JP2014228464A - 放射線計測装置および放射線計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギースペクトルにおけるエネルギー分解能を向上させる。
【解決手段】ガンマ線１３の入射が放射線検出器１１により検出されると、その検出信号は、チャージアンプ１６およびバイポーラ波形整形アンプ２１により増幅、波形整形され、非反転アンプ２２および反転アンプ２３を介してＡ／Ｄ変換器３１へ入力される。Ａ／Ｄ変換器３１は、非反転アンプ２２の信号波形のピーク値および反転アンプ２２の信号波形のピーク値をそれぞれＡ／Ｄ変換することにより、ガンマ線１３の検出信号の正極側のピーク値に対応する第１の波高値および負極側のピーク値に対応する第２の波高値を取得する。ディジタルデータ処理装置３５は、第１の波高値および第２の波高値の和の値を用いて、または、第１の波高値と第２の波高値との間に比例の相関があるものだけを用いてエネルギースペクトルを作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガンマ線など放射線のエネルギー計測に好適な放射線計測装置および放射線計測方法に関する。

放射線計測装置は、原子力関連施設や医療機関等で主として使用されている。放射線の中でもとりわけガンマ線に対する計測装置は多数使用されており、より高性能な計測装置が望まれている。

ガンマ線計測のリアルタイム計測で使用されるガンマ線検出器は、シンチレータ検出器と半導体検出器とに大別される。ここで、シンチレータ検出器は、ガンマ線が入射することで発光する光を光電子増倍管やフォトダイオードなどで検出することによってガンマ線を計測するものである。また、半導体検出器は、ガンマ線が入射することで内部に生成される電子やホールなどのキャリヤ電荷の流れ、すなわち、電流を検出することによってガンマ線を計測するものである。

ガンマ線は、１フォトン当りのエネルギーが大きいため、入射するフォトンを個別に計測するフォトンカウンティング計測が一般的に行われている。その場合、シンチレータ検出器では、発光量が入射フォトンのエネルギーにほぼ比例し、半導体検出器では、キャリヤ生成量が入射フォトンのエネルギーにほぼ比例する。そこで、シンチレータ検出器では、検出信号として発光量に比例した波高のパルスを生成し、半導体検出器では、生成電荷量に比例した波高のパルスを生成する。そして、そのパルスの波高とパルスの数とを計測することにより、ガンマ線の線量とエネルギーとが同時に計測される。

ガンマ線検出器において、１フォトン当たりのエネルギーを識別する能力は、エネルギー分解能と呼ばれ、ガンマ線検出器の性能指標として使用される。これは、計測対象のガンマ線が持つエネルギーを精度よく特定することにより、そのガンマ線を発する物質の情報や、ガンマ線源から検出器に至る途中経路に存在する物質の情報を得ることが可能になるからである。

とりわけ半導体検出器はエネルギー分解能が良好で、とくにゲルマニウム半導体検出器は、エネルギー分解能が最良の検出器として使用されている。しかしながら、ゲルマニウム半導体検出器は、液体窒素あるいはそれに類する冷却手段が必要であるため、使用場所が限定されるという問題があった。そこで、ゲルマニウム半導体ほどエネルギー分解能が良好ではないものの、室温で動作可能な半導体検出器として、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）などの化合物半導体が使用されている。また、最も一般的な半導体であるシリコンは、室温で使用可能ではあるが、ガンマ線の阻止能力が低いため、透過力が小さい低エネルギーのＸ線やガンマ線に限定して使用されている。

ところで、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅなどの室温動作の半導体検出器において生成される電荷量は、１ＭｅＶガンマ線１フォトン当たり３０〜４０フェムトクーロン程度であり、極めて微小な電荷量である。このような微小な電荷量を精度よく測定するためには、外部から侵入するノイズや信号処理回路のノイズを除去すべきなのはもちろんであるが、検出器自身で発生するノイズも極力除去することが望ましい。

例えば、特許文献１には、ガンマ線検出器から出力されるパルス波形に基づき外部から侵入するノイズを識別し、そのノイズの影響を除去する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１には、検出器自身が発するノイズを除去する方法については、なんら開示されていない。なお、検出器自身が発するノイズとしては、電荷を収集するためのバイアス電圧に起因して生じるリーク電流やキャリヤのゆらぎや再結合に起因するショットノイズなどがあるが、これら検出器自身が発するノイズの除去は、従来技術において解決すべき重要な課題となっている。

また、ガンマ線計測では、検出器からの信号を前置増幅器で一定レベルに増幅した後、シェーピングと呼ばれる波形整形処理（非特許文献１の６６３頁〜６７３頁など参照）が行われるのが一般的である。シェーピングは、一種のバンドパスフィルタであり、必要な信号周波数成分を残すようにフィルタの時定数が選択される。この時定数は、シェーピング時定数と呼ばれ、半導体検出器が電荷を収集する時間に基づいて設定される。例えば、印加電圧が低い場合や半導体検出器の電荷移動度が小さい場合には、電荷収集に時間を要するため、比較的長めのシェーピング時定数が設定される。

