JP6180686B2

JP6180686B2 - 線量率測定装置

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Publication number: JP6180686B2
Application number: JP2017514731A
Authority: JP
Inventors: 翔平片山; 茂木　健一; 健一茂木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2017-08-16
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Description

本発明は、線量率測定装置に関し、特に、広範囲の線量率に対応した線量率測定装置に関するものである。

平静時の自然放射線レベルから事故時の高放射線レベルまでの広い範囲に亘る線量率を測定するために、原子炉施設、使用済燃料再処理施設等の周辺には、それぞれが種類の異なる放射線検出器を備えた２台の線量率測定装置（または放射線測定装置）が設置されている（例えば特許文献１〜６）。同一の測定点を測定レンジを分担して測定する意図に対して検出装置を並べて設置することは、装置全体が大型化するだけではなく、空間放射線の入射障害を生み出し、測定精度にも影響を与える。

コスト低減及び省スペースの観点からも１台の線量率測定装置で、広範囲の線量率に対応した測定を可能にすることが求められている。この課題を解決する方策として、低レンジ用検出器と高レンジ用検出器を１つの検出部に配置した放射線測定装置（または線量率測定装置）が提案されている。低レンジ用検出器にはシンチレーション検出器を使用し、高レンジ用検出器には半導体検出器を使用している。放射線測定装置は線量率の大きさに対応して測定レンジを切り換えて出力する。

低レンジと高レンジの線量率を切り換えて出力するときには、放射線検出器のエネルギー特性が異なることに起因して測定値に段差が発生する。特許文献１に係わる放射線測定装置は、この段差を抑制するために、少なくとも一方の検出器の出力パルスについて波高スペクトルを測定して入射放射線のエネルギーを推定している。この推定値を、切換点を含むその上下の線量率領域についてどちらか一方のエネルギー特性に合わせ込むことにより、測定レンジの切換点に生じる大きな段差を解消するようにしている。

特許文献２に係わる放射線測定装置は、シンチレーション検出器の円柱状シンチレータのヘッド面に１台、その円柱状シンチレータの側面に角度１８０度でもう２台と、半導体検出器を３台配置している。放射線検出器の配置を工夫することで、低レンジ用検出器と高レンジ用検出器の方向依存性（放射線入射方向による感度の違い）によりレンジ切換時に発生する段差を抑制するようにしたものである。両方の特許文献では、シンチレーション検出器として、例えばタリウム活性化ヨウ化ナトリウムシンチレータを使用したＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器が使用されている。

特開２００２−２２８３９号公報特開２００２−１６８９５７号公報特開２０００−２７５３４７号公報特開平１１−１６０４３７号公報特開２０００−６５９３７号公報特開２０１３−１９５３２０号公報

特許文献１に係わる線量率測定装置によれば、切換点における段差の発生を抑制できるにしても、低レンジ線量率及び高レンジ線量率を合わせた全レンジの直線性及びエネルギー特性は改善されるものではない。また特許文献２に係わる線量率測定装置によれば、半導体検出器の全数がシンチレーション検出器の放射線センサ（シンチレータ）に対して影になって測定の障害になる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低レンジ線量率及び高レンジ線量率の両方のエネルギー特性を平坦化し、その結果として全レンジの直線性及びエネルギー特性を改善し、ワイドレンジでかつ高精度の測定が可能な線量率測定装置を提供することを目的とする。

本発明の線量率測定装置は、無機結晶シンチレータを有し、放射線が入射すると検出信号パルスを出力する第１の放射線検出器と、プラスチックシンチレータを有し、放射線が入射すると検出信号パルスを出力する第２の放射線検出器と、円筒部を有し、第１の放射線検出器および第２の放射線検出器を収容する検出器架台と、第１の放射線検出器が出力する検出信号パルスを基に、エネルギー補償係数とＧ（Ｅ）関数テーブルを用いて入射した放射線の第１の補償線量率を算出する低レンジ演算部と、第２の放射線検出器が出力する検出信号パルスを基に、エネルギー補償係数を用いて入射した放射線の第２の補償線量率を算出する高レンジ演算部と、低レンジ演算部が算出した第１の補償線量率と高レンジ演算部が算出した第２の補償線量率から、線量率比（第２の補償線量率／第１の補償線量率）を求め、この求められた線量率比の大きさに従って出力する補償線量率を選定する線量率切換部と、線量率切換部が出力した補償線量率を表示する表示操作部と、を備え、第２の放射線検出器が有するプラスチックシンチレータは、検出器架台の円筒部に巻き回されている。

本発明の線量率測定装置によれば、低レンジ線量率及び高レンジ線量率の両方のエネルギー特性を平坦化し、その結果として全レンジの直線性及びエネルギー特性を改善し、ワイドレンジでかつ高精度の測定が可能な線量率測定装置を提供することができる。

実施の形態１に係る線量率測定装置の構成を示す図である。実施の形態１に係る第１の放射線検出器の構成を示す図である。実施の形態１に係る第２の放射線検出器の構成を示す図である。実施の形態１に係る検出部の構成を示す斜視図である。実施の形態１に係る検出部の要部を示す断面図である。低レンジ線量率の補償係数テーブルを示す図である。高レンジ線量率の補償係数テーブルを示す図である。低レンジ線量率のエネルギー特性を示す図である。高レンジ線量率のエネルギー特性を示す図である。線量率切換によるレンジの引継を示す図である。実施の形態２に係るＰＬシンチレーションファイバー束の構造を示す図である。実施の形態３に係る検出部の要部を示す断面図である。実施の形態４に係る線量率切換部の演算処理フローを示す図である。

