JP2007248319A

JP2007248319A - シンチレーション検出器およびシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計

Info

Publication number: JP2007248319A
Application number: JP2006073654A
Authority: JP
Inventors: Kiyohito Yamamura; 精仁山村; Kaoru Masui; 馨増井; Takashi Aoyama; 敬青山
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという領域の低エネルギー光子に対して検出精度を高めたシンチレーション検出器およびシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計を提供する。
【解決手段】入射窓１５と、シンチレータ１２と、光電子増倍管１３と、を備え、２０ｋｅＶ以下におけるエネルギーに対する入射窓の透過率の特性を２０ｋｅＶ以下の１ｃｍ線量当量換算係数曲線に近似させることで、１０ｋｅＶから１５０ｋｅＶまでの低エネルギー光子が入射したときのエネルギーレスポンスの平坦化を図るシンチレーション検出器１０とした。また、このシンチレーション検出器１０を搭載したシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという低エネルギー光子を検出するためのシンチレーション検出器、および、このシンチレーション検出器を用いるシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計に関する。

低エネルギーのＸ線やγ線（以下、低エネルギー光子という）を用いる放射線利用装置が各種利用されている。このような放射線利用装置が設置される管理区域では、１ｃｍ線量当量計を用いて放射線の量を表す１ｃｍ線量当量を測定する。このような測定は、定期的（例えば一日毎に所定時刻から所定期間測定するというもの）あるいは不定期的に行われる。

放射線利用装置の一例として、例えば医療用のＸ線撮影装置がある。このＸ線撮影装置では、Ｘ線の発生時間は撮影時間に依存する。さらにまた、撮影時間間隔は撮影対象に応じて異なるものであり、撮影毎に数ミリ秒〜数百ミリ秒発生させる。これら理由のため放射線（Ｘ線）の発生は不定期・間欠的であり、その線量を正確に測定するため１ｃｍ線量当量計の積算モードで測定する必要がある。このような１ｃｍ線量当量計では、一般的にその際の測定値の表示は、積算値あるいは線量率のいずれか一方のみであった。

一般に５０ｋｅＶ以下の低エネルギー光子を測定対象とするときの１ｃｍ線量当量計としては、特に５０ｋｅＶ以下の検出感度のエネルギー依存性が小さい点で有利な電離箱式の１ｃｍ線量当量計を使用したり、または、エネルギー依存性は小さくないが低域で検出感度が高い点で有利なＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を用いた１ｃｍ線量当量計を使用する。ここにエネルギー依存性が小さいとは、入射する光子のエネルギーに対する検出器のレスポンスがエネルギーによらずに一定に近いことを指す。

また、放射線測定装置に係る他の従来技術として、例えば、特許文献１（特開２００４−１０８７９６号公報；発明の名称「放射線測定装置」）がある。この放射線測定装置では、ＤＢＭ方式により、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出された信号に対して、波高弁別器の弁別閾値を所定パターンに従って時間的に変化させることにより、検出パルス信号が後段の計数器に入力される確率をその波高に応じて調整することで、１ｃｍ線量当量換算係数曲線図で表されるようなエネルギー別の係数を乗じて、補正する装置が開示されている。
従来技術の低エネルギー光子を測定対象とする１ｃｍ線量当量計等の放射線測定装置はこのようなものである。

特開２００４−１０８７９６号公報（段落番号００２０，図１）

従来技術の１ｃｍ線量当量計では、２５ｋｅＶ以下の低エネルギー光子の検出については配慮されていないものであり、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという低エネルギー光子を検出する場合に、特に２５ｋｅＶ以下の低エネルギー光子の検出精度が高くないという問題点があった。

まず、電離箱式の１ｃｍ線量当量計では、エネルギー依存性を小さくするために、電離箱に使用される材質や電離する気体は制約を受け、材質はプラスチック、気体は窒素（空気）が大気圧で用いられることが多い。また、電離箱式の１ｃｍ線量当量計は携帯する測定器であり、電離箱検出器の大きさが制約をうける。これらのような事情のため、感度を高くすることが困難であった。加えて、エネルギー依存性は小さくおおむね良好であるものの、この場合における低エネルギー光子に対するレスポンスは、図１４の電離箱式の１ｃｍ線量当量計の光子エネルギー−レスポンス特性の説明図からも明らかなように、特に２５ｋｅＶ以下のエネルギー依存性については考慮されておらず、１０ｋｅＶ〜２５ｋｅＶの低エネルギー光子に対するエネルギー依存性が良好でない（エネルギー依存性大きい）という問題があった。

