JPH03181840A - 密度測定方法及び装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、γ線を利用して試料の密度を測定する密度測
定方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 従来、γ線を利用した密度計としては、例えば第１０図
に示す表面散乱型密度計や第１１図に示す透過型密度計
が知られている。

第１０図の表面散乱型密度計にあっては、試料３の表面
に所定距離を離して放射線源１と検出器２を設置し、放
射線源１から照射されたγ線のうち内部で散乱して試料
表面に戻ってくるγ線パルスを検出器２で検出して測定
装置４に出力し、測定装置４で単位時間当りの検出パル
ス数Ｎを計数する。測定装置４には第１２図に示すγ線
検出パルス数Ｎから密度ρを求めるための相関曲線が予
め設定されており、この相関曲線に従って計数されたパ
ルス数Ｎに対応する密度ρの値を求めて出力表示する。

また第１１図の透過型密度計にあっては、放射線源１を
試料３の内部に配置させ、放射線源１から試料内部を透
過してくるγ線パルスを試料表面に設置した検出器２で
検出し、測定装置４で表面散乱型と同様にして単位時間
当り検出パルス数Ｎから密度ρを求めることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のγ線を利用した密度計
にあっては、γ線パルスの計数値Ｎから密度ρを求める
ために使用する第１２図に示した相関曲線は理想的な測
定条件のもとに得られた実験データから作成されている
が、実際の測定にあっては、温度による測定機器の特性
の変化、放射線源の半減期の影響等により必ずしも相関
曲線に従っ計数値Ｎと密度ρとの相関関係が得られず、
更に、密度計測の安定性と信頼性が十分とはいえない問
題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、測定条件に影響されることなく安定して正確な計
測結果が得られる密度測定方法及び装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため、まず本発明は、放射線源から
試料内にγ線パルスを照射し、検出器で試料内を透過又
は散乱したγ線パルスの数を検出し、該検出パルス数に
基づいて試料の密度を測定する密度測定方法を対象とし
、この測定方法につき本発明にあっては、放射線源と検
出器の距離を第１距離Ｌ１に設定してγ線のパルス数Ｎ
１を検出し、また放射線源と検出器の距離を第１距離Ｌ
１とは異なる第２距離Ｌ２に設定してγ線のパルス数Ｎ
２を検出し、第１及び第２距離Ｌ１．Ｌ２の各検出パル
ス数の比（Ｎｌ／Ｎ２）に基づき試料の密度ρを算出す
るようにしたものである。

また表面散乱型の密度測定装置として本発明にあっては
、試料表面に設置された試料内にγ線を照射する放射線
源と、該放射線源に対し第１距離Ｌ１を離して試料表面
に設置され試料内を散乱してくるγ線パルスを検出する
第１検出器と、前記放射線源に対し前記第１距離Ｌ１と
は異なる第２距離Ｌ２を離して試料表面に設置され試料
内を散乱してくるγ線パルスを検出する第２検出器と、
前記第１及び第２の検出器により検出されるγ線パルス
の単位時間当りのパルス数Ｎ１、Ｎ２を計数し、該パル
ス計数値の比（Ｎｌ／Ｎ２）に基づいて試料の密度ρを
算出する測定装置とを備える。

更に透過型の密度測定装置は、試料内部に設置される放
射線源以外の点は前記の表面散乱型の密度測定装置と同
じ構成をもつ。

更に本発明の密度測定方法及び装置における２つの検出
パルス数Ｎ１、Ｎ２に基づく密度ρの算出は、 ｆｎ　（Ｎｌ／Ｎ２）＝Ａρ＋Ｃ 但し、Ａ、　　Ｃは定数 の関係式から、 ｐ＝　（Ｃ−Ｌｎ　（Ｎｌ／Ｎ２）Ｊ　／Ａとして求め
られる。

［作用］ このような構成を備えた本発明の密度測定方法及び装置
によれば、同一試料に対する２系統のγ線パルスの検出
結果の比を使用して密度を求めるため、また温度による
計測器の特性変化に対しても最も影響の少ない方式とな
り、放射線源の半減期、検出器の検出効率にも影響され
ず、安定した測定結果が得られる。

