JP2005257383A

JP2005257383A - 電離箱型放射線測定装置

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Publication number: JP2005257383A
Application number: JP2004067445A
Authority: JP
Inventors: Toru Kato; 徹加藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP4227543B2

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら高精度な放射線測定を可能とする電離箱型放射線測定装置を提供する。
【解決手段】電離箱１０は、入射する放射線６０に伴う電離電流を出力する。積分回路２０は、電離電流を含む入力電流の積分値に応じた電圧を出力する。演算部４０は、ＡＤＣ３０でデジタル変換された電圧に基づいて放射線量を演算する。演算部４０は、積分回路２０からＡＤＣ３０を経由して出力される電圧が減少した場合、リーク電流などの電離電流とは逆方向の電流成分が存在すると判断して、放射線量に補正を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、電離箱型放射線測定装置に関する。

電離箱型放射線測定装置は、電離箱に入射する放射線の電離作用によって発生する電離量を測定し、その電離量の変化から放射線の強度を知ることができる装置である。この電離量は、電離箱に接続された電子回路により、電流による測定、あるいは電荷による測定が行われる。しかし、放射線の電離作用によって発生する電離量は、極めて微量であるため、この電離量に電気的リークが重畳した場合、放射線量の誤差要因となる。また、電離量を収集する集電極は、高絶縁物により支持されているが、温度変化等の影響により電気的リークが発生し、これが電離量に重畳されるため、放射線量測定の誤差要因となる。

このリーク電流の影響を無くして、高感度で安定した測定を行うことを可能にする技術が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の電離箱は、電荷収集電極を磁力によって電離箱内で非接触状態に保持することで、高絶縁部品に伴うリーク電流を除くものである。

特開平２−２９１６５９号公報

ところが、特許文献１に記載の電離箱では、電荷収集電極に永久磁石などを取り付け、さらに、電荷収集電極を磁力によって非接触状態に保持するための電磁石や、電荷収集電極の位置を検出する位置センサなど、複雑な構成を必要とする。

そこで本発明は、簡易な構成でありながら高精度な放射線測定が可能な電離箱型放射線測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である電離箱型放射線測定装置は、入射する放射線による電離電流を出力する電離箱と、前記電離電流を含む入力電流の積分値に応じた電圧を出力する積分器と、前記電圧に基づいて放射線量を演算する演算部と、を有し、前記演算部は、前記電圧が前記電離電流の増加方向とは逆方向に変化した場合、その逆方向の電圧変化量に応じた補正量で、前記演算された放射線量に補正を施す、ことを特徴とする。

上記構成において、放射線量とは、放射線の度合いを表す量であり、線量当量や線量当量率などが放射線量の概念に含まれる。また、積分器は、流入してくる電流の積算値に応じた電圧として正の電圧を出力するように構成することができる。入射放射線の増加に伴う変化が、電圧が増加する方向への変化であるとすれば、逆方向の電圧変化量とは電圧の減少量に相当する。逆方向の電圧変化を引き起こす要因として、リーク電流の存在が挙げられる。リーク電流が存在しない状態で放射線が検出されている場合、その期間に積分器から出力される電圧は増加する。ところが、電離電流とは逆方向のリーク電流が存在すると、その逆方向の電流は積分器から出力される電圧を減少させる方向に作用する。

上記構成では、積分器から出力される電圧が減少した場合、電離電流とは逆方向の電流成分が存在すると判断して補正が施される。このため、高精度な放射線測定が可能になる。なお、電圧の逆方向の変化は、電圧から求められる線量当量などの変化から、間接的に確認されてもよい。

望ましくは、前記演算部は、バックグラウンド測定における前記逆方向の電圧変化量に応じた放射線量の補正量を算出することを特徴とする。望ましくは、前記演算部は、前記放射線量として線量当量率を演算することを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である電離箱型放射線測定装置は、入射する放射線による電離電流を出力する電離箱と、前記電離電流を含む入力電流の積分値に応じた電圧を出力する積分器と、前記電圧に基づいて線量当量および線量当量率を演算する演算部と、を有し、前記演算部は、所定期間内における線量当量の減少量から算出される補正量に基づいて前記演算された線量当量および線量当量率の少なくとも一方に補正を施す、ことを特徴とする。

