JP2004534257A - 中性子/光子の混合された場で個人線量を測定するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この器具は高い感度及び僅かなエネルギ依存性を有し、線量を直接読み取り、線量の限界を越えるとき、警報を発することができる。本発明に係わる方法は、電力消費の少ない、コンパクトでかつ故障し難い個人線量計の実現を可能にする。
【選択図】図1
Description
【0001】
本発明は中性子/光子の混合された場で個人線量を測定するための方法に関する。更に、本発明はこの方法を実行する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光子のみからなる放射線場で適している、複数の直接に表示する個人線量計は知られている。しかし、中性子及び光子が混合で発生する放射線場のためには、現在、2つの器具しか知られていない。2つの器具は、特に、中性子放射線の個人線量の測定のためには、不十分な結果しか供しない。
【0003】
これら2つの器具の一方は、[1]測定のために、4つの半導体検出器を利用する。しかし、この場合、数keV乃至数MeVのエネルギ範囲で出来る限り一定であるほうがよい、中性子線量に対する感度は、係数100よりも大きく変化する。
【0004】
2つの器具の他方(シーメンスEPD−nMk2.0;表示はハンドブック及びこの器具自体のラベルから明らかである。構造に関する刊行物は知られていない)は、3つの半導体計数器を利用する。中性子の検出のためのエネルギ範囲は、ここでは、熱エネルギ乃至中間エネルギの範囲に限定される。従って、この器具は個人線量測定の重要な利用範囲において、中性子に対し感度を有しない。
【0005】
中性子線量を測定するための、用いられる評価方法では、中性子によって発生されかつ電荷された核によって引き起こされる、パルス波高スペクトルの高エネルギ範囲が評価されることが知られている[2]。しかし、この方法は中性子と光子との線量の同時の評価のためには、適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ここにおいて本発明が始まる。中性子/光子の混合された場のための直接表示する個人線量計であって、関連の作業領域に発生する放射線場では、正しい線量測定を2種類の放射線のために別個に及び全線量のために可能にする個人線量計を開発することが意図される。更に、出来る限り小さくかつ簡単な構造を可能する方法が選択された。何故ならば、複雑な構造は故障のし易さ及び調達費を増大させるからである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この課題は、本発明により、明細書導入部に記載された種類の方法を用いて、中性子及び光子の線量の測定のために只1つの半導体計数器を用いること、及び、半導体計数器により得られるパルス波高情報を、中性子及び光子の線量の算出のために用い、パルスを適切なパルス波高間隔で累算し、平均的な感度によって割り、これにより、中性子及び光子の線量を同時に測定することによって解決される。
【0008】
この場合、0.1cm2と30cm2の間の感度の高い面を有し、1Vと100Vの間の電圧が印加される半導体検出器であって、1μmと400μmの間の厚さを有する、感度が高く、濃度が低い層と、この感度の高い層の前に、10nmと20μmの厚さを有する中性層とを具備する半導体検出器を用い、この検出器の前にはエアギャップがあり、このエアギャップの前には6Li又は10Bを含む材料からなりかつ0.1μm乃至2.5cmの厚さを有する第1のコンバータが取着されており、この第1のコンバータの前には、水素を含みかつ2.5cmまでの厚さを有するプラスチックからなる第2のコンバータが取着されており、6Li,10B又はCdを含みかつ0.1mm乃至2cmの厚さを有する材料からなる吸収器は、半導体検出器、エアギャップ及び第1の及び第2のコンバータを囲繞していることは好ましい。
【0009】
上記課題を解決するために、更に、明細書導入部に記載された種類の装置は、パルスを適切なパルス波高間隔で累算し及び平均的な感度で割ることによって中性子及び光子の線量を同時に算出するために、只1つの半導体計数器と、この半導体計数器により得られるパルス波高情報のための評価手段とを具備することを特徴とする。
【0010】
この場合、a)0.1cm2と30cm2の間の感度の高い面を有し、1Vと100Vの間の電圧が印加される半導体計数器は、1μmと400μmの間の厚さを有する、感度が高く、濃度が低い層と、この感度の高い層の前に、10nmと20μmの間の厚さを有する中性層とを具備すること、
