JP2014016319A - Radiation discrimination detector and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子炉施設や放射性同位体取扱施設等の管理区域内から一般環境中に放射される人口放射線濃度を測定するための放射線弁別検出器及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a radiation discrimination detector for measuring the concentration of artificial radiation radiated into a general environment from a management area such as a nuclear reactor facility or a radioisotope handling facility, and a method for manufacturing the same.
空気中のダストに含まれる放射線の定量化方法は、JIS Z4512−1995「空気中浮遊粒子状物質の放射線濃度測定法」に開示されている。
この方法によれば、ダストサンプラー等を使用して対象環境エリアの空気を所定の流量でHEPAフィルタに必要時間通過させて空気中に含まれるダストを捕集する。
そして、このα放射線或いはβ放射線を検出して放射性物質濃度を測定する。
A method for quantifying radiation contained in dust in the air is disclosed in JIS Z4512-1995 “Method for Measuring Radiation Concentration of Airborne Particulate Matter”.
According to this method, the dust contained in the air is collected by allowing the air in the target environment area to pass through the HEPA filter at a predetermined flow rate for a necessary time using a dust sampler or the like.
And this alpha radiation or beta radiation is detected and a radioactive substance density | concentration is measured.
しかし、空気中には測定対象である人工放射性核種の他に、自然放射性核種のウラン崩壊系列のラドン(222Rn)とその同位体の一種であるトリウム崩壊系列のトロン(220Rn)の希ガスとその崩壊生成物等が常に存在している。
この自然放射性核種がHEPAフィルタに捕集された状態で捕集直後に測定を行うと、この自然放射性核種が崩壊時に放つ放射線により測定濃度が上昇し、誤警報を生じる。
However, in the air, in addition to the artificial radionuclide to be measured, the rare radionuclide radon ( 222 Rn) of the natural radionuclide and the thorium decay series of the thorium ( 220 Rn) isotope. And their decay products are always present.
When measurement is performed immediately after collection in a state where the natural radionuclide is collected by the HEPA filter, the measurement concentration increases due to the radiation emitted by the natural radionuclide when it decays, and an alarm is generated.
このような事態を避けるためには、捕集後に4時間〜12時間程度の減衰時間を設けてから測定を行うとよいが、人工放射線濃度の測定が遅延する課題がある。 In order to avoid such a situation, the measurement should be performed after providing an attenuation time of about 4 to 12 hours after collection, but there is a problem that the measurement of artificial radiation concentration is delayed.
この課題を解決する方法として、2種類の異なるシンチレータを用いた、ホスウィッチ(Phoswich)型の放射線弁別検出器が知られている。 As a method of solving this problem, a Phoswich type radiation discrimination detector using two different types of scintillators is known.
自然放射性核種であるラドン及びトロンのそれぞれの放射能量は、等しいとして扱うことができる。
ラドン娘核種が放つα線とβ線の割合が一定である性質を利用し、空気中ダストを捕集したHEPAフィルタから同時計測されたα線及びβ線を弁別し、α/β比を求める。
これにより、自然放射性核種及びその崩壊生成物から放出される放射線の影響を補正し、人工放射線濃度の定量値の精度を向上させることができる。
The radioactivity of each of the natural radionuclides radon and thoron can be treated as equal.
Using the property that the ratio of α ray and β ray emitted by radon daughters is constant, α / β ratio is obtained by discriminating α ray and β ray simultaneously measured from HEPA filter that collects dust in the air. .
Thereby, the influence of the radiation emitted from the natural radionuclide and its decay product can be corrected, and the accuracy of the quantitative value of the artificial radiation concentration can be improved.
このため、原子炉施設や放射性アイソトープ取扱施設等の管理区域から一般環境中に放出される人工放射線濃度の測定に、α/β比を弁別して求めるホスウィッチ型の放射線弁別検出器が広く利用されている。 For this reason, phoswich-type radiation discrimination detectors are widely used to determine the α / β ratio by measuring the concentration of artificial radiation released into the general environment from controlled areas such as nuclear reactor facilities and radioactive isotope handling facilities. Yes.
一方、このような放射線弁別検出器の構造は、例えば、放射線の入射方向からみて、放射線検出面を保護する目的から開口率90%前後の金属性保護格子と、α線の通過を考慮した通常のものより薄く高価な遮光フィルム(例えば通過物質量が0.25mg/cm2の遮光フィルムを2〜4枚)と、ポリマー等にZnS(Ag)粉体を混合して均一の層厚で塗布したα線検出用のシンチレータシートと、β線検出用のプラスチックシンチレータと、ライトガイド等と、が並接され、直下に光電子増倍管が接続され、これらが一体化されて遮光ケースに組み込まれている構造になっている(例えば、特許文献1から特許文献4参照)。
On the other hand, the structure of such a radiation discrimination detector is, for example, normally considered in view of the incident direction of radiation, in consideration of the passage of α-rays and a metallic protective lattice with an aperture ratio of about 90% for the purpose of protecting the radiation detection surface. Thin and expensive light-shielding film (for example, 2 to 4 light-shielding films with a passing substance amount of 0.25 mg / cm 2 ) and ZnS (Ag) powder mixed in polymer or the like and coated with a uniform layer thickness The scintillator sheet for detecting α-rays, the plastic scintillator for detecting β-rays, and a light guide, etc. are juxtaposed, and a photomultiplier tube is connected directly below, and these are integrated into a light shielding case. (See, for example,
また、遮光フィルムとしてアルミナイズドマイラーフィルムを使用したものも開示されている(例えば、特許文献4)。 Moreover, what uses the aluminized mylar film as a light shielding film is also disclosed (for example, patent document 4).
上記従来の構成では、遮光フィルムの強度が十分でないことを補うために放射線弁別検出器の放射線入射面の金属性保護格子を余計に設ける必要がある。
そのために、α線の発生源からα線を検出するシンチレータまでの距離を十分に近づけることができない。
更に、α線を検出するシンチレータの放射線入射面に設けられているいくつかの保護フィルタ及び遮光フィルムを薄くするのに限界がある。
In the above conventional configuration, it is necessary to provide an extra metallic protective grid on the radiation incident surface of the radiation discrimination detector in order to compensate for the insufficient strength of the light shielding film.
For this reason, the distance from the α-ray generation source to the scintillator that detects the α-rays cannot be sufficiently reduced.
Furthermore, there is a limit to thinning some protective filters and light shielding films provided on the radiation incident surface of the scintillator that detects α rays.
また、α線及びβ線を検出するシンチレータの放射線入射面に備えられている遮光フィルムなどの各種層の間には接着層が設けられているため、層の数が増えα線やβ線の吸収が大きくなり、検出感度が低下する。
更にシンチレータで発生した蛍光が接着層に入射すると散乱や吸収が生じてしまい集光が低下する要因となる。
このような種々の原因により、従来の放射線弁別装置では、α線やβ線の検出感度を低下させるいくつかの問題があった。
In addition, since an adhesive layer is provided between various layers such as a light-shielding film provided on the radiation incident surface of the scintillator that detects α rays and β rays, the number of layers increases and α rays and β rays are increased. Absorption increases and detection sensitivity decreases.
Furthermore, when the fluorescence generated by the scintillator enters the adhesive layer, scattering and absorption occur, which causes a reduction in light collection.
Due to these various causes, the conventional radiation discriminating apparatus has several problems that lower the detection sensitivity of α rays and β rays.
例えば、前述の特許文献4の遮光フィルムは、その構造として無色透明ベースフィルムの片面又は両面にAlを形成させて遮光機能を持たせている。
しかし、このベースフィルム自身は遮光機能を有しておらず、遮光フィルム全体の密度もこのベースフィルムが大部分を占めている。
通常は遮光フィルムを2〜4枚重ねて遮光層を構成するため、検出感度を著しく低下させてしまう要因となっている。
For example, the light-shielding film of Patent Document 4 described above has a light-shielding function by forming Al on one or both surfaces of a colorless and transparent base film as its structure.
