JP2014157116A - アルファ線観測装置、アルファ線観測システムおよびアルファ線観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バックグランド光がある測定環境でもアルファ線の量の測定を可能とする。
【解決手段】実施形態によれば、観測対象内のアルファ線起因光を検出することによりアルファ線を観測するアルファ線観測装置２００は、アルファ線起因光の波長の光を選択可能なアルファ線起因光波長選択部１ａと、アルファ線起因光の光量を計測するアルファ線起因光検出部２ａと、アルファ線起因光の波長より短い短側波長の光を選択可能な短側波長選択部１ｂと、短側波長光の光量を計測する短側波長光検出部２ｂと、アルファ線起因光の波長より長い長側波長の光を選択可能な長側波長選択部１ｃと、長側波長光の光量を計測する長側波長光検出部２ｃと、アルファ線起因光の光量を補正して補正後の光量を算出する補正部４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、観測対象内のアルファ線源から発生するアルファ線を観測するアルファ線観測装置、アルファ線観測システムおよびアルファ線観測方法に関する。

放射線のうちアルファ線の検出器として、たとえば、アルファ線が入射すると発光するＺｎＳシンチレーターを用いた検出器が知られている。これに対して、アルファ線が大気中の窒素を発光させることを利用し、窒素の発光を観測してアルファ線を検出し、遠隔からでもアルファ線の存在を観測できるアルファ線観測装置がある。

図１１はアルファ線観測装置の従来の例を示す断面図である。

窒素の発光を測定することによりアルファ線を監視する装置として、窒素の発光を集光する集光レンズ１０１と、集光した発光から窒素の発光を抽出する波長選択素子１０２と、抽出された窒素の発光を透過光と反射光に分ける光学素子１０３と、反射光の伝搬方向を変える方向変更部１０４と、透過光と反射光を受光して光子数を計数する光検出器１０５ａ、１０５ｂと、光検出器１０５ａ、１０５ｂにおいて透過光と反射光を同時計測することによってアルファ線による窒素の発光を検出する信号処理装置１０６とから構成される。

また、測定環境を窒素で充填し、この測定環境において発生した発光の分布をイメージとして測定する技術が知られている。

たとえば、図１１に示した例においては、波長選択素子１０２によって選択的に抽出され、２分岐された窒素の発光は、光検出器１０５ａ、１０５ｂにおいて光子計数されるが、さらに光検出器１０５ａ、１０５ｂでは雰囲気の温度や放射線などに起因するノイズ信号も検出される。

窒素の発光に起因する光子は、光検出器１０５ａ、１０５ｂにおいて同時に観測されるが、ノイズ信号は、光検出器１０５ａと光検出器１０５ｂにおいて時間的に独立して検出される。そこで、信号処理装置１０６において、光検出器１０５ａ、１０５ｂで同時に計測される信号を抽出することでノイズ信号の中から窒素の発光による信号を検出することができる。この結果、窒素の発光を選択的に観測でき、アルファ線の検出が可能となる。

特表２０００−５０７６９８号公報

Ｒｅｍｏｔｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌｐｈａ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ, ＩＡＥＡ−ＣＮ−１８４／２３

従来例では、窒素の発光にあわせた波長を識別しているものの、その波長領域に存在する太陽光、人工光等のバックグランドが変化する際、アルファ線由来の発光量を正確に測定できない。そのため、バックグランドがないような暗室での使用に限られるという課題があった。

