(57)【要約】      （修正有）【課題】粒状の測定試料に対する検出効率を容易に設定る荷電粒子測定装置を提供する。【解決手段】α線測定装置は、測定試料と半導体検出器の荷電粒子入射面との間の距離を調節可能な昇降機、位置センサ、制御ユニット１３、α線放出量演算装置４０Ａを備える。α線放出量演算装置４０Ａは、測定条件設定に当たり、検出効率選定部４１ｅが、表示モニタ４７ａに形状パターンを選択入力可能とする表示画面を表示させ、記憶部４５Ａに格納された検出効率データから入力された形状パターンに応じた検出効率を選定して、放射能強度を算出するα線放出量測定部４１ｄに入力する。【選択図】図６
2007315939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定チェンバ内に、荷電粒子検出器と、該荷電粒子検出器に対向するように測定試料を設置するための試料設置台と、を設け、前記荷電粒子検出器と接続されエネルギスペクトル分析を行う放射線計測部を備える荷電粒子測定装置において、
前記測定試料が粒状の場合に、前記測定試料の形状を形状パターンの類型に分類して、該類型毎に前記粒状の測定試料の形状による検出効率を記憶する記憶手段と、
前記粒状の測定試料の形状が前記いずれの類型に該当するかを入力する形状パターン入力手段と、
放射能強度を算出する荷電粒子放出量演算手段と、
を備え、
前記荷電粒子放出量演算手段は、前記入力された形状パターンの類型に基づいて前記記憶手段から前記検出効率を選定し、前記選定した検出効率と前記放射線計測部からの出力信号の計数結果とに基づいて、前記測定試料の放射能強度を算出することを特徴とする荷電粒子測定装置。
【請求項２】
前記検出効率は、前記類型の中で更に前記粒状の測定試料の平均粒径依存で分類して前記記憶手段に記憶され、
前記形状パターン入力手段は、前記類型に加えて前記平均粒径を入力することができ、
前記荷電粒子放出量演算手段は、前記入力された類型と平均粒径に基づいて前記記憶手段から前記検出効率を決定することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子測定装置。
【請求項３】
測定チェンバ内に、荷電粒子検出器と、該荷電粒子検出器に対向するように測定試料を設置するための試料設置台と、を設け、前記荷電粒子検出器と接続されエネルギスペクトル分析を行う放射線計測部、及び、
検出効率と前記放射線計測部からの出力信号の計数結果とに基づいて、前記測定試料の放射能強度を算出する荷電粒子放出量演算手段、
を備える荷電粒子測定装置と組み合わされて荷電粒子測定システムを構成する、粒状の測定試料の形状ファクタを取得して検出効率を演算する検出効率取得演算装置であって、
粒状の測定試料の形状ファクタを測定して取得する形状ファクタ取得手段と、
前記取得された形状ファクタに基づいて、前記粒状の測定試料の形状による前記検出効率を算出する検出効率算出手段と、を備え、
算出された検出効率を前記荷電粒子放出量演算手段に出力することを可能とすることを特徴とする検出効率取得演算装置。
【請求項４】
粒状の測定試料の形状ファクタを取得して検出効率を演算し、荷電粒子測定装置に前記演算された検出効率を入力する検出効率取得演算装置であって、
粒状の測定試料の形状ファクタを測定して取得する形状ファクタ取得手段と、
前記取得された形状ファクタに基づいて、前記粒状の測定試料の形状による前記検出効率を算出する検出効率算出手段と、を備え、
算出された検出効率を前記荷電粒子放出量演算手段に出力することを可能とすることを特徴とする検出効率取得演算装置。
【請求項５】
前記形状ファクタとは、前記粒状の測定試料の形状パターンの類型、前記粒状の測定試料の形状パターンの類型と平均粒径の両方、又は、前記粒状の測定試料の形状パターンの類型、表面積、平均粒径のすべてであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の検出効率取得演算装置。
【請求項６】
前記形状ファクタ取得手段は、前記粒状の測定試料を光学的に観察する光学観測装置を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の検出効率取得演算装置。
【請求項７】
前記形状ファクタとは、前記粒状の測定試料の形状パターンの類型と粒径であって、
前記検出効率算出手段は、
前記形状ファクタ取得手段によって得られた前記粒状の測定試料の形状パターンの類型と粒径を入力することを可能とする形状ファクタ入力手段を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の検出効率取得演算装置。
【請求項８】
前記形状ファクタ取得手段は、粒径ふるいであることを特徴とする請求項７に記載の検出効率取得演算装置。
【請求項９】
測定チェンバ内に、荷電粒子検出器と、該荷電粒子検出器に対向するように測定試料を設置するための試料設置台と、を設け、前記荷電粒子検出器と接続されエネルギスペクトル分析を行う放射線計測部と、放射能強度を算出する荷電粒子放出量演算手段と、を備えた荷電粒子測定装置において、
検出効率を取得する検出効率取得手段を備え、
該検出効率取得手段は、請求項３から請求項８のいずれか１項に記載の検出効率取得演算装置から前記検出効率を取得し、
前記荷電粒子放出量演算手段は、前記取得された検出効率と前記放射線計測部からの出力信号の計数結果とに基づいて、前記測定試料の放射能強度を算出することを特徴とする荷電粒子測定装置。
【請求項１０】
請求項３から請求項８のいずれか１項に記載の検出効率取得演算装置と、
請求項９に記載の荷電粒子測定装置と、
を備えることを特徴とする荷電粒子測定システム。
【請求項１１】
測定試料から放出される荷電粒子を計数し、放射能強度を算出する荷電粒子測定装置における放射能強度算出方法であって、
