JP4313895B2 - 放射線検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力プラントをはじめとする放射線取り扱い施設で用いられる一次元または二次元放射線強度分布を測定する放射線検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図23は、特開平7−72565号公報に開示されているX線撮像装置の基本構成を示す図である。以下、図23を基に放射線強度の二次元分布を測定する手法を示す。まず、放射線の入射に起因して光を生じる板状のシンチレータ1のX線入射面の裏側に、蛍光ファイバ17(波長シフトファイバ)を直交するように多数配置して、X−Y2次元のマトリックス情報を出力できるようにしておく。蛍光ファイバ17は、シンチレーション光を吸収し、より長い波長の蛍光を放出し、それを伝送することができる。
【0003】
放射線の入射位置でシンチレーション光が発生すると、交差した蛍光ファイバ17にその一部が吸収され蛍光変換される。蛍光は蛍光ファイバ17内を伝播し、蛍光ファイバ17の端面に装着された光検出器で検出される。そして、光検出されたX,Y方向の蛍光ファイバ17の交点を放射線の入射位置として同定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述した例では、蛍光ファイバ17を「密」に並べることで蛍光ファイバ17の直径にほぼ等しい高い位置分解能を得られるが、逆に蛍光ファイバ17の本数を少なくして、互いの間隔を空けて「疎」に並べた場合には、蛍光ファイバ17へのシンチレーション光の遭遇確率が低くなり、その結果、信号検出確率が著しく低下することになる。
【0005】
X線撮像の場合には、比較的高い分解能が求められるため問題にはならないが、一般的な原子力プラント等における放射性物質の分布、放射線強度の分布を測定する場合には、X線撮像の場合に比べて粗い分解能でより広い面積を測定できることが好ましいことが多い。
【0006】
たとえば、最小分割エリアを10cm角程度とした数十cm四方の領域の一括分布測定などを想定し、特開平7−72565号公報の手法を適用した場合、蛍光ファイバ17の本数を減らして「疎」な配置にした場合、実効的な検出感度が達成できず、また「密」に並べた場合は、おびただしい数量の光検出器及び信号処理回路が必要になり現実的ではない。
【0007】
また、原子力施設などで使用される検出器については、測定対象以外のバックグランドで放射線成分が常に存在するため、これらの補正を行なえることも重要であり、大面積の二次元測定とバックグラウンド射線に対する補正、補償とを両立することが必須である。
【0008】
本発明の目的は、大面積の位置識別型測定に対応可能であり、かつバックグランド補償を行なうことができる放射線検出装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の放射線検出装置は以下の如く構成されている。
【0014】
本発明の第1の観点による放射線検出装置は、放射線の入射に起因して光を生じ同一平面内に配置された複数の直方体のシンチレータと、前記各シンチレータの放射線が入射する面に直交する第1の側面と、この第1の側面に対向する第2の側面のそれぞれに配置され、内部に蛍光体を含む複数の第1のライトガイドと、前記放射線が前記各シンチレータに入射する面に対して反対側に、かつ前記各シンチレータの放射線が入射する面の長手方向に直交するよう同一平面内に配置され、内部に蛍光体を含む複数の第2のライトガイドと、前記第1のライトガイドと前記第2のライトガイドの各端面に配置され、蛍光変換された光を検出する複数の光検出手段と、を具備し、前記第2のライトガイドにおける前記シンチレータ側に向いた表面に板状のシンチレータを密着している。
【0015】
本発明の第2の観点による放射線検出装置は、放射線の入射に起因して光を生じ同一平面内に配置された複数の直方体のシンチレータと、 前記各シンチレータの放射線が入射する面に直交する第1の側面と、この第1の側面に対向する第2の側面のそれぞれに配置され、内部に蛍光体を含む複数の第1のライトガイドと、前記放射線が前記各シンチレータに入射する面に対して反対側に、かつ前記各シンチレータの放射線が入射する面の長手方向に直交するよう同一平面内に配置され、内部に蛍光体を含む複数の第2のライトガイドと、前記第1のライトガイドと前記第2のライトガイドの各端面に配置され、蛍光変換された光を検出する複数の光検出手段と、を具備し、前記第2のライトガイドにおける前記シンチレータ側と反対の表面に板状のシンチレータを密着している。
【0020】
上記手段を講じた結果、以下のような作用を奏する。
【0021】
