JP2021156583A - Optical fiber type radiation monitor and application method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバ式放射線モニタ及びその使用方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber radiation monitor and a method of using the same.
放射線モニタは、原子力発電プラント、医療用の放射線検査や放射線治療などの用途において、必須の計測装置である。これらの用途において、放射線量の計測には、安定性や再現性が良好な電離箱が広く使用されている。 Radiation monitors are indispensable measuring devices in applications such as nuclear power plants, medical radiological examinations and radiation therapy. In these applications, ionization chambers with good stability and reproducibility are widely used for measuring radiation dose.
特に、放射線治療時の患者体内の放射線量を計測する場合には、低侵襲性であることが重要であり、センサの小型化や電圧の印加が不要なセンサが重要である。また、原子力発電プラントの過酷環境下で放射線量を計測する場合にも、計測場所の制限などから、センサの小型化や電圧の印加が不要なセンサが重要である。 In particular, when measuring the amount of radiation in a patient during radiotherapy, it is important that the sensor is minimally invasive, and a sensor that does not require miniaturization of the sensor or application of voltage is important. Further, even when measuring the radiation amount in the harsh environment of a nuclear power plant, it is important to have a sensor that does not require miniaturization of the sensor or application of voltage due to restrictions on the measurement location.
近年、電離箱に代わり、放射線量の計測に、小型化が比較的容易な半導体検出器が使用されている。しかし、半導体検出器であっても、信号処理系までを含めると、小型化には限界があり、また、半導体検出器は、電圧の印加が必要である。 In recent years, instead of ionization chambers, semiconductor detectors, which are relatively easy to miniaturize, have been used for measuring radiation levels. However, even if it is a semiconductor detector, there is a limit to miniaturization including the signal processing system, and the semiconductor detector needs to apply a voltage.
そこで、センサにシンチレータ素子を使用し、シンチレータ素子から発生する光子を光ファイバにより伝送し、遠隔にて放射線量を計測する光ファイバ式放射線モニタが開発されている。光ファイバ式放射線モニタは、センサの小型化が可能であると共に、センサへの電圧の印加も不要である。このように、光ファイバ式放射線モニタは、放射線治療時の患者体内の放射線量を計測する場合や原子力発電プラントの過酷環境下で放射線量を計測する場合にも好適である。 Therefore, an optical fiber type radiation monitor has been developed in which a scintillator element is used as a sensor, photons generated from the scintillator element are transmitted by an optical fiber, and the radiation amount is measured remotely. In the optical fiber type radiation monitor, the sensor can be miniaturized and it is not necessary to apply a voltage to the sensor. As described above, the optical fiber type radiation monitor is also suitable for measuring the radiation amount in the patient's body at the time of radiotherapy or for measuring the radiation amount in the harsh environment of the nuclear power plant.
一方、光ファイバ式放射線モニタを、放射線治療時の患者体内の放射線量を計測する場合や原子力発電プラントの過酷環境下で放射線量を計測する場合に使用する際には、高精度な計測が要求されると共に、センサの劣化を考慮して、補正が必要であり、定期的な校正が必要である。 On the other hand, when using an optical fiber type radiation monitor to measure the radiation amount inside the patient during radiotherapy or when measuring the radiation amount in the harsh environment of a nuclear power plant, high-precision measurement is required. At the same time, correction is required in consideration of deterioration of the sensor, and periodic calibration is required.
こうした本技術分野の背景技術として、特開2018−36204号公報(特許文献1)がある。特許文献1には、所定の波長の光を発生する放射線検出素子を有する放射線検出部と、所定の波長と相違する波長の光を発生する発光部と、所定の波長の光を透過させ、所定の波長の光と相違する波長の光を遮断する波長選択部と、光を伝送する光ファイバと、波長選択部を透過した光を電気パルスに変換する光検出部と、電気パルスの計数率を計数する計数装置と、計数率と発光部の光の強度とに基づいて、少なくとも発光部の劣化の有無を判定する解析表示装置と、を有する放射線モニタが記載されている(要約参照)。
As a background technique in this technical field, there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-36204 (Patent Document 1).
特許文献1には、所定の波長の光を発生する放射線検出部と、所定の波長と相違する波長の光を発生する発光部と、所定の波長の光を透過させ、所定の波長の光と相違する波長の光を遮断する波長選択部(光フィルタ)と、を有する光ファイバ式放射線モニタが記載されている。つまり、特許文献1に記載されている光ファイバ式放射線モニタは、光の伝送路に光フィルタを設置する。
しかし、特許文献1には、光の伝送路に光フィルタを設置することにより、光検出部(光電変換器)に伝送される光の強度が減衰し、モニタリングの感度が低下する可能性については記載されていない。
However,
そこで、本発明は、光電変換器に伝送される光の強度の減衰を抑制し、モニタリングの感度が低下することがなく、高精度に放射線量を計測する光ファイバ式放射線モニタ及び使用方法を提供する。 Therefore, the present invention provides an optical fiber type radiation monitor and a usage method that suppresses attenuation of the intensity of light transmitted to the photoelectric converter, does not reduce the monitoring sensitivity, and measures the radiation amount with high accuracy. do.
