JP5819024B1 - 線量率測定装置 - Google Patents

Abstract

３台の半導体検出器（２２）は、シンチレーション検出器（２１）への放射線の入射を遮らない位置に、シンチレーション検出器（２１）の中心軸を中心として互いに等間隔、且つ中心軸と直角に交わる平面に対して互いに等角度に設置される。これらの半導体検出器（２２）から出力されたアナログ電圧パルスより得られる第２の波高スペクトルから求めた平均波高値に基づいてエネルギー補償係数を決定し、シンチレーション検出器（２１）から出力された直流電圧により求めた高レンジ線量率のエネルギー特性を補償する。

Description

本発明は、原子炉施設等の施設周辺に設置される線量率測定装置に関するものである。

従来、原子炉施設及び使用済燃料再処理施設等の施設の周辺においては、自然放射線レベルから事故時の高放射線レベルまでの広範囲に亘る線量率を測定するため、測定対象の放射線のレベルに応じた感度及び精度の複数の線量率測定装置を設置していた。

しかし、複数の線量率測定装置を近接して設置した場合、互いが放射線入射の障害物となることがある。また、複数の線量率測定装置を用意するため、装置コストが高くなるという問題がある。このため、単一の線量率測定装置で広範囲の線量率に対応した測定を行うことが求められている。

このような要求に対し、特許文献１には、タリウム活性化ヨウ化ナトリウムシンチレーション検出器に鉛遮蔽体を施し、測定場の線量率のレベルに応じて線量率の測定方式を自動的に切換えるようにした線量率測定装置が提示されている。

この線量率測定装置では、低線量率領域における線量率（以下、低レンジ線量率と称す）の測定には波高弁別バイアス変調方式（ＤＢＭ方式：Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｂｉａｓ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を採用し、高線量率領域における線量率（以下、高レンジ線量率と称す）の測定には電流測定方式を採用している。

ＤＢＭ方式とは、シンチレーション検出器が出力した電流パルスをアナログ電圧パルスに変換して増幅すると共に高周波ノイズを除去し、これをＤＢＭ回路において線量率で重み付けして線量率に比例する繰り返し周波数のパルスとし、このパルスに基づいて低レンジ線量率を演算するものである。

また、電流測定方式とは、シンチレーション検出器が出力した直流電流を電圧／周波数変換器に入力して電圧に比例する繰り返し周波数のパルスとし、このパルスに基づいて高レンジ線量率を演算するものである。

なお、γ線のエネルギーに依存して発生する誤差としてのエネルギー特性は、低レンジ線量率と高レンジ線量率で異なること、また、γ線のエネルギーに依存して低レンジ線量率と高レンジ線量率の最適切換点が異なることから、２つの測定方式を固定した線量率で切換えた場合、切換点において出力エネルギー特性の段差が発生する。これに対し、特許文献１では、検出器に鉛遮蔽体を設けることにより、上記段差が小さくなるようにしている。

特開昭６１−１０４２８２号公報

特許文献１に提示された線量率測定装置では、タリウム活性化ヨウ化ナトリウムシンチレーション検出器に鉛遮蔽体を設けることにより、高線量率域のエネルギー特性に起因する誤差と切換点で発生する段差の両方を、ある程度抑制することはできるが、一方で、低レンジ線量率の本来の出力エネルギー特性が悪化するという問題があった。

このように、単一の線量率測定装置において広範囲の線量率に対応した測定を行う場合、測定対象の放射線のエネルギー全体に亘って出力エネルギー特性が良好であり、且つ低レンジ線量率と高レンジ線量率の切換点の段差を抑制して良好なエネルギー特性を得ることが難しく、これを実現することが課題であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、測定対象の放射線のエネルギー全体に亘って出力エネルギー特性が良好であり、測定領域全体において直線性が良好で切換点の段差が抑制された線量率測定装置を得ることを目的とする。

本発明に係る線量率測定装置は、放射線を検出してアナログ電圧パルス及び直流電圧を出力する第１の放射線検出手段と、３個以上のセンサ部で放射線を検出してアナログ電圧パルスを出力する第２の放射線検出手段とを有する検出部、第１の放射線検出手段から出力されたアナログ電圧パルスにより得られる第１の波高スペクトルを低レンジ線量率に変換する低レンジ線量率演算手段と、第１の放射線検出手段から出力された直流電圧を高レンジ線量率に変換する高レンジ線量率演算手段と、第２の放射線検出手段から出力されたアナログ電圧パルスにより得られる第２の波高スペクトルから求めた平均波高値に基づいて高レンジ線量率に対するエネルギー補償係数を決定するエネルギー補償係数決定手段とを有する測定部を備え、第２の放射線検出手段の各センサ部は、第１の放射線検出手段への放射線の入射を遮らない位置に、第１の放射線検出手段の中心軸を中心として互いに等間隔且つ中心軸と直角に交わる平面に対して互いに等角度に設置されると共に、中心軸と平行な方向から各センサ部の有感面を透視した面積の合計と、中心軸と直角な方向から各センサ部の有感面を透視した面積が同等となるように配置され、高レンジ線量率演算手段は、高レンジ線量率にエネルギー補償係数決定手段から取得したエネルギー補償係数を乗算し、高レンジ線量率のエネルギー特性を補償するものである。

