JP6178197B2

JP6178197B2 - 放射線検出装置および放射線検出方法

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Publication number: JP6178197B2
Application number: JP2013205557A
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Inventors: 黒田　英彦; 英彦黒田; 中山　邦彦; 邦彦中山; 啓高倉; 泉　幹雄; 幹雄泉
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Filing date: 2013-09-30
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Description

本発明の実施形態は、アルファ線による気体の発光現象を利用してアルファ線を検出する放射線検出装置および放射線検出方法に関する。

アルファ線の検出器として、たとえば、アルファ線が入射すると発光するＺｎＳシンチレーターを用いた検出器が知られている。これに対し、アルファ線が大気中の窒素を発光させることを利用し、窒素の発光を観測してアルファ線を検出する放射線検出装置が知られている。

窒素の発光を観測する放射線検出装置として、窒素の発光に基く光を集光する集光レンズと、集光した発光から窒素の発光を抽出する波長選択素子と、抽出された窒素の発光を透過光と反射光に分ける光学素子と、反射光の伝搬方向を変える光学素子と、透過光と反射光を受光して光子数を計数する光検出器と、光検出器において透過光と反射光を同時計測することからアルファ線による窒素の発光を検出する信号処理装置とから構成される放射線検出装置が知られている（たとえば、非特許文献１）。

非特許文献１に開示された従来の技術によれば、波長選択素子によって選択的に抽出され、２分岐された窒素の発光は、２個の光検出器において光子計数されるが、さらにこれら２個の光検出器では雰囲気の温度や放射線などに起因するノイズ信号も検出される。窒素の発光光子は、２個の光検出器において同時に観測されるが、ノイズ信号は、２個の光検出器において時間的に独立して検出される。そこで、信号処理装置において、２個の光検出器で同時に計測される信号を抽出することでノイズ信号の中から窒素の発光による信号を検出することができる。この結果、窒素の発光を選択的に観測でき、アルファ線の検出が可能となる。

ＲｅｍｏｔｅＯｐｔｉｃａｌＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＡｌｐｈａＲａｄｉａｔｉｏｎ，ＩＡＥＡ−ＣＮ−１８４／２３

ところが、上述の放射線検出装置では、アルファ線による窒素の発光を２分岐して２個の検出器で光子計数することから、アルファ線の放出数が少なく窒素の発光光子数が少ない場合には光子の検出が困難になるという課題がある。