本発明の実施の形態に係る線量率測定装置について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、線量率測定装置の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態に係る線量率測定装置について図１〜１３を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る線量率測定装置の構成を示す図である。図に示すように、線量率測定装置１は、検出部２と測定部３を有する。検出部２は低レンジ線量率範囲を担当する第１の放射線検出器２１と、低レンジ線量率範囲に続くその上の高レンジ線量率範囲を担当する第２の放射線検出器２２を備えている。第１の放射線検出器２１は、吸収した放射線のエネルギーに比例する波高値を有する離散的な検出信号パルス（第１の検出信号パルス）を低レンジ線量率において出力する。第２の放射線検出器２２は、吸収した放射線のエネルギーに比例する波高値を有する離散的な検出信号パルス（第２の検出信号パルス）を高レンジ線量率において出力する。

第１の放射線検出器２１の構成を図２に基づいて説明する。図に示すように、第１の放射線検出器２１は、無機結晶シンチレータ２１１と、光電子増倍管２１２と、プリアンプ２１３と、検出器ケース２１４を備えている。円柱状の無機結晶シンチレータ２１１は放射線の入射により蛍光を発する。光電子増倍管２１２は円柱状の無機結晶シンチレータ２１１に光接合して蛍光を取り込み、その蛍光を電流パルスに変換および増倍する。プリアンプ２１３は、光電子増倍管２１２が生じる電流パルスを電圧パルスに変換して出力する。検出器ケース２１４は３者（無機結晶シンチレータ２１１、光電子増倍管２１２およびプリアンプ２１３）を内包して遮光すると共に電気的にシールドする。

第２の放射線検出器２２の構成を図３に基づいて説明する。図に示すように、第２の放射線検出器２２は、ＰＬシンチレーションファイバー２２１（またはプラスチックシンチレータ）、フィルタ２２２、光カプラ２２３、光ファイバー２２４、遮光チューブ２２５、ライトガイド２２６、光電子増倍管２２７、プリアンプ２２８および検出器ケース２２９を備えている。ＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃは、放射線の入射により蛍光を発する。フィルタ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃは、それぞれのＰＬシンチレーションファイバーを覆って、入射する放射線を減弱させ、測定部３における計数率応答を全体として平坦にすると共に遮光する。光カプラ２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃは、ＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ〜ｃを光ファイバー２２４にそれぞれ光接合する。

光ファイバー２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃは、ＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ〜ｃから発せられた蛍光をそれぞれライトガイド２２６へ伝達する。遮光チューブ２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃは、光カプラ２２３及び光ファイバー２２４を遮光する。ライトガイド２２６は、光ファイバー２２４で伝達された蛍光を集光する。光電子増倍管２２７は、集光した蛍光を取り込んで電流パルスに変換および増倍する。プリアンプ２２８は、電流パルスを電圧パルスに変換して出力する。検出器ケース２２９は、ライトガイド２２６、光電子増倍管２２７、プリアンプ２２８を内包して遮光すると共に電気的にシールドする。なお、フィルタ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃは、片端を塞いで遮光した厚み２ｍｍ程度の金属筒が適用できるが、金属粉を含むゴム材の筒でもよい。フィルタ２２２の厚みは放射線の減弱計算と型式照射試験で決定する。

図４は検出部２の全体構造を示すものである。検出器架台２３は第１の放射線検出器および第２の放射線検出器を収容している。図に示すように、第１の放射線検出器の無機結晶シンチレータ２１１は、検出部２の中央に、片側の端面（上面２１１ａ）を真上に向けて配置されている。無機結晶シンチレータ２１１の反対側の端面（底面２１１ｂ）には光電子増倍管２１２が光接合されている。第１の放射線検出器２１は検出器架台２３に支持されている。検出器架台２３は、無機結晶シンチレータ２１１（または第１の放射線検出器２１）の測定空間の障害にならない位置に設けている。検出部外套２４は、第１の放射線検出器２１、第２の放射線検出器２２、検出器架台２３を内包して電気的に遮蔽する。検出部２を屋外設置する場合、検出部外套２４は外気を遮断した防水構造とする。スタンド２５は、検出部外套２４とそれに内包される機器を支持すると共に、第１の放射線検出器２１を決められた高さに保持する。なお、図にはＰＬシンチレーションファイバー２２１は２本しか描かれていないが、裏面側にもう一本のＰＬシンチレーションファイバー２２１が配設されている。各ＰＬシンチレーションファイバー２２１は、検出器架台２３の円筒部に巻き回されている。ファイバー状の一本のＰＬシンチレーションファイバーを巻き回す回数は、ここでは、１／３周にしてあるが、円筒部を１周させてもよい。

図５は、検出部２の要部を示す断面図である。検出器架台２３は、第１の放射線検出器２１の外側に、検出器（第１の放射線検出器２１および第２の放射線検出器２２）の中心軸を共用する円筒部２３ａを有している。第２の放射線検出器２２は検出器架台２３の円筒部２３ａに収容されている。ＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ〜２２１ｃは、検出器架台２３のシンチレーションファイバー配位領域に、しかも円筒部２３ａの外周に沿って配設される。検出器架台２３の円筒部２３ａの外表面には、第２の放射線検出器２２を構成する３本のＰＬシンチレーションファイバー２２１が、検出器の中心軸方向の真上から見て相互に重ならないように、斜めに取り付けられている。ＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃは、真上から見通したそれぞれの面積の合計と、真横から見通したそれぞれの面積の合計が概ね等しくなるように配置されている。

