JP2007132764A - マルチチャネルアナライザ - Google Patents

Abstract

【課題】放射線源の時間的推移の解析を精度よく行なうことができるマルチチャネルアナライザを実現することにある。
【解決手段】放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号が入力され、このパルス信号のピーク値をピーク検出部によって検出し、放射線の解析を行なうマルチチャネルアナライザに改良を加えたものである。本装置は、ピーク検出部２０のピーク値に対応するチャネルの計数を行なうヒストグラム解析部２１と、ヒストグラム解析部２１によるチャネルごとの計数結果を記憶する領域を、複数個有する記憶部と、トリガ信号を出力するトリガ信号出力部２７と、記憶部の各領域にヒストグラム解析部の計数結果を書き込め、トリガ信号出力部２７からのトリガ信号によって、書き込む領域を切り替えるメモリコントローラ２５とを設けたことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号が入力され、このパルス信号のピーク値をピーク検出部によって検出し、前記放射線のスペクトラム解析を行なうマルチチャネルアナライザに関し、詳しくは、放射線源の時間的推移の解析を精度よく行なうことができるマルチチャネルアナライザに関するものである。

マルチチャネルアナライザ（以下、ＭＣＡ（Multicannel Analyzer）と略す）は、放射線の研究分野で用いられる計測器であり、試料から出力される放射線源それぞれの発生回数を計数して、放射線源の種類等の同定や放射線源の強度の時間変動、半減期等を解析するためのヒストグラムを作成する。

図４は、測定すべき試料からの放射線のエネルギーを測定し、放射線源の種類等を同定する従来の放射線測定装置の構成を示した図である（例えば、特許文献１、２参照）。図４において、試料１０から出力される放射線が検出器１１に入力される。そして、検出器１１が、放射線のエネルギーに対応した、すなわち放射線源それぞれに固有の電荷量を検出し、検出した電荷量を出力する。さらに、前置増幅器（例えば、チャージアンプ）１２が、検出器１１からの電荷量を、この電荷量に比例した電圧値に変換する。さらに、波形整形増幅器１３が、前置増幅器１２からの信号を、幅の狭いパルス信号（一般的には、信号幅ＦＷＨＭ（full width half maximum）＝〜１［μｓ］のガウス形状）に変換する。従って、波形整形増幅器１３からのパルス信号のピーク値（波高値）と検出器１１からの電荷量は比例している。

そして、ＭＣＡ１４が、波形整形増幅器１３から入力されるパルス信号を測定することにより、試料の放射線源（核種）の種類等を同定する。すなわち、パルス信号のピーク値（電圧値）には、試料からの放射線のエネルギー等の情報が含まれるので、ピーク値を求めることにより、どの種類の放射線源からの出力であるかを判断する。

図５は、従来のＭＣＡの構成を示した図である。
図５において、ピーク検出部２０は、波形整形増幅器１３からパルス信号が入力され、パルス信号のピーク値を求める。ヒストグラム解析部２１は、パルス信号のピーク値が入力され、ピーク値を所定の範囲で区分けしたチャネルに振り分ける。メモリコントローラ２２は、ヒストグラム解析部２１と接続され、ヒストグラムメモリ２３へのデータの読み書きを行なう。ヒストグラムメモリ２３は、チャネルそれぞれの領域が割り当てられ、チャネルごとの度数を記憶する。通信部２４は、メモリコントローラと相互に接続され、外部の機器とデータの送受信を行なう。

図５に示すＭＣＡの動作を説明する。ここで、図６は、図５に示す装置の動作を説明した図である。
まず、測定を開始する前に、ヒストグラム解析部２１が、メモリコントローラ２２を介して、ヒストグラムメモリ２３の各領域のカウント値（度数）をクリアする。

そして、クリアが終了すると第１回目の測定を行なう。なお、各回において測定を行なう時間は、所定の単位時間Δｔ（つまり、測定時間Δｔ）である。具体的には、ピーク検出部２０が、単位時間Δｔ内に、波形整形増幅器１３から順次入力されるパルス信号それぞれのピーク値を求め、ヒストグラム解析部２１に出力する。

