(57)【要約】【課題】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を提供する。【解決手段】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、を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記ミラー層の入射面に形成され前記ミラー層の欠陥に起因する遮光の不完全性を改善する硬化性組成物層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放射線弁別検出器。
【請求項３】
前記硬化性組成物層の入射面に乾式鍍金法によって形成され、
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。
【請求項４】
前記ハーフミラー層及び前記ミラー層は、
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。
【請求項５】
前記プラスチックシンチレータは、
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。
【請求項６】
放射線弁別検出器の入射面から前記ＺｎＳ（Ａｇ）層までの通過物質量は、
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。
【請求項７】
前記ＺｎＳ（Ａｇ）層の層厚は、
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。
【請求項８】
前記プラスチックシンチレータ及び前記ハーフミラー層の界面と、
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。
【請求項９】
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の入射面に前記第１蛍光のうち逆進入射する散乱光を反射するハーフミラー層を乾式鍍金法によって形成する工程と、
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。
【請求項１０】
前記ミラー層の入射面にスピンコーターによって前記ミラー層の欠陥に起因する遮光の不完全性を改善する硬化性組成物層を形成する工程と、
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。
【請求項１１】
前記乾式鍍金法は、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【０００９】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２９４０８９号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８７１０号公報
【特許文献３】特許第４０６１３６７号公報
【特許文献４】特開２０１２−２６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る放射線弁別検出器の断面図。
【図２】５．４９ＭｅＶのα線における空気中通過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。
【図３】本発明の実施形態に係る放射線弁別器の製造工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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）
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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）。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【符号の説明】
【００９９】
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。
【図１】
2014016319.tif 000003
【図２】
2014016319.tif 000004
【図３】
2014016319.tif 000005