本発明の実施形態は、上述の課題を解決するために考え出されたれたものであり、アルファ線による気体の発光に基く光を検出することによりアルファ線を計測する場合において、微弱なアルファ線が検出できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る放射線検出装置は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、前記光検出器に到達する前の光路上に配置されて、前記光を通過させる開状態と前記光を遮断する遮断状態とを切り替え可能な遮断装置と、前記遮断装置が開状態にあるときに所定時間内に前記光検出器で受光して得られた光子数から前記遮断装置が閉状態にあるときに前記所定時間内に前記光検出器で得られたノイズ光子数を引いた差に基いてアルファ線量を求める計数ユニットと、前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一つの態様に係る放射線検出装置は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、前記光検出器の近傍の雰囲気温度を計測する温度計測装置と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、前記光検出器で得られたノイズ光子数である熱ノイズ計数とそのときに前記温度計測装置によって計測された雰囲気温度との関係である熱ノイズ計数関数をあらかじめ記憶する熱ノイズ計数関数記憶部と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光したときに前記温度計測装置によって計測された雰囲気温度により、前記熱ノイズ計数関数記憶部に記憶された前記熱ノイズ計数関数を用いて、そのときの熱ノイズ計数を求める温度補正演算部と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数からそのときの前記熱ノイズ計数を差し引いてアルファ線量を求める計数ユニットと、前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一つの態様に係る放射線検出装置は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する雰囲気線量計測装置と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、前記光検出器で得られたノイズ光子数である線量ノイズ計数とそのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量との関係である線量ノイズ計数関数をあらかじめ記憶する線量ノイズ計数関数記憶部と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数と、そのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量とにより、前記線量ノイズ計数関数記憶部に記憶された前記線量ノイズ計数関数を用いて、そのときの線量ノイズ計数を求める線量補正演算部と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数からそのときの前記熱ノイズ計数および前記線量ノイズ計数を差し引いてアルファ線量を求める計数ユニットと、前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一つの態様に係る放射線検出装置は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する雰囲気線量計測装置と、前記光検出器の近傍の雰囲気温度を計測する温度計測装置と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、前記光検出器で得られた雰囲気ノイズ光子数である雰囲気ノイズ計数と、そのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量およびそのときに前記温度計測装置によって計測された雰囲気温度との関係である雰囲気ノイズ計数関数をあらかじめ記憶する雰囲気ノイズ計数関数記憶部と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数と、そのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量およびそのときに前記雰囲気温度計測装置によって計測された雰囲気温度とにより、前記雰囲気ノイズ計数関数記憶部に記憶された前記雰囲気ノイズ計数関数を用いて、そのときの雰囲気ノイズ計数を求める雰囲気補正演算部と、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数からそのときの前記雰囲気ノイズ計数を差し引いてアルファ線量を求める計数ユニットと、前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明の一つの態様に係る放射線検出方法は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光する集光ステップと、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させる波長選択ステップと、前記集光ステップで集光され、前記波長選択ステップで選択的に透過した光を光検出器で受光して光子数を計数する光検出ステップと、前記集光ステップの前に、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択ステップと、前記アルファ線による気体の発光に基く光を遮断した状態で前記光検出器から出力されるノイズ光子数を計数するノイズ検出ステップと、前記光検出ステップで得られた光子数から前記ノイズ検出ステップで得られたノイズ光子数を引いた差に基いてアルファ線量を求める計数ステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一つの態様に係る放射線検出方法は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光する集光ステップと、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させる波長選択ステップと、前記集光ステップで集光され、前記波長選択ステップで選択的に透過した光を光検出器で受光して光子数を計数する光検出ステップと、前記集光ステップの前に、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択ステップと、前記光検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の温度を計測する温度計測ステップと、前記アルファ線による気体の発光に基く光を遮断した状態で前記光検出器から出力されるノイズ光子数を計数する熱ノイズ検出ステップと、前記熱ノイズ検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の温度を計測するノイズ検出時温度計測ステップと、前記熱ノイズ検出ステップによって得られたノイズ光子数である熱ノイズ計数とそのときに前記熱ノイズ検出時温度計測ステップによって得られた熱ノイズ検出時温度とに基いて、熱ノイズ計数とそのときの雰囲気温度との関係である熱ノイズ計数関数を作成して記憶する熱ノイズ計数関数記憶ステップと、前記温度計測ステップによって得られた温度により、前記熱ノイズ計数関数記憶ステップによって得られた前記熱ノイズ計数関数を用いて、前記熱ノイズ計数を求める熱ノイズ計数算出ステップと、前記光検出ステップで得られた光子数から前記熱ノイズ計数算出ステップで得られた前記熱ノイズ計数を引く補正をする温度補正演算ステップと、前記温度補正演算ステップで得られた光子数に基いてアルファ線量を求める計数ステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の一つの態様に係る放射線検出方法は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光する集光ステップと、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させる波長選択ステップと、前記集光ステップで集光され、前記波長選択ステップで選択的に透過した光を光検出器で受光して光子数を計数する光検出ステップと、前記集光ステップの前に、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択ステップと、前記光検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する雰囲気線量計測ステップと、前記アルファ線による気体の発光に基く光を遮断した状態で前記光検出器から出力される線量ノイズ光子数を計数する線量ノイズ検出ステップと、前記線量ノイズ検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する線量ノイズ検出時線量計測ステップと、前記線量ノイズ検出ステップによって得られたノイズ光子数である線量ノイズ計数と前記線量ノイズ検出時線量計測ステップによって得られた線量ノイズ検出時線量とに基いて、線量依存ノイズ計数とそのときの雰囲気の線量との関係である線量ノイズ計数関数を作成して記憶する線量ノイズ計数関数記憶ステップと、前記線量ノイズ検出ステップによって得られた線量ノイズにより、前記線量ノイズ計数を求める線量ノイズ計数算出ステップと、前記光検出ステップで得られた光子数から前記線量ノイズ計数算出ステップで得られた前記線量ノイズ計数を引く補正をする線量ノイズ補正演算ステップと、前記線量ノイズ補正演算ステップで得られた光子数に基いてアルファ線量を求める計数ステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、アルファ線による気体の発光に基く光を検出することによりアルファ線を計測する場合において、微弱なアルファ線が検出できるようにすることができる。

本発明に係る放射線検出装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明に係る放射線検出装置の第１の実施形態における集光部材の具体的構成例を示す図である。本発明に係る放射線検出装置の第１の実施形態における集光部材の、図２に示すものとは異なる具体的構成例を示す図である。本発明に係る放射線検出装置の第１の実施形態における計数ユニットによって計数された結果を表示部に表示した例を示す図であって、（ａ）は遮断装置が開いた状態で計数された結果を示す図であり、（ｂ）は遮断装置が閉じた状態で計数された結果を示す図である。本発明に係る放射線検出装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明に係る放射線検出装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明に係る放射線検出装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る放射線検出装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。

（第１の実施形態）
（第１の実施形態の構成）
まず、図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係る放射線検出装置を説明する。この放射線検出装置は、アルファ線による気体の発光に基く発光源５０からの光（特に紫外線）を検出して、これによりアルファ線を検出するものである。この放射線検出装置は、偏光選択素子１と、集光部材２ａ，２ｂと、波長選択器３と、遮断装置４と、光検出器５と、計数ユニット６と、表示装置７と、を備えている。このうちの表示装置７以外の部分、すなわち、偏光選択素子１と、集光部材２ａ，２ｂと、波長選択器３と、遮断装置４と、光検出器５と、計数ユニット６は共通の筐体４０内に収容されている。

