JP2021162421A - Radiation detector - Google Patents

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Abstract

To provide a radiation detector which can sensitively detect an α-ray and a β-ray separately.SOLUTION: A scintillator 10 made of stilbene is used. A light detector 20 emits a pulse output for each entrance of an α-ray and a β-ray to the scintillator 10. An analysis unit 41 of a computer 40 calculates integrated values I1 and I2 in the pulse signal on a pulse-by-pulse basis and calculate I2/I1. The output is thus determined to be due to the α-ray when the value of I2/I1 is larger than a threshold value K, and the output is thus determined to be due to the β-ray when the value of I2/I1 is not larger than the threshold value K.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、複数種類の放射線を検出する放射線検出器に関する。 The present invention relates to a radiation detector that detects a plurality of types of radiation.

放射線として、α線を検出するためにはα線を高効率で検出可能な検出器として例えばZnS(Ag)シンチレータを用いた検出器が用いられ、β線を検出するためにはβ線を高効率で検出可能な検出器として例えばGM管が用いられる。このため、ある環境下でα線とβ線を検出するためには、個別に測定を行う場合が多く、これらを共に測定するためには時間を要する場合が多い。 As radiation, for example, a detector using a ZnS (Ag) scintillator is used as a detector capable of detecting α rays with high efficiency in order to detect α rays, and high β rays are used to detect β rays. For example, a GM tube is used as a detector that can be detected efficiently. Therefore, in order to detect α-rays and β-rays in a certain environment, it is often the case that measurements are performed individually, and it often takes time to measure both of them.

これに対して、例えば壊変の過程でα線とβ線を発する核種を検知する場合には、α線とβ線とを同時に検出できることが望まれるため、単一の検出器でこれらを区別して検出できることが好ましい。特許文献1には、このようにα線とβ線を区別して検出可能な検出器が記載されている。この検出器は、放射線を吸収して可視光の蛍光を発するシンチレータと、この蛍光を検出する光電子増倍管とで構成されている。ここでは、シンチレータとして、α線を検出するためのZnS(Ag)で構成されたものと、β線を検出するためのプラスチックで構成されたシンチレータとが、α線、β線の入射方向で積層して用いられる。α線のZnS(Ag)中の飛程は短く、かつZnS(Ag)はβ線に対する感度が低い(β線による蛍光を発しない)ため、上側からZnS(Ag)シンチレータ、プラスチックシンチレータを順次積層し、その下側に光電子増倍管を設けることにより、α線によりZnS(Ag)シンチレータが発した蛍光、β線によりプラスチックシンチレータが発した蛍光を、それぞれ光電子増倍管で検出することができる。 On the other hand, for example, when detecting nuclides that emit α-rays and β-rays in the process of decay, it is desirable to be able to detect α-rays and β-rays at the same time. It is preferable that it can be detected. Patent Document 1 describes a detector capable of distinguishing between α-rays and β-rays in this way. This detector is composed of a scintillator that absorbs radiation and emits visible light fluorescence, and a photomultiplier tube that detects the fluorescence. Here, as a scintillator, a scintillator composed of ZnS (Ag) for detecting α rays and a scintillator composed of plastic for detecting β rays are laminated in the incident direction of α rays and β rays. Is used. Since the flight distance of α rays in ZnS (Ag) is short and ZnS (Ag) has low sensitivity to β rays (does not emit fluorescence due to β rays), ZnS (Ag) scintillators and plastic scintillators are sequentially laminated from above. By providing a photoelectron multiplier tube on the lower side thereof, the fluorescence emitted by the ZnS (Ag) scintillator due to α rays and the fluorescence emitted by the plastic scintillator due to β rays can be detected by the photoelectron multiplier tube, respectively. ..

ここで、α線によりZnS(Ag)シンチレータが発した蛍光、β線によりプラスチックシンチレータが発した蛍光はどちらもパルス状であり、これによって光電子増倍管からパルス状の出力が得られる。ただし、これらのパルス形状(立上り時間、立ち下がり時間等)は大きく異なる。このため、光電子増倍管の出力信号のパルス波形によって、両者を弁別することができ、α線、β線を個別に検出(カウント)することができる。すなわち、このように2層構造のシンチレータを用いることによって、単体の検出器を用いてα線、β線を区別して検出することができる。 Here, both the fluorescence emitted by the ZnS (Ag) scintillator due to α rays and the fluorescence emitted by the plastic scintillator due to β rays are pulse-shaped, whereby a pulse-shaped output can be obtained from the photomultiplier tube. However, these pulse shapes (rise time, fall time, etc.) are significantly different. Therefore, the two can be discriminated by the pulse waveform of the output signal of the photomultiplier tube, and α-rays and β-rays can be detected (counted) individually. That is, by using the scintillator having a two-layer structure in this way, it is possible to distinguish between α rays and β rays by using a single detector.

