JP4928502B2 - 液体シンチレーションカウンタ - Google Patents

Description

本発明は液体シンチレーションカウンタに関し、特にアフターパルスを除去するデッドタイム処理に関する。

液体シンチレーションカウンタは、バイアル（サンプル容器）中に入れた放射性サンプル（放射性物質）からの放射線（特にβ線）をバイアル中の液体シンチレータの発光として検出する装置である（特許文献１参照）。このような液体シンチレータを用いた放射能測定では放射線により生じた真のパルスに続いて１又は複数のアフターパルス（遅発パルス）が発生することが知られている。それらのアフターパルスが計数されてしまわないようにするために、計測回路の動作条件として、パルス発生後に一定時間のパルスを計数しない不感時間が設けられる。それはデッドタイムと称され、通常、数μｓ〜１０μｓの範囲内の一定値として設定される。

特開平８−７５８６１号公報

液体シンチレータの発光時間は通常、数ｎｓであり、他のシンチレータのそれと比べて極めて短時間であるから、本来的に高線量計測が可能な筈である。にもかかわらず、上記のアフターパルスの問題からデッドタイム（不感時間）の設定を余儀なくされている。従来の液体シンチレーションカウンタにおいては、一律のデッドタイムが常時設定されており、状況に応じてデッドタイム処理の条件を切り替える機能を有していない。よって、状況に応じた合理的な計測が実現できていない状況にある。

本発明の目的は、デッドタイム処理を一律に適用することによる問題を解消又は軽減し、状況に応じた液体シンチレーションカウンタの動作条件が適用されるようにすることにある。

本発明は、放射性サンプル及び液体シンチレータが入れられたサンプル容器を収容する測定室と、前記サンプル容器内で生じた光を検出する光検出器と、前記光検出器からの検出信号に対して、アフターパルス誤計数を防止するための処理としてデッドタイム期間内の計数が除外されるようにするデッドタイム処理を施すデッドタイム処理部と、前記デッドタイム処理部からの出力信号に基づいて計測を行う計測部と、前記光検出部からの検出信号に基づいて、前記デッドタイム処理部の動作を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記光検出部からの検出信号が所定計数率よりも低い低計数率を示す場合に前記デッドタイム処理を実行させ、前記光検出部からの検出信号が前記所定計数率よりも高い高計数率を示す場合に前記デッドタイム処理を停止させる、ことを特徴とする液体シンチレーションカウンタに関する。

上記構成によれば、光検出器からの検出信号（第１検出信号）がデッドタイム処理部に入力され、当該検出信号についてのデッドタイム処理（デッドタイム期間内の計数が除外されるようにする処理）が施される。その一方、光検出器からの検出信号（第２検出信号）に基づいてデッドタイム処理部の動作が制御される。つまり、デッドタイム処理を一律に適用するのではなく、状況に応じてその処理の有無、条件等を切り替えることができる。これにより、デッドタイム処理を停止してもよい期間において当該処理を停止させ、あるいは、そのような期間においてデッドタイム処理の期間を短くすれば、従来において計数できなかった真のパルスを計数して計測の信頼性をより高めることが可能となる。勿論、デッドタイム処理が必要な期間あるいは状況においては当該処理を実行させることができるので、誤計数による問題も従来同様に解消することができる。デッドタイム処理の動作制御に当たっては計数率あるいはそれに相当する計数値、線率、放射能等の情報を判断材料として利用することが可能である。上記の第１検出信号と第２検出信号は同一信号であってもよいし、別信号であってもよい。後者の場合には、例えば、同じ光電子増倍管における複数のタップ（増幅段）から出力される複数の信号を利用してもよい。

望ましくは、前記制御部は、前記光検出部からの検出信号が示す計数率に応じて、前記デッドタイム処理におけるデッドタイム期間を可変制御する。これはデッドタイム期間を適応的に可変設定するものである。なお、従来同様に、デッドタイム期間での不検出を補償するために計測時間の延長を行うのが望ましい。例えば、（延長前）計測期間内での計数値に不感時間τを乗じたものとして延長時間を算出するようにしてもよい。

