JP3168905B2 - Radiation shield, and beam transport tube, beam stopper, and collimator having the shield - Google Patents

Radiation shield, and beam transport tube, beam stopper, and collimator having the shield

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JP3168905B2 JP05286996A JP5286996A JP3168905B2 JP 3168905 B2 JP3168905 B2 JP 3168905B2 JP 05286996 A JP05286996 A JP 05286996A JP 5286996 A JP5286996 A JP 5286996A JP 3168905 B2 JP3168905 B2 JP 3168905B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は放射線遮蔽体、並び
にこの遮蔽体を有するビーム輸送管,ビームストッパ、
及びコリメータに係り、特に、放射線を発生・利用する
加速器,核融合,原子力,医療機器,工業応用,基礎研
究分野の放射線遮蔽技術に好適な放射線遮蔽体、並びに
この遮蔽体を有するビーム輸送管,ビームストッパ、及
びコリメータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a radiation shield, a beam transport tube having the shield, a beam stopper,
In particular, radiation shields suitable for radiation shielding technology in accelerators, nuclear fusion, nuclear power, medical equipment, industrial applications, and basic research fields, and beam transport tubes having the shields, It relates to a beam stopper and a collimator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の放射線遮蔽設計は、取り扱う放射
線のエネルギーが高くビーム透過力が強いので、モンテ
カルロ法などの放射線の粒子的挙動を記述した設計理論
を用いて実施されている。また、一般に既設の遮蔽体
は、放射線発生源を単層又は多層密着の吸収性物質で取
り囲んだ単純な構成となっている。
2. Description of the Related Art Conventional radiation shielding designs are implemented using a design theory describing the particle behavior of radiation, such as the Monte Carlo method, because the energy of the radiation to be handled is high and the beam transmission power is strong. In general, an existing shield has a simple configuration in which a radiation source is surrounded by a single-layer or multi-layer absorbent material.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、加速器,核融合
装置,放射光発生装置などの大型化にともない、従来の
レベルを越える高エネルギー・高強度の放射線が発生す
るようになった。そのため、これらの放射線防護用の遮
蔽設備が大型化することになり、さらなる遮蔽技術の高
性能化及びコストダウンが要求されることとなった。
In recent years, with the increase in the size of accelerators, nuclear fusion devices, and synchrotron radiation devices, high-energy, high-intensity radiation exceeding conventional levels has been generated. For this reason, these shielding equipment for radiation protection has been increased in size, and higher performance and cost reduction of shielding technology have been required.

【0004】しかしながら、従来の粒子的取り扱い手法
による放射線遮蔽解析方法は、既に高度化されており、
この粒子的手法の延長上での大幅な遮蔽性能の向上への
アプローチは相当の困難をともなうと考えられる。
[0004] However, the radiation shielding analysis method using the conventional particle handling method has already been advanced,
It is believed that the approach to greatly improving the shielding performance over the extension of the particulate method is accompanied by considerable difficulties.

【0005】本発明の目的は、従来の考え方と異なり、
新しく放射線の波動的性質を考慮した光学的手法(以
下、光学的遮蔽法と略称する)の導入によって、遮蔽設
備の性能の向上及び経済性の向上を図ることのできる放
射線遮蔽体、並びにこの遮蔽体を有するビーム輸送管,
ビームストッパ、及びコリメータを提供するにある。
[0005] The object of the present invention is different from the conventional idea.
A radiation shield capable of improving the performance and economical efficiency of shielding equipment by introducing a new optical method (hereinafter, abbreviated as an optical shielding method) in consideration of the wave property of radiation, and this shielding. Beam transport tube with body,
A beam stopper and a collimator are provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】遮蔽体を光学的に機能さ
せるため、遮蔽物質層を多層構成とし、下記の3種類の
解決手段を採用した。
In order to make the shield function optically, the shield material layer has a multilayer structure, and the following three types of solutions are employed.

【0007】(1)遮蔽物質層間に真空又はガスの空隙
層を設ける。(2)遮蔽物質層材として、散乱性物質と
吸収性物質を組み合わせた複合構成材を使用する。
(3)多層遮蔽物質層の表面を吸収性物質で覆う。
(1) A vacuum or gas void layer is provided between the shielding material layers. (2) As the shielding material layer material, a composite component combining a scattering material and an absorbing material is used.
(3) The surface of the multilayer shielding material layer is covered with an absorbent material.

【0008】次に、光学的遮蔽法の実用化の観点からす
れば、多層遮蔽体をセグメント化すればよく、また、遮
蔽構造物の製作・施工上の留意点として、遮蔽体の電位
固定も考慮した。
Next, from the viewpoint of practical use of the optical shielding method, it is sufficient to segment the multilayer shield, and as a point to be noted in the production and construction of the shield structure, the potential fixation of the shield is also required. Considering.