本発明の実施形態は、上述の課題を解決するためになされたものであり、バックグランド光がある測定環境であってもアルファ線の量の測定を可能とすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、観測対象内のアルファ線源から発生するアルファ線と雰囲気物質との相互作用によって発生するアルファ線起因光を検出することによりアルファ線を観測するアルファ線観測装置であって、前記アルファ線起因光の波長を含む所定の波長幅の光を選択可能なアルファ線起因光波長選択部と、前記アルファ線起因光波長選択部からのアルファ線起因光の光量ＸＡを計測するアルファ線起因光検出部と、前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より短い短側波長の光を選択可能な短側波長選択部と、前記短側波長選択部からの短側波長光の光量ＢＳを計測する短側波長光検出部と、前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より長い長側波長の光を選択可能な長側波長選択部と、前記長側波長選択部からの長側波長光の光量ＢＬを計測する長側波長光検出部と、前記アルファ線起因光の光量ＸＡ、前記短側波長光の光量ＢＳおよび前記長側波長光の光量ＢＬから、前記アルファ線起因光の光量ＸＡを補正して補正後の光量ＸＡＴを算出する補正部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の実施形態は、観測対象内のアルファ線源から発生するアルファ線と雰囲気物質との相互作用によって発生するアルファ線起因光を検出する複数のアルファ線観測装置と、前記アルファ線観測装置それぞれの出力に基づいて、前記アルファ線起因光の光量を補正して前記アルファ線観測装置それぞれについての補正後光量を算出する総合光量補正部と、前記アルファ線観測装置それぞれについての補正後光量に基づいて励起光量の空間分布を求める励起光量合成部と、前記観測対象の可視光領域の画像を撮影する撮影部と、前記励起光量合成部の出力に基づいて励起光量の空間部分布を画像データに変換して、前記撮影部により撮影された画像に重畳させて、重畳画像を出力する画像合成部と、を備えるアルファ線観測システムであって、前記光検出装置はそれぞれ、前記アルファ線起因光の波長を含む所定の波長幅の光を選択可能なアルファ線起因光波長選択部と、前記アルファ線起因光波長選択部からの前記アルファ線起因光の光量を計測するアルファ線起因光検出部と、前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より短い短側波長の光を選択可能な短側波長選択部と、前記短側波長選択部からの短側波長光の光量を計測する短側波長光検出部と、前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より長い長側波長の光を選択可能な長側波長選択部と、前記長側波長選択部からの長側波長光の光量を計測する長側波長光検出部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の実施形態は、観測対象内のアルファ線源から発生するアルファ線と雰囲気物質との相互作用によって発生するアルファ線起因光を検出することによりアルファ線を観測するアルファ線観測方法であって、アルファ線観測装置によりアルファ線起因光の光量と、前記アルファ線起因光の波長より短い短側波長光の光量と、前記アルファ線起因光の波長より長い長側波長光の光量とを計測するアルファ線起因光計測ステップと、前記アルファ線起因光計測ステップの後に、前記アルファ線起因光の光量、前記短側波長光の光量および前記長側波長光の光量から、前記アルファ線起因光の光量を補正して補正後の光量を算出する補正ステップと、前記アルファ線起因光の補正後の光量に基づいて前記アルファ線の強度を算出するアルファ線強度算出ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、バックグランド光がある測定環境であってもアルファ線の量の測定が可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測装置によるアルファ線起因の光子量の測定の原理を説明するグラフである。 本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測方法の手順を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測装置の変形例の構成を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアルファ線観測方法の手順を示すフロー図である。 本発明の第４の実施形態に係るアルファ線観測システムの構成を示す縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るアルファ線観測システムの変形例の構成を示す縦断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。 アルファ線観測装置の従来の例を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るアルファ線観測装置、アルファ線観測システムおよびアルファ線観測方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。

アルファ線観測装置２００は、観測対象３００（図８参照）内のアルファ線を計測するために使用される。そのためにアルファ線と周囲の分子との相互作用により発せられるアルファ線起因の光（アルファ線起因光）を光学的に測定する。

アルファ線観測装置２００は、集光部７、アルファ線起因光波長選択部１ａ、短側波長選択部１ｂおよび長側波長選択部１ｃ、アルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃ、カウンタ３ａ、３ｂおよび３ｃ、光量算出部４およびアルファ線特定部５を有する。

以下、アルファ線起因光波長選択部１ａ、短側波長選択部１ｂおよび長側波長選択部１ｃを総称して、波長選択部１という。

アルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃは、ガンマ線等の放射線からこれらを遮へいする遮へい部材８に囲まれている。また、遮へい部材８を含めて、以上の構成要素は筐体９内に収納されている。

なお、以下、アルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃを総称して、光子検出器セット２と総称する。

また、アルファ線観測装置２００は、観測結果を表示する表示部６を有する。

集光部７は、観測対象からの光を集光する。集光部７は、たとえば、図１に示すように凸レンズ７ａを有し、凸レンズ７ａはアルファ線起因光の波長を透過する材質のものからなる。

波長選択部１は、アルファ線起因光波長選択部１ａ、短側波長選択部１ｂおよび長側波長選択部１ｃを有する。アルファ線起因光波長選択部１ａは、アルファ線起因光の波長を含む所定の波長幅の光を選択する。

短側波長選択部１ｂは、アルファ線起因光の波長の近傍であってアルファ線起因光の波長より短い短側波長の光を選択する。長側波長選択部１ｃは、アルファ線起因光の波長の近傍であってアルファ線起因光の波長より長い長側波長の光を選択する。これらは、たとえば、光学的フィルターである。

なお、波長選択部１は、光学的フィルターに限定されない。たとえば、プリズムなどでもよい。波長選択部１にプリズムが使用される場合は、アルファ線起因光波長選択部１ａ、短側波長選択部１ｂおよび長側波長選択部１ｃは、分光されたそれぞれの波長の位置に対応して配される。

ここで、アルファ線起因光波長選択部１ａが選択する波長は、アルファ線によって発生する波長であり、たとえば、窒素とアルファ線との相互作用によって発生する光の場合、３１２ｎｍ、３１４ｎｍ、３１６ｎｍ、３３７ｎｍ、３５４ｎｍ、３５８ｎｍ、３７６ｎｍ、３８０ｎｍ、３９１ｎｍなどの波長のものがあり、可視光に近い波長の近紫外光である。