(1)本発明の放射線検出装置によれば、1枚(1層)のシンチレータでシンチレーションが生じた場合、シンチレータ内部に捕獲され拡散・伝播する成分を第1のライトガイド(蛍光板)で蛍光変換し、その蛍光を光検出手段で検知することで放射線の入射を認識するとともに、発光ポイントからシンチレータ外に放射される光を複数に分割した第2のライトガイド(波長シフタ)で蛍光変換し、その蛍光を光検出手段で検知することで放射線による発光ポイント、即ち入射位置を識別する。この場合、第2のライトガイドの数に応じた位置識別能力を実現することができる。
【0022】
特に重要なことは、シンチレータ内部のいずれの場所で発光が生じても、その光はシンチレータ内を一様に拡散するため、側面に配置した第1のライトガイドで確実に捉えることができるところにある。また、位置情報を得るために重要な、シンチレーション光の第2のライトガイドへの入射効率についても、シンチレータの光放出側と第2のライトガイドの光受光側との交差する有効面が広く、かつ二つの層を接近して配置することができるため、シンチレータからの放出光についても、発光場所に関わらず幾何学的に効率良く蛍光変換をすることができる。この2つの基本的な作用は、本発明にすべて共通である。
【0026】
(2)本発明の第1の観点による放射線検出装置によれば、第2のライトガイドにシンチレータを直接装着することで、放射線の入射する側に設置されたシンチレータから放射されるシンチレーション光と放射線の両方に対して蛍光が発生する機能を持たせることができる。これにより、層構造や部品点数を最小限にした上で二次元の位置識別とバックグラウンド成分の補正、補償を両立することができる。
【0027】
(3)本発明の第2の観点による放射線検出装置においても、第2のライトガイドにシンチレータを直接装着することで、放射線の入射する側に設置されたシンチレータから放射されるシンチレーション光と放射線の両方に対して蛍光が発生する機能を持たせることができる。これにより、層構造や部品点数を最小限にした上で二次元の位置識別とバックグラウンド成分の補正、補償を両立することができる。
【0028】
また、上記(2)と対比して、2枚のシンチレータの間に第2のライトガイドが介在しているため、透過力の低い放射線成分が第2のライトガイドに装着したシンチレータに到達しにくくなっている。このため、バックグラウンド成分の補正、補償の条件により、上記(2)と比較してより最適な構造を選ぶことが可能である。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各実施の形態において同一の要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0034】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図である。図1の放射線検出装置は、放射線の入射に起因して光を生じる板状のシンチレータ1、内部に蛍光体を含む第1のライトガイド2、内部に蛍光体を含む第2のライトガイド3、及び光検出器4から構成されている。
【0035】
1枚のシンチレータ1の二つの側面には、それぞれ第1のライトガイド2が接続されており、放射線がシンチレータ1に入射する面に対して反対側(図中シンチレータ1の下方)にシンチレータ1の面と平行になるよう3枚の第2のライトガイド3が並設されている。また、第1のライトガイド2と第2のライトガイド3の端面には、それぞれ光検出器4が接続されている。
【0036】
以下、本放射線検出装置の動作原理を説明する。シンチレータ1に放射線が入射すると、シンチレータ1の中でシンチレーション光が発生する。シンチレーション光は、シンチレータ1の内部を伝播して、第1のライトガイド2に吸収される内部伝播光と、発光と同時に外部に放射する成分とに分かれる。
【0037】
第1のライトガイド2に到達し蛍光変換された光は、第1のライトガイド2の内部に捕獲・伝送され、端面に装着した光検出器4に入射される。一方、シンチレータ1に捕獲されずに空気中に放射されたシンチレーション光は、すぐ下側に配置された第2のライトガイド3に当たり、ここで蛍光変換される。第2のライトガイド3内で発生した蛍光は、第2のライトガイド3内に捕獲・拡散され、端面に装着された光検出器4で検出される。
【0038】
シンチレータ1のどこでシンチレーション光が発生しても、側面に配置された第1のライトガイド2を介して信号検出がなされるが、空気中に放射される光は発光ポイントから出され、三つの第2のライトガイド3のいずれかに遭遇することになる。よって、シンチレータ1と三つの第2のライトガイド3の各信号の同時性を検査することで、一次元(3領域)の位置情報が得られることになる。
【0039】
シンチレータ1は、平板形状のものを使用する。第1のライトガイド2と第2のライトガイド3としては、波長シフタと称される蛍光物質を含む樹脂を加工したもの、あるいは光ファイバ等を用いることができる。
【0040】