そして、ヒストグラム解析部２１が、入力されたピーク値から、割り振る先のチャネルを判別し、判別したチャネル番号をメモリコントローラ２２に出力する。これにより、メモリコントローラ２２が、判別したチャネル番号に対応するメモリ２３の領域を演算で求め、求めた領域からカウント値を読み出してヒストグラム解析部２１に出力する。そして、ヒストグラム解析部２１が、読み出したカウント値を”＋１”インクリメントし、インクリメントしたカウント値をメモリコントローラ２２に出力する。さらに、メモリコントローラ２２が、新たなカウント値を読み出した領域に書き込む。このようなメモリ２３のカウント値をインクリメントする動作を所定時間Δｔ行なう。従って、メモリ２３には、各チャネルあたりのパルス信号の発生頻度のヒストグラム（横軸がチャネル（つまり、ピーク値）、縦軸が度数）が記憶される。

所定の単位時間Δｔ測定を行なった後、通信部２４が、メモリコントローラ２２を介して、各チャネルのカウント値を読み出し、１回目のヒストグラムのデータとして外部の計算機（図示せず）に送信する。さらに、ヒストグラム解析部２１が、メモリコントローラ２２を介して、ヒストグラムメモリ２３の各領域のカウント値をクリアする。一方、外部の計算機にてデータ処理を行ない、ヒストグラムの表示、保存等を行なう。

そして、メモリクリアが終了すると、ＭＣＡが第２回目の測定を行ない、測定終了後にデータの出力、メモリクリアを行ない、所定の回数ｎまで測定を繰り返す。

さらに、計算機上にて、例えば、放射線源Ｂの度数のみを、ｎ回分のヒストグラムのデータそれぞれから取り出し、横軸を時間、縦軸を度数とすれば、単位時間Ｔｍ（Δｔ×ｎ）における放射線源Ｂの時間的推移を解析することもできる。ここで、図７は、放射線源Ｂから放射線が出力された度数の時間的推移を示した図である。

特許第２５７７３８６号 特許第２６４５１９６号 特開２００２−５５１７１号公報

放射線計測のデータ解析では、マルチチャネルアナライザ１４が作成するヒストグラムが必須である。また、単位時間Δｔで測定したヒストグラムの時系列の変化も、線源の強度の時間変動や半減期などを測定するために非常に重要である。

一般的に、所定の単位時間Δｔが長時間（数時間〜数日）にわたることがある。そして、この単位時間Δｔをｎ回測定するため、マルチチャネルアナライザ１４には正確な測定が要求されている。

しかしながら、試料から出力される各放射線源の度数を予測することは困難であり、長時間計測の場合、計測結果（ヒストグラム）の一部がオーバーフローを起こし、全データが無駄になる場合があるという問題があった。

また、ヒストグラムの時系列変化を測定するには、所定の単位時間Δｔを測定するごとに、ヒストグラムメモリ２３の内容を外部の計算機に出力し、出力後にメモリ２３の内容をクリアする必要があった、そのため、ｊ回目の測定と（ｊ＋１）回目の測定の間には、測定を行なうことができない時間、いわゆるデッドタイムが生じ、放射線源の時間的推移の解析を精度よく行なうことが困難であるという問題があった。

そこで本発明の目的は、放射線源の時間的推移の解析を精度よく行なうことができるマルチチャネルアナライザを実現することにある。

請求項１記載の発明は、
放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号が入力され、このパルス信号のピーク値をピーク検出部によって検出し、前記放射線の解析を行なうマルチチャネルアナライザにおいて、
前記ピーク検出部のピーク値に対応するチャネルの計数を行なうヒストグラム解析部と、
前記ヒストグラム解析部によるチャネルごとの計数結果を記憶する領域を、複数個有する記憶部と、
トリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、
前記記憶部の各領域に前記ヒストグラム解析部の計数結果を書き込め、前記トリガ信号出力部からのトリガ信号によって、書き込む領域を切り替えるメモリコントローラと
を設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
トリガ信号出力部は、タイマを有し、所定の時間が経過するとトリガ信号を前記メモリコントローラに出力することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
トリガ信号出力部は、前記メモリコントローラが書き込みしている前記記憶部の計数結果が所定の値を超えるとトリガ信号を前記メモリコントローラに出力することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、
トリガ信号出力部は、本装置の外部から外部信号が入力されるとトリガ信号を前記メモリコントローラに出力することを特徴とするものである。

