JPS60185185A - 放射線検出方法と装置 - 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】 （イ）　技　術　分　野 この発明は、放射線照射量を測定したり、放射線の存在
を監視したりするための放射線検出方法及び装置に関す
る。

（イ）導電性高分子 本発明に於て、導電性高分子とは、 （１）　ポリチオフェン （２）　ポリピロール （３）　ポリアセチレン （４）　ポリパラフェニレン （５）　ポリバラフェニレンサルファイド（６）　ポリ
アニリン （７）　ポリフェニルアセチレン （８）　ポリフェニレンビニレン を言う。これらは、通常の状態では、全て絶縁体である
。

高分子化合物は多くの場合絶縁体である。

導電性のある高分子化合物も、既にいくつが知られてい
る。これら導電性高分子化合物は、そのままでは絶縁体
であって、特別な気体をドープした時に導電体になるの
である。

ドーピングガスとしてＩ、　、Ｂｒ２、ＡｓＦ、　、　
ＳＯ３、ＢＦ４などが知られている。

ドーピングは、単にこれらガスの中に高分子化合物の薄
膜を置くだけの場合もあるが、電極を設けて、電界を加
える事もある。

このように、ドーピングガスと、高分子化合物を組合わ
せて、導電性を得るものは、いくつが知られている。

しかし、放射線とドーピングガスとを組合わせ、高分子
化合物を導電性にしようとする技術思想は、本発明者の
発想の以前には、かつてなかった。

絶縁体と思われていたポリチオフェン等の高分子材料は
、ＳＦ６、フレオン、ＣＢｒ　４　ガス等の存在化で、
電子線照射を受けて、抵抗が下る。これは、本発明者に
よって、はじめて見出されたものである。ここでフレオ
ンというのは、７レオン１１、フレオン１２、フレオン
２２、フレオン５０２　、フレオン１１３、フレオン１
１４の事を言う。

このような、ガスドーピング・放射線の複合による電気
的、光学的変化は、全く新しい現象であると、本発明者
は考える。

六フッ化イオウＳＦ、をはじめとするこれらの化合物は
、既知の物質であるが、高分子化合物のドーピングガス
としては、これまで知られてぃながった。ＳＦ、等がド
ーピングガスとして有効である、という事も、本発明者
の発見に係る。

本発明でドーピングガスというのは、ＳＦ６、フレオン
、ＣＢｒ４の内のひとつを言う。

ひとつの例として、ポリチオフェンとＳＦ６の組合せに
ついて述べる。

まず、導電性高分子の内、ポリチオフェンヲ例に取り、
その電気的、光学的性質を説明する。

第１３図はチオフェン（ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ　）の分子
構造を示す。これを重合したものが、ポリチオフェンで
ある。

ポリチオフェンをポリチェニレンと呼ぶ人もいる。

吸収係数測定用の膜は数千オングストロームの極めて薄
いものである。電気抵抗の測定用には、もつと厚い膜を
作った。

第８図はＳＦ６存在下で、ポリチオフェンに電子線を照
射した時の、導電率の変化を示すグラフである。

横軸は電子線照射量（Ｍｒａｄ　）であり、縦軸は、ポ
リチオフェンの導電率（Ｓ／３）を示している。

これは本発明者が測定したものである。ＳＦ６の圧力は
１気圧で、温度は２８９°にである。Ｓはシーメンスで
、オームの逆数である。

ここで、ｒａｄは照射量の単位で、１ｇの対象物に１０
０　ｅｒｇのエネルギーが吸収された時、これをｌ　ｒ
ａｄという単位で表わす。

本発明で使う、Ｍｒａｄはこれの１０６倍である。つま
り、対象物の１ｇあたりに１０ジユールのエネルギーが
吸収された時、これをｌ　Ｍｒａｄという。

第８図に示すように、電子線を照射しない時、導電率は
１０Ｓ／α以下である。１．８Ｍｅｖに加速した電子線
をポリチオフェンのサンプルに照射したところ、照射量
とともに、導電率が上昇した。

照射量が２４　Ｍｒａｄで、１０　Ｓ／３Ｓ１１２　Ｍ
ｒａｄで〜１０　Ｓ／ａになる。つまり、導電率にして
約百万倍大きくなったわけである。

次に、本発明者は、ポリチオフェンの導電率の温度依存
性を測定した。第９図は導電率の温度依存性を示すグラ
フである。横軸は絶対温度Ｔの逆数に１０００を乗じた
１００°／Ｔである。縦軸はポリチオフェンの導電率で
ある。

温度が上昇するとともに導電率は増大する。この点で、
半導体の性質と似たところがある。そこで、ｅｘｐ　（
−Ｅａ／ｋＴ　）という形を仮定して、活性化エネルギ
ーＥａをめてみた。

これは、照射量の函数であって、照射量が１３２Ｍｒａ
ｄの時、０．０８６Ｖ　テあツタ。照射量が２４　Ｍｒ
ａｄの時、Ｉｉ：ａはＯ，Ｉ６　ｅＶであった。

電子線を照射−しない時は、Ｅａ　＝　０．４１　ｅＶ
である。

次に、本発明者は、ポリチオフェンの吸収係数について
測定した。やはりＳＦ６ガスの雰囲気で、電子線を照射
した。パラメータは照射量で、０．６．２４．４８．９
Ｑ　Ｍｒａｄのものが示しである。

吸収係数は１０５／σのオーダーであるから、非常に薄
い膜を必要とする。ここでは、数千オングストロームの
薄い膜を用いた。

第１θ図はこの結果を示すグラフである。横軸は光のエ
ネルギー（ｈｃ　／λ）をｅＶで示した。ｅＶと、波長
λの関係は、 （ｅＶ） で示される。

照射量が００時、２．６６Ｖつまり波長にして、０．４
７μｍに吸収のピークがある。吸収係数はこの場合１．
５×１０／儒である。

電子線を照射すると、２．６ｅＶの吸収のピークが低下
してゆく。

照射量を増やしてゆくと、赤外域に新しい低いピークが
生じる。

葬射皿が９０　Ｍｒａｄの場合、１．７ｅｖ（０，７２
μｍ　）と、Ｑｄ３ｅＶ　（１，５μｍ）にピークが生
じる。いずれも赤外域であり、最初の２．６ｅＶのピー
クと同じ程度になってくる。

