JP2945715B2

JP2945715B2 - 携帯用中性子線量当量計

Info

Publication number: JP2945715B2
Application number: JP12644390A
Authority: JP
Inventors: 博夫佐藤; 正康三戸
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JPH0420894A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、放射線の安全管理のため作業場における作
業者各個人の中性子の線量当量を評価する中性子線量当
量計に関する。

［従来の技術］放射線の検出には従来から種々の方法があるが、電気
的な検出法として気体の電離を利用した電離箱や比例計
数管などが知られている。しかしながら、中性子は荷電
粒子ではなく、直接電離作用を生じさせることがないの
で、中性子を何らかの方法で荷電粒子などに可変して測
定する方法をとる必要がある。すなわち、まず核反応を
起こさせ、その結果飛び出るα線などによって電離作用
を生じさせて中性子の検出を行うものである。

この場合、例えば電離箱内に³He,¹⁰Bなどを含むガス
を使用して（n,p），（n,α）反応を生じさせる場合、
第５図の各気体の中性子エネルギーに対する核反応断面
積の特性図に示すように中性子のエネルギーが高くなる
につれてその断面積が小さくなる。すなわち、それらの
気体中に直接入射されて核反応及びそれに伴う電離作用
を生じさせることのできるのは、比較的大きい核反応断
面積を有する熱中性子（0.025eV）程度の低エネルギー
領域の中性子に限られることが理解される。

従って、熱中性子よりもエネルギーの高い中高速中性
子を気体の電離を利用した検出器によってそのまま計測
することは困難である。

そこで、第４図に示すように、例えば比例計数管13内
に¹⁰Bを含むガスを充填し、この比例計数管13内に入射
する中性子を測定する場合、中性子を減速しそのエネル
ギーを低下させて熱中性子とするために減速材が使用さ
れる。本例では、図示のように最も外郭に減速材12を比
例計数管13を囲むように配置し、更にその内側に熱中性
子を吸収遮蔽し中高速中性子はそのまま通過させる材質
にて形成した中性子フィルタ14を配設し、更にその内側
に減速材16を配設している。減速材の材料は、例えば、
ポリエチレンやパラフィンなどの水素原子核を多く含む
物質が用いられる。

中性子フィルタ14は本例ではCdにて形成している。そ
して、この中性子フィルタ14には、熱中性子を所定の割
合だけ通過させるための通過孔14aが設けられている。
これは、第６図のグラフ、すなわち中性子の平行ビーム
がICRU球ファントムに入射したときの粒子フルエンス−
線量当量の換算係数を中性子エネルギーを関数として示
したグラフ（1cm線量当量、3mm線量当量、70μｍ線量当
量について示されている）から理解されるように、エネ
ルギーの高い高速中性子になるにつれて人体への影響が
大きくなることから、線量当量を計測する場合には、高
速中性子をより重く評価することによって適切な計測値
とすることができるからである。

すなわち、高速中性子は、熱中性子の約100倍程度の
換算係数であり、この換算係数に対応させて、中性子フ
ィルタ14に通過孔14aを形成するものである。例えば、
中性子フィルタ14の総面積の約1/100の開口面積を有す
る通過孔14aを形成することによって、高速中性子を熱
中性子の100倍通すことができ、人体への影響を考慮し
た適切な重み付けを行うことができる。そして、減速材
12である程度減速され、中性子フィルタ14を通過した中
高速中性子を更に減速材16によって減速させて熱中性子
として比例計数管13内に入射させている。これにより、
比例計数管13内では熱中性子と¹⁰Bとの核反応によって
α線が生じ、このα線によって起こる電離電荷をガス増
幅してパルスとして検知するようにしている。

比例計数管13内には陽電極17が配置されており、この
陽電極17は比例計数管13の陰極である金属容器などから
絶縁された状態となっており、電源20によって前記容器
と陽電極17との間に電圧が印加されている。そして、比
例計数管13内の電離作用によって生じた電子が陽電極17
に到着し、このときに生じるパルスをパルス増幅回路22
によって増幅し、これを計数回路24にて計数している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来の中性子線量計では、比例計
数管13内で核反応を起こし、α線によって電離を生じさ
せることができるように、中高速中性子を熱中性子に変
換するため減速材12及び16が必要となる。このような減
速材を設けることによって計測器全体が大型化し、また
ポリエチレン等で形成するためその重量も大きなものと
なる。例えば、外側の減速材12は全体で約20kg程度のも
のとなり、このような中性子線量計では、個人被曝管理
のため個々人が装着するため携帯用の中性子線量当量計
として使用することができなかった。

