JP2004170122A - Method for discriminating gamma ray prevalent incidence direction - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガンマ線卓越入射方向の弁別方法に関し、特にガンマ線の一平面における卓越入射方向(装置を垂直に設置した場合には水平方向からの入射方向)を求める方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、狭い視野内における入射方向を弁別する方法が開発されている。また、医療分野においては被検者の周囲に多数の検出器を配置し、それらの検出器で放射線の入射方向を弁別し、体内臓器あるいはガン組織の形状把握に用いられている。
【0003】
しかしながら、前記の狭い視野内の入射方向弁別器では、全方向からの情報を入手するためには多数回の測定を繰り返すか、多数個の測定器を用いる必要があり、測定時間または多額の購入資金が必要となる。また、医学分野で使用されている測定器系は外部から入射してくる放射線を対象とすることはできない。
【0004】
一方、これまでの環境放射線の測定器は方向依存性の無い測定器が理想的な測定器と考えられ、測定地点の線量率を正しく求めるものとして開発されてきたこともあり、放射線の入射方向に関する情報を効率よく取得する方法は開発されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような現状を省みて、より詳細な環境放射線レベルの研究を押し進めるに当たっては放射線の入射方向に関する情報を入手することが大変重要であるとの考えに基づき検討されたものであり、比較的短時間に、容易にガンマ線の入射方向情報を求めることができる方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外部から入射するガンマ線の卓越した一方向を求めるように、円筒形検出部に特定の形状の遮蔽体を被せ、検出部の角度応答に方向依存性を持たせ、その遮蔽体の位置を変更した複数回の測定により、卓越したガンマ線の入射方向を求めるようにしたものである。本発明によるガンマ線卓越入射方向の弁別方法によれば短時間の測定によりガンマ線の卓越入射方向を求めることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0008】
本発明は、外部から入射するガンマ線の卓越した一方向を円筒形のガンマ線検出部を用いて求めるガンマ線卓越入射方向の弁別方法であり、該検出部の角度応答に方向依存性を持たせ、かつ該検出部の周りを回転して位置を変更しうるように構成された遮蔽体を、該検出部に被せ、ついで該遮蔽体を一定角度回転させ、その都度測定した複数回の計測値の差異より卓越入射方向を求めるものである。この回転は手作業で行なっても、遠隔操作によりモータでゆっくり回転させながら自動計測させてもよい。この測定は計数率、または計数率およびエネルギースペクトルの両方について行なうのが好適である。この測定値に基づいて、計数率の差異または特定のエネルギー領域の計数率の差異を用いて卓越入射方向を求めることができる。
【0009】
上記のように、遮蔽体を一定角度回転させてその都度測定する際に、たとえば90度毎に回転させたときには、合計4回の計測回数を行い、それぞれの計数率をA, B, C, Dとし、(A−C)/((B−D), (B−D)/(A−C)を計算して卓越入射方向が求められうる。
【0010】
本発明のガンマ線卓越入射方向の弁別方法において好適に用いられる弁別器は、外部から入射するガンマ線の卓越した一方向を求めるガンマ線卓越入射方向弁別器であり、円筒形のガンマ線検出部、および該検出部に被せて該検出部の角度応答に方向依存性を持たせうる遮蔽体を備え、該遮蔽体は該検出部の周りを回転して位置を変更しうるように構成されてなる。円筒形のガンマ線検出部は、通常の市販NaI(Tl)シンチレータを用いるのが好適である。そのサイズとしては、たとえば1インチ(2.5cm)×1インチ(2.5cm)φのシンチレータを用い、計数率を計測するシステム、または3インチ(7.6cm)×3インチ(7.6cm)φのシンチレータを用い、計数率およびエネルギースペクトルを計測するシステム、を採用したものが使用される。
【0011】
