JP4771265B2 - 放射線および中性子イメージ検出器 - Google Patents
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Description
参考技術1による2次元中性子イメージ検出器について、図1を参照して述べる。本参考技術では中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。中性子イメージングシートの上面と下面に、図1に示すようにそれぞれ縦軸と横軸として直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。
このため、本参考技術では、各検出場所に対応したデジタルパルス信号とその信号の両隣の2つのデジタルパルス信号とについて、3信号同時計数回路を用いて同時計数測定し、同時計数した場合には真ん中に対応した場所に中性子が入射した位置パルス信号とする。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
参考技術2による2次元中性子イメージ検出器について、図5を参照して述べる。本参考技術の構成は、参考技術1で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの透明なシートあるいは板を配置し、そのシートあるいは板の上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。
参考技術3による2次元中性子イメージ検出器について、図6を参照して述べる。本参考技術の構成は、参考技術1で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの蛍光波長に対して吸収特性を示すシート状減光フィルタを配置し、そのシート状減光フィルタの上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。本参考技術の場合には、シート状減光フィルタとしてフィルム減光フィルタを用いることとする。透過率としては蛍光体ZnS:Agの蛍光波長である450nmにおいて25%の性能のものとし、その厚さは中性子イメージングシートの厚さが0.4mmであることを考慮し0.1mmとする。本構成とすることにより、中性子イメージングシート内で中性子により放出された蛍光が波長シフトファイバに入射する量を調整し、3本の波長シフトファイバとそれ以外の波長シフトファイバに入射する蛍光の割合の差を大きくし、同時計数の確率の差を上げることができる。また、中心から離れた波長シフトファイバに蛍光が入射する場合、斜めに入射するため離れるに従い蛍光の透過率が急速に減少することを利用して同時計数の確率の差を上げることができる。このように減光フィルタを用いることにより、中性子入射位置の決定精度を上げることができる。
参考技術4による2次元中性子イメージ検出器について、図7を参照して述べる。本参考技術の構成は、参考技術1で述べた中性子イメージングシートと同じものを使用する。中性子イメージングシートの大きさは、128mmx128mmの大きさのものを用いることとする。中性子イメージングシートの上面に256本の波長シフトファイバ、下面に256本波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とする。波長シフトファイバ束はそれぞれ多チャンネル光電子増倍管に接続され、増幅器及び波高弁別器及び3信号同時計数回路を用いて位置パルス信号を生成する。縦軸及び横軸から発生する位置パルス信号の同時計数測定を行うため、上面と下面に配置された256本の波長シフトファイバからの位置パルス信号は、それぞれ8ビット信号変換回路に入力され、それぞれ8ビット出力信号に変換される。この2つの8ビット出力信号は、縦軸と横軸の8ビット信号の同時計数をとることができる8 X 8ビット2次元同時計数システムに入力される。8 X 8ビット2次元同時計数システムとしては、ドイツFASTCOMTEC社製デュアルマルチパラメータシステムMPA 3
2型などが使用できる。この二次元同時計数システムにより同時計数が行われ
、256チャネルx256チャネルの中性子イメージを得ることができる。
参考技術5による2次元中性子イメージ検出器について、図8を参照して述べる。本参考技術では、中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。ZnS:Ag中性子イメージングシートの上面と下面に、図8に示すように、横軸及び縦軸方向に等間隔に位置分解能に相当する開口部の光コリメータを配列したコリメータ板を置く。光コリメータはコリメータ開口部が0.5mmx0.5mm、コリメータ構成材の薄さ0.3mm、そしてコリメータの厚さ0.3mmと正方形光コリメータとする。構成材はアルミニウムとする。縦軸と横軸に、各開口部に合わせて、それぞれ直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、光コリメータの開口部に合わせて、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバを1本ごとに光検出器に接続する。光検出器としては、16チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製H6568を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。
参考技術6においては、参考技術5で述べた中性子イメージング検出部に上記で述べた参考技術1と全く同じ構成の信号処理回路を用い、3信号同時計数処理を行うことにより、さらに精度良く中性子の入射位置を決定することができる。
参考技術7による中性子イメージ検出器について、図9を参照して述べる。本参考技術では中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。大きさは、横10mm、縦100mmとする。この中性子イメージングシートの上面に10本の波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごと交互にそれぞれまとめ、5本の波長シフトファイバから構成される2つの波長シフトファイバブロックを構成する。波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。
となり約5分の1減少することが確認できた。従って、後の参考技術8で述べる4同時計数法を用いた場合には、約2桁減少させることが可能と推定できる。
参考技術8による中性子イメージ検出器について、図11を参照して述べる。本参考技術の中性子イメージングシートについては同じ構成する。構成された2つの波長シフトファイバブロックの両端にそれぞれ光検出器を接続する。光検出器としては、光電子増倍管である浜松ホトニクスR647Pを用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、それそれ波高弁別器に入力する。検出された4つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、4つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。本参考技術の場合、4つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行うため、参考技術7の2つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行う場合に比較し、光電子増倍管に起因する雑音によるバックグラウンドの低減と中性子/ガンマ線(n/γ)比をさらに大きくすることができる。
参考技術9による2次元中性子イメージ検出器について、図12を参照して述べる。本参考技術の構成は、上記参考技術7と中性子イメージングシートの厚さを0.4mmから0.6mmに厚くすることを除いて同じ構成とする。構成する際に、中性子イメージングシートの両面に波長シフトファイバブロックを配置し、それぞれの面について上記参考技術7の同じ同時計数測定を行い、両面のどちらか1つあるいは両方から同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
