JPH0723876B2 - 放射線分析装置 - Google Patents
放射線分析装置Info
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- JPH0723876B2 JPH0723876B2 JP60032904A JP3290485A JPH0723876B2 JP H0723876 B2 JPH0723876 B2 JP H0723876B2 JP 60032904 A JP60032904 A JP 60032904A JP 3290485 A JP3290485 A JP 3290485A JP H0723876 B2 JPH0723876 B2 JP H0723876B2
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- Japan
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- mass
- radiation
- substance
- backscattering
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
- G01N23/203—Measuring back scattering
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、放射線を利用して物質の成分を分析する放
射線分析装置に関するものでである。
射線分析装置に関するものでである。
従来より、この種の放射線分析装置としては例えば特開
昭57−1781号公報に示されたものが知られている。この
ものは、N個の元素から構成されている被測定物質に対
し、各元素について応答の異なるN個の放射線測定系
と、これらの各放射線測定係の応答を補正して被測定物
質の単位体積当りの各構成元素の質量の一次結合を導出
する直線化回路とから構成され、該直線化回路の出力に
基づいて四則演算を行ない各構成元素の単位体積中の質
量を算出するものである。さらに、これらの構成元素の
単位体積中の質量から被測定物質の他の特性量も算出で
きるものである。
昭57−1781号公報に示されたものが知られている。この
ものは、N個の元素から構成されている被測定物質に対
し、各元素について応答の異なるN個の放射線測定系
と、これらの各放射線測定係の応答を補正して被測定物
質の単位体積当りの各構成元素の質量の一次結合を導出
する直線化回路とから構成され、該直線化回路の出力に
基づいて四則演算を行ない各構成元素の単位体積中の質
量を算出するものである。さらに、これらの構成元素の
単位体積中の質量から被測定物質の他の特性量も算出で
きるものである。
いま、被測定物質が3種類の場合を例にとり、詳しく説
明する。この方式においては、放射線測定系は放射線の
透過、散乱を測定するなど一般化されたままであるの
で、上記した直線化回路の出力をV1,V2,V3とすると、こ
れらは一般には零ではなく、各元素の単位体積中の質量
X1,X2,X3とは次の式で関係づけられる。
明する。この方式においては、放射線測定系は放射線の
透過、散乱を測定するなど一般化されたままであるの
で、上記した直線化回路の出力をV1,V2,V3とすると、こ
れらは一般には零ではなく、各元素の単位体積中の質量
X1,X2,X3とは次の式で関係づけられる。
V1=K1(a11X1+a12X2+a13X3) V2=K2(a21X1+a22X2+a23X3) V3=K3(a31X1+a32X2+a33X3) なお、K1,K2,K3は装置によつて決まる定数であり、a11,
a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,a33は構成元素と放射線
の相互作用によつて決まる定数である。
a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,a33は構成元素と放射線
の相互作用によつて決まる定数である。
上式より、一般的にX1,X2,X3が求まるが、そのためには
構成元素の数に等しいだけの各構成元素についての応答
の異なる放射線測定系が必要となる。これは、例えば被
測定物質の単位体積中の各元素の質量を求めたいときに
ついても同様であり、構成元素の数に等しいだけの放射
線測定系が必要となる。
構成元素の数に等しいだけの各構成元素についての応答
の異なる放射線測定系が必要となる。これは、例えば被
測定物質の単位体積中の各元素の質量を求めたいときに
ついても同様であり、構成元素の数に等しいだけの放射
線測定系が必要となる。
上記のような従来の放射線分析装置では、上記した例の
場合はX1/(X1+X2+X3),X2/(X1+X2+X3),X3/(X1
+X2+X3)を求めたいときに上記の3つの方程式が必要
となり、そのためには3種類の放射線測定系が必要とな
り装置が複雑になるという問題点があつた。
場合はX1/(X1+X2+X3),X2/(X1+X2+X3),X3/(X1
