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JP6964877B2 - Positron annihilation life measuring device, adjustment method of radiation measuring instrument, radiation measuring instrument - Google Patents
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Positron annihilation life measuring device, adjustment method of radiation measuring instrument, radiation measuring instrument Download PDF

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Description

本発明は、物質内における陽電子の寿命を測定することによって物質の各種の構造を解析するための陽電子消滅寿命測定装置に関する。また、複数の放射線検出器を同時に用いて放射線の計測を行う際の放射線計測器の調整方法に関する。また、複数の放射線検出器が同時に用いられる放射線計測器に関する。 The present invention relates to a positron annihilation lifetime measuring device for analyzing various structures of a substance by measuring the lifetime of positrons in the substance. Further, the present invention relates to a method for adjusting a radiation measuring instrument when measuring radiation using a plurality of radiation detectors at the same time. It also relates to a radiation measuring instrument in which a plurality of radiation detectors are used at the same time.

陽電子の物質中における寿命を測定することによって、金属,半導体等の結晶中の空孔や各種の点欠陥に関する情報が得られる。また,高分子等の絶縁物中ではサブナノからナノスケールの空隙の情報が得られる。このため、陽電子を物質に照射し、物質中でのその寿命を測定する陽電子消滅寿命測定法が用いられている。陽電子消滅寿命測定法は、特に原子空孔等のサブナノからナノスケールの構造評価に対して有効であることが知られている。 By measuring the lifetime of positrons in a substance, information on pores and various point defects in crystals of metals, semiconductors, etc. can be obtained. In addition, information on nanoscale voids can be obtained from sub-nano in insulators such as polymers. For this reason, a positron annihilation lifetime measurement method is used in which a substance is irradiated with positrons and its lifetime in the substance is measured. The positron annihilation lifetime measurement method is known to be particularly effective for sub-nano to nano-scale structural evaluation of atomic vacancies and the like.

陽電子消滅寿命測定法においては、陽電子が物質中の電子と反応して対消滅によって消滅する際の約511keVのエネルギーのγ線を測定することによって、陽電子が消滅したタイミングが認識される。一方、この寿命を計測するための開始タイミングは、陽電子が物質に入射した時点となる。通常の陽電子消滅寿命測定法においては、陽電子源として22Naが用いられ、22Naの原子核がβ崩壊する際に発生する陽電子が測定に用いられる。陽電子源は試料となる物質と接して設けられるため、陽電子が物質に入射したタイミングは、22Na内において原子核がβ崩壊によって発生したタイミングとみなすことができる。このβ崩壊に際しては、陽電子と同時に1.27MeVのエネルギーのγ線が発生するため、このγ線を計測したタイミングが、前記の寿命計測の開始タイミングとされる。このため、1.27MeVのγ線をスタート信号用のγ線(スタート用γ線)とし、約511keVのγ線をストップ信号用のγ線(ストップ用γ線)とし、これらの検出タイミングの時間差を測定することによって、試料中における陽電子の寿命を測定することができる。 In the positron annihilation lifetime measurement method, the timing at which a positron disappears is recognized by measuring a γ-ray having an energy of about 511 keV when the positron reacts with an electron in a substance and disappears by pair annihilation. On the other hand, the start timing for measuring this lifetime is the time when the positron enters the substance. In the usual positron annihilation lifetime measurement method, 22 Na is used as the positron source, and the positron generated when the nucleus of 22 Na decays by β + is used for the measurement. Since the positron source is provided in contact with the sample substance, the timing at which the positron enters the substance can be regarded as the timing at which the atomic nucleus is generated by β + decay in 22 Na. At the time of this β + decay, γ-rays having an energy of 1.27 MeV are generated at the same time as the positrons, so the timing at which the γ-rays are measured is set as the start timing of the life measurement. Therefore, 1.27 MeV γ-rays are used as start signal γ-rays (start γ-rays), and about 511 keV γ-rays are used as stop signal γ-rays (stop γ-rays). The lifetime of positrons in the sample can be measured by measuring.

陽電子消滅寿命測定装置の一般的な構成については、例えば非特許文献1に記載されている。図16は、この陽電子消滅寿命測定装置900の概要を簡略化して示す図である。ここでは、小さな試料Sの中に前記のような陽電子源が設置されているものとする。このため、上記のような2種類のγ線は小さな試料Sから発せられる。スタート信号用γ線γ1を検出するためのγ線検出器(スタート用検出器91)と、ストップ信号用γ線γ2を検出するためのγ線検出器(ストップ用検出器92)が用いられる。どちらのγ線検出器においても、シンチレータと光電子増倍管を組み合わせたものが用いられる。この場合、γ線がシンチレータに入射することによって発生した光パルスを光電子増倍管が検出することによって、1個のγ線光子が入射する度にパルス出力が得られる。また、このパルス出力のパルス高によってγ線のエネルギーが認識できるため、上記のような2種類のγ線の識別が可能であり、波高による弁別を行うことによって、スタート用検出器91がスタート信号用γ線γ1のみを検知し、ストップ用検出器92がストップ信号用γ線γ2のみを検知するような設定とすることができる。 A general configuration of a positron annihilation lifetime measuring device is described in, for example, Non-Patent Document 1. FIG. 16 is a simplified diagram showing an outline of the positron annihilation lifetime measuring device 900. Here, it is assumed that the positron source as described above is installed in the small sample S. Therefore, the above two types of γ-rays are emitted from the small sample S. A γ-ray detector (start detector 91) for detecting the γ-ray γ1 for the start signal and a γ-ray detector (stop detector 92) for detecting the γ-ray γ2 for the stop signal are used. In both γ-ray detectors, a combination of a scintillator and a photomultiplier tube is used. In this case, the photomultiplier tube detects an optical pulse generated by the incident of γ-rays on the scintillator, so that a pulse output is obtained each time one γ-ray photon is incident. Further, since the energy of γ-rays can be recognized by the pulse height of this pulse output, it is possible to distinguish between the two types of γ-rays as described above. It is possible to set so that only the γ-ray γ1 for the stop signal is detected and the detector 92 for the stop detects only the γ-ray γ2 for the stop signal.

このため、図16に示されるように、スタート用検出器91におけるパルス出力P0の直後でストップ用検出器92におけるパルス出力P1が検出される。ここで、パルス出力P1のパルス出力P0からの遅延時間が陽電子の寿命に対応するが、この時間差は実際には非常に小さく、より長いタイムスケールで見た場合には、パルス出力P1とパルス出力P0はほぼ同時であると認識することができる。このため、図16の構成においては、一致検出回路93によってこれらの同時性が認識された場合に、パルス出力P0、パルス出力P1は単一の陽電子発生・消滅イベントに対応していると推定される。このため、一致検出回路93は、これらの同時性が認識された場合にデジタルオシロスコープ94にトリガ信号を発し、デジタルオシロスコープ94がトリガ信号を受信することによって、パルス出力P0、P1がデジタルオシロスコープ94に取り込まれる。ここで、デジタルオシロスコープの代わりに、以下に説明する機能を同様に実現できるデジタイザ等の計測機器を用いることもできる。この際、この測定を容易とするためにパルス出力P1に対して遅延回路95によって一定の遅延時間が付与され、デジタルオシロスコープ94においては、図16に示されるように、パルス出力P0、P1の実際の検出時間の時間差Δtが計測される。一致検出回路93によって同時性が認識されたパルス出力P0、P1が得られる毎にこの測定が行われる。なお、パルス出力P1のパルス出力P0からの遅延時間が陽電子の寿命に対応するが、統計的ゆらぎにより、実際にはこの遅延時間は測定毎に変動する。 Therefore, as shown in FIG. 16, the pulse output P1 in the stop detector 92 is detected immediately after the pulse output P0 in the start detector 91. Here, the delay time of the pulse output P1 from the pulse output P0 corresponds to the lifetime of the positron, but this time difference is actually very small, and when viewed on a longer time scale, the pulse output P1 and the pulse output. It can be recognized that P0 is almost simultaneous. Therefore, in the configuration of FIG. 16, when these simultaneities are recognized by the match detection circuit 93, it is presumed that the pulse output P0 and the pulse output P1 correspond to a single positron generation / extinction event. NS. Therefore, the match detection circuit 93 emits a trigger signal to the digital oscilloscope 94 when these simultaneities are recognized, and the digital oscilloscope 94 receives the trigger signal, so that the pulse outputs P0 and P1 are sent to the digital oscilloscope 94. It is captured. Here, instead of the digital oscilloscope, a measuring device such as a digitizer that can similarly realize the functions described below can be used. At this time, in order to facilitate this measurement, a certain delay time is given to the pulse output P1 by the delay circuit 95, and in the digital oscilloscope 94, as shown in FIG. 16, the actual pulse outputs P0 and P1 are actually used. The time difference Δt of the detection time of is measured. This measurement is performed every time the pulse outputs P0 and P1 whose simultaneity is recognized by the match detection circuit 93 are obtained. The delay time of the pulse output P1 from the pulse output P0 corresponds to the lifetime of the positron, but due to statistical fluctuations, this delay time actually varies from measurement to measurement.

実際にはスタート用検出器91、ストップ用検出器92においては、スタート信号用γ線γ1、ストップ信号用γ線γ2とは異なる放射線成分(バックグラウンド成分等)やノイズ成分も多く検出されるが、その中から、上記のように同時性が認識されたパルス出力P0、P1のみが有効な成分となる。また、陽電子源あるいは試料Sにおいて実際に発生したスタート信号用γ線γ1、ストップ信号用γ線γ2のうち、上記のスタート用検出器91、ストップ用検出器92で検出されるのは実際にはその一部であり、これらの2つの検出器で対として検出されなかった成分は、上記の陽電子消滅寿命測定には全く寄与しない。これらの理由により、スタート用検出器91、ストップ用検出器92で検出されたパルス出力のうち、陽電子消滅寿命測定に寄与する成分は実際には非常に少ない。 Actually, in the start detector 91 and the stop detector 92, many radiation components (background components, etc.) and noise components different from those of the start signal γ-ray γ1 and the stop signal γ-ray γ2 are detected. Among them, only the pulse outputs P0 and P1 whose simultaneity is recognized as described above are effective components. Further, of the γ-rays γ1 for the start signal and the γ-rays γ2 for the stop signal actually generated in the positron source or the sample S, the ones actually detected by the start detector 91 and the stop detector 92 are actually detected. The components that are a part of it and are not detected as a pair by these two detectors do not contribute to the above-mentioned positron annihilation lifetime measurement at all. For these reasons, among the pulse outputs detected by the start detector 91 and the stop detector 92, the components that contribute to the measurement of the positron annihilation lifetime are actually very small.

このため、上記のように同時性が認識されたパルス出力P0、P1が得られる度にΔtを計測し、デジタルオシロスコープ94と接続されたPC(パーソナルコンピュータ)96は、図16に示されるように、測定されたΔtのヒストグラムを生成し、このヒストグラムから、周知の統計的手法によって、陽電子消滅寿命の平均値やそのばらつきを認識することができる。この場合、統計的誤差を小さくして陽電子消滅寿命の測定精度を高めるためには、このヒストグラムにおけるイベント数を多くすることが必要であるため、スタート用検出器91、ストップ用検出器92でのカウント数(サンプル数)を多くすることが有効であり、このためには、測定時間を十分に長くとることが必要となる。実際にこのために要求される測定時間は、例えば4時間以上と長くなった。すなわち、陽電子消滅寿命測定において、十分な測定精度を確保するためには、十分なサンプル数を得るために長い測定時間を要した。 Therefore, the PC (personal computer) 96 connected to the digital oscilloscope 94 by measuring Δt each time the pulse outputs P0 and P1 whose simultaneity is recognized as described above is obtained is as shown in FIG. , The measured Δt histogram is generated, and from this histogram, the average value of the positron annihilation lifetime and its variation can be recognized by a well-known statistical method. In this case, since it is necessary to increase the number of events in this histogram in order to reduce the statistical error and improve the measurement accuracy of the positron annihilation lifetime, the start detector 91 and the stop detector 92 are used. It is effective to increase the number of counts (number of samples), and for this purpose, it is necessary to take a sufficiently long measurement time. The measurement time actually required for this is as long as 4 hours or more, for example. That is, in the positron annihilation lifetime measurement, a long measurement time was required to obtain a sufficient number of samples in order to secure sufficient measurement accuracy.

このため、図16の構成において陽電子消滅寿命を高精度で計測することは実際には容易ではない。こうした点を改善するための技術は、例えば特許文献1に記載されている。ここで記載された構成においては、上記のΔtの測定精度を高めるために、スタート用検出器91、ストップ用検出器92の出力のパルス波形がそれぞれデジタル処理された。 Therefore, it is not easy to measure the positron annihilation lifetime with high accuracy in the configuration of FIG. A technique for improving such a point is described in, for example, Patent Document 1. In the configuration described here, the pulse waveforms of the outputs of the start detector 91 and the stop detector 92 are digitally processed in order to improve the measurement accuracy of Δt.

更に、陽電子消滅寿命測定に有効なγ線を効率的に検出してサンプル数を十分に確保するために、特許文献1には、試料の周囲に多く(3つ以上)のγ線検出器を配置することも記載されている。この構成によって、陽電子の発生・消滅に際して発せられるγ線の検出効率を高め、認識される陽電子の発生・消滅のイベント数を多くすることができる。スタート用検出器が2つ用いられた陽電子消滅寿命測定装置910の構成を図16に対応させて図17に示す。この場合には、同一仕様のスタート用検出器91A、91Bが用いられ、これらのパルス出力P0A、P0Bが共に一致検出回路93、デジタルオシロスコープ94に入力する。この場合には、パルス出力P0Aとパルス出力P1との同時性、パルス出力P0Bとパルス出力P1との同時性が認識され、パルス出力P1と、これと同時性が認識されたパルス出力P0A又はP0Bがデジタルオシロスコープ94に取り込まれ、前記と同様に、Δtが算出され、そのヒストグラムを用いてPC96で寿命が算出される。図17の例ではスタート用検出器が2つ用いられたが、3つ以上を用いることによって陽電子発生の際のγ線の検出効率を更に高めることもできる。あるいは、スタート用検出器を複数用いる代わりにストップ用検出器を複数用いることによって、陽電子消滅の際のγ線の検出効率を高め、認識される陽電子の発生・消滅のイベント数を同様に増やすこともできる。また、スタート用検出器やストップ用検出器を大きくしてそれぞれの検出可能な空間範囲を広げ、同様に検出効率を高めることもできる。すなわち、こうした構成によって、短い測定時間で高精度で陽電子消滅寿命を測定することができると期待される。 Further, in order to efficiently detect γ-rays effective for measuring the positron annihilation lifetime and secure a sufficient number of samples, Patent Document 1 includes a large number (three or more) γ-ray detectors around the sample. It is also described to be placed. With this configuration, the detection efficiency of γ-rays emitted when positrons are generated / extinguished can be increased, and the number of recognized positron generation / extinction events can be increased. The configuration of the positron annihilation life measuring device 910 using two start detectors is shown in FIG. 17 in correspondence with FIG. In this case, start detectors 91A and 91B having the same specifications are used, and these pulse outputs P0A and P0B are both input to the match detection circuit 93 and the digital oscilloscope 94. In this case, the simultaneity of the pulse output P0A and the pulse output P1 and the simultaneity of the pulse output P0B and the pulse output P1 are recognized, and the pulse output P1 and the pulse output P0A or P0B recognizing the simultaneity thereof are recognized. Is taken into the digital oscilloscope 94, Δt is calculated in the same manner as described above, and the life is calculated by the PC 96 using the histogram. In the example of FIG. 17, two start detectors are used, but by using three or more, the detection efficiency of γ-rays at the time of positron generation can be further improved. Alternatively, by using a plurality of stop detectors instead of a plurality of start detectors, the detection efficiency of γ-rays at the time of positron extinction can be improved, and the number of recognized positron generation / extinction events can be similarly increased. You can also. Further, the start detector and the stop detector can be enlarged to widen the detectable spatial range of each, and the detection efficiency can be similarly improved. That is, it is expected that such a configuration can measure the positron annihilation lifetime with high accuracy in a short measurement time.

また、対消滅で発せられるストップ信号用γ線γ2のエネルギースペクトルにおける約511keVの周りの広がり(ドップラー広がり)は、陽電子と反応して対消滅した電子の運動量を反映するため、この広がりを測定することによって、試料Sとなった物質中の電子についての情報が得られる。このため、上記の測定において、更にストップ信号用γ線γ2のエネルギースペクトルを詳細に測定するAMOC(陽電子消滅寿命・運動量相関)測定も行われる。AMOC測定においては、前記のようなタイミングの検出のためにのみ用いられるスタート用検出器、ストップ用検出器(共にシンチレータ+光電子増倍管)と共に、時間分解能はこれよりも劣るが高いエネルギー分解能でγ線のエネルギースペクトルを高精度で測定することができるスペクトル測定用検出器(半導体検出器)が用いられる。このため、AMOC測定においては、3系統でγ線が検出される。一般的に、陽電子の対消滅の際にはほぼ逆向きに2つの光子が発せられるため、この半導体検出器は、試料に対してストップ用検出器とは逆の位置に設置される。 Further, since the spread (Doppler spread) around about 511 keV in the energy spectrum of the stop signal γ-ray γ2 emitted by pair annihilation reflects the momentum of the pair annihilated electron in reaction with the positron, this spread is measured. As a result, information about the electrons in the substance that became the sample S can be obtained. Therefore, in the above measurement, AMOC (positron annihilation lifetime / momentum correlation) measurement, which measures the energy spectrum of the stop signal γ-ray γ2 in detail, is also performed. In AMOC measurement, along with the start detector and stop detector (both scintillator + photomultiplier tube) used only for timing detection as described above, the time resolution is inferior but high energy resolution. A detector for spectrum measurement (semiconductor detector) capable of measuring the energy spectrum of γ-rays with high accuracy is used. Therefore, in AMOC measurement, γ-rays are detected in three systems. Generally, when a pair of positrons annihilates, two photons are emitted in almost opposite directions, so this semiconductor detector is installed at a position opposite to that of the stop detector with respect to the sample.

図16、17のような単純な陽電子消滅寿命の測定のためには、スタート用検出器91、ストップ用検出器92の2系統における検出の同時性が要求されたが、AMOC測定の場合には、上記に加えて更にスペクトル測定用検出器が加わった3系統での検出の同時性が要求される。このため、AMOC測定においては特に検出効率が低くなり、更に長い測定時間が要求され、実際には、一つの測定に1週間以上を要する場合もあった。このため、図17の構成のように、同一の用途(スタート用、ストップ用)で複数の検出器を用いて検出効率を高めることができれば、AMOC測定においては特に有効である。 In order to measure the simple positron annihilation lifetime as shown in FIGS. 16 and 17, simultaneous detection in the two systems of the start detector 91 and the stop detector 92 was required, but in the case of AMOC measurement, the simultaneity of detection was required. In addition to the above, the simultaneity of detection in three systems with the addition of a detector for spectrum measurement is required. For this reason, in AMOC measurement, the detection efficiency is particularly low, a longer measurement time is required, and in reality, one measurement may take one week or more. Therefore, if the detection efficiency can be improved by using a plurality of detectors for the same purpose (for start and stop) as in the configuration of FIG. 17, it is particularly effective in AMOC measurement.

斎藤晴雄、「陽電子寿命測定法」、陽電子科学、第2号、21頁、2014年2月Haruo Saito, "Positron Life Measurement Method", Positron Science, No. 2, p. 21, February 2014

特開2003−215251号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-215251

図17の構成のようにγ線検出器の数を多くすれば、陽電子の生成・消滅の際に発せられるγ線の検出効率を高めることはできるものの、これにより陽電子消滅寿命の測定精度を高めることは実際には困難であった。この理由について説明する。 If the number of γ-ray detectors is increased as shown in FIG. 17, the detection efficiency of γ-rays emitted when positrons are generated and extinguished can be increased, but the measurement accuracy of the positron annihilation lifetime is improved. That was actually difficult. The reason for this will be explained.