本発明に係る線量率測定装置によれば、３個以上のセンサ部を有する第２の放射線検出手段から出力されたアナログ電圧パルスにより得られる第２の波高スペクトルから求めた平均波高値に基づいてエネルギー補償係数を決定し、第１の放射線検出手段から出力された直流電圧により求めた高レンジ線量率のエネルギー特性を補償するようにしたので、測定対象の放射線のエネルギー全体に亘って出力エネルギー特性が良好であり、測定レンジ全体において直線性が良好で切換点の段差が抑制された線量率測定装置を得ることが可能である。
本発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の本発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

本発明の実施の形態１に係る線量率測定装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る線量率測定装置の検出部を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体検出器の測定空間に対する実効面積を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体検出器の平均波高値とエネルギー補償係数の対応テーブルを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る線量率測定装置における低レンジ線量率及び高レンジ線量率のエネルギー特性を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る線量率測定装置における放射線の入力線量率と最適切換点の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る線量率測定装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る線量率測定装置のシンチレーションファイバー検出器を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る線量率測定装置の検出部を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る線量率測定装置の演算部を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る線量率測定装置における高電圧と暗電流線量率の対照テーブルを示す図である。 本発明の実施の形態４に係る線量率測定装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る線量率測定装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態５に係るシンチレーション検出器の低線量率領域におけるゲインドリフト補償動作を説明する図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る線量率測定装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る線量率測定装置の全体構成を示し、図２は、本実施の形態１に係る線量率測定装置の検出部を示している。なお、以下の説明で用いる各図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。

線量率測定装置１の検出部２は、放射線を検出してアナログ電圧パルス及び直流電圧を出力する第１の放射線検出手段と、３個以上のセンサ部で放射線を検出してアナログ電圧パルスを出力する第２の放射線検出手段とを有している。

本実施の形態１では、図１に示すように、第１の放射線検出手段としてシンチレーション検出器２１を、第２の放射線検出手段として３台の半導体検出器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えている。なお、以下の説明では、３台の半導体検出器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを特に区別する必要がない場合には総称して半導体検出器２２と記す。

シンチレーション検出器２１には、無機シンチレーション検出器やプラスチックシンチレーション検出器等が用いられる。本実施の形態１では、無機シンチレーション検出器を代表するタリウム活性化ヨウ化ナトリウム（以下、ＮａＩ（Ｔｌ）と記す）シンチレーション検出器を用いている。

シンチレーション検出器２１は、低線量率領域においては、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータが吸収した放射線のエネルギーに正比例する電圧を有する離散的なアナログ電圧パルスを出力し、高線量率領域においては吸収した放射線のエネルギーに正比例する直流電圧を出力する。

また、半導体検出器２２には、例えばＳｉ−ＰＩＮホトダイオード検出器が用いられる。半導体検出器２２は、センサ部として半導体センサを備え、それぞれのセンサ部に入射した放射線のエネルギーを吸収し、吸収したエネルギーに正比例する電圧を有する離散的なアナログ電圧パルスを出力する。

なお、半導体検出器２２を選定する際には、出力されるアナログ電圧パルスの繰り返し周波数が、高レンジ線量率の下限付近では計数率が小さ過ぎるとゆらぎが大きくなり、また、高レンジ線量率の上限付近では計数率が大き過ぎるとアナログ電圧パルスのパイルアップが発生し、エネルギー補償係数の精度が低下するため、高線量率領域に適合する検出効率のものを選定する。

線量率測定装置１の測定部３は、シンチレーション検出器２１から出力されたアナログ電圧パルスにより第１の波高スペクトルを得る手段として、パルス増幅器３１、アナログ／デジタル変換器３２（以下、Ａ／Ｄ変換器３２と記す）、及び演算部３５の波高スペクトル生成部３５１を備えている。

パルス増幅器３１は、シンチレーション検出器２１から出力されたアナログ電圧パルスを増幅すると共に、重畳されている高周波ノイズを除去する。Ａ／Ｄ変換器３２は、パルス増幅器３１で増幅されたアナログ電圧パルスから波高値Ｖｐ１を測定する。波高スペクトル生成部３５１は、Ａ／Ｄ変換器３２から出力された波高値Ｖｐ１に基づいて第１の波高スペクトルを生成し出力する。

また、測定部３の演算部３５は、第１の波高スペクトルを低レンジ線量率ＤＬに変換する低レンジ線量率演算手段として、Ｇ（Ｅ）関数メモリ３５２と低レンジ線量率演算部３５３を備えている。

Ｇ（Ｅ）関数メモリ３５２には、例えば測定エネルギー範囲５０ｋｅＶ〜３０００ｋｅＶを１０ｃｈ〜６００ｃｈのチャンネルに分割して、各チャンネル（ｃｈ（ｉ））と単位計数率当りの線量率Ｇｉ（ｎＧｙ・ｈ^−１／ｃｐｍ）とを対応させたＧ（Ｅ）関数と呼ばれるテーブルが記憶されている。

低レンジ線量率演算部３５３は、Ｇ（Ｅ）関数メモリ３５２に記憶されたテーブルを用い、波高スペクトル生成部３５１から出力された第１の波高スペクトルのスペクトルデータに基づいて、定周期で測定された各チャンネルの単位計数率当りの線量率Ｇｉと計数Ｎｉとの積を積算したΣＧｉ・Ｎｉを定周期時間で除して、当該演算周期の線量率とする。さらに、その線量率の最新化された測定時間分のデータ列を移動平均して平均線量率を求め、低レンジ線量率ＤＬとして出力する。

また、測定部３は、シンチレーション検出器２１から出力された直流電圧を高レンジ線量率ＤＨに変換する高レンジ線量率演算手段として、電圧／周波数変換器３３（以下、Ｖ／Ｆ変換器３３と記す）、カウンタ３４、及び演算部３５の高レンジ線量率演算部３５４を備えている。

