JP2017161378A - 放射線モニタ及び放射線測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレーション検出器において、広いダイナミックレンジでの線量率測定を実現する。
【解決手段】入射した放射線に対して単一光子の束である光を発する放射線発光素子２と、放射線発光素子から放出された光を伝送する伝送部３と、伝送された光の少なくとも一部を単一光子に分解させる光学フィルタ４と、分解された光子の各々を電気パルス信号に変換する変換部５と、電気パルス信号を計数するカウンタ６と、電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部７を有するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線モニタ及び放射線測定方法に関する。

従来、放射線の線量率を測定する放射線モニタとして、電離箱、GM計数管、半導体検出器等と共に、シンチレーション検出器が用いられている。特に高感度が要求される放射線モニタにはシンチレーション検出器が適用される。シンチレーション検出器を用いた放射線モニタは、例えば原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等で利用されている。シンチレーション検出器を用いて放射線の線量率を測定する場合は、一般的に、１つの放射線の入射によってシンチレーション検出器の素子内部で生成した複数の単一光子を、光電子増倍管等を用いて電圧パルスとして測定し、その電圧パルスの計数率から線量率を導出する。

このシンチレーション検出器を、上記施設における広い線量率レンジが観測される環境下において使用する場合に、例えば、シンチレーション素子内で発生した光子をパルスに変換した後、波高レベルに応じて複数に分離して計数し、該各々の分離した計数結果を計数率に応じたエネルギー換算関数を適用して放射線測定値を算出するものが知られている。このような技術は特開２００４−１０８７９６号公報に記載されている。

特開２００４−１０８７９６号公報

シンチレーション検出器を、上記施設における例えば6桁程度の広い線量率レンジが観測される環境下において使用する場合、特に高線量率環境下においては複数の放射線がほぼ同時にシンチレーション素子に入射する確率が高くなる。ほぼ同時に放射線が入射することで、シンチレーション素子内で発生した複数の単一光子がほぼ同時に発生する。このため、放射線入射によって生じる上記電圧パルスがほぼ同時に２つ生じることで、これらの電圧パルスが重なる現象（パイルアップ）が生じる。これにより、カウンタにおいて電圧パルスの数え落としが発生し、広いダイナミックレンジでの線量率測定が低精度となる。

上記の従来技術では、各々のチャネルごとの計数結果に、計数率に応じたエネルギー換算関数を適用して放射線測定値を算出しているところ、該エネルギー換算関数の適用では、現実に発生する個々のパイルアップ事象に対応することは難しく、また、線量率の測定精度は確率に寄与するところ、低線量率環境下では統計誤差の増大により精度は低下するものであり、特に、例えば人工的な核種の出現により、特定チャンネルのカウント数が著しく増加すると線量率の測定誤差が大きくなる。このように上記の従来技術では、広いダイナミックレンジでの線量率測定において、特にパイルアップに起因する測定精度の低下が問題となる。

本発明の目的は、線量率測定ダイナミックレンジを拡大しつつ、かつ正確な線量率測定を可能とする放射線モニタ及び放射線測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、入射した放射線に対して単一光子の束である光を発する放射線発光素子と、前記放射線発光素子から放出された光を伝送する伝送部と、前記伝送された光の少なくとも一部を単一光子に分解させる光学フィルタと、前記分解された光子の各々を電気パルス信号に変換する変換部と、前記電気パルス信号を計数するカウンタと、前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部を有するように構成した。

より具体的には、入射した放射線に対して光を発する発光部を有する放射線発光素子と、前記放射線発光素子に接続され、前記発光部から放出された複数の単一光子を伝送する光ファイバと、前記光ファイバに接続され、伝送された単一光子の集団を単一光子一つ一つに分解させる光学フィルタと、前記放射線発光素子で生じた前記光の総量に応じて前記光学フィルタを選択し、前記光の総量を制御する光学フィルタ駆動機構と、前記光学フィルタ選択機構に接続され、伝送された前記単一光子を検出し、前記単一光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、前記光検出器に接続され、前記光検出器から出力された前記電気パルス信号を計数するカウンタと、前記カウンタに接続され、前記カウンタで計数された前記電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する解析・表示装置と、前記解析・表示装置と前記光学フィルタ選択機構の間に接続され、前記解析・表示装置から出力された線量率に応じて前記光学フィルタ選択機構を制御する制御装置を備え、前記制御装置において解析・表示装置で測定された電気パルス信号の波高値が単一光子条件を満たしているかを判別し、その判別結果に応じて光学フィルタ選択機構を制御することを特徴とするものである。

当該放射線モニタは、放射線発光素子と光検出器の光路上に設置された光学フィルタ選択機構において、光ファイバで伝送された光子を、所定の波長範囲内に制限し光子数を制御する波長フィルタ、または所定割合で光子数を減衰させる減衰フィルタを少なくとも１つ以上有することが好ましい。