望ましくは、前記演算部は、バックグラウンド測定における線量当量の減少量から前記補正量を算出する、ことを特徴とする。

本発明により、簡易な構成でありながら高精度な放射線測定を可能とする電離箱型放射線測定装置が提供される。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る電離箱型放射線測定装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。

電離箱１０は、入射する放射線６０による電離電流を出力する。電離箱１０の内壁表面には導電塗料などが塗布されバイアス電極１４を形成し、さらに電離箱１０の内壁には例えばマイナス３０ボルトのバイアスが印加されている。電離箱１０内に放射線６０が入射すると電離箱１０内の空気が電離し、電離の結果発生するプラス帯電体が電離箱１０のバイアス電極１４に引き寄せられ、また、マイナス帯電体が集電極１６に引き寄せられる。こうして、集電極１６に集められた電離電流（−Ｉ）が電離箱１０から出力される。なお、集電極１６は、高絶縁部品１２によって、バイアス電極１４や電離箱１０の筐体との間において電気的な高絶縁状態が保たれている。

積分回路２０は、入力電流を積分し、その積分値に応じた電圧信号を出力する。積分回路２０は、ＦＥＴなどで構成されるアンプ２４と、そのフィードバック回路に配置されたコンデンサ２２を含んでいる。積分回路２０は、電離箱１０から出力される電離電流を積分するために設けられている。電離箱１０から出力される電離電流は微弱（１０^−１５Ａ程度）である。このため、電離箱１０から出力される電離電流は一旦コンデンサ２２に蓄積され、コンデンサ２２に蓄積された電荷量、すなわち電離電流の積分値に応じた電圧信号が積分回路２０から出力される。こうして、積分回路２０において、微弱な電離電流が後段の処理に適した電圧信号に変換される。

積分回路２０から出力される電圧信号（アナログ信号）は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３０においてデジタル信号に変換され、演算部４０へ供給される。

演算部４０は、電圧信号（デジタル信号）から、放射線の線量当量や線量当量率などを演算する。積分回路２０から出力される電圧信号は、電離箱１０から出力される電離電流に依存している。つまり、電圧信号は、電離箱１０に入射する放射線量に依存していている。演算部４０は、電圧信号から、所定の換算式を利用して、放射線が生体に与える影響を示す量である線量当量（μＳｖ：マイクロシーベルト）や、単位時間（１時間）あたりの線量当量の変化である線量当量率（μＳｖ／ｈ：マイクロシーベルトパーアワー）を演算する。ちなみに、線量当量率は、例えば０．５秒間ごとに、その間における線量当量の変化量から１時間あたりの変化量に換算して求められる。演算部４０における演算結果は表示部５０に表示され、ユーザは表示部５０に表示される線量当量や線量当量率などから、測定場所における放射線量を知ることができる。

図１の電離箱型放射線測定装置では、電離箱１０から出力される微弱な電離電流から線量当量などが演算される。このため、この微弱な電離電流を精度よく検出することが望まれる。ところが、この電離電流に重畳して電流の検出に悪影響を及ぼすリーク電流（＋ｉ）が存在する。リーク電流は、例えば、高絶縁部品１２のわずかな汚れなどに起因して発生する場合や、アンプ２４を構成するＦＥＴの熱雑音などに起因して発生する場合が考えられる。リーク電流は、放射線の電離電流に重畳して、コンデンサ２２に蓄積され、その結果、積分回路２０から出力される電圧信号にリーク電流に伴う誤差成分が含まれてしまい、最終的に演算部４０で演算される演算結果にその誤差成分が含まれてしまう。

