JPH09197050A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】宇宙線によるバックグラウンドを低減し、大面
積の放射線検出器を提供する。 【解決手段】放射線の検出により発光するプラスチック
シンチレータ１と主として原子番号が１３より大きい物
質よりなる板２を交互に積層した積層部と、プラスチッ
クシンチレータ１で発光した光を伝送する光伝送路３
と、光伝送路３を通過してきた光を電気信号に変換する
光電変換素子４と、光電変換素子４からの電気信号を処
理する信号処理回路５からなる放射線検出器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放射線検出器に係
り、特に、γ線またはＸ線の強度測定において、エネル
ギ弁別と大面積化に好適な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックシンチレータは、ポリスチ
レンなどを主材とした放射線検出用材料で放射線が入射
するとシンチレータを構成する原子あるいは分子が励起
状態になり、その励起状態からより低いエネルギ状態へ
移行する際に、そのエネルギ差を光（蛍光）として放出
する。その光を直接あるいは光伝送路を経由して光電子
増倍管やフォトダイオードなどの光電変換素子へ導き電
気信号として取り出す。γ線やＸ線（以下、特にことわ
らなければ、本発明では、放射線とはγ線やＸ線を指す
ものとする）の検出は、放射線が物質に入射し、物質の
原子や原子を構成する電子と相互作用してエネルギを持
った二次電子を発生する。この二次電子が物質中を移動
するときに物質を構成する原子または分子を励起状態に
する。プラスチックシンチレータでは、二次電子の働き
により蛍光を発生する。エネルギを持った二次電子は物
質中を移動するにつれてエネルギを失うためにやがて停
止して付近のイオン化した原子に捕獲される。二次電子
の移動距離は同じエネルギのγ線やＸ線に比較して短
く、１ＭｅＶのエネルギを持った電子では物質がアルミ
ニウムの場合で１.５mm 程度である。

【０００３】放射線と物質との相互作用は物質の原子番
号が大きいほど、密度が高いほど起きやすい。したがっ
て、プラスチックシンチレータの密度が１程度と低いた
め、原子番号が大きく、密度が高い物質からなる板（以
下、コンバータと称する）をプラスチックシンチレータ
の表面に配置することで、放射線の捕獲率が高くなる。
しかしながら、コンバータが厚くなると内部で相互作用
して発生した二次電子はコンバータに吸収されて蛍光を
出すプラスチックシンチレータまで到達できず電気信号
を発生しなくなるため、コンバータの材質と厚さの選択
が重要である。放射線取り扱い施設や原子力施設などの
床や壁，原子力施設の解体後の敷地などの汚染のサーベ
イでは大面積の放射線計測が必要になる。γ(Ｘ)線用サ
ーベイメータには電離箱式，ＧＭ計数管式，ＮａＩ(Ｔ
ｌ)シンチレーション式，半導体式などがある（以下、
第一の従来技術と称する）。これらの測定器は可搬型で
部分的な汚染サーベイに有効である。一方、プラスチッ
クシンチレータは、大面積の放射線検出器として有効で
あるが、有感部が広くなるために宇宙線によるバックグ
ラウンドの問題があった。バックグラウンドを取り除く
技術の例として、図５に示す技術がある。この技術は、
吸収材２の両側にプラスチックシンチレータなどを利用
した検出層１を設けるもので、吸収層２の厚さは測定の
対象とする放射線を吸収できる厚さ以上にする。宇宙線
は透過力が強いためにこの吸収層２をも通過する。この
ため、あるイベント（放射線を検出することにより検出
信号が発生した事象を以下イベントと称する）で両側の
層から信号があった場合は、宇宙線によるイベントとし
て判別し、そのイベントを取り除くことにより宇宙線に
よるバックグラウンドを取り除く。この技術により宇宙
線によるバックグラウンドを取り除くことができる（以
下、第二の従来技術と称する）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第一の従来技
術では、大面積を無作為に検査するためには測定箇所を
移動して多数回の測定が必要になるという問題があっ
た。また、第二の従来技術では、測定対象とするγ線あ
るいはＸ線のエネルギ弁別が困難であるという問題があ
った。

【０００５】本発明は、前記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、本発明の第一の目的は、宇宙線によるバッ
クグラウンドを低減し、γ線あるいはＸ線を検出する大
面積の検出器を提供することを目的とする。