また、他の従来技術のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を用いた１ｃｍ線量当量計は、低域において検出感度が高いがエネルギー依存性が大きいものである。１ｃｍ線量当量計は、図１５の光子エネルギー−１ｃｍ線量当量換算係数曲線図で表されるように、低エネルギー領域では値を小さくする換算係数を乗じる必要（例えば、１０ｋｅＶでは０．１倍する必要）があり、むしろ検出感度が高すぎるというものであった。この図１５からも明らかなように、２０ｋｅＶ（０．０２０ＭｅＶ）以下では、換算係数が小さくなっており、換言すれば低エネルギー領域では検出感度を低くしたいという要請があった。
この検出感度の点については、特許文献１でも同様の問題があった。
このように、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという低エネルギー光子を検出する１ｃｍ線量当量計等の従来技術の放射線測定装置は、低域の検出感度が良好でないため、低域で検出精度に問題が生じるおそれがあった。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという領域の低エネルギー光子に対してエネルギー依存度が小さいレスポンスとなるようにして、検出感度を良好にしたシンチレーション検出器を提供することにある。
また、このシンチレーション検出器を採用し、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという領域の低エネルギー光子に対して検出精度を高めたシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計を提供することにある。

このような本発明の請求項１に係るシンチレーション検出器は、
入射する光子の一部を吸収するとともに残りは通過させ、所定エネルギー以下の光子に対してエネルギーが小さくなるにつれて透過率が小さくなる特性を有する入射窓と、
入射窓を通過した光子に応じてシンチレーション光を放出するシンチレータと、
シンチレータから放出されるシンチレーション光の強度に比例したパルス信号を出力する光電子増倍管と、
を備えるシンチレーション検出器であって、
２０ｋｅＶ以下におけるエネルギーに対する入射窓の透過率の特性を２０ｋｅＶ以下の１ｃｍ線量当量換算係数曲線に近似させることで、１０ｋｅＶから１５０ｋｅＶまでの低エネルギー光子が入射したときのエネルギーレスポンスの平坦化を図ること特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るシンチレーション検出器は、
請求項１に記載のシンチレーション検出器において、
前記入射窓の材料をアルミニウムとし、その厚さを０．１ｍｍから０．４ｍｍまでの厚さとすることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るシンチレーション検出器は、
請求項１に記載のシンチレーション検出器において、
前記入射窓の材料をベリリウムとし、その厚さを５ｍｍから２０ｍｍまでの厚さとすることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のシンチレーション検出器と、
前記シンチレーション検出器から出力されるパルス信号を所定の波高レベルまで増幅するアンプと、
パルス信号に対して所定波高レベル以下を除去する基準の弁別閾値を設定する弁別基準信号を出力する弁別基準信号発生部と、
弁別基準信号発生部に接続され、少なくとも弁別閾値の下限レベルを調整する調整手段と、
弁別基準信号発生部から出力される弁別基準信号に基づいて、アンプから出力されるパルス信号を弁別して整形パルス信号を出力するディスクリミネータと、
整形パルス信号を用いて計数してカウント値を１ｃｍ線量当量として出力するカウント部と、
１ｃｍ線量当量を表示する表示器と、
を備え、
調整手段を用いて調整し、１０ｋｅＶ付近のエネルギーレスポンスが略１．０となるような下限レベルを設定することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係るシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のシンチレーション検出器と、
前記シンチレーション検出器から出力されるパルス信号を所定の波高レベルまで増幅するアンプと、
所定周期におけるパルス信号に含まれる全パルスに対して波高別にパルス数を調整するため所定周期における弁別閾値を所定パターンに従って時間的に変化させる弁別基準信号を出力する弁別基準信号発生部と、
弁別基準信号発生部から出力される弁別基準信号の弁別閾値に基づいて、アンプから出力されるパルス信号を弁別して、波高レベル別にパルス数を調整した整形パルス信号を出力するディスクリミネータと、
整形パルス信号を用いて計数してカウント値を１ｃｍ線量当量として出力するカウント部と、
１ｃｍ線量当量を表示する表示器と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係るシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計は、
請求項５に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記弁別基準信号発生部からの弁別基準信号は、６０ｋｅＶ以上におけるエネルギーに対するシンチレーション検出器からのレスポンスを６０ｋｅＶ以上の１ｃｍ線量当量換算係数曲線に近似させるような弁別基準信号とすることで、１０ｋｅＶから１５０ｋｅＶまでの低エネルギー光子が入射したときのエネルギーレスポンスの平坦化を図ること特徴とする。

また、本発明の請求項７に係るシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計は、
請求項５または請求項６に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記弁別基準信号発生部に接続され、少なくとも弁別閾値の下限レベルを調整する調整手段を備え、
調整手段を用いて調整し、１０ｋｅＶ付近のエネルギーレスポンスが略１．０となるような下限レベルを設定することを特徴とする。

また、本発明の請求項８に係るシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計は、
請求項４または請求項７に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
１０ｋｅＶ付近のエネルギーレスポンスと、エネルギー４０ｋｅＶにおけるエネルギーレスポンスと、が略一致するような弁別閾値の下限レベルを設定することを特徴とする。

また、本発明の請求項９に係るシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計は、
請求項４〜請求項８の何れか一項に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記カウント部は、１ｃｍ線量当量率とその積算値である１ｃｍ線量当量を算出し、
前記表示器は、前記カウント部により算出された１ｃｍ線量当量率をバー表示で表し、また、１ｃｍ線量当量を数値表示で表示する、
ことを特徴とする。