偏光選択素子１は、アルファ線による気体の発光による光を透過させ、それ以外の光に対し、観測する偏光の向きから入射を低減させるものである。偏光選択素子１は、たとえば、直線偏光成分を取り出す偏光板や偏光プリズムから構成される。より具体的な例としては、偏光プリズムでは、グラントムソンプリズムやグランテーラープリズムが適用できる。

集光部材２ａ，２ｂは、偏光選択素子１を透過したアルファ線による気体の発光に基く光を集光するものであり、反射方式の光学系から構成される。集光部材２ａで反射した光が集光部材２ｂでさらに反射されるように配置されている。集光部材２ａ，２ｂは、図１に示す例では２個の凹面鏡からなる。集光部材２ａ，２ｂの他の構成例としては、図２に示す１個の凹面鏡２０による構成も可能である。また図３に示す１個の凹面鏡２０と１個の凸面鏡２１を組み合わせて構成することもできる。図３に示す構成の場合は、凹面鏡２０に貫通孔２２が設けられている。なお、凹面鏡や凸面鏡の反射面は、球面でも放物面でもよい。反射方式の光学系は、大口径化が容易であり、焦点距離が波長の影響を受けないという特徴がある。

波長選択器３は、特定の波長帯域を透過させるバンドパスフィルタである。波長選択器３は、干渉式、吸収式、回折式や散乱式の波長選択素子から構成される。波長選択器３は、図１に示す例では、集光部材２ａ，２ｂの間に配置されているが、集光部材２ａと偏光選択素子１の間に配置しても、また集光部材２ｂと遮断装置４の間に配置してもよい。

遮断装置４は、集光部材２ｂと光検出器５との間に配置され、機械的または電子的なシャッタによって観測光の通過と遮断を切り替えるものである。たとえば光を遮る板などを機械的または電子的に駆動させて光を遮断する。また、遮断装置４は、光の偏向や遮断が可能なＡＯ素子（音響光学素子）やＥＯ素子（電気光学素子）などから構成することもできる。

光検出器５は、遮断装置４が開いているときに観測光を受光して光子数を計数する。光検出器５は、微弱な光を検出する光検出器である。光検出器５の具体例としては、光電子増倍管、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシュフォトダイオードなどの高感度検出器で構成されたものでよい。また、光検出器５は、画像計測センサも適用可能であり、ＥＭ（電子増倍型）ＣＣＤ（電荷結合素子）、冷却ＣＣＤ、イメージインテンシファイアなどの高感度画像計測センサが適用できる。

計数ユニット６は、光検出器５の出力に基いて、光子のカウント数とノイズのカウント数の差分からアルファ線量を求めるものである。計数ユニット６は、光検出器５が出力するパルス信号を計数する。計数ユニット６は、アナログ回路やデジタル回路を用い、計数回路を構成してもよいし、またソフトウエアによる計数を行ってもよい。

表示装置７は、計数ユニット６で算出されたカウント数およびアルファ線量を表示するものである。表示装置７は、アナログまたはデジタルの表示回路、液晶やブラウン管などの表示画面から構成される。

（第１の実施形態の作用）
汚染物質からアルファ線が放出されると、大気中の窒素が励起されて微弱ではあるが紫外域の発光が生じ、汚染物質の表面近傍の発光源５０から四方八方へ光子が拡散する。なお、発光は、いずれも紫外域ではあるが異なる波長から成る。この一方、環境には、窒素の発光光子以外にも太陽光や各種照明からの光などのノイズ光が存在する。

窒素の発光光子とノイズ光から成る観測光を本実施形態の放射線検出装置で受光した場合、ノイズ光は色々な対象で反射して偏光選択素子１へ到達している確率が高く、偏光に偏りがある可能性が高い。そこで、偏光選択素子１によってノイズ光が最も弱くなる直線偏向の向きを選択し、観測光中のノイズ光を低減させる。

続いて、集光部材２ａ，２ｂを用い、等方的に広がる窒素の発光光子を集光する。この時、反射光学系である集光部材２ａ，２ｂは、大口径化が容易であり、また焦点距離の波長依存性がないことから光学系の位置ずれがなく、窒素の発光光子を効率的に集光できる。

この後、波長選択器３によって窒素の発光波長を選択的に透過させて、観測光中のノイズ光をさらに低減させる。なお、波長選択器３に干渉式を用いた場合には、目的の透過波長になるように観測光が波長選択器３の法線と一致するように入射させる。

