(57)【要約】  本発明は、内側球面電極（２）と、外側球面電極（４）と、内側球面電極と外側球面電極との間の空間と、該空間に設けられた抵抗中空体（３）とを備えている電離箱（１０）に関し、内側球面電極への電気的な接続および抵抗中空体（３）の頂部への電気的な接続は、軸に沿って連続して変化する局部抵抗を有するその同一の抵抗中空体によって静電遮蔽されている。本発明はさらに電離箱を製造する方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側球状電極と、外側球状電極と、前記内側球状電極と前記外側球状電極との間の空間と、前記内側球状電極と前記外側球状電極との間の前記空間に設けられた抵抗中空体とを備え、
前記内側球状電極への電気的な接続および前記抵抗中空体の頂部への電気的な接続は、軸に沿って連続的に変化する局部抵抗を有する前記同じ抵抗中空体によって静電的に遮蔽されている電離箱。
【請求項２】
前記抵抗中空体は先細りの棒状である請求項１に記載の電離箱。
【請求項３】
前記連続的に変化する局部抵抗は、前記内側球状電極と前記外側球状電極との間で実質的に影響を受けない放射状の電位を可能にするように構成されている請求項１又は２に記載の電離箱。
【請求項４】
前記抵抗体の頂部の局部抵抗の値は前記抵抗体の基部の局部抵抗の値よりも大きい請求項３に記載の電離箱。
【請求項５】
前記抵抗体の頂部は絶縁体によって内側球状電極に接続されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電離箱。
【請求項６】
前記抵抗体は前記外側電極と前記内側電極との間で実質的に放射状に延びている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電離箱。
【請求項７】
内側球状電極と、外側球状電極と、前記内側球状電極と前記外側球状電極との間の空間と、当該空間内に中空抵抗体とを設ける工程と、
前記内側球状電極への電気的な接続と、前記中空抵抗体の頂部への電気的な接続とを、連続して変化する局部抵抗を有する同一の中空抵抗体を用いて遮蔽する工程とを含む電離箱の製造方法であって、
前記抵抗体は前記外側球状電極の内表面と前記内側球状電極との間の前記空間に放射状に配置される方法。
【請求項８】
前記抵抗体は、前記外側球状電極上にあるその基部においてより大きな寸法を有しており、前記内側球状電極の近傍にあるその頂部においてより小さな寸法を有している請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記連続して変化する局部抵抗は、前記内側球状電極と前記外側球状電極との間で実質的に放射状の等電位分布を可能にするように構成されている請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記抵抗体の頂部での抵抗値は前記抵抗体の基部での抵抗値よりも大きい請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記抵抗体の頂部は絶縁体によって前記内側球状電極に接続されている請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電離箱に関し、特に球状の電離箱に関する。
【０００２】
本発明はさらに電離箱を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
球状の電離箱それ自体は知られている。例えばCN101526622は放射線モニタリングのための検出装置を記載しており、その装置は、シェルおよび電極部を備える電離箱部と、電極部からの電気信号を処理する回路部と、金属シール箱とを備えており、回路部は金属シール箱内に配置されている。この公知の球状電離箱は、内側電極と外側電極との間の体積中はガスで満たされている。
【０００４】
このような球状電離箱は、方向感受性をもたない測定を可能にすべく線量測定目的で用いられ得る。しかしながら、このような球状電離箱は、磁気共鳴装置、サイクロトロン、あるいは核融合炉内で存在する磁場のような強力な外部磁場においては方向感受性を示すことがわかっている。
【０００５】
