(57)【要約】【課題】  機械的応力を受けてピンホールに成長する傾向をもつミクロのヒビのような固有の欠陥を除去する封入放射線検出器のための放射線検出器窓を提供する。【解決手段】  ガス封入放射線検出器のための入射窓は、プラスチックコアを含み、該プラスチックコアはこれの内側及び外側に導電性被覆を有する。プラスチックコアは、低表面密度の高バリア・プラスチックフィルムやポリエチレンテレフタルレートフィルムである。プラスチックコアは、ポリエチレンテレフタルレートフィルムである。ポリエチレンテレフタルレートフィルムは、多層であり、方向性を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス封入放射線検出器のための入射窓であって、
プラスチックコアを含み、該プラスチックコアはこれの内側及び外側に導電性被覆を有する、入射窓。
【請求項２】
前記プラスチックコアは、低表面密度の高バリア・プラスチックフィルムである、請求項１に記載の入射窓。
【請求項３】
前記プラスチックコアは、ポリエチレンテレフタルレートフィルムである、請求項１に記載の入射窓。
【請求項４】
前記ポリエチレンテレフタルレートフィルムは、多層であり、方向性を有する、請求項３に記載の入射窓。
【請求項５】
前記プラスチックコアは、約１２μｍないし約３６μｍの厚さを有する、請求項１に記載の入射窓。
【請求項６】
前記プラスチックコアの外側の前記導電性被覆は、アルミニウム、ニッケル及びインコネルからなる群から選択される、請求項１に記載の入射窓。
【請求項７】
さらに、前記プラスチックコアと前記導電性層との間に前記プラスチックコアに付された約５０〜１００Åの厚さのクロム層を含む、請求項６に記載の入射窓。
【請求項８】
前記導電性層は約４００Åの厚さのアルミニウムである、請求項６に記載の入射窓。
【請求項９】
前記導電性層は約２００Åの厚さのニッケルである、請求項６に記載の入射窓。
【請求項１０】
前記プラスチックコアの内側の前記導電性被覆は、Ａ層及びＢ層からなる少なくとも一対の層を含み、第１の層のＡ層は前記プラスチックコアに直接配置され、第１の層のＢ層は前記第１の層のＡ層に配置されている、請求項１に記載の入射窓。
【請求項１１】
前記Ａ層はクロム、ニッケル、銀及び金からなる群から選択される、請求項１０に記載の入射窓。
【請求項１２】
前記Ａ層は約５０〜１００Åの厚さである、請求項１０に記載の入射窓。
【請求項１３】
前記Ｂ層はアルミニウム又はチタンからなる群から選択される、請求項１０に記載の入射窓。
【請求項１４】
前記Ｂ層は約４００〜５００Åである、請求項１０に記載の入射窓。
【請求項１５】
前記プラスチックコアの内側の前記導電性被覆は、Ａ層、Ｂ層及びＣ層からなる少なくとも一対の層を含み、第１の層のＡ層は前記プラスチックコアに直接配置され、第１の層のＢ層は前記第１の層のＡ層に配置され、第１のＣ層は前記第１の層のＢ層に配置されている、請求項１に記載の入射窓。
【請求項１６】
前記Ａ層は約５０〜１００Åの厚さのクロムである、請求項１５に記載の入射窓。
【請求項１７】
前記Ｂ層はアルミニウム及びチタンからなる群から選択される、請求項１５に記載の入射窓。
【請求項１８】
前記Ｂ層は約３００〜４００Åの厚さである、請求項１５に記載の入射窓。
【請求項１９】
前記Ｃ層はクロム、ニッケル、銀及び金からなる群から選択される、請求項１５に記載の入射窓。
【請求項２０】
前記Ｃ層は約２００〜３００Åの厚さである、請求項１５に記載の入射窓。
【請求項２１】
前記内側層は、それぞれがＡ層及び該Ａ層に配置されたＢ層からなる複数の層からなる、請求項１０に記載の入射窓。
【請求項２２】
前記内側層は、それぞれがＡ層、該Ａ層に配置されたＢ層及び該Ｂ層に配置されたＣ層からなる複数の層からなる、請求項１５に記載の入射窓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器の入射窓、より詳しくは、制限されないがガス封入放射線検出器の入射窓に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明はガス封入比例放射線検出器に関して記載されるが、いかなるガス封入放射線検出器にも同様に適用できる。
【０００３】
大型ガス封入比例検出器は、表層汚染検出、特に人の放射能汚染の検出のために、保健物理学で広範に使用される。封入比例検出器は、それらが安定したガス供給装置及びガスボンベの定期交換を必要としないので、実用的に適用できる。これは、操作コストを減らすだけでなく、ガスボンベの交換に関連するサービス時間を可能な限り最小にする。
【０００４】
