JP3878569B2

JP3878569B2 - 放射線測定装置

Info

Publication number: JP3878569B2
Application number: JP2003097831A
Authority: JP
Inventors: 弘中岡
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: JP2004301798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線測定装置に関し、特に放射線の飛来方向を判定するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線測定装置としては、各種の装置が知られている。モニタリングポストは、地理上に設定された各放射線測定地点に固定的に設置され、その放射線測定地点において環境放射線を継続的にあるいは定期的にモニタリングする装置である。具体的には、モニタリングポストは、例えば放射性物質取扱施設から放射性同位元素が放出されてしまった場合にその放射線同位元素から出る放射線や当該施設から放射されてくる放射線を測定するものである。なお、それ以外にも、サーベイメータ、エリアモニタなどの各種の放射線測定装置が知られている。
【０００３】
上記のような周囲から飛来する放射線を測定する放射線測定装置においては、放射線の飛来方向（入射方向）を特定することが求められる。従来においては、単一の検出器に対して特定方向のみに指向性をもたせるためのコリメータを装着し、それにより構成されるユニットを水平面内で回転させるものが知られている。そのような装置では、回転に伴って取得される線量分布のピーク方位から放射線の飛来方向を特定できる。
【０００４】
なお、以下の特許文献１には、エネルギー特性の改善のために前後配置された２つの半導体センサを用いることが開示されているが、放射線の飛来方向を判別するための構成は示されていない。以下の特許文献２には、コリメータを用いることなく放射線の入射方向を判別する装置が開示されているが、その判別に当たっては特有の現象（コンプトン散乱）が利用されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１０９０３８号公報
【特許文献２】
特開平９−１０１３７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
モニタリングポストなどに代表される周囲から飛来する放射線を測定する放射線測定装置において、大型の可動部などを用いることなく、異常時において放射線の飛来方向を判別することが要望されている。
【０００７】
本発明の目的は、大型の可動部などを用いることなく、放射線の飛来方向を判別できる放射線測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放射線測定地点に設置され、その放射線測定地点の周囲から飛来する放射線を測定する放射線測定装置において、水平方向における互いに異なる方向に主感度方向が設定された複数の水平測定ユニットと、前記複数の水平測定ユニットからの出力信号を処理する演算部と、を含み、前記各水平測定ユニットは、当該水平測定ユニットの主感度方向における前方に配置された前センサと、当該水平測定ユニットの主感度方向における後方に配置された後センサと、前記後センサを収容し、放射線を減弱する遮蔽部材と、を含み、前記演算部は、前記各水平測定ユニットごとに前記前センサの計数値と前記後センサの計数値の比を演算して出力する比演算手段を含み、前記各水平測定ユニットごとの比に基づいて放射線の飛来方向を判定し得ることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、例えば東西南北に主感度方向（最大感度方向）を向けて４つの水平測定ユニットが固定配置される。各水平測定ユニットは前センサ及び後センサを具備する。各水平測定ユニットにおいて、前方から放射線が飛来すると、その放射線は前センサで検出され、また、遮蔽部材（前面部）を通過して（その場合、併せて前センサの通過もあり得る）、後センサで検出される。つまり、前方から飛来する放射線に対して、前センサ及び後センサは両者ともある程度の感度を有し、例えば同程度の感度を有する。望ましくは、後センサを前センサよりも大きな有感面積をもったものとし、遮蔽部材による減弱があっても、前方から飛来する放射線に対して、両センサが一対一の感度を示すようにしてもよい。
