JP2014102134A

JP2014102134A - 放射線測定方法

Info

Publication number: JP2014102134A
Application number: JP2012253782A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Kobayashi; 弘孝小林; Yasuhiko Suzuki; 康彦鈴木
Original assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】センサ素子として半導体素子を用いて放射線を測定する放射線測定装置による放射性測定方法において、外乱に影響されずに、正確な測定結果を得る。
【解決手段】放射線測定装置は、放射線を検知して、パルスを発生するセンサ素子と、放射線素子の周囲を囲み、放射線から遮蔽する遮蔽壁と、センサ素子に対向して、放射線を取り込むピンホールと、センサ素子により発生したパルスを放射線量としてデータ化するデータ処理手段とを備える。そして、ピンホールを遮蔽板により覆って、放射線量を計測するバックグラウンドの測定ステップと、遮蔽板を除去し、ピンホールを開放して、放射線量を計測する測定ステップを実行し、バックグラウンド測定ステップの測定結果と、ピンホールを開放した測定ステップの測定結果に基づいて、ピンホールのみから取り込まれる放射線量を計算する。
【選択図】図７

Description

本発明は、放射線測定方法に係り、特に、放射線を検知するセンサとして、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム：Cadmium Telluride）素子等の半導体素子を使って、ガンマ線を検出する放射線測定装置の測定で正確な測定値を得るために用いて好適な放射線測定方法に関する。

低エネルギーの放射線であるガンマ線を測定する放射線測定装置は、医療用として広く用いられている。一方、ガンマ線測定の別の応用として、放射性物質が放射するガンマ線の線量を測定した結果とカメラで撮影した映像を重ね合わせ、放射線量の高低を色分けして確認できるガンマカメラが開発されている。

このガンマカメラとは、野外に持ち運び可能であり、特に、原子力発電所事故での環境汚染が起こった地区に対して、除染作業を能率的におこなう用途への活用が期待されている。例えば、非特許文献１には、ガンマカメラの技術的内容が紹介されている。

茂呂他，"放射線測定装置「ガンマカメラ」"，日立評論，日立評論社，２０１２年９月，第９４巻，第９号，ｐ．７６−７７

上記ガンマカメラは、除染活動や放射線を取り扱う施設での放射線測定など、さまざまな用途に使用されることが期待されている。また、汎用のノートＰＣ（Personal Computer）に、測定用ソフトウェアを組み込むことにより、ユーザの使いがってがよく、専門的な知識がなくても、容易に操作が可能である。

このガンマカメラは、センサ部には、ＣｄＴｅを用い、その素子に装置の正面のピンホールから、ガンマ線が照射されることより、ＣｄＴｅ素子で発生する電子と、正電荷ホールにより発生するパルスを検出することより、ガンマ線を測定する。そして、ＣｄＴｅ素子の周りは、外乱からの影響を避けるために、４０ｍｍ程度のＰｂ（鉛）の遮蔽壁が設けられている。

しかしながら、ガンマ線は、透過性が高いため、遮蔽壁を通して、ピンホール以外の箇所からの入射されたガンマ線も拾ってしまい、測定誤差の原因となるという問題点があった。

以下、図８を用いてガンマカメラにおける外乱について説明する。
図８は、ガンマカメラのセンサ部を、寸法と共に示した模式図である。

図８（ａ）に示されるように、ガンマカメラのセンサ部は、ＣｄＴｅ素子１を、４０ｍｍ程度の鉛の遮蔽壁４で覆われた構造であり、正面には、６ｍｍ程度のピンホール２が穿たれている。

また、ＣｄＴｅ素子１の表面から、遮蔽壁４の中心までは、５０ｍｍ程度である。図８（ｂ）に示されるように、ピンホール２は、縁が楔型形状で形成されており、周辺部は、容易にガンマ線が透過するため、実質上は、９ｍｍで計算してよい。

ここで、ＣｄＴｅ素子１を覆う遮蔽空間面積は、球の表面積の公式により、４×π×５０×５０＝３１４００ｍｍ^２（πは、円周率）となる。前面のピンホール穴は、実質直径が９ｍｍ径なので、透過面積は、円の面積の公式より、π×４．５×４．５＝６３．６ｍｍ^２となる。

