JP2003035779A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低線量率場から高線量率場までの放射線を１台
で検出することができる放射線検出器を提供する。 【解決手段】従来の放射線検出器が備えていたシンチレ
ータ11、光電子増倍管12、高電圧発生装置13及びパルス
アンプ回路14に加えて、直流成分計測回路（図１では直
流電流計測回路）15を備え、これによって、光電子増倍
管12が出力する電流信号の直流成分をその電流値に比例
する出力信号、例えば電流値に比例する周波数の定電圧
パルス、に変換して出力する。低線量率場ではパルスア
ンプ回路14の出力から求めた線量率または線量が採用さ
れ、高線量率場では直流成分計測回路15の出力から求め
た線量率または線量が採用される。

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、放射性物質や放
射線を取り扱う施設の周辺環境中の放射線の線量率及び
線量を計測する放射線計測技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境中の放射線の線量率または線量を計
測する環境放射線計測装置は、通常、計測環境中に設置
されてその環境の放射線を検出する放射線検出器と、そ
の出力信号を受けてその信号を放射線の線量率または線
量に変換して計測環境の放射線の線量率または線量を計
測・監視し、必要に応じて警報を発する本体部とで構成
されている。この目的に使用される放射線検出器には、
一般的に、放射線の検出感度の高いNaＩ(Tl)シンチレー
タを用いた放射線検出器（シンチレーション検出器）が
使用されている。

【０００３】図３は、このようなシンチレーション検出
器（図３では放射線検出器、以下では放射線検出器と呼
ぶ）１の構成を示すブロック図である。図３によって、
放射線検出器１の構成及び動作を説明する。放射線検出
器１は、入射した放射線を光信号に変換するNaＩ(Tl)シ
ンチレータ（以下では単にシンチレータと呼ぶ）11と、
これに密接して配置されシンチレータ11からの光信号を
電流信号に変換する光電子増倍管12と、光電子増倍管12
の電流信号のパルス成分を電圧パルス信号に変換するパ
ルスアンプ回路14と、光電子増倍管12に所定の高電圧を
供給する高電圧発生回路13と、不図示の制御回路や低電
圧電源回路と、で構成されている。放射線がシンチレー
タ11に入射すると、シンチレータ11は数μｓの時定数で
パルス状に発光する。この光パルスの波高値は入射した
放射線のエネルギーに比例する。シンチレータ11が発し
た光パルスの一部は、シンチレータ11に密接して配置さ
れた光電子増倍管12に入射して光電子増倍管12内に光電
子を発生させる。この光電子が、光電子増倍管12で多段
増幅されて、入射した光パルス信号に相当する電流パル
ス信号として出力される。この電流パルス信号が、パル
スアンプ回路14に入力され、入射した光パルス信号に対
応する電圧パルス信号に変換される。この電圧パルス信
号が、環境線量計測装置の本体部にある線量変換回路へ
出力され、線量率または線量に変換される。放射線検出
器１が出力する電圧パルス信号の波高値は、入射した放
射線（γ線）のエネルギーに比例するので、入射した放
射線の全エネルギーは、入射したそれぞれの放射線に対
応する電圧パルス信号の波高値を積算することによって
算出することができる。

【０００４】放射線検出器１周辺の放射線の線量率が１
μGy/h程度以下の低線量率場であれば、シンチレータ11
は離散的に発光するので、光電子増倍管12は、シンチレ
ータ11からの光パルス信号を独立した電流パルス信号と
して出力できる。図４は、このような低線量率場におけ
るシンチレータ11の光パルスを模擬的に示した線図であ
り、横軸に時間をとり、縦軸にシンチレータ11の発する
光の強度を示している。このような光パルス信号に対応
する電流パルス信号がパルスアンプ回路14に入力される
と、パルスアンプ回路14も独立した電圧パルス信号を出
力し、この独立した電圧パルス信号が放射線検出器１と
は離れて設置されている環境線量計測装置の本体部の線
量変換回路で線量率及び線量に変換される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、放射線検出
器１周辺が 100μGy/h程度を越えるような高線量率場に
なると、個々の放射線に対応して発せられるシンチレー
タ11の個々の発光パルスが重なり合ってきて、図５（図
４と同様に、横軸に時間をとり、縦軸にシンチレータ11
の発する光の強度を示している）に模擬的に示したよう
に、見かけ上、連続的な発光状態となり、光電子増倍管
12の出力電流信号も、連続的な電流信号、すなわち直流
電流成分を多く含む電流信号となる。

