JP4064009B2 - 線種弁別型放射線検出装置 - Google Patents
線種弁別型放射線検出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシンチレーション検出器を用いて放射線計測における種々の混成場における線種弁別を行う技術に係り、特にα線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線またはイオンビームの電荷量や質量数の違いなどの弁別を高効率で行うことができる線種弁別型放射線検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線計測において適用される線種弁別、例えば中性子とγ線との弁別、あるいはα線とβ（γ）線との弁別に対し、シンチレーション検出器を用いた弁別法が広く適用されている。このうち前者、即ち中性子とγ線との弁別については、液体シンチレータを用いる時間弁別方式、別名ゼロクロッシング法と呼ばれる手法が良く用いられる。このゼロクロッシング法は、波形を二度微分すると立ち上がり時間が異なる場合、ゼロクロスする時間に差ができることを利用するものである。
【０００３】
また、後者のα線とβ（γ）線との分別については、立ち上がり時間弁別法がしばしば用いられる。この立ち上がり時間の時間弁別法は、１つの信号から遅延させた信号と振幅を減衰させた信号のクロスポイント間の時間が立ち上がり時間に比例した情報として取り出し、これを一旦波高情報に変換するものである。α、βの弁別のために、この立ち上がり時間弁別を用いた方式はホスイッチ検出器として知られている。
【０００４】
図２２は、このホスイッチ検出器の基本構成を示したものである。
【０００５】
この検出器では、光検出部が、粉末状のＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ３０を、プラスチックシンチレータ３１の上に薄く塗布した構成となっており、α線は主にＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ３０で検出され、β線は主にプラスチックシンチレータ３１側で検出されることを利用している。ＺｎＳ（Ａｇ）３０の発光減衰時間は長く、μｓオーダであるのに比べ、プラスチックシンチレータ３１の発光減衰時間は、数十ｎｓオーダと速い。発光減衰時間よりも十分長い時定数の積分要素を持つプリアンプを備えた光電子増倍管１６でこの信号を受けると、その出力信号の立ち上がり時間には、それぞれのシンチレータの発光減衰時間の情報が含まれる。
【０００６】
この信号を高速アンプ３２で増幅し、ライズタイムアナライザ３３によって立ち上がり時間分析を行う。ライズタイムアナライザ３３の出力は、立ち上がり時間に比例した波高を持つパルスであるため、波高分析回路と計数装置、あるいは多重波高分析装置などを用いて測定することで、ホスイッチ検出器におけるＺｎＳ（Ａｇ）３０の発光か、プラスチックシンチレータ３１の発光かを識別することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の線種弁別装置においては、一般的なシンチレーション検出器とは異なる種類の付帯回路が必要であり、装置コストが高くなるという点で問題があった。
【０００８】
また、これらの線種弁別手法は、ゼロクロッシング法における微分による信号の減衰、あるいは立ち上がり弁別における故意の信号の減衰など、本質的にＳ／Ｎ比を悪くする要素を含んでおり、このため、放射線の検出に関しては十分な性能が得られないのが実状であった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な装置構成で低コスト化が図れるとともに、信号減衰要素のない手法により検出効率の高い放射線の線種弁別および検出が行える線種弁別型放射線検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、放射線照射により発光するシンチレータと、このシンチレータの発光を用いて放射線の線種弁別を行う弁別手段とを備えた線種弁別型放射線検出装置であって、前記シンチレータは、ひとつの放射線入射事象に対応して即時に第１の光パルスを放出し、かつその第１の光パルスから時間遅れを伴う遅発発光として複数個の第２の光パルスを放出し、この第２の光パルスの発生確率あるいは発生頻度が入射放射線のエネルギー、線種、比エネルギー損失により異なるという多重発光特性を有する構成のものであり、前記弁別手段は、第１の光パルスと第２の光パルスの発生確率あるいは頻度を測定することで前記シンチレータに入射した放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の区別を行ないながら放射線の測定を行なう弁別機能を有するものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、多重発光の確率、頻度測定は、いずれも信号検出と計数を中心に実現されるものであるため、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数して、あらかじめ設定しておいた一定計数に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する遅発発光計数手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、放射線入射事象に対して一定個数の多重発光が生じるか否かを計数することにより、入射放射線の線種を二分することができ、簡素な構成により高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数し、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に第２の光パルスを計数する手段とを備え、これにより第２の光パルスの計数値から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、放射線入射事象に対して何個の多重発光が生じるかを計数することで、入射放射線の線種を識別することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別手段を提供できる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間幅測定手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを時間幅で入射放射線の線種を二分して判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間測定手段と、この時間測定手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別する識別手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを時間幅をもとに入射放射線の線種を判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、光パルスを電気信号に変える際に並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する増幅手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に積分パルス幅が到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを積分パルスの時間幅で入射放射線の線種を二分して判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、光パルスを電気信号に変える際に並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段とを備え、前記パルス幅計測手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを積分パルスの時間幅を元に入射放射線の線種を判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、あらかじめ設定しておいた時間間隔内に複数の第２の光パルスが発生したか否かにより、あるいは時間間隔平均値があらかじめ設定しておいた一定値内か否かにより識別出力情報を変える機能を有する時間間隔測定手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に発生する多重発光事象の時間間隔を測定し、その平均時間間隔で二分して判断することで、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、その第２の光パルスの発生間隔の時間変化のパターンにより入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に発生する多重発光事象の時間間隔を測定し、その平均時間間隔を元に入射放射線の線種を判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２８】
請求項１０の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、第１の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値と、第２の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値とを比較する手段と、第２の光パルスの発光量あるいは前記波高値が、第１の光パルスの発光量あるいは前記波高値より小さい場合に多重発光現象であると識別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、放射線の入射事象発生直後に発生する光パルスは、その後遅れて発生する光パルスよりも光量が大きいときのみを有効とすることで、誤認識確率を低減させることができる。
【００３０】
請求項１１の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光現象の個々の光パルスである第１の光パルスと第２の光パルスとを電気パルスとして出力するパルス出力手段と、出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅して出力する積分パルス出力手段と、積分パルスが一定波高値以上であるときのみ線種弁別機能を有効とする手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、放射線の入射事象発生直後から積分して得られる信号の波高値情報を利用し、一定波高値以上の場合のみを有効とすることで、ノイズやパイルアップパルス等の認識確率を低減させることができる。
【００３２】
請求項１２の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、光パルスを電気信号に変える際に、光検出器から出力される電流を時間的な応答情報を保存したまま電流あるいは電圧の形で増幅することにより、シンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を用いたことを特徴とする。
【００３３】
本発明によれば、光検出器の応答、発光の状態を直接電気パルスとして観測することができる。
【００３４】
請求項１３の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、光パルスを電気信号に変える際に出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部と容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅し、再度微分することによりシンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
本発明によれば、一旦積分したのち、微分する回路を付加することで、信号観測に必要としない周波数帯をカットすることができる。
【００３６】
請求項１４の発明は、請求項１から１３までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、第１の光パルスあるいはこれに相当する積分パルス出力を、放射線の入射検出信号として測定計数率を算出する計数率算出手段と、多重発光現象を検出するために用いるパルス幅または時間幅と弁別結果とを考慮した数え落としを補正し、真の計数率を算出する不感時間補正手段を備えたことを特徴とする。
【００３７】
本発明によれば、弁別手段に用いる時間パラメータを用いた数え落とし補正により、より正確な放射線の計数率を求めることができる。
【００３８】
請求項１５の発明は、請求項１４記載の線種弁別型放射線検出装置において、不感時間補正手段により得られた真の計数率値に応じて、第２の光パルスによる多重発光現象を識別する条件を変更する判定条件制御部を備えたことを特徴とする。
【００３９】
本発明によれば、時間および計数パラメータを用いた線種類弁別において、入力計数率の変化に応じた最適な弁別性能を提供できる。
【００４０】
請求項１６の発明は、請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、そのシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとにα線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線または加速されたイオン粒子間の電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
【００４１】
本発明によれば、１つのシンチレータと光検出器ならびに、単純な計数回路のみで線種弁別を実現できる。
【００４２】
請求項１７の発明は、請求項１から１４までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、中性子検出用として高速中性子に対して水素原子を多く含み反跳陽子を発生させる物質、あるいは熱中性子に対して（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応断面積を有するするＬｉ−６やＢ−１０を含む物質をシンチレータと別個に放射線の入射側に装着したものあるいは粉体状シンチレータとともにこれらの物質を混合したものと、これらシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００４３】
本発明によれば、中性子と反応して荷電粒子を生成する物質を伴なうことで、１つのシンチレータと光検出器ならびに、単純な計数回路のみでｎ／γ弁別を実現できる。
【００４４】
請求項１８の発明は、請求項１から１６までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線またはイオンビームの電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えたことを特徴とする。
【００４５】
本発明によれば、２層のシンチレータと１つの光検出器という、従来型ホスイッチ検出器と類似した検出器構成であるにもかかわらず、波形弁別回路は不要であり、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００４６】
請求項１９の発明は、請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００４７】
本発明によれば、中性子と反応して荷電粒子を生成する物質を伴なったシンチレータを含む２層のシンチレータと１つの光検出器という、従来型ホスイッチ検出器と類似した検出器構成であるにもかかわらず、波形弁別回路は不要であり、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００４８】
請求項２０の発明は、請求項１から１８までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力として多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から入射放射線の線種を弁別する手段を備えたことを特徴とする。
【００４９】
本発明によれば、２層のシンチレータと２つの光検出器、２つの光学フィルタを用いて、波長による識別と多重発光特性による識別を組み合わせ、波形弁別回路は不要で、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００５０】
