原子核乾板の元素組成と密度

原子核乾板 (Nuclear Emulsion) の組成や密度を実測することは難しい。 軽元素から重元素までの測定レンジを持つ組成の測定法は存在しないため、同じ条件で全ての元素組成を測定することはできない。 また、環境の湿度が変化すると乾板に含まれる水分量も変化するため、これも測定を難しくしている。 原料自体の組成は測定しやすいものの、原子核乳剤を製造する工程に水洗工程があり、この工程で何がどれだけ流出したかをどう推定するかで結果が変わる。

よくある測定方法

軽元素である水素、炭素、窒素、硫黄、酸素の質量比(通常の装置では水素、炭素、窒素)は、元素分析装置による測定が可能である[8]。硫黄についてはその存在比が少ないため、元素分析装置での測定は一般には不可能である。 重元素については、銀、臭素ヨウ素の比はSEM-EDXによる測定が可能である[8]。 定着(FIX)前後の厚みと質量測定により、AgBrIとバインダーの比及び密度を測定することが可能である[8]。 アルファ線の飛程からエネルギーとレンジ(飛程)の関係式を導き出す方法が最も精度の良い密度測定方法(密度の相対誤差0.3%)でかつ系統誤差を抑えられる方法である[1]。ただし、ここで求まる密度は、α線のエネルギーとレンジ(飛程)の関係式を媒介する、換算密度とも呼ばれるものである。 論文等で紹介されている各原子核乾板の組成を紹介する。

Emulsion Ilford G-5

  • Density 3.907g/cc [2]
H C N O S Ag Br
Mass % [2] 1.4 6.9 0.07 6.9 0.2 47.4 34.8

Photographic Emulsion (ICRU-215) = Standard emulsion

  • Density 3.815g/cc [3]
H C N O S Ag Br I
Mass % [3] 1.4 7.2 1.9 6.6 0.2 47.4 34.9 0.3

Fuji ET-7B ET-7C/D

  • 密度: 3.73 g/cc (Fuji ET-7B)
  • 密度: 3.60 g/cc (Fuji ET-7C/D)
  • 密度: 3.63g/cc (ET-7D) [11]
  • 相対湿度: 68%

結晶サイズ

  • ET-7B 240±78 nm [7]
  • ET-7C 260 nm [9][11]
  • ET-7D 176 nm [9][11]
H C N O S Ag Br I
ET-7D Mass g/cm3[9][11] 0.05 0.31 0.1 0.226 0.0067 1.675 1.22 0.034
ET-7D Mass %[9][11] 1.38 8.56 2.76 6.24 0.18 46.25 33.69 0.94
ET-7C/7D Mass %[12] 1.5 9.3 3.1 6.8 0.2 45.4 33.4 0.3
Binder AgBrI
Volume %[11] 55.0 45.0

Volume%は桑原氏にコメントより。

Fuji OPERA film

  • 密度: 2.71g/cc [6]
  • 密度: 2.85g/cc [11]

結晶サイズ

  • 200±16 nm [7]

組成

H C N O S Si Na Sr Ba Ag Br I
Mass % [6] 2.4 13.0 4.81 12.43 0.09 0.08 0.08 0.02 0.01 38.34 27.86 0.81
Mass % [11] 2.3 14.1 4.6 10.2 -- -- -- -- -- 39.4 28.6 0.8
Binder AgBrI
Mass % 33.0 67.0
Volume %[7] 69.0 31.0

組成は原料からの計算値である。特に水洗工程での水溶液側に抜ける成分に仮定が入っている。(桑原氏のコメントより)

Nagoya NIT [8]

  • 乳剤層の密度: 3.44 g/cc
  • AgBrの密度: 6.473g/cc
  • ゼラチンの密度: 1.32g/cc
  • PVAの密度: 1.19g/cc

結晶サイズ

  • NIT 44.2±6.8 nm
  • UNIT 24.8±4.3 nm

組成

H C N O Ag Br I
Mass % 1.6 10.1 2.7 7.4 44.5 31.8 1.9
Atomic % 41.1 21.4 4.9 11.7 10.5 10.1 0.4
Binder AgBrI
Mass % 21.9 78.2
Density g/cc 1.29 6.473

AgBrIの分量は原料からの計算値、HとCとNは実測値、Oはそこからの推定値である。

参考文献

  1. 吉田ら https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.11.044
  2. SRIM http://www.srim.org/
  3. Photographic Emulsion (ICRU-215) https://physics.nist.gov/cgi-bin/Star/compos.pl?refer=ap&matno=215
  4. E531実験検出器(Fuji ET-7B) https://doi.org/10.1016/0167-5087(84)90446-0
  5. 市川 博士論文 京都大学 https://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/150816/3/D_Ichikawa_Atsuko.pdf
  6. _L. Patrizii ら https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/3/07/P07002
  7. 中村琢ら NIM A 556 (2006) 80–86 https://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2005.08.109
  8. 浅田 吉本ら https://doi.org/10.1093/ptep/ptx076
  9. 福永 修士論文 岐阜大学教育学研究科 2012年2月21日
  10. _W. H. Barkas Il Nuo. Cim. Volume 8, Issue 2, pp 185–200 (1958) https://link.springer.com/article/10.1007/BF02747737
  11. 桑原謙一氏 private communication
  12. Geant4で伝統的に使われてきたFujiFilm ET-7C/7D emulsion for KEK-PS E373 の組成

文責: 吉本

間違いがあればメール or コメントをください