JP2004170116A - Gamma ray incident direction detector - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for determining the energy spectrum of gamma rays entering from the incident direction of gamma rays along with information on the incident direction, and determining dose rate from each kind of radiation source for each incident direction, or dose rate for each energy band. <P>SOLUTION: A plurality of detection sections, where sensitivity is limited to a specific incident direction, are combined, thus determining the dose rate from each kind of radiation source for each incident direction for gamma rays entering from all directions, or determining the dose rate for each energy band. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガンマ線の検出装置に関し、特にガンマ線の入射方向、および各方向からのガンマ線源あるいはエネルギーバンド毎の計数率もしくは線量率を求める方法及び検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、狭い視野内における入射方向を弁別する装置が開発されている。また、医療分野においては被検者の周囲に多数の検出器を配置し、それらの検出器で放射線の入射方向を弁別し、体内臓器あるいはガン組織の形状把握に用いられている。
【０００３】
しかしながら、前記の狭い視野内の入射方向弁別器では、全方向からの情報を入手するためには多数回の測定を繰り返すか、多数個の測定器を用いる必要があり、測定時間または多額の購入資金が必要となる。また、医学分野で使用されている測定器系は外部から入射してくる放射線を対象とすることはできない。
【０００４】
一方、これまでの環境放射線の測定器は方向依存性の無い測定器が理想的な測定器と考えられ、測定地点の線量率を正しく求めるものとして開発されてきたこともあり、放射線の入射方向に関する情報を効率よく取得する測定器は開発されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような現状を省みて、より詳細な環境放射線レベルの研究を押し進めるに当たっては放射線の入射方向に関する情報を入手することが大変重要であるとの考えに基づき検討されたものであり、比較的短時間に、容易にガンマ線の入射方向情報を求めることができる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のガンマ線入射方向検出器は、外部から入射するガンマ線の入射方向を求めるガンマ線入射方向検出器であり、球体中心から放射状に多数延ばした線が各検出部の軸中心となるように遮蔽材内に設置し、角度応答を一方向に限定した多数のガンマ線シンチレータで構成されている。上記の軸中心は厳密なものではなく、かなりの偏位も許容され得、適宜得られる測定値を補正して検出しうる。そして、好適には本発明のガンマ線入射方向検出器は、球体の球面座標において、赤道と赤道のＮ等分点を通る経度線ｎとの各交点と、上記の各経度線の中間経度を通る経度線ｎ’と南北緯４５度線との各交点と、北極点に検出部の軸中心が球体中心を通るように配置される。たとえば、このＮを８とし計２５個のガンマ線シンチレータを配置し、全方向検出可能とし得る。
【０００７】
本発明のガンマ線入射方向検出器においては、全方向からのスペクトルデータの集積に際し、測定系の全体の感度の方向依存性を低減するため、たとえば赤道部に配置したシンチレータの重みを１、北緯４５度部の重みを１／√２および南緯４５度部の重みを０．８に設定することができる。このように、本発明のガンマ線入射方向検出器においては、配置シンチレータ数および各シンチレータの重み付けを異なるように設定し得る。
【０００８】
本発明のガンマ線入射方向検出器においては、全方向を対象とするのではなく、立体角の一部方向からの入射ガンマ線を対象とするため、該一部方向以外の検出部は取り除いた形態とすることもできる。たとえば、全方向を対象とするのではなく、半球方向からの入射ガンマ線を対象とするため、北半球に配置したシンチレータと赤道面のものはそのまま配置し、南半球の検出部は取り除いた形態とし得る。
【０００９】
本発明のガンマ線入射方向検出器においては、角度応答をよりシャープにするため、または高線量率場でのスペクトルのパイルアップを防ぐために、各シンチレータを遮蔽体のより内部へ移動させることができるようなアジャスト機構をもつように構成し得る。
