JPS63148188A - シンチレーション検出器及びその製造方法 - 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、例えば、地球に穿設された連続する深さの中
ぐり穴で放射線を測定するのに使用されるシンチレーシ
ョン検出器、特に、性能及び耐久性が改善されたシンチ
レーション検出器に関する。

（従来の技術） シンチレーション検出器（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ
　ｄｅｔｅ−ｃｔｏｒ）は、電離粒子（ｉｏｎｉｚｉｎ
ｇ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）に曝されると発光を行なうシ
ンチレーション結晶体を備えている。結晶体は、結晶体
からの光を受けて反射する反射器により包囲されている
。結晶体と反射器は、結晶体が発生する光に対し半透明
な窓を有するハウジングに収容されている。結晶体から
の光は、次に、窓を通過して光電子増倍管に導かれ、電
気信号に変換される。この方法は、存在する同位体の種
類と量を同定するのに使用することができる。

かかる検出器において使用される結晶体は、一般に、タ
リウムで活性化されたハロゲン化金属結晶体のような、
ハロゲン化金属結晶体である。これらのハロゲン化金属
結晶体は一般に吸湿性であり、表面に空気中の水分を吸
収する。これにより、フィルムが結晶体の表面に形成さ
れ、結晶体の壁の反射能を劣化させるとともに、光出力
を著しく低下させる。光出力の低下が起こると、結晶体
の性能に悪影響を及ぼすことになる。かかる弊害を防止
するため、検出器を乾燥室内で組立てて、水分への暴露
を少なくするとともに、シンチレーション結晶体を金属
容器またはハウジング内に気密に封入するようにしてい
る。

本譲受人に譲渡された米国特許第４，００４，１５１号
には、本発明と関連のあるタイプのシンチレーション検
出器が開示されている。この米国特許に記載の検出器は
、シンチレーション検出器を封入する管状ケースを備え
ている。管状ケースは、一端がプラグまたはキャップに
より閉止され、結晶体が光学的に結合されている他端で
は、結晶体が窓に向けてばね付勢されている。このばね
付勢により、ケース材料よりも結晶体の熱膨張係数が大
きい結果生ずる、ケースに対する結晶体の熱膨張を許容
するようになっている。更に、上記米国特許には、かか
る装置に使用されるシンチレーション結晶体と、該結晶
体の機能及び要件とが詳細に検討されている。

本譲受人に譲渡された米国特許第４，１５８，７７３号
には、衝撃吸収性を改良して結晶体を保護するとともに
、結晶体の光反射性を高めるように、軟質で弾性のある
シリコーンゴムスリーブからなる特定の光転送及び反射
手段を有するシンチレーション検出器が記載されている
。

同じく、本譲受人に譲渡された米国特許第４．３８３．
１７５号には、結晶体の水分への暴露を低減させるよう
に改良された、気密に封着されたハウジングと窓とのア
センブリを備える同様のシンチレーション検出器が記載
されている。

（発明が解決しようとする問題点） シンチレーション検出器の主な用途の１つに、油井工業
がある。検出器は、岩屑に関する地質データを集めて、
油井が有効な油田であるかどうかを決定するために、他
の器具とともに中ぐり穴（ｔ＋ｏｒｅ　ｈｏｌｅ）内を
降下される。この方法は、通常、油井検層（ｏｉｌ　ｗ
ｅｌｌ　ｌａｇｇｉｎｇ）として知られている。中ぐり
穴を降下する際、器具全体は、１００乃至１５０ｇとい
う大きい衝撃荷重を受けるとともに、２００℃程度の高
温に曝される。従って、結晶体を特殊な衝撃取付は技術
（ｓｈｏｃｋ　ｍｏｕｎｔｉＢｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）
により容器内に取付けて、結晶体の損傷を防止するよう
にしている。

本発明は、検出器のこのような状態での使用に際して遭
遇する大きな問題点を明らかにするとともに、かかる問
題点に対処するものである。問題点とは、大きな衝撃と
振動荷重により、検出器の内側にある反射媒体が変位即
ち移動する（ｓｈｉｆｔ）ことと、検出器が１５０乃至
２５０℃の温度に長期間連続して暴露されることにより
、褐色のフィルムが結晶体の表面に形成されるというこ
とである。

このような現象が起こると、検出器の性能は劣化する。

これらの問題点が今まで理解されなかった理由の１つと
して、使用中はシンチレーション検出器に近づけないこ
とが挙げられ、性能の低下の原因を、主に、設着及び使
用中に遭遇する機械的及び熱的外傷に求めていた。

油井検層用結晶体は、一般に、ハウジングの一端におい
て出口窓に結合される細長い形状をしている。窓は、光
電管に結合されている。かかる構成の結晶体の性能は、
実質上、結晶体の全長に沿って均一な発光を行なうこと
ができるかどうかによる。過剰な振動により粉末反射体
の移動が起こると、発光のバランスが崩れ、性能が劣化
する。