However, the base film itself does not have a light shielding function, and the density of the entire light shielding film is occupied by the base film.
Usually, 2 to 4 light-shielding films are stacked to form a light-shielding layer, which causes a significant reduction in detection sensitivity.
また、従来の構造で放射線がβ線を検出するシンチレータに達するまでに通過する層を薄くするのに限界がある。
これが原因し、β線の検出感度を十分に上げることもできないという課題があった。
In addition, there is a limit to thinning the layer through which radiation passes by the conventional structure before reaching the scintillator that detects β rays.
This caused a problem that the β-ray detection sensitivity could not be sufficiently increased.
本発明は、このような事情を考慮しなされたもので、α線及びβ線の発生源から各検出面までの通過物質量を最適化し、これらα線及びβ線の検出感度を向上させた放射線弁別検出器及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and has optimized the amount of passing substances from the source of α-rays and β-rays to each detection surface to improve the detection sensitivity of these α-rays and β-rays. An object of the present invention is to provide a radiation discrimination detector and a manufacturing method thereof.
本発明の放射線弁別検出器は、β線が入射すると第1蛍光を発するプラスチックシンチレータと、プラスチックシンチレータの入射面に乾式鍍金法によって形成されて逆進入射するこの第1蛍光の散乱光を反射するハーフミラー層と、ハーフミラー層の入射面に乾式鍍金法によって形成されてα線が入射すると第2蛍光を発し前記ハーフミラー層を透過させるZnS(Ag)層と、ZnS(Ag)層の入射面に乾式鍍金法によって形成されて逆進入射するこの第2蛍光の散乱光を反射するとともに外光を遮光するミラー層と、を備える。 The radiation discrimination detector of the present invention reflects a plastic scintillator that emits first fluorescence when β-rays are incident, and the scattered light of the first fluorescence that is formed on the incident surface of the plastic scintillator by the dry plating method and is reversely incident. A half mirror layer, a ZnS (Ag) layer that emits second fluorescence and transmits through the half mirror layer when α rays are incident on the incident surface of the half mirror layer by dry plating, and incidence of the ZnS (Ag) layer A mirror layer that reflects the scattered light of the second fluorescence that is formed on the surface by a dry plating method and that is reversely incident, and shields the external light.
本発明により、放射線の発生源から各検出面までの通過物質量を最適化し、α線及びβ線の検出感度を向上させた放射線弁別検出器及びその製造方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there are provided a radiation discrimination detector that optimizes the amount of passing substance from a radiation source to each detection surface and improves the detection sensitivity of α rays and β rays, and a method for manufacturing the same.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように実施形態に係る放射線弁別検出器20は、β線が入射すると第1蛍光を発するプラスチックシンチレータ1と、プラスチックシンチレータ1の入射面に乾式鍍金法によって形成されて逆進入射するこの第1蛍光の散乱光を反射するハーフミラー層2と、ハーフミラー層2の入射面に乾式鍍金法によって形成されてα線が入射すると第2蛍光を発しこのハーフミラー層2を透過させるZnS(Ag)層3と、ZnS(Ag)層3の入射面に乾式鍍金法によって形成されて逆進入射するこの第2蛍光の散乱光を反射するとともに外光を遮光するミラー層4と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the
プラスチックシンチレータ1は、β線の検出を目的として配置された、放射線の入射で第1蛍光を発するポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートを含む混合物で構成されることが望ましい。
The
また、プラスチックシンチレータ1は、環状分子構造をもつポリビニルトルエンやポリスチレンを母体とし、これに芳香族化合物等の有機結晶や蛍光物質を溶かし込んだものも、広く使用されている。
例えば、米国Eljen TechnologyのEJ−212又はサンゴバンのBC−400等が挙げられる。
このプラスチックシンチレータ1の厚さAはγ線の反応を抑制する目的から、0.1mm〜1.0mmの範囲である。
The
For example, EJ-212 of Eljen Technology, BC-400 of Saint-Gobain, etc. are mentioned.
The thickness A of the
ただし、EJ−212やBC−400等のプラスチックシンチレータは、その製造工程において表面性状の厳密な品質管理を必要性がないことから実施しておらず、製品においてもその表面には微細な複数の凹凸やキズ等が混在していることがある。
プラスチックシンチレータ1の表面に前述した凹凸やキズ等が混在している状態で、その放射線入射面に遮光層を直接形成する場合、凹凸やキズ等が要因となって遮光層に小穴等の欠陥が生成されるため遮光機能が得られない。
このような遮光の不完全性等が生成されないようにするには、その表面を予め研磨加工等によって平坦化処理をする必要がある。
However, plastic scintillators such as EJ-212 and BC-400 are not implemented because there is no need for strict quality control of the surface properties in the manufacturing process, and even in the product, there are a plurality of fine scintillators on the surface. Unevenness and scratches may be mixed.
When the light-shielding layer is directly formed on the radiation incident surface in the state where the above-described unevenness and scratches are mixed on the surface of the
In order to prevent such light shielding imperfections from being generated, it is necessary to planarize the surface by polishing or the like in advance.
また、一般にプラスチックはガラス転移点よりも低い温度で軟化が始まる性質を有する。
このため、従来はプラスチックシンチレータ1の入射面に真空蒸着法や塗布によって種々の層を直接形成する際、加熱による変形や特性の劣化を防ぐため、厳密な温度管理をしなければならなかった。
In general, plastic has a property of starting to soften at a temperature lower than the glass transition point.
For this reason, conventionally, when various layers are directly formed on the incident surface of the
例えば、前述のプラスチックシンチレータEJ−212の母体はポリビニルトルエンであり、そのガラス転移点は約70℃前後で、実際の軟化開始温度はそれ以下である。
そこで、プラスチックシンチレータ1は、ポリエチレンナフタレート及びポリエチレンナフタレートを含む混合物のうちいずれか一つを母体とした素材を使用することが望ましい。
For example, the base material of the above-mentioned plastic scintillator EJ-212 is polyvinyl toluene, its glass transition point is about 70 ° C., and the actual softening start temperature is lower than that.
Therefore, it is desirable that the
これらのようなシンチレータの素材としては、帝人化成のテオネックスR:Q65タイプ等が挙げられる。
そして、本実施形態ではこのような素材からなるシンチレータとして、材料中の結晶化を抑制して発光効率を改善した帝人化成のシンチレックスTMを使用する。
Examples of such a scintillator material include Teijin Kasei's Teonex R: Q65 type.
In this embodiment, as a scintillator made of such a material, Teijin Chemical's scintillex TM, which suppresses crystallization in the material and improves luminous efficiency, is used.
前述したテオネックスR:Q65タイプは、ガラス転移点が約150℃である。
また、シンチレックスTMを前述したテオネックスR:Q65タイプと同等の品質が得られる製造条件で加工した場合、表面平坦性は算術平均粗さ(Ra)で0.6nm程度が見込める。
このRa=0.6nmは高い平坦性を必要とするLCD(Liquid Crystal Display)用途等の無アルカリガラスと同等である。
The aforementioned Teonex R: Q65 type has a glass transition point of about 150 ° C.
In addition, when the scintillex TM is processed under manufacturing conditions that can obtain the same quality as the Teonex R: Q65 type described above, the surface flatness can be expected to be about 0.6 nm in terms of arithmetic average roughness (Ra).
Ra = 0.6 nm is equivalent to alkali-free glass for LCD (Liquid Crystal Display) applications that require high flatness.
このため、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート又はその混合物を母体とするプラスチックシンチレータ1では、入射面に真空蒸着法や塗布によって種々の層を直接形成する際に、前述のポリビニルトルエン等を母体とした場合に必要となる平坦化処理工程を不要とすることができる。
更に、ガラス転移点が種々の層を直接形成する際に加熱される温度よりも十分高いことから、加熱で生じる変形や特性劣化を抑制するために、従来実施していた厳密な温度管理を不要とできる。
For this reason, in the
Furthermore, since the glass transition point is sufficiently higher than the temperature that is heated when various layers are directly formed, strict temperature control that has been implemented in the past is not required to suppress deformation and characteristic deterioration caused by heating. And can.
