(57)【要約】計装パッケージは、広い意味では、少なくとも１つのほぼ円筒形の計装部品と、計装部品を包囲し、所定の規格直径より小さい直径を有するほぼ円筒形のシールドと、シールドの周囲にあり、それにより、シールドの直径を所定の規格直径まで増加させるサイジングスリーブとを含む。ほぼ円筒形の結晶要素と、結晶要素とほぼ同軸に配置された光電子増倍管と、結晶要素の一端部と光電子増倍管の隣接する端部との間に挟まれ、結晶要素及び光電子増倍管と共に円筒形のシールドの内部に気密に密封された光カップラと、結晶要素及び光電子増倍管に沿ってその外側に且つ円筒形のシールドの半径方向内側に延出する可撓性支持スリーブとを含む核検出器パッケージも開示される。
2005521068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのほぼ円筒形の計装部品と、
前記少なくとも１つの計装部品を包囲し、所定の規格直径より小さい直径を有するほぼ円筒形のシールドと、
前記シールドの周囲にあり、それにより、前記シールドの直径を前記所定の規格直径まで増加させるサイジングスリーブとを具備する計装パッケージ。
【請求項２】
前記サイジングスリーブは前記シールドに接着された金属箔から形成されている請求項１記載の計装パッケージ。
【請求項３】
前記サイジングスリーブは裏面に接着剤が塗布されたテープから形成されている請求項１記載の計装パッケージ。
【請求項４】
前記サイジングスリーブは、横断面が多角形である可撓性金属スリーブである請求項１記載の計装パッケージ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの計装部品と前記シールドとの間に半径方向に挿入された可撓性支持スリーブを更に具備する請求項１記載の計装パッケージ。
【請求項６】
前記可撓性支持スリーブは横断面が多角形である請求項５記載の計装パッケージ。
【請求項７】
前記サイジングスリーブ及び前記可撓性支持スリーブはステンレス鋼から製造されている請求項４記載の計装パッケージ。
【請求項８】
前記少なくとも１つのほぼ円筒形の計装部品はシンチレーション結晶である請求項１記載の計装パッケージ。
【請求項９】
前記シールドの一端部は、エンドアダプタを装着するための接合面を有するエンドキャップにより閉鎖されている請求項１記載の計装パッケージ。
【請求項１０】
前記接合面は相対的に直径の大きい、ねじ付きソケット又はねじ穴を含む請求項９記載の計装パッケージ。
【請求項１１】
前記エンドアダプタは、前記エンドキャップの前記接合面にある整合面と係合する面を有するスペーサを具備する請求項１０記載の計装パッケージ。
【請求項１２】
前記ねじ付きソケット又はねじ穴の中にねじ付きスタッド又はスピンドルが固着されている請求項１０記載の計装パッケージ。
【請求項１３】
前記ねじ付きソケット又はねじ穴の中に、放射線校正源を内蔵するアダプタが固着されている請求項１０記載の計装パッケージ。
【請求項１４】
前記エンドアダプタは、前記計装エンドキャップの長さ寸法を有効に増加させることにより、前記計装パッケージを前記エンドキャップなしでは計装パッケージには長すぎる工具ハウジングの内部に嵌合させるためのスペーサ手段を具備する請求項９記載の計装パッケージ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのほぼ円筒形の計装部品はシンチレーション結晶であり、前記シールドの他端部は窓部により閉鎖されている請求項１０記載の計装パッケージ。
【請求項１６】
ほぼ円筒形の核検出要素と、
前記核検出要素を包囲し、所定の規格直径より小さい直径を有するほぼ円筒形のシールドと、
前記シールドの周囲にあり、それにより、前記シールドの直径を前記所定の規格直径まで増加させるサイジングスリーブとを具備する核検出器パッケージ。
【請求項１７】
前記核検出要素と前記シールドとの間に半径方向に挿入された支持スリーブを更に具備する請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項１８】
前記支持スリーブは、横断面が多角形である第１の可撓性金属スリーブを具備する請求項１７記載の核検出器パッケージ。
【請求項１９】
前記サイジングスリーブは、前記シールドに接着された金属箔から形成されている請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項２０】
前記支持サイジングスリーブは裏面に接着剤が塗布されたテープから形成されている請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項２１】
前記サイジングスリーブは、横断面が多角形である第２の可撓性金属スリーブを具備する請求項１８記載の核検出器パッケージ。
【請求項２２】
前記第１及び第２の可撓性金属スリーブはステンレス鋼から製造されている請求項２１記載の核検出器パッケージ。
【請求項２３】
前記支持スリーブの長さは前記核検出要素より軸方向に短い請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項２４】
前記シールドに、前記支持スリーブの前縁部と係合するための内側段差部が形成されている請求項２３記載の核検出器パッケージ。
【請求項２５】
前記シールドは、一端部で、長さを有効に調整自在であるエンドキャップにより閉鎖されている請求項２４記載の核検出器パッケージ。
【請求項２６】
前記エンドキャップはエンドアダプタに装着するための規格化接合面を有する請求項２５記載の核検出器パッケージ。
【請求項２７】
前記接合面は相対的に直径の大きい、ねじ付きソケット又はねじ穴を含む請求項２６記載の核検出器パッケージ。
【請求項２８】
前記エンドアダプタは、前記エンドキャップの前記接合面にある整合面と係合する面を有するスペーサを具備する請求項２７記載の核検出器パッケージ。
【請求項２９】
前記ねじ付きソケット又はねじ穴の中にねじ付きスタッド又はスピンドルが固着されている請求項２７記載の核検出器パッケージ。
【請求項３０】
前記ねじ付きソケット又はねじ穴の中に、放射線校正源を内蔵したアダプタが固着されている請求項２７記載の核検出器パッケージ。
【請求項３１】
前記エンドキャップと前記支持スリーブの後縁部との間に軸方向に位置決めスリーブが配置されている請求項２５記載の核検出器パッケージ。
【請求項３２】
前記核検出要素は反射テープで包み込まれた結晶から形成されている請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項３３】
前記反射テープはポリテトラフルオロエチレンから製造されている請求項３２記載の核検出器パッケージ。
【請求項３４】
前記シールドは、他端部で、前記結晶要素の一方の端面と係合する窓部により閉鎖されている請求項３２記載の核検出器パッケージ。
【請求項３５】
前記窓部は前記シールドの一端部にろう付けされている請求項３４記載の核検出器パッケージ。
【請求項３６】
前記エンドキャップの長さ寸法を有効に増加させることにより、前記核検出器パッケージを前記エンドキャップなしでは前記核検出器パッケージには長すぎる工具ハウジングの内部に嵌合させるためのスペーサ手段を含む請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項３７】
前記第１の可撓性金属スリーブの材料及び特性は、前記核検出要素が正規の振動レベルの下で移動するのを防止するのに十分な力を前記第１の可撓性金属スリーブが前記核検出要素に対して加えるが、大きな衝撃を受けたときには前記核検出要素を解放して移動させるように選択されている請求項１８記載の核検出器パッケージ。
【請求項３８】
核検出要素はシンチレーション検出器である請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項３９】
核検出要素は中性子検出器である請求項１６記載の核検出器パッケージ。
【請求項４０】
中性子検出器はＨｅ３比例計数器である請求項３９記載の核検出器パッケージ。
【請求項４１】
ほぼ円筒形の結晶要素と、
前記結晶要素と同軸に配置された光電子増倍管と、
前記結晶要素の一端部と前記光電子増倍管の隣接する端部との間に挟まれ、前記結晶要素及び前記光電子増倍管と共に円筒形のシールドの中に密封されている光カップラと、
前記結晶要素及び前記光電子増倍管に沿って外側に延出し、前記円筒形シールドの半径方向内側に位置する可撓性支持スリーブとを具備する放射線検出器。
【請求項４２】
前記結晶要素の周囲で、前記可撓性支持スリーブの半径方向内側にあるステンレス鋼ラップを含む請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項４３】
前記ステンレス鋼ラップと前記可撓性支持スリーブとの間に半径方向スペーサを更に具備する請求項４２記載の放射線検出器。
【請求項４４】
前記結晶要素と前記可撓性支持スリーブとの間に半径方向スペーサを更に具備する請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項４５】
前記半径方向スペーサはポリエチルエチルケトンから製造されている請求項４４記載の放射線検出器。
【請求項４６】
前記可撓性支持スリーブは、横断面が多角形である可撓性金属スリーブである請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項４７】
前記結晶要素は反射テープで包み込まれており、前記可撓性金属スリーブの内面は狭い接触線に沿って前記反射テープと係合する請求項４６記載の放射線検出器。
【請求項４８】
前記可撓性金属スリーブは０．００２〜０．００５インチの範囲内の厚さを有する請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項４９】
前記結晶要素の他端部に反射ディスクが配置され、前記円筒形のシールドはエンドキャップにより閉鎖されており、前記エンドキャップと前記反射ディスクとの間に軸方向ばねが挿入されている請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項５０】
前記シールドの周囲にあり、それにより、前記シールドの直径を所定の直径まで増加させるサイジングスリーブを更に具備する請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項５１】
前記サイジングスリーブは前記シールドに接着された金属箔から形成されている請求項５０記載の放射線検出器。
【請求項５２】
前記サイジングスリーブは裏面に接着剤が塗布されたテープから形成されている請求項５０記載の放射線検出器。
【請求項５３】