【０００６】したがって、高線量率場におけるパルスア
ンプ回路14の出力信号は、光電子増倍管12の出力電流信
号の内の交流成分だけを出力することになり、シンチレ
ータ11に入射した全ての放射線を正確に検出したもので
はなくなる。このため、従来技術においては、通常の環
境放射線計測装置として、NaＩ(Tl)シンチレータを用い
た放射線検出器１と、高線量率場でも出力信号が飽和し
ないで正確な測定が可能な電離箱検出器と、を併設し、
周辺の線量率値に応じて、どちらかの検出器の測定結果
を選択するという、２種類の放射線検出器を１セットと
する方式が一般的に採用されている。

【０００７】このように、従来の環境放射線計測装置
は、２種類の放射線検出器を用いているので、２種類の
放射線検出器のそれぞれに関係して設置面積やメンテナ
ンス部品、維持費用等を必要とし、その結果として、広
い設置面積を必要とし、装置が高価となり、維持費も高
くつくという問題点をもっている。この発明の課題は、
上記のような従来技術の問題点を解消するために、低線
量率場から高線量率場までの放射線を１台で検出するこ
とができる放射線検出器を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の発明者は、高
線量率場でシンチレータが発する光信号の直流成分、す
なわち、光電子増倍管の出力電流信号の直流成分が入射
放射線の線量率に比例することを経験的に把握し、この
直流成分をパルス信号とは別の信号として出力すれば、
従来技術において電離箱検出器によって計測していた高
線量率場の放射線の線量率を計測することが可能である
ことに考え至り、この発明を考案することとなったので
ある。

【０００９】請求項１の発明は、入射した放射線によっ
てシンチレータが発する光信号を光電子増倍管で電流信
号に変換し、その電流信号によって設置環境の放射線を
検出する放射線検出器であって、光電子増倍管からの電
流信号のパルス成分をパルス電圧信号に変換して出力す
るパルスアンプ回路と、光電子増倍管からの電流信号の
直流成分をその電流値に比例する出力信号に変換して出
力する直流成分計測回路と、を備えている。

【００１０】パルスアンプ回路が、低線量率場における
入射放射線をそのエネルギーに比例した離散的な電圧パ
ルス信号として出力し、且つ、入射放射線によるシンチ
レータの光信号が連続的となって直流成分をもち、パル
スアンプ回路では正確な検出が難しい高線量率場におい
ては、直流成分計測回路が、その直流成分に比例する出
力信号を出力するので、この発明による放射線検出器を
用いれば、従来技術におけるように２つの放射線検出器
を併用することを必要とはしない。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、光電子増倍管の周辺温度を計測する測温手段と、こ
の測温手段の出力によって光電子増倍管のゲインの温度
変化及びシンチレータの発光特性の温度変化を補償する
温度補償手段と、を備えている。測温手段と温度補償手
段とによって光電子増倍管のゲインの温度変化及びシン
チレータの発光特性の温度変化を補償するので、広い温
度範囲にわたって線量率及び線量を高精度で計測するこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明による放射線検出器の実
施の形態について実施例を用いて説明する。なお、従来
技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。 〔第１の実施例〕図１は、この発明による放射線検出器
の第１の実施例1aの構成を示すブロック図である。

【００１３】この放射線検出器1aは、図３に示した従来
技術による放射線検出器１の構成要素であるNaＩ(Tl)シ
ンチレータ（以下では単にシンチレータと呼ぶ）11、光
電子増倍管12、パルスアンプ回路14及び高電圧発生回路
13に加えて、光電子増倍管12の出力電流の直流成分を計
測する直流成分計測回路（図１では、直流電流計測回
路）15と、不図示の制御回路や低電圧電源回路と、を備
えており、これらの構成要素が遮光とシールドとを兼ね
た金属製（例えばアルミ製）の筐体内に収納されてい
る。パルスアンプ回路14の出力及び直流成分計測回路15
の出力は、環境放射線計測装置の本体部等に備えられて
いる後段のそれぞれの線量変換回路に入力され、線量率
または線量に変換される。低線量率側では、パルスアン
プ回路14の出力から変換された線量率または線量の値が
採用され、高線量率側では、直流成分計測回路15の出力
から変換された線量率または線量の値が採用される。両
者の切り換えレベルは実測データに基づいて決定され
る。