上記した課題を解決するため、本発明の光ファイバ式放射線モニタは、入射する放射線の放射線量に依存するフォトンを発生するセンサと、センサが発生するフォトンを伝送する光ファイバと、光ファイバが伝送するフォトンを電気信号に変換する光電変換器と、光電変換器が変換する電気信号を計数し、電気信号の計数値を出力する計数装置と、センサに、光ファイバを介して、レーザ光を照射する発光部と、発光部が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御し、レーザ光照射タイミング信号を出力する発光タイミング制御部と、発光タイミング制御部が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、計数装置が出力する電気信号の計数値を受取り、レーザ光照射タイミング信号と電気信号の計数値とに基づいて、補正データを作成し、放射線量を計測する場合には、電気信号の計数値と補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量又は放射線の線量率を算出する補正装置と、放射線量又は放射線の線量率を表示する表示装置と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, in the optical fiber type radiation monitor of the present invention, a sensor that generates photons depending on the amount of incident radiation, an optical fiber that transmits photons generated by the sensor, and an optical fiber transmit the signal. The photoelectric converter that converts the photons to be converted into an electric signal, the counting device that counts the electric signal converted by the photoelectric converter and outputs the counted value of the electric signal, and the sensor are irradiated with laser light via an optical fiber. The light emitting unit, the light emitting timing control unit that controls the laser light irradiation timing of the laser light emitted by the light emitting unit, and outputs the laser light irradiation timing signal, and the light emitting timing control unit that receives the laser light irradiation timing signal output by the light emitting timing control unit. When receiving the count value of the electric signal output by the counting device, creating correction data based on the laser beam irradiation timing signal and the count value of the electric signal, and measuring the radiation amount, the count value of the electric signal is used. It is characterized by having a correction device that performs correction processing based on the correction data and calculates a radiation amount or a dose rate of radiation, and a display device that displays the radiation amount or the dose rate of radiation.
また、上記した課題を解決するため、本発明の光ファイバ式放射線モニタの使用方法は、センサにて、入射する放射線の放射線量に依存するフォトンを発生する発生工程と、光ファイバにて、センサが発生するフォトンを伝送する伝送工程と、光電変換器にて、光ファイバが伝送するフォトンを電気信号に変換する変換工程と、計数装置にて、光電変換器が変換する電気信号を計数し、電気信号の計数値を出力する計数工程と、発光部にて、光ファイバを介して、センサにレーザ光を照射する照射工程と、発光タイミング制御部にて、発光部が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御し、レーザ光照射タイミング信号を出力する制御工程と、補正装置にて、発光タイミング制御部が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に計数されるフォトン数に基づいて、補正データを作成する作成工程と、放射線量を計測する場合には、補正装置にて、電気信号の計数値と補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量又は放射線の線量率を算出する演算工程と、を有することを特徴とする。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the method of using the optical fiber type radiation monitor of the present invention includes a generation step of generating photons depending on the radiation amount of the incident radiation in the sensor and a sensor in the optical fiber. A transmission process for transmitting photons generated by A counting step that outputs the count value of an electric signal, an irradiation step that irradiates a sensor with laser light via an optical fiber at the light emitting unit, and a laser of laser light that the light emitting unit irradiates at the light emitting timing control unit. When the light irradiation timing is controlled and the laser light irradiation timing signal is output, and the correction device receives the laser light irradiation timing signal output by the light emission timing control unit and the sensor light emission is attenuated after the laser light is irradiated. The creation process of creating correction data based on the number of photons to be counted, and when measuring the radiation dose, the correction device performs correction processing based on the count value of the electric signal and the correction data. It is characterized by having a calculation step of calculating a radiation amount or a dose rate of radiation.
本発明によれば、光電変換器に伝送される光の強度の減衰を抑制し、モニタリングの感度が低下することがなく、高精度に放射線量を計測する光ファイバ式放射線モニタ及び使用方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an optical fiber type radiation monitor and a method of using it, which suppresses attenuation of the intensity of light transmitted to a photoelectric converter, does not reduce monitoring sensitivity, and measures radiation amount with high accuracy. can do.
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により明らかにされる。 Issues, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the explanation of the examples below.
以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. The substantially same or similar configurations are designated by the same reference numerals, and when the explanations are duplicated, the explanations may be omitted.
まず、実施例1に記載する放射線モニタ1の構成を説明する。
First, the configuration of the
図1は、実施例1に記載する放射線モニタ1の構成を説明する説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the
実施例1に記載する放射線モニタ1は、光ファイバ式放射線モニタ(以下「放射線モニタ」と呼称する。)である。
The
放射線モニタ1は、センサ10、光ファイバ20、光電変換器30、計数装置40、発光部50、発光タイミング制御部60、補正装置70、及び表示装置80を有する。
The
センサ10は、入射する放射線の放射線量に依存(相当)する光子(以下「フォトン」と呼称する。)を発生する放射線発光素子を有する。放射線発光素子は、放射線が入射されることにより、フォトンを発生する。つまり、センサ10は、放射線が入射されることにより、入射する放射線の放射線量に依存するフォトンを発生(発光又は蛍光)する。
The
そして、センサ10に入射する放射線の放射線量と、センサ10が発生するフォトンの数(フォトン数)とは、線形性を有する。つまり、センサ10に入射する放射線の線量率と、センサ10が発生する単位時間当たりのフォトン数(以下「フォトン計数率」と呼称する。)とは、線形性を有する。
Then, the radiation amount of the radiation incident on the
放射線発光素子に使用される放射線発光材料は、例えば、母材として、透明イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)などの材料を有し、この材料に、添加物として、イッテルビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムなどの少なくとも1種類以上の希土類元素を有する。 The radiation emitting material used for the radiation emitting element has, for example, a material such as transparent yttrium aluminum garnet (YAG) as a base material, and ytterbium, neodymium, cerium, praseodymium and the like as additives to this material. Has at least one or more rare earth elements.