望ましくは、前記制御部は、測定開始タイミングを基準とした所定の調査期間において計数率を評価して前記所定の調査期間後における前記デッドタイム処理を制御する。この構成によれば、先行して状況の調査が行われ、その調査結果からデッドタイム処理の有無あるいは期間長が設定される。所定の調査期間を可変設定できるように構成してもよい。その期間内ではデッドタイム処理が適用された方が望ましいが、適用されなくてもよい。そのような調査が計測途中で段階的にあるいは連続的に行われてもよい。特に長期間にわたって計測を行う場合には途中での状況変化が考えられるので、一回の測定期間内で動的にデットタイム処理の条件が切り替わるようにするのが望ましい。

望ましくは、前記制御部は、前記所定の調査期間内において前記デッドタイム処理を実行させ、前記計測部は、前記所定の調査期間内において前記デッドタイム処理部から出力される出力信号、及び、前記所定の調査期間後において前記デッドタイム処理部から出力される出力信号の両者に基づいて前記計測を行う。この構成によれば、所定の調査期間内における計測値も利用して測定時間を最適化あるいは短縮化できる。所定の調査期間内における出力信号あるいは計数値を計測に利用するのか否かを適応的に判断するようにしてもよい。

また、本発明は、放射性サンプル及び液体シンチレータが入れられたサンプル容器を収容する測定室と、前記サンプル容器内で生じた光を検出する一対の光電子増倍管と、前記一対の光電子増倍管からの一対の第１検出信号が同時に入力された場合に同時計数パルスを出力する同時計数回路と、前記同時計数回路からの同時計数パルスに対して、アフターパルス誤計数を防止するための処理としてデッドタイム期間内の計数が除外されるようにするデッドタイム処理を施すことにより、デッドタイム期間外を示す計数トリガパルスを出力するデッドタイム処理部と、前記一対の光電子増倍管からの一対の第２検出信号を加算して加算検出信号を出力する加算回路と、前記計数トリガパルスの入力と同時に前記加算検出信号が入力された場合に当該加算検出信号を計数し、これにより計測を行う計測部と、前記同時計数回路からの同時計数パルスに基づいて計数率を求め、その計数率に応じて前記デッドタイム処理部の動作の有無を制御する制御部と、を含むことを特徴とする液体シンチレーションカウンタに関する。この構成によれば、状況に応じて計数性能を最適化でき、また従来同様に誤計数を効果的に除去できる。特に液体シンチレータの高速応答性を生かした計測を実現できる。

アフターパルスは、サンプル測定時よりもバックグランド測定時の方が顕著に発生する。その一方、バックグランド測定の計数率は、例えば60cpm程度であり（標準的な20mLバイアルを利用した場合）、アフターパルスが生じやすいバックグランド測定時においては非常に低い計数率となる。これらのことを総合するならば、高計数率となるサンプル測定時においてはアフターパルスの除去を行わず（あるいはデッドタイム期間を短くし）、一方、低計数率となるバックグランド測定時においてはアフターパルスの除去を行う（あるいはデッドタイム期間を長くする）ことが望まれる。但し、その場合においても状況を正確に捉えるために計数率を実測する調査が望まれ、その調査による計数率を基準としてアフターパルス除去処理の動作を切り替えるのが望ましい。なお、計数率が小さい場合にデッドタイムを長くすれば外乱としての突発的な電磁ノイズ等による誤計数を軽減できるという利点も得られる。

以上説明したように、本発明によれば、デッドタイム処理を一律に適用することによる問題を解消又は軽減できる。本発明によれば、状況に応じて液体シンチレーションカウンタの動作条件を設定できる。特に、今まで計数できていなかった真のパルスを計数できる動作条件を作り出せる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る液体シンチレーションカウンタの好適な実施形態が示されており、図１はその要部構成を示すブロック図である。

図１において、サンプル容器としてのバイアル１０には放射性サンプル及び液体シンチレータが入れられている。その液体が符号１０Ａで示されている。放射性サンプルから生じる放射線（例えばβ線）が液体シンチレータにおいて発光を生じさせ、その光が一対の光電子増倍管１２Ａ，１２Ｂで検出される。それらの光電子増倍管１２Ａ，１２Ｂは、受光において生じる電子を段階的に増幅するものである。光電子増倍管１２Ａ，１２Ｂには増幅率が異なる複数の出力端子が設けられており、本実施形態においては各光電子増倍管１２Ａ，１２Ｂにおける２つの端子から２つの検出信号が取り出されている。もちろん、各光電子増倍管１２Ａ，１２Ｂにおける単一の端子から検出信号が取り出されてもよい。

