JP6159144B2

JP6159144B2 - パルス波高検出装置、放射線検出装置、放射線分析装置、及びパルス波高検出方法

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Publication number: JP6159144B2
Application number: JP2013100604A
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Inventors: 直人枝
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Publication date: 2017-07-05
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Description

本発明は、放射線の検出によって発生するパルスに基づいて放射線のエネルギーを求める処理を行うパルス波高検出装置、該パルス波高検出装置を用いた放射線検出装置、該放射線検出装置を用いた放射線分析装置、及びパルス波高検出方法に関する。

Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出装置は、放射線検出器と、パルス波高検出装置とを備えている。放射線検出器は、半導体放射線検出素子等を用いて構成されており、放射線が検出される都度、単ステップ状パルスを出力する。パルス波高検出装置は、フィルタ処理により単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換する。パルスの変換時には、単ステップ状パルスを台形状パルスへ整形すると共に、ノイズの除去が行われる。次に、パルス波高検出装置は、ピークホールドにより台形状パルスの波高を検出する。パルス波高検出装置が検出したパルスの波高は、放射線のエネルギーに対応し、パルス波高検出装置が検出したパルスの波高に基づいて放射線のスペクトルを求めることができる。特許文献１には、複数のフィルタ処理を用いて、単ステップ状パルスのベースラインを正確に読み取る技術が開示されている。

特許第４４２９０１１号公報

パルス波高検出装置でピークホールドにより台形状パルスの波高を正確に検出するためには、パルスの時間間隔がある程度以上長い必要がある。必要な最短の時間間隔は、プロセスタイム又はデッドタイムと言われ、台形状パルスの時間幅に応じた値となる。プロセスタイムよりも短い間隔で二つの放射線が検出された場合、二つの放射線に起因する台形状パルスが重なるので、二つの放射線を区別することが困難になる。このため、プロセスタイムが長い場合は、放射線の検出効率が低下する。一方で、プロセスタイムを短くした場合は、台形状のパルスのＳ／Ｎ（信号／ノイズ）比が悪化し、放射線エネルギーの検出精度が悪化する。従って、放射線の検出効率と放射線エネルギーの検出精度とを両立させることは困難である。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、放射線の検出効率と放射線エネルギーの検出精度とを両立させたパルス波高検出装置、放射線検出装置、放射線分析装置、及びパルス波高検出方法を提供することにある。

本発明に係るパルス波高検出装置は、順次的な単ステップ状パルスが多段の階段状に連なった信号が入力され、夫々の単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換し、変換した台形状パルスの波高を検出するパルス波高検出装置において、単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換する第１変換部と、単ステップ状パルスを、該第１変換部が変換する台形状パルスよりも時間幅が短い台形状パルスへ変換する第２変換部と、一の単ステップ状パルスＰ（ｎ）の一つ前の単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔を計測する計測手段と、該計測手段が計測した時間間隔が所定の第１閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部が変換した台形状パルスの波高を検出する手段と、前記時間間隔が前記第１閾値以下であり、前記第１閾値よりも短い所定の第２閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）及び前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を比較する手段と、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部が変換した台形状パルスの波高を検出する手段と、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高以下である場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第２変換部が変換した台形状パルスの波高を検出する手段とを備え、前記第１閾値は、前記第１変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔であり、前記第２閾値は、前記第２変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔であることを特徴とする。

本発明に係るパルス波高検出装置は、前記計測手段が計測した時間間隔が前記第２閾値以下である場合に、台形状パルスの波高の検出を休止する手段を更に備えることを特徴とする。

本発明に係る放射線検出装置は、放射線検出時に放射線のエネルギーに応じた単ステップ状パルスを出力する放射線検出器と、該放射線検出器が出力した単ステップ状パルスが順次的に連なった信号を入力され、夫々の単ステップ状パルスを変換した台形状パルスの波高を検出する本発明に係るパルス波高検出装置とを備えることを特徴とする。

