JP2637719B2 - 放射線場の強さを測定する装置とその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子核放射線測定装置に関する。

原子核源の強さは単位時間当りの原子の崩壊数として
規定される。代表的にはこれらの崩壊がアルファ
（α）、ベータ（β）、ガンマ（γ）又は中性子放射場
を生じさせる。これらの場の強さの検出及び測定が放射
線測定装置及びその検出器の対象となるものである。こ
れらの場を検知し測定する検出器は、従来これらの場か
らのエネルギーの相互作用又は吸収の影響を使ってい
た。本発明はガイガー・ミューラー（Ｇ−Ｍ）管検出器
を用いた装置及びその方法について述べるものであり、
前記Ｇ−Ｍ管検出器は広範囲に場の強さを測定し、その
一方で、エネルギーの高い場の領域でそのような装置を
使用した場合に従来遭遇していた制限を除去するもので
ある。

〔従来の技術〕

放射線場を検知する（sensing）検出器には、イオン
チャンバ、比例カウンタ、Ｇ−Ｍ管、シンチレーション
クリスタル（scintillation crystals）及び固体半導体
等が含まれる。各々はそれぞれ利点と欠点を有してお
り、検出器の選択は特定の用途によって影響される。非
常に低い強度から極端に高い強度までの放射線場を測定
するための単一の測定装置が強く望まれているが、対象
とする低又は高領域のいずれかにおける種々の検出器の
物理的現象の制限によってその実現は困難であった。

Ｇ−Ｍ管は簡単、堅牢そして信頼性のある検出器とし
て提供されてきた。従来、Ｇ−Ｍ管は高電圧がバイアス
されており、それによって陽極電極と陰極電極の間に自
己放電（self−ignition）を生ずる電界以下の高電界を
作り出すが、前記電界の強さは核粒子／波との相互作用
でＧ−Ｍ管内に放電が生じるに十分な大きさの値が選ば
れる。この放電パルスが検知され、そして適切な電子装
置によって計数される。その放電後、電界は回復してそ
れに続く事象が発生可能となり、そして同様に計数され
る。放電率（the rate of discharges）が測定（計数）
され原子核場強度の測定として用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｇ−Ｍ管は放電直後に非能動化（inactive）したりデ
ッドタイム（dead time）を示すことから、放射線の高
い場で制限が生じる。このデッドタイムによる制限は、
その範囲が場の強度の関係であるという事実によってさ
らに複雑なものとなる。この現象は現実に高い場での機
能にＧ−Ｍ管能力の完全な喪失（cripplimg）を生じさ
せる。電子装置によりデッドタイムを修正することは、
その非直線特性により困難な作業である。

簡単、堅牢且つ信頼性がゆえにＧ−Ｍ管は放射線検出
器として大きな期待がかけられている。Ｇ−Ｍ管の耐用
年数は全放電数（例えば10¹⁰〜10¹²）で表現される。こ
のため、高い放射線場における在来の使用方法では、放
電を計数することによって検出器の寿命は短いものとな
る。

本発明による方法は、各放電間に固定の待機時間を挿
入することにより高放射線場における放電数を制限す
る。放電時間が短かいにも拘らず、各放電間の時間間隔
が前記待機時間によって決定されるようになる。このこ
とは検出器の寿命を延ばすというすぐれた効果をもたら
す。

従来知られた使用形態における高放射線場でのＧ−Ｍ
管使用の他の問題点としては、先の放電からＧ−Ｍ管検
出器が不完全に回復した場合に生ずる部分的振幅放電
（partial amplitude discharges）の発生がある。これ
らのパルスはその振幅が変動するため、前記放電を計数
する通常使われる計数装置は誤った計数値を表示する。
本発明による装置はこの問題を解消する。

さらに付け加えるならば、非常に高い放射線場におい
てＧ−Ｍ管検出器は全体的に飽和状態となり、従って動
作不能（crippled）となる。この動作不能は高い放射線
場が存在するにも拘らず、誤った低い若しくは零の読み
を生じさせる。

本発明において使われる各放電間の固定の待機時間
は、その結果として、Ｇ−Ｍ管検出器を任意の高放射線
場において動作可能とする。

さらに従来知られた形式の装置は、一般的に直線計測
スケールを提供せず、そして十分に制御された狭いパル
ス幅の高電圧パルスの発生を必要とする。読みの直線性
及び高電圧パルスの発生の両者を実現させるには、要求
される技術は計数コンポーネントに装置全体の複雑さと
各10年間毎のスケール変更の必要性とを付加する。本発
明による装置および方法は、単に１度のレンジ調整動作
が必要とされるだけであり、何十年にもわたる動作につ
いて本質的に正確な直線読みを可能とする。

本発明は放射線場の強さ測定する装置および方法に関
するものであり、パルスによって能動化される検出器
（例えばＧ−Ｍ管）を用い、式 を基礎とする。但しＲは放射線場の強さ、ｔは最初のス
トライク（strike）までの時間、Ｋは与えられた装置に
係る比例定数である。Ｇ−Ｍ管検出器はその検出器を介
して能動領域までバイアス電圧をパルス印加することで
能動化され、そして最初のストライクの入射までの経過
時間間隔を測定する。この時間の逆数が放射線場の強さ
に比例するため、場の強度決定に必要な全ての情報が得
られる。Ｇ−Ｍ管が十分に回復するのを確実にするため
各ストライクの後に一定の待機時間が与えられ、そして
Ｇ−Ｍ管は能動化されて前記処理が繰り返される。