【００１０】
さらに、本発明のガンマ線入射方向検出器においては、ガンマ線入射方向検出器の検出部分としてシンチレータ以外の検出器、たとえば半導体検出器を設置し得る。
【００１１】
そして、本発明のガンマ線入射方向検出器において、ガンマ線測定場の撮像手段として撮影装置を備え、その画像を表示する画像表示部を有するように構成することができる。好適には撮影装置は、魚眼レンズを搭載した撮影装置である。そして好適には、この魚眼レンズは測定系の対向する２ヶ所に搭載される。たとえば、１８０度の円形視野角の正射影型魚眼レンズを対向する２ヶ所に搭載し、ＣＣＤ等の撮像素子で撮像して全天像を得、その全天像を所定の画像変換手段を経てコンピュータモニタに表示可能な画像に変換し、全天モニタ像を作成する。一方、シンチレータからの情報を同様にして全天モニタ像に位置関係が重なる画像となるように変換することで強度分布モニタ像を作成し、モニタに表示される全天画像上に、各画像部位に対応するガンマ線強度分布を描写するようにするこの場合、目的により全天画像は円形画像二つで表示してもよいし、正角図法等の各種図法に準じた変換処理を行ない一つの画像として表示することもできる。
【００１２】
以上のように、本発明においては、特定の入射方向に感度を限定させた検出部を複数個組み合わせることにより、全方向から入射するガンマ線について入射方向毎の各種放射線源からの線量率、あるいは、エネルギーバンド毎の線量率を求めることができる。また、各測定部は方向依存性を有するが、測定系全体としては方向依存性を出来るだけ少なくなるように構成し、どの方向からの入射に対してもそのガンマ線のスペクトルを入手し、線量評価を行うことができる。
【００１３】
本発明によるガンマ線入射方向検出器は、短時間の測定により必要な情報が入手でき、演算を介して、各方向からの放射線源別の線量率、あるいは、エネルギーバンド毎の線量率を求められることができる。また、それらの結果を測定器の周りに想定した天球上に表示することができる。さらに、放射線の強度分布を周辺の画像イメージと重ね合わせて表示することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、具体例により本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明によるガンマ線入射方向検出器を示す概略図である。図１の検出部系１は２５個のシンチレータを遮蔽体２の中にマウントした場合の形態を示す。この２５個のシンチレータにはフォトパイプ４を接続し、シンチレータ内の発光を下部の位置検出型光電子増倍管５へと伝える。ここで、位置検出型光電子増倍管を用いるのではなく、通常の光電子増倍管を使用することも可能であるが、多数の光電子増倍管が必要となり、また、多数の高圧供給部が必要となると共に、同じ増幅率に統一をとるのが難しいため、元の入力位置への変換計算が必要とされるけれども、位置検出型光電子増倍管が好適である。
【００１５】
この位置検出型光電子増倍管へと伝えられた光はそこで電子信号となり増幅された後、波高弁別器６へと誘導される。このようにして得られた２５個のシンチレータからのそれぞれの電気信号は一定時間積算し、２５個のエネルギースペクトルを得る。
【００１６】
標準的なガンマ線入射方向検出器は２５個のシンチレータを図１のように配置する。即ち、球面座標において、赤道と赤道の８等分点を通る経度線ｎとの各交点と、上記の各経度線の中間経度を通る経度線ｎ’と南北緯４５度線との各交点と、北極点に検出部の軸中心が球体中心を通るように配置する。
【００１７】
図２に示すように遮蔽体２は中空の支持棒７に支えられている。支持棒の上端部はシンチレータを透過してきたガンマ線を遮蔽するため、中空ではなく遮蔽材８を詰めてある。また、球体の遮蔽体の内部に位置する支持棒部分は各シンチレータからのフォトパイプを支持棒の中空部分へ取り入れるためのスリット９を設けている。即ち、図３に示すようにシンチレータから延びるフォトパイプは支持棒内へと繋がり、支持棒の底部で位置検出型光電子増倍管へとつながるように外へ誘導される。
【００１８】
図４に示すように各シンチレータ３は遮蔽体２の内部から装着される。遮蔽体の中で固定されるように、シンチレータの保護カプセルの底部に突起を設け、遮蔽体へねじ止めできるようにする。また、シンチレータの位置を内部へ引っ込めるためのアジャスト機構を設けてある。
【００１９】
標準的なシンチレータとしてアルミニウムに被覆された３ｘ３インチφのＮａＩ（Ｔｌ）を使用する。
【００２０】
本検出器によるガンマ線のレスポンスについて記載する。２５個のシンチレータを使用するとした場合、測定場のガンマ線のエネルギースペクトルを２５方向からの入射方向別のものに分離して考える。その２５方向からのガンマ線入射エネルギースペクトルを行列Ａ（２５行２２列）として表記する。この行列Ａが最終的に求めたいものである。行列Ａの２５行は２５個のシンチレータを表し、２２列は入射ガンマ線のエネルギーを２２個に分割したことに対応する。行列Ａの要素は測定対象により異なるものであり、下記の値は例示にすぎない。本来は２５行２２列の行列であるが、簡便のため５行４列として示してある。
【００２１】
【数１】

