JPH0682561A - シンチレーター及びその製造方法 - Google Patents

シンチレーター及びその製造方法

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JPH0682561A
JPH0682561A JP5005742A JP574293A JPH0682561A JP H0682561 A JPH0682561 A JP H0682561A JP 5005742 A JP5005742 A JP 5005742A JP 574293 A JP574293 A JP 574293A JP H0682561 A JPH0682561 A JP H0682561A
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JP
Japan
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crystal
scintillator
window
powder
pressure
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JP5005742A
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English (en)
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Claude Bouissou
ブイッス クロード
Claude Baron
バロン クロード
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Saint Gobain Quartz SAS
Original Assignee
Quartz and Silice SA
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2002—Optical details, e.g. reflecting or diffusing layers

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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定なシンチレーターを提供する。 【構成】 電離する輻射線の検出用のアルカリもしくは
アルカリ土類ハロゲン化物結晶の検出器を用いる、ケー
ス、ケースの一端に透明な窓、この窓と結晶の平面の１
つの間に光学的結合を含み、さらに結晶の他の壁上に拡
散する白色反射材料を含むシンチレーターであり、ケー
スの窓と反対の端に取り付けられたスプリングにより結
晶が光学的結合に対し圧縮され、光学的結合が窓に圧縮
されており、反射材料（11、12）が焼結された粉末の形
状であることを特徴とするシンチレーター。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、結晶シンチレーターの領域に関
し、特にＮａＩ（Ｔｌ）のようなアルカリハロゲン化物
の結晶を用いるもの、より詳細には、衝撃及び極度の温
度に対し良好な耐性を示すものに関する。
【０００２】不可視光線、とても短い波長の光（γ線）
又は電子線を検出するため、現在、従来の光電子増倍管
により（通常カウントすることにより）検出及び測定で
きるより長い波長の光子にこの輻射線を変える結晶が用
いられる。
【０００３】シンチレーターと呼ばれるこの器具は特
に、掘削道具と共に地中の情報の収集を可能にする石油
試掘に用いられている。
【０００４】このとても厳しい使用条件、特にシンチレ
ーターが暴露される高い温度及びとても激しい衝撃のた
め、変形せずそしてそのレスポンス特性が変化しないで
この温度及びこの衝撃を受けることを可能にするように
適合したこの器具のデザインが要求されている。
【０００５】通常のシンチレーターは４つの主要な部
品、ケース、窓、結晶及び反射材からなる。ケースは円
筒形であり、各端に開口部を有するステンレススチール
製であり、その一端においてガラス窓で閉じられ、この
開口部にたが締めされもしくは接着され、この窓に対
し、外側に、結晶内で放出される光子を検出する光電子
増倍管が取り付けられている。結晶自身はイオン化する
輻射線の作用のもとで燐光を発する材料より製造され、
通常アルカリもしくはアルカリ土類金属のハロゲン化
物、好ましくはタリウムでドープされた沃化ナトリウム
（NaI(Tl))のような沃化物である。その形状も円筒形で
あり、その表面は磨かれている。この一端は通常、例え
ば珪素樹脂により窓に光学的に結合されており、その他
の面、円筒側面及び第二の端において、放射された光を
集めそしてそれを窓及びその後ろの光電子増倍管に向け
再拡散する反射材が取り付けられている。窓と反対の円
筒の端は密閉されている。
【０００６】仏国特許出願 FR 2356957 に記載されてい
るような、特に高温及び衝撃に耐えるようデザインされ
