JP3340949B2 - コリメーター及びγ線検出装置 - Google Patents

コリメーター及びγ線検出装置

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宗雄 田中
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拓 大平
昌孝 山田
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NUCLEAR ENGINEERING, LTD
Hokkaido Electric Power Co Inc
Kansai Electric Power Co Inc
Kyushu Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コリメーター及び
γ線検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び解決しようとする課題】γ線計測で
は、線源からのγ線を検出器、例えばGe半導体検出器
に入射させ、それによって検出器から出力される様々な
エネルギーレベルの電気パルスを用い、マルチチャンネ
ルアナライザーにてエネルギースペクトルを測定するこ
とが行われる。ところが、上記のようにして測定された
スペクトルには、コンプトン散乱線によるバックグラウ
ンドが認められ、これがスペクトル解析などにおいて不
都合を生じさせることがあった。
【0003】例えば、原子力発電設備における一次冷却
材中のよう素131( 131I)(364keV)を測定
対象核種とした放射線測定では、図7に示すように、一
次冷却材の流通されるCVCS配管51を線源とし、そ
の外側に、Ge半導体検出器52を配置し、同検出器5
2からの出力電気パルスを用いてマルチチャンネルアナ
ライザーにてエネルギースペクトルを測定し、そのスペ
クトルから 131Iについてのスペクトル解析が行われる
ことがある。しかし、図6に示すように、 131I(36
4keV)は、消滅γ線(511keV)のコンプトン
端(341keV)の高エネルギー側に位置しており、
そのため、 131Iのバックグラウンドの多くが消滅γ線
のコンプトン散乱線によって占められ、 131Iについて
のスペクトル解析に不都合を生じさせることがあった。
【0004】そこで、上記のようなγ線の散乱線による
バックグラウンドの低減を目的として調査研究を重ねた
結果、 131Iのバックグラウンドを大きくしている一因
が、検出器52のγ線入射部に備えられるコリメーター
53の形状にあることをつきとめた。即ち、従来のコリ
メーター53は、図7に示すように、そのγ線通過孔5
4が一端から他端にわたってストレートな一定サイズに
形成されており、そのために、消滅γ線がこのコリメー
ター53の内壁面で小角散乱を起こし、この小角散乱線
が検出器52に入射しやすくなり 131Iのバックグラウ
ンドを大きくしていたのである。
【0005】本発明は、上記のような解明に基づき、γ
線検出器へのγ線の入射数を多く確保しながら、その散
乱線が検出器に入射するのを効果的に低減することがで
きるコリメーター及びγ線検出装置を提供することを課
題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題は、γ線通過孔
内に、線源側からγ線検出器側に向けて拡大する錐状孔
部が設けられると共に、該錐状孔部とγ線検出器側にお
いて隣り合い、内方に突出して線源側と対抗する環状の
段面が設けられていることを特徴とするコリメーターに
よって解決される。
【0007】即ち、線源からこのコリメーターのγ線通
過孔内に入ったγ線は、まず、錐状孔部内を通過してい
く過程で、従来なら通過孔内壁面で散乱を起こしていた
ものが、錐状孔部の錐面部の傾斜によって、散乱される
ことなく環状断面にて遮蔽される。また、錐状孔部の錐
面部で散乱を起こした散乱線については、その多くが、
γ線通過孔内の環状段面にて遮蔽される。特に、この散
乱線の進行方向は、錐状孔部の錐面部の傾斜の作用で環
状段面へと向けられ、それによって、散乱線はいよいよ
効果的に環状段面にて遮蔽される。その結果、γ線の散
乱線が検出器に入射するのが低減される。また、錐状孔
部を囲む錐面部の傾斜と環状段面とを備えた構造によ
り、γ線検出器へのγ線の入射数も多く確保される。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【0009】本実施形態では、原子力発電設備における
一次冷却材中の 131I(364keV)を測定対象核種
としている。図1(イ)(ロ)において、符号1はCV
CS配管による体積線源であり、その内部には一次冷却
材2が流通されている。この体積線源1の直径は例えば
