CN104620131A - 放射能分析装置 - Google Patents

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Abstract

一种放射能分析装置(100)，分析测定试样(1)中包含的放射性核素，其中具备检测从测定试样(1)放出的被测定放射线(101)的放射线检测器(2)以及根据放射线检测器(2)的输出来分析被测定放射线(101)的放射线分析部(10)，放射线分析部(10)具有：波高分析单元(12)，根据从放射线检测器(2)输出的与被测定放射线(101)对应的脉冲信号，抽出脉冲波高分布；逆问题运算单元(13)，针对抽出的脉冲波高分布实施逆问题运算，抽出被测定放射线的能量谱；以及劣化诊断单元(15)，根据抽出的能量谱，诊断放射线检测器的劣化状态。

Description

放射能分析装置
技术领域
本发明涉及放射能分析装置，特别涉及具备诊断放射线检测器的劣化状态的系统的装置。
背景技术
在发生核电站的事故等，放射性物质在环境中飞散的情况下，需要检查食品、水、土壤等的放射能污染。放射能分析装置是检测从食品等测定试样所包含的放射性核素放出的放射线，并测定其能量以及强度，实施放射性核素的辨别以及定量分析等的装置，在其分析中要求高的精度以及稳定性。
例如，在专利文献1中，公开了如下方法：通过使用了作为逆问题运算的一种的响应函数的展开，实现比较良好的能量分辨率，进行核素的辨别，并且推测每个核素针对全射线量的贡献。
另外，在专利文献2中，公开了如下方法：通过使用了针对每个能量选择的响应函数的展开，校正放射线图像的模糊。
专利文献1：日本特表第2008-545979号公报
专利文献2：日本特开第2006-234727号公报
非专利文献1：G.F.Knoll著(木村逸郎,阪井英次译)“放射線計測ハンドブック第2版8.2.2アルカリハライドシンチレータの特性”、日刊工业新闻社、p.244-247
发明内容
已知：在放射能分析装置中，由于放射线检测器的经年劣化等，能量分辨率、检测效率降低，因此，放射性核素的辨别以及定量分析的精度恶化。
但是，一般，没有用于容易地掌握放射线检测器的劣化状态的适合的手段，所以广泛使用以预测到放射线检测器的故障以及重大的劣化现象的发生的时期为目标而定期更换的保全手法TBM(Time BasedMaintenance，基于时间的维修)，无法使用根据放射线检测器的劣化状态预测更换时期的状态基准保全手法CBM(Condition BasedMaintenance，基于状态的维修)。
因此，无法进行与放射线检测器的状态对应的适合的更换，在达到放射线检测器的寿命之前更换，作为结果，更换次数增加，对用户产生费用方面上的负担。另外，即使是定期更换时期前，也存在由于使用环境等而放射线检测器劣化的情况，无法避免在该情况下产生的检测精度的降低。
本发明的目的在于提供一种具备能够容易地推测放射线检测器的劣化状态的系统的放射能分析装置。
为了达成上述目的，本发明的一个方式是一种放射能分析装置，分析测定试样中包含的放射性核素，
所述放射能分析装置具备：
放射线检测器，检测从测定试样放出的被测定放射线；以及
放射线分析部，根据放射线检测器的输出，分析被测定放射线，
放射线分析部具有：
波高分析单元，根据从放射线检测器输出的与被测定放射线对应的脉冲信号，抽出脉冲波高分布；
逆问题运算单元，针对所抽出的脉冲波高分布实施逆问题运算，抽出被测定放射线的能量谱；以及
劣化诊断单元，根据所抽出的能量谱，诊断放射线检测器的劣化状态。
在本发明的一个方式中，优选的是，劣化诊断单元通过分析在所抽出的能量谱中产生的噪声，诊断放射线检测器的劣化状态。
在本发明的一个方式中，优选的是，劣化诊断单元根据所抽出的能量谱中的噪声发生比例，诊断放射线检测器的劣化状态。
在本发明的一个方式中，优选的是，放射线分析部还具有自动校正单元，该自动校正单元用于补偿所输出的脉冲信号的信号放大率的变动，
自动校正单元根据基于所抽出的脉冲波高分布计算的放射线检测器的放大率变动值，使所抽出的能量谱沿着能量轴偏移。
在本发明的一个方式中，优选的是，放射线分析部还具有响应函数计算单元，该响应函数计算单元计算在逆问题运算中使用的放射线检测器的响应函数。
在本发明的一个方式中，优选的是，劣化诊断单元计算与放射线检测器的劣化状态对应的劣化发展等级，
响应函数计算单元计算与所计算出的劣化发展等级对应的响应函数。
