JP7397768B2 - 放射線計測装置および放射線計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線計測装置および放射線計測方法に関する。

ウランやプルトニウム、使用済み核燃料を取り扱う施設や研究用原子炉、商用原子力プラントにおいて、核燃料を測定する手段の一つとして、中性子を利用した計測が適用されている。中性子を利用した計測により様々な履歴を有する核燃料を分析する場合には、核燃料の一部を採取して、専用の分析設備を利用することで、オフラインにてその特性が調査されている。核燃料の一部を採取して分析できない場合には、バックグラウンドを低減可能な専用の設備を備えることで、オフラインにてその特性が調査されている。
核燃料の一部を採取することや専用設備による調査においては、それぞれの条件で分析を達成するための装置や施設が必要であることから、その適用範囲は極めて限定的である。上述した要因が存在することから、核燃料が保管・管理されているフィールドにおいても中性子を計測することによって、測定対象物を分析可能な放射線計測装置およびその方法が求められている。

フィールドにおいて測定対象物由来の中性子を計測する場合、周辺に配置された他の放射線源の影響を考慮する必要がある。従来の分析で使用されている中性子計測装置は周辺線源の影響を考慮した設計ではないことから、フィールドやインライン、オンラインでの適用は困難である。このような理由から、周辺線源の影響を低減して測定対象物由来の中性子を計測可能な放射線計測装置およびその方法が必要とされる。

特許文献１には、実施形態の放射線測定装置において、中性子を入射させる開口部と中空部を備える検出器案内管と、前記検出器案内管の外周を周方向に覆い中性子を遮へいする中性子遮へい被膜と、前記検出器案内管の前記中空部のうち前記開口部側に配置される中性子減速材と、前記中空部に前記中性子減速材の前記検出器案内管の管軸方向に隣接して配置される中性子検出器と、を有する放射線測定装置が記載されている。特許文献１に記載の放射線測定装置は、中性子吸収断面積の大きなカドミウムやホウ素で構成される中性子遮へい被膜を用いることで、周囲からの中性子を吸収し遮断することができるとされている。

特許文献２には、高速中性子を放出する中性子源を有する中性子源装置と、中性子入射開口部を有し、放射線遮へい材で構成されたコリメータ、および前記コリメータ内に配置され、熱中性子を検出する中性子検出器を有する中性子検出装置と、前記中性子検出器から出力される信号を処理するデータ処理装置とを備え、放射線遮へい材で構成された少なくとも１つの仕切り部材を前記中性子入射開口部内に設置し、この仕切り部材によって仕切られた、前記中性子検出器に入射される前記熱中性子が通過する複数のスリットを、前記中性子入射開口部内に形成し、それぞれの前記スリットの前面で移動され、各前記スリットの開放および封鎖を行う遮へい蓋と、前記コリメータに設けられて、前記遮へい蓋を、前記中性子検出器から前記スリットの先端に向かう方向と直交する方向で且つ前記仕切り部材の表面に垂直な方向に移動させる遮へい蓋移動装置とを備える装置が記載されている。特許文献２に記載の装置は、遮へい蓋でスリット先端を覆うことで、中性子検出器に到達するバックグラウンドを把握することができ、遮へい蓋でスリット先端を覆わない場合の計数値との差分を測定することで、水分測定精度を向上させるものである。

特開２０１６－１２１８９５号公報 特許第５３５０１１２号公報

ウランやプルトニウム、使用済み核燃料を取り扱う施設や研究用原子炉、商用原子力プラントにおいて、中性子を利用した核燃料分析をフィールドで実施するには、周辺に配置された他の放射線源の影響を低減可能な放射線計測装置およびその方法が必要となる。
特許文献１の技術は、中性子吸収断面積の大きなカドミウムやホウ素で構成される中性子遮へい被膜を用いることで、周囲からの中性子を吸収し遮断することができるが、遮へいの対象となる中性子は主に熱中性子となる。高速中性子が支配的な中性子源が周辺由来のバックグラウンドである場合には、中性子遮へい被膜を透過した高速中性子が中性子減速材で熱化されて熱中性子となり、中性子検出器において計測される。したがって、中性子遮へい被膜では、周辺バックグラウンド由来の高速中性子の影響を低減させることは困難である。

特許文献２の技術は、遮へい蓋でスリット先端を覆い、遮へい蓋でスリット先端を覆わない場合の計数値との差分を測定することで、中性子検出器に到達するバックグラウンドを把握することができる。特許文献２において測定対象になるのは熱中性子であり、スリットや遮へい蓋を利用して、中性子検出器に入射する熱中性子束を制御することから、特許文献２で取り扱う遮へい蓋における中性子遮へい材の機能には熱中性子の遮へい性能が求められる。この遮へい蓋を高速中性子が支配的な中性子源に対して使用する場合には、前述したように、高速中性子が遮へい蓋を透過する。したがって、遮へい蓋を用いた計数値の差分測定では、周辺バックグラウンド由来の高速中性子の影響を低減させることは困難である。

ウランやプルトニウム、使用済み核燃料を取り扱う施設や研究用原子炉、商用原子力プラントにおいて、中性子を利用した核燃料分析をフィールドで行うことができる放射線計測装置およびその方法があれば、リアルタイム性が高い監視や測定対象物の性状把握が可能となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを弁別可能な放射線計測装置および放射線計測方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の放射線計測装置は、中性子を検知する放射線計測装置であって、２台以上の中性子検出器と、前記中性子検出器を移動させる移動手段と、１回の反応で同時に放出した複数の中性子を前記中性子検出器で同時に計数する同時計数信号計測装置と、前記中性子検出器の位置情報を取得する位置情報装置と、前記位置情報装置で取得した位置における前記同時計数信号計測装置で得られた同時計数値を処理する同時計数値処理装置と、前記同時計数値処理装置で処理された同時計数値の位置依存性曲線から測定対象物由来の同時計数値を演算する同時計数値曲線演算装置と、を備えることを特徴とする。
本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。