ZnS(Ag)層3は、α線検出を目的として、ハーフミラー層2の入射面の前面に真空蒸着法、スパッタリング法、望ましくはプラズマ化学蒸着法を用いて形成される。
従来において、ZnS(Ag)層の形成は、例えばポリビニルブチラール樹脂系接着剤にZnS(Ag)の粉体の混合体を、プラスチックシンチレータ1の入射面に均一に塗布する方法が広く用いられている。
このZnS(Ag)粉体は平均粒径が数μm〜数十μmである。
The ZnS (Ag)
Conventionally, for forming a ZnS (Ag) layer, for example, a method of uniformly applying a mixture of a powder of ZnS (Ag) to a polyvinyl butyral resin adhesive on the incident surface of the
This ZnS (Ag) powder has an average particle diameter of several μm to several tens of μm.
また、他の従来例としてポリエチレンテフタレート等の無色透明フィルムシートの片側表面に、このZnS(Ag)の混合体を均一に塗布してシンチレータシート化し、プラスチックシンチレータ1の入射面に接着する等の方法もとられている。
In addition, as another conventional example, a ZnS (Ag) mixture is uniformly applied to one surface of a colorless transparent film sheet such as polyethylene terephthalate to form a scintillator sheet, and is adhered to the incident surface of the
しかし、安定なZnS(Ag)層を形成するには、前述したポリビニルブチラール樹脂系接着剤に混合するZnS(Ag)粉体の割合が制約される。
この制約により、従来例においてZnS(Ag)粉体の相対密度はおよそ40%〜60%程度となる。
However, in order to form a stable ZnS (Ag) layer, the ratio of the ZnS (Ag) powder to be mixed with the polyvinyl butyral resin adhesive described above is limited.
Due to this restriction, the relative density of the ZnS (Ag) powder in the conventional example is about 40% to 60%.
例えばシンチレータ材料として市販されているZnS(Ag)粉体の平均粒径サイズはおよそ6μmである。
この大きさの粒径では、前述の相対密度でα線の検出感度を十分に確保しようとすると、ZnS(Ag)層3の層厚は数十μmを有することになり、第2蛍光の自己吸収が大きくなる課題がある。
For example, the average particle size of ZnS (Ag) powder commercially available as a scintillator material is approximately 6 μm.
With a particle size of this size, the ZnS (Ag)
また、ZnS(Ag)層3を通過するβ線のエネルギーの減弱が大きくなりプラスチックシンチレータにおけるβ線の検出感度が低くなる課題もある。
一方、ZnS(Ag)層3を真空蒸着法やスパッタリング法で形成させると、このZnS(Ag)層3の相対密度をおよそ70〜95%程度に高めることができる。
In addition, there is a problem in that the β-ray energy passing through the ZnS (Ag)
On the other hand, when the ZnS (Ag)
このようにして形成されたZnS(Ag)層3は、前述した粉体の塗布や接着による場合に比較して、安定的に厚みを薄くでき、第2蛍光の自己吸収を小さくすることができる。
また、ZnS(Ag)層3を通過するβ線エネルギーの減弱も抑制することができる。
更に、数nmきざみで層厚の調整が可能になり、後述するようにプラスチックシンチレータ1に入射するα線を最小に抑える最適な層厚を高精度で調整することが可能になる。
The ZnS (Ag)
Moreover, attenuation of β-ray energy passing through the ZnS (Ag)
Furthermore, it becomes possible to adjust the layer thickness in increments of several nm, and it becomes possible to adjust the optimum layer thickness that minimizes α rays incident on the
ZnS(Ag)層3の層厚Cは、後述する理由から例えば7.9μm〜10.4μmの範囲内に設定される。
ハーフミラー層2は、プラスチックシンチレータ1の入射面に形成されて、ZnS(Ag)層3にα線が入射して発生した第2蛍光を通過させると共に減光する。
更にハーフミラー層2は、プラスチックシンチレータ1にβ線が入射して発生した第1蛍光の散乱光の逆進入射を反射させる機能を更に備える。
The layer thickness C of the ZnS (Ag)
The
Further, the
一般に、α線の入射によって発生する第2蛍光と、β線の入射によって発生する第1蛍光と、を発光量で比較した場合、第2蛍光の方が数倍大きくなる。
このため、光電子増倍管12で第2蛍光及び第1蛍光を検出して得られた出力信号は、第2蛍光に由来するパルス波高は大きく形成され、第1蛍光に由来するパルス波高は小さく形成される。
このため、第2蛍光のパルス波高が波形弁別部34の電子回路が許容するダイナミックレンジを超えた場合、弁別動作ができなくなる。
In general, when the second fluorescence generated by the incidence of α rays and the first fluorescence generated by the incidence of β rays are compared in terms of the amount of emitted light, the second fluorescence is several times larger.
For this reason, the output signal obtained by detecting the second fluorescence and the first fluorescence with the
For this reason, when the pulse height of the second fluorescence exceeds the dynamic range allowed by the electronic circuit of the
しかし、ハーフミラー層2を採用することにより、光電子増倍管12へ入射する第2蛍光を第1蛍光よりも減光させて、前記したダイナミックレンジを超える問題を解決することができる。
この問題を解決する従来の方法として、プラスチックシンチレータ1とZnS(Ag)層3の間に減光フィルタを設け、光電子増倍管12で検出される第2蛍光量を減光させることが広く採用されていた。
このような減光フィルタとしてNEUTRAL Density Filter等が挙げられる。
However, by adopting the
As a conventional method for solving this problem, it is widely adopted to provide a neutral density filter between the
Examples of such a neutral density filter include a Neutral Density Filter.
しかしこの場合、減光フィルタは光を吸収する材料を用いて透過する光量を調節するものであって、プラスチックシンチレータ1内の散乱によって逆進入射してくる第1蛍光については考慮されていない。
このため、第1蛍光のうち散乱して減光フィルタに逆進入射する第1蛍光の散乱光はそこで減衰されてしまい、結果的にβ線の検出感度が低下するといった課題があった。
However, in this case, the neutral density filter adjusts the amount of light transmitted using a material that absorbs light, and does not take into account the first fluorescence that is reversely incident due to scattering in the
For this reason, the scattered light of the 1st fluorescence which is scattered among the 1st fluorescence and reversely enters into the neutral density filter is attenuate | damped there, and there existed a subject that the detection sensitivity of a beta ray fell as a result.
一般にハーフミラーは、反射と透過の比が1:1であるものを指すが、本発明で述べるハーフミラー層2は反射と透過の比、或いは反射率や透過率が限定されるものではない。
In general, a half mirror refers to a reflection / transmission ratio of 1: 1, but the
一方、放射線による励起作用で発光した蛍光の放射は等方的に広がる性質をもつため、ハーフミラー層2への第2蛍光入射角は一様ではない。
このため、ハーフミラー層2は、第2蛍光入射角による特性変化を小さくできる金属層であることが望ましい。
On the other hand, since the emission of the fluorescence emitted by the excitation action by the radiation has the property of spreading isotropically, the second fluorescence incident angle to the
For this reason, it is desirable that the
ハーフミラーの金属層の材料として、Ag、Al、Cr、Au、Mg、Ni又はMgF2のいずれかを含む金属又はインコネルR等の合金が使用できる。
形成する金属層の層厚は設定する減光率に応じて決定する。
As a material of the metal layer of the half mirror, a metal containing any of Ag, Al, Cr, Au, Mg, Ni, or MgF2, or an alloy such as Inconel R can be used.
The layer thickness of the metal layer to be formed is determined according to the set light attenuation rate.
金属層の形成には真空蒸着法やスパッタリング法等の乾式鍍金法を使用し、望ましくは材料の加熱を不要とできるスパッタリング法又はプラズマ化学蒸着法を用いて形成すると付着強度をより高めることができる。 The metal layer can be formed by using a dry plating method such as a vacuum deposition method or a sputtering method, and preferably by using a sputtering method or a plasma chemical vapor deposition method that does not require heating of the material. .
