JP6199282B2 - Radiation measurement apparatus and radiation measurement system - Google Patents
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Description
本発明は、放射線源の同定、放射線の線量及び飛来方向の決定、又は放射線の空間的な強度分布の計測ための放射線計測装置、並びにかかる放射線計測装置を組み込んだ放射線計測システムに関する。 The present invention relates to a radiation measurement apparatus for identifying a radiation source, determining a radiation dose and a flying direction, or measuring a spatial intensity distribution of radiation, and a radiation measurement system incorporating such a radiation measurement apparatus.
放射線測定装置として、放射線の飛来方向を検出するため、シンチレーターと、光電子増倍管と、方位依存型のコリメーターとをそれぞれ有する3つの検出ユニットを備えるものが公知となっている(特許文献1参照)。 As a radiation measurement device, a device including three detection units each having a scintillator, a photomultiplier tube, and an orientation-dependent collimator is known in order to detect the radiation direction of radiation (Patent Document 1). reference).
しかしながら、放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することは、これまで十分に行われていない。上記のようにシンチレーターを用いても、単体における反応頻度すなわち放射線の入射を計数するのみであり、コリメーターによって入射方向を特定できても、放射線のエネルギー等を特定することができない。 However, identification of a radiation source, determination of an accurate dose and direction of radiation, and measurement of a spatial distribution of radiation intensity from an object have not been sufficiently performed so far. Even when a scintillator is used as described above, the reaction frequency of a single substance, that is, the incidence of radiation is only counted, and the energy of radiation cannot be identified even if the incident direction can be identified by a collimator.
なお、従来のガンマ線検出器として、半導体素子の画素読み出しによってガンマ線を検出するものがあり、この場合は撮像可能であるが、感度が限定的となっている。つまり、半導体素子のセンサーでは、ガンマ線のほとんどが反応痕跡を残さずすり抜け、安価に反応効率を上げることが難しい。 As a conventional gamma ray detector, there is one that detects gamma rays by pixel reading of a semiconductor element. In this case, imaging is possible, but sensitivity is limited. That is, in a sensor of a semiconductor element, most of gamma rays pass through without leaving a reaction trace, and it is difficult to increase reaction efficiency at a low cost.
本発明は、放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、又は対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することができる放射線計測装置及び放射線計測システムを提供することを目的とする。 The present invention provides a radiation measurement apparatus and a radiation measurement system capable of identifying a radiation source, determining an accurate dose of radiation and a flying direction, or measuring a spatial distribution of radiation intensity from an object. Objective.
上記目的を達成するため、本発明に係る放射線計測装置は、放射線の入射方向を制限する方位制限部と、方位制限部を経た放射線を光信号に変換する第1次検出部とをそれぞれ有する複数の検出ユニットを備える検出窓部と、検出窓部の検出ユニットからの光信号を例えば2次元的な光信号の分布として検知する第2次検出部とを備え、方位制限部は、放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限し、第1次検出部は、方位制限部によって制限される所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイであり、複数の検出ユニットは、当該複数の検出ユニットを構成する第1次検出部が互いに平行となるように又は収束するように配列されている。 Multiple order to achieve the above object, a radiation measuring device according to the present invention, having an azimuth limiting unit for limiting the incident direction of radiation, the radiation that has passed through the orientation limiting portion and a primary detector for converting the optical signal, respectively And a secondary detection unit that detects an optical signal from the detection unit of the detection window unit as, for example, a two-dimensional optical signal distribution. A sensor in which a direction is limited to an orientation in a predetermined cross section arranged linearly, and the primary detection unit has a plurality of sensor units arranged in the depth direction corresponding to the orientation in the predetermined cross section restricted by the orientation restriction unit. Ri array der, the plurality of detection units, the primary detector constituting the plurality of detection units is arranged to or converged so as to be parallel to each other.
