JP5395753B2 - 放射線計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線を測定するための放射線計測装置に係り、特に、γ線の測定に好適な放射線計測装置に関する。

原子力発電所では、放射線、特に、γ線の測定用に放射線検出器が用いられている。放射線検出器として、高線量率の測定にはイオンチェンバーが好適である。しかしながら、イオンチェンバーは、出力電流値が非常に小さい場合、例えば、10^-13A程度の場合には、ノイズに弱いという欠点がある。従って、イオンチェンバーは、低線量率の測定には不適である。

低線量率の測定には、NaIシンチレーション検出器が用いられる。しかしながら、NaIシンチレーション検出器では、シンチレーション光の減衰時間が長いため、高線量率の測定に使用されていない。比較的低線量率の測定には、エリアモニタであるシリコン半導体検出器が用いられている。しかしながら、シリコン半導体検出器は、検出効率が小さいため、広い測定範囲の測定に適用できない。従って、広い測定範囲で、かつ、低線量率と高線量率の両者の測定が必要な場合には、イオンチェンバーとNaI検出器の両者を組合せた検出器が使用される。しかしながら、これは、高価で大型の検出器となる。

NaIシンチレーション検出器では、検出器からの信号を線量に変換する方法として、Discrimination Bias Modulation方式を用いる。この方式は、NaIシンチレーション検出器の波高値信号を用いる。波高値に応じた線量変換係数を予め求めておき、計測した波高値に応じた線量変換係数を乗ずることで線量を測定する。半導体放射線検出素子は、高エネルギガンマ線に対する検出感度が小さいため、NaIシンチレーション検出器におけるDiscrimination Bias Modulation方式を適用することができない。

特開昭６２−７５３６６ 特開昭６３−１２１７９ 特開平０５−２３２２３４ 特開平０７−３１１２７２ 特開平１１−１０９０３８

特許文献１には、フィルタを介して放射線を検出する検出器とフィルタを介さない、即ち、直接放射線を検出する検出器の２つの検出器を備えた装置が記載されている。２つの検出器からの出力信号を用いて、放射線検出器のエネルギ特性曲線を平坦化する補正を行う。特許文献２には、厚さが互いに異なる半導体からなる電極を設けた半導体放射線検出器が記載されている。これらの電極は、電極の厚さに応じて、エネルギの異なる放射線を選択的に検出する。特許文献３には、樹脂フィルタ、チタンフィルタ、鉛フィルタをそれぞれ備える３個の半導体検出器を設けることが記載されている。これらの検出器の感度比を求め、感度比と予め求めた３つのフィルタの感度特性より、γ線の平均エネルギを求める。特許文献４には、球殻形状のＴｉフィルタによって覆われた検出素子と、球殻形状のＰｂフィルタによって覆われた検出素子を有する放射線検出器が記載されている。特許文献５には、前段の半導体検出器と後段の遮蔽箱によって覆われた半導体検出器を直列に配置した装置が記載されている。

しかしながら、これらの特許文献に記載された放射線検出器は、原子力発電所におけるガンマ線の計測に好適ではないし、簡単な構造で、広い計測レンジで、かつ、高線量率の測定を行うことはできない。

本発明の目的は、原子力発電所におけるガンマ線の計測に好適な、広い計測レンジで、かつ、高線量率の測定に好適な、小型コンパクトな放射線計測装置を提供することである。

本発明の放射線計測装置は、第１及び第２のシリコン半導体放射線検出素子と第１及び第２の前置増幅器をそれぞれ有する第１及び第２の放射線検出器を備え、第１及び第２の放射線検出器には、それぞれ、測定対象から入射されるガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスを減衰させるための厚さが異なる第１及び第２のガンマ線調整板が設けられている。第１及び第２の放射線検出器は、測定対象以外から入射されるガンマ線を遮断する遮蔽部材によって覆われている。

遮蔽部材によって、一方の面に開口を有するチャンバが形成されており、該チャンバ内には、前記第１のガンマ線調整板、前記第１の放射線検出器、前記第２のガンマ線調整板、及び、前記第２の放射線検出器が、前記開口から内部に向かう方向に沿って順に直列に配置されている。

本発明によれば、広い計測レンジで、かつ、高線量率の測定に好適な、小型コンパクトな放射線計測装置を提供できる。

本発明の放射線計測装置の第１の例の構成図である。 本発明の放射線計測装置のガンマ線調整板の機能を説明する図である。 本発明の放射線計測装置のガンマ線調整板の厚さによる計数率特性の変化を説明する図である。 本発明の放射線計測装置の好ましい計数率特性の一例を示す図である。 本発明の放射線計測装置の計数率特性を説明する図である。 本発明の放射線計測装置の第２の例の構成図である。 本発明の放射線計測装置の第３の例の構成図である。 本発明の放射線計測装置の第４の例の構成図である。 本発明の放射線計測装置の第５の例の構成図である。 本発明の放射線計測装置の第６の例の構成図である。