更に、パルス数の比率（Ｎｌ／Ｎ２）の自然対数が密度
ρの一次関数となるため、両者の関係が単純化され、２
点の関係が分かれば簡単に相関曲線を求めることができ
る。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示した実施例構成図であり
、表面散乱型密度測定装置を示している。

第１図において、１はγ線を放射する放射線源であり、
表面透過型の密度計測装置にあっては測定対象となる試
料３の表面に設置され、試料３内にγ線を放射する。

放射線源１から所定距離Ｌｌ（第１距離）離れた試料３
の表面には検出器２−１が設置され、また放射線源１か
ら所定距離Ｌ２（第２距離）を離れた試料３の表面には
検出器２−２が設置される。

放射線源１に対する検出器２−１．２−２の設置距離Ｌ
１、Ｌ２の間には、 Ｌｌ＜Ｌ２ となる関係が設定されている。検出器２−１．２−２は
放射線源１から試料３内部に放射され、試料通過中の散
乱により表面に戻ってくるγ線パルスを検出する。

検出器２−１．２−２の検出出力は測定装置４に与えら
れている。

測定装置４は検出器２−１から得られるγ線パルスの単
位時間当りのパルス計数値Ｎ１を計数すると同時に検出
器２−２より得られるγ線検出パルスの単位時間当りの
パルス計数値Ｎ２を計数しており、２つの検出器２−１
．２−２から得られたパルス計数値Ｎ１とＮ２の比（Ｎ
ｌ／Ｎ２）を求め、更に、この比率から次式に従って試
料３の密度ρを算出する。

ｌｎ　（Ｎｌ／Ｎ２）＝Ａｐ十Ｃ（１）なお、第（１）
式におけるＡ、　　Ｃはそれぞれ定数である。具体的に
は、第（１）式を変型してｐ＝　（Ｃ−Ｉｎ　（Ｎｌ／
Ｎ２））　／Ａ　　（２）として密度ρが算出される。

次に、第２図を参照して本発明による密度の測定原理を
説明する。

第２図は、試料３の表面に設けられ検出点２に対し試料
３内の検出点２からの直線上の異なる位置に放射線源１
−１と１−２を設置し、それぞれの検出点２までの距離
をｘｉ、ｘ２とした状態を示している。

まずγ線が物質中を通過するときには光電効果。

後方散乱及び電子対生成の相互作用により吸収され、γ
線の強さは通過距離に対し指数的に減少していく。ここ
で放射線源より強さＩＯとなる一定のエネルギーをもつ
方向のそろったγ線が厚さＸの吸収体を通過したときの
通過後の強さをＩとすると、 １＝ＩｏＢｅ−”　　　　　　　　　　（３）（但し、
Ｂはビルドアップ係数） となる関係が得られる。ここで第（３）式のμはγ線吸
収係数と呼ばれる。

また試料に対するγ線吸収係数μは試料の密度ρの関数
で与えられ、本願発明者による実験によれば、γ線吸収
係数μと密度ρの間には試料の組成に有為な差が無けれ
ば、次式の一次関係が略成立することが確認されている
。

μ＝ｆ（ρ）＝ｐρ十Ｑ　　　　（４）但し、Ｐ、　Ｑ
は定数 そこで、第２図の放射線源１−１から放射されるγ線の
強さをＩＯとすると、試料３内の距離Ｘ１を通過して検
出点２で得られるγ線の強さ■１は、第１図においては
散乱断面積等を考慮した１　１＝Ｂ１　１１Ｉ　ｏ　・
ｅ−”””　　　　（５）となる。同じく放射線源１−
２につき、１２　＝Ｂ２　＠　Ｉ　ｏ　ａ　ｅ−”””
　　　　（６）が得られる。尚、第（５）、（６）式に
おいて８１、Ｂ２は線源の強さ、検出器固有の検出効率
、検出器の試料表面とのすき間等による係数効率の変化
を含むビルドアップ係数である。

