JP4351780B2 - 放射線検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子力施設等で使用されるシンチレータを使用した放射線検出装置に係わり、特に各シンチレータより大きな対象物を測定できるようにした放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等の原子力施設においては、施設内に入り何らかの作業をした人間、使用された工具類、衣服の汚染を検出するため、従来から大面積のシンチレータを使用した放射線検出器が使用されている。
【０００３】
図１１は、この種の放射線検出器の構成を示す図であって、光反射塗料を塗布した検出器容器１内に平面状シンチレータ２と比較的大きな光電面を有する複数の光電変換素子３が配設されており、上記平面状シンチレータ２内で発生したシンチレーション光を検出器容器１の壁面で乱反射させて集光した後、複数の光電変換素子３で電気信号に変換して測定するようにしている。
【０００４】
測定に際しては、Ｓ／Ｎ比を改善して放射線検出感度を高めるために、同時計数回路によって複数の光電変換素子３からの出力信号に対して同時計数測定を行っている。また、外来光は遮光膜により遮断し、放射線のみが平板状シンチレータ２に入射するようにしてある。そして、放射線検出器の有効面積として大面積が必要となる場合は、当該放射線検出器を複数並べることによって必要な面積を実現することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
被測定物が大きい場合或は被測定物が移動している場合に長い測定時間を確保する場合には、シンチレータの面積を大きくすることがある。しかし、シンチレータの面積を大きくすると地面や建物に含まれる放射性同位元素からのガンマ線や宇宙線等に対する計数効率が大きくなり、結果としてバックグランド計数が大きくなる。そこで、それに対する対策としてシンチレータを分割して測定する方法が考えられる。
【０００６】
ところが、従来の放射線検出器においては、光電変換素子３で変換する光量が多い程Ｓ／Ｎ比が高く、放射線検出器として高い検出感度が得られる。そのため、光電変換素子３の受光面の面積を大きくしなければ、受光量を確保することができない。現状の光電変換素子では、受光面の面積を大きくすると、素子全体の大きさも大きくなり、光反射の空間を確保する必要もあることから、仮にシンチレータを分割したとしてもその分割されたシンチレータからの光を検出する検出器が大きくなってしまう。したがって、分割したシンチレータどうしの間に間隙が生じ、検出器全体として検出効率が低下する等の問題がある。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑み、バックグランド低減を可能とするとともに検出効率を確保し得る大面積検出器を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定対象面積を複数に分割するように配列された、上記測定対象面積より小さい面積を有する複数枚のシンチレータと、
前記シンチレータからの光を行方向および列方向に導くために各シンチレータに光学的に接続された集光部と、
前記集光部によって導かれた光を電気信号に変換し発光の度に電気的パルス信号を発生する光検出器と、
前記光検出器からの信号を処理して各シンチレータからの光パルス数を計数する計数回路と、
前記計数回路からの計数値データに発光したシンチレータの座標情報を付加する発光位置認識回路と、
座標情報が付加された計数値データを各シンチレータに対応させてそれぞれ格納する複数の記憶場所を有した記憶装置と、
前記記憶場所における計数値データに基づいて被測定物の汚染の有無を判定する汚染判定回路と、
どのシンチレータが汚染を検知したかを出力する出力装置と、
測定対象物の移動方向の上流側から下流側に配列された複数のシンチレータのうち、移動している測定対象物に対向するシンチレータからの計数値データを所定の記憶場所に格納するように、各シンチレータからの計数値データを格納する記憶場所を順番に切り替えていく切り替え回路と、を備え、
前記切り替え回路は、
測定開始時には、複数のシンチレータのうち最も上流側にある第１のシンチレータからの信号を第１の記憶場所に格納するとともに、
