JP5336836B2

JP5336836B2 - 放射線モニタ

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Publication number: JP5336836B2
Application number: JP2008330081A
Authority: JP
Inventors: 典章森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010151615A

Description

本発明は放射線を監視する放射線モニタに係り、特に光パルスを用いた動作確認手法を備えた放射線モニタに関する。

従来使用されている放射線モニタは、センサ部に放射線源を搭載し、その線源により常にセンサ部に一定の放射線を入射させ、指示値が常に一定以上の値を示すことをもって正常動作を確認している。

しかし、この方法は放射線源を使用するため、管理が煩雑になるという短所がある。

一方で、放射線源を使わないで正常動作を確認する手法としては、放射線源の代わりに光パルスを用いる方法がある。この方法は、正常動作を確認するだけでなく、光パルスによる検出信号の影響を受けないようにする等の放射線源を用いた手法にはない対策を講じる必要があることが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特公平５−６２７０８号公報特公平６−７２９３０号公報特開２００８−８２８４８号公報

上述した従来の光パルスにより動作確認を行う放射線モニタについて図６を用いて説明する。

図６は、従来の放射線モニタの概略構成を示すブロック図である。

従来の光パルスによって動作確認を行う放射線モニタは、放射線を検知するセンサ部１と、この検知された放射線に係る信号を処理する信号処理部２と、この信号により演算する演算部３と、この演算された結果を表示する表示部４と、光パルス１１を発生させる発光部５と、この発光部５を制御する発光制御部６と、を有する。

この構成は、放射線源によって動作確認行う放射線モニタにおいて、放射線源を発光部５と発光制御部６で置き換えたものと見ることができる。

まず、従来の光パルスによって動作確認を行う放射線モニタにおいて、光パルス１１の検出信号も測定対象からの放射線による検出信号と同様に処理されるため、放射線の測定値が実際より高い指示値を示すという課題があった。このことは、放射線源による動作確認手法においても同様の課題があり、測定対象の放射線レベルが低いときに特にこの影響は大きくなる。

つぎに、光パルスによる動作確認手法において、発光部５と発光制御部６に係り、突然の回路故障や予期しないドリフトが起こりうるという課題があった。一方、放射線源による動作確認手法においては、放射線源の半減期に従った減衰はあるが、このような予期しない変化が起こることはない。

さらに、光パルスによる動作確認手法においては、光パルスの発光量は一定であるため、センサ感度がドリフトした場合でも指示値は変わらず、ある一定の感度まで低下したところで突然指示値が低下するという課題があった。一方、放射線源による動作確認手法では、放出される放射線のエネルギーが単色であっても、線源自体や周囲の構造物による散乱の影響を受けるため、センサ部で検出される時にはある程度のエネルギー幅を持つ。これにより、センサ感度の変化は指示値の変化として表れるため、センサ感度のドリフトを監視することができる。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、放射線源を光パルスに置き換えたときに、放射線の測定値が実際より高い指示値を示す点を是正することができる放射線モニタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の放射線モニタにおいては、放射線及び光に感度を有するセンサ部と、信号増幅部及び波高弁別部を含む信号処理部と、正常動作を確認するために周期的に光パルスを発生する発光部と、この発光部の動作を制御する発光制御部と、この発光制御部からの信号と前記信号処理部からの信号の同時計数をとり、一定回数連続で同時計数信号が得られなかったときに故障と判定する同時計数部と、測定結果又は警報を表示する表示部と、を備え、前記発光部は、常時は発光させない予備の光源を含む複数の光源を有し、一定回数連続で同時計数信号が検出されなかったときに、予備の光源に切り替わる光源切替部をさらに具備することを特徴とするものである。
また、本発明の放射線モニタにおいては、放射線及び光に感度を有するセンサ部と、信号増幅部及び波高弁別部を含む信号処理部と、正常動作を確認するために周期的に光パルスを発生する発光部と、この発光部の動作を制御する発光制御部と、この発光制御部からの信号と前記信号処理部からの信号の同時計数をとり、一定回数連続で同時計数信号が得られなかったときに故障と判定する同時計数部と、測定結果又は警報を表示する表示部と、を備え、前記発光部の同じ発光量を持つ複数の光源からの光パルスを特性の異なる光学フィルタによって減衰させ、減衰後の前記光パルスによる放射線検出部からの出力信号が、前記信号処理部の波高弁別部において波高弁別レベルを上方及び下方に分布する波高値となるように設定することにより検出感度のドリフトが検出できること、を特徴とするものである。

