JP2014174073A - Radiation counter and radiation counting method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、放射線カウンタ装置及び放射線カウント方法に関し、特に振動や衝撃、外来電波などのノイズを除去する技術に関する。 The present invention relates to a radiation counter device and a radiation counting method, and more particularly to a technique for removing noise such as vibration, shock, and external radio waves.
放射線カウンタ装置、特に個人用の簡易型放射線カウンタのニーズが高まっている。このような放射線カウンタ装置は、例えば特開2007−289514号公報(特許文献1)に示されるようなものが知られている。
簡易型の放射線カウンタは、振動や衝撃、外来電波の影響を受けやすく、放射線でないものを誤カウントしてしまう可能性があるので、ノイズ対策が大きな課題となっている。
また、一般的に使用されている放射線センサとしては、例えば高線量率の測定にはイオンチェンバー、低線量率の測定にはNaiシンチレーション検出器などがある。
There is a growing need for radiation counter devices, particularly personal simplified radiation counters. Such a radiation counter device is known, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-289514 (Patent Document 1).
Since a simple radiation counter is easily affected by vibration, shock, and external radio waves, there is a possibility that a non-radiation counter is erroneously counted, so that noise countermeasures are a major issue.
Examples of commonly used radiation sensors include an ion chamber for high dose rate measurement and a Nai scintillation detector for low dose rate measurement.
特許文献1記載の技術では、ノイズ対策のために電磁的ノイズを検出するノイズセンサと、衝撃を検出する衝撃センサを備えている。従って、複数の異なるセンサデバイスを必要とするため、コストが高くなるとともに、ノイズセンサや衝撃センサの出力信号も使用してノイズをキャンセルする演算が必要となるため処理が複雑になるという課題があった。
また、放射線センサとしてのイオンチェンバーやNaiシンチレーション検出器は、精度は高いものの、原子力発電所等で使用される高価で大型のものであり、個人や小規模な団体で使用するには困難であるという課題があった。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、複数の異なるデバイスを設けずに、フォトダイオードだけで放射線とノイズを識別できる放射線カウンタ装置及び放射線カウント方法を提供するものである。
The technique described in
Moreover, although an ion chamber and a Nai scintillation detector as a radiation sensor have high accuracy, they are expensive and large-sized ones used in nuclear power plants and the like, and are difficult to use in individuals and small organizations. There was a problem.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a radiation counter apparatus and a radiation counting method capable of discriminating radiation and noise using only a photodiode without providing a plurality of different devices.
請求項1記載の発明は、複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオード毎に設けられ、該フォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換する複数のチャージアンプと、
前記チャージアンプ毎に設けられ、該チャージアンプにより変換された電圧をパルス信号に変換する複数のコンパレータと、前記各コンパレータにより変換されたパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出する制御回路と、を具備したことを特徴とする放射線カウンタ装置を提供するものである。
The invention according to
Provided for each charge amplifier, a plurality of comparators for converting a voltage converted by the charge amplifier into a pulse signal, and a pulse signal converted by each comparator are inputted, and a radiation dose is identified by identifying a radiation signal and noise. And a control circuit for calculating a radiation counter.
請求項6記載の発明は、複数のフォトダイオードを備えた放射線カウンタ装置の放射線カウント方法であって、前記複数のフォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換するステップと、前記変換された電圧をパルス信号に変換するステップと、前記変換された前記複数のフォトダイオードに対応するパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出するステップと、を含むことを特徴とする放射線カウント方法を提供するものである。 The invention according to claim 6 is a radiation counting method of a radiation counter device comprising a plurality of photodiodes, the step of converting the charges generated by the plurality of photodiodes into a voltage, and the pulse of the converted voltage. A radiation count comprising: a step of converting into a signal; and a step of inputting a pulse signal corresponding to the plurality of the converted photodiodes, and identifying a radiation signal and noise to calculate a radiation dose. A method is provided.
本発明によれば、複数の異なったセンサデバイスを設けることなく、放射線とノイズを識別できる。 According to the present invention, radiation and noise can be identified without providing a plurality of different sensor devices.