また、本発明の請求項１０に係るシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計は、
請求項９に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記カウント部は、所定期間における１ｃｍ線量当量率の平均値、最大値および最小値と、１ｃｍ線量当量率の積算値である１ｃｍ線量当量を算出し、
前記表示器は、１ｃｍ線量当量率の平均値、最大値および最小値をバー表示で同時に表し、また、１ｃｍ線量当量を数値表示で表示する、
ことを特徴とする。

以上のような本発明によれば、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという領域の低エネルギー光子に対してエネルギー依存度が小さいレスポンスとなるようにして、検出感度を良好にしたシンチレーション検出器を提供することができる。
また、このシンチレーション検出器を採用し、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶという領域の低エネルギー光子に対して検出精度を高めたシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態のシンチレーション検出器およびシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計について図を参照しつつ説明する。まず、シンチレーション検出器について説明する。図１は本形態のシンチレーション検出器の構造図である。図２はシンチレータの光子エネルギー−検出効率の特性図である。

シンチレーション検出器１０は、図１に示すように、容器１１、シンチレータ１２、光電子増倍管１３、ブリーダ回路１４、入射窓１５を備える。
容器１１は、前方に検出孔を、後方に信号線・電源線を引き出す孔を有する金属製の筒体であり、光や磁気を遮蔽する機能を有する。

シンチレータ１２は、詳しくは、微量のタリウム（Ｔｌ）を含むヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）の結晶からなるＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータである。光子が物質内を通過するときに閃光により発光する現象を、シンチレーションといい、発光する物質がシンチレータという。所定透過率の入射窓１５を通過した光子がシンチレータ１２へ入射するとシンチレータ１２からシンチレーション光を放出する。

このシンチレータ１２の検出効率であるが、例えば、図２では特に直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板であるシンチレータ（入射窓なし）１２に入射する光子エネルギーに対する検出効率の例を示す。図２では、５０ｋｅＶまでの光子エネルギーに対しては検出効率は１．００と一定であるが、５０ｋｅＶ以上の光子エネルギーに対しては、光子エネルギー値が大きくなるにつれて検出効率が低下する。このようにシンチレータ１２では５０ｋｅＶ以上でエネルギー依存性が大きい。

光電子増倍管１３は、シンチレータ１２から放出されるシンチレーション光を光電面に入射させて、光電面でシンチレーション光を光電子に変換し、この光電子を電流に交換増倍し、強度に比例した電流によるパルス信号を出力する変換器である。詳しくは、光電面から出力される光電子をダイノードで加速して二次電子放出増倍により１０万倍から１００万倍程度に増倍し、最終的に光電子の強さに比例した電流によるパルス信号を出力する。シンチレータ１２と光電子増倍管１３は隣接した一体構造となっている。
ブリーダ回路１４は、光電子増倍管１３の各電極に対して適切な電圧を印加する。

このようなシンチレーション検出器において、入射窓１５がないシンチレーション検出器１０からの出力に対しては、１ｃｍ線量当量換算係数を用いて換算する必要がある。先の図１５の国際放射線防護委員会（ＩＣＲＰ）１９９０年勧告に基いた光子エネルギー−１ｃｍ線量当量換算係数曲線図によれば、光子エネルギーの２０ｋｅＶ以下の領域では１ｃｍ線量当量換算係数が小さくなっている。換言すれば、シンチレーション検出器１０からの出力は、低域で感度が高いというものであり、低域の感度を予め低くするようにしたい。そこでシンチレータ１２の前側に低域の光子を吸収する入射窓１５を配置する。

入射窓１５は、光子を入射させ、通過する光子の一部を吸収する機能を有する。入射窓１５の材質は、好ましくはアルミニウムやベリリウムが用いられる。図３，図４は入射窓の厚さ・材質別の光子エネルギー−透過率特性図である。入射窓の材質と厚さ（厚さは光子入射面から出射面までの厚さ）に依存して光子エネルギーに対して透過率が変化するというもので、図３は入射窓の材質をベリリウムとし、厚さを１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍのものを示し、図４は入射窓の材質をアルミニウムとし、厚さを０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍのものを示している。これら特性からも明らかなように、光子エネルギーが低くなるにつれて光子エネルギーに対する透過率も低くなるという特性を有している。

入射窓１５を装着したシンチレーション検出器１０へ入射した光子の１ｃｍ線量当量は次式により算出される。

入射した光子の光子エネルギー値により決定される１ｃｍ線量当量換算係数、検出器の検出効率、入射窓の透過率を求め、検出器の入射窓面積を用いて１ｃｍ線量当量を算出する。
光子エネルギーが５０ｋｅＶ以下の低エネルギー領域ではシンチレータ１２の検出効率は、図２で示したように、ほぼ１００％で一定（＝１．０）であって、この場合は数１でも明らかなように、１ｃｍ線量当量換算係数の低下具合と、入射窓１５の吸収による透過率の低下具合と、を一致させると測定値（１ｃｍ線量当量）の光子エネルギーに対する依存性を小さくすることができる。