この問題を解決するため、良好な反射特性を有する高温
プラスチックである、デュポン社の商標「テフロンＪ　
（Ｔｅｆｌｏｎ）と知られているテトラフロオロエチレ
ンを、反射器として使用することが試みられた、この材
料は、高温下での結晶体のＷ張を許容するとともに、衝
撃及び振動を受けても移動しない著しく有効な固定反射
器を提供することができる。しかしながら、このテープ
には、温度劣化が長期間に亘って起こるとともに、約６
０パーセントという大きな光出力の低下を招くという欠
点がある。

本発明は、粉末反射器とテフロンテープの双方を使用し
たときに生ずる劣化を防止するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、新規かつ改良されたシンチレーション検出器
に関するものである６本発明はまた、シンチレーション
検出器の改良された製造方法に関するものである。

本発明によれば、気密に封止されたハウジングに、非反
応性ガスの雰囲気において細長いシンチレーション結晶
体が封入されている。

実施例においては、ハウジングは、一端に光透過性の窓
を有するステンレス鋼製のチューブ力）らなる、窓は、
窓を／＼ウジング内に封止する窓アセンブリ内に保持さ
れている。

シンチレーション結晶体は、ガンマ線の電離粒子のエネ
ルギを光エネルギに変えることにより機能する。有効な
結晶体としては、タリウムの混入によって活性化された
アルカリ金属ハロゲン化物結晶体、ハロゲン化セシウム
結晶体、ゲルマニウム酸ビスマス及びプラスチックシン
チレータがある。

結晶体の性能は、得られた光を如何に有効に集めること
ができるといフことによるので、結晶体は、３００乃至
５００ｒ＋ｍの波長の範囲にある光の反射器によって包
囲されている。更に、この反射器は、結晶体を衝撃から
保護する作用も行なう、かくして、反射器としてＡ　Ｉ
　２０３またはＭｇＯのような金属酸化物の反射性粉末
体を使用するのが望ましい、テフロンテープを結晶体の
表面に巻付けるのも、有効である。

反射器−緩衝器によって包囲された結晶体は、結晶体の
水分及び酸素のような友応性ガスへの暴露を実質上低減
させる雰囲気においてハウジングに封入される０本発明
の−の実施例においては、結晶体は、窒素、ＣＯまたは
貴ガスのような非反応性ガスｑ雰囲気において封入され
る。

従って、本発明のシンチレーション検出器は、電離粒子
のエネルギを光エネルギに変換することができるシンチ
レーション部材と、シンチレーション部材に光学的に結
合された光透過手段を備え、シンチレーション部材を封
入するハウジングと、ハウジングを気密に封止するシー
ル手段と、前記ハウジング内に形成されたシンチレーシ
ョン部材と実質上非反応性の雰囲気とを備えることを特
徴とする構成に係る。

更に、本発明のシンチレーション検出器は、アルカリ金
属ハロゲン化物結晶体からなり長手方向へ延びる外面を
有する細長いシンチレーション部材と、シンチレーショ
ン部材に光学的に結合された光透過性窓とシンチレーシ
ョン部材を外部から加えられる力から保護する緩衝手段
とを備えかつシンチレーション部材を封入する／＼ウジ
ングと、シンチレーション部材の長手方向へ延びる外面
の実質１全てと協働しかつ約３００乃至５００ｎｍの波
長を有する光を反射する反射手段と、ハウジングを気密
に封止するシール手段と、ハウジング内に形成され、約
１５０乃至２００℃の温度でシンテレ−９３フ部材と実
質上非反応性の雰囲気とを備えることを特徴とする構成
に係るものである。

本発明はまた、かかる検出器の製造方法に関する。実施
例においては、結晶体は、ハウジングに非反応性雰囲気
において封入される。かかる封入は、非反応性ガスが充
填された作業ボックスにおいてパージされた（ｐｕｒｇ
ｅｄ）素子を組立ることにより行なうことができる。

別の実施例においては、検出器は、検出器を組立て、次
にハウジングを排気し、非反応性ガスを使用してハウジ
ングを裏充填する（ｂａｃｋｆｉｌｌ）ことにより形成
することができる。あるいは、この実施例においては、
組立て後に、検出器内の雰囲気を非反応性ガスでパージ
する。

かかる技術により、温度安定性がありかつ容器の内側で
変位即ち移動する反射器による変動のない油井検層検出
器を製造することができる。

即ち、本発明の、シンチレーション部材、ハウジング及
びハウジングシール手段を含む素子を有するシンチレー
ション検出器屯製造方法は、シンチレーション部材をハ
ウジング内に配置する工程と、約１５０乃至２００°Ｃ
の温度でシンチレーション部材と実質上非反応性の雰囲
気をハウジング内に形成する工程と、シンチレーション
部材をハウジング内に気密に封入するようにハウジング
とハウジングシール手段とを組合せる工程と４ムコるこ
とを特徴とする構成に係るものである。