前記ストライクに対する各時間間隔が放射線場の強さ
を計算するのに必要な全ての情報を含んでいるにも係ら
ず、原子核現象は本質的にランダムであるため所望の測
定値が真の平均場の強さを正確に現しているという信頼
度は低い。それ故多くの測定が信頼度の高いファクタ
（因子）を得るために行なわれ、そして組み合わされ
る。低放射線場については、前記「ストライクの後の待
機」を考慮したことによる喪失時間（lost time）の全
時間に対する割合は小さく殆んど重要ではない。高放射
線場については「ストライクの時間」が短かく、そのた
め多くの測定が可能となり、やはり前記喪失時間が殆ん
ど問題とならない。測定可能な時間の細かさ（finenes
s）と測定可能な最小時間が精度及び測定可能な最大放
射線場を制限する。Ｇ−Ｍ管間のデッドタイムの結果と
して通常遭遇する非直線性と再現性の欠如はもはや存在
しない。

従って本発明の主要な目的は、放射線場を測定する新
規な検出器および方法を提供することにあり、その手法
は、放射線粒子又は波との相互作用を記録するために検
出器を能動化してからその後に第１の実際の相互作用が
生じるまでの間の経過時間を計数するものである。

本発明の他の目的は、上述の新規な放射線場測定装置
および方法を提供することであり、それは最初の相互作
用が発生した時に前記検出器が所定時間非能動化され、
それから再び能動化されて次の相互作用が生ずるまで前
記時間計数処理が繰り返され、前記能動化および非能動
化のシーケンスが連続され、そして時間計数値が平均化
されて放射線場の測定値を提供するものである。

本発明の他の目的は、上述の新規な本発明の方法にも
とづく装置であって、その検出装置内にガイガー・ミュ
ーラー管を用い、そこでは前記検出器が非能動化されそ
して次に能動化されるまでの時間がガイガー・ミューラ
ー管の完全な回復時間より長くされたものを提供するこ
とにある。

さらに本発明の他の目的は、１度のレンジ変更が要求
されるのみで何十年にわたる動作において正確な直線性
の読みを提供し、高精度かつ高安定度で非常に長寿命化
された検出器として作動し、そして非常に高い放射線場
において正確に機能する能力を有する新規な放射線測定
装置を提供することにある。

〔問題を解決するための手段及びその作用〕

本発明によれば、放射線場の強さを測定する装置であ
って前記装置は下記の組合せ、すなわち、出力回路を有
しバイアス電位が与えられる放射線検出器であって、前
記検出器はバイアスされたときにその出力回路から出力
パルスを発生することにより放射線の衝突に応答するよ
うに能動化され、バイアスされないときには放射線によ
る衝突があってもその出力の発生が非能動化される形式
のもの、前記放射線検出器に作動的に結合されたバイア
ス手段であって、前記放射線検出器を選択的にバイアス
して放射線の衝突に応答した出力パルスを発生させるも
の、時間計数を開始させそして終了させるように動作す
る時間制御手段を包含する時間計数手段であって、前記
放射線検出器の出力回路が前記時間計数手段に作動的に
結合されそして前記出力パルスの発生によって前記時間
計数手段の時間計数を終了させるのに有効であるもの、
そして、マスタ制御手段であって、前記バイアス手段及
び前記時間計数手段に作動的に結合され、前記バイアス
手段は放射線の衝突に応答するために前記放射線検出器
を選択的にバイアスし、前記時間計数手段は前記放射線
検出器の作動的なバイアスと同時に時間計数を開始する
ため有効となり、そして前記マスタ制御手段は前記放射
線検出器が出力パルスを発生したときに信号を受信する
ものから構成される放射線場の強さを測定する装置が提
供される。

また本発明によれば、放射線場の強さを測定する方法
であって、下記の諸ステップ、すなわち（イ）放射線場
における放射線検出器を能動化し、そして同時に時間を
計数するため時間計数装置を能動化するステップ、
（ロ）放射線検出に応答して標識信号を発生するステッ
プ、（ハ）前記標識信号を前記時間計数装置の動作を非
能動化するのに用いるステップ、そして、（ニ）次の
式:R＝K/t、但し、Ｒは放射線場の強さ、ｔは前記時間
計数装置の能動化と非能動化との間の時間、Ｋは定数に
従って前記時間計数装置に記録された時間計数を変換す
るステップから成る放射線場の強さを測定する方法が提
供される。

さらに本発明によれば放射線場の強さを測定する方法
であって、下記の諸ステップ、すなわち、（イ）放射線
場における放射線検出器を能動化し、そして同時に時間
を計数するため時間計数装置を能動化するステップ、
（ロ）放射線検出に応答して標識信号を発生するステッ
プ、（ハ）前記標識信号を前記時間計数装置の動作を非
能動化するのに用いるステップ、（ニ）前記ステップ
（イ）、（ロ）、（ハ）を規定された時間間隔で連続的
に繰り返すステップ、そして、（ホ）次の式:R_T＝（Ｋ
×Σカウント）／（Σt_ON）、但し、R_Tは規定された時
間を通した放射線場の強さ、Σカウントは上記規定され
た時間内で前記放射線検出器が動作した全時間において
得られた時間計数の総和、Σt_ONは前記規定された時間
において前記放射線検出器が動作した全時間、Ｋは定数
に基づいて前記時間計数装置により記録された時間計数
を変換するステップから成る放射線場の強さを測定する
方法が提供される。

