JP2016125862A - シンチレーション式の放射線測定方法および放射線測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】校正用の光源、校正用のシンチレータを別途設けることなく、自己校正を行うことの可能なシンチレーション式の放射線測定装置を提供すること。【解決手段】放射線測定装置１は、放射性同位体を含むルテチウムを主成分とする結晶体からなるシンチレータ２を備えている。信号処理部４は、外部からの入射ガンマ線の測定に先立って、シンチレータ２から得られるエネルギー情報から、ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線に起因する情報を分別し、当該情報に基づき測定装置の自己校正を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、自己校正を行うシンチレーション式の放射線測定方法および放射線測定装置に関する。

自然環境下において放射線量を簡易に測定する測定装置としてシンチレーション式の放射線測定装置が知られている。シンチレーション式の放射線測定装置は、シンチレータおよび光検出器からなるシンチレータ検出器と、光検出器からの出力信号を処理して放射線量を算出する信号処理部とを備えている。

シンチレータはガンマ線を受けると、そのエネルギーに応じた強度の蛍光を発生し、光検出器は、発生した蛍光を受光して蛍光強度に応じた強度の検出信号（電気信号）を発生する。信号処理部において、一定時間の間に、各エネルギー強度の信号の検出回数をカウントし、これに基づき放射線量を算出している。特許文献１には、この構成の放射線測定装置が提案されている。

放射線測定装置においては、測定誤差が所定範囲内となるように、校正が必要である。一般的には、放射線測定装置の初期設定時に、例えば、セシウム１３７からのガンマ線を受けた場合の検出結果に基づき校正が行われる。しかしながら、放射線測定装置は、使用条件（温度、使用状態等）、経年変化などによって、測定に大きなバラツキが生じる。したがって、測定の都度、校正を行うことが望ましい。

このために、従来においては、自己校正機構が内蔵された放射線測定装置が提案されている。特許文献２には、校正用光源を配置し、ここからの校正用の光を指標用シンチレータに向けて放射し、指標用シンチレータの出力に基づき校正を行う放射線検出器が提案されている。

特開２０１３−１９５２５４号公報 特開２００８−１２２１１１号公報

しかしながら、校正のために、別途、校正用の光源および校正用のシンチレータなどからなる自己校正機構を設けることは、装置の大型化、高コスト化等を招く。特に、携帯用の簡易型の放射線測定装置には適していない。

本発明の課題は、校正用の光源、校正用のシンチレータ等を別途設けることなく、自己校正を行うことのできるシンチレーション式の放射線測定方法および放射線測定装置を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のシンチレーション式の放射線測定方法では、シンチレータとして、ルテチウムを主成分とする結晶体を使用し、前記ルテチウムに含まれる放射性同位体の自己放射ガンマ線を校正用線源として用いることを特徴としている。

すなわち、シンチレータを用いて測定したガンマ線のエネルギー情報から、ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線のエネルギー領域に含まれる自己放射エネルギー情報を分別し、当該自己放射エネルギー情報に基づき、測定の自己校正を行うようにしている。

密度が高く光量の多いシンチレータはガンマ線の測定効率が高く、ルテチウムはその最たる例である。ルテチウムは、自然界で２．６％放射性同位体を含み、当該放射性同位体からガンマ線が自己放射される。ルテチウムをシンチレータとして用いる場合には、自己放射ガンマ線がバックグランドノイズとなって測定値に悪影響を及ぼす。

本発明者は、従来においては不要なノイズと見做されていたルテチウムに含まれる放射性同位体の自己放射ガンマ線に着目し、これを積極的に利用すれば、放射線測定装置の自己校正を簡単な構成により行い得ることを想到するに至ったのである。

すなわち、ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線のエネルギー領域は、一般的な測定対象であるセシウム１３４、セシウム１３７、ナトリウム２４等の核種に対して、エネルギー領域が重複せず、それらのエネルギー領域の下側に離れた位置にある。したがって、シンチレーション光から自己放射ガンマ線に起因する光成分を抽出あるいは分別することが可能である。また、ルテチウムの放射性同位体の半減期は極めて長く、自己放射ガンマ線の放射線量は実質的に一定であると見做すことができる。よって、ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線を測定装置校正用の線源として用いて、精度良く校正を行うことが可能である。

具体的には、自己放射エネルギー情報として、ルテチウム１７６のガンマ線スペクトルにおける２０１ｋｅＶと３０６ｋｅＶの２つのピークを含むエネルギー領域の情報を分別して、測定装置の自己校正を行えばよい。