当該放射線モニタは、解析・表示装置で出力された線量率に応じて、予め測定された単一光子測定データと比較して、光学フィルタを選択することが好ましい。

当該放射線モニタは、発光部が少なくも１種の稀土類元素を含有していることが好ましい。

当該放射線モニタは、発光部がハウジングに収納されていることが好ましい。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、入射した放射線に対して光を発する発光部を有する放射線発光素子と、前記放射線発光素子に接続され、前記発光部から放出された光子を伝送する光ファイバと、前記光ファイバに接続され、伝送された光子の光路を選択する光駆動機構と、前記光駆動機構に接続され、前記光駆動機構から伝送された光子の集団を一つ一つの光子に減衰させる第１の光学フィルタと、前記第１の光学フィルタに接続され、伝送された前記一つ一つの光子を検出し、電気パルス信号に変換する第１の光検出器と、前記第１の光検出器に接続され、前記第１の光検出器から出力された電気パルス信号を計数する第１のカウンタと、前記第１のカウンタに接続され、前記第１のカウンタで計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する第１の解析・表示装置と、前記光駆動機構に接続され、前記光駆動機構から伝送された光子の集団を一つ一つの光子に減衰させる第２の光学フィルタと、前記第２の光学フィルタに接続され、伝送された前記一つ一つの光子を検出し、電気パルス信号に変換する第２の光検出器と、前記第２の光検出器に接続され、前記第２の光検出器から出力された電気パルス信号を計数する第２のカウンタと、前記第２のカウンタに接続され、前記第２のカウンタで計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する第２の解析・表示装置と、前記第１の解析・表示装置と光駆動機構の間に接続され、前記第１の解析・表示装置から出力された線量率に応じて前記第２の光学フィルタへの光路の切り替えを制御する制御装置を備えている放射線モニタである。

当該放射線モニタは、第１の光学フィルタ及び第２の光学フィルタにおいて、光ファイバで伝送された光子を、所定の波長範囲内に制限し光子数を制御する波長フィルタ、または所定割合で光子数を減衰させる減衰フィルタを少なくとも１つ以上有することが好ましい。

当該放射線モニタは、解析・表示装置で出力された線量率に応じて、予め測定された単一光子測定データと比較して、光学フィルタを選択することが好ましい。

当該放射線モニタは、発光部が少なくも１種の稀土類元素を含有していることが好ましい。

本発明は、幅広いダイナミックレンジで正確に線量率を測定可能となる。

本発明の放射線モニタの第１の実施例を示す概略ブロック図。 図１の放射線モニタにおける放射線発光素子の概略拡大断面図。 光学フィルタ選択機構の一例を示す概略図。 その他の光学フィルタ選択機構の一例を示す概略図 放射線の線量率と単一光子の計数率の関係の一例を示す概略図。 複数放射線が入射した際の放射線発光素子内の光の生成の一例を示す概略図。 複数放射線が入射した際の測定電気パルス信号の一例を示す概略図。 図７の電気パルス信号の光子数を確率的に減衰させた電気パルス信号の一例を示す概略図。 光学フィルタ選択機構の第１の制御手順を示すフローチャート。 図１の放射線モニタの一使用例を示す概略図。 光学フィルタ選択機構の第２の制御手順を示すフローチャート。 光学フィルタ選択機構の第３の制御手順を示すフローチャート。 光学フィルタ選択機構の第４の制御手順を示すフローチャート。 本発明の放射線モニタの第５の実施例を示す概略ブロック図。 光駆動機構の一例を示す概略図。 光駆動機構の第１の制御機構を示すフローチャート。 光駆動機構の第２の制御機構を示すフローチャート。 光駆動機構の第３の制御機構を示すフローチャート。 光駆動機構の第４の制御機構を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態の放射線モニタについて図面に基づいて説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施態様にのみ限定されるものではない。

なお、本明細書において「電気パルス信号の計数率」とは、単位時間あたりに測定された電気パルス信号の数を意味している。また、本明細書において、「単一光子条件」とは、予め測定条件に対応して測定された単一光子情報を意味している。具体的には、単一光子の波高値、減衰時間、積分値情報を表す。また、本明細書において、「波高値」とは、電気パルス信号が立ち上がり始めてから立ち下がり始めるまでの波形の高さを表す。具体的には、例えば、電気パルス信号における最大の波形の高さ（最大波高値）を表す。また、本明細書において、「減衰時間」とは、電気パルス信号が最大波高値に達してから立ち下がるまでの時間を表す。具体的には、例えば、電気パルス信号が最大波高値に対して90%から10%まで立ち下がるまでの時間を表す。また、本明細書において、「積分値」とは、電気パルス信号が立ち上がり始めてから立ち下がるまでの波形を積分した値を表す。具体的には、例えば、電気パルス信号が立ち上がる前のベースラインの平均を外そうした直線と電気パルス信号で囲まれた面積を表す。また、本明細書において「所定の波長範囲」とは、透過可能な波長範囲を示し、特定波長の光子のみを透過させることで光子数を制御する。また、本明細書において「所定割合」とは、光子数を減衰させる割合を示し、入射光子数に対する透過光子数の比を表す。また、本明細書において「単一光子測定」とは、放射線の入射によって発光素子内部で生成された一つ一つの光子を指す。