【００２２】
次に、この２５方向からの入射ガンマ線に対する２５個のシンチレータのレスポンスをＢと表記する。Ｂ は検出部の数を２５個としたことから２５行２５列の行列として表される。行列Ｂの２５行は２５個のシンチレータを表し、２５列はガンマ線入射方向を２５分割したことに対応する。第１次近似としての行列Ｂの要素はシンチレータを配置した場所の情報をもとに計算することができる。即ち、第一次近似としての行列Ｂは固有の値として測定器毎に求めることが出来る。下記の数値は例示にすぎない。本来は２５行２５列の行列であるが、簡便のため５行５列として示してある。
【００２３】
【数２】

【００２４】
Ｂ は本来、エネルギーの関数であるが、簡単のため円筒形シンチレータの先端円形平面部分を入射ガンマ線から見たときの断面積で表されると近似する。この断面積は各シンチレータの中心軸を通るベクトルと入射ガンマ線のベクトルとの内積によって求めることができる。この内積の値の一例として図示したものが図５である。ガンマ線の入射方向により２５個の検出部の断面積が変化する様子を示している。図では負の値も示しているが、現実には負の値はゼロとして扱う。
【００２５】
各シンチレータへ入射するガンマ線のエネルギースペクトルは上記の行列ＡとＢの積として求められ、その積をここではＣと表記する。Ｃは２５行２２列の行列として表記される。行列Ｃの２５行は２５個のシンチレータを表し、２２列は入射ガンマ線のエネルギーを２２個に分割したことに対応する。行列Ｃの要素は場所によって変化する行列Ａと定数である行列Ｂの掛け算であるため、場所によって変化する。従って、下記は例示にすぎない。本来は２５行２２列の行列であるが、簡便のため５行４列として示してある。
【００２６】
【数３】

【００２７】
各シンチレータへ入射するエネルギースペクトルＣはシンチレータ内で相互作用、即ち、一部は光電効果により光電ピークを形成し、他はコンプトン散乱によって連続スペクトルとなる。このシンチレータ内での相互作用は入射方向に依存するものであるが、簡便のため総てのガンマ線が垂直に入射するものと仮定することにより、一義的な応答関数が得られる。この応答関数に関しては、既にモンテカルロ法によって計算されたものが報告されている。この応答関数を次のようにＤと表記する。通常、この応答関数は２２行２２列の行列として表記される。行列Ｄの２２行は入射ガンマ線のエネルギーを２２個に分割したことに対応し、２２列はガンマ線とシンチレータとの相互作用の結果形成される２２チャンネルのエネルギースペクトルを表す。上記のように簡単化した行列Ｄは３ｘ３インチφのＮａＩ（Ｔｌ）については既に計算され公表されている。その値を用いることが出来る。下記は概略を示すだけのものである。本来は２２行２２列の行列であるが、簡便のため４行４列として示してある。
【００２８】
【数４】

【００２９】
この応答関数を上記のエネルギースペクトル行列Ｃに右から掛けることにより、このガンマ線入射方向検出器により測定されるエネルギースペクトル（Ｒ）が得られる。Ｒは２５行２２列の行列となる。行列Ｒの２５行は２５個のシンチレータを表し、２２列は計測される２２チャンネルのエネルギースペクトルを表す。行列Ｄの要素は場所によって変化する行列Ａと定数である行列Ｂおよび行列Ｄの掛け算であるため、場所によって変化する。従って、下記は例示にすぎない。本来は２５行２２列の行列であるが、簡便のため５行４列として示してある。
【００３０】
【数５】

【００３１】
従って、測定する場の入射エネルギースペクトルＡは上記の検出器との相互作用によって、結局Ｒで表されるエネルギースペクトル行列として計測される。即ち、もう一度総ての計算を纏めて表記すると次のようになる。
【００３２】
【数６】

【００３３】
このようにして求められた、あるいは計測されたエネルギースペクトル行列Ｒから、逆算をして、元の入射ガンマ線エネルギースペクトルを求める方法について説明する。この場合、ＢとＤの行列は本来独立ではないが、計算を簡単にするため、独立であると近似して計算を進める。
【００３４】
上記Ｄの計算式にまず、応答関数の逆行列（Ｄ^−１）を右から掛ける。即ち、
【００３５】
【数７】

【００３６】
この結果ＤとＤの逆行列を掛けたものは単位行列Ｅとなり、上式の右辺となる。
【００３７】
上記の逆行列の計算は一般的に環境放射線測定結果のスペクトル処理計算法として用いられている方法である。
【００３８】
次に、２５個のシンチレータの入射ガンマ線に対するレスポンスＢの逆行列を上記の
【００３９】
【数８】