上記放射線計測装置では、検出窓部に設けた複数の検出ユニットが放射線の入射方向を制限する方位制限部と、方位制限部を経た放射線を光信号に変換する第1次検出部とをそれぞれ有するので、特定方位からの放射線のみを選択的に検出することができる。さらに、第2次検出部が、検出ユニットからの光信号を2次元的な光信号の分布として検知するので、複数の検出ユニットの検出出力の並行処理が可能となり、高速で高感度の放射線計測装置を提供することができる。また、方位制限部が放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限するので、所定断面内の方位からの放射線を選択的に検出することができるだけでなく、このような断面を変更することで所望の断面内の方位からの放射線を任意に抽出することができる。さらに、第1次検出部が、方位制限部によって制限される所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイであるので、センサーアレイによって放射線を漏れなく効率よく検出することができ、線源の同定も可能になる。特に、複数の検出ユニットを構成する第1次検出部が互いに平行となるように配列されている場合、複数の検出ユニットを無限遠にフォーカスさせた状態となり、無限遠に離れた対象物からの放射線を効率よく検出することができる。また、複数の検出ユニットを構成する第1次検出部が互いに収束するように配列されている場合、複数の検出ユニットを有限距離にフォーカスさせた状態となり、有限距離だけ離れた対象物からの放射線を効率よく検出することができる。 In the radiation measurement device comprises an azimuth limiting portion in which a plurality of detection units provided in the detection window section limits the incident direction of radiation, the radiation that has passed through the orientation limiting portion and a primary detector for converting the optical signal, respectively Therefore, only radiation from a specific direction can be selectively detected. Furthermore, since the secondary detection unit detects the optical signal from the detection unit as a two-dimensional optical signal distribution, it is possible to process detection outputs from a plurality of detection units in parallel, and to perform high-speed and high-sensitivity radiation measurement. An apparatus can be provided. In addition, since the azimuth restriction unit restricts the incident direction of radiation to the azimuth in a predetermined cross section that is linearly arranged, not only can the radiation from the azimuth in the predetermined cross section be selectively detected, but such a cross section By changing, it is possible to arbitrarily extract radiation from an orientation in a desired cross section. Furthermore, since the primary detection unit is a sensor array in which a plurality of sensor units are arranged in the depth direction corresponding to the direction in a predetermined cross section limited by the direction limiting unit, the sensor array efficiently and efficiently emits radiation. It can be detected and the source can be identified. In particular, when the primary detection units constituting the plurality of detection units are arranged so as to be parallel to each other, the plurality of detection units are in a state of being focused at infinity, Radiation can be detected efficiently. In addition, when the primary detection units constituting the plurality of detection units are arranged so as to converge with each other, the plurality of detection units are focused on a finite distance, and radiation from an object separated by a finite distance Can be detected efficiently.
本発明の具体的な側面又は観点では、上記第1の発明に係る放射線計測装置において、方位制限部が複数の遮蔽体の平板を近接して平行に配置したスリット状のコリメーターである。この場合、方位の選択性を高め、方位に関する測定精度を向上させることができる。 In a specific aspect or viewpoint of the present invention, in the radiation measurement apparatus according to the first aspect of the present invention, the azimuth restriction unit is a slit-shaped collimator in which a plurality of shielding flat plates are arranged close to each other in parallel. In this case, it is possible to improve the selectivity of the azimuth and improve the measurement accuracy regarding the azimuth.
本発明の別の側面では、センサーアレイが、複数のセンサー部として蛍光物質をドープした複数のシンチレーションファイバーを有するファイバーアレイである。この場合、複数のセンサー部を省スペースで配置することができ、第1次検出部や放射線計測装置を簡易に軽量化することができる。 In another aspect of the present invention, the sensor array is a fiber array having a plurality of scintillation fibers doped with a fluorescent material as a plurality of sensor portions. In this case, a plurality of sensor units can be arranged in a space-saving manner, and the primary detection unit and the radiation measurement apparatus can be easily reduced in weight.
本発明のさらに別の側面では、ファイバーアレイを構成するファイバーが所定断面に沿って等間隔で互いに平行に配列されている。 In still another aspect of the present invention, the fibers constituting the fiber array are arranged in parallel to each other at equal intervals along a predetermined cross section.
