(57)【要約】【課題】従来技術では観測することができない、極めて低い電圧で起こる放電等による荷電粒子をも検出することができる荷電粒子検出用材料並びにそれを用いた荷電粒子検出膜および荷電粒子検出液を提供する。【解決手段】本発明に係る荷電粒子検出用材料および荷電粒子検出膜は、蛍光物質、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の少なくとも１つを含むもので、荷電粒子が射出されたり、入射したことをリアルタイムで容易に検出することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子放出部から荷電粒子が射出されたこと、または荷電粒子入射部に荷電粒子が入射したことを検出する荷電粒子検出用材料であって、
発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の少なくとも１つを含むことを特徴とする荷電粒子検出用材料。
【請求項２】
非真空中において、荷電粒子放出部から荷電粒子が射出されたこと、または荷電粒子入射部に荷電粒子が入射したことを検出する荷電粒子検出用材料であって、
蛍光物質、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の少なくとも１つを含むことを特徴とする荷電粒子検出用材料。
【請求項３】
前記荷電粒子放出部と前記荷電粒子入射部との間の電界が、空気中において１Ｖ/ｍｍ〜３０００Ｖ/ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項４】
前記荷電粒子が電子であり、
前記荷電粒子放出部と前記荷電粒子入射部との電位差が、パッシェンの法則により算出される電圧より低いことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項５】
蛍光物質、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の総重量比率が２０〜８０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項６】
前記非真空が、１０−３〜１０５Ｔｏｒｒの圧力範囲であることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項７】
前記残光物質が、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋およびＤｙ3＋が添加されているもの、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋およびＤｙ２＋、Ｍ（Ｍ＝１〜３価の金属イオン）が添加されているもの、またはＺｎ３（ＰＯ４）で表される物質にＭｎ２＋およびＭ（Ｍ＝１〜３価の金属イオン）が添加されているものであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項８】
前記応力発光物質が、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋が添加されているもの、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ２＋、Ｍ１、Ｍ２およびＭ３（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３＝１〜３価のそれぞれ異なる金属イオン）の少なくとも一つが添加されているもの、またはＣａＹＡｌ３Ｏ７で表される物質にＥｕ２＋が添加されているものであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか１項に記載の荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子やイオン等の荷電粒子が、部材から射出されたり、部材に入射したことをリアルタイムで容易に検出することができる荷電粒子検出用材料並びにそれを用いた荷電粒子検出膜および荷電粒子検出液に関する。
【背景技術】
【０００２】
基礎物理学から応用工学の分野に至るまで幅広い技術分野において、電子やイオン等の荷電粒子を検出するための材料が求められている。【０００３】
このような荷電粒子を検出するための材料としては、例えば、シンチレータとして用いられるヨウ化セシウム等の蛍光材料や、半導体荷電粒子検出器に用いられるシリコンやゲルマニウム等の半導体が挙げられる（特許文献１参照）。【０００４】
また、その他の材料としては、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）や低速電子線回折（ＬＥＥＤ）に使用される蛍光スクリーンに用いられる（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ等の蛍光材料が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６７７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの荷電粒子検出用材料は、荷電粒子を検出するために、荷電粒子検出用材料以外に計測機器が必要になるなど、容易に荷電粒子を検出することができないという問題点があった。また、シンチレータとして用いられる蛍光材料、半導体荷電粒子検出器に用いられる半導体や、ＲＨＥＥＤに用いられる蛍光材料は、高いエネルギー（１００ｅＶ以上）を有する荷電粒子しか検出ができないという問題点があった。さらに、ＲＨＥＥＤやＬＥＥＤに用いられる蛍光材料は、試料表面の回折パターンが得られるようにするために、高い真空度（１０−４Ｔｏｒｒ未満）の条件下でしか用いることができないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者は、静電気に関する研究を続けていたところ、大気中において、低い電圧（電位差）で負に帯電した部材の表面から荷電粒子が放出され、他の部材の表面に入射していることを観測し、例えば、大気中、３５ｍｍのギャップ(距離)において極めて弱い電界（１ｋＶ／ｍｍ以下）をかけても、放出された微量な荷電粒子に反応して発光する現象を世界で初めて発見した。【０００８】
詳細は後述するが、本発明に係る荷電粒子検出用材料を荷電粒子放出部および荷電粒子放出部の表面に塗布しておくことによって、荷電粒子が放出している荷電粒子放出部の表面から光が放出されると共に、荷電粒子が入射している荷電粒子入射部の表面からも光が放出される。したがって、それらの光を観測することにより、リアルタイムで荷電粒子を検出することができる。なお、従来は、空気中では、１〜３ｋＶ／ｍｍ程度の電界をかけないと気中放電現象（火花放電、コロナ放電、グロー放電、アーク放電等）が起こらないと言われていた。また、それよりも遥かに弱い電界で起こる放電は暗放電と呼ばれ、また宇宙線や自然放射能由来の放射線等による気体分子の電離によるきわめて微弱な電流は暗流と呼ばれている。そして、これら暗放電・暗流は、静電気を由来として発生することがあるが、発光現象を伴わないため、目視またはカメラ等で検出することはできなかった。【０００９】
また、この静電気由来の暗放電・暗流は、それに由来する電磁波を検出することである程度の位置を把握することはできる。しかし、常にノイズが発生している製造現場、静電気放電が複数発生する場所または静電気放電のエネルギーが低い場合等では、ノイズ等の影響で観測することができなかった。【００１０】
このような複雑化した環境における放電現象は、今まで知られていた従来の観測方法では観測することができない現象であり、本発明により初めて観測することができたものである。そして、本発明者は、静電気由来のこの現象を静電気発光（Ｓｔａｔｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＳＥＬ）と名付けた。【００１１】
本発明は、上述したように、従来技術では観測することができない、極めて弱い電界（低い電位差）で起こる放電現象等による荷電粒子をも検出することができる荷電粒子検出用材料並びにそれを用いた荷電粒子検出膜および荷電粒子検出液を提供することを目的とする。【００１２】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、荷電粒子放出部から荷電粒子が射出されたこと、または荷電粒子入射部に荷電粒子が入射したことを検出する荷電粒子検出用材料であって、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の少なくとも１つを含むことを特徴とする荷電粒子検出用材料にある。【００１３】
