JP2000098038A

JP2000098038A - 放射線検出器および放射線モニタ

Info

Publication number: JP2000098038A
Application number: JP26997898A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Mogi; 健一茂木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】広域の測定レンジでの測定に対応し、検出器
やサンプラのコストを削減する放射線検出器および放射
線モニタを得る。【解決手段】受感面積の大きい第１のセンサー１と受
感面積の小さい第２のセンサー２とを１台の検出器３内
に配置して、測定対象の流体が流れる不図示のサンプラ
内に検出器３を配置する。第１のセンサー１と第２のセ
ンサー２との受感面積比は１０⁴とし測定対象が低濃度
の放射能を有する場合は、第１の測定装置５で測定した
計数率を表示し、高濃度の放射能の場合は、第２の測定
装置７で測定した計数率を表示する。第１のセンサーに
対応する測定レンジと第２のセンサーに対応する測定レ
ンジとを適切に設定し、測定レンジを切り換えることに
より広域の測定レンジを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、測定レンジの広
い放射線測定が可能な放射線検出器、およびこの放射線
検出器を用いた放射線モニタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の放射線モニタとしては、
例えば、図８〜図１０に示す装置があった。図８は低濃
度を対象とした放射線モニタで、図９は高濃度を対象と
した放射線モニタである。図８の放射線モニタの測定レ
ンジ上限と、図９の放射線モニタのレンジ下限は、図１
０（ａ）（ｂ）に示すように適度にオーバーラップし、
両方の装置で必要な測定レンジをカバーしていた。

【０００３】図８において、３１は測定対象からの放射
線を電流パルス信号として検出する第１の検出器、４は
第１の検出器３１で検出された電流パルス信号を電圧パ
ルス信号に変換する第１のプリアンプである。８１は遮
蔽体８２と容器８３から構成される第１のサンプラで、
遮蔽体８２は第１の検出器３１を環境放射線から遮蔽す
る遮蔽体で、容器８３は測定対象の容積を確保するため
の容器である。

【０００４】５は第１のメインアンプ５１と第１の波高
弁別器５２と第１のカウンタ５３と第１の演算器５４と
第１の表示器５５から構成される第１の測定装置であ
る。５１は第１のプリアンプ４からの電圧信号パルスを
増幅するとともに波形を成形する第１のメインアンプ、
５２は第１のメインアンプ５１の出力信号パルスの波高
を弁別する第１の波高弁別器、５３は第１の波高弁別器
５２の出力信号パルスの数をカウントする第１のカウン
タ、５４は第１のカウンタから定周期毎にカウント値を
入力して計数率を演算する第１の演算器、５５は第１の
演算器の出力として計数率を表示する第１の表示器であ
る。

【０００５】図９において、３２は第１の検出器３１よ
り受感面積が小さい第２の検出器、６は第２の検出器３
２で検出された電流パルス信号を電圧パルス信号に変換
する第２のプリアンプである。８４は遮蔽体８５と容器
８６から構成される第２のサンプラで、遮蔽体８５は第
２の検出器３２を環境放射線から遮蔽する遮蔽体、容器
８６は容器８３より測定対象の容積が小さい容器であ
る。

【０００６】７は第２のメインアンプ７１と第２の波高
弁別器７２と第２のカウンタ７３と第２の演算器７４と
第２の表示器７５から構成される第２の測定装置であ
る。７１は第２のプリアンプ６からの電圧信号パルスを
増幅するとともに波形を成形する第２のメインアンプ、
７２は第２のメインアンプ７１の出力信号パルスの波高
を弁別する第２の波高弁別器、７３は第２の波高弁別器
７２の出力信号パルスの数をカウントする第２のカウン
タ、７４は第２のカウンタから定周期毎にカウント値を
入力して計数率を演算する第２の演算器、７５は第２の
演算器の出力として計数率を表示する第２の表示器であ
る。

【０００７】放射線検出器から得られる信号パルスは、
放射線検出器内の放射線を感知するセンサーと測定装置
の応答特性で決まる有限のパルス幅を持っており、また
測定可能な計数率の上限があるため、広い測定レンジを
カバーするには、検出効率の違う複数台の検出器とサン
プラの組合せが必要である。