また、中性子線量当量を計測する手段として、フィル
ムバッジ、熱ルミネセンス線量計（TLD）、固体飛跡検
出器又はポケット線量計などを用いることも可能である
が、フィルムバッジの場合は、中性子の全エネルギー範
囲を測定する場合には熱中性子用のフィルムと中高速中
性子用のフィルムの２種類のフィルムが必要となり、ま
た計測結果を得るまでに時間を要するという問題があ
る。

また、TLD及びポケット線量計の場合には、γ線に対
する感度が高く、γ線量率の高い場所での中性子測定の
精度が悪いという問題がある。

更に、固体飛跡検出器の場合には、簡便で低価格では
あるが、飛跡を計数するためには大変な労力あるいは複
雑で高価な装置が必要となるという問題があった。

発明の目的本発明は、上記問題点を解決することを課題としてな
されたものであり、その目的は電離箱を用いた小型、軽
量な中性子線量当量計でかつ実時間で中性子の広範囲の
エネルギー領域を適切な重み付けを行って精度良く計測
することのできる携帯用中性子線量当量計を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明に係る携帯用中性子
線量当量計は、中性子の入射に起因して電離の生じる気
体が所定圧で充填された携帯可能な２つの第１及び第２
の電離箱部を対向配置して成り、第１の電離箱部を人体
装着側電離箱部とし、第２の電離箱部を人体外側電離箱
部とした一対の電離箱部と、該一対の電離箱部の各電離
箱部の電極を兼ねる容器と各電離箱部内に配置された集
電極との間にそれぞれ電圧を印加する電源部と、前記対
向配置された２つの電離箱部間に配置され、これら２つ
の電離箱部の対向面を覆うフィルタであって、熱中性子
のみを吸収遮蔽し熱中性子よりも高エネルギーの中高速
中性子は通過させる中性子フィルタと、人体内に入射し
後方散乱して中高速中性子から熱中性子に減速して出て
くる熱中性子を前記人体装着側の第１の電離箱部にて検
出し、直接入射される熱中性子を第２の電離箱部にて検
出しそれぞれ求められた計数値に対して前記人体装着側
の第１の電離箱部の計数値を重く評価する重み付け演算
を行う演算手段と、を含み、全エネルギー領域の中性子
を人体への影響度を考慮して計測するようにしたことを
特徴とする。

［作用］上記構成の携帯用中性子線量当量計によれば、電離箱
部は、人体装着側の電離箱部（以下「第１の電離箱部」
という）と非装着側に配置される電離箱部（以下「第２
の電離箱部」という）を有している。

そして、この第２の電離箱部では直接入射した熱中性
子を計測し、第１の電離箱部では人体に入射した中高速
中性子であって人体内で後方散乱し熱中性子（アルベド
中性子）として人体外に出射されこの第１の電離箱部に
入射した熱中性子を計測するようにしている。

一対の電離箱部の間には、中性子フィルタが配置さ
れ、このフィルタは、第２の電離箱部を通過した熱中性
子を第１の電離箱部に入射しないように吸収する。ま
た、これと同様に、このフィルタは、第１の電離箱部を
通過した熱中性子を第２の電離箱部に入射しないように
吸収する。

また、エネルギーの高い中高速中性子は、熱中性子に
比べ極めて反応断面積が小さいので、２つの離箱部では
反応することなく通過し、また中性子フィルタも通過し
て人体に入射される。そして、人体内で散乱し熱中性子
となって出射されたものが上記第１の電離箱部内に入射
しここで反応し、間接的に電離を生じさせるものであ
り、これにより、第１の電離箱部によって中高速中性子
の計測を行うことができる。また、後方散乱によって人
体から出射された熱中性子が第１の電離箱部を通過した
場合でも、中性子フィルタにて吸収遮蔽されるので、再
び第２の電離箱部内で反応することがない。

更に、本発明では各電離箱部での中性子の計数値に対
して人体に対する影響度のより高い中高速中性子の計数
値を重く評価するように重み付け演算を行う演算手段が
設けられているので、全エネルギー領域についての中性
子を人体への影響度を考慮して精度良く計測することが
可能となる。