本発明に係る放射線分析装置は、放射線のエネルギーに対応するパルスの波高を検出する本発明に係る放射線検出装置と、該放射線検出装置が検出したパルスの波高に基づいて、放射線のエネルギーを分析する分析部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るパルス波高検出方法は、順次的な単ステップ状パルスが多段の階段状に連なった信号を受け付け、夫々の単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換し、変換した台形状パルスの波高を検出する方法において、単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換する第１変換部と、単ステップ状パルスを、該第１変換部が変換する台形状パルスよりも時間幅が短い台形状パルスへ変換する第２変換部とを用い、前記第１変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔を、所定の第１閾値とし、前記第２変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔を、前記第１閾値よりも短い所定の第２閾値としてあり、一の単ステップ状パルスＰ（ｎ）の一つ前の単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔を計測し、計測した時間間隔が前記第１閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部で変換した台形状パルスの波高を検出し、前記時間間隔が前記第１閾値以下であり、前記第２閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）及び前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を比較し、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部で変換した台形状パルスの波高を検出し、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高以下である場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第２変換部で変換した台形状パルスの波高を検出することを特徴とする。

本発明においては、放射線検出装置は、放射線のエネルギーに応じた単ステップ状パルスを出力する放射線検出器と、単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換して波高を検出するパルス波高検出装置とを備える。放射線分析装置は、放射線検出装置と分析部とを備える。パルス波高検出装置は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）を第１変換部で変換した第１の台形状パルスと、第２変換部で変換した時間幅がより短い第２の台形状パルスとの何れかの波高を検出する。一つ前の単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と単ステップ状パルスＰ（ｎ）との時間間隔が第１閾値より長い場合に、パルス波高検出装置は、第１の台形状パルスの波高を検出する。時間間隔が第１閾値以下で第２閾値より長い場合、パルス波高検出装置は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）より大きいときに第１の台形状パルスの波高を検出し、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高以下のときに第２の台形状パルスの波高を検出する。台形状パルスの時間幅が短くなるもののＳ／Ｎ比が悪くなる第２変換部の利用が最小限となる。

また、本発明においては、パルス波高検出装置は、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と単ステップ状パルスＰ（ｎ）との時間間隔が第２閾値以下である場合に、台形状パルスの波高を検出しない。単ステップ状パルスの時間間隔が短すぎる場合は、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と単ステップ状パルスＰ（ｎ）とを変換した二つの台形状パルスを区別できないので、波高の検出は行われない。

また、本発明においては、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と単ステップ状パルスＰ（ｎ）との時間間隔が第１閾値より長い場合は、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と単ステップ状パルスＰ（ｎ）とを第１変換部で変換した二つの台形状パルスは重ならない。単ステップ状パルスの時間間隔が第１閾値以下である場合は、二つの台形状パルスが重なる。第１変換部で変換した二つの台形状パルスが重なる場合でも、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）より大きいときは、第１の台形状パルスの波高の検出が可能である。

また、本発明においては、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と単ステップ状パルスＰ（ｎ）との時間間隔が第２閾値以下である場合は、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と単ステップ状パルスＰ（ｎ）とを第２変換部で変換した二つの台形状パルスが重なる。

本発明にあっては、時間幅の短い台形状パルスの波高を検出することにより、放射線検出装置及び放射線分析装置では、放射線の不感時間が短くなり、放射線の検出効率が向上する。また、時間幅がより長いもののＳ／Ｎ比が良好である台形状パルスの波高を可能な限り検出し、時間幅が短いもののＳ／Ｎ比の悪い台形状パルスの利用を必要最小限に抑えることにより、放射線検出装置及び放射線分析装置では、放射線エネルギーの検出精度の悪化を可及的に防止することができる。従って、放射線の検出効率と放射線エネルギーの検出精度とを両立させることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

放射線分析装置の機能構成を示すブロック図である。放射線検出器が出力する信号の例を示す模式的特性図である。単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す模式的特性図である。プロセスタイムを説明する説明図である。パルス波高検出装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合の単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す特性図である。単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と等しい場合の単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す特性図である。単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高未満である場合の単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す特性図である。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、放射線分析装置の機能構成を示すブロック図である。放射線分析装置は、放射線検出器１と、パルス波高検出装置２と、分析部３とを備えている。放射線検出器１及びパルス波高検出装置２の組み合わせは、本発明の放射線検出装置である。放射線検出器１は、放射線検出素子１１と、プリアンプ１２とを備えている。放射線検出素子１１は、ＳＤＤ（Silicon Drift Detector）等の半導体放射線検出素子であり、入射した放射線のエネルギーに応じた電荷を発生し、発生した電荷に応じたパルス電流を出力する。プリアンプ１２は、放射線検出素子１１が出力したパルス電流を電圧パルスに変換し、放射線検出時に一段のステップ状に信号値が上昇する単ステップ状パルスを生成する。放射線検出器１は、プリアンプ１２が生成した単ステップ状パルスを出力する。

