(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電離ガスが封入された密閉容器内に対をなす電極が配置されて放射線の強度を測定する電離箱検出器において、前記電極から叩き出される２次電子のエネルギー特性を電離ガスの電離による２次電子のエネルギー特性と一致させるように組み合わされて、前記電極の少なくとも一方が材質の異なる複数の電極部で構成され、前記電極部のそれぞれが積層して配置されていることを特徴とする電離箱検出器。
【請求項２】
電極の少なくとも一方がグラファイト、タングステン、鉄からなることを特徴とする請求項１記載の電離箱検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射線の強度を測定する電離箱検出器に関し、特にその電極構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電離箱検出器は、放射線がガス中を通過する際に起こす電離作用を利用して作動させるものである。通常、電離箱検出器は電圧を印可した１対の電極で構成される。これらの電極間の空間はガス（電離ガス）で満たされており、放射線がこの電極間の空間を通過する際に、そのエネルギーの一部あるいは全部を消費して電子イオン対（２次電子）を作る。電子とイオンは共に電界の作用で移動することができ、電子およびイオンが移動することで外部回路に電流が流れる。この電流を測定することで、放射線量率を測定することができる。
【０００３】
従来技術１．
図７は、例えば特開平１１−３５２２３４号公報に記載されている従来の電離箱検出器のうち特に球形電離箱検出器の外観および電極構成を示す部分断面正面図である。図７において、１０１は球形電離箱検出器、１１１は高圧電極、１１２は集電極、１１３は封入気体（電離ガス）、１１４はカバーである。
【０００４】
中央部に配置されている球形でステンレス製の集電極１１２の外側に、集電極１１２の中心と同じ中心をもつ球形で厚さ３ｍｍのアルミニウム製の高圧電極１１１が配置され、この高圧電極１１１の更に外側には、集電極１１２の中心と同じ中心をもつ球形で厚さ３ｍｍのアルミニウム製のカバー１１４が配置されている。高圧電極１１１とその下部の保持部材等（図示せず）によって密閉容器が形成されており、この密閉容器内には電離ガス１１３が封入されている。電離ガス１１３は、少量のアルゴンガスが混合されている窒素ガスであり、その圧力は８気圧である。
【０００５】
図８は、このような構成の電離箱検出器においてアルゴンガス濃度をパラメータとしてシミュレーション計算により算出したエネルギー特性を示す図である。図８において、丸（○）はアルゴンガス濃度が０モル％、菱形（◇）は２モル％、四角（□）は４モル％、三角（△）は６モル％の場合に相当する。アルゴンガス濃度が２モル％の場合においては５５ｋｅＶまでは±１５％以内という規格値を満足しており、４モル％の場合においては、７５ｋｅＶ近傍で規格値の上限近くまで増加するが、５０ｋｅＶより小さいエネルギーになると規格値の下限を割り込む。そこで従来の電離箱検出器では、ガスの成分を調整することでエネルギー特性の向上を図っている。
以下に図９を用いて具体的に説明する。図９は、実測したエネルギー特性を示す図であり、図９において、丸（○）はアルゴンガス濃度が２モル％、菱形（◇）は３モル％、四角（□）は４モル％の場合に相当する。図９より分かるように、従来技術１による電離箱検出器では、窒素ガス中にアルゴンガスを２モル％〜４モル％の濃度で混合した電離ガスを用いることで規格値を満足させることができ、高エネルギー特性を達成していた。
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の電離箱検出器では、測定する放射線の線量率が高くなると、電離イオン密度が高くなり、電子およびイオンが電極１１１、１１２まで移動する前に再結合が生じる。すなわち、電子およびイオンが電極１１１、１１２で収集される確率である電荷収集効率が低下する。電離箱検出器の出力電流値すなわち測定される線量率の値（すなわち強度）は、電荷収集効率に比例しており、大線量・高線量率の放射線を測定する場合、封入ガスの電離量が多すぎてイオンの再結合が生じ、出力が飽和するという問題点があった。
そのため、飽和対策として、電離ガスの密度を減らす（密閉容器内のガス圧を減圧する）ことが本発明と同一出願人による特願平１２−０９０９３０号で提案されている。
【０００７】
従来技術２．
図１０は特願平１２−０９０９３０号の明細書に記載された従来技術２による電離箱検出器の構成を説明する図である。図において、６は電離箱検出器のプローブ（密閉容器）、７は電極、８は電離ガス、９はプローブ６内のガス圧を減圧するための真空ポンプ、１０は減圧状態から加圧するために、プローブ６内にガスを導入するための吸気弁、１１はプローブ６内のガス圧を測定するためのガス圧計、１２はガス圧計１１の出力を受け、真空ポンプ９と吸気弁１０を制御して、プローブ６内のガス圧を制御するガス圧制御装置である。真空ポンプ９、吸気弁１０、ガス圧計１１およびガス圧制御装置１２で電離箱検出器プローブ６内に封入された電離ガス８のガス圧を調整する手段を構成している。１３は高圧電源である。
【０００８】