前記サイジングスリーブは、横断面が多角形である可撓性金属スリーブである請求項５０記載の放射線検出器。
【請求項５４】
前記サイジングスリーブ及び前記可撓性支持スリーブはステンレス鋼から製造されている請求項５０記載の放射線検出器。
【請求項５５】
前記シールドの一端部は、エンドキャップアダプタに装着するための規格化接合面を有するエンドキャップにより閉鎖されている請求項５０記載の放射線検出器。
【請求項５６】
前記エンドキャップアダプタの長さ寸法を有効に増加させることにより、前記パッケージを前記ほぼ円筒形の計装部品には長すぎる工具ハウジングの内部に嵌合させるためのスペーサ手段を含む請求項５５記載の放射線検出器。
【請求項５７】
工具ハウジングを更に具備し、前記放射線検出器は、外側可撓性金属支持スリーブが前記放射線検出器と前記工具ハウジングとの間に半径方向に配置される状態で前記工具ハウジングの中に配置される請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項５８】
前記外側可撓性金属支持スリーブは横断面が多角形である請求項５７記載の放射線検出器。
【請求項５９】
前記外側可撓性金属支持スリーブはステンレス鋼から製造されている請求項５８記載の放射線検出器。
【請求項６０】
前記光カップラはオイルリング付き光カップラである請求項４１記載の放射線検出器。
【請求項６１】
前記オイルリング付き光カップラは前記光電子増倍管に接合されている請求項６０記載の放射線検出器。
【請求項６２】
前記オイルリング付き光カップラは前記光電子増倍管に成形されている請求項６０記載の放射線検出器。
【請求項６３】
ほぼ円筒形の結晶要素と、
前記結晶要素と同軸に配置された光電子増倍管と、
前記結晶要素の一端部と前記光電子増倍管の隣接する端部との間に挟まれ、前記結晶要素及び前記光電子増倍管と共に円筒形シールドの内部に気密に密封されたアセンブリを形成する光カップラと、
前記光電子増倍管に隣接し、前記光電子増倍管に電気的に接続された電子部品を収納する、気密ではなく密封された電子部品ハウジングとを具備し、
前記光電子増倍管は前記円筒形シールドの内側でＰＭＴハウジングの内部に装着され、前記光電子増倍管と前記ＰＭＴハウジングとの間に、横断面が多角形である第１の可撓性金属スリーブが半径方向に配置されている放射線検出器。
【請求項６４】
前記ＰＭＴハウジングの一端部は前記光電子増倍管を越えて延出し、前記結晶要素の一部と重なり合っている請求項６３記載の放射線検出器。
【請求項６５】
前記ＰＭＴハウジングの他端部は前記光電子増倍管を越えて延出し、エンドキャップに当接している請求項６４記載の放射線検出器。
【請求項６６】
前記ＰＭＴハウジングの前記他端部の半径方向内側の、前記光電子増倍管と前記エンドキャップとの間に１つ以上のスペーサが軸方向に配置されている請求項６５記載の放射線検出器。
【請求項６７】
横断面が多角形であり、前記アセンブリと前記シールドとの間に半径方向に配置された第２の可撓性金属スリーブを含む請求項６３記載の放射線検出器。
【請求項６８】
前記シールドを包囲する外側可撓性ダイナミックハウジングと、前記シールドと前記可撓性ダイナミックハウジングとの間に半径方向に配置された複数の軸方向に延出する金属ばねとを更に具備する請求項６７記載の放射線検出器。
【請求項６９】
前記シールドを包囲する外側可撓性ダイナミックハウジングと、横断面が多角形であり、前記外側可撓性ダイナミックハウジングと前記シールドとの間に半径方向に配置された第３の可撓性金属スリーブとを更に具備する請求項６７記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その用途に限定されないが、特に固体鉱物採掘作業又は油井検層作業（業界ではワイヤライン作業と呼ばれる）で使用される放射線検出器に適用可能である低価格で、高性能の計装パッケージ、並びに衝撃レベル及び振動レベルが更に極度に高い穿孔中測定（ＭＷＤ）作業又は穿孔中検層（ＬＷＤ）作業のための高集積度電気光学放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンチレーションパッケージは、通常、円筒形のシールドの内部に支持されたシンチレーション要素又は結晶要素（又は単に結晶）を含む。石炭の採掘又は油井検層などの苛酷な環境で信頼性をもって使用するためにシンチレーションパッケージを十分に堅牢に製造すると、その結果、性能は幾分低下する。シンチレーションパッケージを堅牢に製造することにより、更に製造コストも高くなる。近年、約２００℃までの温度に耐えることが可能であり、同時に衝撃や振動にも耐えるシンチレーションパッケージの開発及び配置に著しい進歩が見られてはいるが、苛酷な環境で動作する間に信頼性を犠牲にすることなく機能性能を更に向上させ且つコストを削減することは依然として必要とされている。
【０００３】
シンチレーションパッケージの性能を低下させる要因はいくつかある。熱負荷及び衝撃荷重に耐え、良好な気密密封を確保するために、厚いガラス窓が使用される場合がある。シンチレーション要素と窓部との間の緩衝材として機能させると共に、シンチレーション要素が振動中にカップラから分離しにくくするために、分厚いカップラが使用される場合もある。それらの分厚い要素が光路の中に存在していると、光の損失が起こり、パッケージから光を受け取っている光電子増倍管の視野が狭まる。
【０００４】
振動や衝撃を受けているときにシンチレーション要素が動くと、光出力に望ましくない雑音が発生されるという結果を招くので、そのようなシンチレーション要素の動きを最小限に抑えるために、シンチレーション要素の周囲に圧縮力を加えることが必要である。そのような圧縮力がシンチレーション要素の周囲の反射体材料に加わると、反射体材料の反射率が低下し、材料はシンチレーション要素の表面を部分的に「湿潤」させてしまうこともある。非常に有効な反射体材料の一例は、多孔質である特殊なTEFLON(登録商標)テープである。これは、近ＵＶ範囲のシンチレーション発生光の最も有効な反射体の１つであり、何十年にもわたりシンチレーションパッケージの反射体として広く使用されてきた。この材料は非常に柔軟であるが、シンチレーション要素の面に押し付けられると、反射体としてのこのテープの効率は低下する。その上、シンチレーション要素は苛酷な環境で使用され、破損しないように、また、自発シンチレーションを発生しないようにするために、堅固に保持されていなければならない。シンチレーション要素を支持するために、ポッティング、ブーツ、粉末及び金属要素などの様々なエラストマー材料が使用されている。各々の材料は独自の利点と欠点を有し、それに従って適宜選択される。しかし、Teflon(登録商標)テープや、熱効果及び高温からシンチレーション要素を保護するのに有効であることが判明しているいくつかの他の反射体を使用する、シンチレーションパッケージ内部の周知の支持方法は、いずれも、テープを圧縮させ、その結果、性能の低下を招いている。例えば、反射体の周囲に配置されるブーツは、周囲温度での要素の動きを防止するために圧縮状態で設置されなければならない。温度が上昇すると、シンチレーション要素は膨張し、圧縮力を強める。通常はエラストマー材料から製造されているブーツ材料も膨張して、反射体に加わる圧力を更に増加させる。適正に設計された金属支持要素を使用すると、テープに加わる最大圧力を制限することにより、この荷重の問題は改善される。
【０００５】
同様に、シンチレーション要素の背後で多孔質反射テープを使用する場合も、背後のばねの一定圧力により影響を受けるであろう。
【０００６】
シンチレーション要素の周囲で相対的に厚いステンレス鋼ハウジング、又はシールドを使用すると、ガンマ放射がパッケージ内に侵入するときのガンマ放射の減衰が増加する。
【０００７】
同様に、堅牢化シンチレーションパッケージのコストを増大させる要因もいくつかある。これは、先に説明した性能上の弱点を最小にすることを指向しているデザインに特に当てはまる。厚いガラス窓の代わりに薄いサファイアの窓を使用する場合、サファイアはガラスより高価であるため、コスト高につながり、特にごく少量のサファイアを処理する場合には著しく高い費用が必要になる。チタンを使用すると、ステンレス鋼より減衰は減少するが、高い強度は維持され、同じ強度であれば、アルミニウムより薄くすることができる。しかし、シールドとしてチタンを使用した場合、ステンレス鋼より高価である。チタン金属はより高価であるばかりでなく、シールドを製造する際に当該技術分野で容易に利用できるチタンパイプのサイズや配管類のサイズでは、シールドを所要の許容差まで加工するために必要とされる作業の量も増えてしまう。全ての変数が与えられたとして、機械加工の費用を最小限に抑えるために押し出し成形チタンパイプの特殊研磨作業を実行することは、多くの場合、営利面で受け入れられない。従って、技術的問題と営利上の問題の双方に対処した設計上のアプローチが必要とされている。
【０００８】
コスト削減を制約するもう１つの要因は、一般に使用されている構成の多くの外側寸法及び内のり寸法に対して特別の必要条件を課す、業界内でのある程度の規格化が進められてきたことである。これらの要因と他の要因が組み合わされると、最適とはいえない機能性能を提供する一方で、全体としてコスト高を招く結果になる。
【０００９】
同様に、採鉱作業（油井掘削及び固体鉱物採掘の双方）、並びに油井ＭＷＤ作業及びＬＷＤ作業で使用される、放射線検出器などの完成品の検出器アセンブリ（通常、窓部及び／又は光カップラにより光電子増倍管、すなわち、ＰＭＴに結合されたシンチレーションパッケージを含む）に関しても、検出器は大きな振動や衝撃などの苛酷な環境に耐えることができなければならない。採鉱作業に核放射（例えば、ガンマ線）検出器を使用してきた従来の期間の大半の部分について、検出器の内部にある重要な要素並びに工具ハウジングの内部の検出器全体は、場合によっては長手方向に配置されたばねと組み合わされるエラストマー材料によって支持されていた。そのような相対的に柔軟なエラストマー材料は、衝撃及び振動に対する緩衝又は動的絶縁を行うためにも使用される場合が依然として多い。近年、技術の進歩に伴って、有効で、使用スペースが狭い金属製支持装置が使用されるようになって来た。金属製支持装置は、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載されている。
【００１０】
先に述べたように、特に吸湿性シンチレーション結晶が使用される場合に核検出器で一般に見られる１つの要素は、シンチレーション結晶と、シンチレーションを電気パルスに変換するＰＭＴ又は他の装置との間に配置される窓部である。吸湿性結晶は気密に密封された封入ケースの中に収納されていなければならないため、この窓部が利用され、窓部を介して、シンチレーションパルスは封入ケースからＰＭＴに到達することができる。通常、ダウンホールに適用するためのシンチレーションパッケージにおいては、必要な強度を与えるため及び適切な気密シールを形成するために厚いガラスの窓部が使用される。