つまり、光子源（図示せず）とシンチレータ１２との間に適切な材質で適切な厚さの入射窓１５を挿入すれば、５０ｋｅＶ以下におけるエネルギーに対する入射窓１５の透過率の特性を５０ｋｅＶ以下の１ｃｍ線量当量換算係数曲線に近似させることができ、５０ｋｅＶまでの低エネルギー光子が入射したときのエネルギーレスポンスを平坦化し、低エネルギー領域における１ｃｍ線量当量のエネルギー依存性を小さくできる。

続いて計算によるシンチレーション検出器１０のエネルギーレスポンスを検討する。図５は、計算による光子エネルギー−レスポンス特性である。入射窓１５の材質をアルミニウムとし、その厚さ４種類についての光子エネルギーに対するレスポンス（計算結果）である。特に１５ｋｅＶ以下でエネルギー依存性が改善され、特にアルミニウムの厚さを０．３ｍｍとした場合、１０〜１００ｋｅＶの範囲のエネルギー領域でのエネルギー依存性は±４０％以内となる。
以上より、例えば１０ｋｅＶ以上を測定する場合、入射窓の材質および厚さはアルミニウムで０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ（特に０．３ｍｍ）が適切である。また、アルミニウムよりも吸収が小さいベリリウムでは５ｍｍ〜２０ｍｍが適切である。

このように本発明によるシンチレーション検出器では、特に厚さ０．３ｍｍのアルミニウムの入射窓１５を採用すれば、１０〜１００ｋｅＶの範囲のエネルギー領域でのエネルギー依存性は±４０％以内となっており、従来技術と比較しても、特に低域の光子エネルギーに対してエネルギー依存性を少なくして検出精度を高めるというものであり、低エネルギー光子の検出に適用できる。

続いて、このシンチレーション検出器を用いるシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計について図を参照しつつ説明する。図６は、本形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計のブロック構成図である。シンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１は、先に説明したシンチレーション検出器１０、高圧電源２０、アンプ３０、ディスクリミネータ４０、制御・処理部（ワンチップマイコン）５０、表示器６０、低圧電源７０、操作スイッチ８０を備える。また、制御・処理部５０は、さらに、ＣＰＵ５１、ＤＡＣ（ディジタル・アナログ・コンバータ）５２、ドライバ５３、タイマ５４、カウンタ５５、記憶部（ＲＯＭ・ＲＡＭ）５６を備える。

シンチレーション検出器１０は、先に説明したように、光子を入射して、この光子のエネルギーに比例したパルス信号を出力する。
高圧電源２０は、シンチレーション検出器１０内のブリーダ回路１４に高圧の電圧を供給する。後述するが、電圧値は操作スイッチ８０により操作されて所定電圧が決定され、ＤＡＣ５２を介して所定波形の信号を送ることにより高圧電源２０から所定波形に応じた電源電圧が供給される。

アンプ３０はシンチレーション検出器１０から出力されるパルス信号をディスクリミネータ４０が動作するのに十分な波高まで増幅し、このパルス信号をディスクリミネータ４０へ出力する。

制御・処理部５０は、各種機能を有するが、まず弁別基準信号発生部として機能するものであり、弁別基準信号を生成出力するものである。調整手段である操作スイッチ８０がＤＩ５７を介してＣＰＵ５１と通信可能に接続されて弁別基準信号の弁別閾値の下限レベルが調整可能になされているものとする。調整された下限レベルは例えば読み書き可能なＲＡＭなどの記憶部５６に登録されるものとする。登録された下限レベルによりＤＡＣ５２はＤＡ変換してディスクリミネータ４０に対して弁別基準信号を出力する。この場合、弁別基準信号発生部は、制御・処理部５０のＣＰＵ５１、ＤＡＣ５２、記憶部５６により機能する。

ディスクリミネータ４０は、制御・処理部５０から弁別基準信号を入力し、この弁別基準信号の弁別閾値に基づいて、アンプ３０から出力されるパルス信号に対し、その基準電圧以上の波高をもつパルスのみ弁別して、測定対象信号以外のノイズ成分などを除去するとともに、一定波高、一定幅に整形した整形パルス信号を生成し、制御・処理部５０へこの整形パルス信号を出力する。

制御・処理部５０は、さらにカウント部としても機能するものであり、ディスクリミネータ４０から出力される整形パルス信号を用いて計数してカウント値を１ｃｍ線量当量として出力する。
詳しくは、カウンタ５５が、整形パルス信号を計数してＣＰＵ５１へカウント値を出力する。この場合、シンチレーション検出器１０が入射窓１５により補償されているため、目標としている１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶに対してはエネルギーレスポンスが平坦に近いものであり、そのままカウント値を使用して１ｃｍ線量当量を生成する。ＣＰＵ５１はタイマ５４より所定周期の測定時間が経過したことの情報を検知し、その時間でカウンタ５５が計数したカウント値を読み取り、所定周期の間に積算したカウント値を元に１ｃｍ線量当量を生成したり、または、積算値を単位時間当たりのカウント値に換算して１ｃｍ線量当量率を生成したりして、ドライバ５３を介して表示器６０へ出力して表示させる。この場合、カウント部は、制御・処理部５０のカウンタ５５、ＣＰＵ５１、タイマ５４、ドライバ５３により機能する。