【００１４】従来技術の項で説明したように、放射線が
シンチレータ11に入射すると、シンチレータ11は、入射
した放射線のエネルギーに比例した波高値をもつパルス
状に数μｓの時定数で発光する。シンチレータ11が発し
た光パルスの一部は、シンチレータ11に密接して配置さ
れた光電子増倍管12に入射して光電子増倍管12内に光電
子を発生させる。この光電子が、光電子増倍管12で多段
増幅されて、入射した光パルス信号に相当する電流パル
ス信号として出力される。この電流パルス信号が、パル
スアンプ回路14に入力され、入射した光パルス信号に相
当する電圧パルス信号に変換される。この電圧パルス信
号が、環境線量計測装置の本体部にある線量変換回路へ
出力され、線量率または線量に変換される。放射線検出
器１が出力する電圧パルス信号の波高値は、入射した放
射線（γ線）のエネルギーに比例するので、入射した放
射線の全エネルギーは、入射したそれぞれの放射線の波
高値を積算することによって算出することができる。

【００１５】以上のように、入射した放射線が離散した
電圧パルス信号として出力される場合には、放射線検出
器がシンチレータ11、光電子増倍管12、パルスアンプ回
路14及び高電圧発生回路13を備えていれば足りる。しか
し、より高線量率の場になると、入射した放射線の全て
が離散した電圧パルス信号として出力される状況ではな
くなるので、パルスアンプ回路14からの出力電圧パルス
信号によるだけであれば、入射した放射線を正確に検出
することができなくなる。

【００１６】直流成分計測回路15は、このような場合、
すなわち入射した放射線が離散的ではなくなって、光電
子増倍管12の出力電流信号が連続的な直流成分を含むよ
うになった場合に、その直流成分の大きさに比例した周
波数の一定電圧パルスを出力する。直流成分の大きさ
は、入射した放射線の線量率に比例するので、直流成分
計測回路15が出力する一定電圧パルスの周波数から、放
射線検出器1aが設置されている位置の放射線の線量率を
算出することができる。電流値を周波数に変換するの
は、放射線検出器1aから環境線量計測装置の本体部まで
への出力信号の送信に伴う問題点が最も少ないからであ
る。したがって、直流成分計測回路15の出力は、直流成
分の大きさに比例する信号であればよく、直流成分の大
きさに比例した周波数の一定電圧パルスに限定されるも
のではない。

【００１７】高電圧発生回路13は、光電子増倍管12にバ
イアス電圧を供給する回路であり、不図示の制御回路
は、放射線検出器1a内部の電源電圧を監視し、この電圧
が規格値から逸脱すると外部に警報信号を送出する機能
等を備えており、ＣＰＵ等で構成されている。また、不
図示の低電圧電源回路は、パルスアンプ回路14や高電圧
発生回路13、直流成分計測回路15等を動作させるための
電源回路である。

【００１８】以上の説明から明らかなように、この実施
例の放射線検出器1aは、従来技術においては併設されて
いた２つの放射線検出器、例えばシンチレーション検出
器及び電離箱検出器、の機能を兼備しているので、この
実施例の放射線検出器1aを用いることによって、放射線
検出器の設置面積が小さくなり、必要なメンテナンス部
品の数が減り、維持費用が低減する。更に、複数の放射
線検出器が１つの放射線検出器になるのであるから、従
来技術の場合には、厳密に考えると、線量率のレベルに
よっては異なる位置で実行していた放射線検出を、同じ
位置での放射線検出にしているという利点もある。