このように、本発明は人体内で減速して熱中性子とな
ったものを計測できるので、減速材が不要である。これ
により、電離箱を用いた中性子線量当量計を個人被曝管
理のための小型の携帯用中性線量計として構成すること
ができる。

［実施例］以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の特徴的構成要素である電離箱部と中
性子フィルタの概略構成を示す説明図であり、図におい
て人体装着側の第１の電離箱部10−１と非装着側の第２
の電離箱部10−２の２つの電離箱部によって電離箱部が
形成されている。

各電離箱部10−1,10−２は、携帯に適するように比較
的薄型（厚さ３〜30mm程度）に形成されており、その内
部空間には高濃縮¹⁰Bを含む¹⁰BF₃ガスが封入されてい
る。そして、この¹⁰BF₃ガスは検出効率を向上させるた
めに、加圧して封入しており、本実施例では約８気圧程
度に圧縮して充填している。２つの電離箱部10−1,10−
２の間には、中性子フィルタ14が配置されている。この
中性子フィルタ14は少なくとも両電離箱部10−１及び10
−２の対向面を覆うように設けられている。そして、こ
の中性子フィルタ14は、中性子のうちエネルギーの低い
熱中性子のみを吸収遮蔽し、熱中性子よりも高エネルギ
ーの中高速中性子は、そのまま通過させる性質を有して
いる。本実施例ではCdあるいは¹⁰Bを含む吸収板にてこ
の中性子フィルタ14を形成している。

図において、熱中性子は、矢印100にて示されてお
り、中高速中性子は白矢印200にて示されている。

次に、第２図は、電離箱部10の構造を示す略断面図
で、電離箱部10の内部空間10aには¹⁰BF₃が圧縮封入され
るとともに、集電極18が配設されている。この集電極18
は、リング状の第１の絶縁部材28、ガードリング30及び
リング状の第２の絶縁部材32にて挟持され、その尾端部
18a側は抵抗R1を介して接地されると共にコンデンサC1
を介して演算部（図示せず）に接続されている。上記ガ
ードリング30は、接地されており、第１及び第２の絶縁
部材28及び32による集電極18と電離箱部10の金属容器11
との間の絶縁の完全化が図られている。

電離箱部10には電源34が接続され、集電極18と電離箱
部10との間に所定電圧が印加されている。この電源34は
携帯に適するようにするため小型電池が用いられ、この
電圧を調製するために所定の昇圧手段が用いられる。な
お、電離箱部10の平面形状は、円形あるいは四角形など
携帯に適した任意の形状とすることが可能である。

次に、第３図は各電離箱部の集電極18に接続される計
数手段及び演算手段の構成を示すブロック図であり、本
実施例の第１及び第２の電離箱部10−1,10−２を本体と
する電離箱36−1,36−２からの出力すなわち集電極18−
１及び18−２の出力側の構成が示されている。

各集電極18からのパルス出力は、まず前置増幅器40及
び比例増幅器42によって増幅され、更に波高弁別器44−
1,44−２によって、熱中性子入射による核反応により生
じたα線による電離作用に基づくパルスのみを検出する
ようにしている。すなわち、γ線の作用によるパルスを
除去している。

そして、熱中性子の核反応により生じたα線に基づく
パルスのみを各計数計46−1,46−２にて計数するように
している。

そして、各計数置は演算回路48に送られる。この演算
回路48は、各計数値に対して所定の重み付けを行い、適
切な中性子線量当量を算出する。この演算結果は表示部
50にて実時間で表示される。

次に、以上の構成から成る本実施例の特徴的動作につ
いて説明する。

第１図に示すように、本実施例に係る中性子線量当量
計が、人体26に装着されている場合に、外方から熱中性
子100が照射された場合、この熱中性子100は非装着側の
第２の電離箱部10−２内に入射し、ここで反応してα線
を生じさせ、このα線によって電離が生じる。この電離
作用によって電子が集電極18−２に到着し、このときに
生じるパルスが上記計数計46−２にて計数される。