本発明によれば、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを弁別可能な放射線計測装置および放射線計測方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の同時計数信号計測装置の信号計測を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の中性子検出器が単一である場合の単一検出器における計数値と同時計数値の距離依存性の比較を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の同時計数値処理装置における測定結果処理を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の同時計数値曲線演算装置における測定対象物による同時計数値曲線の抽出を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置を用いた放射線計測方法の測定フローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る放射線計測装置の波高値利用同時計数信号計測装置における信号計測を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る放射線計測装置の同時計数値曲線演算装置における演算範囲を限定した測定対象物による同時計数値曲線の抽出を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る放射線計測装置を用いた放射線計測方法の測定フローチャートである。 本発明の第６の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係る放射線計測装置の中性子検出器の構成を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係る放射線計測装置の周囲全域を囲わない中性子検出器の構成を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る放射線計測装置の多チャンネル中性子検出器の構成を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る放射線計測装置の多チャンネル中性子検出器の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。本実施形態の放射線計測装置および放射線計測方法は、ウランやプルトニウム、使用済み核燃料を取り扱う施設や研究用原子炉、商用原子力プラントにおいて、測定対象物と周辺由来の中性子を弁別する非破壊検査装置および放射線計測方法に適用した例である。
［放射線計測装置１００］
放射線計測装置１００は、中性子検出器１０１と、移動機構１０２（移動手段）と、同時計数信号計測装置１０３と、位置情報装置１０４と、同時計数値処理装置１０５と、同時計数値曲線演算装置１０６と、を備える。

中性子検出器１０１は、２台以上の中性子検出器であり、移動機構１０２に搭載され、測定対象物１０７に含有した中性子源１０８から放出される中性子１０９を検知する。
移動機構１０２は、中性子検出器１０１をステージ上に載置して、中性子検出器１０１を手動または自動で移動させる。

同時計数信号計測装置１０３は、中性子検出器１０１の信号を同時計数として測定する。具体的には、同時計数信号計測装置１０３は、１回の反応で同時に放出した複数の中性子を中性子検出器１０１で同時に計数する。
位置情報装置１０４は、中性子検出器１０１の位置情報を取得する。位置算出装置１０４は、位置座標を測定するための手段として、例えば、ある初期値を定めた上で、光学カメラやレーザ、超音波、レーダなどを利用した距離計測装置を備える。

同時計数値処理装置１０５は、位置情報装置１０４で得られた位置情報と合わせて各測定位置での同時計数値を算出する。すなわち、同時計数値処理装置１０５は、位置情報装置１０４で取得した位置における同時計数信号計測装置１０３で得られた同時計数値を処理する。ここで、同時計数値の単位は、個数であり、具体的にはカウント数（カウント）を計数する。

同時計数値曲線演算装置１０６は、測定対象物１０７から放出された中性子による同時計数値曲線を演算する。具体的には、同時計数値曲線演算装置１０６は、同時計数値処理装置１０５で処理された同時計数値の位置依存性曲線から測定対象物由来の同時計数値を演算する。

なお、中性子源１０８の位置を点線源として測定対象物１０７の内部に図示したが、これは一例であり、中性子源１０８の位置は測定対象物１０７の内部や表面であってよく、更に点線源や面線源、体積線源であってもよい。

<中性子検出器１０１>
中性子検出器１０１は、２台以上で構成され、移動機構１０２と組み合わせて使用される。図１では、一例として２台の中性子検出器１０１を搭載した構成を示したが、これに限るものではない。中性子検出器１０１は、１回の反応で同時に放出した複数の中性子を同時計数するために、位置的に離れた２台以上で構成される。

中性子検出器１０１は、その種類によって熱中性子や熱外中性子を計測する検出器、もしくは高速中性子を計測する検出器、もしくはその両方を計測する検出器が適用される。代表的な熱中性子検出器の種類として、ガス検出器やシンチレーション検出器、半導体検出器が存在する。これらの検出器には熱中性子有感材として、リチウムやボロン、ガドリニウム、カドミウム、ウラン、プルトニウムなどが適用される。ガス検出器には、Ｈｅ－３比例計数管やＢＦ３比例計数管、Ｂ－１０塗布型比例計数管、核***計数管などが適用される。

シンチレーション検出器には、リチウム６やボロン１０、ガドリニウムなどの熱中性子の反応断面積が大きい元素を含んだシンチレータを搭載しており、シンチレータの種類として、例えば、ＬｉＩ:Ｅｕや、ＺｎＳ:Ａｇ、ボロン１０含有プラスチックシンチレータ、リチウム６もしくはボロン１０含有ガラスシンチレータ、ＬｉＣａＡｌＦ_６、Ｇｄ_３Ａｌ_２Ｇａ３Ｏ_１２、Ｇｄ２ＳｉＯ_５:Ｃｅ、Ｃｓ_２ＬｉＬａＢｒ_６:Ｃｅ、Ｃｓ_２ＬｉＹＣｌ_６:Ｃｅ、Ｃｓ_２ＬｉＬａＣｌ_６:Ｃｅ、Ｃｓ_２ＬｉＬａＢｒ_６－ｘＣｌｘ:Ｃｅ、Ｃｓ_２ＬｉＹＢｒ_６:Ｃｅなどがある。また、シンチレータの表面に熱中性子に有感な元素を塗布する手法もあり、その場合には上述したシンチレータだけでなく、ＬａＢｒ_３やＣｓＢｒ_３、ＬＹＳＯ、ＬＳＯ、ＧＡＧＧ、ＣｓＩ、ＮａＩ、ＢＧＯ、ＧＰＳ、Ｌａ－ＧＰＳ、ＬｕＡＧ、ＳｒＩ、プラスチックシンチレータなどの放射線検出器として利用されるシンチレータ全般を中性子検出器として取り扱うことが可能となる。