波長選択器３を透過した窒素の発光光子は、遮断装置４をさらに透過して、光検出器５において受光される。

計数ユニット６では、一定時間の間計数され、窒素の発光光子によるカウント数と光検出器５の内部で生じるノイズによるカウント数が合算される。表示装置７には、図４（ａ）に示すような計数結果が得られる。

続いて、遮断装置４を動作させて透過時と同じ時間だけ観測光を遮断すると、光検出器５の内部で生じるノイズによるカウント数だけが計数でき、同様に表示装置７では図４（ｂ）に示すような計数結果が得られる。そして、図４（ａ）のカウント値から図４（ｂ）のカウント値を引いた差分を計算することで窒素の発光光子によるカウント数を求めることができる。

この結果、表示装置７では、窒素の発光光子によるカウント数の有無からアルファ線を検出でき、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。計測精度については、計数時間を長くしてカウント数を増加させることによって向上することができる。

（第１の実施形態の効果）
以上の結果、アルファ線による窒素の発光光子を光検出器５で観測して計数し、遮断装置４によって光検出器５を遮光した時の計数との差分をとることにより、光検出器５内部のノイズによるカウント数を取り除き、窒素の発光光子によるカウント数だけを求めることができる。これによって、アルファ線の量が少なく窒素の発光光子数が少ない場合にも発光光子が計数でき、カウント数の有無からアルファ線を検出し、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

また、偏光選択素子１によって観測光中に含まれるノイズ光が最も弱くなる直線偏向の向きを選択することにより、観測光中のノイズ光を低減でき、窒素の発光光子を光検出器５で選択的に観測できる。これによって、アルファ線の量が少なく窒素の発光光子数が少ない場合にも発光光子を効率的に計数し、カウント数の有無からアルファ線を検出できる。またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

また、集光部材２ａ，２ｂが反射光学系であることから、大口径化が容易であり、さらに焦点距離の波長依存性がないことから光学系の位置ずれがなく、窒素の発光光子を効率的に集光できる。これによって、アルファ線の量が少なく窒素の発光光子数が少ない場合にも発光光子が効率的に計数し、カウント数の有無からアルファ線を検出でき、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

（第２の実施形態）
（第２の実施形態の構成）
図５を用いて、本発明の第２の実施形態に係る放射線検出装置を説明する。なお第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

この第２の実施形態の放射線検出装置は、集光部材２ａ，２ｂと、波長選択器３と、光検出器５と、計数ユニット６と、表示装置７のほかに、温度計測装置８と、温度補正ユニット９と、線量計測装置１０と、線量補正ユニット１１を備えている。第２の実施形態の放射線検出装置には、第１の実施形態（図１）で存在した遮断装置４がなく、さらに、偏光選択素子１もない。ただし偏光選択素子１については、第１の実施形態と同様に、あってもよい。

温度計測装置８は、光検出器５に取り付けられて、光検出器５の近傍の温度を計測するものである。温度計測装置８は、光検出器５の内部回路の温度を計測する手段である。温度計測装置８は、熱電対、白金抵抗測温体、サーミスタ、放射温度計、液柱温度計、バイメタル式温度計などが適用可能である。

温度補正ユニット９は、あらかじめ記憶した各温度におけるカウント数からノイズのカウント数を求めるものであり、温度補正演算部３１および熱ノイズ計数関数記憶部３２を備えている。

温度補正ユニット９は、各温度において光検出器５の受光面を遮光した時のノイズの計数結果を記憶する。熱ノイズＩが式（１）に示す関係式に基づき温度によって変化することから、各温度におけるノイズの計数結果が必要になる。

Ｉ^２＝４ｋＴＢ／Ｒ・・・（１）
ただし、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｂは光検出器の帯域、Ｒは抵抗である。

線量計測装置１０は、光検出器５に取り付けられて、光検出器５の近傍の雰囲気線量を計測するものである。線量計測装置１０としては、たとえば、電離箱式のポケット型線量計、半導体式の検出器などが適用できる。

線量補正ユニット１１は、あらかじめ記憶した各線量におけるカウント数からノイズのカウント数を求めるものであり、線量補正演算部３３および線量ノイズ計数関数記憶部３４を備えている。線量補正ユニット１１は、各線量において光検出器５の受光面を遮光した時のノイズの計数結果を記憶する。放射線によるノイズが線量によって変化することから、各線量におけるノイズの計数結果が必要になる。

計数ユニット６は、光子のカウント数とノイズのカウント数の差分からアルファ線量を求める。

（第２の実施形態の作用）
発光源５０から発した光は、集光部材２ａ，２ｂによって集光され、波長選択器３を透過して、光検出器５において受光される。そして、計数ユニット６では、一定時間の間計数され、窒素の発光光子によるカウント数と光検出器５の内部で生じるノイズによるカウント数が合算され、表示装置７には図４（ａ）に示すような計数結果が得られる。この時、温度計測装置８によって光検出器５の温度を計測して温度補正ユニット９により、光検出器５の内部で生じ、温度の影響を受けるノイズの計数結果が図４（ｂ）に示されるように得られる。

