JP2019105476A

JP2019105476A - 中性子線検出装置

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Publication number: JP2019105476A
Application number: JP2017236972A
Authority: JP
Inventors: 喬山口; Takashi Yamaguchi
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: JP6875265B2

Abstract

【課題】より簡単な構成で中性子線の検出を可能とする。【解決手段】中性子線検出装置２０は、ガンマ線が入射することで光を放出し、中性子線が入射しても光を放出しない第１検出器２１と、中性子線が入射することで光を放出する第２検出器２２と、第２検出器から放出された光を検出する光検出器２４と、を有し、第１検出器２１は、第２検出器２２よりも放射線の放出源側において第２検出器２２に隣接し、且つ、放射線の放出源側から見て、第１検出器２１の中心位置と第２検出器２２の中心位置とが互いに異なるように配置され、第１検出器２１から放出された光は、第２検出器２２を介して光検出器２４によって検出可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、中性子線検出装置に関する。

従来から放射線が入射すると発光するシンチレータを用いて中性子線を検出する中性子線検出装置が検討されている。特許文献１には、熱中性子およびガンマ線に対して発光するシンチレータからの出力と、ガンマ線に対して発光するシンチレータからの出力と、に基づいて中性子の到来回数を算出する方法が示されている。

国際公開第２００５／００８２８７号

しかしながら、特許文献１記載の方法では、各シンチレータからの出力を個別に計測する必要がある。したがって、検出器のチャンネル数が増大すると共に装置が複雑化する可能性がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、より簡単な構成で中性子線の検出が可能な中性子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ため、本発明の一形態に係る中性子線検出装置は、ガンマ線が入射することで光を放出し、中性子線が入射しても光を放出しない第１検出器と、中性子線が入射することで光を放出する第２検出器と、前記第２検出器から放出された光を検出する光検出器と、を有し、前記第１検出器は、前記第２検出器よりも放射線の放出源側において前記第２検出器に隣接し、且つ、前記放射線の放出源側から見て、前記第１検出器の中心位置と前記第２検出器の中心位置とが互いに異なるように配置され、前記第１検出器から放出された光は、前記第２検出器を介して前記光検出器によって検出可能である態様とすることができる。

上記の中性子線検出装置によれば、ガンマ線が入射することで光を放出し、中性子線が入射しても光を放出しない第１検出器と、中性子線が入射することで光を放出する第２検出器とを組み合わせることで、中性子線とガンマ線とを含む放射線が照射される環境下において中性子線を区別して検出することができる。また、中性子線検出装置では、第１検出器が放出した光および第２検出器が放出した光が光検出器により検出可能とされている。また、第１検出器の中心位置と第２検出器の中心位置とが互いに異なるように配置されているため、光検出器における検出結果から第１検出器および第２検出器のどちらが放出した光であるかを区別することが可能である。したがって、第１検出器に対して光検出器を取り付けることなく、第１検出器が放出した光および第２検出器が放出した光を検出することができるため、第１検出器に対して光検出器を取り付ける場合と比較して光検出器の数を減らすことができる。そのため、上記の中性子線検出装置によれば、より簡単な構成で中性子線の検出が可能となる。

ここで、複数の前記第１検出器が、平面上に２次元状に隣接して配置され、複数の前記第２検出器が、それぞれの中心位置が複数の第１検出器との中心位置とは異なる状態で、複数の前記第１検出器が配置された平面と平行な平面上において隣接して配置され、複数の前記第１検出器と複数の前記第２検出器とは隣接し、複数の前記第２検出器のそれぞれに対して、前記光検出器が設けられる態様とすることができる。

上記のように、複数の第１検出器と複数の第２検出器とが互いに平行な平面上にそれぞれ隣接して配置される構成とすることで、中性子線の分布を検出することが可能となる。また、複数の第１検出器と複数の第２検出器とが隣接配置していることで、第１検出器から放出された光も第２検出器に設けられた光検出器で好適に検出することができるため、簡単な構成で中性子線の分布を検出することが可能となる。