【００４０】
の式に左から掛ける。即ち
【００４１】
【数９】

【００４２】
この結果ＢとＢの逆行列を掛けたものは単位行列Ｅとなり、上式の右辺はＡだけとなる。即ち、左辺の計算を行うことにより、本来求めたかった行列が計算されたこととなる。
【００４３】
全く、別の計算として、各シンチレータで得られたスペクトルに各シンチレータの重み（Ｗｉ）を乗じて、全方向からの平均的なエネルギースペクトルを次式により求めることが出来る。ここでｒ_ｉは行列Ｒのｉ行のベクトルを表すものとする。
【００４４】
【数１０】

【００４５】
このようにして求められた平均的なエネルギースペクトルと各シンチレータで得られたスペクトルの差を計算し、各方向のエネルギースペクトルの違いを見いだし易いものとする。
【００４６】
上記のようにして求められた各方向からの入射ガンマ線エネルギースペクトルまたは平均エネルギースペクトルとの差異をコンピュータの画面上に３次元的に表記する。
【００４７】
更に、この表記を魚眼レンズを用いて得られた画像データと重ね合わせることにより、更に明確に入射ガンマ線情報と周辺の環境と対応が付け易いようにする。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、放射性核種によって汚染された箇所がより迅速に特定できる。また、紛失した放射線源の探索や高線量箇所の判別、線量率の相違の解釈に大変有効なものとなる。更に、一般的にはスペクトルのパイルアップが生じ、正確のエネルギースペクトルを得にくい高線量率場においても個々のシンチレータの計数率を抑制することが可能なため正確なエネルギースペクトルを求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガンマ線入射方向検出器の概略図。
【図２】ガンマ線入射方向検出器の内部構造（各シンチレータの装着を容易にするため、このように２つに分かれる構造をとる。）。
【図３】ガンマ線入射方向検出器の内部配置図（この断面部分では２５個あるシンチレータは３個しか見えないこととなる。）。
【図４】ガンマ線入射方向検出器のシンチレータを遮蔽体へ固定する部分を表す図。
【図５】ガンマ線入射方向検出器の各シンチレータの方向依存性を簡単化した場合の計算結果（ガンマ線の入射角度の天頂角（β）がπ／２（緯度で表すと４５度）の場合に限定して、水平角（ α ）の関数（経度の関数）として表したものである（Ｈ１からＨ８は赤道上に配置した８個のシンチレータの断面積を、Ｓ１からＳ８は北緯４５度に、Ｓ９からＳ１６は南緯４５度に配置したシンチレータを、Ｔ１は北極に配置したシンチレータの断面積を表している。）。
【符号の説明】
１…検出部系
２…遮蔽体
３…シンチレータ
４…フォトパイプ
５…光電子増倍管
６…波高弁別器
７…支持棒
８…遮蔽材
９…スリット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gamma ray detection device, and more particularly to a method and a detection device for determining a gamma ray incident direction, a gamma ray source from each direction, or a count rate or a dose rate for each energy band.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a device for discriminating an incident direction in a narrow visual field has been developed. In the medical field, a large number of detectors are arranged around a subject, and these detectors are used to discriminate the incident direction of radiation, and are used for grasping the shape of internal organs or cancer tissues.
[0003]
However, in the incident direction discriminator in the narrow field of view, it is necessary to repeat a large number of measurements or use a large number of measuring instruments in order to obtain information from all directions. Requires funding. Further, a measuring instrument system used in the medical field cannot target externally incident radiation.
[0004]
On the other hand, conventional environmental radiation measuring instruments are considered to be ideal measuring instruments that have no direction dependence, and have been developed to correctly calculate the dose rate at the measurement point. No measuring instrument has been developed to efficiently obtain information about
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention, omitting such a current situation, in pursuing a more detailed study of the environmental radiation level, it has been studied based on the idea that it is very important to obtain information on the incident direction of radiation, It is an object of the present invention to provide an apparatus which can easily obtain information on the incident direction of a gamma ray in a relatively short time.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The gamma ray incident direction detector of the present invention is a gamma ray incident direction detector that determines the incident direction of a gamma ray incident from the outside, and a shielding material such that a line extending radially from the center of the sphere becomes the axial center of each detecting unit. It consists of a number of gamma-ray scintillators that are installed in a room and limit the angular response to one direction. The above-mentioned axis center is not strict, a considerable deviation can be allowed, and the obtained measurement value can be corrected and detected as appropriate. Preferably, the gamma ray incident direction detector of the present invention passes, at the spherical coordinates of the sphere, each intersection of a longitude line n passing through the equator and N equal points of the equator, and an intermediate longitude of each of the above longitude lines. The intersection of the longitude line n 'and the 45-degree north-south latitude line and the north pole are arranged so that the axis center of the detection unit passes through the center of the sphere. For example, N may be set to 8, and a total of 25 gamma ray scintillators may be arranged to enable omnidirectional detection.
[0007]
In the gamma ray incident direction detector of the present invention, in order to reduce the direction dependency of the sensitivity of the entire measurement system when spectral data from all directions are integrated, for example, the weight of a scintillator arranged at the equator is set to 1, and the latitude of north latitude 45. The weight of the degree part can be set to 1 / √2 and the weight of the 45 ° south latitude can be set to 0.8. As described above, in the gamma ray incident direction detector of the present invention, the number of arranged scintillators and the weighting of each scintillator can be set differently.
[0008]
In the gamma ray incident direction detector of the present invention, instead of targeting in all directions, to target incident gamma rays from some directions of the solid angle, the detection unit other than the partial directions is removed. You can also. For example, instead of targeting all directions, the target is an incident gamma ray from a hemisphere direction. Therefore, the scintillator and the equatorial plane disposed in the northern hemisphere may be disposed as they are, and the detection unit in the southern hemisphere may be removed.
[0009]
In the gamma ray incident direction detector of the present invention, each scintillator can be moved further inside the shield to sharpen the angular response or to prevent spectral pile-up in high dose rate fields. It can be configured to have a simple adjustment mechanism.
[0010]
Further, in the gamma ray incident direction detector of the present invention, a detector other than the scintillator, for example, a semiconductor detector may be provided as a detection portion of the gamma ray incident direction detector.
