<html><head></head><body><h1 class="headings" id="0">放射線検出器　-電離作用を利用した検出器-</h1>
<h2 class="headings" id="1">気体の電離を利用した検出器</h2>
<h4>気体の電離における印加電圧と収集イオン数の関係</h4>
<p><img src="https://i.imgur.com/4zUOUhO.png" alt=""></p>
<ul>
<li>再結合領域
<ul>
<li>印加電圧が低く、電離されたイオンが再結合する</li>
</ul>
</li>
<li>電離領域
<ul>
<li>一次電離で生じたイオンがすべて収集される</li>
<li>エネルギー測定が可能</li>
</ul>
</li>
<li>比例領域
<ul>
<li>ガス増幅された電荷が一次電離のイオンに比例する</li>
<li>エネルギー測定が可能</li>
</ul>
</li>
<li>境界領域（制限比例領域）
<ul>
<li>ガス増幅の比例性がない</li>
</ul>
</li>
<li>GM領域
<ul>
<li>一次電離に関係なく一定波高のパルスが得られる</li>
<li>エネルギー測定は不可能</li>
</ul>
</li>
<li>連続放電領域
<ul>
<li>放電が連続的に起こる</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h4>イオン再結合</h4>
<ul>
<li>電極管電圧：低いほど再結合は起こりやすい</li>
<li>電極間距離：大きくなるほど再結合は起こりやすい</li>
<li>電離箱の形状：円筒型では周辺近傍で再結合が起こりやすい</li>
<li>電極サイズ：小さいほど再結合は起こりやすい</li>
<li>線量率：大きくなるにつれて再結合は起こりやすい</li>
<li>連続放射線とパルス放射線：パルス放射線のほうが再結合は起こりやすい</li>
</ul>
<h3 class="headings" id="2">電離箱線量計</h3>
<h4>電離箱の種類</h4>
<ul>
<li>直流電離箱：イオン対を電流として取り出す</li>
<li>パルス型電流箱：電荷の移動による電極電圧の変動として取り出す</li>
</ul>
<h4>電離箱の特徴</h4>
<ul>
<li>電離箱は大きいほど感度が高い<br>
　体積が大きいと電離容積が増えるため感度が高くなる</li>
<li>印加電圧が高いほど一般再結合は少ない</li>
<li>保護電極（ガードリング）は漏れ電流を減らす役割をする</li>
<li>照射室の温度と気圧の補正は必要であるが、湿度は無視される</li>
<li>ビルドアップキャップによって二次電子平衡となる</li>
<li>一定強度のX線照射では気圧が高くなると線量計の感度が上がり、気温が高くなると感度が下がる</li>
</ul>
<h3 class="headings" id="3">自由空気電離箱</h3>
<ul>
<li>照射線量の絶対測定利用される</li>
<li></li>
</ul>
</body></html>