また、複数の前記光検出器による検出結果を分析する分析部を有し、前記分析部は、特定の時刻に各光検出器で検出した光の検出結果に基づいて、当該光の重心位置を算出する態様とすることができる。

上記のように、分析部において、特定の時刻に各光検出器で検出した光の検出結果に基づいて、当該光の重心位置を算出する構成とすることで、重心位置から光の放出源の位置を推定することが可能となる。

また、前記分析部は、前記光の重心位置に基づいて、前記光が前記第１検出器および前記第２検出器のいずれから放出されたかを特定する態様とすることができる。

上記のように、分析部において算出された光の重心位置に基づいて光が第１検出器および第２検出器のいずれから放出されたかを特定する構成とすることで、中性子線検出装置で検出した放射線の種類の特定をより精度良く行うことができる。

前記分析部は、複数の前記光検出器において検出された前記光の波高情報にも基づいて、前記光が前記第１検出器および前記第２検出器のいずれから放出されたかを特定する態様とすることができる。

上記のように、光検出器において検出された光の波高情報にも基づいて光が第１検出器および第２検出器のいずれから放出されたかを特定することで、中性子線検出装置で検出した放射線の種類の特定をより精度良く行うことができる。

本発明によれば、より簡単な構成で中性子線の検出が可能な中性子線検出装置が提供される。

中性子線検出装置を使用する中性子捕捉療法装置を示す概略図である。中性子線検出装置の概略図および中性子捕捉療法装置への取り付け状態を説明する図である。中性子線検出装置の動作について説明する図である。中性子線検出装置の分析部による分析結果の例を示す図である。中性子線検出装置の分析部による分析結果の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、中性子線検出装置を使用する中性子捕捉療法装置の概略図である。図１に示される中性子捕捉療法装置１は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Boron Neutron Capture Therapy）を用いたがん治療を行う装置である。中性子捕捉療法装置１では、例えばホウ素（^１０Ｂ）が投与された患者（被照射体）５０の腫瘍に中性子線Ｎを照射する。

中性子捕捉療法装置１は、サイクロトロン２を備えている。サイクロトロン２は、陰イオン等の荷電粒子を加速して、荷電粒子線Ｒを作り出す加速器である。本実施形態において、荷電粒子線Ｒは陰イオンから電荷を剥ぎ取って生成した陽子ビームである。陽子ビームは、加速された陰イオンがサイクロトロン２内でフォイルストリッパー等を用いて電子を剥ぎ取られることで生成され、サイクロトロン２から出射される。このサイクロトロン２は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｒを生成する能力を有している。なお、加速器は、サイクロトロンに限られず、シンクロトロンやシンクロサイクロトロン、ライナックなどであってもよい。

サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、中性子線生成部Ｍへ送られる。中性子線生成部Ｍは、ターゲット７、減速材９およびコリメータ１０からなる。サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒは、ビームダクト３を通り、ビームダクト３の端部に配置されたターゲット７へ向かって進行する。このビームダクト３に沿って複数の四極電磁石４、電流検出部５、および走査電磁石６が設けられている。複数の四極電磁石４は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｒのビーム軸調整やビーム径調整を行うものである。

電流検出部５は、ターゲット７に照射される荷電粒子線Ｒの電流値（つまり、電荷，照射線量率）を、荷電粒子線Ｒの照射中にリアルタイムで検出するものである。電流検出部５としては、例えば、荷電粒子線Ｒに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のＤＣＣＴ（DC Current Transformer）が用いられている。

走査電磁石６は、荷電粒子線Ｒを走査し、ターゲット７に対する荷電粒子線Ｒの照射制御を行うものである。この走査電磁石６は、荷電粒子線Ｒのターゲット７に対する照射位置を制御する。

中性子捕捉療法装置１は、荷電粒子線Ｒをターゲット７に照射することにより中性子線Ｎを発生させ、患者５０に向かって中性子線Ｎを出射する。中性子捕捉療法装置１は、ターゲット７、遮蔽体８、減速材９、コリメータ１０、ガンマ線検出部１１を備えている。