在本发明的一个方式中，优选的是，放射线检测器是闪烁检测器，该闪烁检测器具有：放射线检测部，检测被测定放射线来发生闪烁光；以及光电变换部，对闪烁光进行光电变换，
响应函数计算单元根据放射线行为解析、或者将该放射线行为解析和光线行为解析进行了组合的解析的至少一方，计算响应函数，其中，在所述放射线行为解析中，对在由放射性核素放出之后直至向放射线检测部赋予能量为止的被测定放射线的行为进行解析，在所述光线行为解析中，对在放射线检测部中发生之后直至到达光电变换部而被光电变换为止的闪烁光的行为进行解析。
在本发明的一个方式中，优选的是，放射线检测器具有放射线检测部，该放射线检测部检测被测定放射线，并通过电离作用生成电荷载流子，
响应函数计算单元根据放射线行为解析、或者将该放射线行为解析和放射线检测部中的电荷载流子的生成过程的解析进行了组合的解析的至少一方，计算响应函数，其中，在所述放射线行为解析中，对在由放射性核素放出之后直至向放射线检测部赋予能量为止的被测定放射线的行为进行解析。
在本发明的一个方式中，优选的是，根据由放射线检测器检测出的自然放射线，校正所抽出的脉冲波高分布和放射线的能量的关系。
在本发明的一个方式中，优选的是，放射线分析部还具有核素定量运算单元，该核素定量运算单元根据逆问题运算单元的输出，实施测定试样中包含的放射性核素的辨别或者定量分析的至少一方。
在本发明的一个方式中，优选的是，具备显示单元，该显示单元显示与劣化发展等级对应的放射线检测器的更换目标时期。
根据本发明，通过组合逆问题运算单元和劣化诊断单元，能够容易地推测放射线检测器的劣化状态。因此，用户能够根据所计算出的劣化发展等级，在适合的时期更换放射线检测器，能够削减费用。
另外，能够精度良好地知道放射线检测器的劣化状态，所以对于用户而言，不会使用劣化的状态的放射线检测器，因此能够在确保了高的分析精度的状态下实施放射能分析。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的放射能分析装置的结构图。
图2(a)是关于所抽出的波高分布的劣化所致的变化的说明图，图2(b)是关于对图2(a)进行逆问题运算的结果的说明图。
图3是关于噪声累计范围的决定方法的例子的说明图。
图4是本发明的实施方式2的放射能分析装置的结构图。
图5是关于经年的劣化等所致的脉冲信号的放大率变动的说明图。
图6是关于放大率变动值的经时变化的例子的说明图。
图7是关于利用自动校正部的能量谱的偏移的说明图，图7(a)～图7(c)分别对应于图6的初始状态、10天后、20天后。
图8是本发明的实施方式3的放射能分析装置的结构图。
图9是关于与劣化发展等级对应的响应函数的说明图。
图10是示出本发明的实施方式3的劣化发展等级的计算方法的流程图。
图11(a)、(b)分别是示出使用与不同的劣化发展等级对应的响应函数从相同的脉冲波高分布抽出的能量谱的示意图。
图12是本发明的实施方式4的放射能分析装置的结构图。
图13示出主要的自然放射性核素的一览。
符号说明
1：测定试样；2：放射线检测器；3：屏蔽体；10、20、30：放射线分析部；11：信号放大部；12：波高分析部；13：逆问题运算部；14：响应函数计算部；15：劣化诊断部；16：核素定量分析部；17：核素分析数据库；18：显示部；19：自动校正部；100、200、300、400：放射能分析装置；101：从测定试样放出的放射线；102：自然放射线。
具体实施方式
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1的放射能分析装置的结构图。
本实施方式的放射能分析装置100具备：检测从测定试样1放出的放射线101(被测定放射线)的放射线检测器2、保存测定试样1的屏蔽体3、分析放射线检测器2的输出的放射线分析部10、以及由例如液晶显示器等构成的显示部18。
另外，放射线分析部10具有信号放大部11、波高分析部12、逆问题运算部13、响应函数计算部14、劣化诊断部15、核素定量运算部16以及核素分析数据库17等。
信号放大部11由例如前置放大器、波形整形放大器等构成。另外，波高分析部12由例如多重波高分析器等构成。而且，逆问题运算部13、响应函数计算部14、劣化诊断部15、核素定量运算部16以及核素分析数据库17由例如单个或者多个微处理器构成。