前記測定試料が粒状の場合に、前記測定試料の形状を形状パターンの類型に分類して、該類型毎に前記粒状の測定試料の形状による検出効率を予め記憶手段に記憶し、
形状パターン入力手段から、前記粒状の測定試料の形状が前記いずれの類型に該当するかの入力を受けて、
前記入力された形状パターンの類型に基づいて前記記憶手段から前記検出効率を選定し、前記選定した検出効率と前記計数結果とに基づいて、前記測定試料の放射能強度を算出することを特徴とする荷電粒子測定装置における放射能強度算出方法。
【請求項１２】
粒状の測定試料の形状ファクタを取得して検出効率を演算し、荷電粒子測定装置に前記演算された検出効率を入力する検出効率取得演算装置における検出効率算出方法であって、
前記検出効率を前記形状ファクタに基づいて算出する関数データを予め記憶手段に記憶し、
前記粒状の測定試料の形状ファクタとして、前記粒状の測定試料の形状パターンの類型、前記粒状の測定試料の形状パターンの類型と平均粒径の両方、又は、前記粒状の測定試料の形状パターンの類型、表面積、平均粒径のすべてを測定して取得し、
前記取得された形状ファクタと前記関数データに基づいて、前記粒状の測定試料の形状による前記検出効率を算出することを特徴とする検出効率取得演算装置における検出効率算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はα線等の荷電粒子を測定する荷電粒子測定装置及び荷電粒子測定システムに関し、特に荷電粒子を放出する測定試料の粒状形状による荷電粒子測定装置の検出効率に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリがますます微細になり、α線によって半導体メモリの蓄積電荷が反転するソフトエラー現象の問題等の対策のため、種々の材料中に含まれる極微量の天然のα放射性元素が放出する核種同定と低レベルの定量分析が重要となっている。又、生活環境に存在する、例えば、空気中、水中、土壌中に含まれる主にラドン、トロン等の放射性核種から放出される低レベルα線の強度を測定することも重要である。
特許文献１には、開閉可能な密封ドアを設けた測定チェンバ内に測定試料と半導体検出器を設け、半導体検出器に接続された前置増幅器、線形増幅器、波高分析器で構成される放射線計測部と、その測定値から荷電粒子を定量する荷電粒子放出量演算装置と、その分析結果を表示する表示モニタとを備え、測定チェンバに真空排気装置と、清浄ガスを供給置換するためのガス置換装置を設けた低レベルの定量分析のための荷電粒子測定装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−５０２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、放射能強度を定量評価するための測定試料は、磨り潰して、又は、灰化してから磨り潰して、化学処理で濃縮して電着や平板塗布、蒸発乾固等により極薄い測定試料を製作して用いられるのが一般的であり、そのような測定試料作製に手間暇が掛かっていた。近年、各種粒状の測定試料に対するα線の定量測定の要請が増えてきた。
しかしながら、測定試料を粒状のまま扱う場合、α線を放出する測定試料の表面積が、それぞれの測定試料ごとに異なり、検出効率が異なることになる。その結果、測定結果に対し、測定試料の表面積の違いによる検出効率の補正を手計算等により行う必要がある等の煩雑な作業が必要であった。
【０００４】
本発明の目的は、α線等の荷電粒子を放出する放射性核種を同定したり、放射能強度を測定したりする荷電粒子測定装置において、粒状の測定試料に対しても放射能強度の定量測定が可能な荷電粒子測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の荷電粒子測定装置は、荷電粒子検出器と、荷電粒子検出器と接続されエネルギスペクトル分析を行う放射線計測部を備える荷電粒子測定装置において、測定試料が粒状の場合に、測定試料の形状を形状パターンの類型に分類して、類型毎に粒状の測定試料の形状による検出効率を記憶する記憶手段と、粒状の測定試料の形状がいずれの類型に該当するかを入力する形状パターン入力手段と、放射能強度を算出する荷電粒子放出量演算装置と、を備え、荷電粒子放出量演算装置は、入力された類型に基づいて記憶手段から検出効率を選定し、選定した検出効率と放射線計測部からの出力信号の計数結果とに基づいて、測定試料の放射能強度を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明よれば、測定試料が粒状の場合に、測定試料の形状を形状パターンの類型に分類して、類型毎に粒状の測定試料の形状による検出効率を選定できるので、粒状の測定試料に対しても放射能強度の定量測定が可能な荷電粒子測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
《粒状の測定試料の検出効率》
生活環境に存在する放射能、半導体メモリの構成材料に含まれる放射能等を測定する場合、測定試料は必要に応じて灰化し、磨り潰した後、化学的に濃縮し、電着により作製したり乾固して作製したりする。しかし、植物、土壌、各種半導体材料の場合、測定試料作製の前処理を簡単化し、必要に応じ灰化し、微小な粉末に粉砕したりして、粒状のまま測定したいという要請が強くなっている。
【０００９】
図１の（ａ）に示すように粒状（球状）の測定試料２を、隙間無く無限厚以上の層状に試料設置台４に設置する。ここで、無限厚以上とは、試料設置台４に測定試料２が隙間無く層状に延べられ、その層状の厚さを厚くしても上方に放出されるα線放出量が飽和して変わらない厚さ以上の意味である。
α線は、測定試料２の個々の粒子の表面及び表面より下の極浅い部分から等方的に放出されており、表面より深い位置から放出されたα線、又は、他の測定試料２の粒子の影になった位置から放出されたα線は、遮蔽されて半導体検出器（荷電粒子検出器）１には届かない。