本発明の放射線モニタによれば、発光制御部からの発光制御信号と信号処理部からの光パルスの検出信号との同時計数をとることにより、放射線源を用いることなく常時の動作確認を行い、放射線の測定結果から光パルスの影響を除き、光パルスによる動作確認機構の信頼性を高め、センサ感度の変化を監視することできる。

以下、本発明に係る放射線モニタの実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態の放射線モニタの概略構成を示すブロック図である。

まず、放射線モニタの構成について、図１を用いて説明する。

本図に示すように、放射線モニタは、放射線及び光に感度を有するセンサ部１と、信号増幅部及び波高弁別部を含む信号処理部２と、正常動作を確認するために周期的に光パルス１１を発生する発光部３と、この発光部３の動作を制御する発光制御部６と、この発光制御部６からの発光制御信号ａと信号処理部２からの検出信号ｂの同時計数をとる同時計数部７と、信号処理部２から出力されたパルス信号を演算する演算部３と、演算部３で演算された値や警報を表示する表示部４と、を備えている。

センサ部１は、放射線だけでなく光にも感度を持つ半導体素子である。例えば、γ線や光パルスがセンサ部１に入射すると、入射した放射線のエネルギーや光パルスの発光量に応じた波高値を持つ信号が出力され、信号処理部２に送られる。

なお、センサ部１として、シリコンやテルル化カドミウム等の半導体素子を用いることを想定しているが、シンチレータと光電子増倍管等の組み合わせ等によるセンサ部を用いてもよい。

また、ここで用いられる光については、ＬＥＤによる可視光を想定しているが、それに限らず紫外又は赤外領域の光を利用してもよい。

信号処理部２は、図示しない信号増幅部及び波高弁別部を備えている。センサ部１で出力された信号をこの信号増幅部で増幅した後に、波高弁別部である波高弁別回路により一定以上の波高値を持つ信号のみを弁別し、対応するパルス信号を出力する。

演算部３は、信号処理部２から出力されたパルス信号をカウントし、例えば１ｃｍ線量当量（率）等の放射線モニタで表示させる単位に換算すると共に、換算された値が規格内であるかどうかを判定し、規格外であれば警報信号を出力する。表示部４は、演算部３で換算された値や警報を表示する。

発光制御部６は、パルス状の発光制御信号ａを一定のパルス幅と周期、例えばパルス幅０．１μｓ、周期１ｓで出力する。発光部５は例えばＬＥＤより構成され、発光制御信号ａが入力されると、それに応じた光パルスを発生してセンサ部１を照射する。センサ部１は光パルス１１の光量に応じた信号を信号処理部２に出力し、信号処理部２からの検出信号は同時計数部７に入力される。

同時計数部７について図２を用いて説明する。

図２は、図１の同時計数部７における正常時のタイミングチャートを示す説明図で、（ａ）は発光制御部６から出力される発光制御信号ａを示すグラフ、（ｂ）は信号処理部２から出力される光パルスと放射線による検出信号ｂを示すグラフ、（ｃ）は発光制御信号ａと検出信号ｂの同時計数をとった同時計数信号ｃを示すグラフである。