〔実施例〕

本発明の実施例について添付図面を参照しながら下記
に述べる。

図面は本発明にもとづく一実施例としての装置のブロ
ック図である。また発明の一実施例としての方法が実現
される装置を示している。

本発明に基づく装置及び方法は前述の如く、式 に基づくものである。但し、Ｒは放射線場の強さ、ｔは
Ｇ−Ｍ管が能動化された後の第１のストライク（衝突）
までの時間、Ｋは比例定数である。この式は証明された
数式から導びかれる。

％同時計数（％ Coincidences）＝１−e^-nRt 上記式は、ミリレントゲン単位の放射線場の強さＲに
対するカウント（％同時計数）を得る確率、カウント／
秒/mr/時間を単位とする検出器感度ｎ、そして秒を単位
とする観測時間ｔによる計数率の期待値に関与してい
る。

もし十分長い間待機するならば、常に１カウント生じ
るであろうし、もしバックグランド放射からのものが均
等であれば、１カウントを得る確率は一定となり、そし
てその「％同時計数」は定数として書くことができる。
従って上記式は下記の如くなる。

K₁＝１−e^-nRt ｎはＧ−Ｍ管の感度であり、管の寸法及び構造に依存
して定まる定数であるから、上式は簡略化できる。

K₁＝１−e^-K2Rt 但し、R:放射線場の強さ（mr/hr） t:観測時間（秒） 上記式の３つの項の２つが定数であるから、第３の項
も定数でなければならず、それ故、 e^-K2Rt＝K₃＝定数 従って、若しe^-K2Rtが定数であるならばｅの指数も定
数であるから、次のように書き表わすことができる。

−K₂Rt＝K₄、又は、 そして、 但し、R:放射線場の強さ、 t:1G−Ｍカウントを得る時間 又は、放射線場の強さは1G−Ｍカウントを得るのに必
要な時間の逆数に比例する。

この式は、検出器が入射ガンマフォトン（又はベータ
電子）に対して応答することが可能となる時間ｔ＝０か
ら1G−Ｍカウントが得られるまでに要した時間を観測す
ることによって、場の強さが各Ｇ−Ｍカウント毎に測定
されることを示している。ランダムな性質の単一事象の
観測は、特にカウントするのに比較的時間のかかる低範
囲において勿論信頼性は充分とはいえない。しかしなが
らこの測定が、規定された時間間隔、例えば２秒にわた
って繰り返し行なわれ、そしてカウントの合計がカウン
トが行われる全てのシーケンス中でＧ−Ｍ管が能動化さ
れた全時間で得られた場合、放射線場の強さを示す十分
に信頼性のある測定値が得られる。従って前述の最後の
式は次のように書き改めることができる。

但し、R_T:規定された期間（例えば２秒）についての
放射線強さ、 t_ON:規定された期間の間中の各「ストライク」を記録す
べきＧ−Ｍ管の「オン時間」。

この関係が本発明の基礎となっている。

Ｇ−Ｍ管について下記の動作を考える。時間ｔ＝０で
Ｇ−Ｍ管の電圧は始動電圧以下から動作電圧範囲の所定
のレベルまで急激に上昇する。Ｇ−Ｍ管の電圧増加が行
われると同時に、発振器（クロック）がゲートオンさ
れ、クロックパルス形式での時間計数が開始される。時
間計数処理は1G−Ｍカウントが得られるまで連続し、カ
ウントが得られた時点で時間計数が停止してＧ−Ｍ管の
電圧が動作点以下に減じられる。前記電圧は約1.5msec
（Ｇ−Ｍ管のデッドタイムより長い時間）の間低い状態
が維持され、それから前記過程が繰り返される。このよ
うに、検出器は選択的に検知し得るように（sensitiv
e）させられ、そして「計数時間」情報は所定の時間間
隔にわたって累積される。高放射線場において、1G−Ｍ
カウントは数マイクロ秒又はそれ以下の桁の非常に短時
間で得られる。低レベルの放射線場においては、1G−Ｍ
パルスが得られる時間は実際の場のレベル及びＧ−Ｍ管
感度に依存して１秒又はそれ以上に広がるかもしれな
い。しかしながら、単に時間計数によって、いかなる期
間が要求される場合であってもＧ−Ｍ管はレンジ切換な
しで何十年にわたって使用可能であり、その制限として
は極端に短い時間の測定に係る信頼性であることが理解
されよう。

また、検出器がD.C.動作と同じ比率（rate）でカウン
トが許容されることから、１秒当りのカウント数は電界
の増加と共に増加し、そして従来の使用形態であるＧ−
Ｍ管のパルス動作とは区別されるように、その計数率は
Ｇ−Ｍ管に高電圧パルスを印加する制御反復率によって
制限されないことは明らかである。このアプローチにお
いて、Ｇ−Ｍ管は基本的に「フリーラン」が許容され、
すなわち可能な限りの迅速な計数は各Ｇ−Ｍパルスの受
信後に生ずる回復時間が課せられることのみを制限とす
る。従って、いかなる放射線場の読みと関連づけられた
統計も最大化される。