半導体検出器では、使用されている半導体材料の性質や製造ばらつきによって、電荷の移動度が小さいものやリーク電流が比較的大きいものを使用せざるを得ない場合がある。そのような場合、シェーピング時定数は、例えば、数μ秒といった長めの値が設定されるが、シェーピング時定数を長くした場合には、次の２つの問題が生じる。

まず、第１に、リーク電流による雑音の影響が大きくなることである。これは、リーク電流が周波数に反比例したノイズを発生させるため、シェーピング時定数が長い、すなわち、周波数が低い領域の信号を通過させる場合には、ノイズも多く通過し、Ｓ／Ｎ比が悪化するからである。

なお、低周波側のノイズをより多く除去するために、波形整形にバイポーラ整形を選択する方法もあるが、バイポーラ整形では同じ増幅を行っても負電圧領域への信号振幅も大きくなるために、正電圧領域の波高値がユニポーラ整形の場合より小さくなり、かえってノイズ面では不利となる問題があった。

第２に、シェーピング時定数を長くすると、時間当たりのパルス数が多い高計数率のガンマ線計測時に、そのエネルギー分解能が悪化することである。高計数率の場合には、ガンマ線の検出パルスの間隔が短くなるため、あるフォトンの検出パルスがゼロになる前に次のフォトンの検出パルスが重なると、検出パルス波形が乱れるとともに、その波高値にも誤差が生じる。すなわち、シェーピング時定数が長いと、検出パルスがゼロに収束するまでの時間が長くなるため、計数率が高くなったときには、その影響を受け易くなるのである。

なお、２つのフォトンの検出パルスが重なり、過大な波高値となるような現象は、ピークパイルアップと呼ばれ、ピークパイルアップによって得られたパルス波高値は、エネルギー情報に誤りをもたらすため除去すべきものである。

また、前記のバイポーラ整形では、ベースラインシフトが生じないため、ユニポーラ整形より若干はパイルアップの影響は受けにくいものの、その悪影響を排除できるものではない。なお、パイルアップは、非特許文献１の７２２頁に記載されているように、専用の回路により検出および除去が可能である。しかしながら、専用の回路は、追加のコスト増加を招くため、極力用いないことが望ましい。

特開２０１２−１３６１１号公報

GLENN F.KNOLL（木村逸郎、阪井英次 訳）、「放射線計測ハンドブック第３版」、日刊工業新聞社、２００１年３月２７日

以上に説明したように、従来技術には、とくに、電荷の移動度が小さくかつリーク電流が比較的大きい放射線検出器では、シェーピング時定数を長く設定する必要があるため、放射線検出器自身が発生するリーク電流によるノイズや、高計数率の放射線計測でパイルアップの影響を受け易くなるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、電荷の移動度が小さくかつリーク電流が比較的大きい放射線検出器を用いた場合であっても、放射線検出器自身が発生するノイズやパイルアップの影響を除去し、エネルギー分解能を向上させることが可能な放射線計測装置および放射線計測方法を提供することにある。

本発明に係る放射線計測装置は、放射線の入射を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器により検出される前記放射線の検出信号を増幅し、波形整形した信号を増幅波形信号として出力する信号増幅器と、前記信号増幅器から出力される前記増幅波形信号について、第１のタイミングおよびその第１のタイミングとは異なる第２のタイミングでその信号値をそれぞれＡ／Ｄ変換することにより、第１の波高値および第２の波高値を取得するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器で取得される前記第１の波高値および前記第２の波高値の両方を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成するディジタルデータ処理装置と、を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、ディジタルデータ処理装置は、増幅波形信号の互いに異なる２つのタイミングにおける信号値をそれぞれＡ／Ｄ変換して得られた第１の波高値および第２の波高値の両方を用いて放射線のエネルギースペクトルを作成する。すなわち、本発明では、増幅波形信号の複数タイミングでの波高値を用いてエネルギースペクトルが作成されるので、作成されるエネルギースペクトルの信頼性を向上させることができる。つまり、複数タイミングでの波高値を用いることにより、ノイズやパイルアップの影響を受けた波高値の除去が可能となるので、エネルギースペクトルの信頼性を向上させ、そのエネルギー分解能を向上させることができる。

本発明によれば、電荷の移動度が小さくかつリーク電流が比較的大きい放射線検出器を用いた場合であっても、放射線検出器自身が発生するノイズやパイルアップの影響を除去し、エネルギー分解能を向上させることが可能な放射線計測装置および放射線計測方法が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の要部の回路構成の例を示した図。 ガンマ線入射時にバイポーラ波形整形アンプから出力される増幅波形信号の例を示した図で、（ａ）は、非反転アンプの出力信号波形の例、（ｂ）は、反転アンプの出力信号波形の例。 ⁵⁷Ｃｏを線源とするガンマ線により得られるエネルギースペクトルの例を示した図。 第１の波高値と第２の波高値との相関関係を表す散布図の例。 第１の波高値に基づくエネルギースペクトルと、第２の波高値との間に比例の相関関係を有する第１の波高値に基づくエネルギースペクトルと、を比較して示した図。 本発明の第２の実施形態に係る放射線計測装置の要部の回路構成の例を示した図。 オフセットアンプの出力信号波形の例を示した図。 本発明の第３の実施形態に係る放射線計測装置の要部の回路構成の例を示した図。 ユニポーラ波形整形アンプの出力信号波形の例を示した図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置１の要部の回路構成の例を示した図である。図１に示すように、放射線計測装置１は、ガンマ線１３などの放射線を検出する放射線検出器１１、前置信号増幅器としてのチャージアンプ１６、波形を整形する信号増幅器としてのバイポーラ波形整形アンプ２１、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器３１、ディジタルデータ処理装置３５などを含んで構成される。