（実施例） 第１図は、本発明の好ましい実施例に係るシンチレーシ
ョン検出器を示す、検出器は、円筒形のシンチレーショ
ン結晶体（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｒｙＳｔａｌ
）目を包囲する、管状のステンレス鋼製ハウジングＩＯ
を備えている。

結晶体は、タリウム、ナトリウムまたは希土類元素の混
入によって活性化された、Ｎａ１（Ｔｌ）、ＫＢｒ（Ｔ
ｌ）　、ＫＩ（Ｔｌ）及びＫＣｌ（Ｔｌ）　、　ＣｓＩ
（Ｔｌ）、Ｃ３ｌ（Ｎａ）及びし１ｆ（Ｅｕ）のような
アルカリ金属ハロゲン化物、ゲルマニウム酸ビスマス、
またはＮＥ１０２ポリビニルトルエンプラスチックのよ
うなプラスチックシンチレータから形成することができ
る。プラスチックシンチレータは、分子間結合がイオン
結晶体の結合と比較して著しく弱く、かつ、光ルミネツ
センスが最初に励起された電子状態の逆励起により生ず
る分子結晶である。不飽和環状分子即ちベンゼンまたは
ベンゼン誘導体のような高い共鳴エネルギを有する分子
は、潰れた有機シンチレーション特性を発揮する。プラ
スチックシンチレータは、固体のプラスチック基体に溶
解した１つ以上の蛍光有機化合物のマトリックスから構
成することができる。蛍光体化合物の幾つかの例として
、ｐｏｐｏｐ　、テトラフェニルブタジェン、ブチル−
ＰＢＤ及びナフタレンを挙げることができるが、これら
に限定されるものではない。プラスチック材料には、例
えば、ポリビニルトルエン、ポリスチレン、ポリメチル
メタクリレート、ポリエチルメタクリレート及びこれら
のコーポリマがある。これらのプラスチックは、ジビニ
ルベンゼンのような架橋付加物を含むことができるが、
これに限定されるものではない６本譲受人に譲渡された
ノークス（Ｎｏａｋｅｓ）の発明に係る米国特許Ｓ　３
，９８０，７５８号には、有機シソチレーションマトリ
ックスが記載されている。

ハウジングｌＯは、一端が窓アセンブリ１３によって閉
じられ、他端が金属プラグまたはキャップ１４によって
閉じられた管状の金属本体１２からなる。

窓アセンブリ１３とプラグ１４は、本体１２の端部にお
いて、参照番号１７及び１８で示す部分での周辺溶接に
より、それぞれ封止されている。

結晶体１１は、滑らかな円筒外面２１と、平坦かつ平行
な端面２２及び２３とを有する直角円筒体を提供するよ
うに、切断即ち機械加工されている。端面２２は、窓ア
センブ７正隣接して配置され、ばねシステム２４が、結
晶体１１を窓アセンブリー３へ向けて弾性により付勢す
るように、端部キャップまたはプラグ１４と他方の端面
２３との間に配置されている。これにより、結晶体１１
と窓アセンブリ１３との間に、適宜の光学結合材２６を
介して光学結合（ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ）
が形成される。ばねシステム２４と結晶体１１の端面２
３との間には、シンチレーションを行なう光反射材から
形成されたパックプレート２７が配置されている。２示
の実施例においては、ばねシステム２４は、幾つかの波
ばね（ｗａｖｅｓｐｒｉｎｇ）とスペーサプレートを備
えている。しかしながら、所望の場合には、別のタイプ
のばねシステムを利用することができる。

窓アセンブリー３は、窓保持リング３２内に気密に封着
された円筒形のガラス片３【から形成されている。ガラ
ス材は、シンチレーション結晶体１１に電埜線（ｉａｎ
ｉｚｉｎｇ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ）が射突するときに結
晶体が発生する光に対して透明となっている。

窓アセンブリー３に使用することができるガラスとして
、例えば、室温における熱膨張係数が約８ｘ−８−６、
４−８ １０乃至１０！１０　ｃｍ／ｃｍ／℃（約８ｘｌＯ乃至
１０！１０　インチ／インチ／”０）のソーダ石灰ガラ
スがある。

リング３２は、例えば、約８ｘ１０　　乃至１２ｘｌｏ
　　ｃｍ／ｃｍ／　’Ｃ（約８！１０　　乃至１２ｘｌ
Ｏインチ／インチ／　”Ｃ）の熱膨張係数を有するステ
ンレス鋼製のリングとすることができる。特定のアセン
ブリに関して、圧縮シールが所望される場合には、リン
グ３２は、ガラス３１よりもわずかに大きい熱膨張係数
を有するように選択され、かかる熱膨張の差は、ガラス
３１とリング３２との界面３３に圧縮シール（ｃｏｍｐ
ｒｅ−ｓｓｉｏｎ　５ｅａｌ）を形成するのに使用され
る。