Ｖ／Ｆ変換器３３は、シンチレーション検出器２１から出力された直流電圧を、その電圧値に正比例する繰り返し周波数のデジタルパルスに変換する。カウンタ３４は、Ｖ／Ｆ変換器３３から出力されたデジタルパルスを定周期に亘って計数した計数値Ｎｉを出力する。

高レンジ線量率演算部３５４は、カウンタ３４から出力された計数値を定周期時間で除して求めた計数率に線量率換算係数ηを乗じて当該演算周期の線量率とする。さらに、その線量率の最新化された測定時間分のデータ列を移動平均して平均線量率を求め、高レンジ線量率ＤＨとする。

また、測定部３は、半導体検出器２２から出力されたアナログ電圧パルスにより第２の波高スペクトルを得る手段として、パルス加算回路３７、パルス増幅器３８、アナログ／デジタル変換器３９（以下、Ａ／Ｄ変換器３９と記す）、及び演算部３５の波高スペクトル生成部３５７を備えている。

パルス加算回路３７は、半導体検出器２２ａ、２２ｂ、２２ｃのそれぞれから出力されたアナログ電圧パルスを加算合成して一連のアナログ電圧パルス列とする。パルス増幅器３８は、パルス加算回路３７から出力されたアナログ電圧パルスを増幅すると共に重畳されている高周波ノイズを除去する。

Ａ／Ｄ変換器３９は、パルス増幅器３８で増幅されたアナログ電圧パルスから波高値Ｖｐ２を測定する。波高スペクトル生成部３５７は、Ａ／Ｄ変換器３９から出力された波高値Ｖｐ２に基づいて第２の波高スペクトルを生成し出力する。

さらに、測定部３は、第２の波高スペクトルから求めた平均波高値に基づいて、高レンジ線量率ＤＨに対するエネルギー補償係数を決定するエネルギー補償係数決定手段として、平均波高値演算部３５６とエネルギー特性補償部３５５を備えている。

平均波高値演算部３５６は、第２の波高スペクトルに基づいて当該定周期の定周期平均波高値を求め、その定周期平均波高値の最新化された測定時間分のデータ列を移動平均した平均波高値を出力する。

エネルギー特性補償部３５５には、型式試験に基づき作成された既知のエネルギーの放射線の平均波高値ＰＨとエネルギー補償係数βとの対応テーブル（図４参照）が記憶されている。エネルギー特性補償部３５５は、平均波高値演算部３５６から取得した平均波高値を対応テーブルに照合し、対応するエネルギー補償係数を出力する。

エネルギー特性補償部３５５からエネルギー補償係数を取得した高レンジ線量率演算部３５４は、高レンジ線量率にエネルギー補償係数を乗算し、エネルギー特性を補償した高レンジ線量率（ＤＨ×β）を出力する。

また、測定部３は、エネルギー特性を補償された高レンジ線量率と低レンジ線量率の比を求め、その比とエネルギー特性を補償された高レンジ線量率に基づき、低レンジ線量率とエネルギー特性を補償された高レンジ線量率を切り換えて出力する線量率切換手段である線量率切換部３５８を備えている。線量率切換部３５８は、低レンジ線量率に対するエネルギー補償した高レンジ線量率の比（ＤＨ×β）／ＤＬに基づいて、低レンジ線量率から高レンジ線量率へ、または高レンジ線量率から低レンジ線量率へ、その出力を切換える。

線量率切換部３５８による切換方法について簡単に説明する（図６参照）。高レンジ線量率（ＤＨ×β）が設定値Ｃ以上の条件のもとで線量率上昇の場合は、（ＤＨ×β）／ＤＬが設定点Ａ１以上になった時、低レンジ線量率からエネルギー補償された高レンジ線量率に切り換えて出力する。一方、線量率下降の場合は、高レンジ線量率（ＤＨ×β）が設定値Ｃ以上の条件のもとで（ＤＨ×β）／ＤＬが設定点Ａ２以下になった時、エネルギー補償された高レンジ線量率から低レンジ線量率に切換えて出力する。なお、設定点Ａ１、Ａ２には、Ａ１＞Ａ２のヒステリシスを設ける。設定点Ｂ１、Ｂ２についても同様である。

また、測定部３は、線量率切換部３５８から出力された線量率を表示すると共に、各部の設定等の操作を行う表示及び操作部３６と、シンチレーション検出器２１を動作させる高電圧を供給する高圧電源４０を備えている。表示及び操作部３６は、手動操作により波高スペクトル生成部３５１から出力された波高スペクトルを表示する。これにより、操作員は、注目する核種の存在を確認することができる。高圧電源４０からシンチレーション検出器２１に供給される高電圧の設定は、表示及び操作部３６において行われる。

次に、検出部２の各構成要素の配置について、図２及び図３を用いて説明する。シンチレーション検出器２１は、放射線のエネルギーを吸収して蛍光を発する円柱状のシンチレータ２１１と、その蛍光を電子に変換して増倍させてアナログ電流パルスに変換する光電子増倍管２１２と、アナログ電流パルスをアナログ電圧パルスに変換する機能部（図示省略）及びアナログ電流パルスを直流電圧に変換する機能部（図示省略）が、図２中、上から順に配置されている。これらの機能部は、架台２４を貫く検出器ケース２１３内に設置される。

一方、半導体検出器２２ａ、２２ｂは、各々、半導体センサをフィルタ板２３で覆われ、架台２４の側面に取り付けられている。架台２４は、三角錐の上部をカットした形状であり、内部は空洞である。なお、図示していない半導体検出器２２ｃは、架台２４の裏面側の側面に取り付けられている。