検出器の効率は、汚染検出計測器の重要な特性に影響を及ぼす重要な要素である（最小検出可能放射能（ＭＤＡ）及び監視時間は、特に監視人の場合には決定的である）。探知機の効率は高いほど、ＭＤＡが低くなりかつ監視時間が短い。検出器の効率は、入射窓による放射線吸収に直接依存する。この放射線吸収は、窓材の表面密度に依存する。全体的な表面密度に関するβ高感度検出器のための窓の厚さの実質的な上限は、約５ｍｇ／ｃｍ２である。
【０００５】
３つの軽金属、すなわち、ベリリウム（Ｂｅ）、アルミニウム（Ａｌ）及びチタン（Ｔｉ）だけは、窓材と見なされる。大型検出器（１００ｃｍ２より大きい）のベリリウム窓の利用は、ベリリウムの高いコストにより、実際には不可能である。２．７ｇ／ｃｍ３の特定密度を有するアルミニウムは、表面密度５ｍｇ／ｃｍ２及び厚さ１８．５μｍを有する安価な箔の製造を可能にする。残念なことに、Ａｌは非常に多孔の材料として知られており、薄い箔にピンホールが存在する確率が高い。最後に、チタンは４．５ｇ／ｃｍ３の特定密度を有する。冷間圧延技術は、表面密度が４．５ｍｇ／ｃｍ２の、厚さが１０μｍまでの箔を比較的安価に製造可能にする。しかしながら、製造プロセスは、機械的応力を受けてピンホールに成長する傾向をもつミクロのヒビのような固有の欠陥を招く。それは、確率論的な過程であり、予想不可能な期間（数日から数年）を要するかもしれない。確かに、これは信頼性の観点及び検出器の寿命から非常に望ましくない結果である。
【０００６】
明らかに、検出器を操作することができる寿命は、非常に重要な要素である。ガス比例検出器の場合、別の固有の制限がなく、ガス漏出又はガス充満汚染が実際にない。封入比例検出器に関する最大の現実的な課題の１つが検出器窓による計数ガスの漏出であることが知られている。薄い金属箔が窓材に用いられるとき、漏出は上記の理由による課題になる。これは、検出器の生産性及び検出器の寿命に影響を及ぼす。実際的には、平均的な寿命は、１２〜２４ヵ月の範囲である。また、それは、窓材の欠陥の統計的にみて、検出器によるムラがある。
【０００７】
上記金属箔を製造すること、製造された金属箔の固有の微少欠陥を箔で覆うこと、長時間にわたる機械的応力によって、より大きなヒビ及びピンホールが形成され、ガス漏れを起こし、それ故、早い時期に検出器の故障を引き起こすことに関する技術的課題を、ドナチ・マシュー氏が２０００年ＡＳＭの「チタニウム、技術ガイド」で及びタダ・ヒロシ氏が２０００年ＡＳＭの「ヒビのストリート分析のハンドブック」で議論した。
【０００８】
流れ検出器において、金属をかぶせたプラスチック材料が、長い間用いられた。それらは、低表面密度（０．４ｍｇ／ｃｍ２よりも低い）、比較的高いガス透過性を特徴とする。この種の技術的な解決には、ポリカーボネート樹脂（厚さ１ｍｍ未満）から作られる入射窓が用いられる（例えば米国特許第３，２９６，４７８号明細書）。この窓は、流れ検出器だけにおいて作用することができ、密封されたカウンタに役立たない。米国特許第５，３４５，０８３号明細書には、金、プラチナ又はイリジウムを有する内側に覆われているポリプロピレン又はポリエチレンテレフタルレートから作られた入射検出器窓が記載されている。この窓も、封入検出器において作用することができず、ガス流量装置の用途にだけ用いられる。
【０００９】
近年、多くのいわゆる高バリア・プラスチック材料が開発された。それらは、特に金属被膜のとき、超低ガス透過性を発揮することを特徴とする。しかし、厚さの選択は制限される。しかし、利用できる２，３の材料があり、この材料は、検出器窓（厚さが１２〜３６μｍの範囲）の要件を満たす。市販の使えるバリア箔は、検出器に用いるには充分な金属被覆を有していないこと、被覆（いずれの場合も）は通常一方の側だけあり、その厚さは要件の電導度及び光密（ｌｉｇｈｔ  ｔｉｇｈｔｎｅｓｓ）を備えるには不十分である。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３，２９６，４７８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３４５，０８３号明細書
【非特許文献１】「チタニウム、技術ガイド」、２０００年ＡＳＭ、ドナチ・マシュー氏
【非特許文献２】「ヒビのストリート分析のハンドブック」、２０００年ＡＳＭ、タダ・ヒロシ氏
【発明の開示】
【００１１】