必要な場合には、気密シールを提供するのに圧縮シール
だけを使用することができる０例えば、リングがニッケ
ルめっきの冷間圧延鋼から形成されている場合には、ガ
ラスはニッケルめっき材料とは有意の化学結合を形成し
ない、しかしながら１例えば、上記したように、熱膨張
係数が関係し、かつ、冷却が適正に制御される場合には
、リングには張力がかけられ、ガラスは圧縮状態に置か
れて、両者間に圧縮シールが形成される。

圧縮シールは、木製受人に譲渡された米国特許第４，３
８３，１７５号に記載されているように、ガラスがリン
グと接触して流れるようにガラスの加工温度よりも高い
温度にガラス３１とリング３２とを加熱することにより
、形成することができる。この米国特許には、管状の金
属本体１２．　リング３２及びキャップ１４の溶融を伴
なう、窓アセンブリ１３の管状本体１２への固着構造と
方法が記載されている。同様な方法を使用して、キャッ
プ１４を管状本体１２の他端に封着することができる。

冷却後は、必要な場合には、ガラス３１の研削と研磨を
行ない、所望のシンチレーション光透過特性を得ること
ができる。

結晶体１１の外面２１には、２つの機能を行なう反射媒
体２８が配置されている。この媒体の第１の機能は、光
を反射するとともに、結晶体が発生する光の収集を改良
することにより検出器の性能を改良する機能である０反
射媒体２８の第２の機能は。

検出器が使用中に遭遇する可能性のある高い衝撃荷重か
ら結晶体を保護することを助成する機能である０本発明
の第１の実施例においては、反射媒体２８は、ＡＩ　Ｏ
またはに８０のような金属酸化物のごとき光反射粉末体
である。粉末体は、結晶体１１の と管状のハウジング１２とに間に充填される。テトラフ
ルオロエチレン［テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）］の削す取
りシー）　（Ｓｋｉｖｅｄ　５ｈｅｅｔ）のような潤滑
層を結晶体面２１と反射媒体２８との間に配置して、Ｉ
！！）膨張係数の差により結晶体１１にかかる負荷を低
減させることができる。

結晶体１１の両端の周囲には、０−リング２９と３０が
配設されている。これらの０−リングは、結晶体１１の
整合性を保持するとともに、結晶体の長手方向に沿って
、充填された粉末体を封止して、粉末体を結晶体の面と
接触させる作用をなす。このようにして、粉末体は、実
質上、固体のスリーブのように保持される。

第２図に示す本発明の別の実施例においては、反射媒体
１２８は、一層以上のテフロンテープのようなテフロン
である。テープは、テープの縁部・がオーバーラツプす
るように、結晶体の曲面に巻かれている。第２図におい
ては、結晶体１１は、３つのテフロン層１３５が形成さ
れるようにテープで巻かれている。約０．０２５ａｍ（
０，００１インチ）のアルミニウム箔がテフロン層を覆
い、更に、もう１層のテフロンテープ１３７で被覆され
ている０本実施例においては、注型材料または粉末のよ
うな緩衝材の別の層１５０を使用して、結晶体を衝撃か
ら保護するとともに、更に支持体を提供することができ
る。平坦な端面１２２は覆われてはおらず、窓１３１を
介して光の測定を行なうことができるようにしている。

結晶体は、非反応性雰囲気において管状ハウジングに封
入される。これまでは、ハウジング内の雰囲気がシンチ
レーション検出器の性能と寿命に影響を及ぼすことは知
られておらず、結晶体は空気雰囲気において封入されて
いた。

空気雰囲気を使用することにより呈される問題は、検出
器が中ぐり穴内を降下されるときに特に、明らかになっ
てきた。検出器の性能が現場において低下することが以
前から知られていたが、こへらの問題が今日になって理
解されだしており、次のように明らかにされている。検
出器は、加工工程にあるとき及び所定の位置に配置され
ているときに、高い衝撃負荷と高温に曝される。このよ
うな条件にあると、反射充填層２８に変化が明らかに起
こり、結晶体の劣化（ｄｅｇｒａｄａｔ　’ｒａｎ）を
招く０反射粉末体が使用される場合には、高い衝撃と振
動の負荷により、反射粉末体が変位即ち移動（ｓｈｉｆ
ｔ）を起こす。その結果、結晶体が１００乃至２００°
Ｃの高温で、密閉容器において酸素含有雰囲気に長期間
環されることになり、褐色の薄膜即ちフィルムが結晶体
の表面に形成される。このフィルムは結晶体を包囲する
反射媒体の効率を低下させる。

シンチレーション検出器の結晶体１１は、一端が光電子
増倍管に光学的に結合された細長い直角の円筒体である
。結晶体の適正な性能を確保するためには、結晶体の全
長に沿って均一な発光が必要である０反射媒体の移動が
起こると、光の発生のバランスが崩れる。この問題は、
結晶体の表面２１が酸素雰囲気に一層暴露され、光妨害
フィルムが結晶体の表面に形成される場合に、増幅され
る。