請求項２１の発明は、請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力して多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００５１】
本発明によれば、中性子と反応して荷電粒子を生成する物質を伴なったシンチレータを含む２層のシンチレータと２つの光検出器、２つの光学フィルタを用いて、波長による識別と多重発光特性による識別を組み合わせ、波形弁別回路は不要で、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る線種弁別型放射線検出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００５７】
第１実施形態（請求項１，２対応）（図１〜図３）
図１（ａ）〜（ｃ）は放射線入射事象に対する多重発光特性を説明するための図であり、図２および図３は、図１に示した特性を利用して線種弁別を行う装置のシステム構成を示したものである。
【００５８】
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置は基本的に、放射線照射により発光するシンチレータと、このシンチレータの発光に基づいて放射線の線種弁別を行う弁別手段とを備える。シンチレータは、ひとつの放射線入射事象に対応して即時に第１の光パルスを放出し、かつその第１の光パルスから時間遅れを伴う遅発発光として複数個の第２の光パルスを放出し、この第２の光パルスの発生確率あるいは発生頻度が入射放射線のエネルギー、線種、比エネルギー損失により異なるという多重発光特性を有する構成のものである。また、弁別手段は、第１の光パルスと第２の光パルスの発生確率あるいは頻度を測定することでシンチレータに入射した放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の区別を行ないながら放射線の測定を行なう弁別機能を有するものである。
【００５９】
多重発光特性を示すシンチレータの具体例としては、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（以下、ＧＯＳと記す）、Ｙ２Ｏ２Ｓ（以下、ＹＯＳと記す）を母材とするシンチレータが挙げられる。この中で、特にユーロピウム（Ｅｕ）やテルビウム（Ｔｂ）で活性化したＹＯＳ：Ｅｕ、ＧＯＳ：Ｅｕ、ＹＯＳ：Ｔｂ、ＧＯＳ：Ｔｂが顕著な多重発光特性を示す。
【００６０】
図１（ａ）〜（ｃ）はいずれもＹＯＳ：Ｅｕの例を示し、（ａ）〜（ｃ）の各上段に示した波形は、光電子増倍管の電流出力を積分することなく、高速アンプで電圧パルスに変換した後、波高弁別装置でノイズレベルと識別して信号検出を行ったあとの論理信号１０１を示す。また、同図（ａ）〜（ｃ）の各下段の波形は、光電子増倍管出力を約５０μｓの時定数を持つ積分回路を通して増幅した波形である。
【００６１】
詳述すると、図１（ａ）は、ＹＯＳ：Ｅｕを光電子増倍管の光電面に装着してＡｍ−２４１からのα線を照射した場合を示し、図１（ｂ）はＳｒ−９０からのβ線を照射したときの応答を示している。この図１（ａ）では、明らかに放射線の入射事象に遅延して多くの発光現象が観測される。時間的に遅れて多数発光するパルスの波高値自体は減少傾向にあるため、積分波形もそれに応じて減衰している。ちなみに、この場合の積分回路の時定数は５０μｓであるが、多重発光現象を積分したことから、５０μｓよりはるかに長い時定数で減衰していることがわかる。
【００６２】
一方、図１（ｂ）のβ線照射の場合は、単一パルスのみが観測されている。図１（ｃ）も同様にβ線照射の例である。この例に示すように、発生頻度は少ないものの、まれに多重発光が観測される場合があるが、その遅延して発生するパルス数はα線によるものと比べてあきらかに少ない。なお、γ線照射による応答波形は、β線照射によるものと差異がないため、図示を省略した。
【００６３】
このように、ＹＯＳ：Ｅｕ、ＧＯＳ：Ｅｕ、ＹＯＳ：Ｔｂ、ＧＯＳ：Ｔｂ等はα線とβ（γ）線照射において著しく応答が異なり、特にα線照射した場合には、放射線入射事象に引き続き遅延して多くのパルスが発生するという、多重発光現象が生じる。このため、α線とβ（γ）線の応答波形の顕著な違いを利用して、入射した放射線の線種弁別を行うことが可能である。
【００６４】
図２は、図１に示したα線とβ線との弁別を想定し、一定時間内の多重発光計数値を計数する手段を示している。この図２に示すように、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段としての時間幅発生器１と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数するための計数装置２と、あらかじめ設定しておいた一定計数に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する遅発発光計数手段としての計数値弁別装置３とを備える。
【００６５】
時間幅発生器１には、光検出器Ａ（例えば光電子増倍管）の出力信号を増幅して信号検出を行った後の放射線の到来を示す論理信号１０１が入力される。この論理信号１０１は同様に、計数装置２にも分岐して入力される。時間幅発生器１は一回の論理信号入力によりトリガされ、一定時間幅のパルス信号１０２を発生させる電子装置であり、一定時間幅のパルスの出力中には次のトリガ信号が入力されても無視するようになっている。一般的には、リトリガされないシングルショットパルス発生装置と言いかえることができる。計数装置２には時間幅発生器１から発生したパルス信号１０２が入力され、このパルス信号１０２が入力されている間のみ計数機能が有効になるものである。
【００６６】
従って、本実施形態によれば、最初のパルスの到来により時間幅発生器１がゲートを開き、その後一定時間の間、引き続き到来する多重発光パルスを計数装置２で計数するものである。計数装置２は時間幅発生器１の出力パルスをゲートとして制御されるが、一回のゲート区間終了とともに初期状態にリセットされる。計数装置２がリセット直前までに計数した結果は、計数信号１０３として計数値弁別装置３に出力される。
【００６７】
計数弁別装置３では、多重発光による計数値のしきい値判断を行い、一定以上の計数値があった場合は、到来した放射線線種がα線であるか、あるいはそうでない、つまりβ（γ）線であったかの２値の仕分け信号１０４を出力する。放射線の到来を示す時間幅発生器１の出力パルス信号１０２と、計数値弁別装置３の出力である仕分け信号１０４の両方を加味することにより、α線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【００６８】
図３は、図２の構成をより詳細に示した図である。
【００６９】
詳述すると、図３において、負論理ＩＮＰＵＴ端子Ｂには図２の場合と同様に、放射線の入射事象を示す論理信号である。この図３の装置では、図２の時間幅発生器１に相当するものとして、第１ゲート５とシングルショット４とが設けられ、これらの部分により、リトリガされない時間幅発生部が構成される。
【００７０】
時間幅は図示しないがシングルショット４の外付け部品で任意に設定することができる。論理信号（負論理ＩＮＰＵＴ信号）１０１は第２ゲート６にも入力される。第１シングルショット４の出力でゲート化され、シングルショット４の出力がなされている間のみ、不論理ＩＮＰＵＴ信号１０１が第２ゲート６を通過することができる。この第２ゲート６を通過した信号は、プリセットダウンカウンタ７に入力される。
【００７１】
一方、シングルショット４側には第１，第２初期化回路８，１９が設けられている。そして、第１初期化回路８により電源ＯＮ時に発生する初期化信号１０２ａと、第２初期化回路９によりシングルショット４の出力が終った直後に出力される初期化信号１０２ｂのいずれかが、第３ゲート１０を介してプリセットダウンカウンタ７に入力される。
【００７２】
プリセットダウンカウンタ７は、この初期化信号により出力をプリセット値に戻し、ＣＫに入力される信号によりダウンカウントする。ゼロに達したときに負論理の信号ＺＥＲＯが出力されるため、インバータ１１を通すことで正論理の信号が得られる。
【００７３】
シングルショット４の時間幅以内にゼロに到達しない場合は、ＺＥＲＯが出力されずにプリセットダウンカウンタ７は初期化される。したがって、例えばシングルショット４の出力端子Ｑの出力パルスを計数した場合、全放射線入射事象数が得られ、インバータ１１の出力を計数した場合には、特に多重発光現象を発生する線種、即ちこの場合α線の計数値が得られる。
【００７４】
全計数値からこのα線計数を差し引くことで、残るα線以外のβ（γ）線の計数も得ることができる。
【００７５】
第２実施形態（請求項３対応）（図４）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置は、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数し、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に第２の光パルスを計数する手段を備える。即ち、第１実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【００７６】
図４は、α線とβ線の弁別を想定し、一定時間内の多重発光計数値を計数する手段の実施形態を示している。
【００７７】
この図４に示すように、本実施形態では、論理信号１０１が入力される時間幅発生器１および計数装置２については第１実施形態と同様であるが、図２に示した計数値弁別装置３に代え、多重計数弁別装置１２を接続してある。図２に示した計数弁別装置３では、測定された計数値が一定のしきい値以上か否かを判定して、その２値への振り分け情報を出力するものであった。
【００７８】
これに対し、図３に示した多重計数弁別装置１２は、１事象あたりの計数値と、その事象の発生頻度の二次元ヒストグラムデータを作成するために必要な情報を提供するものである。例えば、多重計数弁別装置１２の計数値自体を二進表現して、これをメモリのアドレス信号とし、事象が１つ生じるたびに当該アドレスの内容を＋１するという動作を行うことで、このヒストグラムを作成することができる。
【００７９】
多重発光の発生時間や頻度等は、荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【００８０】
第３実施形態（請求項４対応）（図５）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間幅測定手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものである。
【００８１】
図５は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を測定する手段の実施形態を示している。
【００８２】
本実施形態では多重時間幅発生装置１３を備え、この多重時間幅発生装置１３には放射線の到来を示す論理信号１０１が入力される。この多重時間幅発生装置１３はトリガ入力により一定時間幅のパルスを出力するが、出力中に次ぎのトリガが入力されるとさらに、そのトリガ入力を時間の起点として一定パルス幅の信号を出力するというものであり、一般的なリトリガブルなシングルショット発生装置である。
【００８３】
多重時間幅発生装置１３のパルス幅は、平均的な多重発光間隔から求めたあるパルス幅で決めておく。一例として、時間間隔の平均値に標準偏差の３倍を加えた時間幅に設定した場合、９９％以上の多重発光パルスにより連続してトリガされ、出力パルスは多重に時間延長されることで、あらかじめ設定したパルス幅よりも長いパルス幅信号として出力される。
【００８４】
この多重時間幅発生装置１３の出力をパルス幅弁別装置１４に入力し、ここでそのパルス幅を一定のしきい値と比較し、しきい値以上か否かを２値に識別して出力する。これにより、α線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【００８５】
第４実施形態（請求項５対応）（図６）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間測定手段と、この時間測定手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の情報を識別する識別手段とを備えている。即ち、第４実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【００８６】
図６は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を測定する手段の実施形態を示している。
【００８７】
この図６に示すように、本実施形態では、図５に示したパルス幅弁別装置１４に代え、多重パルス幅弁別装置１５を接続してある。多重パルス幅弁別装置１５は、１事象あたりのパルス幅と、その事象の発生頻度の二次元ヒストグラムデータを作成するために必要な情報を提供するものである。
【００８８】
例えば、多重パルス幅弁別装置１２の時間計測手法として、タイム−ディジタルコンバータ等で使われている手法が適用可能である。即ち、パルスが出力されている間、一定周波数の高速クロックパルスを計数して、その得られたクロック計数値自体を二進表現して、これをメモリのアドレス信号とし、事象が１つ生じるたびに当該アドレスの内容を＋１するという動作を行うことで、このヒストグラムを作成することができる。
【００８９】
多重発光の発生時間や頻度等は荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【００９０】
第５実施形態（請求項６対応）（図７）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、光パルスを電気信号に変える際に並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する増幅手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に積分パルス幅が到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものである。
【００９１】
図７は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を積分パルスのパルス幅で測定する手段の実施形態を示している。
【００９２】
光電子増倍管１６の出力（陽極）は入力端子に抵抗とコンデンサで形成される積分フィルタを伴なったプリアンプ１７に入力される。プリアンプ１７の出力は、先に示した図１（ａ）〜（ｃ）の各図中下段のようなパルス波形が観測される。多重発光が生じない場合には、図１（ｂ）下段の波形のように、抵抗とコンデンサで決る時定数で減衰する指数関数波形を示し、多重発光が生じる場合には図１（ａ）下段に示すように、多重発光が続いている時間に応じた長い減衰時間の積分パルス波形が観測される。
【００９３】
この積分パルスを電圧比較装置１８に入力し、電圧レベルが一定のしきい電圧以上である場合、そのことを示す信号を出力しつづける。従って、この電圧比較装置１８の出力パルスは、多重発光が生じない場合は比較的短いパルス幅となり、多重発光が続けばそれに応じてパルス幅が長くなるという応答をする。このパルス幅を前述のパルス幅弁別装置１４に入力して２値に振り分け、しきい値以上か否かでα線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【００９４】
第６実施形態（請求項７対応）（図８）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、光パルスを電気信号に変える際に光検出器から出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段とを備え、パルス幅計測手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の情報を識別するものである。即ち、第５実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【００９５】
図８は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を積分パルスのパルス幅で測定する手段の実施形態を示している。
【００９６】
本実施形態では、図７に示したパルス幅弁別装置１４に代え、多重パルス幅弁別装置１５を接続してある。多重パルス幅弁別装置１５は、１事象あたりのパルス幅と、その事象の発生頻度の二次元ヒストグラムデータを作成するために必要な情報を提供するものであるが、図６に示したものと略同様であるから、説明を省略する。
【００９７】
