圧−ｍＶ パルス電圧−ｍＶ 国際調査報告

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の放射性崩壊により生成されるα粒子を検知するα粒子検知装置 において、前記被測定物に放出されるα粒子がエネルギーを蓄積できるよう充分 に前記被測定物に密接して配置される空乏層を有する固体ダイオードと、少なく とも１個以上のこのダイオードから出力される信号を増幅するよう接続され前記 空乏層に蓄積されたエネルギーに応じるパルスを出力する第１の増幅器と、この 第１の増幅器と同じ接続を有し前記ダイオードが出力する信号以外に接続される 入力を有する第２の増幅器と、前記第１の増幅器だけが出力するパルスを入力し 第１及び第２の増幅器が同時に出力するパルスを無視するロジック手段とを備え 、前記第１及び第２の増幅器は過渡によるパルスを出力し、前記第１の増幅器の みα粒子によるパルスを出力することを特徴とするα粒子検知装置。
2. （２）前記被測定物内のα崩壊に影響を受け易くα粒子からのエネルギーを蓄積 するための空乏層を有する少なくとも１個以上の補助の固体ダイオードを有し、 前記ダイオード及び補助ダイオードを前記増幅器のうち１個から離間するよう接 続し、前記ロジック手段は前記離間した増幅器が出力する信号を入力するととも に他の増幅器が出力する信号を入力せず、感知能力を増加させノイズを低減させ たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のα粒子検知装置。
3. （３）前記第１及び第２の増幅器の出力の各々に接続され、前記第１及び第２の 増幅器の出力が所定のレベルを越えたときにパルスを出力するスレシホールド検 知器を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のα粒子検知装置。
4. （４）前記所定レベルは少なくとも第１又は第２の増幅器の出力に接続される抵 抗とコンデンサの回路から一部分出力され、前記増幅器の平均出力レベルに応じ て変化することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のα粒子検知装置。
5. （５）前記スレシホールド検知器の各々の所定レベルは反転入力端子と非反転入 力端子とを有するオペアン７の一方の入力端子に接続される電圧分割手段によっ て一部分決定され、前記スレシホールド検知器の出力及び前記オペアンプの他方 の入力端子に接続されるりアクティブ要素を有するフィードバック回路を備え、 前記フィードバック回路は出力パルスの発生時に前記所定レベルを瞬間的に変化 させ、それによって前記スレシホールド検知器は１個のパルスを出力することを 特徴とする特許請求の範囲第４項記載のα粒子検知装置。
6. （６）前記所定レベルは前記ダイオードの表面に密接して発生するポロニューム ２１０，２１４，２１８の少なくとも１個の放射性崩壊によって出力されるパル ス電圧よりわずかに低く設定されることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載 のα粒子検知装置。
7. （７）前記第１及び第２の増幅器は各々反転入力端子及び非反転入力端子を有し たオペアンプを含み、前記増幅器の非反転入力端子はともに接続されてコンデン サを介して接地され、前記増幅器はその反転入力端子と非反転入力端子間に前記 ダイオードと抵抗ともう１個のコンデンサを直列に接続し、前記ダイオード及び 補助ダイオードは基本的にバイアスされないことを特徴とする特許請求の範囲第 ２項記載のα粒子検知装置。
8. （８）前記ロジック手段は前記増幅器が出力するパルスを入力するマイクロプロ セッサから成り、このマイクロプロセッサは前記増幅器のいずれか１つだけが排 他的に発生するパルス及び時間間隔を計数し、この時間間隔の総パルスを前記放 射性崩壊に晒された所定のレベルと比較するとともに、この比較結果を示す信号 を出力することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のα粒子検知装置。
9. （９）前記マイクロプロセッサは前記放射性崩壊に晒されることを和らげる手段 を制御する別の信号を出力することを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のα 粒子検知装置。
10. （１０）前記ダイオードを少なくとも部分的に包囲する導電性の筐体を備え、こ の筐体は前記ダイオードに対して正にバイアスされ、正に帯電されたラドン娘核 種のイオンが引き出されて前記ダイオードに付着されることを特徴とする特許請 求の範囲第２項記載のα粒子検知装置。