ここで、温度補正ユニット９の動作の詳細は次のとおりである。すなわち、実際のアルファ線による気体の発光に基く光を集光して検出する前の準備段階として、アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、種々の温度で、温度計測装置８により光検出器５の近傍の雰囲気温度を計測する。そして、その種々の温度において、光検出器５で得られたノイズ光子数である熱ノイズ計数を計数することにより、熱ノイズ計数と雰囲気温度との関係である熱ノイズ計数関数をあらかじめ熱ノイズ計数関数記憶部３２に記憶しておく。

つぎに、温度補正演算部３１は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光して光検出器５で受光したときに温度計測装置８によって計測された雰囲気温度により、熱ノイズ計数関数記憶部３２に記憶された熱ノイズ計数関数を用いて、そのときの熱ノイズ計数を求める。

つぎに、計数ユニット６では、図４（ｂ）に示すような計数結果が得られる。そして、図４（ａ）のカウント値から図４（ｂ）のカウント値を引いた差分を計算することで窒素の発光光子によるカウント数を求めることができる。この結果、表示装置７では、窒素の発光光子によるカウント数の有無からアルファ線を検出でき、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。計測精度については、計数時間を長くしてカウント数を増加させることによって向上することができる。

さらに、線量計測装置１０によって光検出器５の線量を計測して線量補正ユニット１１を参照すると、光検出器５の内部で生じ、放射線の影響を受けるノイズの計数結果が得られる。そして、計数結果から放射線によるノイズの計数結果を減算することで窒素の発光光子によるカウント数を求めることができる。

ここで、線量補正ユニット１１の動作の詳細は次のとおりである。すなわち、実際のアルファ線による気体の発光に基く光を集光して検出する前の準備段階として、アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、種々の雰囲気線量で、線量計測装置１０により光検出器５の近傍の雰囲気線量を計測する。そして、その種々の雰囲気線量において、光検出器５で得られたノイズ光子数である線量ノイズ計数を計数することにより、線量ノイズ計数と雰囲気線量との関係である線量ノイズ計数関数をあらかじめ線量ノイズ計数関数記憶部３４に記憶しておく。

つぎに、線量補正演算部３３は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光して光検出器５で受光したときに線量計測装置１０によって計測された雰囲気線量により、線量ノイズ関数記憶部３４に記憶された線量ノイズ計数関数を用いて、そのときの線量ノイズ計数を求める。

この結果、表示装置７では、窒素の発光光子によるカウント数の有無からアルファ線を検出でき、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

上述の、熱ノイズ計数関数を求めるに当たっては、たとえば、アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、線量ノイズが無視できる程度に低い状態で温度を種々に変えて熱ノイズを計測することが可能である。これと同様に、線量ノイズ計数関数を求めるに当たっては、たとえば、熱ノイズが無視できる程度に低い状態で線量を種々に変えて線量ノイズを計測することが可能である。

（第２の実施形態の効果）
以上の結果、アルファ線による窒素の発光光子を光検出器５で観測して計数し、この時の温度を計測して温度毎にあらかじめ記憶された計数との差分をとることにより、光検出器５の内部の熱ノイズによるカウント数を取り除き、窒素の発光光子によるカウント数だけを求めることができる。これによって、アルファ線の量が少なく窒素の発光光子数が少ない場合にも発光光子が計数でき、カウント数の有無からアルファ線を検出し、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

また、アルファ線による窒素の発光光子を光検出器５で観測して計数し、この時の線量を計測して線量毎にあらかじめ記憶された計数との差分をとることにより、光検出器５の内部の線量ノイズによるカウント数を取り除き、窒素の発光光子によるカウント数だけを求めることができる。これによって、アルファ線の量が少なく窒素の発光光子数が少ない場合にも発光光子が計数でき、カウント数の有無からアルファ線を検出し、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

（第２の実施形態の変形例）
以上の説明では、温度補正ユニット９と線量補正ユニット１１の両方を用いて補正するものとしたが、これらの一方のみを用いたものであっても、状況によっては十分な精度が得られ、コストダウンを図ることができる。たとえば温度補正ユニット９を省略する場合は温度計測装置８が不要となる。また、線量補正ユニット１１を省略する場合は線量計測装置１０が不要になる。

（第３の実施形態）
図６を用いて、本発明の第３の実施形態に係る放射線検出装置を説明する。第３の実施形態は第２の実施形態の変形である。第２の実施形態では温度補正ユニット９と線量補正ユニット１１が別個に設けられているが、この第３の実施形態では、これらが一体化した雰囲気補正ユニット６０が設けられている。雰囲気補正ユニット６０は、雰囲気補正演算部６１と雰囲気ノイズ計数関数記憶部６２を有する。なお第２の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態では、雰囲気温度に依存する熱ノイズの影響と雰囲気線量に依存する線量ノイズの影響を別個に評価して別個に補正するものとした。