上記のように構成されたものにおいて、プローブ６内のガスを減圧することで、電離媒体であるガスの密度が低下し、パルス当たりの電離密度を小さくすることが可能である。電離密度が小さくなると電荷収集効率が向上し、線量率に対する出力電流の比例性が改善できる。すなわち、プローブ６内のガス圧を減圧した電離箱検出器では、高線量率の放射線に対しても高精度で計測可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プローブ６内のガス圧を減圧した場合、電離ガスの電離による２次電子（電子、イオン）の寄与に対して電極から叩き出される２次電子の寄与が相対的に大きくなる。実際に本発明者が行った実験データを図１１に示す。なお、実験条件は下記のとおりである。
0004399963.tif 000002
【００１０】
図１１において、横軸が放射線の強度（吸収線量率）、縦軸が出力電流であり、図１１では１６Ｔｏｒｒ（大気圧は７６０Ｔｏｒｒ）における放射線の強度と出力電流の関係を示している。実線が、電離による電子を収集することで得られる出力電流の理論値であり、破線が実験データを最小自乗した結果である。０．５ｋＧｙ／ｍｉｎ以上の各吸収線量率において、実験値が理論値のほぼ２倍の値を示しているが、これは電極から叩き出された２次電子の分だけ収集された電子の量が多くなったためである。
よって、１６Ｔｏｒｒすなわち約５０分の１気圧まで減圧すれば、電極から叩き出される２次電子の寄与が無視できなくなることが分かる。
なお、図１１は本の一例であり、もっと高い圧力であっても上記の傾向はある。
【００１１】
このように、プローブ６内のガス圧を減圧した場合、電離による寄与に対して電極から叩き出される２次電子の寄与が相対的に高くなる。しかし、電離による２次電子（イオン、電子）と電極から叩き出される２次電子の発生率のエネルギー特性（同一照射線量に対する出力スペクトルではなく、１Ｂｑあたりに発生する電子数のスペクトル）が異なっており、これらの電子を電極で収集して、放射線の強度を測定している電離箱検出器のエネルギー特性が悪くなるという問題があった。
【００１２】
この発明は上記のような従来のものの問題点を解消するためになされたものであり、電極から叩き出される２次電子スペクトル（エネルギー特性）をガスの電離によって供給される２次電子スペクトル（エネルギー特性）に近づけることによりエネルギー特性を向上させ、電離ガス圧によらず高精度の計測が可能な電離箱検出器を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電離箱検出器は、電離ガスが封入された密閉容器内に対をなす電極が配置されて放射線の強度を測定する電離箱検出器において、前記電極から叩き出される２次電子のエネルギー特性を電離ガスの電離による２次電子のエネルギー特性と一致させるように組み合わされて、前記電極の少なくとも一方が材質の異なる複数の電極部で構成され、前記電極部のそれぞれが積層して配置されているものである。
【００１４】
また、電極の少なくとも一方がグラファイト、タングステン、鉄からなることを特徴とするものである。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電離箱検出器の要部の構成を説明する図であり、具体的には電極の構成を説明する図である。他の部分の構成は例えば図１０で示した従来技術２の場合と同様である。図において、３７ａ、３７ｂ、３７ｃは電極部であり、後述するようにこれらの各電極部３７ａ、３７ｂ、３７ｃはそれぞれ異なる材質（すなわち放射線に対する２次電子の感度が異なる材質）で形成されている。３７は電極であり、各電極部３７ａ、３７ｂ、３７ｃを積層して（直列に）配置したものである。８は電離箱（密閉容器）内に封入されている電離ガスであり、例えば空気である。１３は高圧電源、３８は電離箱内に入射した放射線、３９は入射した放射線３８によって多層電極３７から叩き出される２次電子、４０は入射した放射線３８によって電離ガス８が電離されることによって生成される２次電子（すなわち電離ガスの電離による２次電子であり、実際には電子イオン対であるが、電子のみを図示している。）である。
【００１６】
放射線のエネルギー（線量率）によって、電極３７から叩き出される２次電子３９と電離ガスの電離による２次電子（電子イオン対）４０の個数（感度）は異なる。この放射線のエネルギーによる感度の推移をエネルギー特性とする。
単一材質による電極であれば、電極から叩き出される２次電子３９のエネルギー特性と空気の電離によって生成される２次電子（電子イオン対）４０のエネルギー特性は異なっている。
一例として、グラファイト電極から叩き出される２次電子３９の相対感度（検出器校正に使用されるCs-137に対する感度を１として規格化した。）と空気の電離による２次電子（電子イオン対）４０の相対感度とのシミュレーション計算による比較を図２に示す。なお、図２ではグラファイト電極の厚さを１ｍｍとして計算した。
【００１７】
単一材質からなる電極から叩き出される２次電子のエネルギー特性は、その材質によって異なっており、低エネルギーの放射線に対し特に感度の高い材質や逆に高エネルギーの放射線に対する感度が高い材質がある。そこで、複数の材質にて電極３７を構成することで、各材質のエネルギー特性を組み合わせ、空気の電離による２次電子４０のエネルギー特性と一致させることが可能である。
一例として、それぞれグラファイト（厚さ:１ｍｍ）、タングステン（厚さ:０．１ｍｍ）および鉄（厚さ：０．０４ｍｍ）からなる電極部３７ａ、３７ｂ、３７ｃを積層した多層電極３７から叩き出される２次電子のエネルギー特性と空気の電離による２次電子のエネルギー特性とのシミュレーション計算による比較を図３に示す。
