JP5095254B2 - 積層型放射線測定器 - Google Patents

Description

本発明は、積層型放射線測定器に係り、特に、指先用線量計に用いるのに好適な、小さな面積でX線、γ線（以下、Ｘ／γ線という）及びβ線の各放射線の線量当量を、同時に高精度に分離測定可能な積層型放射線測定器に関する。

作業情況に応じて適切な被曝管理を行うことは、放射線防護上非常に重要であり、例えば、指先などの局所の被曝量が体幹部の被曝量に比べて無視できないほど高くなる恐れのある放射線作業者（指先を使う細かい作業に従事するなど）は、体幹部の被曝量だけでなく指先などの局所被曝管理にも留意が必要である。

特に、Ｘ／γ線とβ線を放出する放射性物質を取り扱う施設（Ｘ／γ線とβ線が同時に存在している場所）などでは、Ｘ／γ線とβ線の両方の測定が必要である。このための線量計として現在は、主に熱ルミネッセンス（ＴＬＤ）線量計が局所被曝管理に使われている。

しかし、熱ルミネッセンス線量計は、線量読み取り過程でアニールされてしまうので情報が失われ、中間測定などを行なうことができないこと、同一の放射線量であっても素子毎の指示値がばらつくこと、などの欠点を有する。

これに対して、同様の局所被曝管理が可能な蛍光ガラス素子を用いた線量計が存在する。利点としては、線量読み取り後でも情報を失わないため、中間測定が可能であること、ガラスの均一性に優れ、素子間のばらつきが少ないこと、フェーディングが無視できるほど少ないこと、を有する。

このような優れた特性を有する蛍光ガラス素子を用いた線量計は、銀イオンを含むリン酸塩ガラスを原料としたものである。この蛍光ガラス素子に、放射線の照射がなされると、その固体内に蛍光中心と呼ばれるものが形成される。この蛍光中心の数は、放射線量とほぼ比例して応答するので、この蛍光中心に３００〜４００ｎｍの紫外線を照射すると、蛍光中心が蛍光を放射する。この蛍光量を検出することにより蛍光ガラス素子の被曝放射線の線量を測定することができる。

しかし、従来の指先用蛍光ガラス線量計は、Ｘ／γ線用とβ線用の２種類を同時に測定することができず、作業者が取り扱う放射線の種類に応じてこれらを使い分けるか、両方つけて作業を行なう必要がある。

そこで、異なる放射線が混合して入射した際の線量を測定するために、特許文献１、２では、各放射線に対して異なる減弱効果を示す数種類のエネルギー補償用フィルタ（金属フィルタやプラスチックフィルタ）を平面的に並べて配置し、それに対面させて蛍光ガラス素子１枚あるいは複数枚を配置することで、当該γ線及びＸ線が前記エネルギー補償用フィルタを通して蛍光ガラス素子に照射された場合には、Ｘ／γ線やβ線などの放射線の被曝線量を求めることが記載されている。

特開平５−２０７８号公報 特開平７−９８３８２号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の発明は、大きな面積を必要とするので、指先に装着することは困難であり、作業性も悪い等の問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、異なる放射線が混合して入射した際の被曝線量を測定するのに、大きな面積を必要とせず、小さな面積で放射線の線種の同定と、エネルギーの特定と、線量当量の算出を高精度に行なうことができる積層型放射線検出器を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、複数種類の放射線が入射したとき、そのうちの１つの放射線を特定するための蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）と、該蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）の背面に配置され、該蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）により特定される放射線を遮断し、且つ、それ以外の放射線を透過させ減衰させる機能を有するフィルタと、該フィルタの背面に配置され、該フィルタを透過する放射線を特定するための放射線検出手段（第２の放射線検出手段）と、を有し、前記蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）における前記複数種類の放射線が入射する入射面と中間と裏面のそれぞれに紫外線を照射して得られる蛍光量に基づき、前記１つの放射線のエネルギーが特定され、且つ、該蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）の裏面に紫外線を照射して得られる蛍光量及び前記放射線検出手段（第２の放射線検出手段）により、該１つの放射線以外の放射線のエネルギーが特定されることにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項２に係る発明は、前記蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）が、前記複数種類の放射線が入射する入射面に第１の蛍光ガラス素子と該第１の蛍光ガラス素子の背面に配置される第２の蛍光ガラス素子とで構成され、該蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）における前記複数種類の放射線が入射する入射面、中間、裏面をそれぞれ、該第１の蛍光ガラス素子の表面、該第１の蛍光ガラス素子の裏面、該第２の蛍光ガラス素子の表面とするようにしたものである。