【００１０】
そこで、発明者は、このような無限厚の層状に延べた粒状の測定試料２の検出効率を以下の前提で、各種の粒状の形状について検討を行った。
（１）半導体検出器１の検出効率は、測定試料に因らない半導体検出器１そのものによる固有検出効率ηと、測定試料２の粒子形状及び半導体検出器１と測定試料２との距離で決まる幾何検出効率Γの積である。
（２）半導体検出器１と測定試料２との距離を一定にしたとき、幾何検出効率Γは測定試料２の表面積に略比例して決まる。
（３）試料設置台４の面積は一定（例えば、１６９ｃｍ２）であり、測定試料２は全面に無限厚で層状に延べる。
【００１１】
図１の（ａ）は、粒状（球状）の測定試料２を隙間無く試料設置台４に延べた場合であり、（ｂ）は、粒状（正四角錘）の測定試料２を隙間無く試料設置台４に延べた場合である。（ｃ）は、（ｂ）を上方から見た平面図である。
図２は、粒子の大きさ（球の直径、正四角錘の１辺の長さ）に対する無限厚の測定試料の表面積への影響を示す。横軸は粒状の測定試料２の大きさを示し、球状の測定試料２に対しては直径（φ）を、正四角錘の測定試料２に対しては一辺の長さＡを示している。縦軸は、半導体検出器１側を向いている理論表面積を示している。
測定試料２の粒状の形状パターンが球状の場合も、四角錘の場合も、粒子の大きさに関係なく表面積は一定である。
【００１２】
図２から、粒状の測定試料２の形状パターンが同じであれば、粒径が変わっても表面積が同じとなることが分かる。この形状パターンが同じなら表面積が粒径に因らないことは、粒径の大小が混じった場合に対しても同様である。
更に、実際の砂についても砂の平均粒径と表面積の測定結果の関係を調べたところ、図３に示すように平均粒径に因らず略一定の表面積をしていることが分かった。
尚、図３において表面積を示す縦軸は任意単位（Ａ．Ｕ．）で示してある。砂の粒子の形状は、直方体に近い雑多な形状の粒子が混ざったものである。
【００１３】
よって、予め粒状の形状パターンが前記のように分かっている測定試料２に対して、表面積を算出又は測定して、幾何検出効率Γを求めておいて、図４の（ａ）に示すように測定試料２の形状パターンの類型に分類して幾何検出効率（検出効率Γ１、Γ２、Γ３、Γ４）データをα線測定装置（荷電粒子測定装置）の記憶手段に記憶させておけば、実際にα線放出量を測定するときに検出効率を呼び出して選ぶことにより、煩雑な手作業による補正計算等をせずともα線放射能強度の定量測定が可能となる。
尚、粒径が大きくなると、試料設置台４の平面の半導体検出器１方向の法線に対して角度をなして斜めに半導体検出器１方向へ放出されるα線が測定試料２表面で隣接する粒子に遮蔽されてしまう効果も生じてくる。従って、幾何検出効率Γを平均粒径〈ｒ〉（注：図４の（ｂ）中、上バー付の“ｒ”で表記）の関数として、隣接する粒子による遮蔽の効果を補正しても良い。この関数の数式、係数等の関数データは記憶手段に予め記憶させておく。
【００１４】
《第１の実施の形態》
次に、図５を参照しながら測定試料２の前記粒状の形状パターンに略依存して幾何検出効率が決まるという知見を反映した本発明の第１の実施の形態の荷電粒子測定装置であるα線測定装置について説明する。
α線測定装置１００Ａは、測定試料２を設定してα線を検出する測定チェンバ７、α線の検出信号のエネルギ分析を行う放射線計測部３０、放射能強度を算出するα線放出量演算装置４０Ａ、測定チェンバ７内の空気を排気して清浄ガスと置換する真空排気装置１１及びガス置換装置１２、真空排気装置１１、ガス置換装置１２等を制御する制御ユニット１３、配管、弁等から構成されている。
【００１５】
（測定チェンバの構成）
先ず、測定試料２をセットしてα線（荷電粒子）を測定するための測定チェンバ７の構成について説明する。
測定チェンバ７は、密閉構造の測定室であり、測定チェンバ７の上部には、低レベルのα線を検出する平板型の半導体検出器（荷電粒子検出器）１が図示しない固定台に荷電粒子入射面（以下、検出面と称する）を下向きにして固定されて設けられ、半導体検出器１の信号線２０は、測定チェンバ７の上部から取り出される。
【００１６】
測定試料２は、測定チェンバ７の前面側に設けられた図示しない開閉可能な密封ドアを開閉して、測定チェンバ７内の昇降機５上の試料設置台４に半導体検出器１の検出面に対向するようにセットされ、昇降機５を昇降させることにより測定試料２と半導体検出器１の検出面との距離が調整される。昇降機５は、測定試料２と半導体検出器１の検出面との間の距離（以下、単に距離と称する）を測定するための位置センサ５ａを有している。
【００１７】
尚、前記密封ドアの内面の縁部と、測定チェンバ７の前記密封ドアに対応した開口のフランジ部の縁部外面とは密閉構造になっている。例えば、前記密封ドアの内面の縁部に対応するフランジ部にはＯリング溝が設けられ、このＯリング溝に装着されるＯリングと密封ドアの内面の縁部は鏡面状に形成されている。このように、密封ドアと対応する開口のフランジ部を構成することにより、測定チェンバ７を密封構造にできる構成となっている。
【００１８】
半導体検出器１と測定試料２の間には、バックグラウンド測定時に測定試料２から半導体検出器１に入射するα線を遮蔽するための自動開閉式の遮蔽シャッタを設けても良い。遮蔽シャッタの詳細は前記特許文献１に詳述されているので説明を省略する。又、測定チェンバ７の内壁等から入射する妨害α線を遮蔽するため、半導体検出器１と測定試料２の周囲を囲むように遮蔽壁を設けても良い。この遮蔽壁は、測定試料２面以外の面から半導体検出器１に入射する妨害α線を遮蔽するためのものである（特許文献１、図１参照）。
【００１９】
測定チェンバ７には、真空度モニタ９が設けられ、測定チェンバ７内の真空度、又は、Ｎ２ガス圧を測定（以下では、真空度モニタ９は、単にＮ２ガス圧を測定と記載する）可能となっている。
