(57)【要約】【課題】  陽電子線源の破損を抑制する技術を提供する。【解決手段】  陽電子消滅特性測定装置は、装置内に固定される陽電子線源４２４と、陽電子線源４２４に対向する位置に被測定体Ｓを保持する保持手段７０と、陽電子線源４２４に対して保持手段７０に保持される被測定体Ｓとは反対側に配置されており、陽電子線源４２４で生成された陽電子のうち被測定体Ｓに入射されなかった陽電子を検出する陽電子検出手段４０と、陽電子線源４２４で生成された陽電子が消滅するときに発生する放射線を検出する放射線検出手段１４と、陽電子検出手段４０の検出結果と、放射線検出手段１４の検出結果に基づいて、被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する消滅特性算出手段５０を備えている。保持手段７０は、陽電子線源４２４から離間する位置で被測定体Ｓを保持する。【選択図】  図２
2018040645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定する装置であり、
装置内に固定される陽電子線源と、
前記陽電子線源に対向する位置に被測定体を保持する保持手段と、
前記陽電子線源に対して前記保持手段に保持される前記被測定体とは反対側に配置されており、前記陽電子線源で生成された陽電子のうち前記被測定体に入射されなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、
前記陽電子線源で生成された陽電子が消滅するときに発生する放射線を検出する第１放射線検出手段と、
前記陽電子検出手段の検出結果と、前記第１放射線検出手段の検出結果に基づいて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する消滅特性算出手段と、を備えており、
前記保持手段は、前記陽電子線源から離間する位置で前記被測定体を保持する、装置。
【請求項２】
前記保持手段は、
前記被測定体が載置される載置板を備えており、
前記載置板には貫通孔が形成されており、
前記被測定体を載置した前記載置板を予め定められた設定位置に配置すると、前記被測定体が前記貫通孔を介して前記陽電子線源と対向する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記陽電子線源と、前記保持手段と、前記陽電子検出手段とを収容すると共に、その内部に外部からアクセス可能とする開口を有する遮光容器と、
前記開口に設けられ、前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態とに切替え可能である開閉扉と、
前記開閉扉が前記閉状態と前記開状態のいずれであるかを検知する第１センサと、
前記第１センサに接続された制御装置と、をさらに備えており、
前記制御装置は、前記第１センサの検知結果が前記閉状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御装置に接続されており、前記開閉扉が前記閉状態のときに、前記開閉扉を前記閉状態から前記開状態に切替え不能なロック状態と、前記開閉扉を前記閉状態から前記開状態に切替え可能な非ロック状態とに切替え可能であるロック機構と、
前記制御装置に接続されており、前記ロック機構が前記ロック状態と前記非ロック状態のいずれであるかを検知する第２センサと、をさらに備えており、
前記制御装置は、さらに前記第２センサの検知結果が前記ロック状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記陽電子線源で陽電子が生成されるときに発生する放射線を検出する第２放射線検出手段をさらに備えており、
前記消滅特性算出手段は、
前記第２放射線検出手段により放射線を検出した時刻と、前記第１放射線検出手段により放射線を検出した時刻との時間差から得られる陽電子の寿命から消滅特性を算出し、
前記第２放射線検出手段により検出された放射線のうち、前記陽電子検出手段で検出された陽電子が生成したときに発生したと推定される放射線を除いて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記陽電子線源と前記第１放射線検出手段の間の距離と、前記陽電子線源と前記第２放射線検出手段の間の距離が等しい、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１放射線検出手段は、陽電子が消滅するときに発生するγ線のエネルギーを測定し、
前記消滅特性算出手段は、前記第１放射線検出手段により検出された検出結果から得られるγ線のエネルギースペクトルの分布から、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する、請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記陽電子検出手段は、
陽電子の入射によってシンチレーション光を放出するシンチレータと、
前記シンチレータから放出されたシンチレーション光を検知する光センサと、を備えており、
前記シンチレータと前記光センサとが、シンチレーション光を伝送可能なライトガイドにより接続されている、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定する装置において、陽電子が生成及び消滅するときに発生する放射線を検出する検出器の検出値を補正する方法であって、
前記検出器の検出結果から得られる放射線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のうち、ヒストグラムにして観測する電圧値の範囲を決定する決定ステップと、
前記決定された電圧値の範囲について得られた前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるか否かを判定する判定ステップと、
前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるまで、前記決定ステップと前記判定ステップを繰返して電圧値の範囲を調節する調節ステップと、