このように、放射線発光素子が、少なくとも1種類以上の希土類元素を有することにより、センサ10に入射する放射線の線量率とフォトン計数率との線形性を、更に向上させることができる。そして、放射線モニタ1に、高い線量率の放射線が入射する場合であっても、放射線の線量率とフォトン計数率との線形性を維持し、放射線の線量率を正確に計測することができる。
As described above, when the radiation emitting element has at least one kind of rare earth element, the linearity between the dose rate of the radiation incident on the
また、放射線発光素子に、一般式(1)に示される放射線発光材料を、使用してもよい。 Further, the radiation emitting material represented by the general formula (1) may be used for the radiation emitting element.
ATaO4:B・・・・・一般式(1)
一般式(1)において、A及びBは、4f−4f電子遷移を有する希土類元素であり、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Tbの少なくとも1種類以上の希土類元素である。
ATaO 4 : B ... General formula (1)
In the general formula (1), A and B are rare earth elements having 4f-4f electron transitions, and at least one of Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Tb. It is a rare earth element.
そして、放射線発光材料に添加される添加物Bの質量は、放射線発光材料の総質量に対して、1×10-3〜30質量%であることが好ましい。これにより、センサ10の発光強度を向上させることができる。
The mass of the additive B added to the radiation emitting material is preferably 1 × 10 -3 to 30% by mass with respect to the total mass of the radiation emitting material. Thereby, the light emission intensity of the
一般式(1)に示される放射線発光材料は、高密度の母材ATaO4及び添加物Bが、4f−4f電子遷移を有する希土類元素を有することにより、放射線の入射により母材ATaO4に付与するエネルギーが、高効率で添加物Bの励起エネルギーに使用される。これにより、センサ10の感度を向上させることができる。
In the radiation emitting material represented by the general formula (1), the high-density base material ATaO 4 and the additive B have a rare earth element having a 4f-4f electron transition, so that the base material ATaO 4 is imparted by radiation. The energy to be used is used for the excitation energy of the additive B with high efficiency. Thereby, the sensitivity of the
光ファイバ20は、センサ10と光電変換器30とを接続する。光ファイバ20は、センサ10が発生するフォトンを、光電変換器30に、伝送する。光ファイバ20は、例えば、石英やプラスチックなどにより、構成される。
The
光電変換器30は、光ファイバ20を介して、センサ10と接続する。光電変換器30は、伝送されるフォトンを電気信号(以下「電気パルス」と呼称する。)に変換する。光電変換器30は、光ファイバ20が伝送する1個1個のフォトンを、1個1個の電気パルスに、変換する。そして、光電変換器30は、1個のフォトンに対して、1個の電気パルスを発信する。
The
つまり、センサ10が発生するフォトン数と、光電変換器30が発信する電気パルス数とは、線形性を有する。そして、フォトン計数率と、光電変換器30が発信する単位時間当たりの電気パルス数(以下「電気パルス計数率」と呼称する。)とは、線形性を有する。
That is, the number of photons generated by the
光電変換器30には、例えば、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードなどが使用される。光電変換器30に、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードなどを使用することにより、伝送されるフォトンを、増幅した電気パルスに、変換することができる。
For the
計数装置40は、信号線を介して、光電変換器30と接続する。計数装置40は、発信される電気パルスを計数する。つまり、計数装置40は、発信される1個1個の電気パルスを計数し、計数装置40が計数する電気パルスの計数値(電気パルス数)を出力する。
The
放射線量を計測する場合には、センサ10、光ファイバ20、光電変換器30、及び計数装置40が使用され、事前に設定される一対一に対応する電気パルスの計数値(又は、電気パルス計数率)と放射線量(又は、放射線の線量率)との関係に基づいて、放射線量を計測する。
When measuring the radiation amount, a
一方、放射線量を計測する場合には、センサ10の劣化を考慮して、電気パルスの計数値(又は、電気パルス計数率)を補正(補正処理)する必要がある。
On the other hand, when measuring the radiation amount, it is necessary to correct (correction processing) the count value (or the electric pulse count rate) of the electric pulse in consideration of the deterioration of the
補正する場合には、センサ10、光ファイバ20、光電変換器30、計数装置40、発光部50、発光タイミング制御部60、及び補正装置70を使用する。
In the case of correction, the
発光部50は、例えば、レーザ光を発生するレーザ光発生装置であり、光ファイバ20を介して、センサ10と接続する。そして、発光部50は、光ファイバ20を介して、センサ10にレーザ光を照射する。つまり、発光部50が発生するレーザ光は、センサ10に照射され、センサ10は、レーザ光が照射されることにより、照射されるレーザ光に依存するフォトンを発生する。
The
そして、センサ10に照射されるレーザ光の強度と、フォトン数とは、線形性を有する。つまり、センサ10に照射されるレーザ光の強度と、フォトン計数率とは、線形性を有する。
The intensity of the laser beam applied to the
また、レーザ光のエネルギーは、センサ10が発生するフォトンのエネルギーよりも高い必要がある。つまり、レーザ光の波長は、センサ10が発生するフォトンの波長よりも短い必要がある。
Further, the energy of the laser beam needs to be higher than the energy of the photons generated by the
発光タイミング制御部60は、信号線を介して、発光部50と接続する。発光タイミング制御部60は、発光部50がレーザ光を発生する発光タイミング(レーザ光照射タイミング)、つまり、発光部50が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御し、発光タイミング信号(レーザ光照射タイミング信号)を出力する。
The light emitting
補正装置70は、信号線を介して、発光タイミング制御部60及び計数装置40と接続する。補正装置70は、発光タイミング制御部60から、発光タイミング制御部60が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、計数装置40から、計数装置40が出力する電気パルスの計数値を受取り、レーザ光照射タイミングと電気パルスの計数値とに基づいて、補正データを作成する。
The
また、補正装置70は、作成する補正データを記憶し、記憶する補正データを使用し、放射線量を計測する場合には、センサ10の劣化を考慮して、電気パルスの計数値(又は、電気パルス計数率)を補正する。
