JP2015161560A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重量の増大を抑えつつ、測定しようとする方向以外の方向から飛来する放射線を確実に遮蔽することが可能な放射線検出装置を提供する。
【解決手段】ピンホールコリメータ１１を介して入射する放射線を検出する放射線検出器２１と、放射線検出器２１の周囲に設けられ、ピンホールコリメータ１１の視野外の方向から飛来する放射線の放射線検出器２１への入射を防ぐための遮蔽体１０とを備えた放射線検出装置１において、遮蔽体１０の各部の厚みを、夫々を通って放射線検出器２１に到達する可能性のある放射線のエネルギーに応じた厚みに設定する。より具体的には、遮蔽体１０の厚みは、地表から放射された放射線が空気と散乱することにより生じた放射線（スカイシャインによる放射線）のエネルギーに応じた厚みに設定する。
【選択図】図５

Description

この発明は、放射線検出装置に関する。

特許文献１には、「放射線撮像装置は、撮像対象から飛来する放射線を測定する検出器と、前記検出器の前面に配置して前記放射線の入射方向を制限するコリメータとを備えたガンマカメラと、前記ガンマカメラの視野内の光学的な画像を撮影する光学カメラと、画像表示装置と、を備えた放射線撮像装置であって、前記検出器の測定データから前記ガンマカメラの視野内の放射線分布を表す放射線画像を生成する放射線画像生成手段と、前記放射線画像を前記光学カメラによって撮影した光学画像に重ね合わせて合成画像を生成する画像合成手段と、エネルギーの大きさ毎に前記測定データの個数を全領域について積算することによって、放射線源のエネルギースペクトルを表すエネルギースペクトル画像を生成するエネルギースペクトル画像生成手段と、前記合成画像と前記エネルギースペクトル画像とを、前記画像表示装置に表示させる表示制御手段と、を備える」と記載されている。

特開２０１３−１２２３８８号公報

昨今、放射線に対する関心が高まっており、地上の広い範囲に亘って放射線量の分布を効率よく測定することについてのニーズが存在する。地上の広い範囲に亘る放射線量の分布の測定方法としては、例えば、特許文献１に記載のガンマカメラを飛行体に搭載し、放射線の入射方向を下方（地表の方向）に向けて上空から放射線量を測定することが考えられる。

しかしガンマカメラは、その使用に際し、ノイズの要因となるような測定しようとする方向以外の方向から飛来するガンマ線を、タングステンや鉛等の比重の大きな素材からなる遮蔽体によって遮蔽する必要があり、測定精度を確保しつつ遮蔽を確実にしようとすれば総重量の増大を避けられず、とくに無人ヘリコプタ等の小型の飛行体に搭載しようとした場合、総重量が飛行体の可搬重量（ペイロード）を超えてしまう、飛行時間が制限されてしまう、といった課題が生じる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、重量の増大を抑えつつ、測定しようとする方向以外の方向から飛来する放射線を確実に遮蔽することが可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一つは、放射線検出装置であって、コリメータを介して入射する放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器の周囲に設けられ、前記コリメータの視野外の方向から飛来する放射線の前記放射線検出器への入射を防ぐための遮蔽体と、を備え、前記遮蔽体の各部の厚みが、夫々を通って前記放射線検出器に到達する可能性のある放射線のエネルギーに応じた厚みに設定されていることとする。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、重量の増大を抑えつつ、測定しようとする方向以外の方向から飛来する放射線を確実に遮蔽することが可能な放射線検出装置を提供することができる。

放射線検出装置１の外観斜視図である。 放射線検出装置１の分解斜視図である。 遮蔽体１０、放射線検出モジュール２０、及びピンホールコリメータ１１の分解斜視図である。 図１の放射線検出装置１のＡ−Ａ’矢視断面図である。 図４の断面図における放射線検出モジュール２０の周辺の構成を拡大して描いた図である。 放射線検出器２１の方向に飛来することが想定されるガンマ線の様子を説明する図である。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に実施形態として示す放射線検出装置１の外観斜視図を、図２に放射線検出装置１の分解斜視図を示している。これらの図に示すように、放射線検出装置１は、ケース５０、遮蔽体１０、ピンホールコリメータ１１、放射線検出モジュール２０、信号処理基板３０、光学カメラ４０、及び上蓋５１を備える。

