α線照射・測定装置の開発

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(1)Vo1 .2 3( 1 9 8 6 ). 近畿大学原子力研究所年報. ￨論文￨ α線照射・測定装置の開発鶴田隆雄. DevelopmentofanEquipmentCapableofI r r a d i a t i n g andMeasuringAiphaP a r t i c l e s TakaoTSURUTA ( R e c e i v e d] u l y1 8，1 9 8 6 ) I nas t u d ya i m e da tt h ed e v e l o p m e n to fs o l i ds t a t et r a c kd e t e c t o r，ana l p h ap a r t i c 1 ei r r a d i a th a sb e e nshownbyac h a i no ft e s t s t i o n and measurement e q u i p m e n th a sb e e nd e s i g n e d .I c 1 e sc a nber e g u l a t e dc o n t i n u o u s l yandmeasuredw i t ha t h a te n e r g yandf l u xo ft h ea l p h ap a r t i s o l i ds t a t ed e t e c t o randam u l t i c h a n n e lp u l s eh i g h ta n a l y z e r . Thee q u i p m e n ti si n s t r u m e n t a li n d e t e r m i n i n ge f f i c i e n c yandc r i t i c a la n g l ef o re t c h p i tf o r m a t i o n .. KEYWORDS i r r a d i a t i o n，measurment，a l p h ap a r t i c 1 e ，s o l i ds t a t et r a c kd e t e c t o r ，e n e r g y ，f 1 ux ，e f f i c i e n c y ， c r i t i c a la n g l e，e t c h p i t . 国体飛跡検出器の研究・開発を推進して行く上で，. I 緒. 高. 飛跡検出材料の目的とする粒子線に対する検出効率，臨界角等の基本的特性を測定するととは重要である。. 国体飛跡、検出器は，その発見0・ 2 】からすでに四半世. ある飛跡検出材料の特定の種類・エネルギーの粒子線. 紀以上を経過した放射線検出器であるが，今なお発展. に対する検出効率・臨界角を求める実験は各種の重イ. 途上にある。乙の間，飛跡検出材料としての絶縁性物. オン加速器を用いて行うととができる。ただし，一般. 質は，結品からガラス，プラスチックへと拡大し，そ. 的に極めて複雑な装置の専門家による操作・運転が必. れに伴って検出し得る重荷電粒子線も，核分裂片のよ. 要で，十分なマジンタイムの確保が難しい場合が多. うな重いものから α線，陽子線へとしだいに軽いもの. い。一方，適切な α線源があれば，ごく一般的な研究. に拡大して来た。その応用分野は，初期の結晶学など. 室で簡便に α線照射を行う乙とができる。大気中で α. 物性研究から，核物理・核化学，元素濃度分析，年代. 面線源と飛跡検出材料を平行に置き，適当に距離を変. 測定，中性子線量測定，宇宙科学へと拡がって来てい. えて照射するとき，空気中の減速効果を利用して， α. るω， 4 )。特に，飛跡検出材料としての C R-39 プラス. 線の入射エネノレギーをある程度制御するととが可能で. チックの発見5) は. (n，α) 反応によって放出される. ある旬。しかしながら，乙の場合， α線の大気中の飛. 重荷電粒子飛跡や反跳陽子飛跡の検出をきわめて容易. 程が数 cmと短いために入射角をそろえることは難し. にしたので，固体飛跡検出器による中性子線量測定の. い。. 分野に画期的な進歩をもたらした。ポリエチレンをそ. そ乙で，ごく一般的な研究室で，エネノレギーが一定. の表面に密着させて感度を高めた高速中性子用 CR-. で方向のそろった α線を比較的簡単に照射できる装置. 3 9 検出器ペ棚素化合物を溶解させて調製した低速中性子用 CR-39検出器7)等が開発されている。. を設計・製作する乙とにした。 (n.α)反応で放出される粒子は勿論，反跳粒子に対する飛跡検出材料の応答.