+X2+X3)を求めたいときに上記の3つの方程式が必要
となり、そのためには3種類の放射線測定系が必要とな
り装置が複雑になるという問題点があつた。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、被測定物質の構成元素の数より1つ小さい数の放
射線測定系を用いることにより、被測定物質の単位体積
中の各構成元素の質量を測定できる放射線分析装置を得
ることを目的とする。
ので、被測定物質の構成元素の数より1つ小さい数の放
射線測定系を用いることにより、被測定物質の単位体積
中の各構成元素の質量を測定できる放射線分析装置を得
ることを目的とする。
この発明に係る放射線分析装置は、X線またはγ線(以
下、X/γ線という)のいずれかの放射線の被測定物質に
よる後方散乱成分を測定する放射線測定系を、被測定物
質の構成元素の数より少ない数だけ設け(複数の物質が
均一に混合している被測定物質に対しては構成している
物質の数より1少ない数だけ設け)、後方散乱した放射
線強度に比例する信号の四則演算により、被測定物質の
単位体積中の各構成元素の質量(複数の物質が均一に混
合している被測定物質に対しては被測定物質の単位体積
中の各構成物質の質量)を求める演算処理装置を設けた
ものである。
下、X/γ線という)のいずれかの放射線の被測定物質に
よる後方散乱成分を測定する放射線測定系を、被測定物
質の構成元素の数より少ない数だけ設け(複数の物質が
均一に混合している被測定物質に対しては構成している
物質の数より1少ない数だけ設け)、後方散乱した放射
線強度に比例する信号の四則演算により、被測定物質の
単位体積中の各構成元素の質量(複数の物質が均一に混
合している被測定物質に対しては被測定物質の単位体積
中の各構成物質の質量)を求める演算処理装置を設けた
ものである。
この発明におけるX/γ線の後方散乱はコンプトン散乱で
記述され、角度θで散乱された光子のもつエネルギーh
ν′は、入射光子のエネルギーをhνとすると次式で表
わされ、これは衝突ターゲツト元素によらない。
記述され、角度θで散乱された光子のもつエネルギーh
ν′は、入射光子のエネルギーをhνとすると次式で表
わされ、これは衝突ターゲツト元素によらない。
(1)式において、m0C2は電子の静止質量であり、511K
eVである。また、θ=πが後方散乱であるので、後方散
乱光子のエネルギーは となり、散乱角θがπからずれると(2)式で示すエネ
ルギーより小さくなる。
eVである。また、θ=πが後方散乱であるので、後方散
乱光子のエネルギーは となり、散乱角θがπからずれると(2)式で示すエネ
ルギーより小さくなる。
次に、コンプトン散乱の確率は、ターゲツト中の電子の
数に比例するので、構成元素によつて異なる。また、こ
の確率は入射光子エネルギーによつても異なるものであ
る。
数に比例するので、構成元素によつて異なる。また、こ
の確率は入射光子エネルギーによつても異なるものであ
る。
ここで、2つの元素から構成される物質による後方散乱
現象について考える(図参照)。
現象について考える(図参照)。
ρ:物質の質量密度 ρ1:元素1の質量密度 ρ2:元素2の質量密度 E0:入射X/γ線の光子エネルギー Es:後方散乱X/γ線の光子エネルギー I0:入射X/γ線の強度 Is:放射線検出器に到達する後方散乱X/γ線の強度 I(x):物質中での深さxにおける透過X/γ線(光子
エネルギーがE0)の強度 σ1(E0):元素1の光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量後方散乱係数 σ2(E0):元素2の光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量後方散乱係数 μ1(E0):元素1の光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量吸収係数 μ2(E0):元素2に光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量吸収係数 μ1(Es):元素1の光子エネルギーEsをもつX/γ
線に対する質量吸収係数 μ2(Es):元素2の光子エネルギーEsをもつX/γ
線に対する質量吸収係数 とすると、X/γ線の減衰は透過厚をdとするとexp〔−
μρd〕と表わされるので I(x)=I0exp〔−{μ1(E0)ρ1+μ2(E0)ρ2}
x〕 (3) となる。ただし、kは定数である。上記の(3)式に
(4)式を代入して、積分を行なうと ρ1,ρ2について整理すると、 {kI0σ1(E0)−Is〔μ1(E0)+μ1(Es)〕}ρ1 +{kI1σ2(E0)−Is〔μ2(E0)+μ2(Es)〕}ρ
2=0 (6) (6)式はρ1,ρ2に関する1次方程式であるが、定数
項は0であるので、(6)式のみからρ1とρ2の比、
従つて の値が元素定数σ,μと入射X/γ線、後方散乱X/γ線の
強度I0,Isから求められる。