11. （１１）前記筐体内に塵埃が侵入することを防止するフィルタを設けたことを特 徴とする特許請求の範囲第１０項記載のα粒子検知装置。
12. （１２）ラドン娘核種のα放射を検知するラドン検知装置において、被測定物に 露出する表面に十分に近接して配置される空乏層を有し前記表面に隣接する放射 性崩壊によって生成されるα粒子が前記空乏層にエネルギーを蓄積し、α分光に 不適当な一般グレードの光起電性ダイオードから成る少なくとも１個以上の固体 ダイオードセンサと、前記センサを部分的に包囲し導電性材料から成り、内部に 大気ガスを拡散する筐体と、前記センサが出力する信号を増幅するよう接続され 前記光起電性ダイオードのノイズ特性にかかわらず前記α粒子によって蓄積され たエネルギーに応じて電圧が変化するパルスを維持するよう高スリユーレート及 び高入力インピーダンスを有する電圧応答性の増幅器と、この増幅器に接続され 前記センサから離れたラドン崩壊のα放射特性を除外するとともに前記センサに 隣接するラドン娘核種のα放射特性を含むよう十分高く設定されたパルスレベル に応じて前記センサによって出力されるパルスを判別する１個以上のスレシホー ルド検知器とを備え、前記導電性の筐体とセンサは筐体の方が約３０Ｖ程度高く なるようバイアスされ、それによってラドン娘核種がセンサのすぐ上方からセン サに引き出されセンサに付着してセンサから離れたところよりむしろセンサ上で 崩壊されることを特徴とするラドン検知装置。
13. （１３）前記筐体内に塵埃が侵入することを防止するフィルタを設けたことを特 徴とする特許請求の範囲第１２項記載のラドン検知装置。
14. （１４）前記スレシホールド検知器によって判別されたパルスを計数し、バック グランドパルス値にラドン露出の所定のレベルでのパルス値を加えた所定のパル スレートと前記計数されたパルスレートとを比較する手段を備えたことを特徴と する特許請求の範囲第１２項記載のラドン検知装置。
15. （１５）前記スレシホールド検知器は前記センサの表面に密接して発生するポロ ニューム２１０，２１４，２１８の少なくとも１つの放射性崩壊の間放射される エネルギーレベルの特徴を示すレベルを受け入れるよう出力パルスを判別するこ とを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のラドン検知装置。
16. （１６）前記スレシホールド検知器は前記センサ表面に付着したポロニューム２ １８の放射性崩壊の特徴を示すレベルを有する出力パルスを判別することを特徴 とする特許請求の範囲第１５項記載のラドン検知装置。
17. （１７）前記判別されたパルスを計数し、既知のラドン濃度の計数値にバックグ ランド計数値を加算した予測値と実際の計数値とを比較する手段を設けたことを 特徴とする特許請求の範囲第１６項記載のラドン検知装置。
18. （１８）全時間の間予測されたバックグランド計数を増加させる手段を有し、そ れによって前記センサに以前付着したラドン娘核種の放射性放射がバックグラン ド計数として加算されることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載のラドン 検知装置。
19. （１９）レベルでパルスを判別する多数のスレシホールド検知器を有し、このう ち少なくとも１個のスレシホールド検知器は前記センサを含むチャンネルに接続 され、他の少なくとも１個のスレシホールド検知器は別のセンサを含み前記第１ のチャンネルと同じ構成の他のチャンネルに接続され、前記第１のチャンネル及 び他のチャンネルの両方に同時に出力されるパルスをノイズとし、前記チャンネ ルのうち１個だけに出力されるパルスのみを放射性崩壊として検知することを特 徴とする特許請求の範囲第１２項記載のラドン検知装置。
20. （２０）前記センサは前記空乏層に近接した鉛半田の使用を最小限にした検知器 に接続されたことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のラドン検知装置。
21. （２１）ラドン危険を和らげる動力調節可能な手段を有し、この手段は所定のラ ドン濃度を示す前記スレシホールド検知器が出力する信号に応じて動力を調節す ることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のラドン検知装置。