特開平5−341047号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-341407

しかしながら、特許文献1に記載の検出器によるα線、β線の検出能力は十分ではなかった。 However, the ability of the detector described in Patent Document 1 to detect α-rays and β-rays was not sufficient.

例えば、放射線(α線、β線)を発した核種を特定するためには、放射線のカウント数だけでなく、検出した放射線のエネルギーを認識することが要求されため、放射線検出器においては、検出した放射線のエネルギースペクトルも認識できることが好ましい。シンチレータにおける蛍光は放射線のエネルギーをシンチレータ材料が吸収することによって発せられるため、このエネルギーは蛍光の強度(パルス状の出力信号のピーク値)に比例し、このピーク値によってエネルギーを認識することができる。ただし、この際には、放射線のエネルギーのほぼ全てがシンチレータにおいて吸収されて蛍光に寄与する必要がある。 For example, in order to identify the nuclei that emitted radiation (α-rays, β-rays), it is required to recognize not only the count number of radiation but also the energy of the detected radiation. It is preferable that the energy spectrum of the emitted radiation can also be recognized. Since the fluorescence in the scintillator is emitted by the scintillator material absorbing the energy of radiation, this energy is proportional to the fluorescence intensity (peak value of the pulsed output signal), and the energy can be recognized by this peak value. .. However, in this case, it is necessary that almost all of the radiation energy is absorbed by the scintillator and contributes to fluorescence.

これに対して、特許文献1に記載の技術のように2層構造のシンチレータを用いた場合には、仮に2層構造のシンチレータ全体を厚くし、これによってα線、β線のエネルギーのほぼ全てが吸収されるような構成としても、α線用のシンチレータ(ZnS(Ag))でα線の、β線用のシンチレータ(プラスチック材料)β線の、それぞれの全エネルギーを吸収させることは困難である。この場合、例えば、β線のエネルギーのうちα線用のシンチレータで吸収された成分は発光には寄与しない。このため、上記のようにα線に対応したパルス出力とβ線に対応したパルス出力が弁別されたとしても、これらのピーク値は必ずしもα線、β線のエネルギーを反映しない。このため、特許文献1に記載の検出器においては、エネルギースペクトルを高い分解能で得ることが困難であった。 On the other hand, when a scintillator having a two-layer structure is used as in the technique described in Patent Document 1, the entire scintillator having a two-layer structure is tentatively thickened, thereby almost all of the energy of α rays and β rays. It is difficult for the α-ray scintillator (ZnS (Ag)) to absorb the total energy of the α-rays and the β-ray scintillator (plastic material) β-rays. be. In this case, for example, of the β-ray energy, the component absorbed by the α-ray scintillator does not contribute to light emission. Therefore, even if the pulse output corresponding to α rays and the pulse output corresponding to β rays are discriminated as described above, these peak values do not necessarily reflect the energies of α rays and β rays. Therefore, in the detector described in Patent Document 1, it is difficult to obtain an energy spectrum with high resolution.

また、このような2層構造のシンチレータにおいては、このようにそのエネルギーが適切に認識されないだけでなく、エネルギーが小さな場合にはシンチレータに吸収はされるが蛍光は生じない場合があり、この場合には、例えばエネルギーの小さなβ線等は検出されないという状況が生ずる。このため、特許文献1に記載の検出器においては、十分な検出性能が得られなかった。 Further, in such a scintillator having a two-layer structure, not only the energy is not properly recognized in this way, but also when the energy is small, the scintillator may absorb the energy but not fluoresce. In this situation, for example, β-rays having a small energy are not detected. Therefore, the detector described in Patent Document 1 cannot obtain sufficient detection performance.