エネルギーがE0)の強度 σ1(E0):元素1の光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量後方散乱係数 σ2(E0):元素2の光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量後方散乱係数 μ1(E0):元素1の光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量吸収係数 μ2(E0):元素2に光子エネルギーE0をもつX/γ線に
対する質量吸収係数 μ1(Es):元素1の光子エネルギーEsをもつX/γ
線に対する質量吸収係数 μ2(Es):元素2の光子エネルギーEsをもつX/γ
線に対する質量吸収係数 とすると、X/γ線の減衰は透過厚をdとするとexp〔−
μρd〕と表わされるので I(x)=I0exp〔−{μ1(E0)ρ1+μ2(E0)ρ2}
x〕 (3) となる。ただし、kは定数である。上記の(3)式に
(4)式を代入して、積分を行なうと ρ1,ρ2について整理すると、 {kI0σ1(E0)−Is〔μ1(E0)+μ1(Es)〕}ρ1 +{kI1σ2(E0)−Is〔μ2(E0)+μ2(Es)〕}ρ
2=0 (6) (6)式はρ1,ρ2に関する1次方程式であるが、定数
項は0であるので、(6)式のみからρ1とρ2の比、
従つて の値が元素定数σ,μと入射X/γ線、後方散乱X/γ線の
強度I0,Isから求められる。
被測定物質の構成元素が3以上の場合も同様で、構成元
素数より1つ少ない後方散乱放射線計測系を用いるだけ
で構成元素の成分比が求められる。これは、後方散乱を
表わす方程式が(6)式のようにρi(i=1,2,3…)
の斉1次式となり、定数項を含まないという特殊な事情
によるものである。
素数より1つ少ない後方散乱放射線計測系を用いるだけ
で構成元素の成分比が求められる。これは、後方散乱を
表わす方程式が(6)式のようにρi(i=1,2,3…)
の斉1次式となり、定数項を含まないという特殊な事情
によるものである。
図はこの発明の一実施例を示す放射線分析装置の構成図
であり、水素(H)、炭素(C)、酸素(O)から構成
される物質についての適用を示したものである。図にお
いて、101は配管102内を流れるH,C,Oからなる被測定流
体、103はBeなどの軽元素でできた放射線透過窓、1はA
m−241などの放射線源、2はパルス型の放射線検出器、
3は該放射線検出器2からの信号を増幅する増幅器、4
a,4bはそれぞれ第1および第2の波高弁別器であり、あ
る波高範囲のパルスが入力したときに一定の大きさのパ
ルスを出力する。5a,5bはそれぞれ第1および第2の計
数率計であり、入力するパルスの頻度に比例する例えば
電圧信号を出力する。6は上記の2つの計数率計5a,5b
の出力と、水素,炭素,酸素に対する第1および第2の
光子エネルギーE1,0、E2,0における質量吸収係数μ
H(E1,0),μH(E2,0),μC(E1,0),μ
C(E2,0)μO(E1,0),μO(E2,0)と、質量後方散
乱係数σH(E1,0),σH(E2,0),σC(E1,0),σ
C(E2,0),σO(E1,0),σO(E2,0)と、第1およ
び第2の光子エネルギーに対応し後方散乱された光子が
もつエネルギーE1,s,E2,sにおける質量吸収係数μH(E
1,s),μH(E2,s),μC(E1,s),μC(E2,s),
μO(E1,s),μO(E2,s)との四則演算を行ない、被
測定物質の単位体積中のH,C,O成分の質量を求める演算
処理装置である。
であり、水素(H)、炭素(C)、酸素(O)から構成
される物質についての適用を示したものである。図にお
いて、101は配管102内を流れるH,C,Oからなる被測定流
体、103はBeなどの軽元素でできた放射線透過窓、1はA
m−241などの放射線源、2はパルス型の放射線検出器、
3は該放射線検出器2からの信号を増幅する増幅器、4
a,4bはそれぞれ第1および第2の波高弁別器であり、あ
る波高範囲のパルスが入力したときに一定の大きさのパ
ルスを出力する。5a,5bはそれぞれ第1および第2の計
数率計であり、入力するパルスの頻度に比例する例えば
電圧信号を出力する。6は上記の2つの計数率計5a,5b
の出力と、水素,炭素,酸素に対する第1および第2の
光子エネルギーE1,0、E2,0における質量吸収係数μ
H(E1,0),μH(E2,0),μC(E1,0),μ
C(E2,0)μO(E1,0),μO(E2,0)と、質量後方散
乱係数σH(E1,0),σH(E2,0),σC(E1,0),σ
C(E2,0),σO(E1,0),σO(E2,0)と、第1およ
び第2の光子エネルギーに対応し後方散乱された光子が
もつエネルギーE1,s,E2,sにおける質量吸収係数μH(E
1,s),μH(E2,s),μC(E1,s),μC(E2,s),
μO(E1,s),μO(E2,s)との四則演算を行ない、被
測定物質の単位体積中のH,C,O成分の質量を求める演算
処理装置である。
上記のように構成された放射線分析装置においては、放
射線源1からは59.5KeV,26.3KeV,17.8KeVなどの光子エ