上記の遮蔽体は、該検出部に被せて該検出部の角度応答に方向依存性を持たせうるものであり、該検出部の周りを回転して位置を変更しうるように構成されている。そして、この遮蔽体は、上記の方向依存性を有するために側部の一部に切欠きを有する円筒形であるのが好適である。このような切欠きの形状は、一側方からみて、一回転中に開口面積が最大値から最小値へとなだらかに減少し、続いてなだらかに増加して元の最大値へ復帰する形状が入射方向弁別能力が向上する点で好ましい。あるいは、円筒を斜めに切断してできる形状のような開口面積を構成するように多数の穴を開けた形状、またはこれらに類する形状であってもよい。また、遮蔽体の形状はシンチレータに被せて回転可能な筒形をなすが、厚みの一定な円筒形のものがデータ処理が容易なのでより好ましい。厚みが一定でない筒形のものを採用する場合は、予め既知の放射線源を対象に回転位置による入力値変化のデータ取りをしておき、それを基に実際の測定時に得られるデータを補正する。
【0012】
ここで、本発明に好適に用いられる弁別器の1態様を図面とともにさらに詳細に説明する。図1は、このようなガンマ線卓越入射方向弁別器を示す概略図である。図1において、検出部1はその検出部を遮蔽体2(三角形の切欠きを有する)に覆われた状態を示す。通常の使用条件としてガンマ線卓越入射方向弁別器は図1に示すように検出部支持台4に検出部固定棒5の固定用金具6を用いて、また水平計7と水平調節ネジ8により垂直に固定され、水平方向からの卓越入射方向を求める。検出部1からの出力は線量率のみを求める場合にはレートメータ9に、エネルギースペクトルも求める場合には波高弁別器10に接続されるものとする。
【0013】
検出部は1インチ(2.5cm)×1インチ(2.5cm)φのNaI(Tl)シンチレータや3インチ(7.6cm)×3インチ(7.6cm)φのNaI(Tl)シンチレータを用いるのが一般的であるが、他のサイズの検出部も使用することができる。検出部の設置方向を再現性あるものとするため、方位決定用に磁石11を支持台に取り付け、設置方向の目安とする。
【0014】
図1に示すように検出部の固定棒5は固定金具6で固定され、上部の遮蔽体2を回転したときに移動しないようにした。また、遮蔽体2の回転位置を正確に定めるため、固定位置のマーク3を設けるとともに、固定位置において安定させる。
【0015】
図2は遮蔽体2をはずした場合の検出部1の構造を示す。検出部1の上部には遮蔽体2を回転させるための回転軸12、ボールベアリング受け口13が取り付けられている。また支持台4への固定するための検出部固定棒5も取り付けられている。
【0016】
図3には遮蔽体2の形状と展開図が示してある。展開図は検出部1が3インチ(7.6cm)×3インチ(7.6cm)φの場合を示しており、プラスαと記載されている寸法はシンチレータの被覆材の厚みを考慮し、サイズを若干大きくした部分を示す。14は遮蔽体回転軸12の支持具、そして15は遮蔽体回転軸12の受け口を示す。
【0017】
遮蔽体2の三角形の切欠き部分は被複に包まれた内部のシンチレータの位置に上下関係が丁度重なるようにする。遮蔽体2の形状を三角形ではなく若干曲率を持たせることにより角度弁別分解能が改善されるが、その効果はあまり大きくないため、単純な三角形のままでよい。遮蔽体2の厚みは対象とするガンマ線のエネルギーにより異なるものとなるが、通常の使用では鉛厚で2cmが適当である。標準的なシンチレータとしてアルミニウムで被覆された1インチ(2.5cm)×1インチ(2.5cm)φまたは3インチ(7.6cm)×3インチ(7.6cm)φのNaI(Tl)を使用する。
【0018】
遮蔽体2を一定角度回転させ、その都度計測した複数回の計測結果の差異より卓越入射方向を求める方法を採用しているため、回転角度を小さくし、計測回数を増やせば入射方向をより精度高く求めることができるが、実用性を考え、ここでは90度回転毎に計測する方法を説明する。
【0019】
図4は本発明方法において、弁別器によるガンマ線の各入射方向に対する4回の計測のレスポンスを示す。4回の測定は90度ずつ位相がずれた状態を示している。ここで数百keV以下の低エネルギーガンマ線に対するレスポンスとして、ガンマ線の入射方向から見た遮蔽体2のない部分の断面積を、数MeV以上のエネルギーガンマ線に対するレスポンスとして、ガンマ線の入射方向から見た時の検出部の内部通過可能長さで重みを付けた遮蔽体2のない部分の積分値を用いた。両者の値はともに遮蔽体2がない場合の値に規格化した時の割合として示してある。高エネルギーのレスポンスが若干大きく振幅する傾向を示している。
【0020】
環境で遭遇する他の中間のエネルギーのガンマ線に対するレスポンスは図4に示す二つの曲線の中間の値を取るものと予想される。図4に示すように低エネルギーと高エネルギーの入射方向による依存性に大きな差異がないことはエネルギーによらず入射方向が求められることを示している。