このため、α線とβ線を区別して高感度で検出することができる放射線検出器が望まされた。 Therefore, a radiation detector capable of distinguishing between α-rays and β-rays and detecting them with high sensitivity has been desired.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an invention for solving the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の放射線検出器は、放射線を吸収してパルス状の蛍光を発するシンチレータと、前記蛍光を受けて前記蛍光に対応したパルス状の出力信号を発する光検出器と、を有する放射線検出器であって、前記シンチレータは、α線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数と、β線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数が異なる材料で構成され、前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間を少なくとも含む第1の期間内における前記出力信号の積分値であるI1と、前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間であり前記第1の期間よりも始期が後である第2の期間内における前記出力信号の積分値であるI2と、を算出し、I2/I1の値に基づいて、前記出力信号がα線、β線のどちらによるものかを識別する解析部を具備することを特徴とする。
本発明の放射線検出器において、前記解析部は、前記出力信号のピーク値又はI1に基づいて、当該出力信号に対応したα線又はβ線のエネルギーを算出することを特徴とする。
本発明の放射線検出器において、前記材料は、有機化合物であることを特徴とする。
本発明の放射線検出器において、前記材料はスチルベンであることを特徴とする。
本発明の放射線検出器において、前記解析部は、I2/I1と予め設定された閾値との間の大小関係において、I2/I1が大きな場合に前記出力信号がα線によるものと認識し、I2/I1が小さな場合に前記出力信号がβ線によるものと認識することを特徴とする。
本発明の放射線検出器において、前記光検出器はシリコン光電子増倍管であることを特徴とする。
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
The radiation detector of the present invention is a radiation detector having a scintillator that absorbs radiation and emits pulsed fluorescence, and a light detector that receives the fluorescence and emits a pulsed output signal corresponding to the fluorescence. The scintillator is made of a material in which the decay time constant of the fluorescence when absorbing α-rays and the decay time constant of the fluorescence when absorbing β-rays are different from each other, and is after the peak in the output signal. I1 which is the integrated value of the output signal within the first period including at least the period during which the output signal is attenuated, and the period during which the output signal is attenuated after the peak in the output signal. I2, which is the integrated value of the output signal in the second period whose start is later than the period, is calculated, and the output signal is based on either α-ray or β-ray based on the value of I2 / I1. It is characterized by having an analysis unit for identifying a thing.
In the radiation detector of the present invention, the analysis unit calculates the energy of α-rays or β-rays corresponding to the output signal based on the peak value or I1 of the output signal.
In the radiation detector of the present invention, the material is an organic compound.
In the radiation detector of the present invention, the material is stilbene.
In the radiation detector of the present invention, the analysis unit recognizes that the output signal is due to α rays when I2 / I1 is large in the magnitude relationship between I2 / I1 and a preset threshold value, and I2. When / I1 is small, the output signal is recognized as being due to β rays.
In the radiation detector of the present invention, the photodetector is a silicon photomultiplier tube.

本発明は以上のように構成されているので、α線とβ線を区別して高感度で検出することができる放射線検出器を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain a radiation detector capable of distinguishing between α-rays and β-rays and detecting them with high sensitivity.

本発明の実施の形態に係る放射線検出器で用いられるシンチレータの材料を用いた場合のα線、β線による出力信号のパルス波形を示す図である。It is a figure which shows the pulse waveform of the output signal by α ray and β ray when the material of the scintillator used in the radiation detector which concerns on embodiment of this invention is used. α線、β線の弁別を出力信号によって行う手法を説明する図である。It is a figure explaining the method of discriminating α ray and β ray by an output signal. 本発明の実施の形態に係る放射線検出器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radiation detector which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る放射線検出器における動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation in the radiation detector which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第1の実施例によって測定されたα線(a)、β線(b)のエネルギースペクトルである。It is an energy spectrum of α ray (a) and β ray (b) measured by the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例で用いられるシンチレータの材料を用いた場合のα線、β線による出力信号のパルス波形を示す図である。It is a figure which shows the pulse waveform of the output signal by α ray and β ray when the material of the scintillator used in the 2nd Example of this invention is used. 本発明の第2の実施例によって測定されたα線(a)、β線(b)のエネルギースペクトルである。It is an energy spectrum of α ray (a) and β ray (b) measured by the 2nd Example of this invention.

以下、本発明の実施の形態に係る放射性検出器について説明する。この放射線検出器においては、α線、β線を吸収して可視光の蛍光を発するシンチレータが用いられる。この蛍光は、従来の放射線検出器と同様に光電子増倍管で検出される。 Hereinafter, the radioactivity detector according to the embodiment of the present invention will be described. In this radiation detector, a scintillator that absorbs α-rays and β-rays and emits visible light fluorescence is used. This fluorescence is detected by a photomultiplier tube like a conventional radiation detector.