図２（ａ）に示すように、発光制御部６から出力される信号を発光制御信号ａとし、図２（ｂ）に示すように、信号処理部２から出力される光パルスと放射線による信号を検出信号ｂとし、図２（ｃ）に示すように、両者の同時計数をとったものを同時計数信号ｃとする。また、図２（ｂ）において、検出信号ｂに現れている周期的ではない信号は、放射線の検出信号ｄを示す。
このように構成された本実施の形態において、同時計数部７は、信号処理部２からの検出信号ｂと、発光制御部６からの発光制御信号ａの同時計数をとる。同時計数部７に発光制御信号ａが入力されると、パルス幅よりも長い時間、例えば１μｓの間、入力信号が保持される。この保持たれている間に検出信号ｂが入力されると、図２（ｃ）に示す同時計数信号ｃが得られる。光パルスによる検出信号ｂは、発光制御信号ａとほぼ同時に入ってくるため、この同時計数信号ｃは、放射線モニタが正常に動作していれば、図２（ｂ）に示すように発光制御信号ｂと同じ周期で得られる。この同時計数信号ｃが、ある一定回数連続で得られなかったときには、同時計数部７から故障信号ｅを出力し、表示部４で故障が表示される。

また、同時計数信号ｃは、発光制御信号ａと放射線の検出信号ｂによるものであって、判別することはできない。このときは、放射線の検出信号が得られていることにより正常動作が確認できるために、故障信号ｅが出力されなくても支障はない。

さらに、同時計数信号ｃは、検出信号ｂから光パルスによる検出信号のみが弁別されたものと考えられるために、同時計数信号ｃを演算部３に入力し、検出信号ｂから差し引くことにより、光パルスによる検出信号を除いた放射線のみによる指示値を得ることができる。また、このような処理を行わず、放射線源を使用したときのように、指示値が一定値以上を保つようにすることもできる。

本実施の形態によれば、発光制御部６からの発光制御信号ａと信号処理部２からの光パルスの検出信号ｂとの同時計数をとることにより光パルス１１による検出信号を弁別し、一定回数連続で同時計数信号が得られなかったときに故障と判定することができる。かくして、放射線の測定結果から光パルス１１の影響を除き、光パルス１１による動作確認機構の信頼性を高め、センサ感度の変化を監視することでき、放射線源を用いることなく常時の動作確認を行い、放射線の測定結果から光パルス１１の影響を除き、光パルス１１による動作確認機構の信頼性を高め、センサ感度の変化を監視することできる。

図３は、本発明の第２の実施の形態の放射線モニタの概略構成を示すブロック図である。図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

本図に示すように、本実施の形態の放射線モニタは、図１に示す放射線モニタに光源切替部８を設けたものである。この光源切替部８は、発光部５の光源を切り替えるものである。

この発光部５は、予備の光源を含む複数の光源、例えば２個のＬＥＤを備えている。発光制御部６から発光制御信号ａが入力されると、光源切替部８により選択されている１つのＬＥＤが、入力信号に応じた光パルス１１を発生してセンサ部１を照射する。センサ部１は光パルス１１の光量に応じた信号を信号処理部２に出力する。信号処理部２からの検出信号ｂは同時計数部７に入力される。

この同時計数部７において、信号処理部２からの検出信号ｂと、発光制御部６からの発光制御信号ａの同時計数をとる。図２（ｃ）に示す同時計数信号ｃが、ある一定の回数連続で得られなかったときには、故障信号ｅを出力し、表示部４で故障を表示する。

また、この故障と判断される回数より少ない回数や連続で同時計数信号ｃが得られなかったときに、光源切替部８に光源切替信号ｆを送り、予備の光源に自動で切り替えられる。

例えば、同時計数部７において５回連続で同時計数が得られなかったときに故障と判定する場合は、同時計数部７において３回連続で同時計数が得られなかったときに、光源切替部８で予備のＬＥＤに切り替える。この切り替えにより、再び同時計数信号ｃが得られるようになれば、故障は光パルスによる正常動作確認部分にあり、放射線測定機能には問題がないことが分かるので、測定を継続することができる。

このように、故障が光パルス１１による正常動作確認部分にあるのか、放射線測定機能にあるのかを自動で切り分けると共に、ＬＥＤのドリフトにより光パルスの検出信号が波高弁別レベル以下になる等の放射線測定機能には問題がないときは、測定を継続することができる。