半導体検出器も同様に、リチウム６やボロン１０、ガドリニウムなどの熱中性子の反応断面積が大きい元素を含んだ半導体を搭載しており、半導体の種類として、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅがある。更に半導体の表面に熱中性子に有感な元素を塗布する手法もあり、その場合にはＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅだけでなく、シリコンやゲルマニウム、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ構造を有するＣｓＰｂＣｌ_３，ＣｓＰｂＢｒ_３，ＬｉＴａＯ_３等の半導体検出器などの半導体検出器を利用することができる。

熱外中性子検出器には、ガス検出器として、水素ガスやメタンガスを有感部として、中性子と水素の反応による反跳陽子によるエネルギー付与を計測する反跳陽子計数管がある。また、高速中性子検出器には、しきい検出器が適用される。主に使用される種類の一つとして核***計数管があり、中性子有感部としてウラン２３４やウラン２３６、ウラン２３８、ネプツニウム２３７、トリウム２３２などが適用される。また、アントラセンやスチルベンなどの有機シンチレータも利用される。

以下、上述のように構成された放射線計測装置１００の動作について説明する。
<同時計数信号計測装置１０３の信号計測>
図２は、放射線計測装置１００の同時計数信号計測装置１０３の信号計測を示す図である。横軸に検出時間をとり、縦軸に同時計数信号計測装置１０３の出力信号の波高値をとる。
同時計数信号計測装置１０３は、中性子検出器１０１から出力された信号を計測し、同時性を有する信号を認識した場合に信号を出力する。ここでは、２台の中性子検出器１０１を中性子検出器１０１ａ、中性子検出器１０１ｂとする。

中性子検出器１０１ａによる出力信号１１０と中性子検出器１０１ｂによる出力信号１１１は、中性子１０９が各々の中性子検出器に到達したときに出力される。このうち、中性子源１０８が１回の反応で複数の中性子を放出し、それら中性子が中性子検出器１０１で検知される場合がある。１回の反応で複数の中性子を放出するケースとして、例えば核***に伴い複数の中性子を放出する場合や、加速器等を利用した核反応によって複数の中性子が放出する場合が存在する。このような状態において、中性子検出器１０１ａと中性子検出器１０１ｂにおいて、任意の検知時間幅１１３において同時刻に信号が検知されたと判定した場合、この信号を中性子検出器１０１ａと中性子検出器１０１ｂで１回の反応で放出された複数の中性子を検知したとする。同時刻に信号を検知したことを同時計数信号１１２として出力する。
なお、図２（ｃ）において、同時計数信号１１２は、中性子検出器１０１ａによる出力信号１１０と中性子検出器１０１ｂによる出力信号１１１とが同時に検出された時の出力であり、２つ出力されている。

同時計数値処理装置１０５は、位置情報装置１０４で得られた位置情報と同時計数信号計測装置１０３で得られた同時計数値を組み合わせて、各測定位置での同時計数値として算出する。

<計数値と同時計数値の距離依存性>
図３は、中性子検出器１０１が単一である場合の単一検出器における計数値と同時計数値の距離依存性の比較を示す図である。横軸に測定対象物からの距離をとり、縦軸に同時計数値、計数値（単一検出器)（Logスケール）をとる。

単一検出器を利用して計数値を取得する場合、中性子源１０８（図１参照）を点線源と仮定すると、計数値曲線１１４（図３参照）における計数値は、距離の二乗に反比例することで表現される。一方で、同時計数値処理装置１０５（図１参照）が、同時計数値を利用する場合、同一の仮定において同時計数値曲線１１５（図３参照）は距離の四乗に反比例することで表現される。

なお、ここでは点線源を測定する場合を説明したが、面線源もしくは体積線源が測定対象になる場合、各々の乗数は小さくなる。同時計数値曲線の変化率に着目したとき、同時計数値曲線を取得することで、単一検出器で得られた計数値曲線と比較して、変化率が大きいことから、中性子源１０８の存在の有無を検知することが容易になることがわかる。

<同時計数値処理装置１０５の測定結果処理>
図４は、放射線計測装置１００の同時計数値処理装置１０５における測定結果処理を示す図である。横軸に測定対象物からの距離をとり、縦軸に同時計数値（Logスケール）をとる。
図４は、各測定位置における同時計数値１１６を距離と同時計数値の図面に表示したものである。ここでは一例として、中性子検出器１０１（図１参照）が測定対象物１０７（図１参照）と周辺バックグラウンド線源との間に配置した状態を設定した。
図４に示すように、測定対象物１０７から距離を離すことで同時計数値１１６は、急激に低下する（図４左側参照）。一方で、同時計数値１１６は、周辺バックグラウンド線源に近づくため、ある一定の距離から同時計数値が増加する（図４右側参照）。

