JPH09509743A

JPH09509743A - 溶液中の放射性イオンを検出するための固体シンチレーター

Info

Publication number: JPH09509743A
Application number: JP7522444A
Authority: JP
Inventors: シュレノフ、ジョーゼフ・ビー
Original assignee: Florida State University
Current assignee: Florida State University
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1997-09-30
Also published as: WO1995023347A1; EP0760956A4; EP0760956A1; CA2184096A1; US5466930A

Abstract

(57)【要約】溶液中の放射性イオンを吸収および濃縮するためのシンチレーターであって、このシンチレーターは、固体シンチレーター（１２）および固体シンチレーターの表面（２０）上で固体シンチレーターと接触するイオン層を有する。放射性イオンがイオン層によって吸収されると、シンチレーターが光源として機能する。

Description

【発明の詳細な説明】溶液中の放射性イオンを検出するための固体シンチレーター発明の背景本発明は一般に、溶液中の放射性イオンを吸収および濃縮するためのシンチレーター、およびシンチレーターから形成される光源に関する。本発明は特に、放射性イオンを吸収するイオン表面層を有する改質固体シンチレーターに関する。発電所および工業地域からの汚染された地上水、地下水および廃液は、放射性粒子を含むことが多い。これらの溶液は、溶液中の放射性粒子の濃度を測定するために連続的または断続的に監視される。これらの溶液中の放射線の実質量は、ウラン、セシウムおよびアクチニドのようなカチオンとして、およびアイオデート（ヨウ素酸塩）およびＴｃＯ₄ ^-のようなアニオンとして、存在する。これらのイオンはγ線、ｘ線、およびガイガー計数管および気体比例検出装置を含む通常の外部検出装置を用いて検出されるその他の電磁線を生じる。電磁線は周囲媒体中に比較的長い透過距離を有するために、外部源によって検出することができる。しかし、αおよびβ粒子は、周囲媒体中に短い透過距離を有するので、これらの粒子を外部検出装置で検出することができない。溶液中の放射性イオンによって放射される放射線は、液体シンチレーション法を用いて計数されている。サンプルを水性相溶性液体シンチレーションカクテルと混合することによって、または、サンプルから放射性同位体を抽出し、有機溶媒を加えることによって、溶液のサンプルが液体シンチレーション分析のために調製される。液体シンチレーション計数の間、放射性イオンによって発する電磁線または粒子線が、放射線に応答して光を発することができる蛍光染料分子（発光体(fluors)）に突き当たるかまたはその近くを通過する。放射線によって発するエネルギーが発光体を励起し、この発光体が光を発する。この発光はシンチレーションとして知られている。これらの光学的事象は、光電子増倍管または電荷結合素子のような感光性検出装置によって検出され、対応する電気パルスに変換される。かなり量の懸濁した有機または粒状物質を含有するサンプルの放射性含有物は、液体シンチレーション計数によって正確に測定することができない。サンプル中の懸濁物質が、発光体から発する光を光学的に検出するのを妨げる。懸濁物を除去するためにサンプルをろ過することができるが、ろ過の間に懸濁物と結合している放射性イオンも除去され、サンプルの放射能計数を減少させる。放射線はまた、固体シンチレーターをサンプル溶液に加えることによっても検出されている。固体シンチレーターは、例えば、Brossら，Nucl．Instr．and M eth．A307，pp.35-46(1991)，D'Ambrosioら，Nucl．Instr．and Meth．A307，pp ．430-435(1991)，Majewskiら，Nucl．Instr．and Meth．A281，pp.500-507(198 9)，Zornら，Nucl．Instr．and Meth．A273，pp．108-116(1988)，およびZornら，Nucl．