したがって、本発明の主な目的は、既存の窓材を有する上記の課題を解決する封入放射線検出器のための放射線検出器窓を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、内部圧力降下を５年で１０％未満に制限する封入検出器の放射線検出器窓を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、約５ｍｇ／ｃｍ２以下の総表面密度を有する放射線検出器窓を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、良好な電導度（約１オーム／スクエア未満の表層抵抗力）を有する放射線検出器窓を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、良好な光密（少なくとも約４の光学濃度）を有する放射線検出器窓を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、プラスチックコアに金属被覆の良好な付着を有する放射線検出器窓を提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、ピンホールでない又は他の欠陥がない表層の高品質を有する放射線検出器窓を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、良好な放射線検出器窓及び安定した機械的特性を提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに別の目的は、特定の特徴、要素及び効果について、明細書及び添付の図面の図から説明されるか明らかである。
【００２０】
本発明は、上記目的を達成するために、好ましい実施例において、プラスチックコアを含み、該プラスチックコアはこれの内側及び外側に導電性被覆を有する入射窓をガス封入放射線検出器に提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
広くは、本発明は、金属−プラスチック−金属という構造を有する密封されたガス比例放射線検出器のための窓に向けられている。窓のコア層は、方向性をもつ高バリア・プラスチック材料から作られ、低ガス透過性を特徴とする。このプラスチックコアの内側は、通常、クロム及びアルミニウムからなる群の少なくとも２つの金属の層で覆われている。層の数すなわち被覆層の数及びその厚さの選択は、窓の総表面密度に対して寄与しないし、同時に、窓構造の十分なバリア特性と必要な電導度を与える。プラスチック窓材の外側は、通常、プラスチックコアを大気のガス（特に水蒸気）の吸収から保護するため、窓の機械的安定性及び光密を改良するためにアルミニウムで被覆されている。窓の低総表面密度は、放射線の前述のタイプの検出の高効率を確実にするβ放射線及びα放射線の低い吸収に帰する。低ガス透過性は、検出器の長い操作耐用年限を保障する。窓材のプラスチック基板及びその金属被覆のパラメータの最適化は、アルファ／ベータ／ガンマ感応の封入探知機の封入及び流れ比例検出器の効果を結合することができる。その検出効率は、流れ検出器に近いが、作動のための恒常的なガス供給を必要としない。高い信頼性のため、検出器は、窓からの漏出による高価な希ガス（例えば、キセノン及びクリプトン）の損失の危険なしにその希ガスを取り扱うことができる。
【００２２】
図１は、本発明に従って造られ、本発明の最も単純な実施例を構成している入射窓を示している。高バリア・プラスチックコアフィルムＰが用いられている。Ｐは、例えば、既存のドイツのヴィースバーデンの三菱ポリエステルフィルムＧｍｂＨの厚さ１２μｍ（表面密度１．７ｍｇ／ｃｍ２）の共押し出しされたポリエチレンテレフタルレート（ＰＥＴ）フィルム（ＲＨＢ−１２）、米国２９６５２南カロライナグリーアの三菱ポリエステルフィルムＬＬＣの厚さ１９，２３及び３６μｍの（それぞれの表面密度は２．６，３．２及び５．０ｍｇ／ｃｍ２）のＰＥＴフィルム（Ｈｏｓｔａｐｈａｎ−５０００）、又は、日本国東京のクラレ株式会社の厚さ１２μｍ及び１５μｍ（それぞれの表面密度は１．４ｍｇ／ｃｍ２及び１．８ｍｇ／ｃｍ２）の２軸方向ＰＥＴフィルム（ＥＶＡＬ−ＶＭ又はＥＶＡＬ−ＸＬ−Ｍ）が用いられる。有効な金属箔の表面密度よりかなり低い表面密度を有する材料の選択は、検出器の入射窓のα放射線及びβ放射線に対して寄与しない。
【００２３】
窓材として使用するプラスチックフィルムは、金属で被覆されなければならない。プラスチックコアの金属被覆は、以下を提供する。（１）バリア特性（ガス透過性を減らす）を向上させる。（２）検出器の適当な動作のために必要とされる窓の内側の電導度を確実にする。（３）窓の光密を確実にする。（４）プラスチックコアの外側に機械的保護を与える。
【００２４】