図２は、リーク電流の影響を説明するための図であり、積分回路（図１の符号２０）から出力される電圧信号の出力結果を示している。以下、図１に示した部分には図１の符号を利用してリーク電流の影響を説明する。

図２の（ａ）は、放射線による電離電流のみが存在する場合の電圧信号を示しており、横軸に時間が示され、縦軸に電圧値が示されている。積分回路２０に入力される電流が電離電流（−Ｉ）のみの場合、積分回路２０の入力端子側には時間経過に伴ってマイナスの電荷が蓄積され、その結果、出力端子側にプラスの電荷が蓄積される。このため、出力端子側にはプラスの電位が発生し、しかもその電位が電荷の蓄積に伴って、つまり時間経過に伴って増加する。図２の（ａ）にはその様子が示されており、図２の（ａ）は、電離電流が一定値で継続して検出される場合の電圧信号の波形に相当する。ちなみに、演算部４０で演算される線量当量（μＳｖ）は、電圧信号の電圧値から換算される量である。このため、電圧信号の増減に追従して線量当量も増減する。つまり、図２の（ａ）の信号波形は、縦軸を線量当量とした場合の線量当量の変化波形とみなすことができる。

図２の（ｂ）は、リーク電流のみが存在する場合の電圧信号を示しており、横軸に時間が示され、縦軸に電圧値が示されている。積分回路２０に入力される電流がリーク電流（＋ｉ）のみの場合、積分回路２０の入力端子側には時間経過に伴ってプラスの電荷が蓄積され、その結果、出力端子側にマイナスの電荷が蓄積される。このため、出力端子側にはマイナスの電位が発生し、しかもその電位の絶対値が電荷の蓄積に伴って増加する。図２の（ｂ）にはその様子が示されており、図２の（ｂ）は、リーク電流が一定値で継続して発生する場合の電圧信号に相当する。また、図２の（ａ）と同様に、図２の（ｂ）の信号波形は、縦軸を線量当量とした場合の線量当量の変化波形とみなすことができる。

なお、積分回路２０に入力されるリーク電流としては、積分回路２０の入力端子側にマイナスの電荷を蓄積するリーク電流も考えられる。この場合には実際より大きい線量当量が測定される。しかし、この場合には放射線による影響か、リーク電流による影響かは判断できない。この結果、本実施形態では、そのようなリーク電流は補正対象から除外している。

図２の（ｃ）は、電離電流にリーク電流が重畳した場合の電圧信号を示しており、図２の（ａ）および（ｂ）の電圧信号の加算結果に相当する。なお、図２の（ａ）および（ｂ）と同様に、図２の（ｃ）の信号波形は、縦軸を線量当量とした場合の線量当量の変化波形とみなすことができる。積分回路２０に入力される電離電流（−Ｉ）にリーク電流（＋ｉ）が重畳して、しかも、絶対値で比較して電離電流よりもリーク電流が大きい場合、積分回路２０の入力端子側には時間経過に伴ってプラスの電荷が蓄積され、その結果、出力端子側にはマイナスの電位が発生し、その電位の絶対値が時間経過に伴って増加する。つまり、リーク電流が大きい場合、放射線に伴う微弱な電流を検出しているにもかかわらず、その電離電流がリーク電流に埋もれてしまう。電離電流に対してリーク電流の絶対値が小さい場合でも、電離電流とリーク電流が加算されて積分回路２０に入力されるため、リーク電流に伴う誤差成分が電圧信号に含まれてしまう。本実施形態では、以下に説明する手法により、このリーク電流による誤差成分が補正される。

図３には、本実施形態の電離箱型放射線測定装置による放射線の測定処理を説明するためのフローチャートが示されている。以下、図１に示した部分には図１の符号を利用して放射線の測定処理を説明する。

まず、測定対象となる放射線源からの放射線の測定に先立ち、Ｓ３０１において、その人工的な放射線源が無い状態での測定、すなわちバックグラウンド測定が実施される。バックグラウンド測定は例えば３０秒間実施され、その期間に積分回路２０が出力する電圧信号から、演算部４０において線量当量が演算される。

