JPS6135657B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、中性子の検出に用いられる３フツ
化ホウ素（BF₃）比例計数管に関するもので、特
に、耐放射線性を改良したBF₃比例計数管に関す
るものである。

従来、この種の比例計数管として、第１図に示
すものが知られている。すなわち、中空円筒状の
陰極１の両端に気密に結合された端板３ａ，３ｂ
に取付けられた適宜の端子（図示せず）間に、陽
極２が陰極１と絶縁されて陰極１の中心軸上に張
設されている。４は端板３ａにその一端が気密に
結合されたガス充填および排気用のパイプであ
り、陰極１をなす気密円筒内にBF₃ガス５を充填
する。端板３ｂには電記信号を導出するためのコ
ネクタ６が取付けられている。陰極１の内面には
作動温度の異なる複数種のゲツタ７がコーテイン
グされており、このゲツタ７はフツ素ガスに対し
て吸着能を有している。

こゝで、BF₃比例計数管の基本動作について述
べると、BF₃比例計数管に中性子が入射すると、
管内に封入されているBF₃ガス中の¹⁰Bと反応し
て高エネルギーのα粒子とLi原子核が生じる。こ
れらの高エネルギー荷電粒子は、BF₃ガス中を通
過するときBF₃ガス分子を電離し、電子とBF陽
イオンを生成する。これを一次電離といつてお
り、こゝで生じた電子と陽イオンは、その間に直
流電圧が印加されている陽極２と陰極１に収集さ
れる。電子が陽極に収集されていく過程におい
て、陽極近傍の電界は強く、電子が強く加速され
てBF₃ガス分子と衝突したとき、BF₃ガス分子を
電離して新しく電子―イオン対を生じさせる。
こゝで新たに生じた電子も同様にしてBF₃ガス分
子を電離する。こうして電子が陽極に収集される
ときには、最切の一次電離における電荷よりはる
かに大きな電荷のものとなる。これをガス増幅と
呼び、通常この電荷をパルス的に計数して中性子
を計測するものである。

以上がBF₃比例計数管の基本動作であるが、こ
の場合、強い放射線の環境下でBF₃比例計数管を
使用すると、主としてガス増幅の過程でBF₃ガス
が解離されてフツ素が生じる。フツ素は電子親和
性が強く、一次電離あるいはガス増幅で生じた電
子を付着してフツ素イオンとなる。このフツ素イ
オンは電子に比べて非常に質量が大で、電界で加
速されても大きな速度とならないためBF₃陽イオ
ンと再結合して電荷を失う機会が多く、またガス
増幅も起こさない。したがつて、陽極に収集され
る電荷の量は小となり、外部に信号として導出で
きる電気パルスが弱く、中性子計測の信頼性に支
障を来たすことになる。

かような放射線による影響の対策として、従来
技術として知られているのは、フツ素ガスを吸着
するゲツタを用いる方法で、強い放射線下で用い
たときBF₃比例計数管内に生じるフツ素は陰極内
面にコーテイングされたゲツタに吸着され、フツ
素への電子付着に起因する悪影響を回避して、強
い放射線下でも長期にわたつて良好に動作させよ
うとするものである。さらに、広い温度範囲にわ
たつて中性子計測の信頼性を維持するため、作動
温度の異なる複数種のゲツタを用いることが知ら
れている。これは複数種のゲッタが陰極内面にコ
ーテイングされているので、耐放射線性の改善効
果がゲツタの作動温度に対応した広い温度範囲に
わたつて期待され、周囲温度が大きく変化するよ
うな環境においても放射線劣化を極小にしようと
するものである。

しかし、上述した従来技術にあつては、ゲツタ
の選択が非常に難しい。それは、(イ)BF₃ガスの中
でフツ素のみを選択的に吸着しなければならない
ことと(ロ)BF₃比例計数管が使用される一定の温度
範囲にわたつてフツ素を一様に吸着する特性を要
求されることによる。(イ)はゲツタの作用力の問題
であり、(ロ)はゲツタの作動温度範囲の問題であ
る。

従来、ゲツタに供用される物質として、グラフ
アイトが知られている。しかし、グフアイトが耐
放射線性において効果的であるのは室温領域のみ
であり、我々の実験によると、グラフアイト、活
性炭をゲツタとしたものは、150℃程度以上の温
度においては、フツ素ガスの吸着効果が低下する
ことを確認することができた。また、ジルコニウ
ムは比較的高温度ですぐれたゲツタ作用を示すこ
とが、真空管の技術分野でよく知られている。そ
こで、活性炭とジルコニウムを陰極内面にコーテ
イングしてゲツタとしたBF₃比例計数管とジルコ
ニウムのみを陰極内面にコーテイングしてゲツタ
としてBF₃比例計数管について実験してみると、
いずれも約250℃以上の高温に加熱しただけで、
特性が変化した。この変化の内容は、ガス増幅率
の上昇と中性子感度の低下である。このことは、
計数管内のBF₃ガス圧力の低下を意味し、ジルコ
ニウムが高温でゲツタ機能を発揮し、BF₃ガスを
吸着したためと考えられる。つまり、ジルコニウ
ムは確かに高温でもゲツタ作用を示すが、その作
用力が強すぎてBF₃ガスまで吸着してしまうので
ある。