特に、内側球状電極に電圧を供給するのに必要である電気的な接続は、内側電極と外側電極との間の他の球状の電場分布をゆがめるようである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、磁気共鳴装置の磁場のような比較的強力な磁場において用いられる球状電離箱であって、電場のゆがみが避けられる、あるいは実質的に軽減される球状電離箱を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明に係る電離箱は、内側球状電極と、外側球状電極と、内側球状電極と外側球状電極との間の空間と、当該空間に設けられた抵抗中空体とを備えており、内側球状電極への電気的な接続と抵抗中空体の頂部への電気的な接続とは、軸に沿って連続的に変化する局部抵抗を有するその同じ抵抗中空体によって静電的に遮蔽されている
その機能によって、この球状電離箱は常に、内側電極への必要な電気的接続を備えることが理解されるであろう。
【０００８】
外側球状電極の内表面と内側球状電極との間に実質的に放射状に延びる抵抗体を設け、それにより内側電極への電気接続を遮蔽することによって、当該接続によって引き起こされる電場のゆがみは、軽減され、あるいは実質的に解消される。抵抗体の連続的に変化する局部抵抗は、帯電された内側球状電極と外側球状電極との間に存在し得る空間的な静電ポテンシャル特性を模倣するように構成される。このようにして、結果としてもたらされる電離箱は、磁場に対して極めて影響を受けにくい。
【０００９】
これを実現するためには、電気抵抗は抵抗体に沿った半径ｒに依存すべきであることは明らかである。通常、このような抵抗体は比較的薄い、すなわち内側電極への電気接続を可能にするように用いられる電気配線の寸法に匹敵する。方法を導き出すために、我々は帯電された導体のみのシステムを検討する。なぜなら、これがまさに、抵抗体によって「模倣」されなければならないものそのものであるからである。
【００１０】
これはシステムを、内径「ｂ」のより大きな中空の導体球の中心に置かれた電位Ｖａで半径「ａ」の内部が帯電されている小球に簡略化する。ａ＜ｒ＜ｂについて、関連する電位は
【数１】
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【００１１】
したがって、任意のｒで、薄い中央極のまわりの抵抗層の局部抵抗は、中心からの距離に逆比例しなければならない。極沿いの点ｒでの電位は、電位差計のワイパーとみなすことができる。
【００１２】
抵抗極における消費電流は制限されなければならない。典型的な駆動電圧１０００Ｖおよびトータル１０７Ωの抵抗極であれば、極の電流は１００マイクロアンペアに制限され、消費電力は１００ｍＷに制限される。
【００１３】
本技術による高電圧電気抵抗部品を製造するためにどのような材料でも用いることができる。限定するわけではない例のいくつかは、カーボン、金属フィルム、あるいは若干導電性のあるポリマーである。所望の距離依存の抵抗は、例えば、距離に対して逆に層の厚さを変化させることによって得ることができる。
【００１４】
異なる幾何学的特性および電気特性を有する球状電離箱について、変化する抵抗の必要な値をどのように計算するかを当業者は容易に理解するということが理解されるであろう。
【００１５】
球状電離箱の一実施形態は、Kim H.S. et al “Performance of a high-pressure xenon ionization chamber for environmental radiation monitoring", Radiation Measurements, Elsevier, Amsterdam, NL, vol. 43, no. 2-6, 1 February 2008, page 659-663から知られている。
【００１６】
この公知の電離箱は、内側球状電極と外側球状電極とを示している。しかしながら、この公知の電離箱で用いられている公知の遮蔽メッシュは、フリッシュグリッドとしても知られるが、単一でかつ一定の電位で動作可能であるように意図されており、良好な導電性を示す材料から製造されている。したがってこのグリッドは常に、任意の時間に同一の電位で用いられるべきである。またフリッシュメッシュは、帯電した粒子の束がメッシュの開口を通過できるように製造されることも理解されるであろう。
【００１７】
この公知の球状電離箱の欠点は、一定の電位値で動作可能であるフリッシュグリッドは、電離箱の内部体積における電場に望ましくない摂動を導入するということである。
【００１８】
本発明においては、しかしながら、球状電離の内部空間に設けられた抵抗中空体は、その長さに沿って可変の電位を有する。したがって、取り囲む抵抗体は、内部の導体のせいで生じ得る球状電離箱内部の電場のいかなる摂動をも中和する。
【００１９】