３０秒間のバックグラウンド測定が終了すると、Ｓ３０２において、バックグラウンド測定終了時点における線量当量の符号が確認され、その符号がマイナスか否か判断される。３０秒間のバックグラウンド測定では、宇宙線などの微弱な自然放射線が検出され、その期間にリーク電流が存在しなければ、測定開始時点の線量当量をゼロとして、測定終了時点においてプラスの線量当量が算出される。もちろん、自然放射線が全く無い状況では測定終了時点において線量当量はゼロとなる。ところが、自然放射線の検出結果である電離電流を埋没させるほどのリーク電流が存在すると、積分回路２０から出力される電圧信号がマイナスの電位、つまりマイナスの線量当量として算出される。

そこで、Ｓ３０２では線量当量の符号から電圧信号の符号が判断される。つまり、バックグラウンド測定終了時点の線量当量がプラスあるいはゼロの場合には、電圧信号もプラスあるいはゼロであり、リーク電流が全く存在しないかあるいは存在しても微弱と判断してＳ３０５へ進む。一方、バックグラウンド測定終了時点の線量当量がマイナスの場合には、電圧信号もマイナスであり、リーク電流が存在すると判断してＳ３０３へ進む。

Ｓ３０３では、ユーザに対して補正を行うか否かを問い合わせる。ユーザが補正を許可しない場合には、補正は行わずにＳ３０５へ進む、一方、ユーザから補正を許可する指示がなされた場合には、Ｓ３０４において、リーク電流に対応する線量当量率の補正量αが算出される。補正量αは、３０秒間のバックグラウンド測定終了時点における線量当量−Ｘ（Ｘ＞０）から次式のように算出される。

つまり、線量当量−Ｘは、３０秒間の線量当量の変化であるため、数１により、１時間あたりの線量当量の変化（線量当量率に相当）に換算される。

なお、Ｓ３０３を省略して、Ｓ３０２においてバックグラウンド測定終了時点の線量当量がマイナスと判断された場合には、Ｓ３０４で補正量αを算出するようにしてもよい。

Ｓ３０５では、測定対象となる放射線の線量当量率が測定される。線量当量率は、例えば０．５秒間ごとに測定するときは、その間における線量当量の変化量から１時間あたりの変化量に換算して求められる。線量当量率の演算にあたり、演算部４０は、Ｓ３０４で補正量αが算出されている場合には、補正量αに基づいて線量当量率に補正を施す。つまり、演算部４０は、積分回路２０からＡＤＣ３０を介して供給される電圧信号に基づいて線量当量率Ａ（μＳｖ／ｈ）を演算して、その演算結果に補正量αを加えた値（Ａ＋α）を補正後の線量当量率として表示部５０に出力する。この結果、リーク電流に伴う線量当量率の誤差成分が補正される。一方、補正量αが算出されていない場合には、演算部４０は、電圧信号に基づいて算出される線量当量率Ａを表示部５０に出力する。

こうして、測定対象となる放射線の線量当量率が測定される。測定を終了する場合、ユーザは終了操作（例えば電源スイッチをオフにする）を行い、Ｓ３０６において終了操作が成されたと判断されると本フローが終了する。なお、Ｓ３０６の終了操作の確認は、本フローチャート内のＳ３０５以外のステップの直後に実行されてもよく、あるいは、いずれかのステップと並行して実行されてもよい。

測定が継続している場合、Ｓ３０７では、１時点前の線量当量Ｓ_ｉ−１と現時点の線量当量Ｓ_ｉの比較が行われる。つまり、Ｓ３０５おいて線量当量率を測定する際に演算される線量当量の前回（０．５秒前）の値と現在の値との比較が行われる。そして、Ｓ３０８では、Ｓ_ｉ−１＞Ｓ_ｉか否かの確認が行われ、Ｓ_ｉ−１＞Ｓ_ｉでなければ、つまり、線量当量が変化していないか、あるいは、増加している場合には、Ｓ３１２へ進みカウント値ｎを０に初期化してＳ３０５へ戻り、次の時点（０．５秒後）の線量当量率を測定する。

