JPWO2008059966A1

JPWO2008059966A1 - 比例計数管

Info

Publication number: JPWO2008059966A1
Application number: JP2008524305A
Authority: JP
Inventors: 憲之疋田; 石澤　和哉; 和哉石澤; 英治関
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2010-03-04
Also published as: US20090159809A1; EP2083285B1; KR20080096506A; WO2008059966A1; CN101371162A; EP2083285A1; EP2083285A4

Abstract

本発明は、外囲器（１２）内に封入するガス（１３）に窒素および水素を含む比例計数管に関する。窒素の添加によって、放射線による添加ガスの重合のおそれがなく、かつ二酸化炭素を添加ガスとして用いた場合よりも、良い分解能が得られる。水素の添加によって、ガスゲイン変動を小さくできる。

Description

本発明は、放射線のエネルギー分別に使用する比例計数管に関する。

一般に、Ｘ線用の比例計数管は、陰極である管状の外囲器を備え、外囲器内の軸心に陽極が配設され、外囲器内にＸ線を吸収し、電離するガスが封入され、外囲器の一部にＸ線を入射するＸ線入射窓が形成されている。

そして、Ｘ線がＸ線入射窓を透過して外囲器内に入射し、外囲器内のガスと相互作用すると、ガスが電離し、電子とイオンの対が生成される。この際、電子とイオンの対の数は、入射したＸ線のエネルギに応じた数となる。ここで生成された電子が、陽極と陰極との間に印加した電位差によって陽極に引かれ、陽極付近の強い電界により増幅され、これが電気パルス信号として外部に出力される。この電気パルス信号の波高は入射したＸ線エネルギに依存するため、電気パルス信号の波高値から、入射したＸ線のエネルギを知ることが可能となる（例えば、特開平５−２８９５８号公報（第２頁、図１−２）参照）。

一般的に、比例計数管では、内部に封入するガスとして、希ガスに少量の添加ガスが加えられているガス組成を持ち、この添加ガスとしては、ＣＨ_４（メタン）、Ｃ_３Ｈ_８（プロパン）といった炭化水素、ＣＯ_２（二酸化炭素）といった分子ガスが使用されることが多い（例えば、ＧｌｅｎｎＦ．Ｋｎｏｌｌ放射線計測ハンドブック第３版日刊工業新聞社Ｐ．１９６参照）。もともと、この添加ガスは、希ガスイオンの再結合の際に発生する紫外線を吸収させ、動作を安定させる目的で入れており、紫外線吸収能力の高い分子ガスが使われることが多い。比例計数管が高放射線場で使用される場合、炭化水素を添加ガスとして用いると、放射線による重合を起こし、陽極や陰極に絶縁物である高分子の層を作り、正常な動作を阻害する可能性があるため、市販されている比例計数管には、二酸化炭素が添加ガスとして使われる場合が多い。

一般に、比例計数管では、電子を付着して負イオンが生成する例えば酸素、水、ハロゲン化物などのガスが混入すると、エネルギースペクトルの分解能の劣化やガス増幅率低下など、動作に悪影響を及ぼすことが知られている。一方、二酸化炭素は、酸素ほどではないが電子を付着する能力があるため、二酸化炭素を添加ガスとして使用した場合も、多少分解能が低下する。

また、比例計数管のガス増幅率は、ガスの分圧や成分に影響を受けやすい。測定条件によっては、内部の構造物へのガスの吸着、放出が起こるため、例えば数週間使わずに放置してから、比例計数管を動作させると、使い始めから徐々にガスゲインが低下する事象がみられる場合がある。この場合、放置期間中にガスが構造物に吸着し、この状態で動作を開始すると、入射したＸ線などにより吸着されたガスが一部構造物から放出され、ガスの出入りが平衡状態になるまでガスゲインが低下する。通常、この低下は１％以下であり、しかも連続的に使用を続けていれば飽和するが、高い精度を必要とする測定装置で使われる比例計数管では、問題となる場合があった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、放射線による添加ガスの重合のおそれがなく、かつ二酸化炭素を添加ガスとして用いた場合よりも、良い分解能を持ち、さらに、ガスゲイン変動の小さい比例計数管を提供することを目的とする。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の比例計数管は次のように構成されている。

本発明は、陰極となる管状の外囲器と、この外囲器内の軸心に配置された陽極と、前記外囲器内に封入された放射線を吸収し、電離するガスと、前記外囲器に設けられた放射線が入射する放射線入射窓とを具備し、前記ガスには、窒素が含まれるものである。

また、本発明は、陰極となる管状の外囲器と、この外囲器内の軸心に配置された陽極と、前記外囲器内に封入された放射線を吸収し、電離するガスと、前記外囲器に設けられた放射線が入射する放射線入射窓とを具備し、前記ガスには、窒素および水素が含まれるものである。

図１は、本発明の一実施の形態を示す比例計数管の断面図である。

以下、本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。

図１に示すように、比例計数管11は、材質として例えばＳＵＳ（ステンレス）を用いて管状で密閉構造に形成された陰極としての外囲器12を備えている。

外囲器12内には、放射線としてのＸ線を吸収し、電離する例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅといった希ガスを主成分とし、数％の分子ガスを添加したＸ線吸収ガスであるガス13が封入されている。分子ガスとしては、窒素を圧力比で０．１％以上、水素を圧力比で０．０１％以上含む。

外囲器12内の軸心には、陽極14が配設され、この陽極14の両端が絶縁物15によって外囲器12に保持されている。陽極14は、この陽極14付近の電界強度を大きくしてガス増幅率を大きくとるために径を小さくしている。

外囲器12の側面には放射線入射口としてのＸ線入射口16が形成され、このＸ線入射口16が放射線入射窓としてのＸ線入射窓17で閉塞されている。このＸ線入射窓17の材質は、Ｘ線の透過率に優れた例えばＢｅ（ベリリウム）が用いられている。