ここで、「荷電粒子」とは、電荷を帯びた粒子・クラスタ・気体等をいう。荷電粒子としては、例えば、電子、陽子、イオン化した原子（原子核そのものを含む。）、イオン化した分子（錯体を含む。）、電離・イオン化した気体等が挙げられる。【００１４】
また、「発光物質」とは、後述する蛍光物質以外の発光物質であり、Ｘ線、紫外線若しくは可視光線等により発光する物質および化学変化または生物酵素により発光する物質をいう。発光物質の具体例としては、例えば、Ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎａｔｏ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）に代表されるイリジウム錯体、白金錯体の燐光性発光材料、ルミノール、ロフィン、ルシゲニン、シュウ酸エステルに代表される化学発光物質と感光発光色素９，１０−ジフェニルアントラセン、９，１０−ビス(フェニルエチニル)アントラセン、テトラセン、１−クロロ−９,１０−ビス(フェニルエチニル)アントラセン、５，１２−ビス(フェニルエチニル)ナフタセン、ルブレン、ローダミン６Ｇ、ローダミンＢ、ルミノールに代表される生物発光物質等が挙げられる。【００１５】
「エレクトロルミネセンス物質」とは、電場を加えると発光する物質をいう。エレクトロルミネセンス物質の具体例としては、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）や、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体（ＢｅＢｑ）、トリ（ジベンゾイルメチル）フェナントロリンユーロピウム錯体（Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、ジトルイルビニルビフェニル（ＤＴＶＢｉ）、ルベンの様な低分子系の物質、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）や、ポリアルキルチオフェンのようなπ共役高分子の物質等が挙げられる。【００１６】
「破壊発光物質」とは、破壊や摩擦などの力学刺激による破壊に伴って発光する物質をいう。破壊発光物質の具体例としては、例えば、苦灰石、白雲母、石英、トリリチア雲母、ペクトライト、蛍石、ポリリチア雲母等の無機材料や、Ｅｕ（ＴＴＡ）３系、カルバゾール誘導体、アントラニル酸系、砂糖等の有機物等が挙げられる。【００１７】
「フォトクロミック物質」とは、Ｘ線や紫外線、可視光線が照射されることで色等の物理的特徴の変化を伴う物質をいう。フォトクロミック物質の具体例としては、例えば、スピロピラン系、ジアリールエテン系、フルギド系に代表される有機色素、バリウムマグネシウムケイ酸塩（ＢａＭｇＳｉＯ４）に代表される無機材料等が挙げられる。【００１８】
「残光物質」とは、照射された可視光や紫外線等の光（電磁波）を蓄えて、照射を止めても発光する物質をいう。残光物質の具体例としては、例えば、ラジウム化合物やプロメチウム化合物、硫化亜鉛（ＺｎＳ系）やアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ２Ｏ４系）等が挙げられ、ＤｙやＥｕ等の１〜３価の金属イオンを任意の割合で添加した硫化亜鉛（ＺｎＳ系）やアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ２Ｏ４系）が好ましい。ここで、「添加」とは、２個以上の物質を同時に添加する「共添加」および「賦活」をも含む概念である。【００１９】
「輝尽発光物質」とは、高いエネルギーを持つレーザーや放射線等の照射後、可視または赤外光の励起により、発光する物質をいう。輝尽発光物質の具体例としては、例えば、ＢａＦＸ：Ｅｕ２＋（ＸはＢｒまたはＩである。）等が挙げられる。【００２０】
「応力発光物質」とは、機械的な外力により生じる変形によって発光（可視光、紫外光、近赤外光を含む。）する物質をいう。応力発光物質としては、例えば、スピネル構造、コランダム構造、βアルミナ構造、ケイ酸塩、欠陥制御型アルミン酸塩、ウルツ鉱型構造と閃亜鉛鉱型構造とが共存する構造を有する酸化物、硫化物、セレン化物またはテルル化物を主成分として構成されるもの等や、これらを構成するアルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一部が、希土類金属イオンおよび遷移金属イオンの少なくとも１種の金属イオンに置換されているもの等が挙げられる。【００２１】
応力発光物質としては、例えば、アルミナ系、シリカ系、リン酸系、酸化チタン系、硫化亜鉛系およびその他に分類されるものがある。【００２２】
アルミナ系としては、具体的には、ｘＳｒＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＭＯ（Ｍは二価金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，ｘ，ｙ，ｚは整数である。なお、Ｍは二価金属であれば限定されるものではないが、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａが好ましい。またｘ，ｙ，ｚは１以上の整数を表す。）、Ａｌ２Ｏ３：Ｔｂ３＋、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｍ（Ｍ＝Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋，Ｃｅ３＋，Ｈｏ３＋のうち、少なくとも１つ以上を添加（ｄｏｐｉｎｇ）したもの)、ＺｎＡｌ２Ｏ４：Ｍ（Ｍ＝Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋，Ｄｙ３＋，Ｃｅ３＋，Ｈｏ３＋のうち、少なくとも１つ以上を添加）、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｃｅ３＋、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｈｏ３＋、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｈｏ３＋，Ｃｅ３＋、ＸＡｌ２Ｏ４：Ｍ（Ｘ＝Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎのうち、１〜２つを添加、Ｍ＝Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋，Ｔｂ３＋，Ｈｏ３＋のうち、少なくとも１つ以上を添加)、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｃｒ３＋，Ｎｄ３＋等が挙げられる。【００２３】
また、他のアルミナ系としては、具体的には、一般式Ｓｒ｛１−（２ｘ＋３ｙ＋３ｚ）/２｝Ａｌ２Ｏ４：ｘＥｕ２＋，ｙＣｒ３＋， ｚＮｄ３＋（ただし、ｘ，ｙ，ｚは、０．２５〜１０ｍｏｌ％、好ましくは０．５〜２ｍｏｌ％を表す。）、Ｓｒ３Ａｌ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、ＣａＹＡｉ３Ｏ７：Ｅｕ２＋、ＣａＹＡｌ３Ｏ７：Ｍ（Ｍ＝Ｅｕ２＋，Ｃｅ３＋，Ｄｙ３＋，Ｃｅ３＋，Ｈｏ３＋のうち１つを添加)、ＳｒＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｃｅ３＋等が挙げられる。【００２４】