前記調節ステップで得られた電圧値の範囲において得られた前記ヒストグラムにおける前記極小値に基づいて、陽電子が消滅するときに発生する放射線であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する第１補正ステップと、を備える方法。
【請求項１０】
前記２つの極大値のうち高電圧側に現れる極大値と、陽電子が消滅するときに発生する放射線のエネルギー値とに基づいて、陽電子が生成されるときに発生する放射線であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する第２補正ステップ、をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の方法をコンピュータに実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２２Ｎａや６８Ｇｅなどの陽電子線源（陽電子放出核種）から放出される陽電子が物質に照射されると、照射された陽電子は物質内を飛行した後に物質内の電子と結合して対消滅する。物質内に空孔（欠陥）が存在すると、その空孔に陽電子は捕捉される。このため、物質内に空孔が存在しない場合と比較して陽電子が消滅するまでの時間が長くなる。また、物質内に空孔が存在する場合、陽電子が消滅する際に放出する放射線（γ線）のエネルギースペクトルの分布が、物質内に空孔が存在しない場合の当該放射線のエネルギースペクトルの分布と比較して相違する。このため、物質内に照射された陽電子が消滅するまでの時間や、物質内に照射された陽電子が消滅する際の放射線のエネルギースペクトル分布がわかれば、空孔（欠陥）に関連した物質の材料特性を推定することができる。そこで、陽電子の消滅特性を測定することで、ショットピーニング加工の評価や、原子炉に用いられている部材の疲労状態の観測について研究が行われている。
【０００３】
特許文献１には、陽電子線源と、陽電子線源で生成された陽電子が消滅するときに発生する放射線を検出する第１放射線検出手段と、陽電子線源で生成された陽電子のうち被測定体に入射されなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、を備える陽電子消滅特性測定装置が開示されている。陽電子線源は、被測定体の表面に密着するように配置される。この装置では、被測定体に入射されなかった陽電子が消滅するときに発生する放射線をノイズとして除去することにより、被測定体内における陽電子の消滅特性を精度よく測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２７９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、陽電子線源を被測定体に密着させた状態で測定を行っている。このため、陽電子線源が被測定体と接触することによって、陽電子線源が破損する場合がある。また、被測定体をピンセット等の鋭利な形状の器具で扱う必要がある場合、陽電子線源に被測定体を密着させる際に陽電子線源が当該器具と接触して破損する場合がある。本明細書は、被測定体を装置に設置する際に、陽電子線源に破損が生じることを抑制する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する装置は、被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定する。装置は、装置内に固定される陽電子線源と、前記陽電子線源に対向する位置に被測定体を保持する保持手段と、前記陽電子線源に対して前記保持手段に保持される前記被測定体とは反対側に配置されており、前記陽電子線源で生成された陽電子のうち前記被測定体に入射されなかった陽電子を検出する陽電子検出手段と、前記陽電子線源で生成された陽電子が消滅するときに発生する放射線を検出する第１放射線検出手段と、前記陽電子検出手段の検出結果と、前記第１放射線検出手段の検出結果に基づいて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出する消滅特性算出手段と、を備えている。前記保持手段は、前記陽電子線源から離間する位置で前記被測定体を保持する。
【０００７】
上記の装置では、被測定体を保持する保持手段が、陽電子線源から離間する位置で被測定体を保持する。すなわち、被測定体に対して非接触の状態で陽電子線源が保持される。このため、被測定体を装置に設置する際に、被測定体が陽電子線源に接触することを抑制することができる。したがって、陽電子線源が破損することを抑制することができる。
【０００８】
本明細書に開示する装置では、前記保持手段は、前記被測定体が載置される載置板を備えていてもよい。前記載置板には貫通孔が形成されていてもよく、前記被測定体を載置した前記載置板を予め定められた設定位置に配置すると、前記被測定体が前記貫通孔を介して前記陽電子線源と対向してもよい。このような構成によると、被測定体を装置（陽電子線源）に対して簡易に設置することができる。
【０００９】
本明細書に開示する装置は、前記陽電子線源と、前記保持手段と、前記陽電子検出手段とを収容すると共に、その内部に外部からアクセス可能とする開口を有する遮光容器と、前記開口に設けられ、前記開口を閉鎖する閉状態と前記開口を開放する開状態とに切替え可能である開閉扉と、前記開閉扉が前記閉状態と前記開状態のいずれであるかを検知する第１センサと、前記第１センサに接続された制御装置と、をさらに備えていてもよい。前記制御装置は、前記第１センサの検知結果が前記閉状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能としてもよい。陽電子検出手段は、室内灯などの強い光が入射する状況で高電圧が印加される（測定が行われる）と破損する虞がある。このため、開閉扉が開状態のとき、すなわち、遮光容器内に光が入射する状態のときに測定が行われることを防止でき、陽電子検出手段の破損を防止することができる。
【００１０】