放射線検出器１１は、例えば、ＣｄＴｅなどの半導体検出器で構成されるとし、その一方の端子は、高圧電源１２に接続され、他方の端子は、抵抗１４を介して接地される。その場合、放射線検出器１１は、高圧電源１２からの電圧の印加を受けて、その内部の半導体層（図示せず）には電界が生じる。

このとき、ガンマ線１３などの放射線（以下、単に、ガンマ線１３という）が放射線検出器１１に入射すると、内部の半導体層には、電子・ホールペアの電荷が発生する。その電荷は、半導体層に生じた電界による力を受けて移動する。すなわち、放射線検出器１１の２つの端子間に電荷量に応じたパルス電流が流れる。

ここで、フォトン１個のガンマ線１３が放射線検出器１１に入射する平均的な時間間隔は、放射線検出器１１の中に電荷が発生して消滅するまでの時間、すなわち、パルス電流が流れる時間、さらに言い換えれば、そのパルス幅に比べて十分大きいものとする。

また、放射線検出器１１が半導体検出器の場合、電圧が印加された半導体層には、わずかだがリーク電流が流れる。従って、ガンマ線１３入射時に流れるパルス電流には、そのリーク電流も併せて流れることになる。つまり、リーク電流は、ガンマ線１３の検出信号のノイズ要因となっている。

さて、図１に示すように、放射線検出器１１の高圧電源１２が接続された端子と反対側の端子は、抵抗１４を経由して接地されるとともに、コンデンサ１５の一方の端子に接続されている。従って、ガンマ線１３入射時に半導体層に流れるパルス電流は、抵抗１４を通って接地線に流れるとともに、そのパルス電流に応じて、コンデンサ１５に過渡的に電荷が蓄積される。

このとき、コンデンサ１５の他方の端子は、チャージアンプ１６の入力端子に接続されており、チャージアンプ１６は、コンデンサ１５に過渡的に蓄積された電荷量を増幅し、その増幅された電荷量に応じた電圧パルス信号を出力端子から出力する。なお、オペアンプ１７、積分コンデンサ１８、放電抵抗１９などにより構成されるチャージアンプ１６の詳細な動作については、その説明を省略する。

次に、チャージアンプ１６の出力端子は、バイポーラ波形整形アンプ２１の入力端子に接続されており、チャージアンプ１６から出力される電圧パルス信号は、バイポーラ波形整形アンプ２１に入力され、その中で増幅され、波形整形される。そして、その出力信号（以下、増幅波形信号という）は、最終段に設けられた非反転アンプ２２および反転アンプ２３によりＡ／Ｄ変換器３１へ入力される。

なお、バイポーラ波形整形アンプ２１は、ＣＲ−ＲＣ−ＲＣ−ＣＲの回路構成を有し、その最終段に、非反転アンプ２２および反転アンプ２３が設けられた回路構成となっている。ここで、ＣＲおよびＲＣの時定数は、いずれも、６．８μ秒程度であり、その値は、いわゆるシェーピング時定数に相当する。

図２は、ガンマ線１３入射時にバイポーラ波形整形アンプ２１から出力される増幅波形信号の例を示した図で、（ａ）は、非反転アンプ２２の出力信号波形４２の例、（ｂ）は、反転アンプ２３の出力信号波形４７の例である。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。

図２に示すように、非反転アンプ２２の出力信号波形４２と反転アンプ２３の出力信号波形４７とは、極性が互いに反対の対称な波形である。また、図２に示されている出力信号波形４２および出力信号波形４７は、１個のフォトンが放射線検出器１１に入射したときに得られる典型的な信号波形である。一般的には、ガンマ線１３のエネルギーを同定する場合、非反転アンプ２２の出力信号波形４２のピーク値４３だけが利用されるが、本実施形態では、以下詳しく説明するように、反転アンプ２３の出力信号波形４７のピーク値４８も併せて利用する。

なお、図２（ａ），（ｂ）から容易に分かるように、出力信号波形４２のピーク値４３と出力信号波形４７のピーク値４８とを利用することは、実質的に、出力信号波形４２のピーク値４３と出力信号波形４２の負極側の谷の電圧値４４とを利用することと同じである。

本実施形態では、図１に示したように、非反転アンプ２２および反転アンプ２３のそれぞれの出力信号波形４２，４７は、Ａ／Ｄ変換器３１へ入力される。このとき、Ａ／Ｄ変換器３１の中にはピークホールド回路（図示省略）が２系統設けられており、そのそれぞれには、図２（ａ）、（ｂ）に示した出力信号波形４２，４７が入力される。

