JP2014122861A - 放射線飛来方向検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】より安価かつシンプルな構成で、さらに、安定した動作で放射線の飛来方向を検出することができるシステムを提供する。
【解決手段】一定間隔を隔ててアレイ状に並置されたプラスチックシンチレーションファイバ１２と、これらのプラスチックシンチレーションファイバの放射線飛来方向前面側に一定の間隔を隔ててアレイ状に並置され、複数のスリットを形成するマスク部材とからなるセンサーを２組、各プラスチックシンチレーションファイバからのシンチレーション光を切り換える光制御型光スイッチ１３，１４と、該光制御型光スイッチらのシンチレーション光を検出する光電子倍増管１６と、該光電子倍増管で検出したシンチレーション光の光強度解析を行う波高分析器１８を備える放射線飛来方向検出システム。
【選択図】図３

Description

本発明は、放射線の飛来方向を検出するシステムに関するものである。

ガンマ線を放出する放射性物質の分布を可視化する装置として、コンプトンカメラが提案されている（非特許文献１等；特許文献１）。このコンプトンカメラは、敷地や家屋に広く分布したセシウム１３７（Ｃｓ−１３７)やセシウム１３４（Ｃｓ−１３４）について画像化ができる。

しかしながら、コンプトンカメラを用いた装置は、１台数千万円程度とコスト的に高価なものとなり、装置も複雑化している。また、電子部品から構成される機器であるため、高強度ガンマ線環境下での動作には、誤動作や電子部品損傷など可能性がある。

そこで、安価で容易に高強度放射線の飛来方向を検出できる設置型システムの実現が望まれていた。

一方、プラスチックシンチレーションファイバを用いて放射性物質を検出する技術も提案されている（非特許文献２；特許文献２）が、低強度ガンマ線の検出に限られること、測定されたデータの画像化は可能であるが、土壌などの平面上の分布測定に限定されてしまう。

特許文献１：特開平７−２２５２７８号公報
特許文献２：特開平８−２９７１６７号広報
特許文献３：特許第４７３０２５７号掲載公報

非特許文献１：http://www.jaxa.jp/press/2012/03/20120329_compton_j.html
非特許文献２：「１５ｍ長シンチレーションファイバーを用いた線量分布のオンライン評価」、近畿大学原子力研究所年報、Vol. 46 (2009)

本発明のこのような実情に鑑み、より安価かつシンプルな構成で、さらに、安定した動作で放射線の飛来方向を検出することができるシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明によれば、第１に、一定間隔を隔ててアレイ状に並置されたプラスチックシンチレーションファイバと、これらのプラスチックシンチレーションファイバの放射線飛来方向前面側に一定の間隔を隔ててアレイ状に並置され、複数のスリットを形成するマスク部材とからなるセンサーを２組、プラスチックシンチレーションファイバ及びマスク部材の軸が、それぞれＸ軸方向とＹ軸方向となるように各センサーを水平に離れた位置に並べて構成される２次元センサーと、プラスチックシンチレーションファイバに接続され、各プラスチックシンチレーションファイバからのシンチレーション光を切り換える光制御型光スイッチと、該光制御型光スイッチからのシンチレーション光を検出する光電子倍増管と、該光電子倍増管で検出したシンチレーション光の光強度解析を行う波高分析器を備えることを特徴とする放射線飛来方向検出システムが提供される。

また、第２に、上記第１の発明において、マスク部材の間隔がプラスチックシンチレーションファイバの間隔と異なることを特徴とする放射線飛来方向検出システムが提供される。

また、第３に、上記第１の発明において、マスク部材の間隔がプラスチックシンチレーションファイバの間隔と等しいことを特徴とする放射線飛来方向検出システムが提供される。

なお、以下プラスチックシンチレーションファイバをＰＳＦとも称する。

本発明によれば、より安価かつ容易に、さらに安定した動作で放射線の飛来方向を検出することができるシステムを提供することが可能となる。

本発明による実施形態の放射線飛来方向検出システムで用いるマスク部材とプラスチックシンチレーションファイバを示す正面図である。 同上斜視図である。 プラスチックシンチレーションファイバに接続される光制御型光スイッチ、光電子倍増管、波高分析器を示す図である。 マスク部材がＰＳＦと等間隔であり、マスク部材１が形成するスリットがＰＳＦ１２の上にある場合を示す図である。 マスク部材がＰＳＦと等間隔であり、マスク部材が形成するスリットがＰＳＦ１２の間にある場合を示す図である。 マスク部材の間隔とＰＳＦの間隔がずれていて、マスク部材の間隔の方が小さい場合を示す図である。 マスク部材の間隔とＰＳＦの間隔がずれていて、マスク部材の間隔の方が更に小さい場合を示す図である。 マスク部材の間隔とＰＳＦの間隔がずれていて、マスク部材の間隔の方が広い場合を示す図である。 マスク部材の間隔とＰＳＦの間隔がずれていて、マスク部材の間隔の方が更に広い場合を示す図である。 光制御型光スイッチの説明図である。 光制御型光スイッチに用いる色素の波長と吸光度の関係例を示す図である。