本明細書に開示する装置は、前記制御装置に接続されており、前記開閉扉が前記閉状態のときに、前記開閉扉を前記閉状態から前記開状態に切替え不能なロック状態と、前記開閉扉を前記閉状態から前記開状態に切替え可能な非ロック状態とに切替え可能であるロック機構と、前記制御装置に接続されており、前記ロック機構が前記ロック状態と前記非ロック状態のいずれであるかを検知する第２センサと、をさらに備えていてもよい。前記制御装置は、さらに前記第２センサの検知結果が前記ロック状態である場合に、陽電子の消滅特性を測定可能としてもよい。このような構成によると、開閉扉が閉状態であり、かつ、ロック機構がロック状態である場合に測定が可能となる。すなわち、測定可能か否かの判定が２つのセンサの出力結果（第１センサの検出結果と第２センサの検出結果）に基づいて行われる。したがって、遮光容器内に光が入射する状態のときに測定が行われることをより防止することができる。
【００１１】
本明細書に開示する装置では、前記陽電子線源で陽電子が生成されるときに発生する放射線を検出する第２放射線検出手段をさらに備えていてもよい。前記消滅特性算出手段は、前記第２放射線検出手段により放射線を検出した時刻と、前記第１放射線検出手段により放射線を検出した時刻との時間差から得られる陽電子の寿命から消滅特性を算出してもよい。前記第２放射線検出手段により検出された放射線のうち、前記陽電子検出手段で検出された陽電子が生成したときに発生したと推定される放射線を除いて、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。例えば、消滅特性算出手段は、第１放射線検出手段で放射線を検出した時刻と陽電子検出手段で陽電子を検出した時刻の時間差が所定の第１時間差内となるときは、その第１放射線検出手段で検出された放射線を除去して、被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。あるいは、消滅特性算出手段は、第２放射線検出手段で放射線を検出した時刻と陽電子検出手段で陽電子を検出した時刻の時間差が所定の第２時間差内となるときは、その第２放射線検出手段で検出された放射線を除去して、被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。
【００１２】
本明細書に開示する装置では、前記陽電子線源と前記第１放射線検出手段の間の距離と、前記陽電子線源と前記第２放射線検出手段の間の距離が等しくてもよい。このような構成によると、第１放射線検出手段と第２放射線検出手段による測定の計数率のばらつきを抑制することができる。
【００１３】
本明細書に開示する装置では、前記第１放射線検出手段は、陽電子が消滅するときに発生するγ線のエネルギーを測定し、前記消滅特性算出手段は、前記第１放射線検出手段により検出された検出結果から得られるγ線のエネルギースペクトルの分布から、前記被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。例えば、消滅特性算出手段は、第１放射線検出手段で放射線を検出した時刻と陽電子検出手段で陽電子を検出した時刻の時間差が所定の第３時間差内となるときは、その第１放射線検出手段で検出された放射線を除去し、被測定体内における陽電子の消滅特性を算出してもよい。
【００１４】
本明細書に開示する装置では、前記陽電子検出手段は、陽電子の入射によってシンチレーション光を放出するシンチレータと、前記シンチレータから放出されたシンチレーション光を検知する光センサと、を備えていてもよい。前記シンチレータと前記光センサとが、シンチレーション光を伝送可能なライトガイドにより接続されていてもよい。このような構成によると、シンチレータへの陽電子の入射を精度良く検出することができる。その結果、被測定体に入射されなかった陽電子を精度良く検出することができる。また、シンチレータと光センサとはライトガイドによって接続されるため、シンチレーション光を検知するための光センサの受光面をシンチレータの近傍に設置する必要がない。このため、シンチレータ近傍のスペースを有効に活用することができる。
【００１５】
また、本明細書は、被測定体に入射されて被測定体内で消滅する陽電子の消滅特性を測定する装置において、陽電子が生成及び消滅するときに発生する放射線を検出する検出器の検出値を補正する方法を開示する。本明細書に開示する方法は、前記検出器の検出結果から得られる放射線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のうち、ヒストグラムにして観測する電圧値の範囲を決定する決定ステップと、前記決定された電圧値の範囲について得られた前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるか否かを判定する判定ステップと、前記ヒストグラムにおいて、２つの極大値と、前記２つの極大値の間の範囲の極小値が現れるまで、前記決定ステップと前記判定ステップを繰返して電圧値の範囲を調節する調節ステップと、前記調節ステップで得られた電圧値の範囲において得られた前記ヒストグラムにおける前記極小値に基づいて、陽電子が消滅するときに発生する放射線であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する第１補正ステップと、を備える。この方法によると、ヒストグラムにして観測する電圧値の範囲が適正に調整され、その調整された電圧値の範囲において得られたヒストグラムの極小値に基づいてエネルギー範囲の下限値が補正される。このため、陽電子が消滅するときに発生する放射線を適正に検出することができる。
【００１６】
上記の方法は、前記２つの極大値のうち高電圧側に現れる極大値と、陽電子が消滅するときに発生する放射線のエネルギー値とに基づいて、陽電子が生成されるときに発生する放射線であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する第２補正ステップ、をさらに備えていてもよい。このような構成によると、陽電子が生成されるときに発生する放射線を適正に検出することができる。
【００１７】
また、本明細書は、上記方法をコンピュータに実行させる、プログラムを開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の陽電子消滅特性測定装置を模式的に示す斜視図。
【図２】第１実施形態の陽電子消滅特性測定装置の構成を模式的に示す図。
【図３】陽電子検出ユニットの分解斜視図。
【図４】遮光容器の構成を示す図（閉状態かつロック状態を示す）。
【図５】サンプルホルダの構成を示す斜視図。
【図６】サンプルホルダを遮光容器内に設置した状態を示す図。