図１を参照して、本発明の放射線計測装置の第１の例を説明する。本例の放射線計測装置は、第１及び第２の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂと、これらの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂからの出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第１及び第２の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂと、これらの波高弁別器からの出力パルスを計数するパルス計数装置２３と、パルス計数装置２３から出力された計数を線量に変換する線量演算器２４と、線量演算器２４からの線量データを収集するデータ収集用コンピュータ２５を有する。

放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、それぞれ１個のシリコン半導体放射線検出素子と前置増幅器を有する。シリコン半導体放射線検出素子は、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。

半導体中に大きな電界があると、光子の衝突によって発生する電子が加速され、他の半導体原子と衝突して複数の電子を弾き出す。ここで弾き出された電子は電界によって加速され、他の半導体電子に衝突してさらに電子を弾き出す。この連鎖によって、移動する電子が爆発的に増える現象をアバランシェ増倍と呼ぶ。アバランシェフォトダイオードは、アバランシェ増倍を利用して受光感度を上昇させたフォトダイオードである。

シリコンアバランシェフォトダイオードからの出力信号幅は、数nsec程度であり、NaIシンチレーション検出器と比較して2桁以上小さいから、2桁以上高い計数率の計測が可能であり、高線量率の測定が可能となる。

放射線検出器１１Ａ、１１Ｂに含まれるシリコン半導体放射線検出素子の有感部分の厚さは、互いに同一であってもよいが異なってもよい。即ち、放射線検出器１１Ａ、１１Ｂに含まれるシリコン半導体放射線検出素子の感度は、互いに同一であってもよいが異なってもよい。

放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、ガンマ線による光を電気信号に変換し、波高弁別器２２Ａ、２２Ｂに出力する。波高弁別器２２Ａ、２２Ｂは、波高領域別に、即ち、エネルギ領域別に、計数率を計測してパルスを生成し、パルス計数装置３に出力する。パルス計数装置２３は、２つの波高弁別器２２Ａ、２２Ｂからのパルスをそれぞれ計数し、線量演算器２４に出力する。線量演算器２４は、計数を線量率に変換し、コンピュータ２５に出力する。コンピュータ２５は、測定対象又は測定空間からのガンマ線の線量率を出力する。

第１及び第２の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、それぞれガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂによって覆われている。即ち、本例の放射線計測装置では、放射線検出器１１Ａ、１１Ｂの周囲は、それぞれガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂによって完全に覆われている。従って、本例の放射線計測装置は、空間のガンマ線の線量率の測定に好適である。

ガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂは、放射線検出器に入射するガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスを調整する機能を有する。ガンマ線調整板１６Ａ、６Ｂは、鉛、鉄、アルミ等によって構成され、ガンマ線を減衰させる機能を有する。

ガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂは互いに異なる厚さを有する。そのため、ガンマ線エネルギ及びフラックスを減衰させる力は、２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂで互いに異なる。

厚さが小さい第１のガンマ線調整板１６Ａによって覆われた第１の放射線検出器１１Ａは、低エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用され、厚さが大きい第２のガンマ線調整板１６Ｂによって覆われた第２の放射線検出器１１Ｂは、高エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用される。従って、本例の放射線計測装置は、低線量率から高線量率までの広い範囲の線量率を計測することができる。これについては後に図５を参照して説明する。

図２を参照して、ガンマ線調整板の機能を説明する。図２の曲線２０１は、１個の半導体放射線検出素子を備えた放射線検出器の計数率特性を示し、曲線２０２は、１個の半導体放射線検出素子をガンマ線調整板によって覆った構造の放射線検出器の計数率特性を示す。横軸は、ガンマ線エネルギ、縦軸は、ガンマ線フラックスを計数率で除した値である。ガンマ線フラックスは、ガンマ線束の単位時間当たりのエネルギを表し、計数率は放射線検出器によって検出した単位時間当たりの計数である。従って、縦軸は、単位計数当たりのエネルギ、即ち、検出感度を表す。

曲線２０１に示すように、半導体放射線検出素子では、即ち、ガンマ線調整板によって覆われていない場合には、ガンマ線エネルギが低い領域では、検出感度が高く測定可能であるが、ガンマ線エネルギが高い領域では、検出感度が低くなり、測定不能となる。