検出器架台２３の先端は、光電子増倍管２１２の蛍光入射面２１２ａよりも無機結晶シンチレータ２１１側には飛び出していない。また、ＰＬシンチレーションファイバー２２１は無機結晶シンチレータ２１１の底面２１１ｂよりも奥側（光電子増倍管２１２の側）に引っ込んでいる。第２の放射線検出器は、第１の放射線検出器の中心軸の周りにその測定エリアの影にならないように、かつ第１の放射線検出器と測定エリアを共有するように、配置している。また、中心軸に対して対称かつ等角度になるように配置しているので、第１の放射線検出器の中心軸方向から放射線を照射したときの感度と、その中心軸と直角方向から放射線を照射した感度が同等になる。ＰＬシンチレーションファイバー２２１は、型式試験として照射実験を行って、斜めに取り付ける角度を微調整して標準配置を決定することで好適な方向特性が得られる。

第１の放射線検出器２１と第２の放射線検出器２２は、それぞれの検出信号パルス列においてパルスが近接して重なる確率が測定に影響することがない線量率レンジを分担する。第１の放射線検出器２１と第２の放射線検出器２２の分担領域は一部がオーバーラップしてトータルで必要なワイドレンジを実現する。検出効率の大きな違いは、第１の放射線検出器２１に無機結晶シンチレータ２１１を使用し、第２の放射線検出器２２のシンチレータとしてＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃを使用していることに加えて、シンチレータの種類毎に径と長さを違えることにより実現する。

無機結晶シンチレータとしては、入手が容易で廉価な、円柱状ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを使用しているが、ＢＧＯ（Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１）シンチレータ、ＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ等も、また形状としては球状のものも適用可能である。なお、第２の放射線検出器２２は３本のＰＬシンチレーションファイバーを備えたものとしているが、レンジ分担性、方向特性、および必要な可撓性を満たせば１本でも可能であり、２本または４本以上の複数本で構成するようにしてもよい。

第１の放射線検出器２１は線量率が高くなると第１の検出信号パルスのパイルアップの発生確率が無視できなくなって測定レンジの直線性が低下する。第２の放射線検出器２２も同様に線量率が高くなると直線性が低下する。第１の放射線検出器２１は必要な下限レンジを確保してかつ上限レンジが第２の放射線検出器２２と適度にオーバーラップするように、また入手の容易性にも配慮してシンチレータの径と長さが決められる。第２の放射線検出器２２のＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ〜２２１ｃは上限レンジが測定精度内になるようにかつ下限レンジが第１の放射線検出器２１の上限レンジ以下となってオーバーラップするように、径と寸法が決められる。

第１の放射線検出器２１と第２の放射線検出器２２は、検出効率（同じエネルギーにおける単位線量率当たりの計数率）が例えば５桁程度異なる。ＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃの検出効率が低過ぎると、分担する高レンジにおける下限レンジ付近の線量率の分解能が悪くなり、低レンジ線量率から高レンジ線量率への切換時にゆらぎが急に大きくなる。こうしたことを考慮してＰＬシンチレーションファイバーの径と長さを決定する。なお、線量率測定装置のトータルレンジは第１の放射線検出器２１の下限レンジから第２の放射線検出器２２の上限レンジまでとなる。

次に図１を参照して測定部３の役割を説明する。低レンジ線量率測定部３１（第１の線量率測定手段、第１のエネルギー補償係数演算手段）は、第１の放射線検出器２１から第１の検出信号パルスを入力し、その第１の検出信号パルスの第１の波高スペクトルを測定し、その第１の波高スペクトルの各波高値を単位計数率当たりの線量率（ｎＧｙ・ｈ^−１／ｃｐｍ）で重み付し、その線量率に各波高値に対応した計数値を乗じ、その結果の値を測定エネルギー範囲について積算し、更に測定時間で移動平均してエネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１（第１の線量率）を求め、そのエネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１をエネルギー補償係数β１（第１のエネルギー補償係数）でエネルギー補償した低レンジ補償線量率ＤＬ（第１の補償線量率）を出力する。

高レンジ線量率測定部３２（第２の線量率測定手段、第２のエネルギー補償係数演算手段）は、第２の放射線検出器２２から第２の検出信号パルスを入力し、その第２の検出信号パルスの第２の波高スペクトルを測定し、その第２の波高スペクトルの各波高値に対応した計数値を測定エネルギー範囲について積算し、更に測定時間で移動平均して計数率を求め、その計数率に換算定数（ｎＧｙ・ｈ^−１／ｃｐｍ）を乗算してエネルギー補償前高レンジ線量率Ｄ２（第２の線量率）を求め、そのエネルギー補償前高レンジ線量率Ｄ２をエネルギー補償係数β２（第２のエネルギー補償係数）でエネルギー補償した高レンジ補償線量率ＤＨ（第２の補償線量率）を出力する。

なお、第２の放射線検出器２２において、それぞれのＰＬシンチレーションファイバーに物理的フィルタがない場合は、放射線による単位時間当たりの発光量と線量率（ｎＧｙ／ｈ）に相関があるので、演算周期毎に、第２の波高スペクトルの各波高値に当該波高値の計数を乗じて測定エネルギー範囲について積算する。この積算値を定周期時間で除算したものを測定時間で移動平均して求めた単位時間当たりの積算波高値（単位時間当たりの発光量に相当）に基づき線量率を求めると、その線量率は良好なエネルギー特性を有することになる。