そして、Ａ／Ｄ変換器３１は、入力された出力信号波形４２のピーク値４３を一方のピークホールド回路でホールドするとともに、そのホールドしたピーク値４３をＡ／Ｄ変換することにより、第１の波高値（４３）を取得する。同様に、Ａ／Ｄ変換器３１は、入力された出力信号波形４７のピーク値４８を他方のピークホールド回路でホールドするとともに、そのホールドしたピーク値４８をＡ／Ｄ変換することにより、第２の波高値（４８）を取得する。

ここで、第１の波高値（４３）は、アナログ値で表されるピーク値４３に対応するディジタル値であり、第２の波高値（４８）は、アナログ値で表されるピーク値４８に対応するディジタル値である。なお、図２において、これら互いに対応する信号値は、実質的に同じ信号値を表すものであるが、区別するため、ディジタル値を指す場合には、その符号を括弧付で表している。

Ａ／Ｄ変換器３１は、以上のようにして取得した第１の波高値（４３）および第２の波高値値（４８）を１組の計測データとしてディジタルデータ処理装置３５へ送信する。そして、ディジタルデータ処理装置３５は、Ａ／Ｄ変換器３１から送信されてくる第１の波高値（４３）および第２の波高値値（４８）を１組ずつ記憶装置に蓄積しておき、次に説明するようなエネルギースペクトルを作成する。

図３は、⁵⁷Ｃｏを線源とするガンマ線１３により得られるエネルギースペクトルの例を示した図である。図３のグラフにおいて、横軸は、波高値を表し、縦軸は、それぞれの波高値ごとのガンマ線の検出頻度を表す。なお、波高値は、エネルギーとの対応付けが可能であるので、一般的なエネルギースペクトルのグラフでは、横軸は、エネルギー値に換算されて表されることが多い。

図３において、エネルギースペクトル５１は、第１の波高値（４３）から得られたもの、また、エネルギースペクトル５２は、第２の波高値（４８）から得られたものである。そして、エネルギースペクトル５３は、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との和の値から得られたものである。

なお、一般的には、ガンマ線１３のエネルギーを同定する場合、第１の波高値（４３）から得られるエネルギースペクトル５１だけが用いられる。それに対し、本実施形態では、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）の両方を用いてガンマ線１３のエネルギーを同定している。これは、そうしたほうが、エネルギー分解能が向上するからである。

ちなみに、本発明の発明者らの評価結果であるが、エネルギースペクトル５１でのエネルギー分解能は３．６％であったのに対し、エネルギースペクトル５３でのエネルギー分解能は３．４％であった。これは、第１の波高値（４３）から得られるエネルギースペクトル５１を用いるよりも、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との和の値から得られるエネルギースペクトル５３を用いるほうが、エネルギー分解能が向上したことを意味する。ここで、エネルギー分解能は、エネルギースペクトルにおけるピークが存在する部分の頻度分布の半値幅をピークエネルギー値（ピーク波高値）で割って得られる値である。

図４は、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との相関関係を表す散布図の例である。ここで、横軸は、第１の波高値（４３）、縦軸は、第２の波高値（４８）を表している。また、図中の黒丸印のそれぞれのドットは、１フォトンのガンマ線１３が放射線検出器１１へ入射したとき、バイポーラ波形整形アンプ２１から出力される出力信号波形４２，４７からそれぞれ得られる第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）を表している。

ところで、第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）は、もともと１個のフォトンの放射線検出器への入射により生成される出力信号波形４２，４７から得られるものであるから、両者の相関は大きいのが当然であり、ほぼ比例する相関関係にあるべきものである。しかしながら、図４を参照すると、その比例関係から逸脱したドットも多数あることが分かる。これらの比例関係から逸脱したドットは、何らかのノイズの影響を受けたもの、あるいは、複数のフォトンの入射がわずかにずれて偶然に重なったもの、すなわち、パイルアップしたものと判断される。

なお、図４において、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）とが比例の相関関係にあるとは、その第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）が表すドットが、比例の相関関係を表す上限ライン５４と下限ライン５５との間の領域に含まれることを意味する。従って、上限ライン５４と下限ライン５５との間に含まれない各ドットが表す第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）のデータは、ノイズやパイルアップの影響を受けたものと判断されるので、エネルギースペクトル作成用の計測データから除去されるべきものである。

図５は、第１の波高値（４３）に基づくエネルギースペクトルと、第２の波高値（４８）との間に比例の相関関係を有する第１の波高値（４３）に基づくエネルギースペクトルとを比較して示した図である。

なお、図５に示されたエネルギースペクトル５６は、図３に示されたエネルギースペクトル５１と同じエネルギースペクトルを表している。ただし、図５の例では、放射線検出器１１へ入射するガンマ線１３の線源の線量が強められたものを用い、ノイズとくにパイルアップの発生がし易いようにされている。