【００１１】
検出器の性能を改善しようとする試みの中で、ＰＭＴを結晶と共に気密に密封されたハウジングの内側に配置することにより、窓部をなくす構成が考案された。即座に得られる利点は、光が窓部及び追加の光結合部を通過する必要なく、シンチレーション結晶から薄い光カップラを介してＰＭＴ内部へ直接に透過できることである。光路内に２つの追加要素がなければ、光の損失は少なくなり、各シンチレーションパルスからの光の量はより多くなるので、検出器の利得が向上する。このように利得が増加すれば、ＰＭＴの利得が高温で時間の経過に伴って光電陰極の劣化により低下する間も、検出器の総利得を最低レベル以上に維持するという特に重要な利点が得られる。結晶の窓部をなくすことにより波高分解能を改善することも可能になり、また、窓部が占めていたであろう空間をより多くの結晶を追加するために使用できる。しかし、ＰＭＴと結晶を１つの気密ハウジングの中に収納する最も古い構造は、採鉱作業、特にＭＷＤ作業及びＬＷＤ作業などの苛酷な環境に耐えることができない。
【００１２】
現在のニーズを満たそうとするもう１つの試みは、ＰＭＴと結晶の双方を気密に密封されたハウジングの内部に配置した上で、ＰＭＴ及び結晶をエラストマー材料によって動的に支持するものであった。この構成は、特許文献４に記載されている。ＰＭＴ／結晶の湾曲を防止することが必要であることは良く理解されているため、ＰＭＴ／結晶アセンブリを堅牢化するようにＰＭＴ／結晶の周囲に円筒形のエラストマースリーブが配置されている。しかし、この構成は別の問題を引き起こし、後に更に良く理解されるであろう理由によって、完全には満足できるとは言いがたいことが判明している。
【００１３】
放射線検出器の内部構造に関連する問題に加えて、検出器の外部でもエラストマー材料を使用すること、すなわち、検出器を設置すべき工具空洞部又はハウジングの中で検出器を支持するためにエラストマー材料を使用することが一般に慣例となっている。この場合にも、エラストマーは貴重な空間を占め、誘起される振動からの動的絶縁を実現するために望まれる高い減衰特性を発揮しない。更に、エラストマー支持構造の共振振動数は低くなりがちであり、これが相対的に小さな減衰と組み合わされると、相対的に高い応答を発生させ、その結果、検出器内部へ誘起される振動を増幅する。それらの増幅された振動は検出器出力で雑音が発生される確率を大きくし、結晶又は結晶とＰＭＴの接合面の破損さえ引き起こす可能性がある。エラストマー材料は、正常な振動レベル又は予期される振動レベルの間にハードマウントの特性を示す支持構造を形成することが不可能である。従って、改善された核検出器をそれが使用されるべき工具の内部により有効に、より効率良く空間を利用して支持する手段が必要とされている。
【００１４】
更に、大きな振動及び衝撃を受ける条件の下で、１７５℃以上にもなる高温で長期間にわたり動作できる確実で、小型の高性能検出器も依然として必要とされている。
【特許文献１】特表２００１−５０３５０７号
【特許文献２】米国特許第５，９６２，８５５号
【特許文献３】米国特許第６，３５５，９３２号
【特許文献４】米国特許第６，２２２，１９２号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、計装パッケージ、特に、油井検層工具、固体鉱物採掘又は他の苛酷な環境において装着される核放射線検出器のためのシンチレーション検出器パッケージ又は中性子検出器（例えば、Ｈｅ３比例計数器）パッケージの改善された構造を提供しようとするものである。
【００１６】
シンチレーション検出器パッケージの一実施例においては、結晶要素の周囲に巻き付けられた反射体材料（例えば、反射体テープ）の大半が圧縮されず、それにより、性能が改善されるように結晶要素をその周囲を包囲しているシールドの内部に支持するために、シンチレーション要素及び結晶要素の周囲に、横断面が多角形である可撓性支持スリーブ（好ましくは金属）が配置されている。金属スリーブはエラストマー材料より有効な動的支持構造であるため、シンチレーション面の全体と接触している必要はない。金属支持スリーブでは、最高温度で起こる最大の力はエラストマー材料の場合より小さい。従って、シンチレーション要素に沿って可撓性金属スリーブの幅の狭い接触条片部分（スリーブが多角形の形状であるため）により形成される支持部は縮小され、それに加えて、それらの条片部分の間の反射材料の領域は圧縮されない状態のままである。また、可撓性支持スリーブの長さは結晶より短くても良いため、支持スリーブを越えて延出する領域で反射体テープが圧縮されないように、可撓性支持スリーブをシールドの内部に軸方向に拘束するために、シールドの内側段差部と組み合わされた特殊で、単純なスリーブを採用できる。別の実施例では、シンチレーション要素の周囲の半径方向スペーサが可撓性スリーブと組み合わされて、反射体材料の性能を最適にする。
【００１７】
更に、可撓性金属支持スリーブは製造費用が安く、信頼性をもって設置するのが簡単であり、熱の影響、衝撃及び振動からの保護に関してすぐれた性能を示す。
【００１８】
パッケージからＰＭＴへのシンチレーションの透過を改善するという理由により、サファイアの窓部と薄い光カップラは好ましい。サファイア窓部の強度は極めて高く、ガラスとステンレス鋼との間の典型的なシールで確実に実現できる厚さよりはるかに薄い場合であっても、窓部を気密にすることが可能である。可撓性金属スリーブの使用により、シンチレーション要素の予測可能な軸方向拘束が実現されるため、軸方向の衝撃及び振動の影響がカップラ又は窓部に対して過剰な力を発生することはなく、また、カップラが通常より薄く形成されている場合でも、そのような影響を受けた結果、結晶がカップラから跳ね返るような事態は起こらない。
【００１９】
サファイア窓部にチタンシールドを有効にろう付けすることができる。しかし、ろう付けが実行される領域の許容差と構成は適切な気密シールを可能にするように精密でなければならない。規格サイズのチタンパイプは高価であり、通常、必要な寸法を得るために多くの加工を必要とする。シールドを製造するために適切な大きさに加工された溶接チタン管材料は丸形にならない傾向にある。シールドを製造するために規格サイズの管材料を使用した場合、それが丸型スリーブに加工される時点までに、その直径は直径１／８インチの増分で典型的に規格化されている工具空洞部に適正に嵌合するのには小さすぎる状態になってしまう。解決策の１つは、シールドを規格サイズとして適用する場合に要求されるよりもわずかに小さく製造し、パッケージの表面に金属ラップを接合するという方法である。低価格の金属テープは、１５０℃までの温度に適するアクリル接着剤を有する適切なラップ材料である。０．００１インチから０．００５インチの厚さのチタン箔も、容易に入手できる高温用接着剤又は接合剤によってシールドに接着することが可能であろう。より効果的な解決策は、検出器の周囲に、サイズを合わせ、網状の接合面に適合し、その差異に適合し、膨張及び衝撃を絶縁する可撓性金属スリーブを設置する。これは、ハードマウント構成において検出器を工具空洞部の内部に支持させる必要がある場合に特に適用可能である。この「ハードマウント」とは、スリーブにより発生される摩擦が予期される振動レベルの間にスリーブが工具空洞部に対して動くことを阻止するように、可撓性スリーブによって結晶を支持することを意味している。可撓性スリーブの付加的な利点は、大きな衝撃に対してスリーブが解放されて、減衰絶縁を行うことである。
【００２０】
シールドが典型的な大きさより小さい規格直径まで加工されたならば、最終加工に備えて特殊なバンド（ツーリング取り付け具）を設置でき、シールドがこのバンドにより丸型に保持されている間に、ろう付け面を所要の精度まで丸く仕上げることができる。サファイア窓部をチタンシールドにろう付けする時点で、サファイアにろう付けされるべき面を含めて、薄いシールドを丸い状態に戻すために、別のバンドが設置される。この方法により、シールドの外面を精密に仕上げ加工する必要がなくなる。また、ろう付け面を仕上げるために精密リーマを使用することが可能になる。シールドと結晶との間で可撓性支持スリーブを使用することにより、シールドの内側の大きな摩擦があっても可撓性金属スリーブを所定の場所に押し込むことができるので、シールドの通常は荒仕上げされる内面を滑らかになるまで加工する必要もなくなり、且つ／又は追加のスリーブを設置する必要がなくなる。
【００２１】
コスト面に関わるもう１つの要因は、生産される量に関する。世界中で、毎年、過酷な油井掘削作業用としておそらくは１０，０００未満の新しいシンチレーションパッケージが生産されている。それらの装置は巨大な経済的利益をもたらすであろうが、要求される数多くの構成を考慮すると、ある所定の大きさで必要とされる数は大規模生産を実現するには少なすぎる。ハードマウント構成を実現するためにステンレス鋼シールドを精密に嵌合させるような場合、ステンレス鋼シールドをより製造コストの安い、はるかにゆるやかな許容差をもって「規格サイズ」で製造できるように、可撓性スリーブを使用することにより、ハードマウントの成果を実現できる。
【００２２】
チタンのミルランを注文することは実用的ではなくなっており、最適の管材料寸法をミルラン生産したとしても、いくつかの望ましくない費用の問題が残る。技術的、歴史的な多くの要因によって、ある所定の構成の量を著しく増加させるように規格化を強制的に推し進めることは非常に困難である。同時に、行われた規格化は、代替構成を使用することに理にかなった理由がある場合であっても、そのような代替構成の使用を妨げてきた。例えば、規格パッケージは小さすぎるため、所望の規格サイズの結晶を設置するにはスペースが余りにも限定されてしまう場合が考えられるであろう。より小さなパッケージを設計すると、その結果、全体的な規格化のレベルが低下し、費用は高くなる。必要に応じて変形が可能であると同時にコストを削減するように規格化のレベルを上げるためには、他のデザインに適合することが可能であるように規格デザインに適応性を持たせることが必要である。
【００２３】