【0021】
図5は4回の計測結果、それぞれをA, B, C, Dとしたときの差の比、即ち(A−C)/(D−B)と(D−B)/(A−C)のガンマ線の入射方向に対する変化を示している。このように2回の計測の差を求めることにより、共通に計測されるバックグラウンドの値をキャンセルすることができる。この場合にも低エネルギーのガンマ線の場合と高エネルギーのガンマ線の場合を示してあるが、両者の差異はあまり大きくなく、入射方向の決定に大きな差は生じないことが示されている。
図4、図5は、円筒形のシンチレータならば検出部のサイズに依存せず同じ結果が得られることを示す。
【0022】
4回の計測結果をもとに比を求め、図5より卓越ガンマ線の入射方向を求める。このとき、比の値がゼロに近くなると角度弁別能力が悪くなるため、比の絶対値が1より小さい場合にはその逆数を取って、逆数の曲線より角度を読みとることとする。また、比の値だけでは2つの入射方向が求められるので、DとBの大きさの差を補助パラメータとして2つの入射方向のいずれかに決定する。
【0023】
上記の場合には4回の計数率を用いたが、スペクトル計測がなされた場合には特定エネルギー領域の計測数の差異を用いて同じ計算により入射角度を決定することもできる。そのようにエネルギースペクトルを用いた場合には卓越入射方向からのガンマ線のエネルギーまたは核種を同定することもできる。
【0024】
本発明のガンマ線卓越入射方向の弁別方法は、もし卓越したガンマ線入射方向が二方向ある場合には本装置ではそれぞれを弁別することはできず、両者の中間の方向を卓越方向と認識する。例えば、汚染源が同時に2方向に存在し、測定地点において同じ計数率を示す場合にはその中間の方向に汚染源が存在すると判定することとなる。このような判定を避けるためには、汚染源が2箇所以上存在すると疑われる場合には、複数の地点で計測し、より計数率が高くなる方向を特定するのが好適である。
【0025】
【発明の効果】
本発明方法によると、放射性核種によって汚染された箇所がより迅速に特定できる。また、紛失した放射線源の探索や高線量箇所の判別に大変有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法に好適に用いられるガンマ線卓越入射方向弁別器の概略図。
【図2】ガンマ線卓越入射方向弁別器の検出部の構造を示す。
【図3】ガンマ線卓越入射方向弁別器の遮蔽体の構造を示す。
【図4】ガンマ線卓越入射方向弁別器を用いて4方向の計測を行ったときのレスポンス(低エネルギーと高エネルギーのレスポンスを示す)。
【図5】ガンマ線卓越入射方向弁別器を用いて卓越入射角度を決定するためのグラフ。
【符号の説明】
1…検出部
2…遮蔽体
3…遮蔽体位置マーカ
4…検出器支持台
5…検出器固定棒
6…固定金具
7…水平計
9…レートメータ
12…遮蔽体回転軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for discriminating the predominant incidence direction of gamma rays, and more particularly to a method for determining the predominant incidence direction in one plane of a gamma ray (the incidence direction from the horizontal direction when the apparatus is installed vertically).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method of discriminating an incident direction in a narrow visual field has been developed. In the medical field, a large number of detectors are arranged around a subject, and these detectors are used to discriminate the incident direction of radiation, and are used for grasping the shape of internal organs or cancer tissues.