本発明のさらに別の側面では、複数の検出ユニットの配列状態を調整する調整装置をさらに備える。この場合、複数の検出ユニットを一組とするフォーカス状態を変化させることができる。 In still another aspect of the present invention, an adjustment device that adjusts the arrangement state of the plurality of detection units is further provided. In this case, it is possible to change the focus state in which a plurality of detection units are set as one set.
本発明のさらに別の側面では、第2次検出部の検出出力に基づいて、複数の検出ユニットの相対的な配置関係を調整する。つまり、複数の検出ユニットの焦点距離を自動制御化できる。 In still another aspect of the present invention, the relative arrangement relationship of the plurality of detection units is adjusted based on the detection output of the secondary detection unit. That is, the focal lengths of a plurality of detection units can be automatically controlled.
本発明のさらに別の側面では、上記第1及び第2の発明に係る放射線計測装置において、検出窓部と第2次検出部とがファイバーの束で結合されている。この場合、検出窓部で検出した光信号を少ない損失で第2次検出部に伝達することができる。 In still another aspect of the present invention, in the radiation measuring apparatus according to the first and second inventions, the detection window part and the secondary detection part are coupled by a bundle of fibers. In this case, the optical signal detected by the detection window part can be transmitted to the secondary detection part with little loss.
本発明のさらに別の側面では、第2次検出部が、光電変換面を有する光電撮像装置である。この場合、微弱な光信号を高感度かつ高速で検出することができる。 In still another aspect of the present invention, the secondary detection unit is a photoelectric imaging device having a photoelectric conversion surface. In this case, a weak optical signal can be detected with high sensitivity and high speed.
本発明のさらに別の側面では、第2次検出部で検出した信号を放射線の入射方向に関連づけて記憶する記憶装置をさらに備える。この場合、信号の蓄積によって対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測及び保管することができる。 According to still another aspect of the present invention, the apparatus further includes a storage device that stores the signal detected by the secondary detection unit in association with the incident direction of radiation. In this case, the spatial distribution of the radiation intensity from the object can be measured and stored by accumulating signals.
本発明のさらに別の側面では、第2次検出部で検出した信号に基づいて放射線源に関連するエネルギー情報を検出する制御装置をさらに備える。つまり、放射線源の同定が可能になる。 In still another aspect of the present invention, the apparatus further includes a control device that detects energy information related to the radiation source based on the signal detected by the secondary detection unit. That is, the radiation source can be identified.
本発明のさらに別の側面では、制御装置は、エネルギー情報を放射線の入射方向に関連づけて記憶装置に記憶させる。この場合、放射線源の同定に関する情報と放射線源の方位に関する情報とをセットにして保管することができる。 In still another aspect of the present invention, the control device stores the energy information in the storage device in association with the incident direction of the radiation. In this case, information regarding the identification of the radiation source and information regarding the orientation of the radiation source can be stored as a set.
本発明に係る放射線計測システムは、上述した第1の放射線計測装置を備える第1の計測ユニットと、上述した第2の放射線計測装置を備える第2の計測ユニットと、第1の計測ユニットと第2の計測ユニットとを同期して動作させる統括制御部とを備える。 A radiation measurement system according to the present invention includes a first measurement unit including the first radiation measurement apparatus described above, a second measurement unit including the second radiation measurement apparatus described above, a first measurement unit, and a first measurement unit. And an overall control unit that operates the two measurement units in synchronization.
本発明の放射線計測システムでは、2つの計測ユニットによって2つの異なる断面内の方位に関する同時計測が可能になる。 In the radiation measurement system of the present invention, two measurement units can simultaneously measure the orientations in two different cross sections.
以下、本発明の一実施形態に係る放射線計測装置及びこれを組み込んだ放射線計測システムについて説明する。 Hereinafter, a radiation measuring apparatus according to an embodiment of the present invention and a radiation measuring system incorporating the same will be described.