90mmである。符号3はγ線検出器としてのGe半導
体検出器であり、この検出器3のγ線入射部に、鉛製な
どによるコリメーター4が備えられてγ線検出装置を構
成している。
【0010】コリメーター4は、その全長Lが例えば1
00mmに設計されている。そのγ線通過孔5は、線源
1側の円錐孔部6と、検出器3側の先端孔部7と、それ
らの間の中間孔部8とからなる。
【0011】円錐孔部6は、線源1側からγ線検出器3
側に向けて拡大する円錐孔によるもので、その長さaは
例えば50mm、線源1側の端部における直径d1 は例
えば40mm、検出器3側の端部における直径d2 は例
えば60mmに設計されている。
【0012】先端孔部7は、長さ方向に断面サイズが一
定のストレートな円形孔によるもので、その長さcは例
えば30mm、直径d3 は円錐孔部6の径大側の端部の
孔径よりも小さい例えば40mmに設計されている。中
間孔部8は、先端孔部7と同様に長さ方向に断面サイズ
が一定のストレートな円形孔によるもので、その長さb
は例えば20mm、直径d2 は円錐孔部6の径大側端部
の孔径と同じ60mmに設計されている。そして、この
中間孔部8と先端孔部7との間に、その孔径の差によっ
て、線源1側と対抗する環状の段面9が形成されてい
る。
【0013】上記のコリメーター4では、体積線源1か
らこのコリメーター4のγ線通過孔5内に入った消滅γ
線(511keV)は、円錐孔部6内を通過していく過
程で、該円錐孔部6を囲む円錐面の傾斜により、コリメ
ーター内壁面での散乱が低減される。また、図1(ロ)
に示すように、この円錐孔部6の円錐面で散乱を起こし
た散乱線については、その多くが、環状段面9にて遮蔽
される。その結果、γ線の散乱線が検出器3に入射する
のが低減される。
【0014】図2(イ)(ロ)に示すコリメーター4
は、上記の中間孔部8を省略したもので、その全長Lが
例えば60mmに設計され、先端孔部7の長さcが例え
ば10mmに設計されている。その他は上記のコリメー
ター4と同じである。
【0015】
【実施例】体積線源を用いて、次のような第1及び第2
の2段階の試験を行った。
【0016】第1の試験は、直径90mmの体積線源を
用い、使用線源は、7684Bq/cm322Na、8
10Bq/cm358Coとした。そして、コリメータ
ーとして、図3(イ)〜(ニ)に示す、全長Lがそれぞ
れ100mmの4種類のコリメーターC1 、C2 、C3
、C4 を用意した。コリメーターC1 のγ線通過孔の
寸法は、図3(イ)に示すように、d1 が40mmであ
る。また、コリメーターC2 のγ線通過孔の寸法は、図
3(ロ)に示すように、d1 が80mm、d2 が60m
m、d3 が40mm、a、bがそれぞれ50mmであ
る。また、コリメーターC3 のγ線通過孔の寸法は、図
3(ハ)に示すように、d1 が40mm、d2 が60m
m、d3 が40mm、aが50mm、bが20mm、c
が30mmである。また、コリメーターC4 のγ線通過
孔の寸法は、図3(ニ)に示すように、d1 が30m
m、d2 が20mm、a、bがそれぞれ50mmであ
る。そして、上記のコリメーターを線源から所定距離離
間させ、体積線源内の消滅γ線を測定し、511keV
のネット値をPとし、360〜370keVのコンプト
ン領域をCとしたときのP/C比を計算すると共に、全
計数率を測定した。
【0017】結果は、最もP/C比の良かったコリメー
ターC4 についてのP/C比を1.00、全計数率比を
1.00とすると、コリメーターC1 については、P/
C比が0.86、全計数率比が3.69であった。ま
た、コリメーターC2 については、P/C比が0.8
2、全計数率比が5.70であった。また、コリメータ
ーC3 については、P/C比が0.88、全計数率比が
4.36であった。この結果から、コリメーターC1 、
C2 、C3 、C4 のうち、P/C比が大きい値を示しな
がら全計数率の値の大きいコリメーターC3 を最適コリ
メーターと評価した(図1のコリメーターに相当す
る)。
【0018】図4は、コリメーターC1 、C2 、C3 を
用いて測定して得たスペクトルグラフである。このグラ
フより、本発明のコリメーターC3 を用いることによっ
て、従来のコリメーターC1 を用いた場合や、また、コ
リメーターC2 を用いた場合に比べ、360〜370k
eVのコンプトン領域の計数値を低減し得ることを確認
し得た。なお、図5(イ)〜(ヲ)は、第1試験の実施
において考慮されたコリメーターの各種形状を示す。
【0019】第2の試験では、第1の試験において最適
と判断した図3(ハ)のコリメーターC3 について、そ
の長さを変化させた場合のP/C比及び全計数率を調査
した。表1に示すように、コリメーターとして、No.