【００２０】
（真空排気装置、ガス置換装置及び制御ユニット）
次に、測定チェンバ７に配管等を介して接続されている真空排気装置１１とガス置換装置１２について説明する。
測定チェンバ７の下部には配管１０ａが設けられ、この配管１０ａは、電磁式ゲート弁１０ｂを経て、２つの系統に分かれる。一方は、大気開放するために大気開放配管８ａ、電磁式ゲート弁８ｂにつながる大気開放系統である。他方は配管１０ｃにつながる真空排気及びガス置換の系統である。配管１０ｃは更に後記する配管１１ｃと配管１２ｄとに分岐されて、一方は真空排気装置１１へ、他方はガス置換装置１２へ連結されている。
【００２１】
真空排気装置１１は、半導体検出器１と測定試料２の間に存在する気体によってα線が減衰するのを抑制するため、測定チェンバ７内の気体を排気してα線の測定を減圧下で行うためのもので、配管１０ｃに設けられた圧力計１１ｄと、配管１０ｃから枝分かれした配管１１ｃと、それに続く電磁式ゲート弁１１ａと、排気ポンプ１１ｂと、で構成されている。測定チェンバ７は、配管１０ａ、電磁式ゲート弁１０ｂ、配管１０ｃ、１１ｃ、及び電磁式ゲート弁１１ａを介して排気ポンプ１１ｂと連結されている。
【００２２】
ガス置換装置１２は測定チェンバ７内を清浄ガス、すなわち放射性ガスを含まないガスに置換するためのものであり、配管１０ｃから枝分かれした配管１２ｄと、電磁式ゲート弁１２ａと、圧力調節器１２ｂと、置換用ガスボンベ（図５中、Ｎ２ボンベと表示）１２ｃと、で構成されている。測定チェンバ７は、配管１０ａ、電磁式ゲート弁１０ｂ、配管１０ｃ、１２ｄ、電磁式ゲート弁１２ａ及び圧力調節器１２ｂを介して置換用ガスボンベ１２ｃへ連結されている。置換ガスは、窒素（以下、Ｎ２と記載）ガスの他に、放射性ガスを含まないガスである清浄ガスであれば適用できる。以下では、置換ガスはＮ２ガスを利用しているとして説明を行う。
【００２３】
空気中にはウランの崩壊生成物であるラドン（以下、Ｒｎと略す。）やトリウムの崩壊生成物であるトロン（以下、Ｔｎと略す。）が含まれており、ＲｎやＴｎから放出されるα線が本来測定したい対象の測定試料２からのα線に対する大きな妨害放射線（ノイズ又はバックグラウンド）となる。真空排気装置１１により排気して測定チェンバ７内にガス置換装置１２で置換ガスを流入させ、清浄ガスに置換し、更に測定チェンバ７の置換ガスの圧力を大気圧より減圧した状態にすることにより、僅かに残る空気を極めて少なくでき、空気中の妨害放射線を除去することができる。
【００２４】
昇降機５、位置センサ５ａ、真空度モニタ９、各電磁式ゲート弁８ｂ、１０ｂ、１１ａ、１２ａ、排気ポンプ１１ｂ、圧力計１１ｄは、制御ユニット１３と信号線で接続している。
この制御ユニット１３によって昇降機５の昇降、電磁式ゲート弁８ｂ、１０ｂ、１１ａ、１２ａの開閉、排気ポンプ１１ｂの起動、停止、図示しない前記遮蔽シャッタの開閉が自動制御される。
【００２５】
制御ユニット１３は、後記するα線放出量演算装置４０Ａと接続しており、バックグラウンドの測定中を示すバックグラウンド測定モード信号、測定試料２のα線の測定中を示す測定モード信号をα線放出量演算装置４０Ａに出力する。又、それぞれの測定モードにおける、測定チェンバ７内の設定Ｎ２ガス圧の変動限界レベルを超過した場合の、測定中断の信号等をα線放出量演算装置４０Ａに出力し、α線放出量演算装置４０Ａにおける計数開始、計数中断、計数再開、計数終了等、データ処理の制御に用いられる。又、制御ユニット１３は、真空度モニタ９の測定した測定チェンバ７内のＮ２ガス圧と、位置センサ５ａの測定した距離をα線放出量演算装置４０Ａに入力する。
【００２６】
測定チェンバ７を載せる図示しない架台と測定チェンバ７の間には振動を遮断する図示しない緩衝器を設けても良い。更に、配管１０ａは測定チェンバ７との接続部分をフレキシブル配管とすることが好ましい。
又、この架台内には前記配管１０ａ以降の前記大気開放系統と、真空排気及びガス置換の系統を収容する。前記緩衝器を設けたりフレキシブル配管を用いたりすることによって、架台内の排気ポンプ１１ｂ等が動作したときの振動が測定チェンバ７に伝わるのを防止できる。
【００２７】
（放射線計測部）
半導体検出器１でα線を検出したときの出力信号は信号線２０を介して放射線計測部３０に入力され、放射線計測部３０でα線のエネルギが分析された後、α線放出量演算装置４０Ａでデータ処理される。
【００２８】
放射線計測部３０の具体的な構成を以下に簡単に説明する。放射線計測部３０は、半導体検出器１にバイアス電圧を印加するバイアス電源３０ａ、半導体検出器１の電荷収集のためのカップリングコンデンサ３０ｂ、半導体検出器１の出力信号を増幅する前置増幅器３０ｃ、更に前置増幅器３０ｃの出力信号を波高分析に整合するパルス整形のための線形増幅器３０ｄ、線形増幅器３０ｄの後段に設けられるα線のエネルギを計測する波高分析器３０ｅで構成されている。
【００２９】
（α線放出量演算装置）
次に、図６を参照しながらα線放出量演算装置４０Ａの構成について説明する。
α線放出量演算装置４０Ａは、パーソナルコンピュータ等の計算機であり、図６に示すように演算制御を行うＣＰＵ４１Ａ、キーボード４３ａ、マウス４３ｂ等の入力装置（形状パターン入力手段）４３、ハードディスク等の記憶部（記憶手段）４５Ａ、液晶ディスプレイ等の表示モニタ４７ａ、プリンタ４７ｂ等の出力装置４７、データ、信号の入出力のためのインターフェース回路４９、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを有している。
ＣＰＵ４１Ａは、インターフェース回路４９を介して、データ処理結果を表示する表示モニタ４７ａ、必要に応じてデータ処理結果を印刷するプリンタ４７ｂと接続している。
更に、ＣＰＵ４１Ａは、前記制御ユニット１３、放射線計測部３０と接続している。