実施例1として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図14を参照して述べる。本実施例では、イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出部は、従来技術で述べた実時間計測が可能な高速信号読み出し系と同じ構成とする。
まず、波長シフトされた蛍光は集束用光学系により集束される。スキャンニング機構でイメージングプレートの全面を走査する時間と、ポリゴンミラーの1つの面で集束される蛍光を反射する時間を一致させるように、スキャンニング機構と同期してポリゴンミラーを回転させる。反射された蛍光は、蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、反射された蛍光を等間隔にする等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出する。等間隔用光学系としては、fθレンズなどが使用できる。CCD素子の縦軸は、イメージングプレートから放出される長方形状の輝尽性蛍光に対応し横軸は走査する時間軸に対応する。CCD素子制御装置で信号処理してデジタル化した後、信号処理装置で放射線イメージとして構成する。
実施例2として、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光をポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器について図15をもとに説明する。
実施例3として、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を光学系を通してから反射する蛍光用ポリゴンミラーと同期する光源用ポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、1つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器について図16を用いて説明する。
実施例4として、波長シフトファイバ束として、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造のものを用い、波長シフトファイバ毎に励起光によりイメージングプレートから放出された輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出される波長シフトされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じ蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、反射した蛍光のそれぞれを、集束用光学系、前記バンドパス光学フィルタ及び前記等間隔用光学系を各々通した後、2つの面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージをイメージ収録装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得る2次元放射線イメージ検出器について、図17をもとに説明する。
実施例5として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図18を参照して述べる。本実施例では、上記実施例2の2次元放射線イメージ検出器の構成を用いることとし、CCD素子の前にイメージインテンシファイアなどの光増幅素子を配置する。イメージインテンシファイアとして浜松ホトニクス製V3346Uを用いる。本イメージインテンシファイアにより光子を約100倍から3000倍増やすことができるため、高感度で2次元放射線イメージを得ることができる。
参考技術10による2次元放射線イメージ検出器について、図19、20、21及び22を参照して述べる。本参考技術では、検出媒体である輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートを用いることとする。本イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す励起光源として、635nmの波長の半導体レーザー赤色励起光源と、532nmの波長の半導体励起緑色レーザー励起光源を用いる。632nmの波長の励起光を最初に照射して記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射して記録された放射線の量を読み出した場合と、その逆の順序で読み出した場合の蛍光強度の時間分布に関する実験結果を図19に示す。実験結果により、635nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、532nmの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができることがわかる。つまり、632nmの波長の励起光では、読み出せない記録された情報があることがわかる。一方、逆に532nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後632nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、632nmの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができないことがわかる。
基本となる2次元放射線イメージ検出器の構成については実施例2で述べた図15と同じである。イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いている富士フィルム製BASシリーズのイメージングプレートなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構として図21に示すように、波長635nmの赤色長方形励光源と波長532nmの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体励起グリーンレーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。本発明を実施するためには図21の拡大図で示すように赤色光が先にイメージングプレートに照射され、その後、緑色光が照射されるようにミラーに照射するように赤色長方形励光源と緑色長方形励光源の位置などを決定する。赤色光、緑色光の順に励起光が照射されるため、イメージングプレートから放出される輝尽性蛍光の量は、赤色光のみで励起した場合の約1.8倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。
参考技術11による2次元放射線イメージ検出器について、図23を参照して述べる。基本となる構成については上記参考技術10で述べた図22と同じである。
参考技術12による2次元放射線イメージ検出器について、図24及び25を参照して述べる。
実施例6として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について説明する。実施例6の2次元中性子イメージ検出器は、図14から図18に示した実施例1から5のいずれかの2次元放射線イメージ検出器において、放射線検出媒体であったイメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレート(図26参照)を用いることにより構成される。中性子用イメージングプレートとしては、富士写真フィルムから市販されているBAS NDシリーズを用いることができる。ただし、中性子イメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このようにすることにより中性子イメージを照射しながら連続して測定することが可能となる。
参考技術13による2次元中性子イメージ検出器について図27を参照して述べる。本参考技術では、図27に示すように、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を構成する元素として10B元素を含んだ輝尽性蛍光体SrBPO5:Eu2+とGdを含む中性子コンバータとしてGd2O3を混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いる。