２．６ｅＶ　ノピークをピーク（１）といい、１．７ｅ
Ｖのピークをピーク（２）という事にする。

第１１図は、ピーク（１）、ピーク（２）の電子線照射
量による変化を示すグラフである。

ピーク（１）は、電子線照射量が増えるに従ってはぼ＋
７　ニヤに減少してゆく。つまり、０．４７μｍの光の
吸収が電子線照射によって減少してゆくのである。

反対にピーク（２）は、電子線照射が増えるに従って、
はぼリニヤに増大してゆく。０．７２μｍの光の吸収が
増大してゆくわけである。

このような吸収係数の変化は、ポリチオフェンに、ＢＦ
４を電気化学的にドーピングした場合とよく似ている。

これも本発明者か実験をしたものであるが、第１２図に
その結果を示す。

これは、適当な電解液、例えばベンゾこトリル中にＬ　
Ｉ　ＢＦ　４等の電解質を溶がし、この中に挿入したポ
リチオフェンと対向電極板の間に、ポリチオフェンが正
となるように電圧を印加してドーピングした時に、吸収
スペクトルがどのように変化するかを示すグラフである
。

横軸は光のエネルギーをｅＶで表わしたものである。縦
軸は吸収係数（Ｘ　１０’／　ｃｍ　）である。

バイアス電圧がＯの時、２．６６’／にピークがある。

これはポリチオフェンのバンド間遷移に対応する吸収の
ピークである。

この吸収係数曲線（ｖａ　＝　Ｑ　）と、第１０図のＳ
Ｆ６中での照射量０の曲線とは、殆ど同一であるように
みえる。これは、バイアス電圧がｏｖの時、ＢＦ４のポ
リチオフェンへのドーピングは起っていない、という事
を意味するものと考えられる。

同様に、電子線照射量が０の時、ＳＦ６のポリチオフェ
ンへのドーピングは起っていない、と考えられる。

ＢＦ４ノ中で、バイアス電圧ｖａを増加させてゆくと、
２．６ｅＶの吸収のピークが減少してゆく。

反対に、Ｖａを増加させてゆくと、１．７ｅＶの近傍と
、０．６〜Ｑ、３　ｅＶに新しい吸収のピークが現われ
る。そして、０．６〜６．Ｂｅｖの赤外域のピークが大
きくなり、バイアス電圧Ｖａが＋２．８ｅ’Ｖの近傍で
、元の２．６ｅＶのピークを越すようになる。

Ｖａ　＝　２．８ｅＶの吸収係数のグラフと、ＳＦ６雰
囲気中での、電子線照射量が９０　Ｍｒａｄの場合の吸
収係数のグラフとは酷似している。

従って、ＳＦ６雰囲気中で電子線照射をした時の効果と
、ＢＦ４をドープし、バイアス電圧Ｖａをかけた時の効
果がほぼ等しいのではないが？と推測される。

このような現象を説明するものとして、次の３つの可能
性が考えられる。

（１）電子線照射によって、ＳＦ６とポリチオフェンの
（ＣＨ）ｎのチェーンとの間に電荷移動錯が形成される
事。

（２）　ＳＦ６が分解し、その成分がポリチオフェンの
中ヘドープされる事。

（３）　共役二重結合を壊すことなく、ポリチオフェン
の連鎖が交叉結合する事。

ＳＦ６雰囲気て電子線を照射すると、ポリチオフェンは
重量が増加する。この事がら、（１）、（２）の機構で
ある可能性が強い。

吸収係数の測定結果は、ＳＦ６雰囲気での電子線照射が
、ＢＦ４をドープしバイアス電圧印加による効果と同じ
である事を示していた。

従って、電子線照射は、ポリチオフェンにＳＦ６分子又
はＳＦ６分子の一部分を実効的にドーピングする事であ
る、と断定できる。つまり前記の内の（２）の可能性が
高い。しかし、ドーピングされるのがＳＦ６なのか、分
解したその一部のみであるがは分らない。

前述の（１）〜（８）の導電性高分子のいずれについて
も、ＳＦ６、フレオン、ＣＢｒ４内から選ばれる全ての
ドーピングガスの存在下に於て、このような、電気的、
光学的性質の変化が起る。

秒）発明の目的 導電性高分子の、ドーピングガス中での、放射線照射に
対する電気的、光学的変化を利用して、放射線を検出す
る方法及び装置を提供する。

これが本発明の目的である。

電気抵抗の変化を利用した検出方法又は検出装置を与え
る事ができる。

光吸収特性の変化を利用した検出方法又は装置も与える
事ができる。

例えば、単体の素子として照射を受け、これをとり出し
て、吸収スペクトル、又はスペクトルのピークの変化を
測定する事により、照射量を知る。

又光ファイバと発光、受光素子の組合せによっても構成
できる。

に）　抵抗変化型放射線検出装置 第１図は抵抗変化を利用した放射線検出素子の一例を示
す平面図、第２図は第１図中のＩ−Ｉ断面図である。

導電性高分子膜１は、長方形状の薄膜で、両側に電極２
．２が蒸着又は印刷によって形成しである。電極２．２
には、それぞれ金属製のリード板３．３が接着しである
。

導電性高分子膜１を上下から挾む薄い外被膜４．４の周
縁部を融着し、内部空間５の中へ、導電性高分子膜１を
閉じこめる。内部空間５の中には、予め、ドーピングガ
ス７を入れてから融着密封する。外被膜４はポリエチレ
ンなどでよい。

このままでも独立の素子として使えるが、取扱いの便利
のだめ、四辺を枠６．６でさらに押えて固定するとよい
。

リード板３．３の間の電気抵抗を測定すれば、放射線の
照射を検出することができる。

放射線の照射の存在又は非存在をモニタするだけで良い
場合は、このような簡単な素子の抵抗値を単に測定する
だけでよい。臨界抵抗値Ｒ６を予め決めておき、抵抗Ｒ
がこれ以下に減少した時に、所定の放Ａ、１線照躬がな
された、という事を知る。