多重発光の発生時間や頻度等は荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【００９８】
第７実施形態（請求項８対応）（図９）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、あらかじめ設定しておいた時間間隔内に複数の第２の光パルスが発生したか否かにより、あるいは時間間隔平均値があらかじめ設定しておいた一定値内か否かにより識別出力情報を変える機能を有する時間間隔測定手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものである。
【００９９】
図９は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の有無をパルスの時間間隔で測定する手段の実施形態を示している。
【０１００】
時間幅発生器１には、放射線の到来を示す論理信号が入力されるものとする。この論理信号は同様に時間間隔弁別装置１９にも分岐して入力されている。時間幅発生器１は、前述のようにリトリガしないシングルショットパルス発生装置として機能する。時間間隔弁別装置１９には時間幅発生器１の出力パルスが入力されており、このパルスが入力されている間のみ時間間隔の測定と弁別機能が有効になるものである。
【０１０１】
時間間隔弁別装置１０では、入力されるトリガの時間間隔を測定して、その時間間隔平均値がしきい値以下か否かの２値に振り分ける。複数個のパルスが入力されず、時間間隔が測定できないときは、時間間隔値を無限大として扱うものとする。これにより、しきい値以下か否かでα線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【０１０２】
第８実施形態（請求項９対応）（図１０）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、その第２の光パルスの発生間隔の時間変化のパターンにより入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の情報を識別するものである。即ち、第７実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【０１０３】
図１０は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の有無をパルスの時間間隔で測定する手段の実施形態を示している。
【０１０４】
本実施形態では、図９に示した時間間隔弁別装置１９に代え、多重時間間隔弁別装置２０を接続してある。多重時間間隔弁別装置１５は、１事象あたりの平均パルス間隔と、その事象のヒストグラムを作成するものである。
【０１０５】
多重発光の発生時間や頻度等は荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【０１０６】
第９実施形態（請求項１０対応）（図１１，図１２）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、第１の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値と、第２の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値とを比較する手段と、第２の光パルスの発光量あるいは波高値が、第１の光パルスの発光量あるいは波高値より小さい場合に多重発光現象であると識別する手段とを備えている。
【０１０７】
本実施形態では、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の検知の際に波高情報を利用して誤認識を防止する手段を示している。
【０１０８】
図１１は、ＹＯＳ：ＥｕシンチレータにＡｍ−２４１のα線を照射したときに生じる多重発光の様子を示している。即ち、光電子増倍管の陽極出力を積分せず、高速アンプで増幅して観測したものである。
【０１０９】
この図１１では、放射線の１入射事象に対応した多重パルスの発生状況を示している。最初のパルス波高値が最も大きいことが、この図１１から判明する。即ち、統計的な揺らぎがあるものの、明らかに、遅延して後続する多重発光パルスは最初の入射事象直後のパルスよりも波高値が小さい。この性質を利用して、放射線の入射事象と多重発光の誤計数を防止することができる。
【０１１０】
図１２は、本実施形態による構成を示したものである。
【０１１１】
放射線の入射事象を示す論理信号は、前述の時間幅発生器１あるいは多重時間幅発生装置１３に入力されるとともに、波高比較選別装置２１に出力される。この波高比較選別装置２１では最初の入力パルス、即ち、ｃのトリガとして有効となった信号の波高値レベルを記憶する。それに続く多重パルスが入力された場合、この一次記憶された波高値を基準レベルとして、そのレベル以下なら有効な信号として他の処理の続行を許可する。また、そのレベルを超える場合には、新たな放射線入射事象を表わす信号であるとして、時間幅発生器１あるいは多重時間幅発生装置１３および他の系に対してＲｅｓｅｔ信号を発生し、当該サイクルにより得られた結果を無効とする処理を行う。
【０１１２】
これにより、識別動作自体の誤認識の確率を低減、抑制することができる。
【０１１３】
第１０実施形態（請求項１１対応）（図１３）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、多重発光現象の個々の光パルスである第１の光パルスと第２の光パルスとを電気パルスとして出力するパルス出力手段と、出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部および容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅して出力する積分パルス出力手段と、積分パルスが一定波高値以上であるときのみ線種弁別機能を有効とする手段とを備えている。
【０１１４】
図１３は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の検知の際に積分パルスの波高情報を利用して誤認識を防止する手段を示している。
【０１１５】
本実施形態では、光電子増倍管１６の出力を積分せず、高速なアンプ１７で増幅し、その出力をスイッチ装置２２に入力する。また、このアンプ１７の出力を分岐して、積分素子を伴なったアンプ１７に入力して積分パルスを得る。この積分パルス信号を電圧比較装置１８に入力し、一定電圧レベル以上である場合のみスイッチ２２を閉とする信号を出力する。
【０１１６】
スイッチ２２は内部的に遅延機能を有する。この遅延時間は、積分波形の生成と電圧比較動作を行うために生じる内部伝播時間に相当したものである。α線とβ線を測定対象とした場合、α線のエネルギーは相対的に高い場合が通常であり、しかもエネルギーの付与率が高く得られる信号レベルも大きい。
【０１１７】
このため、積分パルスとして十分な波高値が得られたかどうかを一次判断することで、α線である可能性の高いものを選択し、その情報でスイッチ２２を駆動することで、スイッチ２２に後続して接続される線種識別装置における誤誤認識の確率を低減、抑制することができる。
【０１１８】
第１１実施形態（請求項１２対応）（図１４）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、光パルスを電気信号に変える際に、光検出器から出力される電流を時間的な応答情報を保存したまま、電流あるいは電圧の形で増幅することによりシンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を用いている。
【０１１９】
図１４は、本発明の第１１実施形態を示している。
【０１２０】
この図１４に示すように、本実施形態では、光電子増倍管１６の陽極出力が抵抗のみを負荷として、アンプ１７に接続される。抵抗値を５０Ωとして、ゲインを２００倍程度、帯域幅１００ＭＨｚ以上程度のアンプを用い、この出力を波高弁別器や電圧比較装置でノイズと信号とを識別し、論理信号に変換する。
【０１２１】
この論理信号を本発明における放射線入射事象を示す論理信号および、個々の多重発光現象のパルスの到来を表わす信号として使用することができる。
【０１２２】
第１２実施形態（請求項１３対応）（図１５）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、光パルスを電気信号に変える際に出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部と容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅し、再度微分することによりシンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を備えている。
【０１２３】
図１５は、本発明の第１２実施形態を示している。
【０１２４】
この図１５に示すように、本実施形態によれば、光電子増倍管１６の陽極出力は抵抗とコンデンサを負荷とした積分型のアンプ１７に接続される。この出力を微分フィルタ付きの高速アンプ２３に接続することで、図１４に示したアンプ１７の出力と同等の信号を得ることができる。
【０１２５】
この場合、積分、微分フィルタの時定数を任意に選択することができるため、フォトマルの暗電流ノイズやアンプ１７で発生するノイズ等の低減を加味した処理を行うこともできる。
【０１２６】
高速アンプ２３の信号を波高弁別器や電圧比較装置でノイズと信号とを識別し、論理信号に変換すれば、本発明における放射線入射事象を示す論理信号、および個々の多重発光現象のパルスの到来を表わす信号として使用することができる。
【０１２７】
また、図１３に示したような、積分パルスを併用した誤認識防止手段を付加する場合には、本実施形態の方式によるアンプ１７の出力と、高速アンプ２３の出力の両方を効率的に利用することができる。
【０１２８】
第１３実施形態（請求項１４対応）（図１６）
本実施形態は、第１実施形態の構成に、補正手段を付加したものである。即ち、第１の光パルスあるいはこれに相当する積分パルス出力を、放射線の入射検出信号として測定計数率を算出する計数率算出手段と、多重発光現象を検出するために用いるパルス幅または時間幅と弁別結果とを考慮した数え落としを補正し、真の計数率を算出する不感時間補正手段を備えている。
【０１２９】
図１６は、線種弁別を行いつつ、しかも不感時間による数え落としを補正して真の計数率を求める実施形態を示している。
【０１３０】
なお、時間幅発生器１、計数装置２、計数値弁別装置３についての機能、作用については、図２に示したものと同様であるため、説明を省略する。
【０１３１】
本実施形態では、計数値弁別装置３の出力と時間幅発生器１の出力が不感時間補正装置２４に入力されている。不感時間補正装置２４から計数値弁別装置３に信号が点線で接続されているが、本実施例では使用しない。
【０１３２】
一般的な非まひ型の不感時間補正は、真の計数率をＲ、測定計数率をｍとすると次のように表わされる。
【０１３３】
【数１】
【０１３４】
本実施形態における不感時間の補正においては、時間幅発生器１の出力は放射線入射事象毎に出力されるが、α線検出とそれ以外のβ（γ）線検出情報に振り分けられる。このため、いずれかの線種の測定計数率だけでは補正ができない。そこで、不感時間補正装置２４の本実施例における処理内容は以下のようになる。
【０１３５】
即ち、時間幅発生器１の出力パルスの測定計数率Ｇ、計数弁別装置３において多重発光が生じ、ある一定のしきい値を超えた場合に出力される信号の計数率、即ちα線の計数率をＡとする。
【０１３６】
測定で得られたα線の計数率Ａから真のα線の計数率Ｒａを求める場合は、下記の式による。
【０１３７】
【数２】
【０１３８】
α線以外、即ちβ（γ）線の真の計数率は、
【数３】
で求められる。
【０１３９】
この補正演算を、リアルタイムあるいは計数積算した後に行うことで、個々の線種についての真の計数率を求めることができる。
【０１４０】
第１４実施形態（請求項１５対応）（図１６）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、不感時間補正手段により得られた真の計数率値に応じて、第２の光パルスによる多重発光現象を識別する条件を変更する判定条件制御部を備えている。
【０１４１】
図１６は、ダブルパルス補正についての実施形態を示している。
【０１４２】
この図１６に示すように、不感時間補正装置２４から計数値弁別装置３に信号が破線で示す如く接続されている。本実施形態では、この信号を有効とする。多重発光パルスの放射線の入力計数率の上昇により、一定時間幅に到来した真の放射線入射事象を多重発光パルスとして誤認する確率を低減、抑制するものである。
【０１４３】
入力計数率が上昇すると、時間幅発生器１が作り出すゲート時間幅に複数個の放射線入射事象が発生する確率が上昇する。
【０１４４】
入射計数率の逆数、つまり平均時間間隔がこのゲート時間幅よりも長い場合には、最も着目しておくべき事象は、ゲート時間幅Ｔ内に２個の事象が発生する確率である。
【０１４５】
この確率は、放射線の到来がポアソン分布であると仮定すると、
【数４】
であるため、Ｎ＝２とおくと、
【数５】
と計算することができる。
【０１４６】
ｒとして真の計数率、ゲート時間幅ＴをＫ等分した時間ｔ、１個の放射線入射事象に対して続くｔ時間に生じる多重発光パルス数をＭとすると、時間ｔあたりに新たな放射線入射事象により発生する可能性のあるパルス数Ｅは、
【数６】
となる。
【０１４７】
したがって、ゲート時間幅中にはＥ・Ｋなる成分が平均的に混入することになる。このため、この演算結果を計数値弁別装置３にフィードバックし、計数弁別のしきい値からＥ・Ｋを減算した値を、当該測定状態での新たなしきい値として設定し直すことで、多重発光の計数値による線種弁別における誤認率を低減、抑制することができる。
【０１４８】
第１５実施形態（請求項１６対応）（図１７）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、そのシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとにα線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線または加速されたイオン粒子間の電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えている。
【０１４９】
図１７は、α線とβ線の弁別を前提とした多重発光特性を有するシンチレータにより構成されるシンチレータ１層からなる線種弁別装置の構成例を示している。
【０１５０】
多重発光シンチレータ２６としては前述のように、ＹＯＳ：Ｅｕ、ＧＯＳ：Ｅｕ、ＹＯＳ：Ｔｂ、ＧＯＳ：Ｔｂなどが使用できる。この光を光電子増倍管１６で受けて、積分要素のない、抵抗負荷としたアンプ１７で構成されるプリアンプを通して出力する。
【０１５１】
もちろん、アンプ１７を単独で用いるかわりに先の図１５に示した回路を用いることもできる。
【０１５２】
単一のシンチレータ、単一の光電子増倍管のみを用いて、この出力を図２〜図１６に示したような弁別装置に送り込むことで、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線や加速されたイオン粒子間の電荷量と質量数の違いなどの線種を弁別することができる。
【０１５３】
第１６実施形態（請求項１７対応）（図１８）
本実施形態は、第１５実施形態を、さらに中性子とγ線の弁別に適用するようにしたもので、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、中性子検出用として高速中性子に対して水素原子を多く含み反跳陽子を発生させる物質、あるいは熱中性子に対して（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応断面積を有するするＬｉ−６やＢ−１０を含む物質をシンチレータと別個に放射線の入射側に装着したものあるいは粉体状シンチレータとともにこれらの物質を混合したものと、これらシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えている。
【０１５４】
図１８（ａ），（ｂ）は、本実施形態で適用するシンチレータの構成を示している。なお、前述の多重発光特性を有するＹＯＳやＧＯＳは粉末状であり、そのまま、あるいは圧延、あるいは焼結して使用することができる。
【０１５５】
本実施形態では、図１８（ａ）に示すように、Ｂ−１０やＬｉ−６など中性子と反応してα線や陽子を放出する物質を含有するもの、あるいは反跳陽子を放出するようなものなどを総称する荷電粒子生成物質２７と混合して用いることができる。