図1に示す第1のライトガイド2は、波長シフタを含む樹脂を角柱状に研磨加工したものであり、光ファイバ状のものに比べて柔軟性はないが、任意の太さに加工することが可能である。また、第1のライトガイド2は樹脂との屈折率差の大きい空気層に囲まれているため、内部捕獲・伝送効率が高い上、シンチレーションの蛍光変換確率を高めるために太くすることができる。シンチレータ1の形状や光検出器4の接続位置などに制約がある場合には、第1のライトガイド2に光ファイバ状のものを使用すると良い。
【0041】
波長シフタの種類については、シンチレータ1の発光波長帯と波長シフタの吸収波長帯とが重なるようなものを選択する必要がある。蛍光変換作用により第1のライトガイド2や第2のライトガイド3で発生した蛍光の一部は、内部捕獲され端面まで伝送されるため、そこに光検出器4を配置することで蛍光を検出することができる。
【0042】
一般的な400nm帯で発光するプラスチックシンチレータに対しては、バイクロン社製BC−482Aやクラレ社製Y−7をはじめ、波長シフタ及びそれを含む数種類の光ファイバが市販されている。
【0043】
第1のライトガイド2や第2のライトガイド3と光検出器4とを密接に結合するためには、一般的に光学結合剤が用いられる。この光学結合剤は、空気層の介在を防いで反射損失を低減するものである。また特に図示はしていないが、シンチレータ1や第2のライトガイド3の開放側面には、反射材を塗布あるいは装着しておく。これは、集光量を確保する上で有用な一般的な対策である。
【0044】
図2乃至図8は、光検出器の配置例を示す図である。なお、図2乃至図6は平面図、図7及び図8は正面図である。第1のライトガイド2に接続する光検出器4の配置方法としては、図2に示すように全ての第1のライトガイド2の全ての端面に接続する方法がある。この方法では、検出部4の本数は多いが検出効率の観点から最も有利である。
【0045】
また、図3、図4に示すように、一つの第1のライトガイド2に対して片端面のみに光検出器4を配置することも可能である。この場合、図5に示すように、光検出器4を配置しない開放端に蛍光を反射する反射体5を装着しておくことは、集光量を確保する上で有効な手段である。この反射体5としては、鏡面反射体、乱反射体のいずれも適用できる。
【0046】
また図4に示すように、第1のライトガイド2の長さをシンチレータ1の側面の長さよりも短くした上で、光検出器4を配置することも可能である。実装スペースの観点から、このような処置をする必要が生じる場合がある。この場合、集光量の減少割合fは、
f=1−(第1のライトガイド2とシンチレータ1の側面とが接触する長さ)
/(シンチレータ1の側面長)
と予測しておけば良い。この場合も、前述した反射体5を加えた図6に示す体系が実用的である。
【0047】
さらに、シンチレータ1と第1のライトガイド2の接続については、いくつかの具体例が考えられる。図1に示したような空気との屈折率差を利用した第1のライトガイド2を使用する場合には、図7の(a)に示すように、単純にシンチレータ1と第1のライトガイド2とをつき合わせるか、あるいは図7の(b)に示すように、第1のライトガイド2に溝をほり、そこにシンチレータ1を嵌め込む方法が考えられる。溝を使う方法は実装を考えた場合、固定しやすいという利点がある。
【0048】
また、前述したように第1のライトガイド2は、場合によっては空気層に包囲された角柱以外のものも使用可能であり、図8の(a),(b)に示すように、円柱状のものでも良い。なお、図8の(a)は単純にシンチレータ1と第1のライトガイド2とをつき合わせる場合を示しており、図8の(b)は第1のライトガイド2に溝をほり、そこにシンチレータ1を嵌め込む場合を示している。また、図8の(c)に示すように、第1のライトガイド2にクラッドのついたファイバ状のものを使用してもよい。
【0049】
(第2の実施の形態)
図9は、本発明の第2の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図である。図9の放射線検出装置は、放射線の入射に起因して光を生じる板状のシンチレータ1、内部に蛍光体を含む第1のライトガイド2、内部に蛍光体を含む第2のライトガイド3、及び光検出器4から構成されている。
【0050】
同一平面内に配置された三つのシンチレータ1の各2辺には、それぞれ第1のライトガイド2が接続されており、放射線が三つのシンチレータ1に入射する面に対して反対側(図中シンチレータ1の下方)には、各シンチレータ1と面が平行になり、かつその長手方向が各シンチレータ1の長手方向に直交するよう、三つの第2のライトガイド3が同一平面内に並設されている。また、各第1のライトガイド2と各第2のライトガイド3には、光検出器4が接続されている。
【0051】
すなわち、シンチレータ1と第2のライトガイド3は、3行3列のマトリックスを構成している。そして、光検出器4による各シンチレータ1に接続された第1のライトガイド2端での信号検出情報と第2のライトガイド3での信号検出情報の同時性を調べることで、9区画(3×3)の位置識別能力を持たせることができる。