薄い窓部と薄いカップラを使用し、且つ可撓性スリーブの軸方向拘束と、短いばねとの組み合わせ効果を利用することにより、所定の結晶パッケージをそれが使用されるべき機械又は工具にある狭いスペースに嵌合できるように、シンチレーションパッケージの長さをより短く製造することができる。そこで、背面部に長さが調整可能であるエンドキャップ（又はエンドキャップアダプタ）を使用することにより、同じ結晶パッケージを延長させて、検出器、機械又は工具にあるより長い空洞部にぴったりと嵌め込むことができる。従って、規格サイズであると考えられ、容易に入手できるであろう幾分短い長さのパッケージを含めて、どのような長さのパッケージに対しても、短縮されたシールドを使用できる。その結果、完成後の製品の長さを調整するための単純なエンドキャップアダプタに頼って、より大量のシールドを一括して単一の構成に処理することができる。それらのシールドは、サファイアろう付けによって同様に大量に一括して処理されることが可能である。規格直径より小さいシールドは、最終的にコストを削減する方法として提案されている。また、様々な選択された厚さの金属テープ又は金属箔を貼り付けることにより、パッケージの直径のわずかな調整を可能にする方法でもある。そのようなテープは様々に異なる厚さで容易に入手できるため、シールドの仕上げ後の直径を要求に適合するように安価に且つ迅速に調整することができる。
【００２４】
上記の概念を検出器アセンブリ全体に、すなわち、シンチレーションパッケージと光電子増倍管の組み合わせまで拡張しても良い。
【００２５】
先に説明したように、ＰＭＴ／結晶アセンブリ全体を単一の管又はシールドの内部に気密に密封された状態で支持し、且つＰＭＴ／結晶を高温でより長い時間にわたり動作可能にするための、スペースをより効率良く使用できる方法が必要とされている。これは、ＰＭＴ／結晶アセンブリ全体の周囲に配置される、先の実施例の横断面が多角形である薄い可撓性支持スリーブを更に使用することにより実現されることが可能である。ＰＭＴ／結晶は、可撓性スリーブと共に、同様にＰＭＴ／結晶アセンブリの全長に沿って延出する管又はシールドの内部に気密に密封されている。
【００２６】
ＰＭＴ及び結晶を間に窓部を挟まずに直接に結合できるように機械的支持を行うことに加えて、可撓性金属支持スリーブは、半径方向の、外部で誘起される振動及び衝撃からの、大きく減衰された動的絶縁を行う。
【００２７】
長手方向の動的支持は、ＰＭＴ及び結晶という２つの部品に沿って延出する可撓性金属支持スリーブと組み合わされた、ＰＭＴ／結晶サブアセンブリの両端部の軸方向ばね手段から成る。可撓性金属スリーブは長手方向の高い共振振動数を与え、それは高レベルで、振動数の低い誘起振動との動的結合を阻止する。以下の詳細な説明から更に明確になるであろうが、可撓性スリーブはＰＭＴ／結晶アセンブリを接触摩擦により長手方向に拘束する。大きな衝撃を受ける条件の下では、ＰＭＴ／結晶は可撓性スリーブの内部で又はそれに対して摺動する。このような摺動が起こると、すべり摩擦が高レベルの減衰を発生し、それにより、支持構造が誘起振動を増幅することが防止される。また、可撓性スリーブを適正な大きさに規定することにより、ＰＭＴ／結晶アセンブリを多くの誘起振動の間にほぼ剛性を有して保持し、衝撃又は大きな振動を受けたときにはＰＭＴ／結晶アセンブリを解放して、最も必要なところで動的絶縁を実現することができる。
【００２８】
更に、シンチレーション要素又は結晶が温度上昇によって半径方向と長手方向の双方に膨張するための措置も講じられている。一実施例では、後に説明するように、結晶と可撓性スリーブとの間に位置する反射体／支持部アセンブリは反射テープと、側壁軸方向拘束コンプライアンスアセンブリ（ＳＡＲＣＡ）とを具備する。別の実施例は、結晶の周囲に、間に反射材料を挟んで配置された反射支持リングを使用する。それらの反射リングは、シンチレーション要素と可撓性スリーブとの間の荷重を支える。別の実施例においては、ＰＭＴ／結晶接合面における光の伝達を改善し、結晶とＰＭＴとの相対運動に起因する自然雑音の発生を低減し、且つそれを最小限のスペースで実現するために、オイルリング付き光カップラが使用される。
【００２９】
動作中、大きな振動又は衝撃はＰＭＴ／結晶サブアセンブリを可撓性スリーブの内部で摺動させる。このすべり摩擦は有効な減衰をもたらす。可撓性スリーブの厚さはわずか千分の数インチであり、スリーブは熱コンプライアンスを許容するために偏向するので、可撓性スリーブの熱膨張率は半径方向にはほとんど重要ではない。
【００３０】
気密管又はシールド及び可撓性スリーブの半径方向内側におけるＰＭＴの支持は、結晶反射体及び／又はＳＡＲＣＡと同じ直径を有するＰＭＴハウジングの内部にＰＭＴを配置することにより実現される。ＰＭＴとそのハウジングとの間には、ＰＭＴの動的絶縁を行うために、複数の周囲方向に互いに離間された半径方向ばね、又は好ましくは別の可撓性スリーブがある。
【００３１】
支持部の１つの重大な面は、ＰＭＴと結晶との間の光結合部に対する損傷を防止し、光結合部の撓みの結果として発生する雑音を防止し、且つアセンブリにおける曲げモードを最小にするためにＰＭＴ／結晶の組み合わせの湾曲を最小にすることである。これも、ＰＭＴ／結晶の外面及び気密管又はシールドの内面と係合し、薄い金属から製造されているにもかかわらず、相対的に剛性である多角形の可撓性金属支持スリーブにより実現される。
【００３２】
ＰＭＴは動作するために高い電圧を必要とし、電気パルスを出力するため、気密管又はシールドの外側、しかも、検出器の内側でＰＭＴと電気回路を電気的に接続することが必要である。これは、特殊な貫通接続の利用によって実現される。この目的で追加のハウジングを利用可能にする事態を回避するために検出器に電子部品を追加することにより、工具のスペースを更に節約することができる。一実施例では、気密管の内側ではないが、検出器アセンブリの内部に配置される前置増幅器アセンブリが記載されている。
【００３３】
核検出器の外側では、複数の軸方向に延出する半径方向ばね又は別の（すなわち、外側の）可撓性金属支持スリーブを含む可撓性ダイナミックハウジングが、検出器アセンブリ全体に対して更に別のレベルの動的支持を行い、また、検出器が配置されるべき工具空洞部の機械的許容差が厳格にならなくて済むように機械的コンプライアンスを提供する。この外側可撓性支持スリーブにより検出器の動きは許容されるが、以下に詳細に説明するように、ある設計パラメータの範囲内の動きのみを許容する。検出器の長手方向の位置決め及び拘束は、検出器の両端部にあるエラストマードーム又はエンドプラグと、外側可撓性スリーブとの組み合わせによって、すべり摩擦を介して実現される。２００１年１２月２８日に出願された係属中の特許出願第１０／０２８，４３０号に開示されているように、可撓性ダイナミックハウジングが構成されても良い。また、二重可撓性スリーブが使用されても良い。以下に説明する通り、検出器の周囲のこれらの支持装置の詳細な構造を経て様々な動的応答を実現することができる。
【００３４】
更に、検出器を様々に異なる用途に適応させるための様々なエンドキャップアダプタも開示される。
【００３５】
また、使用されるべき典型的な直径よりわずかに小さな直径、並びに典型的に結晶サイズの標準増分に要求される長さより短い長さとなるように意図的に製造されている規格化コアアセンブリ（例えば、結晶、ＰＭＴ及び周囲を取り囲むシールドを具備する）を含む検出器パッケージも提示される。コアアセンブリのエンドキャップの一方又は双方は、相対的に大きな直径を有し、浅く、微細なねじ山を有する規格化されたねじ穴を有していても良い。広い範囲にわたる工具空洞部又はハウジングの大きさに適合するようにコアアセンブリの直径の調整を可能にするために、金属ラップ又は可撓性金属スリーブのサイズが規定される。可撓性スリーブの使用により、予期される振動レベルに対して１に近い動的伝達率を維持するためにハードマウント構成が可能になるか、あるいは高い振動数で動的絶縁が可能になるかのいずれかである。コアにある浅く、直径の大きいねじ穴に適合する規格化された短いねじ付きスタッドを有するエンドアダプタの使用により、それぞれの用途で使用される範囲の空洞部の大きさに適応するようにコアアセンブリの長さを調整することが可能になる。また、検出器が設置されるべき採鉱機械、穿孔工具又は他の装置における様々な構成と係合するために、様々な構成の選択肢を持ったエンドアダプタが提供される。要するに、ある範囲の増分サイズを有する検出要素を含む若干の規格化コアアセンブリを数多くの構成に適応させることが可能である。規格化することによって、必要に応じて単にアダプタを追加するだけで、広い範囲のユーザが安価に規格化コアの製造及び保管を行うことができる。
【００３６】
従って、１つの面においては、本発明は、少なくとも１つのほぼ円筒形の計装部品と、少なくとも１つの計装部品を包囲し、所定の規格直径より小さい直径を有するほぼ円筒形のシールドと、シールドの周囲にあり、それにより、シールドの直径を所定の規格直径まで増加させるサイジングスリーブとを具備する計装パッケージに関する。
【００３７】
別の面においては、本発明は、ほぼ円筒形の核検出要素と、核検出要素を包囲し、所定の規格直径より小さい直径を有するほぼ円筒形のシールドと、シールドの周囲にあり、それにより、シールドの直径を所定の規格直径まで増加させるサイジングスリーブとを具備する核検出器パッケージに関する。
【００３８】
更に別の面においては、本発明は、ほぼ円筒形の結晶要素と、結晶要素と同軸に配置された光電子増倍管と、結晶要素の一端部と光電子増倍管の隣接する端部との間に挟まれ、結晶要素及び光電子増倍管と共に円筒形のシールドの内部に気密に密封された光カップラと、結晶要素及び光電子増倍管に沿ってその外側に且つ円筒形のシールドの半径方向内側に延出する可撓性支持スリーブとを具備する放射線検出器に関する。
【００３９】
更に別の面においては、本発明は、ほぼ円筒形の結晶要素と、結晶要素と同軸に配置された光電子増倍管と、結晶要素の一端部と光電子増倍管の隣接する端部との間に挟まれ、結晶要素及び光電子増倍管と共に円筒形のシールドの内部に気密に密封された光カップラと、光電子増倍管に隣接し、光電子増倍管に電気的に接続された電気部品を収納する気密ではなく密封された電子部品ハウジングとを具備し、光電子増倍管は円筒形のシールドの内側でＰＭＴハウジングの内部に装着され、ＰＭＴハウジングとシールドとの間に可撓性金属スリーブが半径方向に配置されている放射線検出器に関する。
【００４０】
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
まず、図１〜図５を参照すると、本発明の一実施例に従った核検出器パッケージ１０は、計装部品、この場合にはシンチレーション要素又は結晶要素１４の形状の核検出要素を収納する気密密封ハウジング又はシールド１２と、結晶要素を包囲する反射体１６と、結晶要素をシールドの内部に支持する支持スリーブ１８と、シンチレーション要素からの光を外部（例えば、接続されている光電子増倍管）へ透過させる窓部２０及び光カップラ２１とを含む。固体鉱物採掘又は油井検層における苛酷な環境で信頼性が高く、雑音のない性能を得るために重要であるのは、シンチレーション要素又は結晶要素１４の支持構造である。適正に支持されていないと、結晶は大きな振動又は衝撃を受けたときに動いてしまい、雑音を発生するか、破損するか、あるいは故障するであろう。これは特にＭＷＤ及びＬＷＤに適用された場合にいえることであるが、ワイヤラインに適用されたときにも考慮すべき問題である（油井検層の分野におけるワイヤラインは、さく井の内部へ計装パッケージを降下させ、次に、除去中のさく井の層群及び／又は状態の測定を実行することを表す。
