JP2004138396A - 位置検出型放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線の量とその位置とを同時に測定できる位置検出型放射線検出器は、従来細管状の線量計を１次元検出器として用い、これを並列に多数並べて面状の検出器を構成していたので、位置検出回路が複雑で高価になるという課題があった。
【解決手段】陽電極１及び陰電極２を対向させた対向電極を電離箱３中に所定の間隔で配置し、所定の電圧を印加する。各対向電極に流れる電流を電流検出装置Ｉにより検出する。電流を検出したとき電流検出装置Ｉから電流が流れた電極の位置を特定する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子力発電所、核燃料再処理工場など放射線量を測定する機会のある施設に於いて、被爆管理等の目的で放射線量とその二次元位置とを検出する位置検出型放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被爆管理のため、放射性塵埃で汚染された人体または物体の放射線量を測定する場合には、放射線量の測定とともにその放射位置を測定することが、汚染部位を特定するなどの被爆管理上不可欠である。ここで位置の測定精度は数ｃｍあれば一般的には十分である。そして、従来、この目的の検出器には放射位置を２次元的に測定できる位置検出型放射線検出器が用いられている。従来の位置検出型放射線検出器は、一次元（Ｘ方向）の位置を検出できるもの（例えば、Ｘ方向が約１０ｃｍ、Ｙ方向は検出器外径に等しい約２．５ｃｍ程度のもの）を複数本、面状に並べることで二次元（Ｘ−Ｙ方向）の位置計測を実現している。（例えば特許文献１参照。）
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２８１２４６号公報、図４及び段落［０００２］〜［０００８］参照
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の位置検出型放射線検出器の位置検出原理は、線状の比例計数管を１次元測定の基本構成要素としているため、位置分解能は１ｍｍ程度と一般的被爆管理には必要以上な性能が得られる、また高感度であるが、計測可能な線量範囲が狭く経年特性劣化も大きい。また、１次元位置の検出を行うには比例計数管の両端に達する信号到着時間差から位置を計算するため、多数のプリアンプ、アンプ及び信号処理回路が必要となり、高価であるという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、測定可能な線量範囲が広く、検出器及び信号処理回路の構成を単純化して安価に製作することが可能な位置検出型放射線検出器を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る位置検出型放射線検出器は、所定の間隔で対向して平行に配置され電圧を印加される板状の陰電極と陽電極とを有する対向電極を、複数個所定のガスを保持して密閉した電離箱中に、複数の前記対向電極を所定の間隔で、前記陰電極同士又は陽電極同士が互いにほぼ同一面内となるよう配置する。そして、前記対向電極のそれぞれごとに、対向する前記陰電極と陽電極間に流れる電流量を検出して出力する電流位置検出手段を備えたものである。
【０００７】
各電流位置検出手段はどの位置の電極に接続されているかはわかっているので、この構成により放射線量を電極位置をパラメータとして、また、各電極の大きさを位置分解能として測定でき、位置を検出するための特定の回路を必要としない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の位置検出型放射線検出器の構造斜視図、図２はその断面説明図である。気密状態で後述するガスを封入した電離箱３の内部に設けた複数の陽電極１と陰電極２とは、それぞれ例えば直径２．５ｃｍの金属板で構成され、陽電極１と陰電極２との電極間距離０．２ｃｍで対向して平行に配置し、また、ピッチ３ｃｍで縦横に、ほぼ同一面内に（互いの陰電極同士または陽電極同士が同一面内にあるように）配置されている。対向する陽電極１と陰電極２とで対向電極を構成している。
【０００９】
電離箱３の内部は、例えば窒素１気圧のガスが充填され、電極間には例えばＥ０＝２００ｖの電圧を印加する。図１の検出原理は電離箱方式と呼ばれるものであるため、従来の比例計数管方式で用いられた高電圧は必要ない。この構成の場合、コバルト６０−１ｍｇから放出される放射線に対して、１電極あたり約５０ｎＡの電極間電流が生じる。計測範囲の上限は電源回路の構成によって決まるが、１００ｍＡ程度の電源であれば安価な市販品が数多くあり、適切な電源Ｅ０を用いることにより、コバルト６０を例に取ると、１ｍｇから１．５Ｋｇまでの広範囲の計測ができる。出力電流値は電流計測回路Ｉにより計測される。
【００１０】
図１では、理解を助けるため、図示左端の１列分の回路しか示していないが、各陽電極１と陰電極２で構成された個別の対向電極部分は、互いに電気的に分離し、個々に出力電流を取り出す回路としている。各電流計測回路Ｉが接続された電極の位置は当然わかつているから、どの電流計測回路Ｉに電流が流れたかを確認すれば電流がながれた電極位置をしることができ、放射線が通過した位置を知ることが出来る。電流計測回路Ｉはこの発明に言う電流位置検出手段である。
前述の印加電圧、電極間距離、極板の大きさなどは適宜変更し得る。電極の大きさを小さくして、個数を増やし、単位面積あたりの配置数を増せば、位置測定上の分解能を高めることが出来るが、一般の被爆管理を目的とする場合数ｃｍの分解能で十分である。