このように、ハーフミラー層2が形成されたことにより、第2蛍光を減衰させるだけでなく、ハーフミラー層2に逆進入射する第1蛍光の散乱光を反射させる機能を備えることにより、第1蛍光の高い吸収効率が可能になる。
これにより、β線の大きな検出感度の向上が可能になる。
As described above, the formation of the
This makes it possible to improve the detection sensitivity for large β rays.
ミラー層4は、ZnS(Ag)層3の放射線入射面に真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成されて逆進入射する第2蛍光の散乱光を反射すること及び外光を遮断することを目的とする。
ミラー層4の層厚は、望ましくは70nm〜200nmを有する。
ミラー層4としてはAl、Mg又はAg等が広く使われる。
特に、Alは製造しやすく、波長が紫外光付近の光の反射率が高いので、各シンチレータで発生する蛍光が紫外光付近である放射線弁別検出器では好適に使われる。
プラスチックシンチレータ1、ハーフミラー層2、ZnS(Ag)層3及びミラー層4はシンチレータ部材10を構成する。
The mirror layer 4 is formed on the radiation incident surface of the ZnS (Ag)
The layer thickness of the mirror layer 4 desirably has 70 nm to 200 nm.
As the mirror layer 4, Al, Mg, Ag, or the like is widely used.
In particular, since Al is easy to manufacture and has a high reflectance of light having a wavelength near ultraviolet light, it is preferably used in a radiation discrimination detector in which fluorescence generated in each scintillator is near ultraviolet light.
The
ミラー層4には、このミラー層4を保護する硬化性組成物層5と、硬化性組成物層5の入射面に形成されてシンチレータ部材の放射線入射面にかかる外力によるこの面の破壊の防止及び気体の流入等によるミラー層4の腐食を防止する保護層6と、が乾式鍍金法によって形成されている。
The mirror layer 4 includes a curable composition layer 5 that protects the mirror layer 4, and prevention of destruction of the surface by an external force that is formed on the incident surface of the curable composition layer 5 and is applied to the radiation incident surface of the scintillator member. And a
硬化性組成物層5は、ミラー層4の放射線入射面に形成されたこのミラー層4を保護する。
ミラー層4は、その層厚が前述のように非常に薄いため、小穴等の欠陥により、遮光の不完全性を完全に無くすことが困難である。
例えば、小穴等の欠陥が1つでも存在し、そこから外光が入射してしまうと放射線検出器としては成立しなくなるので、硬化性組成物層5を用いてミラー層4の保護をする。
The curable composition layer 5 protects the mirror layer 4 formed on the radiation incident surface of the mirror layer 4.
Since the layer thickness of the mirror layer 4 is very thin as described above, it is difficult to completely eliminate light-blocking imperfections due to defects such as small holes.
For example, even if one defect such as a small hole exists and external light enters from there, it will not be established as a radiation detector. Therefore, the mirror layer 4 is protected using the curable composition layer 5.
硬化性組成物層5は、例えばカーボンブラッグ、或いはチタンブラッグを混合したUV硬化樹脂を使用する。
カーボンブラッグを混合したUV硬化樹脂としては、東京応化工業(株)のCFPR BK−4611等が挙げられる。
UV硬化樹脂の塗布にはスピンコーターを用いると、均一な層厚で形成することができる。
The curable composition layer 5 uses, for example, a UV curable resin mixed with carbon bragg or titanium bragg.
Examples of the UV curable resin mixed with carbon bragg include CFPR BK-4611 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
If a spin coater is used for application of the UV curable resin, it can be formed with a uniform layer thickness.
また、UV硬化樹脂には有機溶剤等が含まれていることがあり、これがミラー層4の小穴等の欠陥に極微量に残留して脱気する可能性がある。
このような事態を防ぐため、UV照射による硬化処理を行う前にシンチレータ部材10に対して100℃以上の温度で乾燥を行うことが望ましい。
Further, the UV curable resin may contain an organic solvent or the like, and this may remain in a very small amount in a defect such as a small hole in the mirror layer 4 and deaerate.
In order to prevent such a situation, it is desirable to dry the
保護層6は、硬化性組成物層5の入射面に形成されて、シンチレータ部材10の放射線入射面にかかる外力によるこの面の破壊を防止する。
更に、種々気体の流入によるミラー層4の腐食を防止する役割もある。
保護層6は、炭素を材料としたアモルファス層であることが望ましい。
これは例えば、(株)野村鍍金のタフカーボンやダイヤモンドライクカーボンが使用できる。
The
Furthermore, it also has a role to prevent the mirror layer 4 from corroding due to the inflow of various gases.
The
For example, tough carbon or diamond-like carbon manufactured by Nomura Metal Co., Ltd. can be used.
ダストそのものが自然放射性核種を含むので、より検出感度を高めるためには、保護層6は望ましくはダストの付着を防止するための導電性を有する。
これと同じ理由で保護層6、ミラー層4及びハーフミラー層2はそれぞれを導通及び接地させておく。
Since the dust itself contains a natural radionuclide, the
For the same reason, the
この保護層6及び硬化性組成物層5の強度を十分に高めることによって、通過物質量が大きく、さらに開口率を減少させてしまう金属製保護格子等を不要とできる。
また、この金属製保護格子を不要とすることで、α線の発生源40をシンチレータ部材10に物理的に十分近づけることがでる。
十分近づけることで、飛距離が極めて短く空気中でも減衰の大きいα線の検出感度を大きく向上させることができる。
By sufficiently increasing the strength of the
Further, by eliminating the need for the metal protective grid, the α-
By making the distance sufficiently close, it is possible to greatly improve the detection sensitivity of α rays that have a very short flight distance and a large attenuation even in the air.
SiO2層7(7a、7b、7c)は、層間の結合を強化するため、プラスチックシンチレータ1にハーフミラー層2を形成する際、ハーフミラー層2にZnS(Ag)層3を形成する際及びミラー層4に硬化性組成物層5を形成する際に形成される。
The SiO 2 layer 7 (7a, 7b, 7c) is formed when the
一般にAlは濡れ性が低いことからUV硬化樹脂との密着性が問題になることがあるので、これを解決するため、ミラー層4の放射線入射側の面に層厚数十nm程度のSiO2層7cを形成してからその放射線入射側の面に硬化性組成物層5を形成する。
他のSiO2層7(7a、7b)も同様に金属と非金属の密着性の問題を解決するために形成される。
In general, since Al has low wettability, adhesion with a UV curable resin may become a problem. To solve this problem, SiO 2 having a layer thickness of about several tens of nanometers is formed on the surface of the mirror layer 4 on the radiation incident side. After the layer 7c is formed, the curable composition layer 5 is formed on the surface on the radiation incident side.
The other SiO 2 layers 7 (7a, 7b) are also formed to solve the problem of adhesion between metal and nonmetal.
SiO2層7(7a、7b、7c)の層厚Bとしては10nm〜200nmとする。
望ましくは20nm〜100nmとする。
より望ましくは、20nm〜60nmとする。
SiO2層7の形成には、真空蒸着法やスパッタリング法、望ましくはスパッタリング法、を用い形成するとよい。
これらSiO2層7(7a、7b、7c)を形成することにより、シンチレータ部材10の機械強度が高くなる。
The layer thickness B of the SiO 2 layer 7 (7a, 7b, 7c) is 10 nm to 200 nm.
Desirably, the thickness is 20 nm to 100 nm.
More desirably, the thickness is 20 nm to 60 nm.
The SiO 2 layer 7 may be formed by using a vacuum evaporation method or a sputtering method, preferably a sputtering method.