【図７】サンプルホルダの別の構成を示す斜視図。
【図８】演算装置の構成を示すブロック図。
【図９】陽電子検出器の検出結果に基づいてノイズを除去する処理を説明するための図。
【図１０】陽電子検出器の検出結果に基づいてノイズを除去する処理を説明するための図。
【図１１】第２実施形態の陽電子消滅特性測定装置の構成を模式的に示す図。
【図１２】第２実施形態の演算装置の構成を示すブロック図。
【図１３】第２実施形態の陽電子検出器の検出結果に基づいてノイズを除去する処理を説明するための図。
【図１４】第１実施形態の陽電子消滅特性測定装置において、放射線検出器の検出値を補正する処理のフローチャートを示す図。
【図１５】放射線検出器の検出結果に基づくヒストグラムの一例を示す図。
【図１６】放射線検出器の検出結果に基づくヒストグラムの他の一例を示す図。
【図１７】放射線検出器の検出結果に基づくヒストグラムの他の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本実施形態に係る陽電子消滅特性測定装置１０（以下、単に装置１０ともいう。）は、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）と、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を検出し、その時間差から被測定体内の陽電子の寿命を測定する装置である。図１〜３に示されるように、装置１０は、第１γ線検出器１２と、第２γ線検出器１４と、陽電子検出器４０と、遮光容器６０と、演算装置５０を有している。図２において、空間Ａは遮光容器６０の内部空間であり、空間Ｂは装置１０の内部空間である。
【００２０】
第１γ線検出器１２は、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）を検出する。第１γ線検出器１２は、例えば、γ線の入射によりシンチレーション光を放出するシンチレータと、そのシンチレーション光を電気信号に変換する光電子増倍管とで構成してもよい。第１γ線検出器１２は、演算装置５０に接続されている。第１γ線検出器１２は、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）を検出すると、演算装置５０にパルス状の電気信号を出力する。第１γ線検出器１２は、装置１０内に収容されている。なお、第１γ線検出器１２が「第１γ線検出手段」の一例である。
【００２１】
第２γ線検出器１４は、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を検出する。第２γ線検出器１４も、第１γ線検出器１２と同様に構成してもよい。第２γ線検出器１４は、演算装置５０に接続されている。第２γ線検出器１４は、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を検出すると、演算装置５０にパルス状の電気信号を出力する。第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４は、被測定体Ｓの測定面に対して対向する位置に配置される。第２γ線検出器１４は、装置１０内に収容されている。なお、第２γ線検出器１４が「第２γ線検出手段」の一例である。
【００２２】
陽電子検出器４０は、図３に示されるように、光電子増倍管４１と、陽電子検出ユニット４２を備えている。陽電子検出ユニット４２は、陽電子検出用のシンチレータ４２２と、ライトガイド４４を備えている。陽電子検出ユニット４２と光電子増倍管４１は、ライトガイド４４により接続されている。ライトガイド４４は、光電子増倍管４１の受光面とシンチレータ４２２に接続されている。なお、陽電子検出器４０が「陽電子検出手段」の一例である。
【００２３】
シンチレータ４２２は、陽電子が入射することによりシンチレーション光を放出する。ライトガイド４４は、シンチレータ４２２から放出されるシンチレーション光を光電子増倍管４１の受光面に伝送する。ライトガイド４４は、例えば、反射材が被膜された透過率の大きな材料によって構成される。光電子増倍管４１は、伝送されたシンチレーション光を電気信号に変換する。光電子増倍管４１からの電気信号は演算装置５０に入力される。
【００２４】
陽電子線源４２４は、２つの薄膜遮光カバー４２３の間に配置される。すなわち、陽電子線源４２４は、薄膜遮光カバー４２３に挟まれている。薄膜遮光カバー４２３に挟まれた陽電子線源４２４は、シンチレータ４２２に対向する位置に配置される。薄膜遮光カバー４２３は、シンチレータ４２２に外部の光が侵入することを遮断する。陽電子線源４２４から放出される陽電子は、陽電子線源４２４の上下に配置される薄膜遮光カバー４２３のいずれかに入射する。上側に配置される薄膜遮光カバー４２３に陽電子が入射すると、その陽電子は薄膜遮光カバー４２３を通過して被測定体Ｓに入射される。一方、下側の薄膜遮光カバー４２３を通過してシンチレータ４２２に陽電子が入射すると、シンチレータ４２２からシンチレーション光が放出されると共に、シンチレータ４２２の内部又はシンチレータ４２２の外部（すなわち、被測定体Ｓ以外）で陽電子が消滅する。シンチレータ４２２からのシンチレーション光は、ライトガイド４４を介して光電子増倍管４１に入射する。これにより、光電子増倍管４１から演算装置５０に電気信号が出力されることとなる。なお、陽電子線源４２４は、薄膜遮光カバー４２３とシンチレータ４２２に挟まれるように配置してもよい。すなわち、陽電子線源４２４をシンチレータ４２２の上面に直接配置してもよい。
【００２５】
ここで、陽電子線源４２４には、２２Ｎａや６８Ｇｅなどの陽電子線源（陽電子放出核種）を用いることができる。また、陽電子線源４２４は、１つの陽電子が発生してから消滅するまでの間に、他の陽電子が発生しないような弱い陽電子線源とされる。これによって、複数の陽電子が同時に存在し、陽電子の発生時刻と消滅時刻が特定できないといった事態の発生を防止することができる。
【００２６】