【０１５６】
また、図１８（ｂ）に示すように、多重発光シンチレータ２６とは別箇に荷電粒子生成物質２７を別箇に用意して合わせて用いることができる。この場合、当然のことながら、荷電粒子生成物質２７の厚さは、放出されるα線や陽子が外部に出てくることが可能な厚さを飛程から求めた上で、製造しておく必要がある。
【０１５７】
この処置を施したシンチレータを、図１７に示した多重発光シンチレータ２６と置き換えることで、γ線バックグラウンド下での中性子弁別測定が可能となる。
【０１５８】
第１７実施形態（請求項１８対応）（図１９）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線またはイオンビームの電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えている。
【０１５９】
図１９は、α線とβ線の弁別を前提とした多重発光特性を有するシンチレータと、多重発光特性を示さないシンチレータによる２層式の線種弁別装置の構成例を示している。
【０１６０】
放射線の入射面側からみて、第１層目は多重発光シンチレータ２６、第２層目は非多重発光シンチレータ２８で構成し、光電子増倍管１６に接続する。光電子増倍管の出力は先の図１７と同様のアンプ１７に接続される。多重発光を生じるのはα線照射であるため、多重発光シンチレータ２６は第１層目に配置している。
【０１６１】
なお、アンプ１７を単独で用いるかわりに先の図１５に示した回路を用いることもできる。
【０１６２】
１層目はα線検出に特化させ、α線のエネルギーを吸収するために必要な最低厚さにし、β線の検出は、２層目のシンチレータで行うように設計したものである。２層目のシンチレータとしては一般的なシンチレータ等を用いることができる。γ感度等を低く抑える必要がある場合には、薄いプラスチックシンチレータなどが適当である。
【０１６３】
この実施形態のアンプ１７の出力を、図２〜図１６に示したような弁別装置に送り込むことで、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線や加速されたイオン粒子間の電荷量と質量数の違いなどの線種を弁別することができる。
【０１６４】
第１８実施形態（請求項１９対応）（図１９）
本実施形態は、図１９に示した実施形態を更に中性子とγ線の弁別に適用するため、多重発光シンチレータ２６に変えて、図１８（ａ），（ｂ）で示した荷電粒子生成物質２７を伴なった多重発光シンチレータを用いる。
【０１６５】
即ち、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えている。
【０１６６】
このような構成により、γ線バックグラウンド下での中性子弁別測定が可能となる。
【０１６７】
第１９実施形態（請求項２０対応）（図２０）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着している。そして、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力として多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から入射放射線の線種を弁別する手段を備えている。即ち、本実施形態は、第１７実施形態に加え、さらに波長による線種弁別手段を付加したものである。
【０１６８】
図２０は、このような本実施形態の構成を示している。
【０１６９】
なお、多重発光シンチレータ２６を第１層とし、２層目には非多重発光シンチレータ２８を配置する。今、α線とβ線の弁別を前提とする。非多重発光シンチレータ２８の放射線入射面と反対側に、波長弁別フィルタ２９を装着した光電子増倍管１６が２本配置されている。この波長弁別フィルタ２９は必ずしも非多重発光シンチレータ２８と光学的に密着しているとは限らない。
【０１７０】
この場合、多重発光シンチレータ２６としてＹＯＳ：Ｅｕ、あるいはＧＯＳ：Ｅｕを用いると線幅の極めて細い赤色発光のシンチレーション光が得られる。また、非多重発光シンチレータ２８としてプラスチックシンチレータを用いると、一般的には青色発光のシンチレーション光が得られる。
【０１７１】
このため、多重発光シンチレータ２６の発光を捉える系統の波長弁別フィルタ２９には赤色帯のみを透過させるもの、非多重発光シンチレータ２８の発光を捉える系統の波長弁別フィルタ２９には青色帯のみを透過させるものを使用する。それぞれの光電子増倍管１６の陽極出力は、一例として抵抗負荷のアンプ１７を介して出力される。即ち、本実施形態では、第１実施形態における図２の弁別装置に接続されている例を示している。
【０１７２】
このような本実施形態の構成によれば、一次選別として、まず発光波長による選別が行われる。第１層の多重発光シンチレータ２６は薄くすることでβ（γ）感度を低くすることができるが、それでも完全にゼロにはならない。しかしながら、本実施形態に示すような多重発光検出手段による線種弁別を付加することで、さらに１層目に混入したβ（γ）線成分を弁別、排除することができる。
【０１７３】
また、本実施形態では、非多重発光シンチレータ２８の信号処理系にも、多重発光検出による線種弁別回路を設けているが、これは、光学的な漏れに対する対策である。即ち、多重発光シンチレータ２６で発生した多重発光パルスの一部の光が、波長弁別フィルタ２９で完全に吸収されないで、非多重発光シンチレータ２８の測定系に混入する場合を想定している。
【０１７４】
以上の本実施形態によれば、波長弁別と多重発光弁別の２重の弁別手段により、α線とβ（γ）線の混入度の極めて小さい弁別測定を実現することができる。
【０１７５】
第２０実施形態（請求項２１対応）（図２０）
本実施例は、第１９実施形態における機能、作用、効果を、中性子とγ線の弁別に適用可能とするものである。即ち、線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力して多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えている。
【０１７６】
この場合、図２０の多重発光シンチレータ２６に代え、図１８に示した荷電粒子生成物質２７を伴なった多重発光シンチレータ２６を用いている。
【０１７７】
以上の構成によれば、波長弁別と多重発光弁別の２重の弁別手段により、中性子と荷電粒子生成物質２７との反応により発生するα線あるいは陽子と、バックグラウンドとなるγ線との間で、混入度の極めて小さい弁別測定を実現することができる。
【０１７８】
第２１実施形態（図２１）
本実施形態は、図２０に示した非多重発光シンチレータ２８に代え、多重発光シンチレータ２６を用いたものである。
【０１７９】
図２１は、本実施形態の構成を示している。
【０１８０】
この図２１に示すように、２層目の多重発光検出は、１層目の漏洩光混入の影響を低減するためではなく、１層目でα線が止まない場合の検出が行えるようになっている。本実施形態の構成によれば、漏洩光の影響の低減に加え、第１層目でα線が止まらずに、第２層目に侵入して反応してしまった場合にも、それを検出、弁別できるようになる。
【０１８１】
第２２実施形態（図２１）
本実施形態では、図２１に示した１層目の多重発光シンチレータ２６に代え、図１８に示した荷電粒子生成物質２７を伴なった多重発光シンチレータ２６を用いるものである。
【０１８２】
このような構成の本実施形態によれば、中性子とγ線の弁別において、１層目で中性子と反応の結果生じた荷電粒子の多重発光による２層目への漏洩光混入の影響低減に加え、第１層目で荷電粒子が止まらずに、第２層目に侵入して反応してしまった場合にもそれを検出、弁別できるようになる。
【０１８３】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明に係る線種弁別型放射線検出装置によれば、下記の効果が奏される。
【０１８４】
請求項１〜８記載の発明によれば、多重発光特性を利用した線種弁別手段を提供する基本的な手法により、簡素なパルス計数あるいは時間計測だけで、Ｓ／Ｎ比を劣化させる要素なく、弁別測定を実現することができる。
【０１８５】
請求項１０〜１１記載の発明によれば、弁別測定における誤認識確率の低減、抑制が可能となり、さらに精度の高い弁別測定を実現することができる。
【０１８６】
請求項１２〜２０記載の発明によれば、実際の測定体系を構成する場合に、簡素なパルス計数あるいは時間計測だけを用いて、Ｓ／Ｎ比を劣化させる要素なく弁別測定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１実施形態を説明するもので、多重発光特性を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態を説明するもので、計数による識別構成を示す図。
【図３】本発明の第１実施形態を説明するもので、計数による識別構成を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態を説明するもので、計数による識別構成を示す図。
【図５】本発明の第３実施形態を説明するもので、リトリガしたパルス幅による識別構成を示す図。
【図６】本発明の第４実施形態を説明するもので、リトリガしたパルス幅による識別構成を示す図。
【図７】本発明の第５実施形態を説明するもので、積分パルスのパルス幅による識別構成を示す図。
【図８】本発明の第６実施形態を説明するもので、積分パルスのパルス幅による識別構成を示す図。
【図９】本発明の第７実施形態を説明するもので、時間間隔による識別構成を示す図。
【図１０】本発明の第８実施形態を説明するもので、時間間隔による識別構成を示す図。
【図１１】本発明の第９実施形態を説明するもので、多重発光の波高値特性を示す図。
【図１２】同実施形態における波高値による誤認防止手段を示す図。
【図１３】本発明の第１０実施形態を説明するもので、積分波高値による誤認防止手段を示す図。
【図１４】本発明の第１１実施形態を説明するもので、高速電流−電圧変換型出力手段を示す図。
【図１５】本発明の第１２実施形態を説明するもので、積分−微分型出力手段を示す図。
【図１６】本発明の第１３および第１４実施形態を説明するもので、計数率追従型誤認防止手段を示す図。
【図１７】本発明の第１５実施形態を説明するもので、１層型検出器を示す図。
【図１８】（ａ），（ｂ）は本発明の第１６実施形態を説明するもので、中性子対応のシンチレータを示す図。
【図１９】本発明の第１７実施形態を説明するもので、２層型検出器を示す図。
【図２０】本発明の第１８実施形態を説明するもので、２層型波長弁別併用型構成を示す図。
【図２１】本発明の第１９実施形態を説明するもので、２層型波長弁別併用型構成を示す図。
【図２２】従来の装置を示す図。
【符号の説明】
１ 時間幅発生器
２ 計数装置
３ 計数値弁別装置
４ 第１シングルショット
５ 第１ゲート
６ 第２ゲート
７ プリセットダウンカウンタ
８ 第１初期化回路
９ 第２初期化回路
１０ 第３ゲート
１１ インバータ
１２ 多重計数値弁別装置
１３ 多重時間幅発生装置
１４ パルス幅弁別装置
１５ 多重パルス幅弁別装置
１６ 光電子増倍管
１７ アンプ
１８ 電圧比較装置
１９ 時間間隔弁別装置
２０ 多重時間間隔弁別装置
２１ 波高比較選別装置
２２ スイッチ装置
【発明の属する技術分野】
本発明はシンチレーション検出器を用いて放射線計測における種々の混成場における線種弁別を行う技術に係り、特にα線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線またはイオンビームの電荷量や質量数の違いなどの弁別を高効率で行うことができる線種弁別型放射線検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線計測において適用される線種弁別、例えば中性子とγ線との弁別、あるいはα線とβ（γ）線との弁別に対し、シンチレーション検出器を用いた弁別法が広く適用されている。このうち前者、即ち中性子とγ線との弁別については、液体シンチレータを用いる時間弁別方式、別名ゼロクロッシング法と呼ばれる手法が良く用いられる。このゼロクロッシング法は、波形を二度微分すると立ち上がり時間が異なる場合、ゼロクロスする時間に差ができることを利用するものである。
【０００３】
また、後者のα線とβ（γ）線との分別については、立ち上がり時間弁別法がしばしば用いられる。この立ち上がり時間の時間弁別法は、１つの信号から遅延させた信号と振幅を減衰させた信号のクロスポイント間の時間が立ち上がり時間に比例した情報として取り出し、これを一旦波高情報に変換するものである。α、βの弁別のために、この立ち上がり時間弁別を用いた方式はホスイッチ検出器として知られている。
【０００４】
図２２は、このホスイッチ検出器の基本構成を示したものである。
【０００５】
この検出器では、光検出部が、粉末状のＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ３０を、プラスチックシンチレータ３１の上に薄く塗布した構成となっており、α線は主にＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ３０で検出され、β線は主にプラスチックシンチレータ３１側で検出されることを利用している。ＺｎＳ（Ａｇ）３０の発光減衰時間は長く、μｓオーダであるのに比べ、プラスチックシンチレータ３１の発光減衰時間は、数十ｎｓオーダと速い。発光減衰時間よりも十分長い時定数の積分要素を持つプリアンプを備えた光電子増倍管１６でこの信号を受けると、その出力信号の立ち上がり時間には、それぞれのシンチレータの発光減衰時間の情報が含まれる。
【０００６】
この信号を高速アンプ３２で増幅し、ライズタイムアナライザ３３によって立ち上がり時間分析を行う。ライズタイムアナライザ３３の出力は、立ち上がり時間に比例した波高を持つパルスであるため、波高分析回路と計数装置、あるいは多重波高分析装置などを用いて測定することで、ホスイッチ検出器におけるＺｎＳ（Ａｇ）３０の発光か、プラスチックシンチレータ３１の発光かを識別することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の線種弁別装置においては、一般的なシンチレーション検出器とは異なる種類の付帯回路が必要であり、装置コストが高くなるという点で問題があった。
【０００８】