このように本発明にあっては、検出点２に対し異なる距
離ｘｉ、ｘ２に同じ強さの放射線源１−１．１−２を設
けたときの各放射線源１−１．　１−２から放射されて
試料３内を通過してくるγ線の強さ１１．１２をそれぞ
れ検出する。このように第（５）、（６）式で得られた
２つの放射線源１−１．１−２からのγ線の検出点２に
おける強さの比の自然対数ｊ！ｎ　（Ｉ　１／　Ｉ　２
）をとると、Ｑｎ　（ＩＩ／１２）　□　Ｉｌｎ　（８
１／Ｂ２）　＋　Ｉ　（ρ）　（ｘ２−ｘｌ）（７） となる。ここで第（７）式のりｎ（Ｂｌ／Ｂ２）は検出
系固有の定数である。

実際の密度測定にあっては、検出点２における第（５）
式及び第（６）式で与えられた異なる距離ｘｉ、ｘ２を
通過してきたγ線の強さ１１．１２は、γ線パルスの数
、即ち単位時間当りに得られるγ線パルスのパルス計数
値Ｎ１、Ｎ２として検出されており、従って、 ｉｎ　（Ｉ　１／Ｉ　２）＝　ｊ２ｎ　（Ｎｌ／Ｎ２）
（８） の関係が成立している。

第２図は、内部線源型の密度計の場合の原理図であるが
、第１図の表面散乱型では線源から試料内部へ放射され
たγ線が、試料中で散乱され、それによって生じたγ線
の内のある割合が、検出点に到達するのであるから、１
−１．１−２に相当する点は広い範囲に広がっている。

従って、ｘｌ。

ｘ２に相当する距離ＬＬ、Ｌ２に対してＫＩＬＬ。

Ｋ２Ｌ２で表わされる透過平均距離を導入し、第（７）
式のＸｉ、Ｘ２に代入する。この代入した式たを第（８
）式に入れ、ｆ（ρ）につき第（４）式の一次関数関係
をもつ密度ρを代入すると、次式が得られる。

ｇｎ　　（旧／Ｎ２） ＝　ｉｎ　（Ｂｌ／［１２）　＋　（Ｐ　ｐ　＋Ｑ）　
（Ｋ２Ｌ２−ＫＩＬＩ）＝　（Ｋ２Ｌ２−ＫＩＬＩ）　
Ｐρ＋Ｑ（Ｋ２Ｌ２−にＩＬＩ）　＋　Ｊｌａ　（Ｂｌ
／Ｂ２）＝＾ρ＋Ｃ（９） 但し、＾＝　（Ｋ２Ｌ２−ＫＩＬＩ）　ＰＣ＝Ｑ（Ｋ２
Ｌ２−ＫＩＬＩ）　＋Ｊｌｎ（Ｂｌ／８２）即ち、第１
図の測定装置４における前記第（１）式のパルス計数値
の比（Ｎｌ／Ｎ２）の自然対数と密度ρの一次関数関係
が成立することになる。

以上の検出原理は第２図に示したように試料３内の異な
る距離ｘｉ、ｘ２に同じ強さの放射線源１−１．１−２
を設置して検出点２で検出する内部線源透過型を例にと
った場合も、第１図に示した表面散乱型のように定数Ｋ
１、に２．Ｂ１、Ｂ２が透過型特有の固定値をもつ以外
は表面型の場合と全く同様に成立するので、同じ原理で
密度が測定されると考えてよい。

従って、第１図に示した測定装置４には第２図に示した
本発明の測定原理に従って得られた前記第（１）式で与
えられるパルス計数値の比の自然対数ｚｎ　（Ｎｌ／Ｎ
２）と密度ρの相関曲線が設定され、相関曲線は一次関
係にあることから、当然に直線関係となる。

この第３図に示す相関直線の具体的な設定は、同じ材質
の密度が異なる２つの基準試料を準備し、各試料につき
第１図に示すように放射線源■及び２つの検出器２−１
．２−２を設定して測定装置４で各計数値を求め、２つ
の計数値Ｎ１とＮ２の比Ｒ１，Ｒ２の自然対数を求めて
縦軸にプロットして予めわかっている密度ρ１．ρ２と
の交点を２か所に求め、この２つの交点を結んだ直線を
相関直線として作成すればよい。