まず、この放射線検出器の原理について説明する。ここで用いられるシンチレータを構成する材料は有機化合物であり、例えばスチルベンである。図1は、スチルベンにα線、β線を入射させた際の蛍光を光電子増倍管で検出した出力信号のパルス波形である。ここで、ピーク値は規格化されて統一されている。このように、スチルベンをシンチレータの材料として用いることにより、α線、β線を共に検出することができる。ただし、両者においては、特にパルスの減衰時定数が大きく異なり、α線の方がβ線よりも減衰時定数が大きい。このため、減衰時定数の違いを用いて両者を弁別することができる。このような減衰特性はシンチレータを構成する材料の物性により定まる。 First, the principle of this radiation detector will be described. The material constituting the scintillator used here is an organic compound, for example, stilbene. FIG. 1 is a pulse waveform of an output signal obtained by detecting fluorescence when α rays and β rays are incident on stilbene with a photomultiplier tube. Here, the peak value is standardized and unified. In this way, by using stilbene as a material for the scintillator, both α-rays and β-rays can be detected. However, the decay time constants of the pulses are significantly different between the two, and the α-ray has a larger decay time constant than the β-ray. Therefore, it is possible to discriminate between the two by using the difference in the decay time constant. Such damping characteristics are determined by the physical properties of the materials that make up the scintillator.

図2は、このための手法を説明する図である。図2は、図1に示されたパルス形状を模式的に示す。ここでは、まず、このパルス出力における期間(第1の期間)T1の間の積分値I1が算出される。ここで、T1はパルスの立ち上がり(ピークの前)からピーク後において強度が十分に減衰するまでの減衰期間のほぼ全域にわたる期間として設定され、例えば図1の例では0〜1200nsの期間である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a method for this purpose. FIG. 2 schematically shows the pulse shape shown in FIG. Here, first, the integrated value I1 during the period (first period) T1 in this pulse output is calculated. Here, T1 is set as a period over almost the entire attenuation period from the rise of the pulse (before the peak) to the sufficient attenuation of the intensity after the peak. For example, in the example of FIG. 1, it is a period of 0 to 1200 ns.

一方、ここではT1の期間内におけるもう一つの期間(第2の期間)T2も設定される。T2は、終期がT1と等しく、始期が、T1よりも前でありパルスのピーク後の減衰期間の途中となるように設定される。このパルス出力における期間T2の間の積分値I2も算出され、I2<I1となる。このようにI2、I1を設定した場合、図1においては、減衰時定数が大きなα線におけるI2/I1は、β線におけるI2/I1よりも大きくなる。すなわち、I2/I1の値によって図1の出力を識別することができる。 On the other hand, here, another period (second period) T2 within the period of T1 is also set. T2 is set so that the end is equal to T1 and the start is before T1 and in the middle of the decay period after the peak of the pulse. The integral value I2 during the period T2 in this pulse output is also calculated, and I2 <I1. When I2 and I1 are set in this way, in FIG. 1, I2 / I1 in the α ray having a large decay time constant is larger than I2 / I1 in the β ray. That is, the output of FIG. 1 can be identified by the value of I2 / I1.

また、図1においてはα線、β線による出力のピークが統一されて示されているが、実際にはこれらのピーク値はα線、β線のエネルギーに応じて変化し、様々である。ここで、シンチレータを、対象となるエネルギー範囲のα線、β線がこのシンチレータで十分吸収される程度に厚くすれば、これらのα線、β線のエネルギーはほぼ全てがこのシンチレータで吸収され、吸収されたエネルギーは全て上記の蛍光に寄与する。この点については、2層構造のシンチレータが用いられた特許文献1に記載の検出器とは大きく異なる。このため、上記のパルス出力のピーク値により、検出されたα線、β線のエネルギーを適正に認識することができる。あるいは、α線、β線のエネルギーが小さな場合でも、これらを適正に検出することができる。また、上記のピーク値の代わりにパルス波形の全体の積分値であるI1からエネルギーを算出してもよい。 Further, in FIG. 1, the peaks of the output by α-rays and β-rays are shown in a unified manner, but in reality, these peak values change according to the energy of α-rays and β-rays and are various. Here, if the scintillator is made thick enough that the α-rays and β-rays in the target energy range are sufficiently absorbed by this scintillator, almost all of the energy of these α-rays and β-rays is absorbed by this scintillator. All the absorbed energy contributes to the above fluorescence. This point is significantly different from the detector described in Patent Document 1 in which a scintillator having a two-layer structure is used. Therefore, the detected α-ray and β-ray energies can be appropriately recognized from the peak value of the pulse output. Alternatively, even when the energies of α-rays and β-rays are small, these can be detected appropriately. Further, instead of the above peak value, the energy may be calculated from I1 which is the integrated value of the entire pulse waveform.