図１に関連して、外側被膜の最適の材料Ｄは、例えば、アルミニウム、ニッケル及びインコネルである。外側被膜層Ｄの厚さは、アルミニウムでは約４００Å（約４０ｎｍ）、ニッケルでは約２００Å（約２０ｎｍ）であり、表面密度は、それぞれ、０．０１１ｍｇ／ｃｍ２、０．０１８ｍｇ／ｃｍ２である。アルミニウムは、外側被膜層Ｄの材料として、技術的観点から適用し易い。また、アルミニウムは、最も安価であって、結果としてより低い表面密度になる。ニッケル及びインコネルは、製造費用がより高くなり、表面密度が増加する代わりに、プラスチックコアにより硬い金属層を与え、プラスチックコアをより良好に保護する。
【００２５】
プラスチックコアＰの内側は、クロムの薄い層（５０〜１００Å（５〜１０ｎｍ））、又は軽金属Ｂより厚い層（４００〜５００Å（４０〜５０ｎｍ））に続く他の重金属Ａで覆われている。
【００２６】
図２及び図３は、それぞれ、２つ及び３つの対をなす内側層のＡ／Ｂを設けた例を示す。Ａ／Ｂ層の繰り返しは、最終的に多層構造（すなわち、Ａ層及びＡ層に配置されたＢ層からなる複数の層からなる構造）を与える。Ａ／Ｂ組の数が多いと、窓の信頼性はよくなる。すなわち、ピンホールの発生の確率はより低くなるが、製造費用はより高くなる。層の総表面密度は、好ましくは通常約０．３ｍｇ／ｃｍ２を上回らない。実際には、Ａ／Ｂの組の数は、通常１から５である。
【００２７】
図４は、外側被膜Ｄの付着を向上させるために、クロムの追加的な薄い層ＡがプラスチックフィルムＰの表面に直接適用されている例を示す。
【００２８】
図５は、重金属（例えばニッケル又は金）の僅かに薄い層Ｃ（２００〜３００Å（２０〜３０ｎｍ））に続く軽金属の厚い層Ｂ（３００〜４００Å（３０〜４０ｎｍ））に続くクロム（５０〜１００Å（５〜１０ｎｍ））の薄い層Ａから成る三重の内側層を示す。層Ｂ及び層Ｃは主金属層であり、窓及びその光密の内側の電導度はよい。層Ｃは、光密及び透過性特性を向上させるピンホールの発生を減らす。
【００２９】
図６は、Ａ／Ｂ／Ｃ層（すなわち、Ａ層、Ａ層に配置されたＢ層及びＢ層に配置されたＣ層）を被覆品質を向上させるために付加することができる例を示している。そして、Ａ／Ｂ／Ｃ層は数回繰り返すことができるが、被覆の総表面密度は通常約０．３ｍｇ／ｃｍ２を上回ってはならない。層の数が多くなると、窓の信頼性がよくなるが、代わりに費用が高くなる。
【００３０】
さまざまな金属層の応用は、従来の真空金属化技術（例えば物理蒸着法（ＰＶＤ））によってなすことができる。
【００３１】
本発明の有用な実施例は一対の金属層構造（ＥＶＡＬ−ＸＬ−ＭプラスチックコアＰ上のＡ／Ｂ）である（図１）。層Ｃは厚さ約４００Å（約４０ｎｍ）（表面密度約０．０１ｍｇ／ｃｍ２）のアルミニウムである。Ｐは、１５μｍ（表面密度１．８ｍｇ／ｃｍ２）である。Ａはクロム（厚さ５０〜８０Å（５〜８ｎｍ））（表面密度０．００５ｍｇ／ｃｍ２）であり、かつ、Ｂは厚さ約４５０Å（約４５ｎｍ）（表面密度０．０１ｍｇ／ｃｍ２）のアルミニウムである。総表面密度は、ＥＶＡＬ−ＸＬ−ＭプラスチックコアＰの表面密度の約１．５％に相当する約０．０２７ｍｇ／ｃｍ２である。ＥＶＡＬ−ＸＬ−Ｍ材料の製造業者によれば、材料の転送率の仕様は、０．００１３ｃｍ３／（１００ｉｎ２×２４時間×気圧）である。この図を用い、プラスチックコアＰの金属化を考慮すると、１０％低下するために検出器のガス圧に必要とされる理論上の期間は、約５４年である。
【００３２】
上記した本発明の実施例において、個々の要素及び／又はそれの特徴は実施例に限られるわけではなくて、該当する場合、交換可能で、いずれの実施例においても用いることができる。
【００３３】
空間的な方向、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「内側」、「外側」、「内方」、「外方」、「垂直」、「水平」などは、この明細書において使われるとき、添付の図面に示されるそれぞれの要素の位置に関するが、本発明は必ずしもこの位置に限られない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による放射線検出器窓の部分断面図。
【図２】本発明の他の実施例の部分断面図。
【図３】本発明のさらに他の実施例の部分断面図。
【図４】本発明のさらに他の実施例の部分断面図。
【図５】本発明のさらに他の実施例の部分断面図。
【図６】本発明のさらに他の実施例の部分断面図。
【符号の説明】
【００３５】
Ｐ  プラスチックコア
Ａ，Ｂ，Ｃ  被覆層
【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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