なお、制御・処理部５０のＣＰＵ５１は、記憶部５６のＲＯＭに予めプログラムされている手順に基き、ＤＩ（ディジタル入力部）５７の操作スイッチ８０の操作など入力情報に応じて、周囲の機能を制御する。例えば、先に説明した調整手段はこの操作スイッチ８０であり、操作スイッチ８０を操作することで、ＤＡＣ５２を介してディスクリミネータ４０へ供給するディスクリミネーションレベル電圧である下限レベルの値を調整したり、高圧電源２０へ出力電圧を調整したりする。

表示器６０は、後述するが制御・処理部５０のドライバ５３の出力信号を受け、測定値や動作状態を表示するマン−マシン間のインタフェースをする。表示内容については後述する。
低圧電源７０は、各部で必要な電力を供給する電源として機能する。
操作スイッチ８０は、動作状態（例えばテストモードと測定モード）を切り替える信号などをＤＩ（ディジタル信号入力回路）５７を介して、ＣＰＵ５１へ指令を与えるマン−マシンインタフェースである。
ワンチップマイコンである制御・処理部５０の記憶部５６に含まれるＲＯＭには制御・処理部５０がワンチップマイコンとして動作するためのプログラムが記憶されており、記憶部５６に含まれるＲＡＭはプログラムが動作するための一時的な情報が保持される。

続いて、このシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１の動作について説明する。シンチレーション検出器１０は、光子を入射して、この光子のエネルギーに比例したパルス信号を出力する。アンプ３０は、シンチレーション検出器１０から出力されるパルス信号をディスクリミネータ４０が動作するのに十分な波高まで増幅し、このパルス信号をディスクリミネータ４０へ出力する。ディスクリミネータ４０へは、制御・処理部５０のＤＡＣ５２から、パルス信号に対して所定波高レベル以下を除去する基準となる弁別基準信号が出力されており、測定対象信号以外のノイズなど、不要な低エネルギーレベルのパルスを除去する。

このような下限レベルであるが、本発明では特に１０〜１５０ｋｅＶの範囲のエネルギー領域で精度良く検出できるようなシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計とすることを目的とするものであり、下限レベルの所定波高レベルとして１０ｋｅＶを選択することが考えられるが、単に所定波高レベルとして１０ｋｅＶを選択すると問題が生じていた、この点について説明する。図７は入射窓の材質をアルミニウム、厚さを０．１ｍｍとした場合の下限レベル調整前後の光子エネルギー−レスポンス特性図である。図７でも示したように弁別基準信号の下限レベル（ＬＬＤ）が１０ｋｅＶの場合の◇のプロットによるレスポンスは１０ｋｅＶで２．５というように大きく突出しており、レスポンスが平坦であるとは言い難い。そこで、ディスクリミネータ４０の下限レベル（ＬＬＤ）を少し増加させて（つまり検出可能なパルスを減らして）レスポンスを低下させる。例えば、ディスクリミネータ４０の下限レベル（ＬＬＤ）を１１．６ｋｅＶの場合の●のプロットによるレスポンスは１０ｋｅＶでほぼ１．０（光子エネルギーが４０ｋｅＶのレスポンスと同じ）となっており、レスポンスが平坦になっている。このようにレスポンスが１．０となることを目標にすると、本形態では下限レベルを１１．６ｋｅＶとすることで、目標が達成される。このような調整を施すことで図７でも明らかなように１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶでエネルギー依存性が約４０％に収まっており、実用上利用可能な程度にシンチレーション検出器１０のエネルギーレスポンスを平坦化することができた。
ディスクリミネータ４０は、このように整形して整形パルス信号を出力する。

制御・処理部５０は、ディスクリミネータ４０から出力された整形パルス信号を用いて計数してカウント値を１ｃｍ線量当量としてドライバ５３を介して信号を出力し、表示器６０がこの信号を受けて１ｃｍ線量当量を表示させる。本発明のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１はこのようなものである。

このように本形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１では、１０〜１５０ｋｅＶのエネルギー領域において、シンチレーション検出を採用することで検出感度を高くするとともに、エネルギーレスポンスが平坦なシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１としたため、検出性能を高めることができる。

続いて他の形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１について説明する。本形態では、弁別基準信号は詳しくはＤＢＭ方式による信号を採用したものであり、弁別基準信号発生部から出力される弁別基準信号が、所定周期におけるパルス信号に含まれる全パルスに対して波高別にパルス数を調整するため、所定周期における弁別閾値を所定パターンに従って時間的に変化させるような信号である点が相違する。