【００４２】
この実施例では、シンチレーション要素又は結晶要素１４の動的支持構造は可撓性支持スリーブ１８を具備する。この支持スリーブ１８の使用により、他の改善の機会も与えられる。図２に最も良く示されるように、シールド１２の内側にある可撓性支持スリーブ１８の横断面は多角形である。特に、図示されているスリーブ１８は通常ほぼ円筒の形状であるが、５つの平坦な面又は平坦部２２を有する。その寸法は、平坦な面２２がシンチレーション要素１４の周囲に貼り付けられた反射体材料１６（従来のTeflon(登録商標)テープなど）に圧接するように選択されている。可撓性スリーブ１８を製造するために使用される材料の厚さ及び種類は、最小の固有振動数を実現するようにシンチレーション要素１４を支持するために選択されている。スリーブ１８は金属（例えば、ステンレス鋼）であるのが好ましいが、他の適切な材料から製造されることも可能であろう。平坦部２２の数は様々に異なるであろうが、シンチレーション要素１４とシールド１２の内壁との間の空間の知識とあいまって、シンチレーション要素１４の面に対する予荷重の量を判定する。可撓性支持スリーブ１８の内面の潤滑被覆膜２４（図２）は、結晶要素１４に対する予荷重力と組み合わされて、平坦部２２と反射体材料１６の外面との摩擦に起因する軸方向拘束力の量を判定する。可撓性支持スリーブ１８の構成はごくわずかなスペースしか必要としないため、希望に応じて、より大型の結晶１４を収容するための空間を開放する。
【００４３】
可撓性支持スリーブ１８が（窓部２０に向かって）前方へ滑るのが止められるように、シールド１２の内面に、わずか約０．００５インチの高さの小さな半径方向段差部２６（図４を参照）を設けることができる。可撓性支持スリーブ１８を結晶要素１４より短く製造することにより、可撓性支持スリーブ１８は前方部分で（結晶要素１４の光カップラ２１の付近で）結晶要素１４を越えて延出しない。そのような部分的な支持によって、最も極端な穿孔中測定が適用される場合には受け入れにくくなるであろうが、固体鉱物採掘及びワイヤラインの用途においては、結晶要素１４を可撓性支持スリーブ１８の内側で片持ち支持させることが実現可能である。このように、結晶要素１４の前方部分で反射体テープ１６の圧縮が起こらないため、光の吸収は減少する。この半径方向段差部２６は、更に、窓部２０にろう付けされるべき領域の加工を簡単且つ安価に完了させるために精密リーマ工具を利用することを実行可能にする。
【００４４】
同様に、結晶要素１４の平面では、結晶要素の周囲の反射体テープ１６は圧縮されていない。これは反射率を向上させると共に、光がシンチレーション結晶１４の背面から窓部２０へより効率良く進むのを助ける。更に、結晶要素１４の背後にある反射体テープ１６の部分は圧縮されていないため、結晶要素１４の背後の薄い反射パッド２８を、その縁部及び／又は角部を結晶要素１４の円筒形の面の上に重ね合わせることにより、簡単に構成し、設置することができる。結晶要素１４の端部領域で反射体テープが圧縮されていれば、パッド２８の重なり合う材料の領域で反射体テープ１６を分厚くし、その結果、反射体テープを更に圧縮させることになるであろう。更に悪いことに、結晶要素１４が高温動作中に背後に向かって膨張しようとし、その位置で動かなくなってしまうような状況も起こるであろう。結晶要素１４が冷却されるにつれて、結晶要素の前端部はカップラ２１から引き離される。これは周知の問題点である。本発明によれば、結晶要素１４が背後で動けなくなるという危険を伴わずに、性能を向上させ、より単純で、低コストの構造を得るために望ましい重なり合いを形成することができる。段差部２６に対して可撓性支持スリーブ１８を制止するために、可撓性支持スリーブ１８の背後の、スリーブ１８の後縁部とエンドキャップ又はバックプレート３８との間に、薄い位置決めスリーブ３０が設けられている。
【００４５】
規格化によってコスト削減を実現すべき場合、全ての堅牢結晶パッケージに関して直径、長さ及び許容差を規格化することは実用的ではなく、多くの場合、望ましくないことでさえあるため、別の方法でコスト削減を実現しなければならない。直径の小さい規格シールドを製造することにより、シールドの全長を実質的に拡張し、指定される直径を指定される許容差の中で実現するために要求される厚さを有するサイジングスリーブ又は金属ラップ３２を追加するという方法で、直径を大きくすることが可能である。この方法を使用することにより、工具メーカーによっては望ましい非常に精密な直径を実現でき、許容差を満足させるように機械で加工しようとする場合と比較して、大幅に安い費用でこれを実行できる。
【００４６】
例えば、±０．００１インチの許容差で直径１．２４９インチのステンレス鋼シンチレーションパッケージが必要とされている場合、シールド１２は１．２４０±０．００３インチなどの、それより小さな大きさで旋削されるであろう。完成したときに、直径が１．２４３インチであった場合、規格の０．００１５インチの金属箔材料から製造されたサイジングスリーブ３２を適切な接着剤を使用して貼り付けることができる。シールド本体の測定サイズが１．２３７インチであれば、０．００４インチのステンレス鋼から製造されたサイジングスリーブ３２がシールドに接合されるであろう。サイジングスリーブ３２の上部に、１．２４９インチの内径を有するサイジングリング（図示せず）が嵌め込まれても良い。接着剤が硬化した後、サイジングリングは取り外されるであろう。機械加工の大きさ、サイジングスリーブに使用されるシート材料及び接着剤は、工程を実施する上での好みや、費用の点を考慮して、別の組み合わせで使用されても良い。例えば、同じ未加工規格シールドサイズからわずかに小さな仕上げパッケージ直径を必要とするパッケージを製造しなければならないような、はるかに高度の規格化を実現するためには、シールドは規格直径１．２３５±０．００３インチまで加工されるであろう。公称１．２３５インチの直径を有するこの規格シールド１２から始めて、０．００３インチのサイジングスリーブ３２の使用により１．２４５インチ±の仕上げ直径を実現できる。しかし、この同じシールド１２から始めて、０．００５インチのサイジングスリーブ材料を使用し、先に説明したようにサイジングリングを装着することにより、直径を１．２４９インチまで精密に調整することもできる。
【００４７】
シールドを精密にサイジングするために、他の技法も可能であることは理解されるであろう。例えば、サイズの小さいシールドに金属箔ラップを接着するのではなく、適切な接着剤が裏面に塗布されたテープを使用して、所望の直径を実現することも可能であろう。特に、スリーブを使用しなければ小さすぎるシールドを規格サイズの工具ハウジングに精密に嵌合させるために、支持スリーブ１８と同様の、多角形の可撓性金属サイジングスリーブを採用することができる。可撓性サイジングスリーブを使用することにより、全範囲にわたる動的支持構造が任意に形成される。最も多く予期される振動条件の下で検出器を固定状態に保持するように、相対的に高い摩擦荷重を使用して、相対的に剛性のスリーブを採用することも可能である。この選択肢を使用すると、検出器は誘起される振動の振動数で共振しない。著しく大きな共振を起こすことなく高度の絶縁を提供し、それでも尚、高レベルの衝撃絶縁を保持するために、二重可撓性スリーブを使用しても良い。もう１つの方法は、高い振動数で動的絶縁を発生し、それほど重要ではない振動数範囲では減衰された共振を起こす適度な剛性と、適度な摩擦荷重を備えたスリーブを使用する。
【００４８】
サファイア製の窓部を薄いスリーブにろう付けする際に故障率を低くし、低コストを確保するために考慮すべき別の重要な問題点は、シールドが円形であると保証することである。シールドが規格の小さな直径まで加工された後、シールド１２と同じ材料から製造され、ろう付けに先立って設置されるサイジングカラーを使用して、シールドを円形に保持することができる。
【００４９】
堅牢化シンチレーションパッケージの結晶の長さはある程度まで規格化されている。典型的な長さは数インチである。例えば、長さ４インチ×直径１インチは長年にわたり一般に使用されてきた。シンチレーション結晶１４及びシンチレーションパッケージ１０の直径は、通常、１／８インチの増分ごとに変わるので、７／８×４及び３／４×４の結晶サイズも一般に使用されている大きさである。近年、工具又は機械内部のスペースが限られていることから、これより直径が小さく、長い結晶を使用する傾向が見られる。
【００５０】
規格結晶サイズに対して実現可能である最短の結晶パッケージを選択することにより、延長部分（又は取り外し自在のスペーサ）を有するエンドキャップアダプタアセンブリを使用して、単にエンドキャップを交換するか、又は更に良い方法としてエンドキャップで使用されるスペーサの大きさを変えるだけで、単一のパッケージサイズをある範囲の空洞部に嵌合させることができる。図１及び図３を参照すると、延長部分又はスペーサ３６を有するエンドキャップアダプタ３４はエンドキャップ又はバックプレート３８と協働し、パッケージ１０の長さを典型的な０．６インチの範囲にわたり変えることができるであろう（必要に応じて、スペーサ３６がこれより長くても、あるいは短くても良いことは自明であろう）。しかし、長さ４インチの結晶を収納する大半のパッケージの長さは４．４インチから５インチまで変化する。パッケージの有効長さを変えるためにスペーサ３６の大きさを変えることに加えて、もう１つの選択肢はエンドキャップスペーサ３６を２つ以上の小さな部品から製造することである。あるいは、スペーサ自体がエンドアダプタとして機能しても良い。エンドキャップアダプタ３４は、例えば、ねじ付きスタッド、ねじ穴、ボス又はピン、スピンドルなどの、要求されるどのような端部嵌合構成を有していても良く、それらの構成のうちのいくつかについては以下に更に説明する。規格化に関するこの概念に極めて重大であるのは、エンドキャップ３８にある規格化接合面と、エンドアダプタ（３４及び／又は３６）にある、それに整合する接合面である。
【００５１】
組み立て時、反射パッド２８に圧縮プレート４０が当接する状態で配置され、圧縮プレート４０とエンドキャップ又はバックプレート３８との間に軸方向ばね４２が挿入される。また、シールド１２はその後端部の周囲でエンドキャップ３８の周囲に溶接されることに注意する。エンドキャップ３８と可撓性スリーブ１８との間に軸方向に配置される位置決めスリーブ３０は、スリーブのわずかな調整を可能にするために、それらの間に公称間隙を伴って嵌合される。組み立てねじ４４はエンドキャップアダプタ３４及びスペーサ３６を貫通し、バックプレート又はエンドキャップ３８に螺合される。