Instr．and Meth．A271，pp.701-703(1988)に記載されているポリスチレンのようなプラスチック媒体中に一般に分散された発光体から成る。固体シンチレーターに極めて近接している溶液中の放射性イオンによって発する放射線が、発光体を励起し、検出可能な光学的事象を発生させる。溶液の残り全体に分散した放射性イオンは、シンチレーターからあまりに遠くに離れているためにシンチレーターを透過して発光体を励起することができないαおよびβ粒子を発する。支持層によって固体シンチレーターから分離されているイオン層を含むシンチレーターが開示されている。Inzeltら、Electroanal．Chem．230，pp．257-265( 1987)は、イオン性ポリマー層およびガラスシンチレーター上の付随支持構造物を開示している。この方法は、支持構造物を形成するために金属フイルムをポリマーフイルム上に蒸発させることを含む。次に、イオン性ポリマー層を、金属フイルムの上に適用する。金属フイルムおよびイオン性ポリマー層を支持するポリマーフイルムをガラスシンチレータープレートの上に置く。イオン性ポリマー層が溶液から放射性イオンを吸収する。このシンチレーターに関する欠点は、シンチレーターを透過するために、放射性崩壊粒子が金属およびポリマー支持層を透過しなければならないことである。支持層を透過することができない弱透過性粒子は検出されない。溶液中の放射性イオンを吸収することができ、サンプル溶液の濁り度に関係なく粒子線および電磁線を直接検出できるシンチレーターが求められている。均一領域に光を供給する光源もまた必要とされている。発明の要旨溶液中の放射性イオンを吸収するシンチレーターを提供することが本発明の主な目的である。これに関連して、本発明の関連する目的は、分析前に溶液をろ過またはその他の処理をすることなく、αおよびβ粒子ならびに電磁線の直接検出を容易にするシンチレーターを提供することである。本発明のもう１つの目的は、溶液中の懸濁物に結合している一部の放射性イオンを抽出することができるシンチレーターを提供することである。本発明のさらにもう１つの目的は、光源として使用するための均一に光を発することができるシンチレーターを提供することである。本発明の他の目的および利点は、下記の詳細な説明から明かであろう。本発明によれば、溶液中の放射性イオンを吸収および濃縮するシンチレーターを提供することによって、前記の目的が達成される。このシンチレーターは、固体シンチレーター、およびシンチレーターの表面上のシンチレーターに接触するイオン層を含む。このイオン層は好ましくは、イオン交換物質、例えばイオン交換樹脂またはゼオライト、または荷電基の層、例えばスルホネートアニオン、カルボキシレートアニオン、または第二級アミン、第三級アミン、または第四級アンモニウムカチオンである。固体シンチレーターは光学的に清澄な固体を包含する。この光学的に清澄な固体は好ましくは、ポリスチレンを含むプラスチックである。固体シンチレーターは、原子番号少なくとも３５、好ましくは５０〜８３を有する元素を含む化合物を包含することができる。本発明はまた、画像デバイスの校正のための光源に関する。この光源は、イオン層のアニオンまたはカチオンに結合した放射性イオンを有するシンチレーターから成る。本発明の別の具体例は、溶液中の放射性イオンを固体シンチレーターの表面上で固体シンチレーターと接触するイオン基に結合させて溶液からイオンを抽出することによって、溶液中の粒子線を吸収および濃縮するためにシンチレーターを使用する方法である。図面の簡単な説明図１は、本発明の放射線検出システムの断面図である。好ましい具体例の詳細な説明本発明によれば、溶液中の放射性イオンを吸収することができるイオン層をその表面に形成するように、固体シンチレーターを改質できることが見い出された。このシンチレーターは、溶液中の懸濁有機および粒状物質の存在に関係なく、 αおよびβ粒子のような放射性崩壊粒子および放射性イオンによって発する電磁線を検出するために使用することができる。シンチレーターは、吸収された放射性イオンを含む場合、連続均一光源として使用することができる。本発明は、固体シンチレーター、および固体シンチレーターの少なくとも１つの表面上に接触して形成されるイオン層を有してなるシンチレーターに関する。この固体シンチレーターは光学的に清澄な固体を包含する。