【００１０】
一方、各水平測定ユニットにおいて、後方から放射線が飛来すると、その放射線は遮蔽部材（後面部）を通過して後センサで検出され、また、遮蔽部材（後面部及び前面部の両方）を通過し（その場合、併せて後センサの通過もあり得る）、これにてかなり減弱されてから、前センサへ到達する。つまり、後方から飛来する放射線に対して、後センサはある程度の感度を有するが、前センサはほとんど感度を有しないか少なくとも後センサより相当程度低い感度を有する。
【００１１】
その結果、各水平測定ユニットごとにおける前センサの計数値と後センサの計数値の比は放射線の飛来方向（特に前後）に依存したものとなる。そこで、比演算手段がそれらの比を演算する。飛来方向の判定は、表示された複数の比を相互に対比観察して人為的に行うこともできるが、それを自動的に判定するのが特に望ましい。
【００１２】
なお、判定精度を高めるため、例えば、環境線量が一定値以下の場合、各水平ユニット間で比について大差がない場合（それらの比のバラツキ度合いが一定値以下の一様性を示す場合）、前後関係にある水平測定ユニット間で比が同程度になった場合（つまり、それらの比の差が一定値以下の場合）などにおいて、方向判定を回避するエラー処理を行ってもよい。つまり、求められた複数の比、計数値、線量などを参酌して、判定可能条件を満たす場合だけ方向判定を実行するものである。
【００１３】
上記の演算部が有する各機能はハードウエアによって構成されてもよいし、プログラム動作するプロセッサなどによって構成されてもよい。
【００１４】
望ましくは、前記演算部は、前記各水平測定ユニットごとの比の相互比較に基づいて放射線の飛来方向を判定する方向判定手段を含む。
【００１５】
この構成によれば、方向を自動的に判定できる。最大の比を提供した水平測定ユニットの主感度方向を大凡の飛来方向として判定してもよいし、最大の比を提供した水平測定ユニットの主感度方向と２番目に大きな比を提供した水平測定ユニットの主感度方向との間で、それぞれの比の大きさに基づいて線形の重み付け補間を行って、より細かく飛来方向を判定するようにしてもよい。更に、全部の水平ユニットについての比を用いて飛来方向を判定するようにしてもよい。
【００１６】
望ましくは、前記方向判定手段は、前記各水平測定ユニットごとに前記前センサの計測値を前記後センサの計測値で割って求めた比の中で最大の比を特定する手段を含み、前記最大の比に基づいて放射線の飛来方向が判定される。
【００１７】
望ましくは、前記方向判定手段は、前記各水平測定ユニットごとの比が一様である場合に放射線の飛来方向の判定を回避し、前記各水平測定ユニットごとの比が一様でない場合に放射線の飛来方向を判定する。ここで、各水平測定ユニットごとの比が一様とは望ましくは各水平測定ユニットごとの比の全てが一定範囲内にあることをいい、そのような場合には放射線の飛来方向の判定を回避する。
【００１８】
望ましくは、前記遮蔽部材は、前記後センサの前面側に設けられた前面部と、前記後センサの後面側に設けられた後面部と、前記後センサの側面側に設けられた側面部と、を有し、前記前センサと前記後センサは前記前面部を介して積層され、前記前センサは前記後センサよりも小さなサイズを有する。
【００１９】
望ましくは、前記演算部は、前記複数の水平測定ユニットによる測定結果を用いて線量を演算する線量演算手段を含む。望ましくは、垂直上方に主感度方向を向けて少なくとも１つの垂直測定ユニットが配置され、前記線量演算手段は更に前記垂直測定ユニットによる測定結果を併せて用いて線量を演算する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１には、本発明に係る放射線測定装置の要部構成が示されており、図１には、放射線測定装置としてのモニタリングポストの測定部１０が示されている。
【００２２】