図17の構成において計測される時間差Δtは、正確には出力パルスP1と出力パルスP0Aとの間の時間差ΔtAと、出力パルスP1と出力パルスP0Bとの間の時間差ΔtBに大別され、PC96において最終的に得られるヒストグラムは、ΔtとしてΔtAとΔtBとが混在したものとなる。この状況を模式的に図18に示す。図18において、(i)に示されるように、出力パルスP0AによりΔtA、出力パルスP0BによりΔtBが仮に個別に測定され、(ii)に示されるように、ΔtA、ΔtBに関するヒストグラムが得られたものとする。ΔtA、ΔtBは、同一の陽電子発生・消滅現象についての測定値であるために、スタート用検出器91A、91Bとして同一仕様のγ線検出器が用いられた場合には、理想的には(ii)におけるΔtA、ΔtBのヒストグラムは統計的誤差の範囲内で同一となる。この場合、最終的に得られるΔtについてのヒストグラム(iii)は、(ii)における同一となるべき2つのヒストグラムが積算されたものとなるため、(ii)と同一の形状でサンプル数が増強されたものとなる。このため、統計的誤差が減少し、測定時間が短くとも、(iii)のヒストグラムから高精度で陽電子消滅寿命やそのばらつき等を算出することができる。ここで、出力パルスP0A,P0Bが同一の測定チャンネルに入力する場合には、実際にはデジタルオシロスコープ94は、出力パルスP0Aと出力パルスP0Bを識別することができないため、(ii)の各ヒストグラムは得られず、ここで最終的に得られるのは(iii)のヒストグラムとなる。 To be precise, the time difference Δt measured in the configuration of FIG. 17 is roughly classified into the time difference ΔtA between the output pulse P1 and the output pulse P0A and the time difference ΔtB between the output pulse P1 and the output pulse P0B. The finally obtained histogram is a mixture of ΔtA and ΔtB as Δt. This situation is schematically shown in FIG. In FIG. 18, as shown in (i), ΔtA was tentatively measured individually by the output pulse P0A, and ΔtB was tentatively measured by the output pulse P0B, and histograms relating to ΔtA and ΔtB were obtained as shown in (ii). And. Since ΔtA and ΔtB are measured values for the same positron generation / extinction phenomenon, ideally (ii) when γ-ray detectors having the same specifications are used as the start detectors 91A and 91B. ), The histograms of ΔtA and ΔtB are the same within the range of statistical error. In this case, the finally obtained histogram (iii) for Δt is the sum of the two histograms that should be the same in (ii), so that the number of samples is increased with the same shape as in (ii). It becomes a thing. Therefore, even if the statistical error is reduced and the measurement time is short, the positron annihilation lifetime and its variation can be calculated with high accuracy from the histogram of (iii). Here, when the output pulses P0A and P0B are input to the same measurement channel, the digital oscilloscope 94 cannot actually distinguish between the output pulse P0A and the output pulse P0B. What is finally obtained here is the histogram of (iii).

しかしながら、別体とされたスタート用検出器91A、91Bが用いられた場合には、これらが同一仕様であっても、使用された配線長の違い等によって、デジタルオシロスコープ94で認識されるパルス出力のタイミングは一定ではない。例えば、γ線検出器の位置や配線長の3mmのずれは、10psの時間差に対応し、この時間差は、陽電子消滅寿命の測定のために要求される時間分解能と比べて無視できない値であった。このため、図19に示されるように、(ii)において本来は同一となるべきであるΔtA、ΔtBのヒストグラムにおいては、横軸方向における無視できない程度のずれが生じ、これらを重ね合わせた(iii)のヒストグラムは、本来得られるべきΔtのヒストグラム(図18の(iii))とは異なり、このヒストグラムから陽電子消滅寿命等を正確に算出することは困難となった。使用される全ての検出器に対してこうした時間差がないように調整する、あるいはこれを処理時に補正するような構成とすれば、こうした問題点は解消されるが、そのためには多大な労力を要した。 However, when the separate start detectors 91A and 91B are used, even if they have the same specifications, the pulse output recognized by the digital oscilloscope 94 may be due to the difference in the wiring length used. The timing of is not constant. For example, a deviation of 3 mm in the position of the γ-ray detector and the wiring length corresponds to a time difference of 10 ps, and this time difference is a value that cannot be ignored compared with the time resolution required for measuring the positron annihilation lifetime. .. Therefore, as shown in FIG. 19, in the histograms of ΔtA and ΔtB, which should be the same in (ii), a non-negligible deviation occurs in the horizontal axis direction, and these are overlapped (iii). ) Is different from the histogram of Δt that should be originally obtained ((iii) in FIG. 18), and it is difficult to accurately calculate the positron annihilation lifetime and the like from this histogram. If all the detectors used are adjusted so that there is no such time difference, or if this is configured to be corrected at the time of processing, these problems can be solved, but it requires a great deal of effort. bottom.

図17の構成においてはスタート用検出器が2つ用いられたが、スタート用検出器を3つ以上とした場合においては、こうした状況は更に顕著となる。ストップ用検出器を複数設けた場合においても同様である。 In the configuration of FIG. 17, two start detectors are used, but such a situation becomes more remarkable when three or more start detectors are used. The same applies when a plurality of stop detectors are provided.

また、前記の通り、スタート用検出器、ストップ用検出器のシンチレータを高密度にする、あるいは大きくし、これらによる検出対象となる範囲を広くすることによっても検出効率を高めることができる。しかしながら、一般的に、シンチレータをこのように高密度化あるいは大型化した場合には、その時間分解能が劣化するため、陽電子消滅寿命等の測定精度は劣化した。更に、このような単一の高密度あるいは大型のシンチレータをもった検出器を用いた場合、より小型の複数のシンチレータをもった検出器を用いた場合よりも高コストとなった。 Further, as described above, the detection efficiency can be improved by increasing or increasing the density of the scintillators of the start detector and the stop detector and widening the detection target range by these. However, in general, when the scintillator is increased in density or size in this way, the time resolution thereof deteriorates, so that the measurement accuracy such as the positron annihilation lifetime deteriorates. Furthermore, the cost of using such a detector having a single high-density or large scintillator is higher than that of using a detector having a plurality of smaller scintillators.

このため、複数のγ線検出器を用いても、これによって陽電子の寿命等を高精度で測定することは実際には困難であった。あるいは、より一般的には、上記の理由により、複数の放射線検出器を並列に用いた場合に、各放射線検出器を同時に用いて高精度の測定を行うことは困難となった。 Therefore, even if a plurality of γ-ray detectors are used, it is actually difficult to measure the lifetime of positrons with high accuracy. Alternatively, more generally, for the above reasons, when a plurality of radiation detectors are used in parallel, it is difficult to perform high-precision measurement by using each radiation detector at the same time.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an invention for solving the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の陽電子消滅寿命測定装置は、陽電子の発生に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするスタート用検出器と、陽電子の消滅に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするストップ用検出器と、を具備し、前記スタート用検出器の前記パルス出力のタイミングからの前記ストップ用検出器の前記パルス出力のタイミングの遅延時間を陽電子の発生・消滅の複数のイベントに対して計測し、計測された前記遅延時間のヒストグラムから陽電子の寿命を認識する陽電子消滅寿命測定装置であって、前記スタート用検出器又は前記ストップ用検出器として、複数のγ線検出器が、複数の前記γ線検出器の出力を各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成するように接続されて用いられ、前記入力信号中の前記パルス出力を認識し前記パルス出力に対応した前記遅延時間を認識する共通計数部と、前記遅延時間のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、前記遅延時間のヒストグラムより前記寿命を算出する寿命算出部と、を具備し、前記遅延時間のヒストグラムが前記ヒストグラム生成部で前記γ線検出器毎に得られるように、前記入力信号を生成する前に複数の前記γ線検出器のうちの少なくとも一つ以外の出力に対して識別性を付与する識別性生成部を更に具備し、前記ヒストグラム生成部は、前記γ線検出器毎に得られた前記遅延時間のヒストグラムである個別ヒストグラムの少なくとも一つを前記遅延時間に対して一様にシフトさせた操作を行った上で、他の前記個別ヒストグラムに重畳させた全体ヒストグラムを生成し、前記寿命算出部は、前記全体ヒストグラムより、前記寿命を算出することを特徴とする。
本発明の陽電子消滅寿命測定装置は、前記識別性生成部において、前記識別性を付与するために、前記パルス出力のパルス形状を前記γ線検出器毎に定められた態様とすることを特徴とする。
本発明の陽電子消滅寿命測定装置は、前記識別性生成部において、前記パルス出力に対して前記γ線検出器毎に定められた一定の時間差となるシフト時間を付与し、前記ヒストグラム生成部は、前記入力信号を用いて得られた前記ヒストグラムから、前記個別ヒストグラムを前記遅延時間の時系列に応じて分離することにより得ることを特徴とする。
本発明の陽電子消滅寿命測定装置は、陽電子の発生に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするスタート用検出器と、陽電子の消滅に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするストップ用検出器と、を具備し、前記スタート用検出器の前記パルス出力のタイミングからの前記ストップ用検出器の前記パルス出力のタイミングの遅延時間を陽電子の発生・消滅の複数のイベントに対して計測し、計測された前記遅延時間のヒストグラムから陽電子の寿命を認識する陽電子消滅寿命測定装置であって、前記スタート用検出器又は前記ストップ用検出器として、複数のγ線検出器が、複数の前記γ線検出器の出力を各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成するように接続されて用いられ、前記入力信号中の前記パルス出力を認識し前記パルス出力に対応した前記遅延時間を認識する共通計数部と、前記遅延時間のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、前記遅延時間のヒストグラムより前記寿命を算出する寿命算出部と、を具備し、前記共通計数部は、前記入力信号中における前記パルス出力を波形によって複数の前記γ線検出器毎に弁別することによって前記遅延時間を前記γ線検出器毎に認識し、前記ヒストグラム生成部は、前記γ線検出器毎に得られた前記遅延時間のヒストグラムである個別ヒストグラムを生成し、前記個別ヒストグラムの少なくとも一つを前記遅延時間に対して一様にシフトさせた操作を行った上で、他の前記個別ヒストグラムに重畳させた全体ヒストグラムを生成し、前記寿命算出部は、前記全体ヒストグラムより、前記寿命を算出することを特徴とする。
本発明の放射線計測器の調整方法は、各々が放射線を検出してパルス出力をする複数の放射線検出器を同時に用いて放射線を検出する放射線計測器の調整方法であって、前記放射線検出器が検出する第1放射線を基準タイミングから略一定の時間間隔で発する線源を用い、前記放射線検出器の各々が前記第1放射線を検出する複数のイベントにおいて、複数の前記放射線検出器の出力を、各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成して、当該入力信号中の前記パルス出力及び前記パルス出力に対応した時間差を認識する際に、認識された前記時間差のヒストグラム中において複数の前記放射線検出器の各々の出力に対応したヒストグラムが識別可能となるように、複数の前記放射線検出器のうちの少なくとも一つ以外の出力に対して識別性を付与して前記入力信号を生成し、前記放射線検出器毎に得られた前記ヒストグラムである個別ヒストグラムの少なくとも一つを前記遅延時間に対して一様にシフトさせた操作を行った上で、他の前記個別ヒストグラムに重畳させる際のシフト量である総シフト時間を算出し、前記総シフト時間を用いて前記各放射線検出器の検出タイミングを補正することを特徴とする。
本発明の放射線計測器の調整方法において、前記線源は前記第1放射線とは異なる第2放射線を前記第1の放射線と略一定の時間間隔で発し、前記放射線検出器と別体で前記第2放射線を検出する参照用放射線検出器を用い、前記参照用放射線検出器が前記第2放射線を検出したタイミングを前記基準タイミングとすることを特徴とする。
本発明の放射線計測器の調整方法は、前記識別性を付与するために、前記パルス出力のパルス形状を前記放射線線検出器毎に定められた態様とすることを特徴とする。
本発明の放射線計測器の調整方法は、前記入力信号を生成するに際し、前記パルス出力に対して前記放射線検出器毎に定められた一定の時間差となるシフト時間を付与し、前記個別ヒストグラムを生成するに際し、前記入力信号を用いて得られた前記時間差のヒストグラムから、前記個別ヒストグラムを前記時間差の時系列に応じて分離することにより得ることを特徴とする。
本発明の放射線計測器は、各々が放射線を検出してパルス出力をする複数の放射線検出器を同時に用いて放射線を検出する放射線計測器であって、複数の前記放射線検出器が、各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成するように接続されて用いられ、前記入力信号より、前記パルス出力に関する測定結果を得る測定部と、前記測定部において前記測定結果が複数の前記放射線検出器毎に得られるように、前記入力信号を生成する前に前記パルス出力に対する前記複数の放射線検出器の各々に対応した識別性を生成する識別性生成部と、を具備し、前記測定部で、前記識別性に基づいて前記測定結果を複数の前記放射線検出器の各々に分離して認識することを特徴とする。
本発明の放射線計測器において、前記識別性生成部は、前記パルス出力のパルス形状を前記放射線検出器毎に定められた態様とすることを特徴とする。
本発明の放射線計測器において、前記識別性生成部は、前記パルス出力に対して前記放射線検出器毎に定められた一定のシフト時間を付与することを特徴とする。
本発明の放射線計測器において、前記識別性生成部は、複数の前記放射線検出器の各々からの前記パルス出力が入力されるに際し、複数の前記放射線検出器毎に設定された識別信号を当該パルス出力と同期して出力して生成した判定用信号を出力し、前記測定部は、前記判定用信号を参照して前記入力信号から複数の前記放射線検出器毎に前記パルス出力を認識することを特徴とする。
本発明の放射線計測器は、複数の前記放射線検出器は配列して設置され、前記測定部は前記入力信号中の前記パルス出力と共に前記パルス出力をした前記放射線検出器の配列中における位置情報を認識することを特徴とする。
本発明の放射線計測器において、複数の前記放射線検出器は測定対象を囲む環状に配置されたことを特徴とする。
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
The positron annihilation lifetime measuring device of the present invention has a start detector that detects γ-rays generated by the generation of positrons and outputs a pulse, and a start detector that detects γ-rays generated by the annihilation of positrons and outputs a pulse. A stop detector is provided, and the delay time of the pulse output timing of the stop detector from the pulse output timing of the start detector is set for a plurality of events of generation / disappearance of positrons. A positron extinction life measuring device that measures and recognizes the life of a positron from the measured histogram of the delay time, wherein a plurality of γ-ray detectors are used as the start detector or the stop detector. The outputs of the γ-ray detector are connected and used to generate a single input signal that is mixed while maintaining the relationship between the pulse outputs on the time axis in each, and the said in the input signal. A common counting unit that recognizes the pulse output and recognizes the delay time corresponding to the pulse output, a histogram generation unit that generates a histogram of the delay time, and a life calculation unit that calculates the life from the delay time histogram. , And other than at least one of the plurality of γ-ray detectors before generating the input signal so that the histogram of the delay time can be obtained for each γ-ray detector in the histogram generator. Further, the histogram generating unit includes at least one individual histogram which is a histogram of the delay time obtained for each γ-ray detector. After performing an operation that is uniformly shifted with respect to the delay time, an overall histogram superimposed on the other individual histograms is generated, and the lifetime calculation unit calculates the lifetime from the overall histogram. It is characterized by.
The positron annihilation lifetime measuring apparatus of the present invention is characterized in that, in order to impart the distinctiveness, the pulse shape of the pulse output is defined for each γ-ray detector in the discriminant generator. do.
In the positron annihilation lifetime measuring device of the present invention, the discriminant generation unit assigns a shift time having a constant time difference determined for each γ-ray detector to the pulse output, and the histogram generation unit provides the histogram generation unit. It is characterized in that it is obtained by separating the individual histogram from the histogram obtained by using the input signal according to the time series of the delay time.
The positron extinction lifetime measuring device of the present invention detects a γ-ray generated by the generation of a positivity and outputs a pulse, and detects a γ-ray generated by the extinction of a positron and outputs a pulse. A stop detector is provided, and the delay time of the pulse output timing of the stop detector from the pulse output timing of the start detector is set for a plurality of events of generation / disappearance of positrons. It is a positron extinction life measuring device that measures and recognizes the life of positrons from the measured histogram of the delay time, and a plurality of γ-ray detectors are used as the start detector or the stop detector. The outputs of the γ-ray detector are connected and used to generate a single input signal that is mixed while maintaining the relationship between the pulse outputs on the time axis in each, and the said in the input signal. A common counting unit that recognizes the pulse output and recognizes the delay time corresponding to the pulse output, a histogram generation unit that generates a histogram of the delay time, and a life calculation unit that calculates the life from the delay time histogram. The common counting unit recognizes the delay time for each of the γ-ray detectors by discriminating the pulse output in the input signal for each of the plurality of γ-ray detectors according to the waveform. The histogram generation unit generates an individual histogram which is a histogram of the delay time obtained for each γ-ray detector, and performs an operation in which at least one of the individual histograms is uniformly shifted with respect to the delay time. After that, an overall histogram superimposed on the other individual histograms is generated, and the lifetime calculation unit calculates the lifetime from the overall histogram.
The adjustment method of the radiation measuring instrument of the present invention is an adjustment method of a radiation measuring instrument that detects radiation by simultaneously using a plurality of radiation detectors, each of which detects radiation and outputs a pulse. Using a radiation source that emits the first radiation to be detected at substantially constant time intervals from the reference timing, the outputs of the plurality of radiation detectors are output in a plurality of events in which each of the radiation detectors detects the first radiation. When generating a single input signal mixed while maintaining the relationship between the pulse outputs on the time axis in each, and recognizing the time difference corresponding to the pulse output and the pulse output in the input signal. In addition, for outputs other than at least one of the plurality of radiation detectors so that the histogram corresponding to each output of the plurality of radiation detectors can be identified in the recognized histogram of the time difference. The input signal was generated by imparting distinctiveness, and at least one of the individual histograms, which was the histogram obtained for each radiation detector, was uniformly shifted with respect to the delay time. The present feature is that the total shift time, which is the shift amount when superimposed on the other individual histograms, is calculated, and the detection timing of each radiation detector is corrected by using the total shift time.
In the adjusting method of the radiation measuring instrument of the present invention, the radiation source emits a second radiation different from the first radiation at a substantially fixed time interval from the first radiation, and the second radiation is separate from the radiation detector. (2) A reference radiation detector for detecting radiation is used, and the timing at which the reference radiation detector detects the second radiation is set as the reference timing.
The method for adjusting a radiation measuring instrument of the present invention is characterized in that, in order to impart the distinctiveness, the pulse shape of the pulse output is set to a mode determined for each radiation ray detector.
In the adjustment method of the radiation measuring instrument of the present invention, when the input signal is generated, a shift time having a constant time difference determined for each radiation detector is given to the pulse output to generate the individual histogram. It is characterized in that it is obtained by separating the individual histogram from the histogram of the time difference obtained by using the input signal according to the time series of the time difference.
The radiation measuring instrument of the present invention is a radiation measuring instrument that detects radiation by simultaneously using a plurality of radiation detectors, each of which detects radiation and outputs a pulse, and the plurality of said radiation detectors have time in each. A measuring unit that is connected and used to generate a single mixed input signal while maintaining the relationship between the pulse outputs on the axis, and obtains a measurement result regarding the pulse output from the input signal. Identification that generates the distinctiveness corresponding to each of the plurality of radiation detectors to the pulse output before generating the input signal so that the measurement result can be obtained for each of the plurality of radiation detectors in the measuring unit. It is characterized in that it includes a sex generating unit, and the measuring unit separates and recognizes the measurement result into each of the plurality of radiation detectors based on the discriminative property.
In the radiation measuring instrument of the present invention, the discriminative generator is characterized in that the pulse shape of the pulse output has a mode defined for each radiation detector.
In the radiation measuring instrument of the present invention, the discriminative generation unit is characterized in that a constant shift time determined for each radiation detector is given to the pulse output.
In the radiation measuring instrument of the present invention, when the pulse output from each of the plurality of radiation detectors is input, the discriminative generator transmits the identification signal set for each of the plurality of radiation detectors to the pulse. The determination signal generated by outputting in synchronization with the output is output, and the measuring unit recognizes the pulse output for each of the plurality of radiation detectors from the input signal with reference to the determination signal. It is a feature.
In the radiation measuring instrument of the present invention, a plurality of the radiation detectors are arranged and installed, and the measuring unit outputs position information in the arrangement of the radiation detectors that output the pulse together with the pulse output in the input signal. It is characterized by recognizing.
The radiation measuring instrument of the present invention is characterized in that a plurality of the radiation detectors are arranged in a ring shape surrounding a measurement target.

本発明は以上のように構成されているので、複数の放射線検出器を並列に用いた場合に、各放射線検出器を同時に用いて高精度の測定を行わせることができる。 Since the present invention is configured as described above, when a plurality of radiation detectors are used in parallel, it is possible to perform high-precision measurement by using each radiation detector at the same time.