イオン交換物質が固体シンチレーター上に沈着して、下記に記載のようなイオン層を形成する場合、どのような光学的清澄の固体でも使用することができる。商業的入手可能な固体シンチレーターの多くは、発光体を支持する光学的に清澄な固体として、ポリスチレンのようなプラスチックを採用している。本発明の固体シンチレーターが下記のようなイオン層を形成するために化学的に改質される場合、光学的に清澄な固体はプラスチック配合物である。化学的改質が主にパラ位で起こるので、このプラスチック配合物は好ましくは、ベンゼン環の４−（パラ）位で置換されていない光学的に清澄なポリマーである。ビニルトルエン（４−メチルスチレン）のようなパラ位で置換されたプラスチックは、そのような改質を受けにくい。このようなプラスチックが本発明に使用される場合には、それらは化学的に改質することができる部分を有するモノマーと共重合される。パラ位の置換を有するプラスチックはビニルトルエン−ポリスチレンコポリマーである。プラスチック配合物は、約１〜約１０モル％、好ましくは約２〜約８モル％の比較的低いパーセンテージの架橋剤を含む。荷電架橋プラスチックは、水溶液に浸漬したときにゲルを生じ、シンチレーター中の放射性イオンの急速な拡散を可能にする。Helfferich，F.，Ion Exchange，McGraw Hill，New York，1962，pp ．35-36に記載のように、重合の間に２５モル％の純粋なジビニルベンゼンまたはその他の架橋剤を加えることによって、またはプラスチックを放射線または化学架橋剤で後処理することによって、ポリスチレン中に架橋を誘発させることができる。好適な架橋剤はこの分野でよく知られており、ジビニルアセチレンおよびブダジエンを含む。約１％未満の架橋または架橋していないプラスチックは、本発明の目的に適していない。固体シンチレーターの表面にイオン層を形成する荷電基は、プラスチックに水溶解性を付与する。これらの基は、プラスチックが十分に架橋されていなければ、プラスチックを水溶液に溶解させる。シンチレーション計数法に使用されるいずれの発光体も、固体プラスチックシンチレーターを形成するのに使用することができる。適切な発光体の例は、パラテルフェニル、クォターフェニル、オリゴフェニレン、ジ−ｔ−アミル−ｐ−テルフェニル、フェニルオキサゾール誘導体、イソキノリン誘導体、１０−ヒドロキシベンゾ[ｈ]−キノリン、１−フェニル−３−メシチル−２−ピラゾリン、１ −ｐ−トリル−３−メシチル−２−ピラゾリン、１−ｐ−トリル−３−(２',６' −ジメトキシフェニル)−２−ピラゾリン、１−ｐ−アニシル−３−メシチル− ２−ピラゾリン、１−ｐ−アニシル−３−(２',６'−ジメトキシフェニル)−２ −ピラゾリン、ベンゾキサンテン誘導体、２,２'−ビピリジン−３,３'−ジオール、および２−(２'−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾールを含む。発光体による発光された光子の再吸収からの非放射エネルギー損失を最少限にするために、大きいストークス・シフト（即ち、最大発光と吸収間の大きい隔たり）を有する３−ヒドロキシフラボンまたはその他の発光体を、固体シンチレーターを形成するのに使用することもできる。この発光体は一般に、第一発光体約１重量％、および第二発光体約０.１重量％の低濃度で存在する。第一発光体は、光を可視スペクトル中の長い波長にシフトする第二発光体にエネルギーを伝達する。発光体が、従来法によって固体シンチレーターを形成するために、光学的に清澄な固体中に組み込まれる。発光体は固体中に物理的に溶解させることによって、光学的に清澄な固体中に分散させることができる。プラスチックが使用される場合、発光体をポリマー分子に化学的に結合させることもできる。本発明に使用するための固体シンチレーターは、多くの製造業者から商業的に入手することができる。そのようなシンチレーターの１つは、Kuraray，Co.，Lt d.によって製造されている青蛍光２％ジビニルベンゼン架橋ポリスチレンに基づくプラスチックシンチレーターであるＳＣＳＮ８１である。これらの固体シンチレーターを製造するための方法は、この分野において既知である。シンチレーターを用いて電磁線を検出する場合、固体シンチレーターは、鉛、ビスマスまたは錫のような高い原子番号を有する元素を含有するコンパウンド（または化合物）を含まなけらばならない。