ているシンチレーターにおいて、結晶の後ろに結晶と窓
の間の接触を保つ変形可能な弾性エレメントが提供され
ており、結晶に衝撃が加えられても、窓からそれを分離
させる。
【０００７】結晶の円筒側面に関して、この表面と反射
材の間の密な接触を保つことが最も好ましい。英国特許
出願 GB 2084169 はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)
のプラスチックストリップより製造されたとても薄い層
を提供し、これは、このストリップと金属シリンダーの
内壁の間がアルミナもしくは酸化マグネシウムの微粉末
で充填され、滑剤として働く。さらに、後ろにおいて、
弾性システムは結晶に対し強く圧迫するスプリングワッ
シャーの使用により強化されている。仏国特許出願 FR
2356957 に記載された保護システムは金属シリンダーの
内部と珪素エラストマーにより構成されている結晶の間
に結合を与える。この透明な、粉末で充填できるスリー
ブは、結晶と接した多くの突出物及びアルミナのような
粉末による充填を含む。
【０００８】仏国特許出願 FR 2638236 において、衝撃
を受けた場合に窓との光学的結合を与える材料と結晶の
間の分離を可能にするように結晶のより大きな縦方向の
移動を可能にすることを示している。光学的接触は加速
が失われるとすぐにスプリングを復活させるため自動的
に復旧する。
【０００９】単独で又は組み合わせて行われる上記シス
テムは、記載された温度範囲(150℃以下）において及び
重力の150 倍(150g)までの大きな加速度に対し満足な結
果を与える。しかし、衝撃がより大きい場合、例えば50
0gの加速を与える場合、シンチレーターはそれに耐える
ことができず、窓−光学結合、光学結合−結晶界面又は
反射材と接触している結晶の他の面に分離が見られる。
そのような分離はシンチレーターの光学特性を変え、与
えられたシグナルに対する光電子増倍管のレスプンスが
同じでなくなる。
【００１０】本発明の目的は、700gほどの加速度及び 1
80℃の温度においても上記欠点を示さないシンチレータ
ーを提供することである。本発明はまた、そのようなシ
ンチレーターの製造方法を提供することも目的とする。
【００１１】本発明により、電離する輻射線の検出用の
アルカリもしくはアルカリ土類ハロゲン化物結晶の検出
器を用いる、ケース、ケースの一端に透明な窓、この窓
と結晶の平面の１つの間に光学結合を含み、さらに結晶
の他の壁上に拡散する白色反射材料、好ましくはポリテ
トラフルオロエチレンをベースとするものを含むシンチ
レーターであり、ケースの窓と反対の端に取り付けられ
たスプリングにより結晶が光学結合に対し圧縮され、光
学結合が窓に圧縮されており、反射材料が焼結された粉
末の形状であるシンチレーターによってこの目的は達成
される。
【００１２】このシンチレーターにおいて、スプリング
は焼結された粉末内に力を伝えるデバイスの媒体を介し
て反射材料に作用し、結晶上に生じたこの力はその限界
使用条件において結晶に加えられる最大力の少なくとも
３／４である。
【００１３】本発明のシンチレーターの製造方法は、１
mm未満の粒径のポリテトラフルオロエチレンの選択及び
その乾燥後、反射材料の使用が以下の３つの工程： ａ．光学結合に対する圧力が保たれた結晶の周囲に所定
量の粉末を挿入すること、すでに挿入された粉末を圧縮
すること、結晶の周囲が充填されるまで上記操作を繰り
返すこと、 ｂ．結晶の底に広がった所定量の粉末を挿入すること、
すでに挿入された粉末を圧縮すること、1.5mm の最終厚
さが得られるまで上記操作を繰り返すこと、 ｃ．シンチレーターの最大利用温度を越える温度及び結
晶上にその軸方向にｍγ（ｍは結晶の質量であり、γは
シンチレーターの利用の最大加速度である）を越える力
を加えることを可能にする値まで進行する圧力において
焼結すること、を含む。
【００１４】本発明により提案された解決により、対応
するシンチレーターは、従来製造されたシンチレーター
と比較してかなり広い範囲の用途を有する。従って、こ
れはダメージを受けることなく、とても低い温度（−55
℃以下）からとても高い温度(150℃まで）の間の多くの
加熱サイクルをうけることができる。
【００１５】同様に、大きな加速度（700g以上）での多
くの衝撃は劣化を全く起こさない。特に、とても厳しい
テスト条件にもかかわらず、規定の強度のイオン化する
輻射線に暴露された場合にシンチレーターと共に与えら
れた光電子増倍管により与えられる兆候は、温度及び衝
撃応力の前と後でそれほど変わらない。
【００１６】図１において、本発明のシンチレーターは
ステンレススチール製の円筒形囲い１を含む。これは、
例えば、内径47mm、長さ127mm のシリンダーである。こ
のシリンダーの壁は約２mmの厚さを有する。このシリン
ダーの一端において、円形のガラス窓３が挿入される取
り付け場所２が設けられている。例えばこの窓はコーニ
ング社の801-51ガラスである。窓の面は平坦であり、平