放射線を計測するために必要な単語や単位などについて学ぶ科目です。

放射線計測学

電離作用を利用した検出器

<h1>放射線検出器　-励起を利用した検出器-</h1>
<h2>シンチレーション検出器</h2>
<h3>シンチレータの種類</h3>
<table>
    <tr>
        <td style="text-align: center">無機シンチレータ</td>
        <td style="text-align: center">有機シンチレータ</td>
        <td style="text-align: center">気体シンチレータ</td>
    </tr>
        <td>NaI(Tl)シンチレータ<br>CsI(Tl)シンチレータ<br>BGOシンチレータ<br>ZnS(Ag)シンチレータ<br>LiI(Eu)シンチレータ</td>
        <td>アントラセン<br>スチルベン<br>プラスチックシンチレータ<br>液体シンチレータ</td>
        <td>キセノン(Xe)<br>クリプトン(Kr)<br>アルゴン(Ar)</td>
</table>
<h3>無機シンチレータの種類・特性</h3>
<ul>
<li>検出効率が高い</li>
<li>エネルギー解析が可能</li>
<li>光の減衰が長い　⇒　高計数率特性は劣る</li>
<li>原子番号・密度が高い　⇒　光子の測定に適する</li>
</ul>
<h4>NaI(Tl)シンチレータ</h4>
<ul>
<li>中・高エネルギーのγ線（X線）測定に適する</li>
<li>潮解性がある（アルミケースに密封されているため、α線・β線の測定はできない）</li>
<li>発光効率が高い</li>
<li>シンチレータの中ではエネルギー分解能が良好（半導体検出器には劣る）</li>
<li>機械的衝撃や熱的変化に弱い</li>
</ul>
<h4>CsI(Tl)シンチレータ</h4>
<ul>
<li>X線・γ線だけでなく、α線やβ線の分離測定が可能</li>
<li>潮解性がない</li>
<li>機械的衝撃や熱的変化に強い</li>
<li>発光効率はNaI(Tl)の約半分</li>
</ul>
<h4>BGOシンチレータ</h4>
<ul>
<li>γ線に対して高い検出効率を持つ</li>
<li>潮解性がない</li>
<li>加工しやすく、ガンマカメラやPET、CTに利用されている</li>
<li>機械的衝撃に強い</li>
</ul>
<h4>ZnS(Ag)シンチレータ</h4>
<ul>
<li>α線の測定にのみ用いられる（光の透過性が悪いため、薄い膜状に塗布して使われる）</li>
<li>エネルギー測定には不向き</li>
<li>NaI(Tl)と同じくらい高感度</li>
</ul>
<h4>LiI(Eu)シンチレータ</h4>
<ul>
<li>低エネルギー中性子（熱中性子）の測定に適する</li>
<li>吸湿性がある</li>
<li><sup>6</sup>Li(n,α)<sup>3</sup>H反応によって放出されるエネルギーが大きいため、γ線との区別が容易</li>
</ul>
<h3>有機シンチレータの種類・特性</h3>
<ul>
<li>光の減衰時間が短い　⇒　高速計数や早い同時計数に適する</li>
<li>実効原子番号が低い　⇒　α線やβ線の測定に適する</li>
<li>構成原子に水素を多く含む　⇒　速い中性子の検出に適する</li>
<li>発光効率が低い　⇒　エネルギー分解能が悪い</li>
<li>発光量とエネルギーの比例性が悪い</li>
</ul>
<h4>アントラセン</h4>
<ul>
<li>主としてβ線の測定に利用される</li>
<li>昇華性がある</li>
<li>発光効率が高い</li>
<li>有機シンチレータの中では減衰時間が長い</li>
</ul>
<h4>プラスチックシンチレータ</h4>
<ul>
<li>α線やβ線、γ線、高速中性子線などに利用される</li>
<li>大型のシンチレータが作成可能　⇒　自己吸収あり</li>
<li>薄いシンチレータも作成可能　⇒　重イオンの測定に利用される</li>
<li>減衰時間が短い　⇒　高速計測に適する</li>
</ul>
<h4>液体シンチレータ</h4>
<ul>
<li>溶媒にはトルエン、キシレンなどが用いられ、溶質は第一（PPOなど）と第二（POPOPなど）からなる</li>
<li>第二溶質を波長シフタと呼び、主として低エネルギーβ線核種およびα線の測定に使用される</li>
<li>低エネルギーβ線核種（<sup>3</sup>Hや<sup>14</sup>C）の測定に使用されるが、α線や高速中性子線の測定も可能</li>
<li>減衰時間の差異を利用したパルス波形弁別測定が可能</li>
</ul>
<hr>