【００５２】
パッケージの前端部では（図４を参照）、カップラ２１の周囲の、窓部２０と、結晶要素１４の周囲に巻き付けられた反射材料又は反射テープ１６との間に軸方向にシリコーンゴム（又は他の適切な材料）から成るスペーサ４８が配置された状態で、シールド１２の径小端部４６が窓部２０にろう付けされている。
【００５３】
シンチレーション要素又は結晶要素１４と窓部２０の結合は成形により実現されても良いし、あるいは、この目的のために頻繁に使用されてきたSYLGARD(登録商標)などの光学的に透明な材料から製造された相対的に薄い結合材料を使用する接合により実現されても良い。結合油をパッドの面上に保持するためにリング付きパッドを使用すると、光結合部の品質と耐久性は大幅に向上する。このいわゆるオイルリング付きカップラは、機械的に誘起される雑音を減少させるためにも有用である。薄い光カップラ２１は、可撓性支持スリーブ１８の使用によって、厳しい動的条件の下での有効性を更に増す。可撓性支持スリーブ１８は、シンチレーション要素１４が大きな振動を受けたときにたやすく動かないように軸方向の確実な拘束を行うと共に、軸方向に高い固有振動数を与える。衝撃又は振動がシンチレーション要素又は結晶１４を可撓性支持スリーブ１８の中で摺動させるほど大きくなった場合、そのすべりが運動を急速に減衰するすべり摩擦によってエネルギーを有効に消散させる。更に、大きな振動又は衝撃を受けている間に、あるいは高温変動に起因して結晶１４を幾分か摺動させることにより、アセンブリ内で大きな力が蓄積する事態は阻止される。これは、低いレベルの振動又は衝撃に対して軸方向に撓もうとするエラストマーに依存し、シンチレーション要素１４を共振させることにより、力学的な力を更に増加させる構成とは対照的である。この共振の蓄積は損傷を引き起こし且つ/又は出力に雑音を発生させる。可撓性支持スリーブ１８は軸方向の剛性が非常に高いため、高い固有振動数が外部で誘起される振動との動的結合を防止し、その結果、共振は始まりにくくなっている。そこで、誘起される振動又は衝撃のレベルがシンチレーション要素の動きを開始させるほど高くなると、その振動は先に説明したようにすべり摩擦により迅速に減衰される。
【００５４】
採掘に使用されるガンマ線検出器は、通常、シンチレーションパッケージ（ガンマ線が当たると光のフラッシュを発生する）と、光のフラッシュを電気的パルスに変換する光検出装置との組み合わせから構成されている。多くの場合、シンチレーション要素はタリウム活性化ヨウ化ナトリウム結晶であり、光検出装置は光電子増倍管（ＰＭＴ）である。ヨウ化ナトリウムのような吸湿性結晶を使用する場合、２つの部品は、空気中の水分を含めて、水分から遮蔽されていなければならない。ガンマ検出器は、通常、シンチレーション光パルスがＰＭＴに至るまでに通過する窓部を含む気密密封された管又はシールドの中に吸湿性結晶を封入することにより構成される。しかし、気密ハウジングの内部にＰＭＴを組み込むことにより、この窓部を排除できる。この好ましい実施例で実行されているように、窓部を排除すると、結晶からＰＭＴへの光の伝達が改善される。
【００５５】
次に図５及び図６を参照すると、一実施例に従った放射線（例えば、ガンマ線）検出器５０はシンチレーション要素又は結晶５２と、光電子増倍管（ＰＭＴ）５４とを含み、これらは管又はシールド５６の内部に気密に密封されている。
【００５６】
結晶５２とＰＭＴ５４は、光カップラ５８によって、間に窓部を挟まずに直接に結合されている。光カップラ５８を介して結晶５２を直接に結合するためには、特に、苛酷な環境で使用されるべき検出器の場合に、様々な技術上の問題を解決しなければならない。必要な措置は、管又はシールド５６の内部に結晶５２及びＰＭＴ５４を支持するための特別の手段を設けること、並びに他の重要な問題点を考慮することを含む。
【００５７】
この実施例では、結晶５２はシールド５６の一端部に、他端部にＰＭＴ５４及び光カップラ５８が配置された状態で位置決めされる。結晶５２が配置されるシールド５６の端部はエンドプラグ６０で密封されている。シールド５６のＰＭＴ側端部は貫通接続部６２により気密にされている。図５及び図６に示される、ＰＭＴ５４を機能させるために必要な電気分割器ストリング６４は、シールド５６の気密密封部分に含まれている。分割器ストリング６４に向かう電力及びＰＭＴ５４からの信号は、気密に密封された貫通接続部６２を通過する。この特定の実施例においては、検出器５０の、気密に密封されていない電子回路ハウジング部分６８に、前置増幅器アセンブリ６６が含まれる。前置増幅器アセンブリ６６は、アセンブリとハウジング６８との間の軸方向に延出する半径方向ばね７０（図８を参照）により支持されていても良いし、あるいは可撓性支持スリーブにより支持されていても良い。ハウジング部分６８に配置された他の電子部品はＰＣボードマウント７２、電源、デジタル処理回路、又は従来の性質を持っていても良い他の電気部品を含み、検出器から引き出しワイヤ７６が延出している。
【００５８】
ガンマ線が結晶５２の中でシンチレーションフラッシュを発生すると、シンチレーションポイントからあらゆる方向に光が発する。検出器５０を効率良く動作させるためには、シンチレーション要素又は結晶５２により発生され、ＰＭＴ５４に向かう以外の方向に進む光をＰＭＴに向かって反射させることが必要である。この実施例では、反射体は、結晶５２の円筒形部分の周囲に巻き付けられたTEFLON(登録商標)の反射テープと、ＰＭＴ５４の側ではない結晶５２の端部にある反射ディスク７４から構成されている。このディスク７４は、アルミナを含む様々な材料から製造されていても良い。ディスク７４に代わる手段は、結晶５２の円筒形部分の周囲で使用される反射テープ材料の複数の層から製造されたパッドである。結晶５２のいくつかの領域からの反射の量は、結晶の表面の形状を変えることにより増加する。例えば、ＰＭＴに向かう光の拡散反射を改善するために、ＰＭＴ５４から離れた側の領域の結晶表面を研磨するか又はスクラッチすることは一般に行われている。
【００５９】
結晶５２からＰＭＴ５４への光の伝達の効率を上げるために、ここでは光結合流体を充満されたオイルリング付きカップラとして示されている光カップラ装置５８はシリコン油であるのが好ましい。このカップラ５８は、相当に大きな軸方向荷重を支えることが可能であるSylgard(登録商標)パッドであるのが好ましく、ＰＭＴ５４の面板８２上に成形されており、実現可能であれば、ＰＭＴを包囲するＰＭＴハウジング７８上に成形されている。別の結合方法は、結晶５２の端部８０をＰＭＴ５４の面板８２に接合する。更に別の結合方法は、カップラ５８の両面に油保持リングを有するオイルリング付きカップラであろう。
【００６０】
振動レベルが４０Ｇｒｍｓにも達するようなある種のＭＷＤ作業などの極端な振動条件の下で、雑音のない動作が要求される場合、追加の支持手段を設けることが必要とされる。この実施例では、前方部分８４及び後方部分８６を含むＰＭＴハウジング７８の内部にＰＭＴ５４が収納されている。前方部分８４はＰＭＴ５４を越えて延出し、ＰＭＴ５４と結晶５２との間の光学的結合接合面と重なり合っている。前方部分８４の遠いほうの端部には複数の周囲方向に互いに離間して配置された溝穴８８が形成されており、前方部分８４の溝穴が形成された端部の前方には環状間隙９０が位置している。言い換えれば、ＰＭＴハウジングの前方部分８４は、ＰＭＴハウジングと結晶５２にあるテーパ形状の段差部９４との間に軸方向に間隙９０が形成された状態で、結晶５２の径小部分９２を覆うように摺動自在に受け入れられている。本明細書中で更に説明するような理由により、結晶の径小部分９２には、潤滑反射材料又は他の適切な反射性で、摩擦の少ない材料で被覆された金属バンド９６が配置されている。
【００６１】
ＰＭＴハウジング７８の前方部分８４は、図中符号９８で示す第１の内径から図中符号１００で示す第２の内径及び図中符号１０２で示す第３の内径に至るまで徐々に直径が大きくなるように形成されている。第１の内径９８の大きさは、ＰＭＴ５４とハウジング７８との間に、ＲＴＶとして知られるシリコン系ゴム材料１０４で充填された半径方向空間を形成するように規定されている。この材料は、ＰＭＴ５４の面に成形される間のSylgard(登録商標)の漏れを防止する。
【００６２】
第２の内径１００の大きさは、軸方向に延出する、周囲方向に互いに離間して配置された複数の半径方向の帯状ばね１０６（通常はステンレス鋼）をＰＭＴ５４とＰＭＴハウジング７８との間に半径方向に挿入できるように規定されている。それらのばね１０６はＰＭＴの長さの大半の部分に沿って延出し、ＰＭＴ５４の後端部にあるテーパ形状の段差部１０８で終わっている。直径１インチの検出器の場合、ばねは厚さ約０．００５インチ、幅０．３７インチということになるであろう。共振振動数及び他の特性を変化させるために、他の大きさを選択しても良い。ＰＭＴばね１０６の代わりに、本明細書中で更に説明するスリーブ１２０に類似する別の可撓性で、多角形のスリーブを使用しても差し支えない。
【００６３】
第３の内径１０２の大きさは、ＰＭＴが滑って戻るのを防止するスプリットリング１１０及び複数の環状シム又はスペーサ１１２を挿入できるように規定されている。更に、この構成は異なる長さのＰＭＴの使用を可能にする。すなわち、より長いＰＭＴ又は短いＰＭＴ（図１及び図２に想像線により示す）に対応するために、必要に応じてシムを除去又は追加することができる。
【００６４】
ＰＭＴハウジングの後方部分８６は、ハウジング７８の前方部分８４の中に入れ子式に受け入れられる径小端部１１４を有する。後方部分８６の反対側の端部には、エンドキャップ１１６を受け入れるための穴が形成されている。エンドキャップ１１６と分割器ストリング６４との間の空間をＲＴＶ材料１１８が部分的に充填している。
【００６５】
破損しやすいヨウ化ナトリウムなどの材料から製造されている場合が多いもろい結晶５２と、ＰＭＴ５４とを支持することが必要である重大な理由の１つは、特に光カップラ５８の周囲の領域におけるアセンブリの湾曲を防止することである。湾曲が許されてしまうと、大きな振動を受けたとき、材料の動きによって光パルスが発生されることが多い。接合面が透明結合材料、例えば、カップラ５８を使用するＰＭＴ５４と結晶５２との接合により構成されている場合、この接合部は実際に破損される可能性がある。残念ながら、ＰＭＴ５４に対する結晶５２のわずかな相対運動の結果として発生する非常にわずかな量の湾曲であっても、これらの問題は存在している。ＰＭＴ／結晶アセンブリの周囲に薄く、多角形の形状の可撓性支持スリーブ１２０を設けることにより、湾曲は防止される。このスリーブは金属製であるのが好ましいが、ばね特性を示す、他の強度の高い材料から製造されていることも可能であろう。再び図５を参照すると、可撓性支持スリーブ１２０は気密管又はシールド５６の半径方向内側に配置され、結晶５２を包囲している。この可撓性支持スリーブ１２０（更に図６及び図７を参照）は横断面が多角形であり、金属が薄くても（０．００２インチから０．００５インチの範囲）、相対的に剛性である。図示される実施例においては、可撓性支持スリーブ１２０は１０の平坦な面を有し、各々の面が約０．２８インチの幅を有する。各々の平坦な面１３４は、結晶を包囲する半径方向及び軸方向支持アセンブリ１２２の外面、並びにＰＭＴハウジング７８の外面と係合している。平坦な面１３４により規定される角部１３６は気密管又はシールド５６の内面と係合している。その結果、可撓性支持スリーブ１２０はＰＭＴ５４と結晶５２との間の湾曲を最小にするのに有効である。ＰＭＴ５４及び結晶５２の周囲のＰＭＴハウジング７８の直径（以下に更に説明する支持材料を含む）は、可撓性支持スリーブ１２０のほぼ全長に沿って接触が成立するようにほぼ同じに形成されている。