一般，放射线检测器2具有检测放射线101的放射线检测部等。例如，在放射线检测器2是闪烁检测器的情况下，放射线检测部由闪烁材料等构成。闪烁材料是通过从放射线赋予的能量而构成分子被激励，在返回到基底状态时发生荧光(闪烁光)的材料。通过放射线和闪烁材料的光电吸收、康普顿效应、电子对生成等相互作用，赋予上述能量。因此，当从测定试样1放出的放射线101入射到闪烁检测器时，发生具有闪烁材料固有的波长的闪烁光。另外，闪烁检测器具有对所发生的闪烁光进行光电变换的光电阴极(光电变换部)。而且，闪烁检测器将由光电变换部进行了光电变换的电荷作为脉冲信号输出。
另外，例如，在放射线检测器2是半导体检测器的情况下，对构成电极的n型半导体与p型半导体之间施加逆偏置电压，通过逆偏置电压产生的耗尽层构成放射线检测部。当从测定试样1放出的放射线101入射到半导体检测器时，通过放射线的电离作用，生成电子空穴对。而且，电子以及空穴分别移动到电极，半导体检测器输出脉冲信号。
屏蔽体3由具有高的放射线屏蔽能力的材料、例如铅或者铁、优选为铅构成，也可以在内侧设置由铜等构成的屏蔽物。屏蔽体3屏蔽自然放射线。此处，在自然放射线中，有从周边环境中存在的自然放射性核素放出的放射线和宇宙射线。为了充分屏蔽自然放射线中能量比较高的射线，优选具有充分的厚度，在例如由铅构成的情况下，屏蔽体3优选具有约15cm以上的厚度。在该情况下，自然放射线被充分地屏蔽，放射线检测器2能够高效地仅检测从测定试样1放出的放射线101。另外，在屏蔽体3中，设置了用于更换测定试样1的开闭口、以及用于设置放射线检测器2的插入孔。
接下来，说明放射线分析部10的动作。
首先，信号放大部11针对作为放射线检测器2的输出的、通过光电变换部输出的脉冲信号，进行依照预先设定的放大率的放大、信号的整形等。
波高分析部12针对信号放大部11的输出，进行脉冲波高分析，抽出脉冲波高分布。具体而言，波高分析部12针对通过信号放大部11放大的脉冲信号中的、例如峰值是规定值以上的脉冲，对该峰值进行AD变换而输出。
在抽出的脉冲波高分布中，不仅包括从测定试样1放出的放射线101的纯粹的能量信息，而且还包括由于放射线101和放射线检测器2以及屏蔽体3的、光电吸收、康普顿效应、电子对生成等相互作用所致的影响。因此，在抽出的脉冲波高分布中，出现全吸收峰、康普顿连续部、泄漏峰(escape peak)等。进而，在从测定试样1放出的放射线101入射到放射线检测器2，被赋予的能量被变换为电荷的过程中，由于在检测器2被赋予能量时发生的电荷量的统计性的偏差，附加放射线检测器2固有的统计性的扩展。因此，能量分辨率(例如用脉冲波高分布的峰部分的半值宽度定义)降低。在该情况下，产生测定试样1中包含的放射性核素的辨别以及定量分析的精度恶化这样的问题。
波高分析部12的输出被输入到逆问题运算部13。逆问题运算部13调出由响应函数计算部14计算的响应函数，使用该响应函数对脉冲波高分布实施逆问题运算。即，将M设为脉冲波高分布，将R设为响应函数，将S设为排除了由于放射线101的相互作用所致的影响之后的能量谱，下述的公式1成立时，逆问题运算单元13计算成为该公式1的逆变换的公式2，抽出能量谱S。另外，R-1为响应函数的逆矩阵。
M＝R·S                (公式1)
S＝R-1·M             (公式2)
通过求解该公式2，能够从脉冲波高分布M抽出仅包含从测定试样1放出的放射线101的能量信息的能量谱S。即，在能量谱S中，被排除了由于相互作用所致的影响、以及由于上述统计性的偏差所致的影响。通过公式1的计算，能够正确地得知放射线101的能量信息，测定试样1中包含的放射性核素的辨别以及定量分析的精度提高。然后，抽出的能量谱被输出到劣化诊断部15以及核素定量运算部16。
响应函数计算部14计算放射线检测器2的响应函数。响应函数计算部14也可以具有保存所计算出的响应函数的数据库。上述数据库能够由例如与构成响应函数计算部14的微处理器连接的存储器构成。然后，响应函数计算部14根据来自逆问题运算部13的调出，输出所计算出的响应函数。
响应函数是在对放射线检测器2仅入射了具有单一能量的放射线时输出的脉冲波高分布。另外，响应函数由放射线检测器2的种类、尺寸、形状、设置了检测器2的测定体系等决定，例如，通过EGS5(Electron Gamma Shower ver.5)等放射线行为解析用的蒙特卡罗运输计算码，能够计算除了检测器2固有的能量分辨率以外的响应函数。或者，还能够实验性地计算响应函数。