<h4>液体シンチレーションカウンタの利点と欠点</h4>
<p>利点</p>
<ol>
<li>放射性試料自身の自己吸収がない</li>
<li>放射性試料とシンチレータとの間の空気層や検出器窓による放射線吸収がない</li>
<li>放射性試料は液体シンチレーション溶液で囲まれているので4π計測が可能<br>
　⇒幾何学的効率の補正が不要</li>
</ol>
<p>欠点</p>
<ol>
<li>放射性試料を溶解することに起因するクエンチング（消光現象）がある
<ul>
<li>科学クエンチング、酸素クエンチング　⇒　発光以前</li>
<li>色クエンチング、濃度クエンチング　⇒　発光以後</li>
</ul>
</li>
<li>ケミカルルミネセンス、フォトルミネセンスが生じる
<ul>
<li>ケミカルルミネセンス：化学反応によって引き起こされる疑似発光で、アルカリや過酸化物の添加などで生じる</li>
<li>フォトルミネセンス　：サンプルやバイアルに紫外線が当たることで起こる疑似発光</li>
</ul>
</li>
<li>放射性試料を液体シンチレーション溶液に溶解する必要がある</li>
</ol>
<h4>クエンチングの補正方法</h4>
<ol>
<li>内部標準（線源）法</li>
<li>外部標準（線源）法：ESC法</li>
<li>試料チャネル比法</li>
<li>外部標準（線源）チャネル比法：ESCR法</li>
<li>効率トレーサ法</li>
</ol>
<h2>熱ルミネセンス線量計（TLD）</h2>
<h3>熱ルミネセンス線量計の特徴</h3>
<ul>
<li>グロー曲線（加熱温度と蛍光量の関係を表した曲線）を用い、グロー曲線内の面積を積分することにより照射した放射線量を求める</li>
<li>エネルギー測定には適さない</li>
<li>積算線量の測定をする</li>
</ul>
<h3>熱ルミネセンス線量計の代表的な素子</h3>
<ul>
<li>[CaSiO<sub>4</sub>：Tm]</li>
<li>[Mg<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>：Tb]</li>
<li>[LiF：Mg]</li>
<li>[BeO：Na]</li>
</ul>
<h3>熱ルミネセンス線量計の長所・短所</h3>
<p>長所</p>
<ol>
<li>小型軽量であり、フェーディングが少なく比較的長時間の測定が可能</li>
<li>素子にもよるが、線量測定範囲が広い</li>
<li>照射後、リーダーを用いて迅速に測定可能</li>
<li>素子の選択範囲が広い</li>
<li>補償フィルタホルダを用いれば、X線、γ線及びβ線の混在場でも分離測定が可能</li>
<li>熱アニーリングにより繰り返し使用可能<br>
短所</li>
<li>素子間の感度のばらつきが比較的大きい</li>
<li>使用開始時にアニーリングを必要とする</li>
<li>衝撃によって疑似発光する可能性がある</li>
<li>高温・多湿下ではフェーディングが大きくなる</li>
<li>素子によっては初期フェーディングが大きい</li>
<li>一度測定を行うと初期化されるため、再測定（再読取り）ができない</li>
<li>器械的強度が弱く比較的高価である</li>
</ol>
<h2>蛍光ガラス線量計</h2>
<h3>蛍光ガラス線量計の特徴</h3>
<ul>
<li>銀活性リン酸塩ガラスを用いた蓄積型放射線検出器</li>
<li>個人被ばく線量測定や長期環境モニタリングに適する</li>
</ul>
<p><img src="https://i.imgur.com/pvzxjx0.png" alt=""></p>
<h3>蛍光ガラス線量計の長所・短所</h3>
<p>長所</p>
<ol>
<li>フェーディングが極めて少ないため、長期間の積算線量が測定可能</li>
<li>感度が高く、線量測定範囲が広い。また、線量率依存性が小さい</li>
<li>素子間の感度のばらつきが小さい</li>
<li>測定値読み取り後も何度も読み取ることが可能</li>
<li>熱アニーリングにより再使用が可能</li>
<li>小型軽量<br>
短所</li>
<li>蛍光のビルドアップがある（70℃で30～40分間の加熱処理を行うか、室温であれば約24時間経過後に読み取り作業を小野なう必要がある）</li>
<li>プレドーズ（ガラス素子固有の傾向成分）を測定値から差し引くことが必要</li>
<li>低エネルギーX線、γ線ではエネルギー依存性が悪くなる</li>
</ol>
<h2>光刺激ルミネセンス線量計（OSL）</h2>
<h3>光刺激ルミネセンス線量計の特徴</h3>
<ul>
<li>蛍光には「ルミネセンス（420nm）」と「レーザー光（532nm）」が混在しているため、バンドカットフィルタを用いてPMTに入る緑色の光をカットし弁別する</li>