図1に示すように、放射線計測装置10は、検出窓部20と、ファイバーバンドル部30と、イメージインテンシファイア部40と、撮像部50と、ステージ60と、制御装置80とを備える。 As shown in FIG. 1, the
検出窓部20は、ケース21内に上下のZ方向に延びる多数のシンチレーションファイバー(不図示)を規則正しく密に配列したものであり、シンチレーションファイバークレードとも呼ぶ。 The
検出窓部20は、ステージ60に支持されたケース21と、ケース21に収納された多数のシンチレーションファイバーブレード22とを備える。ケース21は、横方向に矩形の開口OPを有する四角筒状の外形を有する部材であり、放射線を効率よく遮蔽する材料、例えば鉛等で形成される。シンチレーションファイバーブレード22は、矩形板状の外形を有し、特定方向から入射した放射線を光信号に変換する部材(検出ユニット)であり、図中のYZ方向に延びる鉛直に立った状態で横のX方向に多数配列され、ケース21内に密に収納され固定されている。なお、ケース21内には、例えば250枚のシンチレーションファイバーブレード22が密に充填されて積層されている。シンチレーションファイバーブレード22の縦寸法や数は、感度に関係し、ケース21の縦横幅すなわち開口OPが広いと、目的とする放射線の入射線数の検出感度を高めることになる。また、ケース21のY方向の奥行きが一定以上であれば、目的とする放射線を確実に捕捉することができる。具体的な実施例では、開口OPの縦横幅を例えば0.5m×0.5mとし、奥行き幅を例えば0.5mとしている。 The
図2に示すように、シンチレーションファイバーブレード(検出ユニット)22は、コリメーター部21aと、シンチレーションファイバー部21bと、フレーム21cとを有する。 As shown in FIG. 2, the scintillation fiber blade (detection unit) 22 includes a
コリメーター部21aは、フレーム21cに固定されている。コリメーター部21aは、2枚の放射線遮蔽板24を平行に配置したもので、放射線の入射方向を制限する方位制限部として機能する。各放射線遮蔽板24は、例えば0.5〜1mm程度の厚みを有する鉛板であり、一対の放射線遮蔽板24は、例えば1〜2mm程度の隙間GAを介して互いに離間して配置される。コリメーター部21aにより、シンチレーションファイバーブレード22の延びるYZ断面に沿って入射する放射線のみを選択的にシンチレーションファイバー部21bに導くことができる。具体的な実施例では、シンチレーションファイバーブレード22のガンマ線検出に関する開口角は、横のX方向に関して0.5°〜数°程度とされ、縦のY方向に関して90°程度とされている。つまり、1つのシンチレーションファイバーブレード22は、(0.5m×0.5m)×(約1°×90°)の有効面積立体角で、ガンマ線流束を捕捉することになる。 The
なお、1°×90°の立体角に侵入する大気自然放射能線量のバックグランド率は、感受面積0.5m×0.5mに対して200Hz程度と考えられる。ファイバーブレード22が250程度積層されているとして、1層のシンチレーションファイバーブレード22では、平均1Hz以下の検出頻度となる。大気自然放射能線量と同じ頻度で来るガンマ線流束ならば、1秒間で誤差10%程度の精度で計測できる能力があることになる。また、後に詳述するが、シンチレーションファイバー25の解像度に比べ、ガンマ線によるコンプトン散乱電子の飛跡点数が高い場合は、後述する粗像撮像部53の各画素の見込む領域における蛍光量の総和を電荷量として求めることが可能となり、計測ダイナミックレンジを極めて高くできる。 Note that the background ratio of the atmospheric natural radiation dose that enters a solid angle of 1 ° × 90 ° is considered to be about 200 Hz with respect to a sensitive area of 0.5 m × 0.5 m. Assuming that about 250
シンチレーションファイバー部21bは、Z方向に延びY方向に等間隔で密に配列された多数のシンチレーションファイバー25すなわちシンチレーションファイバーアレイ125からなり、コリメーター部21aを経た放射線を光信号に変換する第1次検出部として機能する。具体的には、シンチレーションファイバー25は、蛍光体をドープしたアクリルその他のプラスチックファイバーであり、放射線を光信号に変換するためのセンサー部に相当し、ガンマ線に対する能動指標となっている。具体的な実施例では、シンチレーションファイバー25は、例えばセシウム137起源の0.622MeVガンマ線等を散乱させ、これによって発生したコンプトン電子によるシンチレーション発光を検出光として出力する。 The