【0009】さらに、ビーム応用装置の主要要素機器に
ついては、光学的遮蔽法の原理をビーム輸送管,ビーム
ストッパ、及びコリメータに適用した。
Further, as for the main components of the beam application device, the principle of the optical shielding method was applied to the beam transport tube, the beam stopper, and the collimator.

【0010】まず、本発明の原点となった放射線の光学
的遮蔽法の基本的な考え方について、高エネルギーX線
の遮蔽を例にとって説明する。放射線の種類は、X線,
電子線,重粒子線,中性子線や、放射性物質から放射さ
れるα線,β線,γ線などがあるが、以降の説明のほと
んどは、放射線の代表例としてX線を取り上げ詳述す
る。
First, the basic concept of a method for optically shielding radiation, which is the origin of the present invention, will be described by taking high-energy X-ray shielding as an example. The type of radiation is X-ray,
There are electron beams, heavy ion beams, neutron beams, and α-rays, β-rays, and γ-rays emitted from radioactive materials, but most of the following description will take X-rays as typical examples of radiation and will be described in detail.

【0011】X線ビームが遮蔽物質層を通過する際、遮
蔽物質との衝突によって、X線の吸収,散乱,透過現象
を起こす。これらの現象の中で散乱現象に注目すると、
下記に示すごとく、左辺の粒子的描像を、右辺の光学的
描像に置き換えて考えることができる。
When an X-ray beam passes through a shielding material layer, collision with the shielding material causes X-ray absorption, scattering and transmission phenomena. Focusing on the scattering phenomenon among these phenomena,
As shown below, it is possible to replace the particle image on the left side with the optical image on the right side.

【0012】 前方散乱X線エネルギー束 ⇔ 屈折透過光 後方散乱X線エネルギー束 ⇔ 反射光 この光学的類推の基で遮蔽設計が可能であるという発想
の転換に、はじめて気がついたことが、本発明の発端で
ある。
Forward scattered X-ray energy flux ⇔ Refracted transmitted light Back scattered X-ray energy flux 反射 Reflected light It has been noticed for the first time that a change in the idea that shielding design is possible based on this optical analogy is realized by the present invention. It is the beginning.

【0013】次に、光学的遮蔽法が有効に機能するため
には、反射,屈折現象を司る散乱性物質と吸収現象を司
る吸収性物質の選択が重要である。これらの現象を起こ
す割合は、物質の種類やX線エネルギーによって変化す
る。本発明の利用対象となるCT装置や放射光装置など
で用いられるX線エネルギー範囲は、数keV〜数Me
Vである。この領域におけるX線の物質通過に関係する
主な原因はコンプトン効果であるから、遮蔽物質の真の
散乱と吸収の割合とX線エネルギーとの関係は計算によ
って求めることができ、散乱性物質と吸収性物質との選
択が可能である。
Next, in order for the optical shielding method to function effectively, it is important to select a scattering substance which controls the reflection and refraction phenomena and an absorbing substance which controls the absorption phenomenon. The rate at which these phenomena occur varies depending on the type of substance and the X-ray energy. The X-ray energy range used in a CT device, a synchrotron radiation device, or the like to which the present invention is applied is several keV to several Me.
V. Since the main cause related to the passage of X-rays in this region is the Compton effect, the relationship between the ratio of the true scattering and absorption of the shielding material and the X-ray energy can be obtained by calculation. It is possible to select with an absorbent material.

【0014】例えば、重い元素である鉛(Pb)やタン
グステン(W)は、X線エネルギー1MeV程度以下で
吸収性物質として取り扱える。一方、中量の元素である
鉄(Fe)は、70〜80keV程度以上では散乱性物
質としての働きを示すが、それ以下のエネルギー領域で
は吸収性物質としての働きが顕著となる。さらに、元素
が軽くなるにつれて、散乱性物質としての働きから吸収
性物質としての働きへのX線エネルギーの転換点が、ア
ルミニウム(Al)では20〜30keV程度、炭素
(C)では10数keV程度と順次低下して行くことが
わかる。これらの性質を理解することによって、利用対
象設備に適した散乱性物質と吸収性物質の選択が可能と
なる。なお、散乱性物質と吸収性物質の分類は、元素固
有の性質ではないことに留意する必要がある。
For example, lead (Pb) or tungsten (W), which is a heavy element, can be handled as an absorbing substance at an X-ray energy of about 1 MeV or less. On the other hand, iron (Fe), which is a medium amount element, shows a function as a scattering substance at about 70 to 80 keV or more, but becomes remarkable as an absorbing substance in an energy region below that. Further, as the element becomes lighter, the transition point of the X-ray energy from the function as a scattering substance to the function as an absorbing substance is about 20 to 30 keV for aluminum (Al) and about ten and several keV for carbon (C). It can be seen that it gradually decreases. By understanding these properties, it becomes possible to select a scattering substance and an absorbing substance suitable for the equipment to be used. It should be noted that the classification of the scattering substance and the absorbing substance is not a property inherent to the element.