本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the positron annihilation life measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置における各検出器からのパルス出力の状況((i)(i)’)、及びこれにより測定されるΔtのヒストグラム(iii)を模式的に示す図である。The state of the pulse output from each detector in the positron annihilation lifetime measuring apparatus according to the embodiment of the present invention ((i) (i)') and the histogram (iii) of Δt measured thereby are schematically shown. It is a figure. 本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置において得られたΔtのヒストグラムに対する処理の手順を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the procedure of processing with respect to the histogram of Δt obtained in the positron annihilation lifetime measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置の変形例における各検出器のパルス出力(i)(ii)、これを用いて生成された入力信号(iii)、個別ヒストグラム(iv)の例である。Examples of pulse outputs (i) and (ii) of each detector, an input signal (iii) generated by using the pulse outputs (i) and (ii) in a modified example of the positron annihilation lifetime measuring device according to the embodiment of the present invention, and an individual histogram (iv). Is. 本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置においてノイズ成分が存在する場合における各ヒストグラムの状況を示す図である。It is a figure which shows the state of each histogram in the case where a noise component exists in the positron annihilation lifetime measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置の変形例においてノイズ成分が存在する場合における各ヒストグラムの状況を示す図である。It is a figure which shows the state of each histogram in the case where a noise component exists in the modification of the positron annihilation lifetime measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置の変形例における識別性生成部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the discriminative generation part in the modification of the positron annihilation life measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る陽電子消滅寿命測定装置におけるスタート用検出器、ストップ用検出器の他の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of other configurations of the start detector and the stop detector in the positron annihilation life measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施例となる陽電子消滅寿命測定装置において、シフト時間を付与した場合において実測されたΔtのヒストグラムである。It is a histogram of Δt actually measured when the shift time is given in the positron annihilation lifetime measuring apparatus which is the Example of this invention. 本発明の実施例となる陽電子消滅寿命測定装置によって得られたヒストグラムと従来の陽電子消滅寿命測定装置によって得られたヒストグラムとを同程度の計数率で比較した結果である。This is the result of comparing the histogram obtained by the positron annihilation lifetime measuring device according to the embodiment of the present invention with the histogram obtained by the conventional positron annihilation lifetime measuring device at the same count rate. 本発明の実施例となる陽電子消滅寿命測定装置において、シフト時間を付与した場合とパルス出力の波形による弁別を行った場合における全体ヒストグラムを比較した結果である。This is a result of comparing the overall histograms of the positron annihilation lifetime measuring device according to the embodiment of the present invention when a shift time is applied and when discrimination is performed based on the pulse output waveform. 本発明の実施の形態に係る放射線計測器の調整方法を実施するための装置構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus configuration for carrying out the adjustment method of the radiation measuring instrument which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る放射線計測器の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the radiation measuring instrument which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る放射線計測器の構成の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of the radiation measuring instrument which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る放射線計測器において用いられる識別性生成部の他の構成の一例を示す図であるIt is a figure which shows an example of another structure of the distinctiveness generating part used in the radiation measuring instrument which concerns on embodiment of this invention. 従来の陽電子消滅寿命測定装置(その1)の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional positron annihilation life measuring apparatus (the 1). 従来の陽電子消滅寿命測定装置(その2)の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional positron annihilation life measuring apparatus (the 2). 従来の陽電子消滅寿命測定装置(その2)において得られる理想的なΔtのヒストグラムの例である。This is an example of an ideal Δt histogram obtained in a conventional positron annihilation lifetime measuring device (No. 2). 従来の陽電子消滅寿命測定装置(その2)において得られる実際のΔtのヒストグラムの例である。This is an example of an actual Δt histogram obtained in the conventional positron annihilation lifetime measuring device (No. 2).

本発明の陽電子消滅寿命測定装置においては、複数のγ線検出器を同時に使用することによって、陽電子の発生・消滅に際してのγ線の検出効率を高めることができる。一方で、各γ線検出器の検出タイミングのずれを補正することによって、γ線の検出タイミングを正確に認識することができる。このため、この陽電子消滅寿命測定装置によって、陽電子の寿命等を高精度で測定することができる。また、この陽電子消滅寿命測定装置における、複数のγ線検出器におけるこうしたタイミングのずれを補正する方法は、陽電子消滅寿命測定装置に限らず、複数の放射線検出器を同時に用いる場合において検出器毎の計測結果の識別を行い検出タイミングの補正を行う場合に、一般的に適用可能である。更に、この陽電子消滅寿命測定装置において適用された構成は、複数の放射線検出器を同時に用いる場合(配列型放射線検出器の場合も含む)においても適用が可能であり、これによって、単一の測定部(チャンネル)を用いて高精度の測定を行うことが可能となる。 In the positron annihilation lifetime measuring apparatus of the present invention, by using a plurality of γ-ray detectors at the same time, it is possible to improve the γ-ray detection efficiency when positrons are generated and extinguished. On the other hand, by correcting the deviation of the detection timing of each γ-ray detector, the γ-ray detection timing can be accurately recognized. Therefore, the positron annihilation life measuring device can measure the positron life and the like with high accuracy. Further, the method of correcting such a timing deviation in a plurality of γ-ray detectors in this positron annihilation life measuring device is not limited to the positron annihilation life measuring device, and when a plurality of radiation detectors are used at the same time, each detector is used. It is generally applicable when identifying the measurement result and correcting the detection timing. Furthermore, the configuration applied in this positron annihilation lifetime measuring device can also be applied when a plurality of radiation detectors are used at the same time (including the case of an array type radiation detector), whereby a single measurement can be performed. It is possible to perform high-precision measurement using a unit (channel).

この陽電子消滅寿命測定装置100においては、図17に示された陽電子消滅寿命測定装置910と同様に、同一仕様の2つのスタート用検出器11A、11Bが用いられる。スタート信号用γ線γ1の検出に際し、スタート用検出器11Aからはパルス出力P0A、スタート用検出器11Bからはパルス出力P0Bが発せられる。また、ストップ用検出器12も同様に用いられ、ストップ信号用γ線γ2の検出に際し、ストップ用検出器12からはパルス出力P1が発せられ、遅延回路15を介してパルス出力P1はデジタルオシロスコープ(共通計数部)14に入力する。一致検出回路13は、パルス出力P0A又はP0Bとパルス出力P1との間の同時性が認められた場合に、デジタルオシロスコープ14に対して入力信号を取り込ませるためのトリガを発する。デジタルオシロスコープ14が、スタート用検出器11Aからのパルス出力P0A、スタート用検出器11Bからのパルス出力P0Bと、ストップ用検出器12からのパルス出力P1との間の時間差Δtを測定し、PC(パーソナルコンピュータ)16がΔtのヒストグラムを生成することも同様である。すなわち、PC16は、Δtのヒストグラムを生成するヒストグラム生成部として機能する。 In the positron annihilation life measuring device 100, two start detectors 11A and 11B having the same specifications are used as in the positron annihilation life measuring device 910 shown in FIG. When detecting the start signal γ-ray γ1, a pulse output P0A is emitted from the start detector 11A, and a pulse output P0B is emitted from the start detector 11B. Further, the stop detector 12 is also used in the same manner, and when detecting the stop signal γ-ray γ2, a pulse output P1 is emitted from the stop detector 12, and the pulse output P1 is a digital oscilloscope ( Input to the common counting unit) 14. The match detection circuit 13 issues a trigger for capturing the input signal to the digital oscilloscope 14 when the simultaneity between the pulse output P0A or P0B and the pulse output P1 is recognized. The digital oscilloscope 14 measures the time difference Δt between the pulse output P0A from the start detector 11A, the pulse output P0B from the start detector 11B, and the pulse output P1 from the stop detector 12, and the PC ( Similarly, the personal computer) 16 generates a Δt histogram. That is, the PC 16 functions as a histogram generation unit that generates a histogram of Δt.

ただし、ここでデジタルオシロスコープ14に入力する入力信号は、図17の構成の場合とは異なる。図1の構成においては、パルス出力P0Aとパルス出力P0Bは同一経路で入力信号としてデジタルオシロスコープ14に入力するが、その際に、パルス出力P0Aは遅延回路21A、パルス出力P0Bは遅延回路21Bをそれぞれ通過し、遅延回路21A、遅延回路21Bでは異なる遅延時間が付与される。すなわち、図1の構成においては、パルス出力P0A、P0Bが遅延回路21A、21Bを具備する識別性生成部20を通過後に合流して単一の入力信号が生成され、この入力信号が、デジタルオシロスコープ14においてパルス出力P1との間の時間差Δtを測定するための対象として用いられる。デジタルオシロスコープ14は、この入力信号において、パルス出力P0A、P0Bを同様に認識し、これらとパルス出力P1との時間差Δtを計測する。 However, the input signal input to the digital oscilloscope 14 here is different from the case of the configuration of FIG. In the configuration of FIG. 1, the pulse output P0A and the pulse output P0B are input to the digital oscilloscope 14 as input signals by the same path. At that time, the pulse output P0A receives the delay circuit 21A and the pulse output P0B receives the delay circuit 21B. After passing through, the delay circuit 21A and the delay circuit 21B are given different delay times. That is, in the configuration of FIG. 1, the pulse outputs P0A and P0B merge after passing through the discriminant generator 20 including the delay circuits 21A and 21B to generate a single input signal, and this input signal is used as a digital oscilloscope. 14 is used as an object for measuring the time difference Δt with the pulse output P1. The digital oscilloscope 14 similarly recognizes the pulse outputs P0A and P0B in this input signal, and measures the time difference Δt between these and the pulse output P1.

図2は、この場合において測定されるΔtの状況を図18に対応して模式的に示す図である。ここで、(i)においてパルス出力P0A、P1間の時間差ΔtA、パルス出力P0B、P1間の時間差ΔtBが、共通の陽電子消滅寿命に対応することは前記と同様である。ここで、上記の遅延回路21A、21Bの遅延時間は、デジタルオシロスコープ14において、(i)’に示されるように、パルス出力P1とパルス出力P0Bの時間間隔は、パルス出力P0Aを基準とした場合において、本来の時間間隔であるΔtBに加えて一様にシフト時間Tだけ広がるように設定される。シフト時間Tは、想定される陽電子消滅寿命よりも十分に長く設定される。このようにタイミングが一様にTだけ先行するように設定されたパルス出力P0Bと、前記のパルス出力P0Aが合流して単一の入力信号が生成される。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the state of Δt measured in this case, corresponding to FIG. Here, in (i), the time difference ΔtA between the pulse outputs P0A and P1 and the time difference ΔtB between the pulse outputs P0B and P1 correspond to the common positron annihilation lifetime, as described above. Here, the delay times of the delay circuits 21A and 21B are the cases where the time interval between the pulse output P1 and the pulse output P0B is based on the pulse output P0A as shown in (i)'in the digital oscilloscope 14. In addition to the original time interval of ΔtB, the shift time T is set to be uniformly extended. The shift time T is set sufficiently longer than the assumed positron annihilation lifetime. The pulse output P0B whose timing is uniformly set to precede by T and the pulse output P0A are merged to generate a single input signal.

図2において、(iii)は、この入力信号を用いてΔtを計測して得られたヒストグラムを模式的に示す。このヒストグラムは、デジタルオシロスコープ14に接続されたPC16が作成することができる。図18の(iii)においては、陽電子消滅寿命に基づく本来の分布における単一のピークの分布が見られ、図19の(iii)においては、陽電子消滅寿命に基づく本来の分布が横軸方向でずれたものが加算されたために2つのピークが混在し、かつこの2つの分布が分離困難となった分布が得られた。これに対し、測定されたΔtのヒストグラムである図2の(iii)においては、ΔtBに対してTが一様に付加されたために、横軸(時間軸)上で明確に分離された2つのピークの分布がみられ、左側のピークの分布がΔtAのヒストグラムに対応し、右側のピークの分布がΔtBのヒストグラムに対応する。すなわち、この場合には、単一の入力信号を用いて、スタート用検出器11A、11B(ΔtA、ΔtB)毎のヒストグラム(個別ヒストグラム)を横軸上で分離して得ることができる。前記の通り、本質的には、ΔtAのヒストグラムとΔtBのヒストグラムは、同じ測定対象かつ同一仕様のγ線検出器によるものであるため、この横軸上のずれがない場合には統計的誤差の範囲内で一致すべきものである。パルス出力P0Bに対して一様にシフト時間Tを付与することによって、図2の(iii)においては、図19の(iii)では分離できなかったΔtA、ΔtBのヒストグラム(個別ヒストグラム)を、単一のデジタルオシロスコープ14を用いて分離して得ることができる。 In FIG. 2, (iii) schematically shows a histogram obtained by measuring Δt using this input signal. This histogram can be created by the PC 16 connected to the digital oscilloscope 14. In FIG. 18 (iii), the distribution of a single peak in the original distribution based on the positron annihilation lifetime is seen, and in FIG. 19 (iii), the original distribution based on the positron annihilation lifetime is in the horizontal axis direction. A distribution was obtained in which the two peaks were mixed due to the addition of the deviated ones, and the two distributions were difficult to separate. On the other hand, in (iii) of FIG. 2, which is a histogram of the measured Δt, since T was uniformly added to ΔtB, the two were clearly separated on the horizontal axis (time axis). The distribution of peaks is seen, the distribution of peaks on the left corresponds to the histogram of ΔtA, and the distribution of peaks on the right corresponds to the histogram of ΔtB. That is, in this case, using a single input signal, histograms (individual histograms) for each of the start detectors 11A and 11B (ΔtA, ΔtB) can be obtained separately on the horizontal axis. As described above, since the histogram of ΔtA and the histogram of ΔtB are essentially based on γ-ray detectors having the same measurement target and the same specifications, if there is no deviation on the horizontal axis, a statistical error will occur. It should match within the range. By uniformly assigning the shift time T to the pulse output P0B, in (iii) of FIG. 2, the histograms (individual histograms) of ΔtA and ΔtB that could not be separated in (iii) of FIG. It can be obtained separately using one digital oscilloscope 14.

図16や図18の(iii)のヒストグラムを得るためにΔtを測定を行う際に、図15、16のデジタルオシロスコープ94において、計測を行う時間のレンジT0が設定される。このT0は、図16や図18の(iii)のヒストグラムにおける横軸のレンジ(最大値)となる。陽電子消滅寿命を正確に算出するためには、T0は、図18の(iii)のヒストグラムを十分に含むように長く設定することが好ましい。一方、T0を長くとりすぎた場合には、ヒストグラムにおける時間分解能が低下するため、T0は、ヒストグラムにおける時間分解能を十分に確保できる範囲内で、想定される陽電子消滅寿命よりも十分に長く設定される。 When measuring Δt to obtain the histogram of FIG. 16 or FIG. 18 (iii), the digital oscilloscope 94 of FIGS. 15 and 16 sets the measurement time range T0. This T0 is the range (maximum value) on the horizontal axis in the histogram of (iii) in FIGS. 16 and 18. In order to accurately calculate the positron annihilation lifetime, T0 is preferably set long so as to sufficiently include the histogram of (iii) in FIG. On the other hand, if T0 is taken too long, the time resolution in the histogram is lowered. Therefore, T0 is set sufficiently longer than the assumed positron annihilation lifetime within the range in which the time resolution in the histogram can be sufficiently secured. NS.

図2の(iii)のヒストグラムを得る場合のレンジT1は、シフト時間Tよりも長く設定される。また、シフト時間Tは、ΔtAのヒストグラムとΔtBのヒストグラムとを時間軸方向で十分に分離できるように長く設定することが好ましい。一方、前記のT0と同様に、T1を長くした場合には、ヒストグラムの時間分解能が低下する。このため、シフト時間Tは、上記のT0と同等とすることが好ましい。この場合に、レンジT1は前記のレンジT0の2倍程度とすることが好ましい。 The range T1 when obtaining the histogram of (iii) in FIG. 2 is set longer than the shift time T. Further, the shift time T is preferably set long so that the histogram of ΔtA and the histogram of ΔtB can be sufficiently separated in the time axis direction. On the other hand, as in the case of T0, when T1 is lengthened, the time resolution of the histogram is lowered. Therefore, the shift time T is preferably the same as the above T0. In this case, the range T1 is preferably about twice the range T0 described above.

図2の(iii)において得られたΔtBのヒストグラム(右側の分布)は、横軸(時間軸)方向のずれ以外については、ΔtAのヒストグラム(左側の分布)と統計的誤差範囲内で一致するべきものである。このため、このΔtBのヒストグラムを横軸方向にシフトさせれば、ΔtAのヒストグラムと重複させることができ、この状態で各ヒストグラムのカウント数を加算すれば、サンプル数が多いためにより統計的精度の高いヒストグラム(全体ヒストグラム)を得ることができ、PC16は、これを用いて陽電子消滅寿命等をより正確に算出することができる。この算出方法としては、周知の方法として、例えば非特許文献1に記載されたものと同様の方法を用いることができる。この構成においては、PC16は、上記のΔtのヒストグラムを生成し、かつこのヒストグラムから個別ヒストグラムを抽出して積算した全体ヒストグラムを得るヒストグラム生成部として機能し、かつこの全体ヒストグラムから陽電子消滅寿命を算出する寿命算出部として機能する。 The histogram of ΔtB (distribution on the right side) obtained in FIG. 2 (iii) matches the histogram of ΔtA (distribution on the left side) within a statistical error range except for the deviation in the horizontal axis (time axis) direction. It should be. Therefore, if this ΔtB histogram is shifted in the horizontal axis direction, it can be duplicated with the ΔtA histogram, and if the counts of each histogram are added in this state, the number of samples is large and the statistical accuracy is higher. A high histogram (overall histogram) can be obtained, and the PC 16 can use this to more accurately calculate the positron annihilation lifetime and the like. As a method for calculating this, as a well-known method, for example, a method similar to that described in Non-Patent Document 1 can be used. In this configuration, the PC 16 functions as a histogram generator that generates the above-mentioned Δt histogram, extracts individual histograms from the histogram, and obtains an integrated histogram, and calculates the positron annihilation lifetime from the overall histogram. Functions as a life calculation unit.

ΔtBのヒストグラムにおける横軸方向のずれ量は、前記のシフト時間Tと、前記のようなスタート用検出器11A、11Bにおけるタイミングのずれによって発生する。シフト時間Tは遅延回路15、21等によって設定される設定値であるが、スタート用検出器11A、11Bにおけるタイミングのずれは設定値ではなく、このための測定を別途行わない場合には、一般的には不明である。 The amount of deviation in the horizontal axis direction in the histogram of ΔtB is generated by the above-mentioned shift time T and the above-mentioned timing deviation in the start detectors 11A and 11B. The shift time T is a set value set by the delay circuits 15, 21, etc., but the timing deviation in the start detectors 11A, 11B is not a set value, and is generally used when the measurement for this purpose is not performed separately. The target is unknown.

ここで、時間軸方向におけるシフト量を除いてはΔtA、ΔtBのヒストグラムは統計的誤差の範囲内で一致するという前提条件があるため、逆にこのシフト量(総シフト時間)を算出(補正)することができる。図3は、このための処理を模式的に示す。まず、図3(a)に示されるように、ΔtBのヒストグラムを左方向にTsだけシフトさせてΔtAのヒストグラムと一致させることができる。この場合、統計的ばらつきの存在のために、両者は厳密には一致しないが、各種の手法によって、両者を重複させることができる。このためには、例えば、各分布における特定の点(例えばピークやピークに対する一定の比となる点)が一致するようにする、重心が一致するようにする、最小二乗法によって両者の差が最小となるようにする、等の手法が考えられる。その後、シフト後のΔtBのヒストグラムをΔtAのヒストグラムに加算すれば、このヒストグラムは、図18の(iii)のヒストグラムと同様に、十分なサンプル数からなるヒストグラムとなるため、これから陽電子消滅寿命等をより正確に算出することができる。この際のシフト量が、上記のシフト時間Tと2つの検出器のタイミングのずれによるシフトとが加味された総シフト時間Tsとなる。 Here, since there is a precondition that the histograms of ΔtA and ΔtB match within the range of statistical error except for the shift amount in the time axis direction, the shift amount (total shift time) is calculated (corrected) conversely. can do. FIG. 3 schematically shows a process for this purpose. First, as shown in FIG. 3A, the histogram of ΔtB can be shifted to the left by Ts to match the histogram of ΔtA. In this case, due to the existence of statistical variability, the two do not exactly match, but they can be duplicated by various methods. To do this, for example, make sure that specific points in each distribution (for example, peaks or points that have a constant ratio to the peak) match, that the centroids match, and that the difference between the two is minimized by the least squares method. It is possible to consider a method such as making it so that. After that, if the shifted ΔtB histogram is added to the ΔtA histogram, this histogram becomes a histogram consisting of a sufficient number of samples, like the histogram of FIG. 18 (iii). It can be calculated more accurately. The shift amount at this time is the total shift time Ts in which the above shift time T and the shift due to the timing difference between the two detectors are added.