Further, the
また、補正装置70は、放射線量を計測する場合には、電気パルスの計数値と補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量(又は、放射線の線量率)を算出する。
Further, when measuring the radiation amount, the
なお、補正装置70は、演算処理を実施することができるものであれば、特に限定されず、補正装置70には、例えば、パーソナルコンピュータなどが使用される。
The
表示装置80は、放射線量(又は、放射線の線量率)を表示するものである。また、表示装置10は、センサ10の異常などを表示する。
The
次に、実施例1に記載するセンサ10に入射する放射線によるフォトンの発生過程を説明する。
Next, the process of generating photons due to the radiation incident on the
図2は、実施例1に記載するセンサ10に入射する放射線によるフォトンの発生過程を説明する概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a process of photon generation due to radiation incident on the
センサ10は、放射線rが入射されると、放射線rのエネルギーにより、センサ10における基底状態(エネルギー準位L1)の電子は、エネルギー準位の高い励起状態(エネルギー準位L3)に遷移する(図2中、矢印a1参照)。そして、エネルギー準位の高い励起状態(エネルギー準位L3)にある電子は、エネルギー準位の低い励起状態(エネルギー準位L2)に遷移する(図2中、矢印b1参照)。センサ10は、エネルギー準位L3とエネルギー準位L2とのエネルギーの差分に相当するエネルギーを有するフォトン(p)を発生する。
When the radiation r is incident on the
また、センサ10は、発光部50が発生するレーザ光が照射されると、レーザ光のエネルギーにより、センサ10におけるエネルギー準位L1の電子は、エネルギー準位L3に遷移する(図2中、矢印a1参照)。そして、エネルギー準位L3にある電子は、エネルギー準位L2に遷移する(図2中、矢印b1参照)。センサ10は、エネルギー準位L3とエネルギー準位L2とのエネルギーの差分に相当するエネルギーを有するフォトン(p)を発生する。
Further, when the
次に、実施例1に記載する放射線の線量率とフォトン計数率との関係を説明する。 Next, the relationship between the radiation dose rate and the photon counting rate described in Example 1 will be described.
図3Aは、実施例1に記載する放射線の線量率とフォトン計数率との関係を説明する説明図である。 FIG. 3A is an explanatory diagram illustrating the relationship between the radiation dose rate and the photon counting rate described in Example 1.
図3Aに示すように、放射線の線量率とフォトン計数率とは線形性(比例関係)を有する。 As shown in FIG. 3A, the radiation dose rate and the photon counting rate have a linearity (proportional relationship).
次に、実施例1に記載するフォトン計数率と電気パルス計数率との関係を説明する。 Next, the relationship between the photon counting rate and the electric pulse counting rate described in Example 1 will be described.
図3Bは、実施例1に記載するフォトン計数率と電気パルス計数率との関係を説明する説明図である。 FIG. 3B is an explanatory diagram illustrating the relationship between the photon counting rate and the electric pulse counting rate described in the first embodiment.
図3Bに示すように、フォトン計数率と電気パルス計数率とは線形性(比例関係)を有する。 As shown in FIG. 3B, the photon count rate and the electric pulse count rate have a linearity (proportional relationship).
このように、放射線の線量率とフォトン計数率との間には、一対一対の対応関係があり、また、フォトン計数率と電気パルス計数率との間には、一対一対の対応関係がある。つまり、放射線の線量率と電気パルス計数率との間にも、一対一対の対応関係がある。これにより、電気パルス計数率を、放射線の線量率に、換算することができる。 As described above, there is a one-to-pair correspondence between the radiation dose rate and the photon counting rate, and there is a one-to-pair correspondence between the photon counting rate and the electric pulse counting rate. That is, there is a one-to-pair correspondence between the radiation dose rate and the electric pulse count rate. Thereby, the electric pulse count rate can be converted into the radiation dose rate.
そして、放射線量を計測する場合には、放射線の線量率とフォトン計数率との関係(図3A参照)及びフォトン計数率と電気パルス計数率との関係(図3B参照)から、電気パルス計数率と放射線の線量率との関係を求め、事前に設定される一対一に対応する電気パルス計数率と放射線の線量率との関係に基づいて、放射線量を計測する。 When measuring the radiation amount, the electric pulse counting rate is based on the relationship between the radiation dose rate and the photon counting rate (see FIG. 3A) and the relationship between the photon counting rate and the electric pulse counting rate (see FIG. 3B). The relationship between the radiation dose rate and the radiation dose rate is obtained, and the radiation dose is measured based on the relationship between the preset one-to-one electric pulse count rate and the radiation dose rate.
次に、実施例1に記載するレーザ光の強度とフォトン数との関係を説明する。 Next, the relationship between the intensity of the laser beam described in Example 1 and the number of photons will be described.
図3Cは、実施例1に記載するレーザ光の強度とフォトン数との関係を説明する説明図である。 FIG. 3C is an explanatory diagram illustrating the relationship between the intensity of the laser beam described in Example 1 and the number of photons.
図3Cに示すように、レーザ光の強度とフォトン数とは線形性(比例関係)を有する。 As shown in FIG. 3C, the intensity of the laser beam and the number of photons have a linearity (proportional relationship).