遮光容器６０は、図４に示すように、陽電子線源４２４、被測定体Ｓ及び陽電子検出器４０（シンチレータ４２２）を収容する。遮光容器６０は、開口６０ａ（図１参照）を有しており、開口６０ａには開閉扉６２が設けられている。開閉扉６２は、開口６０ａを閉鎖する閉状態と、開口６０ａを開放する開状態とに切替え可能である。開閉扉６２が開状態となることで、遮光容器６０の内部に外部からアクセス可能となっている。また、開閉扉６２が閉状態となることで、遮光容器６０内に外部から光が侵入することが防止される。開閉扉６２の開状態と閉状態の切替え機構は、特に限定されるものではなく、ユーザの手動により切替えられるように構成されてもよいし、制御装置がアクチュエータを駆動することにより自動で切替えられるように構成されてもよい。また、開閉扉６２が閉状態となると、以下に説明するロック機構６８によって、開閉扉６２はロック状態と非ロック状態とに切替えられる。
【００２７】
ロック機構６８は、開閉扉６２が遮光容器６０の開口６０ａを閉じる位置において、開閉扉６２を移動不能（開閉不能）にするロック状態（すなわち、開閉扉６２を閉状態でロックする状態）と、開閉扉６２を移動可能（開閉可能）にする非ロック状態（すなわち、開閉扉６２を閉状態でロックしない状態）とに切替えるように構成されている。ロック機構６８は、制御装置（不図示）に通信可能に接続されており、制御装置からの入力信号に基づいて、開閉扉６２のロック状態と非ロック状態とを切替える。すなわち、ロック機構６８は、ロックバーと、ロックバーを進退動させるアクチュエータによって構成される。ロックバーが開閉扉６２の裏面側に突出した状態となると、ロックバーの先端が開閉蓋６２の裏面に当接する状態（図４に示す状態）となり、開閉扉６２がロック状態となる。一方、ロックバーが開閉扉６２の裏面から退避した状態となると、ロックバーの先端が開閉蓋６２に当接することはなく、開閉扉６２が非ロック状態となる。ロック機構６８としては、上述した機構以外にも公知の種々の機構を用いることができ、例えば、サーボモータを利用した機械的なロック機構を用いることができる。なお、ロック機構を制御する制御装置の機能を演算装置５０に備えてもよい。
【００２８】
装置１０は、また、第１センサ６４と第２センサ６６を備えている。第１センサ６４は、開閉扉６２の下部に取付けられている。第１センサ６４は、開閉扉６２が開状態であるか閉状態であるかを検知する。第１センサ６４は、制御装置に通信可能に接続されており、検知結果を制御装置へ出力する。第１センサ６４は、例えば、近接センサである。第１センサ６４は、開閉扉６２が遮光容器６０の上面６０ｂに近接することによって、開閉扉６２が閉状態であることを検知する。
【００２９】
第２センサ６６は、遮光容器６０に取付けられている。第２センサ６６は、ロック機構６８がロック状態であるか非ロック状態であるかを検知する。第２センサ６６は、制御装置に通信可能に接続されており、検知結果を制御装置へ出力する。第２センサ６６は、例えば、近接センサである。ロック機構６８のロックバーが図４に示す状態となると、ロックバーが第２センサ６６に近接し、第２センサ６６はロック機構６８がロック状態であることを検知する。なお、図４においては、シンチレータ４２２より下側に位置する構成（第１γ線検出器１２等）は省略している。
【００３０】
遮光容器６０内には、被測定体Ｓを保持するためのサンプルホルダ７０が設置される。図５に示すように、サンプルホルダ７０は、貫通孔７０ｂが形成された載置板７０ａと、嵌合部７０ｃを有している。載置板７０ａには、被測定体Ｓが載置される。具体的には、被測定体Ｓが貫通孔７０ｂの上部に位置するように、被測定体Ｓが載置板７０ａに載置される。載置板７０ａの厚みは、陽電子線源４２４の高さより高い。サンプルホルダ７０は、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）によって構成されている。なお、載置板７０ａと被測定体Ｓとの間に薄膜遮光カバーを介してもよい。
【００３１】
貫通孔７０ｂは、載置板７０ａの略中央部に形成されている。貫通孔７０ｂは、載置板７０ａの表面から裏面まで貫通している。貫通孔７０ｂの形状は特に限定されないが、本実施形態では平面視において円形状である。平面視において、貫通孔７０ｂは、陽電子線源４２４（薄膜遮光カバー４２３）を内包できる大きさとなっている。上述したように、陽電子線源４２４の高さが載置板７０ａの厚みより小さいので、陽電子線源４２４は貫通孔７０ｂ内の空間に収容可能となっている。
【００３２】
嵌合部７０ｃは、サンプルホルダ７０を設定位置に設置するための基準となる部分（位置決め部分）である。例えば、図６に示すように、サンプルホルダ７０を予め定められた設定位置に配置する（嵌合部７０ｃを遮光容器６０内の嵌合壁６０ｃに嵌合させる）と、被測定体Ｓが貫通孔７０ｂを介して陽電子線源４２４と対向し、被測定体Ｓと陽電子線源４２４との間には、一定の間隔ｓｐ（図４参照）が設けられる。間隔ｓｐは、例えば、０．５ｍｍである。なお、図６では、図の見易さのため、遮光容器６０の壁の一部や開閉扉６２等を省略している。
【００３３】
なお、サンプルホルダ７０の形状は、上記に限られず、図７に示すように、箱型であってもよい。このような構成とすると、被測定体が粒子状や液状である場合でも、その陽電子消滅特性を測定することができる。なお、サンプルホルダ７０が「保持手段」の一例である。
【００３４】
演算装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータやプロセッサと、デジタルストレージオシロスコープ（ＤＳＯ）やＮＩＭモジュール等の専用回路によって構成することができる。演算装置５０は、第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４に接続される第１信号処理部２０と、陽電子検出器４０に接続される第２信号処理部３０を備えている。第２信号処理部３０は、陽電子検出器４０（詳細には光電子増倍管４１）から出力される電気信号を処理し、陽電子検出器４０に陽電子が入射した時刻を特定する。第２信号処理部３０で特定された時刻は、第１信号処理部２０に入力される。演算装置５０は、また、放射線検出器の検出値の補正処理（後述）を実行する。なお、第１信号処理部２０及び第２信号処理部３０が「消滅特性算出手段」の一例である。
【００３５】