このなかで、たとえば、３１４ｎｍ、３１６ｎｍ、３３７ｎｍあるいは３５８ｎｍなどの波長の紫外光が代表的である。

ここで、アルファ線起因光波長選択部１ａが選択する波長として、たとえば、３３７ｎｍを選択する場合を考える。この場合、隣接する波長は、短い側の波長が３１６ｎｍ、長い側の波長が３５４ｎｍであるので、これらの間の波長をとって、たとえば、短側波長選択部１ｂは３２６ｎｍ、長側波長選択部１ｃは３４６ｎｍを選択可能とする。波長の選択は、たとえば、それぞれ２ｎｍ程度の分解能で選択することが考えられる。

アルファ線起因光検出部２ａはアルファ線起因光波長選択部１ａが選択する波長の光を検出する。短側波長光検出部２ｂは短側波長選択部１ｂが選択する波長の光を検出する。また、長側波長光検出部２ｃは長側波長選択部１ｃが選択する波長の光を検出する。

これらの光検出器は、光電子増倍管（ＰＭＴ：Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ）、フォトダイオード、ＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ Ｐｈｏｔｏｎ Ｃｏｕｎｔｅｒ）、あるいは冷却ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ―Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラなど、光子レベルの検出が可能な光検出器が適応される。

カウンタ３ａはアルファ線起因光検出部２ａからの検出信号をカウントしその計数値を出力する。カウンタ３ｂは短側波長光検出部２ｂからの検出信号をカウントしその計数値を出力する。また、カウンタ３ｃは長側波長光検出部２ｃからの検出信号をカウントしその計数値を出力する。これらのカウンタは、各光検出器から発生するパルス信号を必要に応じて増幅、成形し、パルス信号の数をカウントできるもので構成される。

光量算出部４は、カウンタ３ａ、３ｂ、３ｃからのそれぞれの計数値に基づいて、アルファ線起因光の光量を算出する。

アルファ線特定部５は、光量算出部４により算出されたアルファ線起因光の光量に基づいて観測対象３００（図８参照）におけるアルファ線の強度を算出する。アルファ線起因光の光量はアルファ線の強度に比例する。

アルファ線起因光の光量をアルファ線の強度に換算する際の換算係数は、アルファ線観測装置２００の光の取り入れの開口面積やアルファ線観測装置２００の構成要素の筐体９内における配置によって決まるアルファ線観測装置２００自体の計数効率と、観測対象３００（図８参照）とアルファ線観測装置２００との距離などに依存する。

したがって、計算で評価するか、あるいは事前に所定の体系において校正を実施するなどによって、アルファ線特定部５で使用されるべき換算係数を設定することができる。

表示部６は、装置につけられた液晶モニタであってもＰＣ等のディスプレイでもよい。遮へい部材８は、密度の高いタングステンや鉛等で構成される。厚さや大きさは、アルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃの種類や使用環境により決定する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測装置によるアルファ線起因の光子量の測定の原理を説明するグラフである。横軸は光の波長、縦軸はそれぞれの測定対象の波長における計数率を示す。

横軸のλＡはアルファ線起因光の波長であり、波長λＡでの計数率はＸＡである。λＬは短側波長光の波長であり波長λＬでの計数率はＢＬである。また、λＨは長側波長光の波長であり波長λＨでの計数率はＢＨであることを示している。

アルファ線が放出されると、大気中の窒素が励起されて微弱ではあるが紫外域の発光が生じ、このアルファ線起因光は汚染物質の表面近傍から等方的に拡散する。この一方、環境には、窒素の発光光子以外にも太陽光や各種照明からの光など、アルファ線起因光を測定する上でのノイズ光が存在する。

特に、通常の環境では、太陽光や各種照明からの光は、光源から直接来ている光ではなく観測対象３００（図８参照）で反射した光が多い。そのため、測定対象の反射率によって、検出器に入射するノイズ光が増減する。

このように、アルファ線観測装置２００には、アルファ線起因光とノイズ光からなる観測光の両者が入射する。アルファ線起因光を効率よく検出するため、光子検出器セット２に焦点を持たせるように集光部７で集光する。この光は、測定したいアルファ線起因光以外の光も多く含んでいるため、波長選択部１で波長を選択しアルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃそれぞれに入射する。

たとえば、アルファ線起因光波長選択部１ａではλＡとして３３７ｎｍを選択し、短側波長選択部１ｂはλＬとして３２６ｎｍ、長側波長選択部１ｃはλＨとして３４６ｎｍを選択する場合を考える。