また、ルテチウムを含むシンチレータとして、ＬＹＳＯ単結晶シンチレータ、ＬＳＦ（ケイ酸ルテチウム）シンチレータ、あるいは、ＬＳＯシンチレータを用いることができる。

自己校正においては、自己放射エネルギー情報に基づき算出した自己放射線量が、予め測定しておいた放射線量に一致するように校正を行えば良い。

先に述べたように、ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線のエネルギー領域は、一般的な測定対象のセシウム１３４、セシウム１３７、ナトリウム２４等の核種とは、エネルギー領域が重複せず、それらのエネルギー領域の下側に離れた位置にある。したがって、本発明の放射線測定方法において、外部から入射するガンマ線の測定に当っては、測定されたエネルギー情報から、自己放射ガンマ線のエネルギー領域よりも上のエネルギー領域に含まれる測定用エネルギー情報を分別し、当該測定用エネルギー情報に基づき、シンチレータに外部から入射する入射ガンマ線の測定を行うことができる。

次に、本発明は上記の放射線測定方法を用いた放射線測定装置であって、ルテチウムを主成分とする結晶体を含むシンチレータと、このシンチレータにおいて発生するシンチレーション光を光電変換する光検出器と、この光検出器から出力される検出信号に基づき自己校正および放射線量の算出を行う信号処理部とを有している。

信号処理部は、検出信号から、ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線のエネルギー領域に含まれる校正用信号を分別し、この校正用信号に基づき、測定装置の自己校正を行う。また、検出信号から、自己放射ガンマ線のエネルギー領域よりも上のエネルギー
領域の測定信号を分別し、当該測定用信号に基づき、シンチレータに入射する入射ガンマ線の放射線量を算出する。

例えば、放射線測定装置の電源がオンされると、所定時間に亘って、信号処理部は自己校正処理を行い、しかる後に、入射ガンマ線の測定動作を開始すればよい。

以上説明したように、本発明においては、シンチレータとして密度の高いルテチウムを主成分として含むシンチレータを用いているので、ガンマ線の測定効率が高い。また、ルテチウムが含む放射性同位体の自己放射ガンマ線を利用して自己校正を行うようにしているので、自己校正のために別の線源等を配置することなく、ガンマ線の測定精度を高めることができる。さらに、放射性セシウム以上のエネルギー領域のガンマ線を確実に測定できるので、人体への影響の大きいエネルギー領域での精度の高い測定結果を提示可能な測定装置を実現できる。

放射線測定装置の全体構成を示すブロック図である。 放射線測定装置の信号処理部を示す機能ブロック図である。 ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線の信号波高分布図である。 入射ガンマ線（セシウム１３７線源）の信号波高分布図である。 入射ガンマ線（コバルト６０線源）の信号波高分布図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した放射線測定装置の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る放射線測定装置の全体構成を示すブロック図である。放射線測定装置１は、放射線（ガンマ線）を受けて蛍光を発生するシンチレータ２と、シンチレータ２から放射される蛍光（可視光）を検知する光センサ３と、光センサ３からの出力信号に基づき自己校正および放射線量の算出を行う信号処理部４とを備えている。また、各部に駆動用電源を供給する電源部５、および、電源スイッチ、測定値の表示等を行う液晶表示部等を備えた操作・表示部６を備えている。

シンチレータ２は、ルテチウムを主成分とする結晶体からなり、例えば、ＬＹＳＯ単結晶シンチレータ、ＬＦＳ（ケイ酸ルテチウム）シンチレータ、あるいは、ＬＳＯシンチレータである。いずれも密度７．４ｇ／ｃｍ^３の高密度シンチレータである。シンチレータはより高密度であるものの方が、効率的に放射線を検出することができる。これらのシンチレータは、光量を増大させるため不純物としてＣｅを含有する。

シンチレータ２は、例えば、外寸法が３ｍｍ×３ｍｍ×１５ｍｍで、端面形状が矩形の棒状のものである。シンチレータ２の一方の端面に、シンチレータ２の屈折率に近似する屈折率を有する接着剤を用いて光センサ３が取り付けられている。

シンチレータ２には、ルテチウムの放射性同位体であるルテチウム１７６が含まれている。ルテチウム１７６から放射される自己放射ガンマ線には、８８ｋｅＶ、２０１ｋｅＶ、３０６ｋｅＶ、４００ｋｅＶのガンマ線が含まれている。

光センサ３として、例えば、ＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｅｒ：浜松ホトニクス製）を使用することができる。ＭＰＰＣは多数個の微小なアバランシェ・フォトダイオードを縦横に整列して配置したもので、受光部分が１ｍｍ×１ｍｍ程度のきわめて小型の製品である。ＭＰＰＣは、８０Ｖ程度の低電圧で動作し、１０万倍といった高ゲインであり、常温で使用でき、磁場の影響を受けない等の特徴を有する
。