以下、本発明の一実施例を図１から図１０に沿って説明する。

図１は、本発明の放射線モニタの第１の実施例を示す概略ブロック図である。当該放射線モニタ１は、図１に示すように、概略的に、放射線発光素子２と、光ファイバ３と、光学フィルタ選択機構４と、光検出器５と、カウンタ６と、解析・表示装置７と、制御装置８とを備えている。なお、当該放射線モニタ１で計測することができる放射線としては、例えば、X線、γ線などの電磁波と、α線、β線、中性子線などの粒子線等が挙げられる。

図２は、図１の放射線モニタにおける放射線発光素子２の概略拡大断面図である。図２に示すように、放射線発光素子２は、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部１１とハウジング１２を有する素子である。

発光部１１は、少なくとも１種の稀土類元素を含有している。具体的には、発光部１１は、例えば、母材としてNaI、LiI、SrI₂、BGO、CdWO₄、PbWO₄、ZnS、CaF₂、LuAG、LuAP、YAG、YAP、LSO、LYSO、YSO、GSO、BaF₂、CeF₃、CeBr₃、CsF、CsI、LiF、Gd₂O₂S、LaBr₃、Gd₃Al₂Ga₃O₁₂、Cs₂LiYCl₆、ScTaO₄、LaTaO₄、LuTaO₄、GdTaO₄、YTaO₄などの光透過性材料と、この光透過性材料中に含有されたCe、Pr、Nd、Eu、Yb、Yなどの希土類元素またはTl、Na、Ag、W、CO₃などで形成されている。

このように、発光部１１が少なくとも１種の希土類元素を含有していることで、発光部１１に入射した放射線の線量率と光の強度の線形性を向上させることができ、当該放射線モニタ１は、線量率の高い放射線が入射する場合においても、放射線の線量率をより正確に計測することができる。

発光部１１は、1 μs以上の長い減衰時定数を有することで、より効果的に光ファイバ３から伝送された単一光子の集団を単一光子一つ一つに分解することができる。なお、1 μs未満の減衰時定数を有する発光部１１を使用することもできる。

ハウジング１２は、発光部１１を収納する容器である。ハウジング１２を構成する材料としては、計測対象の放射線を透過可能なものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウム等を採用することができる。

光ファイバ３は、放射線発光素子２に接続され、発光部１１から放出された光を伝送する。この光ファイバ３は、放射線発光素子２と後述する光学フィルタ選択機構４に接続されている。光ファイバ３を構成する材料としては、例えば、石英、プラスチック等が挙げられる。

図３は、光学フィルタ選択機構４の一例を示す概略図である。図３に示すように、光学フィルタ選択機構４は、光ファイバ３に接続され、光ファイバ３から伝送された複数の単一光子の集団を一つ一つの単一光子に分解させる機構である。光学フィルタ選択機構４は、伝送された光子数を確率的に減衰させる、少なくとも一枚以上の光学フィルタ２０（光学フィルタ２０−１と光学フィルタ２０−２からなる。光学フィルタ２０−１と光学フィルタ２０−２を総称して光学フィルタ２０と称する）と、光学フィルタ２０を駆動させる光学フィルタ駆動機構２１を備えている。この光学フィルタ２０としては、例えば、波長フィルタ、減衰フィルタ等を採用することができる。波長フィルタは、予め定められた波長範囲内の光子のみを透過可能なフィルタである。減衰フィルタは、予め定められた確率で光の光子数を減衰させるフィルタである。光学フィルタ２０−１と光学フィルタ２０−２は異なる減衰率を有する。光駆動機構２１としては、例えば、モーター駆動または手動で光学フィルタ２０を選択するフィルタホイール式を採用することができる。また、図４は、その他の光学フィルタ選択機構の一例を示す概略図である。図４に示すように、光駆動機構２１としては、モーター駆動または手動で光学フィルタ２０を選択するドロップイン式等を採用することができる。この例では、光学フィルタ２０は、光学フィルタ２０−１と光学フィルタ２０−２の２つの光学フィルタから構成されているが、もちろん、３以上の互いに異なる減衰率の光学フィルタで構成しても良い。

光検出器５は、光学フィルタ選択機構４に接続され、光学フィルタ選択機構４から透過された光子を電気パルス信号に変換する検出器である。光検出器５としては、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、単一光子を電流増幅された一つの電流パルス信号として検出できる。

カウンタ６は、光検出器５に接続され、光検出器５から入力された電気パルス信号を計数する装置である。カウンタ６としては、例えば、デジタルシグナルプロセッサ等を採用することができる。