ちなみに、図５を参照すると、全てのガンマ線１３の検出信号から得られた第１の波高値（４３）に基づくエネルギースペクトル５６は、エネルギーピーク部分の右側がとくに広がっていることが分かる。一方、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との間に比例の相関関係があるデータを選別し、その選別したデータの第１の波高値（４３）に基づくエネルギースペクトル５７は、エネルギーピーク部分の右側の広がりが小さくなっている。

このように、第２の波高値（４８）との相関を考慮して選別した第１の波高値（４３）に基づくエネルギースペクトル５７は、ノイズやパイルアップの影響が除去されたものといえる。従って、その選別された第１の波高値（４３）は、計測データとしての信頼性が高いものであるので、それを用いて作成されるエネルギースペクトル５７も信頼性が高く、良好な精度が得られ、そのエネルギー分解能も高くなる。

以上、図２〜図４を用いて説明した事項をまとめると、本実施形態では、ディジタルデータ処理装置３５（図１参照）は、次の（処理Ａ）および（処理Ｂ）の少なくとも一方の処理を行う。
（処理Ａ） Ａ／Ｄ変換器３１から送信されてくる第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）からなる計測データを記憶装置に一旦蓄積しておき、蓄積したそれぞれの計測データについて第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との和の値を算出し、その算出した第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との和の値を用いてエネルギースペクトル５３（図３参照）を作成する処理。
（処理Ｂ） Ａ／Ｄ変換器３１から送信されてくる第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）からなる計測データを記憶装置に一旦蓄積しておき、蓄積したそれぞれの計測データについて、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との間に比例の相関関係があるか否かを判定し、比例の相関関係があると判定された計測データの第１の波高値（４３）を用いてエネルギースペクトル５７（図５参照）を作成する処理。

なお、（処理Ａ）と（処理Ｂ）とを併せて行う場合には、（処理Ｂ）の処理において、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との間に比例の相関関係があると判定されたとき、第１の波高値（４３）を用いてエネルギースペクトル５７を作成する代わりに、第１の波高値（４３）と第２の波高値（４８）との和の値を算出し、その和の値を用いてエネルギースペクトルを作成するようにすればよい。

以上、第１の実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換器３１が第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）を取得し、さらに、ディジタルデータ処理装置３５が（処理Ａ）および（処理Ｂ）の少なくとも一方を実行することにより、ノイズやパイルアップの影響を除去ずることができる。従って、本実施形態は、従来技術（第１の波高値（４３）だけを用いてエネルギースペクトル５１を作成する場合）よりも、エネルギースペクトルの精度を向上させ、また、そのエネルギー分解能を向上させることができるという効果を奏する。

ところで、放射線検出器１１および高圧電源１２の極性は、例えば、半導体の導電型などに応じて、適宜、入れ替えられる場合がある。第１の実施形態では、バイポーラ波形整形アンプ２１の出力部分に非反転アンプ２２および反転アンプ２３の両方が用いられているため、その極性の入れ替えに対して、少なくともバイポーラ波形整形アンプ２１などの回路側では、実質的に何らの変更も必要でない。単に、非反転アンプ２２および反転アンプ２３の極性が互いに反転するとみなすだけでよい。

従って、放射線検出器１１および高圧電源１２の極性が入れ替えられた場合には、ディジタルデータ処理装置が、（処理Ａ）や（処理Ｂ）を実行する前に、反転アンプ２３のピーク値を第１の波高値とし、非反転アンプ２２のピーク値を第２の波高値とする波高値を互いに入れ替える処理を追加して実行するだけでよい。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る放射線計測装置２の要部の回路構成の例を示した図である。なお、以下の第２の実施形態の説明では、図１（第１の実施形態）の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態に係る放射線計測装置２は、バイポーラ波形整形アンプ２５の出力段がオフセットアンプ２６だけで構成されている点で第１の実施形態に係る放射線計測装置１と相違している。従って、バイポーラ波形整形アンプ２５から出力される増幅波形信号は、オフセットアンプ２６の出力信号だけであり、Ａ／Ｄ変換器３２へは、このオフセットアンプ２６の出力信号だけが入力される。そのため、Ａ／Ｄ変換器３２の内部構成（図示省略）は、第１の実施形態におけるＡ／Ｄ変換器３１の内部構成とは相違したものとなる。

図７は、オフセットアンプ２６の出力信号波形６１の例を示した図である。図７に示すように、出力信号波形６１は、正極性の信号であり、第１の実施形態（図２参照）における電圧０ｖのベースラインは、オフセットアンプ２６により正極側へ移動させられており、図７では、ベースライン６２がそれに相当する。

そのため、出力信号波形６１は、ピークの頂点６４だけでなく、谷の底６６についても正電圧となる。その結果、第１の実施形態におけるＡ／Ｄ変換器３１では、その内部に２系統のピークホールド回路が必要であったものが、本実施形態におけるＡ／Ｄ変換器３２では、１系統のサンプルホールド回路（図示省略）で済ますことができる。

なお、ここで、ピークホールド回路をサンプルホールド回路に変更したのは、出力信号波形６１の谷の底６６の電圧値６７も正電圧となるため、ピークホールド回路では、その谷の底６６における電圧値を得ることができないからである。そこで、本実施形態では、サンプルホールド回路付きＡ／Ｄ変換器３２が使用される。