【0052】
図10及び図11は、第1のライトガイド2とシンチレータ1の配置例を示す正面図である。シンチレータ1を複数枚並べて配置する際、図10に示すように、各シンチレータ1について両側にそれぞれ第1のライトガイド2を設ける方法がある。
【0053】
しかしながら、図11に示すように、二つのシンチレータ1の集光を一つの第1のライトガイド2で共通化して行なう方法も考えられる。第1のライトガイド2の断面積の大きさと使用する光検出器4の受感面の大きさの兼ね合いを考慮した場合、図11の方法によれば、最も効率良く第1のライトガイド2の光を受光でき、光検出器4の数も抑制することができる。
【0054】
(第3の実施の形態)
図12は、本発明の第3の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図である。図12の放射線検出装置は、シンチレータ1の内部に捕獲・拡散する光をシンチレータ1の側面に配置した第1のライトガイド2で集光する体系を、同じ向きに平行に重ねることで二層化構造としたものである。
【0055】
本第3の実施の形態によれば、一層目、二層目でそれぞれ異なる線種を認識することが可能であるとともに、一次元の位置識別が可能である。
【0056】
(第4の実施の形態)
図13は、本発明の第4の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図である。図13の放射線検出装置では、第3の実施の形態で図12に示した構造に対して、さらに二層目(下層)に対して一層目(上層)の反対側(二層目の三つのシンチレータ1の下方)に、三つの第2のライトガイド3が、各シンチレータ1と面が平行をなし、かつその長手方向が各シンチレータ1の長手方向に直交するよう(すなわち、各第1のライトガイド2に直交するよう)並設されている。さらに、各第2のライトガイド3には、光検出器4が接続されている。
【0057】
本第4の実施の形態によれば、図9に示した場合と同様、シンチレータ1の層一つと第2のライトガイド3の層一つとが対をなし、二次元検出器として動作する。しかしながら、図9の装置を2倍にすることなく、第2のライトガイド3は二つのシンチレータ1の層に対して、共通に位置検出のための一次元情報を提供することができる。
【0058】
従来では、バックグラウンド補正、補償のために二次元検出器を2層化する場合、倍の装置構成となることが必須であったが、本構成によれば第2のライトガイド3を共有化できるため、簡素な構造で二次元測定を行ないつつ、二次元でのバックグランド補正・補償機能を実現することができる。
【0059】
(第5の実施の形態)
図14は、本発明の第5の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図である。図14の放射線検出装置では、第2の実施の形態で図9に示した構造に対して、さらに一層目のシンチレータ1側に面した各第2のライトガイド3の表面に、それぞれ平板状のシンチレータ(プラスチックシンチレータ)1を密着して配置している。
【0060】
第2のライトガイド3はシンチレータ1が張り合わされているため、図14中上部に位置するシンチレータ1から空気中に放射される光を受けて蛍光を発するとともに、張り合わされたシンチレータ1自身に放射線が入射した場合にも蛍光が発生する。
【0061】
このようにシンチレータ1を2層用いているため、線種やエネルギーなどの違いを利用した一次元でのバックグラウンド補正、補償を行なえる上、第2のライトガイド3にて発生要因の異なる蛍光を共通する光検出器4で検出することにより、構成部品を低減し、装置全体を簡素化することができる。
【0062】
すなわち本第5の実施の形態によれば、より簡素な構造で二次元測定を行ないつつ、一次元でのバックグランド補正・補償機能を実現することができる。
【0063】
(第6の実施の形態)
図15は、本発明の第6の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図である。図15の放射線検出装置では、第5の実施の形態で図14に示した構造と同様、各第2のライトガイド3の表面にそれぞれ平板状のシンチレータ(プラスチックシンチレータ)1を密着して張り合わせるが、張り合わせる面の位置が、図14の場合とは逆であり、一層目のシンチレータ1側に向いた面と反対側、即ち裏面である。この場合、二つのシンチレータ1の層の間に、第2のライトガイド3が介在するため、放射線の透過の度合いが異なってくる。
【0064】