本発明の実施例を示す放射線測定装置の機能ブロック
図を参照すると、マイクロプロセッサ１があり、前記マ
イクロプロセッサは、ROM及びRAMメモリ２、ライトI/O
デコーダ３、リードI/Oデコーダ４、DMAステートデコー
ダ５、及びカウンタゲート６を含む他の構成要素につい
て装置の全動作を制御する。メモリ（記憶装置）２への
８アドレスラインは多重化され16ラインとして機能す
る。ライトI/Oデコーダ３はデータバス18からデータを
読出すときディテクタラッチ９及びディスプレイ24を指
示する。リードI/Oデコーダ４はカウントデータがデー
タバスに読み出される場合に選択され、そしてまた適切
な時間においてカウンタ17をクリアする。EPROMメモリ
はプログラムを収容し、RAMは過渡データ用として用い
られる。水晶発振器７は１マイクロ秒のタイミングクロ
ックパルスを提供し、前記タイミングクロックパルスが
マイクロプロセッサ１及びカウンタゲート６に印加さ
れ、それぞれの装置及び「ストライク時間」の動作タイ
ミングに用いられる。発振回路はマイクロプロセッサの
内部にあるが水晶は外部に存在する。

マイクロプロセッサ１は、電源12からキャパシタを介
してＧ−Ｍ管13又は14を動作させるパルスバイアスによ
って閉じられる高電圧スイッチ10又は11のいずれかを、
ライトI/Oデコーダ３、ライン８、ディテクタラッチ９
及びデータバス18を介して選択する。Ｇ−Ｍ管において
検出されたストライク信号はプローブ出力バッファ15で
波形整形され、ディテクタラッチ９のクリア入力に印加
されディテクタラッチをクリアしてHIおよびLO出力を低
レベルに駆動し、スイッチを通してそれらを放電するこ
とによって能動化されたＧ−Ｍ管を不動作にする。１対
のトランジスタスイッチが各高電圧スイッチ10および11
内でバイアス機能及び放電機能を提供する。HI又はLOラ
ッチ出力のいずれかが高レベルの場合、その信号がORゲ
ート16を通してカウンタゲート６を開にする。HI及びLO
の両出力が低レべルの場合にはカウンタゲート６を閉に
する。従ってストライク信号はカウンタゲート６を閉に
しカウンタ17における計数を停止させる。カウンタ17は
カウンタゲート６が開の場合に前記カウンタゲート６を
介してタイミングクロックパルスを受信し、そして計数
する。

マイクロプロセッサ１の制御の下で、カウンタリード
バッファ20を介して、８ラインデータバス18は「カウン
タ」情報をメモリ２に伝達し、前記カウント情報はまた
ライン19を介して直接マイクロプロセッサに印加され
る。さらに上記カウント情報はディスプレイ24、及び、
HI及びLO高電圧スイッチのいずれか一方を直接動作可能
又は不動作にするディテクタラッチ９に印加される。カ
ウンタ17は、256カウントの８ビットカウンタの最有意
義ビット（MSB）のリセットを通して、インバータ21及
びオーバーフローフリッププロップ22を介しマイクロプ
ロセッサ内のDMA（ダイレクトアクセスメモリ）に信号
を印加するのに用いられる。この情報がマイクロプロセ
ッサの内部で処理された後、マイクロプロセッサからの
信号がDMAステートデコーダ５を介してオーバーフロー
フリップフロップ22をリセットする。このことはマイク
ロプロセッサのプログラミングに割込むことなくマイク
ロプロセッサ内におけるカウンタ17の16ビットの拡張を
可能にする。

マイクロプロセッサの制御下で２種のカウント情報、
いわゆる測定された放射線レベル及び累積線量（dose）
が表示可能である。線量ディスプレイスイッチ23が駆動
されている場合、マイクロプロセッサはライトI/Oデコ
ーダ３に信号を送出してディスプレイ24を作動可能と
し、データバス18へメモリ２からの読出しが行なわれた
ときに累積された線量情報をデコードして視認表示のた
めにデコードされた線量データをディスプレイ24に印加
する。線量ディスプレイスイッチ23が駆動されていない
場合、現在測定された放射線レベル情報がメモリからデ
ータバス上にあるときライトI/Oデコーダ３は現在の測
定放射レベルをデコードするためにディスプレイ24に信
号を与える。適切な時間においてスイッチリードバッフ
ァ25はリードI/Oデコーダ４を介したマイクロプロセッ
サの制御下で、HI及びLOレンジに対応するスケールファ
クタ、及び回路遅延時間を修正する修正ファクタをデー
タバス18に送出する。アラーム状態はアラーム26で表示
され、そして全装置はスイッチ27によりオン又はオフさ
れる。

マイクロプロセッサは、例えば２秒で規定された所定
の時間間隔で動作し、前記２秒の時間としては例えばデ
ータ処理時間としての0.3秒と２秒サイクルの残りの部
分でのデータ収集時間又は約1.7秒とに分割される。電
源が投入されシステムが初期化された後にデータ収集が
開始される。マイクロプロセッサ１はライトI/Oデコー
ダ３及びディテクタラッチ９を介してLO高電圧スイッチ
10によって電源12に低レンジＧ−Ｍディテクタ管13をパ
ルスバイアスさせて前記Ｇ−Ｍ管が放射線を検出するよ
うにLOイネーブル信号を発し、LO高電圧スイッチはスイ
ッチを閉じて高電圧源H.V.から直流550Vを印加する。LO
イネーブル信号はORゲート16及びライン28を介してカウ
ンタゲート６を開にし、カウンタ17で計数されるクロッ
クパルスを通過させる。前記カウンタはその前にマイク
ロプロセッサからの指令によりリードI/Oデコーダ４か
らのクロックによってクリアされている。この計数は、
入射放射線によって発せられるプローブバッファ15から
のパルス又はマイクロプロセッサで規定する２秒の時間
が経過した後にマイクロプロセッサから発せられる信号
のいずれかによってディテクタラッチ９がクリアされる
まで連続して行なわれる。ディテクラッチのクリアはLO
イネーブル出力を除去するためのマイクロプロセッサの
Ｅフラグ入力に与えられ、そしてカウンタ17へのクロッ
クパルスの伝送を終了させるべくカウンタゲート６を閉
にする。