ケース５０の全体は略直方体状を呈しており、ケース５０の前面６１と後面６２、右側面６３と左側面６４、及び頂面６５と底面６６は、いずれも平行である。信号処理基板３０は、ケース５０の後面６２の外周側の所定位置にネジ止め等によって固定される。遮蔽体１０、ピンホールコリメータ１１、放射線検出モジュール２０、及び光学カメラ４０は、いずれもケース５０の内部空間の所定位置にネジ止め等によって固定される。

以下では、３次元座標系ＸＹＺを、そのＺＸ平面が前面６１及び後面６２に、そのＹＺ平面が右側面６３及び左側面６４に、そのＸＹ平面が頂面６５及び底面６６に、夫々平行になるように設定するものとする。また以下において、上記ＸＹＺ座標系における＋Ｚ方向を「上」または「上方」と、−Ｚ方向を「下」または「下方」と称することがある。

ケース５０は、その内部に、遮蔽体１０、ピンホールコリメータ１１、放射線検出モジュール２０、及び光学カメラ４０を格納する。ケース５０は、その上蓋５１を閉じることにより内部の機密性が保たれるようになっている。ケース５０の下面には、ゴムや樹脂等からなる足部５０ａが設けられる。上蓋５１の上面の複数個所には、放射線検出装置１を飛行体に吊り下げる際等に用いる吊り下げ用フック５１ａが設けられている。

図３に遮蔽体１０、放射線検出モジュール２０、及びピンホールコリメータ１１の分解斜視図を示している。同図に示すように、遮蔽体１０は、側面底部遮蔽体１２、側面上部遮蔽体１３、及び頂面遮蔽体１４を、下から順に重ねて組み合わせることにより構成されている。側面底部遮蔽体１２の外観は、扁平略正方形状かつ筒状であり、側面上部遮蔽体１３の外観は、裁頭四角錐状かつ筒状であり、頂面遮蔽体１４の外観は、扁平略正方形状である。側面底部遮蔽体１２及び側面上部遮蔽体１３は、いずれも夫々の筒の中心軸が重なるように組み合わされる。ピンホールコリメータ１１は、遮蔽体１０の下方側に組み合わされる。尚、側面底部遮蔽体１２、側面上部遮蔽体１３、頂面遮蔽体１４、及びピンホールコリメータ１１を組み合わせた状態において夫々の間に生じる隙間をガンマ線が直進するのを防ぐため、夫々が結合する部分に設けられる嵌合構造は凸凹の多い構造とすることが好ましい。

図４は図１の放射線検出装置１のＡ−Ａ’矢視断面図、図５は図４の断面図における放射線検出モジュール２０の周辺部分を拡大して描いた図である。放射線検出モジュール２０は、遮蔽体１０とピンホールコリメータ１１とを組み合わせることにより形成される内部空間に収容される。放射線検出モジュール２０は、放射線検出器２１及びフロントエンド回路基板２２を備える。ケース５０及び遮蔽体１０の所定位置には、ケース５０内部に設けられたフロントエンド回路基板２２とケース５０外部に設けられた信号処理基板３０とを電気的に接続するための信号線が配線される経路(不図示）が設けられている。ガンマ線の直進を防ぐため、この経路は、例えば、ラビリンス状に形成してもよい。図５に示すように、頂面遮蔽体１４は、嵌合構造と頂面遮蔽体１４の支持構造とを兼ねた頂面遮蔽体嵌合部１４ａを有しているが、他の部材を用いて嵌合や支持を行う場合、頂面遮蔽体嵌合部１４ａは不要である。

放射線検出器２１は、複数の放射線検出素子２１ａが２次元的（ｍ×ｎのマトリックス状）に配列された構成を有する位置有感型のガンマ線検出器である。放射線検出器２１は、例えば、放射線検出素子２１ａとして半導体素子（シリコン、ゲルマニウム、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ₂、ＧａＡｓ等）を用いた半導体放射線検出器である。放射線検出素子２１ａとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＢＧＯなどの結晶シンチレータに光デバイス（光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ガイガーモードアバランシェフォトダイオードなど）を結合させたものを用いてもよい。

放射線検出素子２１ａは、これに入射するガンマ線と相互作用し、フロントエンド回路２２にパルス状の電気信号を出力する。フロントエンド回路２２は、放射線検出器２１から入力される電気信号にガンマ線が検出された放射線検出素子２１ａの識別情報（以下、素子ＩＤと称する。）を対応させた情報を信号処理基板３０に出力する。信号処理基板３０に設けられた信号処理回路は上記素子ＩＤに基づき、ｍ×ｎのマトリックスのうちいずれの放射線検出素子２１ａによってガンマ線が検出されたのかを特定することができる。信号処理基板３０は、フロントエンド回路２２から送られてくる素子ＩＤ、検出時刻、及び放射線のエネルギー等を入力として所定の処理を行い、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置に処理の結果を送信する。また信号処理基板３０は、情報処理装置から送られてくる命令に従って所定の処理（測定開始処理、測定終了処理等）を行う。