しかし、放射線照射量の絶対値を知シたい場合は、様々
々袖正、較正回路を必要とする。

第９図に示したように、抵抗値変化は、温度と照射量の
函数である。温度変化は、照射量に無関係ではない。そ
こで、この素子の近傍に温度計を設置して、素子温度を
測定し、これと抵抗値とから、照射量をめ々ければなら
ない。

温度計はザーミスタ、熱７「対などを用いることができ
る。

また、放射線のエネルギーによっても、照射量、抵抗変
化の関係は異なる。

照射量が少い場合は、電極間距離を狭くし、電極長さを
拡げるとよい。

第３図はくし形に電極２．２を設けた導電性高分子膜１
の平面図である。このようにすると、電極間の抵抗が下
り、低照射量に於ても、抵抗変化を正確に知ることがで
きる。

さらに、導電性高分子膜１は、両面に於て、ドーピング
ガス７に接触していなければならない、ということはな
い。

第４図はそのような例を示す断面図である。

導電性高分子膜１の裏面には、Ｉｎ２Ｏ３膜９と、補強
膜１０が付着しである。

こうすると、Ｉｎ２Ｏ３膜９を一方の電極として使う事
ができる。

導電性高分子膜１の上面に、一方の電極２だけを、間隔
を置いて、蒸着又は印Ｊｌｌｌするととにより、面に直
角方向の電４１Ｍ構造を構成することができる。

このような構造であれば、よシ感度を高めることができ
るから、低照射量を正確に測定できる。

（４）吸収変化利用型放射線検出装置 前節に説明した抵抗変化型検出器は、構造が簡単で感度
も良いが、センサ部が高インピーダンスとなるので、ノ
イズに弱い、という欠点がある。

これを克服するには、増幅回路を、センサ部のすぐ近く
に設けなければならない。すると、測定点まで、電線を
引張らなければならない。

放射線検出地点は、多くの場合、制御、監視のセンター
と遠く離れているから、長い電線を間に敷設しなければ
ならない。

このような難点は、光を用いれば、容易に、解決される
。しかも、本発明の場合、吸収係数の変化という特性を
利用できるから、よシ有利である。

先に述べたポリチオフェンの例では、２．６ｅＶ。

又は１．７ｅＶの吸収を測定すればよいのである。

第５図は、このような検出素子の概略図を示している。

心電性高分子膜１は電極を持たず、単に、ドーピングガ
ス７とともに、外被膜４．４によって、密封されている
だけである。

発光素子から出た光は、送シ光ファイバ１１の中を透過
し、投光スリーブ１２から出射し、検出素子Ｂに対し垂
直に入射し、導電性高分子膜１を通過する。この光は、
受光スリーブ１５に入射し戻り光ファイバ１６の中を伝
搬する。

第６図は、放射線検出装置の全体る示す構成図である。

本体１９は、発光素子２０、受光素子２１、および発光
素子２０の駆動回路、受光素子２１の信号を増幅する増
幅回路などを有する。

導電性高分子膜１に入射する入射光１３の強度と透過光
１４の強度の比を測定し、温度Ｔの測定値と合わせて、
マイクロコンピュータ２６に、１照射ｉ４′Ｌをπ１算
し、記憶させることができる。

また、照４、ｊ量を、メータ２５に表示する事もできる
。メータ２５は、入射光強度と、透過光強度の比を表示
するだけでもよい。

同じデータは、さらに、記録計２７に継時的に記録して
ゆくこともできる。

第７図は、反射型放射線検出素子の構成を示す。

導電性高分子膜１の裏側に、金属蒸着による反射層２８
を設けている。

測定のだめの光は、斜め上方から入射して、導電性高分
子膜１を透過する。反射層２８で反射され、導電性高分
子膜１を再び通シ、反対側の斜め上方へ反射されてゆく
。

放射線８は、導電性高分子膜１の前方、又は後方から、
導電性高分子膜１を照射するようにする。

ここでは、光ファイバと、発光、受光素子と、検出素子
Ｂとを組合わせているが、検出素子は、単独の素子とし
ても使うことができる。

この場合は、放射線照射を受ける場所に、検出素子Ｂを
置き、放射線照射後、これを取シ外して、吸収スペクト
ルを３１測する。又は、前述のピーク（１）、（２）の
変化を測定して、照射量を知るようにする。