By forming these SiO 2 layers 7 (7a, 7b, 7c), the mechanical strength of the
シンチレータ部材10の出射面には、出射した第1蛍光及び第2蛍光を集光する無色透明で平板形状のライトガイド11と、ライトガイド11によって集められたこれら第1蛍光及び第2蛍光を検出して光電効果を利用して電気信号に変換する光電子増倍管12と、が接続され一体化している。
このように一体化した光電子増倍管12には、遮光処理がなされ放射線流入孔を有する一つの遮光ケース13に入射面を外部に露出した状態で収納される。
On the exit surface of the
The
ライトガイド11はシンチレータ部材10の蛍光出射に配置される。
シンチレータ部材10から出射される両蛍光を集光する無色透明で平板形状のものである。
第1蛍光波長中心値はおよそ425nm、第2蛍光波長中心値はおよそ435nmであるので、ライトガイド11は430nm付近の光波長の吸収が小さい材料を使用する。
The
It is colorless and transparent and has a flat plate shape for condensing both fluorescence emitted from the
Since the first fluorescence wavelength center value is about 425 nm and the second fluorescence wavelength center value is about 435 nm, the
望ましくは、衝撃等に対して壊れにくい材質として、透明加工が施されたPMMAやポリカーボネート等の樹脂材が望ましい。
また、図示しないが、望ましくはライトガイド11の光学的結合面を除く全表面に蛍光反射材やアルミ蒸着フィルム等を被着する。
Desirably, a resin material such as PMMA or polycarbonate that has been subjected to transparent processing is desirable as a material that is not easily broken by an impact or the like.
Although not shown, a fluorescent reflecting material, an aluminum vapor deposition film, or the like is preferably applied to the entire surface except the optical coupling surface of the
このように蛍光反射材を塗布することにより、ライトガイド11の内部に蛍光が充満する作用が得られる。
このため、光電子増倍管12の光入射面に両蛍光を入射させる確率を高める効果が得られる。
これとともに、ライトガイド11の内部から外部に両蛍光が出ることがなくなるので、後述の遮光ケース13の内面に蛍光反射材の塗布を不要とできる。
Thus, by apply | coating a fluorescent reflector, the effect | action with which fluorescence fills the inside of the
For this reason, the effect which raises the probability of making both fluorescence inject into the light-incidence surface of the
At the same time, since both fluorescent lights are not emitted from the inside of the
しかし、これら樹脂材の線膨張係数はガラスと比較して10倍程度大きい。
このため、周囲の温度変化に起因するライトガイド11の熱伸縮がその表面に被着された反射材に繰り返し伝わることで、反射材にひび割れが生じることがある。
更には、反射材がライトガイド11から剥離することがある。
However, the linear expansion coefficient of these resin materials is about 10 times larger than that of glass.
For this reason, the thermal expansion and contraction of the
Further, the reflective material may peel off from the
これらを防ぐため、反射材の表面全体に例えば遮光性を有する黒色のアクリルシリコン樹脂で被着することが望ましい。
この樹脂を被着することにより、応力に対する反射材の保護が働くため、前述の蛍光反射材にひび割れが生じにくくなる。
また、ひび割れが生じた場合でも、ライトガイド11から剥がれ落ちる等の不良を抑制できる効果が得られるので集光力が損なわれない。
In order to prevent these, it is desirable to deposit the entire surface of the reflective material with, for example, a black acrylic silicon resin having a light shielding property.
By applying this resin, the reflective material is protected against stress, so that the fluorescent reflective material is not easily cracked.
Moreover, even when a crack occurs, the light collecting power is not impaired because an effect of suppressing defects such as peeling off from the
光電子増倍管12は、円筒のガラス管球でできており、ライトガイド11によって集められた両蛍光を検出して光電効果を利用して電気信号に変換する。
例えば、ヘッドオン型であれば円筒の先端面が光入射面となっている。
光電子増倍管12の光入射面がライトガイド11との結合面よりも小さい場合がある。
The
For example, in the case of the head-on type, the tip end surface of the cylinder is a light incident surface.
The light incident surface of the
この場合は、ライトガイド11にテーパ等を設けて光電子増倍管12の入射面サイズとライトガイド11の結合面サイズを等しくすることが望ましい。
このような措置により、光電子増倍管12はシンチレータ部材10から出射する両蛍光を効率良く検出できる効果が得られる。
In this case, it is desirable to provide the
By such a measure, the
更に、図示しないが、光電子増倍管12とライトガイド11、及びライトガイド11とプラスチックシンチレータ1を結合する際、望ましくは光学グリース又は光学セメントを用い接着する。
このような措置により、結合部で起こるフレネル反射等による蛍光損失を抑制できる。
光学グリースとしては、応用光研工業のOKEN6262A等が挙げられる。
また、光学セメントとしては、米国Eljen TechnologyのEJ−500等が例として挙げられる。
Furthermore, although not shown, when the
By such measures, it is possible to suppress fluorescence loss due to Fresnel reflection or the like that occurs at the coupling portion.
Examples of the optical grease include OKEN 6262A manufactured by Applied Koken Kogyo.
Examples of the optical cement include EJ-500 of Eljen Technology, USA.
第1蛍光の波長中心値はおよそ425nm、第2蛍光の波長中心値はおよそ435nmである。
光電子増倍管12は、光波長430nm帯の量子効率が高いものを使用することが望ましい。
The wavelength center value of the first fluorescence is approximately 425 nm, and the wavelength center value of the second fluorescence is approximately 435 nm.
It is desirable to use the
一方、光電子増倍管12を放射線入射方向の直線上に配置できない場合、例えば光電子増倍管12を90°寝かせてライトガイド11の側端面と結合させる。
この場合、望ましくはライトガイド11を蛍光変換材料とすれば蛍光をより効率よく集光できる。
蛍光変換材料として、Wavelength Shifting Material等が、好適に用いられる。
これにより、ライトガイド11に入射して再発光した蛍光がライトガイド11の中で全反射を繰り返すため、ライトガイド11の側端面に集まりやすくなる。
On the other hand, when the
In this case, preferably, the light can be condensed more efficiently if the
As the fluorescence conversion material, Wavelength Shifting Material or the like is preferably used.
As a result, the fluorescent light incident on the
また、前述のとおりシンチレータ部材10から出射する波長中心値がおよそ430nmであるから、適用する蛍光変換材も蛍光波長中心値が430nm前後のものを用いる。
例えば、米国Eljen TechnologyのEJ−280又はクラレのY−11等が適当である。
Moreover, since the wavelength center value emitted from the
For example, US-based Eljen Technology EJ-280 or Kuraray Y-11 is suitable.
遮光ケース13は、放射線流入孔を有し、またその内表面全体に蛍光反射材が被着されるとともに、外光をその内部に取り込まないよう接続部等に遮光処理がなされている。
放射線流入孔にシンチレータ部材10の入射面に放射線が入射できるよう、入射面を外部に露出させた状態で収納されている。
蛍光反射材は例えば、米国Eljen TechnologyのNE−560が挙げられる。
The
The radiation entrance hole is accommodated with the entrance surface exposed to the outside so that radiation can enter the entrance surface of the
Examples of the fluorescent reflecting material include NE-560 of Eljen Technology, USA.
なお、光電子増倍管12には、高電圧を供給する高圧電源部31と、光電子増倍管12で検出した第1蛍光及び第2蛍光の出力信号を増幅する信号増幅部32と、信号増幅部32で増幅された出力信号からノイズを除去するディスクリート部33と、ディスクリート部33でノイズ除去された出力信号の中から第1蛍光によるβ線の出力パルス波形と、第2蛍光によるα線の出力パルス波形を弁別する波形弁別部34と、波形弁別部34で弁別されたα線及びβ線のそれぞれの計数率を計測する計数部35と、が接続される。
The
次に、図2のエネルギー5.49MeVを持つα線の、このα線の発生源40からの距離に対する空気の単位長さあたりの電離数を示すブラッグ曲線グラフを参照し、各通過物質量及び層厚の決定方法について説明する。
Next, referring to the Bragg curve graph showing the number of ionizations per unit length of air with respect to the distance from the
自然放射性核種として空気中に存在しているラドンとトロンは、ウランとトリウムの崩壊系列から成る。
ウラン崩壊系列とはウラン238から鉛206までの崩壊過程、トリウム崩壊系列とはトリウム232から鉛208までの崩壊過程のことをいう。
Radon and thoron, which exist in the air as natural radionuclides, consist of decay series of uranium and thorium.