曲線２０２に示すように、半導体放射線検出素子をガンマ線調整板によって覆うと、計数率特性が変化する。ガンマ線調整板を設けることにより、低エネルギのガンマ線も高エネルギのガンマ線も共に減衰する。従って、低いエネルギのガンマ線は測定不能になるが、高エネルギのガンマ線は、測定可能となる。従って、ガンマ線調整板を設けることにより、測定レンジがシフトする。

図３を参照して、ガンマ線調整板の厚さと計数率特性の関係を説明する。図３の曲線３０１は、比較的薄いガンマ線調整板によって覆われた１個の半導体放射線検出素子を備えた放射線検出器の計数率特性を示し、曲線３０２は、比較的厚いガンマ線調整板によって覆われた１個の半導体放射線検出素子を備えた放射線検出器の計数率特性を示す。横軸は、ガンマ線エネルギ、縦軸は、ガンマ線フラックスを計数率で除した値であり、放射線検出器の感度を表す。２つの曲線３０１、３０２を比較すると判るように、ガンマ線調整板の厚さを大きくすると、感度が低下するが、測定レンジが高エネルギ側にシフトする。２つのガンマ線調整板の厚さの差が大きいと、２つの曲線３０１、３０２の中心位置の間の距離が大きくなる。

ここでは、ガンマ線調整板の材料を同一とし、厚さのみを変えることにより、２つの曲線３０１、３０２に示すような異なる計数率特性を得ることを説明した。しかしながら、ガンマ線調整板の材料を変えることによっても、２つの曲線３０１、３０２に示すような異なる計数率特性を得ることは可能である。図１に示した本発明の放射線計数装置の第１の例では、２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂは互いに異なる厚さを有するが、互いに異なる材料によって構成してもよい。以下に本発明の放射線計数装置の第２〜第６の例でも、複数のガンマ線調整板は互いに異なる厚さを有するとして説明するが、互いに異なる材料によって構成してもよい。

図４の曲線４０１は放射線検出器の好ましい計数率特性を示す。図示のように、測定レンジが広く、且つ、感度が略一定であることが好ましい。例えば、感度の変動量ΔＸが±１５％以内であればよい。放射線検出器の好ましい計数率特性において、感度の大きさは重要ではなく、感度の変動が少ないことが重要である。単一の半導体放射線検出素子を用いた場合には、このように広い測定レンジを得ることができない。そこで、本発明によると、複数の半導体放射線検出器を用いる。

図５を参照して本発明の放射線検出器の計数率特性を説明する。図１に示したように、本発明の放射線検出器の第１の例は、２つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂを備えており、これらの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、それぞれガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂによって覆われている。ガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂの厚さは互いに異なる。図５の曲線５０１Ａは、比較的薄いガンマ線調整板１６Ａによって覆われた第１の放射線検出器１１Ａの計数率特性を示し、曲線５０１Ｂは、比較的厚いガンマ線調整板１６Ｂによって覆われた第２の放射線検出器１１Ｂの計数率特性を示す。横軸は、ガンマ線エネルギ、縦軸は、線量率を計数率で除した値であり、単位計数当たりの線量、即ち、検出感度を表す。

曲線５０１Ｃは、第２の放射線検出器１１Ｂの感度の補正値を示す。本例では、第２の放射線検出器１１Ｂの出力又は計数率を補正することによって、第２の放射線検出器１１Ｂの感度を、第１の放射線検出器１１Ａの感度と同一レベルにする。２つの曲線５０１Ａ、５０１Ｂの高さの比は、２つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂの感度の比を表し、既知である。従って、第２の放射線検出器１１Ｂの出力又は計数率に、感度の比を乗算することによって、２つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂの感度を等しくすることができる。破線で示す曲線５０２は、本発明の第１の例による放射線計測装置の感度を表す。本例によると、比較的広い計測範囲にてガンマ線の線量率を計測することができる。尚、２つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂのガンマ線調整板の厚さの差が大きいと、２つの曲線５０１、５０２の中心位置の間の距離が大きくなり、曲線５０２のように平らな曲線は得られない。従って、曲線５０２のように平らな曲線を得るには、２つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂのガンマ線調整板の厚さの差を所定の大きさにする必要がある。

本発明によると、互いに厚さの異なるガンマ線調整板を供えた２つの放射線検出器を組み合わせることにより、破線で示す曲線５０２のような所望の計数率特性を有する放射線計測装置を構成することができる。即ち、２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂの厚さを所定の値に設定することにより、図４に示したような所望の計数率特性を備えた放射線計数装置を構成することができる。