制御・処理部５０のＣＰＵ５１、ＤＡＣ５２、カウンタ５５、記憶部５６を用いて弁別基準信号発生部として機能させる。
ＣＰＵ５１は、所定周期で記憶部５６のＲＯＭからデータを読み出す。記憶部５６のＲＯＭには弁別基準データが書き込まれており、ＤＡＣ５２によりアナログ信号である弁別基準信号に変換して出力する。この弁別基準信号は、ディスクリミネータ４０の弁別基準である下限レベルを所定期間では時間とともに上昇させる信号であり、所定期間において１ｃｍ線量当量換算係数に見合うようにエネルギーレベルが低いパルスを少なく計数することで、１ｃｍ線量当量換算係数が上昇しつづけるエネルギー（約６０ｋｅＶ以上）領域のエネルギーレベルが高いパルスが相対的に沢山あるように調整したものであり、所定期間ではエネルギーレスポンスを平坦化した。また、変動する下限レベルのうち最も最低なレベルも先に説明した１１．６ｋｅＶを採用している。このような変動をする弁別基準信号により出力される整形パルス信号は、約６０ｋｅＶ以上では１ｃｍ線量当量換算係数により換算したのと同じ効果を有する。

図８は入射窓の材質をアルミニウム、厚さを０．１ｍｍとした場合の下限レベル調整およびＤＢＭ調整を施した場合の光子エネルギー−レスポンス特性図である。図８でも示したようにＤＢＭ調整を組み合わせる前の●のプロットによるレスポンスは１５０ｋｅＶを超えるとレスポンスが大幅に低下しているが、ＤＢＭ方式により、１ｃｍ線量当量換算係数に見合うように、エネルギーレベルが低いパルスを減らすことで、見かけ上エネルギーレベルが高いパルスが相対的に沢山あるように調整したうえでパルスを計数したため、◇のプロットによるレスポンスのように、１５０ｋｅＶを超えてもほぼ平坦なレスポンスを維持することができた。
ディスクリミネータ４０は、このように整形して整形パルス信号を出力する。そして、以下は先の説明と同様にして１ｃｍ線量当量を算出し、表示器６０に表示させる。

このような本形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１では、１０〜１５０ｋｅＶのエネルギー領域において、検出感度が高く、また、エネルギーレスポンスが平坦なシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１としたため、検出性能を高めることができる。さらに１５０ｋｅＶを超えるエネルギーに対するレスポンスも平坦化でき、この点でも検出性能を高めることができる。

続いて他の形態について説明する。本形態では、上記形態に加え、特にシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計１の表示を改良して見やすくする点に特徴がある。ここで制御・処理部５０のカウント部を構成するＣＰＵ５１は、１ｃｍ線量当量率とその積算値である１ｃｍ線量当量について算出し、ドライバ５３を介して表示器６０で出力させるものとする。以下図を参照しつつ説明する。図９は、数値表示とバー表示を含む表示器６０の説明図であり、図９（ａ）は１ｃｍ線量当量率と１ｃｍ線量当量の表示の説明図、図９（ｂ）は過大計数の説明図である。図１０，図１１，図１２はバー表示の説明図である。

表示器は、図９（ａ）で示すように、１ｃｍ線量当量率と１ｃｍ線量当量とを表示する。バー表示で１ｃｍ線量当量率を表示し、数値表示で１ｃｍ線量当量を表示する。
なお、バー表示は図９（ａ）で示すように円弧状の表示部としたり、図１０〜図１２のように、直線状の表示部とすることができる。説明のため、両方式を併記して説明する。

１ｃｍ線量当量率は、信号パルスを単位時間（例えば１秒間）積算し線量率（Ｓｖ／ｈ）に換算して表示する。
１ｃｍ線量当量率のバー表示では、測定値の指示範囲を広くするため図９（ａ）や図１０で示すように擬似対数表示を採用している。ここでいう擬似対数で２桁を表示した例示している。２桁を表示するために、図９（ａ）では、１０^−３〜１０^−２の範囲を０．００１毎の等間隔目盛とし、１０^−２〜１０^−１の範囲は０．０１毎の等間隔目盛とした表示方式であり、また、図１０では、１〜１０の範囲を１毎の等間隔目盛とし、１０〜１００の範囲は１０毎の等間隔目盛とした表示方式である。

１ｃｍ線量当量は、単位時間の線量率を線量に換算し、積算しながら表示する。１ｃｍ線量当量の数値表示では、図９（ａ），（ｂ）で示すように数値にて表示するというものである。もし、単位時間内の計数率が信号パルスの幅に依存する計数分解時間に関係する限界値以上であった場合は、図９（ｂ）で示すように、過大計数率（例えば：“ＯＶＥＲ”）の表示をする。

このような表示器６０を用いて、例えば、通常のＢＧレベルの線量率（例えば、０．０４μＳｖ／ｈ）の測定信号が到来している状態では、線量率を表示するバー表示器は、０．０４μＳｖ／ｈを指示し、数値表示器は、表示間隔（例えば１秒）毎に平均０．０４／３６００ずつ表示値が加算されながら徐々に増大する。
以上のように１ｃｍ線量当量率とその積算値である１ｃｍ線量当量との両方を同時に測定して表示できるので効率のよい測定ができる。