<同時計数値曲線の抽出>
図５は、放射線計測装置１００の同時計数値曲線演算装置１０６における測定対象物による同時計数値曲線の抽出を示す図である。横軸に測定対象物からの距離をとり、縦軸に同時計数値（Logスケール）をとる。
同時計数値曲線演算装置１０６（図１参照）は、同時計数値の距離依存性を利用することで、測定対象物１０７（図１参照）由来の中性子による同時計数値曲線１１７（図５参照）と、周辺バックグラウンド線源由来の中性子による同時計数値曲線１１８（図５参照）とを分別する。

この抽出操作によって、測定対象物１０７から放出された中性子による同時計数値曲線１１７を演算する。同時計数値曲線１１７を取得することによって、周辺バックグラウンド線源が存在する場合においても、測定対象物１０７由来の中性子の有無やその強度を評価することが可能となる。

<測定のフローチャート>
図６は、放射線計測装置１００を用いた放射線計測方法の測定フローチャートである。
まず、放射線計測装置１００をセットアップして測定を開始する。
ステップＳ１００１で、移動機構１０２（図１参照）が測定位置に中性子検出器１０１（図１参照）を配置する。
ステップＳ１００２で、位置情報装置１０４は、中性子検出器１０２の位置情報を取得する。
ステップＳ１００３で、同時計数信号計測装置１０３は、中性子を同時計数する。
ステップＳ１００４で、測定完了を判定する。測定完了でない場合（Ｓ１００４：Ｎｏ）、上記ステップＳ１００１に戻る。

測定完了の場合（Ｓ１００４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１００５で、同時計数値処理装置１０５は、各測定位置で取得した同時計数値を算出する。
ステップＳ１００６で、同時計数値曲線演算装置１０６は、同時計数値曲線を算出する。
ステップＳ１００７で、同時計数値処理装置１０５は、測定対象による同時計数値を演算する。
ステップＳ１００８で、放射線計測装置１００は、演算完了を判定する。演算完了でない場合（Ｓ１００８：Ｎｏ）、上記ステップＳ１００７に戻る。演算完了の場合（Ｓ１００８：Ｙｅｓ）、放射線計測装置１００は、全測定および演算を完了する。

なお、ここで示した放射線計測方法では、中性子検出器の位置情報を取得し（ステップＳ１００２）、中性子を同時計数する（ステップＳ１００３）手順を説明したが、これに限るものではない。例えば、中性子検出器の位置情報を取得するステップ（ステップＳ１００２）を、中性子を同時計数するステップ（ステップＳ１００３）と測定完了を判定するステップ（ステップＳ１００４）の間に入れることも可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る放射線計測装置１００は、２台以上の中性子検出器１０１と、中性子検出器を移動させる移動機構１０２と、１回の反応で同時に放出した複数の中性子を中性子検出器１０１で同時に計数する同時計数信号計測装置１０３と、中性子検出器の位置情報を取得する位置情報装置１０４と、位置情報装置で取得した位置における同時計数信号計測装置１０３で得られた同時計数値を処理する同時計数値処理装置１０５と、同時計数値処理装置１０５で処理された同時計数値の位置依存性曲線から測定対象物由来の同時計数値を演算する同時計数値曲線演算装置１０６と、を備える。

この構成により、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを弁別することができる。例えば、測定対象物の周辺にバックグラウンド線源の影響が強い環境であっても、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを弁別することができる。この演算結果を利用することで、装置の小型化や、測定対象物の性状を高精度且つ高速に把握することができ、その情報をマッピングすることができる。その結果、中性子を利用した核燃料分析をフィールドで行うことが可能となり、ウランやプルトニウム、使用済み核燃料を取り扱う施設や研究用原子炉、商用原子力プラントにおいても、リアルタイム性が高い監視や測定対象物の性状把握を実現することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、１つの中性子によって生じる中性子検出器の信号の検出時刻と波高値を記録し、任意の検出時刻領域および任意の波高値領域で検出された信号を同時計数値として計数する波高値利用同時計数信号計測装置を備える。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図７に示すように、放射線計測装置２００は、図１の放射線計測装置１００の中性子検出器１０１、移動機構１０２、位置情報装置１０４、同時計数値処理装置１０５、および同時計数値曲線演算装置１０６に加えて、波高値利用同時計数信号計測装置１１９を備える。

波高値利用同時計数信号計測装置１１９は、中性子検出器１０１から出力された信号の検知時刻と波高値を計測し、検知時刻および波高値ともに任意の範囲で検出された場合に信号を出力する。ここでは、図７に示すように、２台の中性子検出器１０１を中性子検出器１０１ａ、中性子検出器１０１ｂとする。中性子検出器１０１ａによる出力信号１２０と中性子検出器１０１ｂによる出力信号１２１は、中性子１０９が各々の中性子検出器に到達したときに出力される。
測定対象物の周辺にバックグラウンド線源があり、それがγ線などの他線種の放射線を放出する場合、これら他線種の放射線を中性子検出器で検知することがある。他線種による出力信号はノイズ成分であることから、高精度の中性子計測を実現するには、ノイズ成分を低減させる必要がある。

図８は、放射線計測装置２００の波高値利用同時計数信号計測装置１１９における信号計測を示す図である。横軸に検出時間をとり、縦軸に中性子検出器１０１ａの出力信号の波高値をとる。
放射線計測装置２００は、波高値利用同時計数信号計測装置１１９が任意の検知時間幅１２３ａおよび検知時間幅１２３ｂだけでなく、各中性子検出器の出力信号の波高値を測定し、中性子検出器１０１ａにおける検知波高値幅１２４ａおよび中性子検出器１０１ｂにおける検知波高値幅１２４ｂの範囲内で検知された出力信号を同時計数信号１２２として出力する。