なお、電極の形状は図では円板状としたが、円である必要はなく、三角や四角その他の多角形であってもよい。また図１はすべての電極が電気的に互いに独立しているため、時間的に連続した計測が可能である。なお、図１では平面に配列するものを示しているが、例えば測定対象が人体であれば、体を包むような曲面に配置しても良い。測定面積を拡大するため図１の電離箱３を複数並べて良いことは言うまでもない。
【００１１】
実施の形態２．
実施の形態１の図１では１つの電離箱３内に多数の電極を配置しているが、図３に示すように、１対の対向電極のみを１つの小型電離箱３０に挿入し、この小型電離箱３０を電極の面がほぼ同一面にそろうように多数配置するようにしても良い。この場合の電極の接続や電流の測定については実施の形態１と同じであるので説明を省略する。小型電離箱３０には１対の対向電極に限らず、例えば縦又は横１列の電極を全て収納するなど種々の形態を取ることが出来ることは言うまでもない。図３の構成の場合、使用する小型電離箱３０の数を増減すれば測定対象の大きさに応じた最適の大きさの検出器が構成できるという効果が得られる。
【００１２】
実施の形態３．
被爆管理の目的に使用する場合には、測定速度にそれほどの高速性は要求されない場合が多いので、図１や図３のように全ての電極に同時に電圧を印加するため多数の電源を用いるまでもなく、図４に示すように電源Ｅ０と電流測定装置Ｉをそれぞれ１つにして回路構成を簡略化することが出来る。図４では説明の都合上、電離箱は図示省略している。
図４では横配列（第１の方向という）の陰電極２を図５に示すように互いに同電位とするよう電線４により電気的に接続する。また、第１の方向と交差する方向（第２の方向という）例えば縦配列の陽電極１も互いに図５に示すように電気的に接続する。横の各列を選択的に切り替えるスイッチＳ１と、縦の各列を選択的に切り替えるスイッチＳ２とを以下に説明するように動作させて各個別対向電極毎に所定の時間長さづつ電圧を印加して、同時に流れる電流を電流計測回路Ｉにより計測する。これによってどの位置の電極にいくら電流が流れたか判定できる。
【００１３】
測定速度（測定周期）については、検出器の大きさ及び測定回路の回路構成により異なるが、例えば図６に動作タイミング説明を示しているように、１カ所の電極に電圧を印加する時間を４ｍｓとする場合、横列のスイッチＳ１を４ｍｓづつ接点１〜４を順次切り替えこれを繰り返す。そして縦列のスイッチＳ２は４×４ｍｓ＝１６ｍｓごとに１ステップづつ３ステップを切り替える。これにより陽電極１と陰電極２との間に電圧が印加される場所はスイッチ動作により走査されて順次移動して、図４に示す１２カ所の走査は４×１２＝４８ｍｓで１サイクルを終了する。電極の数が例えば縦横各５０個でも周期は５０×５０×４ｍｓ＝１０秒となり、被爆管理目的では十分な性能が得られる。
【００１４】
図４の構成の場合、スイッチＳ１，Ｓ２とスイッチを切り替えるための走査回路（図示しない）が必要であるが電源装置Ｅ０と電流測定装置Ｉが１つですむという効果が得られる。また測定は間欠測定となるが１周期が短いので被爆管理の目的は十分達することが出来る。図４では図示説明の都合上、陽電極１と陰電極２とは直交して配置されているように書いているが、配列は直交である必要はない。また、第１の方向と第２の方向とは直交しているかのように説明したが、互いに交差する方向であればよい。また電流が流れた電極位置は両スイッチの位置から容易に判断できることは言うまでもない。図４の場合はスイッチＳ１と電流測定装置Ｉとでこの発明に言う電流位置検出手段を構成する。
【００１５】
実施の形態４．
図７に示すように全ての陽電極１（又は陰電極２）を電気的に接続して共通電位とし、陰電極２（又は陽電極１）を任意の方向に互いに高電気抵抗線５で接続する。以下、図７に従って陽電極１を共通接続し、陰電極２は横方向に接続した場合について説明する。横方向に接続した陰電極２の各列にスイッチＳ３を切り替えて順次電圧を印加する。スイッチＳ３で選択された回路の横方向に並んだ３個の電極の内のいずれかに電流が流れた場合、どの電極に流れたかは電流測定装置ＩでもスイッチＳ３でも知ることが出来ない。そこで、高電気抵抗線５の他端にもスイッチＳ３と同期して動作するスイッチＳ３を設け、その外側に公知の電流タイミング測定装置６（この発明に言う電流位置演算手段）を設ける。電流が流れた電極の横方向の位置の差によつて両端に生じるパルスの検出タイミングが異なること（特許文献１参照）を利用して位置を検出する。この場合、位置検出精度は電極板の分解能以上を要しないから線量計における場合の位置精度より格段に低くて良いという効果が得られる。あるいはもう一つの方法として、縦方向の各列に電流測定回路Ｉを挿入してどの列に電流が流れたかを検出しても良い。なお、接続線だけでなく電極板も高抵抗素材としてもよいし、しなくてもそれなりの効果は得られる。
【００１６】
図７の場合、横１列ごとの電圧の印加時間を４ｍｓｅｃとすると、５０段でも２００ｍｓ周期で信号が取り出されるので、図４のものよりは測定周期を短くすることが出来る。被爆管理の目的で位置検出型放射線検出器を用いる場合にはこの早さで充分実用に耐える。また、電極に中性子有感物質を塗布すれば、中性子の計測も可能である。
【００１７】
実施の形態５．