半導体検出器２２は、シンチレーション検出器２１のシンチレータ２１１への放射線の入射を遮らない位置に設置される。また、架台２４に取り付けられた半導体検出器２２の各半導体センサは、シンチレーション検出器２１の中心軸Ｚを中心として互いに等間隔に、且つ中心軸Ｚと直角に交わる平面に対して互いに等角度に設置される。

検出部外套２５は、シンチレーション検出器２１、半導体検出器２２、及び架台２４を内包し、遮光している。また、検出部２を屋外に設置する場合、検出部外套２５は、外気を遮断する防水構造となっている。スタンド２６は、検出部外套２５と内包する機器を支持すると共に、シンチレーション検出器２１を決められた高さに保持する。

また、図３に示すように、半導体検出器２２は、中心軸Ｚと平行な方向（図中、矢印Ｙ）から各センサ部の有感面を透視した面積Ｓ２の合計（３×Ｓ２）と、中心軸Ｚと直角な方向（図中、矢印Ｘ）から各センサ部の有感面を透視した面積Ｓ１が同等（Ｓ１＝３×Ｓ２）となるように、各センサ部を配置している。

このような配置とすることにより、半導体検出器２２の測定空間に対する感度の方向依存性が抑制される。すなわち、高線量率領域における測定空間の放射線の平均エネルギーと、半導体検出器２２の出力を総合して求めた平均波高値の相関が、放射線の入射方向に影響されなくなる。半導体検出器２２の各センサ部の中心軸Ｚに対する角度を実験により細密に調整することにより、半導体検出器２２の感度の方向依存性をさらに小さくすることができる。

図４は、半導体検出器２２の平均波高値ＰＨとエネルギー補償係数βの対応テーブルを示している。エネルギー補償係数は、シンチレーション検出器２１から出力された直流電圧により得られる高レンジ線量率のエネルギー特性の歪を補正する係数であり、高線量率領域における測定空間の放射線の平均エネルギーと半導体検出器２２の平均波高値の相関から求められる。エネルギー特性補償部３５５は、図４に示すテーブルを参照して、平均波高値に対応するエネルギー補償係数を決定する。

図４に示す例では、Ｃｓ（セシウム）−１３７の平均波高値ＰＨｓに対するエネルギー補正係数βｓを１とし、その他の平均波高値ＰＨに対するエネルギー補償係数βは、βｓ相対比で示している。測定エネルギー範囲は、一般的な線量率測定装置と同様に５０ｋｅＶ〜３０００ｋｅＶとし、その上限及び下限、さらにその間で分割された複数のポイントにおいて、平均波高値とエネルギー補償係数を実験により求める。実験が困難なポイントについては、解析により平均波高値とエネルギー補償係数を求める。

なお、測定エネルギー範囲の下限の５０ｋｅＶは、実質的にＸｅ−１３３のγ線８１ｋｅＶを測定できるように設定されたものである。エネルギー補償係数の下限は、Ｘ線８０ｋｅＶまたはＡｍ−２４１のγ線６０ｋｅＶ（実効エネルギー５７ｋｅＶ）のスペクトルを測定し、対応するエネルギー補償係数を求めてもよい。

前述のように、本実施の形態１では、半導体検出器２２から出力されるアナログ電圧パルスのスペクトルから求めた平均波高値は、測定空間の平均エネルギーと良好な相関が得られる。このため、図４に示す平均波高値に対応するエネルギー補償係数のテーブルにより高レンジ線量率のエネルギー特性を補償することで、精度の高い測定を行うことができる。

また、半導体検出器２２にフィルタ板２３を設けることにより、アナログ電圧パルスのパルス列の計数率が、放射線のエネルギーに依存せずに概ね線量率に比例するように減衰させている。これにより、測定空間の線量率に対する計数効率の比が好適な値となり、高線量率領域におけるパルス相互のパイルアップを抑制すると共に、低計数率領域における計数率が小さすぎて精度が低下することを抑制している。

次に、エネルギー特性補償部３５５における高レンジ線量率に対するエネルギー特性の補償について説明する。図５は、本実施の形態１に係る線量率測定装置１における低レンジ線量率及び高レンジ線量率のエネルギー特性を示す図であり、Ｃｓ−１３７のγ線のエネルギー６６２ｋｅＶの入射に対する低レンジ線量率のレスポンスを１とした時の他のエネルギーのレスポンスの比を示している。

図５において、横軸は放射線のエネルギーＥ（ＭｅＶ）を示し、縦軸はＰ点を基準値１とした時の線量率測定装置１のレスポンス比Ｆを示している。また、図５中、ａで示す実線は、低レンジ線量率のエネルギー特性であり、ｂで示す点線は、高レンジ線量率の補償前のエネルギー特性であり、ｃで示す点線は、高レンジ線量率の補償後のエネルギー特性である。

図５に示すように、低レンジ線量率のエネルギー特性ａは、Ｇ（Ｅ）関数により波高スペクトルをきめ細かく線量率に対応させることにより、低エネルギー領域において良好なエネルギー特性が得られている。

一方、高レンジ線量率の補償前のエネルギー特性ｂは、特に低エネルギー領域において大きな歪があるが、補償後のエネルギー特性ｃでは、良好なエネルギー特性が得られている。その結果、測定対象の放射線のエネルギー全体に亘って良好な出力エネルギー特性が得られている。