ψ）効　果 （１）　本発明によれば、比較的簡単な構成によって、
放射線量を測定し、又は、漏洩放射線を監視することが
できる。

（２）特に、電子線の照射量が多い場合に有効である。

（３）電気抵抗の変化を利用するものは、任意に感度を
高めることができるし、膜自体も厚いものでよいから、
製作容易である。

（４）吸収係数の変化を利用するものは、検出素子と本
体とを分離でき、両者を光ファイバで連絡できるから、
電磁誘導などの影響を受けない。

長距離間を信号伝送できる。また、光ファイバの方が電
線ケーブルより、軽くて、丈夫であるから、敷設が容易
である。

（５）吸収係数の変化を利用するものは、取扱いに便利
な薄板状の素子とし、放射線照射を受けた後、これを取
外して、吸収スペクトルを計測し、或は、ピーク（１）
、（２）の変化を測定して、放射線量を知ることができ
る。コンパクトで、使いやすい素子になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る抵抗変化利用型放射線検
出素子の平面図。 第２図は第１図中の１−１１断面図。 第３図は導電性高分子膜にくし形の電極を設けたものの
平面図。 第４図は膜厚方向に電極を設けた例を示す断面図。 第５図は吸収係数変化型の放射線検出素子のセンサ部の
構成図。 第６図は放射線検出装置の全体構成図。 ／：ｔｓ　７図はｉ＋ｕ定用の光を斜めから入射させ、
反Ｍ、１光の強度を測定するようにした例を示す一部断
面図。 第８図はポリチオフェンの２８９°Ｋに於ける電子線照
射による電気伝導度の変化を示すグラフ。横軸は電子線
間ルｊ量（Ｍｒａｄ　）、電子線エネルギーは１　、８
Ｍｅｖ、縦軸は電気伝導度（３７ｃｍ）　−？ｌ’　６
る。 第９図はポリチオフェン膜の照射量をパラメータとした
電気伝導率の温度変化を示すグラフ。横軸は１ｏｏｏ／
Ｔ（／’Ｋ）で、縦軸は電気伝導率（３７ｃｍ）である
。 第１０図はポリチオフェン膜の吸収スペクトルの電子線
照射による変化を示すグラフ。横軸は光のエネルギー（
ｅｖ）、縦軸は吸収係数（ｃｍ　’）である。 第１１図はポリチオフェン膜の吸収係数スペクトルの２
，６ｅｖのピーク（１）と、ｌ　、　７　ｅＶのピーク
（２）の１１α躬量による強度変化を示すグラフ。横軸
は電子線照射量（Ｍｒａｄ）、縦軸は吸収係数（ｃｍ　
１）である。 第１２図はポリチオフェンにＢＦ４をドープした場合の
、バイアス電圧をパラメータとして示す、照射量による
吸収スペクトルの変化を示すグラフ。 第１３図はチオフェンの化学構造図。 １・・・導電性高分子膜 ２・・・電　極 ３・・・リード板 ４・・・外　被　膜 ５・・・内　部　空　間 ６・・・枠 ７・・・ドーピングガヌ ８・・・電　子　線 ９・・・Ｉｎ、、０３膜 １０・・・補強膜 １１・・・送り光ファイバ １２・・・投光スリーブ １５・・・受光スリーブ １６・・・戻り光ファイバ １９・・・木　体 ２０・・・発　光　素　子 ２１　・・・受　光　素　子 発明者　奥　部　滋　朗 守　屋　友　義 吉　野　勝　美 特許出願人　住友電気工業株式会社 吉　野　勝　美 第３図 第４図 （ｓ′〜）　第８図 第９図 １０００／Ｔ　、（／’Ｋ） ０、　５０　１００ 照射杯Ｈ（Ｍｒａｄ） 第１３図 手続補正書（自発） 特許庁長官志　賀　学　殿 特願昭５９−４０９２０ ２、発明の名称 放射線検出方法と装置 ３、補正をする者 吉　野　勝　美 ４代　理　人 曇５３７ 住　所　大阪市東成区中道３丁目１５番１６チ毎日東ビ
ル７０４　！０６（９７４）６３２１明　細　書 １、発明の名称 放射線検出方法と装置 ２、特許請求の範囲 （１）導電性高分子に、ドーピングガヌの中で、放−■
■■■岬１！−１−−１−訃 射線を照射し、該導電性高分子の電気抵抗を測定し、又
は光吸収特性を測定する事によシ放射線照射量を検出す
る事を特徴とする放射線検出方法。 （２）導電性高分子膜１を、ドーピングガヌとともや■
■−１−■リーー に、外被膜４．４の中へ封入した事を特徴とする放射線
検出装置。 （３）　導電性高分子がポリチオフェン！ある特許請求
の範囲第（２）項記載の放射線検出装置。 （４）導電性高分子がポリアセチレンである特許請求の
範囲第（２）項記載の放射線検出装置。 （６）導電性高分子膜１に電極２．２を設け、ドーピン
グガヌとともに外被膜４．４の中へ封入した素子Ａと、
該電極２．２間の電気抵抗を測定する機構からなる事を
特徴とする放射線検出装置。 （７）−導電性高分子膜１を、−ドーピングガスととも
に外被膜４．４の中に封入した検出素子Ｂと、発光素子
２０、受光素子２１と、発光素子駆動回路、受光素子の
信号増幅回路などを含む本体１９と、発光素子２０の光
を導き導電性高分子膜１へ入射させる送り光ファイバ１
１と、導電性高分子膜１を透過した光を受光素子２１へ
戻す戻シ光ファイバ１６とを含む事を特徴とする放射線
検出装置。 ３、発明の詳細な説明 ゲ）技術分野 この発明は、放射線照射量を測定したシ、放射線の存在
を監視したりするだめの放射線検出方法及び装置に関す
る。 （イ）導電性高分子 本発明に於て、導電性高分子とは、例えばポリチオフェ
ン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリパラフェニレ
ン、ポリパラフェニレンサルファイド、ポリアニリン、
ポリフェニルアセチレン、ポリフェニレンビニレン、更
にこれらの！４体等があるが、勿論これらに限定される
ものでなく、一般に共役系が発達した高分子である。そ
の例としては、例えば［白州、山辺著、合成金属、化学
同人」に記載されている。これらは、通常の状態では、
全て絶縁体である。 高分子化合物は多くの場合絶縁体である。 導電性のある高分子化合物も、既にいくつか知られてい
る。これら導電性高分子化合物は、そのま捷では絶縁体
であって、特別な気体をドープした時に導電体になるの
である。この様なガスをさらしただけで導電率が著しく
上昇する有効なドーピングガスとしチェ２、Ｂｒ２、Ａ
ｓＦ５．５ｏ３ＳＢＦ４などが知られている。 ドーピングは、単にこれらガスの中に高分子化合物の薄
膜を置くだけの場合もあるが、電解液中で電極を設けて
、電界を加える事もある。 このように、ドーピングガスと、高分子化合物を組合わ