また、これらの線種弁別手法は、ゼロクロッシング法における微分による信号の減衰、あるいは立ち上がり弁別における故意の信号の減衰など、本質的にＳ／Ｎ比を悪くする要素を含んでおり、このため、放射線の検出に関しては十分な性能が得られないのが実状であった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な装置構成で低コスト化が図れるとともに、信号減衰要素のない手法により検出効率の高い放射線の線種弁別および検出が行える線種弁別型放射線検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、放射線照射により発光するシンチレータと、このシンチレータの発光を用いて放射線の線種弁別を行う弁別手段とを備えた線種弁別型放射線検出装置であって、前記シンチレータは、ひとつの放射線入射事象に対応して即時に第１の光パルスを放出し、かつその第１の光パルスから時間遅れを伴う遅発発光として複数個の第２の光パルスを放出し、この第２の光パルスの発生確率あるいは発生頻度が入射放射線のエネルギー、線種、比エネルギー損失により異なるという多重発光特性を有する構成のものであり、前記弁別手段は、第１の光パルスと第２の光パルスの発生確率あるいは頻度を測定することで前記シンチレータに入射した放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の区別を行ないながら放射線の測定を行なう弁別機能を有するものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、多重発光の確率、頻度測定は、いずれも信号検出と計数を中心に実現されるものであるため、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数して、あらかじめ設定しておいた一定計数に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する遅発発光計数手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、放射線入射事象に対して一定個数の多重発光が生じるか否かを計数することにより、入射放射線の線種を二分することができ、簡素な構成により高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数し、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に第２の光パルスを計数する手段とを備え、これにより第２の光パルスの計数値から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、放射線入射事象に対して何個の多重発光が生じるかを計数することで、入射放射線の線種を識別することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別手段を提供できる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間幅測定手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを時間幅で入射放射線の線種を二分して判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間測定手段と、この時間測定手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別する識別手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを時間幅をもとに入射放射線の線種を判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、光パルスを電気信号に変える際に並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する増幅手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に積分パルス幅が到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを積分パルスの時間幅で入射放射線の線種を二分して判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、光パルスを電気信号に変える際に並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段とを備え、前記パルス幅計測手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に多重発光事象がどの程度連続して生じたかを積分パルスの時間幅を元に入射放射線の線種を判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、あらかじめ設定しておいた時間間隔内に複数の第２の光パルスが発生したか否かにより、あるいは時間間隔平均値があらかじめ設定しておいた一定値内か否かにより識別出力情報を変える機能を有する時間間隔測定手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に発生する多重発光事象の時間間隔を測定し、その平均時間間隔で二分して判断することで、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、その第２の光パルスの発生間隔の時間変化のパターンにより入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、放射線入射事象に引き続き、短時間の間に発生する多重発光事象の時間間隔を測定し、その平均時間間隔を元に入射放射線の線種を判断することができ、簡素な構成により、高効率の放射線検出並びに弁別が行える。
【００２８】
請求項１０の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、第１の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値と、第２の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値とを比較する手段と、第２の光パルスの発光量あるいは前記波高値が、第１の光パルスの発光量あるいは前記波高値より小さい場合に多重発光現象であると識別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、放射線の入射事象発生直後に発生する光パルスは、その後遅れて発生する光パルスよりも光量が大きいときのみを有効とすることで、誤認識確率を低減させることができる。
【００３０】
請求項１１の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光現象の個々の光パルスである第１の光パルスと第２の光パルスとを電気パルスとして出力するパルス出力手段と、出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅して出力する積分パルス出力手段と、積分パルスが一定波高値以上であるときのみ線種弁別機能を有効とする手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、放射線の入射事象発生直後から積分して得られる信号の波高値情報を利用し、一定波高値以上の場合のみを有効とすることで、ノイズやパイルアップパルス等の認識確率を低減させることができる。
【００３２】
請求項１２の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、光パルスを電気信号に変える際に、光検出器から出力される電流を時間的な応答情報を保存したまま電流あるいは電圧の形で増幅することにより、シンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を用いたことを特徴とする。
【００３３】
本発明によれば、光検出器の応答、発光の状態を直接電気パルスとして観測することができる。
【００３４】
請求項１３の発明は、請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、光パルスを電気信号に変える際に出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部と容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅し、再度微分することによりシンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
本発明によれば、一旦積分したのち、微分する回路を付加することで、信号観測に必要としない周波数帯をカットすることができる。
【００３６】
請求項１４の発明は、請求項１から１３までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、第１の光パルスあるいはこれに相当する積分パルス出力を、放射線の入射検出信号として測定計数率を算出する計数率算出手段と、多重発光現象を検出するために用いるパルス幅または時間幅と弁別結果とを考慮した数え落としを補正し、真の計数率を算出する不感時間補正手段を備えたことを特徴とする。
【００３７】
本発明によれば、弁別手段に用いる時間パラメータを用いた数え落とし補正により、より正確な放射線の計数率を求めることができる。
【００３８】
請求項１５の発明は、請求項１４記載の線種弁別型放射線検出装置において、不感時間補正手段により得られた真の計数率値に応じて、第２の光パルスによる多重発光現象を識別する条件を変更する判定条件制御部を備えたことを特徴とする。
【００３９】
本発明によれば、時間および計数パラメータを用いた線種類弁別において、入力計数率の変化に応じた最適な弁別性能を提供できる。
【００４０】
請求項１６の発明は、請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、そのシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとにα線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線または加速されたイオン粒子間の電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
【００４１】
本発明によれば、１つのシンチレータと光検出器ならびに、単純な計数回路のみで線種弁別を実現できる。
【００４２】
請求項１７の発明は、請求項１から１４までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、中性子検出用として高速中性子に対して水素原子を多く含み反跳陽子を発生させる物質、あるいは熱中性子に対して（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応断面積を有するするＬｉ−６やＢ−１０を含む物質をシンチレータと別個に放射線の入射側に装着したものあるいは粉体状シンチレータとともにこれらの物質を混合したものと、これらシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００４３】
本発明によれば、中性子と反応して荷電粒子を生成する物質を伴なうことで、１つのシンチレータと光検出器ならびに、単純な計数回路のみでｎ／γ弁別を実現できる。
【００４４】
請求項１８の発明は、請求項１から１６までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線またはイオンビームの電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えたことを特徴とする。
【００４５】
本発明によれば、２層のシンチレータと１つの光検出器という、従来型ホスイッチ検出器と類似した検出器構成であるにもかかわらず、波形弁別回路は不要であり、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００４６】
請求項１９の発明は、請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００４７】
本発明によれば、中性子と反応して荷電粒子を生成する物質を伴なったシンチレータを含む２層のシンチレータと１つの光検出器という、従来型ホスイッチ検出器と類似した検出器構成であるにもかかわらず、波形弁別回路は不要であり、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００４８】
請求項２０の発明は、請求項１から１８までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力として多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から入射放射線の線種を弁別する手段を備えたことを特徴とする。
【００４９】
本発明によれば、２層のシンチレータと２つの光検出器、２つの光学フィルタを用いて、波長による識別と多重発光特性による識別を組み合わせ、波形弁別回路は不要で、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００５０】
請求項２１の発明は、請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力して多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする。
【００５１】
本発明によれば、中性子と反応して荷電粒子を生成する物質を伴なったシンチレータを含む２層のシンチレータと２つの光検出器、２つの光学フィルタを用いて、波長による識別と多重発光特性による識別を組み合わせ、波形弁別回路は不要で、簡素な計数回路等で線種弁別を実現できる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る線種弁別型放射線検出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００５７】
第１実施形態（請求項１，２対応）（図１〜図３）
図１（ａ）〜（ｃ）は放射線入射事象に対する多重発光特性を説明するための図であり、図２および図３は、図１に示した特性を利用して線種弁別を行う装置のシステム構成を示したものである。
【００５８】
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置は基本的に、放射線照射により発光するシンチレータと、このシンチレータの発光に基づいて放射線の線種弁別を行う弁別手段とを備える。シンチレータは、ひとつの放射線入射事象に対応して即時に第１の光パルスを放出し、かつその第１の光パルスから時間遅れを伴う遅発発光として複数個の第２の光パルスを放出し、この第２の光パルスの発生確率あるいは発生頻度が入射放射線のエネルギー、線種、比エネルギー損失により異なるという多重発光特性を有する構成のものである。また、弁別手段は、第１の光パルスと第２の光パルスの発生確率あるいは頻度を測定することでシンチレータに入射した放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の区別を行ないながら放射線の測定を行なう弁別機能を有するものである。
【００５９】
多重発光特性を示すシンチレータの具体例としては、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（以下、ＧＯＳと記す）、Ｙ２Ｏ２Ｓ（以下、ＹＯＳと記す）を母材とするシンチレータが挙げられる。この中で、特にユーロピウム（Ｅｕ）やテルビウム（Ｔｂ）で活性化したＹＯＳ：Ｅｕ、ＧＯＳ：Ｅｕ、ＹＯＳ：Ｔｂ、ＧＯＳ：Ｔｂが顕著な多重発光特性を示す。
【００６０】
図１（ａ）〜（ｃ）はいずれもＹＯＳ：Ｅｕの例を示し、（ａ）〜（ｃ）の各上段に示した波形は、光電子増倍管の電流出力を積分することなく、高速アンプで電圧パルスに変換した後、波高弁別装置でノイズレベルと識別して信号検出を行ったあとの論理信号１０１を示す。また、同図（ａ）〜（ｃ）の各下段の波形は、光電子増倍管出力を約５０μｓの時定数を持つ積分回路を通して増幅した波形である。
【００６１】
詳述すると、図１（ａ）は、ＹＯＳ：Ｅｕを光電子増倍管の光電面に装着してＡｍ−２４１からのα線を照射した場合を示し、図１（ｂ）はＳｒ−９０からのβ線を照射したときの応答を示している。この図１（ａ）では、明らかに放射線の入射事象に遅延して多くの発光現象が観測される。時間的に遅れて多数発光するパルスの波高値自体は減少傾向にあるため、積分波形もそれに応じて減衰している。ちなみに、この場合の積分回路の時定数は５０μｓであるが、多重発光現象を積分したことから、５０μｓよりはるかに長い時定数で減衰していることがわかる。
【００６２】
一方、図１（ｂ）のβ線照射の場合は、単一パルスのみが観測されている。図１（ｃ）も同様にβ線照射の例である。この例に示すように、発生頻度は少ないものの、まれに多重発光が観測される場合があるが、その遅延して発生するパルス数はα線によるものと比べてあきらかに少ない。なお、γ線照射による応答波形は、β線照射によるものと差異がないため、図示を省略した。
【００６３】
このように、ＹＯＳ：Ｅｕ、ＧＯＳ：Ｅｕ、ＹＯＳ：Ｔｂ、ＧＯＳ：Ｔｂ等はα線とβ（γ）線照射において著しく応答が異なり、特にα線照射した場合には、放射線入射事象に引き続き遅延して多くのパルスが発生するという、多重発光現象が生じる。このため、α線とβ（γ）線の応答波形の顕著な違いを利用して、入射した放射線の線種弁別を行うことが可能である。
【００６４】
図２は、図１に示したα線とβ線との弁別を想定し、一定時間内の多重発光計数値を計数する手段を示している。この図２に示すように、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段としての時間幅発生器１と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数するための計数装置２と、あらかじめ設定しておいた一定計数に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する遅発発光計数手段としての計数値弁別装置３とを備える。
【００６５】
時間幅発生器１には、光検出器Ａ（例えば光電子増倍管）の出力信号を増幅して信号検出を行った後の放射線の到来を示す論理信号１０１が入力される。この論理信号１０１は同様に、計数装置２にも分岐して入力される。時間幅発生器１は一回の論理信号入力によりトリガされ、一定時間幅のパルス信号１０２を発生させる電子装置であり、一定時間幅のパルスの出力中には次のトリガ信号が入力されても無視するようになっている。一般的には、リトリガされないシングルショットパルス発生装置と言いかえることができる。計数装置２には時間幅発生器１から発生したパルス信号１０２が入力され、このパルス信号１０２が入力されている間のみ計数機能が有効になるものである。