【００３０】
記憶部４５Ａは、予め放射性核種とその放射性核種から放出される荷電粒子の種類、放出される荷電粒子のエネルギ等のデータをデータライブラリとして格納している。
又、後記の標準α線源によるエネルギ校正データ、及び検出効率データを格納している。検出効率データの中には幾何検出効率及び固有検出効率が含まれる。
【００３１】
ＣＰＵ４１Ａは、予めＲＯＭ又は記憶部４５Ａに格納されたプログラムを読み出して、プログラムを実行するときに機能する機能構成部として、エネルギスペクトル校正部４１ａ、α線エネルギ同定部４１ｂ、バックグラウンド測定部４１ｃ、α線放出量測定部（荷電粒子放出量演算手段）４１ｄ、検出効率選定部（形状パターン入力手段）４１ｅを有している。
エネルギスペクトル校正部４１ａは、測定チェンバ７内の所定のＮ２ガス圧及び測定試料２と半導体検出器１の検出面との所定の距離で、予めエネルギの分かっている標準α線源により、放射線計測部３０からのパルス波高値を計数し、計数分布におけるピーク位置を前記エネルギ校正データとして記憶部４５Ａに登録しておく機能を有する。
【００３２】
α線エネルギ同定部４１ｂは、後記するα線放出量測定部４１ｄが、放射線計測部３０から出力されたパルス波高値を計数した結果を受け、計数分布におけるピーク位置と、記憶部４５Ａに登録されたエネルギ校正データとからα線エネルギを判定し、更にα線のエネルギと前記データライブラリからα線放出核種を特定する。
【００３３】
バックグラウンド測定部４１ｃは、バックグラウンドの測定モードにおける放射線計測部３０からのパルス波高値を計数し、その計数分布を記憶部４５Ａに記憶させる。
尚、バックグラウンドの測定モードにおける計数開始、計数中断、計数再開、計数終了等の制御ユニット１３からの制御信号を受けて、バックグラウンド測定部４１ｃは計数を制御する。
【００３４】
α線放出量測定部４１ｄは、バックグラウンドの測定モード終了後のα線測定モードにおいて、測定試料２に基づく放射線計測部３０からのパルス波高値を計数する。このパルス波高値の計数においては、計数開始、計数中断、計数再開、計数終了等の制御ユニット１３からの制御信号を受けて、α線放出量測定部４１ｄは計数を制御する。
α線測定モードのパルス波高値の計数が終了した後、α線放出量測定部４１ｄは、バックグラウンド測定部４１ｃのバックグラウンド測定結果を用いて、α線放出量を補正する。更に、後記する検出効率選定部４１ｅが選定した幾何検出効率Γと固有検出効率ηを用いて、放射能強度を算出する。
【００３５】
検出効率選定部４１ｅは、本発明の特徴とする部分であり、α線測定開始前のα線放出量演算装置４０Ａの初期条件設定において、記憶部４５Ａに格納された図４の（ａ）に示すような表形式で、測定試料２の粒状の形状パターンを、例えば、「フィラー（球状）」、「砂」、「土壌」、「灰」等と類型化して表示し、類型化された形状パターンに対応する幾何検出効率（図４中では、単に検出効率と表記）Γ１、Γ２、Γ３、Γ４を、表示モニタ４７ａに表示する。そして、操作者が入力装置４３を使用して今回の測定における測定試料２の粒状の形状パターンを選択入力できるようにする。
操作者が形状パターンの選択入力したのを受けて、検出効率選定部４１ｅは、選択された形状パターンに対応する幾何検出効率の値Γを固有検出効率ηとともに記憶部４５Ａに記憶されている検出効率データから読み出し、α線放出量測定部４１ｄに送る。
【００３６】
（ガス置換及び減圧の全体の制御）
次に、図５を参照しながら本実施の形態のα線測定装置におけるガス置換及び減圧の全体の制御を簡単に説明する。
本実施の形態のα線測定装置１００Ａにおいては、前記特許文献１の図３に示されたフローチャートと同じ手順により、制御ユニット１３によりα線の測定を全自動化して行える。
尚、図５に示すα線測定装置１００Ａの構成の符号は前記特許文献１の図３の符号とできるだけ同一の符号としてある。しかし、本実施の形態のα線測定装置１００Ａでは、電磁式ゲート弁８ｂ、１０ｂが追加されており、電磁式ゲート弁１０ｂは、測定チェンバ７に接続される配管１０ａに設けられた元弁、電磁式ゲート弁８ｂは、大気開放配管８ａに設けられた大気開放弁である。又、前記特許文献１の図３のα線放出量演算装置４０に対応するものとして、本実施の形態ではα線放出量演算装置４０Ａが対応し、その中に出力装置４７も含めてある。
【００３７】
測定チェンバ７内のガス置換及び減圧の詳細な手順についても、制御ユニット１３により、前記特許文献１の図４、図５に示されたフローチャートと同じ手順により行われる。
尚、本実施の形態では制御ユニット１３は、測定チェンバ７内のガス置換及び減圧を開始する前に、先ず電磁式ゲート弁８ｂを閉じ、電磁式ゲート弁１０ｂを開いておく。
制御ユニット１３は、真空度モニタ９で測定されたＮ２ガス圧が設定値にまで減圧されたならば、電磁式ゲート弁１１ａを閉じ、排気ポンプ１１ｂを停止し、電磁式ゲート弁１０ｂも閉じる。制御ユニット１３は、測定試料２からのα線の測定又はバックグラウンドの測定中に、測定チェンバ７内のＮ２ガス圧が真空度モニタ９の測定で設定Ｎ２ガス圧の変動限界レベルを超過した場合は、測定を一旦中止する。その後、電磁式ゲート弁１１ａを開き、排気ポンプ１１ｂを起動し、圧力計１１ｄの測定したＮ２ガス圧が真空度モニタ９の測定したＮ２ガス圧より低くなってから電磁式ゲート弁１０ｂを開いて測定チェンバ７内のＮ２ガス圧を低下させるようにする。所定のＮ２ガス圧に到達した後、再度測定を開始する。
尚、α線の測定が終了した後は、制御ユニット１３は、電磁式ゲート弁８ｂ、１０ｂを開いて測定チェンバ７内を大気圧に戻す。
【００３８】
元弁である電磁式ゲート弁１０ｂを配することにより、測定チェンバ７に対して、２重バルブ構成となり、配管側からの漏洩によるガス圧増加（真空度劣化）を抑制できる。