図２は、放射線検出器１が出力する信号の例を示す模式的特性図である。図中の横軸は時間を示し、縦軸は信号値を示している。放射線検出器１が出力する信号は、信号値が一段のステップ状に変化してなる単ステップ状パルスが順次的に連なって構成され、順次的な単ステップ状パルスが多段の階段状になった信号である。信号値が上昇するステップの高さを、単ステップ状パルスの波高とする。放射線検出器１は、放射線を検出する都度、単ステップ状パルスを出力する。単ステップ状パルスの波高は、放射線のエネルギーに対応する。

パルス波高検出装置２は、ＤＰＰ（デジタルパルスプロセッサ）で構成されている。放射線検出器１が出力した単ステップ状パルスは、パルス波高検出装置２へ順次入力される。パルス波高検出装置２は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２１を備えている。Ａ／Ｄ変換部２１は、パルス波高検出装置２へ入力された単ステップ状パルスをＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換部２１には、単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換するフィルタ処理を行う第１フィルタ部（第１変換部）２２、第２フィルタ部（第２変換部）２３及び高速フィルタ部２４が接続されている。

図３は、単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す模式的特性図である。図中の横軸は時間を示し、縦軸は信号値を示している。図３Ａは単ステップ状パルスを示し、順次的な複数の単ステップ状パルスの内、（ｎ−１）番目の単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）とｎ番目の単ステップ状パルスＰ（ｎ）とを示している。図３Ｂは、図３Ａに示す単ステップ状パルスを第１フィルタ部２２で変換した台形状パルスを示す。台形状パルスのベースラインは、温度が一定の場合、ほぼ一定である。第１フィルタ部２２は、フィルタ処理により、単ステップ状パルスを台形状パルスへ整形すると共に、ノイズを除去する。台形状パルスのピーク値の高さを台形状パルスの波高とする。台形状パルスの波高は、単ステップ状パルスの波高に応じた値になる。即ち、台形状パルスの波高は放射線のエネルギーに対応する。また、台形状パルスの時間幅は、第１フィルタ部２２が実行するフィルタ処理の特性によって予め定められた値となる。

図３Ｃは、図３Ａに示す単ステップ状パルスを第２フィルタ部２３で変換した台形状パルスを示す。第２フィルタ部２３でも、フィルタ処理により、単ステップ状パルスを台形状パルスへ整形すると共に、ノイズを除去する。第２フィルタ部２３は、単ステップ状パルスを、第１フィルタ部２２で変換した場合よりも時間幅が短い台形状パルスへ変換するように、フィルタ処理の特性が調整されている。このフィルタ処理の特性のため、第２フィルタ部２３が単ステップ状パルスを変換した台形状パルスは、第１フィルタ部２２が単ステップ状パルスを変換した台形状パルスよりもＳ／Ｎ比が悪化している。

図３Ｄは、図３Ａに示す単ステップ状パルスを高速フィルタ部２４で変換した高速パルスを示す。高速フィルタ部２４は、第１フィルタ部２２及び第２フィルタ部２３と同様のフィルタ処理を行うものの、変換後の時間幅が極端に短くなるようにフィルタ処理を行う。このため、高速フィルタ部２４が単ステップ状パルスを変換したパルスは瞬間的な高速パルスとなる。高速パルスの時間幅は、第１フィルタ部２２で得られる台形状パルスの時間幅の１０分の１以下となっている。

図４は、プロセスタイムを説明する説明図である。図中の横軸は時間を示し、縦軸は信号値を示している。実線で示した台形状パルスと破線で示した台形状パルスの時間幅は同一である。図中に実線で示す台形状パルスの波高を正確に求めるためには、台形状パルスが立ち上がる前に一つ前のパルスの立下りが終了していることが必要であり、また、台形状パルスのピーク値を取得するまでに次のパルスが立ち上がらないことが必要である。従って、一つの台形状パルスの波高を正確に求めるためには、図４に示す如きプロセスタイムの間に他のパルスが含まれていないことが必要である。台形状パルスの立ち上がり時間と立下り時間とが等しいとすると、プロセスタイムの長さは、台形状パルスの立ち上がり時間の三倍に、台形状パルスのピーク値が持続する時間の二倍を加算した時間である。