以下、図７を参照して、第１の実施形態における第１の波高値（４３）および第２の波高値（４８）に相当する第２の実施形態における第１の波高値（６８）および第２の波高値（６９）を取得する手順について説明する。

まず、サンプルホールド回路付きＡ／Ｄ変換器３２は、出力信号波形６１が予め設定されたトリガレベル６３を超えた時刻７３から第１の待ち時間７１を経過したときの電圧値６４をサンプリングし、Ａ／Ｄ変換を行い、頂点６４の波高値を（６５）を取得する。次に、Ａ／Ｄ変換器３２は、出力信号波形６１が予め設定されたトリガレベル６３を超えた時刻７３から第２の待ち時間７２（ただし、第１の待ち時間７１より大）を経過したときの電圧値６７をサンプリングし、２回目のＡ／Ｄ変換を行い、谷の底６６の波高値（６７）を取得する。

なお、ここでいう第１の待ち時間７１は、ピークの頂点６４における電圧値６５がちょうどサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換されるよう、バイポーラ波形整形アンプ２５のシェーピング時定数などの回路特性値から予め予測され、設定された値である。同様に、第２の待ち時間７２は、谷の底６６における電圧値６７がちょうどサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換されるよう、バイポーラ波形整形アンプ２５のシェーピング時定数などの回路特性値から予め予測され、設定された値である。

次に、以上のようにして取得された電圧値６５からベースライン６２の電圧値を差し引くことにより、第１の波高値（６８）が算出され、ベースライン６２の電圧値から電圧値６７を差し引くことにより、第２の波高値（６９）が算出される。なお、これらの算出処理は、ディジタルデータ処理装置３５の中で実行されるものとするが、Ａ／Ｄ変換器３２の中で行ってもよい。

こうして、第１の波高値（６８）および第２の波高値（６９）が算出されると、その後のディジタルデータ処理装置３５の中で行われる処理は、第１の実施形態で説明した（処理Ａ）および（処理Ｂ）と同じになる。従って、本実施形態でも、第１の波高値（６８）および第２の波高値（６９）の両方を用いてエネルギースペクトルが作成されることになる。

よって、第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、従来技術（第１の波高値（６８）だけを用いる場合）に比べ、作成されるエネルギースペクトルの精度を向上させることができ、また、そのエネルギー分解能を向上させることができるという効果を奏する。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る放射線計測装置３の要部の回路構成の例を示した図である。なお、以下の第３の実施形態の説明では、図１（第１の実施形態）の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態に係る放射線計測装置３は、ユニポーラ波形整形アンプ２７が用いられている点で第１の実施形態に係る放射線計測装置１と相違している。従って、Ａ／Ｄ変換器３３へは、負極側へアンダシュートしない正極側の信号だけが入力されるので、Ａ／Ｄ変換器３３の内部構成（図示省略）は、第１の実施形態におけるＡ／Ｄ変換器３１の内部構成と相違したものとなる。

ユニポーラ波形整形アンプ２７は、ＣＲ−ＲＣ−ＲＣの回路構成を有し、初段のＣＲ回路には、信号波形が負極側にアンダシュートしないようにポールゼロキャンセル抵抗２８が付加されている。ここで、ポールゼロキャンセル抵抗２８は、可変抵抗であるとする。これは、前段のばらつきの大きい積分コンデンサ１８の容量値および放電抵抗１９の抵抗値に合わせて、抵抗値を調整する必要があるためである。

図９は、ユニポーラ波形整形アンプ２７の出力信号波形８１の例を示した図である。図９に示すように、出力信号波形８１は、正極性の信号であり、負極側へアンダシュートすることはない。このユニポーラ波形整形アンプ２７の出力信号波形８１は、ピークホールド回路（図示省略）を有するＡ／Ｄ変換器３３へ入力され、Ａ／Ｄ変換器３３およびディジタルデータ処理装置３５により、次のような信号処理が行われる。

まず、Ａ／Ｄ変換器３３は、出力信号波形８１が予め設定されたトリガレベル８２を超えた時刻から第１の待ち時間８３が経過した後でピークホールドした電圧値８４をＡ／Ｄ変換することにより、第１の波高値（８６）を取得する。その後、Ａ／Ｄ変換器３３は、出力信号波形８１がトリガレベル８２を超えた時刻から第２の待ち時間８７（ただし、第１の待ち時間７１より長い待ち時間）が経過したとき、ピークホールド回路をリセットし、その直後に２回目のピークホールドを開始する。そして、ピークホールド回路には、リセット後の出力信号波形８１の最大の電圧値８８が保持される。そこで、Ａ／Ｄ変換器３３は、その電圧値８８をＡ／Ｄ変換することにより、第２の波高値（８９）を取得する。

なお、ここでいう第１の待ち時間８３は、出力信号波形８１のピークの電圧がちょうどピークホールドされ、Ａ／Ｄ変換されるよう、バイポーラ波形整形アンプ２５のシェーピング時定数などの回路特性値から予め予測され、設定された値である。また、第２の待ち時間８７は、出力信号波形８１の電圧値がゼロに収束する時間として、ユニポーラ波形整形アンプ２７のシェーピング時定数などの回路特性値から予め予測され、設定された値である。