22. （２２）所定の電圧範囲のパルスを計数するとともに時間を計時するロジック・ 計時手段を備え、この手段は測定間隔を定める手段を有し最大のパルス数まで前 記パルスの数を計数するとともに最大の時間間隔まで時間を計時し、これらの最 大のパルス数及び時間間隔は与えられたスレシホールド濃度でのラドン濃度の所 定レベルに達するのに必要な数及び時間であり、前記最大の時間間隔より早く最 大のパルス数が計数されたときにはリスク状態が示され、最大のパルス数より早 く最大の時間間隔が計時されたときには安全状態が示され、その後パルス数と時 間がリセットされることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のラドン検知 装置。
23. （２３）前記与えられたスレシホールド濃度は前記ロジック・計時手段へのスイ ッチ入力によって選択可能な多数のスレシホールド濃度の１つであることを特徴 とする特許請求の範囲第２２項記載のラドン検知装置。
24. （２４）長期リスク査定のための少なくとも２個のレジスタを有するロジック手 段を備え、一方のレジスタはパルス数を累積し他方のレジスタは前記与えられた スレシホールド濃度でのパルス間の平均経過時間と同じ長期リスク査定間隔の数 を累積し、前記レジスタの累積値を比較することによって前記与えられたスレシ ホールド濃度付近での平均濃度を判別することを特徴とする特許請求の範囲第１ ２項記載のラドン検知装置。
25. （２５）互いに接続されて前記少なくとも１個のセンサの多数ダイオードセンサ を構成する多数の前記光起電性ダイオードを備えることを特徴とする特許請求の 範囲第１２項記載のラドン検知装置。
26. （２６）前記ロジック・計時手段は長期リスク査定のための少なくとも２個のレ ジスタを備え、一方のレジスタパルス数を累積し他方のレジスタは前記与えられ たスレシホールド濃度でのパルス間の平均経過時間と同じ長期リスク査定間隔の 数を累積し、前記レジスタの累積値の比較によって前記与えられたスレシホール ド濃度付近の平均濃度を判別することを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載 のラドン検知装置。
27. （２７）被測定物のα崩壊を計数する手段と、経過時間をモニターする手段と、 長期リスク査定を表わす数を累積できるよう一方で崩壊があるスレシホールドを 越えている間の長期リスク間隔の数を累積し、他方である与えられたスレシホー ルドリスク濃度でのパルス間の平均経過時間と同じ長期リスク査定間隔の数を累 積する２個以上のレジスタとを備え、前記レジスタの累積値の比較によってスレ シホールド付近でのα崩壊生成物の平均濃度を判別することを特徴とするラドン モニター装置。
28. （２８）時間中のα崩壊を計数する手段と、バックグランド計数及び公知のサン プルのラドンα崩壊による計数とを反映するとともに前記バックグランド計数及 びラドン濃度を示す計数の原因として選択されたスレシホールドと前記時間中の α崩壊数とを比較する手段と、時間中の前記バックグランド計数を増加するよう 前記スレシホールドを増加させる手段とを備え、前記センサに以前付着されたラ ドン娘核種の放射性放射を前記バックグランド計数に反映させたことを特徴とす るラドンモニター装置。
29. （２９）被測定物を収容する筐体と、時間中における前記被測定物のα崩壊を検 知して計数する手段と、湿度変化による影響を最小限にするよう前記被測定物を 加熱するため前記筐体に設けられる加熱手段とを備えたことを特徴とするラドン モニター装置。
30. （３０）露出面を有し一般グレードの光起電性ダイオードを設けた１個以上のセ ンサを有するラドンモニターと、導電性材料で形成され、前記ダイオードよりも ３０Ｖ程度以上正にバイアスされた前記センサの筐体と、この筐体に被測定空気 を入れる手段と、相対的に高スリューレートと高入力インピーダンスを有し前記 センサにより出力される信号を増幅する電圧感応の増幅器と、この増幅器の出力 に接続され前記センサに隣接するラドン娘核種のα崩壊によるパルスだけを通過 させるスレシホールド検知器と、前記パルスを計数し経過時間をモニターしこれ らパルス数と経過時間とを所定のラドン濃度のスレシホールドレベルと比較する 手段と、この手段に連動され出力を電源に接続し、ラドン濃度が所定の危険レベ ルのある割合いに達したとき駆動されるスイッチ手段とを備えたことを特徴とす るラドン危険軽減装置。
31. （３１）前記スイッチ手段の出力に接続される危険軽減装置を備えたことを特徴 とする特許請求の範囲第２８項記載のラドンモニター装置。
32. （３２）前記危険軽減装置は１個以上のファンと、開閉可能な空気孔と、操作可 能なダンパーと、塵埃除去装置とを有することを特徴とする特許請求の範囲第２ ９項記載のラドンモニター装置。