JP5858497B2 - 携行型放射線線量計 - Google Patents

Description

本発明は、放射線の被曝量を計測する、携行型放射線線量計に関するものである。

近年、原子力発電所の事故により、放射性物質が広く拡散し、発電所の周辺のみならず、いわゆるホットスポットとして、放射線量が高い地域が発生し、被曝による近隣住民への健康に及ぼす影響が懸念されている。
こうした状況から、地域周辺や除染などの作業場の放射線量を計測・モニタするだけでなく、人体に放射線の被曝量センサを設け、一日の活動を通して、どの程度の放射線を被曝したかを長期にわたり計測し、この計測データに基づき周辺地域の除染や、個人毎の被曝防止対策に役立てることが強く求められている。

放射線の被曝量を計測する最も簡易な手段として、放射線が物質に入った時に生ずる化学変化を利用したフィルムバッジ式の線量計が知られている。さらに、ガイガーミューラー管や半導体素子であるダイオードあるいはシンチレータとフォトダイオードを用いて放射線のパルス信号をカウントし、換算係数をかけて線量を表示する電子式放射線線量計も使用されている。

フィルムバッジ式の線量計は、装着してからの被曝線量の累計値を計測するだけで、いつ、どの程度の被曝がなされたかを計測することができず、しかも、線量の高い場所を正確に特定することができない。
下記特許文献１、特許文献２では、シリコン半導体素子からなる放射線検出器、マイクロコンピュータ、ＬＣＤ等の表示部などからなる手首装着型あるいはクリップ装着型の携行型放射線量計が提案されている。

特開２００２−１３１４３５号公報 特開２００５−２４９４８３号公報

しかし、上記の先行技術では、表示部により放射線量を表示することを前提としており、高価であるとともに、小型化が困難である。しかも、消費電力が高いため、内蔵電池の寿命が短いという問題があり、装着者に煩わしさを感じさせることなく、長期間にわたり被曝した放射線量を計測することは困難であった。

そこで、本発明は、携行型放射線線量計の機能として、特に被曝線量が高い場合のみ、小型ＬＥＤ素子の点滅により、警報を発するにとどめ、この小型ＬＥＤ素子を電気的に非接触の入出力装置として兼用させることにより、複雑な操作を要することなく検出データを基地局に設置されたコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、スマートフォン等のディスプレイを備えた放射線管理機器あるいは表示器に出力し、個人毎に、被曝した放射線量の表示や管理を行えるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、警告用の小型ＬＥＤ素子を電気的に非接触の入出力装置として兼用させる。
ＬＥＤ素子は、化合物半導体をＰＮ接合したダイオードであるため、光を当てると光起電力を生じ、この電圧は、マイクロコントローラ（ＣＰＵ）内の処理におけるロジックのＬｏｗレベルかＨｉｇｈレベルかを決める閾値より高く、光をデジタル信号とすることができる。
本発明では、この現象を利用してＬＥＤを受光素子としても用い、携行型放射線線量計の入力装置としても利用する。

より具体的には、本発明の携行型の放射線線量計においては次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）放射線検出用の素子と、該素子による検出出力から被曝した放射線線量を測定して記録する携行型の放射線線量計において、被曝した放射線線量が所定の閾値を超えた場合、ＬＥＤにより使用者に警告を発するとともに、前記ＬＥＤを、表示装置を備えた放射線量管理機器に設けられた電気的に非接触な入力装置の発光・受光部と対向させ、記録した放射線量データ及び前記非接触式入力装置から送信されたコマンドやデータの送受信に利用するようにした。

（２）前記放射線検出用の素子として放射線検出用半導体を使用した請求項１記載の携行型の放射線線量計において、被曝した放射線線量が所定の閾値を超えた場合、圧電素子により使用者に警報音を発す圧電ブザーをさらに備え、前記放射線線量計の本体部に加わった衝撃、振動を前記圧電ブザーに使用する圧電素子により検出し、前記放射線検出用半導体による放射線量検出値から衝撃、振動によるノイズ分を除去するノイズ除去装置を備えるようにした。

