JP4164577B2 - High energy source direction discrimination system - Google Patents
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本発明は、高エネルギー放射線の飛来方向を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting an incoming direction of high energy radiation.
2枚以上の2次元センサーを重ねて放射線入射の信号出力の相互位置関係を計算することにより、放射線の入射方向を検出するもの(特許文献1参照)がある。しかし、これは、単一の放射線が各層の特定の画素に相当する位置に信号を出力することから計算出来るものであり、入射放射線の個数が増加すると、区別が困難となる。一定の時間内に多数の放射線が一定の方向から飛来するとき・各層の各画素の積分値は平均化され、方向の判別は出来なくなる。
本発明では、放射線の飛来方向によって、コリメータの陰が形成されて、その陰の出来る位置関係によって、出力信号の分布関係を計算することにより飛来方向を判定できる特徴を有する。従来コリメータは出来る限り一方向のみの放射線の入射を許すように設計され、傾斜角度での入射を避けるように作られていた。本発明は、傾斜角度での入射に対する、コリメータの陰を利用して放射線の飛来方向を特定する新しい考えによるものである。 In the present invention, the shadow of the collimator is formed according to the radiation direction of radiation, and the direction of flight can be determined by calculating the distribution relationship of the output signal based on the positional relationship that the shadow can make. In the past, collimators were designed to allow the incidence of radiation in only one direction as much as possible, and were designed to avoid incidence at tilt angles. The present invention is based on a new idea of specifying the radiation direction of radiation using the shadow of a collimator with respect to incidence at an inclination angle.
1次元センサーA,Bの2個を空間的に離して配置した例について説明する。センサーの感度面の長さMの2分の1の距離D1だけ離して、センサーをはさむ形でコリメータが置かれている。コリメータの材質は高エネルギー線に対し遮蔽機能を有すもの(鉛など)とし、コリメータの開口はセンサーの感度面の大きさと同じとする。また、D1=D2とする。
図1に示されるように、センサーA(1)とセンサーB(2)とがD2の間隔で置かれている。さらに、コリメータS(3)がセンサーA(1)の上面にD1の間隔を保って、またコリメータT(4)がセンサーB(2)の下面にD1の間隔を保って置かれている。センサーの感光面とコリメータの開口は同じ寸法となっている。ここでの寸法は例示であって、受光角に留意しながら任意に設定できる。
図2の最上段は、図1におけるE1の方向、即ち、センサーの鉛直方向から放射線が入射した場合のセンサーA(1)とセンサーB(2)の信号分布を示す。図2の2段目は、図1におけるE2の方向から放射線が入射した場合の信号分布を示し、図2の3段目は、図1におけるE3、図2の最下段は図1におけるE4のそれぞれの方向から放射線が入射した場合の各センサーA(1)とセンサーB(2)の信号分布を示す。
An example in which two one-dimensional sensors A and B are spatially separated will be described. The collimator is placed so as to sandwich the sensor at a distance D1 that is a half of the length M of the sensitivity surface of the sensor. The material of the collimator shall have a shielding function against high energy rays (such as lead), and the collimator aperture shall be the same as the sensitivity surface of the sensor. Further, D1 = D2.
As shown in FIG. 1, sensor A (1) and sensor B (2) are placed at a distance of D2. Further, the collimator S (3) is placed on the upper surface of the sensor A (1) with a distance D1 and the collimator T (4) is placed on the lower surface of the sensor B (2) with a distance D1. The photosensitive surface of the sensor and the aperture of the collimator have the same dimensions. The dimensions here are examples, and can be arbitrarily set while paying attention to the light receiving angle.
2 shows the signal distribution of the sensor A (1) and the sensor B (2) when radiation is incident from the direction E1 in FIG. 1, ie, the vertical direction of the sensor. The second stage of FIG. 2 shows the signal distribution when radiation is incident from the direction E2 in FIG. 1, the third stage of FIG. 2 is E3 in FIG. 1, and the lowermost stage in FIG. 2 is E4 in FIG. The signal distribution of each sensor A (1) and sensor B (2) when radiation enters from each direction is shown.