シリカ系としては、具体的にはｘＳｒＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（ｘ，ｙ，ｚは整数を表す。）、Ｃａ２Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｃｅ３＋、Ｘ２Ａｌ２ＳｉＯ７：Ｍ（Ｘ＝Ｃａ，Ｓｒのうち１つを添加、Ｍ＝Ｅｕ２＋，Ｅｕ３＋，Ｃｅ３＋，Ｄｙ３＋のうち、少なくとも１つ以上を添加）、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７；Ｃｅ３＋、ＸＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｍ（Ｘ＝Ｂａ２，Ｃａ２，Ｓｒ２のうち１つを添加、またはＸ＝ＳｒＣａ，ＳｒＢａのうち１つ、Ｍ＝Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋，Ｃｅ３＋のうち、少なくとも１つ以上を添加）、ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋， ＳｒＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｃａ３Ｙ２Ｓｉ３Ｏ１２：ＲＥ３＋（ＲＥ３＋＝Ｄｙ３＋，Ｅｕ２＋のうち、少なくとも１つ以上を添加）、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋等が挙げられる。【００２５】
リン酸系としては、具体的には、Ｌｉ３ＰＯ４：ＲＥ（ＲＥ＝Ｄｙ３＋，Ｔｂ３＋，Ｃｅ３＋，Ｅｕ２＋）、ＬｉＸＰＯ４：Ｅｕ２＋（Ｘ＝Ｓｒ，Ｂｒのうち１つ）、Ｌｉ２ＢａＰ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、ＣａＺｒ（ＰＯ４）２：Ｅｕ２＋等が挙げられる。【００２６】
酸化チタン系としては、具体的には、ＣａＴｉＯ３：Ｐｒ３＋、ＢａＣａＴｉＯ３：Ｐｒ３＋、ＢａＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３：Ｐｒ３＋等が挙げられる。【００２７】
硫化亜鉛系としては、具体的には、ＺｎＳ：Ｍ（Ｍは二価金属であれば限定されるものではないが、Ｍｎ，Ｇａ，Ｃｕ等が望ましい。Ｍ＝Ｍｎ２＋，Ｇａ２＋，Ｔｅ２＋，Ｃｕ２＋，ＣｕＣｌ，Ａｌのうち、少なくとも１つ以上を添加）、ＸＺｎＯＳ：Ｍ（Ｘ＝Ｃａ，Ｂａのうち１つ、Ｍ＝Ｍｎ２＋，Ｃｕ２＋のうち１つを添加）、ＺｎＭｎＴｅ等が挙げられる。【００２８】
また、その他のものとしては、具体的には、ＣａＺｒＯ３：Ｅｕ３＋、ＣａＮｂ２Ｏｎ：Ｐｒ３＋（ｎ＝６，７）、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（２）ＳｎＯ４：Ｓｍ３＋，Ｌａ３＋、Ｓｒｎ＋１ＳｎｎＯ３ｎ＋１：Ｓｍ３＋（ｎ＝１，２，それ以上）、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ２＋、ＺｒＯ２：Ｔｉ、ＸＧａ２Ｏ４：Ｍｎ２＋（Ｘ＝Ｚｒ，Ｍｇのどちらか１つ)等が挙げられる。【００２９】
かかる第１の態様では、荷電粒子が、荷電粒子放出部から射出されたり、荷電粒子入射部に入射したことをリアルタイムで容易に検出することができる。【００３０】
本発明の第２の態様は、非真空中において、荷電粒子放出部から荷電粒子が射出されたこと、または荷電粒子入射部に荷電粒子が入射したことを検出する荷電粒子検出用材料であって、蛍光物質、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の少なくとも１つを含むことを特徴とする荷電粒子検出用材料にある。【００３１】
ここで、「非真空」とは、１０−４Ｔｏｒｒ以上の圧力状態をいう。本発明に係る荷電粒子検出用材料は１０−３〜１０５Ｔｏｒｒの圧力範囲で用いられることが好ましく、１０−３〜１０４Ｔｏｒｒの圧力範囲で用いられることがより好ましい。なお、非真空中に存在する気体分子は特に限定されず、Ａｒ、ＨｅおよびＮ２等の不活性気体や、大気等であってもよい。【００３２】
また、「蛍光物質」とは、照射されたＸ線、紫外線または可視光線等のエネルギーを吸収することで発光する物質をいう。蛍光物質としては、例えば、ＺｎＳ：Ａｇ＋（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ＋Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ａｇ＋ＣｏＡｌ２Ｏ３、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ｚｎ、（ＫＦ，ＭｇＦ２）：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＯ：Ｚｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｇ、ＭｇＦ２：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｆ２：Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ａｇ＋（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＩｎＢＯ３：Ｔｂ、ＩｎＢＯ３：ＥＵ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｃｌ＋（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ，ＣＬ、ＩｎＢＯ３：Ｔｂ＋ＩｎＢＯ３：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ＋ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＩｎＢＯ３：Ｔｂ＋ＩｎＢＯ３：Ｅｕ＋ＺｎＳ：Ａｇ、（Ｂａ，Ｅｕ）Ｍｇ２Ａｌ１６Ｏ２７、（Ｃｅ，Ｔｂ）ＭｇＡｌ１１Ｏ１９、（Ｙ，Ｅｕ）２Ｏ３、（Ｓｒ，Ｅｕ，Ｂａ，Ｃｆ）５（ＰＯ４）３ＣＬ、（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ４、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｓｒ，Ｃｆ、Ｂａ）１０（ＰＯ４）６ＣＬ２：Ｅｕ、（Ｌａ，Ｃｅ，Ｔｂ）ＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｅ０．６７Ｔｂ０．３３ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ（ＩＩＩ）、Ｍｇ４（Ｆ）ＧｅＯ６：Ｍｎ、Ｍｇ４（Ｆ）（Ｇｅ，Ｓｎ）Ｏ６：Ｍｎ、ＣａＷＯ４、ＣａＷＯ４：Ｐｂ、（Ｂａ，Ｔｉ）２Ｐ２Ｏ７：Ｔｉ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、Ｃｆ５Ｆ（ＰＯ４）３：Ｓｂ、Ｓｒ５Ｆ（ＰＯ４）３：Ｓｂ，Ｍｎ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ（ＩＩ）、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ（ＩＩ），Ｍｎ（ＩＩ）、Ｓｒ５Ｃｌ（ＰＯ４）３：Ｅｕ（ＩＩ）、Ｓｒ６Ｐ５ＢＯ２０：Ｅｕ、（Ｃｆ，Ｚｎ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｓｎ、（Ｓｒ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｓｎ、ＣａＳｉＯ３：Ｐｂ，Ｍｎ、Ｃｆ５Ｆ（ＰＯ４）３：Ｓｂ，Ｍｎ、Ｃｆ５（Ｆ，Ｃｌ）（ＰＯ４）３：Ｓｂ，Ｍｎ、（Ｃｆ，Ｓｒ，Ｂａ）３（ＰＯ４）２Ｃｌ２：Ｅｕ、３Ｓｒ３（ＰＯ４）２ＳｒＦ２：Ｓｂ，Ｍｎ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ、（Ｚｎ，Ｓｒ）３（ＰＯ４）２：Ｍｎ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｓｎ（ＩＩ）、３．５ＭｇＯ０．５ＭｇＦ２ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｃｆ３（ＰＯ４）２ＣａＦ２：Ｃｅ，Ｍｎ、ＳｒＡｌ２Ｏ７：Ｐｂ、ＢａＳｉ２Ｏ５：Ｐｂ、ＳｒＦＢ２Ｏ３：Ｅｕ（ＩＩ）、ＳｒＢ４Ｏ７：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ，Ｃｅ，Ｆ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｚｎ（０．５）Ｃｄ（０．４）Ｓ：Ａｇ、Ｚｎ（０．４）Ｃｄ（０．６）Ｓ：Ａｇ、ＣｄＷＯ４、ＣａＷＯ４、ＭｇＷＯ４、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ｚｎ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＯ：Ｚｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＬｉＦ／ＺｎＳ：Ａｇ、ＬｉＦ／ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕや、フルオレセインイソチオシアネートに代表されるフルオレセイン系の物質、ポルフィリン、白金ポルフィリンに代表されるポルフィリン系の物質、ローダミン、アゾベンゼン誘導体、アントラセンに代表される有機色素系の物質、ルテニウムトリスビピリジルに代表される金属錯体系の物質、ポリ（１，４-フェニレンビニレン）、ポリ（１，４-フェニレン）、ポリフルオレン、ポリ（チオフェン）に代表される発光ポリマー系の物質、その他にＹ２Ｏ２：Ｅｕ等が挙げられる。【００３３】