【００６６】
結晶５２には、TEFLON(登録商標)又は他の適切な反射テープ（テープの外面にポリアミド層があっても良い）が巻き付けられている。結晶は半径方向及び軸方向支持アセンブリ１２２により支持されている。支持アセンブリは、米国特許第５，９６２，８５５号に開示される種類の側壁軸方向拘束及びコンプライアンスアセンブリ、すなわち、ＳＡＲＣＡから構成されていても良い。ＳＡＲＣＡは、一般に、内側ポリアミドスリーブと、外側ステンレス鋼スリーブ又はラップとを含み、ラップの境界を接する外面はTeflon(登録商標)で被覆されていても良い。尚、ＳＡＲＣＡは、ＰＭＴハウジング７８の軸方向の動きを制限しないように、結晶５２とＰＭＴ５４との間に配置された光カップラ５８に最も近い一端部で、結晶より軸方向に短いことに注意する。同様に、可撓性支持スリーブの長さは同じ理由によりＰＭＴ／結晶アセンブリの組み合わせ長さより短くなっている。
【００６７】
別の構成においては、支持アセンブリ１２２は反射Teflon(登録商標)テープの最上部を覆うような複数の環状支持リングを含んでいても良く、それらのリングの間には追加の層が設けられている。第１に挙げたＳＡＲＣＡ支持アセンブリは特にＭＷＤ作業で有用であるが、第２に挙げた支持アセンブリは特にワイヤライン構造において有用である。ＳＡＲＣＡ構造は、図１に示す、可撓性支持スリーブ１８の半径方向内側に配置されたパッケージで採用されても良いことが理解されるであろう。
【００６８】
気密管５６の結晶側端部はエンドキャップ又はエンドプラグ６０により、エンドプラグと結晶の後端部の反射ディスク１２２との間に軸方向ばね１２４が挿入された状態で閉鎖されている。気密管５６のＰＭＴ側端部は貫通接続部６２により、貫通接続部とエンドキャップ１１６との間に軸方向ばね１２６が挿入された状態で密封されている。従って、ばね１２４及び１２６はＰＭＴ５４と結晶５２を互いに向かう方向に偏向し、カップラ５８における圧縮係合を維持している。ばね１２４、１２６により発生される軸方向の力は、ばねの大きさ、熱膨張の差及び力学的な力により判定される。それらのばね１２４、１２６により要求される力は、可撓性スリーブ１２０の使用により大幅に減少される。可撓性スリーブは、非線形エラストマー支持部により発生されると考えられる割合よりはるかに小さい予測可能な割合で増加する、指定された軸方向拘束を実現する。
【００６９】
ここでは可撓性ダイナミックハウジング１２８と呼ばれる別の半径方向支持アセンブリが気密管又はシールド５６を包囲しており、このダイナミックハウジングは薄い、外側可撓性金属スリーブ１３２の内部に複数の軸方向に延出する金属ばね１３０を含む。スリーブ１３２は、厚さ０．００１５インチのステンレス鋼の薄板を圧延して、２つの完全な層を形成し、それらを高温用接着剤によって接合することにより製造されても良い。別の構造においては、ばね１３０の代わりに、スリーブ１２０に類似する、横断面が多角形の外側可撓性金属支持スリーブを使用しても良い。可撓性ダイナミックハウジング（ばね１３０又は外側可撓性スリーブを含む）は検出器の全長にわたって延出し、検出器の結晶側端部にあるエンドプラグ６０と、その反対側の端部のエンドプラグ１４２との間に延出している。
【００７０】
既に述べた通り、円筒形の支持アセンブリ１２２の外面と、ＰＭＴハウジング７８の外面は可撓性支持スリーブ１２０の平坦な部分１３４と接触しており、可撓性支持スリーブ１２０の角部１３６は気密管５６の内面１３８と接触している。気密管５６に外部からの力が加わり、気密管５６が加えられた力の方向に加速し始めると、その度に、結晶５２の慣性によって可撓性支持スリーブ１２０は結晶５２に対して動くので、可撓性支持スリーブ１２０の平坦な面１３４及び角部１３６でスリーブに力が加えられる。可撓性支持スリーブ１２０は接触点の周囲で曲がり始め、結晶５２に対する力を増大させることにより、結晶を加速させる。
【００７１】
可撓性支持スリーブ１２０が曲がる量と、結晶５２が加速される割合は、加えられる力及び可撓性支持スリーブの剛性によって決まる。可撓性支持スリーブ１２０がそれに加わる力によって湾曲される間、その結果として、角部１３６はスリーブが挿入されている気密管５６の内面１３８に沿って摺動しなければならない。また、結晶５２も、可撓性支持スリーブ１２０に対して動くためにスリーブの平坦な面１３４に対して摺動しなければならない。可撓性支持スリーブ１２０は、摩擦成分が半径方向運動に比例するように、偏向が増加するにつれて接触圧力も増加するように構成されている。これら２つの作用、すなわち、支持スリーブ１２０が挿入されている気密管又はシールド５６に対するスリーブの摺動と、支持スリーブ１２０に対する検出器５０（すなわち、ＰＭＴ／結晶）の摺動とは、すべり摩擦によって非常に有益な減衰を発生させる。これは、通常は他の面に対して大きくは摺動しないが、変形するエラストマーなどのばね手段とは対照的である。そのような材料を変形させることによる減衰は、それらの材料がひずむときの材料の内部損失に限定される。そのような内部損失は、可撓性スリーブのような、すべり摩擦を有する構造ほど、減衰を発生させるという点では有効ではない。高レベルの振動及び衝撃に対する応答を最小限に抑えるという意味で、高レベルの減衰はきわめて有益である。
【００７２】
ダウンホールでは、温度は１７５℃もの高さになることが多く、２００℃になる場合さえあるため、熱膨張はダウンホールで使用されるべき核検出器の構造において重大なパラメータである。ＰＭＴハウジングの部分８４、８６がＰＭＴのガラス外囲器１４０（図５を参照）に対して膨張するにつれて、ＰＭＴばね１０６（又は適切な可撓性スリーブ）は弛緩するが、ＰＭＴハウジングの部分８４、８６及びＰＭＴ５４とは接触したままである。通常はポリエチルエチルケトン（ＰＥＥＫ）から製造されているＰＭＴハウジングの部分８４、８６が外側へ膨張する間、その膨張速度は結晶要素５２が膨張する速度とほぼ同じである。可撓性支持スリーブ１２０は、このようなハウジング部分８４、８６及び結晶５２の膨張に対応する。支持スリーブ１２０が圧縮されるにつれて、支持スリーブからハウジング部分８４、８６及び結晶５２に加わる力は一定の、予測可能な割合で増加する。金属製であるため、可撓性支持スリーブ１２０の剛性は支持されるべき部品の膨張により荷重をかけられた結果として著しく変化することがなく、従って、支持されている要素の固有振動数が著しく変化することもない。温度が室温から１７５℃まで上昇すると、約０．００４６インチの相対的膨張が起こる。可撓性金属支持スリーブ１２０にばね特性があれば、ＰＭＴハウジングの部分８４、８６及び結晶５２の膨張の量は相対的に少ない。
【００７３】
動作中、半径方向の振動及び衝撃も可撓性支持スリーブ１２０を偏向させる結果を招く。理想的には、支持スリーブ１２０はＰＭＴ５４と結晶５２において同じ量だけ偏向されるであろう。しかし、これら２つの部品の質量密度が異なるため、わずかな相違が生じる。穿孔中測定（ＭＷＤ）に適用される場合、この相違は時によってはカップラ５８においてＰＭＴ５４と結晶５２との十分に大きな相対的運動を引き起こすほどにもなる。この実施例のように、カップラ５８がＰＭＴ５４の面板８２に成形されているときには、必ず光カップラ５８の内部で相対運動が起こるが、その相対運動の大部分は光カップラ５８と結晶５２の面端部８０との間の接合面で起こる。幸いなことに、オイルリング付きカップラの表面に油が存在しているために、ＰＭＴ５４によりシンチレーションとして解釈され、誤った読みを生じてしまうような光のフラッシュを発生することなく、ある程度の自由な相対運動が可能である。また、わずかな相対運動であれば、カップラ５８のリングの間からの油の損失を引き起こさない。しかし、最も過酷な条件の下では、相対運動は光カップラ５８の動作を損なわせるであろう。このような事態が起こるのを阻止するために、ＰＭＴハウジングの部分９２は結晶５２の端部を捕捉するように結晶５２の面を越えて延出されている。先に述べた通り、結晶５２の直径がＰＭＴの直径より大きい場合には、図１に示すように、結晶５２の前端部の直径を小さくして、ＰＭＴハウジング７８をその径小部分９２を覆うように延出させる。結晶５２のこの部分では、結晶５２の径小部分９２の周囲に、すなわち、ＰＭＴハウジング７８により捕捉される領域に金属バンド９６を配置することにより、高い反射率は保持される。このバンドは、アルミナと窒化ホウ素の組み合わせのような適切な白色の反射被覆膜によって被覆されている。そのような被覆膜は潤滑剤でもあるので、結晶５２はハウジング７８の内部で自在に摺動できる。Teflon(登録商標)の反射テープの層をこのバンドの代わりに使用しても差し支えない。熱サイクリングの間に、カップラ５８からわずかに外れた位置で結晶５２が動けなくなってしまい、それにより、油が漏れるのを防止するために、バンドの潤滑は重要である。従って、この構造は、ＰＭＴ５４と結晶５２を軸方向に互いに対して動かすが、半径方向への運動を抑制する「滑り継手」を構成する。この半径方向の運動は、温度の上昇に伴って光カップラ５８が膨張して、結晶５２を押し出し、その後に温度の低下に伴って収縮するときに起こりうるであろう。可撓性スリーブの相対的に直線的な剛性が与えられているために、半径方向の圧縮力は十分に小さく保持される。
【００７４】
ＰＭＴ５４の直径が結晶５２とほぼ同じである場合には、ＰＭＴを補足的に支持するためのスペースが存在しない。その場合、ＰＭＴの大きさは可撓性支持スリーブ１２０と直接に接触するように規定されても良い。これは、ステンレス鋼などの、薄く強い材料のシートをＰＭＴに巻き付けることにより実現されても良い。ＰＭＴ／結晶接合面で結晶の支持体を構成するために、ラップは結晶の前部を覆うように延長されても良い。
【００７５】
従って、ここで説明した可撓性支持スリーブ１２０及び他の構成特徴を組み込むことにより、ＰＭＴ／結晶アセンブリは検出器５０の内部で、予測可能で制御された方式で均一に支持され、動的絶縁され且つ軸方向に拘束される。