The uranium decay series refers to the decay process from uranium 238 to lead 206, and the thorium decay series refers to the decay process from thorium 232 to lead 208.
ラドン娘核種の崩壊系列を簡略化すると、218Po→214Pb→214Bi→214Poである。
トロン娘核種の崩壊系列を簡略化すると、216Po→212Pb→212Bi→212Poである。
Simplified decay series of radon daughter nuclide is 218 Po → 214 Pb → 214 Bi → 214 Po.
When the decay sequence of the TRON daughter nuclide is simplified, it is 216 Po → 212 Pb → 212 Bi → 212 Po.
半減期は、ラドンの約3.8日に対してトロンは約55.6秒と短い。
そのため、トロン娘核種(半減期はおよそ0.15秒)を減衰させるための僅かな時間を設けてからラドン娘核種(半減期はおよそ3.1分)を測定する。
このような測定の結果、自然放射性核種のα崩壊で放出されるα線のエネルギーは、およそ5.5MeV〜6.8MeV程度となった。
The half-life is as short as about 55.6 seconds for TRON compared to about 3.8 days for radon.
Therefore, the radon daughter nuclide (half-life is about 3.1 minutes) is measured after a short time for attenuating the Thoron daughter nuclide (half-life is about 0.15 seconds).
As a result of such measurement, the energy of α rays emitted by α decay of the natural radionuclide is about 5.5 MeV to 6.8 MeV.
α線は停止するまで直線的に進む特性を有し、その過程においては物質との相互作用でエネルギーを失いながら速度は低下していく。
その間、相互作用の割合は増えていき、最後は物質中の電子を捕えて中性のヘリウム原子となり電離作用を失う。
一般に、同じエネルギーを持つα線は全てほぼ同じ空気中の距離を進んだ地点で停止する。
The α-ray has a characteristic of proceeding linearly until it stops, and in the process, the speed decreases while losing energy due to the interaction with the substance.
Meanwhile, the rate of interaction increases, and eventually the electrons in the material are captured and become neutral helium atoms, losing ionization.
In general, all α-rays having the same energy stop at a point that has traveled substantially the same distance in the air.
このα線の空気中通過距離と単位長さあたりの電離数との関係を表したものがブラッグ曲線と呼ばれ、α線のエネルギー5.49MeVのものが例として図2に示されている。
図2で示される空気中通過距離Fは、飛程Rの半分程度(=R/2)から単位長さあたりの電離数がピークとなる空気中通過距離までの空気中通過距離帯Fを示している。
ブラッグ曲線で示されるα線の性質に着目し、α線が通過する層厚C及び通過物質量Dを調整して、空気中通過距離帯FにZnS(Ag)層3が位置するようにする。
このように各通過物質量を調節することで、α線の検出感度を高めることができる。
A relationship between the α-ray passage distance in air and the number of ionizations per unit length is called a Bragg curve, and an α-ray energy of 5.49 MeV is shown in FIG. 2 as an example.
The air passage distance F shown in FIG. 2 indicates the air passage distance band F from about half of the range R (= R / 2) to the air passage distance where the ionization number per unit length is a peak. ing.
Focusing on the properties of the α-rays indicated by the Bragg curve, the layer thickness C through which the α-rays pass and the amount D of the passing material are adjusted so that the ZnS (Ag)
Thus, by adjusting the amount of each passing substance, the detection sensitivity of α rays can be increased.
そして、その先にあるプラスチックシンチレータ1に入射したα線はその時点でエネルギーをほとんど失っているためにβ線と比較して弱い発光となるので、ディスクリート部33でノイズ成分と同様に除去することができる。
Then, since the α ray incident on the
具体的に、計算からZnS(Ag)層3の層厚C及びα線の発生源40からZnS(Ag)層3までの通過物質量Dを算出する。
前述の測定結果である自然放射線核種の放つエネルギー5.5MeV〜6.8MeV程度をもつα線のブラッグ曲線において、この空気中通過距離帯Fが、ちょうどZnS(Ag)層3に位置させるようにしたい。
Specifically, the layer thickness C of the ZnS (Ag)
In the Bragg curve of the α ray having the energy of about 5.5 MeV to 6.8 MeV emitted from the natural radionuclide, which is the measurement result described above, this in-air passing distance band F is positioned just in the ZnS (Ag)
そのためには、ZnS(Ag)層3の層厚Cに加え、シンチレータ部材10の入射面からZnS(Ag)層3の入射面までの間の距離に相当する通過物質量Dを定めることが必要である。
標準空気中でのα線の飛程Rは、α線の持つエネルギーEに対し実験式として式(1)より与えられる。
R=0.318E3/2 ・・・式(1)
For this purpose, in addition to the layer thickness C of the ZnS (Ag)
The range R of α rays in standard air is given by Equation (1) as an empirical formula for the energy E of α rays.
R = 0.318E 3/2 Formula (1)
式(1)より、前述のエネルギー5.5MeV〜6.8MeVをもつα線の空気中の飛程Rは、およそ4.10cm〜5.64cmに相当する。
更に空気中の飛程Rから通過物質量に換算すると、このエネルギーを持つα線の通過物質量は、空気密度を1.184kg/m3(25℃、760Torr)として、およそ4.85mg/cm2〜6.69mg/cm2となる。
From equation (1), the range R in the air of α rays having the energy of 5.5 MeV to 6.8 MeV described above corresponds to approximately 4.10 cm to 5.64 cm.
Further, when converted from the range R in the air to the amount of passing material, the amount of passing material of α-rays having this energy is about 4.85 mg / cm with an air density of 1.184 kg / m 3 (25 ° C., 760 Torr). 2 to 6.69 mg / cm 2 .
α線の発生源40からシンチレータ部材10の入射面までの空気層を例えば5mmに設定すると、空気層5mmに相当する通過物質量は0.59mg/cm2である。
また、前述のとおり5.5MeVの空気中の飛程Rに相当する通過物質量は4.85mg/cm2である。
よって、自然放射性核種が放つ最小のエネルギーを持ったα線がZnS(Ag)層3に到達するためには、通過物質量Dは、(4.85×0.5)−0.59=1.25mg/cm2程度とすることが望ましい。
以下、ZnS(Ag)層3の層厚Cを計算する際は、通過物質量Dを1.25mg/cm2として計算する。
When the air layer from the α-
Further, as described above, the passing substance amount corresponding to the range R in the air of 5.5 MeV is 4.85 mg / cm 2 .
Therefore, in order for the α-ray having the minimum energy emitted by the natural radionuclide to reach the ZnS (Ag)
Hereinafter, when the layer thickness C of the ZnS (Ag)
また、前述の6.8MeVのα線の空気中の飛程Rに相当する通過物質量は6.69mg/cm2であるので、ブラッグ曲線のピークの空気中通過距離が飛程Rの8割付近に相当する位置であると仮定した場合、ZnS(Ag)層3の通過物質量は、((6.69×0.8)−0.59)−1.25=3.51mg/cm2とすることが望ましい。
In addition, since the passing substance amount corresponding to the above-described range 6.8 in the air of the 6.8 MeV α-ray is 6.69 mg / cm 2 , the Bragg curve peak in the air has a distance of 80% of the range R. Assuming that the position corresponds to the vicinity, the amount of the substance passing through the ZnS (Ag)
ZnS(Ag)層3の相対密度を真密度の約90%に相当する3.70g/cm3とした場合、ZnS(Ag)層3の層厚Cは、およそ9.5μmとなる。
When the relative density of the ZnS (Ag)
人工放射性核種となる核燃料物質を測定の対象とする場合、対象となるα線エネルギーは4MeV〜6MeV程度となる。
この場合、α線の飛程Rはおよそ2.54cm〜4.67cmに相当する。
When a nuclear fuel material that is an artificial radionuclide is a target of measurement, the target α-ray energy is about 4 MeV to 6 MeV.