<背景技術の説明>
まず、はじめに、本発明を理解しやすくするため背景技術について説明する。図1は、一般的な放射線カウンタ装置のブロック図、図2は図1における制御回路の内部構成を示した装置全体構成図、図3は図2の要部の信号を示すタイムチャートである。
<Description of background technology>
First, background technology will be described to facilitate understanding of the present invention. FIG. 1 is a block diagram of a general radiation counter device, FIG. 2 is an overall device configuration diagram showing an internal configuration of a control circuit in FIG. 1, and FIG. 3 is a time chart showing signals of essential parts of FIG.
図1に示す装置は、放射線センサ100、ノイズセンサ200、衝撃センサ300、制御回路400から構成される。この放射線センサ100によって外来放射線が検出され、信号Aを出力する。ノイズセンサ200は、外来電磁波を検出し、信号Bを出力するものである。衝撃センサ300は、振動や衝撃を検出し、信号Cを出力するものである。信号A及び信号B及び信号Cはそれぞれ制御回路400に接続される。
The apparatus shown in FIG. 1 includes a
図2は、図1に示す制御回路400の内部構成を示した装置全体構成図である。図2において、制御回路400は、信号変換部410、信号変換部420、信号変換部430、放射線カウンタ700、及び演算器800によって構成される。
信号変換部410はチャージアンプ411、コンパレータ412で構成され、放射線センサ100が出力する信号Aを受信し、その信号をチャージアンプ411によって増幅し、増幅された信号Dの電圧をコンパレータ412によって、基準電圧と電圧比較し、信号Dの電圧が基準電圧を超えることでその信号成分に相当するパルス信号Gを出力する。
FIG. 2 is an overall device configuration diagram showing an internal configuration of the
The
信号変換部420はチャージアンプ421、コンパレータ422で構成され、ノイズセンサ200が出力する信号Bを受信し、その信号をチャージアンプ421によって増幅し、増幅された信号Eの電圧をコンパレータ422によって、基準電圧と電圧比較し、信号Eの電圧が基準電圧を超えることでその信号成分に相当するパルス信号Hを出力する。
信号変換部430はチャージアンプ431、コンパレータ432で構成され、衝撃センサ200が出力する信号Cを受信し、その信号をチャージアンプ431によって増幅し、増幅された信号Fの電圧をコンパレータ432によって、基準電圧と電圧比較し、信号Fの電圧が基準電圧を超えることでその信号成分に相当するパルス信号Iを出力する。
The
The
放射線カウンタ500は、パルス信号Gを入力して放射線をカウントする。
ノイズカウンタ600は、パルス信号Hを入力してノイズ信号をカウントする。
衝撃カウンタ700は、パルス信号Iを入力して衝撃信号をカウントする。
演算器800は、プログラムを周期毎に繰り返し行うものであり、一般的なマイクロプロセッサである。前記放射線カウンタ500、ノイズカウンタ600、衝撃カウンタ700の出力を入力し、放射線カウンタ700が示す計数を周期毎に参照し、その値に変化が認められたとき放射線線量を演算処理するもので、所定のアルゴリズムによりノイズ信号と衝撃信号をキャンセルしながら放射線量を計算する。
図3は図2の信号A〜Iの一例を示すタイミングチャートである。
The
The
The
The
FIG. 3 is a timing chart showing an example of the signals A to I in FIG.
<発明を実施するための最良の実施の形態>
上記説明した従来の放射線カウンタ装置では、ノイズを取り除くことはできるが、前述したように放射線センサ、ノイズセンサ、衝撃センサという異なるセンサデバイスが必要となる。
図4は本発明の一実施の形態である放射線カウンタ装置の概略ブロック図を示すものである。
図5は図4の動作を説明するタイムチャートである。
図4において、チャージアンプ2A。2B、2Cの動作は基本的に図2におけるチャージアンプ411の動作と同じであり、コンパレータ3A、3B、3Cの動作は基本的に図2におけるコンパレータ412の動作と同じであるので、詳細な説明は省略してある。
<Best Mode for Carrying Out the Invention>
The conventional radiation counter apparatus described above can remove noise, but as described above, different sensor devices such as a radiation sensor, a noise sensor, and an impact sensor are required.
FIG. 4 is a schematic block diagram of a radiation counter device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of FIG.