（３）上記の携行型の放射線線量計において、前記放射線線量計の本体が、前記非接触式入力装置に設けられた差込口に差し込まれたとき、前記ＬＥＤが、前記差込口の内部に設けられた発光・受光素子に対向し、前記記録した放射線量データ及び前記非接触式入力装置から送信されたコマンドやデータの送受信を行うようにした。

（４）上記の携行型の放射線線量計において、前記放射線線量計の本体を、個人を識別できるＩＤカードに一体化、あるいはカードホルダーにＩＤカードと共に入れて被曝した放射線線量を計測するようにした。

本発明によれば、上記（１）により、点灯又は点滅して使用者に警報を発するＬＥＤを設けることにより、緊急時の警報機能を確保した上で、放射線線量計の小型化が可能となる。このＬＥＤを電気的に非接触の入出力装置として兼用させることにより、部品点数を削減して低コスト化できるとともに、非接触でデータの入出力ができるので、金属電極を外部に出す必要が無く、電極に関係する接触不良、静電気破壊、雨等に濡れた時の漏電等のトラブルを防ぐことができる。
上記（２）により、圧電ブザーを追加すれば、ＬＥＤのみならず、音声によっても警報を発することができる。しかも、圧電ブザーに使用する圧電素子を衝撃センサとして用いることにより、放射線線量計の本体部に衝撃が加わったときにも、放射線検出用半導体を使用した際の放射線線量検出エラーを確実に防止できるので、信頼性を高めることができる。
また、上記（３）により、放射線線量計の本体を非接触式入力装置に設けられた差込口に差し込むだけで、自動的に記録した放射線量データや非接触式入力装置から送信されたコマンドやデータの送受信が開始されるので、操作性を向上させることができる。
さらに、上記（４）により、ＩＤカード情報と連携させて個人毎の放射線被曝量を管理したり、紛失等を防止するとともに、ＩＤカードのホルダーにより衝撃を吸収して、衝撃による誤検出の可能性をさらに低減することができる。

図１は、実施例１の全体システム図である。 図２は、実施例１のブロック図である 図３は、実施例１のＬＥＤ入出力部を示す図である。 図４は、実施例２のブロック図である。 図５は、実施例２によるノイズ除去効果を説明する図である。 図６は、実施例３を説明する図である。 図７は、実施例４を説明する図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
図１は、装置の全体構成を示す。
放射線線量計の本体部１は、ポケットやＩＤカードケース等に入れて携行できる程度の大きさであり、衣服等へ装着するためのクリップやピンなどが取り付けられていてもよい。
本体部１の内部には、放射線検出部２、マイクロコントローラ部（ＣＰＵ）３、小型のＬＥＤ４が設けられている。本体部１のＬＥＤ４側端部を、表示装置５を備えたパソコン等の放射線管理機器に接続された入力装置６の差込口６１に差し込むことで本体部１と入力装置６とを接続できるようになっている。なお、入力装置６には、本体部１が入力装置６の差込口６１に差し込まれたとき、ＬＥＤ４と対向するよう配置された発光・受光素子６２が設けられ、インターフェース回路６３、ケーブル７を介して、表示装置５に接続されている。この発光・受光素子６２は、ＬＥＤ等からなる発光素子とフォトダイオードあるいはフォトトランジスタからなる受光素子から構成されている。

図２に示されるように、本体部１内には、放射線検出部２を構成する放射線検出用ダイオード８が配置され、そのアノードが増幅器９に入力され、カソードはアノードに対して正の電圧（逆電圧）が印加されている。
この放射線検出用ダイオード８に放射線（γ線）が入ったとき、アノード側から特定波形の微弱電流が出力され、これを増幅器９で増幅した後、ノイズ除去を行う波形弁別器１０で特定の波高が検出された時のみにパルス信号を出力し、このパルス信号はマイクロコントローラ部３に入力される。
放射線検出用ダイオード８からは、放射線（γ線）が入ったときに発生する微弱電流よりさらにレベルの低いノイズが発生するが、波形弁別器１０により、こうしたノイズが除去され、マイクロコントローラ部３は、放射線（γ線）が入ったときに発生する電流パルスのみをカウントすることにより、放射線量を計測することができる。