図６を参照して、本発明の放射線計測装置の第２の例を説明する。本例の放射線計測装置は、配管３１及び配管３１の内部３０からのガンマ線による線量率を測定するのに好適である。本例の放射線計測装置は、第１及び第２の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂを含む半導体放射線検出器ユニット１０Ａと、これらの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂからの出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第１及び第２の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂと、これらの波高弁別器からの出力パルスを計数するパルス計数装置２３と、パルス計数装置２３から出力された計数を線量に変換する線量演算器２４と、線量演算器２４からの線量データを収集するデータ収集用コンピュータ２５を有する。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、それぞれ１個のシリコン半導体放射線検出素子と前置増幅器を有する。シリコン半導体放射線検出素子は、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。

半導体放射線検出器ユニット１０Ａは、遮蔽部材１７を有する。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、遮蔽部材１７によって囲まれている。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、遮蔽部材１７によって形成されたチャンバ１８内に配置されている。チャンバ１８の開口は、測定対象である配管３１に向けられる。２つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、チャンバ１８内にて、直列に配置されている。更に、２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂが、チャンバ１８内にて、直列に配置されている。

チャンバ１８には、チャンバ１８の開口から奥に向かって、第１のガンマ線調整板１６Ａ、第１の放射線検出器１１Ａ、第２のガンマ線調整板１６Ｂ、及び、第２の放射線検出器１１Ｂが、この順で配置されている。

遮蔽部材１７はガンマ線を遮蔽する機能を有し、例えば、鉛によって構成される。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂを遮蔽部材１７によって囲むことにより、配管３１及び配管３１の内部３０以外からのガンマ線が放射線検出器１１Ａ、１１Ｂに入射することを阻止することができる。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂは、配管３１及び配管３１の内部３０からのガンマ線のみの線量率を測定することができる。

第１の放射線検出器１１Ａは、第１のガンマ線調整板１６Ａによって減衰したガンマ線を検出し、第２の放射線検出器１１Ａは、第１及び第２のガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂによって減衰したガンマ線を検出する。

第１の放射線検出器１１Ａは、低エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用され、第２の放射線検出器１１Ｂは、高エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用される。従って、本例の放射線計測装置は、低線量率から高線量率までの広い範囲の線量率を計測することができる。

本例では、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さは、第１のガンマ線調整板１６Ａの厚さより小さい。第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さは、図１に示した第１の例では、２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂの厚さの差に相当する。図３を参照して説明したように、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さは、２つの計数率特性を表す曲線の中心位置の間のずれ、又は間隔を表す。従って、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さが大きいと、２つの計数率特性を表す曲線の中心位置のずれが大きくなり、均一な感度の計数率特性が得られない。そこで、本例では、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さを比較的小さくする。尚、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さを、第１のガンマ線調整板１６Ａの厚さと同一にしてもよい。２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂの厚さを所定の値に設定することにより、図４に示したような所望の計数率特性を備えた放射線計数装置を構成することができる。

本例の放射線計測装置の第１及び第２の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂ、パルス計数装置２３、線量演算器２４、及び、データ収集用コンピュータ２５の動作は、図１の第１の例と同様である。

図７を参照して、本発明の放射線計測装置の第３の例を説明する。本例の放射線計測装置は、配管３１及び配管３１の内部３０からのガンマ線による線量率を測定するのに好適である。本例の放射線計測装置は、第１、第２及び第３の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを含む半導体放射線検出器ユニット１０Ｂと、これらの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃからの出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第１、第２及び第３の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと、これらの波高弁別器からの出力パルスを計数するパルス計数装置２３と、パルス計数装置２３から出力された計数を線量に変換する線量演算器２４と、線量演算器２４からの線量データを収集するデータ収集用コンピュータ２５を有する。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、それぞれ１個のシリコン半導体放射線検出素子と前置増幅器を有する。シリコン半導体放射線検出素子は、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。

本例の放射線計測装置を図６の放射線計測装置の第２の例と比較すると、本例では、ガンマ線調整板１６Ｃ、放射線検出器１１Ｃ、及び波高弁別器２２Ｃが付加的に設けられている点が異なる。

半導体放射線検出器ユニット１０Ｂは、遮蔽部材１７を有する。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、遮蔽部材１７によって囲まれている。本例では、遮蔽部材１７によって形成されたチャンバ１８内に、３つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと３つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃが直列に配置されている。即ち、チャンバ１８の開口から奥に向かって、第１のガンマ線調整板１６Ａ、第１の放射線検出器１１Ａ、第２のガンマ線調整板１６Ｂ、第２の放射線検出器１１Ｂ、第３のガンマ線調整板１６Ｃ、及び、第３の放射線検出器１１Ｃが、この順で配置されている。

第１の放射線検出器１１Ａは、第１のガンマ線調整板１６Ａによって減衰したガンマ線を検出し、第２の放射線検出器１１Ａは、第１及び第２のガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂによって減衰したガンマ線を検出し、第３の放射線検出器１１Ｃは、第１、第２及び第３のガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃによって減衰したガンマ線を検出する。