線源がE1の遠方向にあり、E1なるベクトルをもって入射する場合すなわち鉛直(θ1=0)の方向から来る場合には、センサーA及びBの出力はセンサーの全体から出力が得られる。すなわち、信号の欠けたところは存在しない。線源がE2の遠方向にあり、E2のベクトルにより放射線が来る場合、コリメータの影がセンサーA,B上に生ずる。この場合線源の方向は、以下のような簡単な関係から求められる。ただし、センサーAの感度面の長さをMとし、信号の欠けたところの長さをmとする。
センサーに対する放射線の入射角を鉛直線からθ1とすると
D1・Tanθ1=m …(1)
であるから
Tanθ1=m/D1=2m/M …(2)
When the radiation source is in the far direction of E1 and is incident with the vector E1, that is, when coming from the vertical (θ1 = 0) direction, the outputs of the sensors A and B are obtained from the entire sensor. That is, there is no lack of signal. When the radiation source is in the far direction of E2 and radiation comes from the vector of E2, collimator shadows are produced on sensors A and B. In this case, the direction of the radiation source can be obtained from the following simple relationship. However, the length of the sensitivity surface of the sensor A is M, and the length of the missing signal is m.
When the incident angle of radiation to the sensor is θ1 from the vertical line, D1 · Tanθ1 = m (1)
Therefore, Tan θ1 = m / D1 = 2 m / M (2)
このときセンサーBは、センサーAとD2の距離だけ離して、ほぼ平行に配置してあるとし、センサーに対する放射線の入射角を鉛直線からθ2とすると
(D1+D2)Tanθ2=n …(3)
であるから
Tanθ2=n/(D1+D2)=n/N …(4)
ただし、Bのセンサーの感度面の長さをN(=M)とし、信号の欠けたところの長さをnとする。なお、センサー及びコリメータの厚みは無視できるものとした。
また、この例では線源が上の方向から到来するとしているが、もし、下の方向から来る場合、mとnを比較して、小さい側から到来するものと判断する。または、M−mとN−nを比較して大きい方から到来するものとする。鉛直の場合でも、信号量としては放射線の到来方向の側のセンサーの信号量が大きいから判断が容易に得られる。
センサーAとセンサーBの両方で放射線を検出できる場合には、
D2・Tanθ3=|n|−|m| …(5)
ただし、|n|>|m|のとき、−45°≦θ3≦45°
|n|<|m|のとき、135°≦θ3≦225°
としても求めることができる。センサーAとセンサーBを同一のセンサーとせずに、異なる周波数−感度特性を持つものにすると、広帯域とすることも可能である。
さらに、角度を変えて第3,第4のセンサー及びコリメータを設ければ、信号量の差によらずとも鉛直時における方向の判定が可能となる。
At this time, assuming that the sensor B is arranged substantially in parallel with a distance of the sensors A and D2, and the incident angle of the radiation to the sensor is θ2 from the vertical line
(D1 + D2) Tanθ2 = n (3)
Therefore, Tanθ2 = n / (D1 + D2) = n / N (4)
However, the length of the sensitivity surface of the B sensor is N (= M), and the length where the signal is missing is n. The thickness of the sensor and collimator was negligible.
In this example, it is assumed that the radiation source comes from the upper direction. However, if it comes from the lower direction, m and n are compared to determine that the radiation source comes from the smaller side. Alternatively, it is assumed that M−m and N−n are compared and arrive from the larger one. Even in the vertical case, the signal amount can be easily determined because the signal amount of the sensor on the radiation arrival side is large.