粉末反射媒体と空気雰囲気とを有する検出器の劣化によ
り、光出力を１０乃至２０％低下させることが観察され
た。

この劣化の問題は、実質上、反射粉末媒体２日の移動の
結果によることがわかった。この問題に対する１つの解
決策は、粉末体を結晶体の表面と接触させて適所に保持
し易くするように、０−リング２９と３０を使用するこ
とであった。この問題に対する別の解決策として、（第
２図に示すように）テフロンテープを反射媒体２８の代
りに使用する試みがなされた。テフロンが選ばれたのは
、良好な反射性を有する高温プラスチックであるからで
ある。同様な特性を有する別のプラスチックも使用する
ことができるものと考えられる。テフロンは、結晶体が
膨張することができ、しかも衝撃及び振動下において移
動を起こさないように十分柔軟であることがわかった。

しかしながら、粉末反射体の代りにテフロンテープを使
用しても、長期間の温度劣化が増大するので、劣化の問
題を解決することにはならなかった。光の出力は、８０
％も低下した。テープがフィルムを結晶体の表面に捕え
るとともに、アルミニウム箔または反射スリーブのよう
な他の固体物質が同じ態様で作用することがわかった。

本発明は、結晶体１１を非反応性ガス雰囲気において封
入することにより、これらの問題を解決することができ
る。適当なガスとして、例えば、窒素、二酸化炭素及び
アルゴンがあるが、不活性または比較的非反応性の雰囲
気も同様に作用する。

本発明において使用されているように、非反応性雰囲気
は、反応性のある酸素を含まない、あるい１よ酸素を実
質上欠乏する雰囲気として理解されるべきである。

所望の結果を達成するのに、幾つかの方法を使用するこ
とはできる。下記の実験例は、本発明を例示するもので
ある。

非反応性ガスを用いて結晶体１１を封入することができ
、あるいは封入後にハウジング１０を排気してから非反
応性ガスを充填することができる。あるいは、封入後に
、全ての反応性ガスが非反応性ガスで置換されるまで、
ハウジング１０をパージする（ｐｕｒｇｅ）することが
できる。

非反応性ガスを用いて封入を行なうため、非反応性雰囲
気を含む作業ボックス内で検出器を組立てることができ
る。清浄にされた検出器の素子を作業ボックスに入れ、
アルゴンのような適宜のガスでパージする０次に、素子
を、アルゴン雰囲気を含む作業ボックス内で組立てるこ
とができる６次に、ハウジングを封着する。

あるいは、公知のように封止されたユニットを形成する
ようにも検出器を組立てることができるが、この場合に
！±、次に、ハウジング内の雰囲気を排除して、非反応
性ガスを充填する。あるいは、反応性ガス雰囲気の封止
ユニットを、非反応性ガスで洗浄するなどしてパージす
ることができる。ハウジングからあふれ出るガスが非反
応性であり、かつ、組成が安定した（即ち、非反応性ガ
スが比較的純粋である）ときに、／＼ウジングを封止す
ることができる。

（実験例） 以下１本発明を実験例に基づいて説明するが、実験例は
、本発明を限定するものではない。

実験例Ｉ Ｇ−型温度劣化に及ぼすアルゴンの影響テフロンテープ
を用いて４つの検出器を組立てたが、２つは現在行なわ
れている標準的な手順により組立て、他の２つはアルゴ
ン雰囲気において組立てた。

製造 検出器の組立てに乾燥ボックスを使用した。このボック
スは、材料を組立てることができるようにグローブを有
する封止された出入口により出し入れすることができる
密閉環境を形成する容器からなるものであった。乾燥ボ
ックスを開放し、十分１こ清浄にした。検出器の器材（
ｈａ　ｒｄｗａ　ｒ　８）を通常の振とう及びベーク法
ｌ５ｈａｋｅ　ａｎｄ　ｂａｋｅ　ｍｅｔｈｏｄ）によ
り清浄にした。シンチレーション結晶体を乾燥ボックス
においてガラスに結合（１ｎｔｅ　ｒｆａｃｅ）させた
。全ての器材、被覆（ｃａｎｎｉｎｇ）材料及び反射器
材料を清浄な溶接ボックスに入れた。２つのアルゴン検
出器については、アルゴンシリンダの露点（ｄｅｗｐｏ
ｉｎｔ）を自動露点メータで測定したところ、−５５℃
であった０次に、アルゴンシリンダを溶接ボックスに取
付け、露点メータで一５５°Ｃ（７）　露点が得られる
まで、ボックスをアルゴンでパージした。

組立て 空気またはアルゴン雰囲気において、結晶体の表面を通
常の手順で調整した。結晶体にテフロンテープを３回巻
付け、次に、約０．０２５ｍｍ（０，００１インチ）の
アルミニウム箔の層の被着と、テフロンテープの第４の
巻付けを行なった。次に、結晶体を、脱水空気またはア
ルゴン雰囲気において、それぞれのハウジングに溶接し
た。