原子番号３５またはそれ以上を有する元素を使用することができる。原子番号５０〜８３を有する元素が好ましい。これらのコンパウンドは、固体シンチレーターが電磁線を吸収することができるようにする。固体シンチレーターに、鉛コンパウンドまたは高原子番号の元素を含むその他のコンパウンドを充填する方法は、この分野において既知である。このコンパウンドは、分散のために溶融ポリマーに加えることもできるし、ポリマーに化学的に結合させることもできるし、または熱処理によって重合させる前にモノマー中に溶解させることもできる。固体シンチレーターの表面に形成されるイオン層は、均一な厚さを有する薄い荷電層である。この層は、溶液中に存在する反対に荷電された放射性イオンと結合するカチオンまたはアニオン基から成る。代表的なアニオン基は、スルホネートおよびカルボキシレート基を含み、適切なカチオン基は、第二級および第三級アミンおよび第四級アンモニウムである。これらのイオンは、汚染溶液に一般に見出されるウラン、セシウム、ヨウ素酸塩、およびその他の放射性イオンを吸収することができる。従来の固体シンチレーション法において、イオンによって生じるαおよびβ粒子のような弱透過放射性崩壊粒子は、粒子によって発生されるエネルギーが固体シンチレーターと接触する前に吸収されるので、正確に検出されない。本発明においては、表面イオン基に結合した放射性イオンが、近接する固体シンチレーターに極めて近接しており、弱透過粒子の固体シンチレーターへの透過を可能にする。固体シンチレーター表面上に接触して形成される均一なイオン層が結果的として、吸収された放射性イオンの均一な分布を生じる。これらのイオンは発光体を励起する放射線を発し、シンチレーターからの均一な発光を生じさせる。吸収された放射性イオンを含むこのシンチレーターが、本発明の光源を構成する。固体シンチレーターの表面は、表面上の化学的に結合された荷電官能基の層を生じさせるように改質されなければならない。表面改質は、プラスチック配合物の化学反応によって、または沈着によって、提供される。化学反応は、プラスチックシンチレーターが、パラ位で置換されていないベンゼン環を含む場合に行うことができる。望ましければ、またはプラスチックシンチレーターがパラ位で置換されている場合には、薄いイオン交換層を固体シンチレーターに沈着させることができる。化学的改質は、気相または液相において固体シンチレーターを適切な試薬に暴露することによって行われる。表面改質のための適切な試薬は、本発明の開示の一部を構成するHelfferich，F.，Ion Exchange，McGraw Hill，New York，1962 ，pp．34-71に記載されているように、イオン交換樹脂の形成に使用されている。イオン交換樹脂を改質するのに使用される試薬はまた、本発明のイオン層を形成するのにも使用することができる。例えば、陰荷電層が、発煙硫酸でその表面をスルホン化することによって、ポリスチレン系シンチレーター上に形成される。発煙硫酸は、硫酸中に三酸化硫黄０〜約２０重量％を含む溶液である。固体シンチレーターの表面は、発煙硫酸のアリコートをスルホン化すべき表面上に分配し、選択された温度において所定の時間で反応させることによって、スルホン化することができる。改質されない表面は、テープまたはその他の被覆物で被覆することができる。スルホン化された表面を次に有機溶媒中で濯ぎ、水洗する。残留する表面の酸が水との接触時に発熱を伴って反応してシンチレーターの表面に斑点を生じさせるので、表面を最初に有機溶媒で濯ぐ。生じるイオン層は、固体シンチレーターの表面に均一に分布したスルホネート（ＳＯ₃ ^-）基を有する。スルホン化された層の有効（乾燥）厚さは、大過剰の２Ｃi mol^-1 ⁴⁵ＣaＣl₂中にシンチレーターを浸漬し、表面を濯ぎ、計数し、次に⁴⁵Ｃaを標準付加し、表面で乾燥させることによって、測定される。イオン交換樹脂を形成するのに使用される他の試薬、例えば三塩化燐を、ポリスチレン系シンチレーターを改質するのに使用することができる。本発明の別の陰荷電層は、ポリメチルメタクリレート系シンチレーターを改質することによって形成される。ポリメチルメタクリレートのエステル基は塩基に暴露されたときに加水分解し、アルカリ溶液中でイオン化されるカルボキシレート基を生じる。