响应函数需要从放射线检测器2能够检测的放射线的最低能量至有在体系内存在的可能性的放射线的最大能量为止的能量。一般，响应函数的最大能量是约2MeV～约3MeV。另外，根据从最低能量到最大能量的任意的分割数来决定的能量宽度成为通过逆问题运算来得到的能量谱的能量分辨率。例如，在某个响应函数的最低能量是0MeV、最大能量是3MeV、分割数是300的情况下，能量宽度成为10keV，所以通过逆问题运算部13得到的能量谱的能量分辨率成为10keV。
进而，在本发明中，通过使用将基于EGS5等的放射线行为解析、和直至放射线检测器2通过放射线101被赋予的能量被变换为电荷为止的闪烁光的光线行为解析进行了组合的联立解析，能够计算考虑了检测器2固有的能量分辨率的响应函数。
例如，在放射线检测器2是闪烁检测器的情况下，检测器2固有的能量分辨率是由对所发生的闪烁光进行了光电变换时的电荷量的大小来决定的。一般，在放射线检测器2中，上述电荷量越大，统计性的偏差越小，因此能够得到高的能量分辨率。
在放射线行为解析中，解析直至由放射性核素放出的放射线向放射线检测器的放射线检测部赋予能量为止的行为。在该解析中，第1，计算测定试样内的光电吸收、康普顿效应以及电子对生成等相互作用所致的衰减量、吸收量等。从放射性核素放出的放射线在测定试样内按照例如指数函数衰减，该指数能够通过放射线和构成测定试样1的材料的相互作用而决定。
另外，从测定试样1放出的放射线除了(1)直接入射到放射线检测部而赋予全部能量的情况以外，还以一定的概率分别产生如下情况：(2)被屏蔽体3散射、反射、吸收等之后入射到放射线检测部的情况、(3)入射到放射线检测部而赋予能量的一部分且与剩余的能量相当的放射线散射等而向放射线检测部外放出的情况。因此，在放射线行为解析中，第2，计算放射线和屏蔽体以及构成放射线检测器2的各光学材料之间的相互作用。
另一方面，在光线行为解析中，解析在放射线检测部中的发生之后直至到达光电变换部而被光电变换为止的闪烁光的行为。特别是，根据构成放射线检测器2的材料的光学特性，计算与闪烁光的传递相伴的光的衰减、散射、反射、吸收等所致的损失。
此处，在如半导体检测器那样是输出通过放射线的电离作用而生成的电荷载流子(电子空穴对)的一部分的放射线检测器的情况下，通过将上述放射线行为解析和放射线检测部中的电荷载流子的生成过程的解析组合的解析，计算响应函数。在电荷载流子的生成过程的解析中，特别计算所发生的电荷载流子的、与直至电极为止的移动相伴的再结合等所致的损失。
核素定量运算部16调出在核素分析数据库17中保存的放射性核素固有的数据，根据从逆问题运算部13输出的能量谱，进行放射性核素的辨别以及定量分析。通过计算所抽出的能量谱中的、与从核素分析数据库17调出的数据对应的能量区域的计数值，进行放射性核素的辨别以及定量分析。另外，核素分析数据库17保存包括放射性核素放出的放射线的能量、放出比例的数据。例如，在放射性核素是铯－137的情况下，保存所放出的γ射线的能量是662keV、放出比例是85％这样的数据等。
例如，在所抽出的能量谱的能量分辨率是10keV的情况下，在660keV以上且670keV以下的区域中，检测出铯－137放出的能量662keV的γ射线并进行计数。即，通过比较在能量谱中计数的能量区域的能量的范围(660keV以上且670keV以下)和从核素分析数据库17调出的铯－137的能量的数据(662keV)，能够实施核素的辨别。另外，能够根据上述能量区域的计数值和从核素分析数据库17调出的放出比例的数据，实施放射性核素的定量分析。然后，核素定量运算部16的运算结果、即辨别的核素的结果以及定量分析的结果被输出到显示部18。
图2(a)是关于所抽出的波高分布的劣化所致的变化的说明图，图2(b)是关于对图2(a)进行逆问题运算的结果的说明图。在图2(a)、(b)中，实线表示在放射线检测器2中有劣化的状态，虚线表示无劣化的状态。
一般知道，在放射线检测器2中，产生与检测器的种类对应的劣化现象，由于该劣化的影响，检测器2固有的能量分辨率、放射线的检测效率等降低。另外，劣化现象是基本上经年地产生的劣化，但根据使用环境等而劣化会加速。
例如，在放射线检测器2是NaI(Tl)闪烁检测器等的情况下，由于空气中存在的水分，易于在构成放射线检测器2的放射线检测部的NaI(Tl)结晶中产生变色、潮解。因此，所发生的闪烁光中的到达光电变换部的比例降低，变换为电荷的光量减少。如上所述，光电变换的电荷量越大，能够得到越高的能量分辨率。因此，变换为电荷的光量由于检测器2的劣化而减少，所以如从图2(a)所示的脉冲波高分布可知，与无劣化的情况相比，能量分辨率降低。