また、１ｃｍ線量当量率の平均値、最大値、および、最小値の表示を行うようにしても良い。
例えば１０秒間に１回１０ｍｓのＸ線照射を行いその時の漏洩線量を測定する場合、線量率は１秒間の平均値で表示されるので、実際の漏洩線量の１００分の１（１０ｍｓ／１ｓ）の表示になり、照射時の本当の漏洩線量が判らない。
そこで、図１１で示すように、表示切り替え時間間隔内の平均値である平均線量率とその中の各サンプリング時間毎の１ｃｍ線量当量率のうち最大値である最大線量率と最小値である最小線量率とを表示させることで、上記のような短時間照射時の線量も正確に測定し表示することができる。また、図１２で示すように、１ｃｍ線量当量率の平均値である平均線量率を連続のバー表示させ、最大線量率を個別のバーで表示させるようにしても、上記のような短時間照射時の線量も正確に測定して表示することができる。

続いて他の形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計について説明する。図１３は他の形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計のブロック構成図である。先に図６を用いて説明した形態では、制御・処理部５０が、弁別基準信号発生部とカウント部としての機能をともに果たす構成であるものとして説明した。しかしながら、図１３で示すように、弁別基準信号発生部９０を独立させ、制御・処理部５０はカウント部として機能する構成を採用しても良い。弁別基準信号発生部９０は、ＣＰＵ、記憶部、ＤＡＣ、ＤＩを少なくとも備え、調整手段となる操作スイッチがＤＩを介してＣＰＵに接続されて下限レベルも調整可能となっており、上記のような処理を行って弁別基準信号を発生させる。このような構成を採用しても良い。

以上本発明のシンチレーション検出器およびシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計について説明した。本発明のシンチレーション検出器およびシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計では、校正がされて、２０ｋｅＶ以下におけるエネルギーに対する入射窓の透過率の特性を２０ｋｅＶ以下の１ｃｍ線量当量換算係数曲線に近似させて、１０ｋｅＶから１５０ｋｅＶまでの低エネルギー光子が入射したときのエネルギーレスポンスの平坦化を図る。したがって、このようなエネルギー特性を有するサーベイメータは１ｃｍ線量当量率や１ｃｍ線量当量を直接測定できる。

また、ディスクリミネータのディスクリミネーションレベルを調整し、測定する光子エネルギーの下限レベルのレスポンスが光子エネルギー４０ｋｅＶ付近のレスポンスと同程度となるようにしたので、エネルギーレスポンスのさらなる平坦化を実現し、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶのエネルギー範囲の光子（Ｘ線）の線量を高感度、高精度で測定できるようになった。

６０ｋｅＶ以上のエネルギー範囲については、ＤＢＭ（＝ディスクリミネーションバイアスモジュレーション）機能と組合わせたので、ディスクリ電圧を時間とともにＧ関数の上昇分に見合う分だけ計数が低下し、１０ｋｅＶ〜１５０ｋｅＶから拡張し、数ｋｅＶ〜数ＭｅＶのエネルギー範囲の光子（Ｘ線）の線量を高感度、高精度で測定できるようになった。

また、複数の測定値を表示できる表示器を備え、線量率とその積算値の測定値を同時に表示できるようにしたので、サンプリング時間毎の測定値の平均値と最大値と最小値が同時に表示されて、Ｘ線の照射のような短時間照射の線量を高感度、高精度で測定できるようになった。

このように低エネルギー光子の１ｃｍ線量当量計において、これまで測定が困難であった、２５ｋｅＶ以下のエネルギー領域でもエネルギー依存性が平坦で、感度が高く、間欠的に発生する放射線の積算線量が測定でき、その際の測定値表示は、１ｃｍ線量当量率とその積算値である１ｃｍ線量当量を積算線量値との両方および所定時間内の平均線量値、最大線量値および最小線量値が同時にできるシンチレーション式の低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態のシンチレーション検出器の構造図である。シンチレータの光子エネルギー−検出効率の特性図である。入射窓の厚さ・材質別の光子エネルギー−透過率特性図である。入射窓の厚さ・材質別の光子エネルギー−透過率特性図である。計算による光子エネルギー−レスポンス特性である。本発明を実施するための最良の形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計のブロック構成図である。下限レベル調整前後の光子エネルギー−レスポンス特性図である。下限レベル調整およびＤＢＭ調整を施した場合の光子エネルギー−レスポンス特性図である。数値表示とバー表示を含む表示器６０の説明図であり、図９（ａ）は１ｃｍ線量当量率と１ｃｍ線量当量の表示の説明図、図９（ｂ）は過大計数の説明図である。バー表示の説明図である。バー表示の説明図である。バー表示の説明図である。他の形態のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計のブロック構成図である。電離箱式の１ｃｍ線量当量計の光子エネルギー−レスポンス特性の説明図である。光子エネルギー−１ｃｍ線量当量換算係数曲線図である。