又、元弁である電磁式ゲート弁１０ｂと、圧力計１１ｄを設けることによって、測定中の測定チェンバ７内ガス圧増加による真空排気装置１１の動作の際に、排気ポンプ１１ｂの吸込側配管が十分低い圧に達する前に電磁式ゲート弁１１ａを開くことによる測定チェンバ７の一時的なガス圧の増大（真空度劣化）を防止できる。
【００３９】
本実施の形態における入力装置４３及び検出効率選定部４１ｅは、本発明における形状パターン入力手段を構成する。
【００４０】
（第１の実施の形態の効果）
以上、本実施の形態によれば、α線測定装置１００Ａは、α線の測定開始前のα線放出量演算装置４０Ａの測定条件設定において、表示モニタ４７ａに測定試料２の粒状の形状パターンの類型に依存する幾何検出効率の表を表示し、操作者が入力装置４３（例えば、キーボード４３ａ、マウス４３ｂ）を操作して前記類型を選択入力したのを受けて、測定しようとしている測定試料２の幾何検出効率を容易に設定できる。従ってこれまで必要であった操作者による煩雑な表面積の測定や計算が不要になる。
その結果、粒状の測定試料２の定量的な放射能強度測定が容易に迅速に行える。
又、粒状の測定試料２のまま放射能強度が定量的に測定可能となるので、測定試料の煩雑な前処理が不要となり、この点からも定量的な放射能強度測定が容易に迅速に行える。
【００４１】
本実施の形態においては、図４の（ａ）に示したような幾何検出効率Γが測定試料２の類型化された形状パターンにより決まる例で説明したが、図４の（ｂ）に示すように幾何検出効率Γが測定試料２の類型化された形状パターンと平均粒径〈ｒ〉（注：図４の（ｂ）中、上バー付の“ｒ”で表記）の関数として、記憶部４５Ａに記憶され、α線測定装置１００Ａは、α線の測定開始前のα線放出量演算装置４０Ａの測定条件設定において、表示モニタ４７ａに測定試料２の粒状の形状パターンの類型に依存する幾何検出効率の表を表示し、更に平均粒径を入力することを可能としている。α線放出量演算装置４０Ａは、操作者が入力装置４３（例えば、キーボード４３ａ、マウス４３ｂ）を操作して前記類型を選択入力し、平均粒径を入力したのを受けて、測定しようとしている測定試料２の幾何検出効率を容易に設定できるので、これまで必要であった操作者による煩雑な表面積の測定や計算が不要になる。
尚、平均粒径〈ｒ〉は、レーザ顕微鏡等による表面観察等により容易に計測することができる。
【００４２】
このように幾何検出効率Γを平均粒径〈ｒ〉の関数とすることにより、粒径が大きい場合に、試料設置台４の平面の半導体検出器１方向の法線に対して角度をなして斜めに半導体検出器１方向へ放出されるα線が測定試料２表面で隣接する粒子に遮蔽されてしまう効果も考慮したより精度の高い幾何検出効率Γを用いて、より精度の高い放射能強度が算出できる。
【００４３】
本実施の形態においては、半導体検出器１の検出面と測定試料２との距離は、昇降機５と位置センサ５ａにより試料設置台４の位置を所定の距離に移動させるものとしたがそれに限定されない。測定試料２毎に距離を変えて設定可能としても良い。その場合、予め幾何検出効率Γ、エネルギ校正データを前記距離の関数として予め記憶部４５Ａに記憶しておく。
尚、本実施の形態のα線測定装置は、β線も測定可能である。
【００４４】
《第２の実施の形態》
次に、図７から図９を参照しながら本発明の第２の実施の形態の荷電粒子測定システムについて説明する。
本実施の形態の荷電粒子測定システム２００Ａは、図７に示すようにα線測定装置１００Ｂと、検出効率取得演算装置５０Ａから構成されている。
【００４５】
α線測定装置１００Ｂは、測定試料２を設定してα線を検出する測定チェンバ７、α線の検出信号のエネルギ分析を行う放射線計測部３０、放射能強度を算出するα線放出量演算装置４０Ｂ、測定チェンバ７内の空気を排気して清浄ガスと置換する真空排気装置１１及びガス置換装置１２、真空排気装置１１、ガス置換装置１２等を制御する制御ユニット１３、配管、弁等から構成されている。
本実施の形態におけるα線測定装置１００Ｂは、第１の実施の形態のα線測定装置１００Ａとは、α線放出量演算装置４０Ａの代わりにα線放出量演算装置４０Ｂを備えているだけで、他は同じ構成である。第１の実施の形態のα線測定装置１００Ａと同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
検出効率取得演算装置５０Ａは、レーザ顕微鏡本体５１及び表面観察装置５３から構成される光学観測装置５２と、検出効率を算出する検出効率演算装置５５Ａとから構成されている。
光学観測装置５２は、例えばレーザ顕微鏡であり、共焦点光学系を用いた走査型のレーザ顕微鏡本体５１を備え、対物レンズを通して、測定試料２にレーザ光源からのビーム光を当て、測定試料２からの反射光をピンホールを通して検出装置で検出し、検出信号を表面観察装置５３にて画像に再構成するものである。
【００４７】
図７に示すように表面観察装置５３は、パーソナルコンピュータ等の計算機であり、演算を行うＣＰＵ５３ａ、液晶ディスプレイ等の表示モニタ５３ｂ、キーボード、マウス等の入力部５３ｃ、図示しないインターフェース回路、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、ハードディスク等の記憶部等からなる。ＣＰＵ５３ａは、前記検出効率演算装置５５Ａと接続している。
ＣＰＵ５３ａは、レーザ顕微鏡の表面観察機能に必要なプログラムを前記ハードディスクから読み出して、プログラムを実行するときに機能する機能構成部として、例えば、測定試料２の粒状の形状パターンを判定する形状パターン類型取得部６１、平均粒径〈ｒ〉を算出する平均粒径算出部６３、測定試料２の表面積を算出する表面積算出部６５を有している。
【００４８】