用途を限定（例えば被爆管理）することにより、極端に高い放射線レベルの測定はないものと仮定することが出来る場合がある。これにより検出器の絶縁材料に樹脂を使う事が可能になり、図８の断面図、図９の平面図に示すように、アクリル等の樹脂板の絶縁材料７に穴１０を設け、穴１０の両端に電極（いずれも金属板）を埋め込むという、従来の線量計に比して簡易な構造にすることが出来る。穴１０は貫通穴でもよいし貫通しない穴でも良い。電極間に注入するガス８の種類および純度は、被爆管理の用途には乾燥空気を１気圧程度封入することで充分対応できるため、電極材料の表面処理を行うのみで、線量計などを用いる場合に必要な金属内からのアウトガスを放出させるための排気工程を省略した簡易な製作が可能となり安価に製作できる。図９の接続線４は各陽電極１から個別に引き出した図としているが、この図の構成に限らず実施の形態３、４に示した各構成を用いて良いことは言うまでもない。実施の形態３の図４の構成を本実施の形態の図９に用いる場合、陽電極１は各対向電極ごとに分離せず縦方向の短冊形に、また、陰電極２も横方向の短冊形とすることが出来る。
また、実施の形態４の図７の構成を用いる場合には、図１０に示すように片側の電極は全電極を１枚の電極板とすることが出来る。
【００１８】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、測定可能な線量範囲が広く、被爆管理に十分な位置測定精度を備えた位置検出型放射線検出器を安価に製造する事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の位置検出型放射線検出器の構成図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２の位置検出型放射線検出器の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３の位置検出型放射線検出器の構成図である。
【図５】図４の構成の細部説明図である。
【図６】図４の動作タイミング説明図である。
【図７】この発明の実施の形態４の位置検出型放射線検出器の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態５の位置検出型放射線検出器の構成図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】実施の形態５の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　　陽電極、　　　２　陰電極、　　３　電離箱、　　４　接続線、
５　高抵抗線、　　６　電流タイミング測定装置、　　７　絶縁材料、
８　　電離ガス、　　１０　穴、　　３０　小型電離箱、
Ｓ１　第１のスイッチ、　　Ｓ２　第２のスイッチ、
Ｅ０　電源装置、　　Ｉ　電流測定装置。

Claims (7)

1. 所定の間隔で対向して平行に配置され電圧を印加される板状の陰電極と陽電極とを有する対向電極、
   所定のガスを保持するとともに、このガス中に複数の前記対向電極を所定の間隔で、前記陰電極同士又は陽電極同士が互いにほぼ同一面内となるよう配置した電離箱、
   前記対向電極のそれぞれに設けられ、対向する前記陰電極と陽電極間に流れる電流量を検出して出力する電流位置検出手段を備えたことを特徴とする位置検出型放射線検出器。
2. 所定の間隔で対向して平行に配置され電圧を印加される板状の陰電極と陽電極とを有する対向電極、
   所定のガスを保持し、このガス中に前記対向電極を収納するとともに、それぞれの前記対向電極の陰電極同士または陽電極同士が互いにほぼ同一面内となるよう、所定の間隔で複数配置した電離箱、
   前記対向電極のそれぞれに設けられ、対向する前記陰電極と陽電極間に流れる電流量を検出して出力する電流位置検出手段を備えたことを特徴とする位置検出型放射線検出器。
3. 前記陰電極の内、第１の方向に配列されたもの同士は互いに電気的に接続され、前記陽電極の内、前記第１の方向と交差する第２の方向に配列されたもの同士は互いに電気的に接続されているとともに、前記第１の方向に接続する複数の接続線のいずれかを選択する第１のスイッチと、前記第２の方向に接続する複数の接続線のいずれかを選択する第２のスイッチとを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出型放射線検出器。
4. 前記陽電極と前記陰電極のいずれか一方は、その全てが互いに同電位に接続されるとともに、
   前記互いに同電位に接続されなかった陰電極又は陽電極の内、第１の方向に配列されたもの同士を互いに接続する複数の高電気抵抗線、
   前記複数の高電気抵抗線のいずれかを選択する第３のスイッチ、
   前記選択された高電気抵抗線の両端から得られる信号の時間差により、電流が流れた前記対向電極を特定する電流位置演算手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出型放射線検出器。
5. 前記高電気抵抗線で接続された陰電極又は陽電極は高電気抵抗素材で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の位置検出型放射線検出器。
6. 前記所定のガスは、ほぼ１気圧の乾燥空気であることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出型放射線検出器。
7. 前記電離箱は、絶縁性の樹脂板に設けた穴の底面または開口面に金属板製の電極を貼り付けて構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出型放射線検出器。

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