第１の放射線検出器１１Ａは、低エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用され、第２の放射線検出器１１Ｂは、中エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用され、第３の放射線検出器１１Ｃは、高エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用される。従って、本例の放射線計測装置は、低線量率から高線量率までの広い範囲の線量率を計測することができる。

本例では、第３のガンマ線調整板１６Ｃの厚さは、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さより小さい。第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さは、第１のガンマ線調整板１６Ａの厚さより小さい。上述のように、第２及び第３のガンマ線調整板１６Ｂ、１６Ｃの厚さは、それぞれ、２つの計数率特性を表す曲線の中心位置の間のずれ、又は間隔を表す。従って、第２及び第３のガンマ線調整板１６Ｂ、１６Ｃの厚さが大きいと、それぞれ２つの計数率特性を表す曲線の中心位置のずれが大きくなり、均一な感度の計数率特性が得られない。そこで、本例では、３つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの厚さをこの順に小さくする。尚、３つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの厚さを、適宜、同一にしてもよい。３つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの厚さを所定の値に設定することにより、図４に示したような所望の計数率特性を備えた放射線計数装置を構成することができる。

本例の放射線計測装置の第１、第２及び第３の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、パルス計数装置２３、線量演算器２４、及び、データ収集用コンピュータ２５の動作は、図１の第１の例と同様である。

図６の第２の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ａでは、ガンマ線調整板と放射線検出器からなるセットを、直列に２個配置し、図７の第３の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ｂでは、ガンマ線調整板と放射線検出器からなるセットを、直列に３個配置している。しかしながら、ガンマ線調整板と放射線検出器からなるセットを、直列に４個以上配置してもよい。

図８を参照して、本発明の放射線計測装置の第４の例を説明する。本例の放射線計測装置は、配管３１及び配管３１の内部３０からのガンマ線による線量率を測定するのに好適である。本例の放射線計測装置は、第１、第２、第３及び第４の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを含む半導体放射線検出器ユニット１０Ｃと、これらの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄからの出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第１、第２、第３及び第４の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと、これらの波高弁別器からの出力パルスを計数するパルス計数装置２３と、パルス計数装置２３から出力された計数を線量に変換する線量演算器２４と、線量演算器２４からの線量データを収集するデータ収集用コンピュータ２５を有する。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、それぞれ１個のシリコン半導体放射線検出素子と前置増幅器を有する。シリコン半導体放射線検出素子は、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。

本例の放射線計測装置を図６の放射線計測装置の第２の例と比較すると、本例では、図６に示した第２の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ａが、２個並列に、即ち、配管３１に向かって互いに並んで配置されている。本例では、波高弁別器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄは４個であるが、パルス計数装置２３、線量演算器２４、及び、データ収集用コンピュータ２５はそれぞれ１個である。本例では、遮蔽部材１７によって２つのチャンバ１８Ａ、１８Ｂが形成されている。２つのチャンバ１８Ａ、１８Ｂは並列に、即ち、配管３１に向かって互いに並んで配置されている。第１のチャンバ１８Ａ内には、２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂと２つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂが、交互に直列に配置されている。第２のチャンバ１８Ｂ内には、２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂと２つの放射線検出器１１Ｃ、１１Ｄが交互に直列に配置されている。

本例の放射線計測装置では、上側の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂと下側の放射線検出器１１Ｃ、１１Ｄは同一構造を有するため、上側の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂと下側の波高弁別器２２Ｃ、２２Ｄは同一の計数率を出力するはずである。パルス計数装置２３、線量演算器２４、及び、データ収集用コンピュータ２５は、上側の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ及び波高弁別器２２Ａ、２２Ｂから得られた計数率と、下側の放射線検出器１１Ｃ、１１Ｄ及び波高弁別器２２Ｃ、２２Ｄから得られた計数率とから、それぞれ線量率を演算する。こうして得られた２つの計数率及び線量率は、本来、同一であるはずである。そこで、両者の間に差異がある場合には、出力として得られる線量率に誤差が含まれていると判定することができる。両者の間に差異がない場合には、出力として得られる線量率は誤差を含まないと判定することができる。本例の放射線計測装置では、２個の半導体放射線検出器ユニットを並列に配置することにより、ノイズに強い放射線計測装置を提供できる。

図８の第４の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ｃでは、図６の第２の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ａを、並列に２個配置している。しかしながら、図６の第２の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ａを、並列に３個以上配置してもよい。更に、図７の第３の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ｂを、並列に２個又は３個以上配置してもよい。