なお、発光部５の光源を切り替えるときには、光源切替信号ｆを表示部４にも同時に送ることにより、発光部５が切り替わったことが分かるよう表示することもできる。

また、発光制御部５の予備も用意しておき、発光部５のＬＥＤだけでなく発光制御部６ごとに切り替えるようにすれば、信頼性は更に高くなる。

また、複数の発光部５が、タイミングをずらして発光する構成としても同様の効果が得られる。例えば、発光部５の２つのＬＥＤをどちらも周期２ｓで交互に発光させているときに、一方のＬＥＤがドリフトして検出信号が弁別波高値以下になっても、他方のＬＥＤからの同時計数信号ｃが検出されるため、同時計数信号ｃが得られない状態は連続して続かず、故障と判定される回数には達しない。このようなときは、同時計数部７へ入力される発光制御信号ｂは、発光部５の２つの光源の発光制御信号のＯＲをとったものとする。また、このときには、同時計数信号ｃによる計数値を表示できるようにするか、光パルスによる指示値を差し引かない構成とすることにより、発光部５のＬＥＤの故障を知ることができる。

本実施の形態によれば、正常動作を確認するために周期的に光パルス１１を発生する発光部５を設けることにより、放射線源を用いることなく常時の動作確認を行い、放射線の測定結果から光パルス１１の影響を除き、光パルス１１による動作確認機構の信頼性を高め、センサ感度の変化を監視することでき、さらに、発光部５に予備の光源を設け、光源切替部８により１つの光源に切り替えることにより、光パルス１１による動作確認機構の信頼性をさらに高め、センサ感度の変化を監視することできる。

図４は、本発明の第３の実施の形態の放射線モニタの概略構成を示すブロック図である。図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

本図に示すように、本実施の形態の放射線モニタは、図１に示す放射線モニタに駆動電圧制御部９を設けたものである。

駆動電圧制御部９は、発光制御部６から出力される発光制御信号ａの周期とパルス幅は変化させず、パルス波高のみを変化させた信号を出力するものである。発光部５は、駆動電圧制御部９からの発光制御信号ａが入力されると、信号のパルス波高に応じた発光量の光パルス１１を発生してセンサ部１を照射する。

センサ部１は光パルス１１の発光量に応じた信号を出力するため、駆動電圧制御部９により光パルス１１の駆動電圧を調整することにより、センサ部１から出力される信号の波高値を任意に変化させることができる。センサ部１からの信号は、信号処理部２に入力され、信号処理部２からの検出信号ｂは同時計数部７に入力される。

同時計数部７は、信号処理部２からの検出信号ａと、発光制御部６からの発光制御信号ｂの同時計数をとる。この図２（ｃ）に示す同時計数信号ｃが一定の回数連続で得られなかった場合に故障信号ｅを出力し、表示部４で故障を表示する。

ここで、光パルス１１の発光量を変化させたときの信号処理部２における波高弁別時の光パルス１１の検出信号について、図５を用いて説明する。

図５は、図４の光パルス１１の発光量を変化させたときの信号処理部２における波高弁別時の光パルスの検出信号の波高値を示すグラフである。このグラフは、駆動電圧制御部９により調整された光パルス１１の信号が入力された信号処理部２における波高弁別時の光パルスの検出信号ｂの波高値の例である。

なお、図５は出力信号の最大波高値を表したものであり、波形は実際の出力信号と異なる。光パルス１１をこのような発光量に調整することにより、光パルスの検出信号を全体の測定値から差し引かないときには、指示値の変化からセンサ感度のドリフトが監視できる。また、光パルスを除いて放射線のみによる指示値を表示するときには、同時計数信号の指示値を放射線の測定値とは別に表示することにより、センサ感度のドリフトが監視できる。

本実施の形態によれば、駆動電圧制御部９を設けることにより、信号処理部２の波高弁別部において波高弁別レベルの上方及び下方に連続的に変化する波高値となるように光パルス１１の発光量を連続的に変化させることにより、検出感度のドリフトを検出することが可能となる。