この手法においては、スタート用検出器11Bのパルス出力P0Bに対して選択的にシフト時間Tを付与することによって、ΔtAのヒストグラムとΔtBのヒストグラムとを、単一の計測器(デジタルオシロスコープ14)を用いて分離して得ることができる。更に、これらのヒストグラムを加算して、サンプル数が多く統計的誤差の小さなヒストグラムを得ることができる。このヒストグラムを用いて、高い精度で陽電子消滅寿命等を算出することができる。 In this method, a single measuring instrument (digital oscilloscope 14) is used to obtain a histogram of ΔtA and a histogram of ΔtB by selectively assigning a shift time T to the pulse output P0B of the start detector 11B. Can be obtained separately using. Further, these histograms can be added to obtain a histogram with a large number of samples and a small statistical error. Using this histogram, the positron annihilation lifetime and the like can be calculated with high accuracy.

図3に示された処理は、デジタルオシロスコープ14に接続されたPC16を用いて容易に行うことができる。また、この陽電子消滅寿命測定装置100(図1)において、同様に2つのスタート用検出器を用いた陽電子消滅寿命測定装置910(図17)と比べて異なるのは、遅延回路21A、21B(識別性生成部20)を設けた点のみであり、ΔtA、ΔtB(Δt)の測定のためには、単一の計測器(デジタルオシロスコープ14)を同様に用いることができる。このため、この陽電子消滅寿命測定装置100を安価に実現することができる。なお、上記の構成においては、PC16がΔt、ΔtA、ΔtBのヒストグラムを生成するヒストグラム生成部、全体ヒストグラムから陽電子消滅寿命を算出する寿命算出部を兼ねるものとしたが、これらを分離して設けてもよい。 The process shown in FIG. 3 can be easily performed using the PC 16 connected to the digital oscilloscope 14. Further, in the positron annihilation life measuring device 100 (FIG. 1), the delay circuits 21A and 21B (identification) are different from the positron annihilation life measuring device 910 (FIG. 17) which also uses two start detectors. Only the point where the sex generator 20) is provided, and a single measuring instrument (digital oscilloscope 14) can be similarly used for the measurement of ΔtA and ΔtB (Δt). Therefore, the positron annihilation life measuring device 100 can be realized at low cost. In the above configuration, the PC 16 also serves as a histogram generation unit that generates histograms of Δt, ΔtA, and ΔtB, and a lifetime calculation unit that calculates the positron annihilation lifetime from the entire histogram. May be good.

上記の構成においては、スタート用検出器が2つ用いられたが、スタート用検出器を1つとし、ストップ用検出器を2つ用いた場合においても、ストップ用検出器のうちの一方の出力にシフト時間を付与することによって、このストップ用検出器側の個別ヒストグラムを分離して認識し、上記と同様の処理を行うことができる。また、スタート用検出器、ストップ用検出器のいずれかを3つ以上設け、そのうちの1つ以外の出力に対して異なるシフト時間を付与することによって、同様に各検出器に対応した個別ヒストグラムを分離して認識し、同様の処理を行うことができる。 In the above configuration, two start detectors are used, but even when one start detector is used and two stop detectors are used, the output of one of the stop detectors is also used. By giving a shift time to, the individual histogram on the stop detector side can be separated and recognized, and the same processing as described above can be performed. Further, by providing three or more start detectors and stop detectors and assigning different shift times to outputs other than one of them, an individual histogram corresponding to each detector can be similarly obtained. It can be separated and recognized, and the same processing can be performed.

図1の構成において、陽電子消滅寿命を正確に算出するためには、出力が同程度となるように調整されたスタート用検出器11A、11B、ストップ用検出器12からのパルス出力のタイミングを陽電子消滅寿命のスペクトルの時間幅よりも十分に小さな時間分解能で認識することが要求される。この際、前記の通り、デジタルオシロスコープ14でこのパルス出力を認識する際のタイミングを精密に調整する必要がある。図1の構成においては、この調整はスタート用検出器11Aとストップ用検出器12に関してのみ行えばよく、スタート用検出器11Bについては行う必要がない。このため、この陽電子消滅寿命測定装置100の調整は容易である。更に、上記のように検出器を多く設けた場合においても、そのうちの一部の検出器に対してのみ調整を行えば、他の検出器に対する調整は不要となる。 In the configuration of FIG. 1, in order to accurately calculate the positron annihilation lifetime, the timing of the pulse output from the start detectors 11A and 11B and the stop detector 12 adjusted so that the outputs are comparable is set to the positron. It is required to recognize with a time resolution sufficiently smaller than the time width of the spectrum of the extinction lifetime. At this time, as described above, it is necessary to precisely adjust the timing when the digital oscilloscope 14 recognizes this pulse output. In the configuration of FIG. 1, this adjustment only needs to be performed on the start detector 11A and the stop detector 12, and does not need to be performed on the start detector 11B. Therefore, the positron annihilation lifetime measuring device 100 can be easily adjusted. Further, even when a large number of detectors are provided as described above, if adjustments are made only to some of the detectors, adjustments to other detectors become unnecessary.

図1の構成において、例えば、試料Sの上側にスペクトル測定用検出器(半導体検出器)を設置し、スペクトル測定用検出器、スタート用検出器11A、11B、ストップ用検出器12との同時測定を行う構成として、AMOC測定を行うこともできる。この場合においても、スタート用検出器を2つ同時に用い、かつこれらによるヒストグラムを高精度で得ることができるために、AMOC測定をより高精度、あるいはより短時間で行うことができる。 In the configuration of FIG. 1, for example, a spectrum measurement detector (semiconductor detector) is installed on the upper side of the sample S, and simultaneous measurement with the spectrum measurement detector, the start detectors 11A and 11B, and the stop detector 12 is performed. AMOC measurement can also be performed as a configuration for performing the above. Also in this case, since two start detectors can be used at the same time and a histogram obtained by these can be obtained with high accuracy, the AMOC measurement can be performed with higher accuracy or in a shorter time.

図1の構成においては、スタート用検出器11Bの出力に一様にシフト時間Tを付与することによって、ΔtBのヒストグラムとΔtAのヒストグラムを横軸(時間軸)上で分離して認識することができるため、デジタルオシロスコープ14は、入力信号中におけるパルス出力がP0A、P0Bのどちらであるかを認識することなく、入力信号中で認識されたパルス出力とパルス出力P1の時間差Δtのみを計測する。この場合にΔtの測定結果から得られたヒストグラム(図2(iii))において、ΔtAとΔtBのヒストグラムが分離されて認識される。最終的に必要となる測定結果がΔtのヒストグラムであれば、デジタルオシロスコープ14は、入力信号中におけるパルス出力がP0A,P0Bのどちらであるかを認識することは不要で、ヒストグラム中でΔtA,ΔtBの分布が識別できれば十分であり、このためには上記のようにシフト時間Tを一方のパルス出力のみに与えればよい。このような処理を行うに際し、上記のデジタルオシロスコープ14に代わり、アナログ回路を用いることもできる。 In the configuration of FIG. 1, by uniformly assigning the shift time T to the output of the start detector 11B, the ΔtB histogram and the ΔtA histogram can be recognized separately on the horizontal axis (time axis). Therefore, the digital oscilloscope 14 measures only the time difference Δt between the pulse output and the pulse output P1 recognized in the input signal without recognizing whether the pulse output in the input signal is P0A or P0B. In this case, in the histogram (FIG. 2 (iii)) obtained from the measurement result of Δt, the histograms of ΔtA and ΔtB are separated and recognized. If the final measurement result required is a histogram of Δt, the digital oscilloscope 14 does not need to recognize whether the pulse output in the input signal is P0A or P0B, and ΔtA, ΔtB in the histogram. It is sufficient if the distribution of can be identified, and for this purpose, the shift time T needs to be given to only one pulse output as described above. In performing such processing, an analog circuit can be used instead of the digital oscilloscope 14 described above.

一方、各種のデジタル処理を行うことのできるデジタルオシロスコープ14を用いた場合には、入力信号におけるパルス出力を波形により弁別することもできる。スタート用検出器11A、11Bにおいて、例えば使用されたシンチレータや光電子増倍管が同一仕様であっても、後述するように、このパルス出力の波形が異なるように設定することができる。こうした場合には、デジタルオシロスコープ14が、パルス出力P0A、P0Bを識別した上で、個別ヒストグラム(図18(ii))を得ることができ、これを用いて図3と同様の処理を行うことができる。 On the other hand, when a digital oscilloscope 14 capable of performing various digital processes is used, the pulse output of the input signal can be discriminated by the waveform. In the start detectors 11A and 11B, for example, even if the scintillator and the photomultiplier tube used have the same specifications, the waveforms of the pulse outputs can be set to be different as described later. In such a case, the digital oscilloscope 14 can identify the pulse outputs P0A and P0B and then obtain an individual histogram (FIG. 18 (ii)), which can be used to perform the same processing as in FIG. can.

このため、上記の陽電子消滅寿命測定装置100の変形例として、上記のようにパルス出力P0Bに対してシフト時間Tを付与する識別性生成部20に代わり、パルス出力P0A、P0Bのパルス形状に対して識別性を付与する識別性生成部を用いることができる。この場合の信号の状況、及び測定の概要を図4に模式的に示す。図4において、(i)はスタート用検出器11Aの出力信号で、(ii)はスタート用検出器11Bの出力信号、(iii)はストップ用検出器12の出力信号を模式的に示す。スタート用検出器11Aの出力信号(i)においてはパルス出力P0Aが、スタート用検出器11Bの出力信号(ii)においてパルス出力P0Bが、ストップ用検出器12の出力信号(iii)においてパルス出力P1がそれぞれ時系列的に発せられている。ここで、(i)、(ii)、(iii)の信号から生成される入力信号は(iv)において示され、ここで点線で示されたパルス出力は、ストップ用検出器12のパルス出力P1との同時性が認識されなかったパルス出力P0A又はP0Bであり、スタート用検出器11A、スタート用検出器11Bから出力はされるものの、一致検出回路13からトリガ信号が発せられないためにデジタルオシロスコープ14には取り込まれないパルス出力である。 Therefore, as a modification of the positron annihilation lifetime measuring device 100, the pulse shapes of the pulse outputs P0A and P0B are replaced with the discriminant generator 20 that imparts the shift time T to the pulse output P0B as described above. A distinctiveness generating unit that imparts distinctiveness can be used. The signal condition in this case and the outline of the measurement are schematically shown in FIG. In FIG. 4, (i) is the output signal of the start detector 11A, (ii) is the output signal of the start detector 11B, and (iii) is the output signal of the stop detector 12. The pulse output P0A in the output signal (i) of the start detector 11A, the pulse output P0B in the output signal (ii) of the start detector 11B, and the pulse output P1 in the output signal (iii) of the stop detector 12. Are issued in chronological order. Here, the input signal generated from the signals of (i), (ii), and (iii) is shown in (iv), and the pulse output shown by the dotted line here is the pulse output P1 of the stop detector 12. It is a pulse output P0A or P0B whose simultaneity with is not recognized, and although it is output from the start detector 11A and the start detector 11B, the trigger signal is not emitted from the match detection circuit 13, so the digital oscilloscope It is a pulse output that is not captured in 14.

ここでは、スタート用検出器11Bの出力にシフト時間Tは付与されずに(i)の出力信号と(ii)の出力信号のうち、パルス出力P1との同時性が認められたものが合流するため、デジタルオシロスコープ14に入力する入力信号は、(iv)となる。ここではパルス出力P0Aとパルス出力P0Bとが混在しているが、デジタルオシロスコープ14がパルス出力P0Aとパルス出力P0Bとを識別できれば、図4の(v)に示されるように、パルス出力P0Aが認識された場合にはこれとパルス出力P1との時間差をΔtAとして、パルス出力P0Bが認識された場合にはこれとパルス出力P1との時間差をΔtBとして、それぞれ認識することができる。PC16は、この結果より、ΔtA、ΔtBのヒストグラム(個別ヒストグラム)を生成することができる。 Here, the shift time T is not added to the output of the start detector 11B, and the output signal of (i) and the output signal of (ii), which are found to be simultaneous with the pulse output P1, merge. Therefore, the input signal input to the digital oscilloscope 14 is (iv). Here, the pulse output P0A and the pulse output P0B are mixed, but if the digital oscilloscope 14 can distinguish between the pulse output P0A and the pulse output P0B, the pulse output P0A recognizes the pulse output P0A as shown in FIG. 4 (v). If this is done, the time difference between this and the pulse output P1 can be recognized as ΔtA, and if the pulse output P0B is recognized, the time difference between this and the pulse output P1 can be recognized as ΔtB. From this result, the PC 16 can generate a histogram (individual histogram) of ΔtA and ΔtB.

図2の例では、ΔtBのヒストグラムには、ΔtAのヒストグラムからのシフト時間Tが付与されたのに対し、この場合においては、シフト時間Tは付与されていない。しかしながら、前記のようにスタート用検出器11A、スタート用検出器11Bにおいては、検出器毎のタイミングのずれが存在し、ΔtBのヒストグラムは、ΔtAのヒストグラムから横軸方向でこのずれ量だけシフトしている。このため、図3と同様の処理を行うことによって、このずれ量を総シフト時間Tsとして算出し、ΔtBのヒストグラムとΔtAのヒストグラムを重複させた上で積算し、より統計的誤差の少ないヒストグラム(全体ヒストグラム)を得ることができる。このヒストグラムを用いて、同様に高精度で陽電子消滅寿命を算出することができる。 In the example of FIG. 2, the histogram of ΔtB is given a shift time T from the histogram of ΔtA, whereas in this case, the shift time T is not given. However, as described above, in the start detector 11A and the start detector 11B, there is a timing deviation for each detector, and the histogram of ΔtB shifts by this amount of deviation from the histogram of ΔtA in the horizontal axis direction. ing. Therefore, by performing the same processing as in FIG. 3, this deviation amount is calculated as the total shift time Ts, the histogram of ΔtB and the histogram of ΔtA are overlapped and integrated, and the histogram with less statistical error ( The whole histogram) can be obtained. Using this histogram, the positron annihilation lifetime can be calculated with high accuracy as well.

このように波形によってパルス出力P0Aとパルス出力P0Bを弁別して計数を行う場合においては、前記のようにシフト時間Tを設定する場合よりも、更に高精度の測定が可能となる。この点について以下に説明する。 In the case where the pulse output P0A and the pulse output P0B are discriminated from each other according to the waveform and counted, the measurement can be performed with higher accuracy than when the shift time T is set as described above. This point will be described below.

同時計数を行うことによって有効なパルス出力P0A、P0Bを選別した場合でも、陽電子の発生・消滅とは無関係のランダムなノイズ成分を完全に除去することは実際には困難であり、このノイズ成分は、陽電子消滅寿命の算出に悪影響を及ぼす。このようなノイズ成分が存在する場合における各ヒストグラムの状況を模式的に図5に示す。図5(a)は、このようなノイズ成分が存在する場合における単一のスタート用検出器を用いた場合のΔtのヒストグラムであり、ノイズがランダムであれば、ノイズ成分は、この中では縦軸のオフセット成分であるNとなり、本来の信号となる部分のピーク値はS0となる。ノイズの影響を低減してこのヒストグラムより陽電子消滅寿命を高精度で算出するためには、これらの比率S0/Nが大きいことが好ましい。 Even when effective pulse outputs P0A and P0B are selected by performing simultaneous counting, it is actually difficult to completely remove a random noise component irrelevant to the generation and disappearance of positrons, and this noise component is , Has an adverse effect on the calculation of positron annihilation lifetime. The situation of each histogram in the presence of such a noise component is schematically shown in FIG. FIG. 5A is a histogram of Δt when a single start detector is used in the presence of such a noise component, and if the noise is random, the noise component is vertical in this. It becomes N, which is an offset component of the axis, and the peak value of the portion that becomes the original signal is S0. In order to reduce the influence of noise and calculate the positron annihilation lifetime from this histogram with high accuracy, it is preferable that these ratios S0 / N are large.

この場合において、図2のようなシフト時間Tを付与する処理を行った場合に得られるヒストグラムを、図2の(iii)に対応させて図5(b)に示す。ここではパルス出力P0Bに対して一様にシフト時間Tが付与された上で、スタート用検出器11A、スタート用検出器11Bの出力が重畳されるため、パルス出力P0Aに対応したピーク値S0の部分とパルス出力P0Bに対応したピーク値S0の部分とが、横軸上で分離して得られる。ここで、ノイズ成分は、2つの検出器の出力が重畳されるために、2×Nとなる。このため、図5(b)のヒストグラムにおいては、本来の信号となる部分のピーク値とノイズとの比率はS0/(2×N)となり、図5(a)の場合の半分となる。 In this case, the histogram obtained when the process of imparting the shift time T as shown in FIG. 2 is performed is shown in FIG. 5 (b) in correspondence with (iii) of FIG. Here, since the shift time T is uniformly assigned to the pulse output P0B and the outputs of the start detector 11A and the start detector 11B are superimposed, the peak value S0 corresponding to the pulse output P0A is A portion and a portion having a peak value S0 corresponding to the pulse output P0B are obtained separately on the horizontal axis. Here, the noise component is 2 × N because the outputs of the two detectors are superimposed. Therefore, in the histogram of FIG. 5 (b), the ratio of the peak value and the noise of the portion that becomes the original signal is S0 / (2 × N), which is half that of the case of FIG. 5 (a).

この場合に図3に示されるようにΔtBのヒストグラムを分離してΔtAのヒストグラムに重ね合わせる作業を行った状況を図5(c)に示す。この場合には、重ね合わせのために本来の信号となる部分のピークが2×S0となる一方で、ノイズ成分は2×2×Nとなる。このため、この場合における本来の信号となる部分のピーク値とノイズとの比率は(2×S0)/(4×N)=S0/(2×N)となる。すなわち、この場合のこの比率は単一のスタート用検出器を用いた場合(図5(a))の半分となる。この例においては、スタート用検出器が2つであったためにこの比の分母が2×Nとなったが、スタート用検出器がn個の場合には、分母はn×Nとなるため、この比は更に低下する。すなわち、図1の構成のようにシフト時間を付与することによって検出器毎の個別ヒストグラムを得る場合には、検出器の個数を増やすに従って、ノイズ成分の影響は大きくなる。 In this case, FIG. 5 (c) shows a situation in which the histogram of ΔtB is separated and superimposed on the histogram of ΔtA as shown in FIG. In this case, the peak of the portion that becomes the original signal due to superposition is 2 × S0, while the noise component is 2 × 2 × N. Therefore, in this case, the ratio of the peak value of the portion that becomes the original signal to the noise is (2 × S0) / (4 × N) = S0 / (2 × N). That is, this ratio in this case is half that in the case of using a single start detector (FIG. 5A). In this example, since there were two start detectors, the denominator of this ratio was 2 × N, but when there are n start detectors, the denominator is n × N. This ratio is further reduced. That is, when an individual histogram for each detector is obtained by giving a shift time as in the configuration of FIG. 1, the influence of the noise component increases as the number of detectors increases.

これに対して、図4に示されたようにパルス出力P0Aとパルス出力P0Bを弁別して計数する場合の状況を同様に図6に示す。ここで、図6(a)は、弁別を行わずに計数を行った場合のヒストグラムであり、図19の(iii)と同様である。ここで、個々の検出器で得られるべきヒストグラムが図5(a)の通りであれば、図19の(iii)と同様のヒストグラムにおいては、ノイズ成分は重複するため、図6(a)におけるノイズ成分は図5(b)と同様に2×Nとなる。また、この分布においては、本来の信号となる部分は、前記の通り、ピークの位置がずれた分布が重ね合わされるため、本来の分布とは異なる形状となる。パルス出力P0Aとパルス出力P0Bを弁別した場合には、図6(a)のヒストグラムがパルス出力P0A、P0B毎に分離して得られる。ここで、本来のパルス出力によるカウント数は、パルス出力P0Aに対するもの、パルス出力P0Bに対するもののいずれかに2分される。一方、ノイズ成分となるパルスの波形に関しては、どちらにも該当しないために、ノイズはこの計数の際に除去することも原理的には不可能ではないが、実際にはこの弁別によりノイズを完全に除去することは困難である。ここでは、仮に、ノイズは、パルス出力P0Aとして認識されるものとパルス出力P0Bとして認識されるものに2分されるものとする。これは、この手法においてノイズの影響が最も大きくなる場合に対応する。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the situation in the case where the pulse output P0A and the pulse output P0B are discriminated and counted is similarly shown in FIG. Here, FIG. 6A is a histogram when counting is performed without discrimination, which is the same as FIG. 19 (iii). Here, if the histograms to be obtained by the individual detectors are as shown in FIG. 5A, the noise components overlap in the histogram similar to that in FIG. 19 (iii), so that in FIG. 6A. The noise component is 2 × N as in FIG. 5 (b). Further, in this distribution, the portion that becomes the original signal has a shape different from the original distribution because the distributions in which the peak positions are deviated are superimposed as described above. When the pulse output P0A and the pulse output P0B are discriminated, the histogram of FIG. 6A is obtained separately for each of the pulse outputs P0A and P0B. Here, the number of counts due to the original pulse output is divided into two, one for the pulse output P0A and one for the pulse output P0B. On the other hand, regarding the waveform of the pulse that is the noise component, since it does not correspond to either, it is not impossible in principle to remove the noise at the time of this counting, but in reality, the noise is completely eliminated by this discrimination. It is difficult to remove. Here, it is assumed that the noise is divided into two, one recognized as the pulse output P0A and the other recognized as the pulse output P0B. This corresponds to the case where the influence of noise is the largest in this method.