プロセスタイムは、台形状パルスの時間幅に応じた値であるので、第１フィルタ部２２及び第２フィルタ部２３が実行するフィルタ処理の特性によって予め定められた値となる。第１フィルタ部２２により単ステップ状パルスを変換した台形状パルスの波高を検出する際のプロセスタイムを第１のプロセスタイムとし、第２フィルタ部２３により単ステップ状パルスを変換した台形状パルスの波高を検出する際のプロセスタイムを第２のプロセスタイムとする。第２のプロセスタイムは、第１のプロセスタイムよりも短く、例えば２分の１以下になっている。プロセスタイムは放射線検出の不感時間に相当し、プロセスタイムが短いほど放射線の検出効率が向上する。但し、プロセスタイムを短くするほど、台形状パルスの時間幅は短く、前述したように、Ｓ／Ｎ比は悪化する。即ち、第１フィルタ部２２が単ステップ状パルスを変換した台形状パルスは、プロセスタイムが長い一方でＳ／Ｎ比が優れており、第２フィルタ部２３が単ステップ状パルスを変換した台形状パルスは、プロセスタイムが短い一方でＳ／Ｎ比が劣っている。

第１フィルタ部２２、第２フィルタ部２３及び高速フィルタ部２４は、波高を検出すべき台形状パルスを選択する選択部２５に接続されている。選択部２５は、第１フィルタ部２２が単ステップ状パルスを変換した台形状パルスと、第２フィルタ部２３が変換した台形状パルスとの内で、波高を検出すべき台形状パルスを選択する処理を行う。選択部２５には、台形状パルスの波高を検出する波高検出部２６が接続されている。選択部２５は、選択した台形状パルスを波高検出部２６へ入力し、波高検出部２６は、ピークホールドにより、入力された台形状パルスの波高を検出する。波高検出部２６には、ＭＣＡ（マルチチャネルアナライザ）２７が接続されている。波高検出部２６は、検出した台形状パルスの波高をＭＣＡ２７へ入力し、ＭＣＡ２７は、波高別に、台形状パルスの波高が入力された回数をカウントする。パルス波高検出装置２は、台形状パルスの波高とＭＣＡ２７がカウントしたカウント数との関係を示すデータを出力する。

分析部３は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されている。分析部３は、パルス波高検出装置２が出力したデータを入力され、データが示す台形状パルスの波高とカウント数との関係から、台形状パルスの波高が対応する放射線のエネルギーとカウント数とを対応づけた放射線のスペクトルを生成する処理を行う。分析部３は、更に、生成した放射線のスペクトルに基づいて、放射線源の元素分析を行い、試料の定性・定量分析を行う等の更なる処理を行ってもよい。

次に、パルス波高検出装置２の動作を説明する。図５は、パルス波高検出装置２が実行する処理の手順を示すフローチャートである。放射線検出素子１１に放射線が入射した場合に、放射線検出器１は、放射線のエネルギーに応じた単ステップ状パルスを出力し、パルス波高検出装置２には、単ステップ状パルスが入力される（Ｓ１）。ここで、入力された単ステップ状パルスを、パルス波高検出装置２へ入力された信号に含まれるｎ番目の単ステップ状パルスＰ（ｎ）とする。Ａ／Ｄ変換部２１は、入力された単ステップ状パルスＰ（ｎ）をＡ／Ｄ変換する（Ｓ２）。Ａ／Ｄ変換部２１は、Ａ／Ｄ変換した単ステップ状パルスＰ（ｎ）を第１フィルタ部２２、第２フィルタ部２３及び高速フィルタ部２４へ入力する。第１フィルタ部２２、第２フィルタ部２３及び高速フィルタ部２４は、夫々に、単ステップ状パルスＰ（ｎ）に対してフィルタ処理を行う（Ｓ３）。フィルタ処理により、第１フィルタ部２２及び第２フィルタ部２３は単ステップ状パルスＰ（ｎ）を台形状パルスへ変換する。第１フィルタ部２２が単ステップ状パルスＰ（ｎ）を変換した台形状パルスを第１の台形状パルスとし、第２フィルタ部２３が単ステップ状パルスＰ（ｎ）を変換した台形状パルスを第２の台形状パルスとする。第２の台形状パルスは、第１の台形状パルスよりも時間幅が短い。また、高速フィルタ部２４は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）を高速パルスへ変換する。第１フィルタ部２２は第１の台形状パルスを選択部２５へ入力し、第２フィルタ部２３は第２の台形状パルスを選択部２５へ入力し、高速フィルタ部２４は高速パルスを選択部２５へ入力する。