【0015】光学的遮蔽法とは、多層遮蔽体に放射線の
反射,吸収などの光学的特性を有効に機能させることに
よって、遮蔽性能を向上させる方法であり、以下、各請
求項に示した手段の働きについて述べる。
[0015] The optical shielding method is a method for improving the shielding performance by effectively making the multilayer shield have optical characteristics such as radiation reflection and absorption, and is described below. The operation of is described.

【0016】請求項1に記載の多層構成の放射線遮蔽体
において、各遮蔽物質層間への真空又はガスの空隙層設
置により、入射した放射線エネルギーの一部は物質層で
散乱現象によって反射し、空隙層に放出される。空隙は
放射線エネルギーを光速、又は粒子の速度で運ぶ能力の
ある媒質であるから、空隙層の役割は、散乱された放射
線エネルギーを遮蔽体内全体に非常に速く分散,平均化
する働きをすることといえる。
In the radiation shield having a multilayer structure according to claim 1, a part of the incident radiation energy is reflected by the material layer by a scattering phenomenon due to the provision of a vacuum layer or a gas gap layer between each shielding material layer. Released into the layer. Since the air gap is a medium capable of carrying radiation energy at the speed of light or the speed of particles, the role of the air gap layer is to very quickly disperse and average the scattered radiation energy throughout the shield. I can say.

【0017】又、請求項に記載の多層遮蔽体内蔵の各
遮蔽物質層構成材の働きについては、まず、散乱性物質
を用いることにより、放射線ビームの反射特性を向上さ
せ、空隙層に放出する放射線エネルギー量を増加させる
と共に、衝突散乱により放射線エネルギーを低下させる
役割をする。次に、散乱/吸収性複合構成材の選択使用
により、遮蔽物質層の放射線の反射・吸収特性を加減制
御できるので、対象製品仕様に合うよう最適化が可能と
なる。また、複合構成材に少量内蔵された吸収性物質は
低エネルギー散乱放射線を効率良く捕獲する働きをす
る。
[0017] Also, the function of each shielding material layer constituting material of the multilayer shield built according to Claim 1, firstly, by using a scattering material improves the reflective properties of the radiation beam, emitted into the air gap layer In addition to increasing the amount of radiation energy to be emitted, it serves to reduce radiation energy due to collisional scattering. Next, by selectively using the scattering / absorbing composite component, the reflection / absorption characteristics of radiation of the shielding material layer can be controlled to be moderate, so that optimization can be performed to meet the specification of the target product. In addition, a small amount of the absorbing substance contained in the composite component functions to efficiently capture low-energy scattered radiation.

【0018】請求項に記載の多層遮蔽体の最外層を構
成し、外表面を囲む吸収性物質の働きについては、低エ
ネルギー放射線を遮蔽体内部に閉じ込め、外部に漏洩す
る放射線量を低減する役割をになっている。
[0018] constitutes an outermost layer of the multilayer shield of claim 2, for the work of the absorbent material surrounding the outer surface, confining the low-energy radiation inside shield, reducing the amount of radiation leaking out Have a role.

【0019】請求項に記載の遮蔽材セグメントは、上
述の光学遮蔽法の機能を一体化した遮蔽構造物の要素部
品であり、これを組合わせて遮蔽設備を構築することに
よって、遮蔽設備の修理・改造・廃棄が容易となる。
The shielding material segment according to the third aspect is an element part of a shielding structure in which the function of the above-mentioned optical shielding method is integrated, and the shielding equipment is constructed by combining these components. Repair, remodeling and disposal are easy.

【0020】請求項に記載の遮蔽体の電位固定法は、
各層を構成する導電性物質を共通接地することによっ
て、遮蔽体の内蔵材料が浮遊電位を持つ蓄電現象の発生
による障害を防ぐ働きをする。また、各遮蔽物質層の材
料として、磁性材料,導電性材料,絶縁材料を使用目的
に応じて適切に選択すると、磁気遮蔽や静電遮蔽も兼ね
ることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for fixing a potential of a shield,
By commonly grounding the conductive material constituting each layer, the built-in material of the shield functions to prevent a failure due to the occurrence of a storage phenomenon having a floating potential. When a magnetic material, a conductive material, or an insulating material is appropriately selected as a material of each shielding material layer according to the purpose of use, the material can also serve as a magnetic shield and an electrostatic shield.