第４図は本発明の第２実施例を示した構成図であり、検
出器を１台のみ使用して本発明の密度測定を行なうよう
にしたことを特徴とする。

即ち、第４図の実施例にあっては、試料３上に放射線源
１と検出器２を設置し、まず図示のように検出器２に対
する放射線源１の設置距離Ｌ１でγ線のパルス計数値Ｎ
１を求め、次に放射線源１を検出器２から遠ざかる方向
に移動して１′で示す設置距離Ｌ２に移動した後に同様
に検出器２でγ線のパルス計数値Ｎ２を求め、このよう
にして求めた２つのパルス計数値Ｎ１、Ｎ２から前記第
（１）式に従って試料３の密度ρを算出する。

第４図にあっては、放射線源１側を移動させているが、
放射線源１を固定し、検出器２側を移動して設置距離を
ＬｌとＬ２に変えるようにしてもよい。

第５図は本発明の第３実施例の構成図であり、内部線源
透過型の密度測定を例にとっている。

第５図において、放射線源１は試料３内に配置され、試
料３の表面には検出器２が設置されている。本発明の密
度測定を実現するため、例えば放射線源１を上下方向に
移動した異なる位置のそれぞれで検出器２によりγ線の
パルス計数率Ｎ１とＮ２を形成する。

また、放射線源１を移動させる代わりに固定し、検出器
２を試料３の表面で矢印方向に移動させて異なる設置距
離Ｌ１、Ｌ２のγ線パルス計数値Ｎ１、Ｎ２を求めるよ
うにしてもよい。

第６図は本発明の第３実施例を示したもので、この実施
例にあっては測定試料３の表面に設けられた放射線源１
に対し、異なる設置距離ＬＬ、Ｌ２、Ｌ３をもって３つ
の検出器２−１．　２−２゜２−３を設置している。従
って、検出器２−１と２−２で得られたγ線パルス計数
値Ｎ１とＮ２の比から密度ρ１□を算出し、一方、検出
器２−２と２−３から求められたγ線パルス計数値Ｎ２
とＮ３から同様にして密度ρ２．を検出し、両者の平均
値（ρ７．十ρ２３）／２として密度を求めるようにし
たもよい。勿論、検出器２−１と２−３の係数値Ｎ１と
Ｎ３の比率から密度を求め、３つの算出密度の平均値を
算出するようにしてもよい。

第７図は本発明の第４実施例を示し、試料３の表面上に
２つの検出器２−１．２−２を異なる設置距離ＬＬ、Ｌ
２をもって放射線源１−１に対し固定的に設置し、放射
線源１−１の両側に例えば他の２つの放射線源１−２．
１−３を設け、放射線源１−１〜１−３の順に試料３の
表面に配置してそれぞれの放射線源に対する検出器２−
１．　２−２のγ線パルス計数値Ｎ１とＮ２から密度ρ
を３つ求め、例えばこれらの平均として最終的な密度を
求める。

第８図は本発明の第５実施例を示したもので、第７図の
実施例と同様に、複数の放射線源を使用した測定を内部
線源透過型について適用したものである。即ち、試料３
内の異なる位置に放射線源１−１．１−２を設置可能と
し、試料３の表面に２つの検出器２−１．２−２を設け
、まず放射線源１−１のみを設置して、そのとき検出器
２−１゜２−２から得られるγ線パルス計数値Ｎ１とＮ
２から密度ρを算出する。続いて、放射線源１−２のみ
を設置した状態で同様に検出器２−１．２−２よりγ線
のパルス計数値Ｎ１、Ｎ２を求めて密度ρを算出する。

そして、最終的に算出された２つの密度の平均として測
定値を取り出す。勿論、第８図において放射線源１−１
．１−２のいずれか一方のみを設けた内部線源透過型の
密度測定としてもよいことは勿論である。