かかる第２の態様では、非真空中であっても、荷電粒子が、荷電粒子放出部から射出されたり、荷電粒子入射部に入射したことをリアルタイムで容易に検出することができる。【００３４】
本発明の第３の態様は、空気中において荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との電界が、１Ｖ/ｍｍ〜３０００Ｖ/ｍｍの範囲にあることを特徴とする第１または第２の態様に記載の荷電粒子検出用材料にある。なお、空気中以外では、その誘電率によって、荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との電界の範囲は変化する。【００３５】
ここで、「空気中」とは、７００〜８００Ｔｏｒｒ、湿度１０〜９０％、温度０〜１００℃の状態をいう。本発明に係る荷電粒子検出用材料は、７２０〜７８０Ｔｏｒｒ、湿度３０〜８０％、温度１０〜８０℃の範囲で用いられることが好ましい。【００３６】
かかる第３の態様では、従来の観測方法では観測することができなかった低エネルギーの荷電粒子をリアルタイムで容易に検出することができる。さらに、その電界が２２Ｖ／ｍｍ〜１０００Ｖ/ｍｍの範囲にあることがより好ましい。電界がこの範囲にあると、従来の観測方法では観測することができなかった低エネルギーの荷電粒子をリアルタイムでより容易に検出することができる。【００３７】
本発明の第４の態様は、荷電粒子が電子であり、荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との電位差が、パッシェンの法則により算出される電圧Ｖより低いことを特徴とする第１〜３の態様の何れかに記載の荷電粒子検出用材料にある。【００３８】
ここで、「パッシェンの法則」とは、放電のおこる電圧（火花電圧）に関する実験則であって、次式で表されるものである。【００３９】
【数１】
2018021160.tif 000002
（Ａ、Ｂは次の表１に示す定数、ｐは気体の気圧、ｄは電極間の距離（荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との距離）である。）【００４０】
【表１】
2018021160.tif 000003
【００４１】
この表１において、Ｖｓｍは最小火花電圧であり、ｐｄｓｍは最小火花電圧のときのｐｄの値である。また、各定数は表１に記載されている範囲内であれば特に限定されないが、各定数の範囲の中央の値（例えば、空気であれば、Ａ＝１．１、Ｂ＝２７４、Ｖｓｍ＝３３０、ｐｄｓｍ＝０．７６）が特に好ましい。【００４２】
なお、Ｃは気体の種類および電極材料によって決まる定数であり、実験により求めることができる。また、表１に記載されていない気体の場合における各定数の値は、実験を行い、その結果を最小二乗法によってフィッティングすること等により、求めることができる。【００４３】
かかる第４の態様では、従来は発光現象を伴わない放電である低電圧領域において、低エネルギーの電子をリアルタイムで容易に検出することができる。なお、この電圧領域でも低エネルギーの電子が荷電粒子放出部から荷電粒子入射部に移動することで発光を誘起する材料（荷電粒子検出用材料）を用いることにより、本発明者が世界で初めて、静電気由来の放電を、光を用いて検出することに成功した。【００４４】
本態様における検出条件としては、例えば、空気中・電極間距離１０ｍｍ〜５５ｍｍの条件では３ｋＶ以上が好ましく、空気中・電極間距離１０ｍｍ〜４５ｍｍの条件では２ｋＶ〜３ｋＶが好ましく、空気中・電極間距離１０ｍｍ〜３５ｍｍの条件では１ｋＶ〜３ｋＶが好ましい。【００４５】
本発明の第５の態様は、蛍光物質、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の総重量比率が２０〜８０ｗｔ％であることを特徴とする第１〜４の態様の何れかに記載の荷電粒子検出用材料にある。【００４６】
かかる第５の態様では、荷電粒子放出部または荷電粒子入射部の表面に容易に塗布することができると共に、一般的な産業用カメラ等で検出可能なレベルの十分な輝度で発光することができるので、容易に荷電粒子を検出することができる。【００４７】
本発明の第６の態様は、非真空が、１０−３〜１０５Ｔｏｒｒの圧力範囲であることを特徴とする第２〜５の態様の何れかに記載の荷電粒子検出用材料にある。【００４８】
かかる第６の態様では、１０−３〜１０５Ｔｏｒｒの圧力範囲内であっても、荷電粒子が、荷電粒子放出部から射出されたり、荷電粒子入射部に入射したことをリアルタイムで容易に検出することができる。【００４９】
本発明の第７の態様は、残光物質が、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋およびＤｙ3＋が添加されているもの、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋およびＤｙ２＋、Ｍ（Ｍ＝１〜３価の金属イオン）が添加されているもの、またはＺｎ３（ＰＯ４）で表される物質にＭｎ２＋およびＭ（Ｍ＝１〜３価の金属イオン）が添加されているものであることを特徴とする第１〜６の態様の何れかに記載の荷電粒子検出用材料にある。【００５０】
かかる第７の態様では、荷電粒子検出用材料がより高い輝度で発光することができるので、より容易に荷電粒子を検出することができる。【００５１】
本発明の第８の態様は、応力発光物質が、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋が添加されているもの、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ２＋、Ｍ１、Ｍ２およびＭ３（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３＝１〜３価のそれぞれ異なる金属イオン）の少なくとも一つが添加されているもの、またはＣａＹＡｌ３Ｏ７で表される物質にＥｕ２＋が添加されているものであることを特徴とする第１〜６の態様の何れかに記載の荷電粒子検出用材料にある。【００５２】
かかる第８の態様では、荷電粒子検出用材料がより高い輝度で発光することができるので、より容易に荷電粒子を検出することができる。【００５３】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様に記載の荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜にある。【００５４】
ここで、「荷電粒子検出膜」は、上述した物質の少なくとも１種類が含まれている材料で構成されていれば特に限定されない。荷電粒子検出膜としては、たとえばエポキシ樹脂やウレタン樹脂と、これらの樹脂の架橋・硬化反応を制御するための硬化剤と溶剤と、上述した物質およびその物質を均一に分散させるための分散剤・補助剤とを均一に混合し作製したものでもよい。また、荷電粒子検出膜に含まれる上述した物質の濃度（重量比率）は特に限定されないが、２０ｗｔ％〜８０ｗｔ％の範囲であれば目視で発光を確認することができるので好ましく、５０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲であれば目視でより明確に発光を確認することができるのでより好ましい。また、荷電粒子検出膜の厚さは、特に限定されないが、厚さが１μｍ〜１ｍｍの範囲が発光強度および取り扱い易さの点から好ましく、厚さが１０μｍ〜５００μｍの範囲が発光強度および取り扱い易さの点からより好ましい。【００５５】