[0003]
However, in the incident direction discriminator in the narrow field of view, it is necessary to repeat a large number of measurements or use a large number of measuring instruments in order to obtain information from all directions. Requires funding. Further, a measuring instrument system used in the medical field cannot target externally incident radiation.
[0004]
On the other hand, conventional environmental radiation measuring instruments are considered to be ideal measuring instruments that have no direction dependence, and have been developed to correctly calculate the dose rate at the measurement point. No method has been developed to efficiently obtain information about
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention, omitting such a current situation, in pursuing a more detailed study of the environmental radiation level, it has been studied based on the idea that it is very important to obtain information on the incident direction of radiation, It is an object of the present invention to provide a method capable of easily obtaining the gamma ray incident direction information in a relatively short time.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention covers a cylindrical detection unit with a shield of a specific shape so as to obtain a prominent direction of gamma rays incident from the outside, and gives direction dependence to the angular response of the detection unit, so that the shield An excellent gamma ray incident direction is obtained by multiple measurements at different positions. According to the gamma ray predominant incidence direction discrimination method of the present invention, the gamma ray predominant incidence direction can be determined by short-time measurement.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0008]
The present invention is a method for discriminating a predominant gamma ray incident from the outside by using a cylindrical gamma ray detection unit to determine a predominant gamma ray incidence direction, giving direction dependency to the angular response of the detection unit, and A cover configured to be able to change its position by rotating around the detector is placed on the detector, and then the shield is rotated by a fixed angle, and the difference between a plurality of measured values measured each time This is to obtain a more prominent incident direction. This rotation may be performed manually or automatically measured while being slowly rotated by a motor by remote control. This measurement is preferably performed on the count rate, or on both the count rate and the energy spectrum. Based on this measurement, the dominant incidence direction can be determined using the difference in count rates or the difference in count rates in a particular energy region.
[0009]
As described above, when the shield is rotated at a fixed angle and measurement is performed each time, for example, when the shield is rotated every 90 degrees, a total of four measurement times are performed, and the count rates are A, B, C, and C, respectively. Let D be (D) and (AC) / ((BD), (BD) / (AC) to calculate the dominant incident direction.
[0010]
The discriminator preferably used in the gamma ray dominant incident direction discriminating method of the present invention is a gamma ray dominant incident direction discriminator for finding a dominant direction of gamma rays incident from the outside, a cylindrical gamma ray detecting unit, and the detection unit. A shield that can be placed over the unit to make the angular response of the detection unit have direction dependence, and the shield is configured to rotate around the detection unit to change the position. For the cylindrical gamma ray detection unit, it is preferable to use a normal commercially available NaI (Tl) scintillator. As the size, for example, a system for measuring a counting rate using a scintillator of 1 inch (2.5 cm) × 1 inch (2.5 cm) φ, or 3 inches (7.6 cm) × 3 inches (7.6 cm) A system that uses a φ scintillator and measures a counting rate and an energy spectrum is used.
[0011]
The above-mentioned shield is capable of covering the detection unit and giving direction dependency to the angular response of the detection unit, and is configured to be able to rotate around the detection unit to change the position. . It is preferable that the shield has a cylindrical shape having a cutout in a part of a side portion to have the above-described direction dependency. When viewed from one side, the shape of such a notch is such that the opening area gradually decreases from the maximum value to the minimum value during one rotation, and then gradually increases to return to the original maximum value. This is preferable in that the ability to discriminate the incident direction is improved. Alternatively, a shape in which many holes are formed so as to form an opening area such as a shape formed by diagonally cutting a cylinder, or a shape similar to these may be used. Further, the shape of the shield is a cylindrical shape that can be rotated over the scintillator, but a cylindrical shape having a constant thickness is more preferable because the data processing is easy. When adopting a cylindrical type with an inconsistent thickness, data of the input value change due to the rotational position is obtained in advance for a known radiation source, and the data obtained at the time of actual measurement is corrected based on it. .