例えば、図８（ａ）に示す中性子検出器１０１ａによる出力信号１２０の検知時間幅１２３ａおよび検知時間幅１２３ｂにおける波高値（２つ）は、いずれも、図８（ａ）に示す検知波高値幅１２４ａの中にある。一方、図８（ｂ）に示す中性子検出器１０１ｂによる出力信号１２１の検知時間幅１２３ａおよび検知時間幅１２３ｂにおける波高値（２つ）は、１つのみが、図８（ｂ）に示す検知波高値幅１２４ｂの中にある。したがって、中性子検出器１０１ｂの出力信号１２１のうち、検知時間幅１２３ａの出力信号波高値のものはノイズとみなすことができる。

このように、放射線計測装置２００は、同時計数信号計測装置１０３が、１つの中性子によって生じる中性子検出器の信号の検出時刻と波高値（図８の波高値参照）を記録し、任意の検出時刻領域及び任意の波高値領域で検出された信号を同時計数値として計数する。すなわち、任意の検知時間幅１２３ａおよび検知時間幅１２３ｂだけでなく、各中性子検出器の出力信号の波高値を測定し、中性子検出器１０１ａにおける検知波高値幅１２４ａおよび中性子検出器１０１ｂにおける検知波高値幅１２４ｂの範囲内で検知された出力信号を同時計数信号１２２として出力する（図８（ｃ））。
図８（ｃ）の同時計数信号１２２で出力されるパルスは、中性子検出器１０１ａにおける検知波高値幅１２４ａおよび中性子検出器１０１ｂにおける検知波高値幅１２４ｂのうち、いずれの波高値も所定値以上の場合の組み合わせの、１つのみを示している。

これにより、測定対象物の周辺にバックグラウンド線源が存在し、ノイズ成分が多い環境であっても、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを弁別することができる（図８参照）。そして、この演算結果を利用することで、測定対象物の性状を高精度に把握することができる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図９に示すように、放射線計測装置３００は、図１の放射線計測装置１００の中性子検出器１０１、移動機構１０２、同時計数信号計測装置１０３、位置情報装置１０４、および同時計数値処理装置１０５に加えて、演算対象となる同時計数値を限定する機能を有する同時計数値曲線演算装置１２５を備える。

図１０は、放射線計測装置３００の同時計数値曲線演算装置１２５における演算範囲を限定した測定対象物による同時計数値曲線の抽出を示す図である。横軸に測定対象物からの距離をとり、縦軸に同時計数値（Logスケール）をとる。
図１０に示すように、各測定位置における同時計数値１１６に対して、距離幅１２６を設定する。距離幅１２６の設定範囲の考え方として、図３に示したように、同時計数値は測定対象物１１７（図５参照）から離れると低減することから、測定対象物１１７に近い測定位置で得られた同時計数値を利用することが望ましい。距離幅１２６（図１０参照）における各測定位置における同時計数値１１６（図１０参照）を利用することで、測定対象物１０７（図１参照）から放出された中性子１０９（図１参照）による同時計数値曲線１２７（図１０参照）を演算する。

距離幅１２６（図１０参照）に基づいた同時計数値曲線１２７（図１０参照）を取得することによって、周辺バックグラウンド線源による同時計数値曲線の影響を受けやすい距離における同時計数値の利用を避けることができる。

このように、放射線計測装置３００は、同時計数値曲線演算装置１０６が、同時計数値処理装置１０５で処理された同時計数値の位置依存性曲線のうち、測定対象物との任意の距離領域における同時計数値を利用して測定対象物由来の同時計数値を演算する。

これにより、周辺バックグラウンド線源による同時計数値曲線の影響を受けやすい距離における同時計数値の利用を避けることができ、測定対象物の周辺にバックグラウンド線源の影響が強い環境であっても、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを弁別することができる。そして、この演算結果を利用することで、測定対象物の性状を高精度に把握することができる。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１１に示すように、放射線計測装置４００は、図１の放射線計測装置１００の中性子検出器１０１、移動手段１０２、同時計数信号計測装置１０３、位置情報装置１０４、同時計数値処理装置１０５、および同時計数値曲線演算装置１０６に加えて、演算情報格納装置１２８を備える。なお、第５の実施形態の放射線計測装置５００も同一構成である。

演算情報格納装置１２８は、測定対象物または周辺バックグラウンド線源による同時計数値曲線を抽出するための演算情報として、演算式や放射線輸送計算で事前に解析された解析情報を格納する。上記演算式には、線形関数や多項関数や指数関数、対数関数、累乗関数やこれらの関数を組み合わせた数式を用いる。

図３で示したように、測定対象物の中性子源が点線源である場合には距離の四乗に反比例するが、面線源や体積線源である場合には、より乗数が小さい関数が適合しやすい。このことから、測定対象物の線源の状態に合った関数を適用する。

放射線輸送計算で事前に解析する場合には、測定対象物や周辺バックグラウンド線源から放射線計測装置４００に至るまでの中性子の挙動を３次元的に解析する。さらに、放射線計測装置４００は、事前解析のパラメータとして、測定対象物や周辺バックグラウンド線源の組成やその分布、測定環境における物質の３次元的な形状・組成の構成を組み込み、それぞれの状態に応じた放射線輸送計算を実行する。これらの解析で得られた解析情報を演算情報格納装置１２８に格納する。

同時計数値曲線演算装置１０６は、これらの演算式や解析情報と各測定位置における同時計数値１１６をフィッティングすることで、測定対象物１０７から放出された中性子１０９による同時計数値曲線１２７（図１０参照）を演算する。