行であり、光学的に磨かれている。その厚さは８mmであ
る。ガラス３と円筒形囲い１の間に、透明なエラストマ
ー４、例えば珪素マスチックがシールしている。シンチ
レーターの活性部分は検出器５である。これは、例えば
タリウムでドープされた沃化ナトリウム、NaI(Tl) の円
筒形の結晶（当初の寸法、直径43mm、長さ97mm）であ
る。結晶の面は注意深く磨かれている。その末端は平坦
である。末端６は「光学的結合」と呼ばれるものにより
窓の裏面７から離れている。これは透明な珪素樹脂であ
る。以下に説明する機械的手段により、この面６を介
し、結晶５は光学的結合８に対し圧縮されており、光学
的結合自身は窓の裏面７に対し圧縮されている。他の
面、円筒形側面９及び平坦な末端10のすべてにおいて、
結晶５は以下に説明する方法により現場で焼結されたＰ
ＴＦＥ粉末でコートされている（11、12）。焼結された
ＰＴＦＥ材料12の裏面において、円板形の金属支持体プ
レート13が存在する。このプレート13はＰＴＦＥ11、12
に圧力を加え、従ってその後のすべてのエレメント、結
晶５、光学的結合８及び窓３の裏面７に圧力を加える。
圧力の機械的手段は、CRIBO タイプのスプリングワッシ
ャー14（外径40mm、内径14mm、厚さ1.5mm)であり、この
図において３個存在し、これは一方でプレート13に対し
及び他方で硬質ワッシャーに対し圧縮し、それ自身シリ
ンダー１の壁に設けられている取り付け部位17に取り付
けられている。ケースは最後にそれと同じ材料のプレー
ト18により閉じられる。このプレートは、内部空間が窒
素のような乾燥不活性ガスで充填された後に完全なシー
ルを与えるように溶接される。プレート18の底の外側に
おいて、全体を固定する機械的手段が提供されるが、こ
の図には示されていない。
【００１７】ここで説明したシンチレーターはたんなる
例であり、本発明は異なる割合及び他の結晶を含むが上
記と同じ機能を満たすシンチレーターを包含する。
【００１８】ここで説明したタイプのシンチレーターの
製造に用いられる方法は２つの主要な段階、すなわち結
晶をコーティングすること及びそれをコンディショニン
グすることを含む。
【００１９】結晶のコーティングは、乾燥窒素もしくは
他の不活性ガスの存在下又は乾燥空気の存在下で、制御
された大気内で行われる。例えば、グローブボックスが
用いられる。最初の製造段階は、すでに公知のシンチレ
ーターにおけるもの、すなわち窓の挿入及び接着、光学
的結合を構成する樹脂の注入、この樹脂の重合、及び心
合わせ後の光学的結合に対する結晶の面に乗せることで
ある。
【００２０】ＰＴＦＥのような焼結できる微粉材料の粉
末内の結晶のコーティングは、粉末を圧縮できる２つの
特別な道具が必要である。その１つは固体ＰＴＦＥから
機械加工された円筒形チューブであり、他方はステンレ
ススチールの固体シリンダーである。この２つの道具の
外径は同じであり、これはステンレススチールケースの
内部に正確に適合する。その軸方向に乗せられたこの道
具は粉末にかなりの力を加え、その焼結を行う。この粉
末を構成する材料の特性は、400 メガパスカルの弾性率
を有し、白色で拡散を保つ焼結された生成物を与えるよ
うなものである。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）がこの特性を兼ね備えている。
【００２１】ＰＴＦＥの場合、粉末は好ましくは１mm未
満の粒径を有し、例えば0.25〜１mmである。これは、例
えば230 ℃において２時間以上、注意深く乾燥しなけれ
ばならない。乾燥後、グローブボックス内に貯蔵され
る。
【００２２】このコーティングの最初の段階は、図２に
示す装置により行われる。ケース１はその窓３、及び結
晶５が乗せられた光学的結合８が取り付けられている。
全体は垂直に置かれ、結晶上にその移動又は光学的結合
から離れるのを防ぐため、示されていない装置によりそ
の軸方向に圧力が加えられている。
【００２３】まず約10mmの高さまで周囲の空間11に結晶
が充填され、円筒形チューブ19により3500ヘクトパスカ
ル以上、好ましくは約3900ヘクトパスカルまで圧力が加
えられる。この操作は圧縮されたＰＴＦＥ材料が結晶の
上面10に達するまで数回繰り返される。次いで約7500ヘ
クトパスカルで最後の圧縮が行われる。
【００２４】図２において、20は窓の厚さを、21は光学
的結合を、22はすでに圧縮されたＰＴＦＥの高さを、24
は円筒形圧縮チューブ19の長さを、そして23は結晶の長
さを表す。
【００２５】第二のコーティング段階は、結晶の裏面反
射材に関する。この原理は周囲と同じであるが、道具、
円筒形パンチ、及び圧力が異なる。約１mmの各々の添加
後に加えられる圧力は7000ヘクトパスカル以上、好まし
くは7500ヘクトパスカルであり圧縮された厚さが十分と
なった際（例えば、図１のシンチレーターの場合、４m
m）に充填操作は停止する。約8500ヘクトパスカル高い
圧力において最後の圧縮が行われる。
【００２６】次いで、本発明に係るシンチレーターの第