本発明によれば、メモリコントローラが、トリガ信号出力部からのトリガ信号によって記憶部に書き込む領域を切り替えて、ヒストグラム解析部が計数した計数結果を書き込むので、ｊ回目の測定と（ｊ＋１）回目の測定間に生じるデッドタイムを抑えることができる。これにより、放射線源の時間的推移の解析を精度よく行なうことができる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示した構成図である。ここで、図５と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図１において、メモリコントローラ２２の代わりにメモリコントローラ２５が設けられ、ヒストグラムメモリ２３の代わりにヒストグラムメモリ２６が設けられる。また、トリガ信号出力部２７が新たに設けられる。

メモリコントローラ２５は、ヒストグラム解析部２１、通信部２４と相互に接続され、ヒストグラムメモリ２６へのデータの読み書きを行なう。ヒストグラムメモリ２６は、記憶部であり、ページｐ（１）〜ｐ（ｎ）と呼ばれる単位でメモリ内の領域が分割される。そして、メモリ２６の各ページｐ（１）〜ｐ（ｎ）には、ヒストグラム解析部２１が振り分けるチャネルそれぞれに対応する領域、具体的には、メモリ内の各アドレスが割り当てられ、チャネルごとの計数結果の度数を記憶する。

トリガ信号出力部２７は、内部にタイマを有しており、所定の単位時間Δｔが経過するごとに、メモリコントローラ２５にトリガ信号を出力する。

図２は、図１に示す装置におけるメモリ２６に格納されるヒストグラムのデータを示した図である。測定回数をｎ回とし、チャネル数をＣＮ個とし、メモリ２６の先頭アドレスをａｄ［ｋ］とする。なお、ｎ、ＣＮは自然数であり、ｋは、整数である。

例えば、メモリコントローラ２５が、あらかじめメモリ２６の領域をページｐ（１）〜ｐ（ｎ）に分割するが、ページｐ（１）には１回目の測定データを格納し、ページｐ（２）には２回目、以下同様にページｐ（ｎ）にはｎ回目の測定データを格納する。もちろん、各ページｐ（１）〜ｐ（ｎ）のアドレス同士が重ならないように分割する。つまり、ページｐ（ｊ）の先頭アドレスから次のページｐ（ｊ＋１）の先頭アドレスまでは、少なくともチャネル数分（（ｐ（ｊ＋１）の先頭アドレス）−（ｐ（ｊ）の先頭アドレス）≧ＣＮ）の領域を確保する。

例えば、
ページｐ（１）は、アドレスａｄ［ｋ］〜ａｄ［ｋ＋ＣＮ−１］，
ページｐ（２）は、アドレスａｄ［ｋ＋ＣＮ］〜ａｄ［ｋ＋２×ＣＮ−１］，…，
ページｐ（ｊ）は、アドレスａｄ［ｋ＋（ｊ−１）×ＣＮ］〜ａｄ［ｋ＋ｊ×ＣＮ−１］，…，
ページｐ（ｎ）は、アドレスａｄ［ｋ＋（ｎ−１）×ＣＮ］〜ａｄ［ｋ＋ｎ×ＣＮ−１］が割り付けられる。

このような装置の動作を説明する。
まず、測定を開始する前に、ヒストグラム解析部２１が、メモリコントローラ２５を介して、ヒストグラムメモリ２６の全ページｐ（１）〜ｐ（ｎ）の各アドレスのカウント値（度数）をクリアする。

そして、クリアが終了すると１回目の測定を行なうが、１回目の測定を開始すると共にトリガ信号出力部２７が、タイマを起動させると共に１回目のトリガ信号をメモリコントローラ２５に出力する。このトリガ信号によって、メモリコントローラ２６のページｐ（１）への読み書きを開始する。

具体的には、波形整形増幅器１３から、放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号が、ピーク検出部２０に順次入力される。そして、ピーク検出部２０が、パルス信号それぞれのピーク値を求め、ヒストグラム解析部２１に出力する。

さらに、ヒストグラム解析部２１が、入力されたピーク値から、割り振る先のチャネルを判別し、判別したチャネル番号をメモリコントローラ２５に出力する。これにより、メモリコントローラ２５が、判別したチャネル番号に対応するページｐ（１）内のアドレス（例えば、１番目のチャネルであれば、アドレスａｄ［ｋ］）を算出し、メモリ２６内のページｐ（１）のアドレスに記憶されるカウント値を読み出してヒストグラム解析部２１に出力する。