４０ｍｍ厚の鉛の遮蔽壁４を透過して外部から飛び込んでくるガンマ線量は１／１００個程度であり、前面のピンホール２からは、ガンマ線は、１００％透過する。したがって、外部からの線量が、３１４００×１／１００＝３１４の割合に対して、ピンホール穴からの入射線量の割合は、６４になる。すなわち、３１４／６４≒５となり、ピンホール穴から入射される約５倍のガンマ線が遮蔽壁４を透過して外部から入ってくることになる。

このような外乱を除くためには、遮蔽壁４を厚くすることが考えられるが、鉛などの放射線を透過させない重金属は、比重が大きく、遮蔽壁４を厚くすると、装置自体の重量が増加し、測定の作業性にも影響がでる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、センサ素子として、半導体素子を用いてガンマ線などを測定する放射線を測定する放射線測定装置による放射性測定方法において、外乱に影響されずに、装置の作業性のよさを保ちつつ、正確な測定結果を得ることのできる放射性測定方法を提供することにある。

本発明の放射線測定方法に用いる放射線測定装置は、放射線を検知して、パルスを発生するセンサ素子と、放射線素子の周囲を囲み、放射線から遮蔽する遮蔽壁と、センサ素子に対向して、放射線を取り込むピンホールと、センサ素子により発生したパルスを放射線量としてデータ化するデータ処理手段とを備えている。

そして、ピンホールを遮蔽板により覆って、放射線量を計測するバックグラウンドの測定ステップと、遮蔽板を除去し、ピンホールを開放して、放射線量を計測する測定ステップを実行し、バックグラウンド測定ステップの測定結果と、ピンホールを開放した測定ステップの測定結果に基づいて、ピンホールのみから取り込まれる放射線量を計算する。

また、バックグラウンドの測定ステップにおいて、遮蔽板は、ピンホールからの視野角の全面に渡って、一定の厚みを有して、ピンホールを遮蔽するようにする。

本発明によれば、センサ素子として、半導体素子を用いてガンマ線などの放射線を測定する放射線測定装置による放射性測定方法において、外乱に影響されずに、装置の作業性のよさを保ちつつ、正確な測定結果を得ることのできる放射性測定方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る放射線測定システムのブロック図である。本発明の一実施形態に係るＰＣのブロック図である。本発明の一実施形態に係るガンマカメラの断面図である。本発明の一実施形態に係るガンマカメラの外観斜視図である。測定カウント数と、ガンマ線エネルギーの関係を表すグラフである。ＰＣによる撮像画像と、測定結果を重ね合わせた画面の一例を示す図である。本発明の放射線測定システムによる放射線測定方法の概略を示すフローチャートである。ガンマカメラのセンサ部を、寸法と共に示した模式図である。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図７を用いて説明する。
先ず、図１ないし図４を用いて本発明の一実施形態に係る放射線測定システムの構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る放射線測定システムのブロック図である。
図２は、本発明の一実施形態に係るＰＣのブロック図である。
図３は、本発明の一実施形態に係るガンマカメラの断面図である。
図４は、本発明の一実施形態に係るガンマカメラの外観斜視図である。

本発明の一実施形態に係る放射線測定システムは、図１に示されるように、ガンマカメラ１００と、ＰＣ（Personal Computer）２００が接続された形態である。

ガンマカメラ１００は、放射線測定装置１０、ＵＳＢカメラ４０、距離計５０の三つのコンポーネントよりなる。

放射線測定装置１０では、ＣｄＴｅ素子１にガンマ線が入射することにより、素子の両局に、電子と正電荷のホールが発生し、それによりパルスが励起される。ＣｄＴｅ素子１は、例えば、２５６個あり、検出エリアとしては、２５６画素となる。ＣｄＴｅ素子１で発生したパルスは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２０に入力され、アンプ２１により、増幅され、整形回路２２によって波形が整形される。

次に、パルスは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）３０に入力されて、データ処理されて、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェースにより、ＰＣ２００に転送される。ここで、転送されるデータは、（測定時刻、ＣｄＴｅ素子の画素位置、ガンマ線エネルギー）である。また、電子と正電荷のホールの非対称性から生じるノイズなども、このＦＰＧＡで較正される。

ＵＳＢカメラ４０は、画像を撮像して、ＵＳＢインタフェースにより、ＰＣに画像データとして転送する。

距離計５０は、レーザ光を投射して、ターゲットで散乱した光をフォトダイオードで捉え、その時間差から、被写体の距離を測定する。この距離計５０は、ＬＡＮ接続により、ＰＣと接続されており、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルにより、ＰＣ２００と通信する。