又、本願の請求項３に係る発明は、前記放射線検出手段（第２の放射線検出手段）が、前記蛍光ガラス体の背面に配置される第３の蛍光ガラス素子を有するようにしたものである。

又、本願の請求項４に係る発明は、前記フィルタが、少なくとも１以上の金属板と、該金属板から発生する２次電子の吸収機能を有する材料と、を有するようにしたものである。

又、本願の請求項５に係る発明は、前記蛍光ガラス体（第１の放射線検出手段）と、前記フィルタと、前記放射線検出手段（第２の放射線検出手段）とを、指輪の１面に積層するようにしたものである。

本発明によれば、第１の放射腺検出手段と、フィルタと、第２の放射線検出手段の積層構成を用いることで、異なる放射線が混合して入射した際の線量を測定するのに、放射線の種類の同定とエネルギーの特定、線量当量の算出を、小さな面積で高精度に行なうことが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

まず、本発明の第１実施形態について図１から図７を用いて説明する。図１は本実施形態に係る指先用ガラス線量計（指輪型）を模式的に示した分解斜視図、図２は図１に示した素材や質量厚についての表、図３は線量当量の算出手順を示すフローチャート、図４は照射エネルギー条件を表した表、図５は図４のエネルギー条件で照射したときに得られた基本特性を示すグラフ、図６は混合放射線測定精度を示すグラフを、それぞれ示している。

本実施形態の構成は、図１に示す如く、第１の放射線検出手段の１つである第１の蛍光ガラス素子４（以下、Ｇ１と呼ぶ）と、スペーサ６と、第１の放射線検出手段の残りの１つである第２の蛍光ガラス素子８（以下、Ｇ２と呼ぶ）と、第１のフィルタ１０、第２のフィルタ１２、第３のフィルタ１４と、第２の放射線検出手段である第３の蛍光ガラス素子１６（以下、Ｇ３と呼ぶ）とを、指先用ガラス線量計の筐体１８内に収納し、ラベル２で脱落防止したものである。

図２に示す如く、前記ラベル２は、耐水性のものであり、例えば、７０μｍ厚のポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）と１０μｍ厚のポリエチレン（ＰＥ）を組み合わせたものとすることができる。

前記Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、全て同じ材質、形状のものであり、放射線に対しては特性を同一にし、Ｘ／γ線及びβ線の各放射線に高い感度を有するものであり、例えば、７ｍｍ角で１ｍｍ厚の形状を有することができる。

なお、Ｘ／γ線に対しては、Ｇ１の感度と、Ｇ１透過後の放射線に対するＧ２の感度とがほぼ同じものを使用できる。これは、Ｇ１とＧ２で検出される線量がほぼ同じであることを条件にβ線による被曝がないと判断可能なためである。また、およそ２００ＫｅＶ以下のＸ／γ線に対して、下記第１のフィルタ１０と第２のフィルタ１２との組合せにより、Ｇ２の感度とＧ３の感度とに差があるものを使用できる。これは、Ｇ２とＧ３で検出される線量に差があることで２００ＫｅＶ以下のＸ／γ線による被曝エネルギーの特定を行えるからである。