【0021】放射線発生・利用装置の要素機器である請
求項に記載のビーム輸送管、請求項に記載のビーム
ストッパ、及び請求項に記載のコリメータへの多層遮
蔽体の採用は、遮蔽性能向上のための光学的遮蔽法の原
理の応用例である。
[0021] The use of the multilayer shield in the beam transport tube according to claim 5 , the beam stopper according to claim 6 , and the collimator according to claim 7 , which is an element device of the radiation generation / utilization apparatus, This is an application example of the principle of the optical shielding method for improving performance.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1に、多層構成のX線遮蔽体に
関する光学的遮蔽法の第1の実施例を示す。該図に示す
ごとく、X線源1から放出されるX線ビーム2は、その
周囲を取り囲んだ光学遮蔽体3によって遮蔽される。こ
の光学遮蔽体3は、層間空隙4,多層の遮蔽物質層5、
及び外表面を覆う吸収性物質層6から構成されている。
この遮蔽物質層5の材料として散乱特性の良いものを選
ぶことにより、反射される散乱X線ビームを後方(放射
線源方向)に追い返すとともに、層間空隙4にて多重衝
突させエネルギーを減衰し、周辺の物質層に効率良く捕
獲することができる。また、最外層の吸収性物質層6付
近では、散乱X線のエネルギーも相当低下しているの
で、その物質層厚みを節約することができる。なお、各
遮蔽物質層5の層厚は、設計上の代表的X線エネルギー
(例えば入射X線エネルギー)の1mfp(平均自由行
路)程度を考えている。
FIG. 1 shows a first embodiment of an optical shielding method relating to an X-ray shielding body having a multilayer structure. As shown in the figure, an X-ray beam 2 emitted from an X-ray source 1 is shielded by an optical shield 3 surrounding the X-ray beam. The optical shield 3 includes an interlayer gap 4, a multilayer shielding material layer 5,
And an absorbent material layer 6 covering the outer surface.
By selecting a material having a good scattering property as the material of the shielding material layer 5, the reflected scattered X-ray beam is repelled backward (toward the radiation source), and the energy is attenuated by multiple collisions in the interlayer gap 4 to reduce the energy. Can be efficiently captured in the material layer. In the vicinity of the outermost absorbent material layer 6, the energy of the scattered X-rays is also considerably reduced, so that the thickness of the material layer can be saved. The thickness of each shielding material layer 5 is considered to be about 1 mfp (mean free path) of a typical design X-ray energy (for example, incident X-ray energy).

【0023】図2に、光学遮蔽体の詳細構造例を示し、
併せてその機能を説明する。先ず、遮蔽物質第1層5a
は、単一元素構成材を使用した例で、通常は散乱性物質
を使用する。しかし、放射線源側の内部空間のバックグ
ラウンド放射線量を下げる必要がある場合は、第1層材
として吸収性物質を使用することもある。次に、遮蔽物
質第2層5bに示したものは、散乱/吸収性物質の二層
複合構成材を使用した例である。X線入射側に散乱性物
質板を用い層間空隙4への反射効率をあげるとともに、
後に薄い吸収性物質板を密着させることによって多重散
乱されたX線を捕獲するようにしている。
FIG. 2 shows an example of the detailed structure of the optical shield.
The function is also described. First, the shielding material first layer 5a
Is an example using a single element constituent material, and usually uses a scattering material. However, when it is necessary to reduce the background radiation dose in the internal space on the radiation source side, an absorptive substance may be used as the first layer material. Next, what is shown in the shielding substance second layer 5b is an example in which a two-layer composite material of a scattering / absorbing substance is used. A scattering material plate is used on the X-ray incidence side to increase the reflection efficiency to the interlayer gap 4, and
X-rays that have been multiply scattered are captured by bringing a thin absorbing material plate into close contact later.

【0024】この二層複合構成材の採用によって、散乱
性物質を用いた単一元素構成材を使用した場合に比べ
て、大幅な遮蔽性能の向上と遮蔽材料の使用量の節約が
できることが、本発明の考察の過程で理論的・実験的
(後述)に証明されている。つづく、遮蔽物質第3層5
cに示したものは、散乱/吸収/散乱性物質の三層複合
構成材の使用例である。これは、複合構成材両端の層間
空隙4への反射効率の増加をねらったところに特徴があ
る。
By employing the two-layer composite material, it is possible to greatly improve the shielding performance and to save the amount of the shielding material, as compared with the case where a single element material using a scattering material is used. It has been proved theoretically and experimentally (described later) in the course of consideration of the present invention. Next, the shielding material third layer 5
What is shown in c is an example of use of a three-layer composite component of a scattering / absorbing / scattering substance. This is characterized in that the reflection efficiency to the interlayer gap 4 at both ends of the composite component is increased.

【0025】図2の層間空隙4の下部に示した多孔散乱
・吸収性物質7は、層間空隙4内で多重反射してエネル
ギーの低下したX線を反射・捕獲するためのもので、多
孔物質の採用も請求項1に記載の空隙層設置の実施例の
一つである。また、遮蔽物質層の表面に凹凸をつけてX
線の反射効率を上げるような試みも本発明の範疇であ
る。
The porous scattering / absorbing material 7 shown below the interlayer space 4 in FIG. 2 is for reflecting and capturing X-rays having reduced energy due to multiple reflections in the interlayer space 4. Is also one of the embodiments of the void layer installation according to the first aspect. In addition, the surface of the shielding material layer is made uneven so that X
Attempts to increase the line reflection efficiency are also within the scope of the present invention.