二の製造段階が行われる。これは結晶のコンディショニ
ングであり、図３の装置が用いられる。これは本質的
に、シンチレーターを受け入れるためのスチールシリン
ダー25並びに高温において結晶ユニット５及び周囲の反
射材11、12を圧縮するためのピストン26からなる。プレ
ート29の助けによりスクリュー28が作用する検量された
スプリング27によって圧力が加えられる。周囲の標準化
はスクリューの与えられた回転数に相当する力の決定を
可能にし、従って結晶−反射材上の圧力の決定が可能に
なる。
【００２７】このコンディショニングは、シンチレータ
ーを内圧及び高温に同時に暴露することからなる。これ
は高い圧力において数回の工程で行われる。高温での負
荷相は分離される。
【００２８】この段階は、例えば４回であり、 185 ℃で24時間、11100 ヘクトパスカル、 185 ℃で24時間、14100 ヘクトパスカル、 185 ℃で24時間、16900 ヘクトパスカル、 185 ℃で24時間、19700 ヘクトパスカル、 である。
【００２９】操作の最後において、組立てを周囲温度に
戻し、負荷をかけ、窒素大気により充填後ケースを閉じ
る。スプリングワッシャー14の特性及び数により調節さ
れる永久的負荷は、例えば15000 ヘクトパスカルであ
る。
【００３０】シンチレーターを上記条件においてチェッ
クする場合、−55〜＋150 ℃の８時間の３回の加熱サイ
クルの前及び後で、Cs 137の源の存在下で、PM 2102 E
光電子増倍管及びPM 9727 B 光電子増倍管により与えら
れるシグナルを測定する。
【００３１】パーセントで表すこの結果を以下に示す。
【００３２】これらの結果は、加熱サイクル後のとても
良好な安定製を示している。さらに、窓を通して観察し
た際に結晶の外観の変化は見られなかった。同様に、70
0gまでの衝撃テストは、テストの前後で解像度が変化せ
ず、外観が変化しないことを示した。比較において、従
来の方法により製造したシンチレーターは上記テスト
後、結晶とその窓の間に分離が見られ、そして衝撃テス
トの間、イオン化する輻射線に暴露された際に光電子増
倍管により与えられるシグナルの許容されない劣化の結
果を伴い結晶が破壊する。
【００３３】ここに説明した本発明に係るシンチレータ
ーの製造方法は単なる例であり、上記パラメーターの値
又は寸法を変えても本発明の範囲外にはならない。しか
し、その大きさは重要であり、結晶のコンディショニン
グの間、与えられた加速度γを望まない場合、同じオー
ダーの力を加速の間に加えてもよい。従って、700g(gは
重力の加速度：9.8m/sec2)のオーダーの加速度に耐え、
510gの質量を有する図１に示したNaI(Tl) の結晶によ
り、そこに加えられる最大圧力(19700ヘクトパスカル、
又は20.1kgf/cm2)は、17.7cm2 のピストン26の与えられ
た表面に、 ｆ＝Ｐ・ｓ＝20.1×17.7＝355.8 kgf 9.8 ×355.8 ＝3704.4ニュートン に相当する。式 ｆ＝ｍγ におけるこれに相当する加速度は γ＝ｆ／ｍ＝3704.4/0.510＝7264 m/sec2 であり、これ
は700gより大きい。
【００３４】ケースの変形による制限のため700gの加速
度に制限された本発明の方法は、例えば前記ルールを繰
り返す条件において1000g のような激しい衝撃にも耐え
ることができる。前記ケースの機械耐性がその壁の厚さ
を増すことにより改良され、1000g までの耐性が、結晶
のコンディショニングの最後の相の間、27000 ヘクトパ
スカル(19700ではない) までの高い圧力の条件で耐えら
れる。同様に、スプリングワッシャーにより得られる永
久的圧力は通常の方法で、結晶に使用の極限状態で結晶
により加えられる最大圧力の3/4 の力を加えることを可
能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシンチレーターを示す略断面図で
ある。
【図２】シンチレーターの製造を示す略図である。
【図３】本発明の方法に用いられる器具の略図である。
【符号の説明】
１…同筒形囲い ３…ガラス窓 ４…エラストマー ５…検出器 ８…光学的結合 １１…ＰＴＦＥ １２…ＰＴＦＥ １３…金属支持体プレート １４…スプリングワッシャー １９…同筒形チューブ ２１…光学的結合 ２５…スチールシリンダー ２６…ピストン ２７…スプリング ２８…スクリュー

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電離する輻射線の検出用のアルカリもし
    くはアルカリ土類ハロゲン化物結晶の検出器を用いる、
    ケース、ケースの一端に透明な窓、この窓と結晶の平面
    の１つの間に光学的結合を含み、さらに結晶の他の壁上
    に拡散する白色反射材料を含むシンチレーターであり、
    ケースの窓と反対の端に取り付けられたスプリングによ
    り結晶が光学的結合に対し圧縮され、光学結合が窓に圧
    縮されており、反射材料（11、12）が焼結された粉末の