ライン28を介してマイクロプロセッサのＥフラグ入力
に与えられた信号は、マイクロプロセッサに対して「ス
トライク」が発生し、そのためＧ−Ｍ管の確実な回復時
間の経過後、すなわちＧ−Ｍ管をパルスバイアスし前記
高電圧スイッチに他のイネーブル信号を与える前に1.5
ミリ秒の待時間を与えた後、再び計数できることを指示
する。データ収集サイクル（すなわち1.7秒）の後で
は、マイクロプロセッサはライトI/Oデコーダ３、ディ
テクタラッチ９及びLOH.V.スイッチを介してＧ−Ｍ管を
不動作にし、メモリ内の24ビットカウンタ時間及びスケ
ールファクタ、及びスイッチリードバッファ25から回路
遅延時間を読み出す。そして許された処理時間（すなわ
ち0.3秒）の後、ライトI/Oデコーダ３、ディテクタラッ
チ９およびデータバス18を介して再びＧ−Ｍ管をパルス
バイアスすべく他の信号を送出し、そして他のデータ収
集サイクルを開始させる。

低レンジ管13を用いて計数するには放射線場が強すぎ
る場合、マイクロプロセッサはライトI/Oデコーダ３及
びデータバス18を介してディテクタラッチ９にパルスを
印加し、それによって前記ディテクタラッチから発せら
れたHIイネーブル信号は高電圧スイッチ11に印加されて
前記高電圧スイッチを閉じる。高レンジディテクタ管14
はキャパシタを介して直流550Vが印加されパルスバイア
スによる放射線検出状態となる。このとき低レンジディ
テクタ管13は不動作のままである。マイクロプロセッサ
は、カウンターリードバッファ20およびオーバーフロー
フリップフロップ22を介してカウンタ17をモニタするこ
とで放射線場が低レンジの使用では強すぎることを決定
し、平均計数時間（average time−to−count）が予め
設定されたプログラム時間、例えば１時間当り５レント
ゲンのレベルに等しい６マイクロ秒以下であることを決
定する。それはまた統計的な信頼性のある測定にとって
高レンジで測定するには放射線場が弱すぎると判断した
時にも行われ、その場合には自動的に低レンジに切換え
られる。このことは、計数時間（time−to−count）が
例えば１時間当り３レトゲンに等しい25.000マイクロ秒
を超えた時にいつでも行なわれる。上述の切換はライト
I/Oデコーダ３およびディテクタラッチ９を介して行な
われる。残る高レンジ切換シーケンスも低レンジディテ
クタの場合と同様である。

この計数シーケンスは繰り返して行われ、重みづけ測
定がメモリ２の内部で行なわれる。放射線の存在に係る
この測定は通常、線量ディスプレイスイッチ23が駆動さ
れている前述の場合を除いて、液晶ディスプレイ24に表
示される。表示は典型的には２秒毎に更新される。放射
線の存在がメモリ２にプログラムされたアラームレベル
を超える場合、マイクロプロセッサはアラーム26を介い
てアラーム状態を指示し、そのアラームは発音又は視認
によって行われる。

前述した式及び前述のＧ−Ｍ管セットを使った平均計
数時間を図解したものを下記に示す。

高レンジ（3G10 Ｇ−Ｍ管） 放射線場強度（R/hr） 平均計数時間（μsec） 10,000 8.33 1,000 83.33 100 833.3 10 8,333 1 83,333 0.1 833,333 0.01 8,333,333 低レンジ（18505 Ｇ−Ｍ管） 放射線場強度（R/hr） 平均計数時間（μsec） 10R/hr 3.125 1R/hr 31.25 .1R/hr 312.5 10mr/hr 3,125 1mr/hr 31,250 .1mr/hr 312,500 0.01mr/hr 3,125,500 上記テーブルから、単に「計数時間」パラメータを測
定することによって、ディテクタの切換なしに動作レン
ジの有意義な拡張が得られることが判る。もし望むなら
ば、このことは他のアプローチにおいて限定される或る
特徴を有効ならしめる。例えば、18505形Ｇ−Ｍ管と関
連づけて低レンジフリスキングプローブ（frisking pro
be）を用いることは、すぐれた直線性及び統計的信頼性
を維持しながら50R/hrを超えるガンマ・ベータ測定能力
（capability）を提供する。