前記スペーサ６は、Ｇ１とＧ２とが張り付くのを防止する目的で用いおり、例えば、４０μｍ厚の薬包紙を用いることができる。

前記第１のフィルタ１０、第２のフィルタ１２は、主に、放射線のうち、第１の放射線検出手段によって検出され、エネルギーの特定と線量当量が算出された放射線であるβ線を遮断し、且つ、前記放射線以外の放射線であるＸ／γ線を透過あるいは減衰させる作用を有する金属板であり、例えば、それぞれ、０．２ｍｍ厚のチタン（Ｔｉ）薄板と０．３ｍｍ厚のスズ（Ｓｎ）薄板とすることができる。

前記第３のフィルタ１４は、放射線の照射により第１のフィルタ１０、第２のフィルタ１２から発生する２次電子を吸収して、蛍光ガラス素子１６に過分な２次電子が入射するのを防止するものであり、例えば、０．２ｍｍ厚のポリエチレンフィルム（ＰＥ）とすることができる。

前記筐体１８は指先に付けられるような、例えば、プラスチックを材料とするリング形状あるいは指輪形状となっており、前述の素材を収納可能にリング中央に凹部を有するものとすることができる。

このように、本発明は、蛍光ガラス素子を重ねて用いるので、従来の指先用ガラス線量計と同様に、小さな面積で、且つ、軽量であり、作業性を損なうことがない。

次に、本実施形態における混合放射線の線量当量の算出手順について、図３のフローチャートに従って、詳細に説明する。

混合放射線により本実施形態の積層型放射線検出が被曝した場合、まず、Ｇ１表面、Ｇ１裏面、Ｇ２表面、Ｇ３表面の４つの蛍光量を測定する（ステップＳ１０）。

次に、その測定結果から、放射線のエネルギーの特定や線量当量の算出が可能であるかの判定を行なう（ステップＳ１２）。蛍光量から線量が後述する検出限界未満である場合には、有意線量が無いとして計算を終了する（ステップＳ１２でＹｅｓの場合）。

蛍光量から有意線量が認められる場合には（ステップＳ１２でＮｏの場合）、Ｇ１表面とＧ２表面の蛍光量を用いて入射線の種類としてβ線の有無を判定する（ステップＳ１４）。前記蛍光量からβ線が検出限界未満であると判断できる場合には、Ｘ／γ線について線量当量を算出すべく、ステップＳ２０に進む（ステップＳ１４で、Ｙｅｓの場合）。

β線のエネルギーの特定と線量当量の算出が可能である場合には（ステップＳ１４で、Ｎｏの場合）、予め求めておいたβ線のエネルギーと、Ｇ１表面とＧ２表面の蛍光量の差とＧ１裏面とＧ２表面の蛍光量の差の比との相関関係を用いて、実際測定で得られたＧ１表面とＧ２表面の蛍光量の差とＧ１裏面とＧ２表面の蛍光量の差の比から、β線のエネルギーＥ_βを求める（ステップＳ１６）。そして、Ｇ１表面とＧ２表面の蛍光量の差に対して、前記特定されたエネルギーに応じた感度補正をすることで、β線の線量当量Ｈ_βを算出する（ステップＳ１８）。

次に、Ｇ２表面とＧ３表面の蛍光量を用いて、入射線の種類としてＸ／γ線の有無を判定する（ステップＳ２０）。前記蛍光量からＸ／γ線が検出限界未満であると判断できる場合には、β線の線量当量を合計線量当量とすべく、ステップＳ２６に進む（ステップＳ２０で、Ｙｅｓの場合）。

Ｘ／γ線のエネルギーの特定と線量当量の算出が可能である場合には（ステップＳ２０で、Ｎｏの場合）、予め求めておいたＸ／γ線のエネルギーと、Ｇ２表面とＧ３表面の蛍光量の比との相関関係を用いて、実際測定で得られたＧ２表面とＧ３表面の蛍光量の比から、Ｘ／γ線のエネルギーＥ_Ｘγを求める（ステップＳ２２）。そして、Ｇ３表面の蛍光量に対して、前記特定されたエネルギーに応じた感度補正をすることで、Ｘ／γ線の線量当量Ｈ_Ｘγを算出する（ステップＳ２４）。