符号の説明

１：シンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計
１０：シンチレーション検出器
１１：容器
１２：シンチレータ
１３：光電子増倍管
１４：ブリーダ回路
１５：入射窓
２０：高圧電源
３０：アンプ
４０：ディスクリミネータ
５０：制御・処理部
５１：ＣＰＵ
５２：ＤＡＣ
５３：ドライバ
５４：タイマ
５５：カウンタ
５６：記憶部（ＲＯＭ・ＲＡＭ）
５７：ＤＩ
５８：操作スイッチ
６０：表示器
７０：低圧電源
８０：操作スイッチ
９０：弁別基準信号発生部

Claims

入射する光子の一部を吸収するとともに残りは通過させ、所定エネルギー以下の光子に対してエネルギーが小さくなるにつれて透過率が小さくなる特性を有する入射窓と、
入射窓を通過した光子に応じてシンチレーション光を放出するシンチレータと、
シンチレータから放出されるシンチレーション光の強度に比例したパルス信号を出力する光電子増倍管と、
を備えるシンチレーション検出器であって、
２０ｋｅＶ以下におけるエネルギーに対する入射窓の透過率の特性を２０ｋｅＶ以下の１ｃｍ線量当量換算係数曲線に近似させることで、１０ｋｅＶから１５０ｋｅＶまでの低エネルギー光子が入射したときのエネルギーレスポンスの平坦化を図ること特徴とするシンチレーション検出器。
請求項１に記載のシンチレーション検出器において、
前記入射窓の材料をアルミニウムとし、その厚さを０．１ｍｍから０．４ｍｍまでの厚さとすることを特徴とするシンチレーション検出器。
請求項１に記載のシンチレーション検出器において、
前記入射窓の材料をベリリウムとし、その厚さを５ｍｍから２０ｍｍまでの厚さとすることを特徴とするシンチレーション検出器。
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のシンチレーション検出器と、
前記シンチレーション検出器から出力されるパルス信号を所定の波高レベルまで増幅するアンプと、
パルス信号に対して所定波高レベル以下を除去する基準の弁別閾値を設定する弁別基準信号を出力する弁別基準信号発生部と、
弁別基準信号発生部に接続され、少なくとも弁別閾値の下限レベルを調整する調整手段と、
弁別基準信号発生部から出力される弁別基準信号に基づいて、アンプから出力されるパルス信号を弁別して整形パルス信号を出力するディスクリミネータと、
整形パルス信号を用いて計数してカウント値を１ｃｍ線量当量として出力するカウント部と、
１ｃｍ線量当量を表示する表示器と、
を備え、
調整手段を用いて調整し、１０ｋｅＶ付近のエネルギーレスポンスが略１．０となるような下限レベルを設定することを特徴とするシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計。
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のシンチレーション検出器と、
前記シンチレーション検出器から出力されるパルス信号を所定の波高レベルまで増幅するアンプと、
所定周期におけるパルス信号に含まれる全パルスに対して波高別にパルス数を調整するため所定周期における弁別閾値を所定パターンに従って時間的に変化させる弁別基準信号を出力する弁別基準信号発生部と、
弁別基準信号発生部から出力される弁別基準信号の弁別閾値に基づいて、アンプから出力されるパルス信号を弁別して、波高レベル別にパルス数を調整した整形パルス信号を出力するディスクリミネータと、
整形パルス信号を用いて計数してカウント値を１ｃｍ線量当量として出力するカウント部と、
１ｃｍ線量当量を表示する表示器と、
を備えることを特徴とするシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計。
請求項５に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記弁別基準信号発生部からの弁別基準信号は、６０ｋｅＶ以上におけるエネルギーに対するシンチレーション検出器からのレスポンスを６０ｋｅＶ以上の１ｃｍ線量当量換算係数曲線に近似させるような弁別基準信号とすることで、１０ｋｅＶから１５０ｋｅＶまでの低エネルギー光子が入射したときのエネルギーレスポンスの平坦化を図ること特徴とするシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計。
請求項５または請求項６に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記弁別基準信号発生部に接続され、少なくとも弁別閾値の下限レベルを調整する調整手段を備え、
調整手段を用いて調整し、１０ｋｅＶ付近のエネルギーレスポンスが略１．０となるような下限レベルを設定することを特徴とするシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計。
請求項４または請求項７に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
１０ｋｅＶ付近のエネルギーレスポンスと、エネルギー４０ｋｅＶにおけるエネルギーレスポンスと、が略一致するような弁別閾値の下限レベルを設定することを特徴とするシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計。
請求項４〜請求項８の何れか一項に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記カウント部は、１ｃｍ線量当量率とその積算値である１ｃｍ線量当量を算出し、
前記表示器は、前記カウント部により算出された１ｃｍ線量当量率をバー表示で表し、また、１ｃｍ線量当量を数値表示で表示する、
ことを特徴とするシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計。
請求項９に記載のシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計において、
前記カウント部は、所定期間における１ｃｍ線量当量率の平均値、最大値および最小値と、１ｃｍ線量当量率の積算値である１ｃｍ線量当量を算出し、
前記表示器は、１ｃｍ線量当量率の平均値、最大値および最小値をバー表示で同時に表し、また、１ｃｍ線量当量を数値表示で表示する、
ことを特徴とするシンチレーション式低エネルギー光子１ｃｍ線量当量計。