なお、図５では、各エネルギーに対応するエネルギー補償係数として代表値を用いているため、器差により補償後の高レンジ線量率のエネルギー特性ｃに若干の歪みが残っている。このような器差による歪みは、図４に示すテーブルを個々の検出器に対して用意することにより理論的には解消されるが、現実的ではないため代表値が用いられる。

次に、線量率切換部３５８における低レンジ線量率と高レンジ線量率の切換点の設定について説明する。線量率切換部３５８は、低レンジ線量率演算部３５３から出力された低レンジ線量率と高レンジ線量率演算部３５４から出力された高レンジ線量率との比に基づいて最適切換点を検索し、切換えを実行する。

低レンジ線量率ＤＬから高レンジ線量率ＤＨへの切換は、（ＤＨ×β）／ＤＬが１＋ｋ１を超えたら実行され、高レンジ線量率ＤＨから低レンジ線量率ＤＬへの切換は、（ＤＨ×β）／ＤＬが１＋ｋ２まで低下したら実行される。

上昇時と下降時の切換点を同じにすると、線量率が切換点付近に留まって揺らいだ場合にハンチングし、動作や指示が不安定となる。このため、ｋ１＞ｋ２として適度にヒステリシスを持たせる。ｋ１、ｋ２は、切換点の段差が精度の範囲内となるように、また、急激な上昇応答時に確実に切換動作が行われるように、正（＋）の値とする。

図６は、本実施の形態１に係る線量率測定装置１における放射線の入力線量率及び出力線量率と最適切換点の関係を示している。図６において、横軸は入力線量率Ｄ（ｉｎ）（μＧｙ／ｈ）、縦軸は出力線量率Ｄ（ｏｕｔ）（μＧｙ／ｈ）であり、ａ１及びａ２は、Ａｍ（アメリシウム）−２４１の実効エネルギー５７ｋｅＶの線量率の入出力応答特性を概念的に示している。

また、ｂ１及びｂ２は、Ｃｓ−１３７の実効エネルギー６６０ｋｅＶの線量率の入出力応答特性を概念的に示しており、Ａｍ−２４１の特性に対して高線量率側に直線的に約１桁シフトした形になっている。

ａ１は、低レンジ線量率演算部３５３による入出力応答特性であり、低線量率側は直線性が良好で、高線量率側は飽和に続いて低下傾向（Ａｍ−２４１の破線）になる。また、ａ２は、高レンジ線量率演算部３５４による入出力応答特性であり、低線量率側ではシンチレーション検出器２１の暗電流Ｉｄ（点線）が支配的であるが、入力線量率の増加に伴い良好な直線性を示す。

同様に、ｂ１は、低レンジ線量率演算部３５３による入出力応答特性であり、低線量率側は直線性が良好で、高線量率側は飽和に続いて低下傾向（Ｃｓ−１３７の破線）になる。また、ｂ２は、高レンジ線量率演算部３５４による入出力応答特性で、低線量率側ではシンチレーション検出器２１の暗電流Ｉｄが支配的であるが、入力線量率の増加に伴い良好な直線性を示す。

なお、図６において、Ａ１は、（ＤＨ×β）／ＤＬが１＋ｋ１における切換点を示し、Ａ２は、（ＤＨ×β）／ＤＬが１＋ｋ２における切換点を示す。Ａ１及びＡ２は、暗電流Ｉｄを考慮してその影響が小さくなる線量率に設定される。同様に、Ｂ１は、（ＤＨ×β）／ＤＬが１＋ｋ１における切換点を示し、Ｂ２は、（ＤＨ×β）／ＤＬが１＋ｋ２における切換点を示す。

以上のように、本実施の形態１に係る線量率測定装置１によれば、３台の半導体検出器２２から出力されたアナログ電圧パルスより得られる第２の波高スペクトルから求めた平均波高値に基づいてエネルギー補償係数を決定し、シンチレーション検出器２１から出力された直流電圧により得られる高レンジ線量率のエネルギー特性を補償するようにし、また、低レンジ線量率と高レンジ線量率の切換点を、暗電流Ｉｄの影響が小さくなる線量率（図６中、設定点Ｃ）以上という条件のもとに、（ＤＨ×β）／ＤＬの比に基づいて自動的に決定するようにしたので、測定対象の放射線のエネルギー全体に亘って出力エネルギー特性が良好であり、測定レンジ全体において直線性が良好で切換点の段差が抑制され、広範囲の線量率に対応した測定を高精度に行うことが可能である。

さらに、シンチレーション検出器２１から出力されたアナログ電圧パルスにより得られる第１の波高スペクトルを必要に応じて表示及び操作部３６に表示できるようにしたので、施設事故発生時において、長期に亘ってＣｓ−１３４、Ｃｓ−１３７の核種の存在を把握することが可能である。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る線量率測定装置の全体構成を図７に示す。なお、図７中、図１と同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。上記実施の形態１では、第２の放射線検出手段として３台の半導体検出器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを用いたが、本実施の形態２では、１台のシンチレーションファイバー検出器２７を用いている。また、測定部３には、シンチレーションファイバー検出器２７を動作させる高電圧を供給する高圧電源４１を備えている。

図８は、本実施の形態２に係る線量率測定装置１Ａのシンチレーションファイバー検出器２７を示している。シンチレーションファイバー検出器２７は、センサ部である複数のシンチレーションファイバーを３つに分けることにより、３つの帯状のシンチレーションファイバー２７１ａ、２７１ｂ、２７１ｃを有している。以下の説明では、３つのシンチレーションファイバー２７１ａ、２７１ｂ、２７１ｃを特に区別する必要がない場合には、総称してシンチレーションファイバー２７１と記す。