【０００６】さらに、本発明の第二の目的は、第一の目
的に加えて、γ線あるいはＸ線のエネルギ弁別が可能な
大面積の検出器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第一の目的を達成するた
めに、本発明の第一の概念によれば、放射線検出器を、
放射線の検出により発光するプラスチックシンチレータ
と主として原子番号が１３より大きい物質よりなる板を
交互に積層した積層部と、プラスチックシンチレータで
発光した光を伝送する光伝送路と、前記光伝送路を通過
してきた光を電気信号に変換する光電変換素子と、前記
光電変換素子からの電気信号を処理する信号処理回路か
ら構成することにより可能になる。

【０００８】第二の目的を達成するために、本発明の第
二の概念によれば、前記信号処理回路に、光電変換素子
からの信号を波高弁別する回路と、波高弁別した信号か
ら放射線を検出したプラスチックシンチレータで連続し
た層の数の頻度を計数する回路を備えることで可能にな
る。

【０００９】本発明の第一の概念によれば、放射線を検
出するプラスチックシンチレータを複数の層（検出層）
に分け、主として原子番号が１３より大きい物質よりな
る層（コンバータ層）と交互に積層することにより、コ
ンバータ層で選択的に放射線が相互作用し、二次電子を
検出層に排出することにより放射線を効率良く検出する
ことができる。このとき、プラスチックシンチレータの
面積を大きくすることにより、容易に大面積の検出器を
構成することができる。また、信号処理回路において、
検出層に対応した光電変換素子の信号から、例えばすべ
ての層から信号がある場合には宇宙線のイベントとして
除くことにより、大面積の検出器にもかかわらず、宇宙
線によるバックグラウンドを低減することができる。

【００１０】本発明の第二の概念によれば、光電変換素
子からの信号を波高弁別する回路を備えることにより簡
便に信号の発生を検知できる。また、放射線のエネルギ
が高いほど発生する二次電子の平均エネルギも高くな
り、放射線のエネルギに対応して各イベントで信号を発
生する層（連続した層）の数が多くなる。したがって、
波高弁別した信号から放射線を検出した検出層で連続し
た層の数を計数することで、入射した放射線のエネルギ
弁別が可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
図面を参照しながら説明する。

【００１２】（実施例１）図１ないし図４は、本発明の
実施例を示す説明図、図５は、従来技術を示す説明図で
ある。

【００１３】図１に本発明の実施例の構成を示す。検出
部は、プラスチックシンチレータ１と変換および吸収材
２を交互に積層して組み立てる。プラスチックシンチレ
ータはポリスチレンなどを主材とした放射線の検出材料
である。本発明は、プラスチックシンチレータに限るこ
となく、放射線に対して蛍光を発生する同様の機能を有
する他の検出材料（ＮａＩ(Ｔｌ)，ＣｓＩ(Ｔｌ)，Ｂａ
Ｆ，ＣｅＦ，ＣＷＯ，ＢＧＯ，ＧＳＯ，ＬＳＯなどの単
結晶シンチレータやアントラセンなどの液体シンチレー
タ）、でも実施可能である。変換および吸収材２は、γ
(Ｘ)線から二次電子に変換しプラスチックシンチレータ
１に排出するとともにプラスチックシンチレータ１を透
過した二次電子を吸収する働きがある。変換および吸収
材２は、放射線を選択的に反応させる目的があるため
に、プラスチックシンチレータよりも密度が高い必要が
ある。また、取り扱いの容易であることを考慮するとア
ルミニウム以降の物質が考えられ、主として原子番号が
１３より大きな物質とすることが望ましい。プラスチッ
クシンチレータ１からの光は光伝送路３を経由して光電
変換素子４へ導く。光伝送路３は、両端をプラスチック
シンチレータ１の側面と光電変換素子４の受光面に光学
的に接続する。光伝送路３は、光透過性の材料からな
り、プラスチックシンチレータ１からの光を内面の反射
と内部の伝搬により光電変換素子４へ導き、他端に近づ
くにつれて徐々に狭くなるような形状の物や、光ファイ
バなどの繊維状の物が利用できる。光電変換素子４から
の信号は、信号処理回路５により処理する。

【００１４】信号処理回路５からのデータは、図示しな
い計算機で処理することにより測定結果を表示・記録・
伝送などの他の機能を付加することができる。

【００１５】図２に本発明の他の実施例の説明図を示
す。各部の機能は図１と同様である。この実施例では、
プラスチックシンチレータ１の各層の厚さと変換および
吸収材２の各層の厚さをそれぞれ等しくしたところに特
徴がある。以下、その効果を説明する。例えば、検出層
（プラスチックシンチレータ）とコンバータ層（変換お
よび吸収材）の組み合わせの厚さを二次電子の移動距離
の１／５とする。この厚さに対応して検出の基本単位が
検出層とコンバータ層の５組になる。γ(Ｘ)線は透過力
が二次電子に比べて強く、積層のどの部分で反応が起こ
るか特定することが困難である。このような場合でも、
各層の厚さをそれぞれ等しくすることで、反応がどこで
起きても反応が起きた層から数えはじめて５組の層を取
れば同様に検出することができる。つまり、γ(Ｘ)線の
捕獲率が高くなり、測定の効率が向上する。