【0026】図3は、遮蔽材セグメントの実施例の一つ
である。遮蔽材セグメント8は、層間空隙4付き多層の
遮蔽物質層5の周囲を吸収性物質6で取り囲んだ、前述
の光学遮蔽体を一体化したものである。図3は、多数の
遮蔽材セグメント8を組み合わせて大きい遮蔽壁を構成
した例である。各遮蔽材セグメント8は、吸収性物質の
充填剤9を用いて放射線の漏洩を防ぐようになってい
る。
FIG. 3 shows an embodiment of the shielding material segment. The shielding material segment 8 is formed by integrating the above-described optical shielding body, in which a multi-layer shielding material layer 5 with an interlayer gap 4 is surrounded by an absorbing material 6. FIG. 3 shows an example in which a large shielding wall is formed by combining a large number of shielding material segments 8. Each shielding material segment 8 uses a filler 9 of an absorbing substance to prevent radiation leakage.

【0027】このような遮蔽材セグメント8は、板状の
遮蔽材料を組み合わせて、建築用資材と同様の製法で工
場生産できるので、品質の良い遮蔽ボードとして製作す
ることができる。また、脱着自由の遮蔽ボードの採用に
より、遮蔽設備の修理・改造・廃棄が容易となるなどの
利点をもつことができる。また、放射線のエネルギーが
低い場合は遮蔽物質層5の厚さが薄くなるので、遮蔽材
セグメント8は、ポリエチレンシートとAl箔シートな
どを組み合わせた遮蔽シートや遮蔽テープとして製作す
ることができる。これらは放射線利用機器の隙間からの
放射線防護に有効である。
Such a shielding material segment 8 can be manufactured as a high-quality shielding board by combining a plate-like shielding material and producing it in a factory by the same method as that for building materials. In addition, the adoption of a detachable shield board has advantages such as easy repair, modification, and disposal of the shield facility. When the energy of the radiation is low, the thickness of the shielding material layer 5 becomes thin. Therefore, the shielding material segment 8 can be manufactured as a shielding sheet or a shielding tape combining a polyethylene sheet and an Al foil sheet. These are effective for radiation protection from gaps of radiation equipment.

【0028】一方、遮蔽物質層5の複合構成材の製作法
に関連して、板やシート状の物質の単なる組み合わせ構
造だけでなく、例えば、ポリエチレンシートにAlやF
eの薄膜を蒸着するなど、最新の薄膜積層技術を用いて
製作する多層複合構成材の利用等も本発明の範疇に入
る。また、遮蔽構造物に内蔵する遮蔽物質層5などを構
成する導電性物質は、そのまま放置すると浮遊電位を持
ち、蓄電による放電現象の発生などの障害を起こすこと
がある。この障害は、各々の導電性物質を共通接地する
ことによって防止することができる。これも本発明の範
囲内である。
On the other hand, in connection with the method of manufacturing the composite component material of the shielding material layer 5, not only a mere combination structure of a plate or a sheet material but also, for example, Al or F
Use of a multilayer composite component manufactured using the latest thin film lamination technology, such as vapor deposition of a thin film of e, also falls within the scope of the present invention. In addition, the conductive material constituting the shielding material layer 5 or the like incorporated in the shielding structure has a floating potential if left as it is, and may cause a trouble such as occurrence of a discharge phenomenon due to storage of electricity. This obstruction can be prevented by grounding each conductive material in common. This is also within the scope of the present invention.

【0029】図4〜図6は、放射線発生・利用装置の要
素機器への光学的遮蔽法の応用例である。
FIGS. 4 to 6 show examples of application of the optical shielding method to element devices of a radiation generating / using apparatus.

【0030】まず、図4は、加速器等のビーム輸送管1
0に適用した例である。ビーム輸送管10は、内管の中
を真空にした二重管構成であり、その中を高エネルギー
のX線又は荷電粒子ビーム11が走っている。このX線
・粒子ビームが輸送管内を走行中に発散したビームの一
部が内管に衝突しX線を散乱・放出する。輸送管10の
内、外管の間を上述した層間空隙4,遮蔽物質層5,吸
収性物質6とすることによって、このビーム輸送管10
は放射線遮蔽を兼用できる。
First, FIG. 4 shows a beam transport tube 1 such as an accelerator.
This is an example applied to 0. The beam transport tube 10 has a double tube configuration in which the inside of the inner tube is evacuated, and a high-energy X-ray or charged particle beam 11 runs inside the tube. A part of the beam diverged while the X-ray / particle beam travels in the transport tube collides with the inner tube and scatters and emits X-rays. By setting the space between the outer tubes of the transport tube 10 to the above-described interlayer gap 4, shielding material layer 5, and absorbent material 6, the beam transport tube 10
Can also serve as a radiation shield.