一般に、この新しいＧ−Ｍ管動作モードの使用を通し
て、実現される他のアプローチを越えた種種の利点が存
在する。多分最も重要なことは、担し長期間に係る精
度、安定度および全体的な正確さを考慮するとき、新し
い方法がそれ自身を全体的にディジタルシステムとして
いることである。アナログ測定は全く要求されず、全て
のデータおよび信号が「オン」又は「オフ」の形態であ
り、要求される基準が標準として最も信頼性のある形式
の水晶制御形発振器である。例えばＧ−Ｍ始動電圧変
化、Ｇ−Ｍ管定常状態期間（plateau length）、狭いパ
ルス幅の高電圧発生又はパルス当りの電荷等のアナログ
変化、イオンチャンバ電流、MOSFET漏洩電流等の項目が
「計数時間」動作方法によって改善されることに注目す
べきである。この動作モードは、デッドタイムが零で簡
単なパルス計数を行う理想的なディテクタの動作に類似
する。この形式の動作は、放射線場の強さが増加した場
合パルス間の間隔の直線性の再現をもたらすが、それに
対して本発明による動作方法は放射線の強さが増加した
場合「計数時間」の直線性の再現をもたらす。

Ｇ−Ｍ管のデッドタイムに係る実時間の効果は、Ｇ−
Ｍパルスが得られた時に測定時間を1.5ミリ秒停止させ
ることにより除去される。従って、通常非線形の読みを
生じさせるＧ−Ｍ管のデッドタイムとその効果は本発明
の新動作方法により除去される。上述の如く、放射線場
の強さに比例するパラメータは平均計数時間の逆数であ
る。この測定を得るため、提案した方法は、一定周期例
えば２秒での累積Ｇ−Ｍ管カウントを全ての累積「計数
時間」によって割算することが要求される。この割算の
前には、しかしながら、回路遅延定数に対応する較正定
数によって時間データが調整される。この商はＧ−Ｍ管
スケールファクタに対応する較正定数が掛けられ、そし
て所定の時間間隔にわたって平均化された単位をmr/hr
又はR/hrとする放射線場の強さを示すディジタルの読み
を提供する。

単位をmr/hrレベルとする場の強さの情報がディジタ
ル更新値として平滑された平均値の形態で２秒毎に提供
される。このことは低レベル領域における場の強さの読
み又は更新を得る前に長期間待機するという必要性を除
去する。R/hrレベルは２秒毎にディジタル表示可能であ
り、またはランニング平均も２秒ごとに表示可能であ
る。ランニング平均を用いる方法は、急速な場強度の変
化が先の線量率情報をクリアするのに使われ、そして新
たなレベルがすぐ次の更新ディスプレーに表示されるこ
とを除いて、アナログ測定における時定数に類似するも
のである。全線量情報はインクリメントされる２秒毎の
場の強さの情報から得られる。２秒毎に線量率数（dose
rate number）が1800で割り算され、連続した線量の記
録を与えるために記憶される。

マイクロプロセッサで制御される場合の図解のシステ
ムの動作プログラムは、測定時間期間のデータ収集サイ
クルについて下記の如くなる。

ａ）−マイクロプロセッサ内の「ストライク」カウント
を零にすることによりデータ収集を初期化する。

−24ビットハードウェア／ソフトウェアカウンタタイマ
を零にリセットする。

ｂ）データを入手する。

開始（BEGIN） イ）適切なディテクタ（高又は低レンジ）を作動可能と
する。

ロ）待機し「ガイガーパルス」が入った場合は下記ロ−
ｉ）のステップへ移行し、「計数時間経過フラグ」が立
った場合は（マイクロプロセッサにおける期間が経過し
た場合は）下記ロ−ii）のステップに移行する。

ロ−ｉ）−「ガイガーパルス」が１だけ増加した場合マ
イクロプロセッサ内に「ストライク」カウントが記憶さ
れ、「ガイガー管の完全回復時間」が経過するまで待機
する。

−もし「計数時間経過フラグ」が立った場合、データ計
数ステップ（ロ−ii）に分岐する。

−そうでなければステップ（ｂ−イ）に戻る。

終了（END） ロ−ii）−「計算時間経過フラグ」が立った場合。

−ディテクタラッチを介して能動的なディテクタをター
ンオフさせる（またタイマーを停止させる）。

−カウンタから８ビットを読み出しマイクロプロセッサ
に入れ、「累積された時間和」を得るために拡張された
16ビットカウントと結合する。

24ビットのタイムカウント＝T1（累積された時間１） −レンジスケール及び回路遅延ファクタを読み出し記憶
する。

ｃ）T2＝T1−（「ストライク」の数×回路遅延修正ファ
クタ） 「場の強さ」及び「更新線量」を計算する。

ｄ）調整された和を割る。

RATE1＝（イベント和）／（累積された時間和）（イベ
ント＝「ストライク」） ｅ）高又は低レンジスケールファクタによりRATE1をス
ケーリングする。

RATE2＝RATE1×スケールファクタ ｆ）RATE2（場の強さ）に基づいて「累積線量（DOS
E）」を更新する。

ｇ）「線量アラーム」をテストする。

ｈ）表示を円滑にするためディジタルフィルタを用いて
RATE2をフィルタリングする。

ｉ）RATE（場の強さ）アラームをテストする。

（テストはRATE3を用いる） ｊ）次のデータ収集時間のため「RANGEフラグ」を更新
する。

（高又は低レンジを選択する） （更新にはRATE3を用いる） ｋ）ステップａ）に戻り、データ収集を開始する。ブロ
ック図に図示の構成要素は代表的には下記のものであ
る。