第１信号処理部２０は、図８に示すように、陽電子発生時刻特定部２１と、陽電子消滅時刻特定部２２と、時刻差算出部２３と、ノイズ情報除外部２４と、陽電子寿命算出部２５を備えている。陽電子発生時刻特定部２１は、第１γ線検出器１２からの信号に基づいて、陽電子線源４２４で陽電子が発生した時刻を特定する。陽電子消滅時刻特定部２２は、第２γ線検出器１４からの信号に基づいて、陽電子が消滅した時刻を特定する。時刻差算出部２３は、陽電子発生時刻特定部２１で特定された時刻と、陽電子消滅時刻特定部２２で特定された時刻の時刻差から、陽電子が生存していた時間を算出する。陽電子発生時刻特定部２１と陽電子消滅時刻特定部２２と時刻差算出部２３とは、従来公知の陽電子消滅特性測定装置の対応部分と同様に構成することができる。
【００３６】
ノイズ情報除外部２４は、第２信号処理部３０で特定された時刻（すなわち、シンチレータ４２２に陽電子が入射した時刻）から、時刻差算出部２３で算出された時刻差のうち、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子に係るものを除外する。すなわち、図１０に示すように、陽電子線源４２４から放出される陽電子が被測定体Ｓ（サンプル）に入射すると、その陽電子は被測定体内で消滅し、γ線（５１１ｋｅＶ）が発生する。一方、陽電子線源４２４から放出される陽電子がシンチレータ４２２に入射すると、シンチレーション光を発生すると共に、被測定体Ｓ以外で消滅して、γ線（５１１ｋｅＶ）が発生する。したがって、陽電子が発生したときのγ線（１．２７ＭｅＶ）が検出され、次に、シンチレーション光が検出され、その後、陽電子が消滅したときのγ線（５１１ｋｅＶ）が検出された場合は、陽電子線源４２４から放出される陽電子がシンチレータ４２２に入射したと特定することができる。一方、陽電子が発生したときのγ線（１．２７ＭｅＶ）が検出され、次に、シンチレーション光が検出されずに、陽電子が消滅したときのγ線（５１１ｋｅＶ）が検出された場合は、陽電子線源４２４から放出される陽電子が被測定体Ｓ（サンプル）に入射したと特定することができる。例えば、図９（ａ）に示すように、陽電子発生時刻ｔ１と陽電子消滅時刻ｔ２の間に、陽電子検出器４０で陽電子が検出されていないとき（すなわち、シンチレーション光が検出されていないとき）は、陽電子発生時刻ｔ１と陽電子消滅時刻ｔ２は有効なデータとする。そして、その時刻差（ｔ２−ｔ１）は、被測定体Ｓにおける陽電子の寿命を算出するために用いられる。一方、図９（ｂ）に示すように、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子消滅時刻ｔ５の間の時刻ｔ４に、陽電子検出器４０で陽電子が検出されているとき（すなわち、シンチレーション光が検出されているとき）は、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子消滅時刻ｔ５は無効なデータとして、被測定体Ｓにおける陽電子の寿命を算出するためのデータから除外する。なお、陽電子発生（時刻ｔ３）と陽電子検出（時刻ｔ４）と陽電子消滅（時刻ｔ５）は、極めて短い期間の間に発生する。このため、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子検出時刻ｔ４との時間差が所定の第１時間差内となるときは、陽電子発生時刻ｔ３とその後に検出される陽電子消滅時刻ｔ５は無効なデータとして除外してもよい。あるいは、陽電子検出時刻ｔ４と陽電子消滅時刻ｔ５との時間差が所定の第２時間差内となるときは、陽電子発生時刻ｔ３と陽電子消滅時刻ｔ５は無効なデータとして除外してもよい。
【００３７】
陽電子寿命算出部２５は、ノイズ情報除外部２４でノイズが除外され、被測定体Ｓに入射された陽電子の生存時間から、被測定体Ｓにおける陽電子の寿命を算出する。陽電子寿命算出部２５は、従来の陽電子消滅特性測定装置の対応部分と同様に構成することができる。
【００３８】
次に、上述した陽電子消滅特性測定装置１０を用いて、被測定体Ｓの陽電子寿命を測定する手順について説明する。装置１０には、陽電子線源４２４及び陽電子検出器４０が予めセットされている。まず、開閉扉６２を開いて遮光容器６０を開状態とし、被測定体Ｓを載置したサンプルホルダ７０を遮光容器６０内の予め定められた設定位置に設置する。具体的には、サンプルホルダ７０の載置板７０ａの貫通孔７０ｂの上部に被測定体Ｓを載置し、サンプルホルダ７０を設定位置に設置する。この状態では、陽電子線源４２４と被測定体Ｓが離間した状態で貫通孔７０ｂを介して対向している。また、これにより、陽電子線源４２４は、被測定体Ｓと陽電子検出器４０（詳細には、シンチレータ４２２）とにより挟まれた状態となる。
【００３９】
次いで、第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４を被測定体Ｓに対向する位置にセットする。このとき、陽電子線源４２４と第１γ線検出器１２の間の距離と、陽電子線源４２４と第２γ線検出器１４の間の距離は等しくされる。陽電子線源４２４とγ線検出器１２、１４の間の距離の調整はどのような方法で行ってもよい。例えば、スペーサ等を設け、その位置を調節することにより行うことができる。あるいは、本実施例では、陽電子線源４２４の位置が一定となるため、その位置に応じて第１γ線検出器１２と第２γ線検出器１４の位置が予め調整されていてもよい。
【００４０】
次いで、遮光容器６０に取付けられた開閉扉６２を閉状態とし、開閉扉６２をロック機構６８によりロック状態とする。開閉扉６２が閉状態、かつ、ロック機構６８がロック状態であることが第１センサ６４と第２センサ６６で検知されると、演算装置５０を作動させて、陽電子寿命の測定を開始する。
【００４１】
陽電子線源４２４で陽電子が生成されると、そのときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）が、第１γ線検出器１２で検出される。第１信号処理部２０は、第１γ線検出器１２からの信号に基づいて、陽電子が生成した時刻を特定する。陽電子線源４２４で生成された陽電子は、被測定体Ｓか、シンチレータ４２２に入射する。被測定体Ｓに入射した陽電子は、適当な時間を経た後に電子と結合して消滅し、γ線（５１１ｋｅＶ）を発生させる。このγ線（５１１ｋｅＶ）は、第２γ線検出器１４によって検出される。第１信号処理部２０は、第２γ線検出器１４からの信号に基づいて陽電子が消滅した時刻を特定し、その時間差から陽電子の生存時間を算出する。
【００４２】