【0031】図5は、1MeVを越えるような高エネル
ギーのX線などのビームストッパに適用した例である。
この場合、入射X線ビーム2の物質透過力が強いので、
ビーム照射面前方のみPbやWなどの重い元素の吸収性
遮蔽物質12を用いて、短い距離で入射X線の透過力を
おさえる構成になっている。そして、ビーム照射面から
外れた側面部、および終端部のエネルギーの低下した散
乱X線が主力の外周部分に上述した層間空隙4,遮蔽物
質層5,吸収性物質6を採用することによって、ビーム
ストッパ全体のコンパクト化を図っている。
FIG. 5 shows an example in which the present invention is applied to a beam stopper for X-rays or the like having a high energy exceeding 1 MeV.
In this case, since the material penetrating power of the incident X-ray beam 2 is strong,
Only in front of the beam irradiation surface, an absorptive shielding material 12 of a heavy element such as Pb or W is used to reduce the transmission power of incident X-rays at a short distance. The side gaps deviated from the beam irradiation surface and the scattered X-rays with reduced energy at the terminal end employ the above-described interlayer voids 4, shielding material layers 5, and absorptive materials 6 in the outer peripheral portion of the main force. The overall size of the stopper is reduced.

【0032】図6は、X線CT装置のコリメータに適用
した例である。高速の電子線ビーム13を標的物質14
に衝突させ、高エネルギーのX線を発生する。この高エ
ネルギーのX線ビーム2を指定方向に放出させるためコ
リメータ16が設置されている。このコリメータ16
は、高エネルギー透過X線の遮蔽も必要であるので、P
bやWなどの重い元素の吸収性遮蔽物質を用いている。
一方、散乱したX線を遮蔽するため、コリメータ16の
周囲を上述した層間空隙4,遮蔽物質層5,吸収性物質
6で覆って、全体として効率のよい遮蔽システムを構成
している。
FIG. 6 shows an example applied to a collimator of an X-ray CT apparatus. High-speed electron beam 13
To generate high-energy X-rays. A collimator 16 is provided to emit the high-energy X-ray beam 2 in a specified direction. This collimator 16
Must also shield high energy transmitted X-rays,
An absorptive shielding substance of a heavy element such as b or W is used.
On the other hand, in order to shield the scattered X-rays, the periphery of the collimator 16 is covered with the above-described interlayer gap 4, the shielding material layer 5, and the absorbing material 6, thereby forming an efficient shielding system as a whole.

【0033】以下、実験例について説明する。光学的遮
蔽法の原理検証をするため、下記の実験を行った。
Hereinafter, experimental examples will be described. In order to verify the principle of the optical shielding method, the following experiment was performed.

【0034】図7に、実験システムの構成を示す。X線
発生装置17のX線管球に150kVの高電圧を印加し、
最高150keVのX線ビーム2を発生させ、光学遮蔽
体3に入射した。この光学遮蔽体3は、層間空隙4,多
層の遮蔽物質層5、及び外表面を覆う吸収性物質層6か
ら構成されている。光学遮蔽体3を通過したX線ビーム
2の線量を測定するため、PN接合型シリコン半導体検
出器18及びX線フィルム19を配置した。
FIG. 7 shows the configuration of the experimental system. A high voltage of 150 kV is applied to the X-ray tube of the X-ray generator 17,
An X-ray beam 2 having a maximum of 150 keV was generated and incident on the optical shield 3. The optical shield 3 includes an interlayer gap 4, a multilayer shielding material layer 5, and an absorbing material layer 6 covering the outer surface. In order to measure the dose of the X-ray beam 2 having passed through the optical shield 3, a PN junction type silicon semiconductor detector 18 and an X-ray film 19 were arranged.

【0035】遮蔽物質層5の材料については、散乱性物
質としてAlを、吸収性物質としてFeを選択し、複合
構成材はAl/Fe複合構成材とした。なお、各遮蔽物
質層5の層厚は、いずれも150kVのX線エネルギーに
おける1mfp とした。
As the material of the shielding material layer 5, Al was selected as the scattering material and Fe was selected as the absorbing material, and the composite component was an Al / Fe composite component. The thickness of each shielding material layer 5 was 1 mfp at an X-ray energy of 150 kV.

【0036】まず、3層構成の純Al遮蔽体を用いて、
空隙効果確認試験を行った結果を図8に示す。Al遮蔽
物質層を密着状態から、層間空隙を広げるにつれて、遮
蔽体を通過するX線線量率が低下し、空隙効果のあるこ
とが確認できた。
First, using a three-layer pure Al shield,
FIG. 8 shows the results of the void effect confirmation test. As the Al shielding material layer was brought into close contact with the interlayer gap, the X-ray dose rate passing through the shielding body was reduced, and it was confirmed that there was a void effect.

【0037】次に、多層遮蔽体の光学遮蔽効果の確認試
験を、5層構成の純Al遮蔽体、純Fe遮蔽体、及びA
l/Fe複合遮蔽体(ただし、第1層は純Al層)の3
種類について実施した。
Next, a test for confirming the optical shielding effect of the multilayer shielding body was carried out by examining a pure Al shielding body, a pure Fe shielding body,
1 / Fe composite shield (1st layer is pure Al layer)
We carried out about kind.

