JP2014025833A

JP2014025833A - シンチレーションファイバー装置

Info

Publication number: JP2014025833A
Application number: JP2012166802A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kitahara; 成郎北原; Shuji Matsumura; 修治松村; Osamu Chisaka; 修千坂; Hiroshi Yamashita; 浩山下; Takeo Torii; 建男鳥居
Original assignee: IHI Corp; Japan Atomic Energy Agency; Kumagai Gumi Co Ltd; IHI Construction Machinery Ltd
Current assignee: IHI Corp; Japan Atomic Energy Agency; Kumagai Gumi Co Ltd; Kato Heavy Industries Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: JP5972086B2

Abstract

【課題】放射線量測定対象における放射線量の高い位置の検出精度を向上できる構成を有したシンチレーションファイバー装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るシンチレーションファイバー装置２は、放射線を検出して光を発生するシンチレータを含有したシンチレーションファイバーが螺旋状に形成された螺旋形シンチレーションファイバー２１と、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋のループ間に介在された放射線遮蔽部３０と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を測定する際の放射線検出手段として使用されるシンチレーションファイバー装置に関する。

放射線量測定対象の周囲を螺旋状に取り巻くように設けられたシンチレーションファイバーを用い、放射線量測定対象の表面から飛来した放射線がシンチレーションファイバーの任意の位置に入射することで発生した光がシンチレーションファイバーの両端に到達する時間差に基づいて、シンチレーションファイバーに対する放射線の入射位置を算出して放射線量の高い位置を検出する放射線量測定装置が知られている。

特開平０９−８０１５６号公報

直線状のシンチレーションファイバーを放射線量測定対象における地面や壁等の面に設置して、シンチレーションファイバーの周囲からシンチレーションファイバーに放射線が入射した入射位置を算出する放射線検出方法の場合、入射位置の測定誤差が生じることがある。例えば、シンチレーションファイバーの直線上において実際の入射位置と測定により算出した入射位置とが数十ｃｍずれることがあり、放射線量の高い位置を正確に検出できない場合があった。
そこで、測定誤差を小さくするために、上述したような螺旋形状のシンチレーションファイバーを放射線量測定対象における地面や壁等の面に設置して、シンチレーションファイバーの周囲からシンチレーションファイバーに放射線が入射した位置を測定することが考えられる。即ち、螺旋状のシンチレーションファイバーの場合、シンチレーションファイバーの螺旋上において実際の入射位置と測定により算出した入射位置とに誤差があったとしても、シンチレーションファイバーの螺旋の中心線に沿った方向での入射位置誤差は小さくなるので、直線状のシンチレーションファイバーを用いて測定する場合に比べて、螺旋状のシンチレーションファイバーを地面や壁等の面に設置して測定した場合の方が、放射線量測定対象における放射線量の高い位置を正確に検出できると考えられる。
しかしながら、螺旋状のシンチレーションファイバーを用いた場合において、放射線が螺旋形状のシンチレーションファイバーの周囲から螺旋形状のシンチレーションファイバーの任意の位置に入射した場合、放射線がその入射位置の螺旋ループから漏れて隣り合う螺旋ループに入射しやすいので、放射線が入射した入射位置を正確に検出できず、放射線量測定対象における放射線量の高い位置を正確に検出できないという課題があった。
本発明は、放射線量測定対象における放射線量の高い位置の検出精度を向上できる構成を有したシンチレーションファイバー装置を提供する。

本発明に係るシンチレーションファイバー装置は、放射線を検出して光を発生するシンチレータを含有したシンチレーションファイバーが螺旋状に形成された螺旋形シンチレーションファイバーと、螺旋形シンチレーションファイバーの螺旋のループ間に介在された放射線遮蔽部と、を備えたので、放射線が螺旋形シンチレーションファイバーの周囲から螺旋形シンチレーションファイバーのある任意の位置に入射した後に当該入射した位置の螺旋のループと隣り合う螺旋のループに入射することを防止でき、螺旋形シンチレーションファイバーに対する放射線入射位置の検出精度が向上し、放射線量測定対象における放射線量の高い位置の検出精度が向上する。
また、螺旋形シンチレーションファイバーの螺旋のループで囲まれた筒状中空部を筒の中心に沿って貫通するように嵌め込まれて設けられた放射線遮蔽棒体を備えたので、螺旋形シンチレーションファイバーの周囲から螺旋形シンチレーションファイバーの任意の位置に入射した放射線の入射方向性がわかり、放射線量測定対象における放射線量の高い位置の検出精度がより向上する。

放射線測定装置の構成を示す図。シンチレーションファイバーを示す断面図。螺旋形シンチレーションファイバーと放射線遮蔽構造体とを分離した斜視図。

図１に示すように、実施形態の放射線測定装置１は、シンチレーションファイバー装置２と、光電変換手段３と、信号増幅手段４と、信号遅延手段５と、時間差計測手段６と、放射線量表示手段７とを備える。