図５に示すように、ピンホールコリメータ１１は、外観略裁頭円錐状かつ筒状の遮蔽構造１１１を有する。遮蔽構造１１１の内部には、測定対象であるガンマ線が入射される入射孔１１ａ（ピンホール）が設けられている。

遮蔽体１０は、ピンホールコリメータ１１の視野外の方向から飛来するガンマ線（入射孔１１ａを透過するガンマ線）が放射線検出器２１に入射するのを防ぐ目的で設けられる。遮蔽体１０は、鉛やタングステンなどのガンマ線を遮蔽する能力に優れた素材を用いて構成されている。

以下、地表から上空に向かって放射される放射線を測定すべく放射線検出装置１が無人ヘリコプタ等の飛行体に搭載される場合を想定し、放射線検出装置１は、ピンホールコリメータ１１が下方（地表方向（−Ｚ方向））を中心とした視野方向から飛来する放射線を捉えて放射線検出器２１の検出面２１１に投影するように位置決めされているものとする。

本実施形態では、遮蔽体１０の各部を最適な厚さに、即ちその各部の厚みを、夫々において放射線検出器２１に向かって飛来することが想定されるガンマ線のエネルギーに応じた厚みに設定することにより、放射線検出装置１の軽量化を図っている。以下、遮蔽体１０の各部（側面底部遮蔽体１２の側面、側面上部遮蔽体１３の側面、及び頂面遮蔽体１４の側面）の厚み（以下、「遮蔽厚」とも称する。）の決定方法について具体的に説明する。

遮蔽厚の決定に際してはいわゆるスカイシャインの影響を考慮する。スカイシャインとは、地表から放出されたガンマ線（以下、「直達ガンマ線」とも称する。）のうち、空気と相互作用することによって散乱されたガンマ線（以下、「散乱ガンマ線」とも称する。）が飛来する現象のことである。放射線検出装置１によって地表から飛来する直達ガンマ線を精度よく測定するには、散乱ガンマ線の放射線検出器２１への入射を確実に防ぐ必要がある。尚、遮蔽厚の決定に際しては、散乱後のガンマ線（散乱ガンマ線）のエネルギーは散乱前のガンマ線に比べて小さくなりエネルギーが小さいガンマ線の遮蔽に必要な遮蔽厚は薄くすることができる、ガンマ線が遮蔽体１０の側面に斜めに入射する場合は側面に垂直に入射する部分に比べて遮蔽厚を薄くすることができる、といった事情についても考慮するものとする。

図６は放射線検出器２１の方向に飛来することが想定されるガンマ線の様子を描いた図である。以下、同図とともに遮蔽厚の具体的な決定方法について説明する。尚、同図には放射線検出装置１が備える構成のうち説明に必要な構成のみを示している。以下では、説明の簡単のため、一例として、タングステン（元素記号Ｗ）を素材する遮蔽体１０により、ガンマ線（セシウム１３７（元素記号Ｃｓ１３７）が放出するエネルギー（６６２ｋｅＶ（キロエレクトロンボルト））を１／１００に減衰させる場合について説明するが、ガンマ線のエネルギーは必ずしもこの値に限定されない。またガンマ線のエネルギーは必ずしも単一であるとは限らない。

まず側面底部遮蔽体１２の遮蔽厚の決定方法について、水平方向（ＸＹ平面（地表面）に平行な方向）から飛来する直達ガンマ線であるガンマ線Ｇ２を遮蔽する場合を例として説明する。ここでガンマ線Ｇ２のエネルギー（６６２ｋｅＶ）に対するタングステンの線減弱係数は１．８８／ｃｍであるので、透過率を１／１００にするような側面底部遮蔽体１２の遮蔽厚（図５のＬ１）は、
Ｌ１＝Ｌｏｇ e（１／１００）÷１．８８＝２．４４ｃｍ ・・・式１
と求められる。尚、ここでは線減弱係数がコヒーレントな散乱を含むものとして求めたが、コヒーレントな散乱を除いて求めてもよい。また線減弱係数はビルドアップ係数を考慮して求めてもよい。またガンマ線Ｇ２が地表から放射されたものであるとすれば、ガンマ線Ｇ２はその飛来方向（水平方向）から遙か遠方から飛来したものと推定されるので空気減衰の影響を考慮して遮蔽厚を決定するようにしてもよい。例えば、空気減衰によってガンマ線量が１／２になると仮定し、透過率を１／５０として遮蔽厚を求めてもよい。ガンマ線Ｇ２のように水平方向から飛来するガンマ線の放射線検出器２１への入射を確実に防ぐため、側面底部遮蔽体１２の上面１２１の高さは少なくとも放射線検出器２１の上面２１２の高さ以上とすることが好ましい。