一方、シンチレータ４２２に入射した陽電子は、シンチレーション光を発生させ、その後、被測定体Ｓ以外で消滅し、γ線（５１１ｋｅＶ）を発生させる。シンチレーション光は、ライトガイド４４によって光電子増倍管４１へ伝送され、光電子増倍管４１によって電気信号へ変換される。第２信号処理部３０は、光電子増倍管４１からの電気信号に基づいて、陽電子がシンチレータ４２２に入射した時刻を特定する。また、被測定体Ｓ以外で陽電子が消滅したときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）は、第２γ線検出器１４によって検出される。このため、被測定体Ｓに入射されなかった場合も、第１信号処理部２０で時刻が算出されることとなる。ただし、第２信号処理部３０で算出された時刻と、陽電子の発生時刻の関係から、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子に関するデータは除外される。このため、第１信号処理部２０は、被測定体Ｓから入射された陽電子から得られたデータのみに基づいて、陽電子の寿命を算出する。
【００４３】
上述した説明から明らかなように、本実施形態の陽電子消滅特性測定装置１０では、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子を陽電子検出器４０で検出し、被測定体Ｓに入射されなかった陽電子が発生させる放射線をノイズとして除去する。このため、陽電子線源４２４を被測定体Ｓで挟み込むような状態としなくても、被測定体Ｓの陽電子消滅特性を精度良く算出することができる。また、陽電子線源４２４と被測定体Ｓの間には陽電子検出用のシンチレータ４２２が配置されないため、被測定体Ｓに照射される陽電子が減少することを防止することができる。
【００４４】
また、本実施形態の陽電子消滅特性測定装置１０では、サンプルホルダ７０が、被測定体Ｓと陽電子線源４２４を離間させた（間隔を空けた）状態で設定位置に設置される。すなわち、被測定体Ｓを装置にセットする際に、被測定体Ｓが陽電子線源４２４に接触することがない。また、被測定体Ｓをサンプルホルダ７０内に載置した後は、サンプルホルダ７０を遮光容器６０内に設置するだけでよく、鋭利な器具を用いることなく被測定体Ｓを装置にセットすることができる。したがって、陽電子線源４２４に対する接触を抑制することができ、陽電子線源４２４の破損を抑制することができる。
【００４５】
なお、上述した実施形態では、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ）と、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ）を、異なるγ線検出器で検出する構成であったが、このような構成に限られない。例えば、両方のγ線（１．２７ＭｅＶ、５１１ｋｅＶ）を１つのγ線検出器で検出し、これらを処理することによって、陽電子の生成時刻、消滅時刻及びその時刻差を求めるようにしてもよい。
【００４６】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る陽電子消滅特性測定装置は、陽電子が消滅する際に発生するγ線のエネルギーを検出し、その検出されたγ線のエネルギースペクトルの分布から、被測定体のドップラーブロードニングを算出する装置である。図１１に示すように、陽電子消滅特性測定装置は、γ線検出器１８と、陽電子検出器４０と、演算装置９０を有している。陽電子検出器４０と演算装置９０を構成する第２信号処理部３０は、第１実施形態の対応する部分と同一の構成とされている。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
γ線検出器１８は、陽電子が消滅する際に発生するγ線（５１１ｋｅＶ）のエネルギーを検出する。γ線検出器１８には、ＧｅＳＳＤ等を用いることができる。γ線検出器１８は、陽電子検出器４０がγ線検出器１８と被測定体Ｓとで挟まれるように、被測定体Ｓに対向した位置に配置される。γ線検出器１８で検出されたエネルギーは、第３信号処理部８０に入力される。
【００４８】
第３信号処理部８０は、図１２に示すように、陽電子消滅時刻特定部８２と、ノイズ情報除外部８４と、スペクトル特性算出部８６を備えている。陽電子消滅時刻特定部８２は、γ線検出器１８からの信号に基づいて、陽電子が消滅した時刻を特定する。ノイズ情報除外部８４は、第２信号処理部３０で特定された時刻（すなわち、シンチレータ４２２に陽電子が入射した時刻）と、陽電子消滅時刻特定部８２で特定された消滅時刻から、検出されたγ線が、被測定体Ｓで消滅することにより発生したものか、被測定体Ｓ以外で消滅することにより発生したものかを判定する。そして、被測定体Ｓ以外で消滅したと判定すると、そのデータをスペクトル特性の算出のためのデータから除外する。具体的には、陽電子検出器４０で陽電子が検出された時刻の直後に生じた陽電子の消滅を、被測定体Ｓ以外での陽電子の消滅として、データから除外する。例えば、図１３に示すように、時刻ｔ１で陽電子が検出され、時刻ｔ２、ｔ３で陽電子の消滅が検出されたとする。この場合、時刻ｔ２での陽電子の消滅は被測定体Ｓ以外での陽電子の消滅であると判定し、時刻ｔ３での陽電子の消滅は被測定体Ｓでの陽電子の消滅であると判定する。そして、被測定体Ｓ以外での陽電子の消滅に係るデータを、スペクトル特性の算出のためのデータから除外する。スペクトル特性算出部８６は、ノイズ情報除外部８４でノイズが除去されたデータに基づいて、γ線のエネルギースペクトル分布を算出し、そのエネルギースペクトル分布に基づいてＳパラメータを算出する。
【００４９】
なお、図１３に示す陽電子検出（時刻ｔ１）と陽電子消滅（時刻ｔ２）は、極めて短い期間の間に発生する。このため、ノイズ情報除外部８４は、陽電子検出時刻ｔ１と陽電子消滅時刻ｔ２との時間差が所定の第３時間差内となるときに、陽電子消滅時刻ｔ２におけるγ線のデータは無効なデータとして除外してもよい。
【００５０】
（陽電子消滅特性測定装置に用いられるγ線検出器のキャリブレーション方法）
次に、第１実施形態に係る陽電子消滅特性測定装置１０において、演算装置５０により、第１γ線検出器１２及び第２γ線検出器１４による放射線の検出値を補正する方法について説明する。放射線検出器（γ線検出器）は、その検出値に個体差が存在する。このため、その個体差を除去する補正を行い、正確な検出値を得ることが必要である。上述した陽電子消滅特性測定装置１０において、第１γ線検出器１２及び第２γ線検出器１４それぞれに対して、以下に説明する方法を実施するが、説明の重複を避けるため、両者を併せて単にγ線検出器と称して説明する。