【００６６】
従って、本実施形態によれば、最初のパルスの到来により時間幅発生器１がゲートを開き、その後一定時間の間、引き続き到来する多重発光パルスを計数装置２で計数するものである。計数装置２は時間幅発生器１の出力パルスをゲートとして制御されるが、一回のゲート区間終了とともに初期状態にリセットされる。計数装置２がリセット直前までに計数した結果は、計数信号１０３として計数値弁別装置３に出力される。
【００６７】
計数弁別装置３では、多重発光による計数値のしきい値判断を行い、一定以上の計数値があった場合は、到来した放射線線種がα線であるか、あるいはそうでない、つまりβ（γ）線であったかの２値の仕分け信号１０４を出力する。放射線の到来を示す時間幅発生器１の出力パルス信号１０２と、計数値弁別装置３の出力である仕分け信号１０４の両方を加味することにより、α線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【００６８】
図３は、図２の構成をより詳細に示した図である。
【００６９】
詳述すると、図３において、負論理ＩＮＰＵＴ端子Ｂには図２の場合と同様に、放射線の入射事象を示す論理信号である。この図３の装置では、図２の時間幅発生器１に相当するものとして、第１ゲート５とシングルショット４とが設けられ、これらの部分により、リトリガされない時間幅発生部が構成される。
【００７０】
時間幅は図示しないがシングルショット４の外付け部品で任意に設定することができる。論理信号（負論理ＩＮＰＵＴ信号）１０１は第２ゲート６にも入力される。第１シングルショット４の出力でゲート化され、シングルショット４の出力がなされている間のみ、不論理ＩＮＰＵＴ信号１０１が第２ゲート６を通過することができる。この第２ゲート６を通過した信号は、プリセットダウンカウンタ７に入力される。
【００７１】
一方、シングルショット４側には第１，第２初期化回路８，１９が設けられている。そして、第１初期化回路８により電源ＯＮ時に発生する初期化信号１０２ａと、第２初期化回路９によりシングルショット４の出力が終った直後に出力される初期化信号１０２ｂのいずれかが、第３ゲート１０を介してプリセットダウンカウンタ７に入力される。
【００７２】
プリセットダウンカウンタ７は、この初期化信号により出力をプリセット値に戻し、ＣＫに入力される信号によりダウンカウントする。ゼロに達したときに負論理の信号ＺＥＲＯが出力されるため、インバータ１１を通すことで正論理の信号が得られる。
【００７３】
シングルショット４の時間幅以内にゼロに到達しない場合は、ＺＥＲＯが出力されずにプリセットダウンカウンタ７は初期化される。したがって、例えばシングルショット４の出力端子Ｑの出力パルスを計数した場合、全放射線入射事象数が得られ、インバータ１１の出力を計数した場合には、特に多重発光現象を発生する線種、即ちこの場合α線の計数値が得られる。
【００７４】
全計数値からこのα線計数を差し引くことで、残るα線以外のβ（γ）線の計数も得ることができる。
【００７５】
第２実施形態（請求項３対応）（図４）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置は、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数し、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に第２の光パルスを計数する手段を備える。即ち、第１実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【００７６】
図４は、α線とβ線の弁別を想定し、一定時間内の多重発光計数値を計数する手段の実施形態を示している。
【００７７】
この図４に示すように、本実施形態では、論理信号１０１が入力される時間幅発生器１および計数装置２については第１実施形態と同様であるが、図２に示した計数値弁別装置３に代え、多重計数弁別装置１２を接続してある。図２に示した計数弁別装置３では、測定された計数値が一定のしきい値以上か否かを判定して、その２値への振り分け情報を出力するものであった。
【００７８】
これに対し、図３に示した多重計数弁別装置１２は、１事象あたりの計数値と、その事象の発生頻度の二次元ヒストグラムデータを作成するために必要な情報を提供するものである。例えば、多重計数弁別装置１２の計数値自体を二進表現して、これをメモリのアドレス信号とし、事象が１つ生じるたびに当該アドレスの内容を＋１するという動作を行うことで、このヒストグラムを作成することができる。
【００７９】
多重発光の発生時間や頻度等は、荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【００８０】
第３実施形態（請求項４対応）（図５）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間幅測定手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものである。
【００８１】
図５は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を測定する手段の実施形態を示している。
【００８２】
本実施形態では多重時間幅発生装置１３を備え、この多重時間幅発生装置１３には放射線の到来を示す論理信号１０１が入力される。この多重時間幅発生装置１３はトリガ入力により一定時間幅のパルスを出力するが、出力中に次ぎのトリガが入力されるとさらに、そのトリガ入力を時間の起点として一定パルス幅の信号を出力するというものであり、一般的なリトリガブルなシングルショット発生装置である。
【００８３】
多重時間幅発生装置１３のパルス幅は、平均的な多重発光間隔から求めたあるパルス幅で決めておく。一例として、時間間隔の平均値に標準偏差の３倍を加えた時間幅に設定した場合、９９％以上の多重発光パルスにより連続してトリガされ、出力パルスは多重に時間延長されることで、あらかじめ設定したパルス幅よりも長いパルス幅信号として出力される。
【００８４】
この多重時間幅発生装置１３の出力をパルス幅弁別装置１４に入力し、ここでそのパルス幅を一定のしきい値と比較し、しきい値以上か否かを２値に識別して出力する。これにより、α線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【００８５】
第４実施形態（請求項５対応）（図６）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間測定手段と、この時間測定手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の情報を識別する識別手段とを備えている。即ち、第４実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【００８６】
図６は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を測定する手段の実施形態を示している。
【００８７】
この図６に示すように、本実施形態では、図５に示したパルス幅弁別装置１４に代え、多重パルス幅弁別装置１５を接続してある。多重パルス幅弁別装置１５は、１事象あたりのパルス幅と、その事象の発生頻度の二次元ヒストグラムデータを作成するために必要な情報を提供するものである。
【００８８】
例えば、多重パルス幅弁別装置１２の時間計測手法として、タイム−ディジタルコンバータ等で使われている手法が適用可能である。即ち、パルスが出力されている間、一定周波数の高速クロックパルスを計数して、その得られたクロック計数値自体を二進表現して、これをメモリのアドレス信号とし、事象が１つ生じるたびに当該アドレスの内容を＋１するという動作を行うことで、このヒストグラムを作成することができる。
【００８９】
多重発光の発生時間や頻度等は荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【００９０】
第５実施形態（請求項６対応）（図７）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、光パルスを電気信号に変える際に並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する増幅手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に積分パルス幅が到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものである。
【００９１】
図７は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を積分パルスのパルス幅で測定する手段の実施形態を示している。
【００９２】
光電子増倍管１６の出力（陽極）は入力端子に抵抗とコンデンサで形成される積分フィルタを伴なったプリアンプ１７に入力される。プリアンプ１７の出力は、先に示した図１（ａ）〜（ｃ）の各図中下段のようなパルス波形が観測される。多重発光が生じない場合には、図１（ｂ）下段の波形のように、抵抗とコンデンサで決る時定数で減衰する指数関数波形を示し、多重発光が生じる場合には図１（ａ）下段に示すように、多重発光が続いている時間に応じた長い減衰時間の積分パルス波形が観測される。
【００９３】
この積分パルスを電圧比較装置１８に入力し、電圧レベルが一定のしきい電圧以上である場合、そのことを示す信号を出力しつづける。従って、この電圧比較装置１８の出力パルスは、多重発光が生じない場合は比較的短いパルス幅となり、多重発光が続けばそれに応じてパルス幅が長くなるという応答をする。このパルス幅を前述のパルス幅弁別装置１４に入力して２値に振り分け、しきい値以上か否かでα線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【００９４】
第６実施形態（請求項７対応）（図８）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、光パルスを電気信号に変える際に光検出器から出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段とを備え、パルス幅計測手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の情報を識別するものである。即ち、第５実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【００９５】
図８は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光が生じた時間幅を積分パルスのパルス幅で測定する手段の実施形態を示している。
【００９６】
本実施形態では、図７に示したパルス幅弁別装置１４に代え、多重パルス幅弁別装置１５を接続してある。多重パルス幅弁別装置１５は、１事象あたりのパルス幅と、その事象の発生頻度の二次元ヒストグラムデータを作成するために必要な情報を提供するものであるが、図６に示したものと略同様であるから、説明を省略する。
【００９７】
多重発光の発生時間や頻度等は荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【００９８】
第７実施形態（請求項８対応）（図９）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、あらかじめ設定しておいた時間間隔内に複数の第２の光パルスが発生したか否かにより、あるいは時間間隔平均値があらかじめ設定しておいた一定値内か否かにより識別出力情報を変える機能を有する時間間隔測定手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものである。
【００９９】
図９は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の有無をパルスの時間間隔で測定する手段の実施形態を示している。
【０１００】
時間幅発生器１には、放射線の到来を示す論理信号が入力されるものとする。この論理信号は同様に時間間隔弁別装置１９にも分岐して入力されている。時間幅発生器１は、前述のようにリトリガしないシングルショットパルス発生装置として機能する。時間間隔弁別装置１９には時間幅発生器１の出力パルスが入力されており、このパルスが入力されている間のみ時間間隔の測定と弁別機能が有効になるものである。
【０１０１】
時間間隔弁別装置１０では、入力されるトリガの時間間隔を測定して、その時間間隔平均値がしきい値以下か否かの２値に振り分ける。複数個のパルスが入力されず、時間間隔が測定できないときは、時間間隔値を無限大として扱うものとする。これにより、しきい値以下か否かでα線、β（γ）線それぞれを識別した計数情報を得ることができる。
【０１０２】
第８実施形態（請求項９対応）（図１０）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、弁別手段が、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、その第２の光パルスの発生間隔の時間変化のパターンにより入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失等の情報を識別するものである。即ち、第７実施形態と異なり、計数した結果を２値に振り分けずに、アナログ情報として扱う方法を適用する。
【０１０３】
図１０は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の有無をパルスの時間間隔で測定する手段の実施形態を示している。
【０１０４】
本実施形態では、図９に示した時間間隔弁別装置１９に代え、多重時間間隔弁別装置２０を接続してある。多重時間間隔弁別装置１５は、１事象あたりの平均パルス間隔と、その事象のヒストグラムを作成するものである。
【０１０５】
多重発光の発生時間や頻度等は荷電粒子の質量やエネルギーに依存していると考えられる。このため、単一エネルギーのα線だけでなく、様々な質量やエネルギーの異なる荷電粒子、加速イオンなどを測定対象とする場合、このヒストグラムデータから入射粒子の識別を行うことができる。
【０１０６】
第９実施形態（請求項１０対応）（図１１，図１２）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、第１の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値と、第２の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値とを比較する手段と、第２の光パルスの発光量あるいは波高値が、第１の光パルスの発光量あるいは波高値より小さい場合に多重発光現象であると識別する手段とを備えている。
【０１０７】
本実施形態では、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の検知の際に波高情報を利用して誤認識を防止する手段を示している。
【０１０８】
図１１は、ＹＯＳ：ＥｕシンチレータにＡｍ−２４１のα線を照射したときに生じる多重発光の様子を示している。即ち、光電子増倍管の陽極出力を積分せず、高速アンプで増幅して観測したものである。
【０１０９】
この図１１では、放射線の１入射事象に対応した多重パルスの発生状況を示している。最初のパルス波高値が最も大きいことが、この図１１から判明する。即ち、統計的な揺らぎがあるものの、明らかに、遅延して後続する多重発光パルスは最初の入射事象直後のパルスよりも波高値が小さい。この性質を利用して、放射線の入射事象と多重発光の誤計数を防止することができる。
【０１１０】
図１２は、本実施形態による構成を示したものである。
【０１１１】
放射線の入射事象を示す論理信号は、前述の時間幅発生器１あるいは多重時間幅発生装置１３に入力されるとともに、波高比較選別装置２１に出力される。この波高比較選別装置２１では最初の入力パルス、即ち、ｃのトリガとして有効となった信号の波高値レベルを記憶する。それに続く多重パルスが入力された場合、この一次記憶された波高値を基準レベルとして、そのレベル以下なら有効な信号として他の処理の続行を許可する。また、そのレベルを超える場合には、新たな放射線入射事象を表わす信号であるとして、時間幅発生器１あるいは多重時間幅発生装置１３および他の系に対してＲｅｓｅｔ信号を発生し、当該サイクルにより得られた結果を無効とする処理を行う。
【０１１２】
これにより、識別動作自体の誤認識の確率を低減、抑制することができる。
【０１１３】