If both sensor A and sensor B can detect radiation,
D2 · Tanθ3 = | n | − | m | (5)
However, when | n |> | m |, −45 ° ≦ θ3 ≦ 45 °
When | n | <| m |, 135 ° ≦ θ3 ≦ 225 °
Can also be obtained. If the sensor A and the sensor B are not the same sensor but have different frequency-sensitivity characteristics, a wide band can be obtained.
Further, if the third and fourth sensors and the collimator are provided by changing the angle, the direction in the vertical direction can be determined regardless of the difference in the signal amount.
図3に2次元センサーA,Bを2個離して配置した場合についての、コリメータの影の出来方について示す。図3には、センサーA(1)とセンサーB(2)とが2次元センサーとなった場合について示している。この場合は、前記の一次元の場合を二次元に拡張したもので、考え方は同じものである。横の断面は図1と同じであるから省略してある。図3(a)は、センサーA(1)のある上側から見た図である。手前にコリメータS(3)があり、その開口部からセンサーA(1)が見えている。センサーB(2)は、センサーA(1)の陰になっており見えない。コリメータT(4)も同様にコリメータS(3)の陰になり見えない。なお、コリメータS(3)の周辺は省略している。外部からの放射線はE5の方向性をもって入射した場合の例である。 FIG. 3 shows how the shadow of the collimator is formed when two two-dimensional sensors A and B are arranged apart from each other. FIG. 3 shows a case where the sensor A (1) and the sensor B (2) are two-dimensional sensors. In this case, the one-dimensional case is expanded to two dimensions, and the concept is the same. Since the horizontal cross section is the same as FIG. 1, it is omitted. Fig.3 (a) is the figure seen from the upper side with the sensor A (1). There is a collimator S (3) in front, and the sensor A (1) is visible from the opening. Sensor B (2) is hidden behind sensor A (1) and cannot be seen. Similarly, the collimator T (4) cannot be seen behind the collimator S (3). The periphery of the collimator S (3) is omitted. This is an example in which the radiation from the outside is incident with the directionality of E5.
図3(b),図3(c)は、センサーA(1)とセンサーB(2)の信号検出エリアを示してあるが、斜線の部分はコリメータの陰により信号のないエリヤを示している。センサーA(1)においては放射線の検出できないエリアとして信号のないエリア(5)と、放射線が検出できる信号のあるエリア(6)とに区別される。センサーB(2)においても、同様に放射線の検出できないエリアとして信号のないエリア(7)と、放射線が検出できる信号のあるエリア(8)とに区別される。
この場合も、上記の一次元の場合と同じように、縦横についてそれぞれ、到来方向の角度が求められるので、2次元の面上での角度が求められる。
FIGS. 3B and 3C show the signal detection areas of the sensor A (1) and the sensor B (2), but the hatched portion shows an area without a signal due to the shadow of the collimator. . In the sensor A (1), an area where no radiation can be detected is classified into an area (5) where there is no signal and an area (6) where there is a signal where radiation can be detected. Similarly, in the sensor B (2), an area where no radiation can be detected is classified into an area (7) where there is no signal and an area (8) where there is a signal where radiation can be detected.
In this case as well, as in the case of the one-dimensional case, the angle of the arrival direction is obtained for each of the vertical and horizontal directions, so the angle on the two-dimensional surface is obtained.