In this case, the range R of α rays corresponds to approximately 2.54 cm to 4.67 cm.
また、上述の自然放射性核種のときと同様、層厚5mmの空気層に相当する通過物質量は0.59mg/cm2である。
そして、4MeVの空気中の飛程Rに相当する通過物質量は3.01mg/cm2である。
Further, as in the case of the above-mentioned natural radionuclide, the passing substance amount corresponding to an air layer having a layer thickness of 5 mm is 0.59 mg / cm 2 .
And the amount of passing substances corresponding to the range R in the air of 4 MeV is 3.01 mg / cm 2 .
よって、4MeV以下のα線がプラスチックシンチレータ1に入射しないようにするには、通過物質量Dは、(3.01×0.5)−0.59=0.92mg/cm2程度とすることが望ましい。
ただし、空気密度の仮定又は保護格子がはずせること等を考慮すると、実際にはこの値には幅を持たせることができる。
0.7mg/cm2〜2.1mg/cm2であれば範囲として適切といえる。
Therefore, in order to prevent α-rays of 4 MeV or less from entering the
However, considering the assumption of air density or the fact that the protective grid can be removed, this value can actually have a range.
If 0.7mg / cm 2 ~2.1mg / cm 2 can be said to be appropriate as a range.
自然放射性核種が放つα線のエネルギーと人工放射性核種のそれとを比べると、自然放射性核種が放つα線のエネルギーの方が高いことがわかる。
そこで、測定するα線のうち、最大となる飛程Rは自然放射性核種が放つエネルギー6.8MeVを持つものによって実現するものとする。
この6.8MeVを持つα線のブラッグ曲線のピークがZnS(Ag)層3に位置してZnS(Ag)層3で吸収されプラスチックシンチレータ1に到達しないようにすることが必要である。
Comparing the energy of alpha rays emitted from natural radionuclides with that of artificial radionuclides, it can be seen that the energy of alpha rays emitted from natural radionuclides is higher.
Therefore, the maximum range R among the α rays to be measured is realized by the one having the energy 6.8 MeV emitted from the natural radionuclide.
It is necessary to prevent the peak of the α-ray Bragg curve having 6.8 MeV from being absorbed by the ZnS (Ag)
ブラッグ曲線のピークにおける空気中通過距離がα線の飛程Rの8割付近に相当する位置であると仮定した場合、エネルギー6.8MeVのα線の飛程Rに相当する通過物質量は6.69mg/cm2である。
((6.69×0.8)−0.59)−0.92=3.84mg/cm2となり、ZnS(Ag)層3の通過物質量は3.84mg/cm2程度とすることが望ましい。
Assuming that the air passage distance at the peak of the Bragg curve is a position corresponding to about 80% of the α ray range R, the amount of passing substance corresponding to the α ray range R of energy 6.8 MeV is 6 69 mg / cm 2 .
((6.69 × 0.8) −0.59) −0.92 = 3.84 mg / cm 2 , and the amount of substances passing through the ZnS (Ag)
ZnS(Ag)層3の相対密度を真密度の約90%に相当する3.70g/cm3とした場合、ZnS(Ag)層3の層厚Cは、およそ10.4μmとなる。
空気中の密度等を仮定しているので、実際には層厚Cは10.4μmを中心に幅を持つ。
以上より、ZnS(Ag)層3の層厚Cは6.0μm〜16.0μmの範囲に設定するのがよい。
望ましくは、8.0μm〜12.0μmである。
更に望ましくは、9.5μm〜10.4μmである。
When the relative density of the ZnS (Ag)
Since the density in the air is assumed, the layer thickness C actually has a width around 10.4 μm.
From the above, the layer thickness C of the ZnS (Ag)
Desirably, it is 8.0 micrometers-12.0 micrometers.
More desirably, it is 9.5 μm to 10.4 μm.
また、シンチレータ部材10の入射面からZnS(Ag)層3の入射面までの通過物質量Dは、上述の導出から、0.7mg/cm2〜2.1mg/cm2の範囲に設定するのがよい。
望ましくは、0.8mg/cm2〜2.0mg/cm2である。
更に望ましくは、0.9mg/cm2〜1.9mg/cm2である。
Further, passing substance amount D from the incident surface to the entrance surface of ZnS (Ag)
Desirably, a 0.8mg / cm 2 ~2.0mg / cm 2 .
More preferably, it is 0.9mg / cm 2 ~1.9mg / cm 2 .
次に、図3を参照して本発明の実施形態に係る放射線弁別検出器の製造工程を説明する。
プラスチックシンチレータ1として、この厚さAが0.1mm〜1.0mmのポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートを含む混合物を用いる。
この上に真空蒸着法及びスパッタリング法のいずれかの乾式鍍金法を用いSiO2層7aを形成する(S1)。
望ましくは、スパッタリング法を用い形成すると付着強度をより高めることができる。
Next, the manufacturing process of the radiation discrimination detector according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As the
The upper forming an SiO 2 layer 7a using either dry plating method of vacuum deposition or sputtering method (S1).
Desirably, the adhesion strength can be further increased by using a sputtering method.
次に、このSiO2層7aの入射面に真空蒸着法及びスパッタリング法のいずれかの乾式鍍金法を用いハーフミラー層2を形成する(S2)。
次に、このハーフミラー層2の入射面に真空蒸着法及びスパッタリング法のいずれかの乾式鍍金法を用いSiO2層7bを形成する(S3)。
望ましくは、スパッタリング法を用い形成すると付着強度をより高めることができる。
Next, the
Next, the SiO 2 layer 7b is formed on the incident surface of the
Desirably, the adhesion strength can be further increased by using a sputtering method.
次に、このSiO2層7bの入射面にスパッタリング法、プラズマ化学蒸着法及び真空蒸着法のいずれかの乾式鍍金法を用いZnS(Ag)層3を形成する(S4)
次に、このZnS(Ag)層3の入射面に真空蒸着法及びスパッタリング法のいずれかの乾式鍍金法を用いミラー層4を形成する(S5)。
Next, a ZnS (Ag)
Next, the mirror layer 4 is formed on the incident surface of the ZnS (Ag)
次に、このミラー層4の入射面に真空蒸着法及びスパッタリング法のいずれかの乾式鍍金法を用いSiO2層7cを形成する(S6)。
望ましくは、スパッタリング法を用い形成すると付着強度をより高めることができる。
Next, the SiO 2 layer 7c is formed on the incident surface of the mirror layer 4 using a dry plating method of either a vacuum deposition method or a sputtering method (S6).
Desirably, the adhesion strength can be further increased by using a sputtering method.
次に、このように形成されたシンチレータ部材10を100℃以上の温度で乾燥させる(S7)。
このように高温で乾燥させることにより、次に塗布する硬化性組成物層5に含まれる有機溶剤等が要因となるミラー層4の小穴等の欠陥に残留して脱気することを防ぐことが可能になる。
Next, the
By drying at such a high temperature, it is possible to prevent deaeration from remaining in a defect such as a small hole in the mirror layer 4 caused by an organic solvent or the like contained in the curable composition layer 5 to be applied next. It becomes possible.
次に、乾燥したSiO2層7cの入射面にスピンコーターを用い硬化性組成物を均一に塗布し(S8)、硬化処理を行い、硬化性組成物層5を形成する(S9)。
次に、この硬化性組成物層5の入射面に乾式鍍金法を用いて保護層6を形成する(S10)。
この際の、乾式鍍金法はプラズマ化学蒸着法が好適に用いられる。
Next, a curable composition is uniformly applied to the incident surface of the dried SiO 2 layer 7c using a spin coater (S8), and a curing process is performed to form a curable composition layer 5 (S9).
Next, the
In this case, a plasma chemical vapor deposition method is preferably used as the dry plating method.