一方、Ｓ３０８においてＳ_ｉ−１＞Ｓ_ｉの場合、つまり、線量当量が減少している場合にはＳ３０９へ進んで初期値０のカウント値ｎを１カウントアップし、Ｓ３１０においてｎ＝６０か否かの確認が実行される。このＳ３０８からＳ３１０のステップでは、０．５秒ごとに演算される線量当量Ｓ_ｉが３０秒間連続して減少したか否かの確認が行われる。つまり、ｎのカウントアップ（Ｓ３０９）は、Ｓ_ｉ−１＞Ｓ_ｉを満たす場合に０．５秒ごとに実行されるため、Ｓ３１０においてｎ＝６０（３０秒間に相当）と判断されるのは、３０秒間連続して線量当量が減少した場合となる。

Ｓ３１０でｎ＝６０と判断されると、Ｓ３１１において補正量αの更新が行われる。つまり、線量当量が３０秒間減少し続けている場合には、リーク電流による影響が無視できないと判断して、３０秒前の線量当量から現時点の線量当量を引いた値Ｙ（Ｙ＞０）に基づいて、線量当量率の更新補正量α´を次式のように算出する。

線量当量の差Ｙは、３０秒間の線量当量の減少量であるため、数２により、１時間あたり線量当量の変化（線量当量率に相当）に換算される。そして、Ｓ３０５で利用される補正量αが数２で算出されるα´に更新される。

Ｓ３１１において補正量が更新されると、Ｓ３１２へ進みカウント値ｎが０に初期化されてからＳ３０５へ戻り、さらに次の時点（０．５秒後）において線量当量率の測定が実行される。

以上説明したように、本実施形態では、まずバックグラウンド測定において線量当量率の補正量が算出され、その補正量に基づいて対象となる放射線の線量当量率の補正が行われる。さらに、対象となる放射線の測定が行われている間にも、線量当量の減少状況に応じて補正量が更新される。このように本実施形態では、リーク電流に伴う誤差成分が補正され、高精度な放射線測定が可能になる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係る電離箱型放射線測定装置の全体構成を示すブロック図である。リーク電流の影響を説明するための図である。本実施形態の放射線測定処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０電離箱、２０積分回路、４０演算部。

Claims

入射する放射線による電離電流を出力する電離箱と、
前記電離電流を含む入力電流の積分値に応じた電圧を出力する積分器と、
前記電圧に基づいて放射線量を演算する演算部と、
を有し、
前記演算部は、前記電圧が前記電離電流の増加方向とは逆方向に変化した場合、その逆方向の電圧変化量に応じた補正量で、前記演算された放射線量に補正を施す、
ことを特徴とする電離箱型放射線測定装置。
請求項１に記載の電離箱型放射線測定装置において、
前記演算部は、バックグラウンド測定における前記逆方向の電圧変化量に応じた補正量を算出する、
ことを特徴とする電離箱型放射線測定装置。
請求項１に記載の電離箱型放射線測定装置において、
前記演算部は、前記放射線量として線量当量率を演算する、
ことを特徴とする電離箱型放射線測定装置。
入射する放射線による電離電流を出力する電離箱と、
前記電離電流を含む入力電流の積分値に応じた電圧を出力する積分器と、
前記電圧に基づいて線量当量および線量当量率を演算する演算部と、
を有し、
前記演算部は、所定期間内における線量当量の減少量から算出される補正量に基づいて前記演算された線量当量および線量当量率の少なくとも一方に補正を施す、
ことを特徴とする電離箱型放射線測定装置。
請求項４に記載の電離箱型放射線測定装置において、
前記演算部は、バックグラウンド測定における線量当量の減少量から前記補正量を算出する、
ことを特徴とする電離箱型放射線測定装置。