この場合に得られるΔtAのヒストグラムを図6(b)に、ΔtBのヒストグラム(個別ヒストグラム)を図6(c)にそれぞれ示す。各々におけるノイズレベルはN1、N2となり、どちらも図6(a)におけるノイズレベル(=2×N)の半分(=N)となる一方、本来の信号となる部分のピーク値は、図5(a)と同様にS0となるため、結局、各々のヒストグラムは図5(a)と同様となる。その後に図3に示された処理を行った場合のヒストグラム(全体ヒストグラム)を図6(d)に示す。この場合においては、本来の信号となる部分のピーク値は2×S0となり、ノイズレベルは2×Nとなる。このため、本来の信号となる部分のピーク値とノイズとの比率は(2×S0)/(2×N)=S0/Nとなり、図5(a)と等しく、図5(c)の場合の2倍となる。すなわち、この場合には図5(c)の場合よりも全体ヒストグラム中におけるノイズ成分の割合が減少し、この処理によってノイズ成分を相対的に減少させることができる。このため、波形による弁別を行う場合には、シフト時間Tを付与する場合よりもノイズ成分の寄与を相対的に低減させることができ、より高精度に陽電子消滅寿命等を計測することができる。この比率は、スタート用検出器の数を増やした場合においても変わらない。 The histogram of ΔtA obtained in this case is shown in FIG. 6 (b), and the histogram of ΔtB (individual histogram) is shown in FIG. 6 (c). The noise levels in each are N1 and N2, both of which are half (= N) of the noise level (= 2 × N) in FIG. 6 (a), while the peak value of the portion that becomes the original signal is shown in FIG. 5 (a). Since the result is S0 as in a), each histogram is the same as in FIG. 5 (a) after all. After that, the histogram (overall histogram) when the processing shown in FIG. 3 is performed is shown in FIG. 6 (d). In this case, the peak value of the portion that becomes the original signal is 2 × S0, and the noise level is 2 × N. Therefore, the ratio of the peak value of the portion that becomes the original signal to the noise is (2 × S0) / (2 × N) = S0 / N, which is equal to FIG. 5 (a) and in the case of FIG. 5 (c). It will be twice as much as. That is, in this case, the proportion of the noise component in the entire histogram is smaller than in the case of FIG. 5C, and this processing can relatively reduce the noise component. Therefore, when discriminating by waveform, the contribution of the noise component can be relatively reduced as compared with the case where the shift time T is given, and the positron annihilation lifetime and the like can be measured with higher accuracy. This ratio does not change even when the number of start detectors is increased.

このため、こうした効果は、検出器の数(波形毎に弁別して得られる個別ヒストグラムの数)が多くなった場合に、特に顕著となる。また、前記の通り、図6の結果は、ノイズがパルス出力P0A、P0Bのいずれかとして認識されるものとしていたが、少なくともノイズの一部は、そのパルス形状により、パルス出力P0A、P0Bのどちらにも該当しないものとして計測の際に除外することができる。 Therefore, such an effect becomes particularly remarkable when the number of detectors (the number of individual histograms obtained by discriminating each waveform) increases. Further, as described above, the result of FIG. 6 shows that the noise is recognized as either the pulse output P0A or P0B, but at least a part of the noise is either the pulse output P0A or P0B depending on the pulse shape. It can be excluded at the time of measurement as it does not correspond to.

上記のように、同一仕様のγ線検出器がスタート用検出器11A、11Bとして用いられた際に、パルス出力P0A、P0Bを波形によって弁別させるために、これらの波形が異なるように成形する手法の例について説明する。図7は、この手法を用いる場合の識別性生成部30の一例の構成及び信号の波形を示す図である。スタート用検出器11A、スタート用検出器11Bが同一仕様であれば、これらから出力された直後においては、パルス出力P0A、P0Bは単一ピークの同一形状であり、波形による区別が困難な状態となっている。ここで、スタート用検出器11Aの出力は成形部31Aを通過し、スタート用検出器11Bの出力は成形部31Bを通過する。成形部31A、31Bにおいては、信号電圧を分割しその一方を分岐させる分岐部32と、分岐部32によって分割された信号の一部に遅延時間を付与する遅延回路33A、33Bがそれぞれに設けられる。この遅延回路33A、33B通過後の信号は、分岐部31を通過後の他方の信号と合流する。このため、成形部31A、31Bをそれぞれ通過した後のパルス出力P0A、P0Bの形状は、他方の信号に対応する主ピークの後に副ピークが追加された形状となる。 As described above, when γ-ray detectors with the same specifications are used as start detectors 11A and 11B, a method of molding the pulse outputs P0A and P0B so that they are different in order to discriminate them according to the waveforms. An example of is described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration and a signal waveform of an example of the distinctiveness generation unit 30 when this method is used. If the start detector 11A and the start detector 11B have the same specifications, the pulse outputs P0A and P0B have the same shape as a single peak immediately after they are output, and it is difficult to distinguish them by waveform. It has become. Here, the output of the start detector 11A passes through the molding section 31A, and the output of the start detector 11B passes through the molding section 31B. The molding portions 31A and 31B are provided with a branch portion 32 that divides the signal voltage and branches one of them, and delay circuits 33A and 33B that impart a delay time to a part of the signal divided by the branch portion 32, respectively. .. The signal after passing through the delay circuits 33A and 33B merges with the other signal after passing through the branch portion 31. Therefore, the shapes of the pulse outputs P0A and P0B after passing through the molding portions 31A and 31B, respectively, have a shape in which a sub-peak is added after the main peak corresponding to the other signal.

図7の例においては、遅延回路33Bで付与される遅延時間は、遅延回路33Aで付与される遅延時間よりも長く設定される。これにより、パルス出力P0A、P0Bにおける主ピークと副ピークの間隔は異なる。デジタルオシロスコープ14において、このように主ピークと副ピークからなる出力パルスを単一の出力パルスとして認識し、主ピークと副ピークの間隔によってパルス出力P0A、P0Bを識別する設定とすることができる。主ピークに基づいてΔtを算出する設定とすれば、こうしたパルス形状を用いても、上記のようにΔtを適正に測定することができる。 In the example of FIG. 7, the delay time given by the delay circuit 33B is set longer than the delay time given by the delay circuit 33A. As a result, the intervals between the main peak and the sub peak at the pulse outputs P0A and P0B are different. In the digital oscilloscope 14, the output pulse composed of the main peak and the sub peak can be recognized as a single output pulse, and the pulse outputs P0A and P0B can be identified by the interval between the main peak and the sub peak. If Δt is calculated based on the main peak, Δt can be appropriately measured as described above even if such a pulse shape is used.

なお、図7の構成は、同一仕様とされたスタート用検出器11A、11Bが発するパルス出力P0A、P0Bの波形に対して識別性を付与するための一手法であり、パルス出力P0A、P0Bの検出時刻が適正に認識されて計数できる限りにおいて、他の構成を用いて、パルス出力の波形を他の形状とすることもできる。例えば、図7の例ではそれぞれの出力を分岐させて遅延時間を付与することによって副ピークを形成したが、反射等を用いて副ピークを生成することもできる。あるいは信号が発生したときに,矩形波等を発生する回路を組み込みその矩形波の組み合わせで検出器毎にパルス出力を認識させるようなことも可能である。あるいは、スタート用検出器11A、11Bのパルス出力P0A、P0Bは、共にプリアンプを介して出力されるが、この際に出力されるパルス波形自身にデジタルオシロスコープが認識可能な識別性がある場合には、上記のような識別性を新たに付与することは不要である。また、前記のようにシフト時間を付与すると共に、検出器毎にこのように波形を設定してもよい。 The configuration of FIG. 7 is a method for imparting distinctiveness to the waveforms of the pulse outputs P0A and P0B emitted by the start detectors 11A and 11B having the same specifications, and the pulse outputs P0A and P0B. As long as the detection time can be properly recognized and counted, other configurations can be used to shape the pulse output waveform into other shapes. For example, in the example of FIG. 7, each output is branched to give a delay time to form a sub-peak, but a sub-peak can also be generated by using reflection or the like. Alternatively, it is also possible to incorporate a circuit that generates a square wave or the like when a signal is generated, and to recognize the pulse output for each detector by combining the square waves. Alternatively, the pulse outputs P0A and P0B of the start detectors 11A and 11B are both output via the preamplifier, but if the pulse waveform itself output at this time has distinctiveness that can be recognized by the digital oscilloscope. , It is not necessary to newly impart the above-mentioned distinctiveness. Further, the shift time may be given as described above, and the waveform may be set in this way for each detector.

上記の構成によって、複数のγ線検出器を用いて陽電子消滅寿命を精密に測定することができる。図1の構成では、試料Sを挟んで対向するようにスタート用検出器11A、11Bが設けられ、これらと直交する位置にストップ用検出器が設けられたが、効率的にスタート信号用γ線γ1、ストップ信号用γ線γ2を検出できる限りにおいて、他の構成を用いることもできる。 With the above configuration, the positron annihilation lifetime can be precisely measured using a plurality of γ-ray detectors. In the configuration of FIG. 1, start detectors 11A and 11B are provided so as to face each other with the sample S in between, and stop detectors are provided at positions orthogonal to these. Other configurations can be used as long as γ1 and γ-ray γ2 for stop signals can be detected.

図8は、スタート用検出器、ストップ用検出器の他の構成の例を示す図((a)(b)は上面図、(c)は斜視図)である。図8(a)においては、同一平面上において、スタート用検出器11A、11Bと、ストップ用検出器12が、試料Sの周囲で120°間隔で設置されている。この場合には、スタート用検出器11A,11Bについて、前記の構成を適用し、スタート用検出器11Aのパルス出力とストップ用検出器12のパルス出力との時間差、スタート用検出器11Bのパルス出力とストップ用検出器12のパルス出力との時間差のそれぞれのヒストグラムを得た上で、これらを重ね合わせる上記の処理を行うことができる。 FIG. 8 is a view showing an example of another configuration of the start detector and the stop detector ((a) and (b) are top views, and (c) is a perspective view). In FIG. 8A, start detectors 11A and 11B and stop detectors 12 are installed around the sample S at 120 ° intervals on the same plane. In this case, the above configuration is applied to the start detectors 11A and 11B, the time difference between the pulse output of the start detector 11A and the pulse output of the stop detector 12, and the pulse output of the start detector 11B. After obtaining each histogram of the time difference between the pulse output of the stop detector 12 and the pulse output of the stop detector 12, the above process of superimposing these can be performed.

図8(b)においては、逆に、スタート用検出器11と、ストップ用検出器12A、12Bが、試料Sの周囲で120°間隔で設置されている。この場合には、ストップ用検出器12A、12Bについて、前記の構成を適用し、スタート用検出器11のパルス出力とストップ用検出器12Aのパルス出力の時間差、スタート用検出器11のパルス出力とストップ用検出器12Bのパルス出力の時間差のそれぞれのヒストグラムを得た上で、これらを重ね合わせる上記の処理を行うことができる。 On the contrary, in FIG. 8B, the start detector 11 and the stop detectors 12A and 12B are installed around the sample S at an interval of 120 °. In this case, the above configuration is applied to the stop detectors 12A and 12B, the time difference between the pulse output of the start detector 11 and the pulse output of the stop detector 12A, and the pulse output of the start detector 11. After obtaining each histogram of the time difference of the pulse output of the stop detector 12B, the above process of superimposing these can be performed.

図8(c)においては、スタート用検出器11A、11Bと、ストップ用検出器12Aが、図8(a)と同様に同一平面上で試料Sの周囲で120°間隔で設置されており、更にストップ用検出器12Bが、この平面と直交するように設置されている。この場合には、スタート用検出器11A、11B、ストップ用検出器12A、12Bのそれぞれに対して上記の構成を適用することによって、スタート用検出器11Aのパルス出力とストップ用検出器12Aのパルス出力の時間差、スタート用検出器11Bのパルス出力とストップ用検出器12Aのパルス出力の時間差、スタート用検出器11Aのパルス出力とストップ用検出器12Bのパルス出力の時間差、スタート用検出器11Bのパルス出力とストップ用検出器12Bのパルス出力の時間差の4つのヒストグラムを得た上で、これらを重ね合わせることができる。 In FIG. 8 (c), the start detectors 11A and 11B and the stop detector 12A are installed at intervals of 120 ° around the sample S on the same plane as in FIG. 8 (a). Further, the stop detector 12B is installed so as to be orthogonal to this plane. In this case, by applying the above configuration to each of the start detectors 11A and 11B and the stop detectors 12A and 12B, the pulse output of the start detector 11A and the pulse of the stop detector 12A are applied. Output time difference, pulse output of start detector 11B and pulse output of stop detector 12A, time difference between pulse output of start detector 11A and pulse output of stop detector 12B, start detector 11B After obtaining four histograms of the time difference between the pulse output and the pulse output of the stop detector 12B, these can be superposed.

図8(a)(b)の場合に重ね合わせられるヒストグラムは2つであったのに対し、この場合に得られるヒストグラムは、4つのヒストグラムの重ね合わせとなるため、更にヒストグラムにおけるカウント数を増やすことができ、統計的誤差を少なくすることができる。なお、この場合において、図3のようにシフト時間Tを付与する場合には、上記の4つの組み合わせが時間軸上で識別できるように、各組み合わせに対して付与されるシフト時間Tは設定される。一方、図7に示されるようにパルス出力の形状に識別性を付与する場合には、スタート用検出器11Aのパルス出力とスタート用検出器11Bのパルス出力、ストップ用検出器12Aのパルス出力とストップ用検出器12Bのパルス出力を、それぞれ識別可能とすればよい。 In the case of FIGS. 8A and 8B, the number of histograms superimposed was two, whereas the histogram obtained in this case is an overlay of four histograms, so the number of counts in the histogram is further increased. And the statistical error can be reduced. In this case, when the shift time T is assigned as shown in FIG. 3, the shift time T assigned to each combination is set so that the above four combinations can be identified on the time axis. NS. On the other hand, when the shape of the pulse output is given distinctiveness as shown in FIG. 7, the pulse output of the start detector 11A, the pulse output of the start detector 11B, and the pulse output of the stop detector 12A are used. The pulse output of the stop detector 12B may be identifiable.

図3において、ヒストグラムを重ね合わせる処理を行う際に、シフト時間Tと検出器毎のタイミングのずれ量とが加味された総シフト時間Tsが算出された。総シフト時間Tsは、装置のセットアップがされ、試料Sや各検出器が固定された後では変化しないと考えられる。このため、ΔtBのヒストグラムがΔtAのヒストグラムと重複するように移動させて総シフト時間Tsを算出する作業は、各検出器の測定タイミングの経時変化や試料Sの位置の変化が無視できる限りにおいて、測定の1回目のみ行い、このTsを記憶すれば、これより後はTsを測定せずに、全体ヒストグラムを生成することができる。これによって、処理時間をより短縮化することができる。この点については、シフト時間Tを付与することによってΔtAのヒストグラムとΔtBのヒストグラムを分離する場合(図3)においても、シフト時間Tを付与せずにパルス出力自身を弁別してΔtAのヒストグラムとΔtBのヒストグラムとを個別に得る場合(図4)のどちらにおいても同様である。 In FIG. 3, when performing the process of superimposing the histograms, the total shift time Ts was calculated in consideration of the shift time T and the amount of timing shift for each detector. It is considered that the total shift time Ts does not change after the device is set up and the sample S and each detector are fixed. Therefore, the work of moving the histogram of ΔtB so as to overlap with the histogram of ΔtA and calculating the total shift time Ts is as long as the change with time of the measurement timing of each detector and the change of the position of the sample S can be ignored. If only the first measurement is performed and the Ts is stored, the entire histogram can be generated without measuring the Ts after that. Thereby, the processing time can be further shortened. Regarding this point, even when the histogram of ΔtA and the histogram of ΔtB are separated by giving the shift time T (FIG. 3), the pulse output itself is discriminated without giving the shift time T, and the histogram of ΔtA and the histogram of ΔtB are discriminated. This is the same in both cases of obtaining the histograms of (FIG. 4) individually.

なお、上記の例では、スタート用検出器11A、11Bが同一仕様のものであるために、これらによる個別ヒストグラムが統計的誤差の範囲内で一致するものとした。しかしながら、上記と同様に個別ヒストグラムを重ね合わせる処理を行うことができ、これによってより統計的ばらつきの少ないヒストグラムが得られる限りにおいて、これらが同一仕様である必要はない。スタート用検出器が3つ以上設けられた場合、ストップ用検出器が複数設けられた場合においても、同様である。 In the above example, since the start detectors 11A and 11B have the same specifications, it is assumed that the individual histograms based on these have the same specifications within the range of statistical error. However, as long as the individual histograms can be superposed in the same manner as described above and a histogram with less statistical variation can be obtained, they do not have to have the same specifications. The same applies when three or more start detectors are provided and when a plurality of stop detectors are provided.

実際に同一の試料Sに対して図1の構成の陽電子消滅寿命測定装置100(実施例装置)を用いてΔtのヒストグラムを作成した。試料Sとしては、陽電子発生源として22Na、陽電子消滅寿命の測定対象となる物質としてポリエチレンを組み合わせたものを用いた。ここで、図9は、パルス出力P0Bに対してシフト時間Tを付与した上でデジタルオシロスコープ14で測定したΔtのヒストグラムであり、図2(iii)に対応する。ここでは、同一形状2つの分布が横軸上で明確に分離して得られ、左側の分布がパルス出力P0Aに、右側の分布がパルス出力P0Bにそれぞれ対応する。その後、図3に示された処理を行った後に最終的に得られた全体ヒストグラムを図10に示す。ここで、この全体ヒストグラムは実施例装置(白丸)として示されており、図16に記載の陽電子消滅寿命測定装置900(従来装置)によって得られたヒストグラムも黒丸で示されており、検出器の計数率は同等としている。ここで、実施例においては、より高いカウント数が得られたために統計的精度の高い結果が得られている。また、一般的には放射線検出器の検出効率と時間分解能はトレードオフの関係にあるが、このように実施例では検出効率を高くすることができたために、放射線検出器自身の検出効率を低下させても時間分解能の高いものを用いることができた。このため、実施例においては密度の高いシンチレータを用いたより時間分解能の高い放射線検出器が用いられ、このために分布自身が鋭くなっており、陽電子消滅寿命やその分布の広がり(試料となる物質中の構造に関わる情報)をより高精度に算出することができる。 A histogram of Δt was actually prepared for the same sample S using the positron annihilation lifetime measuring device 100 (Example device) having the configuration shown in FIG. As the sample S, a combination of 22 Na as the positron generation source and polyethylene as the substance to be measured for the positron annihilation lifetime was used. Here, FIG. 9 is a histogram of Δt measured by the digital oscilloscope 14 after applying the shift time T to the pulse output P0B, and corresponds to FIG. 2 (iii). Here, two distributions having the same shape are clearly separated on the horizontal axis, and the distribution on the left side corresponds to the pulse output P0A and the distribution on the right side corresponds to the pulse output P0B. Then, the whole histogram finally obtained after performing the processing shown in FIG. 3 is shown in FIG. Here, this overall histogram is shown as an example device (white circle), and the histogram obtained by the positron annihilation lifetime measuring device 900 (conventional device) shown in FIG. 16 is also shown by a black circle, and is shown by a black circle. The counting rate is the same. Here, in the embodiment, a higher count number is obtained, so that a result with high statistical accuracy is obtained. Further, in general, the detection efficiency of the radiation detector and the time resolution are in a trade-off relationship, but since the detection efficiency can be increased in this embodiment, the detection efficiency of the radiation detector itself is lowered. Even if it was made, the one with high time resolution could be used. For this reason, in the examples, a radiation detector with higher time resolution using a dense scintillator is used, and as a result, the distribution itself is sharpened, and the positron annihilation lifetime and the spread of the distribution (in the sample material). Information related to the structure of) can be calculated with higher accuracy.

