JPS5811594B2 - 放射線検出素線及び放射線検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な型式の放射線検出素線及び放射線検出
装置に関するものである。

近年、原子力発電を始めとする原子力エネルギの利用が
盛んになるにつれて、局地的な放射線強度の測定器のみ
でなく、発電所や工場全体というような広域に亘る汚染
などによる放射線強度を測定し得る測定器の必要性が高
まりつつある。

しかし、このような目的には、従来用いられてきた放射
線測定器では数多くの測定器を配置する以外に方法がな
く、莫大な経費を必要とせざるを得なかった。

本発明は、かかる必要性に応え、光を遠方に伝送し広域
に亘る放射線の検出を安価に実施し得る放射線検出素線
及び放射線検出装置を提供することを目的とするもので
ある。

この目的を達成するだめの特定発明の要旨は、ｎ２なる
屈折率を有する光伝送コアとその上層のｎ３々る屈折率
を有するシースとの間に、放射線が照射されると発光し
ｎ４なる屈折率を有する透明シンチレータ物質層を介在
させ、これら屈折率同志の間にｎ３＞ｎ２＞ｎ４なる関
係を与えると共に、シースの外層に遮光層を設けたこと
を特徴とする放射線検出素線である。

また、前記特定発明に関連する本発明の要旨は、ｎ２な
る屈折率を有する光伝送コアとその上層のｎ３なる屈折
率を有するシースとの間に、放射線が照射されると発光
しｎ４なる屈折率を有する透明シンチレータ物質層を介
在させ、これら屈折率同志の間にｎ３＞ｎ２＞ｎ４なる
関係を与えると共に、シースの外層に遮光層を設けた放
射線検出素線を被検出個所に配置し、この検出素線の少
なくとも一方の端面から射出される光を検知する検知装
置を設けたことを特徴とする放射線検出装置である。

以下に図示の実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第１図において、１は細条状放射線検出素線であり、そ
の中心に光に対する屈折率がｎ２なる極めて透明な物質
、例えば溶融石英からなる光伝送コア２を有し、その外
側には屈折率がｎ３で放射線が照射されると発光するシ
ンチレータを含有する透明なシンチレータ物質層３を被
覆し、さらにその外側には屈折率ｎ４の透明なシース４
を被覆し、さらに最外側及び左端面には光を遮光するた
めの遮光層５を施したものである。

コア２、シンチレータ物質層３及びシース４の屈折率ｎ
２、ｎ３、ｎ４の間には、 ｎ３＞ｎ２＞ｎ４・・・・・・（１） なる関係がなりたつように材料を選択する必要がある。

この理由については後述するが、シンチレータ物質層３
内で発生した光が外側のシース４により全反射しながら
、この検出素線１内を伝播するために、光を遠方に伝送
するためにこの条件は必要なものである。

また、コア２の半径ｒはシンチレータ物質層３の厚さδ
よりもはるかに大きく造られており、例えばｒを０．３
ｍｍとし、δは０．１ｍｍ以下である。

このような検出素線１に放射線Ｒが入射すると、放射線
Ｒは遮光層５及びシース４を透過してシンチレータ物質
層３に入射する。

するとシンチレータ物質層３内の点Ｐでシンチレータ現
象が生じ光が発生される。

この光は点Ｐから四方に放射されるが、この光の内のか
なりの部分がシンチレータ物質層３とシース４との間の
境界で全反射され、第１図ａにおいて矢印で示すように
、全反射を繰り返しながら右方へ伝送され、右端の遮光
層５のない端面１ａから外部へ射出されることになる。

第２図は放射線検出装置の一実施例の構成を示す線図で
あり、上述した放射線検出素線１を被検出個所に配線す
る。

この検出素線１の任意の個所に放射線Ｒが入射すると上
述したように検出素線１の遮光層５の施していない右端
１ａからシンチレータ現象によって発生された光が放出
される。

検出素線１の右端１ａは、暗箱６内に配置された２個の
ホトマルチプライヤ７ａ、７ｂ、２個の増幅器８ａ、８
ｂ、アンドゲート９及びパルス計数器（又は計数率計）
１０を具える検知装置１０の暗箱６内に突出させる。