センサ10の劣化を考慮して、電気パルス計数率を補正する場合には、次の(1)〜(4)の工程を実行する。
When the electric pulse count rate is corrected in consideration of the deterioration of the
(1)まず、事前に、劣化のないセンサ10に、所定の強度のレーザ光を照射し、フォトン数を計測し、レーザ光の強度とフォトン数との関係を把握する。この際、少なくとも2つの強度のレーザ光を照射することにより、比例関係(a)を把握することができる(図3Cのa参照)。そして、このフォトン数をフォトン計数率に変換する。
(1) First, the
そして、この比例関係(a)は、劣化のないセンサ10における、放射線の線量率とフォトン計数率との関係と、同様である。ここで、「劣化のないセンサ10」とは、センサ10の初期状態の意味である。
The proportional relationship (a) is similar to the relationship between the radiation dose rate and the photon counting rate in the
(2)次に、放射線量を計測する前のセンサ10に、所定の強度のレーザ光を照射し、フォトン数を計測し、レーザ光の強度とフォトン数との関係を把握する。この際、少なくとも2つの強度のレーザ光を照射することにより、比例関係(b)を把握することができる(図3Cのb参照)。そして、このフォトン数をフォトン計数率に変換する。
(2) Next, the
(3)次に、比例関係(a)と比例関係(b)とを比較する。センサ10の劣化により、比例関係(a)と比例関係(b)との傾き(比例定数)に差異が発生する。フォトン数をフォトン計数率に変換した場合も、同様に、レーザ光の強度に対するフォトン計数率の傾き(以下「フォトン計数率の傾き」と呼称する。)に差異が発生する。
(3) Next, the proportional relationship (a) and the proportional relationship (b) are compared. Due to the deterioration of the
つまり、放射線量を計測する前のセンサ10に、センサ10の劣化を、フォトン計数率の傾きの差異として、把握することができる。
That is, the deterioration of the
(4)最後に、フォトン計数率の傾きの差異に基づいて、電気パルス計数率を補正する。なお、フォトン計数率の傾きの差異、又は、フォトン計数率の傾きの差異から換算される電気パルス計数率の傾きの差異が、補正データである。 (4) Finally, the electric pulse count rate is corrected based on the difference in the slope of the photon count rate. The correction data is the difference in the slope of the photon counting rate or the difference in the slope of the electric pulse counting rate converted from the difference in the slope of the photon counting rate.
そして、放射線量を計測する場合には、例えば、計測される放射線の線量率から換算されるフォトン計数率に、補正データを積算し、電気パルス計数率を補正する。これにより、高精度に放射線量を計測することができる。 Then, when measuring the radiation amount, for example, the correction data is integrated with the photon counting rate converted from the measured radiation dose rate, and the electric pulse counting rate is corrected. This makes it possible to measure the radiation amount with high accuracy.
次に、実施例1に記載するレーザ光照射タイミング、センサ発光及び減衰計測を説明する。 Next, the laser light irradiation timing, the sensor light emission, and the attenuation measurement described in the first embodiment will be described.
図4は、実施例1に記載するレーザ光照射タイミング、センサ発光及び減衰計測を説明するタイムチャートである。 FIG. 4 is a time chart illustrating the laser light irradiation timing, sensor light emission, and attenuation measurement described in the first embodiment.
図4に示すタイムチャートは、発光部50で発生するレーザ光のレーザ光照射タイミングと、レーザ光が照射されることにより、センサ10がフォトンを発生するセンサ発光と、補正装置70が制御する減衰計測と、の関係を示すものである。
The time chart shown in FIG. 4 shows the laser beam irradiation timing of the laser beam generated by the
レーザ光は、パルス状(例えば、1μsのパルス幅)に、周期的(例えば、数ms間隔)に、センサ10に照射される(レーザ光照射タイミング)。
The laser light is irradiated to the
センサ10は、レーザ光が照射されることにより、フォトンを発生する(センサ発光)。センサ10が発生するフォトン数は、レーザ光の照射中にピークとなり、レーザ光の照射後(発光直後から)に減衰する。つまり、センサ10は、レーザ光の照射後も、発光が継続する。そして、例えば、センサ10の発光寿命(蛍光寿命)は、1μs以上であることが好ましく、放射線発光素子に、Nd(ネオジム):YAGを、使用する場合には、230μsである。
The
補正装置70は、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に、フォトン数を計数する(減衰計測)。センサ発光の減衰時にフォトン数を計数することにより、レーザ光の反射の影響、つまり、レーザ光の直接的な影響を受けることなく、正確にフォトン数を計測することができる。そして、高精度に放射線量を計測することができる。
The
このように、補正装置70は、発光タイミング制御部60からレーザ光照射タイミング信号を受取り、計数装置40から電気パルスの計数値を受取り、センサ発光の減衰時のフォトン数を計数し、補正データを作成する。つまり、補正データを作成する場合に、ノイズとなるレーザ光などを除去し、センサ発光のみを計測することにより、高精度に放射線量を計測することができる。
In this way, the
ここで、レーザ光を照射することにより発生するノイズには、レーザ光の主波長成分自体、高調波成分などの主波長成分以外のレーザ光、及びレーザ光が照射されることによる、光ファイバ20の発光などが考えられる。光の伝送路に光フィルタを設置する光ファイバ式放射線モニタは、波長の違いを利用して、ノイズを除去するものであるため、レーザ光自体を除去することはできるが、レーザ光の高調波成分や光ファイバ20の発光などは除去することができない場合がある。
Here, the noise generated by irradiating the laser light is the main wavelength component of the laser light itself, the laser light other than the main wavelength component such as the harmonic component, and the
実施例1によれば、こうした、従来、除去することができなかった、レーザ光を照射することにより発生する、ノイズを除去することができ、高精度に補正することができる。 According to the first embodiment, such noise that could not be removed in the past and that is generated by irradiating the laser beam can be removed and can be corrected with high accuracy.