また、外方から中高速中性子200が照射され第２の電
離箱部10−２に入射した場合、上述のようにエネルギー
の高い中高速中性子は、¹⁰Bとの反応断面積が極めて小
さくこの電離箱部10−２を通過する。更に、中性子フィ
ルタ14もこのような中高速中性子200はそのまま通過さ
せるので、中高速中性子200は更に第１の電離箱部10−
１を通過し人体26内に入射する。

そして、この人体内に入射した中高速中性子200は、
人体内で散乱し、エネルギーを減少させ熱中性子（アル
ベド中性子）300となって人体26外へ出射され、再び人
体装着側の第１の電離箱部10−１内に入射する。すなわ
ち、人体26に入射された中高速中性子200は、後方散乱
して熱中性子300として第１の電離箱部10−１内に入射
する。ここで、この熱中性子300は反応してα線を生じ
させ電離が生じる。そして、同様に第１の電離箱部10−
１におけるパルス計数計46−１にて計数される。

なお、外方から第２の電離箱部10−２に入射した熱中
性子100のうちこの電離箱部10−２を通過した熱中性子
は、中性子フィルタ14にて吸収遮蔽され、第１の電離箱
部10−１内に入射することはない。そして、人体26側か
ら第１の電離箱部10−１内に入射する熱中性子300は、
この第１の電離箱部10−１を通過した場合でも中性子フ
ィルタ14によって吸収遮蔽されるので、更に第２の電離
箱部10−２に入射されることはない。従って、外方から
照射されてくる熱中性子から中高速中性子までの広範囲
のエネルギーの中性子の計測を２つの電離箱部によって
重複計測することなく精度良く計測することができる。

第２の電離箱部10−２側で計測された熱中性子につい
ての計数値及び第１の電離箱部10−１側で計測された中
高速中性子200についての計測値は、演算回路48で所定
の重み付けが行われる。この重み付けは上記第６図にて
示したようにエネルギーの高い中高速中性子の方が人体
に対する危険度が高いので、その第６図に示された換算
係数に対応して行われる。すなわち、計数計46−１から
の計数値を重く評価する（約100倍）重み付け演算を行
う。この演算によって、中性子のエネルギー毎に異なる
人体への危険度を考慮して適切な中性子線量当量の計測
を行うことができる。この計測結果は、表示部50にて例
えばデジタル表示されるので使用者は迅速かつ容易に計
測結果を知ることができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る携帯用中性子線量
当量計は、２つの電離箱部を用いて、減速材を使用する
ことなく構成されているので小型かつ軽量の中性子線量
当量計を実現することができ、実時間で全てのエネルギ
ー領域の中性子を精度良く、かつ適切な重み付けを行っ
て計測することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主要構成部の概念図、第２図は本発明の実施例に係る電離箱部の概略構成図、第３図は本発明の実施例に係る集電極の出力側の構成を
示すブロック図、第４図は電離箱及び減速材を用いた従来の線量当量計を
示す説明図、第５図は中性子検出用として重要な各種原子の中性子エ
ネルギーに対する反応断面積を示す図、第６図はICRU球ファントムに入射した中性子の線量当量
換算係数を示す図である。 10−1,10−２……電離箱部 14……中性子フィルタ 18……集電極 34……電源 100……熱中性子 200……中高速中性子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中性子の入射に起因して電離の生じる気体
が所定圧で充填された携帯可能な第１及び第２の電離箱
部を対向配置して成り、第１の電離箱部を人体装着側電
離箱部とし第２の電離箱部を人体外側電離箱部とした一
対の電離箱部と、該一対の電離箱部の各電離箱部の電極を兼ねる容器と各
電離箱部内に配置された集電極との間にそれぞれ電圧を
印加する電源部と、前記対向配置された一対の電離箱部の間に配置され、こ
れらの電離箱部の対向面を覆うフィルタであって、熱中
性子のみを吸収遮蔽し熱中性子よりも高エネルギーの中
高速中性子は通過させる中性子フィルタと、人体内に入射し後方散乱して中高速中性子から熱中性子
に減速して出てくる熱中性子を前記第１の電離箱部にて
検出し、直接入射される熱中性子を前記第２の電離箱部
にて検出しそれぞれ求められた計数値に対して前記第１
の電離箱部の計数値を重く評価する重み付け演算を行う
演算手段と、を含み、全エネルギー領域の中性子を人体への影響度を
考慮して計測するようにしたことを特徴とする携帯用中
性子線量当量計。