一対の光電子増倍管１２Ａ，１２Ｂから出力された一対の検出信号１００Ａ，１００Ｂは加算器１４に入力される。この加算器１４は、２つの検出信号１００Ａ，１００Ｂを増幅しながら加算する機能を有している。加算処理により得られた加算検出信号１０２はマルチチャンネルアナライザ（ＭＣＡ）１６へ出力される。

一方、一対の光電子増倍管１２Ａ，１２Ｂから出力される一対の検出信号１０４Ａ，１０４Ｂは同時計数回路１８に入力されている。同時計数回路１８はいわゆる同時計数処理を実行するものであり、２つの検出信号１０４Ａ，１０４Ｂが同時に得られた場合にだけ出力パルス１０６を出力する。これによって熱雑音等に起因するノイズを除去することができる。出力パルス１０６は、最終的にトリガパルス１０８として利用されるものであり、またそれを生成するためにトリガパルス生成ユニット２０が設けられている。

トリガパルス生成ユニット２０は、本実施形態において、デッドタイム処理部２２と制御部２４とで構成されている。デッドタイム処理部２２は、上述したアフターパルスを計数することによる問題を解消または軽減するため、各パルスが発生したタイミングの直後に不感時間としてデッドタイムを設定し、そのデッドタイム内において生じるパルスを計数対象から除外するものである。入力されるパルスのすべてについてデッドタイム処理を施すようにしてもよいし、先のデッドタイム期間の経過後に入力される最初のパルスを常に計数対象としつつそれについてデッドタイム処理が施されるようにしてもよい。つまり不感期間が連続してしまわないようにしてもよい。したがって、そのようなデッドタイム処理を経た出力信号としてトリガパルス１０８が生成される。

ただし、本実施形態においては、制御部２４が設けられており、制御部２４は事前に測定される計数（計数率）に基づいて、デッドタイム処理の実行の有無を制御している。図１に示される構成では、デッドタイム処理を行うか否かが制御されているが、デッドタイム処理の時間長を連続的にあるいは段階的に制御するようにしてもよい。本実施形態においては、線量率が高い場合には、典型的には試料すなわちサンプルの測定を行う場合にはデッドタイム処理なしが設定されており、一方、線量率が低い場合には、典型的にはバックグランド測定の場合には、デッドタイム処理ありが設定されている。このような制御により、従来においてデッドタイムを一律に設定することに起因して生じた問題を効果的に解消または軽減することができる。すなわち、液体シンチレータの短時間応答性をうまく利用してサンプルについての測定を行える一方において、バックグランド測定等においてアフターパルスを誤計数してしまう問題を解消することが可能である。

ＭＣＡ１６は、計測手段の一部として機能し、トリガパルス１０８が得られたタイミングで加算検出信号１０２を受け入れそれに基づいてスペクトルを解析する機能を有する。すなわち、各エネルギー区分毎に計数を行ってスペクトルが演算される。そのスペクトルは計測手段の他の一部を構成するデータ処理部２６に渡され、そこで必要なデータ演算（クエンチング補正等を含む）が実行される。

図２には、図１に示したトリガパルス生成ユニット２０の具体的な構成例が示されている。図２においてはハードウェア回路によってトリガパルスを生成する構成が図示されているが、その機能がソフトウェア処理により実現されてもよい。図２の構成は代表的な機能を説明するための例示に過ぎない。トリガパルス生成ユニット２０は、上述したように、デッドタイム処理部２２と制御部２４とで構成されるものである。

デッドタイム処理部２２は、図示されるようにパルス発生器３０を有している。このパルス発生器３０は具体的には同時計数パルス１０６に基づく単パルス発生器として構成され、その出力信号としてデッドタイムに相当する期間幅をもったパルス（負側パルス）が生成される。パルス発生器３０におけるパルス幅をパルス幅設定信号により可変設定することも可能である。そのパルス発生器３０により生成されたパルスをそのままアンド回路４２へ出力し、当該パルスと同時計数パルス１０６との間でアンド条件を満たす場合にトリガパルス１０８を生成させることも可能であるが、その場合には、デッドタイムが一律に設定されてしまい、上述したような各種の問題が生じる。