図８にレーザ顕微鏡本体５１による表面観察における粒状の測定試料２の１つの粒子の走査を模式的に示す。Ｌ１、Ｌ２、・・・ＬＸは、レーザ光による走査線である。この様に走査することにより、粒子の形状、粒径が得られ、これを測定試料２の、例えば代表的な表面の所定の面積領域に含まれる個々の粒子に対して繰り返すことにより、測定試料２の粒状の形状パターンの判定、平均粒径〈ｒ〉、測定試料２全体の表面積の算出がなされる。
【００４９】
検出効率演算装置５５Ａは、パーソナルコンピュータ等の計算機であり、図７に示すように演算を行うＣＰＵ５５ａ、液晶ディスプレイ等の表示モニタ５５ｂ、キーボード、マウス等の入力部５５ｃ、ハードディスク等の記憶部５５ｄ、図示しないインターフェース回路、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ等からなる。ＣＰＵ５５ａは、前記表面観察装置５３のＣＰＵ５３ａとインターフェース回路を介して接続している。
ＣＰＵ５５ａは、記憶部５５ｄから必要なプログラムを読み出して、プログラムを実行するときに機能する機能構成部として、表面観察装置５３により得られた形状ファクタ（形状パターン、平均粒径〈ｒ〉、表面積）をＣＰＵ５３ａから入力されて取得する形状ファクタ入力部７１Ａ、形状ファクタ入力部７１Ａが取得した測定試料の形状パターン、平均粒径〈ｒ〉、表面積に基づいて幾何検出効率Γを算出し、更に固有検出効率ηを乗じて検出効率を算出する検出効率算出部７３Ａを有している。
具体的には、記憶部５５ｄには、幾何検出効率Γの算出に当たって必要な、粒状の形状パターンの類型ｉ毎に、表面積Ｓ、平均粒径〈ｒ〉の関数、例えば、次式のような関数の数式及び係数等の関数データが格納され、形状パターンの類型ｉに対する幾何検出効率Γｉが算出できるようになっている。
Γｉ＝ａｉ×Ｓ＋ｂｉ（〈ｒ〉）    ・・・・（１）
ここで、ａｉは、形状パターンの類型ｉ毎に決まる係数であり、ｂｉ（〈ｒ〉）は、平均粒径〈ｒ〉に依存する補正ファクタである。
尚、幾何検出効率Γｉの算出に当たっては、予め半導体検出器１の検出面と測定試料２との距離が入力部５５ｃから入力されるか、または、所定値に決められおり、その距離に対応する幾何検出効率Γｉが上式により算出される。
そして、算出された幾何検出効率Γｉに固有検出効率ηを乗じて検出効率とする。
検出効率演算装置５５Ａは、α線測定装置１００Ｂのα線放出量演算装置４０Ｂと接続し、算出した検出効率を入力する。
【００５０】
次に、図９を参照しながらα線測定装置１００Ｂのα線放出量演算装置４０Ｂについて説明する。
α線放出量演算装置４０Ｂは、パーソナルコンピュータ等の計算機であり、図９に示すように演算制御を行うＣＰＵ４１Ｂ、キーボード４３ａ、マウス４３ｂ等の入力装置４３、ハードディスク等の記憶部４５Ｂ、液晶ディスプレイ等の表示モニタ４７ａ、プリンタ４７ｂ等の出力装置４７、データ、信号の入出力のためのインターフェース回路４９、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを有している。
ＣＰＵ４１Ｂは、インターフェース回路４９を介して、データ処理結果を表示する表示モニタ４７ａ、必要に応じてデータ処理結果を印刷するプリンタ４７ｂと接続している。
更に、ＣＰＵ４１Ｂは、前記制御ユニット１３、放射線計測部３０と接続している。
第１の実施の形態におけるα線放出量演算装置４０Ａと同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
尚、記憶部４５Ｂは、予め放射性核種とその放射性核種から放出される荷電粒子の種類、放出される荷電粒子のエネルギ等のデータをデータライブラリとして格納している。
又、前記の標準α線源によるエネルギ校正データを格納している。
【００５２】
ＣＰＵ４１Ｂは、予めＲＯＭ又は記憶部４５Ｂに格納されたプログラムを読み出して、プログラムを実行するときに機能する機能構成部として、エネルギスペクトル校正部４１ａ、α線エネルギ同定部４１ｂ、バックグラウンド測定部４１ｃ、α線放出量測定部（荷電粒子放出量演算手段）４１ｄ、検出効率取得部（検出効率取得手段）４１ｆを有している。
ＣＰＵ４１Ｂは、インターフェース回路４９を介して検出効率演算装置５５ＡのＣＰＵ５５ａと接続しており、検出効率取得部４１ｆは、検出効率演算装置５５Ａから検出効率を取得してα線放出量測定部４１ｄに入力する。
α線放出量測定部４１ｄは、α線測定モードのパルス波高値の計数が終了した後、バックグラウンド測定部４１ｃのバックグラウンド測定結果を用いて、α線放出量を補正する。更に、検出効率取得部４１ｆが取得した検出効率を用いて、放射能強度を算出する。
具体的には、操作者がα線の測定開始前のα線放出量演算装置４０Ｂの条件設定において、表示モニタ４７ａに測定試料２に対する検出効率入力モードの画面を表示させ、入力装置４３（例えば、キーボード４３ａ、マウス４３ｂ）を操作して検出効率演算装置５５Ａから検出効率を取得する操作を行うことにより、容易に検出効率が設定できる。
【００５３】
本実施の形態における入力装置４３及び検出効率取得部４１ｆは、本発明における検出効率取得手段を、光学観測装置５２及び形状ファクタ入力部７１Ａは、本発明における形状ファクタ取得手段を構成する。
【００５４】
（第２の実施の形態の効果）
以上、本実施の形態によれば、荷電粒子測定システム２００Ａは、α線の測定開始前のα線放出量演算装置４０Ｂの測定条件設定において、操作者の入力装置４３の操作による検出効率演算装置５５Ａからの検出効率のデータ取り込み指示を受けて、測定試料２に対する検出効率を検出効率演算装置５５Ａから取り込んで設定できる。従って、これまで必要であった煩雑な表面積の計算が不要になる。
又、レーザ顕微鏡本体５１及び表面観察装置５３からなる光学観測装置５２を用いることにより、容易に粒状の測定試料２の形状ファクタ（形状パターン、平均粒径〈ｒ〉、表面積）が測定でき、得られた形状ファクタから容易に検出効率が算出できる。