この際、異なるエネルギーのα線に対して、上記のI1、I2はこのピーク値にほぼ比例するため、これらの比であるI2/I1の値はα線のエネルギーには依存しない。この点についてはβ線についても同様である。このため、エネルギーに依存しない、α線とβ線の弁別のための指標としてI2/I1を用いることができる。このため、上記のシンチレータとこの弁別手法を用いて、α線、β線それぞれのエネルギースペクトルを得ることができる。 At this time, since the above-mentioned I1 and I2 are substantially proportional to the peak value with respect to α rays having different energies, the value of I2 / I1 which is a ratio thereof does not depend on the energy of the α rays. The same applies to β-rays in this regard. Therefore, I2 / I1 can be used as an index for discriminating between α-rays and β-rays, which does not depend on energy. Therefore, the energy spectra of α-rays and β-rays can be obtained by using the above scintillator and this discrimination method.

I2、I1、あるいは更にパルスのピーク値は、光電子増倍管からのパルス出力をデジタル化して記憶することによって容易に算出することができる。この際、図2におけるT1の始期は、このようなI2/I1による弁別がしやすいように、例えば標準試料から発生したα線、β線を検出することによって設定することができる。 The peak value of I2, I1, or even the pulse can be easily calculated by digitizing and storing the pulse output from the photomultiplier tube. At this time, the start of T1 in FIG. 2 can be set by detecting, for example, α-rays and β-rays generated from a standard sample so that such discrimination by I2 / I1 can be easily performed.

図3は、上記の原理により動作する放射線検出器1の構成を示す図である。ここでは、前記のようなスチルベンで構成されたシンチレータ10が用いられる。シンチレータ10の厚さは、測定対象となるエネルギーのα線、β線が十分吸収されるように設定され、例えば2MeV以下のα線、β線を対象とした場合には6mm程度とされる。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a radiation detector 1 that operates according to the above principle. Here, the scintillator 10 composed of stilbene as described above is used. The thickness of the scintillator 10 is set so as to sufficiently absorb α-rays and β-rays of the energy to be measured, and is, for example, about 6 mm when α-rays and β-rays of 2 MeV or less are targeted.

光検出器20は、表面に入射した微弱な可視光の強度を認識できるものが用いられ、シリコン光電子増倍管(Si Photomultiplier)が特に好ましく用いられる。図3においては光検出器20とシンチレータ10は便宜上離間して示されているが、これらは実際には近接させて設けることができる。シリコン光電子増倍管は、シリコンを用いて構成された光電子増倍管である。光検出器20からは、α線、β線のシンチレータ10に対する入射毎に図1で示されたようなパルス出力が発せられる。なお、図示は省略されているが、光検出器20にはプリアンプ等が適宜設けられる。また、シンチレータ10と光検出器20の間に導光部を設けてもよい。また、α線、β線の2次元分布を測定するために、シンチレータ10を板状とし、光検出器20をシンチレータ10の表面に対応した位置検出型のもの(例えば位置検出型シリコン光電子増倍管:Position Sensitive Si Photomultiplier)としてもよい。光検出器20は、電源50で供給される電圧で駆動される。 As the photodetector 20, a photodetector 20 capable of recognizing the intensity of weak visible light incident on the surface is used, and a silicon photomultiplier tube (Si Photomultiplier) is particularly preferably used. In FIG. 3, the photodetector 20 and the scintillator 10 are shown apart for convenience, but they can actually be provided close to each other. The silicon photomultiplier tube is a photomultiplier tube constructed of silicon. The photodetector 20 emits a pulse output as shown in FIG. 1 for each incident of α-rays and β-rays on the scintillator 10. Although not shown, the photodetector 20 is appropriately provided with a preamplifier or the like. Further, a light guide unit may be provided between the scintillator 10 and the photodetector 20. Further, in order to measure the two-dimensional distribution of α-rays and β-rays, the scintillator 10 is made into a plate shape, and the photodetector 20 is a position detection type corresponding to the surface of the scintillator 10 (for example, a position detection type silicon photomultiplier tube). Tube: Position Sensitive Si Photomultiplier) may be used. The photodetector 20 is driven by the voltage supplied by the power source 50.