続いて側面上部遮蔽体１３の遮蔽厚の決定方法について、図６に示す、散乱ガンマ線Ｇ３Ｓ、散乱ガンマ線Ｇ４Ｓ、及び散乱ガンマ線Ｇ５Ｓを遮蔽する場合を例として説明する。

まず側面上部遮蔽体１３の底面における遮蔽厚（図５のＬ２（以下、「下底」とも称する。））については、例えば、図６に示す散乱ガンマ線Ｇ３Ｓ及び散乱ガンマ線Ｇ４Ｓを考慮して、次のようにして決定する。

まず散乱ガンマ線Ｇ３Ｓは、地表から垂直上方に放射されたガンマ線Ｇ３が点Ｐ３に存在する空気と相互作用することにより水平方向に散乱されたものであるので、次式（コンプトン散乱の関係式）より、散乱ガンマ線Ｇ３Ｓのエネルギーは
散乱後のガンマ線のエネルギー
＝Ｅγ÷（１＋（１―ｃｏｓθ）×Ｅγ÷５１１ｋｅＶ）＝２８８ｋｅＶ
・・・式２
と求められる。尚、上式において、Ｅγは散乱前のガンマ線エネルギー、θは散乱角（散乱前のガンマ線の進行方向と散乱後のガンマ線の進行方向との間の角度（散乱ガンマ線Ｇ３Ｓの場合は９０度））である。ここで上記２８８ｋｅＶのエネルギーを持つガンマ線に対するタングステンの線減弱係数は６．７５／ｃｍであるので、透過率を１／１００にする遮蔽厚Ｌ２は、
Ｌ２＝Ｌｏｇ e（１／１００）÷６．７５＝０．６８ｃｍ ・・・式３
と求められる。

一方、散乱ガンマ線Ｇ４Ｓは、地表から水平線（地表面）に対して角度Ｄ４の方向に放射されたガンマ線Ｇ４が点Ｐ４に存在する空気と相互作用して散乱角Ｄ４Ｓで散乱されたものである。散乱ガンマ線Ｇ４Ｓのエネルギーは散乱角Ｄ４Ｓで決定される。ここで散乱角Ｄ４Ｓと角度Ｄ４は等しく、散乱角Ｄ４Ｓ（＝角度Ｄ４）を２０度とすれば、式２から散乱ガンマ線Ｇ４Ｓのエネルギーは６１４ｋｅＶとなり、透過率を１／１００にする遮蔽厚Ｌ２は２．５３ｃｍと求められる。尚、角度Ｄ４Ｓ（＝角度Ｄ４）は０度から１８０度の間の値をとるが、角度Ｄ４が小さいほど散乱ガンマ線のエネルギーは大きくなる。また、角度Ｄ４が小さいほどガンマ線は遠方の地表から飛来していることになり、飛程は長くなると考えられる。空気中を進行するガンマ線は一定の割合で空気に吸収され、飛程が長くなると空気減衰の影響が大きくなる。そこで、例えば、角度Ｄ４が４０度より小さい場合は空気による減衰効果により点Ｐ４に到達しないものと仮定し、角度Ｄ４（＝散乱角Ｄ４Ｓ）が４０度の場合の遮蔽厚Ｌ２を求めると、散乱ガンマ線Ｇ４Ｓのエネルギーは５０８ｋｅＶとなり、透過率を１／１００にする遮蔽厚Ｌ２は１．７７ｃｍと求められる。

以上によれば、遮蔽厚Ｌ２（下底）は１．７７ｃｍ以上であればよいことがわかる。但し、実際には角度Ｄ４が０度から１８０度の値を持ったガンマ線が存在するので、例えば、情報処理装置（コンピュータ）によるシミュレーションを行ってより厳密に遮蔽厚Ｌ２を決定するようにしてもよい。上記シミュレーションでは、例えば、地表の十分に広い範囲に均一に放射性物質が存在するものとし、各放射性物質は４π方向に放射線を放出するものとし、ガンマ線は空気に対して所定の散乱確率で反応するものとし、散乱角度は所定の確率で決定されるものとして、遮蔽なしで入射するガンマ線の数が１／１００になる遮蔽厚を求める。