計数率は低エネルギーになるにしたがって指数関数的に大きくなり、その結果としてレンジ上限が低下して必要な上限レンジを満たさなくなる。この点を解決するために、それぞれのＰＬシンチレーションファイバーに物理的フィルタを設けてＰＬシンチレーションファイバーに入射する放射線を減弱させる。それぞれのＰＬシンチレーションファイバーに物理的フィルタを設ける代わりに、全てのＰＬシンチレーションファイバーを内包するフィルタを設けてもよい。

第２の放射線検出器２２のＰＬシンチレーションファイバーにおいて、放射線（光子）のエネルギーに対する単位時間当たりの発光量の関係は、１００ｋｅＶ以上で良好なエネルギー特性を有しており、それ以下のエネルギーではエネルギーの低下と共に低下して５０ｋｅＶで１／２程度に低下する。また、発光量のエネルギー特性は、５０ｋｅＶ以上において径に対する依存性が小さい。したがって、ＰＬシンチレーションファイバーはフィルタでエネルギー特性を全体的に平坦化し、残ったエネルギー特性の歪をエネルギー補償係数β２でエネルギー補償することで、特に低エネルギーの特性が改善され、測定エネルギー全般において良好なエネルギー特性が得られる。

線量率切換部３３（線量率切換手段）は、線量率上昇時は測定レンジを設定された上昇時切換点で低レンジ補償線量率ＤＬから高レンジ補償線量率ＤＨに切り換え、線量率下降時は測定レンジを設定された下降時切換点で高レンジ補償線量率ＤＨから低レンジ補償線量率ＤＬに切り換える。切り換え時のハンチングを防止するために、上昇時切換点＞下降時切換点としてヒステリシスを設ける。表示操作部３４は、線量率切換部３３から出力された補償線量率（高レンジ補償線量率ＤＨまたは低レンジ補償線量率ＤＬ）を表示すると共に、タッチパネルで測定部の設定を行う。

次に、低レンジ線量率測定部３１及び高レンジ線量率測定部３２の詳細な構成と動作について説明する。低レンジ線量率測定部３１はパルス増幅器３１１、Ａ-Ｄ変換部３１２（アナログ-デジタル変換部）、低レンジ演算部３１３、高圧電源３１４を有する。パルス増幅器３１１は第１の放射線検出器２１から出力された第１の検出信号パルスを入力して増幅する共に、重畳されている高周波ノイズを除去する。Ａ-Ｄ変換部３１２はパルス増幅器３１１で増幅された第１の検出信号パルスの波高値を測定してその波高値Ｖｐ１を出力する。高圧電源３１４は第１の放射線検出器２１（シンチレーション検出器）を動作させるために高電圧を供給する。低レンジ演算部３１３は波高スペクトル生成部３１３１、Ｇ（Ｅ）関数メモリ３１３２、低レンジ線量率演算部３１３３、エネルギー補償係数演算部３１３４（第１のエネルギー補償係数演算手段）を備えている。

低レンジ演算部３１３において、波高スペクトル生成部３１３１はＡ-Ｄ変換部３１２から出力された波高値Ｖｐ１を入力し、第１の波高スペクトルを生成して出力する。Ｇ（Ｅ）関数メモリ３１３２は、例えば測定エネルギー範囲５０〜３０００ｋｅＶを１０〜６００チャンネル（ｃｈ）に分割し、波高に相当する各ｃｈ（ｉ）と線量率Ｇｉ（ｎＧｙ・ｈ^−１／ｃｐｍ）を対応させたＧ（Ｅ）関数テーブルを記憶している。このＧ（Ｅ）関数テーブルを用いて、低レンジ線量率演算部３１３３は波高スペクトル生成部３１３１からスペクトルデータを入力し、演算周期毎に定周期分の１０〜６００ｃｈの各ｃｈ（ｉ）の線量率Ｇｉと計数値Ｎｉとの積を積算したΣＧｉ×Ｎｉを定周期時間で除算して当該演算周期時間の線量率とする。線量率の最新化された測定時間分のデータ列を移動平均すると、エネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１が求められる。

エネルギー補償係数演算部３１３４は、波高スペクトル生成部３１３１からスペクトルデータを入力し、定周期で測定された１０〜６００ｃｈの各ｃｈ（ｉ）の波高値Ｈｉと計数値Ｎｉとの積を積算した積算波高値ΣＨｉ×Ｎｉを積算計数値ΣＮｉで除して当該演算周期時間の平均波高値とする。平均波高値を取り込んで最新化された測定時間分の平均波高値データ列を移動平均すると移動平均波高値ｈ１が求められる。移動平均波高値ｈ１は第１の放射線検出器２１に入射する放射線の代表エネルギーと相関関係にある。なお、測定エネルギー範囲の計数全てが代表エネルギーであるとしてＧ（Ｅ）関数に基づき求めた線量率は、上記のようにしてスペクトルとＧ（Ｅ）関数に基づき求めた線量率に等しいという関係にある。