選択されたλＡの光は、ノイズ光とアルファ線起因光が含まれており、λＬとλＨの光は、ノイズ光のみである。

カウンタ３ａで得られる情報は、アルファ線起因光検出部２ａからのアルファ線起因光ＸＡＴ＋バックグラウンドＢＡである。カウンタ３ｂで得られる情報は短側波長光検出部２ｂからのバックグラウンドＢＬであり、カウンタ３ｃで得られる情報は長側波長光検出部２ｃからのバックグラウンドＢＨである。

たとえば、ステンレス鋼や銅などの金属は、窒素の発光波長である３１５ｎｍないし３５７ｎｍ付近の光は吸収されずほぼ反射するため、この領域の波長ＢＬ、波長ＢＨのノイズ光は同程度で増減する。このため、光量算出部４でノイズ光の光量ＢＬ、ＢＨの量を把握することで、ＢＡの量を算出することが可能である。

具体的な算出方法としては、図２のようにλＬおよびλＨの波長におけるそれぞれのカウント値から式（１）のような一次関数でＢＡを評価可能である。

ＢＡ＝（ＢＨ−ＢＬ）（λＡ―λＬ）／（λＨ−λＬ）＋ＢＬ （１）
アルファ線起因光検出部２ａで計測された信号からＢＡを差し引いた値はアルファ線起因光による光量となるが、アルファ線に起因した光量が統計的に優位な差を持った場合にその値を表示部６に表示する。この表示によって、視覚的にアルファ線の有無を認識することができる。

なお、バックグランドとして光を想定していたが、アルファ線が存在する環境ではガンマ線やベータ線など他の放射線も存在することが多い。これらの環境の放射線はランダムにアルファ線観測装置２００に入射する。

光量算出部４における評価で放射線の影響を低減させることができるが、光子検出器の種類によっては、ガンマ線やベータ線に感度が高いものもある。したがって、遮へい部材８を使用することにより、放射線の影響をさらに減ずることができる。

放射線により検出器や回路等が劣化してくる可能性が考えられるため、その劣化スピードを遅くする効果もある。

なお、本実施形態では、光子検出器をアルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃの３つとした場合を示したが、３つには限定されない。光子検出器は３つ以上でもよく、選択する波長としてそのほかのアルファ線起因光の波長を選択することで、信号の量を増加することも可能である。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測方法の手順を示すフロー図である。

先ず、アルファ線を観測する観測対象（図８参照）を確定する（ステップＳ１）。

ステップＳ１の後に、アルファ線観測装置２００によりアルファ線起因光の光量と、アルファ線起因光の波長より短い短側波長光の光量と、アルファ線起因光の波長より長い長側波長光の光量とを計測する（ステップＳ２）。

ステップＳ２の後に、アルファ線起因光の光量、短側波長光の光量および長側波長光の光量から、アルファ線起因光の光量を補正して補正後の光量を算出する（ステップＳ３）。

ステップＳ３の後に、アルファ線起因光の補正後の光量に基づいて、アルファ線の強度を算出する（ステップＳ４）。

以上のように構成された本実施形態においては、アルファ線起因光検出部２ａへのノイズ光の光量を、短側波長光検出部２ｂおよび長側波長光検出部２ｃへのノイズ光の光量に基づき算出することにより、ノイズ光の光量が変更する場合でもアルファ線起因光の光量を評価することが可能である。

このため、ノイズ光の影響も低減することが可能となるため、太陽光や蛍光灯など紫外線領域を多少含む照明機器の下であっても使用することが可能となる。

また、本実施形態による方法によって、光だけでなく環境の放射線の変化による計数率変化も低減できるため、さまざまな場所への適応が可能となる。

また、光子検出器セット２を構成する検出部の数を多くすることで選択できる波長も多くなることから、複数の波長で発光する窒素等の光を無駄なく検出することが可能である。さらに、遮へい部材８を備えることによって環境の影響をさらに抑えることが可能となるうえに、装置の耐放射能性の向上も可能である。

以上により、バックグランドが変化する測定環境であってもアルファ線の量を正確に測定することが可能となる。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るアルファ線観測装置の変形例の構成を示す縦断面図である。

第１の実施形態で、集光部７は、図１に示されるような凸レンズ７ａのみのものの場合を示したが、これに限定されない。集光部７は、たとえば、図４に示すように凸レンズ７ａと凹レンズ７ｂの組み合わせレンズを有することにより平行光に変換したものであってもよく、また市販の小口径のマウントでレンズを使用してもよい。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。本図においては、鉛直方向の断面を示しており、図５の上方が鉛直上方である。

本実施形態は、第１の実施形態の変形であって、移動機構部２０、操作部２０ａおよび環境光特定部１４を有する。

移動機構部２０は、走行台座２１、走行部２２および移動筐体２３を有する。走行台座２１は、筐体９内に水平に設けられて筐体９により支持された平板であり、筐体９の軸方向に延びている。