如果放射线检测器2的劣化发展到某种程度，则无法正确地测定放射线。因此，在劣化诊断部15中，根据由逆问题运算部13抽出的能量谱，诊断放射线检测器2的劣化状态，计算由于某种程度以上的劣化而变得必要的检测器2的更换时期。
如果针对从劣化的状态的放射线检测器2的输出抽出的脉冲波高分布实施逆问题运算，则如图2(b)所示，在抽出的能量谱中，在检测对象的能量区域21的两端，发生噪声22a、22b。
在逆问题运算中，应用无劣化的状态、例如初始状态的放射线检测器2的响应函数。此处，在针对无劣化的状态的放射线检测器2实施了逆问题运算的情况下，逆问题运算被正确地进行，因此，在抽出的能量谱中，在检测对象的能量区域的两端不发生噪声。因此可以说，所发生的22a、22b是仅抽出了放射线检测器2的劣化因素的结果。另外，意味着噪声的发生量越大，放射线检测器的劣化越发展。
为了将噪声的发生量和放射线检测器的劣化状态关联起来，需要对发生的噪声进行定量化。另外，为了噪声的定量化，需要决定发生的噪声的累计范围。
图3(a)～图3(c)是关于噪声累计范围的决定方法的例子的说明图。
作为决定噪声的累计范围的方法，例如，如图3(a)所示，能够将从检测对象的能量区域21的中央值能量Ec的值起的规定量例如如图中所示那样±30keV的范围设为噪声累计范围。能够根据放射线检测器2、信号放大部11、波高分析部12的特性等，决定上述规定量。
另外，如图3(b)所示，在通过放射线检测器2检测出多个放射线的能量的情况下，还能够将中央值能量Ec的值与计数值是规定的阈值(图3(b)的符号27)以上的规定能量区域26的中央值能量之间的中间的能量的值设为噪声累计范围的上限的值Eu。关于规定能量区域26，能够选择与检测对象的能量区域21最接近的区域。关于下限的值Ed，能够以使上限的值Eu与下限的值Ed的中间的能量的值成为检测对象的能量区域21的中央值能量的值Ec的方式选择。在该情况下，还能够同样地先决定下限的值Ed，再决定上限的值Eu。
进而，如图3(c)所示，在视为通过放射线检测器2测定出唯一的放射线的能量的情况下，还能够将检测器2能够检测的全部能量范围设为噪声累计范围。
此处，将对例如按照图3(a)～图3(c)的方法计算出的噪声的计数值进行累计的值相对检测对象的能量区域的计数值的比例定义为“噪声发生比例”(＝噪声累计值/检测对象的能量区域的计数值)。
然后，使计算出的噪声发生比例对应于预先规定的劣化发展等级以及直至更换为止的(目标的)天数。例如，能够如下述的表1那样，按照4个阶段规定劣化发展等级。但是，也可以将劣化发展等级设为连续的值，并将直至更换为止的天数也设为与其对应的连续的值。另外，也可以将劣化发展等级设为0或者1这2个阶段，在例如显示部18中如○(不需要更换)、×(需要更换)那样显示。
【表1】
噪声发生比例 劣化发展等级 直至更换为止的天数
0％以上且小于10％ 0 1年
10％以上且小于60％ 1 3个月
60％以上且小于100％ 2 1个月
100％以上 3 立即更换
根据以上说明的放射线分析部10的分析结果，显示部18显示由劣化诊断部15输出的放射线检测器2的劣化发展等级及直至更换为止的天数、以及由核素定量运算部16输出的核素的辨别结果及定量分析结果等。
以上，根据本实施方式的放射能分析装置100，通过组合逆问题运算部13和劣化诊断部15，能够在排除了放射线检测器2固有的特性的状态下，例如，根据在通过逆问题运算而抽出的能量谱中发生的噪声的发生量等，容易地仅抽出放射线检测器的劣化因素。因此，能够将放射线检测器2的劣化的程度计算为劣化发展等级，容易地推测检测器2的劣化状态。由此，用户能够根据计算出的劣化发展等级，在适合的时期更换放射线检测器2，能够削减费用。
另外，存在即使是定期更换时期前也由于使用环境等而放射线检测器2劣化的情况。例如，在如上所述放射线检测器2是NaI(Tl)闪烁检测器的情况下，在高温、高湿度的环境中，特别是在NaI(Tl)结晶中易于产生变色、潮解，但以往不能精度良好地知道此时产生的定期更换前的放射线检测器2的检测精度的降低。根据本实施方式的放射能分析装置100，能够精度良好地知道放射线检测器2的劣化状态，所以不会使用劣化的状态的放射线检测器2，因此能够在确保了高的分析精度的状态下，实施放射能分析。
进而，在本实施方式中，在响应函数的计算中，使用了组合了基于EGS5等的放射线行为解析和光线行为解析等的解析，能够计算考虑了放射线检测器2固有的能量分辨率的响应函数。因此，能够使响应函数进一步符合于所抽出的脉冲波高分布的形状，能够使放射能分析的分析精度进一步提高。
实施方式2.