図８に示すように、各シンチレーションファイバー２７１には、光ファイバー２７２が接続されている。光ファイバー２７２は、ライトガイド２７３端面の孔に挿入されて光学的に接合され、ライトガイド２７３は光電子増倍管２７４に光学的に接合されている。シンチレーションファイバー２７１は、吸収した放射線のエネルギーに正比例する光量の蛍光を発する。光電子増倍管２７４は、その蛍光を電子に変換して増倍し、光量に正比例した電荷量の電流パルスを出力する。

分配回路２７５は、測定部３の高圧電源４１から供給された高電圧を分割し、光電子増倍管２７４を動作させるためにバイアスとして分配する。光電子増倍管２７４から出力された電流パルスは、プリアンプ２７６（図９参照）を介して測定部３のパルス増幅器３８に入力される。

図９は、本実施の形態２に係る線量率測定装置１Ａの検出部２を示している。なお、図９中、図２と同一、相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。シンチレーションファイバー検出器２７は、シンチレーション検出器２１のシンチレータ２１１への放射線の入射を遮らない位置に設置される。

帯状のシンチレーションファイバー２７１ａ、２７１ｂ、及び図示しないシンチレーションファイバー２７１ｃは、それぞれ光ファイバー２７２ａ、２７２ｂ、及び図示しない光ファイバー２７２ｃに接続されている。各シンチレーションファイバー２７１は、シンチレーション検出器２１の中心軸Ｚを中心として互いに等間隔であり、且つ中心軸Ｚと直角に交わる平面に対して互いに等角度に設置される。

さらに、上記実施の形態１と同様に、３つの帯状のシンチレーションファイバー２７１ａ、２７１ｂ、２７１ｃ全ての中心軸方向の有感面積の合計と、それぞれの直角方向の有感面積をほぼ等しくすることにより、シンチレーションファイバー検出器２７の測定空間に対する感度の方向依存性が抑制される。

遮光フィルタケース２７７は、シンチレーションファイバー検出器２７全体を遮光し、電気的にシールドする。さらに、遮光フィルタケース２７７には、上記実施の形態１の半導体検出器２２に設けられたフィルタ板２３（図２参照）と同様に、シンチレーションファイバー検出器２７のアナログ電圧パルスのパルス列の計数率が、放射線のエネルギーに依存せず概ね線量率に比例するように減衰させる作用がある。

本実施の形態２に係る線量率測定装置１Ａにおける低レンジ線量率演算手段、高レンジ線量率演算手段、及びネルギー補償係数決定手段の構成及び動作は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、第２の放射線検出手段として３台の半導体検出器２２の代わりに１台のシンチレーションファイバー検出器２７を用いることにより、装置の簡素化が図られる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る線量率測定装置の演算部の構成を示している。本実施の形態３に係る線量率測定装置は、測定部３の演算部３５に、シンチレーション検出器２１の暗電流補償手段である暗電流補償部３５９を備えている以外は、上記実施の形態１または実施の形態２と同様の構成及び動作であるので、ここでは図１を流用して説明する。

暗電流補償部３５９は、シンチレーション検出器２１に高電圧を供給する高圧電源４０の高電圧設定値に基づいて、シンチレーション検出器２１の暗電流を求め、該暗電流に相当する暗電流線量率を演算する。高圧電源４０の設定は、表示及び操作部３６から行われる。

通常、高圧電源４０の出力の高電圧ＶＨは、７００Ｖ〜１０００Ｖの範囲で使用される。この範囲の高電圧ＶＨの変化分の対数とシンチレーション検出器２１の出力の暗電流Ｉｄの変化分の対数は概ね比例し、高電圧ＶＨの増加に伴い暗電流Ｉｄは指数関数的に増加する。定期点検では、必要に応じて高電圧ＶＨを調整してシンチレーション検出器２１のゲイン調整を行うが、装置更新までの全使用期間における高電圧ＶＨの調整範囲は概ね１００Ｖ〜１５０Ｖである。

本実施の形態３では、高電圧ＶＨの使用範囲７００Ｖ〜１０００Ｖについて、シンチレーション検出器２１毎に高電圧ＶＨと暗電流Ｉｄの関係を測定し、図１１に示すような対照テーブルを作成する。対照テーブルは、表示及び操作部３６から入力され、暗電流補償部３５９に記憶される。また、表示及び操作部３６から高電圧ＶＨを設定すると、暗電流補償部３５９から対応する暗電流Ｉｄが出力される。

高電圧ＶＨと暗電流線量率の対照テーブルの例を図１１に示す。この例では、基準温度における高電圧ＶＨに対する暗電流線量率をＤｓとし、高電圧ＶＨの使用範囲７００Ｖ〜１０００Ｖの上限及び下限、さらにその間で分割された複数のポイントにおいて、高電圧ＶＨに対する暗電流線量率Ｄを実験または解析により求めている。

高レンジ線量率演算部３５４は、シンチレーション検出器２１から出力された直流電圧により得られる高レンジ線量率ＤＨに対し、エネルギー特性補償部３５５から取得したエネルギー補償係数βを乗じてエネルギー特性を補償した後、暗電流補償部３５９から取得した暗電流線量率Ｄを減算した高レンジ線量率（ＤＨ×β−Ｄ）を出力する。