せて、導電性を得るものは、いくつか知られている。 しかし、放射線とドーピングガスとを組合わせ、高分子
化合物を導電性にしようとする技術思想は、本発明者の
発想の以前には、かつてなかった。 絶縁体と思われていたポリチオフェン等の高分子材料は
、ＳＦ６、フレオン、ＣＢｒ、ガス等の存在化で、電子
線照射を受けて、抵抗が下る。これは、本発明者によっ
て、はじめて見出されたものである。ここでフレオンと
いうのは、フレオン１１、フレオン１２、フレオン２２
、フレオン５０２　、フレオン１１３、フレオン１１４
の事ヲ言う。 このような、ガスドーピング・放射線の複合による電気
的、光学的変化は、全く新しい現象であると、本発明者
は考える。 六フッ化イオウＳＦ６をはじめとするこれらの化合物は
、既知の物質であるが、高分子化合物にドーピングして
もそれだけではその高分子の導電率を大幅に上昇させる
事にならない。即ちそのままでは有効なドーピングガス
とは言えない。ＳＦ６等が放射線照射により始めてドー
ピングガスとして有効である、という事は、本発明者の
発見に係る。 即ち本発明は、当該ガスのみでは導電性高分子の導電率
、吸収スペクトル等を大幅に変化させるドーピングガス
とならないガスに、放射線を照射すると、導電率が著し
く上昇し、また光吸収スベク）／し等も大幅に変化する
事を利用して放射線照射量測定、或いは検知に利用する
方法と装置である。 本発明でドーピングガスというものには、ＳＦ６、フレ
オン、ＣＢｒ４等が含まれるが、勿論これらに限定され
るものでなく、放射線によシそれ自身が、或いはその分
解物が有効にドーピングされるすべてのガスを含むもの
である。又勿論導電性高分子としてはポリアセチレン、
ポリチオフェン等モその例として含むが、勿論これらに
限定されるもの１４ でなく、共役系の発達した導電率の１０　Ｓ／ｃＴｘ程
度以上の高分子が含まれる。 ひとつの例として、ポリチオフェンと５Ｆ６０組合せに
ついて述べる。 まず、導電性高分子の内、ポリチオフェンを例に取り、
その電気的、光学的性質を説明するが、本発明は勿論こ
れに限定されるものでない。 第１３図はチオ７　ｘ　ｙ　（ｔｈｉｏｐｈｅｎｅ　）
　（Ｄ分子構造を示す。これを重合したものが、ポリチ
オフェンである。 ポリチオフェンをポリチェニレンと呼ぶ人もいる。 吸収係数測定用の膜は数千オングストロームの１”萌め
て薄いものである。電気抵抗の測定用には、もつと厚い
膜を作った。 第８図はＳＦ６存在下で、ポリチオフェンに電子線を照
射した時の、導電率の変化を示すグラフである。 横軸は電子線照射量（Ｍｒａｄ　）であり、縦軸は、ポ
リチオフェンの導電率（Ｓ／ａｎ　）を示している。 これは本発明者が測定したものである。ＳＦ６の圧力は
１気圧で、温度は２８９°にである。Ｓはシーメンスで
、オームの逆数である。 ここで、ｒａｄは照射量の単位で、１ｇの対象物に１０
０　ｅｒｇのエネｌレギーが吸収された時、これをｌ　
ｒａｄという単位で表わす。 本発明で使う、Ｍｒａｄはこれの１０　倍である。 つｔｂ、対象物の１ｇあたりに１０ジュールのエネルギ
ーが吸収された時、これをＩ　Ｍｒａｄという。 第８図に示すように、電子線を照射しない時、導電率は
１０Ｓ／ｃｎｌ以下である。１．ＢＭｅＶに加速した電
子線をポリチオフェンのサンプルに照射したところ、照
射量とともに、導電率が上昇した。 照射量が２４　Ｍｒａｄ　テ、１０　Ｓ７ｃｍ、１３２
　Ｍｒａｄで〜ＩＱ　Ｓ／ｚ　になる。つまり、導電率
にして約百万倍大きくなったわけである。 次に、本発明者は、ポリチオフェンの導電率の温度依存
性を測定した。第９図は導電率の温度依存性を示すグラ
フである。横軸は絶対温度Ｔの逆数に１０００を乗じた
１０００／Ｔである。縦軸はポリチオフェンの導電率で
ある。 温度が上昇するとともに導電率は増大する。この点で、
半導体の性質と似たところがある。そこで、ｅｘｐ　（
−Ｅａ／ｋＴ　）という形を仮定して、活性化エネルギ
ーＥａをめてみた。 これは、照射量の函数であって、照射量が１３２Ｍｒａ
ｄ　（７）時、ｏ、ｏｓｅｖ”ｒあった。照Ｎｔ　址カ
２４　Ｍｒａｄ（７）　時、Ｅａは０．１６ｅＶであっ
た。 電子線を照射しない時は、Ｅａ　＝＝　０．４１　ｅｖ
である。 次に、本発明者は、ポリチオフェンの吸収係数について
測定した。やはりＳＦ６ガヌの雰囲気で、電子線を照射
した。パラメータは照射量で、０．６．２４．４８、ｇ
ｇ　Ｍｒａｄ　ノもツカ示しである。 吸収係数はＩｇ　７ｃｍ　のオーダーであるから、非常
に薄い膜を必要とする。ここでは、数千オングア１、）
ロームの簿い膜を用いた。 第１０図はこの結果を示すグラフである。横軸は光のエ
ネルギー（ｈａ／λ）をｅＶで示した。ｅｖと、波長λ
の関係は、 で示される。 照射量が００時、２．６　ｅＶつまシ波長にして、０．
４７μｍに吸収のピークがある。吸収係数はこの場合１
．５　Ｘ　１０浄ｎである。 電子線を照射すると、２．６ｅＶの吸収のピークが低下
してゆく。 照射量を増やしてゆくと、赤外域に新しい低いピークが
生じる。 照Ａ４量カ９０　Ｍｒａｄ　（７）場合、１．７　ｅＶ
　（０，７２ｔｔｍ　）と、０．８　ｅＶ　（１，５μ
ｍ）にピークが生じる。いずれも赤外域であり、最初の
２．６ｅＶのピークと同じ程度になってくる。 ２．６ｅｖのピークをピーク（１）といい、１．７ｅＶ
　のピークをピーク（２）という事にする。 第１１図は、ピーク（１）、ピーク（２）の電子線照射
量による変化を示すグラフである。 ピーク（１）は、電子線照射量が増えるに従ってほぼリ
ニヤに減少してゆく。つまＩ）、０．４７μｍの光の吸
収が電子線照射によって減少してゆくのである。 反対にピーク（２）は、電子線照射が増えるに従って、
はぼリニヤに増大してゆく。０．７２μｍの光の吸収が
増大してゆくわけである。 このような吸収係数の変化は、ポリチオフェンに、ＢＦ
４を電気化学的にドーピングした場合とよく似ている。 これも本発明者が実験をしたものであるが、第１２１ｋ
にその結果を示す。 これは、適当な電解液、例えばベンゾニトリル中にＬｉ
ＢＦ４等の電解質を溶かし、この中に挿入したポリチオ
フェンと対向電極板の間に、ポリチオフェンが正となる
ように電圧を印加してドーピングした時に、吸収スペク
トルがどのように変化するかを示すグラフである。 横軸は光のエネルギーをｅｖで表わしたものである。縦