このように、放射線計測装置４００は、同時計数値曲線演算装置１０６が、演算した演算情報を格納する演算情報格納装置１２８を備える。同時計数値曲線演算装置１０６は、演算情報格納装置１２８に格納された演算式や解析情報と各測定位置における同時計数値１１６をフィッティングすることで、測定対象物１０７から放出された中性子１０９による同時計数値曲線１２７を演算する。

これにより、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを高精度に弁別することができる。そして、この演算結果を利用することで、測定対象物の性状を高精度に把握することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、放射線計測装置の放射線計測方法について説明する。
図１２は、放射線計測装置５００（図１１参照）を用いた放射線計測方法の測定フローチャートである。図６のフローと同一処理ステップには同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
ステップＳ１００６で、同時計数値処理装置１０５は、測定対象による同時計数値を演算すると、ステップＳ２００１で、演算領域（距離幅）を設定する。すなわち、ステップＳ２００１では、同時計数値の位置依存性曲線における演算領域として測定対象物との距離領域を設定する。
ステップＳ２００２で、演算情報をフィッティングする。すなわち、ステップＳ２００２では、同時計数値曲線演算ステップで演算して演算情報格納装置に格納した演算情報と同時計数値の位置依存性曲線をフィッティングする。

ステップＳ２００３で、フィッティング完了を判定する。完了していない場合には、ステップＳ２００１に戻る。フィッティング完了の場合には、ステップＳ７に進み、ステップＳ１００７で測定対象による同時計数値を演算する。

このように、本実施形態に係る放射線計測装置５００（図１１参照）は、さらに、同時計数値の位置依存性曲線における演算領域として測定対象物との距離領域を設定するステップＳ２００１と、演算情報格納装置１２８（図１１参照）に格納した演算情報と同時計数値の位置依存性曲線をフィッティングするステップＳ２００２と、フィッティング完了を判定するステップＳ２００３と、測定対象による同時計数値曲線を抽出するステップＳ７と、を備える。

これにより、測定対象物の周辺にバックグラウンド線源の影響が強い環境であっても、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを高精度に弁別することができる放射線計測装置およびその方法を提供できる。そして、この演算結果を利用することで、測定対象物の性状を高精度に把握することができる。

（第６の実施形態）
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１３に示すように、放射線計測装置６００は、図１の放射線計測装置１００の中性子検出器１０１、移動手段１０２、同時計数信号計測装置１０３、位置情報装置１０４、同時計数値処理装置１０５、および同時計数値曲線演算装置１０６に加えて、中性子束変換係数１２９ａを記憶する中性子束変換係数記憶部１２９と、中性子束演算装置１３０と、を備える。

中性子束変換係数記憶部１２９は、測定した同時計数値を熱中性子束、もしくは熱外中性子束、もしくは高速中性子束に変換する中性子束変換係数１２９ａを格納する。
ここで、変換可能な中性子束は、使用した中性子検出器の種類や測定構成に依存するものである。測定対象物との距離ｘにおける中性子変換係数１２９ａとして、熱中性子束変換係数Ａｔｈｅｒｍａｌ（ｘ）、熱外中性子束変換係数Ａｅｐｉ（ｘ）、高速中性子変換係数Ａｆａｓｔ（ｘ）を備える。これらの変換係数には、事前に実験や解析で取得したものを利用する。

同時計数値曲線演算装置１０６で得られた同時計数値曲線において、測定対象物との距離ｘにおける同時計数値ＮＣＯＩＮ（ｘ）とする。

中性子束演算装置１３０は、同時計数値ＮＣＯＩＮ（ｘ）と、中性子束変換係数１２９ａに格納されたそれぞれのエネルギーの中性子変換係数とを乗ずることで、各エネルギーの中性子束を演算する。演算式には、数式（１）～（３）を用いる。

Ｆ_{ｔｈｅｒｍａｌ}（ｘ）＝Ａ_{ｔｈｅｒｍａｌ}（ｘ）×Ｎ_ＣＯＩＮ（ｘ） …（１）
Ｆ_ｅｐｉ（ｘ）＝Ａ_ｅｐｉ（ｘ）×Ｎ_ＣＯＩＮ（ｘ） …（２）
Ｆ_ｆａｓｔ（ｘ）＝Ａ_ｆａｓｔ（ｘ）×Ｎ_ＣＯＩＮ（ｘ） …（３）

上述したように、変換可能な中性子束は、使用した中性子検出器の種類や測定構成に依存する。数式（１）～（３）を利用することで、測定対象のエネルギーにおける中性子束を演算することができる。

このように、本実施形態に係る放射線計測装置６００（図１３参照）は、測定対象物由来の同時計数値を中性子束に変換する中性子束変換係数１２９ａを記憶する中性子束変換係数記憶部１２９と、測定対象物由来の同時計数値と中性子束変換係数１２９ａから測定位置における中性子束を演算する中性子束演算装置１３０を備える。また、測定対象による同時計数値曲線を演算した結果を利用して、測定対象による同時計数値と中性子束変換係数１２９ａから中性子束を演算するステップを実行する。

これにより、測定対象物由来の中性子束を測定可能な放射線計測装置およびその方法を提供できる。そして、この演算結果を利用することで、測定対象物の性状を把握することができる。

（第７の実施形態）
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１４に示すように、放射線計測装置７００は、図１の放射線計測装置１００の中性子検出器１０１、移動手段１０２、同時計数信号計測装置１０３、位置情報装置１０４、同時計数値処理装置１０５、および同時計数値曲線演算装置１０６に加えて、中性子検出器１３１を備える。