走行部２２は、移動筐体２３を搭載して、走行台座２１上を、筐体９の軸方向に移動する。走行部２２は、操作部２０ａからの指令信号により、筐体９の軸方向を前後に所定の距離を移動する。操作部２０ａは、走行部２２へ、観測対象３００（図８参照）から遠ざかる方向あるいは近づく方向への移動指令を出力する。

走行部２２上に搭載された移動筐体２３は、その内部に、集光部７、波長選択部１、アルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃ、およびカウンタ３ａ、３ｂ、３ｃを収納し、走行部２２により筐体９の軸方向を前後に移動する。

このため、カウンタ３ａ、３ｂ、３ｃと光量算出部４との間のケーブルは、走行部２２が移動する幅を見込んだ長さが確保され、また、このケーブルは、走行部２２および移動筐体２３が移動することを見込んで配設されている。

なお、カウンタ３ａ、３ｂ、３ｃは、筐体９内に固定し移動しないことでもよい。この場合は、移動筐体２３が移動する幅を見込んで、アルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃとカウンタ３ａ、３ｂ、３ｃ間のケーブルについて、前記と同様の設定を行うことでよい。

環境光特定部１４は、移動機構部２０により観測対象３００（図８参照）との距離が増減した場合の光量算出部４の信号の増減により、環境光の影響の程度を評価する。

アルファ線源から発生するアルファ線によるアルファ線起因光は、距離により減衰しながらアルファ線観測装置２００に到達する。点線源の場合の減衰は距離の２乗に反比例する一方で、無限の面線源の場合には、距離による減衰はなくなる。

そのため、局所的にアルファ線源が存在しており、ノイズ光が全体的に発生しているような場合、移動機構部２０によって光子検出器セット２を検査対象に対し移動させると、アルファ線起因光検出部２ａの信号の方が大きく変化する。

たとえば、距離１ｍ先の観測対象を見る場合、アルファ線起因光検出部２ａの位置を０．１ｍ観測対象側に移動させたとき、汚染が局所的、すなわち点線源とみなせる場合は、アルファ線起因光は（１＋０．１）の２乗で約１．２倍に増加することになる。一方、ノイズ光は面的に分散して発生しているので増加量が少ない。そのため、移動により増加した信号量はアルファ線由来のものと推定できる。

以上のような本実施形態においては、光子検出器セット２を移動させることにより変化する光量から、環境の光とアルファ線起因光を区別することができ、環境光の強度が強い場合であってもアルファ線起因光の信号を検出することが可能となる。

以上より、ノイズ光の影響低減が見込めるため、バックグランドが大きい測定環境であってもアルファ線の量を正確に測定することが可能となる。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、気体吹付け部１２および分光部１３を有する。

気体吹付け部１２は、窒素やアルゴン等、放射線により紫外線を発光する気体を吹付けるものである。吹付けは圧力差を利用してボンベ内の気体を吹きつけるものなどが考えられる。

分光部１３は、入射光から波長ごとの単色光を作り出す。分光部１３は、たとえば、出力回折格子やプリズムなどであり、その出力強度をＣＣＤや半導体素子で測定することが可能である。

図７は、本発明の第３の実施形態に係るアルファ線観測方法の手順を示すフロー図である。

第１の実施形態における図３に示すフローに加えて、ステップＳ２の前に、測定対象に
紫外線発光気体を吹き付けるステップ（ステップＳ５）が追加されている。測定対象に
紫外線発光気体を吹き付けて、紫外線発光気体の割合を増やすとともに、酸素の濃度を減少させて後に、ステップＳ２の光量の計測を行う。

アルファ線源から発生するアルファ線は、空気中の窒素と反応し発光する。発光した光の一部は、空気中の酸素と反応し消光（クエンチング）してしまうため、原理的に発光した光量の一部しかアルファ線観測装置２００に届かない。この消光の割合は、式（２）に示すシュテルンフォルマーの式等で算出可能である。
Ｉ＝Ｉ_０／（１＋Ｋ・ｃ） （２）
（Ｉ：消光後の光、Ｉ_０：消光前の光、Ｋ：定数、ｃ：消光の原因となる気体の比率）

空気中の酸素の場合、その濃度はおおよそ０．２でありＫは２０であるため、おおよそ１／５程度まで消光してしまうこととなる。

このため、窒素等の吹付けにより、消光の原因となる酸素の比率を少なくすることで消光を抑えることが可能なため、測定する信号量が増える。たとえば、酸素の比率を０．１５に抑えることで信号量は、酸素の比率が０．２の場合に対して約１．２５倍となる。また、酸素比率を０．１に低減させると、酸素の比率が０．２の場合に対して約１．７倍まで増加することができる。