軸は吸収係数（Ｘ　１０　／ｃｍ　）である。 バイアス電圧が０の時、２．６６Ｖにピークがある。こ
れはポリチオフェンのバンド間遷移に対応する吸収のピ
ークである。 この吸収係数曲線（Ｖａ＝Ｏ）と、第１０図のＳＦ６中
での照射量０の曲線とは、殆ど同一であるようにみえる
。これは、バイアス電圧がｅｖＯ時、ＢＦ。 のポリチオフェンへのドーピングは起っていない、とい
う事を７は味するものと考えられる。 同様に、電子線照射量がＯの時、ＳＦ６のポリチオフェ
ンへの有効なドーピングは起っていない、と考えられる
。 ＢＦ４の中で、バイアス電圧Ｖａを増加させてゆくと、
　２．６　ｅＶの吸収のピークが減少してゆく。 反対に、Ｖａを増加させてゆくと、１．７ｅｖの近傍と
、０．６〜０．Ｂｅｖに新しい吸収のピークが現われる
。そして、０，６〜０．８ｅＶの赤外域のピークが大き
くなり、バイアス電圧Ｖａが＋２．８ｖの近傍で、元の
２．６ｅｖのピークを越すようになる。 Ｖａ＝２．８ｖの吸収係数のグラフと、ＳＦ６雰囲気中
での、電子線照射量が９０　Ｍｒａｄの場合の吸収係数
のグラフとは酷似している。 従って、ＳＦ６雰囲気中で電子線照射をした時の効果と
、ＢＦ４をバイアス電圧ｖａをかけてドープした時の効
果がほぼ等しいのではないかと推測される。 このような現象を説明するものとして、次の３つの可能
性が考えられる。 （１）電子線照射によって、ＳＦ６とポリチオフェンの
高分子連鎖（π共役系）との間に電荷移動錯体が形成さ
れる事。 ＋２１　ＳＦ６が分解し、その成分がポリチオフェンの
中ヘドープされる事。 （３）共役二重結合を壊すことなく、ポリチオフェンの
連鎖が交差結合する事。 ＳＦ６雰囲気で電子線を照射すると、ポリチオフェンは
重量が増加する。この事から、（１）、（２）の機構で
ある可能性が強い。 吸収係数の測定結果は、ＳＦ６雰囲気での電子線１１α
４．１が、ＢＦ４をバイアス電圧印加によりドープした
効果と同じである４ｆを示していた。 従って、電子線照射は、ポリチオフェンにＳＦ６分子又
はＳＦ６分子の一部分を実効的にドーピングする事であ
る、と断定できる。つまシ前記の内の（２）の可能性が
高い。しかし、ドーピングされるのがＳＦ６なのか、分
解したその一部のみであるかは分らない。 前述の導電性高分子のいずれについても、ＳＦ６、フレ
オン、ＣＢｒ４等のドーピングガスの存在下に於て、こ
のような、電気的、光学的性質の変化が起る。 （つ）発明の目的 導電性高分子の、ドーピングガス中での、放射線照射に
対する電気的、光学的変化を利用して、放射線を検出す
る方法及び装置を提供する。 これが本発明の目的である。 電気抵抗の変化を利用した検出方法又は検出装置を与え
る事ができる。 光吸収特性の変化を利用した検出方法又は装置もｔｌえ
るｊ１ができる。 例えば、単体の素子として照射を受け、これを取シ出し
て、吸収スペクトル、又はスベク）　ＩＶのピークの変
化を測定する事によシ、照射量を知るまた、光ファイバ
と発光、受光素子の組合せによっても構成できる。 に）抵抗変化型放射線検出装置 第１図は抵抗変化を利用した放射線検出素子の一例を示
す平面図、第２図は第１図中の…−…断面図である。 導′ＩＥ性高分子膜１は、長方形状の薄膜で、両側に電
極２．２が蒸着又は印刷によって形成しである。電極２
．２には、それぞれ金属製のリード板３．３が接着しで
ある。 導電性高分子膜１を上下から挾む薄い外被膜４．４の周
縁部を融着し、内部空間５の中へ、導電性高分子膜１を
閉じこめる。内部空間５の中には、予め、ドーピングガ
ス７を入れてから融着密封する。外被膜４はポリエチレ
ンなどでよい。 このままでも独立の素子として使えるが、取扱いの便利
のため、四辺を枠６．６でさらに押えて固定するとよい
。 リード板３．３の間の電気抵抗を測定すれば、放射線の
照射を検出することができる。 放射線の照射の存在又は非存在をモニタするだけで良い
場合は、このような簡単な素子の抵抗値を単に測定する
だけでよい。臨界抵抗値Ｒｃを予め決めておき、抵抗Ｒ
がこれ以下に減少した時に、所定の放射線間４．１がな
された、という事を知る。 しかし、放射線照射量の絶対値を知シたい場合は、様々
な補正、１校正回路を必要とする。 第９図に示したように、抵抗値変化は、温度と照射量の
函数であるが、温度変化が余シ大きくない時は放射線に
よシ導電率が数桁以上も変化する事を考えると特に補正
は必ずしも必要はない。しかし特に精密に測定したい場
合は、この素子の近傍に温度計を設置して、素子温度を
測定し、これと抵抗値とから、照射量をめれば良い。 温度計はサーミスタ、熱電対などを用いることができる
。 また、放射線のエネルギーによっても、照射量、抵抗変
化の関係は異なる。 照射量が少い場合は、電極間距離を狭くし、電極長さを
拡げるとよい。 第３図はくし形に電極２．２を設けた導電性高分子膜１
の平面図である。このようにすると、電極間の抵抗が下
り、低照射量に於ても、抵抗変化を正確に知ることがで
きる。 さらに、導電性高分子膜１は、両面に於て、ドーピング
ガス７に接触していなければならない、ということはな
い。 第４図はそのような例を示す断面図である。 導電性高分子膜１の裏面には、■ｎ２０３膜９と、補強
膜１０が付着しである。 こうすると、■ｎ２０３膜９を一方の電極として使う事
ができる。 導電性高分子膜１の上面に、一方の電極２だけを、間隔
を置いて、蒸着又は印刷することにより、面に直角方向
の電極構造を構成することができる。 このような構造であれば、よシ感度を高めることができ
るから、低照射量を正確に測定できる。 に）吸収変化利用型放射線検出装置 前節に説明した抵抗変化型検出器は、構造が簡単で感度
も良くそのままでも用いられるが、センサ部が高インピ
ーダンスとなるので、ノイズが問題になる場合もでてく
る。 この場合、これを克服するには、増幅回路を、センサ部
のすぐ近くに設ければ良い。すると、測定点まで、電線
を引張らなければならない。 放射線検出地点は、多くの場合、制御、監視のセンター
と遠く離れているから、長い電線を間に敷設しなければ
ならない。 このような点は、光を用いれば、容易に、解決される。 しかも、本発明の場合、吸収係数の変化という特性を利
用できるから、よシ有利である。 先に述べたポリチオフェンの例では、２．６　ｅＶ、又