側面上部遮蔽体１３の頂面近傍における遮蔽厚（図５のＬ３（以下、「上底」とも称する。））については、例えば、図６に示す散乱ガンマ線Ｇ５Ｓを考慮して次のようにして決定する。散乱ガンマ線Ｇ５Ｓは、地表から水平線（地表面）に対して角度Ｄ５の方向に放射されたガンマ線Ｇ５が点Ｐ５に存在する空気と相互作用して散乱角Ｄ５Ｓで散乱されたものである。図６に示すように、散乱ガンマ線Ｇ５Ｓと水平線（放射線検出器２１の上面）との間の角度はＤ５Ｉであり、散乱角Ｄ５Ｓは、角度Ｄ５と角度Ｄ５Ｉの和となる。角度Ｄ５Ｉは放射線検出器２０の形状や位置と側面上部遮蔽体１３の形状や位置等から決定される。本例では、角度Ｄ５Ｉは、側面上部遮蔽体１３に散乱ガンマ線Ｇ５Ｓが入射する部分から最も離れた放射線検出器２１の部分から上底の放射線検出器２１から最も離れた端部に引いた線分と水平線との間の角度である。

ここで角度Ｄ５が４０度、角度Ｄ５Ｉが４０度であると仮定して説明すると、散乱角Ｄ５Ｓは８０度（＝角度Ｄ５＋角度Ｄ５Ｉ）となり、散乱ガンマ線Ｇ５Ｓのエネルギーは３２０ｋｅＶと求められ、透過率を１／１００にする遮蔽厚は０．８４ｃｍと求められる。そして散乱ガンマ線Ｇ５Ｓは側面上部遮蔽体１３を角度Ｄ５Ｉの角度で斜めに透過するので、遮蔽厚（図５のＬ３（上底））は０．８４ｃｍ×ｃｏｓ（Ｄ５Ｉ）＝０．８４ｃｍ×ｃｏｓ４０度＝０．６４ｃｍと求められる。

以上より、遮蔽厚Ｌ２（下底）（＝１．７７ｃｍ）に対して遮蔽厚Ｌ３（上底）（＝０．６４）となり、側面上部遮蔽体１３の遮蔽厚は上方ほど薄くできることがわかる。尚、側面上部遮蔽体１３の断面形状は、前述の通り遮蔽厚Ｌ２を下底とし遮蔽厚Ｌ３を上底とする台形形状としてもよいし、側面上部遮蔽体１３の高さごとに角度Ｄ５Ｉを求めて高さごとに遮蔽厚を決定するようにしてもよい。後者の場合、断面形状のうち上記台形形状の斜辺１３ａに対応する部分は曲線になり、飛来が想定されるガンマ線のエネルギー、遮蔽材の材質、想定する遮蔽効果、ガンマ線が地表から放射される際の水平線との角度などによって上に凸の曲線または下に凸の曲線となる。例えば、地表から水平線（地表面）に対して角度４０度で放射された６６２ｋｅＶのガンマ線の散乱ガンマ線を、タングステンを素材とする遮蔽体で１／１００にする場合は下に凸の曲線になる。この場合、加工性等を考慮して側面上部遮蔽体１３の断面形状を上記曲線に近似する斜辺１３ａを有する台形形状で代替させれば遮蔽厚は斜辺１３ａに相当する部分が曲線の場合に比べて厚くなり、十分な遮蔽性能が得られる。一方、上記曲線が上に凸となる場合に同様に台形形状で代替させると遮蔽厚は斜辺１３ａに相当する部分が曲線の場合に比べて薄くなってしまうが、この場合は適宜遮蔽厚を増大させて必要とされる遮蔽性能が得られるようにすればよい。