試験方法 約５　ｃ　ｍ　（２”）の標準的なチューブを使用して
、パルス波高と分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を測定
した。約２、Ｈｃｍ　！　２．８６ｃｍ（１−１／８″
Ｘ　１−１／８”）の標準的な結晶体を標準チューブの
チャンネル１０００にセットした。電子パルサ（ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｕｌｓｅｒ）もまたチャンネル１０
００にセットした。１８０℃への緑返し熱サイクルの前
後における４つの約３．８ｃＩＩ＋　ｘ　Ｉｏ、２ｃｍ
（１−１／２”Ｘじ）の結晶体のパルス波高と分解能を
所定の温度での４時間のソーク（ｓｏａｋ）により測定
した。結果とデータは下記の通りであった。

データの判定 シンチレーション結晶体の性能は、−木のガンマ線の射
突に応答して発生される光の輝度に関して定めることが
できる。記録された光は、曲線の高さがパルス波高また
はピークチャンネル（ｐｅａｋｃｈａｎｎｅｌ）と呼ば
れ、曲線の幅が共振（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）と呼ばれる
ガウス分布を有している。シャープな共振はど、一層明
瞭なパルス分解能と、一層大きいパルス波高を示す。

シンチレーション結晶体に関するこれらの測定は２回行
なった。１回は結晶体の長袖と平行なソース配向（Ｓｏ
ｕｒｃｅ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）で行ない、これは
「エンドオン」（”ｅｎｄ　ｏｎ”）測定として知られ
ている。もう１回は結晶体の長袖と交差するソース配向
で行ない、これは「ブロードビーム」（“ｂｒｏａｄｂ
ｅａｍ”）１１１定として知られている。理想的に（±
、結晶体がバランスされている場合には、これら２つの
測定値は互いに近似する１オずである。

結果を以下に示す。ｒ　ＰＨＪはパルス波高を示し、ｒ
ＲｅｓＪは共振を示す。

分析 ２回の１６０℃４時間サイクル後では、アルゴン充填の
２つの検出器は、パルス波高が平均２．２％ｍ少したが
、２つの空気充填サンプルは、平均８．４ｚ減少した。

２回の１８０℃４時間サイクル後では、２つのアルゴン
充填検出器は、パルス波高が更に２．２ｚ減少したが、
空気充填サンプルは更に１４．４％減少した。２回の２
００°Ｃ４時間サイクル後では、アルゴン充填サンプル
はパルス波高の全サイクルの全損失はＥｉ、ＩＩＨであ
ったが、空気充填サンプルのパルス波高の全損失は、４
０．７％であった。

これらの試験から、検出器−ハウジングアセンブリを空
気の代りに非反応性ガスで置換すると。

検出器の性能と検出器の性能の持続時間が実質上増大す
ることがわかる。本発明のかかる効果は、検出器が曝さ
れる温度が上昇し、かつ、不利な状態に曝される時間が
長くなるにつれて、一層顕著になることがわかる。

非反応性雰囲気が空気よりも好ましいということがこれ
まで自明でなかったのは、非反応性雰囲気の使用の利点
が、高温において長時間曝される場合にだけにしか明ら
かにならないからである。

結晶体をアルゴン雰囲気に封入したときの結晶体のパル
ス波高は、装置を長期間熱に曝す前は、空気中における
ものよりも低い。

実験例２ 試験方法 実験例１と同様の製造、組立て及び試験手順に従って、
実験を行なった０本実験例においては、検出器の性能は
、下記の表に示すサイズの結晶体及び表に示すようにし
てつくった結晶体に関して試験した。パルス波高は、時
間ゼロ、１８５°０２４時間後、及び２００°０１２時
間後に測定した。パルス波高の変化は、当初の値に対す
る変化のパーセントとして記録した。

分析 本実験例においても、非反応性雰囲気を有する検出器に
関するパルス波高は、充分なレベルに保持されていた。

最初の試験サンプルの２００　’０２４時間後のパルス
波高を更に測定したが、１２時間後のサンプルに対し有
意な変化はみられなかった（即ち、それぞれ＋２．Ｅ１
％　と１２．５％であった）、この実験例から、アルゴ
ンのような不活性ガスが好ましい雰囲気であるが、窒素
及びＣＯ１雰囲気のような非反応性雰囲気を有する検出
器も、空気雰囲気の検出器よりも良好な性能を発揮する
ことがわかる。

実験例３ 温度劣化に及ぼす窒素の影響 約３．８ｃＩＩｌ！　ＩＱ、２ｃｍ（１，５”　！じ）
の寸法の結晶体をそれぞれ有する４つの検出器を、テフ
ロンテープ反射体を使用して組立てた。このうちの２つ
は通常の標準的な手順で組立て、残りの２つは窒素雰囲
気において組立てた。