(2) 鶴田隆雄 α :線照射-測定装置の開発と対する応答からある程度推定するととがでは， α線 l. 以下に減圧できる。減圧後，容器と真空ポンプの聞の. きるので，国体飛跡検出器の開発研究に役立つことが. コックを閉じ，ニードノレパルプ 1を操作して容器内圧. 期待される。装置は，真空容器，その中に装着される. 力を適切な値に導くととができる。容器内圧力は，. α線源と固体検出器， α線波高分析器，真空ポンプ及. 760-1mmHgの範囲は水銀マノメーターで， 1mmHg. び真空計から成り，先行の同種の装置の製作例9) を. -0.01Torrの範囲はピラニゲージで測定する。. 十分参考にした。と乙では，新設された装置の概要と. α 線源として，アマージャム社製の O . l ， pC iの. その特性試験の結果を述べる。. 2 4 1 A m (半減期: 4 5 8年， 5 ， 486MeV ( 8 6 労 ) ， 5， 4 4 3 13%)，他〕線源を使用した。直径 25mm.厚さ MeV(. 1mmのコイン状の金属の片面中央に直径約 7mm の 4 1 A mが電着されている。 2 ? l ' ガスフローカウ円型に 2. E 装置の概要. 8 4 8 d p s であっンターで測定した α粒子放出率は 3，. 1 設計条件. た。乙の線源を F i g .1 中 2~と示されるように真空容. 固体飛跡検出器の特性を調べるための装置として次. 器上蓋の内側に下向きに取り付けた。線源は，容器の. のような事項を満足する乙とを必要条件とした。 1 ) 平行度の良い α粒子ビームが得られる乙と。. 外からダイヤノレを回転させる乙とによって，格納位置. 2 ) 試料に入射する α粒子エネルギーを，固有の α. から開孔 5の直上の位置に，また α 線検出用固体検. 線放出エネルギーから下方で任意に設定できる. SSD) 4の直上にと水平移動させることができ出器 (. とと。. る。線源を格納位置にセットしておけば， α線は遮蔽され，試料台上へも SSD にも到達しない。線源と試. と 3 ) 照射位置での α粒子のエネルギースペクト Jレ. 0 料の取り得る距離の最大値は 25cmで，乙の場合:1:1. フラックスを測定できるとと。. 以下の α粒子の平行ビームが得られるととになる。. 4 ) 他の条件を変えるととなく，入射角および照射. 直径 16cmのステンレス製円板状の試料台 3の上方 3cm~とは，直径 18cm のアクリル製円板が固定され. 時間を変えて多数の試料を次々と照射できるとと。. ている。乙のアクリ Jレ円板には直径 3cm の開孔があ. 5 ) 線源を頻繁に購入する必要がないよう， α線源. り，その直下の試料にのみ α粒子が入射することにな. は適当に長い半減期を有する乙と。 6 ) 装置を非管理区域でも使えるよう， α線源は法. る。容器の外からの操作で試料台を回転させてもアク. 的な規制を受けない数量のものであるとと。. リJレ円板は回転しないので，試料台上に種々の角度で置かれた試料に次々に α粒子を入射させる乙とができる。. 2 真空容器. 真空容器の側面には，厚さ 20mm のアクリノレ製窓. i g .1 ~乙示す。容器製作した真空容器の断面図を F の主要部は厚さ 15mm のステンレス鋼板からなる。. 6が取り付けられており，照射中の容器内の様子を観. . 0 1 Torr 容器内圧力は真空ポンプで比較的短時間に 0. 察するととができる。ただし， SSD を使って α線スペクトルを測定するときは，乙の窓 l と別に用意されている遮光のための蓋を取り付ける必要がある。. 3 α線波高分析器. α線波高分析器のプロック図を F i g .2~ζ示す。. SSD. 2の S は公称面積 400mm i表面障壁型半導体検出器である。乙の検出器の中央部の 5.4MeVα 粒子に対する検出効率は 100%であるととが確認され，その有効. 2であると測定された。プリンターに面積は 408mm 1: N e e d l eVa 1 ve 2:(1;S o u r c e S: S t a g e 4:SSD 5:Aωerture 6:Window. は収録した波高分布のスペクト Jレ図を直線又は対数で画かせ，また各チャンネ Jレの計数値を印刷させるととができる。高真空中の SSD の上方にトリウム蒸着線源を置き， 2 3 2 T hの 4.0MeV と 2 2 8 T hの 5.4MeV のスペ. F i g .1 Crosss e c t i o n a lviewo ft h ei r r a d i a t i o nvacuumchamber 内 G. nL.