図６は移動平均波高値ｈ１とエネルギー補償係数β１を対応させた低レンジ補償係数テーブル（第１の補償係数テーブル）を示している。エネルギー補償係数演算部３１３４は、この低レンジ補償係数テーブル（β１）を記憶しており、移動平均波高値ｈ１を低レンジ補償係数テーブルと照合し、エネルギー補償係数β１を決定して出力する。低レンジ線量率演算部３１３３は、エネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１にエネルギー補償係数β１を乗算して得られる低レンジ補償線量率ＤＬを出力する。なお、補償係数テーブル（β１）において基準エネルギーは、例えばＣｓ−１３７のγ線６６２ｋｅＶとし、対応するエネルギー補償係数β１を１とし、その他のエネルギーのエネルギー補償係数β１を基準との比で示している。

高レンジ線量率測定部３２はパルス増幅器３２１、Ａ-Ｄ変換部３２２（アナログ-デジタル変換部）、高レンジ演算部３２３を有する。パルス増幅器３２１は第２の放射線検出器２２から出力された第２の検出信号パルスを入力して増幅する共に、重畳されている高周波ノイズを除去する。Ａ-Ｄ変換部３２２はパルス増幅器３２１で増幅された第２の検出信号パルスの波高値を測定してその波高値Ｖｐ２を出力する。高圧電源３２４は第２の放射線検出器２２を動作させるために高電圧を供給する。高レンジ演算部３２３は波高スペクトル生成部３２３１、高レンジ線量率演算部３２３２、エネルギー補償係数演算部３２３３（第２のエネルギー補償係数演算手段）を備えている。

高レンジ演算部３２３において、波高スペクトル生成部３２３１はＡ-Ｄ変換部３２２から出力された波高値Ｖｐ２を入力し、第２の波高スペクトルを生成して出力する。高レンジ線量率演算部３２３２は波高スペクトル生成部３２３１からスペクトルデータを入力し、定周期で測定された１０〜６００ｃｈの各ｃｈ（ｉ）の計数値Ｍｉを積算した積算計数値ΣＭｉを定周期時間で除して当該演算周期時間の計数率を求める。計数率の最新化された測定時間分のデータ列を移動平均すると移動平均計数率が求められるので、この移動平均計数率に校正定数を乗算してエネルギー補償前高レンジ線量率Ｄ２を求める。

エネルギー補償係数演算部３２３３は、波高スペクトル生成部３２３１からスペクトルデータを入力し、定周期で測定された１０〜６００ｃｈの各ｃｈ（ｉ）の波高値Ｈｉと計数値Ｍｉとの積を積算した積算波高値ΣＨｉ×Ｍｉを積算計数値ΣＭｉで除して当該演算周期時間の平均波高値とし、その平均波高値を取り込んで最新化された測定時間分の平均波高値データ列を移動平均した移動平均波高値ｈ２を求める。その移動平均波高値ｈ２は当該測定時間における線量率の支配的エネルギーと相関関係にあり、移動平均波高値ｈ２の上昇に伴いその支配的エネルギーも上昇する。

図７は移動平均波高値ｈ２とエネルギー補償係数β２（第２のエネルギー補償係数）を対応させた高レンジ補償係数テーブル（第２の補償係数テーブル）を示している。エネルギー補償係数演算部３２３３は、この高レンジ補償係数テーブル（β２）を記憶しており、移動平均波高値ｈ２を高レンジ補償係数テーブルと照合し、エネルギー補償係数β２を決定して出力する。高レンジ線量率演算部３２３２は、エネルギー補償前高レンジ線量率Ｄ２にエネルギー補償係数β２を乗算して得られる高レンジ補償線量率ＤＨ（第２の補償線量率）を出力する。なお、高レンジ補償係数テーブルにおいて基準エネルギーは、例えばＣｓ−１３７のγ線６６２ｋｅＶとし、対応するエネルギー補償係数β２を１とし、その他のエネルギーのエネルギー補償係数β２を基準との比で示している。高レンジ補償係数テーブルは、低レンジ補償係数テーブルと同様にして作成する。

図８は、低レンジ線量率のエネルギー補償前後のエネルギー特性を説明するものである。エネルギー特性ａは第１の放射線検出器２１の円柱状の無機結晶シンチレータ２１１としてＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを使用した場合におけるエネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１のエネルギー特性を示している。エネルギー特性ｂはエネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１にエネルギー補償係数β１を乗算した結果の低レンジ補償線量率ＤＬのエネルギー特性を示している。いずれもＣｓ（セシウム）−１３７のγ線のエネルギー６６２ｋｅＶが入射したときのエネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１のレスポンスを１としたときの他のエネルギーのレスポンスの比で表したエネルギー特性を示すものある。

横軸は、放射線の入力エネルギーＥ（ＭｅＶ）を示し、縦軸は、基準点Ｐを基準値１とした線量率測定装置１のレスポンス比Ｆを示す。エネルギー特性ａは、エネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１がＧ（Ｅ）関数で波高スペクトルを木目細かく線量率に対応させて求めたものなので基本的に良好なエネルギー特性が得られているが、Ａ-Ｄ変換部３１２においてノイズの影響を除去するために５０ｋｅＶ未満の検出器信号パルスを測定せずにノイズとみなして破棄している。第１の放射線検出器２１に入射する放射線のエネルギーは測定エネルギー範囲内であっても、波高スペクトルは入射する放射線のエネルギーに相当するピーク波高値以下に一部が分布する。入射する放射線のエネルギーが下限エネルギーの５０ｋｅＶに近接するに従って破棄する割合が増加するため、エネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１への影響が無視できないようになる。