ターゲット７は、荷電粒子線Ｒの照射を受けて中性子線Ｎを生成するものである。ここでのターゲット７は、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）やリチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）により形成され、例えば直径１６０ｍｍの円板状を成している。なお、ターゲット７は、板状に限定されず、例えば、液状でもよい。

減速材９は、ターゲット７で生成された中性子線Ｎのエネルギーを減速させるものである。減速材９は、中性子線Ｎに含まれる速中性子を主に減速させる第１の減速材９Ａと、中性子線Ｎに含まれる熱外中性子を主に減速させる第２の減速材９Ｂと、からなる積層構造を有している。

遮蔽体８は、発生させた中性子線Ｎ、および当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等を外部へ放出されないよう遮蔽するものである。遮蔽体８は、減速材９を囲むように設けられている。遮蔽体８の上部および下部は、減速材９より荷電粒子線Ｒの上流側に延在しており、これらの延在部にガンマ線検出部１１が設けられている。

コリメータ１０は、中性子線Ｎの照射野を整形するものであり、中性子線Ｎが通過する開口１０ａを有する。コリメータ１０は、例えば中央に開口１０ａを有するブロック状の部材である。

ガンマ線検出部１１は、荷電粒子線Ｒの照射により中性子線生成部Ｍから発生するガンマ線を、中性子線の生成中（すなわち、患者５０への中性子線Ｎの照射中）にリアルタイムで検出するものである。ガンマ線検出部１１としては、シンチレータや電離箱、その他様々なガンマ線検出機器を採用することができる。本実施形態において、ガンマ線検出部１１は、ターゲット７の周囲で減速材９より荷電粒子線Ｒの上流側に延在する遮蔽体８の上部および下部の内側にそれぞれ配置されている。なお、ガンマ線検出部１１を備えていない構成でもよい。

また、中性子捕捉療法装置１は、図示しない制御部を備えている。制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される電子制御ユニットであり、中性子捕捉療法装置１を総合的に制御する。

本実施形態に係る中性子線検出装置は、上記の中性子捕捉療法装置１における中性子線の分布およびその強度を検出するために用いられる。そのため、図２に示すように、中性子線検出装置２０は、複数の第１検出器２１と、複数の第２検出器２２と、複数の第２検出器２２それぞれに取り付けられる複数のライトガイド２３と、光検出器２４と、光検出器２４において検出された光の光量等に基づいて中性子線の分布を算出する分析部２５と、を有している。

中性子線検出装置２０は、コリメータ１０を通過して出射される中性子線Ｎの分布を測定するために用いられる。また、中性子線検出装置２０は、患者５０への中性子線Ｎの照射中ではなく、照射前または中性子捕捉療法装置１のメンテナンス時等に使用される。したがって、中性子線検出装置２０は、図２に示すように、コリメータ１０よりも下流側（患者５０が載置される側）において、コリメータ１０の開口１０ａを塞ぐように取り付けられる。

第１検出器２１および第２検出器２２として、いずれもシンチレータを用いることができる。シンチレータは、入射した放射線（中性子線Ｎ、ガンマ線）を光に変換する蛍光体である。シンチレータは、入射した放射線の線量に応じて内部結晶が励起状態となり、シンチレーション光を発生させる。ただし、第１検出器２１および第２検出器２２は、発光する放射線の種類が互いに異なる。具体的には、第１検出器２１は、ガンマ線が入射した場合には光を放出するが、中性子線Ｎが入射しても光を放出しないという特徴を有する。一方、第２検出器２２は、少なくとも中性子線Ｎが入射した場合には光を放出するという特徴を有する。ただし、第２検出器２２は、中性子線Ｎに加えてガンマ線が入射した場合にも光を放出する構成であってもよい。

なお、本実施形態における「光を放出する」とは、光検出器２４において検出可能な程度の光を放出することをいう。また、「光を放出しない」とは、光検出器２４において光が検出されない状態をいう。したがって、光検出器で検出が不可能な程度の光が放出されている場合についても「光を放出しない」ということができる。