ネルギーをもつγ/X線が放出さされているが、図におい
ては59.5KeVと26.3KeVの入射光子に対応した後方散乱光
子のもつエネルギー48.26KeV,23.85KeVを含む小さなエ
ネルギー幅に入る光子のみを計数するように波高弁別器
4a,4bが設定されている。これらのエネルギー範囲にお
いて、パルス型の放射線検出器2として半値幅が10%よ
りよい検出器は容易に入手できるので、1つの検出器を
用いるだけで、これら2つのエネルギーをもつ後方散乱
γ/X線が別々に測定できる。つまり、第1および第2の
計数率計5a,5bの出力は第1,第2の後方散乱γ/X線の強
度に比例した信号I1,s,I2,sとなり、前述したとおり、
この値値とμ,σの元素定数より四則演算を行ない、単
位体積中の水素,炭素,酸素の質量が求まる。念のため
に計算式を明示しておく、ここで、 σC(E1,0)−P1{μC(E1,0)+μC(E1,s)}≡a
11 σH(E1,0)−P1{μH(E1,0)+μH(E1,s)}≡a
12 σO(E1,0)−P1{μO(E1,0)+μO(E1,s)}≡a
13 σC(E2,0)−P2{μC(E2,0)+μC(E2,s)}≡a
21 σH(E2,0)−P2{μH(E2,0)+μH(E2,s)}≡a
22 σO(E2,0)−P2{μO(E2,0)+μO(E2,s)}≡a
23 とおく、但し、k1,k2は定数、I1,0、I2,0は入射するγ/
X線の強度であり予め決定しておくことができる。
射線源1からは59.5KeV,26.3KeV,17.8KeVなどの光子エ
ネルギーをもつγ/X線が放出さされているが、図におい
ては59.5KeVと26.3KeVの入射光子に対応した後方散乱光
子のもつエネルギー48.26KeV,23.85KeVを含む小さなエ
ネルギー幅に入る光子のみを計数するように波高弁別器
4a,4bが設定されている。これらのエネルギー範囲にお
いて、パルス型の放射線検出器2として半値幅が10%よ
りよい検出器は容易に入手できるので、1つの検出器を
用いるだけで、これら2つのエネルギーをもつ後方散乱
γ/X線が別々に測定できる。つまり、第1および第2の
計数率計5a,5bの出力は第1,第2の後方散乱γ/X線の強
度に比例した信号I1,s,I2,sとなり、前述したとおり、
この値値とμ,σの元素定数より四則演算を行ない、単
位体積中の水素,炭素,酸素の質量が求まる。念のため
に計算式を明示しておく、ここで、 σC(E1,0)−P1{μC(E1,0)+μC(E1,s)}≡a
11 σH(E1,0)−P1{μH(E1,0)+μH(E1,s)}≡a
12 σO(E1,0)−P1{μO(E1,0)+μO(E1,s)}≡a
13 σC(E2,0)−P2{μC(E2,0)+μC(E2,s)}≡a
21 σH(E2,0)−P2{μH(E2,0)+μH(E2,s)}≡a
22 σO(E2,0)−P2{μO(E2,0)+μO(E2,s)}≡a
23 とおく、但し、k1,k2は定数、I1,0、I2,0は入射するγ/
X線の強度であり予め決定しておくことができる。
但し、上記の||は行列式を示す。
また、従来の方法、例えば螢光X線法によつては、水
素,炭素,酸素の螢光X線の光子エネルギーが極めて低
いために、これらを構成元素とする物質の分析は不可能
であつたが、後方散乱線の光子エネルギーは、入射γ/X
線の光子エネルギーによつて決まり自由に選択できるの
で、これらの軽元素を対象とする分析も容易にできると
いう利点もある。
素,炭素,酸素の螢光X線の光子エネルギーが極めて低
いために、これらを構成元素とする物質の分析は不可能
であつたが、後方散乱線の光子エネルギーは、入射γ/X
線の光子エネルギーによつて決まり自由に選択できるの
で、これらの軽元素を対象とする分析も容易にできると
いう利点もある。
なお、上記実施例では2つの後方散乱X/γ線測定系につ
いて共通の放射線源、放射線検出器、増幅器を用いた
が、2つの測定系に別々のものを用いてもよい。また、
放射線源としてAm−241からの59.5KeVと26.3KeVのγ/X
線を用いたがこれらも他のエネルギーを選択することが
できる。さらに、放射線強度に比例した信号を得るのに
計数率計を用いたが、この替りに一定時間内のパルスの
数を計数するやり方でもよい。また、図では単位体積中
の各元素成分を出力するようにしたが、当然これらの量
から導出さされる諸量は容易に分析計の出力とすること
ができる。
いて共通の放射線源、放射線検出器、増幅器を用いた
が、2つの測定系に別々のものを用いてもよい。また、
放射線源としてAm−241からの59.5KeVと26.3KeVのγ/X
線を用いたがこれらも他のエネルギーを選択することが
できる。さらに、放射線強度に比例した信号を得るのに
計数率計を用いたが、この替りに一定時間内のパルスの
数を計数するやり方でもよい。また、図では単位体積中
の各元素成分を出力するようにしたが、当然これらの量
から導出さされる諸量は容易に分析計の出力とすること
ができる。