選択部２５は、入力された単ステップ状パルスＰ（ｎ）の一つ前の単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から、単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔を計測する（Ｓ４）。選択部２５は、高速フィルタ部２４から入力された高速パルスに基づいて、時間間隔を計測する。例えば、選択部２５は、高速フィルタ部２４から高速パルスが入力された時刻を記憶しておき、次の高速パルスが高速フィルタ部２４から入力された場合に、時刻の差を計算することにより、時間間隔を計測する。また例えば、選択部２５は、経過時間を計測し、高速フィルタ部２４から高速パルスが入力される都度経過時間をリセットし、リセットまでに経過した経過時間を時間間隔とする。選択部２５でのＳ４の処理は、計測手段に対応する。

選択部２５は、次に、計測した時間間隔が第１のプロセスタイムを超過しているか否かを判定する（Ｓ５）。選択部２５は、第１のプロセスタイムを予め記憶している。第１のプロセスタイムは、第１閾値に対応する。計測した時間間隔が第１のプロセスタイムを超過している場合は（Ｓ５：ＹＥＳ）、選択部２５は、第１フィルタ部２２から入力された第１の台形状パルス、及び第２フィルタ部２３から入力された第２の台形状パルスの内、第１の台形状パルスを選択し、選択した台形状パルスを波高検出部２６へ入力する（Ｓ６）。図３は、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔が第１のプロセスタイムを超過している場合を示している。この場合は、図３Ｂに示すように、単ステップ状パルスＰ（ｎ）を第１フィルタ部２２が変換した台形状パルスは、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）を第１フィルタ部２２が変換した台形状パルスに重なることが無い。このため、第１フィルタ部２２が変換した第１の台形状パルスの波高を検出することが可能である。

Ｓ５で、計測した時間間隔が第１のプロセスタイム以下である場合は（Ｓ５：ＮＯ）、選択部２５は、計測した時間間隔が第２のプロセスタイム以下であるか否かを判定する（Ｓ７）。選択部２５は、第２のプロセスタイムを予め記憶している。第２のプロセスタイムは、第２閾値に対応する。計測した時間間隔が第２のプロセスタイム以下である場合は（Ｓ７：ＹＥＳ）、選択部２５は、処理を終了する。この場合は、選択部２５は、波高検出部２６へは台形状パルスを入力しない。このため、波高検出部２６での台形状パルスの波高の検出は休止される。単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔が第２のプロセスタイム以下である場合は、第２の台形状パルスは、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）を第２フィルタ部２３が変換した台形状パルスに重なっている。第１及び第２の台形状パルスの内、時間幅が短い方の第２の台形状パルスでも一つ前の台形状パルスに重なるので、台形状パルスの波高を検出することができない。

Ｓ７で、計測した時間間隔が第２のプロセスタイムを超過している場合は（Ｓ７：ＮＯ）、選択部２５は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）と単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）との波高を比較し、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過しているか否かを判定する（Ｓ８）。例えば、選択部２５は、高速フィルタ部２４からの高速パルスの波高を記憶しておき、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）に対応して記憶してある高速パルスの波高と、高速フィルタ部２４から入力された高速パルスの波高とを比較することによって、単ステップ状パルスの波高を比較する。また例えば、選択部２５は、第２フィルタ部２３からの台形状パルスのピーク値を記憶しておき、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）に対応して記憶してあるピーク値と、第２フィルタ部２３から入力された台形状パルスのピーク値とを比較することによって、単ステップ状パルスの波高を比較する。単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、選択部２５は、処理をＳ６へ進め、第１フィルタ部２２から入力された台形状パルスを選択して波高検出部２６へ入力する。