【0038】表1に、各種遮蔽体通過後のX線線量率比
について、半導体検出器及びX線フィルムで計測した測
定値と、事前に計算した理論予測値を示した。これらの
測定結果は、理論的予測の結果と良く一致しており、光
学遮蔽効果の有効性が実証できた。また、本発明の特徴
の一つである散乱/吸収性複合構成材の遮蔽性能の良さ
も明らかとなった。
Table 1 shows the measured values of the X-ray dose rate ratio after passing through various shields, measured with a semiconductor detector and an X-ray film, and theoretically calculated values calculated in advance. These measurement results were in good agreement with the results of the theoretical prediction, demonstrating the effectiveness of the optical shielding effect. In addition, good scattering performance of the scattering / absorbing composite component, which is one of the features of the present invention, was also clarified.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、従来の粒
子的取り扱いによる遮蔽法と異なり、放射線の反射吸収
などの光学的特性を機能させた空隙を含む多層遮蔽体の
採用したものであるから、遮蔽体に入射した放射線エネ
ルギーを、散乱性物質や空隙によって、そのエネルギー
を下げながら遮蔽体内全体に分散し、その後吸収性物質
に吸収させ閉じ込めて、外部への漏洩をできるだけ少な
くすることが可能となり、この光学的遮蔽の採用によっ
て、従来方式を上回る遮蔽性能の向上が期待でき、ま
た、遮蔽物質の種類や配置の選択の幅が拡大するため、
経済性の向上も期待できる。
According to the present invention described above, unlike the conventional shielding method based on particulate handling, a multilayer shielding body including a void having an optical characteristic such as reflection and absorption of radiation is employed. Therefore, the radiation energy incident on the shield is dispersed throughout the shield while lowering the energy by means of scattering materials and voids, and then absorbed and confined by an absorbent material to minimize leakage to the outside. It is possible to improve the shielding performance over the conventional method by adopting this optical shielding, and the range of choice of the type and arrangement of the shielding substance is expanded,
We can expect improvement of economic efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の放射線遮蔽体の一実施例を示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a radiation shield of the present invention.

【図2】図1の詳細構造を示す部分断面図である。FIG. 2 is a partial sectional view showing a detailed structure of FIG.

【図3】本発明の放射線遮蔽体の応用例の一つで、多数
の光学遮蔽体を組み合わせた遮蔽材セグメントを一部断
面して示す側面図である。
FIG. 3 is a side view showing a partial cross section of a shielding material segment in which a plurality of optical shielding bodies are combined, as one of application examples of the radiation shielding body of the present invention.

【図4】本発明の放射線遮蔽体を採用したビーム輸送管
を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a beam transport tube employing the radiation shield of the present invention.

【図5】本発明の放射線遮蔽体を採用した放射線ビーム
ストッパを示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a radiation beam stopper employing the radiation shield of the present invention.

【図6】本発明の放射線遮蔽体を採用したX線CT装置
コリメータを示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing an X-ray CT apparatus collimator employing the radiation shield of the present invention.

【図7】本発明の光学的遮蔽法の原理検証をするための
実験システムを示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing an experimental system for verifying the principle of the optical shielding method of the present invention.