陰荷電層はまた、三塩化アルミニウムのようなフリーデル・クラフツ触媒の存在下に、三塩化燐をポリスチレンのベンゼン環と縮合させて、英国特許第７２６９１８号に記載のようなホスフィン酸基を形成することによって形成することもできる。セレノン酸基が、ドイツ特許第９４２６２４号に開示されているように、ポリスチレンのベンゼン環をセレン酸で処理することによって形成することができる。ポリスチレンはまた、アクリルまたはメタクリル酸と共重合させて、弱く陰に荷電された基を形成することがきる。陽荷電層は、固体シンチレーターをクロロメチルメチルエーテルおよびアルミニウム、亜鉛または塩化第一錫触媒と接触させて、固体シンチレーターの表面にクロロメチル基を生じさせることによって、ポリスチレン系シンチレーター上に形成することができる。クロロメチル基は、アミンに暴露することによってさらに改質されて、第二級アミン、第三級アミン、第四級アンモニウム基を生じる。アミン基は酸溶液中で陽に荷電され、第四級アンモニウム基はいずれのｐＨにおいても陽に荷電される。この方法は、米国特許第２５９７４３９号および第２５９７４４０号、およびHelfferich，F.の前記文献pp．52-58に開示されており、これらに記載の内容は全て本発明に含まれるものとする。陽荷電ホスホニウム基は、米国特許第２７６４５６０号に記載されているように、クロロメチル化、それに続いてクロロメチル基をアルキルアミノホスフィンで改質することによって形成することができる。陽荷電基を形成するその他の方法は、イオン交換の分野において既知である。本発明のイオン層は、様々な従来法によって、イオン交換剤を固体シンチレーター上に沈着させることによって形成することができる。固体シンチレーターをイオン交換剤中で浸漬被覆することもできるし、またはイオン交換剤を固体シンチレーター表面上に分配し、蒸発させることもできる。しかし、これらの方法は、均一な被覆を提供できない場合がある。イオン交換剤を沈着させる好ましい方法は、固体シンチレーターにイオン交換剤を回転被覆する方法である。回転被覆法において、固体シンチレーターが一定の速度で回転するときに、固体シンチレーター上にイオン交換剤が滴下される。イオン交換剤が、回転する固体シンチレーターの表面に散布され、乾燥して、均一層を形成する。水不溶性であるかまたは、沈着後の架橋によって水不溶性にすることができるいずれのイオン交換物質も、イオン交換剤として使用することができる。代表的なイオン交換物質は、イオン交換樹脂およびゼオライトを含む。イオン交換樹脂は、樹脂を架橋するために、電子衝撃、γ照射または紫外線照射にかけることができる。適切な陽荷電イオン交換樹脂の例は、塩化ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムである。E．I．du Pont de Nemours & Companyから入手されるテトラフルオロエチレンとスルホン酸ペルフルオロエーテルのコポリマーであるNA FION（登録商標）は、固体シンチレーター表面に流し込み、加熱または照射（特に、放射線照射）によって架橋させて不溶性にすることができる陰荷電イオン交換樹脂である。得られるイオン層の厚さは、約０.５nm〜約３０μmであり、好ましくは約１０ μm〜約２０μmである。厚いイオン層は、遅い反応時間を示すが、より多くの放射性イオンを吸収し、より高い検出限界を有する。しかし、イオン層は、αおよびβ粒子がその層を透過し、固体シンチレーターに突き当たるのに十分な薄さでなければならない。表面改質の深さは、暴露の期間、表面改質剤の濃度および温度に依存する。厚い表面層は、長い暴露時間、高い濃度、または高い温度によって形成される。イオン基を含むように改質される固体シンチレーターの表面積は、溶液中の反対に荷電された放射性イオンの量に依存する。固体シンチレーターの大きい表面積が、高く汚染された溶液を分析するのに使用するために改質される。多くの場合、改質工程の間にテープで他の表面を被覆することによって、固体シンチレーターの一部の表面のみが改質される。ポリスチレン系シンチレーターが前記のようにスルホン化される場合、硫酸中の三酸化硫黄の濃度が、表１に示されるようにスルホン化層の厚さに大きな影響を与える。暴露が数分であっても数時間であっても、三酸化硫黄含有量の増加に伴って厚いスルホン化層が形成された。