通常の測定時には、マイクロコントローラ部３は、予め定められた計測時間（例えば、１分〜１時間の間）毎に、波形弁別器７からのパルス信号をカウントし、不揮発性メモリ１１に時系列順に保存する。

このようにして計測した、放射線量率に対応するパルス信号の計数率が閾値を超えた場合、あるいは所定期間の積算線量に対応するカウント数が、安全とされる上限値を超えた場合、マイクロコントローラ部３は、ＬＥＤ４を点灯あるいは点滅させ、装着者に現在いる場所の放射線量率が非常に高いこと、あるいは、積算線量が許容値を超えたことを報知し、ただちに待避するよう警報を発する。

一方、装着者が作業や外出を終え、基地局あるいは自宅等に帰った際、あるいは、表示装置と入力装置６からなる管理装置を携行して、その場で線量の記録を知りたい場合は、本体部１を、表示装置が接続された入力装置６に設けられた差込口６１に差し込むと、本体部１のＬＥＤ４と入力装置６の発光・受光素子６２が対向し、これを検知した発光・受光素子６２は、本体部１のＬＥＤ４に向けて予め定められたパルスパターンの発光を行い、コマンドを発することができるようになっている。

本体部１のＬＥＤ４は、図２に示されるように、マイクロコントローラ部３と抵抗４１を介して接続され、抵抗４２が並列接続されている。
このように構成することで、ＬＥＤ４は、自ら発光するだけではなく、光が照射されたとき、光起電力により電圧信号を出力するので、図３に示されるように、この出力を抵抗４２、抵抗４１を介してマイクロコントローラ部３に入力することにより、本体部１にコマンドやデータを送ることができるようになっている。
ＬＥＤ４と並列に抵抗４２を接続しない場合、ＬＥＤ４の端子間の容量やマイクロコントローラの端子の入力容量によって、光の強度変化に対してＬＥＤ４のアノード電圧信号に遅れが生ずるが、ＬＥＤ４と並列に抵抗４２を接続することでＬＥＤ４のアノード電圧を光の強度変化に追従させることができる。

抵抗４１を１００Ω〜１０ｋΩ、抵抗４２を１０ＭΩ〜１ＧΩの範囲内の抵抗値とすると、入力モードの時、電流制限用の抵抗４１には電流がほとんど流れないため、抵抗４１では電圧降下せず、ＬＥＤ４の光起電力によって生じたアノードの電圧が、マイクロコントローラ部３の端子に印加される。警報やデータの送信を行う出力モードの時は、抵抗４２が抵抗４１より十分高いため、ＬＥＤ４のほうに主に電流が流れてＬＥＤ４が発光し、警告やデータの送信に使うことができる。この時の発光・受光素子６２の発光素子は、６００ｎｍよりも波長の短い光を発光する高輝度ＬＥＤを用いる。

例えば、抵抗４１を１ＫΩ、抵抗４２を１００ＭΩとすると、入力装置６から本体部１へのデータ通信速度については数bps、本体部１から入力装置２へのデータ通信速度については３００bps以上で通信が行うことができる。
本体部１のＬＥＤ４が入力装置６の発光・受光素子６２から所定のコマンドに対応するパルスパターンの信号を検知した場合、本体部１を通信モードに切り換えて本体部１のＬＥＤ４と入出力装置２の発光・受光素子６２との間の光通信を確立する。

そして、発光素子及び受光素子６２が受光するＬＥＤ４からのパルスパターンが、不揮発性メモリに格納された積算放射線量に対応するカウントや、所定の時間毎の放射線量に対応するデータの要求コマンドであれば、マイクロコントローラ部３がこれに応じて放射線量率データを入出力装置２に向けて出力する。

これにより、コンピュータ等は、装着者の積算線量や所定の時間毎の放射線量をディスプレイに表示することができる。
なお、ＬＥＤ４は、同色あるいは異色のＬＥＤを複数設け、装着時に線量率を点灯数で表すようにしてもよいし、線量率が増大するにつれ点滅周期を早めたり、ＬＥＤの色を変化させることにより線量率のレベルを示すようにしてもよい。