測定対象物がシンチレータの長さの半分だけ移動するのに必要な時間が経過した時には、前記第１のシンチレータからの信号と前記第１のシンチレータの下流側に隣接する第２のシンチレータからの信号との平均値を前記第１の記憶場所に格納する動作、および測定対象物がシンチレータの長さの半分だけ移動するのに必要な時間がさらに経過した時には、前記第２のシンチレータからの信号を前記第１の記憶場所に格納する動作を、測定対象物の移動に合わせて前記第２のシンチレータよりも下流側にあるシンチレータについても順次同様に行うことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態および参考例について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の放射線検出装置の一実施形態を示す図であり、目的の放射線は通すが外来光は遮断する遮光体が設けられた検出器容器１０内には、測定対象面積より小さい面積を有する複数枚のシンチレータ１１が測定対象面積を分割するように縦、横に配列されている。これらのシンチレータ１１はその面積が１５ｃｍ×１５ｃｍ程度でその厚さは０．５ｍｍ程度で面積に比し極めて薄く形成されている。
【００１２】
横方向すなわち行方向に配列されたすべてのシンチレータ１１の横方向両端面は、行方向に互いに平行に延びる例えばアクリル製の角柱状の集光部１２ａ，１２ｂ，…に光学的に接合されており、また縦方向すなわち列方向に配列されたすべてのシンチレータ１１の縦方向両端面は、列方向に互いに平行に延びる他のアクリル製角柱状の集光部１３ａ，１３ｂ，…に光学的に接合されている。上記集光部１２ａ，１２ｂ，…及び１３ａ，１３ｂ，…は、縦、横に配列されたシンチレータ１１によって形成された有効面の外側でそれぞれ光検出器１４ａ，１４ｂ，…或は１５ａ，１５ｂ，…に接合され、上記各集光部１２ａ，１２ｂ，…，１３ａ，１３ｂ，…で集められた光が各光検出器１４ａ，１４ｂ，…，１５ａ，１５ｂ，…において電気信号に変換され、発光の度に電気的パルス信号が出力されるようにしてある。
【００１３】
上記シンチレータ１１、集光部１２ａ，１２ｂ，…，１３，１３ｂ，…及び光検出器１４ａ，１４ｂ，…，１５ａ，１５ｂ，…は検出器容器１０内に収容されており、上記光検出器１４ａ，１４ｂ，…，１５ａ，１５ｂ，…の出力が、検出器容器１０の外に設けられ、各シンチレータからの光パルス数を計数する計数回路１６で計数される。
【００１４】
計数回路１６の出力は、どのシンチレータからの信号であるか判断する発光位置認識回路１７で発光位置が割り当てられ、発光位置が割り当てられた計数出力は記憶装置１８の記憶場所に格納される。その格納された計数出力は切り替え回路１９により所定時間が経過する毎に記憶場所が順番に切り替えられていく。そして、シンチレータの発光場所に対応した記憶装置１８上の記憶場所における計数値が汚染判定回路２０で読み出され、被測定物の当該個所の汚染判定が行われる。その結果は、出力装置２１により人間或は監視用計算機に出力される。
【００１５】
すなわち、分割されたシンチレータ１１のうち１枚が放射線の入射により発光すると、その光は当該シンチレータ１１に光学的に接合された２組の集光器例えば１２ａ，１２ｂ及び１３ａ，１３ｂによって光検出器１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂまで導かれ、そこでパルス状に入射した光が電気的なパルス信号に変換される。計数回路１６では光検出器１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂの出力を放射線入射以外の原因によるノイズパルスと弁別しながらシンチレータ１１からの発光回数を計数する。この場合計数データにはどの光検出器からの出力信号であるかが分かる情報が付加され、必要に応じて測定時間等の時間情報も付加される
。
【００１６】
発光位置認識装置１７では行方向と列方向で同時に入力してきた信号に対応する光検出器１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂを特定することにより発光したシンチレータの座標を決定し、計数回路１６からの信号にその座標情報が付加される。記憶装置１８では発光位置認識装置１７でシンチレータ１１の座標が付加された計数値データが記憶場所に格納される。この格納された計数値データは切り替え回路１９により決められた時間毎に移動することができる。これは例えば測定対象物が移動している場合に、測定対象物のある場所を測定するシンチレータを測定対象物の移動に合わせて切り替えることに対応する。
【００１７】