さらに、図３に示すように、予備の光源と光源切替部８を設けた構成において、図５のように検出信号ｂの波高値が波高弁別レベルの上方及び下方に出力されるように設定し、同時計数部７にて一定回数連続で同時計数信号が得られないとき又は一定回数連続で信号が得られたときに光源が切り替わり、切り替わる回数より多い回数連続で信号が得られた場合又は得られなかった場合に故障と判定するようにしてもよい。

光源の切り替えによって同時計数部７での同時計数信号ｃが設定通りに戻ったときには、例えばＬＥＤのドリフトにより発光量が変化する等切り替え前の光パルスによる正常動作確認部分に故障があったことを意味し、一定回数連続で同時計数信号ｃが得られなかったために切り替わった場合は光パルスの発光量の低下を示し、一定回数連続で信号が得られたために切り替わった場合は光パルスの発光量の上昇が考えられる。

また、切り替えた後も同時計数部７にて、一定回数連続で同時計数信号ｃが得られない又は一定回数連続で信号が得られた場合は、例えばバイアス電圧の変動により、センサ感度が変動していることが分かる。

このセンサ感度の低下については、従来の放射線源を用いた正常動作確認手法でも指示値の低下により監視できたが、センサ感度の上昇については、バックグランドの線量が上昇しているのか、センサ感度が上昇しているのかを区別することができなかった。

このため、指示値が上昇すると、他の可搬型検出器を用いて測定を行う必要があった。これに対し、本実施の形態においては光パルスの信号を弁別することにより、センサ感度の上昇についても監視が可能となる。

なお、一定回数連続で信号が検出されたときに発光部５が切り替わるようにすると、測定対象の放射線の線量率が高くなった場合に、放射線との同時計数により、一定回数を超えて連続で同時計数が得られる可能性がある。これに対応するため、一定以上の指示値があるときには、連続で同時計数信号が検出されても故障とは判断しないようにすることで、誤ってセンサ部の異常と判断することを抑制することができる。

さらに、光パルス１１の発光量を変化させる代わりに、発光量が異なる複数の光源を、同じ周波数でタイミングをずらして発光させても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、発光量の異なる複数の光源を用いる代わりに、同じ発光量を持つ複数の光源からの光パルスを特性の異なる光学フィルタによって減衰させたものを用いてもよい。このときは、同時計数部７へ入力される発光制御信号ａは、複数の光源の発光制御信号のＯＲをとったものとする。

ここで、発光量外部出力１０について、図４を用いて説明する。

発光量外部出力１０は、発光部５で発生する光パルス１１の発光量を、センサ部１と発光部５を覆う遮光体の外部から測定するためのものであり、例えば光ファイバ等の光路と外部コネクタから構成される。光ファイバのセンサ側は、逆に外部の光が入射した場合でも、外部からの光がセンサ部にあたらない場所に設置する。また、センサ部１に入射する光量と同等の光量が出力される場所に設置されることが望ましいが、設定時の外部出力における発光量を記録しておき、異常が起きたときに比較することにより、発光量のドリフトがないか確認できるために必ずしも同等である必要はない。

本実施の形態によれば、この発光量外部出力１０を設け、光源の発光量を外部から個別に設定できるようにすることにより、発光量の調整時に外部から光が入射し、設定後の光パルスの発光量が全体的に低くなることを抑制することができる。そして、測定中でも校正された測定器を用いて光パルスの発光量を確認することができる。

また、放射線モニタは高い信頼性が求められることから使用実績が重要になることが多い。第１乃至第３の実施の形態の放射線モニタは、センサ部１、信号処理部２、測定部３及び表示部４からなる一般的な放射線モニタから構成され、発光部５、発光信号制御部６、同時計数部７、光源切替部８及び発光量制御部９からなる光パルスによる正常動作確認部分から構成されている。このために、他の手法による正常動作確認手法から第１乃至第３の実施の形態の手法に切り替えるときに、センサ部１、信号処理部２、測定部３及び表示部４から構成される実績のある測定回路をそのまま使用できる。