【００５１】
図１４に示すように、まず、演算装置５０は、γ線検出器の検出結果から得られるγ線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のヒストグラムを取得する（Ｓ１０、決定ステップ）。決定ステップでは、予め演算装置５０に所定の電圧値の範囲を入力しておき、その入力された電圧値の範囲が観測する電圧値の範囲として用いられる。なお、操作者により、ヒストグラムとして観測する電圧値の範囲が決定されてもよい。この場合、演算装置５０は、操作者により決定された電圧値の範囲におけるヒストグラムを取得する。
【００５２】
次に、演算装置５０は、上記の電圧値の範囲について得られたヒストグラムにおいて、２つの極大値と、その間の範囲に位置する極小値が現れるか否かを判定する（Ｓ１２、判定ステップ）。図１５に示すように、γ線のエネルギースペクトルに基づく電圧信号のヒストグラムにおいては、高電位側の極大値Ｖｍａｘ１がストップ信号（すなわち、陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ））のピークであることが知られている。また、２つの極大値の間の範囲に位置する極小値Ｖｍｉｎをストップ信号の下限値として設定することで、陽電子が消滅する際のγ線を精度良く検出できることが知られている。
【００５３】
演算装置５０は、上記の極大値及び極小値が現れたと判定すると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、続く第１補正ステップ（Ｓ１４）及び第２補正ステップ（Ｓ１６）を実行する。一方、上記の極大値及び極小値が現れていないと判定すると（Ｓ１２：ＮＯ）、演算装置５０は、観測する電圧値の範囲を調整する（Ｓ１１、調整ステップ）。すなわち、調整ステップでは、ステップＳ１０の処理に戻り、２つの極大値と、その間の範囲に位置する極小値が現れるまで（図１５に示す適切なヒストグラムが得られるまで）決定ステップと判定ステップを繰り返す。具体的には、取得したヒストグラムにおいて、図１６に示すように、極大値と極小値が分離できずに１つのピークになってしまう場合（すなわち、電圧値の範囲が広すぎる場合）、演算装置５０は、観測する電圧値の範囲を狭くする調節を実行する。また、図１７に示すように、高電位側の範囲外の信号（オーバーフロー）の割合が多く、極大値と極小値の境界が不明瞭である場合（すなわち、電圧値の範囲が狭すぎる場合）、演算装置５０は、観測する電圧値の範囲を広くする調節を実行する。
【００５４】
第１補正ステップ（Ｓ１４）では、演算装置５０は、ストップ信号（陽電子が消滅するときに発生するγ線（５１１ｋｅＶ））であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する。具体的には、得られたヒストグラムにおける極小値Ｖｍｉｎの値をエネルギー値に変換し、この値をストップ信号の下限値（ストップ信号であると判断するエネルギー値の閾値）とする補正を実行する。
【００５５】
第２補正ステップ（Ｓ１６）では、演算装置５０は、スタート信号（すなわち、陽電子が生成されるときに発生するγ線（１．２７ＭｅＶ））であると判断するエネルギー範囲の下限値を補正する。すなわち、得られたヒストグラムにおいて高電位側に現れる極大値Ｖｍａｘ１（ストップ信号のピーク）と、陽電子が消滅するときに発生するγ線のエネルギー値（５１１ｋｅＶ）とに基づいて、補正を実行する。具体的には、まず、極大値Ｖｍａｘ１と陽電子が消滅するときに発生するγ線のエネルギー値（５１１ｋｅＶ）との関係を求める。例えば、図１５に示すように、極大値Ｖｍａｘ１が１６３ｍＶである場合、電圧値とエネルギー値の関係は、５１１ｋｅＶから１６３ｍＶを除することにより、３．１３（ｋｅＶ／ｍＶ）となる。この値をスタート信号（陽電子が生成されるときに発生するγ線）のエネルギー範囲の下限としたい電圧値（例えば、図１５中のＶｒ）に乗じることによって、電圧値をエネルギー値に変換してエネルギー範囲の下限値（スタート信号であると判断するエネルギー値の閾値）を設定する。演算装置５０は、第１補正ステップ（Ｓ１４）及び第２補正ステップ（Ｓ１６）の処理を行うと、処理を終了する。
【００５６】
従来では、γ線検出器の検出値の補正は、ユーザの経験や勘により行われていた。このため、補正後のγ線検出器においても、γ線検出器毎の検出値に差が生じる場合があった。したがって、陽電子消滅特性の測定を精度良く行うことが困難であった。上記の方法によると、適切なヒストグラムが得られるまで、観測する電圧値の範囲を調節する。そして、得られたヒストグラムの特徴的なピーク等（極大値Ｖｍａｘ１、極小値Ｖｍｉｎ）に基づいてスタート信号及びストップ信号として検出するエネルギー値の下限を補正する。検出値の補正を行う際の基準となる値をヒストグラムの特徴的なピーク値とすることで、γ線検出器の個体差から生じる検出値のずれを好適に補正することができる。すなわち、上記の方法によって補正された検出器を用いることで、陽電子消滅特性の測定を精度良く行うことができる。
【００５７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５８】
１０：陽電子消滅特性測定装置
１２：第１γ線検出器
１４：第２γ線検出器
４０：陽電子検出器
４１：光電子増倍管
４２：陽電子検出ユニット
４４：ライトガイド
５０：演算装置
６０：遮光容器
６０ａ：開口
６２：開閉扉
６４：第１センサ
６６：第２センサ
６８：ロック機構
７０：サンプルホルダ
７０ａ：載置板
７０ｂ：貫通孔
４２２：シンチレータ
４２３：薄膜遮光カバー
４２４：陽電子線源
【図１】
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【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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