これに対して第３の実施形態では、熱ノイズの影響と線量ノイズの影響を合わせて雰囲気ノイズの影響として捉え、この雰囲気ノイズに対する補正を総合的に行う。

すなわち、実際のアルファ線による気体の発光に基く光を集光して検出する前の準備段階として、アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、種々の雰囲気温度および種々の雰囲気線量の状態で、温度計測装置８および線量計測装置１０により、光検出器５の近傍の雰囲気温度および雰囲気線量を計測する。そして、その種々の雰囲気温度および線量において、光検出器５で得られたノイズ光子数である雰囲気ノイズ計数を計数することにより、雰囲気ノイズ計数と、雰囲気温度および雰囲気線量との関係である雰囲気ノイズ計数関数を求めて、雰囲気ノイズ計数関数記憶部６２にあらかじめ記憶しておく。

つぎに、雰囲気補正演算部６１は、アルファ線による気体の発光に基く光を集光して光検出器５で受光したときに、それぞれ、温度計測装置８および線量計測装置１０によって計測された雰囲気温度および雰囲気線量により、雰囲気ノイズ計数関数記憶部６２に記憶された雰囲気ノイズ計数関数を用いて、そのときの雰囲気ノイズ計数を求める。

（第４の実施形態）
（第４の実施形態の構成）
図７を用いて、本発明の第４の実施形態に係る放射線検出装置を説明する。なお第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

この第４の実施形態の放射線検出装置は、集光部材２ｃ，２ｂと、波長選択器３と、遮断装置４と、光検出器５と、計数ユニット６と、表示装置７に加えて、画像計測ユニット１２と、観測範囲選択素子１３と、を備えている。図７に示す例では偏光選択素子１がないが、第１の実施形態と同様の偏光選択素子１を集光部材２ｃの入り口部に配置してもよい。集光部材２ｃは入射光の一部を透過し、他の部分を反射するものであって、分光器である。

集光部材２ｃ，２ｂは、アルファ線による気体の発光に基く光を集光するものであり、集光部材２ｃで反射した光が、集光部材２ｂでさらに反射するように配置されている。集光部材２ｃは平面鏡から構成されており、窒素が発する紫外光を反射し、可視光を透過するコーティングが施されている。

画像計測ユニット１２は、集光部材２ｃを透過した可視光の画像を計測する画像計測センサである。画像計測ユニット１２は、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ、フォトダイオードアレイなどで構成することができる。また、ＥＭＣＣＤ、冷却ＣＣＤ、イメージインテンシファイアなどの高感度画像計測センサで構成してもよい。

観測範囲選択素子１３は、集光部材２ｂと光検出器５の間に配置され、観測範囲を限定する光学素子であり、光学絞りである。観測範囲選択素子１３は、集光部材２ｂの焦点位置に設置され、観測範囲を集光部材２ｂの直径に制限することができる。

この実施形態では、遮断装置４は、波長選択器３と集光部材２ｂの間に配置されている。遮断装置４および波長選択器３は、それらの位置を逆にしてもよく、また、これらの一方または両方を集光部材２ｂと光検出器５の間に配置してもよい。

上記以外の構成は第１の実施形態と同様である。

（第４の実施形態の作用）
発光源５０から発した光は、集光部材２ｃ，２ｂによって集光され、波長選択器３および遮断装置４を透過した観測光は、観測範囲選択素子１３を通過して光検出器５において受光される。この時、観測範囲は、観測範囲選択素子１３によって集光部材２ｂの直径に制限されることから、観測範囲外からのノイズ光を除去することができる。これによって観測光中のノイズ光を低減させることができる。

また、画像計測ユニット１２によって観測範囲を観察することによって、ノイズ光の有無や状況、アルファ線を発する可能性がある汚染物質の状況を確認することができる。これよって、観測範囲を変えることで観測光中のノイズ光を低減できる。

そして、計数ユニット６において、窒素の発光光子によるカウント数と光検出器５の内部で生じるノイズによるカウント数の合計からノイズのカウント数を減算することにより、窒素の発光光子によるカウント数を求めることができる。この結果、表示装置７では、窒素の発光光子によるカウント数の有無からアルファ線を検出でき、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

（第４の実施形態の効果）
以上の結果、アルファ線による気体の発光を観測する観測範囲を観測範囲選択素子１３によって集光部材２ｂの直径に制限できることから、観測範囲外からのノイズ光を除去できる。これによって観測光中のノイズ光を低減させることができ、窒素の発光光子を光検出器５で選択的に観測できる。この結果、アルファ線の量が少なく窒素の発光光子数が少ない場合にも発光光子が効率的に計数し、カウント数の有無からアルファ線を検出でき、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