b)検出器の前には、(2cmまでの幅の)エアギャップがあること、
c)このエアギャップの前には,6Li又は10Bを含む材料からなりかつ0.1μm乃至2.5cmの厚さを有する第1のコンバータが取着されていること、
d)この第1のコンバータの前には、水素を含みかつ2.5cmまでの厚さを有するプラスチックからなる第2のコンバータが取着されていること、及び
e)6Li,10B又はCdを含みかつ0.1mm乃至2cmの厚さを有する材料からなる吸収器は、半導体検出器、エアギャップ及びコンバータを囲繞していることは好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明に係わる装置及び対応の方法は、光子が、その二次電子の比較的少ないエネルギ損失によって、主として、パルス波高スペクトルの低エネルギ範囲での信号を、引き起こすことを利用する。
【0012】
中性子及び光子の線量を同時に測定する可能性は特に新規であり、簡単な、直接表示する線量計の、製造を可能にする。以下、中性子/光子の混合された場における、プローブ、光子に対する感度(Photonenansprechvermoegen)、下方の測定閾値及び特性を1つの実施の形態で記述し、次に一般化する。
【0013】
図1に略示された、以下の構造を有する検出プローブを用いて、試験を行なった。n形シリコン検出器(1):257μm,560Ωcm,1cm3の有効な面、
濃度が低く感度の高い層(2):40μmの厚さ
中性層(3):50nmの厚さ
エアギャップ(4):0.4mmの厚さ
コンバータ1(5):6LiF,3.6μmの厚さ
コンバータ2(6):ポリエチレン,1mmの厚さ
吸収器(7):ポリエチレン+50%のB4C,2mmの厚さ
電圧(8):9V。
【0014】
コンバータ1及び2(5,6)は中性子検出のために最適である。これらのコンバータは、実質的に、シリコン検出器の前方の、プラスチック、ホウ素含有のプラスチック及び薄い6LiF層からなる。9Vの印加電圧によって、40μmの、濃度が低く感度の高い層(2)となる。この薄い層は、光子放射線に対する感度を減少させる。それ故に、この層は、中性子線量の測定の際に、乱さない。この測定のためには、パルス波高スペクトルの高エネルギ範囲(>1.5MeV)が利用される。
【0015】
しかし乍ら、パルス波高スペクトルの低いエネルギ範囲にある光子に対する高い感度がある。出来る限り簡単な線量計の製造のためには、光子線量の測定のための同一の検出用プローブの信号を使用し、中性子/光子の混合された場において、中性子によって発生された信号の、光子の表示への影響を最小限にすることが可能である。
【0016】
このためには、ISO・水ファントム(ISO-Wasser-Phantom)における線量計プローブを、N系列のX線及び137Cs,60Co,4.4MeV及び6乃至7MeVのγ線で照射した[3,4]。半導体検出器の信号を、従来の核電子機器で増幅し、信号のパルス波高スペクトルを検出した。エネルギ検定を241Am源のアルファ粒子で行なった。エネルギ分解能は約30keVであった。光子の個人線量Hp(10)=1mSvに規格化された、測定されたパルス波高スペクトルは、図2に示されている。パルス波高スペクトルの低エネルギ範囲の場合の曲線のクロスオーバは、Hp(10)に対するほぼ一定の感度のための最も容易な解決策が、約100keV毎の唯一の間隔でのパルスの積分であること、を示している。光子の照射の際の強さが、この間隔で、特に高いので、中性子の、光子の表示への影響が最小限にされる。
【0017】
図3は、60keV乃至150KeVのパルス波高スペクトルにおけるパルスの積分を用いた、平均の光子エネルギの関数としての、感度を示している。照射を、検出面に対する直角の入射(0°)で及び、幾つかの場合には、検出法線に対し60°で行なった。すべての数値は、80keV乃至7MeVのエネルギ範囲にある光子の照射に関して、平均値(μSvにつき323パルス、図3の実線を参照せよ)とは、30%よりも少なく異なっている。小さな光子エネルギ(N80,平均的なエネルギ65keV)の場合の低下は、多分、電子ノイズに関してバックグラウンドを最小限にするために約70keVで設定された電子閾値によって、引き起こされる。
【0018】
下方の検出閾値は、ノイズのみならず、(自然の地球放射によって引き起こされる)バックグラウンド信号にも依存している。実験室での5日間に亘る測定は2.6μSvの光子の表示を生じさせた。この数値は、放射線保護での使用のためにはほとんど無視できるが、より正確な測定のためには減じられることもできる。1μSvの桁の下方の検出閾値は、8時間の測定時間の場合に容易に達成可能である。