切り替えの際に測定できなくなる場所が発生しないように、図２に示すように隣り合うシンチレータの平均を取りながら計数値データの切り替えを行う。計数値データの切り替えについて図２を用いて説明する。
【００１８】
放射線検出装置は４分割されたシンチレータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで構成されているとする。シンチレータＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの方向に流れる対象物をシンチレータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで測定し、その結果を記憶領域の１，２，３，４，…に格納する場合を考える。測定開始と同時にシンチレータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…からの信号はそれぞれ記憶領域１，２，３，４に格納を開始する。測定対象物がシンチレータの長さの半分だけ移動するのに必要な時間が経過した時からはシンチレータＡ，Ｂの平均値が記憶領域１、シンチレータＢ，Ｃの平均が記憶領域２、シンチレータＣ，Ｄの平均値が記憶領域３、シンチレータＤの値が記憶領域４、シンチレータＡの値が記憶領域５に記憶される。測定対象物がさらにシンチレータの長さの半分だけ移動するのに必要な時間が経過した時からはシンチレータＢの値が記憶領域１、シンチレータＣの値が記憶領域２、シンチレータＤの値が記憶領域３、シンチレータＡの値に記憶領域５の値を加えた値が記憶領域４に記憶される。記憶領域５の値は記憶領域４に加えられた後に消去される。さらに時間が経過した後は上記の動作を繰り返す。これら一連の動作により測定対象物の位置と記憶領域の場所が対応することになり、測定対象物がシンチレータＡの測定面上に進入してからシンチレータＤの測定面から出て行くまで、あたかも同一の検出器で測定をしているように扱うことが出来る。
【００１９】
このように、この実施の形態においては、複数に分割されたシンチレータで検出面を構成しているにかかわらず、測定対象物が上流側の検出面上に進入してから最も下流側の検出面上から出て行くまで、あたかも同一の検出器で測定しているように扱うことができる。しかも、シンチレータが分割されているので、バックグランド計数も小さくなり、また集光器を介してシンチレータで発光した光を光検出器に導くので、受光面の面積が大きい光電変換素子を設ける必要がなく、検出器自体の大きさをコンパクトにすることもできる。
【００２０】
図３は本発明の他の実施の形態を示す図であり、シンチレータ１１の端面には光ファイバ３１がその切断面をシンチレータ１１の端面に向けて光学的に接合してあり、この光ファイバ３１によって集光部１２ａ，１２ｂ，…，１３ａ，１３ｂ，…が構成されている。
【００２１】
しかして、この場合には、光ファイバ３１がアクリル製ライトガイドより細く曲げやすいため、図１に示す実施の形態におけるよりも分割されたシンチレータ間の間隙を小さくすることができ、不感領域が削減され検出効率を向上させることができる。
【００２２】
また、図４に示すように、集光部として波長変換ファイバ３２を使用してもよい。すなわち、シンチレータ１１の端面に波長変換ファイバ３２の側面を行、列方向に沿わせて光学的に接合してもよい。この場合、波長変換ファイバ３２が比較的細く光ファイバより光伝達効率が高いため、シンチレータ間の間隙が小さくでき、集光量も多くなり、検出効率を向上させることができる。
【００２３】
ところで、上記実施の形態においては波長変換ファイバを集光部として使用したものを示したが、波長変換素材を使用したライトガイドを使用してもよい。
【００２４】
また、図５は本発明の一実施形態の変形例を示す図であり、シンチレータ１１の一面に光に対して透明な板３３を配設して光学的に接合し、その透明な板３３の一つの互いに相対する２辺に集光部１２を光学的に接合し、他の互いに相対する２辺に集光部１３を光学的に接合してある。
【００２５】
しかして、この変形例においては、集光部の貼付が不可能な薄いシンチレータ１１に対しても集光部１２，１３の接合が可能であり、薄いシンチレータの使用が可能となり、低バックグランドでの測定が可能となる。したがって、検出器の不感領域を小さくしたまま高い検出感度を得ることができる。
【００２６】