図９を参照して、本発明の放射線計測装置の第５の例を説明する。本例の放射線計測装置は、配管等のガンマ線による線量率を測定するのに好適である。本例の放射線計測装置は、半導体放射線検出器ユニット１０Ｄ、パルス計数装置２３、線量演算器２４、及び、データ収集用コンピュータ２５を有する。半導体放射線検出器ユニット１０Ｄは、第１及び第２のシリコン半導体放射線検出素子１１ａ、１１ｂと、これらのシリコン半導体放射線検出素子１１ａ、１１ｂからの出力信号をそれぞれ増幅する前置増幅器１２ａ、１２ｂと、増幅された出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第１及び第２の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂを有する。シリコン半導体放射線検出素子１１ａ、１１ｂは、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。

本例の放射線計測装置を図６の放射線計測装置の第２の例と比較すると、本例では、シリコン半導体放射線検出素子１１ａ、１１ｂ、前置増幅器１２ａ、１２ｂ、及び、波高弁別器２２Ａ、２２Ｂが、遮蔽部材１７によって形成されたチャンバ１８内に配置されている点が異なる。チャンバ１８内には、チャンバ１８の開口から奥に向かって、第１のガンマ線調整板１６Ａ、及び、第２の放射線検出器１１Ｂが、この順で配置されている。

第１のシリコン半導体放射線検出素子１１ａ、前置増幅器１２ａ、及び、波高弁別器２２Ａは、チャンバ１８の入り口に近い位置に配置され、第２のシリコン半導体放射線検出素子１１ｂ、前置増幅器１２ｂ、及び、波高弁別器２２Ｂは、チャンバ１８の奥の位置に配置されている。

チャンバ１８内にて、第１のガンマ線調整板１６Ａと第２のガンマ線調整板１６Ｂの間には、第１のシリコン半導体放射線検出素子１１ａ、前置増幅器１２ａ、及び、波高弁別器２２Ａが配置され、第２のガンマ線調整板１６Ｂの後方に、第２のシリコン半導体放射線検出素子１１ｂ、前置増幅器１２ｂ、及び、波高弁別器２２Ｂが配置されている。

波高弁別器２２Ａ、２２Ｂは、波高領域別（エネルギ領域別）に、計数率を計測してパルスを生成する。従って、本例では、アナログ信号の処理は、遮蔽部材１７によって形成されたチャンバ１８内にて行われる。そのため、外部からの放射線に起因したノイズが、波高弁別器２２Ａ、２２Ｂの出力信号に含まれる可能性は極めて低い。従って、本例の放射線計測装置は、広い測定範囲を有するばかりでなく、ノイズに強い特徴を有する。

本例では、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さは、第１のガンマ線調整板１６Ａの厚さより小さい。尚、第２のガンマ線調整板１６Ｂの厚さを、第１のガンマ線調整板１６Ａの厚さと同一にしてもよい。２つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂの厚さを所定の値に設定することにより、図４に示したような所望の計数率特性を備えた放射線計数装置を構成することができる。

図９の第５の例の半導体放射線検出器ユニット１０Ｄでは、ガンマ線調整板、シリコン半導体放射線検出素子、前置増幅器、及び、波高弁別器からなるセットを、直列に２個配置しているが、３個以上配置してもよい。

図１０を参照して、本発明の放射線計測装置の第６の例を説明する。本例の放射線計測装置は、空間３２におけるガンマ線の線量率を測定するのに好適である。本例の放射線計測装置は、第１、第２、第３及び第４の放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄと、これらの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄからの出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第１、第２、第３及び第４の波高弁別器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと、これらの波高弁別器からの出力パルスを計数するパルス計数装置２３と、パルス計数装置２３から出力された計数を線量に変換する線量演算器２４と、線量演算器２４からの線量データを収集するデータ収集用コンピュータ２５を有する。放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、それぞれ１個のシリコン半導体放射線検出素子と前置増幅器を有する。シリコン半導体放射線検出素子は、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。

測定対象の空間３２の壁３３は垂直壁、天井壁、床壁のいずれであってもよい。壁３３に、互いに半径が異なる３つの半球殻状のガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃが重ねて、即ち、同心的に配置されている。第１、第２及び第３のガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの半径を、それぞれｒ１、ｒ２、ｒ３とする。ｒ１＞ｒ２＞ｒ３である。第３のガンマ線調整板１６Ｃを壁３３の上に配置し、それを覆うように第２のガンマ線調整板１６Ｂを配置し、更に、それを覆うように第１のガンマ線調整板１６Ａを配置する。

図示のように、第１のガンマ線調整板１６Ａの上に、第１の放射線検出器１１Ａが配置され、第２のガンマ線調整板１６Ｂの上に、第２の放射線検出器１１Ｂが配置され、第３のガンマ線調整板１６Ｃの上に、第３の放射線検出器１１Ｃが配置され、壁３３の上に第４の放射線検出器１１Ｄが配置されている。４つの放射線検出器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、半径方向に沿って１列に配置されている。