本実施の形態３によれば、上記実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果に加え、高レンジ線量率に含まれるシンチレーション検出器２１の暗電流線量率を補償するようにしたので、高レンジ線量率の下限レンジ付近の測定精度を改善することができ、測定レンジ全体に亘ってさらに良好な直線性が得られる。これにより、低レンジ線量率演算部３５３と高レンジ線量率演算部３５４の切換点付近の出力エネルギー特性を改善することができる。

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係る線量率測定装置の全体構成を示している。本実施の形態４に係る線量率測定装置１Ｂは、検出部２に、シンチレーション検出器２１が設置された測定空間の温度を検出し温度信号を出力する温度センサ２８を有している。また、測定部３は、温度センサ２８から出力された温度信号に基づいて、測定された温度を出力する温度測定部４２と、上記実施の形態３と同様の暗電流補償部３５９を有している。

上記実施の形態３では、高圧電源４０の高電圧設定値に基づいてシンチレーション検出器２１の暗電流線量率を求めたが、本実施の形態４に係る線量率測定装置１Ｂは、シンチレーション検出器２１の温度に依存する暗電流線量率を求めることにより、高レンジ線量率から排除される暗電流線量率の正確性を向上させている。

線量率測定装置１Ｂのその他の構成については、上記実施の形態２に係る線量率測定装置１Ａ（図７参照）と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施の形態４による、シンチレーション検出器２１の温度に依存する暗電流線量率を求める方法は、上記実施の形態１に係る線量率測定装置１（図１参照）に適用することもできる。

暗電流補償部３５９は、温度測定部４２から出力された温度と高圧電源４０の高電圧設定値に基づいてシンチレーション検出器２１の暗電流を求め、該暗電流に相当する暗電流線量率Ｄを演算する。具体的には、暗電流補償部３５９は、温度測定部４２から出力されたシンチレーション検出器２１の温度Ｔ（℃）を下記の式１に代入し、絶対温度Ｔａを求める。
Ｔａ＝Ｔ＋２７３（Ｋ） （式１）

次に、光電子増倍管の分野で一般的に知られている暗電流と温度の関係を示す下記の式２に絶対温度Ｔａを代入し、温度に依存する暗電流Ｉ（Ｔ）を求める。なお、Ｅ及びＱは光電子増倍管によって定まる定数である。Ｅは光電子増倍管の光電面の仕事関数に関係しており、光電子増倍管メーカの出荷試験データに基づいて求められる。
Ｉ（Ｔ）＝Ｑ（Ｔａ）^５／４ｅｘｐ（−Ｅ／Ｔa） （式２）

暗電流補償部３５９は、基準温度Ｔ_０と高電圧設定値の条件における暗電流Ｉｄと温度に依存する暗電流Ｉ（Ｔ）の比、すなわちＩｄ／Ｉ（Ｔ）を求め、上記実施の形態３で示した暗電流線量率Ｄ（図１１参照）に乗じる。これにより、温度特性を反映した暗電流線量率が得られる。

高レンジ線量率演算部３５４は、シンチレーション検出器２１から出力された直流電圧により得られる高レンジ線量率に対し、エネルギー特性補償部３５５から取得したエネルギー補償係数を乗じてエネルギー特性を補償した後、暗電流補償部３５９から取得した温度特性を反映した暗電流線量率を減算した高レンジ線量率を出力する。

本実施の形態４によれば、上記実施の形態１から実施の形態３と同様の効果に加え、高レンジ線量率演算部３５４において温度特性を反映した暗電流線量率を補償するようにしたので、暗電流をより正確に排除した正味の高レンジ線量率を求めることができ、高レンジ線量率の測定精度が向上する。

実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係る線量率測定装置の全体構成を示している。本実施の形態５に係る線量率測定装置１Ｃは、第１の波高スペクトルに基づいてシンチレーション検出器２１の構成材料に含まれる天然の放射性核種Ｋ−４０のスペクトルピークを検出し、該スペクトルピークの基準位置からのずれを補償することにより、低レンジ線量率の温度依存性と光電子増倍管２１２のドリフトを補償するものである。

本実施の形態５に係る線量率測定装置１Ｃは、ゲイン補償手段として、測定部３に設置されたデジタル／アナログ変換器４３（以下、Ｄ／Ａ変換器４３と記す）と、演算部３５に追加されたＫ−４０ピーク検出部３５００及びゲイン補償部３５１０を有している。また、上記実施の形態４と同様の温度センサ２８と温度測定部４２を有している。

線量率測定装置１Ｃのその他の構成については、上記実施の形態４に係る線量率測定装置１Ｂ（図１２参照）と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施の形態５によるゲイン補償手段は、上記実施の形態１に係る線量率測定装置１（図１参照）に適用することもできる。

低線量率領域におけるシンチレーション検出器２１のゲインドリフト補償動作について、図１４を用いて説明する。図１４は、第１の波高スペクトルのスペクトルデータに基づく各チャネルにおける計数を示しており、横軸はチャネル、縦軸はカウントである。図中、ａはＫ−４０のピークが基準位置Ａにある場合を示し、ｂは同ピークが基準位置より低い場合、ｃは同ピークが高い場合を示している。ゲイン補償手段がない場合は、Ｋ−４０のピークがｂまたはｃのように変動する。

Ｋ−４０ピーク検出部３５００は、波高スペクトル生成部３５１から取得した第１の波高スペクトルに基づいて、シンチレーション検出器２１の構成材料に含まれる天然の放射性核種Ｋ−４０のスペクトルピークを検出し、Ｋ−４０のピーク波高値を分析する。