なお、荷電粒子検出膜は、計測対象物の表面に直接形成（溶液塗布・硬化）されてもよいし、既に形成されている「荷電粒子検出膜」を計測対象物の表面に貼り付けることによって計測対象物の表面に形成されてもよい。【００５６】
かかる第９の態様では、荷電粒子検出膜は、計測対象物の形状の影響を受けることなく容易に形成したり、貼りつけたりすることができる。その結果、計測対象物が曲面等の複雑な３次元形状をしていたとしても、その表面に入射する荷電粒子を容易に検出することができる。【００５７】
本発明の第１０の態様は、第１〜８の態様に何れかに記載の荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出液にある。【００５８】
ここで、荷電粒子検出液を構成する荷電粒子検出用材料以外の要素は、荷電粒子検出用材料を分散させることができるものであれば特に限定されず、例えば、水や透明・半透明の樹脂等であってもよい。【００５９】
かかる第１０の態様では、複雑な形状の計測対象物や荷電粒子検出膜を形成できないような狭隘な部分等を有する計測対象物の表面にも荷電粒子検出用材料を流し込む（配置する）ことができるので、そのような複雑な形状の計測対象物に入射する荷電粒子を容易に検出することができる。また、液体中に荷電粒子検出用材料が三次元的に分散しているので、液体中を移動する荷電粒子の軌跡を可視化することができる。【００６０】
なお、「蛍光物質」、「発光物質」、「エレクトロルミネセンス物質」、「破壊発光物質」、「フォトクロミック物質」、「残光物質」、「輝尽発光物質」および「応力発光物質」は、各物質の特性だけでなく、他の物質の特性を有していてもよい。たとえば、「応力発光物質」が「蛍光物質」の特性を有していてもよい。この場合には、この物質は「応力発光物質」であり、かつ「蛍光物質」でもある。【００６１】
また、荷電粒子検出用材料には、上述した物質以外の物質が含まれていてもよい。なお、上述した物質以外の物質は特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は実施形態１に係る荷電粒子検出システムの概略図である。
【図２】図２は実施例１における荷電粒子入射部の表面に形成された発光部Ｐ２の写真である。
【図３】図３は実施例１において、帯電部材を荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との間に挿入した際の荷電粒子検出システムの概略図である。
【図４】図４は実施例１において、荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との間に帯電部材を挿入する前の発光部Ｐ３写真である。
【図５】図５は実施例１において、荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との間に帯電部材を挿入した際の発光部Ｐ３の写真である。
【図６】図６は実施例１において、荷電粒子放出部と荷電粒子入射部と間に挿入した帯電部材を引き抜いた際の発光部Ｐ３の写真である。
【図７】図７は応力発光物質としてＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｈｏ３＋，Ｃｅ３＋を用いた際の試験結果の写真である。
【図８】図８は応力発光物質としてＣａＹＡｌ３Ｏ７：Ｅｕ２＋を用いた際の試験結果の写真である。
【図９】図９は応力発光物質としてＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｃｒ３＋，Ｎｄ３＋を用いた際の試験結果の写真である。
【図１０】図１０は実施例１において、電極の極性を変更した際の試験結果の写真である。
【図１１】図１１は実施例２において、荷電粒子検出膜が形成された棒に電圧を印加しながら、ヒトの手を移動させた際の写真である。
【図１２】図１２は実施例３において、電極針に電圧を印加し荷電粒子を荷電粒子検出膜に入射させたときの、荷電粒子入射部の表面に形成された発光部の写真である。
【図１３】図１３は実施例４において、電極針に電圧を印加し荷電粒子を荷電粒子検出膜に入射させたときの、荷電粒子入射部の表面に形成された発光部の写真である。
【図１４】図１４は実施例５において、電極針に電圧を印加し荷電粒子を荷電粒子検出膜に入射させたときの、荷電粒子入射部の表面に形成された発光部の写真である。
【図１５】図１５は実施例６において、電極針に電圧を印加し荷電粒子を荷電粒子検出膜に入射させたときの、荷電粒子入射部の表面に形成された発光部の写真である。
【図１６】図１６は実施例７（ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋）において、電極針に電圧を印加し荷電粒子を荷電粒子検出膜に入射させたときの、荷電粒子入射部の表面に形成された発光部の写真である。
【図１７】図１７は実施例７（β−Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ２＋，Ｇａ３＋）において、電極針に電圧を印加し荷電粒子を荷電粒子検出膜に入射させたときの、荷電粒子入射部の表面に形成された発光部の写真である。
【図１８】図１８はＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２+粉末を用いて荷電粒子を検出した際の写真である。
【図１９】図１９はＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋粉末を分散させた発光シートを用いて荷電粒子を検出した際の写真である。
【図２０】図２０はアルミ箔上にＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２+を含む荷電粒子検出膜を形成し、そこに荷電粒子を入射させた際の写真である。
【図２１】図２１は紙製の不織布に荷電粒子検出用材料を分散させたものに、荷電粒子を入射させた際の写真である。
【図２２】図２２はＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋と光硬化性アクリルとの液状混合物に、荷電粒子を入射させた際の写真である。
【図２３】図２３はＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋と光硬化性アクリルとの液状混合物の表面を硬化させた後で、荷電粒子を入射させた際の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明に係る荷電粒子検出用材料は、荷電粒子放出部から荷電粒子が射出されたこと、または荷電粒子入射部に荷電粒子が入射したことを検出するものである。
【００６４】
ここで、荷電粒子放出部および荷電粒子入射部は、これらに電圧を印加してこれらの間に電界をかけたときに、その表面から荷電粒子が射出されたり、その表面に荷電粒子が入射したりすることができるものであれば特に限定されない。荷電粒子放出部および荷電粒子入射部を構成する物質の代表的なものとして、タングステン、ステンレス、金、銀、銅等の電気伝導率が高い金属などの導電体、シリコン等の半導体、セラミクス、高分子、樹脂等の絶縁体が挙げられるが、これに限定されない。例えば荷電粒子が電子の場合には、荷電粒子放出部としてはアルミニウム等が、荷電粒子入射部としては塩化ビニル等が挙げられる。
【００６５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る荷電粒子検出用材料を用いた荷電粒子検出システムの実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
（実施形態１）
【００６６】
荷電粒子放出部および荷電粒子入射部の表面に、蛍光物質、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の少なくとも１つを含む荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜を形成し、荷電粒子放出部および荷電粒子入射部の間に電界をかけたときに、電極の近傍に存在する気体がイオン化されることによって生じる荷電粒子（例えば、Ｎ＋、Ｎ−、電子等）が荷電粒子放出部から射出され、荷電粒子入射部に入射する形態について説明する。