図６は本発明の一実施形態の他の変形例を示す図であり、測定対象面積が１列のみに分割されシンチレータ１１が１列のみに配列されている。その他の点は図１に示すものと同一である。しかして、この場合にはシンチレータ１１それぞれに要求される感度が２倍ゆるくなる。したがって、測定対象面積の自由度は小さくなるが、より高い検出感度を達成することができる。
【００２７】
また、図７は本発明の一実施形態のさらに他の変形例を示す図であり、図１に示す装置において、検出器容器１０全体が鉛板３４で覆われており、その外側にシンチレータ３５及び光検出器３６を内蔵した第２の検出器容器３７が配設されている。そして、上記光検出器３６が波高弁別回路３８及び反同時計測回路３９に順次接続され、その反同時計測回路３９が計数回路１６に接続されている。
【００２８】
しかして、シンチレータ３５からの光を波高弁別回路３８によって検出されると、反同時計測回路３９からｖｅｔｏ信号が出され、この信号が計数回路１６の反同時計測用ゲート入力に入力されている時は計数回路１６の計数動作が停止される。
【００２９】
したがって、鉛板３４を貫通するような高エネルギー粒子によるバックグランドによって計数回路１６が計数動作を行うことが阻止され、バックグランドを低減することができる。
【００３０】
第１参考例
また、図８は本発明の第１参考例を示す図であって、遮光物を有する検出器容器１０内には、分割されて各々発光色が異なる複数のシンチレータ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが配列され、さらに当該シンチレータ４０ａ，４０ｂ，…の発光色にそれぞれ対応した透過周波数帯域を有する光フィルター４１ａ，４１ｂ，…と光検出器４２ａ，４２ｂ，…がシンチレータ４０ａ，４０ｂ，…からの光を集光できる位置に配設されている。そして、上記各光検出器４２ａ，４２ｂ，…からの信号が図１に示すものと同様の機能をもった計数回路１６に入力され、順次発光位置認識装置１７、汚染判定回路２０、及び出力装置２１を経て検出データが出力される。
【００３１】
したがって、光検出器４２ａ，４２ｂ，…がシンチレータ４０ａ，４０ｂ，…から物理的に離れていても、どのシンチレータからの発光であるか認識することができ、測定対象物と測定のための装置を離して設置しなければならない時でも発光位置の弁別が可能となる。
【００３２】
第２参考例
さらに、図９は本発明の第２参考例を示す図であって、検出器容器１０内には、測定対象の放射線を止めるほどの厚さをもった第１のシンチレータ４３、第１のシンチレータ４３と異なる波長で発光する第２のシンチレータ４４、第１のシンチレータ４３からの光は透過するが、第１及び第２のシンチレータ４３，４４が同時に発光したときの合成光は透過しない光フィルタ４５、及びその光フィルタ４５を透過した光を検出する光検出器４６が設けられている。そして、上記光検出器４６で光が検出されると図示しない計数回路が作動するようにしてある。
【００３３】
しかして、第１のシンチレータ４３が発光したときのみ光検出器４６によって光が検出され、測定対象外のバックグランド放射線に対しては不感となり、検出効率を向上させることができる。
【００３４】
図１０は図９に示すものの変形例を示す図であり、検出器容器１０内には、さらに第１のシンチレータ４３を透過した測定対象物の放射線を止める程の厚さをもった透明な遮蔽板４７が配設されている。
【００３５】
したがって、この場合も第１のシンチレータ４３が発光したときのみ光検出器４６によって光が検出され、測定対象外のバックグランド放射線に対しては不感となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したので、広面積の被測定物や移動する被測定物に対して十分広い検出面積を確保して高い検出効率を保つとともに、バックグランドを十分低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の放射線検出装置の一実施形態の概略構成を示す図。
【図２】 本発明の図１に示す放射線検出装置の作用説明図。
【図３】 本発明の図１に示す放射線検出装置の他の実施の形態の概略構成を示す図。
【図４】 本発明の図１に示す放射線検出装置のさらに他の実施の形態の概略構成を示す図。
【図５】 本発明の図１に示す放射線検出装置の他の実施の形態の概略構成を示す図。
【図６】 本発明の図１に示す放射線検出装置の他の実施の形態の概略構成を示す図。
【図７】 本発明の図１に示す放射線検出装置のさらに他の実施の形態の概略構成を示す図。
【図８】 本発明の放射線検出装置の第１参考例の概略構成を示す図。