このパルス出力はアナログ信号であるため、これがデジタイザ30によってデジタル化されてからコンピュータ40に入力する。デジタイザ30としては、実際にはデジタルオシロスコープを用いることができる。 Since this pulse output is an analog signal, it is digitized by the digitizer 30 and then input to the computer 40. As the digitizer 30, a digital oscilloscope can actually be used.

コンピュータ40における解析部41は、このようにデジタル化された出力信号(パルス信号)に対して上記のような解析を行う。このため、このようなパルス信号のデータは、コンピュータ40における記憶部42に記憶され、その後で前記のようにこのパルス信号における積分値であるI1、I2がパルス毎に算出され、I2/I1が算出される。この際、パルス出力のピーク値も同時に認識される。また、前記のように光検出器20が位置検出型である場合には、解析部41は、光検出器20におけるこのパルス信号に対応した光の入射位置(入射位置情報)も認識することができる。 The analysis unit 41 in the computer 40 performs the above-mentioned analysis on the output signal (pulse signal) digitized in this way. Therefore, the data of such a pulse signal is stored in the storage unit 42 of the computer 40, and then, as described above, the integrated values I1 and I2 in the pulse signal are calculated for each pulse, and I2 / I1 is calculated. It is calculated. At this time, the peak value of the pulse output is also recognized at the same time. Further, when the photodetector 20 is a position detection type as described above, the analysis unit 41 can also recognize the incident position (incident position information) of the light corresponding to this pulse signal in the photodetector 20. can.

図4は、この際の解析部41の動作を示すフローチャートである。まず、解析部41は、このようにI1、I2、及びパルスのピーク値を認識する(S1)。この結果、I2/I1の値が閾値Kよりも大きい場合(S2:Yes)には、この出力はα線によるものと認識され、この出力がα線のものとしてカウントされ、そのピーク値よりエネルギーが算出される(S3)。一方、I2/I1の値が閾値K以下であった場合(S2:No)には、この出力はβ線によるものとしてカウントされ、そのピーク値あるいはI1よりエネルギーが算出される(S4)。どちらの場合においても、これらの結果(α線、β線毎のエネルギー)は、記憶部42に記憶される(S5)。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the analysis unit 41 at this time. First, the analysis unit 41 recognizes the peak values of I1, I2, and the pulse in this way (S1). As a result, when the value of I2 / I1 is larger than the threshold value K (S2: Yes), this output is recognized as being due to α rays, this output is counted as that of α rays, and the energy is higher than the peak value. Is calculated (S3). On the other hand, when the value of I2 / I1 is equal to or less than the threshold value K (S2: No), this output is counted as due to β rays, and the energy is calculated from the peak value or I1 (S4). In either case, these results (energy for each α-ray and β-ray) are stored in the storage unit 42 (S5).

この際、前記のように、閾値Kはこの判定(S2)が適正に行われるように、事前に設定される。また、ピーク値とエネルギーの具体的な関係(比例定数)は、α線、β線で個別に設定され、同様に予め設定される。 At this time, as described above, the threshold value K is set in advance so that this determination (S2) is properly performed. Further, the specific relationship between the peak value and the energy (proportional constant) is set individually for α-rays and β-rays, and is similarly set in advance.

なお、図4の動作は、光検出器20からの1回のパルス出力(α線又はβ線の1回の検出)毎に行うものとしているが、記憶部42がデジタイザ30からの出力を全て記憶部42に記憶させた後に、出力毎に図4の動作を行わせてもよい。この場合、デジタイザ30としてデジタルオシロスコープを用いた場合には、出力をデジタルオシロスコープ側で記憶させてもよい。 The operation of FIG. 4 is performed for each pulse output from the photodetector 20 (one detection of α-ray or β-ray), but the storage unit 42 outputs all the outputs from the digitizer 30. After storing in the storage unit 42, the operation shown in FIG. 4 may be performed for each output. In this case, when a digital oscilloscope is used as the digitizer 30, the output may be stored on the digital oscilloscope side.