続いて、頂面遮蔽体１４の遮蔽厚（図５のＬ４）の決定方法について説明する。ここでは図６に示す散乱ガンマ線Ｇ６Ｓを遮蔽する場合を例として説明する。散乱ガンマ線Ｇ６Ｓは、地表から水平線（地表面）に対して角度Ｄ６の方向に放射されたガンマ線Ｇ６が点Ｐ６に存在する空気と相互作用して散乱角Ｄ６Ｓで散乱されたものである。角度Ｄ６Ｉは、放射線検出器２１と頂面遮蔽体１４の位置関係から所定の角度範囲をとりうる。例えば、角度Ｄ６Ｉが角度５０度〜１３０度の値をとりうる場合、散乱ガンマ線Ｇ６Ｓのエネルギーが最大になるのは角度Ｄ６Ｉが５０度のときである。この場合、角度Ｄ６を４０度とすれば散乱角Ｄ６Ｓは９０度（角度Ｄ６Ｉ＋角度Ｄ６）であり、散乱ガンマ線Ｇ６Ｓの遮蔽に必要な遮蔽厚は０．６８ｃｍとなる。このとき、散乱ガンマ線Ｇ６Ｓは頂面遮蔽体１４を斜めに透過するので、頂面遮蔽体１４の厚さ（図１のＬ４）は０．６８ｃｍ×ｓｉｎ（Ｄ６Ｉ）＝０．８４ｃｍ×ｓｉｎ５０度＝０．５２ｃｍと求められる。

また角度Ｄ６Ｉがより大きな値をとる場合、散乱ガンマ線のエネルギーは小さくなるが、頂面遮蔽体１４を垂直に透過することになるのでその分、散乱ガンマ線は頂面遮蔽体１４を透過しやすくなる。例えば、角度Ｄ６Ｉが９０度のとき散乱ガンマ線Ｇ６Ｓを１／１００にする遮蔽厚は０．３４ｃｍとなり、角度Ｄ６Ｉが５０度のときに比べて遮蔽厚は薄くなる。尚、角度Ｄ６Ｉが最小角度から９０度の範囲をとりうる場合の頂面遮蔽体１４の遮蔽厚（図１のＬ４）はある角度Ｄ６Ｉで極大値を持つ可能性がある。そこで安全をとり、散乱ガンマ線Ｇ６Ｓのエネルギーを、角度Ｄ６Ｉが最小の５０度である場合について、散乱ガンマ線Ｇ６Ｓは頂面遮蔽体１４を垂直に透過するものとして、即ち頂面遮蔽体１４を斜めに透過することによる効果を考慮せずに計算すれば、頂面遮蔽体１４の遮蔽厚（図１のＬ４）は０．６８ｃｍと求められる。尚、頂面遮蔽体１４の厚さ（図１のＬ４）を極大にする角度Ｄ６Ｉを求めて遮蔽厚を求めるようにしてもよい。角度Ｄ６Ｉが最小角度である場合に散乱ガンマ線Ｇ６Ｓを１／１００にする遮蔽厚を求め、これにｓｉｎ（Ｄ６Ｉ）を乗算した値を実際の遮蔽厚としてもよい。前述と同様、情報処理装置によるシミュレーションを実施して遮蔽厚を求めてもよい。以上では頂面遮蔽体１４の厚みが一様であるものとしているが、例えば、頂面遮蔽体１４の上面を曲面としてより厳密に遮蔽厚を決定するようにしてもよい。

ピンホールコリメータ１１の遮蔽構造１１１は、入射孔１１ａを介して入射するガンマ線以外のガンマ線が放射線検出器２１に入射するのを防ぐべく、鉛やタングステン等を素材として構成されている。例えば、直達ガンマ線（６６２ｋｅＶ）をタングステンを素材とする遮蔽板により１／１００にする場合を想定すれば、遮蔽構造１１１の厚みは側面底部遮蔽体１２の遮蔽厚（図１のＬ１）を求めたときと同様の方法で計算すると遮蔽厚は２．４４ｃｍと求められる。

放射線源から放出されたガンマ線は、入射孔１１ａを通過してピンホールコリメータ１１の内部に入射すると放射線検出器２１に像を形成し(放射線検出素子２１ａのいずれかによりガンマ線が検出され)、この像に対応する位置に存在する放射線検出素子２１ａからパルス状の電気信号が出力される。そしてこの電気信号はフロントエンド回路２２によって放射線検出素子２１ａの素子ＩＤと対応付けられ、後述する信号処理基板３０に出力される。

図６のガンマ線Ｇ１のように北方（−Ｘ方向）から飛来するガンマ線は、放射線検出器２１の南方（＋Ｘ方向）に位置する放射線検出素子２１ａによって検出される。また東方（＋Ｙ方向）から飛来するガンマ線（不図示）は、放射線検出器２１の西方（−Ｙ方向）に位置する放射線検出素子２１ａによって検出される。このように、ピンホールコリメータ１１に入射するガンマ線は、東西南北の位置関係が反転した状態で放射線検出器２１に検出される。