一例として、γ線とβ線の混在場を想定する。図14の場合には最初に通過する1層めのシンチレータ1でエネルギーの一部を失い、残りのエネルギーを2層めのシンチレータ1で失うケースが考えられる。1層めのシンチレータ1を透過可能なエネルギーを持つβ線が入射した場合には、1層めのシンチレータ1と2層めのシンチレータ1の同時計数の確率があるが、図15のようにこの間に第2のライトガイド3が介在した場合は、発光を伴わないエネルギー損失が第2のライトガイド3の内部で生じる。このため、第1層でのエネルギー損失を差し引いた残りのエネルギーを全て第2のライトガイド3内で失うように、第2のライトガイド3の厚さを調整すると、第2層めのシンチレータ1ではβ線が遮蔽されることになる。こういった効果を利用して、測定対象に応じたバックグラウンド補正、補償を目的として、図14、図15の体系を選択することができる。
【0065】
(第7の実施の形態)
図16乃至図18は、本発明の第7の実施の形態に係る第1のライトガイド2とシンチレータ1の配置例を示す正面図である。上述した第1のライトガイド2のレイアウト方法において、図16に示すように一つのライトガイド2が二つのシンチレータ1に共通している場合、二つのシンチレータ1は互いに光学的に分離されていない。
【0066】
このため、例えば、図16中左側のシンチレータ1の光が図16中中央に位置している第1のライトガイド2に吸収されずに透過し、かつ右側のシンチレータ1に伝播してしまうというような現象が、確率は僅かではあるが存在する。この場合、図16中最も右側の第1のライトガイド2において、左側のシンチレータ1からの信号を、隣接する右側のシンチレータ1からの信号であると誤検出してしまう可能性がある。
【0067】
そこで本第7の実施の形態では、図17に示すように一つのライトガイド2が二つのシンチレータ1に共通している場合、そのライトガイド2中に、相互に光の透過を遮蔽して光伝播を阻止し光を反射する反射体5を入れることにより、二つのシンチレータ1を光学的に分離することができる。反射体5を構成する反射材としては、アルミ蒸着シートや乱反射体である酸化チタンや酸化マグネシウム等を塗布したものを用いることもできる。
【0068】
しかし、ライトガイド2の内部にこのような反射体5を内包させることは、加工の観点からは困難である。このため図18に示すように、図中両端に配置されている第1のライトガイド2の半分の厚さを有する二つのライトガイド21,21を用いて、これらの間隙に反射体5を挟み込む方法が現実的方策である。
【0069】
本第7の実施の形態によれば、隣接するシンチレータ1の発光を誤って検出する事象を低減することができる。
【0070】
(第8の実施の形態)
図19は、本発明の第8の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示すブロック図である。本第8の実施の形態を含む以下の説明では、AND処理部、OR処理部の名称を用いているが、AND処理は入力信号の論理積を取り、同時に信号が検出・出力されているときのみ「真」が出力されるものであり、OR処理部は入力信号の論理和を取り、いずれかの信号が検出・出力されているときに「真」が出力されるものである。また反転処理部は、信号の論理を反転するものであり、入力信号が検出・出力されているときに「偽」を出力し、検出されていないときに「真」を出力する機能を有する。
【0071】
図19では、放射線の入射面側に配置された1層めのシンチレータ1の側面に装着されている各第1のライトガイド2に、図5あるいは図6に示したように、一つずつ光検出器4が接続されていることを前提とする。これら二つの光検出器4の出力が第1のAND処理部6に入力されている。
【0072】
また、2層めのシンチレータ1の側面に装着されている各第1のライトガイド2にも、一つずつ光検出器4が接続されており、それらの出力が第2のAND処理部7に入力されている。
【0073】
第1のAND処理部6の出力は、1層めのシンチレータ1での放射線入射・検出タイミングを示す信号であり、第2のAND処理部7の出力は、2層めのシンチレータ1での放射線入射・検出タイミングを示す信号である。この光検出器4の配置により、第1のAND処理部6あるいは第2のAND処理部7を用いることで、2本の第1のライトガイド2に挟まれたシンチレータ1からの信号である旨の情報が得られる。
【0074】
また図19では、第2のライトガイド3に二つの光検出器4を接続している。第2のライトガイド3にシンチレータ1からの光が入射して発生した蛍光の検出に相当する信号として、二本の光検出器4からの検出器出力が第1のOR処理部8に入力されている。この第1のOR処理部8からの出力により、第2のライトガイド3で蛍光が生じたことを示す情報が得られる。なお、1層めのシンチレータ1は第1のライトガイド2を他のシンチレータと共有しているため、AND処理が必要となっているが、第2のライトガイド3はそれぞれが光学的に独立しているため、OR処理が可能である。
【0075】