最後に、Ｈ_βとＨ_Ｘγを足し合わせることで、合計線量が算出される（ステップＳ２６）。なお、上記放射線の検出限界の判断については、例えば、予め蛍光ガラス素子Ｇ１〜Ｇ３に所定の放射線を当てて、蛍光量の測定可否を定めておくことができる。

本実施形態では、例えば、指先などの局部的な外部被曝を対象としているため、皮膚についての組織線量当量である７０μｍ線量当量を評価することとする。

上述してきた放射線の測定方法を用いて、実際に、７０μｍ線量当量を評価するために、図４のエネルギー条件で照射したときに得られた基本特性を示す結果を図５（Ａ）、（Ｂ）に示す。いずれのグラフも被曝に対する相対値を算出しているので、１に近いほど算出値は正確であることを示している。

このグラフから、本実施形態においては、残留最大エネルギーで５００ＫｅＶ〜２ＭｅＶ程度のエネルギー範囲のβ線において良い精度で線量当量の評価が可能である。また、４０ＫｅＶ〜１ＭｅＶ程度のエネルギー範囲のＸ／γ線において良い精度で線量当量評価が可能である。このように各エネルギーに対して、被曝線量当量を高精度に算出することが可能である。

次に、単体放射線のデータから、β線と、Ｘ／γ線を混合した放射線に対する被曝を模擬した結果を図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す。図６（Ａ）ではβ線とＸ／γ線とを１ｍＳｖずつ混合した放射線を想定し、図６（Ｂ）ではβ線１ｍＳｖとＸ／γ線０．１５ｍＳｖとを混合した放射線を想定し、図６（Ｃ）ではβ線０．１５ｍＳｖとＸ／γ線１ｍＳｖとを混合した放射線を想定している。得られた結果は、被曝に対する相対値を算出しているため、１に近いほど、正確に算出されたことを意味するものである。

この結果から、いずれの場合においても、合計線量当量に大きな変動は見られず、精度の高い放射線の種類の同定、エネルギーの特定、各放射線線量当量の算出が同時にでき、安定した合計放射線線量当量の算出が可能である。

次に、本発明の第２実施形態について図７を用いて説明する。図７は本実施形態に係る別の指先用ガラス線量計を模式的に示した分解斜視図を示している。

本実施形態の構成は、第１の放射線検出手段である蛍光ガラス素子４１（以下、Ｇ１１と呼ぶ）と、第１のフィルタ１０、第２のフィルタ１２、第３のフィルタ１４と、第２の放射線検出手段である蛍光ガラス素子１６（＝Ｇ３）とを、指先用ガラス線量計の筐体１８内に収納し、ラベル２で脱落防止したものである。すなわち、本実施形態では、第１の放射線検出手段は１枚の蛍光ガラス素子４１のみから構成され、スペーサがないことが、第１実施形態とは異なる部分である。

前記Ｇ１１は、Ｇ３と同じ材質、形状のものであり、放射線に対しては特性を同一にし、Ｘ／γ線及びβ線の各放射線に高い感度を有するものであるが、例えば、７ｍｍ角で２ｍｍ厚と、Ｇ３の２倍の厚みを有することができる。他の構成要素については第１実施形態と同一なので省略する。

本実施形態における混合放射線の線量当量の算出手順も、図３のフローチャートに沿って行なうこととなる。本実施形態では第１実施形態のＧ１表面、Ｇ１裏面、Ｇ２表面の蛍光量を、Ｇ１１の入射面、中間、裏面の、それぞれの蛍光量と考えることにより第１実施形態と同一となるので、説明は省略する。