ＰＣ２００は、図２に示されるように、ＣＰＵ２０１、主記憶装置２０２、グラフィックＩＦ２０３、ＵＳＢＩＦ２０４、ＬＡＮＩＦ２０５、補助記憶装置ＩＦ２０６が、バスにより、接続されている形態である。そして、補助記憶装置ＩＦ２０６には、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２１０、グラフィックＩＦ２０３には、表示装置２２０が接続されている。なお、ここでは、ガンマカメラの機能と関係のない部位は、図から省いている。このＰＣ２００は、汎用のノートパソコンでよい。

ＣＰＵ２０１は、主記憶装置２０２にロードされてきたプログラムと、データを参照し、プログラムの実行をおこなう。

主記憶装置２０２は、プログラムとデータを一時的に格納する半導体記憶装置である。

グラフィックＩＦ２０３は、表示装置２２０とのインタフェース処理をおこなう部分である。

ＵＳＢＩＦ２０４は、ＵＳＢプロトコルのインタフェース処理をおこなう部分であり、本実施形態では、ガンマカメラ１００の放射線測定装置１０と、ＵＳＢカメラ４０が接続されている。

ＬＡＮＩＦ２０５は、ネットワークのインタフェース処理をおこなう部分であり、本実施形態では、距離計５０が接続されている。

補助記憶装置ＩＦ２０６は、ＨＤＤ２１０やＳＳＤ（Solid State Drive）、ＤＶＤドライブなどの補助記憶装置とのインタフェース処理をおこなう部分である。

ＨＤＤ２１０には、測定プログラム２３０が格納されており、ユーザが起動操作をおこなうと、主記憶装置２０２にロードされて、ＣＰＵ２０１により、実行される。

ＰＣ２００では、測定プログラム２３０を実行させることにより、特定のエネルギー帯域での線量を求め、線量の高い所を、ＵＳＢカメラ４０に撮像した画像と、重ね合わせて、着色するなどして、その場所を分かるように表示する。また、ガンマ線のエネルギー量をグラフにして表示したり、計測パラメタを入力させて、設定する機能を有する。

表示装置２２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、画像を表示する装置である。

ガンマカメラ１００の外観は、図４に示されるようになり、正面から見て、右側上方に、ＵＳＢカメラ４０、左側上方に、距離計５０が、配されており、放射性測定装置１０のピンホール２は、その下方の中央にある。なお、図４では、正面を追加遮蔽板（後述）６で覆っており、ピンホール２は隠れている。

図３は、図４に示されたガンマカメラ１００の中央部付近の断面を示しており、正面から見て、ピンホール２、ＣｄＴｅ素子１、ＡＳＩＣ２０の順に配置されており、その周りに遮蔽壁４が配置されている。また、その周りに防振ゴム８が取り付けられており、防振のためのクッションの役割を果てしている。ＦＰＧＡ３０の基板は、後方に垂直に設置されており、装置の最後方には、装置の電源であるバッテリー１２が置かれている。

なお、放射線測定装置１０の視野角は、４３度程度であり、この視野角の全面において、追加遮蔽板６が一定の厚み（４０ｍｍ）により遮蔽している。これにより、ＣｄＴｅ素子１を含むセンサ部分の全面をしっかりと遮蔽することができる。

次に、図５ないし図７を用いて本発明の一実施形態に係る放射線測定システムによる放射線測定方法について説明する。
図５は、測定カウント数と、ガンマ線エネルギーの関係を表すグラフである。
図６は、ＰＣによる撮像画像と、測定結果を重ね合わせた画面の一例を示す図である。
図７は、本発明の放射線測定システムによる放射線測定方法の概略を示すフローチャートである。

放射線測定装置１００からＰＣ２００に入力される（測定時刻、ＣｄＴｅ素子の画素位置、ガンマ線エネルギー）の形式のデータは、ガンマ線エネルギーごとのカウント数として、測定プログラム２３０により、図５のグラフに示される形式に編集される。

ここで、特に、放射線環境の汚染において問題となるＣｓの同位体、^１３４Ｃｓの主たるエネルギー準位は、５６３ＫｅＶ，５６９ＫｅＶ，６０５ＫｅＶ，７９６ＫｅＶ，８０２ＫｅＶ，１３６５ＫｅＶであり、^１３７Ｃｓの主たるエネルギー準位は、６６２ＫｅＶである。