モニタリングポストは、周知のように、放射線測定地点に設置され、その放射線測定地点の周囲から飛来する放射線（環境放射線）を継続的又は定期的に測定する装置である。ちなみに、それによる測定結果は当該モニタリングポスト内に蓄積され、あるいは通信媒体を介してセンターへ伝送される。図１において、測定部１０はそれ全体として垂直に起立した円筒形状を有しており、ケース１２内には複数の測定ユニットが収容されている。ケース１２の上部は図１においてはフラットな形態を有しているが、その上部がドーム状の形状を有していてもよい。ケース１２は例えば樹脂などによって構成され、そのケース１２を放射線はそのまま通過する。
【００２３】
ケース１２内に配置された複数の測定ユニットは、主感度方向を水平方向（θ方向）に向けた４つの測定ユニットと、主感度方向を上方に向けた２つの測定ユニットとからなる。具体的に説明すると、水平方向において互いに９０°の角度間隔をもって測定ユニット１４から測定ユニット２０までの４つの測定ユニットが設けられている。ここで、測定ユニット１４は水平方向の角度θ＝０°に対応し、測定ユニット１６はθ＝９０°に対応し、測定ユニット１４の裏側に配置された測定ユニットはθ＝１８０°に対応し、測定ユニット２０はθ＝２７０°に対応する。すなわち、それら４つの測定ユニットは東西南北の方向を主感度方向として設けられている。
【００２４】
図２には、図１に示される複数のユニットを上方から見た様子が示されている。すなわち、図２には主感度方向を垂直上方に向けて配置された２つの測定ユニット２２，２４が示されている。すなわち、垂直面内における角度をφとすると、それらの測定ユニット２２，２４はφ＝０°に対応する。もちろん、垂直方向に対しては１つの測定ユニットのみを設けてもよいし、あるいはそのような垂直方向への感度が特に求められない場合には、垂直方向用の測定ユニットの配置を省略することもできる。
【００２５】
図１及び図２に示されるように、各測定ユニットは、ベース１３上に配置されたフレーム１５によって支持されている。なお、ベース１３の下方には必要に応じて他の検出器や信号処理回路などが設けられてもよく、それらについては図示省略されている。
【００２６】
図１及び図２に示されるように、各測定ユニットはそれぞれ２つの放射線検出センサを有している。具体的には、例えば測定ユニット１４に着目すると、それは前センサ１４Ａ及び後センサ１４Ｂを有している。このことは水平方向に主感度方向を向けた他の測定ユニットについても同様であり、また図２に示されるように垂直上方へ感度方向を向けた測定ユニット２２，２４についても同様である。すなわち、例えば、測定ユニット２２は前センサ２２Ａ及び後センサ２２Ｂを有し、測定ユニット２４は前センサ２４Ａ及び後センサ２４Ｂを有する。
【００２７】
なお、上記の構成例においては、水平方向に４つの測定ユニットが配置されていたが、少なくとも３つ以上の測定ユニットがあれば有意な方向判別を行うことができる。
【００２８】
上述した各測定ユニットは本実施形態において同一の構造及び形態を有しており、その一例として図３には測定ユニット１４についての拡大断面図が示されている。
【００２９】
図３において、ユニットプレート５２及びユニットカバー５０によってユニットケースが構成されており、そのユニットケース内にはＰＣ板５４が固定配置されている。なお、ユニットカバー５０は例えば樹脂などによって構成され、ユニットプレート５２は樹脂などによって構成される。ＰＣ板５４は回路基板として用いられ、それは以下に説明する各部材をマウントした支持基板として機能する。ＰＣ板５４上には、中空の第２遮蔽材５６が固定配置されている。この第２遮蔽材５６は例えば銅によって構成されるものであり、放射線の減弱作用を有する（エネルギー感度特性の調整機能も有する）。第２遮蔽材５６は大別して前面部５６Ａ、後面部５６Ｂ及び側面部５６Ｃによって構成される。前面部５６Ａの厚みは１．２ｍｍであり、後面部５６Ｂ及び側面部５６Ｃの厚みは例えば１．５ｍｍである。もちろんそのような数値は一例であって、前面部、側面部及び後面部の全体を一様の厚さで構成することもできる。いずれにしても、その内部に収容される後センサ１４Ｂの全体を包み込むように第２遮蔽材５６が設けられている。第２遮蔽材５６の前面側すなわち主感度方向１００側には第１遮蔽材５７がそれを覆うように設けられている。すなわち、前面部５６Ａの主感度方向１００側の全域が第１遮蔽材５７によって覆われており、その第１遮蔽材５７は例えば０．２ｍｍの厚みを有する鉛箔によって構成される。この第１遮蔽材５７は、主として、前方から飛来する放射線に対して後センサ１４Ｄについてのエネルギー感度特性を調整するために設けられる。