その結果、粒状の測定試料２の定量的な放射能強度測定が容易に迅速に行える。又、粒状の測定試料２のまま放射能強度が定量的に測定可能となるので、測定試料の煩雑な前処理が不要となり、この点からも定量的な放射能強度測定が容易に迅速に行える
【００５５】
（第２の実施の形態の変形例）
次に第２の実施の形態の変形例について説明する。
第２の実施の形態においては、光学観測装置５２を用いたが、粒状の形状パターンが、球状、立方体等特徴的な物については、その平均粒径を測定するものとしてレーザ顕微鏡のような高価な測定装置を必要とせず、図１０に示すような粒径の混じった測定試料２Ａを粒径ふるいに掛けて、粒径のそろった測定試料２を調整して、粒径ふるい５６のメッシュで決まる平均粒径〈ｒ〉を得ても良い。
本変形例において、荷電粒子測定システム２００Ｂは、粒径ふるい５６及び検出効率演算装置５５Ｂから構成された検出効率取得演算装置５０Ｂと、α線測定装置１００Ｂとから構成される。
【００５６】
検出効率演算装置５５Ｂは、パーソナルコンピュータ等の計算機であり、図１０に示すように基本的に第２の実施の形態における検出効率演算装置５５Ａと同じである、演算を行うＣＰＵ５５ａの形状ファクタ入力部７１Ａが形状ファクタ入力部７１Ｂに、検出効率算出部７３Ａが検出効率算出部７３Ｂ代わっただけである。
形状ファクタ入力部７１Ｂは、操作者が入力部５５ｃにより、例えば、図４の（ｂ）に示すような表を表示させ、形状ファクタ（測定試料の形状パターン、平均粒径〈ｒ〉）、半導体検出器１の検出面と測定試料２との距離等を入力可能とするものである。検出効率算出部７３Ｂは、その形状ファクタの入力を受けて幾何検出効率Γを算出し、更に固有検出効率ηを乗じて検出効率を算出する。
【００５７】
本変形例における入力装置４３及び検出効率取得部４１ｆは、本発明における検出効率取得手段を、粒径ふるい５６、入力部５５ｃ及び形状ファクタ入力部７１Ｂは、本発明における形状ファクタ取得手段を構成する。
このように、簡単な粒径ふるい５６を用いても、平均粒径〈ｒ〉を得ることができる。
【００５８】
尚、第１の実施の形態、第２の実施の形態及びその変形例におけるα線測定装置１００Ａ、１００Ｂは、測定チェンバ７内に昇降機５、バックグラウンド測定用の自動開閉式の遮蔽シャッタを有するものとしたが、それに限定されない。
測定チェンバ７の内壁に多段の試料設置台レールを設け、試料設置台４をそのレールの一つに掛けることにより、半導体検出器１の検出面と測定試料２との距離をディスクリートに手動設定できるようにしても良い。
又、バックグラウンド測定用の自動開閉式の遮蔽シャッタを設けず、測定試料２を測定チェンバ７内に設定しないでバックグラウンドを測定後、改めて測定試料２を設定して放射能強度を測定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】粒状の測定試料を説明する図であり、（ａ）は粒径パターンが球状の測定試料の場合、（ｂ）は粒径パターンが正四角錘の測定試料の場合である。（ｃ）は（ｂ）の平面図である。
【図２】測定試料の粒状の形状パターンが球状及び正四角錘の場合の、表面積が粒径に因らないことを説明する図である。
【図３】測定試料が砂の場合の表面積が平均粒径に因らないことを説明する図である。
【図４】形状パターンに依存する幾何検出効率の入力画面の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態であるα線測定装置の構成図である。
【図６】第１の実施の形態におけるα線放出量演算装置の機能ブロック構成図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である荷電粒子測定システムの構成図である。
【図８】レーザ顕微鏡本体による表面観察における粒状の測定試料の走査を模式的に示す図である。
【図９】第２の実施の形態におけるα線放出量演算装置の機能ブロック構成図である。
【図１０】第２の実施の形態の変形例の荷電粒子測定システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
１      半導体検出器（荷電粒子検出器）
２、２Ａ  測定試料
４      試料設置台（試料設置台）
５      昇降機
５ａ    位置センサ
７      測定チェンバ
９      真空度モニタ
１１    真空排気装置
１２    ガス置換装置
１３    制御ユニット
２０    信号線
３０    放射線計測部
３０ａ  バイアス電源
３０ｂ  カップリングコンデンサ
３０ｃ  前置増幅器
３０ｄ  線形増幅器
３０ｅ  波高分析器
４０Ａ、４０Ｂ  α線放出量演算装置
４１Ａ、４１Ｂ  ＣＰＵ
４１ａ  エネルギスペクトル校正部
４１ｂ  α線エネルギ同定部
４１ｃ  バックグラウンド測定部
４１ｄ  α線放出量測定部（荷電粒子放出量演算手段）
４１ｅ  検出効率選定部
４１ｆ  検出効率取得部（検出効率取得手段）
４３    入力装置（検出効率取得手段）
４５Ａ  記憶部（記憶手段）
４５Ｂ  記憶部
５０Ａ、５０Ｂ  検出効率取得演算装置
５１    レーザ顕微鏡本体
５２    光学観測装置
５３    表面観察装置
５３ａ  ＣＰＵ
５３ｂ  表示モニタ
５３ｃ  入力部
５４    粒子
５５Ａ、５５Ｂ  検出効率演算装置
５５ｃ  入力部
５６    粒径ふるい
６１    形状パターン類型取得部
６３    平均粒径算出部
７１Ａ、７１Ｂ  形状ファクタ入力部
１００Ａ、１００Ｂ  α線測定装置（荷電粒子測定装置）
２００Ａ、２００Ｂ  荷電粒子測定システム
【図１】
2007315939.tif 000003
【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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