以上のようにして取得された第１の波高値（８６）および第２の波高値（８９）は、ディジタルデータ処理装置３５へ送信される。本実施形態では、第２の波高値（８９）は、第１の実施形態でいう波高値（４８）のように負極側のピーク値を表すものでないため、ディジタルデータ処理装置３５は、第１の実施形態と同様の処理をすることはできない。しかしながら、本実施形態でも、作成するエネルギースペクトルの精度向上およびエネルギー分解能向上のために第２の波高値（８９）を利用する。

そこで、本実施形態では、ディジタルデータ処理装置３５は、次の（処理Ｃ）を実行する。
（処理Ｃ） Ａ／Ｄ変換器３１から送信されてくる第１の波高値（８６）および第２の波高値（８９）からなる計測データのうち、第２の波高値（８９）がトリガレベル８２以下であるような計測データを選別し、その選別した計測データの第１の波高値（８６）を用いてエネルギースペクトルを作成する処理。

一般に、ユニポーラ波形整形アンプ２７を用い、かつ、第２の待ち時間８７を適切な時間に設定した場合には、１個のフォトン（ガンマ線１３）の放射線検出器１１への入射により生成される出力信号波形８１において、第２の波高値（８９）をトリガレベル８２よりも必ず小さくなるようにすることができる。従って、第２の波高値（８９）がトリガレベル８２を超えているような場合には、何らかのノイズやパイルアップなどが生じたことにより、出力信号波形８１が乱れたものと判断することができる。

従って、本実施形態では、ノイズやパイルアップなどを含む計測データが除去された計測データの第１の波高値（８６）に基づいてエネルギースペクトルが作成される。従って、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、従来技術（第１の波高値（８６）だけを用いる場合）に比べ、作成されるエネルギースペクトルの精度を向上させることができ、また、そのエネルギー分解能を向上させることができるという効果を奏する。

なお、以上の第３の実施形態の説明では、計測データを選別する基準値としてトリガレベル８２を用いたが、その基準値は、トリガレベル８２に限定されることはない、その基準値としては、適宜、経験的に最適と判断される値を用いても構わない。

また、以上の全ての実施形態において、放射線検出器１１は、ＣｄＴｅの半導体検出器であるものとしているが、放射線検出器１１は、ＣｄＴｅの半導体検出器に限定されるわけではない。放射線検出器１１は、ＣｄＺｎＴｅやＴｌＢｒなどの半導体検出器であってもよく、また、ＣｓＩ：Ｔｌのように発光の減衰時間が長い（数μ秒以上）シンチレータ検出器であってもよい。

また、以上の全ての実施形態において、放射線検出器１１に入射する放射線は、ガンマ線１３あるいはフォトンとしているが、放射線は、ガンマ線１３やＸ線などのフォトンに限定されない。放射線は、アルファ線、ベータ線、宇宙線などであってもよい。

また、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を加えることも可能である。

１，２，３ 放射線計測装置
１１ 放射線検出器
１２ 高圧電源
１３ ガンマ線（放射線、フォトン）
１４ 抵抗
１５ コンデンサ
１６ チャージアンプ（信号増幅器）
１７ オペアンプ
１８ 積分コンデンサ
１９ 放電抵抗
２１，２５ バイポーラ波形整形アンプ（信号増幅器）
２２ 非反転アンプ
２３ 反転アンプ
２６ オフセットアンプ
２７ ユニポーラ波形整形アンプ（信号増幅器）
２８ ポールゼロキャンセル抵抗
３１，３２，３３ Ａ／Ｄ変換器
３５ ディジタルデータ処理装置
４２ 非反転アンプの出力信号波形
４３ 非反転アンプの出力信号波形のピーク値（第１の波高値）
４４ 非反転アンプの出力信号波形の負極側の谷の電圧値
４７ 反転アンプの出力信号波形
４８ 反転アンプの出力信号波形のピーク値（第２の波高値）
５１，５２，５３，５６，５７ エネルギースペクトル
５４ 上限ライン
５５ 下限ライン
６１ オフセットアンプの出力信号波形
６２ ベースライン
６３ トリガレベル
６４ 頂点
６５ 頂点の電圧値
６６ 谷の底
６７ 谷の底の電圧値
６８ 第１の波高値
６９ 第２の波高値
７１ 第１の待ち時間
７２ 第２の待ち時間
７３ トリガレベルを超えた時刻
８１ ユニポーラ波形整形アンプの出力信号波形
８２ トリガレベル
８３ 第１の待ち時間
８４ ピークホールドした電圧値
８６ 第１の波高値
８７ 第２の待ち時間
８８ 最大の電圧値
８９ 第２の波高値

Claims (11)