【0019】
中性子/光子の混合された場では、中性子は、主として、シリコンで弾性的に散乱された中性子の結果として、パルス波高スペクトルの低エネルギ範囲でも信号を発生させることができる[5]。本発明に係わる装置にとって正確な計算が存しないので、あり得る影響は、中性子の種々の検定の場での測定によって試験された。図4は、(241Am・Be中性子源(低エネルギの中性子の遮蔽のためには1mmPb)によって実行された測定を示している。この測定は光子の個人線量Hp(10)=1mSvに規格化されている。
【0020】
光子に対する感度との比較は、パルス波高範囲であり得る貢献(Beitraege)が数%よりも100keVだけ低いことを明示している。更に、分布の形態は、低エネルギのパルス波高スペクトル範囲において、光子に対する感度と類似している。中性子の検定の場は、通常、光子線量の僅かな割合を有し、影響は中性子のエネルギスペクトルにも依存していることがあるので、照射は、熱エネルギと14.8MeVのエネルギとの間のエネルギの中性子を発生させる種々の源の、その中性子で実行され、平均的な感度を知っていて半導体検出器のパルス波高信号から測定される光子線量は、ガイガー・ミュラー計数器の結果と比較される。ガイガー・ミュラー計数器による測定は地上で自由に実行され、中性子に対するガイガー・ミュラー管の感度に関する測定値が補正された[6,7]。
【0021】
ガイガー・ミュラー計数器が60Co源の光子の場において検定されたが、光子エネルギに関して何等補正されなかったので、241Am・Be中性子源(この源では、より高いエネルギを有する光子(4.45MeV)が算出される)の場合に、ガイガー・ミュラー計数器のより高い感度の故に、これらのエネルギでは、係数1.7までの余りに高い数値が示されることができる。
【0022】
光子対中性子の相対線量の結果は表1に示されている。半導体計数器で測定された、光子対中性子の相対線量率は、241Am・Be中性子源での測定を除いて、ガイガー・ミュラー計数器の結果よりも僅かに高い(2%まで)。このような高い数値は、源の直接的な光子のみならず、ファントム中に中性子によって発生された光子によっても、引き起こされることができる。しかし、いずれにせよ、影響は小さくて、許容される。
【0023】
表1:
半導体線量計で測定された、光子対中性子の当量線量の率(Hγ/Hη)Messと、中性子の種々の検定の場に関してガイガー・ミュラー計数器で測定された数値(Hγ/Hη)GMとの比較。
【表1】
【0024】
光子の追加の検出のためには、中性子線量計のために既に開発された「低電力」電子機器(増幅器、ADC、マイクロプロセッサ)を、知られた方法で改善しなければならない。その目的は、低エネルギパルス波高範囲におけるより良い分解度を達成するためである。
【0025】
1つの実施の形態を参照して、中性子線量の測定のために最適な特殊なコンバータ及び吸収器を有する只1つの半導体検出器と、パルス波高情報とを用いて、中性子線量のみならず光子線量も測定することができる線量計を製造することができることを示した。中性子線量が、1.5MeVより上のエネルギの蓄積を引き起こす信号をベースにして、測定されるのに対し、光子線量の測定のためには、80keV乃至150keVのパルス波高信号が用いられる。
【0026】
かくて、80keV乃至7MeVの光子エネルギ範囲で、検出器の面に対し直角の入射及び検出法線に対し60°での照射のために30%より少なく変化する感度が得られる。検出の下限は1μSvの桁にある。中性子は、中性子/光子の混合された場では、2%より少ない光子の表示に寄与する。
【0027】
一般的には、実施の形態で記述した原理に基づく解決策は、プローブ構造体のパラメータ及びパルス波高スペクトルの範囲が一定限度で変化されるときも、可能である。
【0028】
プローブ構造体の可能な変形例:
半導体検出器(1):0.1cm2乃至30cm2の面
濃度が低くい層(2):1μm乃至400μmの厚さ
中性層(3):10nm乃至20μmの厚さ
エアギャップ(4):0乃至2cm
コンバータ1(5):0.1mm乃至2cmの厚さで、6Li又は10Bを有する材料
コンバータ2(6):水素含有のプラスチック:0乃至2.5cm
吸収器(7):6Li、10B又はCdを有する材料、0.1mm乃至2cmの厚さ
電圧(8):1乃至100V
この場合、同様に、パルス波高スペクトルの範囲の以下の変化も可能である:
光子:10keV乃至2MeV
中性子:>300keV
プローブパラメータの示された可能な変化と、パルス波高スペクトルの範囲における変化とによって、プローブを、例えばμ粒子及び電子の場合に、他の放射線場でも使用し、他の測定量、例えば、環境当量線量、カーマ、生物学的線量を測定することは可能である。