かように、上記した(イ)，(ロ)の２つの条件を満足
するゲツタ、特に高温領域で作動するゲツタを備
えたBF₃比例計数管は、末だ実現されていない。

この発明は、以上の要請に応えるためになされ
たものであり、低温領域のゲツタとして活性炭ま
たはグラフアイトを用い、高温領域のゲツタとし
てはアルミニウムを用いることによつて、室温か
ら300℃程度の高温までの広い温度範囲にわたつ
て放射線劣化を極小にしたBF₃比例計数管を提供
することを目的とするものである。

以下、この発明を図面に示す一実施例について
説明する。第２図において、陰極８は、線状の陽
極２から電気的に絶縁され、陽極２と同軸的に位
置し、アルミニウムでなる中空円筒で形成されて
いる。陰極８の内面の一部分には活性炭９のコー
テイングが施こされている。端板３ａ，３ｂ、ガ
ス充填用パイプ４、BF₃ガス５、コネクタ６等は
第１図に示した従来のものに相当する。

以上の構成により、陰極８の内面の一部はアル
ミニウムが露出しており、コーテイングされた活
性炭９と共にこのアルミニウム露出面がゲツタと
して機能することになる。通常、アルミニウムの
ゲツタ作用力はあまり顕著ではないが、吸着され
るべきフツ素が、この場合、相当に活性であるの
で、ある程度の温度以上でアルミニウムはフツ素
に対してゲツタ作用を示す。したがつて、高温で
ゲツタ作用が低下する活性炭にとつて代わること
ができる。また、アルミニウムのゲツダ作用力は
あまり大きくないので、高温においてBF₃ガスま
でも吸着するというおそれはない。したがつて、
BF₃比例計数管の基本特性に何ら悪影響を及ぼす
ことなく、放射線劣化の原因となるフツ素を、広
い温度範囲にわたつて吸着できる。

つぎに、この発明の効果をさらに具体的に示す
ため、この発明の発明者らが行つた実験の一例に
ついて説明する。

アルミニウムを陰極材料とし、 (イ) 活性炭を陰極内面の約1/2の面積にコーテイ
ングしたBF₃比例計数管、 (ロ) 活性炭粒を管内端部に封入したBF₃比例計数
管、 (ハ) 活性炭を陰極内面全面にコーテイングした
BF₃比例計数管、 (ニ) ジルコニウムを陰極内面全面にコーテイング
したBF₃比例計数管、 (ホ) ジルコニウムと活性炭の混合物を陰極内面全
面にコーテイングしたBF₃比例計数管、 (ヘ) ゲツタとして何も封入、コーテイングしてい
ないBF₃比例計数管、 以上６種類のBF₃比例計数管を準備し、計数管
を動作状態、すなわち高電圧を印加した状態で、
約200R／Ｈの線量率のγ線を、まず室温下で照
射した。ちなみにこのγ線の線量率は、通常、原
子炉用のBF₃比例計数管の置かれる環境のγ線線
量率と同程度である。そして、約10⁴Rの照射量
で、活性炭をゲツタとして用いない上記(ニ)，(ヘ)の
２種類の計数管のみが劣化現象を示し、出力信号
パルスが小さくなつた。第３図は、以上のような
実験結果を波高分布特性の変化として示したもの
である。この図中、縦軸は計数、横軸は波高で、
ある波高をもつた信号の頻度を示し、曲線Ａは、
γ線照射前の波高分布であり、上記６種類の計数
管に共通であつて、大きな波高のところに分布の
ピークがある。なお、曲線Ａの左端部が急に立上
つているのは計測装置の回路ノイズによるもので
ある。曲線Ｂは、ゲツタとして活性炭を使用して
いない(ニ)，(ヘ)の計数管のγ線照射後の波高分布で
あり、波高の小さい方に大きく崩されており、回
路ノイズとの分離が十分にできないことがわか
る。活性炭をゲツタとして用いた(イ)，(ロ)，(ハ)およ
び(ホ)の計数管のγ線照射後の波高分布は、γ線照
射前に比べて実質的に変化が認められず、ほぼ曲
線Ａと同様であつた。なお、活性炭に代えてグラ
フアイトをゲツタ材料として同様の実験を行つた
ところ、同様の結果が得られた。これらの結果
は、活性炭、グラフアイトが、室温付近でフツ素
に対してゲツタ作用を呈し、アルミニウム、ジル
コニウムは室温付近では、フツ素を吸着しないこ
とを示している。又、活性炭のゲツタ作用は物理
吸着によるものであり、高温下ではこのゲツタ作
用が低下することが知られている。