本発明はまた、溶液中の粒子線を吸収および濃縮するためにシンチレーターを使用する方法に関する。溶液中の放射性イオンがイオン基に結合されて溶液からイオンを除去し、固体シンチレーターに近接するイオンを濃縮する。放射性イオンがシンチレーターに吸収されると、次に溶液の放射性含有物がエクスシトゥー（ex-situ）またはインシトゥー（in-situ）検出法によって検出される。図１は具体例としてのインシトゥー検出システム１０を示しており、このシステムは、シンチレーター１２の未改質表面が光電子増倍管１６または他の検出デバイスの上に位置する光学的に清澄な窓（図示せず）の上に載っている容器１４中に、シンチレーター１２を入れることを含む。次に、サンプル溶液１８を、シンチレーターの改質表面２０と接触するように、容器１４に加える。イオン層（図示せず）の荷電基が、溶液中の放射性イオン（図示せず）を引き付け、それらと結合する。これらのイオンが、固体シンチレーター１２を透過し発光体（図示せず）を励起する電磁線または粒子線を発する。発光体から発する光が、光電子増倍管によって検出される。シンチレーターの改質表面と検出デバイスと間の領域が不清澄物質によって覆われないようにする、および改質表面が溶液と接触するようにする他の配置もまた適している。例えば、シンチレーターは、前記の配置において容器の底を形成することができる。溶液の放射性含有物はまた、遠隔インシトゥー検出法によっても検出できる。１つの方法において、発光体を含有するウェーブシフティングファイバー（wave shifting fiber）がシンチレーター中に延在する。溶液中の放射性イオンがイオン層の荷電基と結合し、発光体を励起する放射性粒子を発すると、その発光の一部がウェーブシフティングファイバーに吸収される。次に、ファイバーの遠隔光検出器への十分な伝達に適した幾何において、ファイバーが光を再度発する。この方法によって、光がより長い波長にシフトされる。エクスシトゥー検出は、前記のような放射性イオンを含有すると思われるサンプルにシンチレーターを暴露し、続いてシンチレーターを溶液から取り出し、シンチレーターから発する光を検出することを含む。本発明の光源は、初めにシンチレーターを形成し、放射性イオンをイオン層の荷電基に結合させることによって作られる。結合工程の後、光源を溶液から取り出し乾燥する。吸収されたイオンを有する光源の表面（暴露表面）を次に、被覆またシールして、光源内に放射線を含むようにする。光源が被覆される場合、粒子および電磁線を吸収するのに充分な厚さである被覆が適している。少なくとも１ｍｍ厚の塗料、エポキシ、シーラントおよび金属箔を含む被覆材料が、放射線をクエンチさせる。または、光源は、１つの光源の暴露表面をもう１つの光源の暴露表面にシールすることによって、シールすることができる。スチレンを暴露表面の１つに滴下することができる。次に、このスチレンを２つの暴露表面間に押し付け、放射線によって重合させ、シールを形成する。暴露表面を取り囲むシンチレーターの厚さが、光源内に放射線が完全に含まれるように放射線を吸収する。光源が光を発する期間は、放射性同位体の半減期に依存する。⁴⁵Ｃa(ＣaＣl₂ として)、¹⁴Ｃ（カルボキシレートとして）または⁹⁰Ｓr（Ｓr(ＮＯ₃)₂として）は、充分な期間で均一領域に光を提供することができるβエミッターである。本発明の光源は、分光分析および光の検出に使用されるビデオカメラおよび光電子増倍管のような電荷結合デバイスを含む画像デバイスを校正するために使用することができる。下記実施例は、本発明の好ましい具体例および有用性を説明するために示され、添付の請求の範囲に記載されている以外は、本発明を制限することを意図するものではない。実施例１.３ｘ１.３ｘ１cm寸法のＳＣＳＮ８１（Kuraray，Co.，Ltd.から入手の架橋ポリスチレンに基づくプラスチックシンチレーター）のキューブを、磨き面を有する１cm厚のシートから切り取った。供給されるときにシートを覆っている包装紙を除去した後に残るキューブ表面のグルーを除去するために、キューブを水中で２０分間超音波にかけ、濯いだ。発煙硫酸の少量のアリコートを磨き面の１つの上に分配することによって、固体シンチレーターの暴露面を、スルホン化した。この反応を１５分間室温で行った。次に、シンチレーターをメタノールで濯ぎ、続いて水で濯いだ。