入射する放射線が４００ｋｅＶ以下では付与された単位エネルギー当たりの発光量が、最大１．２倍程度の山型になる。５０ｋｅＶ以下のパルス破棄の影響と低エネルギーにおける発光量の増加の影響を合わせると、エネルギー特性ａは、おおよそ１００ｋｅＶで若干山型になり、それ以下のエネルギーで立ち下がるようになる。このエネルギー特性に残された歪を補償するためにエネルギー補償係数β１をエネルギー補償前低レンジ線量率Ｄ１に乗じてエネルギー補償後の低レンジ補償線量率ＤＬとすることにより、エネルギー特性ｂのような良好な特性が得られる。

図９は、高レンジ線量率のエネルギー補償前後のエネルギー特性について説明するものである。エネルギー特性ｃは、エネルギー補償前高レンジ線量率Ｄ２のエネルギー特性を示している。エネルギー特性ｄは、エネルギー補償前高レンジ線量率Ｄ２にエネルギー補償係数β２を乗算した結果の高レンジ補償線量率ＤＨのエネルギー特性を示している。それぞれのＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃを内包するように設けられた物理的なフィルタ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃの作用により線量率当たりの計数率としての感度は概ね平坦化できるが、１００ｋｅＶ以下の低エネルギーで若干の山型になる。

また、Ａ-Ｄ変換部３２２においてノイズの影響を除去するために５０ｋｅＶ未満の検出器信号パルスを測定せずに破棄する結果として１００ｋｅＶと２００ｋｅＶの間に若干の谷が生じると共に、６０ｋｅＶ以下で急激に低下する。このエネルギー特性に残された歪を補償するためにエネルギー補償係数β２をエネルギー補償前高レンジ線量率Ｄ２に乗じてエネルギー補償後の高レンジ補償線量率ＤＨとすることにより、エネルギー特性ｄのような良好な特性が得られる。

第１の放射線検出器２１及び第２の放射線検出器２２は、高線量率になると検出信号パルスの間隔が短くなり、更に高線量率になると検出器パルス信号のパイルアップの確率が影響して線量率が低下する。同じ線量率では入射する放射線のエネルギーが大きくなるにしたがって第１の放射線検出器２１（シンチレーション検出器）から出力されるアナログ電圧パルスの単位時間当たりの数は少なくなり、パイルアップによる飽和は高線量率側にシフトする。そこでＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃを被覆するように物理的なフィルタ２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃを設けている。フィルタ２２２がない場合には低エネルギーになるにしたがって線量率に対応する検出信号パルスの計数率が指数関数的に増加するエネルギー特性を概ね平坦に制御できると共に、低エネルギーにおける検出信号パルスのパイルアップを抑制できる。

図１０は線量率切換部３３の切換動作点について説明するもので、横軸は入射放射線の入力線量率Ｄ（ｉｎ）、縦軸は低レンジ線量率演算部３１３３及び高レンジ線量率演算部３２３２の出力線量率Ｄ（ｏｕｔ）を示す。横軸と縦軸はともにログスケールで表示されている。入出力応答特性ａ１は、Ａｍ（アメリシウム）−２４１の実効エネルギー５７ｋｅＶに対する、低レンジ線量率測定部３１の特性を概念的に示したものである。低レンジ補償線量率ＤＬは入力線量率Ｄ（ｉｎ）に比例して実線のように増加し、それに続いて点線のように飽和する。同様に、入出力応答特性ａ２は、Ｃｓ（セシウム）−１３７の実効エネルギー６６０ｋｅＶに対する、低レンジ線量率測定部３１の特性を概念的に示したものである。入出力応答特性ａ２は概ね入出力応答特性ａ１と重なって実線のように推移し、入出力応答特性ａ１より線量率が高いところで点線のように飽和する。

入出力応答特性ｂ１は高レンジ線量率測定部３２のＡｍ−２４１に対する特性を概念的に示したものである。ゆらぎの切換点付近では中心値が概ね入出力応答特性ａ１と重なり、飽和が入出力応答特性ａ１より高レンジ線量率側に４デカード以上シフトして測定レンジ内では飽和しない。同様に、入出力応答特性ｂ２は高レンジ線量率測定部３２のＣｓ−１３７に対する特性を概念的に示したものである。ゆらぎの中心値が概ね入出力応答特性ａ２に重なり、飽和が入出力応答特性ａ２より高線量率側に４デカード以上シフトしている。測定レンジ内では飽和せず、測定レンジ内で入出力応答特性ｂ１と入出力応答特性ｂ２は概ね重なる。

入出力応答特性ａ１と入出力応答特性ｂ１の実線の重なりは低レンジ補償線量率ＤＬが完全な直線性を有してかつエネルギー特性が完全に平坦に補償された理想的な場合を示している。同様に入出力応答特性ａ２と入出力応答特性ｂ２の実線の重なりは高レンジ補償線量率ＤＨが完全な直線性を有してかつエネルギー特性が完全に平坦に補償された理想的な場合を示している。切換点付近の入出力応答特性ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２の重なりは線量率測定の器差がなくかつ低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ補償線量率ＤＨのエネルギー特性が完全に重なった理想的な場合を示している。

実際には、エネルギー補償後も若干の歪が残る等で理想的な重なりに対して、若干の乖離が発生する（図８および図９を参照）。また、低レンジ補償線量率ＤＬに高レンジ補償線量率ＤＨのゆらぎの中心値が重なる理想的状態においても、低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ補償線量率ＤＨの実際の切換はそれぞれのゆらぎの存在下で行われる。したがって、低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ補償線量率ＤＨの切換時には若干の段差が発生する。