つぎに、活性炭のフツ素に対するゲツタ作用の
作動温度範囲について調べるために、γ線照射済
の、照射による劣化を示さなかつた上記(イ)，(ハ)，
(ホ)３種類の計数管を、60℃，80℃，100℃，150℃
および200℃と順次に高温にしてその特性を調べ
た。これら３種類の計数管は、いずれも活性炭に
フツ素が物理吸着されており、高温になるとこの
フツ素が活性炭から放出されてBF₃比例計数管に
特性が悪化することが予想される。実験の結果
は、これら３種類の計数管いずれも100℃以下で
は有意な変化が認められず、150℃では波高分布
のピーク幅が少し広くなつたが、実用上、問題の
ない程度であつた。200℃においては第４図に示
す特性が見られた。第４図において、曲線Ｃ，Ｄ
およびＥはそれぞれ上記(イ)，(ハ)および(ホ)でなる計
数管についての特性である。この図で曲線Ｃ，Ｅ
はいずれも波高分布が崩れているが、曲線Ｃには
明瞭なピークが存在し、回路ノイズからの分離が
実用上問題なく行なうことができる。曲線Ｅは回
路ノイズからの分離はできているが、曲線Ｃに比
べ波高分布の崩れが大きい。曲線Ｄでは回路ノイ
ズからの分離が困難であることがわかり、実用上
の支障をきたす。

以上の実験結果は、つぎのように解釈される。
150℃程度までは、活性炭はフツ素のゲツタとし
て作動するが、200℃になるともはやその作用を
示さない。これに代わつて200℃ではアルミニウ
ムがゲツタ作用を開始するが、ジルコニウムはま
だゲツタ作用を十分発揮しない。しかも、250℃
程度以上の高温ではジルコニウムはBF₃ガスも吸
着してしまうことは前述したとおりである。

これらのことから、活性炭またはグラフアイト
とアルミニウムをゲツタとして用いたBF₃比例計
数管は、放射線照射によつて管内に生じるフツ素
を広い温度範囲にわたつて吸着でき、広い温度範
囲において放射線劣化を極小になしうる。

なお、以上の実施例では陰極材料にアルミニウ
ムを用い、活性炭を陰極内面に部分的にコーテイ
ング、または活性炭粒子を管端部に封入したもの
について説明したが、他の陰極材料、たとえばス
テンレススチールを使用したものについては、活
性炭とアルミニウムをゲツタとして管内に適宜に
導入しておけば同様の効果が得られる。導入の態
様は、陰極内面へのコーテイング、管内の一部に
粒状で封入する等が考えられる。又、活性炭に代
えてグラフアイトを用いてもよいことは勿論であ
る。

以上述べたようにこの発明は、フツ素ガスのゲ
ツタとして、活性炭、グラフアイトの少くとも一
種とアルミニウムを管内に存置させることによつ
て、BF₃比例計数管の基本特性を損うことなく、
広い温度範囲にわたつて放射線劣化を極小にで
き、中性子の検出、計数の信頼性を著しく向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のBF₃比例計数管の一部縦断側面
図、第２図はこの発明の一実施例の一部縦断側面
図、第３図はBF₃比例計数管のγ線照射による特
性の劣化を示す曲線図、第４図はこの発明と従来
品とのγ線照射による特性の劣化を比較した曲線
図である。 なお、第１図と第２図中、同一符号は同一また
は相当部分を示す。１，８：陰極、２：陽極、３
ａ，３ｂ：端板、４：パイプ、５：BF₃ガス、
６：コネクタ、７，９：ゲツタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空円筒状の陰極の両端に端板を気密に結合
   し線状の陽極を前記陰極内に同軸的に支持し、前
   記中空円筒内にBF₃ガスを充填すると共にフツ素
   ガスに対して吸着力を有する複数種のゲツタを存
   置せしめてなる比例計数管において、活性炭、グ
   ラフアイトの少くとも一種とアルミニウムを前記
   ゲツタとしてなることを特徴とする３フツ化ホウ
   素比例計数管。 ２ アルミニウムで形成した前記陰極の内面の一
   部に活性炭、グラフアイトの少くとも一種をコー
   テイングした特許請求の範囲第１項記載の３フツ
   化ホウ素比例計数管。 ３ アルミニウムで形成した前記陰極の内面の少
   くとも一部は前記アルミニウムを露出せしめ、活
   性炭、グラフアイトの少くとも一種を前記中空円
   筒内に存置せしめた特許請求の範囲第１項記載の
   ３フツ化ホウ素比例計数管。 ４ 活性炭、グラフアイト、アルミニウムの少く
   とも一種が粒状体として存置する特許請求の範囲
   第１項記載の３フツ化ホウ素比例計数管。 ５ 陰極を形成する材料がステンレススチールで
   ある特許請求の範囲第１項記載の３フツ化ホウ素
   比例計数管。 ６ 活性炭、グラフアイト、アルミニウムの少く
   とも一種が前記陰極の内面にコーテイングされて
   なる特許請求の範囲第５項記載の３フツ化ホウ素
   比例計数管。