測定が終了し、測定に際して得られた上記のデータが全て記憶部42に記憶された後で、解析部41は、その結果を表示部43で表示させることができる。ここで、例えば光検出器20g位置検出型である場合には、位置情報毎の検出結果をα線、β線のそれぞれにおいてマッピングさせれば、この結果はα線、β線の2次元強度分布となり、この結果は、これらの放射線を発した核種の2次元分布に対応する。 After the measurement is completed and all the above data obtained at the time of measurement is stored in the storage unit 42, the analysis unit 41 can display the result on the display unit 43. Here, for example, in the case of the optical detector 20 g position detection type, if the detection result for each position information is mapped for each of α ray and β ray, this result is a two-dimensional intensity distribution of α ray and β ray. This result corresponds to the two-dimensional distribution of these radiation-emitting nuclides.

一方、α線、β線毎に認識されたエネルギーのヒストグラムは、それぞれα線、β線のエネルギースペクトルに対応する。光検出器20が位置検出型である場合には、このエネルギースペクトルを、位置領域(画素)毎に作成することもできる。解析部41は、これらの結果を表示部43で表示させることもできる。 On the other hand, the energy histograms recognized for each α-ray and β-ray correspond to the energy spectra of α-rays and β-rays, respectively. When the light detector 20 is a position detection type, this energy spectrum can also be created for each position region (pixel). The analysis unit 41 can also display these results on the display unit 43.

実際に上記の放射線検出器1によってスペクトルを測定した結果について説明する。ここで、シンチレータ10としては、6mm×6mm×6mmのスチルベン製のものが用いられた。光検出器としては、単素子のシリコン光電子増倍管が用いられ、ここではα線、β線のエネルギースペクトルが測定された。ここでは、測定の対象として、ピークエネルギーが5.5MeVのα線を発する241Amと、同じく0.55MeVのβ線を発する90Sr/同じく2.28MeVのβ線を発する90Yを混在させた線源が用いられた。 The result of actually measuring the spectrum with the above radiation detector 1 will be described. Here, as the scintillator 10, a scintillator 10 having a size of 6 mm × 6 mm × 6 mm made of stilbene was used. A single-element silicon photomultiplier tube was used as the photodetector, and the energy spectra of α-rays and β-rays were measured here. Here, as a measurement target, a radiation source in which 241 Am that emits an α ray having a peak energy of 5.5 MeV and 90Sr that also emits a β ray of 0.55 MeV / 90Y that emits a β ray of 2.28 MeV is mixed is used. It was used.

図5は、その結果得られたα線(a)、β線(b)のエネルギースペクトルである。ここで、横軸はエネルギーチャンネル(ピーク値に対応)であり、エネルギーに比例した値となる。線源の特性に対応した結果がそれぞれで適正に得られており、α線の測定に対してのエネルギー分解能はFWHMで23.6%となっている。 FIG. 5 is an energy spectrum of α-rays (a) and β-rays (b) obtained as a result. Here, the horizontal axis is the energy channel (corresponding to the peak value), and the value is proportional to the energy. The results corresponding to the characteristics of the radiation source are appropriately obtained for each, and the energy resolution for the α-ray measurement is 23.6% in FWHM.

図5の例では、シンチレータの材料としてスチルベンが用いられたが、同様の特性を有する他の有機化合物も用いることができる。図6は、このような例として、プラスチックシンチレータ(商品名EJR−299−33:Eljen Technology社製)における、図1に対応したパルス波形である。この場合においても、α線によるパルス波形の方がβ線によるパルス波形よりも減衰時定数が長いことが確認できる。 In the example of FIG. 5, stilbene was used as the material for the scintillator, but other organic compounds having similar properties can also be used. FIG. 6 is a pulse waveform corresponding to FIG. 1 in a plastic scintillator (trade name EJR-299-33: manufactured by Elgen Technology Co., Ltd.) as such an example. Even in this case, it can be confirmed that the pulse waveform by α rays has a longer attenuation time constant than the pulse waveform by β rays.

このシンチレータを用いた場合における図5と同様の結果を図7に示す。この場合においても、図5と同様の結果が得られており、α線の測定に対してのエネルギー分解能はFWHMで27.4%となっている。 FIG. 7 shows the same result as in FIG. 5 when this scintillator is used. In this case as well, the same result as in FIG. 5 is obtained, and the energy resolution for the α-ray measurement is 27.4% in FWHM.