ゲイン補償部３５１０は、温度測定部４２から取得した温度と、Ｋ−４０ピーク検出部３５００から取得したＫ−４０のスペクトルピークの検出結果に基づいて、Ｋ−４０のスペクトルピークの基準位置からのずれを補償し基準位置に戻すのに必要なゲインを決定する。Ｄ／Ａ変換器４３は、ゲイン補償部３５１０から出力されたデータを電圧に変換し、パルス増幅器３１に出力してゲインを設定する。Ｋ−４０のピーク位置の検出精度は、ピークカウント数に依存する。また、ピーク位置の変動は、短期的には温度に依存し、長期的には光電子増倍管２１２のゲインドリフトに依存する。従って、温度補償を連続で行い、Ｋ−４０のピーク位置を検出することによるゲイン補償は間欠的に行うことで問題はない。

本実施の形態５によれば、上記実施の形態１から実施の形態４と同様の効果に加え、測定部３にゲイン補償手段を備え、低レンジ線量率の温度依存性と光電子増倍管２１２のドリフトを補償するようにしたので、高い安定性が要求される低線量率領域における測定精度が向上する。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は、原子炉施設等の施設周辺に設置される線量率測定装置に利用することができる。

Claims (9)

1. 放射線を検出してアナログ電圧パルス及び直流電圧を出力する第１の放射線検出手段と、３個以上のセンサ部で放射線を検出してアナログ電圧パルスを出力する第２の放射線検出手段とを有する検出部、
   前記第１の放射線検出手段から出力されたアナログ電圧パルスにより得られる第１の波高スペクトルを低レンジ線量率に変換する低レンジ線量率演算手段と、前記第１の放射線検出手段から出力された直流電圧を高レンジ線量率に変換する高レンジ線量率演算手段と、前記第２の放射線検出手段から出力されたアナログ電圧パルスにより得られる第２の波高スペクトルから求めた平均波高値に基づいて前記高レンジ線量率に対するエネルギー補償係数を決定するエネルギー補償係数決定手段とを有する測定部を備え、
   前記第２の放射線検出手段の前記各センサ部は、前記第１の放射線検出手段への放射線の入射を遮らない位置に、前記第１の放射線検出手段の中心軸を中心として互いに等間隔且つ前記中心軸と直角に交わる平面に対して互いに等角度に設置されると共に、前記中心軸と平行な方向から前記各センサ部の有感面を透視した面積の合計と、前記中心軸と直角な方向から前記各センサ部の有感面を透視した面積が同等となるように配置され、
   前記高レンジ線量率演算手段は、前記高レンジ線量率に前記エネルギー補償係数決定手段から取得したエネルギー補償係数を乗算し、前記高レンジ線量率のエネルギー特性を補償することを特徴とする線量率測定装置。
2. 前記エネルギー特性を補償された高レンジ線量率と前記低レンジ線量率の比を求め、その比と前記エネルギー特性を補償された高レンジ線量率に基づき、前記低レンジ線量率と前記エネルギー特性を補償された高レンジ線量率を切り換えて出力する線量率切換手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の線量率測定装置。
3. 前記第２の放射線検出手段として、前記センサ部が半導体センサである半導体検出器を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線量率測定装置。
4. 前記第２の放射線検出手段として、前記センサ部がシンチレーションファイバーであるシンチレーションファイバー検出器を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線量率測定装置。
5. 前記低レンジ線量率演算手段は、前記第１の波高スペクトルを定周期で入力して波高を線量率に変換し、移動平均により求めた平均線量率から前記低レンジ線量率を求めることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の線量率測定装置。
6. 前記高レンジ線量率演算手段は、前記第１の放射線検出手段から出力された直流電圧に正比例する繰り返し周波数のデジタルパルスを計数した計数値を入力して線量率に変換し、移動平均により求めた平均線量率から前記高レンジ線量率を求めることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の線量率測定装置。
7. 前記測定部は、前記第１の放射線検出手段に高電圧を供給する高電圧供給手段の高電圧設定値に基づいて前記第１の放射線検出手段の暗電流を求め、該暗電流に相当する暗電流線量率を演算する暗電流補償手段を備え、
   前記高レンジ線量率演算手段は、前記高レンジ線量率に対し、前記エネルギー補償係数決定手段から取得したエネルギー補償係数を乗算した後、前記暗電流補償手段から取得した暗電流線量率を減算し、前記高レンジ線量率のエネルギー特性と暗電流を補償することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の線量率測定装置。
8. 前記検出部は、前記第１の放射線検出手段が設置された空間の温度を検出し温度信号を出力する温度センサを備え、前記測定部は、前記温度センサから出力された温度信号に基づいて測定された温度を出力する温度測定部を備え、前記暗電流補償手段は、前記温度測定部から出力された温度と前記高電圧供給手段の高電圧設定値に基づいて前記第１の放射線検出手段の暗電流を求め、該暗電流に相当する暗電流線量率を演算することを特徴とする請求項７記載の線量率測定装置。
9. 前記検出部は、前記第１の放射線検出手段が設置された空間の温度を検出し温度信号を出力する温度センサを備え、前記測定部は、前記温度センサから出力された温度信号に基づいて測定された温度を出力する温度測定部と、前記第１の波高スペクトルに基づいて前記第１の放射線検出手段の構成材料に含まれる天然の放射性核種Ｋ−４０のスペクトルピークを検出するＫ−４０ピーク検出部と、前記温度測定部から取得した温度と前記Ｋ−４０ピーク検出部から取得したＫ−４０のスペクトルピークの検出結果に基づいて、Ｋ−４０のスペクトルピークの基準位置からのずれを補償するゲインを決定するゲイン補償手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の線量率測定装置。

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