外囲器12の一端には、陰極である外囲器12と陽極14とが接続されたコネクタ18が配設されている。

次に、比例計数管11の動作について説明する。

Ｘ線がＸ線入射窓17を透過して外囲器12内に入射し、外囲器12内のガス13と相互作用すると、ガス13が電離し、電子とイオンの対が生成される。この際、電子とイオンの対の数は、入射したＸ線のエネルギに応じた数となる。ここで生成された電子が、陽極14と陰極である外囲器12との間に印加した電位差によって陽極14に引かれ、陽極14付近の強い電界により増幅され、これが電気パルス信号としてコネクタ18から外部に出力される。この電気パルス信号の波高は入射したＸ線エネルギに依存するため、電気パルス信号の波高値から、入射したＸ線のエネルギを知ることができる。

次に、比例計数管11の分解能の改善について説明する。

二酸化炭素は、炭化水素のように重合を起こさないうえに、安価で安定なガスであるため、比例計数管11の添加ガスとして一般的に使用されているが、分解能を落とすデメリットがあった。これを改善するための方策として、添加ガスとして窒素を用いる方策が考えられる。

窒素も化学的には不活性で安定なガスであり、しかも窒素分子は電子を付着しない。紫外線の吸収断面積は二酸化炭素ほど大きくはないが、添加量を増やすことで紫外線の吸収能力を調整できる。

添加ガスを二酸化炭素から窒素に変更した実験を行ったところ、放射性同位体元素Ｃｄ−１０９の発生するＸ線（２２．１ｋｅＶ）のスペクトルの分解能が、二酸化炭素を添加した場合と比べて６％程度良くなった結果が得られている。

次に、添加する濃度であるが、通常、添加ガスとして二酸化炭素やメタン等炭化水素を用いる場合では、動作条件や目的によるが、全圧の０．１％〜１００％程度で用いられる。この下限を下回ると、添加ガスによる紫外線吸収が十分ではなく、比例計数管11が安定して動作しなくなる可能性がある。窒素を添加ガスとして使用する場合でも、この範囲にて使用することが可能であり、窒素が全圧の０．１％以下では、他のガス同様、動作が安定しなくなる可能性がある。また、窒素は化学的に安定であるため、Ｘ線を吸収させて電離させる目的のガスとして使用することも可能であり、この場合は窒素が１００％でもよい。

次に、比例計数管11のスペクトルピーク低下の改善について説明する。

前述の通り、長期間放置後に使用を始めると、ガスゲインが１％以下ではあるがしばらくの期間低下する事象は、構造物へのガスの出入りが原因と考えられる。これを解決する方策としては、出入りの起こりにくいガスを用いるか、あるいは出入りの起こりにくい構造物を実現するといった根本的な対策の他に、出入りが起こっても特性に影響が出にくいガスを添加する方策が考えられる。

このガスとしては、水素が好適である。水素は紫外線の吸収が小さく、また電子付着も起こさないため、分圧が変化しても比例計数管11のガスゲインに与える影響が著しく小さい。従って、水素を混合し、構造物へ出入りするガスを一部でも水素にすることで、ガスゲインの変動を抑制することが可能となる。

水素の混合量については、実験の結果、窒素量の１／１０程度からスペクトルピークの移動が抑制される効果がみられたことから、全圧の０．０１％以上が好ましい。全圧の０．０１％以下では、水素によるガスゲイン変動の十分な抑制効果が得られない。

なお、水素は、紫外線の吸収断面積が他のガスと比べると非常に小さいため、紫外線吸収目的で水素を混合する場合、他のガスよりも高圧で詰める必要があり、好ましくない。

また、水素はＸ線の吸収が他の物質に比べて著しく小さく、水素が組成の多くを占めると、比例計数管11のＸ線の感度が著しく低下してしまう。従って、水素を、Ｘ線を吸収して電離することが目的のガスとして使用することは好ましくない。従って、Ｘ線吸収および電離の役割は希ガスや窒素などに紫外線吸収の役割は窒素に持たせ、そこにガスゲイン変動の抑制効果があらわれる程度に水素を混合するのが好ましい。すなわち、Ｘ線への感度低下の影響が小さい１０％程度を上限とするのが好ましい。

このように、比例計数管11のガス13に窒素および水素を用いることにより、放射線による添加ガスの重合のおそれのない、かつ二酸化炭素を添加ガスとして用いた比例計数管よりも良い分解能を持ち、さらにガスゲイン変動の小さい比例計数管11が実現できる。この比例計数管11を使用すれば、安定で信頼性の高いスペクトル測定システムが構築できる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明によれば、外囲器内に封入するガスに窒素を含むことにより、放射線による添加ガスの重合のおそれがなく、かつ二酸化炭素を添加ガスとして用いた場合よりも、良い分解能を持つ比例計数管を提供できる。さらに、ガスに水素を含むことにより、ガスゲイン変動の小さい比例計数管を提供できる。

Claims

陰極となる管状の外囲器と、
この外囲器内の軸心に配置された陽極と、
前記外囲器内に封入された放射線を吸収し、電離するガスと、
前記外囲器に設けられた放射線が入射する放射線入射窓とを具備し、
前記ガスには、窒素が含まれることを特徴とする比例計数管。
前記ガスには、水素が含まれることを特徴とする請求項１記載の比例計数管。
陰極となる管状の外囲器と、
この外囲器内の軸心に配置された陽極と、
前記外囲器内に封入された放射線を吸収し、電離するガスと、
前記外囲器に設けられた放射線が入射する放射線入射窓とを具備し、
前記ガスには、窒素および水素が含まれることを特徴とする比例計数管。