【００３０】
その第１遮蔽材５７の前面側には図示されるように前センサ１４Ａが固定配置されている。なお、ユニットカバー５０内には各部材を保持するためのクッション材などが設けられているがそれらについては図示省略されている。
【００３１】
ここで前センサ１４Ａ及び後センサ１４Ｂについて詳述する。それらのセンサ１４Ａ，１４Ｂはいずれも本実施形態において半導体型の放射線センサである。前センサ１４Ａの有感面６２のサイズは例えば３×３ｍｍ²であり、後センサ１４Ｂの有感面５８のサイズは１０×１０ｍｍ²である。すなわち、前センサ１４Ａよりも後センサ１４Ｂの方が大きな有感面を有しており、それら単体の感度を比較した場合、前センサ１４Ａより後センサ１４Ｂの方が例えば１０倍ほど感度が高い。
【００３２】
ただし、後センサ１４Ｂはそれ全体が第２遮蔽材５６によって取り囲まれているため、後センサ１４Ｂについての感度はそれ単体よりも低減されている。
【００３３】
その結果、本実施形態においては、前方から飛来する放射線に対して、前センサ１４Ａ及び後センサ１４Ｂが共に同程度の感度を有し、すなわちそれらの感度の大きさは１対１である。一方、後側から飛来する放射線に対しては後センサ１４Ｂはある程度の感度を有するが、前センサ１４Ａはほとんど感度を有しない。すなわち、後センサ１４Ｂは、その前方側及びその後方側のいずれも同程度の遮蔽がなされており、すなわち前方及び後方の両者とも同程度の感度を有するが、前センサ１４Ａについては、その前方側においては実質的な遮蔽が行われていないのに対し、その後方側においては前面部５６Ａ及び後面部５６Ｂの２つの大きな減弱作用が発揮され（更に、後センサ１４Ｂ自体による影響もある）、その結果、後方側からの感度が著しく低減されている。例えば、後方からの放射線に対して、後センサの感度を１とすると、前センサの感度は１００分の１である。
【００３４】
図４には、測定ユニットについての水平方向すなわちθ方向の感度特性が示されている。上述したように、水平方向については４つの測定ユニットが配置されており、１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄはそれぞれの測定ユニットについての水平方向の感度特性を示している。各感度特性１０２Ａ，１２０Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄは前センサ及び後センサの感度を総合した感度特性である。図示されるように前方側に対しては広い範囲にわたって大きな感度が実現されているが、その一方、後方側についての感度はかなり小さい。そして、モニタリングポスト全体としてはθ方向の３６０°にわたってほぼ均一な感度特性が得られている。すなわちモニタリングポスト全体としては無指向性である。
【００３５】
図５には、垂直方向すなわちφ方向についての感度特性が示されている。ここで符号１０４Ａは垂直上方に向けて配置された２つの測定ユニットについての合成感度特性を示しており、符号１０４Ｂ，１０４Ｃはそれぞれ水平方向に主感度方向を向けて配置された互いに反対を向く２つの測定ユニットについての感度特性を示している。この図に示されるように、垂直方向についてもモニタリングポスト全体として均一な感度特性を得ている。
【００３６】
図６には、本実施形態の放射線測定装置についての全体構成がブロック図として示されている。
【００３７】
測定部１０は上述したように複数の測定ユニットで構成され、本実施形態では６個の測定ユニットからなる。図６においてはそれらの内で代表して測定ユニット１４及び測定ユニット２４が示されている。測定ユニット１４については前センサ１４Ａ，後センサ１４Ｂが図示され、測定ユニット２４に関しては前センサ２４Ａ及び後センサ２４Ｂが図示されている。
【００３８】
それらの複数の測定ユニット１４，２４ごとに信号処理部３０が設けられている。各信号処理部３０は前センサ１４Ａ，２４Ａに対応した信号処理回路３０Ａと後センサ１４Ｂ，２４Ｂに対応した信号処理回路３０Ｂとを有している。各信号処理回路３０Ａ，３０Ｂはそれぞれ同一の構成を有し、アンプ、波高弁別器、カウンタなどの計数値演算回路を有している。そして、各信号処理回路３０からそれによって求められた計数値が演算制御部３２へ出力されている。演算制御部３２は例えば所定プログラムによって動作するマイクロプロセッサなどによって構成されてもよい。