その処理の結果、固体シンチレーターの表面がＳＯ₃ ^-基の層で被覆された。スルホン化層の厚さは、表１に示されるように酸中の三酸化硫黄濃度に依存して０.２〜１０,０００nmであった。横断されたサンプルの走査電子顕微鏡写真は、スルホン化ポリマーと未スルホン化ポリマーとの間に明確な境界を有する表面上に１〜１０μmの層が生じたときに、均一なフイルム厚を示した。このシンチレーターが、カチオンを吸収するために使用された。ＣaＣl₂としての⁴⁵Ｃa（９９％放射性同位体純度）が、プローブカチオンとして選択されたが、これはICN Radiochemicals，Irvine，Californiaから入手される。⁴⁵Ｃaは０.２５７MeVのＥ_maxを有するβエミッターである。Bertran 313B高電圧源で２２００Ｖの電圧にしたRCA 8850エンドオン光電子増倍管を用いて、シンチレーションを検出した。１０秒ゲート時間を用い、Philips PM6645C周波数計でパルスを計数した。光電子増倍管を、全ての実験が行われたライトタイトボックス(lig ht-tight box)中に垂直に配置した。この装置を使用したところ、バックグラウンドは１秒につき約１０カウントであった。３０mlビーカーを光電子増倍管のシリカ面に配置した。厚さ０.４μmのスルホン化イオン層を有するシンチレーターをビーカーに入れたが、そのスルホン化層は光電子増倍管から向きがそれている。未標識カルシウム（１０ml、１０^-3Ｍ）をビーカーに加えた。標識カルシウムの少量のアリコート（４０μＣi）を、溶液を撹拌しつつ加えた。カルシウムが固体シンチレーター表面上のスルホネートアニオンによって吸収されるにつれて、シンチレーションカウントが、バックグラウンドから６０００カウントに上昇するのが観察された。表面がスルホン化されていない固体シンチレーターを用いてこの実験を繰り返した。未処理固体シンチレーターに関して観察されたシンチレーションカウントは、１秒当たり６００に上昇しただけであり、スルホネート層が検出限界を１０の係数で向上させたことを示した。１０^-3ＭＣaの代わりに１０^-5ＭＣaを用いてこの実験を繰り返した。スルホン化および未処理シンチレーターのカウント速度は、各々６００，０００cps、６００cpsであった。固体シンチレーターがスルホン化された場合には、検出限界が１０００の係数で向上した。 β粒子の半分がシンチレーターと反対の方向に発するので、この方法の固有最大計数効率は５０％である。これらの実験の総体的計数効率は約３５％であると評価された。本発明は種々の改質および選択的形態が可能であるが、特定の具体例が例として示され、本明細書中で詳細に記載された。しかし、本発明を、開示された特定の形態に制限することを意図するものではなく、その反対に、本発明は、添付の請求の範囲によって規定される本発明の意図および範囲内に含まれる全ての改質、同等物、および代替物を含むものである。

Claims

【特許請求の範囲】１．画像デバイスの校正のための光源であって、固体シンチレーター；固体シンチレーターの表面上で固体シンチレーターと接触する、アニオンまたはカチオンを含むイオン層；イオン層のアニオンまたはカチオンに結合した、放射性表面を形成する放射性イオン；放射線が光源の中に含まれるように放射性表面を被覆し、放射性イオンから発する放射線を吸収する吸収剤層；を有してなる光源。２．イオン層がイオン交換物質である請求項１に記載の光源。３．イオン交換物質がイオン交換樹脂またはゼオライトである請求項２に記載の光源。４．イオン層が、スルホネートアニオン、カルボキシレートアニオン、第二級アミンカチオン、第三級アミンカチオン、または第四級アンモニウムカチオンから成る請求項１に記載の光源。５．固体シンチレーターが光学的に清澄な固体を含む請求項１に記載の光源。６．光学的に清澄な固体がプラスチックである請求項５に記載の光源。７．プラスチックがポリスチレンを含む請求項６に記載の光源。８．固体シンチレーターが、原子番号少なくとも３５を有する元素を含むコンパウンドを含む請求項１に記載の光源。９．固体シンチレーターが原子番号５０〜８３を有する元素を含むコンパウンドを含む請求項１に記載の光源。１０．吸収剤層が、塗料、エポキシ、シーラント、金属箔、または第二固体シンチレーターである請求項１に記載の光源。１１．