さらに、画像計測ユニット１２によって観測範囲を観察できることから、観測範囲を変えることで観測光中のノイズ光を低減でき、窒素の発光光子を光検出器５で選択的に観測できる。この結果、アルファ線の量が少なく窒素の発光光子数が少ない場合にも発光光子が効率的に計数し、カウント数の有無からアルファ線を検出でき、またカウント数とアルファ線量の関係をあらかじめ把握しておくことでアルファ線量を定量できる。

（他の実施形態）
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

たとえば、上記実施形態の特徴を組み合わせることもできる。より具体的な例としては、第４の実施形態の観測範囲選択素子１３および画像計測ユニット１２の一方または両方を第２の実施形態の放射線検出装置に適用してもよい。

１…偏光選択素子
２ａ，２ｂ…集光部材
２ｃ…集光部材（分光器）
３…波長選択器
４…遮断装置
５…光検出器
６…計数ユニット
７…表示装置
８…温度計測装置
９…温度補正ユニット
１０…線量計測装置（雰囲気線量計測装置）
１１…線量補正ユニット
１２…画像計測ユニット
１３…観測範囲選択素子
２０…凹面鏡
２１…凸面鏡
２２…貫通孔
３１…温度補正演算部
３２…熱ノイズ計数関数記憶部
３３…線量補正演算部
３４…線量ノイズ計数関数記憶部
４０…筐体
５０…発光源
６０…雰囲気補正ユニット
６１…雰囲気補正演算部
６２…雰囲気ノイズ計数関数記憶部