解析・表示装置７は、カウンタ６に接続され、カウンタ６で計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算し、その値を表示する装置である。また、この解析・表示装置７は、カウンタ６と後述する制御装置８に接続され、カウンタ６で計数された電気パルス信号の波高値を制御装置８に出力する。解析・表示装置７は、電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースを保有している記憶装置と、上記データベースを用いて電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算装置と、換算した放射線の線量率を表示する表示装置を備えている。解析・表示装置７としては、例えば、上述した機能を有するパーソナルコンピュータ等を採用することができる。

制御装置８は、解析・表示装置７と上述の光学フィルタ選択機構４に接続され、解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の波高値が単一光子条件を満たしているかを判別し、その判別結果に応じて光学フィルタ選択機構４を制御する装置である。解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の波高値は、予め求めた単一光子の波高値データベースと比較され、測定した線量率に応じて少なくとも一枚以上の光学フィルタを選択する。

従来のγ線の計数率から放射線の線量率を換算する手法と異なり、本発明では、γ線の入射によって放射線発光素子２で生成された複数の光子に含まれる単一光子の計数率から放射線の線量率を換算する。図５は、放射線の線量率と単一光子の計数率の関係の一例を示す概略図である。図５に示すように、この単一光子の計数率を計測できれば放射線の線量率を取得することができる。したがって、この関係を用いることで測定した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算することができる。図５の関係として、光学フィルタ２０−１に対応する放射線の線量率と単一光子の計数率の関係と、光学フィルタ２０−２に対応する放射線の線量率と単一光子の計数率の関係とを有する。次に、当該放射線モニタ１の動作について説明する。図６は、複数放射線が入射した際の放射線発光素子内の光の生成の一例を示す概略図である。図６において、経路３０で発光部１１に放射線が入射されると、発光作用３１が誘発される。この発光作用３１に伴って単一光子３２が発生する。また、図７は、光ファイバ３の入射部分で計測したと仮定した場合の、複数放射線が入射した際の測定電気パルス信号８３の一例を示す概略図である。

通常、放射線発光素子２に一つの放射線が入射すると複数の単一光子が生成され、光検出器５を用いて一つの電気パルス信号として測定される。一方、図６に示すように、放射線発光素子２にほぼ同時に二つ以上の放射線が入射すると、図７に示すように、電気パルス信号のパイルアップが生じる。

上記パイルアップを解決するため、図１に示すように、放射線発光素子２と光検出器５の間に設けられた光学フィルタ選択機構４を用いて透過させる光子数を確率的に減衰させる。図８は、図７の電気パルス信号の光子数を確率的に減衰させた電気パルス信号の一例を示す概略図である。図８（ａ）は光学フィルタ２０−１を通過した場合の電気パルス信号の一例を示す。図８（ｂ）は光学フィルタ２０−２を通過した場合の電気パルス信号の一例を示す。図８（ａ）では、光学フィルタ２０−１を通過した場合、時間の経過と共に、初めに単一光子２つ分に相当する電気パルス信号８１が出力され、その後、単一光子１つ分に相当する電気パルス信号８２が出力される。一方、光学フィルタ２０−２を通過した場合、時間の経過と共に、均一的に単一光子１つ分に相当する電気パルス信号８２が出力される。すなわち、光学フィルタ２０−２を通過した場合、時間の経過と共に、単一光子２つ分（或いは、単一光子２つ分以上）に相当する電気パルス信号８２が出力されことはない。

これにより、図８に示すように、適切な光学フィルタを選択することにより、光検出器５で単一光子を測定することができる。この単一光子をカウンタ６で計数し、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

次に、制御装置８において光学フィルタ選択機構４を制御する手順を説明する。図９は、光学フィルタ選択機構の第１の制御手順を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップ１０１で計数率の測定を開始し、ステップ１０２でデータを収集することで、ステップ１０３で測定時間終了と判断されるまで、すなわち、カウンタ６で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了するまでデータを収集する。ステップ１０４で、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の波高値情報を抽出する。抽出した波高値情報は、単一光子の波高値データベースを参照する。なお、単一光子の波高値は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の波高値情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。このように、ステップ１０５で、この結果に基づき単一光子測定ではないと判別した場合は、光学フィルタ選択機構４において光学フィルタ駆動機構を駆動させ、ステップ１０６で、光学フィルタを追加し、再度、カウンタ６で電気パルス信号を測定する。上記、光学フィルタ選択機構４の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、ステップ１０７で、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。さらに、ステップ１０８で、解析結果を表示する。

このように、当該放射線モニタ１は、光学フィルタ選択機構４と制御装置８を備えているため、放射線発光素子２に入射したγ線によって生成された単一光子の数を減衰させ、放射線の線量率に応じて最適な光学フィルタを選択することにより、単一光子測定を実現し、放射線の線量率を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することができる。