[0011]
The gamma ray incident direction detector of the present invention can be configured to include an imaging device as an imaging unit of the gamma ray measurement field and to have an image display unit that displays an image thereof. Preferably, the photographing device is a photographing device equipped with a fisheye lens. Preferably, the fisheye lens is mounted at two opposing locations of the measurement system. For example, an orthographic projection fisheye lens having a circular viewing angle of 180 degrees is mounted at two opposing locations, an image is captured by an image sensor such as a CCD, and an all-sky image is obtained. Convert to an image that can be displayed on a monitor and create an all-sky monitor image. On the other hand, an intensity distribution monitor image is created by similarly converting information from the scintillator into an image whose positional relationship overlaps the all-sky monitor image, and each image region is displayed on the all-sky image displayed on the monitor. In this case, the whole sky image may be displayed as two circular images depending on the purpose, or one image obtained by performing a conversion process according to various projection methods such as conformal projection, etc. Can also be displayed as
[0012]
As described above, in the present invention, by combining a plurality of detectors having limited sensitivity in a specific incident direction, the dose rate from various radiation sources for each incident direction for gamma rays incident from all directions, or The dose rate for each energy band can be obtained. In addition, although each measurement unit has direction dependency, the measurement system as a whole is designed so that the direction dependency is minimized as much as possible. It can be performed.
[0013]
The gamma ray incident direction detector according to the present invention can obtain necessary information through short-time measurement, and can obtain a dose rate for each radiation source from each direction or a dose rate for each energy band through calculation. Can be. Further, those results can be displayed on a celestial sphere assumed around the measuring instrument. Further, the radiation intensity distribution can be displayed so as to be superimposed on the peripheral image.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. FIG. 1 is a schematic diagram showing a gamma ray incident direction detector according to the present invention. 1 shows a configuration in which 25 scintillators are mounted in a shield 2. A photo pipe 4 is connected to these 25 scintillators, and the light emission in the scintillators is transmitted to a position detecting type photomultiplier tube 5 below. Here, instead of using a position detection type photomultiplier tube, it is possible to use a normal photomultiplier tube, but a large number of photomultiplier tubes are required, and a large number of high-voltage supply units are required. Since it becomes necessary and it is difficult to unify the same amplification factor, a conversion calculation to the original input position is required, but a position detection type photomultiplier tube is preferable.
[0015]
The light transmitted to the position detection type photomultiplier tube is converted into an electronic signal there, amplified, and then guided to the wave height discriminator 6. The electric signals from the 25 scintillators thus obtained are integrated for a certain period of time to obtain 25 energy spectra.
[0016]
A standard gamma ray incident direction detector has 25 scintillators arranged as shown in FIG. That is, in spherical coordinates, each intersection of a longitude line n passing through the equator and the octant point of the equator, and each intersection of a longitude line n 'passing through the intermediate longitude of each of the above longitude lines and a 45 ° north-south latitude line. The detector is arranged at the North Pole so that the axis center of the detection unit passes through the center of the sphere.
[0017]
As shown in FIG. 2, the shield 2 is supported by a hollow support rod 7. The upper end of the support rod is not hollow but is filled with a shielding material 8 to shield gamma rays transmitted through the scintillator. Further, the support rod portion located inside the spherical shield has a slit 9 for introducing the photo pipe from each scintillator into the hollow portion of the support rod. That is, as shown in FIG. 3, the photo pipe extending from the scintillator is connected to the inside of the support rod, and is guided to the outside at the bottom of the support rod so as to be connected to the position detection type photomultiplier tube.
[0018]
As shown in FIG. 4, each scintillator 3 is mounted from the inside of the shield 2. A projection is provided at the bottom of the protective capsule of the scintillator so that it can be fixed in the shield so that it can be screwed to the shield. Further, an adjustment mechanism for retracting the position of the scintillator into the inside is provided.
[0019]
Use a 3 × 3 inch φ NaI (Tl) coated on aluminum as a standard scintillator.
[0020]
The gamma ray response by this detector is described. When 25 scintillators are used, the energy spectrum of the gamma ray in the measurement field is considered separately for each of the incident directions from 25 directions. The gamma ray incident energy spectrum from the 25 directions is represented as a matrix A (25 rows and 22 columns). This matrix A is what is ultimately desired. The 25 rows of the matrix A represent 25 scintillators, and the 22 columns correspond to the division of the energy of the incident gamma ray into 22 pieces. The elements of the matrix A differ depending on the measurement object, and the following values are merely examples. The matrix is originally 25 rows and 22 columns, but is shown as 5 rows and 4 columns for simplicity.
[0021]
(Equation 1)