マイクロプロセッサ１ CDP1805 メモリ２ アドレスラッチ CD40174 アドレスデコーダ MS14556 EPROM NMG27C32 RAM CMD6116 ディテクタラッチ９ CD40174 ライトI/Oデコーダ３ CD4028 DMAステートデコーダ５ MG14556 リードI/Oデコーダ４ MM74C42 高電圧スイッチ10,11 2N5096,2N5011 プローブ出力バッファ22 CD4049 カウンタゲート６、アラーム６ CD4093 カウンタ19 CD14520 リードバッファ20,25 MM74C244 オーバーフローフリップフロップ22 MM74C374 ディスプレー24ハムリン（Hamlin）LCD,MG14543,74C374 図解の特定的な実施例に関連づけテ本発明について述
べたが、本発明の変形形態および修正が本発明の本質的
な範囲又は技術的思想を逸脱することなく、係る分野に
おいて通常の技術を有する者により当然に行なわれるの
であり、それ故添付の特許請求の範囲に記載されたもの
と同等の広さの権利範囲の請求を意図するものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｇ−Ｍ管は基本的に「フリーラン」
が許容され、Ｇ−Ｍパルス受信後の回復時間の制限以外
は可能な限りの迅速な計数が可能となる。そしていかな
る放射線場の読みと関連づけられた統計も最大化され
る。また単位をmr/hrレベルとする場の強さの情報はデ
ィジタル更新値として平滑され平均値の形態で所定時
間、例えば２秒毎に提供される。このことは低レベル領
域における場の強さの読み又は更新の得る前に長時間待
機するという必要性を除去し前記所定周期毎のディジタ
ル表示可能やランニング平均の表示を可能とする。

本発明によれば、１度のレンジ変更が要求されるのみ
で何十年にもわたる動作において正確で直線性の読みを
提供し、高精度かつ高安定度で非常に長寿命化された検
出装置として作動し、非常に高い放射線場において正確
に機能する能力を有する、新規な放射線測定装置が提供
される。

また本発明による方法は、放電間の固定の待機時間を
挿入することにより高放射線場における放電数を制限
し、検出装置の寿命を延ばすというすぐれた効果をもた
らす。それは従来のＧ−Ｍ検出器の不完全な回復により
生ずる部分的振幅放電の発生をも解消し、さらに前記放
電間の固定の待機時間の結果として、Ｇ−Ｍ管検出装置
を任意の高放射線場において作動可能とする。

また本発明による方法はそれ自身を全体的にディジタ
ルシステムとして処理される、要求される基準が標準と
して最も信頼性のある形式の水晶制御形発振器であるこ
とから、例えばＧ−Ｍ始動電圧変化、Ｇ−Ｍ管定常状態
期間（plateau length）、狭いパルス幅の高電圧発生又
はパルス当りの電荷等のアナログ変化、イオンチャンバ
電流、MOSFET漏洩電流等の項目が改善される。

さらに、本発明による動作方法は放射線の強さが増加
した場合「計数時間」の直線性の再現をもたらす。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例としての放射線場の検出装置の
ブロック図である。 （符号の説明） １……マイクロプロセッサ、 ２……メモリ、 ３……ライトI/Oデコーダ、 ４……リードI/Oデコーダ、 ５……DMAステートデコーダ、 ６……カウンタゲート、 ９……ディテクタラッチ、 10,11……スイッチ 13,14……Ｇ−Ｍ管、 15……プローブ出力バッファ、 17……カウンタ、 20……カウンタリードバッファ、 22……オーバーフローフリップフロップ。