第２検出器２２には、^６Ｌｉガラスシンチレータ、ＬｉＣＡＦシンチレータ、^６ＬｉＦを塗布したプラスチックシンチレータ、^６ＬｉＦ／ＺｎＳシンチレータ等を採用できる。上記の第２検出器として用いられるシンチレータはいずれも中性子線Ｎおよびガンマ線に対して光を放出する（感度を有する）シンチレータである。一方、第１検出器２１には、中性子線に対して光を放出しない（感度を有しない）、上記のシンチレータとは異なる公知のシンチレータを採用できる。

複数の第１検出器２１は、所定の平面上に２次元状に配置される。本実施形態では、第１検出器２１は、放射線の出射方向（本実施形態の場合は、中性子線Ｎの出射方向（荷電粒子線Ｒのビーム軸）に対応する）に対して直交する方向に延在する平面上に２次元状に配置される。また、隣り合う第１検出器２１の隙間をより小さくすることで、中性子線Ｎの分布をより好適に検出することができる。

また、複数の第２検出器２２は、所定の平面上に２次元状に配置される。本実施形態では、第２検出器２２も、複数の第１検出器と同様に、中性子線Ｎの出射方向（荷電粒子線Ｒのビーム軸）に対して直交する方向に延在する平面上に２次元状に配置される。また、隣り合う第２検出器２２の隙間をより小さくすることで、中性子線Ｎの分布をより好適に検出することができる。

第２検出器２２は、第１検出器２１よりも下流側、すなわち、放射線の放出源（本実施形態の場合は、ターゲット７）よりも遠方となる位置に配置される。また、本実施形態では、第１検出器２１と第２検出器２２とは互いに平行な平面上に配置される。また、第１検出器２１と第２検出器２２とは、放射線の出射方向に沿って見たときに、隣接して（隙間がない状態で）配置される。第１検出器２１と第２検出器２２とを隣接して配置する構成とすることで、第１検出器２１から放出された光の検出を好適に行うことができる。

また、第１検出器２１と第２検出器２２とは、放射線の放出源から見た場合に中心位置が互いに異なる位置に配置される。第１検出器２１および第２検出器２２がシンチレータであり、両者の大きさが同じ場合、放射線の放出源から見た場合に中心位置が互いに異なるように第１検出器２１と第２検出器２２とを配置すると、図２に示すように、隣接する第１検出器２１同士の境界と、隣接する第２検出器２２同士の境界と、が放射線の放出源から見た場合に互いに異なる位置となる。このように、第１検出器２１および第２検出器２２の中心位置が放射線の放出源から見た場合に互いに異なる構成とすることで、後述の分析部２５によりどの検出器において光を放出したかの特定が容易となるが、詳細は後述する。

ライトガイド２３は、第２検出器２２で生じた光を伝達する部材である。ライトガイド２３は、光ファイバによって構成されている。ライトガイド３２は、例えば、フレキシブルな光ファイバの束などから構成されていてもよい。なお、ライトガイド２３は、複数の第２検出器２２それぞれに対して接続されている。複数の第２検出器２２それぞれにおいて放出した光が、複数のライトガイド２３により個別に伝達される。

光検出器２４は、ライトガイド２３を通じて伝達された光を検出するものである。光検出器２４は、複数のライトガイド２３それぞれに対して接続されている。したがって、複数の第２検出器２２のそれぞれに対して、ライトガイド２３および光検出器２４が設けられることになる。光検出器２４としては、例えば光電子増倍管や光電管など各種の光検出機器を採用することができる。光検出器２４は、光検出時に電気信号（検出信号）を分析部２５に出力する。

分析部２５は、複数の光検出器２４から送信される電気信号に基づいて、第２検出器２２において検出された光の強度および分布を算出する機能を有する。

本実施形態に係る中性子線検出装置２０では、放出線の放出源側に配置される複数の第１検出器２１にはライトガイド２３および光検出器２４が接続されていない。しかしながら、第１検出器２１による光の放出についても、複数の第２検出器２２およびライトガイド２３を経て、第２検出器２２に対して設けられたた光検出器２４を利用して検出する。このような構成とすることで、複数の第２検出器２２に接続されたライトガイド２３および光検出器２４を利用して、分析部２５において中性子線Ｎおよびガンマ線を区別して検出することができる。この点について、図３および図４を参照しながら説明する。