また、本発明の球状電離箱における抵抗中空体は、抵抗の長さに沿ったある電位が内側の導電性電極であらかじめ設定された値から外側の導電性電極であらかじめ設定された値まで変化するように、円筒状あるいは先細の中空の抵抗によって具体化されるように都合よく設計され得る。このようにして、抵抗体は、内側の高電圧電極を遮蔽する。したがって、電離箱のガス体積内の帯電粒子は高電圧の誘導フィールドの存在に影響されない。なぜならこのフィールドは抵抗体によって効果的に遮蔽されるからである。
【００２０】
本発明に係る電離箱の一実施形態において、抵抗体は、外側球状電極上にあるその基部においてより大きい寸法を有し、内側球状電極近傍にあるその頂部においてより小さい寸法を有している。好ましくは、基部の寸法は約５ｍｍであり、頂部の寸法は約１ｍｍである。抵抗体は、内側電極と外側電極との間の電場の球状の対称性を復元するように構成されているという事実により、抵抗体の頂部の抵抗値は、抵抗体の基部の抵抗値よりも大きい。
【００２１】
本発明に係る電離箱のさらなる実施形態において、抵抗体の頂部は絶縁体によって内側球状電極に接続されている。
【００２２】
電離箱内部の抵抗体の放射状の配向を保つために、抵抗体の頂部と内側電極との間の比較的強固な接続を提供することが有利であるとわかる。
【００２３】
本発明による電離箱を製造する方法は、
内側球状電極と、外側球状電極と、内側球状電極と外側球状電極との間の空間と、当該空間における中空抵抗体とを設ける工程と、
内側球状電極への電気的な接続と、中空抵抗体の頂部への電気的な接続とを、連続的に変化する局部抵抗を有する同じ中空抵抗体を用いて遮蔽する工程とを包含しており、当該抵抗体は、外側球状電極の内表面と内側球状電極との間の当該空間に放射状に配置されている。
【００２４】
本発明による方法のさらなる有利な実施形態は、請求項８から１１に記載されている。
【００２５】
本発明のこれらおよび他の態様は、図面を参照しながらより詳細に論じられる。ここで同様の参照符号は同様の構成要素に関連する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明に係る球状電離箱の断面の一実施形態を模式的に示している。
【図２】図２は、本発明に係る球状電離箱の一部を切り取ったものの一実施形態を模式的に示している。
【図３】図３は、本発明に係る抵抗体の一実施形態を模式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は本発明に係る球状電離箱の断面の一実施形態を模式的に示している。電離箱１０はいわゆる球状電離箱であり、半径ｒａを有する内側球状電極２が半径ｒｂを有する外側球状電極４に対して同心状に配置されている。内側球状電極２は、適切な配線５、６によって電源８に接続されている。リード線５、６は同じ電位を伝えるが、機能は異なる。線５は、電場の補正を可能にすべく中空抵抗体３に電位を与える。線６は、測定されるべき電離電流を伝える。中空抵抗体３の頂部は、内側球状電極２から電気的に絶縁されていなければならない。抵抗体３の外側は、空間電荷が抵抗体３を通じて漏れるのを防ぐために電気的に絶縁されていなければならない。中空抵抗体３は、限られた数の個別の抵抗から、あるいは局部抵抗において連続した変化を得ることができるように正しい形状に作られた若干導線性のある材料から、あるいは局部抵抗において半連続的な変化を有する構造を得るように導電性材料の異なる目的で設けられた層によって覆われた非導電性の極から製造され得る。電源８からの電位は、接続４ａを用いて外部球状電極に与えられる。
【００２８】
本発明によると、中空抵抗体３は、外部球状電極４の内表面と内側球状電極２との間に設けられる。抵抗体３は、線５、６を遮蔽すべく、かつ、摂動を受けない状況に対応する内側電極２と外側電極４との間の放射状電位を維持すべく、適切なセットの可変抵抗で構成される。線６は、使用中に箱１０内の電離を特徴づける電気信号を取得するための電流計を備え得る。中空抵抗体３のさらなる詳細は図３を参照しながら説明する。
【００２９】
中空抵抗体３は、抵抗体３の基部９において外側球状電極４に電気的に接続されている。中空抵抗体３は、抵抗体２の放射状配向を維持するために高度絶縁材料を用いる支持部材Ｉによって内側電極２に機械的に接続され得る。支持部材Ｉは、内側電極と、抵抗体の頂部を電源８に接続する線５との両方から電気的に絶縁されていることが理解されるであろう。また抵抗体の外側は、周囲から電気的に絶縁されていることも理解されるであろう。
【００３０】
本発明によると抵抗体における電気抵抗は、抵抗体に沿った半径ｒに依存する。抵抗の適切な局所値を得るために、帯電導体のシステムが考えられ得る。なぜならこれは、まさに抵抗体３によって模倣されるものそのものであるからである。
【００３１】