【図8】本発明空隙効果を確認した試験の結果を示す特
性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the results of a test for confirming the void effect of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…X線源、2…X線ビーム、3……光学遮蔽体、4…
層間空隙、5…遮蔽物質層、6…吸収性物質層、7…多
孔散乱・吸収性物質、8…遮蔽材セグメント、9…充填
剤、10…ビーム輸送管、11…荷電粒子ビーム、12
…吸収性遮蔽物質、13…電子線ビーム、14…標的物
質、16…コリメータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray source, 2 ... X-ray beam, 3 ... Optical shield, 4 ...
Interlayer gap, 5: shielding material layer, 6: absorbing material layer, 7: porous scattering / absorbing material, 8: shielding material segment, 9: filler, 10: beam transport tube, 11: charged particle beam, 12
... absorbing shielding material, 13 ... electron beam, 14 ... target material, 16 ... collimator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21F 3/00 G21K 1/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G21F 3/00 G21K 1/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】放射線発生源を取り囲む多層の遮蔽物質か
ら構成される放射線遮蔽体において、前記各々の遮蔽物質層を、放射線散乱性物質、又は吸収
性物質の単一元素構成材、放射線散乱性物質と吸収性物
質を組合わせた複合構成材で形成すると共に、 前記各遮
蔽物質層間に真空、又はガスの空隙層を設けたことを特
徴とする放射線遮蔽体。
1. A radiation shield comprising a multilayer shielding material surrounding a radiation source, wherein each of said shielding material layers is made of a radiation scattering material or an absorption material.
Single-element constituent material, radiation scattering material and absorbing material
A radiation shield formed of a composite material having a combination of qualities and having a vacuum or gas gap layer between the respective shield material layers.
【請求項2】前記多層の遮蔽物質層の最外層を吸収性物
質で構成したことを特徴とする請求項1記載の放射線遮
蔽体。
2. The radiation shield according to claim 1, wherein the outermost layer of the multilayer shielding material layer is made of an absorbing material.
【請求項3】放射線発生源を取り囲む多層の遮蔽物質か
ら構成される放射線遮蔽体において、 前記各遮蔽物質層は、多数の遮蔽材セグメントを組合わ
せて構成されると共に、該各々の遮蔽材セグメントは、
多層遮蔽物質層の間に真空、又はガスの空隙層が設けら
れ、かつ、多層の遮蔽物質層の周囲を吸収性物質で覆っ
て形成されていることを特徴とする放射線遮蔽体。
3. A radiation shield comprising a multilayer shielding material surrounding a radiation source, wherein each shielding material layer is formed by combining a number of shielding material segments, and each of the shielding material segments Is
A radiation shield, wherein a vacuum or gas void layer is provided between the multilayer shielding material layers, and the multilayer shielding material layer is formed by covering the periphery of the multilayer shielding material layer with an absorbing material.
【請求項4】前記各遮蔽物質層が導電性物質で形成され
るとき、各々の導電性物質が共通接地されていることを
特徴とする請求項1,2、又は3のいずれかに記載の放
射線遮蔽体。
4. The method according to claim 1, wherein when each of said shielding material layers is formed of a conductive material, each conductive material is commonly grounded. Radiation shield.
【請求項5】外管と内管からなる二重管構造であり、該
内管の内側を真空にすると共に、その中を高エネルギー
のX線、又は荷電粒子ビームが走り、このX線、又は荷
電粒子ビームが走行中に発散したビームの一部が前記内
管に衝突してX線を散乱・放出するビーム輸送管におい
て、 前記外管と内管の間が、多層遮蔽物質層の間に真空、又
はガスの空隙層が設けられ、かつ、多層の遮蔽物質層の
周囲を吸収性物質で覆った放射線遮蔽材で形成されてい
ることを特徴とするビーム輸送管。
5. A double tube structure comprising an outer tube and an inner tube, wherein the inside of the inner tube is evacuated, and a high energy X-ray or a charged particle beam runs through the inner tube. Alternatively, in a beam transport tube in which a part of a beam diverged while a charged particle beam travels collides with the inner tube to scatter and emit X-rays, a space between the outer tube and the inner tube is between multilayer shielding material layers. A beam transport tube, which is provided with a vacuum or gas void layer and is formed of a radiation shielding material in which a multilayer shielding material layer is covered with an absorbing material.
【請求項6】ビーム照射面に放射線吸収性遮蔽物質を設
け、高エネルギーの一次X線、又は粒子線ビームを捕獲
・吸収すると共に、該吸収性物質で衝突・散乱する二次
ビーム捕獲・吸収するための遮蔽物質層を、前記ビーム
照射面から外れた側面部、終端部の外周部分に設けた二
重構造を有するビームストッパにおいて、 前記ビーム照射面から外れた側面部、終端部外周部分の
遮蔽物質層は、多層遮蔽物質層の間の真空、又はガスの
空隙層が設けられ、かつ、多層の遮蔽物質層の周囲を吸
収性物質で覆った放射線遮蔽材で形成されていることを
特徴とするビームストッパ。
6. A radiation absorbing shielding material is provided on a beam irradiation surface to capture and absorb a high-energy primary X-ray or particle beam, and to capture and absorb a secondary beam which collides and scatters with the absorbing material. In the beam stopper having a double structure provided on the side surface portion deviated from the beam irradiation surface, the outer peripheral portion of the terminal end portion, the side portion deviated from the beam irradiation surface, the outer peripheral portion of the terminal end portion. The shielding material layer is provided with a vacuum or gas gap layer between the multilayer shielding material layers, and is formed of a radiation shielding material in which the multilayer shielding material layer is covered with an absorbing material. And beam stopper.
【請求項7】標的物質に電子線ビームを衝突させ、発生
した高エネルギーのX線ビームを指定方向に放出させる
コリメータにおいて、 前記コリメータの周囲を、多層遮蔽物質層の間に真空、
又はガスの空隙層が設けられ、かつ、多層の遮蔽物質層
の周囲を吸収性物質で覆って形成される放射線遮蔽材で
覆ったことを特徴とするコリメータ。
7. A collimator for colliding an electron beam with a target material and emitting a generated high-energy X-ray beam in a specified direction, wherein a vacuum is provided around the collimator between the multilayer shielding material layers.
Alternatively, a collimator provided with a gas void layer and covered with a radiation shielding material formed by covering a multilayer shielding material layer with an absorbing material.
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