また、上記実施例ではある物質中の元素を分析する例で
説明したが、いろいろな物質が均一に混つている場合に
ついても、この方法は適用でき、この場合は上述の説明
で元素に対する質量吸収係数、質量後方散乱係数を物質
に対するものと読み替えればよいことは明らかである。
説明したが、いろいろな物質が均一に混つている場合に
ついても、この方法は適用でき、この場合は上述の説明
で元素に対する質量吸収係数、質量後方散乱係数を物質
に対するものと読み替えればよいことは明らかである。
この発明は以上のように、被測定物質の構成元素の数よ
り1だけ少ない数のγ/X線後方散乱測定系と、それら各
γ/X線後方散乱測定系のγ/X線強度および各構成元素に
対する入射光子の質量吸収係数,入射光子の質量後方散
乱係数,後方散乱光子の質量吸収係数の四則演算により
各構成元素の質量成分を求める1つの演算処理装置とを
備えるように構成したので、被測定物質の構成元素の数
より1だけ少ない数のγ/X線後方散乱測定系およびγ/X
線エネルギーで被測定物質の各構成元素の質量を測定す
ることができ、簡単で低コストな放射線分析装置を提供
できる効果がある。
り1だけ少ない数のγ/X線後方散乱測定系と、それら各
γ/X線後方散乱測定系のγ/X線強度および各構成元素に
対する入射光子の質量吸収係数,入射光子の質量後方散
乱係数,後方散乱光子の質量吸収係数の四則演算により
各構成元素の質量成分を求める1つの演算処理装置とを
備えるように構成したので、被測定物質の構成元素の数
より1だけ少ない数のγ/X線後方散乱測定系およびγ/X
線エネルギーで被測定物質の各構成元素の質量を測定す
ることができ、簡単で低コストな放射線分析装置を提供
できる効果がある。
図はこの発明の一実施例による放射線分析装置を示す構
成図である。 図において、1は放射線源、2は放射線検出器、4aは第
1の波高弁別器、4bは第2の波高弁別器、5aは第1の計
数率計、5bは第2の計数率計、6は演算処理装置であ
る。
成図である。 図において、1は放射線源、2は放射線検出器、4aは第
1の波高弁別器、4bは第2の波高弁別器、5aは第1の計
数率計、5bは第2の計数率計、6は演算処理装置であ
る。
Claims (1)
- 【請求項1】放射線源に応じた入射X/γ線の強度を有
し、且つ被測定物質の構成元素の数より1だけ少ない種
類の光子エネルギーを有するX/γ線をその被測定物質に
入射すると共に、その後方散乱X/γ線の強度およびそれ
ら入射した光子エネルギーの種類毎の後方散乱した光子
エネルギーを測定するX/γ線後方散乱測定系と、前記各
X/γ線後方散乱測定系の入射X/γ線の強度,後方散乱X/
γ線の強度,前記各構成元素に基づく入射した光子エネ
ルギーに応じた質量吸収係数,前記各構成元素に基づく
後方散乱した光子エネルギーに応じた質量吸収係数およ
び前記各構成元素に基づく入射した光子エネルギーに応
じた質量後方散乱係数の四則演算により前記各構成元素
の質量成分を求める演算処理装置とを備えた放射線分析
装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60032904A JPH0723876B2 (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | 放射線分析装置 |
US06/831,806 US4817122A (en) | 1985-02-22 | 1986-02-21 | Apparatus for radiation analysis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60032904A JPH0723876B2 (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | 放射線分析装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61193057A JPS61193057A (ja) | 1986-08-27 |
JPH0723876B2 true JPH0723876B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=12371881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60032904A Expired - Lifetime JPH0723876B2 (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | 放射線分析装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
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Publication number | Publication date |
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