图4是本发明的实施方式2的放射能分析装置的结构图。
本实施方式的放射能分析装置200与实施方式1的放射能分析装置100的不同点仅在于：放射线分析部20具有用于补偿由于放射线检测器2的经年的劣化等而在输出的脉冲信号中产生的信号放大率的变动的自动校正部19。例如，自动校正部19由例如单个或者多个微处理器构成。
如图4所示，波高分析部12以及逆问题运算部13的输出被输入到自动校正部19，自动校正部19输出的能量谱被输入到劣化诊断部15以及核素定量运算部16。
一般，在放射线检测器2中产生了经年的劣化、疲劳等的情况、在周边环境中产生了大的温度变化、测定设备的温度变化等的情况等下，放射线检测器2的输出发生变化，脉冲信号的信号放大率变动。
另外，一般，在使用放射线检测器2之前，使用放出具有已知的能量的放射线的校正用的放射性物质来进行测定。然后，进行将测定出的脉冲波高值和放射线的能量关联起来的能量校正。
但是，例如如图5所示，在由于放射线检测器2的经年的劣化等而脉冲信号的信号放大率发生了变动的情况下，从事先决定的表示能量校正关系的实线23，如虚线24a、24b那样变化。
此处，将信号放大率的变动后的能量相对本来的放射线的能量(即上述规定能量)的比例定义为“放大率变动值”(＝放大率的变动后的能量/本来的放射线的能量)。放大率变动值是对由于经年的劣化等所致的脉冲信号的放大率的变动进行定量化的值。另外，如果没有由于放射线检测器2的经年的劣化等所致的放大率的变动，则放大率变动值成为1。
自动校正部19首先根据由波高分析部12抽出的脉冲波高分布，在放射线检测器2的使用过程中，导出测定出的脉冲波高值和放射线的能量的关系，并计算上述放大率变动值。
例如，图6是关于20天期间的测定中的放大率变动值的经时变化的例子的说明图。在图6中，虚线表示在20天期间没有放大率的变动的情况。另一方面，实线表示如下情况：在20天期间内，如在第10天放大率为80％、在第20天放大率为120％那样，放大率变动值发生了变化。
图7是关于利用自动校正部的能量谱的偏移的说明图。
在使用没有放大率的变动的状态(即放大率变动值是1)的放射线检测器来测定了具有规定能量的放射线的情况下，设为如图7(a)所示，在与具有规定能量的放射线对应的能量区域E2－E3中被检测到。此处，如果放大率如图5所示的虚线24a、24b那样变动，则关于具有规定能量的放射线，在对应的能量区域E2－E3间不被检测到，而在错误的能量区域中被检测到。如图7(b)、(c)的左侧所示，与图6的第10天、第20天的放大率变动值对应地，在例如错误的能量区域E1－E2间、E3－E4间被检测到。
此处，自动校正部19使用所计算出的放大率变动值，使能量谱沿着能量轴偏移。由此，例如，关于具有规定能量的放射线，并非在图7(b)、图7(c)的左侧所示的错误的能量区域E1－E2间、E3－E4间被检测到，而是在图7(b)、图7(c)的右侧所示的本来应被检测到的能量区域E2－E3中被检测到。例如，通过将作为逆问题运算部13的输出的能量谱的能量轴的数值数据除以由自动校正部19计算出的放大率变动值，从而实施能量谱的偏移。
劣化诊断部15根据由自动校正部19偏移后的能量谱，实施与实施方式1同样的处理、即放射线检测器2的劣化发展等级的计算。同样地，核素定量运算部16实施测定试样1中包含的放射性核素的辨别以及定量分析。
另外，自动校正部19能够测定沿着能量谱的能量轴的偏移的偏移量。在本实施方式中，自动校正部19输出的能量谱被输出到劣化诊断部15，但如果设为此时同时输出测定出的偏移量，则劣化诊断部15能够根据偏移量计算劣化发展等级。另外，也可以由劣化诊断部15进行偏移量的测定。
以上，根据本实施方式的放射能分析装置200，得到与第1实施方式的放射能分析装置100同样的效果，并且得到以下的效果。即，自动校正部19根据所抽出的能量谱计算放大率变动值，根据放大率变动值，使能量谱沿着能量轴自动地偏移。由此，即使在由于放射线检测器2的经年的劣化等而脉冲信号的信号放大率发生了变动的情况下，在劣化诊断部15中的劣化发展等级的计算、核素定量运算部16中的核素的辨别、定量分析中，也会确保高的分析精度。
另外，以往为了消除由于放射线检测器2的经年的劣化等所致的信号放大率的变动，需要每年几次定期的检验、校正作业，但在本实施方式的放射能分析装置200中，通过自动校正部19，根据放射线检测器2的使用状况，自动地实施能量谱的偏移。由此，无需针对不需要消除经年的劣化等的放射线检测器进行不必要的检验等，对于用户而言能够削减费用。
进而，以往存在在校正作业中由于人为错误而导致校正失误的问题，但在本实施方式的放射能分析装置200中，校正作业被自动化，因此不易产生校正失误。进而，无需校正作业用的其它装置就能够实施校正作业。
实施方式3.