製造 実験例１に記載した乾燥ボックスを使用して検出器の組
立てを行なった。器材を通常の振とう及びベーク法によ
り清浄にした。結晶体を乾燥ボックスにおいてガラスと
結合させた。器材、被覆材及び反射材の全てを、清浄な
溶接ボックスに入れた。窒素シリンダの露点を自動露点
メータで測定したところ、−５５℃であった。次に、窒
素シリンダを溶接ボックスに取付け、露点メータでの測
定により一５５℃の露点が得られるまで、ボックスを窒
素でパージした。これには、２時間を要した。

組立て 結晶体の表面を、窒素雰囲気において、標準的な手順に
より調整した。結晶体を、テフロンテープで３回巻き、
更に約０．０２５ｍｍ　（０，００１インチ）のアルミ
ニウム箔の層を巻くとともに、テフロンテープで４回目
の巻き付けを行なった０次に、結晶体を窒素雰囲気にお
いてそれぞれのハウジングに溶接した。

試験方法 約５．１ｃｍ（２”）の標準チューブを使用してパルス
波高と分解能を測定した。約２．８８ｃｍ　ｘ　２．８
８ｃｍ（１−１／８”！　ｌ−１／８”）の標準結晶体
を、標準チューブのチャンネル１０００にセットした０
Ｍ、子パルサも、チャンネル１０００にセットした。約
３．８ｃｍ　ｘｌｏ、２ｃｍ（１−１／２”　！じ）の
結晶体のパルス波高及びパルス波高分解能を、所定温度
での４時間ソータを伴なう１６０°Ｃへの繰返し熱サイ
クルの前後において測定した。結果とデータは、下記の
表に示す通りであった。

分析 窒素を使用したサンプルのパルス波高の変化は、アルゴ
ン使用のサンプルで観察されたほど良好ではなかったが
、この変化は、比較的安定し、空気中で封入され、同様
な条件に曝されたサンプルに関して観察された変化の量
の約半分であった。従って、本発明において使用するの
に適した非反応性ガスであることがわかる。

サイクル前 実験例４ 温度劣化に及ぼす真空の影響 ねじ付き端部と０−りングシールとを備えた約３．８ｃ
ｍ　ｘ　１５．２ｃｍ（１，５″ｘ　８”）のハウジン
グをつくった。＃！のチューブをハウジングの後部内に
はんだ付けし、排気を行なうことができるようにした。

約３．８ｃｍ　ｘ　１５．２ｃｍ（１，５″ｘ６″）の
結晶体をこの容器の窓に結合させた。結晶体の全体を乾
燥ボックス内でベーパ仕上げし、容器内に封入した０反
射体は使用しなかった。全ての器材を清浄にし、組立て
る前にヘリウムリークチェッカ（ｈｅｌｉｕｍｌｅａｋ
　ｃｈｅｃｋｅｒ）を用いてリーク処理した０次に、結
晶体のリークチェックを行なった。この時、リークチェ
ッカは、わずかな漏れがあることを検出したが、正確に
確認することはできなかった６次に、検出器を炉に入れ
、研究用炉真空装置に取付けた。次に、検出器を１ミク
ロンよりも低いレベルまで排気し、−夜ポンプにかけた
。炉を１６時間２１５°Ｃまで上げ、真空装置を検出器
に１作用させた。ベータサイクルの前後で、パルス波高
と分解能の測定を行なった。結果は下記の表に示す通り
であった０次に、検出器をシールし、２１５℃で１８時
間再度ベータ処理した。パルス波高及び分解能を再度測
定した。結果は下記の表に示す通りであった・ シールした状態でのベークの際、真空ゲージは５００　
ミクロンまでドリフト（ｄｒｉＨ）　ｌ、で止り、わず
かなリークがあることを示した。

ここで、実質上の出力降下（ｄｒｏｐ−ｉｎ　ｏｕｔｐ
ｕｔ）があったので、結晶体を容器から取出した。この
時点では１表面の水和はなかった０次に、結晶体をテフ
ロンテープで巻いたが、褐色の変色が結晶体の表面に生
じていることが明らかになった。

比較のため、約２．８８ｃｍ　ｘ　２．８８ｃｍ（１−
１／８”　ｘ　ｌ−１７８”）の標準結晶体を使用して
パルス波高の測定を行なった。

分析 真空でのサンプルは、アルゴンを用いたサンプルはど有
効ではなかった。得られた結果の少なくとも一部は、ピ
ンポイント（ｐｉｎｐａｉｎｔ）リークが原因している
ことが考えられる。しかしながら、外挿法（ｅｘｔｒｐ
ｏｌａｔｉｏｎ）によれば、同じ条件テノ、空気を用い
たサンプルよりも優れていることがわかった拳 （効果） 以上のように、本発明のシンチレーション検出器は、良
好な温度安定性を発揮することができるとともに、良好
な光出力を保証することができる。更に、本発明によれ
ば、かかる優れたシンチレーション検出器を提供するこ
とができる。