(3) Vo1 .2 3( 1 9 8 6 ). 近畿大学原子力研究所年報. F i g .2 BlockdiagramofaspectrometerusingaS is u r fa ceba r ri er semiconduc tord e t ec t or. 7 6. /. B. 同. さ E ，咽 @ 喝. 3. 100 200. 300. 400. 500. 600. 700. Chan n e l Number. F i g .3 R e l a t i o ns hipbe t ween i n c i den t par t ic 1eener gyandchannelnumbe r ‘. クトノレを取り，一定条件における波高分析器のチャンネノレ数とエネノレギ、ーの関係を求めた。結果の一例を. Fi g . 3I 乙示す。真空容器，真空ポンプ，水銀マノメータ，ピラニゲ. Photo.1 Alpha p a r t ic 1e i r r a d i a t i o n and measurementequipment. ージ，α線スペクトロトータを含む装置全体の写真を. P h o t o .1I 乙示す。. E 実験結果. とれらの実験結果から， α線源と照射試料を適切な距離を隔てて置き，容器内圧力を適切に設定すれば任. 1 容器内圧力と α線エネルギー. 意のエネノレギーの α粒子を照射できるととが分った。. α線源と SS D の距離を 5 cm または1 0cm に固定 SD で測し，容器内空気の圧力を変化させたとき，S. 2 エネルギー吸収材の厚さと α線エネルギー. 定される α線スペクトノレの変化を F i g .4・5I C示す。. と SSDの聞に α線の高真空を保ちながら，α線源、. 高真空から圧力を高めるに従ってスペクトノレの巾がし. ノレの変化を調エネルギー吸収材を置いて α線スペクト. だいに広くなる傾向にあるととが観察される。圧力の. . 8 ， pm のポリエチレンべた。吸収材としては，厚さ 7. i g . 変化に対するスペクトノレ平均エネノレギーの変化を F. テレフタレートフィノレムを使用し，乙れを 1--4枚重. 6I と示す。圧力の増加と共に平均エネノレギーの直線的. ねて使用した。フィルムの枚数の変化に伴うα線スペ. な減少が見られる。. クト jレの変化を F i g .7 I と，平均エネ Jレギーの変化. - 2 3ー.

(4) 鶴田隆雄 α :線照射?測定装置の開発. 2 . 8. 言. 。1.2. γ. 1 . 6. 回. ¥. 2 . 0. D i s t a n c ebetweena -SourceandSSD. ¥ W。. 2 . 4. ¥¥。¥. XV¥. xl( ) 8. 0 . 8 0 . 4 200. 100. 1 0 0. 800. 400. 500. 600. 700. P r e s s u r e(mmHg). F i g .4 Changeo ft h eenergy spectrum o f α p a r t i c l e switht h echamber p r e s s u r e .D i s t a n c ebetweenα s o u r c eand SSD:5cm. F i g .6 Meanenergyo fa p a r t i c l e sf o rd i f f e r e n tchamberp r e s s u r e s. Xl( ) 8. 2 . 8 700. 2 . 4. 司. menHi 〓!. 2 . 0. je11111fl. eau. 6 0 0. 蜘. 6 0 0. . 6 S 1. l i l E -. g. s 2 0 0 1 0 0. 81・ 2 0 . 8 0 . 4 600. 1 0 0 1 0 0. 600. F i g .5 Changeo ft h eenergyspectrum o f α p a r t i c l e switht h echamber p r e s s u r e .D i s t a n c ebetweenα s o u r c eand SSD:10cm. F i g .7 Change o ft h e energy spectrum o fαp a r t i c l e switht h enumbero f s h e e t so fp l a s t i cf i l m . Thicknesso ft h ef i 1m :7.8μm ・・・. は，容器内圧力を制御する方法よりも，容器内圧力をを F i g .8~と示す。