なお、補正データは、オンライン及び/又はオフラインにて、作成することができる。 The correction data can be created online and / or offline.
また、補正装置70が、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時のフォトン数を計数するタイミング(計測タイミング)は、例えば、数msである。計測タイミングは、レーザ光照射タイミングの間隔よりは短く、センサ10の発光寿命よりは長い。これにより、正確にフォトン数を計測することができる。
Further, the timing (measurement timing) for the
つまり、計測タイミングは、補正データを作成するためのフォトン数を計測する期間(補正データ収集期間)である。 That is, the measurement timing is a period for measuring the number of photons for creating correction data (correction data collection period).
なお、補正装置70は、レーザ光照射タイミング信号及びパルス幅に基づき、予め設定される補正データ収集期間で、フォトン数を計測する。
The
このように、実施例1に記載される放射線モニタ1は、以下の構成要件を有する。
・入射する放射線の放射線量に依存するフォトンを発生する(発生工程)センサ10
・センサ10が発生するフォトンを伝送する(伝送工程)光ファイバ20
・光ファイバ20が伝送するフォトンを電気パルスに変換する(変換工程)光電変換器30
・光電変換器30が変換する電気パルスを計数し、電気パルスの計数値を出力する(計数工程)計数装置40
・センサ10に、光ファイバ20を介して、レーザ光を照射する(照射工程)発光部50
・発光部50が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御し、レーザ光照射タイミング信号を出力する(制御工程)発光タイミング制御部60
・発光タイミング制御部60が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、計数装置40が出力する電気パルスの計数値を受取り、レーザ光照射タイミング信号と電気パルスの計数値とに基づいて、補正データを作成する(作成工程)補正装置70
・放射線量(又は、放射線の線量率)を表示する(表示工程)表示装置80
そして、補正装置70は、放射線量を計測する場合には、計測される放射線の線量率から換算されるフォトン計数率と補正データとに基づいて、電気パルス計数率を補正する(補正工程)。
As described above, the radiation monitor 1 described in the first embodiment has the following constituent requirements.
-
-The
・
-Counting
-The
-The laser light irradiation timing of the laser light emitted by the
-Receives the laser light irradiation timing signal output by the light emission
-
Then, when measuring the radiation amount, the
更に、補正装置70は、補正データを作成する場合には、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に、計数されるフォトン数に基づいて、補正データを作成する(作成工程)。
Further, when the
また、補正装置70は、放射線量を計測する場合には、電気パルスの計数値と補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量(又は、放射線の線量率)を算出する(演算工程)。
Further, when measuring the radiation amount, the
このように、実施例1によれば、放射線モニタ1に使用するセンサ10の小型化を実現し、センサ10への電圧の印加も不要となる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、実施例1によれば、補正データを使用し、センサ10の劣化の経時的変化を考慮し、電気パルス計数率を補正することにより、簡易かつ正確に、放射線量を計測することができる。
Further, according to the first embodiment, the radiation amount can be measured easily and accurately by using the correction data, considering the time-dependent change in the deterioration of the
また、実施例1によれば、レーザ光の反射の影響を受けることなく、光電変換器30に伝送される光の強度の減衰を抑制し、モニタリングの感度が低下することがなく、フォトン数を正確に計測することができ、高精度に放射線量を計測することができる。
Further, according to the first embodiment, the attenuation of the intensity of the light transmitted to the
更に、実施例1によれば、従来、除去することができなかった、レーザ光を照射することにより発生する、ノイズを除去することができ、高精度に補正することができ、高精度に放射線量を計測することができる。 Further, according to the first embodiment, the noise generated by irradiating the laser beam, which could not be removed in the past, can be removed, can be corrected with high accuracy, and radiation can be performed with high accuracy. The amount can be measured.
また、実施例1によれば、放射線治療時の患者体内の放射線量を計測する場合や原子力発電プラントの過酷環境下や狭隘部で放射線量を計測する場合であっても、センサ10の劣化を考慮し、好適に使用することができる。
Further, according to the first embodiment, even when the radiation amount in the patient's body at the time of radiotherapy is measured, or when the radiation amount is measured in a harsh environment of a nuclear power plant or in a narrow area, the deterioration of the
そして、実施例1によれば、放射線モニタ1の感度が向上するため、医療機関や研究機関のエリアモニタなどの低線量場における使用も可能となり、適用範囲が大幅に拡大する。 Then, according to the first embodiment, since the sensitivity of the radiation monitor 1 is improved, it can be used in a low dose field such as an area monitor of a medical institution or a research institution, and the applicable range is greatly expanded.
次に、実施例2に記載する放射線モニタ2の構成を説明する。 Next, the configuration of the radiation monitor 2 described in the second embodiment will be described.
図5は、実施例2に記載する放射線モニタ2の構成を説明する説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the radiation monitor 2 described in the second embodiment.