は１．７ｅＶの吸収を測定すｈばよいのである。 第５図は、このような検出素子の概略図を示している。 導電性高分子膜１は電極を持たず、単に、ドーピングガ
ス７とともに、外被膜４．４によって、密封されている
だけである。 発光素子から出た光は、送り光ファイバ１１の中を透過
し、投光スリーブ１２から出射し、検出素子Ｂに対し垂
直に入射し、導電性高分子膜１を通過する。この光は、
蛍光スリーブ１５に入射しＪ天９光ファイバ１６の中を
伝搬する。 第６図は、放射線検出装置の全体を示す構成図である。 本体１９は、発光素子２０、受光素子２１、および発光
素子２０の駆動回路、受光素子２１の信号を増幅する増
幅回路などを有する。 尋゛、、（２性１１′６分子膜ＩＶＣ入射する入射光１
３の強度と透過光１４の強度の比を測定し、温度Ｔの測
定値と合わせて、マイクロコンピュータ２６にヨシ照射
量を計算し、記憶させることができる。 また、照射量を、メータ２５に表示する事もできる。メ
ータ２５は、入射光強度と、透過光強度の比を表示する
だけでもよい。 同じデータは、さらに、記録計２７に継時的に記録して
ゆくこともできる。 第７図は、反射型放射線検出素子の構成を示す。 導電性高分子膜１の裏側に、金属蒸着による反射層２８
を設けている。 測定のだめの光は、斜め上方から入射して、導電性高分
子膜１を透過する。反射層２８で反射され、心電性高分
子１漢１を再び通り、反対側の斜め上方へ反射されてゆ
く。 放射線８は、導電性高分子膜１の前方、又は後方から、
導電性高分子膜１を照射するようにする。 ここでは、光ファイバと、発光、受光素子と、検出素子
Ｂとを組合わせているが、検出素子は、単独の素子とし
て使うことができる。 この場合は、放射線照射を受ける場所に、検出素子Ｂを
置き、放射線照射後、これを取シ外して、吸収ヌベクト
ルを計測する。又は、前述のピーク（１１、（２）の変
化を測定して、照射量を知るようにする。 Φ）　その他の実施例 以上に述べた例はポリチオフェンに関するが、以下の導
電性高分子も同様に使用できる。 ■　ポリセレノフェンフィルム（１２μｍ）ＳＦ６１気
圧（ドーピングガス） 始め　導電率　１０　Ｓ／ｃｎ＋ 電子線８０　Ｍｒａｄ　１０　Ｓ／ｃｎ１９Ｑ　Ｍｒａ
ｄ　１０　５ｆｉｒｎ ２　ポリパラフェニレンｐｏｗｄｅｒを圧縮成形してベ
レットにしたもの ５Ｆ６１気圧（ドーピングガス） ８ 始め　ｌ　Ｑ　３７ｃｍ １２　Ｍｒａｄ　１０　５７ｃｍ ３６　Ｍｒａｄ　１０　Ｓ／Ｃノ〃 ２ ９６　Ｍｒａｄ　ＩＱ　Ｓ／ｃｔｎ ８　ポリメチルチオフェン ５Ｆ６１気圧（ドーピングガス） 始め　１０　Ｓ／ｃｔｎ ３Ｑ　Ｍｒａｄ　ＩＱ　５１０ｙｔ ４Ｂ　Ｍｒａｄ　ＩＱ　Ｓ／ｃｌｎ ９Ｑ　Ｍｒａｄ　１０Ｓ／ａｎ ４　ポリメチルチオフェン フレオン　１気圧 始め　１０　３７ｃｍ ３６　Ｍｒａｄ　’　１０　Ｓ／ｃｕｔ６０　Ｍｒａｄ
　１０　Ｓ／ＣＭ （（１）効　果 （１）本発明によれば、比較的簡単な構成によって、放
射線Ｊｉｌを測定し、又は、漏洩放射線を監視すること
ができる。 （２）特に、電子線の照射量が多い場合に有効であるる
。 （３）電気抵抗の変化を利用するものは、任意に感度を
高めることができるし、膜自体も厚いものでよいから、
製作容易である。 （４）　吸収係数の変化を利用するものは、検出素子と
本体とを分離でき、両者を光ファイバで連絡できるから
、電磁誘導などの影響を受けない。 長距離間を信号伝送できる。また、光ファイバの方が電
線ケーブルより、軽くて、丈夫であるから、敷設が容易
である。 （５）吸収係数の変化を利用するものは、取扱いに便利
な薄板状の素子とし、放射線照射を受けた後、これを取
外して、吸収ヌベクｌ−／しを計測し、或は、ピーク（
１）、（２）の変化を測定して、放射線量を知ることが
できる。コンパクトで、使いやすい素子になる。 （６）本発明はその原理から明らかな様に電子線、γ線
、α線、中性子線を始めとしてあらゆる放射線の検知、
計測に利用できる。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の実施例に係る抵抗変化利用型）ｊｋ　
ｒｌ、Ｉ線検出素子の平面図。 第２図は第１図中のｌ−１断面図。 第３図は導電性高分子膜にくし形の電極を設けたものの
平面図。 第４図は膜厚方向に電極を設けた例を示す断面図。 第５図は吸収係数変化型の放射線検出素子のセンサ部の
構成図。 第６図は放射線検出装置の全体構成図。 第７図は測定用の光を斜めから入射させ、反射光の強度
を測定するようにした例を示す一部断面図。 第８図はポリチオフェンの２８９°Ｋに於ける電子線照
射による電気伝導度の変化を示すグラフ。 横軸は電子線照射量（Ｍｒａｄ　）　、電子線エネルギ
ーハ１．３　Ｍｅｎ、縦軸は電気伝導度（５１０ｎ　）
である。 第９図はポリチオフェン膜の照射量をパラメータとした
ｒ［気伝導率の温度変化を示すグラフ。横軸は１０００
／Ｔ　（／’Ｋ　）　テ、縦軸は電気伝導率（Ｓ／ｃｔ
ｎ　）である。 第１０図はポリチオフェン膜の吸収ヌベクｌ−／しの電
子線照射による変化を示すグラフ。横軸は光（Ｄエネル
ギー（ｅｖ）、縦軸は吸収係数（ｃｎｌ）である。 第１１図はポリチオフェン膜の吸収係数スペクトルの２
．６ｅＶのピーク（１）と、１．７ｅｖのピーク（２）
の照射量による強度変化を示すグラフ。横軸は電子線照
射量（ｊｉ！ｒａｄ　）　、縦軸は吸収係数（ｃ＋＋＋
）である。 第１２図はポリチオフェンにＢＦ４１ドープＬ、ｆｃ場
合の、バイアス電圧をパラメータとして示す、照射量に
よる吸収スベクｌ−／しの変化を示すグラフ。 第１８図はチオフェンの化学構造図。 １　・・・・・・導電性高分子膜 ２・・・・・・電　極 ３　・・・・・・　リ　−　ド　板 ４・・・・・・外　被膜 ５・・・・・・内部空間 ６・・・・・・枠 ７　・・・・・・　ドーピングガス ８　・・・・・・　電　子　線 ９　・・・・・・　工ｎ２０３１嘆 １０・・・・・・補　強　膜 １１・・・・・・送シ光ファイバ １２・・・・・・　投光スリーブ １５・・・・・・受光スリーブ １６・・・・・・戻す光ファイバ １９・・・・・・本　体 ２０・・・・・・発光素子 ２１・・・・・・受光素子 発　明　者　奥　部　滋　朗 守　屋　友　義 吉　野　勝　美