容器内圧力を増加させた場合とほ. 高真空に保ちながら吸収材の厚さを適切に設定する方. ぼ同様の結果が得られた。. 法をとる方が良いと考えられる。. 真空容器の関口部のすべてのパルプを閉じ，真空ポ. 現在，との装置を使って， C R-39，硝酸セルロース. ンプを停止して容器内圧力を長時間一定値に保っとと. 等各種プラスチック検出器の臨界角の α線エネ Jレギー. は困難な場合がある。これはパ Jレブの閉じ方，真空保. 依存性の測定を行っている。. 持のためのパッキングの不完全性に由来する。これに. l V 結. 対し，真空ポンプとの接続パルプを聞き，真空ポンプを運転しながら容器内を 0 . 0 1Torr以下の高真空に保. 真空容器， α線源，固体検出器， α線波高分析器，. づととは容易である。乙れは，多少のリークがあっても真空ポンフ。の排気能力がそれを上廻っているからで. 真空ポンプ及び真空計から成る α線照射・測定装置を. ある。従って，線源の α線放出エネ Jレギーより低い α. 設計・製作し，その特性試験を行い，次の結論を得た。. 線エネルギーで試料を長時間照射しようとする場合. ( 1 ) 高真空の下で α線源と照射試料の距離を離すとと. -2 4一.

(5) kll. V01 .23 (1986). 近畿大学原子力研究所年報. ¥ ¥. ¥. .. 検出効率，臨界角等基礎的特性の研究に極めに有効であると考えられる。謝辞. 本研究を進めるにあたり，有益な情報を提供して下さいました放射線医学総合研究所石樽信人氏，実験にど協力いただきました近畿大学理工学部河合政利氏に感謝致します。参考文献 1 )Y oung ，D .A . :Nature182，375( 19 5 8 ). 2. s. 4. T h i lnumbero fs h e e t s. F i g .8 Meanenergyo fα p a r t i c l e sf o rd i f f e r e n tnumbero fs h e e t so fp l a s t i c f i 1m によって，土 1 。以下の平行度のよい α粒子を試料に入射させるととができる。 ( 2 ) 容器内の圧力を調整し，または α線源と試料の間. に吸及材を置くととによって試料に入射する α粒子のエネルギーを任意に設定する乙とができる。 ( 3 ) 照射位置での α粒子のエネルギースペクトルとフ. ラックスを固体検出器と α線波高分析器により測定するととができる。 ( 4 ) 容器外からダイヤノレを回すことによって多数の試. 料を次々と照射することができる。 ( 5 ) とれらの特性から，本装置は，固体飛跡検出器の. 2 )Si 1 k，E .C .H .andB a r n e s，R .S . :P h i l .Mag.4， 970( 19 5 9 ) 3 ) 阪上正信:粒子トラックとその応用，南江堂. ( 19 7 3 ). 4 )F l e i s c h e r，R .L . ， e ta l . : “N u c l e a rT r a c k si n n i v .C a l i f .P r e s s .( 19 7 5 ) S o l i d s "，U 5 )C a r t w r i g h t，B .G .，e ta l . :N u c l .I n s t r .M e t h . 1 5 3，457( 19 7 8 ). 6 )鶴田隆雄:放射線 9，4 6( 19 8 2 ) 7 )T s u r u t a ，T .andJ u t o，N . :J .Nucl.S c i .T e c h n o l . 2 1，8 7 1( 19 8 4 ) 8 ) 鶴田隆雄:近畿大学原子力研究所年報. 2 1，6 9. ( 19 8 4 ). 9 )I s h i g u r e，N.andMatsuoka，0 . :R a d i o i s o t o t e s 3 0，480( 1981 ).

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