本実施形態により、本発明の小型放射線検出器は、第１実施形態の効果に加え、蛍光ガラス素子の使用枚数を少なくすることで、より簡素に構成できる利点を有する。

以上、２つの実施形態について述べてきたが、第２の放射線検出手段は、蛍光ガラス素子に限定されるものではなく、フィルムバッジ、熱ルミネッセンス線量計（ＴＬＤ）、直読式ポケット線量計、ポケットチェンバ、半導体式ポケット線量計、アラームメータなどでもよい。

また、蛍光ガラス素子も、平らのものに限られるのではなく、曲面を有するものやブロック状のもの、多角形や円柱状のものなどであっても本発明に含まれる。また、上述してきた厚みに限定されるものではない。

また、上記フィルタは、ＳｎやＴｉ、ＰＥに限定されるものではなく、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）など金属板や樹脂板を適切な厚みで使用する場合も本発明に含まれる。なお、金属板が２枚と樹脂フィルタ１枚に限定されものではなく、上述してきたそれぞれの厚みに限定されるものではない。

また、放射線は、β線とＸ／γ線との組合せだけでなく、中性子線や重粒子線などの組合せであっても本発明に含まれる。

また、外部被曝は皮膚だけに限られるものではなく、本発明が眼の水晶体の被曝や皮膚以外の人体の組織の被曝を計測することにも適用されうるものである。すなわち、７０μｍ線量当量を前提とした線量当量を算出するだけでなく、１ｃｍ線量当量や３ｍｍ線量当量を前提とした線量当量を算出することも、本発明に含まれる。

また、指先用に限られるものではなく、腕や足先、胸や腰などに装着する場合も本発明に含まれる。

本発明の第１実施形態を模式的に示した分解斜視図 同じく図１に示した素材や質量厚についての表 同じく線量当量の算出手順を示すフローチャート 同じく照射エネルギー条件を表した表 同じく図４のエネルギー条件で照射したときに得られた基本特性を示すグラフ 同じく混合放射線測定精度を表したグラフ 本発明の第２実施形態を模式的に示した分解斜視図

符号の説明

２…ラベル
４、８、１６、４１…蛍光ガラス素子
６…スペーサ
１０、１２、１４…フィルタ
１８…筐体

Claims (5)

1. 複数種類の放射線が入射したとき、そのうちの１つの放射線を特定するための蛍光ガラス体と、
   該蛍光ガラス体の背面に配置され、該蛍光ガラス体により特定される放射線を遮断し、且つ、それ以外の放射線を透過させ減衰させる機能を有するフィルタと、
   該フィルタの背面に配置され、該フィルタを透過する放射線を特定するための放射線検出手段と、を有し、
   前記蛍光ガラス体における前記複数種類の放射線が入射する入射面と中間と裏面のそれぞれに紫外線を照射して得られる蛍光量に基づき、前記１つの放射線のエネルギーが特定され、且つ、
   該蛍光ガラス体の裏面に紫外線を照射して得られる蛍光量及び前記放射線検出手段により、該１つの放射線以外の放射線のエネルギーが特定されることを特徴とする積層型放射線検出器。
2. 前記蛍光ガラス体は、前記複数種類の放射線が入射する入射面に第１の蛍光ガラス素子と該第１の蛍光ガラス素子の背面に配置される第２の蛍光ガラス素子とで構成され、該蛍光ガラス体における前記複数種類の放射線が入射する入射面、中間、裏面はそれぞれ、該第１の蛍光ガラス素子の表面、該第１の蛍光ガラス素子の裏面、該第２の蛍光ガラス素子の表面とされていることを特徴とする請求項１に記載の積層型放射線検出器。
3. 前記放射線検出手段は、前記蛍光ガラス体の背面に配置される第３の蛍光ガラス素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型放射線検出器。
4. 前記フィルタは、少なくとも１以上の金属板と、該金属板から発生する２次電子の吸収機能を有する材料と、を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型放射線検出器。
5. 前記蛍光ガラス体と、前記フィルタと、前記放射線検出手段とが、指輪の１面に積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型放射線検出器。

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