かくして、放射線源を用いることなく常時動作確認ができ、放射線の測定値から光パルスの影響を除くことが可能であり、光パルス１１による動作確認機構の信頼性が高くセンサ感度の変化を監視することが可能な放射線モニタとして、主要な測定回路に変更を与えることなく、使用実績のある一般的な放射線モニタの構成部分を流用することができ、信頼性の高い放射線モニタを得ることができる。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の第１の実施の形態の放射線モニタの概略構成を示すブロック図。図１の同時計数部における正常時のタイミングチャートを示す説明図で、（ａ）は発光制御部から出力される発光制御信号を示すグラフ、（ｂ）は信号処理部から出力される光パルスと放射線による検出信号を示すグラフ、（ｃ）は発光制御信号と検出信号の同時計数をとった同時計数信号を示すグラフ。本発明の第２の実施の形態の放射線モニタの概略構成を示すブロック図。本発明の第３の実施の形態の放射線モニタの概略構成を示すブロック図。図４の光パルスの発光量を変化させたときの信号処理部２における波高弁別時の光パルスの検出信号の波高値を示すグラフ。従来の放射線モニタの概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１…センサ部、２…信号処理部、３…演算部、４…表示部、５…発光部、６…発光制御部、７…同時計数部、８…光源切替部、９…駆動電圧制御部、１０…発光量外部出力、１１…光パルス、ａ…発光制御信号、ｂ…検出信号、ｄ…放射線の検出信号、ｅ…故障信号、ｆ…光源切替信号。

Claims

放射線及び光に感度を有するセンサ部と、
信号増幅部及び波高弁別部を含む信号処理部と、
正常動作を確認するために周期的に光パルスを発生する発光部と、
この発光部の動作を制御する発光制御部と、
この発光制御部からの信号と前記信号処理部からの信号の同時計数をとり、一定回数連続で同時計数信号が得られなかったときに故障と判定する同時計数部と、
測定結果又は警報を表示する表示部と、
を備え、
前記発光部は、常時は発光させない予備の光源を含む複数の光源を有し、一定回数連続で同時計数信号が検出されなかったときに、予備の光源に切り替わる光源切替部をさらに具備する
ことを特徴とする放射線モニタ。
前記同時計数信号が検出されなかった回数が、前記発光部が予備の光源に切り替わる回数より多く連続したときに異常と判断すること、を特徴とする請求項１記載の放射線モニタ。
前記発光部が、前記信号処理部の波高弁別部において波高弁別レベルの上方及び下方に連続的に変化する波高値となるように前記光パルスの発光量を連続的に変化させる駆動電圧制御部を具備すること、を特徴とする請求項１記載の放射線モニタ。
前記発光部の発光量の異なる複数の光源からの光パルスによる放射線検出部からの出力信号が、前記信号処理部の波高弁別部で波高弁別レベルの上方及び下方に分布する波高値となるように設定することにより検出感度のドリフトが検出できること、を特徴とする請求項１記載の放射線モニタ。
前記発光部の複数の光源の発光量を、それぞれ独立に外部から調整できるように構成されること、を特徴とする請求項２又は４記載の放射線モニタ。
放射線及び光に感度を有するセンサ部と、
信号増幅部及び波高弁別部を含む信号処理部と、
正常動作を確認するために周期的に光パルスを発生する発光部と、
この発光部の動作を制御する発光制御部と、
この発光制御部からの信号と前記信号処理部からの信号の同時計数をとり、一定回数連続で同時計数信号が得られなかったときに故障と判定する同時計数部と、
測定結果又は警報を表示する表示部と、
を備え、
前記発光部の同じ発光量を持つ複数の光源からの光パルスを特性の異なる光学フィルタによって減衰させ、減衰後の前記光パルスによる放射線検出部からの出力信号が、前記信号処理部の波高弁別部において波高弁別レベルの上方及び下方に分布する波高値となるように設定することにより検出感度のドリフトが検出できること、を特徴とする放射線モニタ。