図６は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合の単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す特性図である。図中の横軸は時間を示し、縦軸は信号値を示している。図６Ａは、単ステップ状パルスを示し、図６Ｂは、単ステップ状パルスを第１フィルタ部２２が変換した台形状パルスを示している。図６Ｂに示すように、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔が第１のプロセスタイム以下である場合は、第１の台形状パルスは、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）を第１フィルタ部２２が変換した台形状パルスに重なっている。また、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過しているので、第１の台形状パルスの波高は、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）を変換した台形状パルスの波高を超過している。この場合は、二つの台形状パルスが重なっていると雖も、重なったパルスには、第１の台形状パルスのピークが現れている。このため、ピークホールドにより、第１の台形状パルスの波高を求めることが可能である。従って、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合は、第１の台形状パルスを選択する。第１の台形状パルスを選択することにより、第２の台形状パルスを選択した場合に比べて、Ｓ／Ｎ比が良好になる。

Ｓ８で、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高以下である場合は（Ｓ８：ＮＯ）、選択部２５は、第１及び第２の台形状パルスの内、第２の台形状パルスを選択し、選択した台形状パルスを波高検出部２６へ入力する（Ｓ９）。

図７は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）と等しい場合の単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す特性図である。図７Ａは、単ステップ状パルスを示し、図７Ｂは、単ステップ状パルスを第１フィルタ部２２が変換した台形状パルスを示し、図７Ｃは、単ステップ状パルスを第２フィルタ部２３が変換した台形状パルスを示している。図８は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高未満である場合の単ステップ状パルス及び台形状パルスの例を示す特性図である。図８Ａは、単ステップ状パルスを示し、図８Ｂは、単ステップ状パルスを第１フィルタ部２２が変換した台形状パルスを示し、図８Ｃは、単ステップ状パルスを第２フィルタ部２３が変換した台形状パルスを示している。図７Ｂ及び図８Ｂに示すように、第１の台形状パルスの波高は、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）を変換した台形状パルスの波高以下であり、二つの台形状パルスが重なったパルスには、第１の台形状パルスのピークは現れていない。このため、単ステップ状パルスＰ（ｎ）を変換した台形状パルスの波高をピークホールドにより求めることはできない。一方、図７Ｃ及び図８Ｃに示すように、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔が第２のプロセスタイムを超過している場合は、第２の台形状パルスは、単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）を第２フィルタ部２３が変換した台形状パルスに重なっていない。従って、第２の台形状パルスを選択することで、台形状パルスの波高を検出することが可能になる。

Ｓ６又はＳ９が終了した後は、波高検出部２６は、入力された台形状パルスの波高を検出する（Ｓ１０）。Ｓ１０では、波高検出部２６は、台形状パルスのピーク値をホールドするピークホールドの処理を実行することにより、台形状パルスの波高を検出し、検出した波高をＭＣＡ２７へ入力する。ＭＣＡ２７は、波高検出部２６から入力された波高別に、台形状パルスの波高が入力された回数をカウントする（Ｓ１１）。パルス波高検出装置２は、以上で処理を終了する。放射線検出器１から単ステップ状パルスが入力される都度、パルス波高検出装置２は、Ｓ１〜Ｓ１１の処理を実行する。

パルス波高検出装置２は、台形状パルスの波高とＭＣＡ２７がカウントしたカウント数との関係を示すデータを出力する。例えば、パルス波高検出装置２は、Ｓ１〜Ｓ１１の処理を所定回数繰り返した場合、処理開始から所定時間が経過した場合、又は図示しない受付部でデータ出力の要求を受けつけた場合に、データを出力する。なお、パルス波高検出装置２は、Ｓ１〜Ｓ１１の処理を実行する都度、データを出力してもよい。パルス波高検出装置２が出力したデータは分析部３へ入力され、分析部３は、入力されたデータに基づいて、放射線のスペクトルを生成する等の放射線のエネルギーを分析する処理を行う。

以上詳述した如く、本実施の形態においては、パルス波高検出装置２は、単ステップ状パルスＰ（ｎ）を第１フィルタ部２２で変換した第１の台形状パルスが単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）を変換した台形状パルスに重なる場合でも、第１の台形状パルスの波高の検出が可能なときに、第１の台形状パルスの波高を検出する。また、パルス波高検出装置２は、第１の台形状パルスの波高の検出ができないときに、プロセスタイムがより短くなる第２フィルタ部２３で単ステップ状パルスＰ（ｎ）を変換した第２の台形状パルスの波高を検出する。第２フィルタ部２３を利用することにより、プロセスタイムが短くなるので、放射線検出装置及び放射線分析装置では、放射線の不感時間が短くなり、放射線の検出効率が向上する。また、第２フィルタ部２３を利用した場合よりもＳ／Ｎ比が良好になるように第１フィルタ部２２を可能な限り利用し、第２フィルタ部２３の利用を必要最小限に抑えることにより、放射線検出装置及び放射線分析装置では、放射線エネルギーの検出精度の悪化を可及的に防止することができる。従って、本実施の形態においては、放射線の検出効率と放射線エネルギーの検出精度とを両立させることが可能となる。