溶液中の放射性イオンを吸収し濃縮するための容器であって、光学的に清澄な固体および発光体を含む固体シンチレーター；固体シンチレーターを有する壁を有する容器；固体シンチレーターの表面上で固体シンチレーターと接触するイオン層であって、このイオン層は、溶液が容器内に含まれるときに溶液と接触し、このイオン層は溶液中で不溶性であり、カチオンまたはアニオン基を有し、このカチオンまたはアニオン基は放射性イオンと結合し溶液からイオンを抽出することができ、そのイオンからの放射線によって発するエネルギーが発光体を励起するようにそのイオンを固体シンチレーターに極めて近接して配置し、その発光体に、容器の壁を通過し、放射線検出器によって検出できる光を発するようにさせる、イオン層；を有してなる容器。１２．イオン層が、イオン交換樹脂およびゼオライトから成る群から選択されるイオン交換物質である請求項１１に記載の容器。１３．イオン層が、スルホネートアニオン、カルボキシレートアニオン、第二級アミンカチオン、第三級アミンカチオン、または第四級アンモニウムカチオンから成る請求項１１に記載の容器。１４．壁が容器の底壁である請求項１１に記載の容器。１５．表面が一般に平面である請求項１１に記載の容器。１６．固体シンチレーターが電磁線を吸収することができるように、固体シンチレーターが、原子番号少なくとも３５を有する元素を含むコンパウンドを含む請求項１１に記載の容器。１７．固体シンチレーターが、原子番号５０〜８３を有する元素を含むコンパウンドを含む請求項１６に記載の容器。１８．放射線を検出する方法であって、放射線検出器を容器の壁に近接して配置し、この壁は固体シンチレーターおよび固体シンチレーターの表面上の固体シンチレーターに接触するイオン層を有し、この固体シンチレーターは光学的に清澄な固体および発光体を含む；放射性イオンを含む溶液を、イオン層が溶液と接触するように容器に移す；固体シンチレーターに近接するイオンによって発する放射線が発光体を励起し、発光体が光を発するようにするために、溶液からイオンを抽出し、それらをイオン層と結合させる；容器の壁を通過する発光体によって発する光を検出する；ことを含んでなる方法。１９．放射性イオンがα粒子またはβ粒子を発する請求項１８に記載の方法。２０．放射性イオンが、固体シンチレーターによって吸収される電磁線を発する請求項１８に記載の方法。２１．溶液中の粒子線を吸収し濃縮するための固体シンチレーター組成物を製造する方法であって、発光体および光学的に清澄な固体を含む固体シンチレーターを準備する；表面上に複数のイオン基を形成するために、固体シンチレーターの表面を改質する；改質表面を有機溶媒で濯ぐ；ことを含んでなる方法。２２．表面にイオン交換物質を沈着させることによって、またはプラスチックを試薬と反応させてイオン基を形成することによって、表面を改質する請求項２１に記載の方法。２３．溶液中の放射性イオンを吸収し濃縮するための放射線検出システムであって、光学的に清澄なプラスチックおよび発光体を含む固体シンチレーター；溶液を保持することができる容器であって、固体シンチレーターを有する底壁を有する容器；固体シンチレーターの表面上で固体シンチレーターと接触するイオン交換物質であって、このイオン交換物質は溶液が容器内に含まれるときに溶液と接触し、このイオン交換物質は溶液中で不溶性であり、カチオンまたはアニオン基を含み、このカチオンまたはアニオン基は放射性イオンと結合して溶液からイオンを抽出することができ、イオンからの放射線によって発するエネルギーが発光体を励起するようにそのイオンを固体シンチレーターに極めて近接して配置し、その発光体に発光させる、イオン交換物質；容器の壁を通過する発光体によって発する光を検出するための放射線検出器；を有してなる放射線検出システム。２４．プラスチックがポリスチレンを含む請求項２３に記載の容器。２５．イオン交換物質が、イオン交換樹脂またはゼオライトである請求項２３に記載の容器。２６．イオン交換物質が、スルホネートアニオン、カルボキシレートアニオン、第二級アミンカチオン、第三級アミンカチオン、または第四級アンモニウムカチオンから成る請求項２３に記載の容器。２７．固体シンチレーターが電磁線を吸収できるようにするために、固体シンチレーターが、原子番号少なくとも３５〜８３を有する元素を含むコンパウンドを含んでなる請求項２３に記載の容器。