次に、当該放射線モニタ１の好適な使用例について説明する。図１０は、図１の放射線モニタの一使用例を示す概略図である。図１０に示すように、放射線発光素子２を測定対象エリア４０内に設置し、光ファイバ３と接続された光学フィルタ選択機構４と、光検出器５、カウンタ６、解析・表示装置７と制御装置８を測定対象エリア外に設置する。

これにより、例えば、原子炉格納容器内部を低線量率から高線量率にわたる幅広いダイナミックレンジで正確に計測することができる。また、測定対象エリア４０内に、少なくとも二つ以上の放射線発光素子２を設置することにより、測定対象エリア４０の線量率分布を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等に放射線モニタ（モニタ・測定方法）が適用できる。

本発明の実施例２の放射線モニタ及びその方法について、図１１を用いて説明する。以下の実施例１に代替する実施例では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は実施例１と同様である。図１１は、光学フィルタ選択機構の第２の制御手順を示すフローチャートである。光学フィルタ選択機構４の第２の制御手順は、カウンタ６で計数された電気パルス信号の減衰時間を制御装置８に出力し、光学フィルタ選択機構４を制御する点で、異なっている。なお、放射線発光素子２、光ファイバ３、光学フィルタ選択機構４および光検出器５は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

制御装置８は、解析・表示装置７と上述の光学フィルタ選択機構４に接続され、ステップ１１１で、解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の減衰時間が単一光子条件を満たしているかを判別し、その判別結果に応じて光学フィルタ選択機構４を制御する装置である。解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の減衰時間は、予め求めた単一光子の波高値データベースと比較され、測定した線量率に応じて少なくとも一枚以上の光学フィルタを選択する。

図１１に示すように、カウンタ６で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了すると、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の減衰時間情報を抽出する。抽出した減衰時間情報は、単一光子の減衰時間データベースを参照する。なお、単一光子の減衰時間は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の減衰時間情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。この結果、単一光子測定ではないと判別した場合は、光学フィルタ選択機構４において光学フィルタ駆動機構を駆動させ、光学フィルタを追加し、再度、カウンタ６で電気パルス信号を測定する。上記、光学フィルタ選択機構４の第２の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

このように、カウンタ６で計数された電気パルス信号の減衰時間情報を制御装置８に入力し、光学フィルタ選択機構４を制御する機能を有することで、電気パルス信号に含まれる電気的ノイズの影響を低減し、制御装置８における単一光子の判別精度を高めることができる。したがって、効果的に放射線の線量率を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することが可能となる。

本発明の実施例３の放射線モニタ及びその方法について、図１２を用いて説明する。

図１２は、光学フィルタ選択機構の第３の制御手順を示すフローチャートである。光学フィルタ選択機構４の第３の制御手順は、カウンタ６で計数された電気パルス信号の積分値情報を制御装置８に出力し、光学フィルタ選択機構４を制御する点で、異なっている。なお、放射線発光素子２、光ファイバ３、光学フィルタ選択機構４および光検出器５は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

制御装置８は、解析・表示装置７と上述の光学フィルタ選択機構４に接続され、ステップ１１２で、解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の積分値が単一光子条件を満たしているかを判別し、その判別結果に応じて光学フィルタ選択機構４を制御する装置である。解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の積分値は、予め求めた単一光子の積分値データベースと比較され、測定した線量率に応じて少なくとも一枚以上の光学フィルタを選択する。

図１２に示すように、カウンタ６で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了すると、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の積分値情報を抽出する。抽出した積分値情報は、単一光子の積分値データベースを参照する。なお、単一光子の積分値は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の積分値情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。この結果、単一光子測定ではないと判別した場合は、光学フィルタ選択機構４において光学フィルタ駆動機構を駆動させ、光学フィルタを追加し、再度、カウンタ６で電気パルス信号を測定する。上記、光学フィルタ選択機構４の第３の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

一般に、電気パルス信号の面積は光子数に比例し、また、その信号波形は高周波成分である電気的ノイズを含む。このため、電気パルス信号の積分値を求めることにより、信号波形中の電気的ノイズは平均化され、信号波形に含まれるノイズ成分を除去することが可能である。このように、カウンタ６で計数された電気パルス信号の積分値情報を制御装置８に入力し、光学フィルタ選択機構４を制御する機能を有することで、制御装置８における単一光子の判別精度を高めることができる。したがって、効果的に放射線の線量率を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することが可能となる。

本発明の実施例４の放射線モニタ及びその方法について、図１３を用いて説明する。

図１３は、光学フィルタ選択機構の第４の制御手順を示すフローチャートである。光学フィルタ選択機構４の第４の制御手順は、カウンタ６で計数された電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値を制御装置８に出力し、光学フィルタ選択機構４を制御する点で、異なっている。なお、放射線発光素子２、光ファイバ３、光学フィルタ選択機構４および光検出器５は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