【００１６】図３に本発明の他の実施例の説明図を示
す。この実施例は、光伝送路３に波長変換機能を有した
シンチレーションファイバ３ａを利用した例である。シ
ンチレーションファイバ３ａをプラスチックシンチレー
タ１の周囲に巻き付け、図示しない光学用接着剤などで
光学的に接続することによりプラスチックシンチレータ
１で発光した光を効率よく取り込み光電変換素子４へ導
くことができる。シンチレーションファイバ３ａは光の
減衰があるためにプラスチックシンチレータ１と光電変
換素子４の距離が離れている場合には、途中に光伝送用
の光ファイバ３ｂを利用する。

【００１７】図４に本発明の他の実施例の説明図を示
す。プラスチックシンチレータ１は、内部を光が伝搬す
る際に減衰があるために、さらに広い面積を１枚の板で
構成すると光電変換素子４へ入射する光の強度が低くな
り検出できなくなる。そこで、さらに広い面積を対象と
するためには、複数のブロックに分割することが有効で
ある。

【００１８】数１にエネルギ弁別をするデータ処理の実
施例を示す。

【００１９】

【数１】

【００２０】本発明のエネルギ弁別は、複数のエネルギ
範囲を設定し、各エネルギ範囲の放射線の強度を決定す
ることを目的とする。ここでは、例えば三つのエネルギ
（範囲）を弁別する場合について説明する。ｉ番目のエ
ネルギを持つ放射線の真の強度をＡ_i とする。また、検
出器の応答関数をｆ(Ｅ_i,ｊ)、ただし、Ｅ_i はｉ番目の
エネルギ、ｊは各イベントで連続した層で信号の発生し
た層の数とする。また、各イベントで連続した層で信号
の発生した層の数がｊの場合の計数値をＮ_j とする。Ｎ
_j は、真の強度Ａ_i と検出器の応答関数ｆ(Ｅ_i,ｊ)から
数１の行列式で表わせる。応答関数を測定または計算に
より予め、その逆行列を求めておくことでＮ_j の値から
Ａ_i を計算することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、宇宙線によるバックグ
ラウンドを低減した、大面積の検出器を実現することが
でき、広域の汚染検査が可能になる。

【００２２】また、入射した放射線のエネルギ弁別が可
能になるため、広域の汚染検査において放射線をエネル
ギで分けて放射線の強度を測定でき、汚染核種とその強
度を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図。

【図２】本発明の第二実施例を示す説明図。

【図３】本発明の一実施例を示す説明図。

【図４】本発明の一実施例を示す説明図。

【図５】従来技術の原理を示す説明図。

【符号の説明】

１…プラスチックシンチレータ、２…変換および吸収
材、３…光伝送路、３ａ…シンチレーションファイバ、
３ｂ…光ファイバ、４…光電変換素子、５…信号処理回
路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射線の検出により発光するプラスチック
   シンチレータと主として原子番号が１３より大きい物質
   よりなる板を交互に積層した積層部と、前記プラスチッ
   クシンチレータで発光した光を伝送する光伝送路と、前
   記光伝送路を通過してきた光を電気信号に変換する光電
   変換素子と、前記光電変換素子からの電気信号を処理す
   る信号処理回路とからなることを特徴とする放射線検出
   器。
2. 【請求項２】前記プラスチックシンチレータの各層の厚
   さが同一であることと、前記主として原子番号が１３よ
   り大きい物質よりなる板の各層の厚さが同一である請求
   項１に記載の放射線検出器。
3. 【請求項３】前記信号処理回路は、前記光電変換素子か
   らの信号を波高弁別する回路と、波高弁別した信号から
   放射線を検出した前記プラスチックシンチレータで連続
   した層の数の頻度を計数する回路を備えた請求項１また
   は２に記載の放射線検出器。
4. 【請求項４】前記信号処理回路からのデータを処理する
   計算機を備えた請求項１，２または３に記載の放射線検
   出器。
5. 【請求項５】前記計算機は、放射線を検出した前記プラ
   スチックシンチレータで連続した層の数を前記信号処理
   回路で計数した値と、放射線のエネルギと前記プラスチ
   ックシンチレータで連続した層の数に対応した計数確率
   からなる検出器の応答関数の逆行列の積から放射線の強
   度を算出する請求項４に記載の放射線検出器。