【００１８】
電極を単一の材質で構成した図２では、放射線のエネルギーが２ＭｅＶ程度より大きい範囲では電極から叩き出される２次電子の相対感度は徐々に低下しており、電極から叩き出される２次電子のエネルギー特性と空気の電離による２次電子のエネルギー特性とは大きくずれている。
これに対して電極を材質の異なる複数の電極部で構成した図３では、電極から叩き出される２次電子のエネルギー特性と空気の電離による２次電子のエネルギー特性とが全エネルギー範囲においてほぼ一致しており、多層電極３７を用いることで封入ガス圧が大気圧である場合は勿論、高線量率測定用に減圧し、電極３７から叩き出される２次電子３９が支配的な状態であっても、高精度の測定を行うことが可能であることが分かる。
【００１９】
なお、本実施の形態では、各電極部３７ａ、３７ｂ、３７ｃがそれぞれグラファイト（厚さ:１ｍｍ）、タングステン（厚さ:０．１ｍｍ）および鉄（厚さ：０．０４ｍｍ）からなる場合について示したが、各電極部の材質および厚さはこれに限定されるものではなく、要は、電極から叩き出される２次電子のエネルギー特性を電離ガスの電離による２次電子のエネルギー特性と一致させることができるような材質および厚さを適宜選択して用いることができる。これは以下の実施の形態においても同様である。
また、各電極部３７ａ、３７ｂ、３７ｃの配置についても、図１で示した順番に限るものではない。
【００２０】
本実施の形態では各電極部３７ａ、３７ｂ、３７ｃを積層して多層電極３７としたので、製造が容易であり、しかも、電極から叩き出される２次電子の量を調整するためにそれ自身では形状を保持できないような超薄の電極部を必要とする場合にも他の電極部によって保持することが可能であり、新たに保持部材を必要としないため、保持部材から叩き出される２次電子の影響を考慮する必要もない。
【００２１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による電離箱検出器の要部の構成を説明する図であり、具体的には電極の構成を説明する斜視図である。他の部分の構成は例えば図１０で示した従来技術２の場合と同様である。図において、４１ａ、４１ｂ、４１ｃは電極部であり、実施の形態１と同様にこれらの各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃはそれぞれ異なる材質で形成されている。４１は電極である。
【００２２】
上記実施の形態１では、放射線に対する２次電子の感度が異なる材質で形成された電極部を積層（以下、一例として積層方向を縦方向とする。）して直列に配置したが、電極を２次電子の供給源として見た場合、その形状や配置を変更しても、材質や厚さを調整することにより同様の効果を得ることができる。
そこで本実施の形態では、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃを横方向に並べて（並列に）密着させて一体化し、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃを電気的に接続すると共に固定して電極４１としている。
このように、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃを並列に配置することにより、電極部自身による２次電子の遮蔽が抑制され、低エネルギーの放射線に対する感度の調整が容易となる。
図４の構成において、放射線が透過すると各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃから叩き出される２次電子はそれぞれの電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃで収集されるが、電離箱検出器からの出力は、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃからの出力が合成されるため、エネルギー特性を改善できる。
【００２３】
図５は、本発明の実施の形態２による電離箱検出器の要部の別の構成を説明する図であり、具体的には電極の別の構成を説明する図である。
図５では、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃを電気的に分離して横方向に並べて（並列に）配置し、それぞれの電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃに信号線が接続されている。
各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃは電極から叩き出される２次電子の量を調整するために通常厚さが異なっており、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃを分離して配置することにより、図４のものに比べて製造が容易になる。
図５の構成において、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃからの信号線を結合することにより、出力が合成されるため、図４の場合と同様にエネルギー特性を改善できる。
【００２４】
図６は、本発明の実施の形態２による電離箱検出器の要部のさらに別の構成を説明する図であり、具体的には電極の別の構成を説明する図である。