In FIG. 4, a
以下、図4を参照して、本実施の形態の放射線カウンタ装置を説明する。本例の放射線カウンタ装置は、第1ないし第3のフォトダイオード部1A、1B、1Cと、これらのフォトダイオード部1A、1B、1Cからの出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第1ないし第3のコンパレータ3A、3B、3Cと、これらのコンパレータ3A、3B、3Cからの出力パルスを入力して放射線とノイズを識別して放射線量を計算する制御回路4を有する。
Hereinafter, the radiation counter device of the present embodiment will be described with reference to FIG. The radiation counter device of this example includes first to
フォトダイオード部1A、1B、1Cは、それぞれ1個のシリコン半導体放射線検出素子であるフォトダイオードに、電荷を電圧に変換し増幅してコンパレータ3A、3B、3Cに供給するチャージアンプ2A、2B、2Cを有する。シリコン半導体放射線検出素子は、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。半導体中に大きな電界があると、光子の衝突によって発生する電子が加速され、他の半導体原子と衝突して複数の電子を弾き出す。ここで弾き出された電子は電界によって加速され、他の半導体電子に衝突してさらに電子を弾き出す。この連鎖によって、移動する電子が爆発的に増える現象をアバランシェ増倍と呼ぶ。アバランシェフォトダイオードは、アバランシェ増倍を利用して受光感度を上昇させたフォトダイオードである。
The
すなわち、シリコンアバランシェフォトダイオードは、逆電圧を印加することにより生じる内部増幅作用を利用した高速、高感度なフォトダイオードである。PINフォトダイオードに比べ微弱な信号の測定が可能である。信号が微弱である環境では、ノイズの影響が大きくなるので、本実施の形態の効果が一層顕著になる。簡易型の放射線カウンタ装置であれば、下記のようなフォトダイオードを使用しても本実施の形態の基本的な原理は同じである。 That is, the silicon avalanche photodiode is a high-speed, high-sensitivity photodiode that utilizes an internal amplification action that occurs when a reverse voltage is applied. It is possible to measure weak signals compared to PIN photodiodes. In an environment where the signal is weak, the influence of noise becomes large, so the effect of the present embodiment becomes more prominent. In the case of a simple radiation counter device, the basic principle of this embodiment is the same even if the following photodiode is used.
PNフォトダイオードは、受光面側の1μm以下のP層と基板側のN層で光電変換部を形成している最も基本的な構造のもので、光のエネルギによってP層とN層の中性領域(空乏層)で生成された電子はN層へ、正孔はP層へ流れる。
PINフォトダイオードは、PN接合の間にI型半導体を挟み込んだ構造となっている。I層を挟み込むことで逆電圧を加えた時の空乏層が大きくなるので、高速な応答特性を得ることができる。PNフォトダイオードより感度が優れている。
フォトダイオードが放射線を検知すると接合面に電荷を発生するが、電荷の発生は非常に短時間で微小である。シリコンアバランシェフォトダイオードは、PNフォトダイオードやPINフォトダイオードに比べて、高速、高感度で微弱な信号の測定が可能であるため、ノイズとのS/N比を考慮しても本実施の形態に採用して好適である。
A PN photodiode has the most basic structure in which a photoelectric conversion part is formed by a P layer of 1 μm or less on the light receiving surface side and an N layer on the substrate side, and the neutrality of the P layer and the N layer by the energy of light. Electrons generated in the region (depletion layer) flow to the N layer and holes flow to the P layer.
A PIN photodiode has a structure in which an I-type semiconductor is sandwiched between PN junctions. Since the depletion layer becomes larger when a reverse voltage is applied by sandwiching the I layer, high-speed response characteristics can be obtained. Sensitivity is better than PN photodiode.
When the photodiode detects radiation, a charge is generated on the bonding surface, but the generation of the charge is very small in a very short time. Silicon avalanche photodiodes can measure weak signals at a higher speed, with higher sensitivity than PN photodiodes and PIN photodiodes, so that this embodiment can be used even in consideration of the S / N ratio with noise. It is suitable to adopt.