ＭＰＰＣの出力信号は受光面を構成するＡＰＤピクセル全ての出力信号の和になる。したがって、同時に複数のピクセルが信号を出した場合、ＭＰＰＣの出力はそれらの信号を重ね合わせたものになる。この信号の高さ（強さ）や積分電荷量を測定することで、どのくらいの数の光子が入射したかが分かる。

図２は信号処理部４の概念的な機能ブロック図である。信号処理部４は各部の駆動制御を司る制御部１０を備え、当該制御部１０の制御の下で、光センサ３から取り込まれた光検出信号Ｓ１は信号増幅部１１を介して増幅される。信号分別部１２は、増幅された検出信号（電圧信号）Ｓ２を波高に応じてデジタル信号（パルス信号）に変換する。また、波高に応じて、校正用信号計数部１３（校正用計数カウンタ）および測定用信号計数１４（測定用計数カウンタ）のどちらに送るかを判定する。

すなわち、信号分別部１２は、予め設定した設定しきい値よりも波高が低い場合には、検出信号Ｓ２をデジタル化（パルス化）した校正用信号Ｓ３を、校正用信号計数部１３に供給する。設定しきい値と同一の波高、あるいはそれよりも波高が高い場合には、検出信号Ｓ２をデジタル化（パルス化）した測定用信号Ｓ４を、測定用信号計数部１４に供給する。

校正用信号計数部１３において校正用信号Ｓ３が計数され、測定用信号計数部１４において測定用信号Ｓ４が計数される。演算部１５においては、校正用信号計数部１３から供給される校正用信号計数値Ｎ１、測定用信号計数部１４から供給される測定用信号計数値Ｎ２に基づき、放射線数、放射線量が演算される。演算された値が操作・表示部６の表示画面に表示される。

制御部１０の校正部１６では、校正用信号計数値から得られる自己校正用の放射線量に基づき、信号分別部１２の設定しきい値を調整する自己校正動作を行う。

ここで、図３はシンチレータ２に含まれている放射性同位体であるルテチウム１７６の信号波高分布を示す図である。図において、横軸は測定に用いた多重波高弁別器のチャンネルを示し、縦軸はカウント数を示す。ルテチウム１７６から放射される自己放射ガンマ線には、８８ｋｅＶ、２０１ｋｅＶ、３０６ｋｅＶ、４００ｋｅＶのガンマ線が含まれている。

これに対して、図４および図５は、それぞれ、セシウム１３７線源およびコバルト６０線源を測定した場合の信号波高分布を示す図である。これらの図に示すように、セシウム１３７のピークは６６２ｋｅＶ近辺に現れ、コバルト６０には１１７３ｋｅＶ、１３３３ｋｅＶのガンマ線が含まれている。

ルテチウム１７６の自己放射エネルギー領域は、人体への影響の大きいエネルギー領域、すなわち、放射性セシウム以上のエネルギー領域よりも低い。したがって、これらのスペクトル図に示すように、放射性セシウムのエネルギー領域が含まれる位置に設定したしきい値Ｂを挟み、それよりも低い側に自己校正用領域Ａを設定し、しきい値Ｂ以上のエネルギー領域を信号測定領域Ｃに設定することができる。

したがって、波高が設定しきい値Ｂよりも低い検出信号は、シンチレータ２の自己放射エネルギー情報に対応し、これ以上の波高の検出信号は入射ガンマ線のエネルギー情報に対応するので、校正用信号計数部１３による計数結果に基づき自己校正を行うことができ、測定用信号計数部１４によって入射放射線量を精度良く測定できる。

（測定動作例）
放射線測定装置１の放射線測定動作の一例を以下に簡単に説明する。まず、放射線測定装置１は、電源がオンされると、予め定めた一定時間の間、自己校正動作を行い、しかる後に、入射ガンマ線の測定動作を開始する。勿論、必要に応じて、操作・表示部６からの外部入力に基づき、校正動作を行うことも可能である。動作状態は、操作・表示部６の表示画面上に表示される。

電源投入後の自己校正動作では、信号分別部１２を介して、波高が設定しきい値Ｂよりも低い検出信号Ｓ２が校正用信号Ｓ３として、校正用信号計数部１３に供給される。校正用信号計数部１３では、校正用信号Ｓ３から、ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線のエネルギー領域に含まれる自己放射エネルギー情報に対応する校正用信号計数値Ｎ１が計数される。

校正用信号計数値Ｎ１（自己放射エネルギー情報）に基づき、放射線測定装置１の自己校正動作が行われる。校正動作中においては、その旨が、操作・表示部６の表示画面上に表示される。