図１５は、中性子検出器１３１の構成を示す図である。
図１５に示すように、中性子検出器１３１は、熱中性子遮へい材１３４と、中性子減速材１３３と、熱中性子検出器１３２と、を備えて構成される。
測定対象物１０７に含まれる中性子源１０８から高速中性子１３５が放出されるとき、測定対象物自体との相互作用で中性子が熱化され、熱中性子１３６となることがある。熱化は、物質との散乱によって引き起こされることから、中性子源１０８と中性子検出器１３１の立体角の情報が失われる。このため、測定対象物１０７で熱化された中性子（熱中性子１３６）を中性子検出器１０１で測定するとノイズ成分となる。

第７の実施形態では、測定対象物１０７で熱化された中性子（熱中性子１３６）の影響を低減するために、熱中性子遮へい材１３４を設ける。熱中性子遮へい材１３４は、測定対象物１０７で熱化された中性子（熱中性子１３６）を遮へいする。

さらに、第７の実施形態では、測定対象物１０７で熱化されなかった高速中性子１３５を熱化させ熱中性子１３７を得るために、中性子減速材１３３を設ける。中性子減速材１３３は、熱中性子検出器１３２の周囲に備えられる。

ここで、熱中性子遮へい材１３４には、ボロンやリチウム、カドミウム、ガドリニウムなどの熱中性子の吸収断面積が大きい元素を含んだ材料を利用することが望ましい。中性子減速材１３３には、水やポリエチレンなどの水素を高密度に含んだ材料を利用することが望ましい。

図１５では、熱中性子検出器１３２の周囲全域に中性子減速材１３３と熱中性子遮へい材１３４を備える構成を示したが、周囲全域を囲わない構成も適用することができる。

図１６は、周囲全域を囲わない中性子検出器１３１の構成を示す図である。一例として、一台の中性子検出器の構成を示す。
図１６に示すように、熱中性子検出器１３１は、熱中性子検出器１３２と半割れの中性子減速材１３８を熱中性子遮へい材１３９で全面を囲う構成とする。
測定対象物１０７で熱化された中性子（熱中性子１３６）を熱中性子遮へい材１３９で遮へいする。

熱中性子遮へい材１３９を透過した高速中性子１３５を熱化させ熱中性子１３７を取得し、熱中性子検出器１３２で測定する。

このように、放射線計測装置７００は、中性子検出器１３１が、熱中性子遮へい材１３４，１３９と、中性子減速材１３３と、熱中性子検出器１３２と、を備える。

これにより、放射線計測装置７００は、図１６に示す中性子検出器１３１の構成が図１５に示す中性子検出器１３１の構成と比較して容量が小さくなることから、装置の小型化に有利である。
放射線計測装置７００を用いることで、測定対象物起因のノイズ成分を低減することができ、さらに装置を小型化した測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを高精度に弁別することができる。その結果、装置の小型化や高精度な測定対象物の性状把握を実現することができる。

（第８の実施形態）
図１７は、本発明の第８の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。

図１７に示すように、放射線計測装置８００は、図１の放射線計測装置１００の中性子検出器１０１、移動手段１０２、同時計数信号計測装置１０３、位置情報装置１０４、同時計数値処理装置１０５、および同時計数値曲線演算装置１０６に加えて、多チャンネル中性子検出器１４０と、多チャンネル対応同時計数信号計測装置１４１と、を備える。

図１８は、多チャンネル中性子検出器１４０（線形配置）の構成を示す図である。
多チャンネル中性子検出器１４０として、ここでは中性子検出器を線形に配置した構成を示す。線形配置の中性子検出器１４２は、１次元方向に複数の中性子検出器を配列し、多チャンネル対応同時計数信号計測装置１４１に接続される。

図１８では、表示の簡略化のために移動機構１０２（図１参照）の図示を省略するが、実際には、移動機構１０２に搭載して使用される。

図１９は、多チャンネル中性子検出器１４０（アレイ配置）の構成を示す図である。
多チャンネル中性子検出器１４０として、ここでは中性子検出器を２次元に配置した構成図を示す。アレイ配置の中性子検出器１４３は２次元方向に複数の中性子検出器を配列し、多チャンネル対応同時計数信号計測装置１４１に接続される。
図１８と同様に、図１８には移動機構１０２の図示を省略する。

このように、放射線計測装置８００は、線形配置またはアレイ配置された多チャンネル中性子検出器１４０を備える。

これにより、１次元以上の領域における中性子計測を同時に実施できる放射線計測装置およびその方法を提供できる。この装置を利用することで、測定の高速化や測定対象物のマッピングを実現することができる。

［変形例］
第１の実施形態～第８の実施形態の放射線計測装置および放射線計測方法を組み合わせて統合する。
上記各実施形態に係る放射線計測装置および放射線計測方法を統合することで、様々な実行環境に応じて測定対象物の周辺にバックグラウンド線源の影響が強い環境であっても、測定対象物由来の中性子と周辺バックグラウンド由来の中性子とを弁別することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜その構成を変更することができる。