フォトダイオード部1A、1B、1Cに含まれるシリコン半導体放射線検出素子の有感部分の厚さは、互いに同一であってもよいが異なってもよい。即ち、放射線検出器1A、1B、1Cに含まれるフォトダイオードの感度は、互いに同一であってもよいが異なってもよい。同一にすれば、純粋にパルス信号の位相だけを比較でき、異ならせれば、強さや時間の異なる放射線を検知しやすくなる。
The thicknesses of the sensitive portions of the silicon semiconductor radiation detection elements included in the
フォトダイオード部1A、1B、1Cは、それぞれガンマ線調整版1GA、1GB、1GCを備えている。ガンマ線調整板は、フォトダイオード部放射線検出器に入射するガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスを調整する機能を有するもので、鉛、鉄、アルミ等によって構成され、ガンマ線を減衰させる機能を有する。ガンマ線調整板は、その厚さによってガンマ線エネルギ及びフラックスを減衰させる力が異なるので、測定したいエネルギ領域のレベルに合せて厚さを設定することができる。フォトダイオード部1A、1B、1Cのガンマ線調整版1GA、1GB、1GCの厚さは同じでも良く、少しずつ異ならせてもよい。同一にすれば、純粋にパルス信号の位相だけを比較でき、異ならせれば、強さや時間の異なる放射線を検知しやすくなる。
The
図中、aはコンパレータ3Aの出力であるパルス信号であり、bはコンパレータ3Bの出力であるパルス信号であり、cはコンパレータ3Cの出力であるパルス信号である。
In the figure, a is a pulse signal that is the output of the
<実施の形態の動作>
制御回路4は、図5に示すコンパレータ3A、3B、3Cから出力されるパルス信号a、b、cを入力し、3系統のパルス信号の位相を比較する。
図5(3)のように、すべてのフォトダイオードが同じ位相のパルスを検出した時は、衝撃を受けた等のノイズである可能性が高く、ノイズであると判断する。
すなわち、1つの放射線は面積が無く点であるため1つフォトダイオードにしか検出されないので、すべてのフォトダイオードが同じ位相のパルスを検出したということは、放射線ではなく衝撃や電磁波などのノイズが発生したと考えられる。
<Operation of the embodiment>
The
As shown in FIG. 5 (3), when all the photodiodes detect a pulse having the same phase, it is highly possible that the noise is a shock or the like, and the noise is determined to be noise.
In other words, because one radiation is a point with no area, it can only be detected by one photodiode, so that all photodiodes detected a pulse with the same phase, not noise but noise such as shock and electromagnetic waves. It is thought that.
また、逆に図5(1)のように、すべてのフォトダイオードが異なる位相のパルス信号を検出した時は、各フォトダイオードがそれぞれ独立して放射線を検出したものとみなす。 Conversely, as shown in FIG. 5A, when all the photodiodes detect pulse signals having different phases, it is considered that each photodiode independently detects radiation.
図5(2)のように、位相が一致するパルス信号a、bと、位相が異なるパルス信号cを検出した時は、実験やシミュレーションによってどう判断するかを決めればよいが、多量の放射線が存在している時は2つの放射線を2つのフォトダイオードが同時に検出する可能性もあり、さらに位相が異なるパルス信号も検出しているので、ノイズではなく放射線の可能性が高く、本実施の形態では放射線とみなす。
このような位相比較回路は、ハードウエアの論理回路で組むことも可能であるが、一般的にはサンプリングをしてパルス信号の時間的位置をメモリに書き込んでソフトウエアで比較する。
As shown in FIG. 5 (2), when the pulse signals a and b having the same phase and the pulse signal c having the different phases are detected, it may be determined how to judge by experiment or simulation. When present, there is a possibility that two photodiodes detect two radiations at the same time. Furthermore, since pulse signals having different phases are detected, there is a high possibility of radiation instead of noise. Now consider radiation.
Such a phase comparison circuit can be constructed by a hardware logic circuit, but generally, sampling is performed, and the temporal position of the pulse signal is written in a memory and compared by software.
検出したパルス信号から放射線量を計算する方法は詳述しないが、図1に示すような従来の放射線カウンタ装置ではノイズ成分を考慮してノイズ成分を取り除く計算をしなければならないのに対し、本実施の形態によれば、ノイズは予め無視してしまうので、計算が単純になる効果がある。 Although the method for calculating the radiation dose from the detected pulse signal is not described in detail, the conventional radiation counter device as shown in FIG. 1 has to calculate the noise component in consideration of the noise component. According to the embodiment, since noise is ignored in advance, there is an effect that the calculation is simplified.