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

本発明の放射性飛来方向検出システムは、一定間隔を隔ててアレイ状に並置されたプラスチックシンチレーションファイバと、これらのプラスチックシンチレーションファイバの放射線飛来方向前面側に一定の間隔を隔ててアレイ状に並置され、複数のスリットを形成するマスク部材とからなるセンサーを２組、プラスチックシンチレーションファイバ及びマスク部材の軸が、それぞれＸ軸方向とＹ軸方向となるように各センサーを水平に離れた位置に並べて構成される２次元センサーと、プラスチックシンチレーションファイバに接続され、各プラスチックシンチレーションファイバからのシンチレーション光を切り換える光制御型光スイッチと、該光制御型光スイッチからのシンチレーション光を検出する光電子倍増管と、該光電子倍増管で検出したシンチレーション光の光強度解析を行う波高分析器を備えることを特徴とする。

図１は、本実施形態の放射線飛来方向検出システムで用いるマスク部材とプラスチックシンチレーションファイバを示す正面図、図２は同斜視図、図３はＰＳＦに接続される光制御型光スイッチ、光電子倍増管、波高分析器を示す図である。

図１においてＰ、Ｑは放射線源、Ｒ、Ｓは放射線、１１はマスク部材、１２はＰＳＦである。また、図３において、１３、１４は光制御型光スイッチ、１５はマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）、１６は光電子倍増管（ＰＭＴ）、１７は光ファイバ、１８は波高分析器である。

マスク部材１１は、図１、２に示すごとくＰＳＦ１２より狭い間隔で互いに平行に並置される。また、図示の例では説明の便宜上、マスク部材１１を６つ、ＰＳＦ１２を４つの場合を示したが、これも必要な数だけ設けることができる。ＰＳＦ１２は放射線を受けると、シンチレーション光に変換し、それを伝送する。

マスク部材１１は、例えば（ステンレス合金）等からなる金属製のものを使用することができ、ＰＳＦ１２は、例えば非特許文献２に記載されたようなコア材にポリスチレン、クラッド材にポリメチルメタクリレートを用いた光ファイバを使用することができるが、これらの材料についても適切な材料を適宜選択して使用することができる。マスク部材１１は放射線源Ｐ、Ｑからの放射線Ｒ、Ｓを遮断し、マスク部材１１間のスリットは、放射線Ｒ、Ｓを透過させる。

なお、ここでは、マスク部材１１の間隔がＰＳＦ１２の間隔より小さい場合を例示しているが、マスク部材１１の間隔がＰＳＦ１２の間隔より大きくてもよく、また同じであってもよい。ここで、マスク部材１がＰＳＦ１２と等間隔であり、マスク部材１１が形成するスリットがＰＳＦ１２の上にある場合を図４−ａ、マスク部材１１がＰＳＦ１２と等間隔であり、マスク部材１１が形成するスリットがＰＳＦ１２の間にある場合を図４−ｂ、マスク部材１１の間隔とＰＳＦ１２の間隔がずれていて、マスク部材１１の間隔の方が小さい場合を図４−ｃ、マスク部材１１の間隔とＰＳＦ１２の間隔がずれていて、マスク部材１１の間隔の方が更に小さい場合を図４−ｄ、マスク部材１１の間隔とＰＳＦ１２の間隔がずれていて、マスク部材１１の間隔の方が広い場合を図４−ｅ、マスク部材１１の間隔とＰＳＦ１２の間隔がずれていて、マスク部材１１の間隔の方が更に広い場合を図４−ｆにそれぞれ示す。

図１、図２においてマスク部材１１、ＰＳＦ１２の組合せからセンサーが構成されるが、本実施形態では、マスク部材１１、ＰＳＦ１２の軸方向がそれぞれ直交する方向（Ｘ方向とＹ方向となるように、２組のセンサーを水平に離れた位置に並べることにより、２次元センサーが構成される。このようにすると、遠方からの放射線の位置検出分解能を上げることができる。これが本実施形態の合成開口の原理である。

図１、図２においてマスク部材１１、ＰＳＦ１２は一方向（Ｘ方向）のみの場合について記載されているが、実際には、その方向と直交する方向（Ｙ方向）にも平行に並置される。

光制御型光スイッチ１３、１４としては、特許第４７３０２５７号掲載公報（特許文献１）に記載されているような熱レンズ形成素子を利用した光スイッチを用いることができる。図５は、同公報に記載されているものと同様な熱レンズ形成素子を利用した光スイッチを用いた本実施形態の構成図である。２つのセンサーからのＸ方向及びＹ方向のＰＳＦ１２から得られたシンチレーション光を光制御型スイッチ１４で２次元的に合成する。この光スイッチは制御光と信号光（本実施形態ではシンチレーション光）を用い、制御光が照射されたときに、熱レンズが形成され、信号光を透過し、制御光が照射されないときには、信号光を遮断するようになっている。