【００６７】
図１に、本実施形態に係る荷電粒子検出システムの概略図を示す。この図に示すように、本実施形態に係る荷電粒子検出システム１は、円柱状で下方の端部が半球状に形成されている荷電粒子放出部１０と、その下方に配置された矩形板状の荷電粒子入射部２０と、それらにそれぞれ接続された直流高圧発生装置（図示しない）とで構成されている。なお、荷電粒子放出部１０と荷電粒子入射部２０とは図示しない治具により固定されている。また、荷電粒子放出部１０の形状は特に限定されず、端部が球状でも、針状でも、平面状でもよい。
【００６８】
荷電粒子放出部１０の下方に配置された荷電粒子入射部２０の上側表面には、上述した蛍光物質等の物質を含む荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜２１が設けられている。
【００６９】
ここで、荷電粒子入射部２０の表面に設けられた荷電粒子検出膜２１は、上述した物質の少なくとも１種類の荷電粒子検出用材料を含むものあれば特に限定されない。荷電粒子検出膜２１としては、例えば、エポキシ樹脂やウレタン樹脂と、これらの樹脂の架橋・硬化反応を制御するための硬化剤と溶剤と、上述した物質およびその物質を均一に分散させるための分散剤・補助剤とを均一に混合し、この混合液を荷電粒子入射部２０の表面に塗布・硬化させて作製したものでもよい。荷電粒子検出膜２１に含まれる上述した物質の濃度（重量比率）は特に限定されないが、２０〜８０ｗｔ％の範囲であれば目視で発光を確認することができるので好ましく、５０〜７０ｗｔ％の範囲であれば目視でより明確に発光を確認することができるのでより好ましい。
【００７０】
なお、直流高圧発生装置は荷電粒子放出部１０および荷電粒子入射部２０の間に所定の電界をかける（電位差を生じさせる）ことができるものであれば特に限定されず、市販のものを用いてもよい。また、荷電粒子放出部１０および荷電粒子入射部２０の間の電界の強さは、特に限定されないが、１Ｖ/ｍｍ〜３０００Ｖ/ｍｍの範囲が従来の観測方法では観測することができなかった低エネルギーの荷電粒子をリアルタイムで容易に検出することができるので好ましく、２２Ｖ／ｍｍ〜１０００Ｖ／ｍｍの範囲がより容易に検出することができるのでより好ましい。
（実施例１）
【００７１】
荷電粒子放出部１０としてステンレスを、荷電粒子入射部２０としてアルミニウム箔を、荷電粒子入射部２０の表面に形成された荷電粒子検出膜２１（厚さ約１００μｍ）として、応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋と光硬化アクリル樹脂（マイクロジェット社製）との混合物（ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋の重量比率：７０％）を塗布・硬化させたものを用い、１気圧、湿度３０％、温度１０℃の空気中で直流高圧発生装置を稼働させて、荷電粒子放出部１０と荷電粒子入射部２０との間（１０ｍｍ）に電界（１００Ｖ／ｍｍ〜８００Ｖ／ｍｍ）をかけたときの結果を示す。
【００７２】
荷電粒子放出部１０および荷電粒子入射部２０の間に電界をかけると、図２に示すように、荷電粒子放出部１０の直下を中心部Ｏとして、荷電粒子入射部２０の上側表面に略円形の発光部Ｐ２が形成される。この発光部Ｐ２は、最初、中心部Ｏが発光し、荷電粒子を荷電粒子入射部２０に注入し続けると、時間とともに発光部が中心部Ｏから外側に広がり、中心部Ｏ付近の輝度が低くなる。すなわち、最初は中心部Ｏが発光するが、時間の経過と共に発光部Ｐ２がリング状になり、そのリング状の径が大きくなっていくように見える。図２では最も外側の部分の輝度が最も高く、中心部Ｏに向かうに連れて輝度が低くなっている。また、発光部Ｐ２の半径は、直流高圧発生装置を稼働させた当初は小さいが、時間が経過するにつれて大きくなる。
【００７３】
なお、１気圧、湿度８０％、温度８０℃の空気中において、同様に実験した場合においても同様に発光することを確認した。さらに、荷電粒子放出部１０および荷電粒子入射部２０を格納した容器内の気圧をロータリーポンプで１０−３Ｔｏｒｒに減圧した状態において、同様に実験した場合でも同様に発光することを確認した。
【００７４】
次に、図３に示すように、浮かせた状態の棒状のアルミニウム箔からなる帯電部材３０を荷電粒子放出部１０と荷電粒子入射部２０との間に挿入した場合の結果を示す。
【００７５】
図４に示すように、帯電部材３０を挿入する前は、発光部Ｐ３がアルミニウム箔の下側に位置していたが、帯電部材３０を挿入すると、図５に示すように、発光部Ｐ３が帯電部材３０の方向（上側方向）に移動することが分かった。また、この時に、荷電粒子放出部１０と荷電粒子入射部２０との間に電流計を設けて、これらの間に流れる電流を測定したところ、荷電粒子入射部２０から荷電粒子放出部１０に電流が流れていることが分かった。
【００７６】
なお、帯電部材３０を荷電粒子放出部１０と荷電粒子入射部２０との間から引き抜くと、図６に示すように、発光部Ｐ３は帯電部材３０を挿入する前の位置に戻ることが分かった。
【００７７】
以上のことから、荷電粒子放出部１０から荷電粒子入射部２０に向かって負の電荷を帯びた荷電粒子が移動していることが分かった。ここで、荷電粒子の移動とは、Ｎ−や電子等の特定の荷電粒子が荷電粒子放出部１０から荷電粒子入射部２０に直接移動するだけでなく、玉突き現象のように、ある荷電粒子が他の荷電粒子を押し出すような現象が連続的に起きて、結果として荷電粒子が荷電粒子放出部１０から荷電粒子入射部２０に移動するように見える現象も含まれると考えられる。さらには、荷電粒子放出部１０近傍の気体分子がイオン化され、そのイオンが荷電粒子入射部２０に移動し、結果として荷電粒子が荷電粒子放出部１０から荷電粒子入射部２０に移動するように見える現象も含まれると考えられる。
【００７８】
また、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋に代えて、同じ応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｈｏ３＋，Ｃｅ３＋、ＣａＹＡｌ３Ｏ７：Ｅｕ２＋またはＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｃｒ３＋，Ｎｄ３＋をそれぞれ含んだ荷電粒子検出膜を作製し、同様の試験を行った。その試験結果を図７〜図９に示す。これらの図から分かるように、荷電粒子を入射させると、各荷電粒子検出膜上に発光部Ｐが形成されることから、これらの荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜を用いても荷電粒子を検出できることが分かった。
【００７９】
さらに、実施例１の電極の極性を変更した場合の試験結果を図１０に示す。図１０に示すように、電極の極性を変更した場合（極性が異なる荷電粒子が入射した場合）でも、荷電粒子を検出できることが分かった。
（実施例２）
【００８０】
実施例１では、荷電粒子入射部の表面に荷電粒子検出用材料を含んだ荷電粒子検出膜を形成したが、本発明はこれに限定されない。本実施例では、ステンレスからなる円柱状の棒の表面に実施例１で用いた荷電粒子検出膜と同様の荷電粒子検出膜（厚さ約１００μｍ）を形成した。そして、その棒に電圧を印加して、その棒とヒトの手との間に電界をかけながら、ヒトの手を移動させた時の結果を示す。
【００８１】
図１１は荷電粒子検出膜が形成された棒に電圧を印加しながら、ヒトの手をＩ方向に移動させた際の写真である。図１１に示すように、ヒトの手の移動方向に沿って発光部が移動していることが分かった。
【００８２】
ここで、ヒトの手の電位は棒に印加した電位（電圧）よりも低いことから、棒（荷電粒子放出部）からヒトの手（荷電粒子入射部）に向かって荷電粒子が放出されていることが分かった。
（実施例３）
【００８３】