第１０実施形態（請求項１１対応）（図１３）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、多重発光現象の個々の光パルスである第１の光パルスと第２の光パルスとを電気パルスとして出力するパルス出力手段と、出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部および容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅して出力する積分パルス出力手段と、積分パルスが一定波高値以上であるときのみ線種弁別機能を有効とする手段とを備えている。
【０１１４】
図１３は、α線とβ線の弁別を想定し、多重発光の発生の検知の際に積分パルスの波高情報を利用して誤認識を防止する手段を示している。
【０１１５】
本実施形態では、光電子増倍管１６の出力を積分せず、高速なアンプ１７で増幅し、その出力をスイッチ装置２２に入力する。また、このアンプ１７の出力を分岐して、積分素子を伴なったアンプ１７に入力して積分パルスを得る。この積分パルス信号を電圧比較装置１８に入力し、一定電圧レベル以上である場合のみスイッチ２２を閉とする信号を出力する。
【０１１６】
スイッチ２２は内部的に遅延機能を有する。この遅延時間は、積分波形の生成と電圧比較動作を行うために生じる内部伝播時間に相当したものである。α線とβ線を測定対象とした場合、α線のエネルギーは相対的に高い場合が通常であり、しかもエネルギーの付与率が高く得られる信号レベルも大きい。
【０１１７】
このため、積分パルスとして十分な波高値が得られたかどうかを一次判断することで、α線である可能性の高いものを選択し、その情報でスイッチ２２を駆動することで、スイッチ２２に後続して接続される線種識別装置における誤誤認識の確率を低減、抑制することができる。
【０１１８】
第１１実施形態（請求項１２対応）（図１４）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、光パルスを電気信号に変える際に、光検出器から出力される電流を時間的な応答情報を保存したまま、電流あるいは電圧の形で増幅することによりシンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を用いている。
【０１１９】
図１４は、本発明の第１１実施形態を示している。
【０１２０】
この図１４に示すように、本実施形態では、光電子増倍管１６の陽極出力が抵抗のみを負荷として、アンプ１７に接続される。抵抗値を５０Ωとして、ゲインを２００倍程度、帯域幅１００ＭＨｚ以上程度のアンプを用い、この出力を波高弁別器や電圧比較装置でノイズと信号とを識別し、論理信号に変換する。
【０１２１】
この論理信号を本発明における放射線入射事象を示す論理信号および、個々の多重発光現象のパルスの到来を表わす信号として使用することができる。
【０１２２】
第１２実施形態（請求項１３対応）（図１５）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、光パルスを電気信号に変える際に出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部と容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅し、再度微分することによりシンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を備えている。
【０１２３】
図１５は、本発明の第１２実施形態を示している。
【０１２４】
この図１５に示すように、本実施形態によれば、光電子増倍管１６の陽極出力は抵抗とコンデンサを負荷とした積分型のアンプ１７に接続される。この出力を微分フィルタ付きの高速アンプ２３に接続することで、図１４に示したアンプ１７の出力と同等の信号を得ることができる。
【０１２５】
この場合、積分、微分フィルタの時定数を任意に選択することができるため、フォトマルの暗電流ノイズやアンプ１７で発生するノイズ等の低減を加味した処理を行うこともできる。
【０１２６】
高速アンプ２３の信号を波高弁別器や電圧比較装置でノイズと信号とを識別し、論理信号に変換すれば、本発明における放射線入射事象を示す論理信号、および個々の多重発光現象のパルスの到来を表わす信号として使用することができる。
【０１２７】
また、図１３に示したような、積分パルスを併用した誤認識防止手段を付加する場合には、本実施形態の方式によるアンプ１７の出力と、高速アンプ２３の出力の両方を効率的に利用することができる。
【０１２８】
第１３実施形態（請求項１４対応）（図１６）
本実施形態は、第１実施形態の構成に、補正手段を付加したものである。即ち、第１の光パルスあるいはこれに相当する積分パルス出力を、放射線の入射検出信号として測定計数率を算出する計数率算出手段と、多重発光現象を検出するために用いるパルス幅または時間幅と弁別結果とを考慮した数え落としを補正し、真の計数率を算出する不感時間補正手段を備えている。
【０１２９】
図１６は、線種弁別を行いつつ、しかも不感時間による数え落としを補正して真の計数率を求める実施形態を示している。
【０１３０】
なお、時間幅発生器１、計数装置２、計数値弁別装置３についての機能、作用については、図２に示したものと同様であるため、説明を省略する。
【０１３１】
本実施形態では、計数値弁別装置３の出力と時間幅発生器１の出力が不感時間補正装置２４に入力されている。不感時間補正装置２４から計数値弁別装置３に信号が点線で接続されているが、本実施例では使用しない。
【０１３２】
一般的な非まひ型の不感時間補正は、真の計数率をＲ、測定計数率をｍとすると次のように表わされる。
【０１３３】
【数１】
本実施形態における不感時間の補正においては、時間幅発生器１の出力は放射線入射事象毎に出力されるが、α線検出とそれ以外のβ（γ）線検出情報に振り分けられる。このため、いずれかの線種の測定計数率だけでは補正ができない。そこで、不感時間補正装置２４の本実施例における処理内容は以下のようになる。
【０１３５】
即ち、時間幅発生器１の出力パルスの測定計数率Ｇ、計数弁別装置３において多重発光が生じ、ある一定のしきい値を超えた場合に出力される信号の計数率、即ちα線の計数率をＡとする。
【０１３６】
測定で得られたα線の計数率Ａから真のα線の計数率Ｒａを求める場合は、下記の式による。
【０１３７】
【数２】
α線以外、即ちβ（γ）線の真の計数率は、
【数３】
【０１３９】
この補正演算を、リアルタイムあるいは計数積算した後に行うことで、個々の線種についての真の計数率を求めることができる。
【０１４０】
第１４実施形態（請求項１５対応）（図１６）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、不感時間補正手段により得られた真の計数率値に応じて、第２の光パルスによる多重発光現象を識別する条件を変更する判定条件制御部を備えている。
【０１４１】
図１６は、ダブルパルス補正についての実施形態を示している。
【０１４２】
この図１６に示すように、不感時間補正装置２４から計数値弁別装置３に信号が破線で示す如く接続されている。本実施形態では、この信号を有効とする。多重発光パルスの放射線の入力計数率の上昇により、一定時間幅に到来した真の放射線入射事象を多重発光パルスとして誤認する確率を低減、抑制するものである。
【０１４３】
入力計数率が上昇すると、時間幅発生器１が作り出すゲート時間幅に複数個の放射線入射事象が発生する確率が上昇する。
【０１４４】
入射計数率の逆数、つまり平均時間間隔がこのゲート時間幅よりも長い場合には、最も着目しておくべき事象は、ゲート時間幅Ｔ内に２個の事象が発生する確率である。
【０１４５】
この確率は、放射線の到来がポアソン分布であると仮定すると、
【数４】
【数５】
【０１４６】
ｒとして真の計数率、ゲート時間幅ＴをＫ等分した時間ｔ、１個の放射線入射事象に対して続くｔ時間に生じる多重発光パルス数をＭとすると、時間ｔあたりに新たな放射線入射事象により発生する可能性のあるパルス数Ｅは、
【数６】
【０１４７】
したがって、ゲート時間幅中にはＥ・Ｋなる成分が平均的に混入することになる。このため、この演算結果を計数値弁別装置３にフィードバックし、計数弁別のしきい値からＥ・Ｋを減算した値を、当該測定状態での新たなしきい値として設定し直すことで、多重発光の計数値による線種弁別における誤認率を低減、抑制することができる。
【０１４８】
第１５実施形態（請求項１６対応）（図１７）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、そのシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとにα線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線または加速されたイオン粒子間の電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えている。
【０１４９】
図１７は、α線とβ線の弁別を前提とした多重発光特性を有するシンチレータにより構成されるシンチレータ１層からなる線種弁別装置の構成例を示している。
【０１５０】
多重発光シンチレータ２６としては前述のように、ＹＯＳ：Ｅｕ、ＧＯＳ：Ｅｕ、ＹＯＳ：Ｔｂ、ＧＯＳ：Ｔｂなどが使用できる。この光を光電子増倍管１６で受けて、積分要素のない、抵抗負荷としたアンプ１７で構成されるプリアンプを通して出力する。
【０１５１】
もちろん、アンプ１７を単独で用いるかわりに先の図１５に示した回路を用いることもできる。
【０１５２】
単一のシンチレータ、単一の光電子増倍管のみを用いて、この出力を図２〜図１６に示したような弁別装置に送り込むことで、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線や加速されたイオン粒子間の電荷量と質量数の違いなどの線種を弁別することができる。
【０１５３】
第１６実施形態（請求項１７対応）（図１８）
本実施形態は、第１５実施形態を、さらに中性子とγ線の弁別に適用するようにしたもので、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、中性子検出用として高速中性子に対して水素原子を多く含み反跳陽子を発生させる物質、あるいは熱中性子に対して（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応断面積を有するするＬｉ−６やＢ−１０を含む物質をシンチレータと別個に放射線の入射側に装着したものあるいは粉体状シンチレータとともにこれらの物質を混合したものと、これらシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えている。
【０１５４】
図１８（ａ），（ｂ）は、本実施形態で適用するシンチレータの構成を示している。なお、前述の多重発光特性を有するＹＯＳやＧＯＳは粉末状であり、そのまま、あるいは圧延、あるいは焼結して使用することができる。
【０１５５】
本実施形態では、図１８（ａ）に示すように、Ｂ−１０やＬｉ−６など中性子と反応してα線や陽子を放出する物質を含有するもの、あるいは反跳陽子を放出するようなものなどを総称する荷電粒子生成物質２７と混合して用いることができる。
【０１５６】
また、図１８（ｂ）に示すように、多重発光シンチレータ２６とは別箇に荷電粒子生成物質２７を別箇に用意して合わせて用いることができる。この場合、当然のことながら、荷電粒子生成物質２７の厚さは、放出されるα線や陽子が外部に出てくることが可能な厚さを飛程から求めた上で、製造しておく必要がある。
【０１５７】
この処置を施したシンチレータを、図１７に示した多重発光シンチレータ２６と置き換えることで、γ線バックグラウンド下での中性子弁別測定が可能となる。
【０１５８】
第１７実施形態（請求項１８対応）（図１９）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置においては、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線またはイオンビームの電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えている。
【０１５９】
図１９は、α線とβ線の弁別を前提とした多重発光特性を有するシンチレータと、多重発光特性を示さないシンチレータによる２層式の線種弁別装置の構成例を示している。
【０１６０】
放射線の入射面側からみて、第１層目は多重発光シンチレータ２６、第２層目は非多重発光シンチレータ２８で構成し、光電子増倍管１６に接続する。光電子増倍管の出力は先の図１７と同様のアンプ１７に接続される。多重発光を生じるのはα線照射であるため、多重発光シンチレータ２６は第１層目に配置している。
【０１６１】
なお、アンプ１７を単独で用いるかわりに先の図１５に示した回路を用いることもできる。
【０１６２】
１層目はα線検出に特化させ、α線のエネルギーを吸収するために必要な最低厚さにし、β線の検出は、２層目のシンチレータで行うように設計したものである。２層目のシンチレータとしては一般的なシンチレータ等を用いることができる。γ感度等を低く抑える必要がある場合には、薄いプラスチックシンチレータなどが適当である。
【０１６３】
この実施形態のアンプ１７の出力を、図２〜図１６に示したような弁別装置に送り込むことで、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線や加速されたイオン粒子間の電荷量と質量数の違いなどの線種を弁別することができる。
【０１６４】
第１８実施形態（請求項１９対応）（図１９）
本実施形態は、図１９に示した実施形態を更に中性子とγ線の弁別に適用するため、多重発光シンチレータ２６に変えて、図１８（ａ），（ｂ）で示した荷電粒子生成物質２７を伴なった多重発光シンチレータを用いる。
【０１６５】
即ち、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えている。
【０１６６】
このような構成により、γ線バックグラウンド下での中性子弁別測定が可能となる。
【０１６７】
第１９実施形態（請求項２０対応）（図２０）
本実施形態の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着している。そして、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力として多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から入射放射線の線種を弁別する手段を備えている。即ち、本実施形態は、第１７実施形態に加え、さらに波長による線種弁別手段を付加したものである。
【０１６８】
図２０は、このような本実施形態の構成を示している。
【０１６９】
なお、多重発光シンチレータ２６を第１層とし、２層目には非多重発光シンチレータ２８を配置する。今、α線とβ線の弁別を前提とする。非多重発光シンチレータ２８の放射線入射面と反対側に、波長弁別フィルタ２９を装着した光電子増倍管１６が２本配置されている。この波長弁別フィルタ２９は必ずしも非多重発光シンチレータ２８と光学的に密着しているとは限らない。
【０１７０】
この場合、多重発光シンチレータ２６としてＹＯＳ：Ｅｕ、あるいはＧＯＳ：Ｅｕを用いると線幅の極めて細い赤色発光のシンチレーション光が得られる。また、非多重発光シンチレータ２８としてプラスチックシンチレータを用いると、一般的には青色発光のシンチレーション光が得られる。
【０１７１】
このため、多重発光シンチレータ２６の発光を捉える系統の波長弁別フィルタ２９には赤色帯のみを透過させるもの、非多重発光シンチレータ２８の発光を捉える系統の波長弁別フィルタ２９には青色帯のみを透過させるものを使用する。それぞれの光電子増倍管１６の陽極出力は、一例として抵抗負荷のアンプ１７を介して出力される。即ち、本実施形態では、第１実施形態における図２の弁別装置に接続されている例を示している。
【０１７２】
このような本実施形態の構成によれば、一次選別として、まず発光波長による選別が行われる。第１層の多重発光シンチレータ２６は薄くすることでβ（γ）感度を低くすることができるが、それでも完全にゼロにはならない。しかしながら、本実施形態に示すような多重発光検出手段による線種弁別を付加することで、さらに１層目に混入したβ（γ）線成分を弁別、排除することができる。
【０１７３】
また、本実施形態では、非多重発光シンチレータ２８の信号処理系にも、多重発光検出による線種弁別回路を設けているが、これは、光学的な漏れに対する対策である。即ち、多重発光シンチレータ２６で発生した多重発光パルスの一部の光が、波長弁別フィルタ２９で完全に吸収されないで、非多重発光シンチレータ２８の測定系に混入する場合を想定している。