次に、ハーフミラー層2、ミラー層4及び保護層6を導通及び接地する(S11)。
ダストそのものが自然放射性核種を含むので、このように接地することによりダストの付着を防ぎより検出感度を高めることが可能になる。
Next, the
Since the dust itself contains a natural radionuclide, it is possible to prevent the adhesion of dust and improve the detection sensitivity by grounding in this way.
以上述べた実施形態の放射線弁別検出器によれば、検出感度を低下させる不要な層をなくし、また各層の厚みを極めて薄くすることも可能となる。
また、シンチレータ部材10の入射面に形成された保護層6の強度を十分上げることで従来用いられていた金属格子を不要とできることから、シンチレータ部材10の入射面をα線の発生源40に極めて近くまで近づけられるようになる。
According to the radiation discrimination detector of the embodiment described above, it is possible to eliminate unnecessary layers that lower the detection sensitivity, and to extremely reduce the thickness of each layer.
Moreover, since the metal grating used conventionally can be made unnecessary by sufficiently increasing the strength of the
これより、減衰率の高いα線の検出感度を向上させることができた。
そして、α線及びβ線の両放射線の高い検出感度を実現することが可能となった。
また、ZnS(Ag)層3の層厚C及びシンチレータ部材10の入射面からZnS(Ag)層3入射面までの通過物質量Dを最良化してより高い検出感度を実現する放射線弁別検出器を得た。
As a result, the detection sensitivity of α rays having a high attenuation rate could be improved.
And it became possible to implement | achieve the high detection sensitivity of both the alpha ray and beta ray radiation.
A radiation discrimination detector that optimizes the layer thickness C of the ZnS (Ag)
更に、従来広く使われていた薄く脆い高額な数枚の遮光フィルムを必要としない構造にしたことで、放射線弁別検出器の機械強度が向上し、購入費用及び維持費用も抑えることが可能となる。 In addition, the mechanical strength of the radiation discrimination detector is improved and the purchase and maintenance costs can be reduced by adopting a structure that does not require several thin and fragile light-shielding films that have been widely used in the past. .
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Although the embodiment of the present invention has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention.
This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the spirit of the invention.
This embodiment and its modifications are included in the scope of the present invention and the gist thereof, and are also included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…プラスチックシンチレータ、2…ハーフミラー層、3…ZnS(Ag)層、4…ミラー層、5…硬化性組成物層、6…保護層、7(7a、7b、7c)…SiO2層、10…シンチレータ部材、11…ライトガイド、12…光電子増倍管、13…遮光ケース、20…放射線弁別検出器、31…高圧電源部、32…信号増幅部、33…ディスクリート部、34…波形弁別部、35…計数部、40…α線の発生源、A…プラスチックシンチレータの厚さ、B…SiO2層の層厚、C…ZnS(Ag)層の層厚、D…放射線弁別検出器の入射面からZnS(Ag)層までの通過物質量、F…空気中通過距離帯、R…飛程。
1 ... plastic scintillator, 2 ... half mirror layer, 3 ... ZnS (Ag) layer, 4 ... mirror layer, 5 ... curable composition layer, 6 ... protective layer, 7 (7a, 7b, 7c ) ... SiO 2 layer, DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記プラスチックシンチレータの入射面に乾式鍍金法によって形成されて逆進入射する前記第1蛍光の散乱光を反射するハーフミラー層と、
前記ハーフミラー層の入射面に乾式鍍金法によって形成されてα線が入射すると第2蛍光を発し前記ハーフミラー層を透過させるZnS(Ag)層と、
前記ZnS(Ag)層の入射面に乾式鍍金法によって形成されて逆進入射する前記第2蛍光の散乱光を反射するとともに外光を遮光するミラー層と、を備えたことを特徴とする放射線弁別検出器。 a plastic scintillator that emits first fluorescence when β-rays are incident;
A half mirror layer that reflects the scattered light of the first fluorescence that is reversely incident on the incident surface of the plastic scintillator by a dry plating method;
A ZnS (Ag) layer that emits second fluorescence and transmits through the half mirror layer when alpha rays are incident on the incident surface of the half mirror layer by dry plating;
Radiation comprising: a mirror layer which reflects the scattered light of the second fluorescence incident on the incident surface of the ZnS (Ag) layer by a reverse plating method and which is reversely incident and shields external light. Discrimination detector.
この入射面に付与する物理的作用又は化学的作用を軽減させる保護層を備えたことを特徴とする請求項2に記載の放射線弁別検出器。 Formed on the incident surface of the curable composition layer by a dry plating method,
The radiation discrimination detector according to claim 2, further comprising a protective layer that reduces a physical action or a chemical action applied to the incident surface.
それぞれAl、Mg、Ag、Ni及びCrのいずれかを含む金属層であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の放射線弁別検出器。 The half mirror layer and the mirror layer are
The radiation discrimination detector according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the radiation discrimination detectors is a metal layer containing any one of Al, Mg, Ag, Ni, and Cr.
ポリエチレンナフタレート又はポリエチレンナフタレートを含む混合物から成ることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の放射線弁別検出器。 The plastic scintillator is
The radiation discrimination detector according to any one of claims 1 to 4, comprising polyethylene naphthalate or a mixture containing polyethylene naphthalate.
0.7mg/cm2〜2.1mg/cm2の範囲で設定されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の放射線弁別検出器。 The amount of passing substance from the incident surface of the radiation discrimination detector to the ZnS (Ag) layer is
Radiation discriminating detector according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is set in a range of 0.7mg / cm 2 ~2.1mg / cm 2 .
6.0μm〜16.0μmの範囲で設定されることを特徴とする請求項1から請求項6に記載の放射線弁別検出器。 The layer thickness of the ZnS (Ag) layer is:
The radiation discrimination detector according to claim 1, wherein the radiation discrimination detector is set in a range of 6.0 μm to 16.0 μm.
前記ハーフミラー層及び前記ZnS(Ag)層の界面と、
前記ミラー層及び前記硬化性組成物層の界面とには、それぞれの層同士の付着強度を向上させる層厚10nm〜200nmのSiO2層を備えたことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の放射線弁別検出器。 An interface between the plastic scintillator and the half mirror layer;
An interface between the half mirror layer and the ZnS (Ag) layer;
8. The SiO 2 layer having a layer thickness of 10 nm to 200 nm for improving the adhesion strength between the layers is provided at the interface between the mirror layer and the curable composition layer. The radiation discrimination detector according to any one of the above.
前記ハーフミラー層の入射面にα線が入射すると第2蛍光を発し前記ハーフミラー層を透過させるZnS(Ag)層を乾式鍍金法によって形成する工程と、
前記ZnS(Ag)層の入射面に前記第2蛍光のうち逆進入射する散乱光を反射するとともに外光を遮光するミラー層を乾式鍍金法によって形成する工程と、を含むことを特徴とする放射線弁別検出器の製造方法。 forming a half mirror layer that reflects scattered light, which is reversely incident among the first fluorescence, on an incident surface of a plastic scintillator that emits first fluorescence when β rays are incident;
Forming a ZnS (Ag) layer that emits second fluorescence and transmits the half mirror layer when α rays are incident on the incident surface of the half mirror layer by a dry plating method;
Forming a mirror layer that reflects scattered light that is reversely incident on the incident surface of the ZnS (Ag) layer and shields external light by a dry plating method. Manufacturing method of radiation discrimination detector.
前記硬化性組成物層の入射面に付与する物理的作用又は化学的作用を軽減させる保護層を乾式鍍金法によって形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項9に記載の放射線弁別検出器の製造方法。 Forming a curable composition layer on the incident surface of the mirror layer to improve imperfection of light shielding caused by defects in the mirror layer by a spin coater;
Forming a protective layer for reducing a physical action or a chemical action imparted to the incident surface of the curable composition layer by a dry plating method. Manufacturing method.
真空蒸着法、スパッタリング法及びプラズマ化学蒸着から選択された一種であることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の放射線弁別検出器の製造方法。 The dry plating method is
The method for manufacturing a radiation discrimination detector according to claim 9 or 10, wherein the method is one selected from vacuum deposition, sputtering, and plasma chemical vapor deposition.
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