[0022]
Next, the response of the 25 scintillators to the incident gamma rays from the 25 directions is denoted by B. B is represented as a matrix of 25 rows and 25 columns because the number of detection units is 25. 25 rows of the matrix B represent 25 scintillators, and 25 columns correspond to 25 divisions of the gamma ray incident direction. The elements of the matrix B as the first approximation can be calculated based on the information on the location where the scintillator is arranged. That is, the matrix B as a first approximation can be obtained as a unique value for each measuring instrument. The following numerical values are merely examples. It is originally a matrix of 25 rows and 25 columns, but is shown as 5 rows and 5 columns for simplicity.
[0023]
(Equation 2)

[0024]
B is originally a function of energy, but for simplicity, it is approximated by expressing the circular plane portion at the tip of the cylindrical scintillator as a cross-sectional area when viewed from incident gamma rays. This cross-sectional area can be determined by the inner product of the vector passing through the central axis of each scintillator and the vector of the incident gamma ray. FIG. 5 shows an example of the value of the inner product. The state where the cross-sectional area of 25 detection parts changes with the incident direction of gamma rays is shown. Although negative values are shown in the figure, negative values are actually treated as zero.
[0025]
The energy spectrum of the gamma ray incident on each scintillator is obtained as the product of the above-mentioned matrices A and B, and the product is expressed as C here. C is represented as a matrix of 25 rows and 22 columns. 25 rows of the matrix C represent 25 scintillators, and 22 columns correspond to the division of the energy of the incident gamma ray into 22 pieces. The element of the matrix C is a multiplication of the matrix A, which varies depending on the location, and the matrix B, which is a constant, and therefore varies depending on the location. Accordingly, the following is merely exemplary. The matrix is originally 25 rows and 22 columns, but is shown as 5 rows and 4 columns for simplicity.
[0026]
[Equation 3]

[0027]
The energy spectrum C incident on each scintillator interacts in the scintillator, that is, a part forms a photoelectric peak due to the photoelectric effect, and the other forms a continuous spectrum due to Compton scattering. Although the interaction in the scintillator depends on the direction of incidence, a unique response function can be obtained by assuming that all gamma rays are vertically incident for convenience. As for this response function, one calculated by the Monte Carlo method has already been reported. This response function is denoted as D as follows. Usually, this response function is represented as a matrix of 22 rows and 22 columns. 22 rows of matrix D correspond to the division of the energy of the incident gamma ray into 22 pieces, and 22 columns represent the energy spectrum of 22 channels formed as a result of the interaction between the gamma ray and the scintillator. The matrix D simplified as described above has already been calculated and published for 3 × 3 inch φ NaI (Tl). That value can be used. The following is only an outline. The matrix is originally 22 rows and 22 columns, but is shown as 4 rows and 4 columns for simplicity.
[0028]
(Equation 4)