気体吹付け部１２からの吹付により増加されたアルファ線起因光を含む光は、波長選択部１により波長を選択されアルファ線起因光検出部２ａに検出される。

アルファ線起因光検出部２ａ、短側波長光検出部２ｂ、長側波長光検出部２ｃは、それぞれ違う波長を測定しているため簡易な波長分析を実施していることになるが、離散的な波長でのみの測定となるため、選択している波長以外の影響は評価ができない。

そこで、連続的な波長分析が可能な分光部１３を設けることで、より正確なノイズ光の分布を確認することが可能となるため、アルファ線により発生した波長領域のノイズ光の影響をより低減させることが可能となる。

以上のように構成された本実施形態においては、気体吹付け部１２を用いることで、アルファ線による発光後の消光を減少させることが可能であるためアルファ線による信号を増加させることが可能である。

一方、波長選択部１と光子検出器セット２による離散的な波長分析に加え、分光部１３により光の連続的な波長についての強度分布を評価することで、よりアルファ線による光の波長領域のノイズ光の影響を減らすことが可能となる。

以上より、信号の増加およびノイズ光の影響低減が見込めるため、バックグランドが変化する測定環境であってもアルファ線の量を正確に測定することが可能となる。

［第４の実施形態］
図８は、本発明の第４の実施形態に係るアルファ線観測システムの構成を示す縦断面図である。

アルファ線観測システム２２０は、複数のアルファ線観測装置２００と、励起光量合成部１５１、撮影部１５２および画像合成部１５３を有する。アルファ線観測装置２００は、第１の実施形態ないし第３の実施形態のいずれかにおけるアルファ線観測装置２００を用いる。

複数のアルファ線観測装置２００は、観測対象３００の空間分布に対向して互いに並列に配されている。また、複数のアルファ線観測装置２００は、それぞれのアルファ線観測装置２００が集光部７から受け入れた平行な光の方向同士が平行となるように配設されている。すなわち、それぞれのアルファ線観測装置２００の集光部７の光軸が平行となるような向きに配設されている。

励起光量合成部１５１は、それぞれのアルファ線観測装置２００からの出力であるアルファ線強度を入力としてアルファ線強度の空間分布を求める。なお、励起光量合成部１５１は、それぞれのアルファ線観測装置２００からの出力信号であるアルファ線強度信号を入力として、それぞれのアルファ線強度信号に基づいて励起光量の空間分布を出力する。

なお、アルファ線観測装置２００のアルファ線特定部５の出力であるアルファ線強度信号に代えて、アルファ線観測装置２００の光量算出部４の出力である補正後の光量信号を励起光量合成部１５１の入力としてもよい。

アルファ線強度信号と補正後の光量信号は比例しており、各アルファ線観測装置２００におけるアルファ線特定部５で使用している光量信号からアルファ線強度への換算係数が等しいならば、励起光量合成部１５１は、それぞれのアルファ線観測装置２００からの光量信号をそのまま重畳することでよい。

励起光量合成部１５１が、それぞれのアルファ線観測装置２００からアルファ線強度を入力する場合は、そのまま重畳することで良い。

また、各アルファ線観測装置２００におけるアルファ線特定部５で使用している光量信号からアルファ線強度への換算係数が等しいならば、励起光量合成部１５１は、それぞれのアルファ線観測装置２００からの光量信号を重畳する際に、換算係数をそれぞれに乗じた上で重畳すればよい。

撮影部１５２は、観測対象３００の可視光領域の画像を撮影する。撮影部１５２が撮影する範囲は、少なくとも、それぞれのアルファ線観測装置２００が観測対象とする範囲を含んでいる。また、撮影部１５２の光軸は、それぞれのアルファ線観測装置２００の集光部７の光軸と平行となるような向きに配設されている。

画像合成部１５３は、撮影部１５２から出力された観測対象３００の撮影画像と、励起光量合成部１５１から出力された励起光量の空間部分布とを入力とする。画像合成部１５３は、励起光量合成部１５１から出力された励起光量の空間部分布を画像データに変換する。

画像合成部１５３は、励起光量の空間部分布の画像データを、撮影部１５２による観測対象３００の画像に重畳させて、重畳画像を出力する。

なお、本実施形態では、観測対象３００が、一次元的に広がっている場合を示したが、これに限らない。たとえば、２次元的に広がっている場合は、アルファ線観測装置２００も２次元的に並列にかつ平行に配設すればよい。

各アルファ線観測装置２００においては、集光部７により集光した光は、１眼レフカメラやデジタルカメラなどと同様にアルファ線による光が発光した位置に依存して像を結ぶ。

このため、像を結ぶ位置に光子検出器セット２を設置しておくことで、アルファ線による発光箇所の位置と信号を検出した光子検出器セット２の対応付けが可能となる。光子検出器セット２が複数ある場合、その設置方法で、空間的に広がりをもったアルファ線の強度測定を行うことが可能である。