上記した各実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 放射線計測装置
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１３１ 中性子検出器
１０２ 移動機構（移動手段）
１０３ 同時計数信号計測装置
１０４ 位置情報装置
１０５ 同時計数値処理装置
１０６，１２５ 同時計数値曲線演算装置
１０７ 測定対象物
１０８ 中性子源
１０９ 中性子
１１０，１２０，中性子検出器１０１ａによる出力信号
１１１，１２１ 中性子検出器１０１ｂによる出力信号
１１２，１２２ 同時計数信号
１１３，１２３ａ，１２３ｂ 検知時間幅
１１４ 計数値曲線
１１５ 同時計数値曲線
１１６ 各測定位置における同時計数値
１１７，１２７ 測定対象物由来の中性子による同時計数値曲線
１１８ 周辺バックグラウンド線源由来の中性子による同時計数値曲線
１１９ 波高値利用同時計数信号計測装置
１２４ａ 中性子検出器１０１ａにおける検知波高値幅
１２４ｂ 中性子検出器１０１ｂにおける検知波高値幅
１２６ 距離幅
１２８ 演算情報格納装置
１２９ 中性子束変換係数記憶部
１２９ａ 中性子束変換係数
１３０ 中性子束演算装置
１３２ 熱中性子検出器
１３３ 中性子減速材
１３４，１３９ 熱中性子遮へい材
１３５ 高速中性子
１３６ １３７ 熱中性子
１３８ 半割れの中性子減速材
１４０ 多チャンネル中性子検出器
１４１ 多チャンネル対応同時計数信号計測装置
１４２ 線形配置の中性子検出器
１４３ アレイ配置の中性子検出器
Ｓ１００１ 中性子検出器を移動させる移動ステップ
Ｓ１００２ 中性子検出器の位置情報を取得する位置情報取得ステップ
Ｓ１００３ １回の反応で同時に放出した複数の中性子を中性子検出器で同時に計数する同時計数信号計測ステップ
Ｓ１００５ 情報取得ステップで取得した位置における同時計数信号計測ステップで得られた同時計数値を処理する同時計数値処理ステップ
Ｓ１００６，Ｓ１００７ 同時計数値処理ステップで処理された同時計数値の位置依存性曲線から測定対象物由来の同時計数値を演算する同時計数値曲線演算ステップ
Ｓ２００１ 同時計数値の位置依存性曲線における演算領域として測定対象物との距離領域を設定するステップ
Ｓ２００２ 同時計数値曲線演算ステップで演算して演算情報格納装置に格納した演算情報と同時計数値の位置依存性曲線をフィッティングするステップ
Ｓ２００３ 測定対象による同時計数値曲線を抽出するステップ

Claims (13)

1. 中性子を検知する放射線計測装置であって、
   ２台以上の中性子検出器と、
   前記中性子検出器を移動させる移動手段と、
   １回の反応で同時に放出した複数の中性子を前記中性子検出器で同時に計数する同時計数信号計測装置と、
   前記中性子検出器の位置情報を取得する位置情報装置と、
   前記位置情報装置で取得した位置における前記同時計数信号計測装置で得られた同時計数値を処理する同時計数値処理装置と、
   前記同時計数値処理装置で処理された同時計数値の位置依存性曲線から測定対象物由来の同時計数値を演算する同時計数値曲線演算装置と、を備える
   ことを特徴とする放射線計測装置。
2. 前記同時計数信号計測装置は、１つの中性子によって生じる前記中性子検出器の信号の検出時刻と波高値を記録し、任意の検出時刻領域および任意の波高値領域で検出された信号を同時計数値として計数する
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
3. 前記同時計数値曲線演算装置は、前記同時計数値処理装置が処理した同時計数値の位置依存性曲線のうち、測定対象物との任意の距離領域における同時計数値を利用して測定対象物由来の同時計数値を演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
4. 前記同時計数値曲線演算装置が、演算した演算情報を格納する演算情報格納装置を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
5. 前記測定対象物由来の同時計数値を中性子束に変換する中性子束変換係数を記憶する中性子束変換係数記憶部と、
   前記測定対象物由来の同時計数値と前記中性子束変換係数から測定位置における中性子束を演算する中性子束演算装置と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
6. 前記中性子検出器は、熱中性子遮へい材と、中性子減速材と、熱中性子検出器と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
7. 前記中性子検出器は、熱中性子または高速中性子を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
8. 前記中性子検出器は、線形配置またはアレイ配置された
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
9. 前記位置情報装置は、前記測定対象物との位置情報を取得する、レーザ距離計測手段、カメラ画像計測手段、超音波距離計測手段、電波距離計測手段のうち少なくともいずれか一つである
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
10. 中性子を検知する放射線計測装置の放射線計測方法であって、
    ２台以上の中性子検出器を備え、
    前記中性子検出器を移動させる移動ステップと、
    １回の反応で同時に放出した複数の中性子を前記中性子検出器で同時に計数する同時計数信号計測ステップと、
    前記中性子検出器の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
    前記位置情報取得ステップで取得した位置における前記同時計数信号計測ステップで得られた同時計数値を処理する同時計数値処理ステップと、
    前記同時計数値処理ステップで処理された同時計数値の位置依存性曲線から測定対象物由来の同時計数値を演算する同時計数値曲線演算ステップと、を実行する
    ことを特徴とする放射線計測方法。
11. 前記同時計数値曲線演算ステップでは、
    前記同時計数値の位置依存性曲線における演算領域として測定対象物との距離領域を設定するステップと、
    前記同時計数値曲線演算ステップで演算して演算情報格納装置に格納した演算情報と前記同時計数値の位置依存性曲線をフィッティングするステップと、
    前記フィッティングの完了を判定するステップと、
    測定対象による同時計数値曲線を抽出するステップと、有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線計測方法。
12. 測定対象による同時計数値曲線を演算した結果を利用して、測定対象物由来の同時計数値と中性子束変換係数から測定位置における中性子束を演算する中性子束演算ステップを有する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線計測方法。
13. 前記中性子検出器による同時計数値測定の実行タイミングまたは前記位置情報を事前に取得する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の放射線計測方法。

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