そこで、本実施形態においては、制御部２４において、カウンタ３２が計測開始から一定期間（例えば１秒）内における計数（計数率）を求めており、それを基準としてデッドタイム処理を行うか否かの制御信号が生成されている。具体的には、タイマー３４が、スタート信号からの経過時間を計測しており、それが所定時間に到達すると、タイマー３４から出力パルスが生成される。その出力パルスが生成されたタイミングで、同時計数パルス１０６の計数値がカウンタ３２において特定され、その計数値を表す信号Ａが出力される。

一方、判定値メモリ３６には、計数値Ａと比較されるべき判定値Ｂが格納されている。比較器３８の一方の入力端子には計数値Ａが入力され、他方の入力端子には判定値Ｂが入力され、それらの比較が比較器３８において行われている。ここで、計数値Ａの方が大きければ高線量であると判断され、比較器３８からＨ（Ｈｉｇｈ）の信号が出力される。すなわち、デッドタイム処理を行わないようにする信号が生成される。一方、計数値Ａよりも判定値Ｂの方が大きければ低計数（率）であると判断されて、比較器３８からＬ（Ｌｏｗ）信号すなわちデッドタイム処理を行うことを表す信号が生成される。

オア回路４０では、信号Ｃと信号Ｄを入力としてそれらについてオア条件での演算を行っている。したがって、アンド回路４２において、入力信号ＥがＨであれば、すなわちデッドタイム処理なしと判断されている場合、あるいは、デッドタイム処理ありと設定されている場合においてデッドタイム処理期間以外であれば、同時計数パルス１０６がそのままトリガパルス１０８として出力される。それ以外の場合にはトリガパルス１０８は出力されない。

図３には、図１に示した装置の動作例が示されている。Ｓ１０１では、計測開始から所定期間すなわち調査期間において計数値（計数率）Ｃが計測される。その調査期間を可変設定できるように構成してもよい。Ｓ１０２では、その計数値Ｃが判定値αよりも大きいか否かが判断され、計数値Ｃが判定値α以上であれば高線量であると推定されるためにＳ１０３においてデッドタイムなしが設定されて、Ｓ１０５で計測が実行される。一方、Ｓ１０２において計数値Ｃが判定値α未満であると判断された場合には、Ｓ１０４においてデッドタイムありが設定され、Ｓ１０６においてアフターパルス除去のためのデッドタイム処理ありの下で計測が実行される。Ｓ１０７では、デッドタイムありの場合における計数不足を補うため、計測期間内における計数値に対してデッドタイム期間τを乗算した時間だけ計測延長処理が行われる。ただし、そのような延長を行わなくてもよいし、また延長期間の算出方法としては各種のものが考えられる。

Ｓ１０８ではデータ演算が実行される。それには上述したようにクエンチング補正すなわちスペクトル波形の補正等が含まれる。上記の動作例においては、一般に、サンプル計測においてはデッドタイム処理なしでの計測が実行されることになり、サンプルを用いないあるいは標準サンプルを用いたバックグランド計測においてはデッドタイム処理ありでの計測が実行されることになる。ちなみに、Ｓ１０１の調査期間においてはデッドタイムありとして計測を行うのが望ましいが、デッドタイムなしでの計測を行うようにしてもよい。また、調査期間内において計測された計数値を最終的に演算されるデータの一部として利用するようにしてもよいし、その期間内における計測結果を除外して測定結果を得るようにしてもよい。

上記の実施形態においては、デッドタイム処理の有無が切り替えられていたが、更に、計数率に応じてデッドタイム処理を行う期間を段階的にあるいは連続的に切り替えるようにしてもよい。例えば、図４に示されるように、調査期間における計数の大きさに応じてデッドタイム期間を段階的に切り替えるようにしてもよい。また、計数あるいは計数率から関数演算によりデッドタイムを算出するようにしてもよい。例えば、デッドタイムとして、１０００μｓ／計数[ｓ]のような計算を実行し、計数値からデッドタイムを直接的に求めるようにしてもよい。

上記実施形態においては、計測における前段階あるいは開始時期において調査期間が設定されていたが、長時間にわたってサンプルの測定を行うような場合には、計測と調査とを並列的に実行するようにしてもよいし、あるいは定期的に調査期間が設定されるようにしてもよい。

本発明に係る液体シンチレーションカウンタの好適な実施形態を示すブロック図である。 図１に示したトリガパルス生成ユニットの具体的な構成例を示すブロック図である。 図１に示した装置の動作例を示すフローチャートである。 計数（計数率）に応じてデッドトタイムを段階的に切り替えるための条件を説明するための図である。