まず、図３（Ａ）では、ガンマ線の入射に伴い第１検出器２１が光を放出した状態を示している。図３（Ａ）では、簡単のために、複数の第１検出器２１のうちの１つの第１検出器２１Ａのみを示していて、隣接する他の第１検出器２１は省略をしている。また、図３（Ａ）では、複数の第２検出器２２のうち、放出線の放出源側から見たときに第１検出器２１Ａに対して後方（下流側）に配置される４つの第２検出器２２Ａ〜２２Ｄのみを示している。また、第２検出器２２Ａ〜２２Ｄに対してライトガイド２３Ａ〜２３Ｄが接続されている。

図３（Ａ）では、ガンマ線Ｇが第１検出器２１Ａに入射した状態を示している。この場合、ガンマ線Ｇの入射に伴い、第１検出器２１Ａが光を放出する。この光の一部は、後段の第２検出器２２Ａ〜２２Ｄを介して、第２検出器２２Ａ〜２２Ｄに接続されたライトガイド２３Ａ〜２３Ｄに入射する。そして、これらの光は、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄの後段の光検出器２４において電気信号に変換されて分析部２５において検出される。第１検出器２１Ａの中心位置は、第２検出器２２Ａ〜２２Ｄの中心位置と互いに異なる位置に設けられているため、第１検出器２１Ａから放出された光は、第２検出器２２Ａ〜２２Ｄを経て、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄに対して分散して入射することになる。ガンマ線Ｇの入射に伴って第１検出器２１Ａから放出される光のエネルギーは、中性子線Ｎの入射に伴って第２検出器２２Ａ〜２２Ｄから放出される光のエネルギーよりも小さい。また、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄのそれぞれに対して、第１検出器２１Ａで放出された光の一部が入射することになる。そのため、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄのそれぞれに入射する光の光量は第２検出器２２Ａ〜２２Ｄが光を放出した場合と比較して小さくなる。

複数の第１検出器２１が互いに隣接した状態で平面上に２次元配置されている場合、放射線源からのガンマ線Ｇは２次元配置された第１検出器２１のうちのいずれかに入射する。

図３（Ｂ）では、中性子線Ｎが第２検出器２２Ｂに入射した状態を示している。この場合、中性子線Ｎの入射に伴い、第２検出器２２Ｂが光を放出する。この光は、主に第２検出器２２Ｂに接続されたライトガイド２３Ｂに入射し、ライトガイド２３Ｂの後段の光検出器２４において電気信号に変換されて分析部２５において検出される。第２検出器２２Ｂが光を放出した場合、第２検出器２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄに接続されるライトガイド２３Ａ，２３Ｃ，２３Ｄに対してもその一部が入射する可能性はあるが、その光量は非常に小さくなる。

複数の第２検出器２２が互いに隣接した状態で平面上に２次元配置されている場合、放射線源からの中性子線Ｎは２次元配置された第１検出器２１を通過し、複数の第２検出器２２のうちのいずれかに入射する。

このように、中性子線検出装置２０では、第１検出器２１および第２検出器２２のどちらが光を放出した場合でも、複数の第２検出器２２に接続された複数のライトガイド２３に入射する光を検出することができる。また、第１検出器２１および第２検出器２２のどちらが光を放出したかによって上記のように複数のライトガイド２３に入射する光の光量やその分散具合が異なる。分析部２５では、どのライトガイド２３に光が入射したか、および、その分散に基づいて、どの検出器が光を放出したかを特定する。