線量率切換部３３は、低レンジ線量率演算部３１３３から出力された低レンジ補償線量率ＤＬと、高レンジ線量率演算部３２３２から出力された高レンジ補償線量率ＤＨを入力して、線量率比（高レンジ補償線量率ＤＨ／低レンジ補償線量率ＤＬ）を求める。上昇切換時は線量率比（ＤＨ／ＤＬ）が１＋ｋ１以上になったら測定レンジを低レンジ補償線量率ＤＬから高レンジ補償線量率ＤＨに切り換える。また下降切換時は線量率比（ＤＨ／ＤＬ）が１＋ｋ２以下になったら測定レンジを高レンジ補償線量率ＤＨから低レンジ補償線量率ＤＬに切り換える。ここで定数ｋ１と定数ｋ２は正とする。この結果、表示操作部は、線量率比が１＋ｋ１を超えると表示レンジを低レンジから高レンジに切換え、線量率比が１＋ｋ２まで低下すると表示レンジを高レンジから低レンジに切換える。

図には、Ａｍ−２４１に対する上昇切換点Ａ１と下降切換点Ａ２が、およびＣｓ−１３７に対する上昇切換点Ｂ１と下降切換点Ｂ２が示されている。ここで、ゆらぎによる切換動作のハンチングを防止するようにｋ１＞ｋ２とし、切り替えに伴う段差を最小限に抑えるように実験で求めた好適な値に設定される。定数ｋ１及び定数ｋ２を正数とすると共に、低レンジ補償線量率ＤＬの飽和を検知して高レンジ補償線量率ＤＨに切り換えるようにしたので、急激な上昇応答時にも確実に切換を行わせることができる。

以上のように、低レンジ線量率測定部３１及び高レンジ線量率測定部３２は、それぞれ波高スペクトルを測定して移動平均波高値を求め、その移動平均波高値に基づきそれぞれの低エネルギー領域のエネルギー特性を補償している。測定エネルギー全体に亘り好適なエネルギー特性が得られるようになり、好適なエネルギー特性のもとにそれぞれの分担の低レンジ補償線量率ＤＬおよび高レンジ補償線量率ＤＨが測定されている。線量率切換部３３は線量率比（ＤＨ／ＤＬ）に基づいて入射放射線のエネルギーに応じて好適な切換点を自動的に決定して低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ補償線量率ＤＨを切り換えるようにしたので、全測定レンジに亘ってエネルギー特性及び直線性が良好な高精度の線量率測定装置を提供できる。

更に、第２の放射線検出器２２のＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃは、第１の放射線検出器の中心軸の周りに、それぞれのＰＬシンチレーションファイバーの解放された片端面が斜め上を向くように等間隔に配置しているため、ＰＬシンチレーションファイバー２２１は、第１の放射線検出器の無機結晶シンチレータ２１１の測定空間の障害にならない位置に配置されている。また、天井方向から見た実効面積の合計と、第１の放射線検出器の中心軸と直角に交わる直線方向から見た実効面積が概ね等しくなるように配置している。その結果、第１の放射線検出器２１と第２の放射線検出器２２が相互に測定の障害になることがなくかつ測定空間に対して良好な方向依存性を得ることができる。

低レンジ線量率範囲を担当する第１の放射線検出器に無機結晶シンチレータを、高レンジ線量率範囲を担当する第２の放射線検出器にファイバー状のプラスチックシンチレータを適用した組合せとしている。第２の放射線検出器は、第１の放射線検出器の中心軸の周りにその測定エリアの影にならないように、かつ第１の放射線検出器と測定エリアを共有するようにしている。第１の放射線検出器の中心軸方向から放射線を照射したときの感度と、その中心軸と直角方向から放射線を照射した感度が同等になるように、中心軸に対して対称かつ等角度になるように配置している。その結果、両検出器の単位容積当たりの感度差と容積差の両方の違いにより、所望の測定レンジを、コンパクトにかつ方向依存性を抑制した形で容易に実現できる。

第１の線量率測定手段は、第１の検出信号パルスの波高値を測定し、その波高値に基づいて第１の波高スペクトルを生成し、その第１の波高スペクトルの波高値と単位計数率当たりの線量率の関係に基づいて第１の線量率を求めている。第２の線量率測定手段は、第２の検出信号パルスの波高値を測定し、その波高値に基づいて第２の波高スペクトルを生成し、その第２の波高スペクトルに基づいて計数率を求め、その計数率を線量率に換算して第２の線量率を求めている。

第１のエネルギー補償係数演算手段及び第２のエネルギー補償係数演算手段はそれぞれ低レンジ線量率範囲及び高レンジ線量率範囲のスペクトルに基づき平均波高値を求め、平均波高値に基づき放射線検出器に固有のエネルギー特性の歪を補正して全レンジに亘って良好なエネルギー特性が得られるようにしたので、低線量率レンジと高線量率レンジを切り換えて出力する際に、線量率切換に伴う段差を最小に抑制できると共に、全線量率レンジに亘って測定精度が良好な線量率測定装置を提供できる。