【００３９】
なお、演算制御部３２は、例えば通信線を介してセンターに接続されており、そのセンターからの所定の指令を受けて放射線測定の制御あるいはデータの読み出し管理などを行っている。
【００４０】
図７には、演算制御部３２についての各機能がブロックとして示されている。ここで、Ａ２，Ａ１とＢ２，Ｂ１と、Ｃ２，Ｃ１と、Ｄ２，Ｄ１は４つの測定ユニットについての前センサの計数値と後センサの計数値とを示している。また、Ｅ２，Ｅ１とＦ２，Ｆ１は２つの垂直上方を向いた測定ユニットについての前センサの計数値と後センサの計数値とを表している。
【００４１】
最初に線量演算器６８について説明すると、その線量演算器６８にはこの例において、全てのセンサの計数値Ａ２，Ａ１，・・・Ｆ２，Ｆ１が入力されており、線量演算器６８はそれらの計数値に対する加算処理あるいは重み付け加算処理によって環境放射線についての線量を演算する。
【００４２】
一方、水平方向に向いた４つの測定ユニットに対応して４つの比演算器６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ，６４Ｄが設けられている。各比演算器６４Ａ、６４Ｂ，６４Ｃ，６４Ｄは前センサの計数値と後センサの計数値の比を求めるものであり、具体的には前センサの計数値を後センサの計数値で割る割り算を実行している。その結果として、４つの比Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４が求められる。それらが方向判定器６６に入力される。
【００４３】
上述したように、前方からの放射線に対して、前センサ及び後センサも同程度の感度するが、後方向からの放射線に対しては、後センサはある程度の感度を有するものの、前センサはほとんど感度を有していない。したがって、それらのセンサの計数値の比は、放射線の飛来方向が前方である場合に最も大きく、そこから後ろ側へ回り込むに従って徐々に小さくなる。そして、測方や後方においては計数値の比は極めて小さくなる。
【００４４】
方向判定器６６は、上記の原理を用いて、４つの比Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４の中で最大の比を特定することにより、その最大の比を与える測定ユニットの主感度方向として放射線の大凡の飛来方向を判定している。本実施形態においては東西南北の４つの方向判別しか行えないが、一般に、地理上の複数の地点にモニタリングポストが設置されているため、センター側では各モニタリングポストにおいて判別された飛来方向を総合考慮することにより放射線の異常発生地点を特定することが可能である。
【００４５】
もちろん、例えば４５°ごとに測定ユニットを配置すれば、より方位判別精度を高めることができる。さらに、最大の比及び２番目に大きい比を特定し、それらの２つの比に対応する２つの測定ユニットの主感度方向に基づき、例えば２つ比をパラメータとする重み付け補間処理などにより中間的な方向を演算により算出するようにしてもよい。更に、Ｒ１〜Ｒ４の全てを重み付け値として補間処理を実行して飛来方向を判定するようにしてもよい。
【００４６】
ちなみに、線量が低い場合においては方向判別精度が低下し、あるいは方向判別の必要がないために、そのような低線量状態においては方向判定を行わないようにするのが望ましい。すなわち、線量が一定値以上の場合に方向判定器６６を機能させるものである。
【００４７】
また、互いに反対方向を向く２つの測定ユニット間においてお互いの比が同程度である場合などにおいては方向判別精度が低下するかあるいはその判定の確実性に問題が生じるため、そのようなエラー条件が満たされた場合には方向判定を行わないようにするのが望ましい。一般的には、４つの比Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４の中で特定の比のみが際だって大きいような場合に方向判定を行うのが望ましい。また、４つの比が一様性の条件を満たす場合に方向判定を回避するのが望ましい。
【００４８】