実施例2に記載する放射線モニタ2は、実施例1に記載する放射線モニタ1と比較して、シャッター90を有する点で、相違する。
The radiation monitor 2 described in the second embodiment is different from the radiation monitor 1 described in the first embodiment in that it has a
シャッター90は、光ファイバ20を介して、センサ10と接続する。また、シャッター90は、光ファイバ20を介して、光電変換器30と接続する。つまり、シャッター90は、光電変換器30の前段で、フォトンの伝送路に設置される。シャッター90は、開閉し、センサ10が発生するフォトンを通過させ、又は、センサ10が発生するフォトンを遮断する(開閉工程)。
The
また、シャッター90は、信号線を介して、発光タイミング制御部60と接続する。発光タイミング制御部60は、シャッター90の開閉タイミングを制御する。発光タイミング制御部60は、発光部50が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御すると共に、シャッター90の開閉タイミングを制御する。つまり、発光タイミング制御部60にて、シャッター90と発光部50とを、同期して制御する。発光タイミング制御部60は、レーザ光の照射が終了すると同時に、シャッター90が開くように制御する。
Further, the
シャッター90は、補正データ収集期間、発光タイミング制御部60からの制御により、開き、フォトンを光電変換器30に伝送する。なお、放射線量を計測する場合にも、シャッター90は、開き、フォトンは通過する(測定工程)。そして、実施例1と同様に、補正データを作成する。
The
このように、実施例2に記載する放射線モニタ2は、実施例1に記載する放射線モニタ1に加え、光電変換器30の前段に設置され、発光タイミング制御部60が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、センサ10が発生するフォトンの伝送路を開閉するシャッター90を有する。なお、シャッター90は、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に開く。
As described above, the radiation monitor 2 described in the second embodiment is installed in front of the
そして、補正装置70は、計数装置40が出力する電気パルスの計数値を受取り、電気パルスの計数値に基づいて、補正データを作成する(作成工程)。なお、補正装置70は、補正データを作成する場合には、シャッター90が開いている場合に計数されるフォトン数に基づいて、補正データを作成する(作成工程)。また、補正装置70は、放射線量を計測する場合には、電気パルスの計数値と補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量(又は、放射線の線量率)を算出する(演算工程)。
Then, the
つまり、シャッター90は、補正データを作成する場合、センサ発光時に閉まり、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に開き、ノイズとなるレーザ光などを除去し、センサ発光のみを計測することにより、高精度に放射線量を計測することができる。
That is, when creating correction data, the
これにより、レーザ光の反射の影響、つまり、レーザ光の直接的な影響を受けることなく、正確にフォトン数を計測することができる。そして、高精度に放射線量を計測することができる。 As a result, the number of photons can be accurately measured without being affected by the reflection of the laser beam, that is, without being directly affected by the laser beam. Then, the radiation amount can be measured with high accuracy.
なお、その他の構成や各構成の機能については、基本的に、実施例2に記載する放射線モニタ2は、実施例1に記載する放射線モニタ1と同様である。また、実施例2は、実施例1と同様の効果が得られる。 Regarding other configurations and functions of each configuration, the radiation monitor 2 described in the second embodiment is basically the same as the radiation monitor 1 described in the first embodiment. Further, in Example 2, the same effect as in Example 1 can be obtained.
更に、実施例2では、発光タイミング制御部60にて、シャッター90と発光部50とを同期して制御することにより、補正装置70における補正データ収集期間の制御が不要となる。
Further, in the second embodiment, the light emitting
なお、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、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been specifically described in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations.
また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。 It is also possible to replace a part of the configuration of one embodiment with a part of the configuration of another embodiment. It is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to delete a part of the configuration of each embodiment, add a part of the other configuration, and replace it with a part of the other configuration.
1、2・・・放射線モニタ
10・・・センサ
20・・・光ファイバ
30・・・光電変換器
40・・・計数装置
50・・・発光部
60・・・発光タイミング制御部
70・・・補正装置
80・・・表示装置
90・・・シャッター
1, 2 ... Radiation monitor 10 ...
Claims (9)
前記センサが発生するフォトンを伝送する光ファイバと、
前記光ファイバが伝送するフォトンを電気信号に変換する光電変換器と、
前記光電変換器が変換する前記電気信号を計数し、前記電気信号の計数値を出力する計数装置と、
前記センサに、前記光ファイバを介して、レーザ光を照射する発光部と、
前記発光部が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御し、レーザ光照射タイミング信号を出力する発光タイミング制御部と、
前記発光タイミング制御部が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、前記計数装置が出力する前記電気信号の計数値を受取り、前記レーザ光照射タイミング信号と前記電気信号の計数値とに基づいて、補正データを作成し、放射線量を計測する場合には、前記電気信号の計数値と前記補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量又は放射線の線量率を算出する補正装置と、
前記放射線量又は前記放射線の線量率を表示する表示装置と、
を有することを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 A sensor that generates photons that depend on the amount of incident radiation,
An optical fiber that transmits photons generated by the sensor,
A photoelectric converter that converts photons transmitted by the optical fiber into electrical signals, and
A counting device that counts the electric signal converted by the photoelectric converter and outputs the counted value of the electric signal.
A light emitting unit that irradiates the sensor with laser light via the optical fiber,
A light emission timing control unit that controls the laser light irradiation timing of the laser light emitted by the light emitting unit and outputs a laser light irradiation timing signal.
The laser light irradiation timing signal output by the light emission timing control unit is received, the count value of the electric signal output by the counting device is received, and correction is made based on the laser light irradiation timing signal and the count value of the electric signal. When data is created and the radiation amount is measured, a correction device that performs correction processing based on the count value of the electric signal and the correction data and calculates the radiation amount or the dose rate of radiation, and a correction device.
A display device that displays the radiation amount or the dose rate of the radiation,
An optical fiber type radiation monitor characterized by having.
前記センサは、母材として、透明イットリウム・アルミニウム・ガーネットを使用し、添加物として、イッテルビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムの少なくとも1種類以上の希土類元素を使用することを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 The optical fiber type radiation monitor according to claim 1.