また、同一の測定対象について、上記と同様にパルス出力の識別化のためにシフト時間Tを付与した上で最終的に得られた全体ヒストグラムと、パルス出力の形状を検出器毎に設定して波形による弁別を行った上で最終的に得られた全体ヒストグラムを比較した結果を図11に示す。前記の通り、本来の陽電子消滅寿命に対応した分布は同様に得られているが、図5(a)等に示されたノイズ成分が、波形による弁別を行った場合には相対的に大きく低減されることが確認できた。 Further, for the same measurement target, the entire histogram finally obtained after giving the shift time T for identification of the pulse output and the shape of the pulse output are set for each detector as described above. FIG. 11 shows the result of comparing the overall histograms finally obtained after discriminating by waveform. As described above, the distribution corresponding to the original positron annihilation lifetime is similarly obtained, but the noise component shown in FIG. 5A and the like is relatively significantly reduced when the waveform is discriminated. It was confirmed that it would be done.

また、上記においては、陽電子消滅寿命測定装置100について説明された。しかしながら、複数の検出器を同時に用いた放射線計測器において、上記のスタート用検出器11A、11Bと同様に、各放射線検出器における検出タイミングのずれが問題になるような場合においては、上記と同様の手法を用いることによって、このような検出タイミングのずれを正確に算出することができ、以降の処理において、このずれを補正することができる。また、上記のようなγ線検出器(放射線検出器)と同様にフォトンカウンティングを行う検出器が複数用いられる限りにおいて、この手法を適用できることは明らかであり、ここで、フォトンカウンティングで検出されるフォトン(光子)としては、厳密には可視光等のように、放射線とは異なるものであってもよい。このため、ここでいう「放射線」とは、任意の粒子線や、任意のエネルギーの光子も含めた広い概念のものを含むものとする。 Further, in the above, the positron annihilation life measuring device 100 has been described. However, in a radiation measuring instrument using a plurality of detectors at the same time, as in the case of the above-mentioned start detectors 11A and 11B, when the deviation of the detection timing in each radiation detector becomes a problem, the same as above. By using the method of, such a deviation of the detection timing can be calculated accurately, and this deviation can be corrected in the subsequent processing. Further, it is clear that this method can be applied as long as a plurality of detectors that perform photon counting like the above-mentioned γ-ray detector (radiation detector) are used, and here, the detection is performed by photon counting. Strictly speaking, the photon (photon) may be different from radiation, such as visible light. Therefore, the term "radiation" as used herein includes a broad concept including an arbitrary particle beam and a photon of an arbitrary energy.

すなわち、このような調整の対象となる複数の放射線検出器を図1におけるスタート用検出器11A、11Bとして用い、これらとは別に、参照用放射線検出器をストップ用検出器12として用い、複数の放射線検出器(スタート用検出器11A、11Bに対応)がスタート信号用放射線(第1放射線)を検出し、これらと別に設けた参照用放射線検出器(ストップ用検出器12)がストップ信号用放射線(第2放射線)を検出するように構成し、上記と同様の操作を行い、総シフト時間Tsを算出し、各放射線検出器間の検出タイミングのずれを算出することができる。後でこれらの放射線検出器を用いる際にこのずれを考慮した処理を行うことができる、すなわち、この放射線計測器の調整を行うことができる。 That is, a plurality of radiation detectors subject to such adjustment are used as start detectors 11A and 11B in FIG. 1, and separately, a reference radiation detector is used as a stop detector 12, and a plurality of radiation detectors are used. The radiation detector (corresponding to the start detectors 11A and 11B) detects the start signal radiation (first radiation), and the reference radiation detector (stop detector 12) provided separately from these detects the stop signal radiation. (Second radiation) can be detected, the same operation as described above can be performed, the total shift time Ts can be calculated, and the difference in detection timing between the radiation detectors can be calculated. When these radiation detectors are used later, processing in consideration of this deviation can be performed, that is, the radiation measuring instrument can be adjusted.

ここで、スタート信号用放射線、ストップ信号用放射線の線源としては、γ線を発する上記の試料Sを同様に用いることができる。しかしながら、ストップ信号用放射線とスタート信号用放射線が発せられる時間差が略一定(時間差が零:同時である場合も含む)であれば、上記と同様に個別ヒストグラム、全体ヒストグラムを生成することができ、上記の陽電子消滅寿命測定装置100と同様の処理を行うことが可能であるため、こうした特性をもつ放射線を発する線源を試料Sの代わりに用いることもできる。また、この放射線検出器が検出する放射線はγ線に限定されない。例えば、スタート信号用放射線、ストップ信号用放射線として、他の放射線(光子、α線、β線等)を用いることもできる。また、調整の対象となる放射線検出器が本来の用途において検出する放射線と、スタート信号用放射線、ストップ信号用放射線とが同一の種類の放射線である必要はない。例えば、調整の対象となる放射線検出器が本来は荷電粒子線を検出するためのものである場合においても、放射線検出器が同様に検出することができる限りにおいて、スタート信号用放射線、ストップ信号用放射線として、γ線を用いることもできる。また、スタート信号用放射線とストップ信号用放射線が同一種類の放射線である必要もない。 Here, as the radiation source for the start signal radiation and the stop signal radiation, the above-mentioned sample S that emits γ-rays can be similarly used. However, if the time difference between the radiation for the stop signal and the radiation for the start signal is substantially constant (including the case where the time difference is zero: simultaneous), an individual histogram and an overall histogram can be generated in the same manner as above. Since the same processing as that of the positron annihilation lifetime measuring device 100 can be performed, a radiation source that emits radiation having such characteristics can be used instead of the sample S. Further, the radiation detected by this radiation detector is not limited to γ-rays. For example, other radiations (photons, α rays, β rays, etc.) can be used as the radiation for the start signal and the radiation for the stop signal. Further, it is not necessary that the radiation detected by the radiation detector to be adjusted in the original use and the radiation for the start signal and the radiation for the stop signal are the same type of radiation. For example, even when the radiation detector to be adjusted is originally for detecting charged particle beams, as long as the radiation detector can detect the same, the radiation for the start signal and the radiation for the stop signal are used. Gamma rays can also be used as the radiation. Further, the radiation for the start signal and the radiation for the stop signal do not have to be the same type of radiation.

図12は、この調整方法を実施する場合の装置構成を示す図である。ここでは、3つの放射線検出器41A、41B、41Cが並列に用いられた放射線計測器41がこの調整がなされる対象となっており、これらの間における放射線の検出タイミングのずれが測定されるものとする。スタート信号用放射線となる第1放射線X1、ストップ信号用放射線となる第2放射線X2は、共に線源Xから発せられるものとする。放射線検出器41A〜41Cは、図1におけるスタート用検出器11A、11Bに対応し、図1においてはスタート用検出器が2つ用いられていたが、ここでは、調整対象となる放射線検出器が3つであるものとする。放射線検出器41A〜41Cは、共に第1放射線X1を検出し、前記と同様にそれぞれパルス出力P0A、P0B、P0Cを発する。 FIG. 12 is a diagram showing an apparatus configuration when this adjustment method is carried out. Here, the radiation measuring instrument 41 in which three radiation detectors 41A, 41B, and 41C are used in parallel is the target of this adjustment, and the deviation of the radiation detection timing between them is measured. And. It is assumed that both the first radiation X1 which is the radiation for the start signal and the second radiation X2 which is the radiation for the stop signal are emitted from the radiation source X. The radiation detectors 41A to 41C correspond to the start detectors 11A and 11B in FIG. 1, and two start detectors were used in FIG. 1, but here, the radiation detector to be adjusted is It is assumed that there are three. The radiation detectors 41A to 41C both detect the first radiation X1 and emit pulse outputs P0A, P0B, and P0C, respectively, in the same manner as described above.

一方、参照用放射線検出器42は、図1におけるストップ用検出器12に対応する。参照用放射線検出器42は、前記の第1放射線X1とはエネルギーが異なるために第1放射線X1とは識別が可能な第2放射線X2を検出することによってパルス出力P1を発する。第1放射線X1、第2放射線X2は、それぞれ前記のスタート信号用γ線γ1、ストップ信号用γ線γ2に対応する。この場合においては、識別信号生成部43は、上記の陽電子消滅寿命測定装置100と同様に、デジタルオシロスコープ45が単一の入力信号より得たΔtのヒストグラムにおいて、パルス出力P0A、P0B、P0C毎のヒストグラムが分離できるように、各出力に識別性を付与する。一致検出回路44は、入力信号が生成される前におけるパルス出力P0A、P0B、P0Cとパルス出力P1との同時性が認識された場合に、デジタルオシロスコープ45に対してトリガを発し、同時性が認識されたパルス出力P0A、P0B、P0Cのいずれかとパルス出力P1との間の時間差Δtを測定する。 On the other hand, the reference radiation detector 42 corresponds to the stop detector 12 in FIG. The reference radiation detector 42 emits a pulse output P1 by detecting a second radiation X2 that can be distinguished from the first radiation X1 because the energy is different from that of the first radiation X1. The first radiation X1 and the second radiation X2 correspond to the above-mentioned start signal γ-ray γ1 and stop signal γ-ray γ2, respectively. In this case, the identification signal generation unit 43, like the positron annihilation lifetime measuring device 100 described above, has a histogram of Δt obtained by the digital oscilloscope 45 from a single input signal for each pulse output P0A, P0B, P0C. Distinguish each output so that the histogram can be separated. The match detection circuit 44 issues a trigger to the digital oscilloscope 45 when the synchrony of the pulse outputs P0A, P0B, P0C and the pulse output P1 is recognized before the input signal is generated, and the synchronism is recognized. The time difference Δt between any of the pulse outputs P0A, P0B, and P0C and the pulse output P1 is measured.

なお、図2の方法が適用される場合には、識別性生成部43内や参照用検出器42の出力側に、パルス出力P0B、P0Cに対して異なるシフト時間を付与するために遅延回路が適宜設けられる。また、図4の方法が適用される場合には、図7の成形部31A、31Bに対応した3つの成形部が設けられる。こうした遅延回路や成形部の記載は図10では省略されている。 When the method of FIG. 2 is applied, a delay circuit is provided in the discriminant generator 43 or on the output side of the reference detector 42 in order to give different shift times to the pulse outputs P0B and P0C. Provided as appropriate. Further, when the method of FIG. 4 is applied, three molding portions corresponding to the molding portions 31A and 31B of FIG. 7 are provided. The description of such a delay circuit and a molded portion is omitted in FIG.

PC46は、図2の方法が適用される場合にはデジタルオシロスコープ45で計測されたΔtのヒストグラムを生成し、その中から放射線検出器41A、41B、41C毎に測定されたΔtA、ΔtB、ΔtCのヒストグラムに対応する部分を認識する。その後、図3(a)に示されたように、ΔtBのヒストグラムのΔtAのヒストグラムに対する総シフト時間、ΔtCのヒストグラムのΔtAのヒストグラムに対する総シフト時間を算出することができる。これらの各総シフト時間とシフト時間Tとの差分は、放射線検出器41B、41Cの放射線検出器41Aからの検出タイミングのずれに相当する。 The PC46 generates a histogram of Δt measured by the digital oscilloscope 45 when the method of FIG. 2 is applied, and among the histograms of ΔtA, ΔtB, and ΔtC measured for each of the radiation detectors 41A, 41B, and 41C. Recognize the part corresponding to the histogram. After that, as shown in FIG. 3A, the total shift time of the ΔtB histogram with respect to the ΔtA histogram and the total shift time of the ΔtC histogram with respect to the ΔtA histogram can be calculated. The difference between each of these total shift times and the shift time T corresponds to the deviation of the detection timing from the radiation detectors 41A of the radiation detectors 41B and 41C.

あるいは、図4の方法が適用される場合には、デジタルオシロスコープ45自身が放射線検出器41A、41B、41C毎に測定されたΔtA、ΔtB、ΔtCを認識し、PC46は、これらのヒストグラムをそれぞれ作成する。その後、上記と同様にΔtBのヒストグラムのΔtAのヒストグラムに対する総シフト時間、ΔtCのヒストグラムのΔtAのヒストグラムに対する総シフト時間を算出することができる。これらの各総シフト時間は、放射線検出器41B、41Cの放射線検出器41Aからの検出タイミングのずれに相当する。 Alternatively, when the method of FIG. 4 is applied, the digital oscilloscope 45 itself recognizes the ΔtA, ΔtB, and ΔtC measured for each of the radiation detectors 41A, 41B, and 41C, and the PC46 creates these histograms, respectively. do. After that, the total shift time of the ΔtB histogram with respect to the ΔtA histogram and the total shift time of the ΔtC histogram with respect to the ΔtA histogram can be calculated in the same manner as described above. Each of these total shift times corresponds to a deviation in detection timing from the radiation detectors 41A of the radiation detectors 41B and 41C.

このため、以降において放射線検出器41A、41B、41Cを用いる際のデータ処理において、この総シフト時間を用いて検出タイミングのずれを補正することができる。 Therefore, in the data processing when the radiation detectors 41A, 41B, and 41C are used thereafter, the deviation of the detection timing can be corrected by using this total shift time.

なお、図12の構成においては、前記の陽電子消滅寿命測定装置100と同様に、放射線検出器41A〜41C(スタート用検出器11A、11Bに対応)の検出タイミングと、参照用放射線検出器42(ストップ用検出器12に対応)の検出タイミングの時間差に基づいて、上記のような検出タイミングのずれが算出された。すなわち、この場合には、参照用放射線検出器42による第2放射線X2の検出タイミングを基準(基準タイミング)とし、放射線検出器41A〜41Cが検出する第1放射線X1は、この基準タイミングから略一定の時間後に発せられるものとした。しかしながら、例えば第1放射線X1の発振タイミングを高精度で制御可能である場合には、例えば線源X側におけるこの発振タイミングを上記の基準タイミングとし、この基準タイミングと放射線検出器41A〜41C(スタート用検出器11A、11Bに対応)の検出タイミングとの時間差を上記のΔtA、ΔtB、ΔtCとして、同様の処理を行うこともできる。すなわち、基準タイミングを十分な精度で確保できる限りにおいて、第2放射線X2及びこれを検出するための参照用放射線検出器42は不要である。このため、上記の線源Xとしては、22Naを用いたもの以外のもの、例えば、パルス化されたビーム等を用いることができる。 In the configuration of FIG. 12, similarly to the above-mentioned positron annihilation life measuring device 100, the detection timing of the radiation detectors 41A to 41C (corresponding to the start detectors 11A and 11B) and the reference radiation detector 42 (corresponding to the start detectors 11A and 11B) The deviation of the detection timing as described above was calculated based on the time difference of the detection timing of the stop detector 12). That is, in this case, the detection timing of the second radiation X2 by the reference radiation detector 42 is used as a reference (reference timing), and the first radiation X1 detected by the radiation detectors 41A to 41C is substantially constant from this reference timing. It was supposed to be issued after the time of. However, for example, when the oscillation timing of the first radiation X1 can be controlled with high accuracy, for example, this oscillation timing on the radiation source X side is set as the above reference timing, and this reference timing and the radiation detectors 41A to 41C (start). The same processing can be performed by setting the time difference from the detection timing of the detectors 11A and 11B) as ΔtA, ΔtB, and ΔtC. That is, as long as the reference timing can be secured with sufficient accuracy, the second radiation X2 and the reference radiation detector 42 for detecting the second radiation X2 are unnecessary. Therefore, as the above-mentioned radiation source X, a radiation source X other than the one using 22 Na, for example, a pulsed beam or the like can be used.

このような調整方法は、複数の放射線検出器が同時に用いられる放射線計測器において、放射線の検出タイミングに関わる情報が重要である場合に特に有効である。上記のような陽電子消滅寿命測定装置100はこの典型的な例となるが、他の放射線計測装置においても、この調整方法を適用することができる。 Such an adjustment method is particularly effective when information related to radiation detection timing is important in a radiation measuring instrument in which a plurality of radiation detectors are used at the same time. The positron annihilation lifetime measuring device 100 as described above is a typical example of this, but this adjusting method can also be applied to other radiation measuring devices.

更に、上記のように、パルス出力出力信号に対して放射線検出器毎の識別性を付与した上で合流させて単一の入力信号を生成し、その後でこの入力信号における各放射線検出器毎の測定結果を認識する構成は、放射線計測器の調整の際だけでなく、この放射線計測器の通常の使用の際にも適用することができる。アレイ型の放射線検出器を具備する放射線計測器200に対してこうした構成を適用した例を図13に示す。 Further, as described above, the pulse output output signals are given distinctiveness for each radiation detector and then merged to generate a single input signal, and then for each radiation detector in this input signal. The configuration for recognizing the measurement result can be applied not only when adjusting the radiation measuring instrument but also when using the radiation measuring instrument normally. FIG. 13 shows an example in which such a configuration is applied to a radiation measuring instrument 200 including an array type radiation detector.

この放射線計測器200は、この観点から上記の陽電子消滅寿命測定装置100を、一般化したものに相当する。ここでは、アレイ型(位置検出型)とされたアレイ型放射線検出部50が用いられる。アレイ型放射線検出部50は4×4個のピクセル51で構成され、各ピクセル51が前記の放射線検出器31A等に対応し、放射線を検出する度にパルス出力を発する。各ピクセル51の出力は識別性生成部60に入力して識別性が生成され、識別性生成部60を通過後の各ピクセル51のパルス出力が合流して単一の入力信号が生成される。測定部70は、この入力信号より、付与された識別性に基づいて各ピクセル51毎のパルス出力の測定結果を認識する。測定部70は、前記の陽電子消滅寿命測定装置100においては、デジタルオシロスコープ14とPC16の組み合わせに相当する。 From this point of view, the radiation measuring instrument 200 corresponds to a generalized version of the positron annihilation lifetime measuring device 100. Here, an array type radiation detection unit 50 which is an array type (position detection type) is used. The array type radiation detection unit 50 is composed of 4 × 4 pixels 51, and each pixel 51 corresponds to the radiation detector 31A or the like, and emits a pulse output each time radiation is detected. The output of each pixel 51 is input to the discrimination generation unit 60 to generate discrimination, and the pulse outputs of each pixel 51 after passing through the discrimination generation unit 60 merge to generate a single input signal. From this input signal, the measuring unit 70 recognizes the measurement result of the pulse output for each pixel 51 based on the given distinctiveness. The measuring unit 70 corresponds to the combination of the digital oscilloscope 14 and the PC 16 in the positron extinction life measuring device 100.

この場合、測定部70において、各ピクセル51毎のパルス出力に対するどのような物理量が測定されるかに応じて、識別性生成部60において付与する識別性となる事項を適宜設定することができる。前記の陽電子消滅寿命測定装置100のように、各ピクセル51のパルス出力と他のパルス出力との間の時間差が測定部70における測定の対象となる場合には、前記のように識別性生成部60において、ピクセル51毎に異なるシフト時間を付与することもできる。この場合には、測定部70においては、入力信号における各ピクセル51毎のパルス出力を弁別することはできないが、要求される測定結果(前記の陽電子消滅寿命測定装置100の場合には各スタート用検出器毎のΔtのヒストグラム)は、各ピクセル51に得ることができる。 In this case, the items to be discriminative given by the discriminant generation unit 60 can be appropriately set according to what kind of physical quantity is measured for the pulse output for each pixel 51 in the measuring unit 70. When the time difference between the pulse output of each pixel 51 and the other pulse output is the object of measurement in the measuring unit 70 as in the positron annihilation lifetime measuring device 100, the discriminant generation unit is described as described above. At 60, a different shift time can be assigned to each pixel 51. In this case, the measuring unit 70 cannot discriminate the pulse output for each pixel 51 in the input signal, but the required measurement result (in the case of the positron annihilation life measuring device 100 described above, for each start). A Δt histogram for each detector) can be obtained for each pixel 51.