【００７６】
図１０は、外部工具ハウジングの内部に配置された、本発明による別の高集積度検出器の構成を示す。特に、検出器１５０は、光カップラ１５６（油を充満されたリングを有するのが好ましい）を介してＰＭＴ１５４に軸方向に結合されたシンチレーション要素又は結晶要素１５２を含む。結晶とＰＭＴは、両端部で、すなわち、結晶１５２の背面にあるエンドキャップ又はバックプレート１６０及びＰＭＴ１５４の前端部のフロントプレート１６２に溶接された管又はシールド１５８の内部に気密に密封されている。
【００７７】
規格化されたバックプレート又はエンドキャップ１６０と結晶との間に、圧縮板１６４及び軸方向ばね１６６が軸方向に配置されている。エンドキャップ１６０の背後にはエンドキャップアダプタ又はスペーサ１６８が、エンドキャップアダプタ１６８と隣接する工具要素１７２との間にばね１７０を挟む状態で配置されている。エンドアダプタスピンドル１７４は、スペーサ１６８を介して、エンドキャップにある浅く、相対的に直径の大きいねじ付きソケット１７７に螺合固着されたねじ付きスタッド１７６によってエンドキャップ１６０に固着されている。尚、エンドキャップ１６０の平坦な面はスペーサ１６８に対して整合する接合面を形成していることに注意する。他の整合面構造が採用されても良い。
【００７８】
アセンブリの前端部では、前方エンドプレート１６２がアセンブリから突出する電気コネクタ１７８を封入しているが、それらの電気コネクタ１７８は、コネクタ１７８に装着されたリード線（図示せず）を案内し且つ維持する、中央に配置された管状延長部分又はスピンドル１８２を含む別のエンドキャップアダプタ１８０の内部に更に封入されている。エンドキャップアダプタ１８０の段差部１８６に当接して、エンドキャップアダプタと別の隣接する工具１８８との間に挟まれるように、環状ばね１８４が配置されている。第１の可撓性支持スリーブ１９０はＰＭＴ１５４とＰＭＴハウジング１９２との間に半径方向に配置されている。第２の可撓性支持スリーブ１９４は、ＰＭＴハウジング１９２及び結晶１５２の半径方向スペーサ１９３に沿って延出する管又はシールド１５８の内側に半径方向に配置されている。先に説明したように、結晶１６２はＳＡＲＣＡ１９５により反射テープで包み込まれていても良いことが理解されるであろう。このアセンブリ全体が円筒形工具ハウジング１９６の中に配置されており、気密管又はシールド１５８と工具ハウジング１９６との間に第３の外側可撓性支持スリーブ１９８が半径方向に挿入されている。可撓性支持スリーブ１９０、１９４及び１９８は金属であり、横断面が多角形であるのが好ましいことが理解されるであろう。
【００７９】
スリーブ１９０、１９４及び１９８のような可撓性支持スリーブは他の放射線検出器構成、並びに他の異なる種類の計装パッケージと組み合わせて、計装部品の半径方向及び軸方向の支持を行うために使用されても良いことが理解されるであろう。
【００８０】
図１１は、規格化エンドキャップ２０２及びねじ付きスタッド２００を含む更に別のアダプタ構造を示す。この構造においては、アダプタの設計を他の点では変更せずに放射線校正源を組み込むことを可能にする、軸方向に短い先端部２０４を考慮して、延長スピンドルが取り除かれている。
【００８１】
規格化エンドキャップに、整合するアダプタを特定の必要条件に適合するように固着するための様々な接合面を設けても良いことが理解されるであろう。
【００８２】
ここで説明するような可撓性支持スリーブは、核検出器などの計装パッケージ内部の様々な要素に対する保護を最適にするように組み合わせて使用されることが可能である。ＰＭＴは支持されなければならず、ＰＭＴ／結晶は組み合わせ支持部を有し、検出器全体が支持されなければならない。４０Ｇｒｍｓもの高さになることもありうる極端な振動環境の中で動作しているとき、又は２００Ｇｓを超える頻繁な衝撃を受けるとき、複数の可撓性スリーブを使用することにより、パッケージ内部の要素に対して様々に異なる保護を行うことが重要であろう。例えば、図５に示す種類のシンチレーション検出器を考えてみる。この構成を４０Ｇｒｍｓの振動及び１７５℃の高温環境で使用するために選択したとすれば、結晶アセンブリに対する保護要件はＰＭＴ又はＰＭＴ／結晶の組み合わせに対する保護要件とは異なるであろう。機械的運動が接合面で、又は結晶の表面で光フラッシュを発生するのを防止するために、ＰＭＴ及び結晶の相対運動は非常に小さく保持されなければならない。小さな相対運動を実現するために、結晶及びＰＭＴを包囲する可撓性支持スリーブ１２０は、共振振動数が５００Ｈｚ以上に設定された状態で相対的に剛性でなければならず、あるいは振動を受けたときはＰＭＴ及び結晶を所定の位置に保持するが、大きな衝撃を受けたときには解放するように、予荷重が設定されるであろう。ＰＭＴの周囲で（個別のばね１０６の代わりに）第２の可撓性支持スリーブが使用される場合、そのスリーブも通常は同様に相対的に剛性であり、共振振動数は約１，０００Ｈｚであろう。それら２つの選択肢が与えられたならば、外側可撓性支持スリーブは予期される振動数範囲にわたり１に近い伝達率を有するように構成されるか、又はある振動数では適度に減衰された共振を生じ、より高い振動数では動的絶縁をもたらすように構成されるかに関して決定が下されるであろう。一方の要因は、環境により誘起されると予期される振動数の範囲にわたる期待電力スペクトル密度であり、他方の要因は高い振動数に対するＰＭＴの感度であろう。ＰＭＴが高い振動数により容易に影響を受ける又は損傷されると予期される場合、絶縁を選択すればよいであろう。約７００Ｈｚの共振振動数が選択され、予荷重はここでは４０Ｇｒｍｓと設定されている最大振動レベルで適切な減衰を生じるように選択されるであろう。減衰の量及び感受振動数で望まれる絶縁の量は、最適の結果が得られるように選択されるであろう。これに対し、誘起される振動が高い振動数で多くのエネルギーを有すると予期されない場合、又はＰＭＴが高い振動数に対して特に高い感度を示さない場合には、検出器の周囲の可撓性支持スリーブ１２０の大きさは、４０Ｇｒｍｓに対して、ハードマウントされるのと同様に、検出器の動きを阻止するための適切な剛性及び予荷重を与えるように規定されるであろう。別の例は、入ってくる振動エネルギーの大半が４００Ｈｚのようなある振動数より低く、使用されているＰＭＴの低い振動数に対する感度が相対的に低いような環境で動作している場合であろう。検出器の周囲の可撓性支持スリーブの大きさは、通常、最大振動数の少なくとも１．４倍、すなわち、５６０Ｈｚの固有振動数を有するように規定されているであろう。この方式を使用することにより、検出器を摩擦によって固定保持するのではなく、固有振動数を誘起される振動数から分離する結果となるため、導入力を低く保持することができる。更に別の例は、ワイヤラインへの適用で使用されるべき図１０に示す構成に類似する検出器構成の使用であろう。振動を受けると、結晶及びＰＭＴは、適度に過酷な振動ワイヤライン環境に対してシールド１５８の内部における可撓性支持スリーブ１９４の摩擦により固定保持され、検出器全体も検出器の周囲の別の外側可撓性支持スリーブ１９８との摩擦により固定保持されるであろう。衝撃を受けたときには、外側スリーブがまず摩擦を破断して、衝撃を絶縁し、その後、内側スリーブが衝撃絶縁のために運動を許容するであろう。これらの例からわかるように、可撓性支持スリーブは広い範囲にわたる振動、衝撃及び高温の組み合わせから成る環境に対して、多種多様な感度の高い計装要素の最適化された動的支持構造を構成するように組み合わせて使用されるべく構成されることが可能である。
【００８３】
本発明を現時点で最も実用的で好ましい実施例であると考えられるものに関連して説明したが、本発明は開示された実施例に限定されてはならず、それどころか、添付の特許請求の範囲の趣旨の範囲内に含まれる様々な変形及び等価の構成を含むことが意図されていると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に従ったシンチレーションパッケージの側断面図。
【図２】図１の線２‐２に沿った横断面図。
【図３】図１の一部の拡大詳細図。
【図４】図１の一部の拡大詳細図。
【図５】本発明の一実施例に従った高集積度ガンマ線検出器の部分断面側面図。
【図６】図５の中央部分の拡大図。
【図７】図５の線７‐７に沿った断面図。
【図８】図５の線８‐８に沿った断面図。
【図９】図５の線９‐９に沿った断面図。
【図１０】本発明の別の実施例に従った工具ハウジングの内部に配置された検出器アセンブリの部分断面図。
【図１１】本発明に従ったエンドアダプタの変形例を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００８５】
１０…核検出器パッケージ、１２…シールド、１４…シンチレーション（結晶）要素、１６…反射体材料、１８…可撓性支持スリーブ、２０…窓部、２１…光カップラ、２８…反射パッド、３０…位置決めスリーブ、３２…サイジングスリーブ（金属ラップ）、３４…エンドキャップアダプタ、３６…スペーサ、３８…エンドキャップ、４０…圧縮プレート、４８…スペーサ、５０…放射線検出器、５２…シンチレーション（結晶）要素、５４…光電子増倍管（ＰＭＴ）、５６…シールド、５８…光カップラ、６０…エンドプラグ、６２…貫通接続部、６８…電子回路ハウジング部分、７０…半径方向ばね、７４…反射ディスク、７８…ＰＭＴハウジング、９６…金属バンド、１０６…帯状ばね、１１２…環状シム、１１６…エンドキャップ、１２０…可撓性支持スリーブ、１２２…半径方向及び軸方向支持アセンブリ、１２４…軸方向ばね、１２６…軸方向ばね、１２８…可撓性ダイナミックハウジング、１３０…金属ばね、１３２…外側可撓性金属スリーブ、１４２…エンドプラグ、１５０…高集積度検出器、１５２…シンチレーション（結晶）要素、１５４…ＰＭＴ、１５６…光カップラ、１５８…シールド、１６０…エンドキャップ、１６２…エンドプレート、１６４…圧縮板、１６６…軸方向ばね、１６８…エンドキャップアダプタ（スペーサ）、１７０…ばね、１７４…エンドアダプタスピンドル、１７６…ねじ付きスタッド、１７７…ねじ付きソケット、１８０…エンドキャップアダプタ、１８２…スピンドル、１８４…環状ばね、１９０…第１の可撓性支持スリーブ、１９２…ＰＭＴハウジング、１９４…第２の可撓性支持スリーブ、１９５…ＳＡＲＣＡ、１９６…工具ハウジング、１９８…第３の外側可撓性支持スリーブ、２００…ねじ付きスタッド、２０２…規格化エンドキャップ
【図１】
2005521068.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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