分析部２５では、光を検出した光検出器２４に接続されたライトガイド２３の位置情報と、その光量とに基づいて、光の放出源の位置を特定する。複数の第２検出器２２に接続された光検出器２４において検出された光に関する分析を行うことで、放出源の位置を特定することができる。第１検出器２１または第２検出器２２から放出された光は、複数のライトガイド２３に対してほぼ同時に入射すると想定される。したがって、分析部２５では、各光検出器２４から送信される電気信号の送信タイミングから、当該電気信号が、特定の光の放出源から放出された同一の光を検出しているものであるかを特定することができる。分析部２５では、特定の時刻に検出された、特定の光の放出源から放出された同一の光に係る電気信号について、その重心位置を求め、算出された重心位置を光の放出源の位置を示す情報とする。なお、重心位置の算出の際には、複数の第２検出器２２に接続された光検出器２４で検出された光の光量を考慮しなくてもよいが、光量を考慮して重心位置の算出を行うと、重心位置の算出精度が向上する。

例えば、図３（Ａ）に示すように、ガンマ線Ｇの入射に伴い第１検出器２１Ａが光を放出した場合、第２検出器２２Ａ〜２２Ｄに接続されたライトガイド２３Ａ〜２３Ｄにそれぞれ入射し、それぞれ光検出器２４により電気信号に変換されて分析部２５に出力される。したがって、分析部２５では、この電気信号から、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄに対して特定の放出源から放出された同一の光が入射したことを特定することができる。したがって、このライトガイド２３Ａ〜２３Ｄに入射した光に係る電気信号の強度を示す情報と、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄ（光が入射する側の端面）の位置情報と、を利用して、その重心位置を算出する。重心位置は、中性子線Ｎの出射方向（荷電粒子線Ｒのビーム軸）に対して直交する方向に延在する平面、すなわち、第１検出器２１および第２検出器２２の延在する面における重心位置として算出される。ここでは、第２検出器２２Ａ，２２Ｂが並ぶ方向をＸ軸とし、第２検出器２２Ｃ，２２Ａが並ぶ方向をＹ軸とし、各ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄ（光が入射する側の端面）の位置についても、ＸＹ座標で特定する。そうすると、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄに入射した光に係る電気信号の強度を示す情報、および、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄの位置情報から、上記のＸＹ平面における光の重心位置を算出することが可能となる。ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄに入射した光の強度がほぼ同じである場合、その重心位置は、ライトガイド２３Ａ〜２３Ｄの中心位置付近、すなわち、第１検出器２１に対応する位置となると考えられる。

一方、図３（Ｂ）のように中性子線Ｎの入射に伴い、第２検出器２２Ｂが光を放出し、他の第２検出器２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄが光を放出しなかった（ライトガイド２３Ａ，２３Ｃ，２３Ｄに光が入射しなかった）場合、分析部２５において上記の計算を行うと、光の重心位置はライトガイド２３Ｂの位置付近、すなわち、第２検出器２２Ｂに対応する位置となる。

図４は、分析部２５における分析結果をＸＹ平面にプロットした例を示している。図４に示す複数の点Ｐ１、複数の点Ｐ２に含まれる各点が、中性子線検出装置２０の第１検出器２１または第２検出器２２から放出された光のそれぞれの重心位置、すなわち、光の放出源を示す情報となる。図４に示すように、複数の点Ｐ１および複数の点Ｐ２は互いに異なる集団として区別することができる。また、図４に示す複数の点Ｐ１の集団が形成されている位置（ＸＹ座標）が第１検出器２１に対応し、複数の点Ｐ２の集団が形成されている位置が第２検出器２２Ｂに対応しているとする。この場合、複数の点Ｐ１に対応する光は第１検出器２１から放出された光であり、複数の点Ｐ２に対応する光は、第２検出器２２Ｂから放出された光である、と判断することができる。また、図４では省略をしているが、第２検出器２２Ａに対応する領域Ｃ１、第２検出器２２Ｃに対応する領域Ｃ２、および、第２検出器２２Ｄに対応する領域Ｃ３にも、複数の点による集団が形成されると考えられる。

このように、分析部２５では、複数の第１検出器２１および複数の第２検出器２２のいずれかが放出した光のそれぞれについて、複数の第２検出器２２に接続する複数のライトガイド２３に入射した光に係る電気信号から、光の放出源の位置を示す情報に対応する光の重心位置を算出する。分析部２５は、上記の光の放出源の位置を示す情報から、どの検出器が放出した光を検出しているかを特定することができる。分析部２５において、検出した光が、どの検出器が放出した光であるかを区別できるようになると、第１検出器２１および第２検出器２２で検出された光の情報を組み合わせて分析することで、中性子線の検出を精度よく行うことができ、中性子線の線量分布をより正確に得ることができる。