1層めのシンチレータ1と2層めのシンチレータ1は、同じ方向に揃えて配置されているが、第2のライトガイド3はこれらシンチレータ1と直交して、行と列に相当するように配置されている。従って全体としては、(1層あたりのシンチレータ1の数)×(第2のライトガイド3の数)分の位置識別数が実現される。
【0076】
このため、第1のAND処理部6の出力と第1のOR処理部8の出力とを第3のAND処理部9に入力することで、第3のAND処理部9の出力として1層めのシンチレータ1と該当する第2のライトガイド3とが交差する領域における1層めシンチレータ1の発光、即ち放射線の入射を検出することができる。同様に、第2のAND処理部7の出力と第1のOR処理部8の出力とを入力とする第4のAND処理部10の出力から、2層めのシンチレータ1に係る位置情報の付加された放射線検出情報が得られる。
【0077】
(第9の実施の形態)
図20は、本発明の第9の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示すブロック図である。図20では、放射線の入射面側に配置されたシンチレータ1の側面に装着されている各第1のライトガイド2に、図5あるいは図6に示すように、一つずつ光検出器4が接続されていることを前提とする。
【0078】
これら二つの光検出器4からの出力が第1のAND処理部6に入力される。第1のAND処理部6の出力は、1層めのシンチレータ1での放射線入射・検出タイミングを示す信号である。この光検出器4の配置により、第1のAND処理部6を用いることで、2本の第1のライトガイド2に挟まれたシンチレータ1からの信号である旨の情報が得られる。
【0079】
また図20では、第2のライトガイド3に二つの光検出器4を接続している。第2のライトガイド3にシンチレータ1からの光が入射して発生した蛍光の検出に相当する信号として、二本の光検出器4からの検出器出力が第1のOR処理部8に入力されている。この第1のOR処理部8からの出力により、第2のライトガイド3で蛍光が生じたことを示す情報が得られる。
【0080】
第2のライトガイド3は、放射線の入射側に設置されたシンチレータ1と直交して、行と列に相当するように配置されている。従って全体としては、(1層あたりのシンチレータ1の数)×(第2のライトガイドの数)分の位置識別数が実現される。
【0081】
このため、第1のAND処理部6の出力と第1のOR処理部8の出力とを第3のAND処理部9に入力することで、第3のAND処理部9の出力としてシンチレータ1と該当する第2のライトガイド3とが交差する領域におけるシンチレータ1の発光、即ち放射線の入射を検出することができる。
【0082】
(第10の実施の形態)
図21及び図22は、本発明の第10の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示すブロック図である。第8,9の実施の形態においては、位置識別方式を説明するために、第1のAND処理部6の出力は1層めの検出信号としてすべて有効なものとして扱っている。
【0083】
以下、バックグランド補正、補償に対しての実施の形態を説明する。まず、β核種による機器・物品・体などの表面汚染を測定することを想定する。この場合、まず周囲のバックグラウンドγ線成分が補正・補償対象となる。このときの考え方について説明する。
【0084】
今、放射線入射面側の検出層を第1層、その次の検出層を第2層とすると、第1層では主にβ線、γ線の両方が検出され、第2層では主にγ線が計測される。一定時間計測をし、1層めで検出された計数率を(β+γ)、2層めで検出された計数率をγ'とすると、
β=(β+γ)−c1・γ' (c1=校正係数)
として、γ線成分を補正したβ線計数率が得られる。
【0085】
図21、図22のいずれの場合でも、第1のAND処理部6と第2のAND処理部7の出力をそれぞれ一定時間計数して測定時間で除算することで、(β+γ)とγ'が得られる。この処理手法は最も簡素な方式として適用可能である。
【0086】
一般的に、シンチレータ1にプラスチックシンチレータを用いるのが実用的であるが、β線のエネルギー吸収(付与率)はシンチレータ1cmあたりおよそ2MeVである。つまり、γ線感度を抑える目的から薄いシンチレータ1を使用すると、β線のエネルギーによってはエネルギーを失いながら突き抜けてしまうことが簡単に予測できる。
【0087】
今、厚さ1mm〜2mm程度のプラスチックシンチレータでシンチレータ1を構成した場合、β線のエネルギー吸収は200keV〜400keVである。Co−60のβ線の場合、最大エネルギーが300keVあたりであるため、ほとんどのエネルギーをシンチレータ1で失うことになる。
【0088】
しかしながら、よりエネルギーの高いβ線成分がバックグラウンドに存在する場合は、先に示したように第1のAND処理部6と第2のAND処理部7の出力信号の中から計数すべき信号以外を除外することも必要となる。
【0089】