【０００８】このため、図８に示す第１のサンプラ８１
と図９に示す第２のサンプラ８４とを流体の流れに対し
て直列または並列に接続し、測定対象の系統にそれぞれ
接続する。この場合、容器８３は容器８６に対して、例
えば容積が２桁程度大きく、第１の検出器３１は第２の
検出器３２に対して例えば受感面積が２桁程度大きくな
るように構成することにより、図１０のように１桁のオ
ーバーラップを設けて総合的に７桁というような広い測
定レンジが得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の放射線モニタは
以上のように構成されているので、測定レンジの広い放
射線モニタを得ようとすると、信号パルスが重なり合わ
ないように検出効率の違う複数台の検出器とサンプラの
組合せが必要であった。しかし、放射線モニタのコスト
に占める検出器とサンプラの比率が高いため、コストを
低減するためには検出器とサンプラの台数を減らすこと
が課題であった。

【００１０】この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、複数個のセンサーからなる１
台の検出器と１台のサンプラとを用いて測定レンジの広
い放射線モニタを得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（１）この発明に係わる
放射線検出器は、測定対象に対し放射線の検出感度の異
なる複数個のセンサーを配置し、これらのセンサーから
各々出力するよう構成したものである。

【００１２】（２）また、上記（１）の放射線検出器に
おいて、放射線の検出感度の異なる複数個のセンサー
は、放射線の受感面積の異なる複数個のセンサーとした
ものである。

【００１３】（３）また、上記（１）または（２）の放
射線検出器において、複数個のセンサーの内、検出感度
の大きい方のセンサーまたは受光面積の大きい方のセン
サーは、センサー単体を複数個配置すると共に電気的に
並列接続して出力するよう構成したものである。

【００１４】（４）また、上記（１）〜（３）のいずれ
か１項の放射線検出器において、複数個のセンサーの
内、検出感度の小さい方のセンサーまたは受光面積の小
さい方のセンサーは、コリメータを設けたセンサーとし
たものである。

【００１５】（５）また、上記（１）〜（４）のいずれ
か１項の放射線検出器において、センサーとしてＣｄＴ
ｅ半導体またはＣｄＣｚＴｅ半導体を用いたものであ
る。

【００１６】（６）この発明に係る放射線モニタは、上
記（１）〜（５）のいずれか１項の放射線検出器と、予
め検出器の各センサー毎に計数率の測定レンジを決めて
おき、測定の際には、上記各センサーからの出力により
各々計数率を測定し、測定した計数率に応じて上記測定
レンジに対応したセンサーを選択し、その選択したセン
サーにより測定した計数率を出力する測定手段とを備え
たものである。

【００１７】（７）また、この発明に係る放射線モニタ
は、上記（１）〜（５）のいずれか１項の放射線検出器
と、予め検出器の各センサー毎に計数率の測定レンジを
決めておき、測定の際には、上記測定レンジに対応した
センサーを選択して計数率を測定する測定手段とを備え
たものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は信号の流
れを示すブロック図で、１は測定対象からの放射線を電
流パルス信号として検出する第１のセンサー、２は第１
のセンサー１に比べて放射線の受感面積が小さい第２の
センサー、３は第１のセンサー１と第２のセンサーを搭
載した検出器、４は第１のセンサーの電流パルス信号を
電圧パルス信号に変換する第１のプリアンプ、６は第２
のセンサーに対応した第２のプリアンプ、５は第１のプ
リアンプ４からの電圧パルス信号を入力して計数率を演
算し、表示する測定装置、７は第２のプリアンプに対応
した第２の測定装置である。

【００１９】図２は検出器３の実装例を示す図で、８は
測定対象の流体の容積を確保し、環境放射線から検出器
を遮蔽して検出器３が測定対象の放射線を検出する条件
を設定するサンプラである。

【００２０】次に動作について説明する。（１）測定対象の流体はサンプラ８に満たされて必要な
容積が確保される。この流体内の放射能から放射された
放射線は、立体角で決まる確率により第１のセンサー
１、第２のセンサー２に入射する。

【００２１】（２）第１のセンサー１、第２のセンサー
２は、入射した放射線を電流パルス信号に変換して出力
する。前記立体角は概ねセンサーの受感面積に比例する
ため、放射能濃度に対するセンサーの検出効率は概ねセ
ンサーの受感面積に比例するので、例えば、第２のセン
サー２の受感面積を１ｍｍ×１ｍｍとし、第１のセンサ
ー１の受感面積を１０ｍｍ×１０ｍｍとすれば、その受
感面積の比は１０²となり、検出効率の比も概ね１０²
となり、第２のセンサーの枚数を増加したり、受感面積
を増加することにより容易に１０⁴の検出効率の比が得
られる。それ故、同一放射能濃度における第１のセンサ
ー１、第２のセンサー２の各センサー出力の電流パルス
信号の周波数すなわち計数率は検出効率に比例する。