[0029]
The energy spectrum (R) measured by the gamma ray incident direction detector is obtained by multiplying the energy function matrix C by the response function from the right. R is a matrix of 25 rows and 22 columns. The 25 rows of the matrix R represent 25 scintillators, and the 22 columns represent the measured energy spectrum of 22 channels. Since the elements of the matrix D are multiplications of the matrix A that varies depending on the location and the matrices B and D, which are constants, the elements vary according to the location. Accordingly, the following is merely exemplary. The matrix is originally 25 rows and 22 columns, but is shown as 5 rows and 4 columns for simplicity.
[0030]
(Equation 5)

[0031]
Therefore, the incident energy spectrum A of the field to be measured is eventually measured as an energy spectrum matrix represented by R due to the interaction with the detector. That is, once again, all calculations are collectively described as follows.
[0032]
(Equation 6)

[0033]
A method of calculating the original incident gamma ray energy spectrum by performing an inverse calculation from the energy spectrum matrix R obtained or measured as described above will be described. In this case, the matrices of B and D are not originally independent, but for simplicity of calculation, the calculation is performed by approximating that they are independent.
[0034]
First, the above formula of D is multiplied by the inverse matrix (D ^-1 ) of the response function from the right. That is,
[0035]
(Equation 7)

[0036]
As a result, a product obtained by multiplying the inverse matrix of D and D becomes a unit matrix E, which is the right side of the above equation.
[0037]
The above calculation of the inverse matrix is a method generally used as a spectrum processing calculation method of environmental radiation measurement results.
[0038]
Next, the inverse matrix of the response B with respect to the incident gamma rays of the 25 scintillators is obtained by the above equation.
(Equation 8)

[0040]
Multiply the expression from the left. That is,
(Equation 9)

[0042]
As a result, the product of B and the inverse matrix of B is the unit matrix E, and the right side of the above equation is only A. That is, by performing the calculation on the left side, the matrix originally obtained is calculated.
[0043]
Indeed, as another calculation, an average energy spectrum from all directions can be obtained by multiplying the spectrum obtained by each scintillator by the weight (Wi) of each scintillator by the following equation. Here r _i denote the vector of the i-th row of the matrix R.
[0044]
(Equation 10)

[0045]
The difference between the average energy spectrum obtained in this way and the spectrum obtained by each scintillator is calculated to make it easy to find the difference in the energy spectrum in each direction.
[0046]
The difference from the incident gamma ray energy spectrum or the average energy spectrum from each direction obtained as described above is represented three-dimensionally on a computer screen.
[0047]
Furthermore, by superimposing this notation with image data obtained using a fisheye lens, it is possible to more clearly associate incident gamma ray information with the surrounding environment.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, a site contaminated with a radionuclide can be identified more quickly. It is also very useful for searching for lost radiation sources, identifying high-dose locations, and interpreting differences in dose rates. Furthermore, in general, spectrum pile-up occurs, and even in a high dose rate field where it is difficult to obtain an accurate energy spectrum, it is possible to suppress the counting rate of each scintillator, so that it is possible to obtain an accurate energy spectrum. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a gamma ray incident direction detector according to the present invention.
FIG. 2 shows the internal structure of a gamma ray incident direction detector (in order to facilitate mounting of each scintillator, the structure is divided into two as described above).
FIG. 3 is an internal layout of a gamma ray incident direction detector (only three scintillators having 25 scintillators are visible in this cross-sectional portion).
FIG. 4 is a diagram illustrating a portion for fixing a scintillator of a gamma ray incident direction detector to a shield.
FIG. 5 is a calculation result when the direction dependency of each scintillator of the gamma ray incident direction detector is simplified (when the zenith angle (β) of the gamma ray incident angle is π / 2 (45 degrees in latitude)). It is limited and expressed as a function of the horizontal angle (α) (a function of longitude) (H1 to H8 are the cross-sectional areas of eight scintillators arranged on the equator, S1 to S8 are 45 degrees north latitude, S9 to S16 represent scintillators arranged at 45 degrees south latitude, and T1 represents the cross-sectional area of the scintillator arranged at the north pole.)
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection part system 2 ... Shield 3 ... Scintillator 4 ... Photo pipe 5 ... Photomultiplier tube 6 ... Wave height discriminator 7 ... Support rod 8 ... Shielding material 9 ... Slit

Claims (13)