なお、図１に示した放射線分析装置の機能構成は、最小限の機能構成であり、パルス波高検出装置２は、必要に応じて増幅部等のその他の機能部を更に備えた形態であってもよい。また、本実施の形態においては、Ａ／Ｄ変換部２１及びＭＣＡ２７をパルス波高検出装置２の内部に備えた形態を示したが、本発明は、パルス波高検出装置２の外部にＡ／Ｄ変換部２１又はＭＣＡ２７を備えた形態であってもよい。

１放射線検出器
１１放射線検出素子
１２プリアンプ
２パルス波高検出装置
２２第１フィルタ部（第１変換部）
２３第２フィルタ部（第２変換部）
２４高速フィルタ部
２５選択部
２６波高検出部
３分析部

Claims

順次的な単ステップ状パルスが多段の階段状に連なった信号が入力され、夫々の単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換し、変換した台形状パルスの波高を検出するパルス波高検出装置において、
単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換する第１変換部と、
単ステップ状パルスを、該第１変換部が変換する台形状パルスよりも時間幅が短い台形状パルスへ変換する第２変換部と、
一の単ステップ状パルスＰ（ｎ）の一つ前の単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔を計測する計測手段と、
該計測手段が計測した時間間隔が所定の第１閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部が変換した台形状パルスの波高を検出する手段と、
前記時間間隔が前記第１閾値以下であり、前記第１閾値よりも短い所定の第２閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）及び前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を比較する手段と、
前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部が変換した台形状パルスの波高を検出する手段と、
前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高以下である場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第２変換部が変換した台形状パルスの波高を検出する手段とを備え、
前記第１閾値は、前記第１変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔であり、
前記第２閾値は、前記第２変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔であること
を特徴とするパルス波高検出装置。
前記計測手段が計測した時間間隔が前記第２閾値以下である場合に、台形状パルスの波高の検出を休止する手段を更に備えること
を特徴とする請求項１に記載のパルス波高検出装置。
放射線検出時に放射線のエネルギーに応じた単ステップ状パルスを出力する放射線検出器と、
該放射線検出器が出力した単ステップ状パルスが順次的に連なった信号を入力され、夫々の単ステップ状パルスを変換した台形状パルスの波高を検出する請求項１又は２に記載のパルス波高検出装置と
を備えることを特徴とする放射線検出装置。
放射線のエネルギーに対応するパルスの波高を検出する請求項３に記載の放射線検出装置と、
該放射線検出装置が検出したパルスの波高に基づいて、放射線のエネルギーを分析する分析部と
を備えることを特徴とする放射線分析装置。
順次的な単ステップ状パルスが多段の階段状に連なった信号を受け付け、夫々の単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換し、変換した台形状パルスの波高を検出する方法において、
単ステップ状パルスを台形状パルスへ変換する第１変換部と、
単ステップ状パルスを、該第１変換部が変換する台形状パルスよりも時間幅が短い台形状パルスへ変換する第２変換部とを用い、
前記第１変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔を、所定の第１閾値とし、
前記第２変換部が二つの単ステップ状パルスを変換した二つの台形状パルスが重ならないために必要な前記二つの単ステップ状パルスの時間間隔を、前記第１閾値よりも短い所定の第２閾値としてあり、
一の単ステップ状パルスＰ（ｎ）の一つ前の単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）から前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）までの時間間隔を計測し、
計測した時間間隔が前記第１閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部で変換した台形状パルスの波高を検出し、
前記時間間隔が前記第１閾値以下であり、前記第２閾値を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）及び前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を比較し、
前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高を超過している場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第１変換部で変換した台形状パルスの波高を検出し、
前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）の波高が前記単ステップ状パルスＰ（ｎ−１）の波高以下である場合に、前記単ステップ状パルスＰ（ｎ）を前記第２変換部で変換した台形状パルスの波高を検出すること
を特徴とするパルス波高検出方法。