この実施例では、放射線検出素子として放射線検出用ダイオード５を使用したが、小型のガイガーミューラー管（ＧＭ管）等様々なものを使用してもよいことはもちろんである。
さらに、入力装置６に差込口６１を設けることなく、発光・受光素子６２を入力装置６の端面に配置し、本体部１のＬＥＤ４をこれに対向させて、本端部に設けたスイッチをＯＮにすることにより、両者間の送受信を行われるようにしてもよい。

［実施例２］
この実施例では、図４に示すように、実施例１に、警報音を発する圧電ブザー１２を追加したものである。
放射線線量計の本体部１をクリップを使用して、胸ポケットなどに装着した場合など、ＬＥＤ４の点灯、点滅のみでは、作業中の装着者が警報に気づかない場合もある。そこで、この実施例では、そのときの放射線量率や累計被曝放射線量が安全値を超過したとき、ＬＥＤ４の点灯だけでなく、圧電ブザー１２を併用して警報音を発するようにする。
この場合、線量率に応じて、音量を変化させたり、警報音断続周期を変化させることで、線量計のレベルを装着者に報知することが可能となる。

ところで、放射線検出素子として放射線検出用ダイオード８を使用した場合、作業中に放射線線量計の本体部１を落下させたり、硬い物に激突させたりすると、放射線検出用ダイオード８およびその周辺回路に加わった衝撃により、放射線（γ線）が入ったときと同様あるいはそれ以上のレベルのパルス信号を出力する場合がある。
このような場合、波形弁別器１０からは、放射線（γ線）が入ったときに発生する線量に直接関係するパルスに加え、衝撃に伴い発生したパルスがマイクロコントローラ部３に入力されることになる。このため、本来より高い線量が計測されることになり、正確な線量率管理が不可能になるとともに、ＬＥＤ４の点灯警報や、圧電ブザー１２の警報音により、装着者に大きな不安を与えることになる。

そこで、この実施例では、圧電ブザー１２に使用する圧電素子を、衝撃センサとして兼用する。
すなわち、本体部１を落下させたり、異物に衝突させたりして生じた衝撃や振動を、圧電ブザー１２の圧電素子で検出する。圧電素子の出力を、放射線の検出信号に悪影響を及ぼす周波数帯域のみ信号を通過させ、低周波の信号等、その以外の周波数帯域の信号を遮断するフィルタ１３、増幅器１４、波形分別器１５を介して、マイクロコントローラ部３に入力する。
波形分別器１５は、波形分別器７と同様に、ある閾値を超えた場合にパルス信号を出力し、マイクロコントローラ部３に入力する。

放射線検出用ダイオードの放射線検出時の電流が非常に微弱なため、強い衝撃や振動が本装置に加わった場合、増幅器９の電圧が変動して閾値を超え、波形弁別器１０に誤検出信号を生じさせたり、放射線に対する感度が変化したりする場合がある。
そこで、図５に示すように、衝撃時に、圧電ブザー１２の圧電素子から、フィルタ１３、増幅器１４、波形弁別器１５を介して入力された電圧が閾値を超えた場合、増幅器９の出力が閾値を超えることになる。このような場合には、波形弁別器１０からの出力パルスがある場合でも、不要情報としてこれを除外する。
また、波形弁別器１０からの出力パルスがない場合でも、波形弁別器１５からの出力パルスがある場合には、外部ノイズ等の影響が強いことが予想される。このような場合には、放射線量の計測が信頼できないものであるとして、この前後の所定の時間帯を計測時間から除外することにより、線量計測の信頼性を高めるとともに、誤警報を確実に防止することができる。なお、図５において、最上段の増幅器９の出力の矢印で示したピークは、強い衝撃や振動がないものとした場合を示しており、これが本来計測すべき放射線の信号を示している。

［実施例３］
ＬＥＤ４による光通信だけではデータ転送速度が低いため、記録した詳細なデータを読み出したりコマンドを本体部１に送信するのに時間がかかる場合がある。これを解決するため、この実施例では、図６に示すように、実施例２に、無線あるいは赤外線による入出力回路１６及び磁気スイッチ１７を追加したものである。この磁気スイッチ１７は、図１において、入力装置６の差込口６１に本体部１を挿入した時に、入力装置６の内部に配置した永久磁石等によってオンになるものである。