[0012]
Here, one embodiment of the discriminator suitably used in the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing such a gamma ray dominant incident direction discriminator. FIG. 1 shows a state in which the
[0013]
The detector uses a 1 inch (2.5 cm) × 1 inch (2.5 cm) φ NaI (Tl) scintillator or a 3 inch (7.6 cm) × 3 inch (7.6 cm) φ NaI (Tl) scintillator. However, detectors of other sizes can also be used. In order to make the installation direction of the detection unit reproducible, the magnet 11 is mounted on a support for determining the direction, and is used as a guide of the installation direction.
[0014]
As shown in FIG. 1, the fixing bar 5 of the detection unit is fixed by a
[0015]
FIG. 2 shows the structure of the
[0016]
FIG. 3 shows the shape and development of the
[0017]
The triangular cutout portion of the
[0018]
The
[0019]
FIG. 4 shows the response of four measurements for each gamma ray incidence direction by the discriminator in the method of the present invention. The four measurements show a state where the phases are shifted by 90 degrees. Here, as a response to a low-energy gamma ray of several hundred keV or less, a cross-sectional area of a portion without the
[0020]
The response to gamma rays of other intermediate energies encountered in the environment is expected to take a value intermediate between the two curves shown in FIG. As shown in FIG. 4, the fact that there is no significant difference in the dependence of the low energy and the high energy on the incident direction indicates that the incident direction can be obtained regardless of the energy.
[0021]
FIG. 5 shows the ratio of the difference when A, B, C, and D are measured, respectively, that is, (AC) / (DB) and (DB) / (AC). Of the gamma ray with respect to the incident direction. By calculating the difference between the two measurements in this way, the commonly measured background value can be canceled. Also in this case, the case of a low energy gamma ray and the case of a high energy gamma ray are shown, but the difference between them is not so large, and it is shown that there is no large difference in the determination of the incident direction.
4 and 5 show that the same result can be obtained with a cylindrical scintillator regardless of the size of the detection unit.
[0022]
The ratio is determined based on the four measurement results, and the dominant gamma ray incident direction is determined from FIG. At this time, if the value of the ratio is close to zero, the angle discrimination ability deteriorates. Therefore, when the absolute value of the ratio is smaller than 1, the reciprocal thereof is taken, and the angle is read from the reciprocal curve. Further, since two incident directions are obtained only by the value of the ratio, the difference between the magnitudes of D and B is determined as one of the two incident directions as an auxiliary parameter.
[0023]
In the above case, four count rates are used. However, when spectrum measurement is performed, the incident angle can be determined by the same calculation using the difference in the number of measurements in the specific energy region. When such an energy spectrum is used, it is possible to identify the energy or nuclide of gamma rays from the dominant incident direction.
[0024]
In the method for distinguishing the gamma ray dominant incident direction according to the present invention, if there are two dominant gamma ray incident directions, the present apparatus cannot discriminate each of them, and recognizes the intermediate direction between the two as the dominant direction. For example, if the contamination source is present in two directions at the same time and shows the same count rate at the measurement point, it is determined that the contamination source exists in the intermediate direction. In order to avoid such a determination, when it is suspected that two or more contamination sources exist, it is preferable to measure at a plurality of points and specify a direction in which the counting rate becomes higher.
[0025]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, a site contaminated with a radionuclide can be identified more quickly. In addition, it is very effective for searching for a lost radiation source and determining a high-dose location.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a gamma ray dominant incidence direction discriminator suitably used in the method of the present invention.
FIG. 2 shows a structure of a detection unit of a gamma ray dominant incident direction discriminator.
FIG. 3 shows the structure of the shield of the gamma ray dominant incidence direction discriminator.
FIG. 4 shows the response when low-energy and high-energy measurements are performed in four directions using a gamma-ray dominant incident direction discriminator.
FIG. 5 is a graph for determining a dominant incidence angle using a gamma ray dominant incidence direction discriminator.
[Explanation of symbols]
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