上述したように、第１検出器２１および第２検出器２２は、発光する放射線の種類が互いに異なる。中性子線Ｎが入射すると、第２検出器２２では光が放出されるが、第１検出器２１では光が放出されない。一方、ガンマ線が入射した場合、第１検出器２１および第２検出器２２の両方で光が放出される場合がある。そのため、第２検出器２２からの光を検出するのみでは、中性子線Ｎとガンマ線との弁別が困難である場合がある。そこで、第１検出器２１のようにガンマ線に対して光を放出する検出器と、第２検出器２２のように中性子線Ｎに対して光を放出する検出器と、を並べて配置することは従来から検討されていた。しかしながら、中性子捕捉療法装置１における中性子線の線量分布を測定する場合のように、特に面的な測定をする場合には、複数の検出器を例えば２次元配置した状態で中性子線の測定を行う必要があるが、各検出器に対して、ライトガイドおよび光検出器のように放出した光を検出するための出力回路を設ける必要があるため、出力回路の取り回し等が困難となり装置が複雑化する可能性がある。また、出力回路の取り回しのために検出器同士を隣接して配置することが困難となるため、装置全体としての測定精度も低下する可能性がある。

そこで、本実施形態に係る中性子線検出装置２０では、まず、第１検出器２１と第２検出器２２とを組み合わせることで、中性子線とガンマ線とを含む放射線が照射される環境下において中性子線を区別して検出することが可能となっている。また、中性子線検出装置２０では、第１検出器２１が放出した光および第２検出器２２が放出した光が光検出器２４により検出可能とされている。そして、第１検出器２１の中心位置と第２検出器２２の中心位置とが互いに異なるように配置されている。そのため、光検出器２４における検出結果から第１検出器２１および第２検出器２２のどちらが放出した光であるかを区別することが可能となっている。したがって、第１検出器２１に対して光検出器を取り付けなくても、第１検出器２１が放出した光および第２検出器２２が放出した光を光検出器２４で検出することができるため、光検出器２４の数を減らすことができるため、より簡単な構成で中性子線の検出が可能となる。

また、中性子線検出装置２０では、複数の第１検出器２１と複数の第２検出器２２とが互いに平行な平面上にそれぞれ隣接して配置される構成となっている。このような構成とすることで、中性子線検出装置２０を利用して、中性子線の分布を検出することが可能となる。また、複数の第１検出器２１と複数の第２検出器２２とが隣接配置していることで、第１検出器２１から放出された光も第２検出器２２に設けられた光検出器２４で好適に検出することができるため、簡単な構成で中性子線の分布を検出することが可能となる。

また、中性子線検出装置２０では、分析部２５において、特定の時刻に各光検出器で検出した光の検出結果に基づいて、当該光の重心位置を算出する。このような構成とすることで、算出された重心位置から光の放出源の位置を推定することが可能となる。

そして、分析部２５において算出された光の重心位置に基づいて光が第１検出器２１および第２検出器２２のいずれから放出されたかを特定する構成とすることで、中性子線検出装置２０で検出した放射線の種類の特定をより精度良く行うことができる。

なお、光検出器２４では、第１検出器２１または第２検出器２２が放出した光の波高（強度）に係る情報も取得される。したがって、分析部２５では、上記で説明した光の重心位置に加えて、光の波高情報も利用して、光が第１検出器２１および第２検出器２２のいずれから放出されたかを特定する構成とすることができる。