【００２２】（３）各センサーから出力されたパルス信
号は、そのパルス信号が重ならないように、すなわち数
え落としが発生しないように、低濃度の放射能に対して
は、検出感度の高い第１のセンサー１、第１のプリアン
プ４、第１の測定装置５で測定し、高濃度の放射能に対
しては、検出感度の低い第２のセンサー２、第２のプリ
アンプ６、第２の測定装置７で測定する。

【００２３】検出器３には、半導体センサー等の平面配
列に適したセンサーを使用することにより、受感面積の
違いは容易に実現でき、かつ、受感面積の違う複数のセ
ンサーを１台の検出器に容易に搭載できる。また、プリ
アンプは環境条件等を考慮し、検出器に搭載するかもし
くは分離して配置する。

【００２４】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、１台の検出器に放射線に対して受感面積が異なる複
数のセンサーを搭載したことにより、測定レンジの広い
放射線モニタを、従来、複数台の検出器とサンプラの組
合せで実現していたものを、１台の検出器とサンプラの
組合せで実現できる。

【００２５】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図に基づいて説明する。図３は信号の流れを示す
ブロック図で、第１のセンサー１は、単体素子として受
感面積の大きい複数個のセンサーＡ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ
₄、・・・を電気的に並列に接続して構成する。第２の
センサー２は、単体素子として受感面積の小さい１個の
センサーＢで構成する。なお、４〜７は実施の形態１と
同じブロックである。

【００２６】図３でのセンサーの具体的な配列の例を図
４に示す。受感面積の小さいセンサーＢを中心に、受感
面積の大きいセンサーＡ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄、・・・
が取り囲み、全体が正方形になるように配列する。例え
ば、第１のセンサー１は、センサー素子単体Ａ₁、
Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄、・・・を１００個配列して構成し、
このセンサー素子単体とセンサーＢ（第２のセンサー）
との受感面積の比を１０²とすれば、第１のセンサーと
第２のセンサーの受感面積の比は、概ね１０⁴となる。

【００２７】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、センサー単体の受感面積の違いに加えて、受感面積
の大きい方のセンサーを電気的に並列に接続するように
したので、受感面積の違いを更に大きくすることができ
測定レンジの拡大が容易にできる。

【００２８】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図に基づいて説明する。図５はこの発明の実施の
形態３の検出器の構造を示す図で、（ａ）は側面図、
（ｂ）は下方から見た平面図である。図５（ａ）におい
て、放射線の入射方向に対してセンサー素子単体Ａ₁、
Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄で構成される第１のセンサーが配置さ
れ、その背後にコリメータ２１とセンサーＢとで構成さ
れる第２のセンサーを配置した構造とする。

【００２９】図５（ｂ）において、第１のセンサーは単
体素子として受感面積の等しいセンサーＡ₁、Ａ₂、Ａ
₃、Ａ₄が正方形になるように平面的に配列する。その
中心にコリメータ２１の孔がくるようにそのコリメータ
２１を配置する。そしてコリメータ２１の背後にセンサ
ー単体素子Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄と同じ受感面積のセ
ンサーＢを配置する。

【００３０】第２のセンサー２は、コリメータの穴の径
で受感面積の小さいセンサーを実現し、更に、コリメー
タの高さ（厚さ）で立体角の違いを実現している。例え
ば、第１のセンサー１の受感面積と第２のセンサー２の
コリメータの穴の面積の比を４００とし、コリメータの
厚み＝ｄとする。コリメータの厚み＝０と仮定した場合
と、コリメータの厚み＝ｄの場合との立体角の比が例え
ば２５とすると、第１のセンサー１と第２のセンサー２
（コリメータの厚み＝ｄ）の検出効率の比は、概ね１０
⁴となる。

【００３１】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、コリメータにより検出器全体の平面的な広がりを抑
制して検出効率の違いを大きくできるので、受感面積の
違いを容易に大きくすることができ測定レンジの拡大が
簡単に実現できる。また、第１のセンサーと第２のセン
サーの全てのセンサー素子は、１種類のセンサー素子で
構成することができる。

【００３２】実施の形態４．上記の実施の形態１〜３
は、センサーとして平面的に配列可能なセンサーを用い
たが、この実施の形態５はその具体的センサーとしてＣ
ｄＴｅ半導体またはＣｄＣｚＴｅ半導体を使用するもの
である。