The sensor is an optical fiber radiation monitor characterized in that transparent yttrium aluminum garnet is used as a base material and at least one rare earth element such as ytterbium, neodymium, cerium, and praseodymium is used as an additive. ..
前記センサは、ATaO4:B(A及びBは、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Tbの少なくとも1種類以上の希土類元素)であることを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 The optical fiber type radiation monitor according to claim 1.
The sensor is characterized by being ATaO 4 : B (A and B are at least one rare earth element of Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Tb). Fiber optic radiation monitor.
前記センサは、蛍光寿命が1μs以上であることを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 The optical fiber type radiation monitor according to claim 1 or 3.
The sensor is an optical fiber type radiation monitor characterized by having a fluorescence lifetime of 1 μs or more.
前記補正装置は、前記補正データを作成する場合には、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に、計数されるフォトン数に基づいて、前記補正データを作成することを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 The optical fiber type radiation monitor according to claim 1 or 4.
When creating the correction data, the correction device is an optical fiber type that creates the correction data based on the number of photons counted when the sensor emission is attenuated after irradiation with the laser beam. Radiation monitor.
前記センサが発生するフォトンを伝送する光ファイバと、
前記光ファイバが伝送するフォトンを電気信号に変換する光電変換器と、
前記光電変換器が変換する前記電気信号を計数し、前記電気信号の計数値を出力する計数装置と、
前記センサに、前記光ファイバを介して、レーザ光を照射する発光部と、
前記発光部が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御し、レーザ光照射タイミング信号を出力する発光タイミング制御部と、
前記光電変換器の前段に設置され、前記発光タイミング制御部が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、前記センサが発生するフォトンの伝送路を開閉するシャッターと、
前記計数装置が出力する前記電気信号の計数値を受取り、前記電気信号の計数値に基づいて、補正データを作成し、放射線量を計測する場合には、前記電気信号の計数値と前記補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量又は放射線の線量率を算出する補正装置と、
前記放射線量又は前記放射線の線量率を表示する表示装置と、
を有することを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 A sensor that generates photons that depend on the amount of incident radiation,
An optical fiber that transmits photons generated by the sensor,
A photoelectric converter that converts photons transmitted by the optical fiber into electrical signals, and
A counting device that counts the electric signal converted by the photoelectric converter and outputs the counted value of the electric signal.
A light emitting unit that irradiates the sensor with laser light via the optical fiber,
A light emission timing control unit that controls the laser light irradiation timing of the laser light emitted by the light emitting unit and outputs a laser light irradiation timing signal.
A shutter installed in front of the photoelectric converter, which receives a laser beam irradiation timing signal output by the light emission timing control unit and opens and closes a photon transmission path generated by the sensor.
When receiving the count value of the electric signal output by the counting device, creating correction data based on the count value of the electric signal, and measuring the radiation amount, the count value of the electric signal and the correction data A correction device that performs correction processing based on the above and calculates the radiation amount or radiation dose rate, and
A display device that displays the radiation amount or the dose rate of the radiation,
An optical fiber type radiation monitor characterized by having.
前記シャッターは、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に開くことを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 The optical fiber type radiation monitor according to claim 6.
The shutter is an optical fiber type radiation monitor that opens when the sensor emission is attenuated after irradiation with laser light.
前記補正装置は、前記補正データを作成する場合には、前記シャッターが開いている場合に計数されるフォトン数に基づいて、前記補正データを作成することを特徴とする光ファイバ式放射線モニタ。 The optical fiber type radiation monitor according to claim 7.
When creating the correction data, the correction device is an optical fiber type radiation monitor that creates the correction data based on the number of photons counted when the shutter is open.
光ファイバにて、前記センサが発生するフォトンを伝送する伝送工程と、
光電変換器にて、前記光ファイバが伝送するフォトンを電気信号に変換する変換工程と、
計数装置にて、前記光電変換器が変換する前記電気信号を計数し、前記電気信号の計数値を出力する計数工程と、
発光部にて、前記光ファイバを介して、前記センサにレーザ光を照射する照射工程と、
発光タイミング制御部にて、前記発光部が照射するレーザ光のレーザ光照射タイミングを制御し、レーザ光照射タイミング信号を出力する制御工程と、
補正装置にて、前記発光タイミング制御部が出力するレーザ光照射タイミング信号を受取り、レーザ光の照射後のセンサ発光の減衰時に計数されるフォトン数に基づいて、補正データを作成する作成工程と、
放射線量を計測する場合には、補正装置にて、前記電気信号の計数値と前記補正データとに基づいて補正処理を実施し、放射線量又は放射線の線量率を算出する演算工程と、
を有することを特徴とする光ファイバ式放射線モニタの使用方法。 A generation process that generates photons that depend on the amount of incident radiation at the sensor,
A transmission process for transmitting photons generated by the sensor on an optical fiber, and
A conversion step of converting photons transmitted by the optical fiber into an electric signal with a photoelectric converter, and
A counting step of counting the electric signal converted by the photoelectric converter and outputting the counted value of the electric signal by the counting device.
An irradiation step of irradiating the sensor with laser light via the optical fiber at the light emitting unit,
A control step in which the light emitting timing control unit controls the laser light irradiation timing of the laser light emitted by the light emitting unit and outputs a laser light irradiation timing signal.
The correction device receives the laser light irradiation timing signal output by the light emission timing control unit, and creates correction data based on the number of photons counted when the sensor light emission is attenuated after the laser light is irradiated.
When measuring the radiation amount, the correction device performs a correction process based on the count value of the electric signal and the correction data, and calculates the radiation amount or the radiation dose rate.
How to use an optical fiber radiation monitor, characterized by having.
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