光学カメラ４０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラであり、測定対象の被写体を撮像して光学画像を取得する。光学カメラ４０は、ピンホールコリメータ１１とその撮像範囲が一致するように設定されており、入射孔１１ａの視野内に存在する被写体を撮像する。光学カメラ４０による撮像結果（光学画像）と、ピンホールコリメータ１１を透過したガンマ線を放射線検出モジュール２０で検出した測定結果（放射線源の分布）とを重ね合わせることで、ガンマ線源が存在する方向や位置を特定することができる。

ところで、ガンマ線の測定に際しては、透過力の強い宇宙線等が遮蔽体１０を透過してバックグラウンドとなることがあり、測定精度を向上するには測定したガンマ線からバックグラウンドを差し引く必要がある。そこでバックグラウンドを簡便に測定することができるように、例えば、図４に示すように、ピンホールコリメータ１１の入射孔１１ａを塞ぐように鉛やタングステン等のガンマ線の遮蔽能力に優れた素材で構成されたバックグランド遮蔽体６０をピンホールコリメータ１１に脱着可能に設けてもよい。バックグラウンド遮蔽体６０の全体形状は、例えば、円柱状、直方体状などとする。バックグラウンド遮蔽体６０は、例えば、支持部材６１とともに、ネジ固定、Ｉボルト固定、爪嵌合、着磁による嵌合などによりケース５０に固定し、ピンホールコリメータ１１の入射孔１１ａに脱着可能な状態とする。

バックグラウンド遮蔽体６０は可能な限り軽量であることが望ましい。そのため、例えば、バックグラウンド遮蔽体６０の水平方向の長さは入射孔１１ａの視野を完全に塞げる程度の長さとする。また入射孔１１ａの径が下方ほど末広がりになっていることに着目し、バックグラウンド遮蔽体６０の径が下方ほど拡大するようにしてもよい。この場合、バックグラウンド遮蔽体６０の全体形状は円錐形や裁頭円錐状となる。またバックグラウンド遮蔽体６０をなるべくピンホールコリメータ１１に接近させてバックグラウンド遮蔽体６０の底面径の短縮化を図ってもよい。バックグラウンド遮蔽体６０を軽量化することで放射線検出装置１をバックグラウンド遮蔽体６０とともに飛行体に搭載することが可能になり、放射線の測定を行う位置で同時にバックグラウンドの測定を実施することができ、測定精度を向上することができる。また同じ放射線検出装置１を用いてバックグラウンドの測定と測定対象からの放射線の測定の双方を実施することができ、装備の簡素化や放射線の測定にかかるコストの低減を図ることができる。

以上に説明したように、本実施形態の放射線検出装置１によれば、重量の増大を抑えつつ、測定しようとする方向以外の方向から飛来する放射線を確実に遮蔽することができる。そのため、測定精度を維持しつつ放射線検出装置１を可搬重量（ペイロード）の小さな飛行体に吊り下げて上空から放射線の飛来方向の分布を効率よく測定することができる。また遮蔽体１０を薄くすることができるので、その分、放射線検出装置１の製造コストを抑えることができる。

ところで、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

例えば、放射線検出素子２１ａは、必ずしも複数でなくてよく、また放射線検出器２１は必ずしもマトリックス状でなくてよい。またピンホールコリメータ１１に代えて、放射線の飛来方向のうち特定の方向のみが開口するコリメータを用いてもよい。

光学系はピンホール光学系に限られず、例えば、マルチピンホールコリメータ・符号化開口マスク・コンプトン運動学を利用した光学系等の他の光学系であってもよい。

ピンホールコリメータ１１の視野は下方以外の方向を向いていてもよい。例えば、本発明は、上方からスカイシャインによる散乱ガンマ線が飛来する可能性のある状況で水平向から飛来する放射線を測定するような場合に適用することもできる。

放射線検出モジュール２０の形態は前述したものに限られず、例えば、直方体状、円柱状、球体状、半球体状等の他の形態であってもよい。また遮蔽体とコリメータとによって構成される内部空間（放射線検出モジュール２０が格納される内部空間）の形態も前述したものに限られない。

以上では遮蔽体１０の透過率を１／１００にする場合を例として説明したが、透過率ではなく透過数に基づき遮蔽厚を決定するようにしてもよい。またピンホールコリメータ１１の透過率を１／２００にするなど、遮蔽体や遮蔽構造ごとに透過率を設定してもよい。