Claims

アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、
前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、
前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、
前記光検出器に到達する前の光路上に配置されて、前記光を通過させる開状態と前記光を遮断する遮断状態とを切り替え可能な遮断装置と、
前記遮断装置が開状態にあるときに所定時間内に前記光検出器で受光して得られた光子数から前記遮断装置が閉状態にあるときに前記所定時間内に前記光検出器で得られたノイズ光子数を引いた差に基いてアルファ線量を求める計数ユニットと、
前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、
を備えたことを特徴とする放射線検出装置。
アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、
前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、
前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、
前記光検出器の近傍の雰囲気温度を計測する温度計測装置と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、前記光検出器で得られたノイズ光子数である熱ノイズ計数とそのときに前記温度計測装置によって計測された雰囲気温度との関係である熱ノイズ計数関数をあらかじめ記憶する熱ノイズ計数関数記憶部と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光したときに前記温度計測装置によって計測された雰囲気温度により、前記熱ノイズ計数関数記憶部に記憶された前記熱ノイズ計数関数を用いて、そのときの熱ノイズ計数を求める温度補正演算部と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数からそのときの前記熱ノイズ計数を差し引いてアルファ線量を求める計数ユニットと、
前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、
を備えたことを特徴とする放射線検出装置。
前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する雰囲気線量計測装置と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、前記光検出器で得られたノイズ光子数である線量ノイズ計数とそのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量との関係である線量ノイズ計数関数をあらかじめ記憶する線量ノイズ計数関数記憶部と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数と、そのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量とにより、前記線量ノイズ計数関数記憶部に記憶された前記線量ノイズ計数関数を用いて、そのときの線量ノイズ計数を求める線量補正演算部と、
をさらに備え、
前記計数ユニットは、前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数からそのときの前記熱ノイズ計数および前記線量ノイズ計数を差し引いてアルファ線量を求めるものであること、を特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、
前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、
前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、
前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する雰囲気線量計測装置と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、前記光検出器で得られたノイズ光子数である線量ノイズ計数とそのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量との関係である線量ノイズ計数関数をあらかじめ記憶する線量ノイズ計数関数記憶部と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数と、そのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量とにより、前記線量ノイズ計数関数記憶部に記憶された前記線量ノイズ計数関数を用いて、そのときの線量ノイズ計数を求める線量補正演算部と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数からそのときの前記熱ノイズ計数および前記線量ノイズ計数を差し引いてアルファ線量を求める計数ユニットと、
前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、
を備えたことを特徴とする放射線検出装置。
アルファ線による気体の発光に基く光を集光できる集光部材と、
前記集光部材によって集光された光を受光して光子数を計数できる光検出器と、
前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させることができる波長選択器と、
前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する雰囲気線量計測装置と、
前記光検出器の近傍の雰囲気温度を計測する温度計測装置と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光しない状態で、前記光検出器で得られた雰囲気ノイズ光子数である雰囲気ノイズ計数と、そのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量およびそのときに前記温度計測装置によって計測された雰囲気温度との関係である雰囲気ノイズ計数関数をあらかじめ記憶する雰囲気ノイズ計数関数記憶部と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数と、そのときに前記雰囲気線量計測装置によって計測された雰囲気線量およびそのときに前記雰囲気温度計測装置によって計測された雰囲気温度とにより、前記雰囲気ノイズ計数関数記憶部に記憶された前記雰囲気ノイズ計数関数を用いて、そのときの雰囲気ノイズ計数を求める雰囲気補正演算部と、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光して前記光検出器で受光して得られた光子数からそのときの前記雰囲気ノイズ計数を差し引いてアルファ線量を求める計数ユニットと、
前記集光部材に向かう手前の光路上に配置されて、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択素子と、
を備えたことを特徴とする放射線検出装置。
前記光検出器に向かう手前の光路上に配置されて、観測範囲外から前記光検出器へ入射する光を除去する観測範囲選択素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
前記アルファ線による気体の発光に基く光を集光する範囲を画像計測する画像計測ユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
前記アルファ線による気体の発光に基く光は紫外線であって、
前記集光部材は、紫外線と可視光とを分離する分光器を備えて、その分離された紫外線を集光するものであり、
前記画像計測ユニットは、前記分光器によって分離された可視光により画像計測を行うものであること、を特徴とする請求項７に記載の放射線検出装置。
前記集光部材は、反射方式の光学系から構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
アルファ線による気体の発光に基く光を集光する集光ステップと、
特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させる波長選択ステップと、
前記集光ステップで集光され、前記波長選択ステップで選択的に透過した光を光検出器で受光して光子数を計数する光検出ステップと、
前記集光ステップの前に、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択ステップと、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を遮断した状態で前記光検出器から出力されるノイズ光子数を計数するノイズ検出ステップと、
前記光検出ステップで得られた光子数から前記ノイズ検出ステップで得られたノイズ光子数を引いた差に基いてアルファ線量を求める計数ステップと、
を備えたことを特徴とする放射線検出方法。
アルファ線による気体の発光に基く光を集光する集光ステップと、
特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させる波長選択ステップと、
前記集光ステップで集光され、前記波長選択ステップで選択的に透過した光を光検出器で受光して光子数を計数する光検出ステップと、
前記集光ステップの前に、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択ステップと、
前記光検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の温度を計測する温度計測ステップと、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を遮断した状態で前記光検出器から出力されるノイズ光子数を計数する熱ノイズ検出ステップと、
前記熱ノイズ検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の温度を計測するノイズ検出時温度計測ステップと、
前記熱ノイズ検出ステップによって得られたノイズ光子数である熱ノイズ計数とそのときに前記熱ノイズ検出時温度計測ステップによって得られた熱ノイズ検出時温度とに基いて、熱ノイズ計数とそのときの雰囲気温度との関係である熱ノイズ計数関数を作成して記憶する熱ノイズ計数関数記憶ステップと、
前記温度計測ステップによって得られた温度により、前記熱ノイズ計数関数記憶ステップによって得られた前記熱ノイズ計数関数を用いて、前記熱ノイズ計数を求める熱ノイズ計数算出ステップと、
前記光検出ステップで得られた光子数から前記熱ノイズ計数算出ステップで得られた前記熱ノイズ計数を引く補正をする温度補正演算ステップと、
前記温度補正演算ステップで得られた光子数に基いてアルファ線量を求める計数ステップと、
を備えたことを特徴とする放射線検出方法。
アルファ線による気体の発光に基く光を集光する集光ステップと、
特定範囲の波長を選択的に透過させることにより前記アルファ線による気体の発光に基く光を選択的に透過させる波長選択ステップと、
前記集光ステップで集光され、前記波長選択ステップで選択的に透過した光を光検出器で受光して光子数を計数する光検出ステップと、
前記集光ステップの前に、偏光の向きにより、アルファ線による気体の発光以外の光の前記光検出器への入射を低減させる偏光選択ステップと、
前記光検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する雰囲気線量計測ステップと、
前記アルファ線による気体の発光に基く光を遮断した状態で前記光検出器から出力される線量ノイズ光子数を計数する線量ノイズ検出ステップと、
前記線量ノイズ検出ステップと同時に前記光検出器の近傍の雰囲気線量を計測する線量ノイズ検出時線量計測ステップと、
前記線量ノイズ検出ステップによって得られたノイズ光子数である線量ノイズ計数と前記線量ノイズ検出時線量計測ステップによって得られた線量ノイズ検出時線量とに基いて、線量依存ノイズ計数とそのときの雰囲気の線量との関係である線量ノイズ計数関数を作成して記憶する線量ノイズ計数関数記憶ステップと、
前記線量ノイズ検出ステップによって得られた線量ノイズにより、前記線量ノイズ計数を求める線量ノイズ計数算出ステップと、
前記光検出ステップで得られた光子数から前記線量ノイズ計数算出ステップで得られた前記線量ノイズ計数を引く補正をする線量ノイズ補正演算ステップと、
前記線量ノイズ補正演算ステップで得られた光子数に基いてアルファ線量を求める計数ステップと、
を備えたことを特徴とする放射線検出方法。