【0029】
すべての前記エネルギは241Am源からのα線によるエネルギ検定に関する。
【産業上の利用可能性】
【0030】
光子及び中性子の混合された放射線が発生される作業場で個人線量を算出するために、本発明に係わる方法を用いることは好ましい。機器の僅かなエネルギ依存性、線量の直接的な表示及び警報閾値の形成は、放射線保護における著しい改善をもたらす。可能な利用分野は、燃料要素の搬送容器(例えばキャスタ)用の護衛、原子力発電所の作業員、高エネルギの粒子加速器の従業者、航空機のパイロット及び乗組員の個人線量の測定である。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】線量計用プローブの概略的な構造を示している。
【0032】
1.n形シリコン検出器:257μm,560Ωcm,1cm2の有効な面
2.濃度が低く感度の高い層:40μm
3.中性層:50nm
4.エアギャップ:0.4mm
5.コンバータ1:6LiF,3.6μm
6.コンバータ2:ポリエチレン,1mm
7.吸収器:ポリエチレン±50%のB4C,2mm
8.電圧:9V。
【図2】種々の線質の光子スペクトルに関して測定されたパルス波高スペクトルを示している。線質は図に示されている(括弧内の平均的なエネルギ)。すべての測定値はHp(10)=1mSvに規格化されている。用いられた電子閾値は70keVの蓄えられたエネルギに対応する(241Am源によるエネルギ検定)。
【図3】Hp(10)に基づく、図2と同一の光子に対する、線量計の相対感度は、平均の光子エネルギの関数として示されている。破線は、平均値(実線)とは、30%の相違を示している。
【図4】241Am・Be中性子源で測定されたパルス波高スペクトルを示している。比較のために、図2からの光子測定のパルス波高スペクトルが追加されている。
Claims (4)
- 中性子及び光子の線量の測定のために只1つの半導体計数器を用いること、及び、半導体計数器により得られるパルス波高情報を、中性子及び光子の線量の算出のために用い、パルスを適切なパルス波高間隔で累算し、平均的な感度によって割り、これにより、中性子及び光子の線量を同時に測定することを特徴とする、中性子/光子の混合された場で個人線量を測定する方法。
- 0.1cm2と30cm2の間の感度の高い面を有し、1Vと100Vの間の電圧が印加される半導体検出器であって、1μmと400μmの間の厚さを有する、感度の高い、濃度が低い層と、この感度の高い層の前に、10nmと20μmの厚さを有する中性層とを具備する半導体検出器を用い、この検出器の前にはエアギャップがあり、このエアギャップの前には6Li又は10Bを含む材料からなりかつ0.1μm乃至2.5cmの厚さを有する第1のコンバータが設けられており、この第1のコンバータの前には、水素を含みかつ2.5cmまでの厚さを有するプラスチックからなる第2のコンバータが設けられており、6Li,10B又はCdを含みかつ0.1mm乃至2cmの厚さを有する材料からなる吸収器は、前記半導体検出器、前記エアギャップ及び前記第1の及び第2のコンバータを囲繞していることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- パルスを適切なパルス波高間隔で累算し及び平均的な感度で割ることによって中性子及び光子の線量を同時に算出するために、只1つの半導体計数器と、この半導体計数器により得られるパルス波高情報のための評価手段とを具備することを特徴とする、中性子/光子の混合された場で個人線量を測定する装置。
- a)0.1cm2と30cm2の間の感度の高い面を有し、1Vと100Vの間の電圧が印加される半導体計数器は、1μmと400μmの間の厚さを有する、感度の高い、濃度が低い層と、この感度の高い層の前に、10nmと20μmの間の厚さを有する中性層とを具備すること、
b)前記検出器の前には、(2cmまでの幅の)エアギャップがあること、
c)このエアギャップの前には,6Li又は10Bを含む材料からなりかつ0.1μm乃至2.5cmの厚さを有する第1のコンバータが取着されていること、
d)この第1のコンバータの前には、水素を含みかつ2.5cmまでの厚さを有するプラスチックからなる第2のコンバータが取着されていること、及び
e)6Li,10B又はCdを含みかつ0.1mm乃至2cmの厚さを有する材料からなる吸収器は、前記半導体検出器、前記エアギャップ及び前記コンバータを囲繞していることを特徴とする請求項3に記載の装置。
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