</ul>
<p><img src="https://i.imgur.com/XcdgLyX.png" alt=""></p>
<h3>光刺激ルミネセンス線量計の長所・短所</h3>
<p>長所</p>
<ol>
<li>素子のフェーディングが極めて少なく、長時間の集積線量が測定可能</li>
<li>感度が高く、線量測定範囲が広い。線量直線性も良好</li>
<li>繰り返し測定可能</li>
<li>エネルギー特性が良い</li>
<li>光アニーリングにより再使用可能<br>
短所</li>
<li>素子間の感度のばらつきが若干ある</li>
</ol>
<h2>各種線量計の比較</h2>
<table>
    <tr>
        <td style="text-align: center"></td>
        <td style="text-align: center">TLD</td>
        <td style="text-align: center">蛍光ガラス線量計</td>
        <td style="text-align: center">OSL線量計</td>
    </tr>
    <tr>
        <td style="text-align: center">検出部</td>
        <td style="text-align: center">LiF,BeOなど</td>
        <td style="text-align: center">銀活性リン酸塩ガラス</td>
        <td style="text-align: center">酸化アルミニウム</td>
    </tr>
    <tr>
        <td style="text-align: center">測定線量範囲</td>
        <td style="text-align: center">素子によって異なる</td>
        <td style="text-align: center">10μGy～10Gy</td>
        <td style="text-align: center">10μGy～10Gy</td>
    </tr>
    <tr>
        <td style="text-align: center">測定対象放射線</td>
        <td style="text-align: center">X,γ,β,熱中性子(LiF) </td>
        <td style="text-align: center">X,γ,β</td>
        <td style="text-align: center">X,γ,β</td>
    </tr>
    <tr>
        <td style="text-align: center">読み取り方法</td>
        <td style="text-align: center">加熱処理</td>
        <td style="text-align: center">紫外線照射</td>
        <td style="text-align: center">可視光照射</td>
    </tr>
    <tr>
        <td style="text-align: center">読み取り回数</td>
        <td style="text-align: center">一度のみ</td>
        <td style="text-align: center">繰り返し可能</td>
        <td style="text-align: center">繰り返し可能</td>
    </tr>
    <tr>
        <td style="text-align: center">アニーリング</td>
        <td style="text-align: center">加熱処理</td>
        <td style="text-align: center">加熱処理</td>
        <td style="text-align: center">可視光照射</td>
    </tr>
    <tr>
        <td style="text-align: center">フェーディング</td>
        <td style="text-align: center">素子によって異なる</td>
        <td style="text-align: center">極めて小さい</td>
        <td style="text-align: center">極めて小さい</td>
    </tr>
</table>