【００３３】センサーにＣｄＴｅ半導体またはＣｄＣｚ
Ｔｅ半導体を使用することにより、広い測定レンジと高
温仕様が要求される事故時用の放射線モニタを簡素な構
成で実現できる。従来、この種の事故時用の放射線モニ
タとしては高温に耐える検出器としてＧＭ管が用いられ
ていたが、センサーにＣｄＴｅ半導体またはＣｄＣｚＴ
ｅ半導体を用い、検出器を１台で構成することで、高温
に耐えることができると共に、サンプラの台数が削減で
きる。また、平面配列とすることによりサンプラの寸法
を小型化できる。

【００３４】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５を図に基づいて説明する。図６は、信号の流れを示
すブロック図で、１〜４、６、５１〜５５、７１〜７３
は従来と同じブロックである。

【００３５】次に動作について説明する。（１）演算器５４は、定周期で第１のカウンタ５３およ
び第２のカウンタ７３からカウント値を入力し、それぞ
れ定周期毎のパルスの数から計数率を演算する。（２）第１のカウンタ５３に対応した計数率が所定の計
数率ｎ₁（測定レンジの上限値）以下の場合は、演算器
５４は第１のカウンタに対応した計数率を出力し、表示
器５５に表示する。

【００３６】（３）第１のカウンタ５３に対応した計数
率が所定の計数率ｎ₁（測定レンジの上限値）を超える
と、演算器５４は第２のカウンタ７３に対応した計数率
を出力し、表示器５５に表示する。この時、第２のカウ
ンタ７３に対応した計数率は、実際の計数率に第１のセ
ンサー１の検出効率と第２のセンサー２の検出効率の比
を乗じたものとする。

【００３７】（４）第２のカウンタ７３に対応した計数
率が低下して所定の計数率ｎ₂（測定レンジの下限値）
以下になったら、演算器５４は第１のカウンタ５３に対
応した計数率を出力する。この出力切換点ｎ₁、ｎ₂は
第１のセンサー１と第２のセンサー２が分担している測
定レンジのオーバーラップ領域内に設定し、ｎ₁＞ｎ₂
の値となるようにヒステリシスを設け、切換がハンチン
グするのを防止する。従って、予めｎ₁、ｎ₂を設定す
ることにより各センサーに対応する測定レンジが設定さ
れる。

【００３８】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、広範囲の測定レンジの測定が容易に実現でき、ま
た、演算器５４に計数率を切り換える手段を有するよう
にしたので、演算器５４と表示器５５をそれぞれ複数台
から１台に削減できる。

【００３９】実施の形態６．以下、この発明の実施の形
態６を図に基づいて説明する。図７は、信号の流れを示
すブロック図で、２２は切換スイッチであり、１〜４、
６、５１〜５５は従来と同じブロックである。

【００４０】次に動作について説明する。（１）第１のセンサー１からのパルス信号により計数率
を測定する。（２）第１のセンサー１による計数率が所定の計数率ｎ
₁以下（ｎ₁は測定レンジの上限値）の場合は、演算器
５４は切換スイッチ２２を第１のセンサー１のパルス信
号が入力されるようにして計数率を測定する。

【００４１】（３）第１のセンサー１による計数率が所
定の計数率ｎ₁（測定レンジの上限値）を超えたら、演
算器５４は切換スイッチ２２を切り換え、第２のセンサ
ー２に対応する計数率を測定する。この時、第２のセン
サー２に対応した計数率は、実際の計数率に第１のセン
サー１の検出効率と第２のセンサー２の検出効率の比を
乗じたものとする。

【００４２】（４）第２のセンサー２に対応した計数率
が低下して所定の計数率ｎ₂（測定レンジの下限値）以
下になったら、演算器５４は第１のセンサー１に対応し
た計数率を出力する。切換スイッチ２２の切換点ｎ₁、
ｎ₂の関係は、実施の形態５の場合と同様で、第１のセ
ンサー１と第２のセンサー２が分担している測定レンジ
のオーバーラップ領域内に設定し、ｎ₁＞ｎ₂の値とな
るようにヒステリシスを設け、切換がハンチングするの
を防止する。

【００４３】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、広範囲の測定レンジの測定が容易に実現でき、ま
た、センサーの出力を切り換える手段を有するようにし
たので、測定装置が１系統でよく、大幅に削減できる。

【００４４】実施の形態７．上記実施の形態では検出器
のセンサーは、受感面積により放射線の検出感度（検出
効率）を変化させるセンサーを用いたが、ＧＭ管やＮａ
Ｉシンチレータ等のように受感体積により検出感度が変
化するセンサーを用いるようにしてもよい。

【００４５】また、上記実施の形態では、放射線モニタ
について説明したが、放射線の測定装置一般に適用でき
る。

【００４６】

【発明の効果】（１）以上のようにこの発明の請求項１
の放射線検出器によれば、１台の検出器に放射線に対し
て検出感度が異なる複数のセンサーを搭載するようにし
たので、検出器とサンプラを複数台から１台にでき、物
量とコストを大幅に低減できる。