外部から入射するガンマ線の入射方向を求めるガンマ線入射方向検出器であり、球体中心から放射状に多数延ばした線が各検出部の軸中心となるように遮蔽材内に設置し、角度応答を一部方向に限定した多数のガンマ線シンチレータで構成されていることを特徴とするガンマ線入射方向検出器。A gamma ray incident direction detector that determines the incident direction of gamma rays incident from the outside.It is installed in a shielding material so that a number of lines extending radially from the center of the sphere become the axial center of each detection unit, and the angle response is partially A gamma ray incident direction detector comprising a large number of gamma ray scintillators limited in directions. 球体の球面座標において、赤道と赤道のＮ等分点を通る経度線ｎとの各交点と、上記の各経度線の中間経度を通る経度線ｎ’と南北緯４５度線との各交点と、北極点に検出部の軸中心が球体中心を通るように配置した請求項１記載のガンマ線入射方向検出器。In the spherical coordinates of the sphere, each intersection of a longitude line n passing through the equator and the N equator of the equator, and each intersection of a longitude line n 'passing through the intermediate longitude of each of the above longitude lines and a 45 ° north-south latitude line. 2. The gamma ray incident direction detector according to claim 1, wherein the gamma ray incident direction detector is arranged at the North Pole so that the axis center of the detector passes through the center of the sphere. Ｎを８とし計２５個のガンマ線シンチレータを配置し、全方向検出可能とした請求項２記載のガンマ線入射方向検出器。3. The gamma ray incident direction detector according to claim 2, wherein N is set to 8, and a total of 25 gamma ray scintillators are arranged to enable omnidirectional detection. 全方向を対象とするのではなく、立体角の一部方向からの入射ガンマ線を対象とするため、該一部方向以外の検出部は取り除いた形態である請求項１のガンマ線入射方向検出器。2. The gamma ray incident direction detector according to claim 1, wherein a detection unit other than the partial direction is removed because the detection unit is not for all directions but for incident gamma rays from a part of the solid angle. 全方向を対象とするのではなく、半球方向からの入射ガンマ線を対象とするため、北半球に配置したシンチレータと赤道面のものはそのまま配置し、南半球の検出部は取り除いた形態である請求項１のガンマ線入射方向検出器。2. A configuration in which a scintillator and an equatorial plane arranged in the northern hemisphere are arranged as they are, and a detection unit in the southern hemisphere is removed, in order to target incident gamma rays from a hemisphere direction instead of targeting all directions. Gamma ray incident direction detector. 全方向からのスペクトルデータの集積に際し、測定系の全体の感度の方向依存性を低減するため、赤道部に配置したシンチレータの重みを１、北緯４５度部の重みを１／√２および南緯４５度部の重みを０．８に設定した請求項２記載のガンマ線入射方向検出器。In order to reduce the directional dependence of the sensitivity of the entire measurement system when collecting spectral data from all directions, the weight of the scintillator arranged at the equator is 1, the weight of the 45 ° north latitude is 1 / √2, and the south latitude is 45 °. 3. The gamma ray incident direction detector according to claim 2, wherein the weight of the degree part is set to 0.8. 配置シンチレータ数および各シンチレータの重み付けが異なる請求項１〜６のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。7. The gamma ray incident direction detector according to claim 1, wherein the number of arranged scintillators and the weighting of each scintillator are different. 各シンチレータを遮蔽体のより内部へ移動させることができるようなアジャスト機構を持った請求項１〜７のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。The gamma ray incident direction detector according to any one of claims 1 to 7, further comprising an adjustment mechanism capable of moving each scintillator further inside the shield. ガンマ線入射方向検出器の検出部分としてシンチレータ以外の検出器を設置させた請求項１〜８のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。The gamma ray incident direction detector according to any one of claims 1 to 8, wherein a detector other than the scintillator is installed as a detection portion of the gamma ray incident direction detector. シンチレータ以外の検出器が半導体検出器である請求項１〜９のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。The gamma ray incident direction detector according to any one of claims 1 to 9, wherein the detector other than the scintillator is a semiconductor detector. 請求項１〜１０のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器において、ガンマ線測定場の撮像手段として撮影装置を備え、その画像を表示する画像表示部を有してなるガンマ線入射方向検出器。The gamma ray incident direction detector according to any one of claims 1 to 10, further comprising an imaging device as an imaging unit of the gamma ray measuring field, and having an image display unit for displaying an image thereof. 撮影装置が、魚眼レンズを搭載した撮影装置である請求項１１記載のガンマ線入射方向検出器。The gamma ray incident direction detector according to claim 11, wherein the imaging device is an imaging device equipped with a fisheye lens. 魚眼レンズが測定系の対向する２ヶ所に搭載される請求項１２記載のガンマ線入射方向検出器。13. The gamma ray incident direction detector according to claim 12, wherein fisheye lenses are mounted at two opposing positions of the measurement system.

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