したがって、このエネルギー準位近傍のカウント数を調べることにより、Ｃｓの同位体による放射線の影響を調べることができる。

そして、測定対象の毎時シーベルト単位の線量は、以下の（式１）で表される。

線量［Ｓｖ／ｈ］＝（Ｃ_ｉ／Δｔ［ｈ］）×Ｋ×Ｌ_ｉ ^２ … （式１）
ここで、Ｃ_ｉは、素子ｉにおけるカウント数、Δｔは、測定時間、Ｋは、機器依存値の定数、Ｌ_ｉは、素子ｉと測定対象までの距離である。素子ｉと測定対象までの距離は、距離計５０によって測定されたものである。

そして、ＰＣ２００の表示装置２２０のＵＳＢカメラ４０で測定した画像と、測定結果を重ね合わせ、図６に示されように、表示装置２２０で表示する。この画面では、線量の高い部分は、赤色により、表示され、最も線量の高い部分は、それより濃い赤色に表示する。図６では、（Ｘ，Ｙ）＝（６，７），（６，８），（７，７），（７，８）の部分が最も線量が高く、（Ｘ，Ｙ）＝（１６，１２），（１６，１３），（１６，１４）の部分がそれについで線量が高いことを示している。

ここで、本実施形態では、図７に示されるように、周囲からの外乱の影響を考慮して、次のように測定をおこなうものである。

図７は、本発明の一実施形態に係る放射線測定システムにおける放射線測定方法を示すフローチャートである。

先ず、ガンマカメラ１００の前に、追加遮蔽板６を設置し、ピンホール２を遮蔽して、内部を暗状態にしてガンマ線のカウント測定をおこなう（Ｓ０１）（バックグラウンド測定）。ここで、図４に示されるように、追加遮蔽板６を設置し、ピンホール２を塞ぎ、しかも、ピンホール２からの視野角の全面において、追加遮蔽板６の厚さである４０ｍｍ分遮蔽効果が働くことに留意する。

この結果、測定時間が、Δｔ_ｂにおいて、画素ｉのカウント数が、Ｙ_ｉになったとする。

次に、ガンマカメラ１００の前から、追加遮蔽板６を除去し、ピンホール２を開放してガンマ線のカウント測定をおこなう（Ｓ０２）。

この結果、測定時間が、Δｔにおいて、画素ｉのカウント数が、Ｘ_ｉになったとする。

最後に、Ｓ０１の結果と、Ｓ０２の結果に基づいて、以下の（式２）により、バックグラウンドの影響を除いた測定結果を求める（Ｓ０３）。

バックグラウンドの影響を除いた画素ｉでの毎時のカウント数
＝（Ｘ_ｉ／Δｔ）−（Ｙ_ｉ／Δｔ_ｂ） … （式２）

１…ＣｄＴｅ素子、２…ピンホール、４…遮蔽壁、６…追加遮蔽板、８…防振ゴム、１０…放射線測定装置、１２…バッテリー、２０…ＡＳＩＣ、２１…アンプ、２２…整形回路、３０…ＦＰＧＡ、４０…ＵＳＢカメラ、５０…距離計、１００…ガンマカメラ、
２００…ＰＣ、２０１…ＣＰＵ、２０２…主記憶装置、２０３…グラフィックＩＦ、２０４…ＵＳＢＩＦ、２０５…ＬＡＮＩＦ、２０６…補助記憶装置ＩＦ、２１０…ＨＤＤ、２２０…表示装置。

Claims

放射線測定装置の放射線測定方法において、
前記放射線測定装置は、
放射線を検知して、パルスを発生するセンサ素子と、
前記放射線素子の周囲を囲み、放射線から遮蔽する遮蔽壁と、
前記センサ素子に対向して、放射線を取り込むピンホールと、
前記センサ素子により発生したパルスを放射線量としてデータ化するデータ処理手段とを備え、
前記ピンホールを遮蔽板により覆って、放射線量を計測する第一の測定ステップと、
前記遮蔽板を除去し、前記ピンホールを開放して、放射線量を計測する第二の測定ステップと、
前記第一の測定ステップの測定結果と、前記第二の測定ステップの測定結果に基づいて、前記ピンホールのみから取り込まれる放射線量を計算するステップとを有することを特徴とする放射線測定装置の放射線測定方法。
前記第一の測定ステップにおいて、前記遮蔽板は、ピンホールからの視野角の全面に渡って、一定の厚みを有して、前記ピンホールを遮蔽することを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置の放射線測定方法。