実施形態のシンチレーションファイバー装置２は、螺旋状に形成された螺旋形シンチレーションファイバー２１と、放射線遮蔽構造体２２とを備える。

螺旋形シンチレーションファイバー２１は、例えば、断面円形状のコア１１とコア１１の外周面を全面的に密着した状態で被覆する断面円環状のクラッド１２とを備え、放射線を検出してシンチレーション光１３を発生するシンチレータを含有した断面円形状の線材に形成された図２に示すようなシンチレーションファイバー１４を、図３に示すように螺旋状に形付けして形成された構成である。
シンチレーションファイバー１４の構成としては、放射線が当たるとそのエネルギーを吸収して可視光線を発するシンチレータによってコア１１が形成された構成、あるいは、クラッド１２にシンチレータがドーピング等により分散された構成等がある。

図３に示すように、放射線遮蔽構造体２２は、例えば、鉛等の放射線遮蔽材料により形成された中実な円柱体２３の外周面２４に螺旋溝２５が形成された構成である。螺旋溝２５は、当該円柱体２３の外周面２４に当該円柱体２３の中心線に沿った方向に螺旋状に延長するように形成された螺旋溝である。当該螺旋溝２５は、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋と対応した螺旋に形成される。
従って、例えば、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋の一端を放射線遮蔽構造体２２の螺旋溝２５の一端に挿入した後、螺旋形シンチレーションファイバー２１をねじのようにねじ込んでいくことで螺旋形シンチレーションファイバー２１が放射線遮蔽構造体２２の螺旋溝２５に挿入されて嵌め込まれていき、放射線遮蔽構造体２２の円柱体２３の外周面２４に形成された螺旋溝２５内に螺旋形シンチレーションファイバー２１が装着された構成のシンチレーションファイバー装置２が形成される。

放射線遮蔽構造体２２の円柱体２３の外周面２４に形成された螺旋溝２５内に螺旋形シンチレーションファイバー２１を備えたシンチレーションファイバー装置２によれば、遮蔽構造体２２の中実な円柱体２３が螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋で囲まれた筒状中空部２６を貫通するように位置され、かつ、螺旋形シンチレーションファイバー２１が円柱体２３の外周面２４に形成された螺旋溝２５内に嵌め込まれているので、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋で囲まれた筒状中空部２６及び螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋のループ（螺旋円）間は、放射線遮蔽構造体２２により遮蔽された構成となる。

従って、シンチレーションファイバー装置２を放射線量測定対象２７における地面や壁等の面２８に設置した場合において、遮蔽構造体２２の中実な円柱体２３が螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋で囲まれた筒状中空部２６を貫通して嵌め込まれた状態に位置され、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋のループ間は、遮蔽構造体２２の中実な円柱体２３の外周面２４に形成された螺旋溝２５のループ間の放射線遮蔽材料により遮蔽されているので、放射線が螺旋形シンチレーションファイバー２１の周囲から螺旋形シンチレーションファイバー２１のある任意の位置に入射した後に螺旋形シンチレーションファイバー２１の別の位置に入射し難くなる。

即ち、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋のループ間に螺旋溝２５のループ間の放射線遮蔽材料により形成された放射線遮蔽部３０が介在することから、放射線が螺旋形シンチレーションファイバー２１の周囲から螺旋形シンチレーションファイバー２１のある任意の位置に入射した後に当該入射した位置の螺旋のループと隣り合う螺旋のループに入射することを防止できるので、螺旋形シンチレーションファイバー２１に対する放射線入射位置の検出精度が向上する。

また、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋で囲まれた筒状中空部２６を筒の中心に沿って貫通するように嵌め込まれて設けられた円柱体２３が放射性遮蔽棒体として機能し、放射線が螺旋形シンチレーションファイバー２１の周囲から螺旋形シンチレーションファイバー２１のある任意の位置に入射した後に、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋で囲まれた筒状中空部２６を介して螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋の他の位置に入射することを防止できるので、螺旋形シンチレーションファイバー２１に対する放射線入射位置の検出精度が向上するとともに、この場合、螺旋形シンチレーションファイバー２１の周囲から螺旋形シンチレーションファイバー２１の任意の位置に入射した放射線の入射方向性、即ち、螺旋形シンチレーションファイバー２１の周囲のどの方向から放射線が入射しているのかがわかる。

光電変換手段３は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）またはアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）等で構成され、放射線が螺旋形シンチレーションファイバー２１に入射することで発生したシンチレーション光１３を電気信号に変換する手段である。
螺旋形シンチレーションファイバー２１の両端には、それぞれ、光電変換手段３及び信号増幅手段４が接続され、螺旋形シンチレーションファイバー２１の一端ａ側に接続された信号増幅手段４と時間差計測手段６とが接続され、螺旋形シンチレーションファイバー２１の他端ｂ側に接続された信号増幅手段４と時間差計測手段６とが信号遅延手段５を介して接続されている。
従って、放射線が螺旋形シンチレーションファイバー２１の任意の位置に入射した場合に発生するシンチレーション光１３が螺旋形シンチレーションファイバー２１の両端に向けて伝搬し、それぞれの端に到達すると光電変換手段３により電気信号に変換されて当該電気信号が信号増幅手段４で増幅されて時間差計測手段６に出力される。