従って検出素線１の右端１ａから放射される光は２個の
ホトマルチプライヤ７ａ、７ｂに入射し、これらホトマ
ルチプライヤから出力パルスが発生される。

これらの出力パルスをそれぞれ増幅器８ａ、８ｂで増幅
した後アンドゲート９に加える。

ホトマルチプライヤ７ａ、７ｂの出力パルスは同時に発
生するが、ホトマルチプライヤのそれぞれから出る熱電
子ノイズ（光入力のないときに生ずる出力）は同時に発
生することは殆どないので、アンドゲート９で阻止され
ることになる。

従って放射線Ｒによる出力パルスは、アンドゲート９を
通過し、パルス計数器１０に加えられ、その出力により
放射線Ｒが検出される。

一般にシンチレータ物質は、発光波長よりも短波長側に
光の吸収帯を有しているが、吸収帯の長波長側は発光帯
の短波長側と重なっており、これが一つの原因となって
検出素線１内を伝送する際に比較的大きな損失が生ずる
ことになる。

従って、コア２をもシンチレータ物質で造った検出素線
では、発光した光を遠くまで伝送することができない。

このような欠点を除去するために、本発明に係る検出素
線１は、その中心に光伝送損失の極めて少ないコア２、
例えば石英で造ったコアを設け、シンチレータ物質層３
内で発生した光がなるべく減衰することなく、ホトマル
チプライヤ７ａ、７ｂまで達するようにしである。

今、シンチレータ物質層３内で発生した光が検出素線１
を出るまでにシンチレータ物質層３内を通過する距離１
３とし、コア２内を透過する距離１２とし、それぞれの
物質での光の減衰率をそれぞれα３、α２とすると、発
光した光Ｉｐの内、出力端に出てくる光の量Ｉ０は、 Ｉ０＝■ｐ・ｅ−（α３１３＋α２１２）・・・（２）
となる。

コア２を石英とし、シンチレータをプラスチックシンチ
レータなどとすれば、α２＜＜α３となるから、できる
だけ多くの光を出力させるためには、 １２＞＞１３・・・・・・（３） であることが好ましい。

そこで、コア２の屈折率ｎ２をシンチレータ物質層３の
屈折率ｎ３よりもやや小さくすると、第３図に示すよう
に光が屈折するようになるため、コア２内を伝送する長
さ１２が長くなる。

しかしながら、コア２の屈折率ｎ２をシース４の屈折率
ｎ４よりも小さくすると、シンチレータ物質層３とシー
ス４との間の境界で全反射が行なえなくなるので、ｎ２
、ｎ３、ｎ４の間には、 ｎ４＜ｎ２＜ｎ３・・・・・・（４） なる条件が満足されるようにするのが最も好ましい。

このような（４）式で示す条件を満たすためのそれぞれ
の材料の組合せには植種のものがあるが、１例を挙げる
とコア２に溶融石英又はガラスを用い、シンチレータ物
質層３にはガラスシンチレータ又はプラスチックシンチ
レータを用い、シース４としてはシリコンゴム又はアク
リル等のプラスチックスを用いることができる。

本発明によれば、上述したように検出素線１は、検出能
力を具えかつ伝送能力をも有し、その内部の光損失が極
めて少ないので、その長さを数１０〜数１００ｍにして
も、その任意の個所に照射された放射線を正確に検出す
ることができる。

従つて広域に亘る放射線の検出を数少ない測定器で行な
うことができるので極めて経済的である。

例えば第４図に示すように、ｎ本の検出素線１−１．１
−２、・・・・・・、１−ｎを任意の配置に設置し、こ
れらを一括して１個の検知装置１１に入力させると、い
ずれか１本の検出素線１のどの個所かに放射線が入射す
れば、検出することができるので、極めて広い範囲に亘
って放射線をモニタすることが可能となる。