1からNo.19の19種類のコリメーターを用意し、
同様の条件で、体積線源1内の消滅γ線を測定した。同
表中の寸法L、a、b、cは図3(ハ)に示すコリメー
ターC3 のL、a、b、cである。なお、d1 は40m
m、d2 は60mm、d3 は40mmと固定した。結果
を同表に示す。P/C比及び全計数率は、No.1のデ
ータを規準としその相対値で示している。また、相対値
のP/C比×全計数率による評価値を示した。同表よ
り、コリメーター長さを長くすると、P/C比が大きい
値を示すが、全計数率は小さくなっている。逆に、コリ
メーター長さを短くすると、P/C比が小さくなるが、
全計数率は大きくなっている。そこで、No.1からN
o.19のうち、P/C比×全計数率による評価値の大
きいNo.19のコリメーターを最適コリメーターと評
価した(図2のコリメーターに対応する)。
【0020】以上に、本発明の実施形態、実施例及び最
適コリメーターを示したが、本発明は、これに限定され
るものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の設
計変更をなし得るものであることはいうまでもない。例
えば、コリメーターの寸法や具体的形状は、線源のエネ
ルギーやサイズなどに応じてケースバイケースで決めら
れるものであり、上記実施形態、実施例に限定されるも
のではない。また、γ線検出器として、Ge半導体検出
器のほか、NaI(Tl)シンチレータやその他の検出
器が用いられてもよい。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】以上の次第で、本発明のコリメーター
は、γ線通過孔内に、線源側からγ線検出器側に向けて
拡大する錐状孔部が設けられると共に、該錐状孔部とγ
線検出器側において隣り合い、内方に突出して線源側と
対抗する環状の段面が設けられているものであり、ま
た、本発明のγ線検出装置は、このようなコリメーター
をγ線検出器のγ線入射部に備えさせたものであるか
ら、γ線検出器へのγ線の入射数を多く確保しながら、
その散乱線が検出器に入射するのを効果的に低減するこ
とができる。
【0023】従って、上記のようなコリメーターを用い
て、例えば、原子力発電設備における一次冷却材中の
131I(364keV)の測定を行った場合には、消滅
γ線(511keV)の小角散乱線による364keV
のバックグラウンドを低減し得て、 131Iについてのス
ペクトル解析上の不都合を軽減ないしは解消することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図(イ)及び図(ロ)は一実施形態にかかるコ
リメーターを備えたγ線検出装置を示す平面断面図であ
る。
【図2】図(イ)及び図(ロ)は他の実施形態にかかる
コリメーターを備えたγ線検出装置を示す平面断面図で
ある。
【図3】図(イ)〜図(ニ)は試験に用いたコリメータ
ーの平面断面図である。
【図4】上記試験に用いた特定の3つのコリメーターを
用いて測定したエネルギースペクトル図である。
【図5】図(イ)〜図(ヲ)は試験において考慮した各
種タイプのコリメーターを示す断面図である。
【図6】消滅γ線ピークとコンプトン散乱線を示すエネ
ルギースペクトル図である。
【図7】従来のコリメーターを備えたγ線検出装置を示
す平面断面図である。
【符号の説明】
1…体積線源 3…Ge半導体検出器(γ線検出器) 4…コリメーター 5…γ線通過孔 6…円錐孔部(錐状孔部) 9…環状の段面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000230940 日本原子力発電株式会社 東京都千代田区神田美土代町1番地1 (73)特許権者 591212349 株式会社原子力エンジニアリング 大阪府大阪市西区土佐堀1丁目3番7号 (72)発明者 中村 年孝 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 田中 宗雄 愛媛県松山市湊町6丁目1番2号 四国 電力株式会社内 (72)発明者 田崎 耕一 福岡県福岡市中央区渡辺通2丁目1番82 号 九州電力株式会社内 (72)発明者 大平 拓 東京都千代田区大手町1丁目6番1号 日本原子力発電株式会社内 (72)発明者 山田 昌孝 大阪府大阪市西区土佐堀1丁目3番7号 株式会社原子力エンジニアリング内 (56)参考文献 特開 昭60−53871(JP,A) 特開 昭47−13993(JP,A) 特表 平5−500415(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01T 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 消滅γ線の小角散乱エネルギー領域にあ
    る核種を検出の対象とし、消滅γ線の小角散乱によるバ
    ックグラウンドを低減するコリメーターであって、 そのγ線通過孔内に、線源側の孔端から始まりγ線検出
    器側に向けて拡大する錐状孔部が設けられ、この錐状孔
    部の内壁面でγ線を散乱させるようになされていると共
    に、 前記γ線通過孔内に、該錐状孔部とγ線検出器側におい
    て隣り合い、孔サイズを錐状孔部の線源側の孔端の孔サ
    イズと同じにするように内方に突出して線源側と対向
    し、前記錐状孔部を囲む内壁面で散乱した散乱線を遮蔽
    する環状の段面が設けられ、かつ、 前記錐状孔部と環状段面とはそれらの位置関係が不変に
    固定されている ことを特徴とするコリメーター。
  2. 【請求項2】 消滅γ線の小角散乱エネルギー領域にあ
    る核種を検出の対象とし、消滅γ線の小角散乱によるバ
    ックグラウンドを低減すべくγ線検出器のγ線入射部に
    備えられたコリメーターが、そのγ線通過孔内に、線源側の孔端から始まりγ線検出
    器側に向けて拡大する錐状孔部が設けられ、この錐状孔
    部の内壁面でγ線を散乱させるようになされていると共
    に、 前記γ線通過孔内に、該錐状孔部とγ線検出器側におい
    て隣り合い、孔サイズを錐状孔部の線源側の孔端の孔サ
    イズと同じにするように内方に突出して線源側と対向
    し、前記錐状孔部を囲む内壁面で散乱した散乱線を遮蔽
    する環状の段面が設けられ、かつ、 前記錐状孔部と環状段面とはそれらの位置関係が不変に
    固定されている ことを特徴とするγ線検出装置。
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