图8是本发明的实施方式3的放射能分析装置的结构图。
关于本实施方式的放射能分析装置300与实施方式2的放射能分析装置200的不同点，在图8中，用从劣化诊断部15向逆问题运算部13的箭头表示。即，在本实施方式中，与实施方式2的放射能分析装置200的不同点仅在于：逆问题运算部13通过加上了由劣化诊断部15输出的劣化发展等级的三维的响应函数来实施逆问题运算，并抽出能量谱。
如使用图5、图7说明那样，一般，由于放射线检测器2的经年的劣化等而所抽出的脉冲波高分布发生变化，所以有时在逆问题运算部13中无法正确地求解逆问题运算。在该情况下，存在劣化发展等级的计算以及核素的辨别以及定量分析的精度降低这样的问题。
图9是关于与劣化发展等级对应的响应函数的说明图。
在本实施方式中，响应函数计算部14将电荷量L、入射放射线能量E以及劣化发展等级D作为自变量，计算三维的响应函数R，并与逆问题运算部13的调出相应地输出。如图9所示，三维的响应函数R根据劣化发展等级而发生变化，因此，考虑了与放射线检测器2的劣化状态对应的能量分辨率。如在实施方式1中说明那样，能够除了使用EGS5等放射线行为解析用的蒙特卡罗运输计算码以外，还使用组合了考虑决定能量分辨率的过程的光线行为解析等的解析，来计算与劣化发展等级对应的响应函数。
在放射线检测器2是闪烁检测器的情况下，能够在闪烁光从发光位置到达光电阴极而被光电变换为止的期间的光线行为解析中考虑劣化发展等级。在闪烁检测器中，有时发生闪烁结晶的变色、潮解等劣化。在该情况下，由于结晶的发光效率的降低等，所发生的闪烁光向光电阴极的到达效率降低。因此，使用光线行为解析，计算相对结晶的发光效率降低等的劣化因素的闪烁光向光电阴极的到达效率的变化，通过使该变化对应于劣化发展等级，从而能够计算与劣化发展等级对应的响应函数。
接下来，使用图10所示的流程图，说明本实施方式的劣化发展等级的计算方法。
首先，在步骤S1中，由波高分析部12抽出的脉冲波高分布被输出到逆问题运算部13，接下来，在步骤S2中，逆问题运算部13从响应函数计算部14调出图9所示的与劣化发展等级0对应的响应函数，使用上述响应函数来实施逆问题运算。然后，所抽出的能量谱被输出到劣化诊断部15以及自动校正部19。另外，自动校正部19实施与在实施方式2中说明的处理同样的处理。
接下来，在步骤S3中，劣化诊断部15按照与例如在实施方式1中说明的方法同样的方法，根据在能量谱中发生的、在图11(a)中用虚线表示的噪声，计算劣化发展等级。然后，计算出的劣化发展等级D1被输出到逆问题运算部13，并且劣化发展等级D1被保存到例如与构成劣化诊断部15的微处理器连接的存储器。
接下来，在步骤S4中，逆问题运算部13从响应函数计算部14调出所输入的劣化发展等级D1(图10中的Di)的响应函数来实施逆问题运算，并且将所抽出的能量谱再次输出到劣化诊断部15以及自动校正部19。此时，在逆问题运算中使用的响应函数对应于放射线检测器2的劣化状态，所以通过逆问题运算，输出图11(b)所示那样的噪声的发生少的能量谱。此时，通过将劣化发展等级分割为更多的阶段，从而放射线检测器2的劣化状态和响应函数更符合，所以能够进一步减少噪声的发生。
接下来，在步骤S5中，劣化诊断部15根据所输入的能量谱，推测放射线检测器2的劣化状态，所以根据在所抽出的能量谱中发生的噪声，再次计算劣化发展等级。发生的噪声比上次抽出的能量谱少，所以会计算出比上次的劣化发展等级小的劣化发展等级D2(图10中的Di+1)。
接下来，在步骤S6中，劣化诊断部15比较新计算出的劣化发展等级D2和通过上次的计算得到的劣化发展等级D1。然后，劣化诊断部15在确认了新计算出的劣化发展等级D2是比上次计算出的劣化发展等级D1小的值之后，输出到逆问题运算部13。
接下来，在步骤S7中，劣化发展等级D1被输出到显示部18。另外，显示部18实施与在实施方式1中说明的处理同样的处理。然后，在下次检测时，针对在步骤S8中输出到逆问题运算部13的脉冲波高分布，实施使用了劣化发展等级D1的响应函数的逆问题运算。
然后，在反复实施S4～S8的过程中放射线检测器2的劣化进一步发展了时，存在在步骤S6中所计算出的劣化发展等级D2变得比上次的劣化发展等级D1大的情况。在该情况下，进入到步骤S9，本次在步骤S4中实施使用了劣化发展等级D2的函数的逆问题运算。然后，在步骤S5中新计算以及保存劣化发展等级D3，在步骤S6中比较新计算出的劣化发展等级D3和通过上次的计算得到的劣化发展等级D2。
在本实施方式中，通过与放射线检测器2的使用相应地反复实施以上的步骤S4～S9，从而使用与放射线检测器2的劣化状态对应的最佳的响应函数来实施逆问题运算。
以上，根据本实施方式的放射能分析装置200，得到与实施方式2的放射能分析装置200同样的效果，并且能够使用逆问题运算部13、劣化诊断部15以及响应函数计算部14，选择与放射线检测器2的劣化状态对应的响应函数，正确地求解逆问题运算。因此，在劣化诊断部15中的劣化发展等级的计算、核素定量运算部16中的核素的辨别、定量分析中，能够确保高的分析精度。
实施方式4.