制御装置８は、解析・表示装置７と上述の光学フィルタ選択機構４に接続され、ステップ１０４及びステップ１０５、ステップ１２１乃至ステップ１２４で、解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値が単一光子条件を満たしているかを判別し、その判別結果に応じて光学フィルタ選択機構４を制御する装置である。解析・表示装置７で測定された電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値は、予め求めた単一光子の波高値、減衰時間、積分値の少なくとも二つ以上の各データベースと比較され、測定した線量率に応じて少なくとも一枚以上の光学フィルタを選択する。以下、単一光子の波高値、減衰時間、積分値の三つを単一光子条件に用いた場合について説明する。

図１３に示すように、カウンタ６で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了すると、さらに、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値情報を抽出する。抽出した波高値、減衰時間、積分値情報は、単一光子の波高値、減衰時間、積分値の各データベースを参照する。なお、単一光子の波高値、減衰時間、積分値は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の波高値、減衰時間、積分値の各情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。この結果、波高値、減衰時間、積分値のいずれかにおいて単一光子測定ではないと判別した場合は、光学フィルタ選択機構４において光学フィルタ駆動機構を駆動させ、光学フィルタを追加し、再度、カウンタ６で電気パルス信号を測定する。上記、光学フィルタ選択機構４の第３の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、解析・表示装置７で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

このように、カウンタ６で計数された電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値の少なくとも二つ以上の情報を制御装置８に入力し、光学フィルタ選択機構４を制御する機能を有することで、制御装置８において測定された電気パルス信号を多角的に精査することが可能となり、高精度に単一光子を判別することができる。したがって、効果的に放射線の線量率を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することが可能となる。

本発明の実施例５の放射線モニタ及びその方法について、図１４から図１６を用いて説明する。

図１４は、本発明の放射線モニタの第５の実施形態を示す概略ブロック図である。図に示すように、当該放射線モニタ１０は、放射線発光素子２と、光ファイバ３と、光駆動機構５０と、第１の光学フィルタ５１と、第１の光検出器５２と、第１のカウンタ５３と、第１の解析・表示装置５４と、第２の光学フィルタ５５と、第２の光検出器５６と、第２のカウンタ５７と、第２の解析・表示装置５８と、制御装置８を備えている放射線モニタである。当該放射線モニタは、放射線発光素子２と接続された光ファイバ３の光路を光駆動機構５０を用いて分岐させる点で異なっている。なお、放射線発光素子２、光ファイバ３は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

制御装置８は、解析・表示装置５４と上述の光駆動機構５０に接続され、解析・表示装置５４で測定された電気パルス信号の波高値が単一光子条件を満たしているかを判別し、その判別結果に応じて光駆動機構５０を制御する装置である。図１５は、光駆動機構の一例を示す概略図である。図１５に示すように、光駆動機構５０は、光ファイバ３に接続され、光ファイバ３から伝送された複数の単一光子の集団を、第１の光路６０と第２の光路６１に分岐する機構である。この光駆動機構５０としては、例えば、光スプリッタ、光カプラ等を採用することができる。解析・表示装置５４で測定された電気パルス信号の波高値は、予め求めた単一光子の波高値データベースと比較され、測定した線量率に応じて、光駆動機構５０を駆動し、第２の光学フィルタ５５を選択する。なお、３つ以上の光学フィルタを選択することも可能である。以下、単一光子の波高値を単一光子条件に用いた場合について説明する。

図１６は、光駆動機構の第１の制御機構を示すフローチャートである。図１６に示すように、第１の光学フィルタ５１、第１の光検出器５２と接続された第１の光路６０を用いて、第１のカウンタ５３で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了すると、解析・表示装置５４で測定した電気パルス信号の波高値情報を抽出する。抽出した波高値情報は、単一光子の波高値データベースを参照する。なお、単一光子の波高値は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の波高値情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。この結果、単一光子測定ではないと判別した場合は、ステップ１３１乃至ステップ１３３で、光駆動機構５０を駆動させ、第２の光学フィルタ５５、第２の光検出器５６と接続された第２の光路６１を用いて電気パルス信号を測定する。上記、光駆動機構５０の第１の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、解析・表示装置５８で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

次に、当該放射線モニタ１０の好適な使用例について説明する。放射線発光素子２を測定対象エリア４０内に設置し、光ファイバ３と接続された光駆動機構５０と、第１の光学フィルタ５１と、第１の光検出器５２と、第１のカウンタ５３と、第１の解析・表示装置５４と、第２の光学フィルタ５５と、第２の光検出器５６と、第２のカウンタ５７と、第２の解析・表示装置５８と、制御装置８を測定対象エリア外に設置する（不図示）。

これにより、例えば、原子炉格納容器内部を低線量率から高線量率にわたる幅広いダイナミックレンジで正確に計測することができる。また、測定対象エリア４０内に、少なくとも二つ以上の放射線発光素子２を設置することにより、測定対象エリア４０の線量率分布を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等に本発明の放射線モニタ及びその方法が適用できる。