壁３３と第３のガンマ線調整板１６Ｃの間に、半球状の第３のチャンバ１８Ｃが形成され、第３のガンマ線調整板１６Ｃと第２のガンマ線調整板１６Ｂの間に、半球殻状の第２のチャンバ１８Ｂが形成され、第２のガンマ線調整板１６Ｂと第１のガンマ線調整板１６Ａの間に、半球殻状の第１のチャンバ１８Ａが形成される。

第１の放射線検出器１１Ａは、空間３２のガンマ線を直接、即ち、ガンマ線調整板を介しないで、検出する。第２の放射線検出器１１Ｂは、第１のガンマ線調整板１６Ａによって減衰したガンマ線を検出し、第３の放射線検出器１１Ｃは、第１及び第２のガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂによって減衰したガンマ線を検出し、第４の放射線検出器１１Ｄは、第１、第２及び第３のガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃによって減衰したガンマ線を検出する。

第１の放射線検出器１１Ａは、極低エネルギ領域又は低エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用される。第２の放射線検出器１１Ｂは、低エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用され、第３の放射線検出器１１Ｃは、中エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用され、第４の放射線検出器１１Ｄは、高エネルギ領域のガンマ線の線量率測定に使用される。従って、本例の放射線計測装置は、低線量率から高線量率までの広い範囲の線量率を計測することができる。

３つのガンマ線調整板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの厚さは、同一であってもよいが、異なってもより。即ち、第１のガンマ線調整板１６Ａの厚さが最も大きく、第３のガンマ線調整板１６Ｃの厚さが最も小さくてもよい。

尚、図１０の例では、４個の放射線検出器と３個のガンマ線調整板を設けているが、少なくとも２個の放射線検出器を設け、放射線検出装置の間にガンマ線調整板を設けるように構成するなら、どのような構成であってもよい。例えば、第１の放射線検出器１１Ａを省略してもよいし、更に第１の波高弁別器２２Ａを省略してもよい。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…半導体放射線検出器ユニット、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ…放射線検出器、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ…ガンマ線調整板、１７…遮蔽部材、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ…チャンバ、２１Ａ、２１Ｂ…前置増幅器、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ…波高弁別器、２３…パルス計数装置、２４…線量演算器、２５…データ収集用パソコン、３０…配管内部、３１…配管、３２…空間、３３…壁、

Claims (15)