例えば、壁や床面の表面汚染を測定することを想定する。一般的な床や壁の材料には天然放射性物質であるK−40が含まれるため、エネルギーの比較的高い1.3MeVのβ線が放出される。一方、原子力施設などで汚染源となり得るCo−60のβ線は300keVと低い。また、いずれの核種もγ線を放出する。従って、先の例と同様にγ線を補正しつつ、β線の信号の中からより高いエネルギーを持つK−40β線成分をできるだけ除外することを考える。
【0090】
今、Co−60のβ線成分をβ1、K−40のβ線成分をβ2とする。またγ線成分をまとめてγと表すことにする。この場合、一層めの検出信号には(β1+β2+γ)が含まれており、二層目の検出信号には(β2+γ)が含まれている。
【0091】
しかしながら、β2に関しては、1層めと2層めで同時に検出されている確率が極めて高い。一方、γ線は一定の確率でしかプラスチックと反応(相互作用)を行なわないうえ、薄いシンチレータでの反応断面積は小さいため、1層めと2層めとで同時にγ線が検出される確率は現実的には無視できる。
【0092】
この現象を生かして、1層めでの検出信号のうち、2層めと同時計数した成分はβ2成分であるとして、あらかじめ除去しておくことが有効である。図21、図22において、第1のAND処理部6の出力を入力の一つとし、第2のAND処理部7の出力を第2の反転処理部13を通してもう一つの入力とする第5のAND処理部12の出力を第3のAND処理部9の入力とすることで、1層めの出力信号から、明らかに2層めでも信号を発生させた高エネルギーβ線成分(β2)を除外することができる。これにより、第3のAND処理部9の出力の計数率を調べることで、β2の混入割合を低減させ、より真のβ1成分に近い測定結果が得られる。
【0093】
また、β2成分は前述したように2層めの検出成分への混入も考慮する必要がある。β2成分を得るには、1層めと2層めの信号出力である第1のAND処理部6の出力と第2のAND処理部7の出力とを第7のAND処理部15に入力して論理積により同時検出を行なった上で、その出力と、位置情報を付加するための第1のOR処理部8の出力とを第8のAND処理部16に入力し、その出力としてβ2成分を示す情報を得ることができる。
【0094】
この第8のAND処理部16の出力を利用することで、あらかじめβ1成分のない状態でβ2成分を測定しておき、β2成分の1層めへの混入割合を調べておき、測定時に補正する手法を適用することもできる。
【0095】
β2成分を除外して測定をするためには、第1のAND処理部6の出力を第1の反転処理部11に通した出力と第2のAND処理部7の出力とを第6のAND処理部14に入力し、その出力と、位置情報を付加するための第1のOR処理部8の出力とを第4のAND処理部10に入力し、その出力としてβ2成分を低減したγ線が支配的な出力を得ることができる。
【0096】
このようにして、第3のAND処理部9はβ2の影響を低減して位置情報が付加されているβ1線成分の信号出力、第4のAND処理部10はβ2の影響を低減して位置情報が付加されているγ線成分の信号出力、第8のAND処理部16は主としてβ2成分からなり位置情報が付加されている信号出力となる。
【0097】
従って、これらの出力信号を計数して測定結果として計数率を求めた場合、以下のような処理が可能となる。第3のAND処理部9の測定結果をA(β1)、第4のAND処理部10の測定結果をA(γ)、第8のAND処理部16の測定結果をA(β2)とすると、より精度の高いβ1の値A(β)は次のような演算で求められることは自明である。
【0098】
A(β)=A(β1)−c1・A(γ)−c2・A(β2)
ただし、c1,c2は校正定数、c1は1層めと2層めのγ線検出効率比、c2はβ2に対する1層めと2層めの検出効率比である。
【0099】
測定対象がγバックグラウンド下でのα線、中性子線である場合なども含めて、図21、図22に示した信号処理形態をいずれの場合にも適用できる。
【0100】
もちろん、必要に応じて第5のAND処理部12や第6のAND処理部14の入力端子に関して、第1の反転処理部11あるいは第2の反転処理部13から接続されている端子を開放し、常に「真」とする処置を第5のAND処理部12と第6のAND処理部14のいずれか、あるいは両方同時に施し使用することもあり得る。また、第8のAND処理部16及び第7のAND処理部15は全く使用しないこともあり得る。これらは、測定対象とバックグラウンドの条件により任意に組み合わせて使用可能である。
【0101】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。
【0102】
【発明の効果】
本発明の放射線検出装置によれば、大面積での位置識別型測定が可能になり、最小限の装置構成により、様々なバックグランド条件下での補正、補償を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る光検出器の配置例を示す図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る光検出器の配置例を示す図。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る光検出器の配置例を示す図。