1. 放射線の入射を検出する放射線検出器と、
   前記放射線検出器により検出される前記放射線の検出信号を増幅し、波形整形した信号を増幅波形信号として出力する信号増幅器と、
   前記信号増幅器から出力される前記増幅波形信号について、第１のタイミングおよびその第１のタイミングとは異なる第２のタイミングでその信号値をそれぞれＡ／Ｄ変換することにより、第１の波高値および第２の波高値を取得するＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器で取得される前記第１の波高値および前記第２の波高値の両方を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成するディジタルデータ処理装置と、
   を備えてなること
   を特徴とする放射線計測装置。
2. 前記ディジタルデータ処理装置は、
   前記第１の波高値と前記第２の波高値との和の値を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成すること
   を特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
3. 前記ディジタルデータ処理装置は、
   前記第１の波高値と前記第２の波高値との間に比例の相関関係があるか否かを判定することにより、比例の相関関係がある前記第１の波高値および前記第２の波高値を選別し、前記選別した前記第１の波高値および前記第２の波高値のうち前記第１の波高値を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成すること
   を特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
4. 前記ディジタルデータ処理装置は、
   前記第２の波高値に基づき前記第１の波高値を選別し、前記選別した前記第１の波高値を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成すること
   を特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
5. 前記信号増幅器は、出力段に前記増幅波形信号を出力する非反転アンプと前記増幅波形信号の極性反転信号を出力する反転アンプとを有するバイポーラ波形整形アンプを備えてなり、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、前記増幅波形信号および前記増幅波形信号の極性反転信号がそれぞれ入力される２系統のピークホールド回路を備えてなり、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、
   前記増幅波形信号が最大となるタイミングである前記第１のタイミングで、前記ピークホールド回路の一方にホールドされた前記増幅波形信号の信号値をＡ／Ｄ変換することにより前記第１の波高値を取得し、
   前記増幅波形信号の極性反転信号が最大となるタイミングである前記第２のタイミングで、前記ピークホールド回路の他方にホールドされた前記増幅波形信号の極性反転信号の信号値をＡ／Ｄ変換することにより前記第２の波高値を取得すること、
   を特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
6. 前記信号増幅器は、出力段に前記増幅波形信号を出力するオフセットアンプを有するバイポーラ波形整形アンプを備えてなり、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、前記増幅波形信号が入力されるサンプルホールド回路を備えてなり、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、
   前記増幅波形信号が最大になると予測されるタイミングとして予め設定された前記第１のタイミングで、前記サンプルホールド回路にホールドされた前記増幅波形信号の信号値をＡ／Ｄ変換することにより前記第１の波高値を取得し、
   前記増幅波形信号が最小になると予測されるタイミングとして予め設定された前記第２のタイミングで、前記サンプルホールド回路にホールドされた前記増幅波形信号の信号値をＡ／Ｄ変換することにより前記第２の波高値を取得すること
   を特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
7. 前記信号増幅器は、前記増幅波形信号を出力するユニポーラ波形整形アンプを備えてなり、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、前記増幅波形信号が入力されるピークホールド回路を備えてなり、
   前記Ａ／Ｄ変換器は、
   前記増幅波形信号が最大になると予測されるタイミングとして予め設定された前記第１のタイミングで、前記ピークホールド回路にホールドされた前記増幅波形信号の信号値をＡ／Ｄ変換することにより前記第１の波高値を取得し、
   前記ピークホールド回路をリセットし、
   前記増幅波形信号の信号値がゼロに収束したとみなされるタイミングとして予め設定された前記第２のタイミングで、前記ピークホールド回路にホールドされた前記増幅波形信号の信号値をＡ／Ｄ変換することにより前記第２の波高値を取得すること
   を特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
8. 放射線検出器が、放射線の入射を検出するステップと、
   信号増幅器が、前記放射線検出器により検出される前記放射線の検出信号を増幅し、波形整形した信号を増幅波形信号として出力するステップと、
   Ａ／Ｄ変換器が、前記信号増幅器から出力される前記増幅波形信号について、第１のタイミングおよびその第１のタイミングとは異なる第２のタイミングでの信号値をそれぞれＡ／Ｄ変換することにより、第１の波高値および第２の波高値を取得するステップと、
   ディジタルデータ処理装置が、前記Ａ／Ｄ変換器により取得される前記第１の波高値および前記第２の波高値の両方を用いて、前記放射線のエネルギースペクトルを作成するステップと、
   を備えてなること
   を特徴とする放射線計測方法。
9. 前記ディジタルデータ処理装置は、
   前記第１の波高値と前記第２の波高値との和の値を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成すること
   を特徴とする請求項８に記載の放射線計測方法。
10. 前記ディジタルデータ処理装置は、
    前記第１の波高値と前記第２の波高値との間に比例の相関関係があるか否かを判定することにより、比例の相関関係がある前記第１の波高値および前記第２の波高値を選別し、前記選別した前記第１の波高値および前記第２の波高値のうち前記第１の波高値を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成すること
    を特徴とする請求項８に記載の放射線計測方法。
11. 前記ディジタルデータ処理装置は、
    前記第２の波高値に基づき前記第１の波高値を選別し、前記選別した前記第１の波高値を用いて前記放射線のエネルギースペクトルを作成すること
    を特徴とする請求項８に記載の放射線計測方法。

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