そして、ヒストグラム解析部２１が、読み出したカウント値を”＋１”インクリメントし、インクリメントしたカウント値をメモリコントローラ２５に出力する。さらに、メモリコントローラ２５が、インクリメントされたカウント値を、読み出したアドレスに書き込む。このようなメモリ２６のカウント値をインクリメントする動作を所定時間Δｔ繰り返す。従って、メモリ２６のページｐ（１）の領域には、１回目の測定における各チャネルのパルス信号の発生頻度のヒストグラム（横軸がチャネル（つまり、ピーク値）、縦軸が度数）を記憶される。

そして、トリガ信号出力部２７が、タイマの時刻を監視し、所定の単位時間Δｔが過ぎると、２回目のトリガ信号をメモリコントローラ２５に出力する。このトリガ信号が入力されると、２回目の測定の開始であり、次のトリガ信号（３回目）が入力されるまでに得られる結果は２回目の測定結果になる。ただし、ピーク検出部２０、ヒストグラム解析部２１は、１回目の測定の動作と異なる部分が無く、メモリコントローラ２５が、カウント値を書き込む領域を次の領域、すなわち、ページｐ（１）の代わりにページｐ（２）に切り替えて、チャネルに対応するページｐ（２）のアドレスに格納されるカウント値の読み書きを行なう。

以降同様に、トリガ信号出力部２７が、タイマの時刻を監視し、所定の単位時間Δｔが過ぎると、３回目のトリガ信号をメモリコントローラ２５に出力し、メモリコントローラ２５が、３回目の測定の測定結果として、カウント値を読み書きする領域を、ページｐ（２）の代わりにページｐ（３）に切り替えて行なう。このような動作を、ｎ回目の測定が終了するまで行なう。

そして、ｎ回目の測定が終了すると、通信部２４が、メモリコントローラ２５を介して、１回目〜ｎ回目の測定結果を外部の計算機（図示せず）に出力する。さらに、外部の計算機上にて、例えば、放射線源Ｂの度数のみをｎ回分のヒストグラムのデータそれぞれから取り出し、横軸を時間、縦軸を度数とすれば、単位時間Ｔｍ（Δｔ×ｎ）における放射線源Ｂの時間的推移を解析する。

ここで、ｊ回目と（ｊ＋１）回目の測定で生ずるデッドタイムについて説明する。ピーク検出部２０、ヒストグラム解析部２１は、ページｐ（ｊ）、ｐ（ｊ＋１）の切り替えに関わらず測定を行なっているので、デッドタイムは、メモリコントローラ２５でのページｐ（ｊ）、ｐ（ｊ＋１）切替で生ずるのみである。通常、メモリコントローラ２５をハードウェアで構成すれば、数十［ｎｓ］での切替を実現できるので、時系列的にデータ欠損がないとみなせ、ヒストグラムの作成が行なわれる。

このように、メモリコントローラ２５が、トリガ信号出力部２８からのトリガ信号によってメモリ２６にアクセスするページｐ（１）〜ｐ（ｎ）を切り替えて、ヒストグラム解析部２１が計数した計数結果を書き込むので、図５に示す装置のように、所定の単位時間Δｔが経過するごとに測定を中断する必要が無い。これにより、ｊ回目の測定と（ｊ＋１）回目の測定間に生じるデッドタイムを抑えることができる。従って、放射線源の時間的推移の解析を精度よく行なうことができる。

また、メモリ２６に既に時系列のヒストグラムのデータが格納されるので、後段の計算機で統計的なデータ処理を行なう際に、データ処理時間を大幅に短縮することができる。

［第２の実施例］
図３は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。ここで、図１と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図３において、トリガ信号出力部２７の代わりに、トリガ信号出力部２８が設けられ、メモリコントローラ２５と相互に接続される。トリガ信号出力部２８は、メモリコントローラ２５が読み書きしているメモリ２６のカウント値を監視し、ヒストグラムの一部が所定のカウント値を超えるとメモリコントローラ２５にトリガ信号を出力する。また、トリガ信号を出力した時刻を、メモリ２６に記憶させる。