この磁気スイッチ１７がオンになったのをトリガーとして、ＬＥＤ４による光通信や無線や赤外線による入出力回路１６を使った非接触通信を起動させれば、最小限の消費電力で、パソコン等の表示装置５のキーボード等の操作無しにデータを送受信できる。
また、ＬＥＤ４による光通信のみでは、本体部１に入力装置６が差し込まれていないにもかかわらず、外部の光の変動によって光通信と同様な信号が発生し、不必要な通信モードになる可能性がある。しかし、本体部１に入力装置６を差し込み、磁気スイッチ１７がオンの間だけ通信モードにするようにすれば、ノイズにより通信モードが作動し、不要な電力消費を防止することもできる。

また、無線あるいは赤外線による通信機能を省略して、簡略化した入力装置６及び表示装置５を組み合わせたユニットと、無線あるいは赤外線機能を備えた入力装置６及び表示装置５を組み合わせたユニットを用意し、両者を使い分けることも有効である。すなわち、通常の線量値の確認を行う場合には、簡略化したユニットを使用し、詳細なデータの取得、リセット、較正などを行う時は、無線あるいは赤外線機能を備えたユニットを使用すれば、コストを最小限に抑えながら、表示装置がない線量計でも、装着者が線量値の確認を頻繁に行うことができる。

なお、入力装置６と表示装置５を組み合わせたユニットを簡略化する際、表示装置５を、マイクロコントローラーチップ及び液晶表示器等を使って入力装置６と一体化させコンパクト化を図り、現場の管理担当者あるいは装着者等が、線量計の本体部１とともに持ち歩くことができるようにすることもできる。

さらに、無線や赤外線等の入出力装置１６は、複数の線量計の較正を行う場合の通信に使用することもできる。すなわち、較正を行う際は、ある一定量の線量を線量計に照射して、その線量と各線量計が記録したカウント数から較正定数を求め、それを線量計に書き込む必要がある。そこで、放射線線量計毎に異なるＩＤを付けて、各自のＩＤに対応する較正データを送信することによって、較正作業を省力化することも可能である。

［実施例４］
上記実施例１から３の線量計は、本体部１が表示装置を持つことなく、ＬＥＤ４や圧電ブザー１２による警報にとどめ、ＬＥＤ４を電気的に非接触の入出力装置として兼用させることにより、職員等が常に持ち歩くＩＤカードよりも小さく、また薄くすることができる。
また、電気的に非接触で測定データを読み取ることができることから、本実施例では図７のように、本体部１をＩＤカードと接着あるいは一体成型により一体化したり、カードホルダーにＩＤカードと共に入れて本体部１とＩＤカードが一緒になるようにして線量を測定するように構成する。

このようにすれば、ＩＤカード情報と連携させて個人毎の放射線被曝量を管理することができるとともに、ポケット等に独立に本体部１を入れるよりも紛失等の可能性を低減できる。また、ポケットの中に入れる場合は鍵など硬い物と接触しやすく衝撃を受けやすいが、ＩＤカードのホルダーは通常柔らかい透明樹脂材料で成形されており、衝撃を受けにくく、衝撃による誤検出の可能性をさらに低減することができる。

［その他の実施例］
各実施例において、放射線線量計の本体部１にＧＰＳ機能を搭載させ、その位置情報を放射線線量計が計測した被曝放射線量を時間とともに記録すれば、放射線線量の高い地域をより一層正確に特定でき、除染を行うべき地域の特定などの情報を自動的に収集することが可能となる。

さらに、消費電力を低減するため、放射線線量計にスリープモードを設定した場合、入力装置６の差込口６１に差し込むことで、ＬＥＤ４がマイクロコントローラ部３から特定のパターン信号を受信することにより、スリープモードを解除し、計測した放射線量の通信の要否を確認した上で、送受信を行うようにしてもよい。
なお、スリープモードの解除は、放射線線量計の本体部１に設けたスイッチや、放射線管理機器が設置された事務所の無線ＬＡＮ等により行ってもよい。