【００４７】（２）また、この発明の請求項２の放射線
検出器によれば、１台の検出器に放射線に対して受感面
積が異なる複数のセンサーを搭載するようにしたので、
検出器とサンプラを複数台から１台にでき、物量とコス
トを大幅に低減できる。

【００４８】（３）また、この発明の請求項３の放射線
検出器によれば、検出感度または受感面積の大きい方の
センサーは、センサー単体を複数個配置すると共に、電
気的に並列に接続して出力するセンサーとしたので、簡
単な構成で測定レンジを容易に拡大可能な放射線検出器
が得られる。

【００４９】（４）また、この発明の請求項４の放射線
検出器によれば、検出感度または受感面積の小きい方の
センサーは、コリメータを設けたセンサーとしたので、
測定対象の放射線を減少させることにより、簡単な構成
で測定レンジを容易に拡大可能な放射線検出器が得られ
る。

【００５０】（５）また、この発明の請求項５の放射線
検出器によれば、センサーとしてＣｄＴｅ半導体または
ＣｄＣｚＴｅ半導体を使用するようにしたので、コンパ
クトで、且つ、高温環境で使用可能な放射線検出器が得
られる。

【００５１】（６）この発明の請求項６の放射線モニタ
によれば、計数率を測定した結果により、最適の測定レ
ンジを選択して計数率を出力するようにしたので、広範
囲の測定レンジの測定が容易に実現できる。

【００５２】（７）また、この発明の請求項７の放射線
モニタによれば、最適の測定レンジを選択して計数率を
測定するようにしたので、広範囲の測定レンジの測定が
容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による放射線モニタ
のブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態１による放射線検出器
を実装した構造を示す図である。

【図３】この発明の実施の形態２による放射線モニタ
のブロック図である。

【図４】この発明の実施の形態２によるセンサーの配
列例を示す図である。

【図５】この発明の実施の形態３による検出器の構造
を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態５による放射線モニタ
のブロック図である。

【図７】この発明の実施の形態６による放射線モニタ
のブロック図である。

【図８】従来の低濃度の放射能測定用放射線モニタを
示すブロック図である。

【図９】従来の高濃度の放射能測定用放射線モニタを
示すブロック図である。

【図１０】放射線モニタの測定レンジを示す図であ
る。

【符号の説明】

１第１のセンサー２第２のセンサー３検出器４第１のプリアン
プ５第１の測定装置６第２のプリアン
プ７第２の測定装置８サンプラ２１コリメータ２２切換スイッチ５１第１のメインアンプ５２第１の波高弁
別器５３第１のカウンタ５４第１の演算器５５第１の表示器７１第２のメイン
アンプ７２第２の波高弁別器７３第２のカウン
タ７４第２の演算器７５第２の表示器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象に対し放射線の検出感度の異な
る複数個のセンサーを配置し、これらのセンサーから各
々出力するよう構成した放射線検出器。
【請求項２】請求項１記載の放射線検出器において、
放射線の検出感度の異なる複数個のセンサーは、放射線
の受感面積の異なる複数個のセンサーとしたことを特徴
とする放射線検出器。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の放射線検
出器において、複数個のセンサーの内、検出感度の大き
い方のセンサーまたは受光面積の大きい方のセンサー
は、センサー単体を複数個配置すると共に電気的に並列
接続して出力するよう構成したことを特徴とする放射線
検出器。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の放射
線検出器において、複数個のセンサーの内、検出感度の
小さい方のセンサーまたは受光面積の小さい方のセンサ
ーは、コリメータを設けたセンサーとしたことを特徴と
する放射線検出器。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項記載の放射
線検出器において、センサーとしてＣｄＴｅ半導体また
はＣｄＣｚＴｅ半導体を用いたことを特徴とする放射線
検出器。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項記載の放射
線検出器と、予め検出器の各センサー毎に計数率の測定
レンジを決めておき、測定の際には、上記各センサーか
らの出力により各々計数率を測定し、測定した計数率に
応じて上記測定レンジに対応したセンサーを選択し、そ
の選択したセンサーにより測定した計数率を出力する測
定手段とを備えた放射線モニタ。
【請求項７】請求項１〜５のいずれか１項記載の放射
線検出器と、予め検出器の各センサー毎に計数率の測定
レンジを決めておき、測定の際には、上記測定レンジに
対応したセンサーを選択して計数率を測定する測定手段
とを備えた放射線モニタ。