しかしこのような広域放射線モニタは、放射線物質の漏
洩を検出する目的で用いられるものであるから、放射線
が入射した個所の位置を検出する必要がある。

このような目的を達成するためには、まずｎ本の検出素
線を全て一括して検知装置１１に入力させておき、いず
れかの検出素線から光出力があったことが確認されたと
きに、これらｎ本の検出素線の光出力をシャッタ機構な
どにより１本づつ入力させるように切換え、どの検出素
線から光出力が出ているかをチェックすればよい。

しかしながら、これだけではまだある特定の検出素線の
いずれかの個所に放射線が入力していることが判るだけ
であるから、その特定の検出素線のどの個所に放射線が
入射しているかを知る必要もある。

そのような場合には、第５図に示すように、第４図に示
した装置を２組用い、一方の組の検出素線１ｘ−１，１
ｘ−２、・・・・・・、１ｘ−ｎをＸ方向に配列し、他
方の組の検出素線１ｙ−１゜１ｙ−２、・・・・・・、
１ｙ−ｍをこれと直交するＹ方向に配列してマトリック
ス状に構成し、Ｘ方向の検出素線及びＹ方向の検出素線
をそれぞれ一括してＸ方向の検知装置１１ｘ及びＹ方向
の検知装置１１ｙに入力させればよい。

このような構成によれば、僅か２個の検知装置とｎ＋ｍ
本の検出素線のみで、極めて広域に亘る放射線モニタシ
ステムを得ることができ、しかも放射線入射位置を正確
に特定することが可能となる。

第６図は本発明の放射線検出装置のさらに他の実施例を
示し、１本の検出素線１１を閉ループとし、その両端面
１１Ａ及び１１Ｂから光を射出させるようにし、これら
両端面を一対の暗箱６Ａ、６Ｂ内に突出させ、第２図に
ついて述べたように、それぞれの光出力を一対のホトマ
ルチプライヤ７ａ−Ａ、７ｂ−Ａ、７ａ−Ｂ、７ｂ−Ｂ
、一対の増幅器８ａ−Ａ、８ｂ−Ａ、８ａ−Ｂ、８ｂ−
Ｂ、１個のアンドゲート９Ａ、９Ｂ、１個のパルス計数
器１０Ａ、１０Ｂにより検出する。

このように構成すると、検出素線１１上の点Ｐに放射線
Ｒが入射すると、点Ｐから一端１１Ａに光が達する時間
Ｔａと、他端１１Ｂに光が達する時間Ｔｂの間に差が生
ずる。

光が検出素線１１中を伝播する速さは、真空中を直進す
る速さのほぼ１／２程度であるから、光が検出素線１１
中を１５０ｍ伝播する時間はほぼ１μｓ程度である。

現在のパルス技術では１０ｎｓ程度の精度パルスの時間
ずれを測定できるので、約１．５ｍの精度で放射線の入
射位置を特定することが可能である。

即ち、検出素線１１中の光の速さをｃとすると、検出素
線１１の端面１１Ａ、１１ Ｂ間の中央点を原点として
点Ｐの位置は、ｃ・（Ｔａ−Ｔｂ）／２で与えられるこ
とになる。

このような計算を行って放射線Ｒの入射点Ｐを算出する
ために、アンドゲート９Ａ、９Ｂの出力パルスを時間差
測定回路１２に供給するようにする。

本発明に係る検出素線は特に透過力の小さな放射線例え
ばα線、β線、加速荷電粒子（電子、陽子２重陽子、ソ
中間子等）の荷電粒子の検出に適している。

その理由はシンチレータ物質層３の厚さδが薄いため透
過力の大きなγ線などの場合、シンチレータ物質層３内
での発光量が少なくなるからである。

このように透過力の大きなγ線や中性子線などの放射線
に対しては、第７図に示すように、第１図に示した検出
素線１の外側又はシース４の外側にγ線や中性子線など
の放射線の入射によってβ線やα線などの荷電粒子を放
出する変換層１３を被覆すればよい。

なお、放出されたβ線やα線は透過力が弱く変換層１３
の物質によっても著しく減衰される虞れもあるので、変
換層１３の内部に複数本の検出素線１を埋込むことによ
り検出効率を向上させることができる。