図６では、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃを縦方向に多段階に（直列に）設置し、電極部での電位を交互に反転させている。
このように、縦方向に多段階に設置することにより、横方向に並べて配置するのに比べて電極の横方向の面積を小さくすることができるので、低エネルギーの放射線に対する感度の調整が容易で、しかも放射線場を乱すのを抑制できる電離箱検出器が得られる。
この場合にも、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃから叩き出される２次電子の和を測定することで、エネルギー特性を改善できる。
【００２５】
なお、図４〜図６において、各電極部４１ａ、４１ｂ、４１ｃの配置については、これらの図に示された順番に限るものではない。
【００２６】
また、、上記各実施の形態では電極が材質の異なる３つの電極部で構成されている場合について説明したが、３つに限るものではなく、複数であればよい。また、例えば電極部３７ａと３７ｃのように複数の電極部の内の幾つかが同じ材質であってもよい。
【００２７】
また、上記各実施の形態では電極が平板状である場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば従来技術１で示したように球形などであってもよい。
【００２８】
また、対をなす電極の両方を材質の異なる複数の電極部で構成した場合について説明したが、例えば図７で示した従来技術１における高圧電極１１１のように、放射線が入射する方の電極のみを材質の異なる複数の電極部で構成してもよい。
また、例えば図１０で示した従来技術２による電離箱検出器のように平板状の電極が対向配置されている場合にも、放射線の入射する方向が決まっている場合には、放射線が入射する方の電極のみを材質の異なる複数の電極部で構成してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電離ガスが封入された密閉容器内に対をなす電極が配置されて放射線の強度を測定する電離箱検出器において、前記電極から叩き出される２次電子のエネルギー特性を電離ガスの電離による２次電子のエネルギー特性と一致させるように組み合わされて、前記電極の少なくとも一方が材質の異なる複数の電極部で構成され、前記電極部のそれぞれが積層して配置されているので、各電極部の材質や厚さを適宜選択することにより、電極より叩き出される２次電子のエネルギー特性を電離ガスの電離によって供給される２次電子のエネルギー特性に近づけることができ、電離ガス圧によらず高精度の計測が可能となる。
【００３０】
また、各電極部は積層して配置されているので、製造が容易であり、しかも、電極から叩き出される２次電子の量を調整するためにそれ自身では形状を保持できないような超薄の電極部を必要とする場合にも他の電極部によって保持することが可能であり、新たに保持部材を必要としないため、保持部材から叩き出される２次電子の影響を考慮する必要もない。
さらに、電極の少なくとも一方がグラファイト、タングステン、鉄からなるものであるため、電極より叩き出される２次電子のエネルギー特性を電離ガスの電離によって供給される２次電子のエネルギー特性に近づけることができ、電離ガス圧によらず高精度の計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による電離箱検出器の要部の構成を説明する図である。
【図２】  本発明の実施の形態１による電離箱検出器の効果を説明する図である。
【図３】  本発明の実施の形態１による電離箱検出器の効果を説明する図である。
【図４】  本発明の実施の形態２による電離箱検出器の要部の構成を説明する図である。
【図５】  本発明の実施の形態２による電離箱検出器の要部の別の構成を説明する図である。
【図６】  本発明の実施の形態２による電離箱検出器の要部のさらに別の構成を説明する図である。
【図７】  従来技術１における電離箱検出器の外観および電極構成を示す部分断面正面図である。
【図８】  従来技術１における電離箱検出器の効果を説明する図である。
【図９】  従来技術１における電離箱検出器の効果を説明する図である。
【図１０】  従来技術２における電離箱検出器の構成を説明する図である。
【図１１】  従来技術２における電離箱検出器の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
６  プローブ（密閉容器）、７  電極、８  電離ガス、９  真空ポンプ、１０吸気弁、１１  ガス圧計、１２  ガス圧制御装置、３７、４１  電極、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  電極部、３８  放射線、３９  電極から叩き出される２次電子、４０  電離ガスの電離による２次電子、１０１  球形電離箱検出器、１１１  高圧電極、１１２  集電極、１１３  封入ガス、１１４  カバー。
【図１】
0004399963.tif 000003
【図２】
0004399963.tif 000004
【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】
0004399963.tif 000009
【図８】
0004399963.tif 000010
【図９】
0004399963.tif 000011
【図１０】
0004399963.tif 000012
【図１１】
0004399963.tif 000013