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲を付記する。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, The invention described in the claim and its equal range are included.
The claims appended at the time of filing this application will be appended below.
<付記>
[請求項1]
複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオード毎に設けられ、該フォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換する複数のチャージアンプと、
前記チャージアンプ毎に設けられ、該チャージアンプにより変換された電圧をパルス信号に変換する複数のコンパレータと、
前記各コンパレータにより変換されたパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出する制御回路と、
を具備したことを特徴とする放射線カウンタ装置。
[請求項2]
前記制御回路は、前記複数のコンパレータが出力する少なくとも2つのパルス信号の位相が異なる場合は放射線とみなすことを特徴とする請求項1記載の放射線カウンタ装置。
[請求項3]
前記制御回路は、前記複数のコンパレータが出力する複数のパルス信号の位相がすべて一致する場合はノイズとみなすことを特徴とする請求項1記載の放射線カウンタ装置。
[請求項4]
前記フォトダイオードは、シリコンアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか記載の放射線カウンタ装置。
[請求項5]
前記のフォトダイオードは、ガンマ線調整板を備えることを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載の放射線カウンタ装置。
[請求項6]
複数のフォトダイオードを備えた放射線カウンタ装置の放射線カウント方法であって、
前記複数のフォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換するステップと、
前記変換された電圧をパルス信号に変換するステップと、
前記変換された前記複数のフォトダイオードに対応するパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする放射線カウント方法。
<Appendix>
[Claim 1]
A plurality of photodiodes;
A plurality of charge amplifiers that are provided for each of the photodiodes and convert charges generated by the photodiodes into a voltage;
A plurality of comparators provided for each of the charge amplifiers for converting a voltage converted by the charge amplifier into a pulse signal;
A control circuit for inputting a pulse signal converted by each comparator, calculating a radiation dose by identifying a radiation signal and noise, and
A radiation counter device comprising:
[Claim 2]
The radiation control apparatus according to
[Claim 3]
2. The radiation counter device according to
[Claim 4]
4. The radiation counter device according to
[Claim 5]
The radiation counter device according to
[Claim 6]
A radiation counting method of a radiation counter device comprising a plurality of photodiodes,
Converting charges generated by the plurality of photodiodes into a voltage;
Converting the converted voltage into a pulse signal;
Inputting pulse signals corresponding to the converted plurality of photodiodes, identifying radiation signals and noise, and calculating a radiation dose;
A radiation counting method comprising:
1A、1B、1C・・・フォトダイオード部
2A、2B、2C・・・チャージアンプ
3A、3B、3C・・・コンパレータ
4・・・制御回路
1GA、2GA、3GA・・・ガンマ線調整版
1A, 1B, 1C ...
Claims (6)
前記フォトダイオード毎に設けられ、該フォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換する複数のチャージアンプと、
前記チャージアンプ毎に設けられ、該チャージアンプにより変換された電圧をパルス信号に変換する複数のコンパレータと、
前記各コンパレータにより変換されたパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出する制御回路と、
を具備したことを特徴とする放射線カウンタ装置。 A plurality of photodiodes;
A plurality of charge amplifiers that are provided for each of the photodiodes and convert charges generated by the photodiodes into a voltage;
A plurality of comparators provided for each of the charge amplifiers for converting a voltage converted by the charge amplifier into a pulse signal;
A control circuit for inputting a pulse signal converted by each comparator, calculating a radiation dose by identifying a radiation signal and noise, and
A radiation counter device comprising:
前記複数のフォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換するステップと、
前記変換された電圧をパルス信号に変換するステップと、
前記変換された前記複数のフォトダイオードに対応するパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする放射線カウント方法。 A radiation counting method of a radiation counter device comprising a plurality of photodiodes,
Converting charges generated by the plurality of photodiodes into a voltage;
Converting the converted voltage into a pulse signal;
Inputting pulse signals corresponding to the converted plurality of photodiodes, identifying radiation signals and noise, and calculating a radiation dose;
A radiation counting method comprising:
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