符号の説明

１０ バイアル、１２Ａ，１２Ｂ 光電子増倍管、１４ 加算器、１６ マルチチャンネルアナライザ（ＭＣＡ）、１８ 同時計数回路、２０ トリガパルス生成ユニット、２２ デッドタイム処理部、２４ 制御部。

Claims (6)

1. 放射性サンプル及び液体シンチレータが入れられたサンプル容器を収容する測定室と、
   前記サンプル容器内で生じた光を検出する光検出器と、
   前記光検出器からの検出信号に対して、アフターパルス誤計数を防止するための処理としてデッドタイム期間内の計数が除外されるようにするデッドタイム処理を施すデッドタイム処理部と、
   前記デッドタイム処理部からの出力信号に基づいて計測を行う計測部と、
   前記光検出部からの検出信号に基づいて、前記デッドタイム処理部の動作を制御する制御部と、
   を含み、
   前記制御部は、前記光検出部からの検出信号が所定計数率よりも低い低計数率を示す場合に前記デッドタイム処理を実行させ、前記光検出部からの検出信号が前記所定計数率よりも高い高計数率を示す場合に前記デッドタイム処理を停止させる、ことを特徴とする液体シンチレーションカウンタ。
2. 請求項１記載の液体シンチレーションカウンタにおいて、
   前記制御部は、前記光検出部からの検出信号が示す計数率に応じて、前記デッドタイム処理におけるデッドタイム期間を可変制御する、ことを特徴とする液体シンチレーションカウンタ。
3. 請求項１記載の液体シンチレーションカウンタにおいて、
   前記制御部は、測定開始タイミングを基準とした所定の調査期間において計数率を評価して前記所定の調査期間後における前記デッドタイム処理を制御する、ことを特徴とする液体シンチレーションカウンタ。
4. 請求項３記載の液体シンチレーションカウンタにおいて、
   前記制御部は、前記所定の調査期間内において前記デッドタイム処理を実行させ、
   前記計測部は、前記所定の調査期間内において前記デッドタイム処理部から出力される出力信号、及び、前記所定の調査期間後において前記デッドタイム処理部から出力される出力信号の両者を前記計測の対象として利用する、
   ことを特徴とする液体シンチレーションカウンタ。
5. 放射性サンプル及び液体シンチレータが入れられたサンプル容器を収容する測定室と、
   前記サンプル容器内で生じた光を検出する一対の光電子増倍管と、
   前記一対の光電子増倍管からの一対の第１検出信号が同時に入力された場合に同時計数パルスを出力する同時計数回路と、
   前記同時計数回路からの同時計数パルスに対して、アフターパルス誤計数を防止するための処理としてデッドタイム期間内の計数が除外されるようにするデッドタイム処理を施すことにより、デッドタイム期間外を示す計数トリガパルスを出力するデッドタイム処理部と、
   前記一対の光電子増倍管からの一対の第２検出信号を加算して加算検出信号を出力する加算回路と、
   前記計数トリガパルスの入力と同時に前記加算検出信号が入力された場合に当該加算検出信号を計数し、これにより計測を行う計測部と、
   前記同時計数回路からの同時計数パルスに基づいて計数率を求め、その計数率に応じて前記デッドタイム処理部の動作の有無を制御する制御部と、
   を含むことを特徴とする液体シンチレーションカウンタ。
6. 放射性サンプル及び液体シンチレータが入れられたサンプル容器を収容する測定室と、
   前記サンプル容器内で生じた光を検出する光検出器と、
   前記光検出器からの検出信号に対して、アフターパルス誤計数を防止するための処理としてデッドタイム期間内の計数が除外されるようにするデッドタイム処理を施すデッドタイム処理部と、
   前記デッドタイム処理部からの出力信号に基づいて計測を行う計測部と、
   前記光検出部からの検出信号に基づいて、前記デッドタイム処理部の動作を制御する制御部と、
   を含み、
   前記計測部は、バックグランド測定時において前記計測を行うと共にサンプル測定時に前記計測を行い、
   前記制御部は、前記バックグランド測定時に前記デッドタイム処理を実行させ、前記サンプル測定時に前記デッドタイム処理を停止させる、
   ことを特徴とする液体シンチレーションカウンタ。

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