参考技術14による2次元放射線イメージ検出器について、図28及び29を参照して述べる。本参考技術として、図28に示す中性子用イメージングプレートを用いる。
参考技術15による2次元放射線イメージ検出器について、図30及び31を参照して述べる。本参考技術では、中性子コンバータとしてLiB4O7(LBO)を用い、蛍光体としては輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+を用いて混合して基板に一様に塗布して作製した中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器について示す。
参考技術16による2次元放射線イメージ検出器について、図32を参照して述べる。本参考技術では、参考技術15で述べたLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の構成材料であるボロン(B)として、10Bの含有量を多くした材料を用いることを特長としている。10Bの含有量としては、95%程度のものが製造可能である。自然に存在する10Bの含有量は20%であるので約5倍中性子捕獲断面積が増加する。このため、参考技術15の場合に比較して中性子検出媒体の厚さを減少させることが可能であり、かつ中性子に対して検出効率を上げることができる。また、ガンマ線に対する検出感度が相対的に高くなるため、バックグラウンドの指標となる中性子/ガンマ線比を上げることができる。
参考技術19として、図33及び図34を用いて説明する。本参考技術では、Li10B4O7(LBO)の構成材料であるリチウム(Li)として、6Liの含有量を多くした材料を用いた中性子検出媒体を用いた中性子用イメージングプレートについて述べる。6Liの含有量を多くした場合、6Liの中性子に対する捕獲断面積の分だけ中性子に対する検出感度が増加する。6Liの含有量が95%のものは容易に製作が可能であるので、これを用いた6Li10B4O7(6LBO)を用いる。その他の作製方法については、参考技術16と同じである。
参考技術18による2次元放射線イメージ検出器について、図35を参照して述べる。本参考技術では、放射線イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器と、シンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成され、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置することを特長としたハイブリッド型2次元放射線イメージ検出器について述べる。
参考技術19による2次元中性子イメージ検出器について、図36を参照して述べる。本参考技術として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器と、蛍光体と6Liを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体を用いた中性子イメージングプレート検出器とから構成され、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器について述べる。
参考技術20として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図37を参照して述べる。本参考技術として、上記参考技術19において、中性子用イメージングプレートに記録された中性子の量を読み出す信号読み出し系と中性子イメージング検出器において、用いる信号読み出し系が一部が中性子用イメージングプレートと中性子イメージ検出器で共用していることを特長とするハイブリッド型中性子イメージ検出器について述べる。
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
参考技術21による2次元中性子イメージ検出器について、図38を参照して述べる。本参考技術として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体の背面に6Liを含んだ複数の中性子シンチレータのブロックとを組み合わせた中性子イメージ検出器を配置し、その背面に中性子用イメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバ束を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器について述べる。
Claims (6)
- 長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す2次元放射線イメージ検出器において、前記波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバの一端に放出される蛍光を光学系を通してから蛍光用ポリゴンミラーで反射した後、前記波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通して等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、前記イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
- 請求項1において、励起光源から出力された前記励起光を前記イメージングプレートの前面から照射し走査する際に、前記蛍光用ポリゴンミラーと同期する光源用ポリゴンミラーを用いて前記励起光を前記イメージングプレートに照射し走査することを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
- 請求項2において、前記蛍光用ポリゴンミラー及び前記光源用ポリゴンミラーの面を1つの面あるいはそれ以上の面おきに前記励起光を反射できない面に加工し、前記励起光の照射間隔をあけることにより読み出し間隔をあけることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
- 請求項2又は請求項3において、前記波長シフトファイバ束として、前記イメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さが前記イメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造のものを用い、前記波長シフトファイバ毎に前記励起光により前記イメージングプレートから放出された輝尽性蛍光を波長シフトした後、前記波長シフトファイバの両端から放出される波長シフトされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから前記蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、反射した前記蛍光のそれぞれを、集束用光学系、前記バンドパス光学フィルタ及び前記等間隔用光学系を各々通した後、2つの前記面状のCCD素子で各々検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージを信号処理装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返して前記イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
- 上記請求項1乃至請求項4のいずれかにおいて、前記CCD素子の前に光イメージ増幅素子としてのイメージインテンシファイアを配置することを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
- 上記請求項1乃至請求項5のいずれかにおいて、前記イメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
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