このため、上記のシンチレータ10の材料としては、スチルベンと同様の特性を有する各種のシンチレータ材料、特に有機化合物を用いることができる。 Therefore, as the material of the scintillator 10, various scintillator materials having the same characteristics as stilbene, particularly an organic compound, can be used.

この放射線検出器1においては、特許文献1に記載の技術とは異なり、上記のような特性を有する単層構造のシンチレータを用いることができる。また、光検出器としては、従来の放射線検出器と同様のものを用いることができ、かつ、コンピュータ40としては、上記の処理が可能である限りにおいて、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。このため、上記の放射線検出器を安価に得ることができる。 In this radiation detector 1, unlike the technique described in Patent Document 1, a scintillator having a single-layer structure having the above-mentioned characteristics can be used. Further, as the photodetector, the same one as the conventional radiation detector can be used, and as the computer 40, a personal computer or the like can be used as long as the above processing is possible. Therefore, the above radiation detector can be obtained at low cost.

また、上記の例では、シンチレータを構成する材料として有機化合物が用いられたが、他の材料でも、同様に蛍光の減衰時定数がα線とβ線で異なる場合には、上記の構成を同様に適用することができる。 Further, in the above example, an organic compound was used as a material constituting the scintillator, but when the attenuation time constants of fluorescence are different between α-rays and β-rays in other materials as well, the above-mentioned configuration is the same. Can be applied to.

1 放射線検出器
10 シンチレータ
20 光検出器
30 デジタイザ
40 コンピュータ
41 解析部
42 記憶部
43 表示部
50 電源
1 Radiation detector 10 Scintillator 20 Photodetector 30 Digitizer 40 Computer 41 Analysis unit 42 Storage unit 43 Display unit 50 Power supply

Claims (6)

放射線を吸収してパルス状の蛍光を発するシンチレータと、前記蛍光を受けて前記蛍光に対応したパルス状の出力信号を発する光検出器と、を有する放射線検出器であって、
前記シンチレータは、α線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数と、β線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数が異なる材料で構成され、
前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間を少なくとも含む第1の期間内における前記出力信号の積分値であるI1と、
前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間であり前記第1の期間よりも始期が後である第2の期間内における前記出力信号の積分値であるI2と、
を算出し、
I2/I1の値に基づいて、前記出力信号がα線、β線のどちらによるものかを識別する解析部を具備することを特徴とする放射線検出器。
A radiation detector comprising a scintillator that absorbs radiation and emits pulsed fluorescence, and a photodetector that receives the fluorescence and emits a pulsed output signal corresponding to the fluorescence.
The scintillator is composed of a material in which the decay time constant of the fluorescence when absorbing α rays and the decay time constant of the fluorescence when absorbing β rays are different.
I1 which is an integral value of the output signal in the first period including at least the period in which the output signal is attenuated after the peak in the output signal, and
I2, which is the integral value of the output signal in the second period, which is the period in which the output signal is attenuated after the peak in the output signal and the start time is later than the first period,
Is calculated,
A radiation detector comprising an analysis unit that identifies whether the output signal is due to α rays or β rays based on the value of I2 / I1.
前記解析部は、前記出力信号のピーク値又はI1に基づいて、当該出力信号に対応したα線又はβ線のエネルギーを算出することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1, wherein the analysis unit calculates the energy of α-rays or β-rays corresponding to the output signal based on the peak value of the output signal or I1. 前記材料は、有機化合物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 1 or 2, wherein the material is an organic compound. 前記材料はスチルベンであることを特徴とする請求項3に記載の放射線検出器。 The radiation detector according to claim 3, wherein the material is stilbene. 前記解析部は、I2/I1と予め設定された閾値との間の大小関係において、I2/I1が大きな場合に前記出力信号がα線によるものと認識し、I2/I1が小さな場合に前記出力信号がβ線によるものと認識することを特徴とする請求項3又は4に記載の放射線検出器。 In the magnitude relationship between I2 / I1 and a preset threshold value, the analysis unit recognizes that the output signal is due to α rays when I2 / I1 is large, and the output when I2 / I1 is small. The radiation detector according to claim 3 or 4, wherein the signal is recognized as being due to β rays. 前記光検出器はシリコン光電子増倍管であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の放射線検出器。 The radiation detector according to any one of claims 1 to 5, wherein the photodetector is a silicon photomultiplier tube.
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