第９図は第４図の測定法に対して測定時間を１７２にす
る実施例で、線源を１の位置に最装置いて、検出器２−
１．２−２により、それぞれＬＬ。

Ｌ２に相当するデータを得る。更に線源１を１′に移動
し、検出器２−１でＬ２に相当するデータを、検出器２
−２でＬＬに相当するデータを得る。

この２回の測定から密度を計算すれば、検出器２−１．
２−２の検出効率等の特性が異なっていても、その差は
平均化され、同一特性の検出器で測定しているのと同じ
になる。また測定時間は第４図の単一検出器でＬＬ、Ｌ
２を別々に測定した場合の１７２に短縮できる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明の密度測定方法及び装置
によれば、同一試料に対する２系統のγ線パルスの検出
結果の比を使用して密度を求めるため、放射線源の半減
期、検出器の検出効率等に影響されず、測定時の温度に
対する計測器の特性変化がキャンセルされ、信頼性の高
い計測結果を安定に得ることができる。

更に、２系統のγ線パルスの検出結果の比、即ち２つの
パルス計数値の比（Ｎｌ／Ｎ２）の自然対数が密度ρの
一次関数となるため、両者の関係が単純化され、２点の
関係がわかれば簡単に計測された比率から密度を求める
ための相関曲線を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例構成図； 第２図は本発明の詳細な説明図； 第３図は本発明によるパルス計数値の比の自然対数と密
度との相関曲線図； 第４．　５．　６．　７．８．９図は本発明の他の実施
例構成図； 第１Ｏ図は従来の表面散乱型密度計の説明図；第１１図
は従来の透過型密度計の説明図；第１２図は従来のγ線
パルス計数値と密度との洋館曲線図である。 １．１−１〜１−３＝放射線源 ２．２−１〜２−３：検出器 ３：試料 ４：測定装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線源から試料内にγ線を照射し、検出器で試
   料内を透過又は散乱したγ線パルスの数を検出し、該検
   出パルス数に基づいて試料の密度ρを測定する密度測定
   方法に於いて、 前記放射線源と検出器の距離を第１距離Ｌ１に設定して
   γ線のパルス数Ｎ１を検出し、 前記放射線源と検出器の距離を前記第１距離Ｌ１とは異
   なる第２距離Ｌ２に設定してγ線のパルス数Ｎ２を検出
   し、 前記第１及び第２距離Ｌ１、Ｌ２の各検出パルス数の比
   （Ｎ１／Ｎ２）に基づき試料の密度ρを算出することを
   特徴とする密度測定方法。
2. （２）試料表面に設置されて試料内にγ線を照射する放
   射線源と； 該放射線源に対し第１距離Ｌ１を離して試料表面に設置
   され試料内を散乱してくるγ線パルスを検出する第１検
   出器と； 前記放射線源に対し前記第１距離Ｌ１とは異なる第２距
   離Ｌ２を離して試料表面に設置され試料内を散乱してく
   るγ線パルスを検出する第２検出器と； 前記第１及び第２の検出器により検出されるγ線パルス
   の単位時間当りのパルス数Ｎ１、Ｎ２を計数し、該パル
   ス計数値の比（Ｎ１／Ｎ２）に基づいて試料の密度ρを
   算出する測定装置と；を備えたことを特徴とする密度測
   定装置。
3. （３）試料内部に設置されてγ線を発射する照射線源と
   ； 該放射線源に対し第１距離Ｌ１を離して試料表面に設置
   され試料内を透過してくるγ線パルスを検出する第１検
   出器と； 前記放射線源に対し第１距離Ｌ１とは異なる第２距離Ｌ
   ２を離して試料表面に設置され試料内部を透過してくる
   γ線パルスを検出する第２検出器と； 前記第１及び第２の検出器により検出されるγ線パルス
   の単位時間当りのパルス数Ｎ１、Ｎ２を計数し、該パル
   ス計数値の比（Ｎ１／Ｎ２）に基づいて試料の密度ρを
   算出する測定装置と；を備えたことを特徴とする密度測
   定装置。
4. （４）前記２つの検出パルス数Ｎ１、Ｎ２に基づく密度
   ρの算出は、 ｌｎ（Ｎ１／Ｎ２）＝Ａρ＋Ｃ 但し、Ａ及びＣは定数 の関係式から算出することを特徴とする請求項１、２、
   ３記載の密度測定方法及び装置。