これにより、内径「ｂ」のより大きい中空導体球の中心に置かれた電荷「ｑ」を帯びた半径「ａ」の内側帯電小球にシステムが簡略化される。
【００３２】
ネスト化された球のこのシステムの電位は、
【数２】
2014511489.tif 000004
で与えられる。
【００３３】
絶対電位は任意であるから、Ｖｂ＝０Ｖと設定してもよく、その結果
【数３】
2014511489.tif 000005
【００３４】
したがって、任意のｒで、薄い中心体３の周りの抵抗層の局部抵抗は、中心からの距離に反比例すべきである。極沿いの点ｒでの電位は、電位差計のワイパーとみなすことができる。
【００３５】
結果として得られる抵抗ラダーは、抵抗間のノードにおいてこの電位を再現しなければならない。抵抗極が有限数のＮ個の抵抗から構成される実施形態においては、ノードＮでの電圧は、
【数４】
2014511489.tif 000006
で与えられる。
【００３６】
（２）および（３）の組み合わせは、Ｎ個の未知のＲｊの値について（Ｎ−１）個の重要な式を与える。したがってその線形式のセットの解法は全ての抵抗の相対値を与える。全ての抵抗についての絶対値を得るためには、抵抗を流れる全電流を設定する余分な式を追加しなければならない。
【００３７】
抵抗極における消費電力は制限されなければならない。典型的な駆動電圧１０００Ｖおよびトータル１０７Ωの抵抗極であれば、極の電流は、１００マイクロアンペアに制限され、消費電力は１００ｍＷに制限される。
【００３８】
選択される抵抗の物理的なサイズが、Ｎの最大値を決定する。もちろん、Ｎが大きくなればなるほど、ノード電圧の実際の電位への近似はよりよいものとなる。他の近似は、市販の抵抗値の限られた選択からもたらされる。例えば、ｒａ＝２．５ｍｍおよびｒｂ＝２５ｍｍおよび約１０７Ωの全抵抗については、以下の一般的に入手可能な抵抗値が用いられ得る。
【００３９】
Ｒ１＝１０７キロオーム
Ｒ２＝１２４キロオーム
Ｒ３＝１５０キロオーム
Ｒ５＝２４３キロオーム
Ｒ６＝３３２キロオーム
Ｒ７＝４６４キロオーム
Ｒ８＝７１５キロオーム
Ｒ９＝１メガオーム
Ｒ１０＝６メガオーム
【００４０】
他の実施形態においては、物理的な抵抗の代わりに抵抗コーティングの層を用いてもよい。どの位置ｒにおいても正しい電位を得るためには、層の厚さはｒの関数として変化するであろう。本技術による高電圧電気抵抗部品を製造するために、いかなる材料も用いることができる。限定するものではない例のいくつかは、カーボン、金属フィルム、あるいは若干導電性のあるポリマーである。
【００４１】
図２は、本発明に係る球状電離箱の一部を切り取ったものの一実施形態を模式的に示している。この図においては、外側の電離箱の下半分４ａのみが示されている。抵抗体３はその基部Ｂで外側電離箱４ａの内表面に接続されている。抵抗体３の頂部Ｔは内側電極に隣接して設けられている（明瞭にするために図示していない）。
【００４２】
本発明によると、抵抗体３は一連の個別の抵抗器３ａ、・・・３nを備えており、頂部に配置された抵抗器の値は、より低い値３nまで連続的に減少する。
【００４３】
連続的に変化する抵抗という結果を得るために、抵抗体の寸法を変化させることも可能である。例えば、頂部Ｔにおける抵抗体３の断面寸法は、基部における抵抗体の断面寸法よりも大きくてもよい。この場合、局部抵抗の差は材料の体積における局部的な差に起因すると考えられるので、抵抗体は同一の材料から製造され得る。抵抗体を製造するのに適した材料はカーボン、金属フィルム、あるいは若干導電性のあるポリマーである。
【００４４】
図３は本発明に係る抵抗体３の一実施形態を模式的に示している。この実施形態においては、抵抗体３は、個別の抵抗３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊの部分を備えている。しかしながら、異なる数の抵抗要素を用いてもよいことが理解されるであろう。抵抗体の頂部における局部抵抗３ａは、抵抗体３の基部での局部抵抗３ｊよりも大きい。好ましくは、個々の抵抗の値は、電離箱の中心からの距離ｒに逆比例するように依存する。
【００４５】
具体的な実施形態を上で説明したが、本発明は上述したものとは別のやり方で実施されてもよいことが理解されるであろう。上記記載は説明を意図しているが、限定するものではない。したがって、以下に述べる請求の範囲から逸脱することなく前述の本発明に改変を行ってもよいことは当業者には明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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