1. 第１のアバランシェフォトダイオードと第１の前置増幅器とを有する第１の半導体放射線検出器と、該第１の半導体放射線検出器からの出力信号をパルス信号に変換する第１の波高弁別器と、第２のアバランシェフォトダイオードと第２の前置増幅器とを有する第２の半導体放射線検出器と、該第２の半導体放射線検出器からの出力信号をパルス信号に変換する第２の波高弁別器と、前記第１及び第２の波高弁別器からの出力パルスを計数するパルス計数装置と、該パルス計数装置から出力された計数を線量に変換する線量演算器と、測定対象から前記第１及び第２の放射線検出器に入射されるガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスをそれぞれ減衰させるための第１及び第２のガンマ線調整板と、測定対象以外から前記第１及び第２の放射線検出器に入射されるガンマ線を遮断する遮蔽部材と、を有し、
   前記遮蔽部材によって、一方の面に開口を有するチャンバが形成されており、
   該チャンバ内には、前記第１のガンマ線調整板、前記第１の放射線検出器、前記第２のガンマ線調整板、及び、前記第２の放射線検出器が、前記開口から内部に向かう方向に沿って順に直列に配置されていることを特徴とする放射線計測装置。
2. 請求項１記載の放射線計測装置において、
   ガンマ線フラックスを計数率で除した値によって表されるガンマ線の検出感度が、所定のガンマ線のエネルギ範囲で一定となるように、前記第１のガンマ線調整板と前記第２のガンマ線調整板の厚さが選択されるとともに、前記第１及び第２の放射線検出器の少なくとも一方の出力が補正されることを特徴とする放射線計測装置。
3. 請求項１記載の放射線計測装置において、
   前記第２のガンマ線調整板の厚さは前記第１のガンマ線調整板の厚さより小さいことを特徴とする放射線計測装置。
4. 請求項１記載の放射線計測装置において、
   更に、第３のアバランシェフォトダイオードと第３の前置増幅器を有する第３の放射線検出器と、前記第３の放射線検出器からの出力信号よりパルス信号を生成する第３の波高弁別器と、測定対象から前記第３の放射線検出器に入射されるガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスを減衰させるための第３のガンマ線調整板と、を有し、
   前記チャンバ内には、前記第１のガンマ線調整板、前記第１の放射線検出器、前記第２のガンマ線調整板、前記第２の放射線検出器、前記第３のガンマ線調整板、及び、前記第３の放射線検出器が、前記開口から内部に向かう方向に沿って順に直列に配置されていることを特徴とする放射線計測装置。
5. 請求項４記載の放射線計測装置において、
   前記第３のガンマ線調整板の厚さは前記第２のガンマ線調整板の厚さより小さく、前記第２のガンマ線調整板の厚さは前記第１のガンマ線調整板の厚さより小さいことを特徴とする放射線計測装置。
6. 請求項１記載の放射線計測装置において、
   前記遮蔽部材、前記遮蔽部材によって形成されたチャンバ内に配置された前記第１のガンマ線調整板、前記第１の放射線検出器、前記第２のガンマ線調整板、及び、前記第２の放射線検出器によって構成される第１の半導体放射線検出器ユニットと同一構造の第２の半導体放射線検出器ユニットを有し、前記第１及び第２の半導体放射線検出器ユニットは、並んで配置されていることを特徴とする放射線計測装置。
7. 請求項１記載の放射線計測装置において、
   前記ガンマ線調整板は、鉛、鉄、又は、アルミニウムによって形成されていることを特徴とする放射線計測装置。
8. 請求項１記載の放射線計測装置において、
   前記第１及び第２の放射線検出器の感度が等しくなるように、前記第１及び第２の放射線検出器からの出力が調整されるように構成されていることを特徴とする放射線計測装置。
9. 第１及び第２のシリコン半導体放射線検出素子と第１及び第２の前置増幅器をそれぞれ有する第１及び第２の放射線検出器と、前記第１及び第２の放射線検出器からの出力信号をそれぞれパルス信号に変換する第１及び第２の波高弁別器と、前記第１及び第２の波高弁別器からの出力パルスを計数するパルス計数装置と、該パルス計数装置から出力された計数を線量に変換する線量演算器と、を有する放射線計測装置において、
   更に、測定対象から前記第１及び第２の放射線検出器に入射されるガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスをそれぞれ減衰させるための第１及び第２のガンマ線調整板と、測定対象以外から前記第１及び第２の放射線検出器に入射されるガンマ線を遮断する遮蔽部材と、を有し、
   前記遮蔽部材によって、一方の面に開口を有するチャンバが形成されており、
   該チャンバ内には、前記第１のガンマ線調整板、前記第１の放射線検出器、前記第２のガンマ線調整板、及び、前記第２の放射線検出器が、前記開口から内部に向かう方向に沿って順に直列に配置されていることを特徴とする放射線計測装置。
10. 請求項９記載の放射線計測装置において、
    前記シリコン半導体放射線検出素子は、それぞれアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする放射線計測装置。
11. 請求項９記載の放射線計測装置において、
    更に、第３のシリコン半導体放射線検出素子と第３の前置増幅器を有する第３の放射線検出器と、前記第３の放射線検出器からの出力信号よりパルス信号を生成する第３の波高弁別器と、測定対象から前記第３の放射線検出器に入射されるガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスを減衰させるための第３のガンマ線調整板と、を有し、
    前記チャンバ内には、前記第１のガンマ線調整板、前記第１の放射線検出器、前記第２のガンマ線調整板、前記第２の放射線検出器、前記第３のガンマ線調整板、及び、前記第３の放射線検出器が、前記開口から内部に向かう方向に沿って順に直列に配置されていることを特徴とする放射線計測装置。
12. 請求項９記載の放射線計測装置において、
    前記遮蔽部材、前記遮蔽部材によって形成されたチャンバ内に配置された前記第１のガンマ線調整板、前記第１の放射線検出器、前記第２のガンマ線調整板、及び、前記第２の放射線検出器によって構成された第１の半導体放射線検出器ユニットと同一構造の第２の半導体放射線検出器ユニットを有し、前記第１及び第２の半導体放射線検出器ユニットは、並んで配置されていることを特徴とする放射線計測装置。
13. 請求項９記載の放射線計測装置において、
    前記チャンバ内には、更に前記第１及び第２の波高弁別器が配置されていることを特徴とする放射線計測装置。
14. 請求項９記載の放射線計測装置において、
    前記ガンマ線調整板は、鉛、鉄、又は、アルミニウムによって形成されていることを特徴とする放射線計測装置。
15. 請求項９記載の放射線計測装置において、
    前記第１及び第２の放射線検出器の感度が等しくなるように、前記第１及び第２の放射線検出器からの出力が調整されるように構成されていることを特徴とする放射線計測装置。

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