校正部１６には、予め測定した同一エネルギー領域の自己放射エネルギー情報が、自己校正用の基準値として記憶保持されている。校正部１６は、算出される自己放射エネルギーの放射線量が基準値に一致するように、信号分別部１２における設定しきい値Ｂを調整する。

自己校正動作が終了した後は、入射ガンマ線の測定動作を開始する。測定動作においては、検出信号Ｓ２（測定されたエネルギー情報）から、信号測定領域Ｃ（図３参照）に含まれる測定用信号Ｓ４が分別され、測定用信号計数部１４に供給される。測定用信号計数部１４において計数される測定用信号計数値Ｎ２は、自己放射ガンマ線のエネルギー領域よりも上のエネルギー領域に含まれる測定用エネルギー情報であり、これに基づき、放射線数、放射線量が精度良く算出される。

なお、自然環境下における放射線量を測定する場合のように、簡易に放射線量を測定する場合は、放射線のエネルギースペクトルの解析までは要しない。しかし、核種を同定するために、放射線のエネルギースペクトルが必要になる場合がある。

この場合には、放射線測定装置１における光センサ３の出力側に、波高分析器を接続して波高分析すればよい。波高分析器として各種の公知の分析器が提供されており、これを利用することにより放射線のエネルギースペクトルが得られる。よって、自然放射線の線量測定と合わせて、エネルギースペクトルの解析ができるように、測定装置を構成することも可能である。この場合においても、自己校正によって、波高分析器における信号分別用の波高の上下のしきい値を調整することにより、核種識別の精度を上げることができる。

１ 放射線測定装置
２ シンチレータ
３ 光センサ
４ 信号処理部
５ 電源部
６ 操作・表示部
１０ 制御部
１１ 信号増幅部
１２ 信号分別部
１３ 校正用信号計数部
１４ 測定用信号計数部
１５ 演算部
１６ 校正部
Ｓ１ 光検出信号
Ｓ２ 増幅後の検出信号
Ｓ３ 校正用信号
Ｓ４ 測定用信号
Ｎ１ 校正用信号計数値
Ｎ２ 測定用信号計数値
Ａ 自己校正用領域
Ｂ 設定しきい値
Ｃ 信号測定領域

Claims (6)

1. シンチレータとして、ルテチウムを主成分とする結晶体を使用し、
   前記ルテチウムに含まれる放射性同位体の自己放射ガンマ線を校正用線源として用いることを特徴とするシンチレーション式の放射線測定方法。
2. 前記シンチレータを用いて測定したガンマ線のエネルギー情報から、前記ルテチウムの放射性同位体の前記自己放射ガンマ線のエネルギー領域に含まれる自己放射エネルギー情報を分別し、
   前記自己放射エネルギー情報に基づき測定の自己校正を行う請求項１に記載のシンチレーション式の放射線測定方法。
3. 前記自己放射エネルギー情報として、前記放射性同位体であるルテチウム１７６のガンマ線スペクトルにおける２０１ｋｅＶと３０６ｋｅＶの２つのピークを含むエネルギー領域の情報を分別する請求項２に記載のシンチレーション式の放射線測定方法。
4. 前記シンチレータは、ＬＹＳＯ単結晶シンチレータ、ＬＳＦ（ケイ酸ルテチウム）シンチレータ、あるいは、ＬＳＯシンチレータである請求項１に記載のシンチレーション式の放射線測定方法。
5. 前記エネルギー情報から、前記自己放射ガンマ線のエネルギー領域よりも上のエネルギー領域に含まれる測定用エネルギー情報を分別し、
   前記測定用エネルギー情報に基づき、前記シンチレータに入射する入射ガンマ線の測定を行う請求項２に記載のシンチレーション式の放射線測定方法。
6. ルテチウムを主成分とする結晶体を含むシンチレータと、
   シンチレータにおいて発生するシンチレーション光を光電変換する光センサと、
   前記光センサから出力される検出信号に基づき、自己校正処理および放射線量の算出処理を行う信号処理部と、
   を有しており、
   前記自己校正処理においては、前記検出信号から、前記ルテチウムの放射性同位体の自己放射ガンマ線のエネルギー領域に含まれる校正用信号を分別し、当該校正用信号に基づき自己校正を行い、
   前記算出処理では、前記検出信号から、前記自己放射ガンマ線のエネルギー領域よりも上の入射ガンマ線エネルギー領域に含まれる測定用信号を分別し、当該測定用信号に基づき前記シンチレータに入射する入射ガンマ線の放射線量を算出することを特徴とするシンチレーション式の放射線測定装置。