【００１９】〔第２の実施例〕図２は、この発明の第２
の実施例1bの構成を示すブロック図である。第２の実施
例1bが第１の実施例1aと異なる点は、測温素子16と温度
補償回路17とを備えていることである。測温素子16は、
光電子増倍管12に隣接して配置され、その周辺の温度を
計測する。温度補償回路17は、測温素子16が計測した温
度信号にしたがって、光電子増倍管12のバイアス電圧で
ある高電圧発生回路13の発生高電圧の値を制御するため
の制御信号を高電圧発生回路13に出力する。高電圧発生
回路13は、その制御信号に制御されて、光電子増倍管12
のゲインの温度変化及びシンチレータ11の発光特性の温
度変化を補償するバイアス電圧を発生して光電子増倍管
12に供給し、この放射線検出器1aの放射線検出特性（線
量率換算）の温度依存性を所定の精度（例えば±５％）
内に収めている。

【００２０】測温素子16としては、測温抵抗体や、熱電
対等が使用される。温度補償回路17としては、温度補償
回路17内にＲＯＭ等の記憶素子を備え、この記憶素子
に、周囲温度と、その周囲温度で所定の線量率検出感度
を得るための光電子増倍管12のバイアス電圧と、を１対
１で対応させて記憶させておき、測温素子16からの温度
信号によって、これに対応する光電子増倍管12のバイア
ス電圧を記憶素子から読み出して、そのバイアス電圧を
高電圧発生回路13に発生させるための制御信号を高電圧
発生回路13に出力する、という温度補償回路が使用され
ている。温度補償回路17に要求される機能は、光電子増
倍管12のゲインの温度変化及びシンチレータ11の発光特
性の温度変化を補償して、放射線検出器の放射線検出特
性（線量率換算）の温度依存性を所定の精度（例えば±
５％）内に収めることである。

【００２１】以上の実施例においては、線量変換回路が
環境線量計測装置の本体部に備えられている例を説明し
たが、線量変換回路が放射線検出器に内蔵されて、放射
線検出器が線量率や線量を出力できるようにすることも
可能である。

【００２２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、パルスアンプ
回路が、低線量率場における入射放射線をそのエネルギ
ーに比例した離散的な電圧パルス信号として出力し、且
つ、入射放射線によるシンチレータの光信号が連続的と
なって直流成分をもち、パルスアンプ回路では正確な検
出が難しい高線量率場においては、直流成分計測回路
が、その直流成分に比例する出力信号を出力するので、
この発明による放射線検出器を用いれば、従来技術にお
けるように２つの放射線検出器を併用することを必要と
はしない。したがって、この発明によれば、低線量率場
から高線量率場までの放射線を１台で検出することがで
きる放射線検出器を提供することが可能となる。

【００２３】請求項２の発明によれば、測温手段と温度
補償手段とによって光電子増倍管のゲインの温度変化及
びシンチレータの発光特性の温度変化を補償するので、
広い温度範囲にわたって線量率及び線量を高精度で計測
することができ、放射線検出器としての放射線検出特性
の温度特性仕様を満足させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による放射線検出器の第１の実施例の
構成を示すブロック図

【図２】第２の実施例の構成を示すブロック図

【図３】シンチレータを用いた従来技術による放射線検
出器の構成を示すブロック図

【図４】低線量率でのシンチレータの発光状態を示す模
擬線図

【図５】高線量率でのシンチレータの発光状態を示す模
擬線図

【符号の説明】

１，1a, 1b 放射線検出器 11 NaＩ(Tl)シンチレータ 12 光電子増倍管 13 高電圧発生回路 14 パルスアンプ回路 15 直流成分計測回路 16 測温素子 17 温度補償回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 敏和 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G088 EE08 GG18 KK11 LL21

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射した放射線によってシンチレータが発
   する光信号を光電子増倍管で電流信号に変換し、その電
   流信号によって設置環境の放射線を検出する放射線検出
   器であって、 光電子増倍管からの電流信号のパルス成分をパルス電圧
   信号に変換して出力するパルスアンプ回路と、 光電子増倍管からの電流信号の直流成分をその電流値に
   比例する出力信号に変換して出力する直流成分計測回路
   と、を備えていることを特徴とする放射線検出器。
2. 【請求項２】光電子増倍管の周辺温度を計測する測温手
   段と、 この測温手段の出力によって光電子増倍管のゲインの温
   度変化及びシンチレータの発光特性の温度変化を補償す
   る温度補償手段と、を備えていることを特徴とする請求
   項１に記載の放射線検出器。