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレ
   ン、ポリバラフェニレンン、ポリパラフェニレンサルフ
   ァイド、ポリアニリン、ポリフェニルアセチレン、ポリ
   フェニレンビニレンの内から選ばれた導電性高分子に、
   ＳＦ６、フレオン、ＣＢｒ４の内から選ばれたドーピン
   グガスの中で、放射線を照射し、該導電性高分子の電気
   抵抗を測定し、又は光吸収特性を測定する事により放射
   線照射量を検出する事を特徴とする放射線検出方法。
2. （２）　ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレ
   ン、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンサルファ
   イド、ポリアニリン、ポリフェニルアセチレン、ポリフ
   ェニレンビニレンの内から選ばれた導電性高分子膜１を
   、ＳＦ６．７レオン、ＣＢｒ４の内から選ばれたドーピ
   ングガスとともに、外被膜４．４の中へ封入した事を特
   徴とする放射線検出装置。
3. （３）導電性高分子がポリチオフェンであり、ドーピン
   グガスがＳＦ６である特許請求の範囲第（２）項記載の
   放射線検出装置。
4. （４）導電性高分子がポリアセチレンであり、ドーピン
   グガスがＳＦ６である特許請求の範囲第（２）項記載の
   放射線検出装置。
5. （５）　ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレ
   ン、ポリバラフェニレン、ポリパラフェニレンサルファ
   イド、ポリアニリン、ポリフェニルアセチレン、ポリフ
   ェニレンビニレンの内から選ばれた導電性高分子膜１に
   電極２．２を設け、ＳＦ６、フレオン、ＣＢｒ　４の内
   から選ばれたドーピングガスとともに外被膜４．４の巾
   へ封入した素子Ａと、該電極２．２間の電気抵抗を測定
   する機構からなる事を特徴とする放射線検出装置。
6. （６）　ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレ
   ン、ポリバラフェニレン、ポリバラフエニレンサルファ
   イド、ポリアニリン、ポリフェニルアセチレン、ポリフ
   ェニレンビニレンの内から選ばれた導電性高分子膜１を
   、ＳＦ６、フレオン、ＣＢｒ４の内から選ばれたドーピ
   ングガスとともに外被膜４．４の中に封入した検出素子
   Ｂと、発光素子２０、受光素子２１と、発光素子駆動回
   路、受光素子の信号増幅回路などを含む本体１９と、発
   光素子２０の光を導き導電性高分子膜１へ入射させる送
   り光ファイバ１１と、導電性高分子膜１を透過した光を
   受光素子２１へ戻す戻り光ファイバ１６とを含む事を特
   徴とする放射線検出装置。