これに対して、識別性生成部60が、図7に示されるように各ピクセル51のパルス出力のパルス形状をピクセル51毎に定められた形状に成形する場合には、前記の通り、測定部70は、認識されたパルス出力がどのピクセル51からのものであるかを認識することができる。このため、単一の入力信号を用いた場合でも、測定部70は、各ピクセル51毎のパルス出力を認識して処理を行うことができる。この処理としては、例えば単位時間当たりの各ピクセル51毎の計数や、パルス出力の波高分析による放射線のエネルギースペクトル測定等があり、各ピクセル毎の信号を精密に時間やエネルギー等について解析できる。あるいは、これによって、各ピクセル51間に起こるエネルギー等のずれを上記の時間(検出タイミング)のずれと同様に補正することもできる。 On the other hand, when the discriminant generation unit 60 forms the pulse shape of the pulse output of each pixel 51 into a shape defined for each pixel 51 as shown in FIG. 7, the measurement unit 60 is described as described above. The 70 can recognize which pixel 51 the recognized pulse output is from. Therefore, even when a single input signal is used, the measuring unit 70 can recognize the pulse output for each pixel 51 and perform processing. This process includes, for example, counting for each pixel 51 per unit time, measuring the radiation energy spectrum by pulse height analysis, and the like, and the signal for each pixel can be accurately analyzed for time, energy, and the like. Alternatively, this makes it possible to correct the deviation of energy or the like that occurs between each pixel 51 in the same manner as the above-mentioned time (detection timing) deviation.

図13の構成においては、測定部70は、入力信号中のパルス出力を認識する際に、そのパルス出力を発したピクセル51を認識することができるため、このパルス出力の元となった光子が入射した位置を認識することができる。このため、位置検出型の放射線計測器において、こうした構成は特に有効である。図13の構成では、2次元配列中の位置が認識されるが、このように光子が入射した位置に関する情報が特に有効となる放射線計測器の具体的な他の例としては、PET(ポジトロン断層法)における放射線計測器がある。 In the configuration of FIG. 13, when the measuring unit 70 recognizes the pulse output in the input signal, it can recognize the pixel 51 that emitted the pulse output, so that the photon that is the source of the pulse output is used. The position of the incident can be recognized. Therefore, such a configuration is particularly effective in a position detection type radiation measuring instrument. In the configuration of FIG. 13, the position in the two-dimensional array is recognized, and as another specific example of the radiation measuring instrument in which the information on the position where the photon is incident is particularly effective, PET (positron emission tomography) is used. There is a radiation measuring instrument in the law).

図14は、PETで用いられる放射線計測器210の構成を示す図である。ここでは、各々が上記のピクセル51に対応した放射線検出器52、53、54(各4つ)が、測定対象(被験者)を囲む環状に配置されている。被験者の体内における陽電子発生源から発せられた陽電子はその極近傍で対消滅して前記と同様に511keVの2つのγ線光子を反対方向に発する。この1対のγ線光子が発せられる方向は不定であるが、図14における一点鎖線で結ばれた2対の放射線検出器52、53や1対の放射線検出器52、54は、線源Xから発せられた1対のγ線光子を同時計測で検出するため、γ線光子を同時検出した放射線検出器同士の対が複数あれば、線源Xの位置を、この対を結ぶ線(図14における一点鎖線)の交点として認識することができる。この構成においては、全ての放射線検出器を同時に動作させることが必要であるが、この際に、上記と同様に放射線検出器52、53、54のそれぞれの組に対して識別性生成部61、62、63をそれぞれ用い、識別性生成部61、62、63を通過後の各放射線検出器52の出力、各放射線検出器53の出力、各放射線検出器54の出力をそれぞれ合流させた3つの入力信号をそれぞれに対応したチャンネルで解析する測定部70を用いることができる。この場合に、測定部70としては、多数の放射線検出器が用いられているにも関わらず、複数の放射線検出器からの種々の信号を合わせた測定チャンネルによる同時計測により全体の同時計測に用いることができる。このように、全ての放射線検出器に対して共通となる単体の識別性生成部を用いる代わりに、放射線検出器を複数にグループ分けし、グループ毎に識別性生成部及び入力信号を設けてもよい。こうした場合においては、各入力信号を用いた測定において同一グループ内での放射線検出器毎の識別ができればよいため、図14の構成では放射線検出器は計12個用いられているものの、4種類のみの識別が可能であるように識別性を設定することができる。このため、前記のようにパルス出力の波形を設定する場合には、この波形を4種類とすることができる。また、この場合には、識別性生成部61、62、63を完全に同一の構成としてもよい。 FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a radiation measuring instrument 210 used in PET. Here, radiation detectors 52, 53, 54 (four each) corresponding to the above-mentioned pixel 51 are arranged in a ring shape surrounding the measurement target (subject). The positrons emitted from the positron source in the subject's body annihilate in the immediate vicinity and emit two 511 keV γ-ray photons in opposite directions in the same manner as described above. The direction in which this pair of γ-ray photons is emitted is indefinite, but the two pairs of radiation detectors 52, 53 and the pair of radiation detectors 52, 54 connected by the one-point chain line in FIG. Since a pair of γ-ray photons emitted from is detected by simultaneous measurement, if there are multiple pairs of radiation detectors that simultaneously detect γ-ray photons, the position of the source X is determined by the line connecting these pairs (Fig. It can be recognized as the intersection of the one-point chain line at 14. In this configuration, it is necessary to operate all the radiation detectors at the same time. At this time, the distinctiveness generator 61, for each set of the radiation detectors 52, 53, 54 as described above, Three that used 62 and 63, respectively, and merged the output of each radiation detector 52, the output of each radiation detector 53, and the output of each radiation detector 54 after passing through the discrimination generators 61, 62, 63, respectively. A measuring unit 70 that analyzes an input signal in a channel corresponding to each can be used. In this case, although the measuring unit 70 uses a large number of radiation detectors, it is used for the entire simultaneous measurement by simultaneous measurement by a measurement channel in which various signals from a plurality of radiation detectors are combined. be able to. In this way, instead of using a single distinctiveness generator that is common to all radiation detectors, the radiation detectors may be divided into multiple groups, and the distinctiveness generator and input signal may be provided for each group. good. In such a case, since it is sufficient to identify each radiation detector in the same group in the measurement using each input signal, a total of 12 radiation detectors are used in the configuration of FIG. 14, but only four types are used. The distinctiveness can be set so that the discriminant can be identified. Therefore, when setting the pulse output waveform as described above, there can be four types of these waveforms. Further, in this case, the distinctiveness generating units 61, 62, 63 may have completely the same configuration.

また、TOF(Time Of Flight)型PETにおいては、前記の陽電子消滅寿命測定装置100と同様に、対のγ線を略同時に検出したピクセル51の検出タイミングの時間差も測定され、この時間差から、更に線源Xの位置情報を更に高精度に得ることができる。この場合においては、各ピクセル51の検出タイミングの調整を厳密に行うことが要求される。この場合において、図12における線源Xとして小さなものを図14における中心Oに配置し、図12の構成において行われる調整方法を同様に適用することができ、これによって前記の時間差の測定をより高精度で行うことができる。 Further, in the TOF (Time Of Flight) type PET, the time difference of the detection timing of the pixel 51 that detects the pair of γ-rays substantially at the same time is also measured in the same manner as the above-mentioned positron annihilation life measuring device 100. The position information of the radiation source X can be obtained with higher accuracy. In this case, it is required to strictly adjust the detection timing of each pixel 51. In this case, a small source X in FIG. 12 can be placed at the center O in FIG. 14 and the adjustment method performed in the configuration of FIG. 12 can be similarly applied, thereby making the measurement of the time difference more. It can be done with high accuracy.

上記の陽電子消滅寿命測定装置100(図1)、放射線計測器の調整方法(図12の構成)、放射線計測器200、210(図13、14)においては、複数の検出器の出力から生成された単一の入力信号中において、各検出器の出力パルスに対して識別性が付与された。ここで、この識別性を付与する具体的な手法としては、最終的に取得される測定結果(陽電子消滅寿命測定装置100においては時間差のヒストグラム)中における各検出器毎の結果が識別して得られるものであれば十分である。この手法として、陽電子消滅寿命測定装置100においては、シフト時間を付与することが用いられた。 In the above-mentioned positron annihilation life measuring device 100 (FIG. 1), the adjustment method of the radiation measuring instrument (configuration of FIG. 12), and the radiation measuring instruments 200 and 210 (FIGS. 13 and 14), they are generated from the outputs of a plurality of detectors. In a single input signal, the output pulse of each detector was given distinctiveness. Here, as a specific method for imparting this distinctiveness, the result for each detector in the finally acquired measurement result (histogram of time difference in the positron annihilation lifetime measuring device 100) is identified and obtained. Anything that can be done is sufficient. As this method, in the positron annihilation lifetime measuring device 100, it was used to give a shift time.

一般的には、放射線検出器が放射線を検出して発せられるパルス出力においては、このパルス出力に関する様々な情報についての測定が可能である。この情報は、陽電子消滅寿命測定装置100においてはパルス出力のタイミングとカウント数である。ここで必要なタイミングに関する情報としては、パルス出力P0との間の時間差だけであるために、上記のようにシフト時間を付与する技術が有効となった。しかしながら、このようにシフト時間を付与する技術においては、測定部において入力信号中のパルス出力自身の識別は行われないために、他の測定においては必ずしも有効でない、すなわち、この技術によって、各検出器毎の測定結果を分離して得ることができない場合も多い。 Generally, in a pulse output generated by a radiation detector detecting radiation, it is possible to measure various information about this pulse output. This information is the timing and the number of counts of the pulse output in the positron annihilation lifetime measuring device 100. Since the information regarding the timing required here is only the time difference from the pulse output P0, the technique of imparting the shift time as described above has become effective. However, in the technique of imparting the shift time in this way, since the measurement unit does not identify the pulse output itself in the input signal, it is not always effective in other measurements, that is, each detection is performed by this technique. In many cases, the measurement results for each device cannot be obtained separately.

これに対して、図4、7に記載の手法においては、測定部(デジタルオシロスコープ14)が入力信号中のパルス出力自身を識別するために、より多くのケースで適用が可能である。ただし、図7の手法においては、パルス出力P0A、P0Bの立下り部分の形状が識別性生成部30によって設定されるため、例えば測定部においてこのパルス出力の立下り部分に関する測定を行う場合には、図7の手法は適用が困難である。 On the other hand, the method shown in FIGS. 4 and 7 can be applied in more cases in order for the measuring unit (digital oscilloscope 14) to identify the pulse output itself in the input signal. However, in the method of FIG. 7, since the shape of the falling portion of the pulse outputs P0A and P0B is set by the discriminant generation unit 30, for example, when the measuring unit performs measurement on the falling portion of the pulse output, the measurement unit is used. , The method of FIG. 7 is difficult to apply.

このような場合においては、入力信号中のパルス出力P0Aにおける時間軸上の関係、パルス出力P0Bにおける時間軸上の関係を維持し、かつパルス出力P0A、P0Bのパルス波形に対して変更を施さないことが好ましい。このためには、図7における識別性生成部30のように各検出器からのパルス出力の波形に対して加工を施す代わりに、入力信号とは別の判定用信号を生成して入力信号と同期させて出力し、この判定用信号を参照することによって入力信号中のパルス出力を検出器毎に認識する構成とすることもできる。図15は、こうした識別性生成部80の構成を図7に対応させて示す図である。 In such a case, the relationship on the time axis of the pulse output P0A and the relationship on the time axis of the pulse output P0B in the input signal are maintained, and the pulse waveforms of the pulse outputs P0A and P0B are not changed. Is preferable. For this purpose, instead of processing the waveform of the pulse output from each detector as in the discriminant generation unit 30 in FIG. 7, a judgment signal different from the input signal is generated and used as the input signal. It is also possible to output in synchronization and recognize the pulse output in the input signal for each detector by referring to this determination signal. FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the distinctiveness generation unit 80 in correspondence with FIG. 7.

ここでも、パルス出力P0Aとパルス出力P0Bの波形は同一であるために、デジタルオシロスコープ14(測定部)で単純にこれらを識別することは困難である。ここで、識別性生成部80において、スタート用検出器11A側には識別信号生成部81Aが、スタート用検出器11B側には識別信号生成部81Bが設けられており、識別信号生成部81A、識別信号生成部81Bは、パルス信号である識別信号QA、QBをそれぞれ発する。識別信号QA、QBは異なる形状をもち、デジタルオシロスコープでこれらを識別することが可能である。 Again, since the waveforms of the pulse output P0A and the pulse output P0B are the same, it is difficult for the digital oscilloscope 14 (measurement unit) to simply identify them. Here, in the discriminant generation unit 80, an identification signal generation unit 81A is provided on the start detector 11A side, and an identification signal generation unit 81B is provided on the start detector 11B side. The identification signal generation unit 81B emits identification signals QA and QB, which are pulse signals, respectively. The identification signals QA and QB have different shapes, and it is possible to identify them with a digital oscilloscope.

スタート用検出器11A、スタート用検出器11Bにはそれぞれパルス出力認識部82が接続されており、パルス出力認識部82は、パルス出力P0A、P0Bが入力した場合に、トリガ信号(識別信号生成トリガ)を発すると共に、入力したパルス出力P0A、P0Bの波形に変更を加えずにそのまま出力する。識別信号生成部81A、81Bは、それぞれこの識別信号生成トリガを受けて、前記の識別信号QA、QBを発する。このため、識別信号QAはパルス出力P0Aと同期し、識別信号QBはパルス出力P0Bと同期して、それぞれ発せられる。その後、識別信号QA、QBが合流して判定用信号が生成されて出力される。 A pulse output recognition unit 82 is connected to the start detector 11A and the start detector 11B, respectively, and the pulse output recognition unit 82 receives a trigger signal (identification signal generation trigger) when the pulse outputs P0A and P0B are input. ) Is emitted, and the waveforms of the input pulse outputs P0A and P0B are output as they are without any change. The identification signal generation units 81A and 81B receive the identification signal generation trigger and emit the identification signals QA and QB, respectively. Therefore, the identification signal QA is synchronized with the pulse output P0A, and the identification signal QB is generated in synchronization with the pulse output P0B. After that, the identification signals QA and QB merge to generate and output a determination signal.

一方、パルス出力P0A、P0Bはそれぞれスタート用検出器11A、スタート用検出器11Bから出力されたままの状態(形状)で合流し、図7と同様に入力信号が生成される。デジタルオシロスコープ14(測定部)には判定用信号と入力信号が同期して入力する。前記の通り、デジタルオシロスコープ14は、入力信号のみを見た場合には入力信号中で認識されたパルス出力がパルス出力P0A、P0Bのいずれであるかの判定をすることは困難である。しかしながら、入力信号と同期して入力する判定用信号中におけるパルス信号が識別信号QA,QBのいずれかであるかを認識することができるため、デジタルオシロスコープ14は、入力信号と同期して入力する判定用信号を参照することにより、入力信号中のパルス出力P0A、P0Bの識別をすることができる。これにより、図7の構成を用いた場合と同様に、ΔtA、ΔtBを測定する、あるいは各種の測定結果をスタート用検出器11A、11B毎に得ることができる。 On the other hand, the pulse outputs P0A and P0B merge in the state (shape) as they are output from the start detector 11A and the start detector 11B, respectively, and an input signal is generated as in FIG. 7. The determination signal and the input signal are input to the digital oscilloscope 14 (measurement unit) in synchronization. As described above, it is difficult for the digital oscilloscope 14 to determine whether the pulse output recognized in the input signal is the pulse output P0A or P0B when only the input signal is viewed. However, since it is possible to recognize whether the pulse signal in the determination signal to be input in synchronization with the input signal is either the identification signal QA or QB, the digital oscilloscope 14 inputs in synchronization with the input signal. By referring to the determination signal, the pulse outputs P0A and P0B in the input signal can be identified. Thereby, as in the case of using the configuration of FIG. 7, ΔtA and ΔtB can be measured, or various measurement results can be obtained for each of the start detectors 11A and 11B.

図7の構成とは異なり、図15の構成を用いた場合には、パルス出力P0A、P0Bがスタート用検出器11A、スタート用検出器11Bから出力されたままの形状で入力信号中に存在するため、図7の構成を用いた場合と比べて、より幅広い内容の測定、処理をデジタルオシロスコープ14(測定部)で行うことができる。例えば、図15の構成を用いた場合には、入力信号においてはパルス形状に加工が施されないために、パルス出力P0A、P0Bの波形に関する測定も、デジタルオシロスコープ14で行うことが可能となる。 Unlike the configuration of FIG. 7, when the configuration of FIG. 15 is used, the pulse outputs P0A and P0B are present in the input signal in the form as output from the start detector 11A and the start detector 11B. Therefore, as compared with the case of using the configuration of FIG. 7, a wider range of measurement and processing can be performed by the digital oscilloscope 14 (measurement unit). For example, when the configuration of FIG. 15 is used, since the pulse shape is not processed in the input signal, it is possible to measure the waveforms of the pulse outputs P0A and P0B with the digital oscilloscope 14.

また、例えば、前記のようにΔtA、ΔtBを高精度でデジタルオシロスコープで測定するためには、パルス出力P0A、P0Bのタイミングは、スタート用検出器11A、スタート用検出器11Bから出力された直後の状態と同様に入力信号中でも維持されていることが必要である。一方、判定用信号中における識別信号QA、QBのタイミングの精度は、入力信号中において認識されたパルス出力(P0A又はP0B)と判定用信号中において認識された識別信号(QA又はQB)とが対応付けられれば十分であるため、入力信号中におけるパルス出力P0A、P0Bのタイミングほどの高い精度は要求されない。このため、上記のような判定用信号を生成するための識別信号生成部81A、識別信号生成部81B、パルス出力認識部82に対しては、高い時間的精度は要求されない。あるいは、識別信号QA、QBとしては、タイミングの認識の精度が低くなっても、両者の識別が容易となるような形状を採用することができる。このため、識別信号QA、QBとしては、例えば異なるパルス幅のパルスを用いる、あるいは図7における入力信号のように複数のパルス列からなる信号を用いる等、種類が多くなっても識別の容易な形状を採用することができる。こうした識別信号の生成は容易である。このため、図15の識別性生成部80を容易に得ることができる。また、図15の構成では検出器が2つ用いられたが、検出器を3つ以上用いた場合においても、入力信号、判定用信号をそれぞれ一つずつとすることができ、検出器の数を3つ以上とした場合でも測定器(測定チャンネル)を増設する必要はない。 Further, for example, in order to measure ΔtA and ΔtB with a digital oscilloscope with high accuracy as described above, the timing of the pulse outputs P0A and P0B is immediately after being output from the start detector 11A and the start detector 11B. It needs to be maintained in the input signal as well as in the state. On the other hand, the accuracy of the timing of the identification signals QA and QB in the determination signal is determined by the pulse output (P0A or P0B) recognized in the input signal and the identification signal (QA or QB) recognized in the determination signal. Since it is sufficient if they are associated with each other, high accuracy as high as the timing of the pulse outputs P0A and P0B in the input signal is not required. Therefore, high time accuracy is not required for the identification signal generation unit 81A, the identification signal generation unit 81B, and the pulse output recognition unit 82 for generating the determination signal as described above. Alternatively, as the identification signals QA and QB, it is possible to adopt a shape that facilitates the identification of the two even if the accuracy of timing recognition is low. Therefore, as the identification signals QA and QB, for example, pulses having different pulse widths are used, or signals composed of a plurality of pulse trains such as the input signal in FIG. 7 are used. Can be adopted. The generation of such an identification signal is easy. Therefore, the distinctiveness generation unit 80 of FIG. 15 can be easily obtained. Further, in the configuration of FIG. 15, two detectors are used, but even when three or more detectors are used, one input signal and one determination signal can be used, and the number of detectors can be used. There is no need to add a measuring instrument (measurement channel) even if the number is three or more.

なお、図15の例では、識別性生成部80においては、パルス出力認識部82は、パルス出力P0A、P0Bに対して全く変更を施さずに識別信号生成トリガを発するものとしたが、例えば、図7の構成と同様に分岐部を用い、パルス出力P0A、P0Bのパルス形状を実質的に変化させずにその一部を分岐させて得られたパルスを識別信号生成トリガとして用いてもよい。こうした場合においても、デジタルオシロスコープ14は、入力信号と判定用信号とを用いて上記と同様に各種の処理を行うことができる。 In the example of FIG. 15, in the discriminant generation unit 80, the pulse output recognition unit 82 issues an identification signal generation trigger without making any changes to the pulse outputs P0A and P0B. Similar to the configuration of FIG. 7, a branching portion may be used, and a pulse obtained by branching a part of the pulse outputs P0A and P0B without substantially changing the pulse shape may be used as an identification signal generation trigger. Even in such a case, the digital oscilloscope 14 can perform various processes in the same manner as described above using the input signal and the determination signal.