【０１７４】
以上の本実施形態によれば、波長弁別と多重発光弁別の２重の弁別手段により、α線とβ（γ）線の混入度の極めて小さい弁別測定を実現することができる。
【０１７５】
第２０実施形態（請求項２１対応）（図２０）
本実施例は、第１９実施形態における機能、作用、効果を、中性子とγ線の弁別に適用可能とするものである。即ち、線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力して多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えている。
【０１７６】
この場合、図２０の多重発光シンチレータ２６に代え、図１８に示した荷電粒子生成物質２７を伴なった多重発光シンチレータ２６を用いている。
【０１７７】
以上の構成によれば、波長弁別と多重発光弁別の２重の弁別手段により、中性子と荷電粒子生成物質２７との反応により発生するα線あるいは陽子と、バックグラウンドとなるγ線との間で、混入度の極めて小さい弁別測定を実現することができる。
【０１７８】
第２１実施形態（図２１）
本実施形態は、図２０に示した非多重発光シンチレータ２８に代え、多重発光シンチレータ２６を用いたものである。
【０１７９】
図２１は、本実施形態の構成を示している。
【０１８０】
この図２１に示すように、２層目の多重発光検出は、１層目の漏洩光混入の影響を低減するためではなく、１層目でα線が止まない場合の検出が行えるようになっている。本実施形態の構成によれば、漏洩光の影響の低減に加え、第１層目でα線が止まらずに、第２層目に侵入して反応してしまった場合にも、それを検出、弁別できるようになる。
【０１８１】
第２２実施形態（図２１）
本実施形態では、図２１に示した１層目の多重発光シンチレータ２６に代え、図１８に示した荷電粒子生成物質２７を伴なった多重発光シンチレータ２６を用いるものである。
【０１８２】
このような構成の本実施形態によれば、中性子とγ線の弁別において、１層目で中性子と反応の結果生じた荷電粒子の多重発光による２層目への漏洩光混入の影響低減に加え、第１層目で荷電粒子が止まらずに、第２層目に侵入して反応してしまった場合にもそれを検出、弁別できるようになる。
【０１８３】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明に係る線種弁別型放射線検出装置によれば、下記の効果が奏される。
【０１８４】
請求項１〜８記載の発明によれば、多重発光特性を利用した線種弁別手段を提供する基本的な手法により、簡素なパルス計数あるいは時間計測だけで、Ｓ／Ｎ比を劣化させる要素なく、弁別測定を実現することができる。
【０１８５】
請求項１０〜１１記載の発明によれば、弁別測定における誤認識確率の低減、抑制が可能となり、さらに精度の高い弁別測定を実現することができる。
【０１８６】
請求項１２〜２０記載の発明によれば、実際の測定体系を構成する場合に、簡素なパルス計数あるいは時間計測だけを用いて、Ｓ／Ｎ比を劣化させる要素なく弁別測定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１実施形態を説明するもので、多重発光特性を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態を説明するもので、計数による識別構成を示す図。
【図３】本発明の第１実施形態を説明するもので、計数による識別構成を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態を説明するもので、計数による識別構成を示す図。
【図５】本発明の第３実施形態を説明するもので、リトリガしたパルス幅による識別構成を示す図。
【図６】本発明の第４実施形態を説明するもので、リトリガしたパルス幅による識別構成を示す図。
【図７】本発明の第５実施形態を説明するもので、積分パルスのパルス幅による識別構成を示す図。
【図８】本発明の第６実施形態を説明するもので、積分パルスのパルス幅による識別構成を示す図。
【図９】本発明の第７実施形態を説明するもので、時間間隔による識別構成を示す図。
【図１０】本発明の第８実施形態を説明するもので、時間間隔による識別構成を示す図。
【図１１】本発明の第９実施形態を説明するもので、多重発光の波高値特性を示す図。
【図１２】同実施形態における波高値による誤認防止手段を示す図。
【図１３】本発明の第１０実施形態を説明するもので、積分波高値による誤認防止手段を示す図。
【図１４】本発明の第１１実施形態を説明するもので、高速電流−電圧変換型出力手段を示す図。
【図１５】本発明の第１２実施形態を説明するもので、積分−微分型出力手段を示す図。
【図１６】本発明の第１３および第１４実施形態を説明するもので、計数率追従型誤認防止手段を示す図。
【図１７】本発明の第１５実施形態を説明するもので、１層型検出器を示す図。
【図１８】（ａ），（ｂ）は本発明の第１６実施形態を説明するもので、中性子対応のシンチレータを示す図。
【図１９】本発明の第１７実施形態を説明するもので、２層型検出器を示す図。
【図２０】本発明の第１８実施形態を説明するもので、２層型波長弁別併用型構成を示す図。
【図２１】本発明の第１９実施形態を説明するもので、２層型波長弁別併用型構成を示す図。
【図２２】従来の装置を示す図。
【符号の説明】
１ 時間幅発生器
２ 計数装置
３ 計数値弁別装置
４ 第１シングルショット
５ 第１ゲート
６ 第２ゲート
７ プリセットダウンカウンタ
８ 第１初期化回路
９ 第２初期化回路
１０ 第３ゲート
１１ インバータ
１２ 多重計数値弁別装置
１３ 多重時間幅発生装置
１４ パルス幅弁別装置
１５ 多重パルス幅弁別装置
１６ 光電子増倍管
１７ アンプ
１８ 電圧比較装置
１９ 時間間隔弁別装置
２０ 多重時間間隔弁別装置
２１ 波高比較選別装置
２２ スイッチ装置
Claims (21)
- 放射線照射により発光するシンチレータと、このシンチレータの発光を用いて放射線の線種弁別を行う弁別手段とを備えた線種弁別型放射線検出装置であって、前記シンチレータは、ひとつの放射線入射事象に対応して即時に第１の光パルスを放出し、かつその第１の光パルスから時間遅れを伴う遅発発光として複数個の第２の光パルスを放出し、この第２の光パルスの発生確率あるいは発生頻度が入射放射線のエネルギー、線種、比エネルギー損失により異なるという多重発光特性を有する構成のものであり、前記弁別手段は、第１の光パルスと第２の光パルスの発生確率あるいは頻度を測定することで前記シンチレータに入射した放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の区別を行ないながら放射線の測定を行なう弁別機能を有するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数して、あらかじめ設定しておいた一定計数に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する遅発発光計数手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点として一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に発生する第２の光パルスを計数し、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に第２の光パルスを計数する手段とを備え、これにより第２の光パルスの計数値から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間幅測定手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスおよび第２の光パルスをトリガとするとともに、パルス出力中でも再トリガを可能とした一定時間幅のパルス発生手段と、このパルス発生手段から出力された光パルスのパルス幅を測定する時間測定手段と、この時間測定手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別する識別手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、光パルスを電気信号に変える際に光検出器から出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電を行い、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する増幅手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段と、あらかじめ設定しておいた一定時間幅に積分パルス幅が到達した場合と到達しない場合とで識別出力情報を変える機能を有する時間幅比較手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、光パルスを電気信号に変える際に並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電しその抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅する手段と、その積分波形波高値が一定値以上の値を示す時間を検査する積分パルス幅計測手段とを備え、前記パルス幅計測手段で得られたパルス幅から入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、あらかじめ設定しておいた時間間隔内に複数の第２の光パルスが発生したか否かにより、あるいは時間間隔平均値があらかじめ設定しておいた一定値内か否かにより識別出力情報を変える機能を有する時間間隔測定手段とを備え、これにより入射放射線を２種類に区分するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１記載の線種弁別型放射線検出装置において、弁別手段は、第１の光パルスの発生を起点とする一定時間幅の計数有効区間を設ける機能を有する時間ゲート発生手段と、時間ゲート内を更に等間隔の時間幅に分割して、各分割時間幅毎に時間ゲート内に生じる時間ゲート開始時刻を含む複数の第２の光パルスの時間間隔を測定し、その第２の光パルスの発生間隔の時間変化のパターンにより入射放射線の線種、エネルギー、比エネルギー損失の情報を識別するものであることを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、第１の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値と、第２の光パルスの発光量あるいはそれが電気パルスに変換された場合の波高値とを比較する手段と、第２の光パルスの発光量あるいは前記波高値が、第１の光パルスの発光量あるいは前記波高値より小さい場合に多重発光現象であると識別する手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光現象の個々の光パルスである第１の光パルスと第２の光パルスとを電気パルスとして出力するパルス出力手段と、出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部および容量部の各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅して出力する積分パルス出力手段と、積分パルスが一定波高値以上であるときのみ線種弁別機能を有効とする手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、光パルスを電気信号に変える際に、光検出器から出力される電流を時間的な応答情報を保存したまま電流あるいは電圧の形で増幅することにより、シンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を用いたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から９までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、光パルスを電気信号に変える際に出力される電流を並列に配置された負荷抵抗部と負荷容量部とに充電し、その抵抗部と容量部との各両端に生じる充放電の電圧を積分波形として増幅し、再度微分することによりシンチレータ内で生じた多重発光現象を電気パルス信号に変換する手段を備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から１３までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、第１の光パルスあるいはこれに相当する積分パルス出力を、放射線の入射検出信号として測定計数率を算出する計数率算出手段と、多重発光現象を検出するために用いるパルス幅または時間幅と弁別結果とを考慮した数え落としを補正し、真の計数率を算出する不感時間補正手段を備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１４記載の線種弁別型放射線検出装置において、不感時間補正手段により得られた真の計数率値に応じて、第２の光パルスによる多重発光現象を識別する条件を変更する判定条件制御部を備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、そのシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとにα線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線または加速されたイオン粒子間の電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から１４までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータ１種類と、中性子検出用として高速中性子に対して水素原子を多く含み反跳陽子を発生させる物質、あるいは熱中性子に対して（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応断面積を有するするＬｉ−６やＢ−１０を含む物質をシンチレータと別個に放射線の入射側に装着したものあるいは粉体状シンチレータとともにこれらの物質を混合したものと、これらシンチレータの光を検出する光検出部と、シンチレータの発光パルスに対して多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から１６までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、α線とβ線、α線とγ線、α線と陽子線またはイオンビームの電荷量もしくは質量数の違いによる線種弁別手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータと光検出部の受感面との間に設けた非多重発光特性のシンチレータによる第２のシンチレータ層と、多重発光を識別する手段と、多重発光の識別結果をもとに、（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から１８までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力として多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から入射放射線の線種を弁別する手段を備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
- 請求項１から１５までのいずれかに記載の線種弁別型放射線検出装置において、多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯と異なる波長帯で発光する物質からなる第２のシンチレータを用い、光検出部として２つの光検出器を用い、一方には多重発光特性を有するシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、他方には第２のシンチレータの発光波長帯を透過させる波長選別フィルタを装着し、多重発光特性を有するシンチレータの光を受光する光検出器の出力信号を入力して多重発光を識別する手段と、シンチレータの厚みと入射放射線の透過力とシンチレータ層別の発光波長の違いに加え、多重発光現象の有無の情報から（ｎ，ｐ）、（ｎ，α）反応の結果生じたα、ｐの荷電粒子と中性子場に存在するバックグラウンドγ線とを弁別する手段とを備えたことを特徴とする線種弁別型放射線検出装置。
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