    形状であることを特徴とするシンチレーター。
  2. 【請求項２】 反射材料がポリテトラフルオロエチレン
    であることを特徴とする、請求項１記載のシンチレータ
    ー。
  3. 【請求項３】 スプリングが焼結された粉末内に力を伝
    えるデバイス(13)の媒体を介して反射材料(12)に作用す
    ることを特徴とする、請求項１又は２記載のシンチレー
    ター。
  4. 【請求項４】 結晶に対するスプリングの作用が、その
    限界使用条件において結晶に加えられる最大力の少なく
    とも３／４の力を発生することを特徴とする、請求項３
    記載のシンチレーター。
  5. 【請求項５】 請求項２記載のシンチレーターの製造方
    法であって、１mm未満の粒径のポリテトラフルオロエチ
    レンの選択及びその乾燥後、反射材料の使用が以下の３
    つの工程： ａ．光学的結合に対する圧力が保たれた結晶の周囲に所
    定量の粉末を挿入すること、 すでに挿入された粉末を圧縮すること、 結晶の周囲が充填されるまで上記操作を繰り返すこと、 ｂ．結晶の底に広がった所定量の粉末を挿入すること、 すでに挿入された粉末を圧縮すること、 1.5mm の最終厚さが得られるまで上記操作を繰り返すこ
    と、 ｃ．シンチレーターの最大利用温度を越える温度及び結
    晶上にその軸方向にｍγ（ｍは結晶の質量であり、γは
    シンチレーターの利用の最大加速度である）を越える力
    を加えることを可能にする値まで進行する圧力において
    焼結すること、を含むことを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 工程ａの間挿入された粉末の高さが10mm
    であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 工程ａの間に加えられる圧力が3500ヘク
    トパスカルを越え、最後には7500ヘクトパスカルである
    ことを特徴とする、請求項５又は６記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程ｂの間に挿入された粉末の高さが１
    mmであることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 工程ｂの間に加えられる圧力が7000ヘク
    トパスカルを越え、最後には8500ヘクトパスカルである
    ことを特徴とする、請求項５〜８のいずれか記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 工程ｃの温度が 150℃より高く、好ま
    しくは185 ℃である、請求項５〜９のいずれかに記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 工程ｃの間、圧力下で進行する各段階
    が少なくとも12時間、好ましくは24時間の持続時間を有
    することを特徴とする、請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 最終段階の圧力が最終圧力に保たれる
    ことを特徴とする、請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 段階が全部で４回であり、その圧力が
    線形で上昇することを特徴とする、請求項１０〜１２の
    いずれか記載の方法。
JP5005742A 1992-01-17 1993-01-18 シンチレーター及びその製造方法 Pending JPH0682561A (ja)

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FR9200439A FR2686424B1 (fr) 1992-01-17 1992-01-17 Scintillateur tres resistant et son procede de fabrication.
FR9200439 1992-01-17

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JPH0682561A true JPH0682561A (ja) 1994-03-22

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ID=9425707

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US (1) US5283439A (ja)
EP (1) EP0552102B1 (ja)
JP (1) JPH0682561A (ja)
DE (1) DE69302024T2 (ja)
FR (1) FR2686424B1 (ja)
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