本発明の実施例６の放射線モニタ及びその方法について、図１７を用いて説明する。

図１７は、光駆動機構５０の第２の制御手順を示すフローチャートである。光駆動機構５０の第２の制御手順は、第１のカウンタ５３で計数された電気パルス信号の減衰時間を制御装置８に出力し、光駆動機構５０を制御する点で、異なっている。なお、放射線発光素子２、光ファイバ３、光駆動機構５０、第１の光学フィルタ５１、第１の光検出器５２、第２の光学フィルタ５５、第２の光検出器５６、第２のカウンタ５７および第２の解析・表示装置５８は、第５の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

図１７に示すように、第１の光学フィルタ５１、第１の光検出器５２と接続された第１の光路６０を用いて、第１のカウンタ５３で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了すると、解析・表示装置５４で測定した電気パルス信号の減衰時間情報を抽出する。抽出した減衰時間情報は、単一光子の減衰時間データベースを参照する。なお、単一光子の減衰時間は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の減衰時間情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。この結果、単一光子測定ではないと判別した場合は、ステップ１３１乃至ステップ１３３で、光駆動機構５０を駆動させ、第２の光学フィルタ５５、第２の光検出器５６と接続された第２の光路６１を用いて電気パルス信号を測定する。上記、光駆動機構５０の第２の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、解析・表示装置５８で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

このように、第１のカウンタ５３で計数された電気パルス信号の減衰時間情報を制御装置８に入力し、光駆動機構５０を制御する機能を有することで、電気パルス信号に含まれる電気的ノイズの影響を低減し、制御装置８における単一光子の判別精度を高めることができる。したがって、効果的に放射線の線量率を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することが可能となる。

本発明の実施例７の放射線モニタ及びその方法について、図１８を用いて説明する。

図１８は、光駆動機構５０の第３の制御手順を示すフローチャートである。光駆動機構５０の第３の制御手順は、第１のカウンタ５３で計数された電気パルス信号の積分値を制御装置８に出力し、光駆動機構５０を制御する点で、異なっている。なお、放射線発光素子２、光ファイバ３、光駆動機構５０、第１の光学フィルタ５１、第１の光検出器５２、第２の光学フィルタ５５、第２の光検出器５６、第２のカウンタ５７および第２の解析・表示装置５８は、第５の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

図１８に示すように、第１の光学フィルタ５１、第１の光検出器５２と接続された第１の光路６０を用いて、第１のカウンタ５３で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了すると、解析・表示装置５４で測定した電気パルス信号の積分値情報を抽出する。抽出した積分値情報は、単一光子の積分値データベースを参照する。なお、単一光子の積分値は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の積分値情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。この結果、単一光子測定ではないと判別した場合は、ステップ１３１乃至ステップ１３３で、光駆動機構５０を駆動させ、第２の光学フィルタ５５、第２の光検出器５６と接続された第２の光路６１を用いて電気パルス信号を測定する。上記、光駆動機構５０の第３の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、解析・表示装置５８で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

一般に、電気パルス信号の面積は光子数に比例し、また、その信号波形は高周波成分である電気的ノイズを含む。このため、電気パルス信号の積分値を求めることにより、信号波形中の電気的ノイズは平均化され、信号波形に含まれるノイズ成分を除去することが可能である。このように、第１のカウンタ５３で計数された電気パルス信号の積分値情報を制御装置８に入力し、光駆動機構５０を制御する機能を有することで、制御装置８における単一光子の判別精度を高めることができる。したがって、効果的に放射線の線量率を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することが可能となる。

本発明の実施例８の放射線モニタ及びその方法について、図１９を用いて説明する。

図１９は、光駆動機構５０の第４の制御手順を示すフローチャートである。光駆動機構５０の第４の制御手順は、第１のカウンタ５３で計数された電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値を制御装置８に出力し、光駆動機構５０を制御する点で、異なっている。なお、放射線発光素子２、光ファイバ３、光駆動機構５０、第１の光学フィルタ５１、第１の光検出器５２、第２の光学フィルタ５５、第２の光検出器５６、第２のカウンタ５７および第２の解析・表示装置５８は、第５の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

図１９に示すように、第１の光学フィルタ５１、第１の光検出器５２と接続された第１の光路６０を用いて、第１のカウンタ５３で電気パルス信号を所定時間測定し、測定時間が終了すると、解析・表示装置５４で測定した電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値情報を抽出する。抽出した波高値、減衰時間、積分値の情報は、単一光子の波高値、減衰時間、積分値の各データベースを参照する。なお、単一光子の波高値、減衰時間、積分値は測定条件によって異なるため、予め測定条件に対応した単一光子の波高値、減衰時間、積分値の各情報をデータベース化することで単一光子測定の当否を判別可能である。この結果、波高値、減衰時間、積分値のいずれかにおいて単一光子測定ではないと判別した場合は、ステップ１３１乃至ステップ１３３で、光駆動機構５０を駆動させ、第２の光学フィルタ５５、第２の光検出器５６と接続された第２の光路６１を用いて電気パルス信号を測定する。上記、光駆動機構５０の第４の制御手順を少なくとも１回以上実行し、単一光子測定であると判別した場合は、解析・表示装置５８で測定した電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算する。