また、本体部１のマイクロコントローラ部３に電池電圧検出素子を設け、電池残容量に応じて、ＬＥＤ４や圧電ブザー１２を利用して、電池交換や、入力装置６を介した計測した放射線量のデータ待避などを装着者に促すようにしてもよい。

ところで、装着者自身が電池交換を行うと、故障の原因ともなるので、本体部１を、一般ユーザーによる電池交換が不可能な構造とし、専門のサービスステーション等に、電池交換及び再較正を依頼するといった運用を採用することが必要となる。

このような運用を採用する場合、放射線線量計ＩＤと装着者ＩＤとが必要になる。電池交換と再較正が短時間にできる場合は、これまで使っていた線量計の電池交換及び再較正を行って同じ装着者に戻せば線量計ＩＤと装着者ＩＤは同一で運用できる。
しかし、電池交換や再較正の時間がかかり、異なる放射線線量計のＩＤのものを装着者に引き渡す場合は、放射線線量計ＩＤと装着者ＩＤとを関連づけることが必要になる。
こうした関連付けは、データーベース上で行ってもよいが、装着者に線量計を渡す前に管理システムを立ち上げ、ＩＤの関連付けを行うことが好ましい。その際には、本体部１の不揮発性メモリ１１に線量計ＩＤとともに装着者ＩＤを格納することで、データーベース等にアクセスしなくても、装着者を特定して電池交換後も記録を継続できる。これによって、電池交換が行われても、装着者毎の被曝線量を、継続的にしかも正確に管理することが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、警告用のＬＥＤを非接触式入出力装置として兼用させることにより、部品点数を削減して低コスト化できるとともに、電気的に非接触でデータの入出力が可能となり、しかも、金属電極を外部に出す必要が無く、電極に関係する接触不良、静電気破壊、雨等に濡れた時の漏電等のトラブルを防ぐことができるので、装着者に負担を与えることなく、長期にわたり被曝した放射線量を管理することができる携行型の放射線線量計として広く採用されることが期待できる。

１ 携行型放射線線量計の本体部
２ 放射線検出部
３ マイクロコントローラ部
４ ＬＥＤ
５ 放射線管理機器のディスプレイ
６ 入力装置
７ ケーブル
８ 放射線検出用ダイオード
９、１４ 増幅器
１０、１５ 波形弁別器
１１ 不揮発性メモリ
１２ 圧電ブザー
１６ 入出力装置
１７ 磁気スイッチ

Claims (3)

1. 放射線検出用の素子を有し、該素子による検出出力から被曝した放射線線量を測定して記録する携行型の放射線線量計において、
   被曝した放射線線量あるいは線量率が所定の閾値を超えた場合、ＬＥＤにより使用者に警告を発するとともに、前記ＬＥＤを、表示装置を備えた放射線量管理機器に設けられた電気的に非接触な入力装置の発光・受光部と対向させ、記録した放射線量データ及び前記非接触式入力装置から送信されたコマンドやデータの送受信に利用したことを特徴とする携行型の放射線線量計。
2. 前記放射線検出用の素子として放射線検出用半導体を使用した請求項１記載の携行型の放射線線量計において、
   被曝した放射線線量あるいは線量率が所定の閾値を超えた場合、圧電素子により使用者に警報音を発す圧電ブザーをさらに備え、前記放射線線量計に加わった衝撃、振動を前記圧電ブザーに使用する圧電素子により検出し、前記放射線検出用半導体による放射線量検出値から衝撃、振動によるノイズ分を除去するノイズ除去装置を備えたことを特徴とする携行型の放射線線量計。
3. 請求項１または２に記載の携行型の放射線線量計において、
   前記放射線線量計が、前記非接触式入力装置に設けられた差込口に差し込まれたとき、前記ＬＥＤが、前記差込口の内部に設けられた発光・受光素子に対向し、前記記録した放射線量データ及び前記非接触式入力装置から送信されたコマンドやデータの送受信を行うようにしたことを特徴とする携行型の放射線線量計。

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