このような変換物質としては、まず、低エネルギーＸ線
、γ線では測定エネルギーに対応した吸収端のある物質
を用いるのがよく、高エネルギーになるに従い、密度が
高く原子番号の大きな物質を用いればよい。

さらに中性子では、中性子核反応により荷電粒子が生ず
るものが使用できる。

例えば、（ｎ、α）、（ｎ、Ｐ）、（ｎ、ｒ）、（ｎ、
ｆｉｓｓｉｏｎ）などの反応を利用するもので、Ｂ１０
（ｎ、α）、Ｈｅ３ガスを吸着封入させたもの（ｎ、ｐ
）、Ｈｌを含むポリエチレン等のプラスチック（ｎ、ｐ
）、Ｃｄ１１４（ｎ、γ）、Ａｕ１９７（ｎ、γ） Ｕ
２３５９０％濃縮のＵ３Ｏ８で２．０ｍｇ／ｃｍ２で被
覆（ｎ、Ｆ）したものなどが挙げられ、これらのもの自
身、化合物或いは混合物という形態で用いるとともに光
学的条件を満たす状態で使用する。

本発明は上述した例にのみ限定されるものではなく、幾
多の変形を加えることができる。

例えば第１図に示す検出素線１において左端面を遮光す
る代りに光を反射する金属薄膜を施すこともでき、この
ようにすると点Ｐで発生された光の内、左方へ進むもの
も左端で反射され右端１Ａから射出するのでさらに効率
を高めることができる。

また、検出素線１の配置についても用途、検出すべき場
所に応じて、種種に変更し得ることは勿論である。

さらに検知装置１１も上述した例だけに限られるもので
なく種種の構成を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射線検出素線を示しａは縦断面図、ｂは横断
面図、第２図はこの放射線検出素線を用いた放射線検出
装置の構成図、第３図は検出素線中の光の進行を示す説
明図、第４図は複数本の検出素線を用いた放射線検出装
置の構成図、第５図は多数の検出素線をＸＹ方向にマト
リックス状に配列した放射線検出装置の構成図、第６図
は閉ループとした検出素線を用いた放射線検出装置の構
成図、第７図は変換層を設けた検出素線の縦断面図であ
る。 符号１．１１は検出素線、２はコア、３はシンチレータ
物質層、４はシース、５は遮光層、７ａ、７ｂはホトマ
ルチプライヤ、９はアンドゲート、１０はパルス計数器
、１１は検知装置、１３は変換層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ｎ２なる屈折率を有する光伝送コアとその上層のｎ
   ３なる屈折率を有するシースとの間に、放射線が照射さ
   れると発光しｎ４なる屈折率を有する透明シンチレータ
   物質層を介在させ、これら屈折率同志の間にｎ３＞ｎ２
   ＞ｎ４なる関係を与えると共に、シースの外層に遮光層
   を設けたことを特徴とする放射線検出素線。 ２ シースの外側にＸ線、γ線、中性子線などの放射線
   を荷電粒子に変換する変換層を設けるようにした特許請
   求の範囲第１項に記載の放射線検出素線。 ３ ｎ２なる屈折率を有する光伝送コアとその上層のｎ
   ３なる屈折率を有するシースとの間に、放射線が照射さ
   れると発光しｎ４なる屈折率を有する透明シンチレータ
   物質層を介在させ、これら屈折率同志の間にｎ３＞ｎ２
   ＞ｎ４なる関係を与えると共に、シースの外層に遮光層
   を設けた放射線検出素線を被検出個所に配置し、この検
   出素線の少なくとも一方の端面から射出される光を検知
   する検知装置を設けたことを特徴とする放射線検出装置
   。 ４ 多数本の検出素線と１個の検出装置を用いて、切換
   機構により何れの検出素線に放射線が照射されたかを知
   り得るようにした特許請求の範囲第３項に記載の放射線
   検出装置。 ５２組の放射線検出装置を用い、異なる組みの検出素線
   同志が交叉するように検出素線をマトリックス状に配置
   し、何れの個所において放射線が照射されたかを知り得
   るようにした特許請求の範囲第４項に記載の放射線検出
   装置。