このように、第１のカウンタ５３で計数された電気パルス信号の波高値、減衰時間、積分値の少なくとも二つ以上の情報を制御装置８に入力し、光駆動機構５０を制御する機能を有することで、制御装置８において測定された電気パルス信号を多角的に精査することが可能となり、高精度に単一光子を判別することができる。したがって、効果的に放射線の線量率を幅広いダイナミックレンジで正確に計測することが可能となる。

１、１０ 放射線モニタ
２ 放射線発光素子
３ 光ファイバ
４ 光学フィルタ選択機構
５ 光検出器
６ カウンタ
７ 解析・表示装置
８ 制御装置
１１ 発光部
１２ ハウジング
２０ 光学フィルタ
２１ 光学フィルタ駆動機構
３０ 放射線
３１ 複数の単一光子
４０ 測定対象エリア
５０ 光駆動機構
５１ 第１の光学フィルタ
５２ 第１の光検出器
５３ 第１のカウンタ
５４ 第１の解析・表示装置
５５ 第２の光学フィルタ
５６ 第２の光検出器
５７ 第２のカウンタ
５８ 第２の解析・表示装置
６０ 第１の光路
６１ 第２の光路

Claims (13)

1. 入射した放射線に対して単一光子の束である光を発する放射線発光素子と、前記放射線発光素子から放出された光を伝送する伝送部と、前記伝送された光の少なくとも一部を単一光子に分解させる光学フィルタと、前記分解された光子の各々を電気パルス信号に変換する変換部と、前記電気パルス信号を計数するカウンタと、前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部を有することを特徴とする放射線モニタ。
2. 請求項１において、前記光学フィルタを複数有し、前記分解された光子が変換された信号に基づいて前記複数の光学フィルタから選択することを特徴とする放射線モニタ。
3. 請求項２において、前記求められた線量率に応じて前記光学フィルタを選択することを特徴とする放射線モニタ。
4. 請求項３において、前記カウンタで計数された前記単一光子の計数率から放射線の線量率に換算することを特徴とする、放射線モニタ。
5. 請求項１において、前記カウンタで計数された前記電気パルスに基づき前記光学フィルタ選択することを特徴とする放射線モニタ。
6. 請求項１において、前記カウンタで計数された前記電気パルスの減衰時間に基づいて前記光学フィルタを選択することを特徴とする放射線モニタ。
7. 請求項１において、前記カウンタで計数された前記電気パルスの積分値に基づいて前記光学フィルタを選択することを特徴とする放射線モニタ及びその方法。
8. 請求項１において、前記カウンタで計数された前記電気パルスの前記波高値、前記減衰時間、前記積分値の少なくとも２つ以上の情報に基づいて前記光学フィルタを選択することを特徴とする放射線モニタ及びその方法。
9. 入射した放射線に対して単一光子の束である光を発する放射線発光素子と、前記放射線発光素子から放出された光を伝送する伝送部を有し、前記伝送部は分岐部を含み、前記分岐して伝送される光は各々第１の光学フィルタと第２の光学フィルタに導かれるものであって、前記光学フィルタの少なくとも一方を通過した光を電気パルス信号に変換する変換部と、前記電気パルス信号を計数するカウンタと、前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部を有し、前記第１の光学フィルタと第２の光学フィルタの少なくとも一方は、前記伝送された光の少なくとも一部を単一光子に分解させる光学フィルタであることを特徴とする放射線モニタ。
10. 請求項１と請求項９とのいずれか１項において、前記発光部で1μｓ以上の減衰時定数を有することを特徴とする放射線モニタ。
11. 請求項１と請求項９とのいずれか１項において、前記放射線発光素子を測定対象エリア内に設置し、前記変換部と、前記カウンタと、前記解析部を測定対象エリア外に設置することを特徴とする放射線モニタ。
12. 請求項１１において、前記発光部を少なくとも２つ以上設置し、測定対象エリア内の線量率を測定することを特徴とする放射線モニタ。
13. 入射した放射線に対して単一光子の束である光を放射線発光素子で発し、前記放射線発光素子から放出された光を伝送部で伝送し、前記伝送された光の少なくとも一部を光学フィルタで単一光子に分解させ、前記分解された光子の各々を電気パルス信号に変換部で変換し、前記電気パルス信号をカウンタで計数し、前記電気パルス信号の計数に基づいて解析部で放射線の線量率を求める放射線測定方法。

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