【図９】 本発明の放射線検出装置の第２の参考例の概略構成を示す図。
【図１０】 図９に示す放射線検出装置の変形例の概略構成を示す図。
【図１１】 従来の放射線検出装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１０ 検出器容器
１１，３５，４０ａ，４０ｂ，… シンチレータ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…１３ａ，１３ｂ，１３ｃ… 集光部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…３６，４２ａ，４２ｂ，…４６ 光検出器
１６ 計数回路
１７ 発光位置認識回路
１８ 記憶装置
１９ 切り替え回路
２０ 汚染判定回路
２１ 出力装置
３１ 光ファイバ
３２ 波長変換ファイバ
３３ 透明な板
３４ 鉛板
３７ 第２の検出器容器
３８ 波高弁別回路
３９ 反同時計測回路
４１ａ，４１ｂ…４５ 光フィルタ
４３ 第１のシンチレータ
４４ 第２のシンチレータ

Claims (7)

1. 測定対象面積を複数に分割するように配列された、上記測定対象面積より小さい面積を有する複数枚のシンチレータと、
   前記シンチレータからの光を行方向および列方向に導くために各シンチレータに光学的に接続された集光部と、
   前記集光部によって導かれた光を電気信号に変換し発光の度に電気的パルス信号を発生する光検出器と、
   前記光検出器からの信号を処理して各シンチレータからの光パルス数を計数する計数回路と、
   前記計数回路からの計数値データに発光したシンチレータの座標情報を付加する発光位置認識回路と、
   座標情報が付加された計数値データを各シンチレータに対応させてそれぞれ格納する複数の記憶場所を有した記憶装置と、
   前記記憶場所における計数値データに基づいて被測定物の汚染の有無を判定する汚染判定回路と、
   どのシンチレータが汚染を検知したかを出力する出力装置と、
   測定対象物の移動方向の上流側から下流側に配列された複数のシンチレータのうち、移動している測定対象物に対向するシンチレータからの計数値データを所定の記憶場所に格納するように、各シンチレータからの計数値データを格納する記憶場所を順番に切り替えていく切り替え回路と、を備え、
   前記切り替え回路は、
   測定開始時には、複数のシンチレータのうち最も上流側にある第１のシンチレータからの信号を第１の記憶場所に格納するとともに、
   測定対象物がシンチレータの長さの半分だけ移動するのに必要な時間が経過した時には、前記第１のシンチレータからの信号と前記第１のシンチレータの下流側に隣接する第２のシンチレータからの信号との平均値を前記第１の記憶場所に格納する動作、および測定対象物がシンチレータの長さの半分だけ移動するのに必要な時間がさらに経過した時には、前記第２のシンチレータからの信号を前記第１の記憶場所に格納する動作を、測定対象物の移動に合わせて前記第２のシンチレータよりも下流側にあるシンチレータについても順次同様に行うことを特徴とする放射線検出装置。
2. 集光部は、各シンチレータに光学的に接続された光ファイバであることを特徴とする、請求項１記載の放射線検出装置。
3. 集光部は、各シンチレータの２組の相対する２辺に光学的に接続された波長変換ファイバであることを特徴とする、請求項１記載の放射線検出装置。
4. 集光部は、各シンチレータの２組の相対する２辺に光学的に接続された波長変換素材を使用したライトガイドであることを特徴とする、請求項１記載の放射線検出装置。
5. 集光部は、シンチレータに光学的に接合されシンチレータからの光に対して透明な板の２組の相対する２辺に光学的に接続された波長変換ファイバであることを特徴とする、請求項１記載の放射線検出装置。
6. 測定対象面積が一列のみに区画され、複数のシンチレータが一列に配列されていることを特徴とする、請求項１記載の放射線検出装置。
7. シンチレータ及び光検出器を有する放射線検出器の全体を鉛で囲むとともに、
   その外側にプラスチックシンチレーション検出器を配設し、
   上記放射線検出器からの計数パルスとプラスチックシンチレーション検出器からの計数パルスの反同時計測を行うための反同時計測回路を接続したことを特徴とする、請求項１記載の放射線検出装置。

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