このような装置の動作を説明する。図１に示す装置とほぼ同じだが、異なる動作を主に説明する。
トリガ信号出力部２８が、メモリコントローラ２５が、書き込むカウント値または読み出したカウント値を監視し、所定のカウント値を超えるとトリガ信号をメモリコントローラ２５に出力する。このトリガ信号によって、メモリコントローラ２５が、カウント値を読み書きするページｐ（１）〜ｐ（ｎ）を切り替える。その他の動作は、図１に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、トリガ信号出力部２８が、メモリ２６に格納されるカウント値を監視するので、長時間の測定でカウント値が大きくなりすぎてヒストグラムの一部がオーバーフローを起こすことがない。これにより、データが無駄になることがなく、放射線源のスペクトラム解析、さらには、時間的推移の解析を精度よく行なうことができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
図１、図３に示す装置において、各ページの領域は、チャネル数ＣＮと同じ数のアドレスとする構成を示したが、割り振るアドレスの個数は、チャネル数ＣＮより多くしてもよい。

図１、図３に示す装置において、表示部を設け、ヒストグラムメモリ２６のヒストグラムをメモリコントローラ２５を介して読み出して、表示部にヒストグラムを表示してもよい。

図１に示す装置において、トリガ信号出力部２７がタイマの時刻によって所定の単位時間Δｔが経過するとトリガ信号を出力する構成を示したが、以下のように構成してもよい。トリガ信号出力部２７を通信部２４と接続し、通信部２４が、ＭＣＡとは別に設けられる外部機器からの所定の外部信号を受信したら、受信したことをトリガ信号出力部２７に出力する。そしてトリガ信号出力部２７が、通信部２４からの出力に基づいてトリガ信号をメモリコントローラ２５に出力する構成としてもよい。

図３に示す装置において、トリガ信号出力部２７に、図１に示す装置と同様にタイマを設け、タイマの時刻を監視して所定の単位時間Δｔが経過した場合、カウント値が所定の値を超えた場合の両方で、トリガ信号を出力してもよい。なお、カウント値がオーバーフローしたのか、単位時間Δｔが経過したかを判断するため、トリガ信号を出力したときのタイマの時刻もメモリ２６に格納するとよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 図１に示す装置のメモリ２６に格納されるヒストグラムのデータを示した図である。 本発明の第２の実施例を示した構成図である。 従来の放射線測定装置の構成を示した図である。 従来のＭＣＡの構成を示した図である。 図５に示す装置の動作を説明した図である。 特定の放射線源から放射線が出力された度数の時間的推移を示した図である。

符号の説明

２０ ピーク検出部
２１ ヒストグラム解析部
２５ メモリコントローラ
２６ ヒストグラムメモリ（記憶部）
２７、２８ トリガ信号出力部

Claims (4)

1. 放射線のエネルギーに対応したピーク値をもつパルス信号が入力され、このパルス信号のピーク値をピーク検出部によって検出し、前記放射線の解析を行なうマルチチャネルアナライザにおいて、
   前記ピーク検出部のピーク値に対応するチャネルの計数を行なうヒストグラム解析部と、
   前記ヒストグラム解析部によるチャネルごとの計数結果を記憶する領域を、複数個有する記憶部と、
   トリガ信号を出力するトリガ信号出力部と、
   前記記憶部の各領域に前記ヒストグラム解析部の計数結果を書き込め、前記トリガ信号出力部からのトリガ信号によって、書き込む領域を切り替えるメモリコントローラと
   を設けたことを特徴とするマルチチャネルアナライザ。
2. トリガ信号出力部は、タイマを有し、所定の時間が経過するとトリガ信号を前記メモリコントローラに出力することを特徴とする請求項１記載のマルチチャネルアナライザ。
3. トリガ信号出力部は、前記メモリコントローラが書き込みしている前記記憶部の計数結果が所定の値を超えるとトリガ信号を前記メモリコントローラに出力することを特徴とする請求項１記載のマルチチャネルアナライザ。
4. トリガ信号出力部は、本装置の外部から外部信号が入力されるとトリガ信号を前記メモリコントローラに出力することを特徴とする請求項１記載のマルチチャネルアナライザ。
   

Images