フロントページの続き (72)発明者 ハロルド ジヨン コーリー アメリカ合衆国，ニユーヨーク10977, スプリング バリー，ザベラ ドライブ １ (72)発明者 ミチオ フジタ アメリカ合衆国，ペンシルバニア19128, フイラデルフイア，オーラニアストリー ト489 (72)発明者 チヤールズ ビクター ノバツク アメリカ合衆国，ニユージヤージー 07626，クレスキル，セブンス ストリ ート116 (56)参考文献 実開 昭55−125580（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力回路を有するバイアス電位放射線検出
   器（13又は14）であって、バイアスされた時に前記出力
   回路における出力パルスの発生によって放射線の衝突に
   応答すべく有効とされ、非バイアス時には放射線の衝突
   の際に前記出力パルスの発生を無効とするバイアス電位
   放射線検出器、 前記放射線検出器に結合され、前記放射線検出器にオン
   ・オフ可能なバイアスを与えて放射線の衝突に応答した
   出力パルスを発生させるバイアス手段（10又は11）、 時間計数を開始及び終了させるよう操作可能な時間制御
   要素（６）を包む時間計数手段（17）であって、前記放
   射線検出器の出力回路に結合され、その出力パルスが発
   生すると時間計数を終了する時間計数手段、 前記バイアス手段（10又は11）に結合されたマスタ制御
   手段（１）であって、前記バイアス手段により前記放射
   線検出器にバイアスを与えた後、前記放射線検出器（13
   又は14）による出力パルスの発生に応答する信号を前記
   放射線検出器の出力回路からの信号として受信し、それ
   によって前記バイアスをオフし、その後所定時間が経過
   した時に前記バイアス手段により前記放射線検出器をバ
   イアスし、さらに前記マスタ制御手段は前記時間制御要
   素（６）に結合され、前記バイアスと同時に前記時間計
   数手段（17）に時間計数を開始させるマスタ制御手段、
   そして 前記マスタ制御手段（１）及び前記時間計数手段（17）
   に結合された記憶手段（２）であって、前記マスタ制御
   手段により前記時間計数手段における時間計数ｔ及び各
   時間計数イベントとして伝送された時間計数情報を所定
   の変換データとして記憶する記憶手段、 から構成することを特徴とする放射線場の強さを測定す
   る装置。
2. 【請求項２】前記記憶手段（２）における前記時間計数
   情報は、下記式、 但しＲは放射線場の強さ、 ｔは時間計数が行なわれた時間、 Ｋは定数、 に基づいて前記マスタ制御手段（１）により放射線場の
   強さの情報に変換され、前記放射線場の強さの情報が累
   積線量情報として前記記憶手段（２）に累積される特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。
3. 【請求項３】前記記憶手段（２）における前記時間計数
   情報は、下記式、 但し、R_Tは規定された時間を通した放射線場の強さ、 Σカウントは上記規定された時間内で前記放射線検出器
   が動作した全時間において得られた計数の総和、 Σt_ONは前記規定された時間において前記放射線検出器
   が動作した全時間、 Ｋは定数、 に基づいて前記マスタ制御手段（１）により放射線場の
   強さ情報に変換され、前記放射線場の強さの情報が累積
   線量情報R_Tとして前記記憶手段（２）に累積される特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。
4. 【請求項４】第１の放射線検出器（13）と前記第１の放
   射線検出器及びマスタ制御手段（１）に結合された第１
   のバイアス手段（10）、及び第２の放射線検出器（14）
   と前記第２の放射線検出器及び前記マスタ制御手段に結
   合された第２のバイアス手段（11）とを有し、前記第２
   の放射線検出器（14）は前記第１の放射線検出器（13）
   が機能するには強すぎる放射線場において動作可能であ
   り、そして前記マスタ制御手段（１）は、前記時間計数
   手段（17）から前記マスタ制御手段へ伝達された時間計
   数情報に基づいて前記バイアス手段（10,11）により前
   記放射線検出器（13,14）のいずれか一方を選択して作
   動させる特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか１
   つに記載の装置。
5. 【請求項５】前記放射線検出器（13又は14）のオン期間
   である第１の期間経過後、前記マスタ制御手段（１）は
   前記放射線検出器のオフ期間である第２の期間のために
   前記時間計数手段（17）の時間計数を終了させ、そして
   前記第２の期間終了後、前記マスタ手段は再び前記バイ
   アス手段（10又は11）に前記放射線検出器（13又は14）
   をバイアスさせ、それと同時に前記計数手段に計数を開
   始させる特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１
   つに記載の装置。
6. 【請求項６】放射線場の強さを測定する方法は、下記の
   諸ステップ、すなわち イ）放射線場における放射線検出器（13又は14）を能動
   化し、そして同時に時間を計数するため時間計数装置
   （17）を能動化するステップ、 ロ）放射線検出に応答する出力パルス信号を発生するス
   テップ、 ハ）前記出力パルス信号を前記放射線検出器（13又は1
   4）及び前記時間計数装置（17）の動作を非能動化する
   のに用いるステップ、 ニ）所定の時間待機するステップ、 ホ）下記式 但し、Ｒは放射線場の強さ、 ｔは前記時間計数装置が能動化されている時間、 Ｋは定数、 に従って前記時間計数装置（17）に記録された時間計数
   情報を放射線場の強さＲに変換するステップ、そして ヘ）前記各ステップイ）からホ）を、連続的に繰り返す
   ステップから構成することを特徴とする放射線場の強さ
   を測定する方法。
7. 【請求項７】前記計数を変換するステップホ）は、所定
   の固定された時間期間に渡る放射線場の強さを得るよう
   に放射線場の強さの連続した測定値の記憶及びその平均
   化によって表示データの変動を減ずる処理を行うステッ
   プを含む特許請求の範囲第６項に記載の方法。
8. 【請求項８】放射線場の強さを測定する方法、下記の諸
   ステップ、すなわち、 イ）連続した一連の時間周期の各々を、固定データ収集
   期間と固定データ処理期間に分割するステップ、 ロ）データ収集の開始に放射線場における放射線検出器
   （13又は14）を能動化し、そして同時に時間を計数する
   ため時間計数装置（17）を能動化するステップ、 ハ）放射線検出に応答して出力パルス信号を発生し、そ
   の発生回数をカウントするステップ、 ニ）前記出力パルス信号を前記放射線検出器（13又は1
   4）及び前記時間計数装置（17）の動作を非能動化する
   のに用いるステップ、 ホ）所定の時間待機するステップ、 ヘ）前記固定データ収集期間の間に前記ステップロ）か
   らホ）を連続的に繰り返し、そしてデータ収集を終了す
   るステップ、 ト）前記固定データ処理期間において、下記式 但し、R_Tは規定された時間期間を通した放射線場の強
   さ、 Σカウントは前記固定データ収集期間中に前記放射線検
   出器が動作した全時間において得られた計数の総和、 Σt_ONは前記固定データ収集期間において前記放射線検
   出器が動作した全時間、 Ｋは定数、 に基づいて記録されたΣt_ON及びΣカウントから成る時
   間計数情報を変換するステップ、 チ）ステップロ）からト）までを連続的に繰り返すステ
   ップ、そして リ）放射線線量情報を得るために、得られた放射線場の
   強さの値を累積するステップから成る放射線場の強さを
   測定する方法。
9. 【請求項９】前記時間計数を変換するステップチ）及び
   リ）は、さらに放射線場の強さの連続した測定値の記憶
   及びその平均化によって表示データの変動を減じ、所定
   の時間周期に渡る放射線場の強度を得るステップを含む
   特許請求の範囲第８項に記載の方法。