実施の形態２．
実施の形態２に係わる線量率測定装置におけるＰＬシンチレーションファイバーの構成を図１１に示す。実施の形態１では、第２の放射線検出器２２のＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃは、１本のプラスチックシンチレーションファイバーで構成されている。実施の形態２では、複数の（例えば３本の）プラスチックシンチレーションファイバーを束ねたファイバー束２２０でＰＬシンチレーションファイバー２２１を構成した。ファイバー束を使うことで、レンジ配分においてシンチレータの実質的な径を大きくする必要が生じた場合にもフレキシブルに対応できる効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態３に係わる線量率測定装置における検出器架台２３の構成を図１２に示す。検出器架台２３のシンチレーションファイバー配位領域に放射線を遮蔽する遮蔽体２６を配置している。検出器架台２３は、ＰＬシンチレーションファイバー２２１ａ〜２２１ｃの内側と第１の放射線検出器２１の外側の間の、第１の放射線検出器２１の測定空間の障害にならない位置に遮蔽体２６を備えている。遮蔽体２６により第２の放射線検出器２２の裏面方向の放射線を遮蔽するため、線量率測定における方向特性をより改善できる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る線量率測定装置における演算処理フローを図１３に示す。本実施の形態では、線量率切換部３３が、今回の演算周期で線量率出力の切換を行う場合に、線量率比（ＤＨ／ＤＬ）に基づき出力切換の診断を行うようにしている。処理がＳ０でスタートし、Ｓ１で実施の形態１と同様に、今回の演算周期に関する出力切換の要否の判定結果と線量率比（ＤＨ／ＤＬ）を読み込む。Ｓ２で出力切換が要かどうかについて判定し、ＮｏならばＳ１に戻る。

出力切換の要がＹｅｓならばＳ３で今回の線量率比（ＤＨ／ＤＬ）が設定値以内かどうかを判定する。判定がＹｅｓならばＳ１に戻り、線量率比（ＤＨ／ＤＬ）が設定値よりも大きくて判定がＮｏならばＳ４で出力切換異常警報（異常警報）を表示操作部３４に発信してＳ１に戻る。診断の結果をもとに、出力切換異常警報を表示操作部３４が表示するようにしているので、正常なレンジ切換が行われているかどうかを自己診断することができ、より信頼性の高い線量率測定装置を提供できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１線量率測定装置、２検出部、２１第1の放射線検出器、２１１無機結晶シンチレータ、２１２光電子増倍管、２１３プリアンプ、２１４検出器ケース、２２第２の放射線検出器、２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃＰＬシンチレーションファイバー、２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃフィルタ、２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃ光カプラ、２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ光ファイバー、２２５ａ、２２５ｂ、２２５ｃ遮光チューブ、２２６ライトガイド、２２７光電子増倍管、２２８プリアンプ、２２９検出器ケース、２２０ファイバー束、２３検出器架台、２４検出部外套、２５スタンド、２６遮蔽体、３測定部、３１低レンジ線量率測定部、３１１パルス増幅器、３１２Ａ-Ｄ変換部、３１３低レンジ演算部、３１３１波高スペクトル生成部、３１３２Ｇ（Ｅ）関数メモリ、３１３３低レンジ線量率演算部、３１３４エネルギー補償係数演算部、３１４高圧電源、３２高レンジ線量率測定部、３２１パルス増幅器、３２２Ａ-Ｄ変換部、３２３高レンジ演算部、３２３１波高スペクトル生成部、３２３２高レンジ線量率演算部、３２３３エネルギー補償係数演算部、３２４高圧電源、３３線量率切換部、３４表示操作部

Claims

無機結晶シンチレータを有し、放射線が入射すると検出信号パルスを出力する第１の放射線検出器と、
プラスチックシンチレータを有し、放射線が入射すると検出信号パルスを出力する第２の放射線検出器と、
円筒部を有し、前記第１の放射線検出器および前記第２の放射線検出器を収容する検出器架台と、
前記第１の放射線検出器が出力する検出信号パルスを基に、エネルギー補償係数とＧ（Ｅ）関数テーブルを用いて入射した放射線の第１の補償線量率を算出する低レンジ演算部と、
前記第２の放射線検出器が出力する検出信号パルスを基に、エネルギー補償係数を用いて入射した放射線の第２の補償線量率を算出する高レンジ演算部と、
前記低レンジ演算部が算出した第１の補償線量率と前記高レンジ演算部が算出した第２の補償線量率から、線量率比（第２の補償線量率／第１の補償線量率）を求め、この求められた線量率比の大きさに従って出力する補償線量率を選定する線量率切換部と、
前記線量率切換部が出力した補償線量率を表示する表示操作部と、を備え、
前記第２の放射線検出器が有するプラスチックシンチレータは、前記検出器架台の円筒部に巻き回されていることを特徴とする線量率測定装置。
前記第１の放射線検出器および前記第２の放射線検出器は、前記検出器架台の中心軸上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の線量率測定装置。
前記第１の放射線検出器から前記第２の放射線検出器に向かう方向を奥側とすると、前記プラスチックシンチレータは、この無機結晶シンチレータの底面よりも奥側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の線量率測定装置。
前記線量率切換部は、定数ｋ１＞定数ｋ２＞０として、線量率比が１＋ｋ１を超えると第２の補償線量率を選定して出力し、線量率比が１＋ｋ２まで低下すると第１の補償線量率を選定して出力することを特徴とする請求項１に記載の線量率測定装置。
前記プラスチックシンチレータは、ファイバー束からなることを特徴とする請求項１に記載の線量率測定装置。
前記検出器架台は、円筒部の内側に放射線の遮蔽体が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の線量率測定装置。
前記線量率切換部は、線量率比が設定値よりも大きい場合、異常警報を発信することを特徴とする請求項１に記載の線量率測定装置。