本発明を特定の実施例及び実験例により説明したが、上
記説明は、単なる例示であって、本発明の精神と範囲に
おいて、種々の変更と修正を行なうことができるのは、
当業者にとって明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシンチレーション検出器の実施例
を示す側断面図、第２図は本発明に係るシンチレーショ
ン検出器の実施例を示す側断面図である。 １０−−−／、ウジング、１１−−−結晶体、１２．。

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）電離粒子のエネルギを光エネルギに変換すること
   ができるシンチレーション部材と、 シンチレーション部材に光学的に結合された光透過手段
   を備え、シンチレーション部材を封入するハウジングと
   、 ハウジングを気密に封止するシール手段と、 前記ハウジング内に形成されたシンチレーション部材と
   実質上非反応性の雰囲気とを備えることを特徴とするシ
   ンチレーション検出器。
2. （２）シンチレーション部材から光を受けかつ該光を反
   射する反射手段を前記ハウジング内に備えることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のシンチレーション
   検出器。
3. （３）シンチレーション部材を外部より加えられる力か
   ら保護する緩衝手段を備えることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載のシンチレーション検出器。
4. （４）前記シンチレーション部材はアルカリ金属ハロゲ
   ン化物結晶体、ハロゲン化セシウム結晶体、ゲルマニウ
   ム酸ビスマス及びプラスチックシンチレーション組成物
   よりなる群から選ばれる材料から形成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のシンチレーション
   検出器。
5. （５）前記シンチレーション部材はＮａＩ（Ｔｌ）、Ｎ
   ａＢｒ（Ｔｌ）、ＫＢｒ（Ｔｌ）、ＫＩ（Ｔｌ）、ＫＣ
   ｌ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）及びポリ
   ビニルトルエンプラスチックシンチレータよりなる群か
   ら選ばれる材料から形成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のシンチレーション検出器。
6. （６）雰囲気はヘリウム、アルゴン、窒素及び二酸化炭
   素よりなる群から選ばれる少なくとも１つのガスまたは
   真空雰囲気からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のシンチレーション検出器。
7. （７）雰囲気は貴ガスからなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のシンチレーション検出器。
8. （８）反射手段と緩衝手段はハウジングにシンチレーシ
   ョン部材を囲むように配設された反射性金属粉末体から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のシ
   ンチレーション検出器。
9. （９）反射手段はポリテトラフルオロエチレンからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のシンチ
   レーション検出器。
10. （１０）アルカリ金属ハロゲン化物結晶体からなり長手
    方向へ延びる外面を有する細長いシンチレーション部材
    と、 シンチレーション部材に光学的に結合された光透過性窓
    とシンチレーション部材を外部より加えられる力から保
    護する緩衝手段とを備えかつシンチレーション部材を封
    入するハウジングと、 シンチレーション部材の長手方向へ延びる外面の実質上
    全てと協働しかつ約３００乃至５００ｎｍの波長を有す
    る光を反射する反射手段と、 ハウジングを気密に封止するシール手段と、ハウジング
    内に形成され、約１５０乃至２００℃の温度でシンチレ
    ーション部材と実質上非反応性の雰囲気とを備えること
    を特徴とするシンチレーション検出器。
11. （１１）反射手段と緩衝手段は反射性粉末金属から形成
    されることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載
    のシンチレーション検出器。
12. （１２）反射手段はポリテトラフルオロエチレン層から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の
    シンチレーション検出器。
13. （１３）シンチレーション部材、ハウジング及びハウジ
    ングシール手段を含む素子を有するシンチレーション検
    出器の製造方法において、 シンチレーション部材をハウジング内に配置する工程と
    、 約１５０乃至２００℃の温度においてシンチレーション
    部材と実質上非反応性である雰囲気をハウジング内に形
    成する工程と、 シンチレーション部材をハウジング内に気密に封入する
    ようにハウジングとハウジングシール手段とを組合せる
    工程とを備えることを特徴とするシンチレーション検出
    器の製造方法。
14. （１４）前記工程は連続的に実施されることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１３項に記載の方法。
15. （１５）シンチレーション部材と反応性のあるガスの成
    分をパージする初期工程を備えることを特徴とする特許
    請求の範囲第１４項に記載の方法。
16. （１６）約１５０乃至２００℃の温度においてシンチレ
    ーション部材と実質上非反応性である雰囲気を有する密
    閉系において前記全ての工程を実施することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１４項に記載の方法。
17. （１７）ハウジングを組立てる工程は雰囲気を形成する
    工程の前に実施されることを特徴とする特許請求の範囲
    第１３項に記載の方法。
18. （１８）シンチレーション部材はハロゲン化アルカリ結
    晶体からなり、実質上非反応性の雰囲気は貴ガス、窒素
    及び二酸化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも１つ
    のガスからなることを特徴とする特許請求の範囲第１３
    項に記載の方法。
19. （１９）実質上非反応性の雰囲気は真空雰囲気であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の方法。