以上ではガンマ線が地表から放射される角度（角度Ｄ４、角度Ｄ５、角度Ｄ６）を特定の値に固定して計算を行っているが、複数の角度で飛来する放射線の夫々に重みを設定して計算を行ってもよい。

以上では放射線がガンマ線である場合を例として説明したが、以上の構成は放射線が他の種類の放射線（アルファ線、ベータ線、Ｘ線等）である場合に広く適用することができる。

１ 放射線検出装置、１０ 遮蔽体、１１ ピンホールコリメータ、１１ａ 入射孔、１１１ 遮蔽構造、１２ 側面底部遮蔽体、１３ 側面上部遮蔽体、１３ａ 斜辺、１４ 頂面遮蔽体、１４ａ 頂面遮蔽体嵌合部、２０ 放射線検出モジュール、２１ 放射線検出器、２１ａ 放射線検出素子、２２ フロントエンド回路基板、３０ 信号処理基板、４０ 光学カメラ、５０ ケース、５０ａ 足部、５１ 上蓋、５１ａ 吊り下げ用フック、６０ バックグランド遮蔽体、６１ 支持部材

Claims (11)

1. コリメータを介して入射する放射線を検出する放射線検出器と、
   前記放射線検出器の周囲に設けられ、前記コリメータの視野外の方向から飛来する放射線の前記放射線検出器への入射を防ぐための遮蔽体と、
   を備え、
   前記遮蔽体の各部の厚みが、夫々を通って前記放射線検出器に到達する可能性のある放射線のエネルギーに応じた厚みに設定されている
   ことを特徴とする放射線検出装置。
2. 請求項１に記載の放射線検出装置であって、
   前記コリメータは、地表から上空に向かって放射される放射線を前記放射線検出器に入射させるように視野が設定され、
   前記放射線検出器は、前記コリメータの上方に設けられ、
   前記放射線検出器よりも上方に位置する前記遮蔽体の部位の厚みが、前記放射線検出器の水平方向に位置する前記遮蔽体の部位の厚みよりも薄い
   ことを特徴とする放射線検出装置。
3. 請求項２に記載の放射線検出装置であって、
   前記放射線検出器よりも上方に位置する前記遮蔽体の部位の厚みが、段階的にもしくは連続的に、上方に位置する部位ほど薄くなるように設定されている
   ことを特徴とする放射線検出装置。
4. 請求項２に記載の放射線検出装置であって、
   前記遮蔽体は、前記放射線検出器の水平方向周囲を囲む筒状の側面底部遮蔽体、及び前記側面底部遮蔽体の上に前記側面底部遮蔽体と同軸に設けられる筒状の側面上部遮蔽体を含み、
   前記側面上部遮蔽体の側面の厚みが、前記側面底部遮蔽体の側面の厚みよりも薄い
   ことを特徴とする放射線検出装置。
5. 請求項４に記載の放射線検出装置であって、
   前記側面上部遮蔽体の側面の厚みが、段階的にもしくは連続的に、上方に位置する部位ほど薄くなるように設定されている
   ことを特徴とする放射線検出装置。
6. 請求項４に記載の放射線検出装置であって、
   前記遮蔽体は、前記側面上部遮蔽体の上部開口を塞ぐように設けられる平板状の頂面遮蔽体を更に含み、
   前記頂面遮蔽体の厚みが、前記側面底部遮蔽体の側面の厚みよりも薄い
   ことを特徴とする放射線検出装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線検出装置であって、
   前記遮蔽体の厚みが、前記放射線検出器に向けて飛来する可能性のある、地表から放射された放射線が空気と散乱することにより生じた放射線のエネルギーに応じた厚みに設定されている
   ことを特徴とする放射線検出装置。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線検出装置であって、
   前記コリメータは、当該コリメータの視野外の方向から飛来する放射線が前記放射線検出器に入射するのを防ぐための遮蔽構造を備える
   ことを特徴とする放射線検出装置。
9. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線検出装置であって、
   バックグラウンドの測定に際して前記コリメータの入射孔に放射線が入射するのを防ぐための遮蔽機構を備える
   ことを特徴とする放射線検出装置。
10. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線検出装置であって、
    前記放射線はガンマ線である
    ことを特徴とする放射線検出装置。
11. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の放射線検出装置であって、
    当該放射線検出装置を飛行体に搭載して地表から上空に向かって放射される放射線を測定する際に当該放射線検出装置を飛行体に吊り下げるための吊り下げ機構を備える
    ことを特徴とする放射線検出装置。

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