以上のように、本実施形態のアルファ線観測装置２００においては、複数の光子検出器セット２を設けて光量算出部４においてバックグラウンドを除去することにより、太陽光や蛍光灯など紫外線領域を多少含む照明機器の下でも使用可能であるため、観測対象３００（図８参照）を可視光で撮影可能である。

この結果、紫外線領域の光の測定では観測することのできなかった観測対象３００（図８参照）のアルファ線源による汚染状態を視覚的に知ることが可能となる。

図９は、本発明の第４の実施形態に係るアルファ線観測システムの変形例の構成を示す縦断面図である。

各アルファ線観測装置２００に設けられている光量算出部４およびアルファ線特定部５を除いたものをアルファ線観測装置２１０として、同様に観測対象３００に対向して並列かつ平行に配設している。

各アルファ線観測装置２００に設けられている光量算出部４に代えて、総合光量補正部１５４が設けられている。総合光量補正部１５４は、各アルファ線観測装置２１０の光子検出器セット２からの出力を受けて、それぞれのバックグラウンド補正計算とアルファ線強度への換算を行う。

このようにして同様に、総合光量補正部１５４からの出力に基づいて、励起光量合成部１５１が励起光量の空間分布を出力し、画像合成部１５３が、この励起光量の空間分布を画像化し、撮影部１５２からの映像に合成する。

このように、アルファ線観測装置２１０は軽量化され、また、演算はまとめて行うことにより、システムが単純化する。

［第５の実施形態］
図１０は、本発明の第５の実施形態に係るアルファ線観測装置の構成を示す縦断面図である。

本実施形態は、第１の実施形態の変形である。アルファ線観測装置２００は、３つの光子検出器セット２を有している。また、アルファ線観測装置２００は、撮影部１０および励起光量合成部１１を有する。

集光部７の光軸と撮影部１０の光軸は平行となるような向きに配設されている。また、集光部７の画角、すなわち光子検出器セット２に集光部７を介して入射してくる光の源側を逆に集光部７側から見た立体角が、撮影部１０の画角、すなわち撮影の対象範囲を撮影部１０側から見た立体角以下とする。

このように設定することによって、集光部７の光軸と撮影部１０の光軸間に間隔があっても、集光部７の画角の範囲を撮影部１０による画像内で特定することが可能である。

励起光量合成部１１は、第４の実施形態と同様に、３つの光子検出器セット２それぞれからの出力であるアルファ線強度を入力としてアルファ線強度の空間分布を求める。

なお、光子検出器セット２は、３つには限定されず、２つ、あるいは４つ以上でもよい。また、１次元的な配列に限らず、２次元的に配列してもよい。

このような構成により、第４の実施形態と同様に、観測対象３００（図８参照）の１次元的な広がりを把握することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…波長選択部、１ａ…アルファ線起因光波長選択部、１ｂ…短側波長選択部、１ｃ…長側波長選択部、２…光子検出器セット、２ａ…アルファ線起因光検出部、２ｂ…短側波長光検出部、２ｃ…長側波長光検出部、３ａ、３ｂ、３ｃ…カウンタ、４…光量算出部（補正部）、５…アルファ線特定部、６…表示部、７…集光部、７ａ…凸レンズ、７ｂ…凹レンズ、８…遮へい部材、９…筐体、１０…撮影部、１１…励起光量合成部、１２…気体吹付け部、１３…分光部、１４…環境光特定部、２０…移動機構部、２０ａ…操作部、２１…走行台座、２２…走行部、２３…移動筐体、１０１…集光レンズ、１０２…波長選択素子、１０３…光学素子、１０４…方向変更部、１０５ａ、１０５ｂ…光検出器、１０６…信号処理装置、１５１…励起光量合成部、１５２…撮影部、１５３…画像合成部、１５４…総合光量補正部、２００、２１０…アルファ線観測装置、２２０…アルファ線観測システム、３００…観測対象

Claims (11)