励起を利用した検出器

<h1>測定値の処理</h1>
<h2>標準偏差の計算</h2>
<h3>計数の標準偏差</h3>
<p>計数をn（カウント）とする<br>
　<strong>n±√n</strong></p>
<h3>計数率の標準偏差</h3>
<p>計数をn（カウント）、測定時間をt（s）とする<br>
　n/t±√n/t　→　n/t±√(n/t<sup>2</sup>) 　または　n/t±√(n/t/t)</p>
<p>⇒<strong>計数率±√(計数率/測定時間)</strong></p>
<h3>標準偏差の四則演算</h3>
<p>ある測定値をx,y、その標準偏差をδ<sub>x</sub>,δ<sub>y</sub>とする</p>
<ul>
<li><strong>和　(x+y)±√(δ<sub>x</sub><sup>2</sup>+δ<sub>y</sub><sup>2</sup>)</strong></li>
<li><strong>差　(x-y)±√(δ<sub>x</sub><sup>2</sup>+δ<sub>y</sub><sup>2</sup>)</strong></li>
<li>積　xy±xy√{(δ<sub>x</sub>/x)<sup>2</sup>+(δ<sub>y</sub>/y)<sup>2</sup>}</li>
<li>商　x/y±x/y√{(δ<sub>x</sub>/x)<sup>2</sup>+(δ<sub>y</sub>/y)<sup>2</sup>}</li>
</ul>
<h3>自然計数を差し引く時の標準偏差</h3>
<p>試料の測定値Ｎと測定時間ｔおよびバックグラウンドの測定値Ｎ<sub>b</sub>と測定時間ｔ<sub>b</sub>が与えられているときの正味の計数率と標準偏差<br>
　(N/t-N<sub>b</sub>/t<sub>b</sub>)±√{(N/t/t)+(N<sub>b</sub>/t<sub>b</sub>/t<sub>b</sub>)}</p>
<p>⇒<strong>計数率-BGの計数率±√{(計数率/測定時間)+(BGの計数率/BGの測定時間)}</strong></p>
<h3>試料とバックグラウンドの測定時間の適正配分</h3>
<p>試料の計数率をn<sub>s</sub>、測定時間をt<sub>s</sub>とし、バックグラウンドの計数率をn<sub>b</sub>、測定時間をt<sub>b</sub>とする<br>
　<strong>t<sub>b</sub>/t<sub>s</sub>＝√(n<sub>b</sub>/n<sub>s</sub>)</strong><br>
　<strong>t<sub>s</sub>+t<sub>b</sub>＝t<sub>total</sub></strong></p>
<p>例）1分測定した時、n<sub>s</sub>＋n<sub>b</sub>＝1600、n<sub>b</sub>＝100となった。全測定時間30分のとき適切な時間配分は？<br>
　t<sub>b</sub>/t<sub>s</sub>＝√(100/1600)＝1/4<br>
\begin{align}<br>
\begin{cases}<br>
t_s&amp;=4t_b \<br>
t_s+t_b&amp;=30<br>
\end{cases}<br>
\end{align}このことからt<sub>s</sub>＝24分、t<sub>b</sub>＝6分となる</p>
<h3>標準誤差</h3>
<p>標準誤差：複数回繰り返し測定した場合の平均値の標準偏差<br>
測定回数をN（回）、平均の平均値<ruby>X<rt>ー</rt></ruby>とする<br>
　<ruby>X<rt>ー</rt></ruby>±√<ruby>X<rt>ー</rt></ruby>/√N　⇒　<strong><ruby>X<rt>ー</rt></ruby>±√(<ruby>X<rt>ー</rt></ruby>/N)</strong></p>
<p>例）測定を4回行い、平均の平均値が100の時<br>
　100±√(100/4)＝100±√5</p>
<h3>時定数から標準偏差を求める</h3>
<p>時定数τ、測定値ｎとする<br>
　標準偏差σ＝√(n/2τ)<br>
　相対標準偏差σ＝1/√2τn</p>
<h2>GM計数管における分解時間による数え落としの補正</h2>
<p>真の計数率ｎ<sub>0</sub>（cps）、測定計数率ｎ(cps)、分解時間τ（s）とする</p>
<h3>数え落としの割合</h3>
<p>(ｎ<sub>0</sub>-n)/ｎ<sub>0</sub>＝ｎτ</p>
<h3>真の計数率</h3>
<p>ｎ<sub>0</sub>＝ｎ/(1-ｎτ)</p>
<h3>真の計数率から実測計数率を求める</h3>
<p>ｎ＝ｎ<sub>0</sub>/(1-ｎ<sub>0</sub>τ)</p>


ラジエーションサプリ

放射線計測学：放射線検出器

電離作用を利用した検出器

この記事の目次

放射線検出器　-電離作用を利用した検出器-

気体の電離を利用した検出器

気体の電離における印加電圧と収集イオン数の関係

イオン再結合

電離箱線量計

電離箱の種類

電離箱の特徴

自由空気電離箱

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カテゴリ：放射線検出器

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カテゴリ：計測の基礎理論