実施例１および２では、荷電粒子検出用材料として、応力発光物質を含んだ荷電粒子検出膜を用いて説明したが、本発明の荷電粒子検出用材料はこれに限定されない。本実施例では、応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋に代えて、残光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４： Ｅｕ２＋,Ｄｙ３＋を含んだ荷電粒子検出膜（厚さ約１００μｍ）を用いた。そして、実施例１と同様に、直流高圧発生装置を稼働させて、荷電粒子放出部１０と荷電粒子入射部２０との間（ギャップ距離：１０ｍｍ）に電界（１００Ｖ／ｍｍ〜８００Ｖ／ｍｍ）をかけたときの結果を示す。
【００８４】
荷電粒子放出部および荷電粒子入射部の間に電界（１００Ｖ／ｍｍ〜８００Ｖ／ｍｍ）をかけると、図１２に示すように、実施例１と同様に、荷電粒子放出部の直下を中心として、荷電粒子入射部の荷電粒子検出膜の表面に略円形の発光部が形成されることが分かった。
【００８５】
以上説明したように、残光物質を含む荷電粒子検出用材料およびそれを含んだ荷電粒子検出膜を用いることにより、実施例１および実施例２と同様に、荷電粒子が射出されていること、または荷電粒子が入射していることをリアルタイムで容易に検出することができることが分かった。また、本実施形態に係る荷電粒子検出用材料を用いることにより、従来技術では観測することができない、極めて弱い電界（低い電位差、低エネルギー）で起こる放電現象等による荷電粒子をもリアルタイムで容易に検出できることが分かった。
（実施例４）
【００８６】
本実施例では、実施例１の応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋に代えて、蛍光物質であるＹ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ３＋を含んだ荷電粒子検出膜（厚さ約５０μｍ）を用いた。そして、実施例１と同様に、直流高圧発生装置を稼働させて、荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との間（ギャップ距離：１０ｍｍ）に電圧（７ｋＶ）をかけたときの結果を図１３に示す。
【００８７】
荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との間（ギャップ距離：１０ｍｍ）に電圧（７ｋＶ）をかけると、図１３に示すように、実施例１と同様に、荷電粒子放出部の直下を中心として、荷電粒子入射部の荷電粒子検出膜の表面に略円形の発光部が形成されることが分かった。
【００８８】
以上説明したように、蛍光物質を含む荷電粒子検出用材料およびそれを含んだ荷電粒子検出膜を用いることにより、上述した実施例と同様に、荷電粒子が射出されていること、または荷電粒子が入射していることをリアルタイムで容易に検出することができることが分かった。また、本実施形態に係る荷電粒子検出用材料を用いることにより、従来技術では観測することができない、極めて弱い電界（低い電位差、低エネルギー）で起こる放電現象等による荷電粒子をもリアルタイムで容易に検出できることが分かった。
（実施例５）
【００８９】
本実施例では、実施例１の応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋に代えて、破壊発光物質であるサリチル酸メチルを含んだ荷電粒子検出膜（厚さ約５０μｍ）を用いた。そして、実施例１と同様の条件で試験を行ったときの結果を図１４に示す。
【００９０】
図１４に示すように、荷電粒子放出部の直下の荷電粒子検出膜の表面に発光部が形成されることが分かった。このことから、破壊発光物質を含む荷電粒子検出用材料およびそれを含んだ荷電粒子検出膜を用いることにより、上述した実施例と同様の効果が得られることが分かった。
（実施例６）
【００９１】
本実施例では、実施例１の応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋に代えて、破壊発光物質であるＥｕ（ＴＴＡ）３ｐｈｅｎ（〔１，１０―ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ)ｔｒｉｓ［４，４，４―ｔｒｉｆｌｕｏｒｏ―１−（２−ｔｈｉｅｎｙｌ）―１，３−ｂｕｔａｎｅｄｉｏｎａｔｏ］ｅｕｒｏｐｉｕｍ（ＩＩＩ）〕）の結晶を荷電粒子検出材料として用いた。そして、実施例１と同様の条件で試験を行ったときの結果を図１５に示す。
【００９２】
図１５に示すように、荷電粒子放出部の直下の荷電粒子検出膜の表面に発光部が形成されることが分かった。このことから、実施例５と同様に、破壊発光物質を含む荷電粒子検出用材料およびそれを含んだ荷電粒子検出膜を用いることにより、上述した実施例と同様の効果が得られることが分かった。
（実施例７）
【００９３】
本実施例では、実施例１の応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋に代えて、残光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋とβ−Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ２＋，Ｇａ３＋をそれぞれ含んだ荷電粒子検出膜（厚さ約５０μｍ、残光物質の重量比率：７０％）を用いた。そして、荷電粒子放出部と荷電粒子入射部との間（ギャップ距離：１０ｍｍ）に電圧（１０ｋＶ）をかけたときの結果を図１６（ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋，Ｄｙ３＋）および図１７（β−Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ２＋，Ｇａ３＋）に示す。
【００９４】
図１６および図１７に示すように、荷電粒子放出部の直下の荷電粒子検出膜の表面に発光部が形成されることが分かった。このことから、残光物質を含む荷電粒子検出用材料を含んだ荷電粒子検出膜を用いることにより、上述した実施例と同様の効果が得られることが分かった。
（実施形態２）
【００９５】
実施形態１では、荷電粒子放出部１０または荷電粒子入射部２０の表面に荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜を形成して荷電粒子を検出するようにしたが、本発明はこれに限定されない。
【００９６】
例えば、蛍光物質、発光物質、エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質および応力発光物質の少なくとも１つを含んだガラスやアクリル樹脂のような透明・半透明材料を用いて荷電粒子検出用材料を構成することもできる。
【００９７】
この荷電粒子検出用材料に荷電粒子を入射させると、そのガラス等の表面または内部で発光し、荷電粒子がどの程度の深さまでそのガラス等の内部に入射したかを検出することもできる。
（実施形態３）
【００９８】
上述した実施態様では、応力発光物質等を含む荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜を形成して荷電粒子を検出するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、荷電粒子検出用材料として応力発光物質（粉末）をそのまま用いてもよい。
【００９９】
図１８は、荷電粒子検出用材料として応力発光物質（粉末）であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２+粉末を用いて荷電粒子を検出した際の写真である。このような形態（粉末）の荷電粒子検出用材料を用いても、上述した実施形態と同様に荷電粒子を検出することができることが分かった。
【０１００】
また、応力発光物質（粉末）ではなく、応力発光物質等からなる微粒子を分散させた荷電粒子検出用材料を使って作製した発光シートを用いてもよい。
【０１０１】
図１９は、応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋を光硬化アクリル樹脂（マイクロジェット社製）に分散させた荷電粒子検出用材料を硬化させて作製した発光シートを用いて荷電粒子を検出した際の写真である。このような形態の荷電粒子検出用材料を用いても、上述した実施形態と同様に荷電粒子を検出することができることが分かった。
（実施形態４）
【０１０２】