1. 観測対象内のアルファ線源から発生するアルファ線と雰囲気物質との相互作用によって発生するアルファ線起因光を検出することによりアルファ線を観測するアルファ線観測装置であって、
   前記アルファ線起因光の波長を含む所定の波長幅の光を選択可能なアルファ線起因光波長選択部と、
   前記アルファ線起因光波長選択部からのアルファ線起因光の光量ＸＡを計測するアルファ線起因光検出部と、
   前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より短い短側波長の光を選択可能な短側波長選択部と、
   前記短側波長選択部からの短側波長光の光量ＢＳを計測する短側波長光検出部と、
   前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より長い長側波長の光を選択可能な長側波長選択部と、
   前記長側波長選択部からの長側波長光の光量ＢＬを計測する長側波長光検出部と、
   前記アルファ線起因光の光量ＸＡ、前記短側波長光の光量ＢＳおよび前記長側波長光の光量ＢＬから、前記アルファ線起因光の光量ＸＡを補正して補正後の光量ＸＡＴを算出する補正部と、
   を有することを特徴とするアルファ線観測装置。
2. 前記補正部からの補正後の光量を受けてアルファ線強度に換算するアルファ線特定部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアルファ線観測装置。
3. 前記補正部は、前記短側波長光の光量ＢＳおよび前記長側波長光の光量ＢＬをそれぞれの波長におけるバックグラウンド光のバックグラウンド量とみなし、前記短側波長光の光量ＢＳおよび前記長側波長光の光量ＢＬから内挿して前記アルファ線起因光の波長におけるバックグラウンド量ＢＡを算出し、ＸＡＴ＝ＸＡ−ＢＡにより補正後の光量ＸＡＴを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアルファ線観測装置。
4. 前記アルファ線起因光波長選択部、前記短側波長光検出部および前記長波長光検出部に焦点をもつ集光部をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のアルファ線観測装置。
5. 前記アルファ線起因光波長選択部、前記短側波長光検出部および前記長波長光検出部の周囲に、アルファ線に対する遮蔽部材を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアルファ線観測装置。
6. 光のスペクトルを実測する分光部をさらに備え、
   前記アルファ線起因光波長選択部、前記短側波長選択部および前記長側波長選択部それぞれの機能は、前記分光部により実現される、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のアルファ線観測装置。
7. 前記アルファ線起因光検出部、前記短側波長光検出部および前記長側波長光検出部と前記観測対象との間隔を変化させる移動機構部と、
   前記移動機構部による前記間隔の変化量と、これにより生ずる光量測定値の変化量から環境光を特定する環境光特定部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のアルファ線観測装置。
8. それぞれ前記観測対象の空間分布に対向して互いに並列に配された複数の請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のアルファ線観測装置と、
   前記アルファ線観測装置のそれぞれの出力に基づいてアルファ線起因光の空間分布を求める励起光量合成部と、
   前記観測対象の可視光領域の画像を撮影する撮影部と、
   前記励起光量合成部の出力に基づいて励起光量の空間部分布を画像データに変換して、前記撮影部により撮影された画像に重畳させて、重畳画像を出力する画像合成部と、
   を備えることを特徴とするアルファ線観測システム。
9. 観測対象内のアルファ線源から発生するアルファ線と雰囲気物質との相互作用によって発生するアルファ線起因光を検出する複数のアルファ線観測装置と、
   前記アルファ線観測装置それぞれの出力に基づいて、前記アルファ線起因光の光量を補正して前記アルファ線観測装置それぞれについての補正後光量を算出する総合光量補正部と、
   前記アルファ線観測装置それぞれについての補正後光量に基づいて励起光量の空間分布を求める励起光量合成部と、
   前記観測対象の可視光領域の画像を撮影する撮影部と、
   前記励起光量合成部の出力に基づいて励起光量の空間部分布を画像データに変換して、前記撮影部により撮影された画像に重畳させて、重畳画像を出力する画像合成部と、
   を備えるアルファ線観測システムであって、
   前記光検出装置はそれぞれ、
   前記アルファ線起因光の波長を含む所定の波長幅の光を選択可能なアルファ線起因光波長選択部と、
   前記アルファ線起因光波長選択部からの前記アルファ線起因光の光量を計測するアルファ線起因光検出部と、
   前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より短い短側波長の光を選択可能な短側波長選択部と、
   前記短側波長選択部からの短側波長光の光量を計測する短側波長光検出部と、
   前記アルファ線起因光の波長の近傍であって前記アルファ線起因光の波長より長い長側波長の光を選択可能な長側波長選択部と、
   前記長側波長選択部からの長側波長光の光量を計測する長側波長光検出部と、
   を有することを特徴とするアルファ線観測システム。
10. 観測対象内のアルファ線源から発生するアルファ線と雰囲気物質との相互作用によって発生するアルファ線起因光を検出することによりアルファ線を観測するアルファ線観測方法であって、
    アルファ線観測装置によりアルファ線起因光の光量と、前記アルファ線起因光の波長より短い短側波長光の光量と、前記アルファ線起因光の波長より長い長側波長光の光量とを計測するアルファ線起因光計測ステップと、
    前記アルファ線起因光計測ステップの後に、前記アルファ線起因光の光量、前記短側波長光の光量および前記長側波長光の光量から、前記アルファ線起因光の光量を補正して補正後の光量を算出する補正ステップと、
    前記アルファ線起因光の補正後の光量に基づいて前記アルファ線の強度を算出するアルファ線強度算出ステップと、
    を有することを特徴とするアルファ線観測方法。
11. 前記アルファ線起因光計測ステップの前に、前記観測対象にアルファ線により紫外線を発光する紫外線発光気体を吹き付ける気体吹き付けステップを有することを特徴とする請求項１０に記載のアルファ線観測方法。

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