マルチモード光ファイバ１５、光ファイバ１７には市販の光ファイバを用いることができる。また、光電子倍増管１６はシンチレーション光を検出し、波高分析器１８は光電子倍増管１６により検出されたシンチレーション光の波高を求め、光強度解析を行う。

次に、上記構成の放射性飛来方向検出システムを用いた検出動作について説明する。

まず、検出対象となる場所に上記システムを設置する。例えば、図１に示すように、放射線源Ｐからの放射線Ｒを検出する場合、放射線Ｒがマスク部材１１間のスリットを通過して、ＰＳＦ１２がこれを受取る。ＰＳＦ１２は放射線を受け取るとこれをシンチレーション光に変換し、変換されたシンチレーション光はＰＳＦ１２内を伝送する。ここで、光制御型光スイッチ１３を順次切換えて、オンとなった光制御型スイッチ１３に接続されているＰＳＦ１２からのシンチレーション光が光制御型光スイッチ１３により導かれる。ここで光制御型光スイッチ１３をＸ、Ｙ方向で同時にそれぞれ順次切換えることにより、２次元アレイ状に配置されたＰＳＦ１２から各スリット位置における放射線によるシンチレーション光が得られる。シンチレーション光は、マルチモード光ファイバ１５、光制御型光スイッチ１４、光ファイバ１７を介して光電子倍増管１６に送られ、ここでシンチレーション光が検出される。光電子倍増管１６で検出されたシンチレーション光は波高分析器１８により波高が求められ、光強度解析が行われる。波高強度の２次元分布を得ることにより放射線の飛来方向を検出することが可能となる。

以上の動作を繰り返すことにより、電気・電子部品を用いないで、かつシンプル、低コストの構成で、安定した放射線飛来方向の検出が可能となる。

次に、実験例について述べる。マスク部材１１としてはステンレス板からなる幅０．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ５０ｍｍの部材を０．２ｍｍのピッチで６つ配置し、５つのスリットを形成した。マスク部材１１の下方に外径０．１ｍｍの（株）クラレ製のプラスチックシンチレーションファイバ（商品名ＰＳＦ）を０．２５ｍｍのピッチで４つ配置した。この構成のものをＸ方向とＹ方向に２次元的に配置した。光制御型光スイッチ１３、１４としては、波長４０３ｎｍの光を吸収し、４５０〜８００ｎｍの光を透過する色素（例、ペリレン）を高沸点溶媒（例、拡散ポンプ用油、商品名ライオンＳ）に例えば０．５重量％の配合量で溶解し、高純度環境下で石英キャピラリーに封入したマイクロ色素溶液セルとしたものを用いた。レンズ、穴付きミラー、ダイクロイックミラー等の光学素子により３ｃｍ立方程度のパッケージ型光スイッチとして組み立てた。ここで用いた色素の波長と吸光度の関係を図６に示す。各ＰＳＦ１２からのシンチレーション光を光スイッチ１３で切換えて順次導き、そのシンチレーション光を光電子倍増管１６で検出し、検出したシンチレーション光の波高を波高分析器１８で求め、光強度解析を行った。

以上により、放射線飛来方向を検出できることを確認した。

１１ マスク部材
１２ プラスチックシンチレーションファイバ（ＰＳＦ）
１３、１４ 光制御型光スイッチ
１５ マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）
１６ 光電子倍増管（ＰＭＴ）
１７ 光ファイバ
１８ 波高分析器

Claims (3)

1. 一定間隔を隔ててアレイ状に並置されたプラスチックシンチレーションファイバと、これらのプラスチックシンチレーションファイバの放射線飛来方向前面側に一定の間隔を隔ててアレイ状に並置され、複数のスリットを形成するマスク部材とからなるセンサーを２組、プラスチックシンチレーションファイバ及びマスク部材の軸が、それぞれＸ軸方向とＹ軸方向となるように各センサーを水平に離れた位置に並べて構成される２次元センサーと、
   プラスチックシンチレーションファイバに接続され、各プラスチックシンチレーションファイバからのシンチレーション光を切り換える光制御型光スイッチと、
   該光制御型光スイッチからのシンチレーション光を検出する光電子倍増管と、
   該光電子倍増管で検出したシンチレーション光の光強度解析を行う波高分析器を備えることを特徴とする放射線飛来方向検出システム。
2. マスク部材の間隔がプラスチックシンチレーションファイバの間隔と異なることを特徴とする請求項１に記載の放射線飛来方向検出システム。
3. マスク部材の間隔がプラスチックシンチレーションファイバの間隔と等しいことを特徴とする請求項１に記載の放射線飛来方向検出システム。

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