時間差計測手段６は、螺旋形シンチレーションファイバー２１の一端ａに到達したシンチレーション光１３が光電変換手段３により変換された電気信号Ｓ１をスタート信号とし、螺旋形シンチレーションファイバー２１の他端ｂに到達したシンチレーション光１３が光電変換手段３により変換された電気信号Ｓ２をストップ信号として、ＴＯＦ法（Time Of Flight：飛行時間法）によって時間差を算出する。
時間差計測手段６は、図示しない時間波高変換器（ＴＡＣ）及び波高分析器（ＭＣＡ）を含み、シンチレーション光１３の計数もここで行われる。ここでは、電気信号Ｓ１が時間差計測手段６に到達した瞬間の時刻をゼロとし、電気信号Ｓ２が時間差計測手段６に到達した時刻を計測する。電気信号Ｓ１が必ず先に時間差計測手段６に到達するよう、電気信号Ｓ２の伝達経路には信号遅延手段５が挿入されている。この信号遅延手段５の遅延時間の最小値Ｄは、螺旋形シンチレーションファイバー２１の他端ｂに最も近い位置に放射線が入射したとき場合でも、螺旋形シンチレーションファイバー２１の一端ａ側から時間差計測手段６に出力される電気信号Ｓ１が螺旋形シンチレーションファイバー２１の他端ｂ側から信号遅延手段５を介し時間差計測手段６に出力される電気信号Ｓ２よりも先に時間差計測手段６に到達するよう決められる。即ち、螺旋形シンチレーションファイバー２１の全長をシンチレーション光１３が伝搬する時間をｔ１とおくと、Ｄ＞ｔ１を満たすように最小値Ｄが決められている。

時間差計測手段６は、螺旋形シンチレーションファイバー２１の任意の位置に放射線が入射した場合に発生するシンチレーション光１３が螺旋形シンチレーションファイバー２１の両端に到達する時間差を計測するとともに、放射線の計数値（電気信号の計数値）から放射線強度も計測する。時間差計測手段６により計測された時間差及び放射線強度は放射線量表示手段７に出力される。

放射線量表示手段７は、例えば、螺旋形シンチレーションファイバー２１の一端ａを原点とした場合の入射位置の螺旋形シンチレーションファイバー２１上の距離を横軸とし、放射線強度を縦軸にプロットして表示する。このとき、前記入射位置に対応する場所の放射線強度がわかるため、放射線量測定対象における放射線量の高い場所（位置）を知ることができるようになる。

即ち、実施形態のシンチレーションファイバー装置２によれば、螺旋形シンチレーションファイバー２１を用いているので、シンチレーションファイバー装置２を放射線量測定対象２７における地面や壁等の面２８に設置して測定した場合、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋上において実際の入射位置と測定により算出した入射位置とに誤差があったとしても、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋の中心線に沿った方向での入射位置誤差は小さくなるので、直線状のシンチレーションファイバーを用いて測定する場合に比べて、放射線量測定対象における放射線量の高い位置を正確に検出できる。
さらに、遮蔽構造体２２を備えたので、放射線が螺旋形シンチレーションファイバー２１の周囲から螺旋形シンチレーションファイバー２１のある任意の位置に入射した後に螺旋形シンチレーションファイバー２１の別の位置に入射し難くなるとともに、螺旋形シンチレーションファイバー２１に入射する放射線の入射方向性がわかる。
従って、放射線量測定対象における放射線量の高い位置の検出精度をより向上させることができる。

尚、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋で囲まれた筒状中空部を貫通するように嵌め込まれる放射線遮蔽棒体を備えずに、円柱状の螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋のループ間を放射線遮蔽部３０により遮蔽した構成のシンチレーションファイバー装置２であってもよい。この場合でも、放射線が螺旋形シンチレーションファイバー２１の周囲から螺旋形シンチレーションファイバー２１のある任意の位置に入射した後に螺旋形シンチレーションファイバー２１の別の位置に入射し難くなるので、放射線量測定対象における放射線量の高い位置の検出精度をより向上させることができる。放射線遮蔽部３０は、螺旋形シンチレーションファイバー２１の螺旋のループ間に挿入される平板状の放射線遮蔽材料で形成してもよい。

また、シンチレーションファイバー装置２は、螺旋形シンチレーションファイバー２１の一端が時間差計測手段６に接続され、螺旋形シンチレーションファイバー２１の他端が図外の反射部を備える構成の放射線測定装置にも適用可能である。

２シンチレーションファイバー装置、１４シンチレーションファイバー、
２１螺旋形シンチレーションファイバー、
２２放射線遮蔽構造体（放射線遮蔽部３０、放射線遮蔽棒体）、２６筒状中空部。

Claims

放射線を検出して光を発生するシンチレータを含有したシンチレーションファイバーが螺旋状に形成された螺旋形シンチレーションファイバーと、螺旋形シンチレーションファイバーの螺旋のループ間に介在された放射線遮蔽部と、を備えたことを特徴とするシンチレーションファイバー装置。
螺旋形シンチレーションファイバーの螺旋のループで囲まれた筒状中空部を筒の中心に沿って貫通するように嵌め込まれて設けられた放射線遮蔽棒体を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシンチレーションファイバー装置。