图12是本发明的实施方式4的放射能分析装置的结构图。
本实施方式的放射能分析装置400与实施方式3的放射能分析装置300的不同点仅在于：不具备屏蔽体3。
本实施方式的放射能分析装置400不具备屏蔽体3，所以自然放射线102入射到放射线检测器2。因此，在作为逆问题运算部13的输出的能量谱中，还会加上从图13所示的自然放射性核素放出的自然放射线102的吸收所引起的输出。
此处，例如，作为自然放射性核素的钾－40放出的放射线的能量是约1.46MeV。另外，恰好，放出该能量附近的放射线的放射性核素在通常的环境中几乎不存在。因此，在由逆问题运算部13抽出的能量谱中，显著地出现钾－40放出的放射线所引起的输出。由此，能够使用从作为自然放射性核素的钾－40放出的放射线，进行与实施方式1～3同样的处理。
以上，根据本实施方式的放射能分析装置400，得到与实施方式3的放射能分析装置300同样的效果，并且得到以下的效果。即，如上所述，在使用放射线检测器2之前，使用放出具有已知的能量的放射线的校正用的放射性物质，进行将测定出的脉冲波高值(或者所抽出的脉冲波高分布)和放射线的能量关联起来的能量校正，所以需要准备能量校正用的放射性物质。另一方面，在本实施方式中，能够使用自然放射性核素、例如钾－40放出的自然放射线，来进行上述能量校正，因此，无需准备能量校正用的放射性物质。
另外，能够始终执行劣化诊断部15、自动校正部19的功能，因此，能够始终补偿放射线检测器2的经年的劣化等所致的脉冲信号的信号放大率的变动，所以能够将分析精度进一步保持为恒定。
进而，由于不具备屏蔽体3，放射能分析装置400的总重量大幅减轻。例如，具有一般的铅制的屏蔽体3的放射能分析装置的总重量是例如2000kg左右，但放射能分析装置400不具备屏蔽体3，所以能够使总重量大幅降低至例如100kg以下。
在以上的各实施方式中，关于构成放射能分析装置的放射线检测器2，主要以闪烁检测器为例子进行了说明，但作为脉冲输出的放射线检测器2，还能够应用使用了例如Ge、Si或者CdZnTe等半导体的半导体检测器、GM计数管等其他方式的放射线检测器。

Claims (11)

1.一种放射能分析装置，分析测定试样中包含的放射性核素，其特征在于，
所述放射能分析装置具备：
放射线检测器，检测从测定试样放出的被测定放射线；以及
放射线分析部，根据放射线检测器的输出，分析被测定放射线，
放射线分析部具有：
波高分析单元，根据从放射线检测器输出的与被测定放射线对应的脉冲信号，抽出脉冲波高分布；
逆问题运算单元，针对所抽出的脉冲波高分布实施逆问题运算，抽出被测定放射线的能量谱；以及
劣化诊断单元，根据所抽出的能量谱，诊断放射线检测器的劣化状态。
2.根据权利要求1所述的放射能分析装置，其特征在于，
劣化诊断单元通过分析在所抽出的能量谱中产生的噪声，诊断放射线检测器的劣化状态。
3.根据权利要求1所述的放射能分析装置，其特征在于，
劣化诊断单元根据所抽出的能量谱中的噪声发生比例，诊断放射线检测器的劣化状态。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的放射能分析装置，其特征在于，
放射线分析部还具有自动校正单元，该自动校正单元用于补偿所输出的脉冲信号的信号放大率的变动，
自动校正单元根据基于所抽出的脉冲波高分布计算的放射线检测器的放大率变动值，使所抽出的能量谱沿着能量轴偏移。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的放射能分析装置，其特征在于，
放射线分析部还具有响应函数计算单元，该响应函数计算单元计算在逆问题运算中使用的放射线检测器的响应函数。
6.根据权利要求5所述的放射能分析装置，其特征在于，
劣化诊断单元计算与放射线检测器的劣化状态对应的劣化发展等级，
响应函数计算单元计算与所计算出的劣化发展等级对应的响应函数。
7.根据权利要求5或者6所述的放射能分析装置，其特征在于，
放射线检测器是闪烁检测器，该闪烁检测器具有：放射线检测部，检测被测定放射线来发生闪烁光；以及光电变换部，对闪烁光进行光电变换，
响应函数计算单元根据放射线行为解析、或者将该放射线行为解析和光线行为解析进行了组合的解析的至少一方，计算响应函数，其中，在所述放射线行为解析中，对在由放射性核素放出之后直至向放射线检测部赋予能量为止的被测定放射线的行为进行解析，在所述光线行为解析中，对在放射线检测部中发生之后直至到达光电变换部而被光电变换为止的闪烁光的行为进行解析。
8.根据权利要求5或者6所述的放射能分析装置，其特征在于，
放射线检测器具有放射线检测部，该放射线检测部检测被测定放射线，并通过电离作用生成电荷载流子，
响应函数计算单元根据放射线行为解析、或者将该放射线行为解析和放射线检测部中的电荷载流子的生成过程的解析进行了组合的解析的至少一方，计算响应函数，其中，在所述放射线行为解析中，对在由放射性核素放出之后直至向放射线检测部赋予能量为止的被测定放射线的行为进行解析。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的放射能分析装置，其特征在于，
根据由放射线检测器检测出的自然放射线，校正所抽出的脉冲波高分布和放射线的能量的关系。
10.根据权利要求1～9中的任意一项所述的放射能分析装置，其特征在于，
放射线分析部还具有核素定量运算单元，该核素定量运算单元根据逆问题运算单元的输出，实施测定试样中包含的放射性核素的辨别或者定量分析的至少一方。
11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的放射能分析装置，其特征在于，
具备显示单元，该显示单元显示与劣化发展等级对应的放射线检测器的更换目标时期。
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