【図5】本発明の第1の実施の形態に係る光検出器の配置例を示す図。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係る光検出器の配置例を示す図。
【図7】本発明の第1の実施の形態に係る光検出器の配置例を示す図。
【図8】本発明の第1の実施の形態に係る光検出器の配置例を示す図。
【図9】本発明の第2の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図。
【図10】本発明の第2の実施の形態に係る第1のライトガイドとシンチレータの配置例を示す正面図。
【図11】本発明の第2の実施の形態に係る第1のライトガイドとシンチレータの配置例を示す正面図。
【図12】本発明の第3の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図。
【図13】本発明の第4の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図。
【図14】本発明の第5の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図。
【図15】本発明の第6の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示す斜視図。
【図16】本発明の第7の実施の形態に係る第1のライトガイドとシンチレータの配置例を示す正面図。
【図17】本発明の第7の実施の形態に係る第1のライトガイドとシンチレータの配置例を示す正面図。
【図18】本発明の第7の実施の形態に係る第1のライトガイドとシンチレータの配置例を示す正面図。
【図19】本発明の第8の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示すブロック図。
【図20】本発明の第9の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示すブロック図。
【図21】本発明の第10の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示すブロック図。
【図22】本発明の第10の実施の形態に係る位置識別型放射線検出装置の構成を示すブロック図。
【図23】従来例に係るX線撮像装置の基本構成を示す図。
【符号の説明】
1…シンチレータ
2…第1のライトガイド
3…第2のライトガイド
4…光検出器
5…反射体
6…第1のAND処理部
7…第2のAND処理部
8…第1のOR処理部
9…第3のAND処理部
10…第4のAND処理部
11…第1の反転処理部
12…第5のAND処理部
13…第2の反転処理部
14…第6のAND処理部
15…第7のAND処理部
16…第8のAND処理部
17…蛍光ファイバ
21…ライトガイド
Claims (2)
- 放射線の入射に起因して光を生じ同一平面内に配置された複数の直方体のシンチレータと、
前記各シンチレータの放射線が入射する面に直交する第1の側面と、この第1の側面に対向する第2の側面のそれぞれに配置され、内部に蛍光体を含む複数の第1のライトガイドと、
前記放射線が前記各シンチレータに入射する面に対して反対側に、かつ前記各シンチレータの放射線が入射する面の長手方向に直交するよう同一平面内に配置され、内部に蛍光体を含む複数の第2のライトガイドと、
前記第1のライトガイドと前記第2のライトガイドの各端面に配置され、蛍光変換された光を検出する複数の光検出手段と、
を具備し、
前記第2のライトガイドにおける前記シンチレータ側に向いた表面に板状のシンチレータを密着したことを特徴とする放射線検出装置。 - 放射線の入射に起因して光を生じ同一平面内に配置された複数の直方体のシンチレータと、
前記各シンチレータの放射線が入射する面に直交する第1の側面と、この第1の側面に対向する第2の側面のそれぞれに配置され、内部に蛍光体を含む複数の第1のライトガイドと、
前記放射線が前記各シンチレータに入射する面に対して反対側に、かつ前記各シンチレータの放射線が入射する面の長手方向に直交するよう同一平面内に配置され、内部に蛍光体を含む複数の第2のライトガイドと、
前記第1のライトガイドと前記第2のライトガイドの各端面に配置され、蛍光変換された光を検出する複数の光検出手段と、
を具備し、
前記第2のライトガイドにおける前記シンチレータ側と反対の表面に板状のシンチレータを密着したことを特徴とする放射線検出装置。
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