また、入力信号中におけるパルス出力に対する識別性を付与する場合には、上記のようにシフト時間を付与する、パルス波形を検出器毎に設定する他にも、測定部で所望の測定が可能となる限りにおいて、各種のものを用いることができる。例えば、パルス出力におけるパルス波高は入射した光子のエネルギーに対応し、光子のエネルギーに関する情報が重要である場合にはパルス波高を認識する必要があるが、測定部において光子のエネルギーに関する情報の測定が不要であれば、識別性生成部において、検出器毎にパルス波高を設定し、測定部でパルス波高によってパルス出力を弁別する設定とすることもできる。また、このように識別性を付与する技術を、複数種類組み合わせてもよい。 In addition, when imparting distinctiveness to the pulse output in the input signal, in addition to assigning the shift time as described above and setting the pulse waveform for each detector, the measurement unit can perform desired measurement. As long as it is possible, various kinds can be used. For example, the pulse wave height in the pulse output corresponds to the energy of the incident photon, and when the information on the photon energy is important, it is necessary to recognize the pulse wave height, but the measurement unit can measure the information on the photon energy. If it is not necessary, the discriminant generation unit may set the pulse wave height for each detector, and the measurement unit may set the pulse output to be discriminated by the pulse wave height. Further, a plurality of types of techniques for imparting distinctiveness in this way may be combined.

図13、14の構成においては、この他にも、測定部70で所望の物理量がピクセル51毎に分離されて得られる限りにおいて、識別性生成部60の構成を適宜設定することができる。また、前記の陽電子消滅寿命測定装置と同様に、各ピクセル51からのパルス出力がそのまま測定部70で識別可能な形状であれば、識別性生成部60において特別に識別性を付与することは不要であり、各ピクセル51からの出力をそのまま合流させて入力信号とすることもできる。 In addition to this, in the configurations of FIGS. 13 and 14, the configuration of the discriminant generation unit 60 can be appropriately set as long as the desired physical quantity is separated for each pixel 51 by the measurement unit 70. Further, as in the case of the above-mentioned positron annihilation lifetime measuring device, if the pulse output from each pixel 51 has a shape that can be directly identified by the measuring unit 70, it is not necessary for the discriminant generating unit 60 to specially impart distinctiveness. Therefore, the outputs from the respective pixels 51 can be merged as they are to be an input signal.

上記と同様にアレイ型放射線検出部50を用いて放射線の検出を行う際に、測定部を各ピクセル51毎に設ける、あるいはピクセル51毎に対応した測定チャンネルをもつ測定部を用いて同様の測定結果を得ることもできる。これに対して、上記の構成においては、単一の測定部、あるいは単一の測定チャンネルを用いてこの測定を行うことができるため、装置構成を単純化し、低コスト化することができる。 Similar to the above, when the array type radiation detection unit 50 is used to detect radiation, a measurement unit is provided for each pixel 51, or the same measurement is performed using a measurement unit having a measurement channel corresponding to each pixel 51. You can also get results. On the other hand, in the above configuration, since this measurement can be performed using a single measuring unit or a single measuring channel, the device configuration can be simplified and the cost can be reduced.

また、例えばアレイ型放射線検出部50を半導体で構成する、すなわち、アレイ型放射線検出部50を半導体検出器とすることができる。この場合、識別性生成部を半導体回路で形成することができ、これらを共通の半導体チップ中に構成することもできる。 Further, for example, the array-type radiation detection unit 50 can be made of a semiconductor, that is, the array-type radiation detection unit 50 can be a semiconductor detector. In this case, the discriminative generator can be formed of a semiconductor circuit, and these can be configured in a common semiconductor chip.

このように、上記の陽電子消滅寿命測定装置や上記の放射線計測器においては、複数の放射線計測器を用いて各種の高精度の測定を行うことができると共に、装置構成を単純化し、低コスト化することができる。 As described above, in the above-mentioned positron annihilation life measuring device and the above-mentioned radiation measuring instrument, various high-precision measurements can be performed using a plurality of radiation measuring instruments, and the device configuration is simplified and the cost is reduced. can do.

11、11A、11B、91、91A、91B スタート用検出器(γ線検出器、放射線検出器)
12、12A、12B、92 ストップ用検出器(γ線検出器、放射線検出器)
13、44、93 一致検出回路
14、45、94 デジタルオシロスコープ(共通計測部)
15、21A、21B、33A、33B、95 遅延回路
16 PC(パーソナルコンピュータ、ヒストグラム生成部、寿命算出部)
20、30、43、60〜63、80 識別性生成部
31A、31B 成形部
32 分岐部
41、200、210 放射線計測器
41A、41B、41C、52〜54 放射線検出器
42 参照用放射線検出器
46、96 PC(パーソナルコンピュータ)
50 アレイ型放射線検出部
51 ピクセル(放射線検出器)
70 測定部
81A、81B 識別信号生成部
82 パルス出力認識部
100、900、910 陽電子消滅寿命測定装置
O 中心
S 試料
X 線源
X1 第1放射線
X2 第2放射線
γ1 スタート信号用γ線
γ2 ストップ信号用γ線
11, 11A, 11B, 91, 91A, 91B Start detector (γ-ray detector, radiation detector)
12, 12A, 12B, 92 Stop detectors (γ-ray detector, radiation detector)
13, 44, 93 Match detection circuit 14, 45, 94 Digital oscilloscope (common measurement unit)
15, 21A, 21B, 33A, 33B, 95 Delay circuit 16 PC (personal computer, histogram generator, life calculation unit)
20, 30, 43, 60-63, 80 Distinguishing part 31A, 31B Molding part 32 Branching part 41, 200, 210 Radiation measuring instrument 41A, 41B, 41C, 52-54 Radiation detector 42 Reference radiation detector 46 , 96 PC (personal computer)
50 Array type radiation detector 51 pixels (radiation detector)
70 Measuring unit 81A, 81B Identification signal generation unit 82 Pulse output recognition unit 100, 900, 910 Positron annihilation life measuring device O Center S Sample X Astrophysical source X1 First radiation X2 Second radiation γ1 Start signal γ-ray γ2 Stop signal γ-ray

Claims (14)

陽電子の発生に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするスタート用検出器と、陽電子の消滅に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするストップ用検出器と、を具備し、前記スタート用検出器の前記パルス出力のタイミングからの前記ストップ用検出器の前記パルス出力のタイミングの遅延時間を陽電子の発生・消滅の複数のイベントに対して計測し、計測された前記遅延時間のヒストグラムから陽電子の寿命を認識する陽電子消滅寿命測定装置であって、
前記スタート用検出器又は前記ストップ用検出器として、複数のγ線検出器が、複数の前記γ線検出器の出力を各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成するように接続されて用いられ、
前記入力信号中の前記パルス出力を認識し前記パルス出力に対応した前記遅延時間を認識する共通計数部と、
前記遅延時間のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
前記遅延時間のヒストグラムより前記寿命を算出する寿命算出部と、
を具備し、
前記遅延時間のヒストグラムが前記ヒストグラム生成部で前記γ線検出器毎に得られるように、前記入力信号を生成する前に複数の前記γ線検出器のうちの少なくとも一つ以外の出力に対して識別性を付与する識別性生成部を更に具備し、
前記ヒストグラム生成部は、前記γ線検出器毎に得られた前記遅延時間のヒストグラムである個別ヒストグラムの少なくとも一つを前記遅延時間に対して一様にシフトさせた操作を行った上で、他の前記個別ヒストグラムに重畳させた全体ヒストグラムを生成し、
前記寿命算出部は、前記全体ヒストグラムより、前記寿命を算出することを特徴とする陽電子消滅寿命測定装置。
It is equipped with a start detector that detects γ-rays generated with the generation of positrons and outputs a pulse, and a stop detector that detects γ-rays generated with the disappearance of positrons and outputs a pulse. The delay time of the pulse output timing of the stop detector from the pulse output timing of the start detector is measured for a plurality of events of positron generation / disappearance, and the measured delay time is A positron annihilation lifetime measuring device that recognizes the lifetime of positrons from a histogram.
As the start detector or the stop detector, a plurality of γ-ray detectors mix the outputs of the plurality of γ-ray detectors in a state where the relationship between the pulse outputs on the time axis is maintained. Connected and used to generate a single input signal
A common counting unit that recognizes the pulse output in the input signal and recognizes the delay time corresponding to the pulse output.
A histogram generator that generates a histogram of the delay time, and a histogram generator.
A life calculation unit that calculates the life from the delay time histogram,
Equipped with
Before generating the input signal, for the output other than at least one of the plurality of γ-ray detectors, so that the histogram of the delay time can be obtained for each γ-ray detector in the histogram generator. Further provided with a distinctiveness generating unit for imparting distinctiveness,
The histogram generation unit performs an operation in which at least one of the individual histograms, which is a histogram of the delay time obtained for each γ-ray detector, is uniformly shifted with respect to the delay time, and then the other. Generate an overall histogram superimposed on the individual histogram of
The positron annihilation life measuring device is characterized in that the life calculation unit calculates the life from the entire histogram.
前記識別性生成部において、前記識別性を付与するために、前記パルス出力のパルス形状を前記γ線検出器毎に定められた態様とすることを特徴とする請求項1に記載の陽電子消滅寿命測定装置。 The positron annihilation lifetime according to claim 1, wherein the discriminant generation unit has a pulse shape of the pulse output in a mode determined for each γ-ray detector in order to impart the discriminative property. measuring device. 前記識別性生成部において、前記パルス出力に対して前記γ線検出器毎に定められた一定の時間差となるシフト時間を付与し、
前記ヒストグラム生成部は、前記入力信号を用いて得られた前記ヒストグラムから、前記個別ヒストグラムを前記遅延時間の時系列に応じて分離することにより得ることを特徴とする請求項1又は2に記載の陽電子消滅寿命測定装置。
In the discriminant generation unit, a shift time having a constant time difference determined for each γ-ray detector is given to the pulse output.
The first or second aspect of claim 1 or 2, wherein the histogram generation unit is obtained by separating the individual histogram from the histogram obtained by using the input signal according to the time series of the delay time. Positron annihilation lifetime measuring device.
陽電子の発生に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするスタート用検出器と、陽電子の消滅に伴って発生するγ線を検出しパルス出力をするストップ用検出器と、を具備し、前記スタート用検出器の前記パルス出力のタイミングからの前記ストップ用検出器の前記パルス出力のタイミングの遅延時間を陽電子の発生・消滅の複数のイベントに対して計測し、計測された前記遅延時間のヒストグラムから陽電子の寿命を認識する陽電子消滅寿命測定装置であって、
前記スタート用検出器又は前記ストップ用検出器として、複数のγ線検出器が、複数の前記γ線検出器の出力を各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成するように接続されて用いられ、
前記入力信号中の前記パルス出力を認識し前記パルス出力に対応した前記遅延時間を認識する共通計数部と、
前記遅延時間のヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
前記遅延時間のヒストグラムより前記寿命を算出する寿命算出部と、
を具備し、
前記共通計数部は、前記入力信号中における前記パルス出力を波形によって複数の前記γ線検出器毎に弁別することによって前記遅延時間を前記γ線検出器毎に認識し、
前記ヒストグラム生成部は、前記γ線検出器毎に得られた前記遅延時間のヒストグラムである個別ヒストグラムを生成し、前記個別ヒストグラムの少なくとも一つを前記遅延時間に対して一様にシフトさせた操作を行った上で、他の前記個別ヒストグラムに重畳させた全体ヒストグラムを生成し、
前記寿命算出部は、前記全体ヒストグラムより、前記寿命を算出することを特徴とする陽電子消滅寿命測定装置。
It is equipped with a start detector that detects γ-rays generated with the generation of positrons and outputs a pulse, and a stop detector that detects γ-rays generated with the disappearance of positrons and outputs a pulse. The delay time of the pulse output timing of the stop detector from the pulse output timing of the start detector is measured for a plurality of events of positron generation / disappearance, and the measured delay time is A positron annihilation lifetime measuring device that recognizes the lifetime of positrons from a histogram.
As the start detector or the stop detector, a plurality of γ-ray detectors mix the outputs of the plurality of γ-ray detectors in a state where the relationship between the pulse outputs on the time axis is maintained. Connected and used to generate a single input signal
A common counting unit that recognizes the pulse output in the input signal and recognizes the delay time corresponding to the pulse output.
A histogram generator that generates a histogram of the delay time, and a histogram generator.
A life calculation unit that calculates the life from the delay time histogram,
Equipped with
The common counting unit recognizes the delay time for each γ-ray detector by discriminating the pulse output in the input signal for each of the plurality of γ-ray detectors according to the waveform.
The histogram generation unit generates an individual histogram which is a histogram of the delay time obtained for each γ-ray detector, and at least one of the individual histograms is uniformly shifted with respect to the delay time. To generate an overall histogram superimposed on the other individual histograms.
The positron annihilation life measuring device is characterized in that the life calculation unit calculates the life from the entire histogram.
各々が放射線を検出してパルス出力をする複数の放射線検出器を同時に用いて放射線を検出する放射線計測器の調整方法であって、
前記放射線検出器が検出する第1放射線を基準タイミングから略一定の時間間隔で発する線源を用い、前記放射線検出器の各々が前記第1放射線を検出する複数のイベントにおいて、
複数の前記放射線検出器の出力を、各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成して、当該入力信号中の前記パルス出力及び前記パルス出力に対応した時間差を認識する際に、
認識された前記時間差のヒストグラム中において複数の前記放射線検出器の各々の出力に対応したヒストグラムが識別可能となるように、複数の前記放射線検出器のうちの少なくとも一つ以外の出力に対して識別性を付与して前記入力信号を生成し、
前記放射線検出器毎に得られた前記ヒストグラムである個別ヒストグラムの少なくとも一つを前記遅延時間に対して一様にシフトさせた操作を行った上で、他の前記個別ヒストグラムに重畳させる際のシフト量である総シフト時間を算出し、
前記総シフト時間を用いて前記各放射線検出器の検出タイミングを補正することを特徴とする放射線計測器の調整方法。
It is a method of adjusting a radiation measuring instrument that detects radiation by using multiple radiation detectors, each of which detects radiation and outputs a pulse at the same time.
In a plurality of events in which each of the radiation detectors detects the first radiation using a radiation source that emits the first radiation detected by the radiation detector at substantially constant time intervals from the reference timing.
The outputs of the plurality of radiation detectors are mixed to generate a single input signal in which the relationship between the pulse outputs on the time axis is maintained, and the pulse outputs in the input signals and the pulse outputs are generated. When recognizing the time difference corresponding to the pulse output
Identification for outputs other than at least one of the plurality of radiation detectors so that the histogram corresponding to each output of the plurality of radiation detectors can be identified in the recognized histogram of the time difference. To generate the input signal by imparting sex,
Shift when at least one of the individual histograms, which is the histogram obtained for each radiation detector, is uniformly shifted with respect to the delay time, and then superimposed on the other individual histograms. Calculate the total shift time, which is the quantity,
A method for adjusting a radiation measuring instrument, which comprises correcting the detection timing of each radiation detector using the total shift time.
前記線源は前記第1放射線とは異なる第2放射線を前記第1の放射線と略一定の時間間隔で発し、
前記放射線検出器と別体で前記第2放射線を検出する参照用放射線検出器を用い、前記参照用放射線検出器が前記第2放射線を検出したタイミングを前記基準タイミングとすることを特徴とする請求項5に記載の放射線計測器の調整方法。
The radiation source emits a second radiation different from the first radiation at a substantially fixed time interval from the first radiation.
A claim characterized in that a reference radiation detector that detects the second radiation separately from the radiation detector is used, and the timing at which the reference radiation detector detects the second radiation is set as the reference timing. Item 5. The method for adjusting the radiation measuring instrument according to Item 5.
前記識別性を付与するために、前記パルス出力のパルス形状を前記放射線線検出器毎に定められた態様とすることを特徴とする請求項5又は6に記載の放射線計測器の調整方法。 The method for adjusting a radiation measuring instrument according to claim 5 or 6, wherein the pulse shape of the pulse output has a mode determined for each radiation ray detector in order to impart the distinctiveness. 前記入力信号を生成するに際し、前記パルス出力に対して前記放射線検出器毎に定められた一定の時間差となるシフト時間を付与し、
前記個別ヒストグラムを生成するに際し、前記入力信号を用いて得られた前記時間差のヒストグラムから、前記個別ヒストグラムを前記時間差の時系列に応じて分離することにより得ることを特徴とする請求項5から請求項7までのいずれか1項に記載の放射線計測器の調整方法。
When generating the input signal, a shift time having a constant time difference determined for each radiation detector is given to the pulse output.
Claim 5 according to claim 5, wherein when the individual histogram is generated, the individual histogram is obtained by separating the individual histogram from the histogram of the time difference obtained by using the input signal according to the time series of the time difference. Item 8. The method for adjusting a radiation measuring instrument according to any one of items up to item 7.
各々が放射線を検出してパルス出力をする複数の放射線検出器を同時に用いて放射線を検出する放射線計測器であって、
複数の前記放射線検出器が、各々における時間軸上の前記パルス出力間の関係が維持された状態で混合した単一の入力信号を生成するように接続されて用いられ、
前記入力信号より、前記パルス出力に関する測定結果を得る測定部と、
前記測定部において前記測定結果が複数の前記放射線検出器毎に得られるように、前記入力信号を生成する前に前記パルス出力に対する前記複数の放射線検出器の各々に対応した識別性を生成する識別性生成部と、
を具備し、
前記測定部で、前記識別性に基づいて前記測定結果を複数の前記放射線検出器の各々に分離して認識することを特徴とする放射線計測器。
Each is a radiation measuring instrument that detects radiation by using multiple radiation detectors that detect radiation and output pulses at the same time.
A plurality of the radiation detectors are connected and used to generate a single mixed input signal while maintaining the relationship between the pulse outputs on the time axis in each.
A measuring unit that obtains measurement results related to the pulse output from the input signal,
Identification that generates the distinctiveness corresponding to each of the plurality of radiation detectors to the pulse output before generating the input signal so that the measurement result can be obtained for each of the plurality of radiation detectors in the measuring unit. Sex generator and
Equipped with
A radiation measuring instrument characterized in that the measuring unit separates and recognizes the measurement result into each of the plurality of radiation detectors based on the distinctiveness.
前記識別性生成部は、前記パルス出力のパルス形状を前記放射線検出器毎に定められた態様とすることを特徴とする請求項9に記載の放射線計測器。 The radiation measuring instrument according to claim 9, wherein the discriminative generation unit has a pulse shape of the pulse output in a mode defined for each radiation detector. 前記識別性生成部は、前記パルス出力に対して前記放射線検出器毎に定められた一定のシフト時間を付与することを特徴とする請求項10に記載の放射線計測器。 The radiation measuring instrument according to claim 10, wherein the discriminative generation unit imparts a constant shift time determined for each radiation detector to the pulse output. 前記識別性生成部は、
複数の前記放射線検出器の各々からの前記パルス出力が入力されるに際し、複数の前記放射線検出器毎に設定された識別信号を当該パルス出力と同期して出力して生成した判定用信号を出力し、
前記測定部は、前記判定用信号を参照して前記入力信号から複数の前記放射線検出器毎に前記パルス出力を認識することを特徴とする請求項9から請求項11までのいずれか1項に記載の放射線計測器。
The distinctiveness generator
When the pulse output from each of the plurality of radiation detectors is input, the identification signal set for each of the plurality of radiation detectors is output in synchronization with the pulse output, and the generated determination signal is output. death,
According to any one of claims 9 to 11, the measuring unit recognizes the pulse output for each of the plurality of radiation detectors from the input signal with reference to the determination signal. The radiation measuring instrument described.
複数の前記放射線検出器は配列して設置され、前記測定部は前記入力信号中の前記パルス出力と共に前記パルス出力をした前記放射線検出器の配列中における位置情報を認識することを特徴とする請求項9から請求項12までのいずれか1項に記載の放射線計測器。 A plurality of the radiation detectors are arranged and installed, and the measuring unit recognizes the position information in the arrangement of the radiation detectors that output the pulse together with the pulse output in the input signal. The radiation measuring instrument according to any one of items 9 to 12. 複数の前記放射線検出器は測定対象を囲む環状に配置されたことを特徴とする請求項13に記載の放射線計測器。 The radiation measuring instrument according to claim 13, wherein the plurality of radiation detectors are arranged in a ring shape surrounding the measurement target.
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