上述した実施形態では、ある程度の厚さがある荷電粒子放出部または荷電粒子入射部上に荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜を形成していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、アルミニウム箔上に実施例１で用いた荷電粒子検出膜と同様の荷電粒子検出膜を形成してもよい。図２０は、アルミニウム箔上に荷電粒子検出用材料（ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋（堺化学工業社製））を光硬化アクリル樹脂（マイクロジェット社製）に分散させたものからなる荷電粒子検出膜を形成し、そこに荷電粒子を入射させた際の写真である。図２０に示すように、薄膜上に荷電粒子検出用材料からなる荷電粒子検出膜を形成しても、上述した実施形態と同様に荷電粒子を検出することができることが分かった。
【０１０３】
また、例えば、不織布等に荷電粒子検出用材料を分散させてもよい。図２１は、紙製の不織布に荷電粒子検出用材料を分散・付着させ、その不織布に荷電粒子を入射させた際の写真である。図２１に示すように、不織布等に荷電粒子検出用材料を分散させたものでも、上述した実施形態と同様に荷電粒子を検出することができることが分かった。
（実施形態５）
【０１０４】
上述した実施形態では、荷電粒子検出膜や荷電粒子検出用材料を用いて荷電粒子を検出するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、液体に荷電粒子検出用材料を分散させた荷電粒子検出液を作製し、それを用いて荷電粒子を検出するようにしてもよい。
【０１０５】
荷電粒子検出液を用いることにより、複雑な形状の計測対象物に入射する荷電粒子を容易に可視化することができる。また、荷電粒子検出液に荷電粒子検出用材料が三次元的に分散しているので、液体中を移動する荷電粒子の軌跡を可視化することができる。
（実施例８）
【０１０６】
ステンレス板上に、応力発光物質であるＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋（堺化学工業社製）を透明光硬化性アクリル樹脂（ＶｉｓｉＪｅｔ  ＣＲ―ＣＬ、３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）中に分散させた荷電粒子検出液（ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋の重量比率：７０％）を作製した。そして、この荷電粒子検出液をステンレス板上に垂らして、水たまりのような状態になったところに、実施例１と同様に、上方から荷電粒子を入射させた際の結果を図２２に示す。この際、荷電粒子検出液の表面に棒状部材を接触させ、光硬化性アクリル樹脂が硬化していないことを確認した上で、荷電粒子を入射させた。
【０１０７】
この結果、図２２に示すように、この荷電粒子検出液の内部が発光していることが分かった。このことから、荷電粒子検出膜と同様に、荷電粒子を検出できることが分かった。
【０１０８】
次に、この液体混合物に３６５ｎｍ（０．７ｍＷ／ｃｍ２）の紫外線を１０分間照射し、荷電粒子検出液の表面のみを硬化させた後、同様に荷電粒子を入射させた際の結果を図２３に示す。図２３に示すように、硬化させる前と比較して、硬化した部分（表面）がより強く発光していることが分かった。
（その他の実施形態）
【０１０９】
上述した荷電粒子検出液のように、空気のような気体中に荷電粒子検出用材料を三次元的に分散させることができれば、その気体の中を移動する荷電粒子の軌跡を検出することができる。
【０１１０】
なお、本出願は、２０１６年７月２９日に出願された特願２０１６−１４９２１５号に基づく優先権を主張するものであり、その内容はここに参照として組み込まれる。
【符号の説明】
【０１１１】
１    荷電粒子検出システム
１０    荷電粒子放出部
２０    荷電粒子入射部
２１    荷電粒子検出膜
３０    帯電部材
Ｐ、Ｐ２、Ｐ３    発光部
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月4日(2018.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光によって荷電粒子を検出する荷電粒子検出用材料であって、
エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質並びに、
Ｘ線、紫外線若しくは可視光線により発光するイリジウム錯体、白金錯体の燐光性発光材料、ルミノール、ロフィン、ルシゲニン、シュウ酸エステル、感光発光色素および生物発光物質、
の少なくとも１つを含むことを特徴とする荷電粒子検出用材料。
【請求項２】
前記荷電粒子に印加される電界が、空気中において１Ｖ/ｍｍ〜３０００Ｖ/ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項３】
エレクトロルミネセンス物質、破壊発光物質、フォトクロミック物質、残光物質、輝尽発光物質並びに、
Ｘ線、紫外線若しくは可視光線により発光するイリジウム錯体、白金錯体の燐光性発光材料、ルミノール、ロフィン、ルシゲニン、シュウ酸エステル、感光発光色素および生物発光物質、
の総重量比率が２０〜８０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項４】
前記残光物質が、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋およびＤｙ3＋が添加されているもの、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋およびＤｙ２＋、Ｍ（Ｍ＝１〜３価の金属イオン）が添加されているもの、またはＺｎ３（ＰＯ４）で表される物質にＭｎ２＋およびＭ（Ｍ＝１〜３価の金属イオン）が添加されているものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項５】
発光によって荷電粒子を検出する荷電粒子検出用材料であって、
応力発光物質を少なくとも含み、
前記荷電粒子に印加される電界が、空気中において１Ｖ/ｍｍ〜３０００Ｖ/ｍｍの範囲にあることを特徴とする荷電粒子検出用材料。
【請求項６】
前記応力発光材料の総重量比率が２０〜８０ｗｔ％であることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項７】
前記応力発光物質が、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋が添加されているもの、ＳｒＡｌ２Ｏ４で表される物質にＥｕ２＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ２＋、Ｍ１、Ｍ２およびＭ３（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３＝１〜３価のそれぞれ異なる金属イオン）の少なくとも一つが添加されているもの、またはＣａＹＡｌ３Ｏ７で表される物質にＥｕ２＋が添加されているものであることを特徴とする請求項５または６に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項８】
前記荷電粒子が電子であり、
前記電子に印加される電界が、パッシェンの法則により算出される電圧より低いことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項９】
非真空中において用いられることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項１０】
前記非真空が、１０−３〜１０５Ｔｏｒｒの圧力範囲であることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子検出用材料。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出膜。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の荷電粒子検出用材料を含む荷電粒子検出液。
【国際調査報告】
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