上記の1次元、または2次元の方向を検出できるものを、複数配置することにより、全
方向の線源の方向を特定できる。このシステムは、必要に応じて1次元状のセンサーの長
さを調節し、または2次元の長さの対称性を変形して、目的にあわせたものとすることが
出来る。
また、変形の一例としてセンサーを球面状に配置し全方位からの放射線の検出を可能とすることが考えられる。これは、センサーとして2次元センサーを用いることとし、略球面状に配置する。そのセンサーの集合体の外殻として放射線遮蔽効果を有する材質により球体を形成する。各2次元センサーのほぼ中央に対応する位置にコリメータとしての穴を穿ち、飛来する放射線の影が、個々の2次元センサーに投影するように構成する。ここでは、2次元センサーが離散的に配置されるものとして、各2次元センサーのほぼ中央に対応する位置に穴を穿つものとしたが、球面状に連続して2次元センサーを配置した場合においては、外殻の任意の場所に穴を穿つこととする。好ましくは、球面上を等分するいくつかの点に穴を穿つものとする。また、2次元センサーの配置を略球面状としたが、製造上からは多面立体とすることも考慮されるべきである。たとえば、正12面体とし12個の2次元センサーを各面に固着させ、外殻に12個の穴を穿つ構造とすれば製作しやすいであろう。また、外殻を球体とするか、多面立体とするかは任意である。
他の変形例として、2次元センサーと放射線遮蔽効果を有する材質からなるコリメータ部とを一体化してなるユニットを略球面状に配置することも考えられる。
By arranging a plurality of ones that can detect the one-dimensional or two-dimensional directions, the directions of the radiation sources in all directions can be specified. The system can be tailored to the purpose by adjusting the length of the one-dimensional sensor as needed, or modifying the symmetry of the two-dimensional length.
Further, as an example of modification, it is conceivable that the sensor is arranged in a spherical shape so that radiation can be detected from all directions. In this case, a two-dimensional sensor is used as the sensor and is arranged in a substantially spherical shape. A sphere is formed of a material having a radiation shielding effect as an outer shell of the sensor assembly. A hole serving as a collimator is formed at a position corresponding to substantially the center of each two-dimensional sensor, and the shadow of the incoming radiation is projected onto each two-dimensional sensor. Here, it is assumed that the two-dimensional sensor is discretely arranged, and a hole is made at a position corresponding to the approximate center of each two-dimensional sensor. However, in the case where the two-dimensional sensor is continuously arranged in a spherical shape, Is to make a hole in any location of the outer shell. Preferably, holes are made at several points equally divided on the spherical surface. In addition, although the two-dimensional sensor is arranged in a substantially spherical shape, it should be considered to be a polyhedral solid from the viewpoint of manufacturing. For example, if the structure is a regular dodecahedron with twelve two-dimensional sensors fixed to each surface and twelve holes in the outer shell, it will be easy to manufacture. Further, it is arbitrary whether the outer shell is a sphere or a polyhedral solid.
As another modification, it is conceivable to arrange a unit formed by integrating a two-dimensional sensor and a collimator unit made of a material having a radiation shielding effect in a substantially spherical shape.
本発明によれば、多数飛来する放射線を積分強度分布として計測し、かつ、適当な時間
間隔で、任意にその時間内で入射した放射線量と飛来方向を求められるので、計算方法も簡単であり、また、回路構成も極めて簡単化できる。
核利用施設のモニタリング、核廃棄物のモニタリングにおいて、その線源方向の特定において極めて、有効に機能するものとなる。
According to the present invention, a large number of incoming radiation is measured as an integrated intensity distribution, and the amount of radiation incident and the direction of arrival can be obtained at an appropriate time interval and arbitrarily within that time, so the calculation method is also simple. Also, the circuit configuration can be greatly simplified.
In the monitoring of nuclear facilities and monitoring of nuclear waste, it will function extremely effectively in identifying the source direction.
1 センサーA
2 センサーB
3 コリメータS
4 コリメータT
5,7 信号のないエリア
6,8 信号のあるエリア
1 Sensor A
2 Sensor B
3 Collimator S
4 Collimator T
5,7 Area without signal 6,8 Area with signal
Claims (3)
The two or more two-dimensional sensors are spatially separated in parallel and the shadow distribution formed on the sensitivity surface of the plurality of sensors depends on the direction of arrival of the high energy rays. The direction of the high energy radiation source according to claim 1, wherein the direction of the high energy radiation source is obtained based on the distribution of output signals of the plurality of sensitivity surfaces, and the direction of the high energy radiation source is estimated based on the obtained distribution of shadows. Discriminating system.
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