図５は、図４徒同様に分析部２５における分析結果ＸＹ平面にプロットし、さらに、各点について、各光検出器２４で検出された波高情報をＺ軸に当てはめた例を示している。図５では、図４と同様に、複数の点Ｐ１および複数の点Ｐ２は互いに異なる集団として区別することができる。さらに、図５では、波高情報に基づいても、複数の点Ｐ１の集団が形成されている位置と、複数の点Ｐ２の集団が形成されている位置と、を明確に区別することができる。第１検出器２１から放出される光は、基本的にガンマ線由来の光であるが、このガンマ線由来の光の波高は中性子線由来の光の波高よりも小さい。さらに、第１検出器２１から放出される光は、第２検出器２２を介してライトガイド２３に入射して光検出器２４に到達するため、その点からも波高（強度）が小さくなる。また、第２検出器２２Ａに対応する領域Ｃ１、第２検出器２２Ｃに対応する領域Ｃ２、および、第２検出器２２Ｄに対応する領域Ｃ３も、複数の点Ｐ２の集団と同程度の波高となると想定される。このように、光の波高情報も利用して、光が第１検出器２１および第２検出器２２のいずれから放出されたかを特定する構成とすると、中性子線検出装置２０で検出した放射線の種類の特定をより精度良く行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施形態では、第１検出器２１および第２検出器２２がそれぞれ複数設けられている場合について説明したが、第１検出器２１および第２検出器２２の数は１以上であればよく、適宜変更することができる。また、ライトガイド２３および光検出器２４の配置等は適宜変更することができる。

また、ライトガイド２３を設けず、第２検出器２２の後段に光検出器２４を直接設けてもよい。その場合には、第２検出器２２Ａ〜２２Ｄに対して複数の光検出器２４がそれぞれ接続されていることになる。このような構成の場合、複数の第２検出器２２に接続する複数の光検出器２４に入射した光に係る電気信号から、光の放出源の位置を示す情報に対応する光の重心位置を算出することになる。このように、ライトガイド２３は省略してもよい。

また、上記実施形態では、中性子線検出装置を中性子捕捉療法装置１に適用しているが、中性子線検出装置の用途は限定されない。例えば、原子炉の運転状態を監視するモニタとして、本発明の中性子線検出装置を適用してもよい。また、物理実験で使用される加速中性子を測定する際に本発明の中性子線検出装置を使用してもよい。また、非破壊検査用の中性子照射装置において、本発明の中性子線検出装置を使用してもよい。

１…中性子捕捉療法装置、１０…コリメータ、２０…中性子線検出装置、２１…第１検出器、２２…第２検出器、２３…ライトガイド、２４…光検出器、２５…分析部。

Claims

ガンマ線が入射することで光を放出し、中性子線が入射しても光を放出しない第１検出器と、
中性子線が入射することで光を放出する第２検出器と、
前記第２検出器から放出された光を検出する光検出器と、
を有し、
前記第１検出器は、前記第２検出器よりも放射線の放出源側において前記第２検出器に隣接し、且つ、前記放射線の放出源側から見て、前記第１検出器の中心位置と前記第２検出器の中心位置とが互いに異なるように配置され、
前記第１検出器から放出された光は、前記第２検出器を介して前記光検出器によって検出可能である、中性子線検出装置。
複数の前記第１検出器が、平面上に２次元状に隣接して配置され、
複数の前記第２検出器が、それぞれの中心位置が複数の第１検出器との中心位置とは異なる状態で、複数の前記第１検出器が配置された平面と平行な平面上に隣接して配置され、
複数の前記第１検出器と複数の前記第２検出器とは隣接し、
複数の前記第２検出器のそれぞれに対して、前記光検出器が設けられる、請求項１記載の中性子線検出装置。
複数の前記光検出器による検出結果を分析する分析部を有し、
前記分析部は、特定の時刻に各光検出器で検出した光の検出結果に基づいて、当該光の重心位置を算出する、請求項２に記載の中性子線検出装置。
前記分析部は、前記光の重心位置に基づいて、前記光が前記第１検出器および前記第２検出器のいずれから放出されたかを特定する、請求項３に記載の中性子線検出装置。
前記分析部は、複数の前記光検出器において検出された前記光の波高情報にも基づいて、前記光が前記第１検出器および前記第２検出器のいずれから放出されたかを特定する、請求項４に記載の中性子線検出装置。