なお、上述した原理を拡張して上方に向いた測定ユニットについても比を演算し、その比と水平方向において求められた最大の比との両者の大きさ関係から、φ方向についての放射線の飛来方向の判定を行うことも可能である。ただし、モニタリングポストの用途を考えた場合、一般的には水平方向についての飛来方向の判別を行えば充分である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大型の可動部などを用いることなく、放射線の飛来方向を判別できる実用的価値の高い放射線測定装置を提供することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る放射線測定装置の要部構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る放射線測定装置の要部構成を示す上面図である。
【図３】測定ユニットの具体的な構成例を示す断面図である。
【図４】測定ユニットについての水平方向の感度特性を示す図である。
【図５】測定ユニットについての垂直方向の感度特性を示す図である。
【図６】放射線測定装置としてのモニタリングポストの全体構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す演算制御部が有する各機能を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０測定部、１４，１６，２０，２２，２４測定ユニット、１４Ａ，２２Ａ，２４Ａ前センサ、１４Ｂ，２２Ｂ，２４Ｂ後センサ、６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ，６４Ｄ比演算器、６６方向判定器、６８線量演算器。

Claims

放射線測定地点に設置され、その放射線測定地点の周囲から飛来する放射線を測定する放射線測定装置において、
水平方向における互いに異なる方向に主感度方向が設定された複数の水平測定ユニットと、
前記複数の水平測定ユニットからの出力信号を処理する演算部と、
を含み、
前記各水平測定ユニットは、
当該水平測定ユニットの主感度方向における前方に配置された前センサと、
当該水平測定ユニットの主感度方向における後方に配置された後センサと、
前記後センサを収容し、放射線を減弱する遮蔽部材と、
を含み、
前記演算部は、前記各水平測定ユニットごとに前記前センサの計数値と前記後センサの計数値の比を演算して出力する比演算手段を含み、
前記各水平測定ユニットごとの比に基づいて放射線の飛来方向を判定し得ることを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記演算部は、前記各水平測定ユニットごとの比の相互比較に基づいて放射線の飛来方向を判定する方向判定手段を含むことを特徴とする放射線測定装置。
請求項２記載の装置において、
前記方向判定手段は、前記各水平測定ユニットごとに前記前センサの計測値を前記後センサの計測値で割って求めた比の中で最大の比を特定する手段を含み、前記最大の比に基づいて放射線の飛来方向が判定されることを特徴とする放射線測定装置。
請求項２記載の装置において、
前記方向判定手段は、前記各水平測定ユニットごとの比が一様である場合に放射線の飛来方向の判定を回避し、前記各水平測定ユニットごとの比が一様でない場合に放射線の飛来方向を判定することを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記遮蔽部材は、
前記後センサの前面側に設けられた前面部と、
前記後センサの後面側に設けられた後面部と、
前記後センサの側面側に設けられた側面部と、
を有し、
前記前センサと前記後センサは前記前面部を介して積層され、
前記前センサは前記後センサよりも小さなサイズを有することを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の装置において、
前記演算部は、前記複数の水平測定ユニットによる測定結果を用いて線量を演算する線量演算手段を含むことを特徴とする放射線測定装置。
請求項６記載の装置において、
垂直上方に主感度方向を向けて少なくとも１つの垂直測定ユニットが配置され、
前記線量演算手段は更に前記垂直測定ユニットによる測定結果を併せて用いて線量を演算することを特徴とする放射線測定装置。