図3に示すように、シンチレーションファイバーアレイ125を構成する多数のシンチレーションファイバー25は、一対の金属板26a,26aに挟まれて等間隔かつ平行に保たれるように固定されている。シンチレーションファイバー25は、例えば1〜2mm角の矩形状断面を有する。各金属板26aには、多数の溝26dが形成されており、各溝26dにシンチレーションファイバー25を安定した状態に保持している。各金属板26aは、例えばトタン板をプレスすることによって形成される。一対の金属板26a,26aで挟み両金属板26a,26aをフレーム21cに固定することにより、多数のシンチレーションファイバー25をコリメーター部21aに対して精密にアライメントして配置することができる。 As shown in FIG. 3, a large number of
図2に戻って、シンチレーションファイバーアレイ125は、上下(紙面上で左右)のZ方向に0.5m程度の長さを有する。つまり、シンチレーションファイバーアレイ125を構成するシンチレーションファイバー25の長さも0.5m程度となっている。各シンチレーションファイバーアレイ125は、奥行きのY方向すなわち配列方向に0.5m程度の長さを有する。各シンチレーションファイバーアレイ125を構成するシンチレーションファイバー25は、0.5m程度の奥行き幅に250本配列されている。つまり、シンチレーションファイバー25は、実施例の場合、1〜2mm間隔で密に配置されている。既に説明したように、シンチレーションファイバーブレード22がX方向に250枚積層されているので、水平なXY断面で考えた場合、積層されたシンチレーションファイバー25は、250×250のマトリクス状に最密的に配列されていることになる。見方を変えれば、シンチレーションファイバーブレード22の積層体によって立体的な検出空間が形成されていることになる。シンチレーションファイバーアレイ125の一端は、着脱を可能にする光ソケット27を介してファイバーバンドル部30に接続されている。個々のシンチレーションファイバー25で検出された蛍光は、ファイバーバンドル部30によって個別に伝送される。 Returning to FIG. 2, the
シンチレーションファイバー部21bにおいて、ホルダーとしての金属板26a,26aは、既に説明したようにフレーム21cに固定され、フレーム21cを介してケース21内に支持されている。光ソケット27も、フレーム21cに固定され、ケース21の下面に形成された開口(不図示)に露出している。 In the
図4は、複数のシンチレーションファイバーブレード22の相互の配置関係を模式的に説明する図である。複数のシンチレーションファイバーブレード22が互いに密着して互いに平行に整列された状態で配置されていることから、放射線の入射方向が縦のXZ断面の方向に制限され、全体である検出窓部20としての感度も、縦のXZ断面の方向に制限される。つまり、検出窓部20は、横のY方向に関して無限焦点系と考えることができる。 FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the mutual arrangement relationship of the plurality of
図1に戻って、ファイバーバンドル部30は、一端でシンチレーションファイバーアレイ125の積層体に接続され、他端でイメージインテンシファイア部40の受光部42(図1参照)に位置決めされて固定されている。図2に示すように、ファイバーバンドル部30は、多数のガイド光ファイバー31を集めたものであり、各ガイド光ファイバー31は、一端が光ソケット27に接続され、各シンチレーションファイバーブレード22に光学的に結合されており、各シンチレーションファイバーアレイ125を構成するシンチレーションファイバー25の配列関係を維持したままで光信号をイメージインテンシファイア部40の受光部42に伝送する。つまり、ケース21内でY方向に配列されX積層されたシンチレーションファイバー25は、XY断面に関して250×250のマトリクス状に配列されているので、この格子点状の配列をそのまま維持した画素パターンがイメージインテンシファイア部40によって画像として検出され増幅される。 Returning to FIG. 1, the
図5に示すように、イメージインテンシファイア部40は、真空容器41内に収納された構造を有しており、光電変換用の入力部である受光部42と、光電変換後の電子を収束させる静電収束系43と、収束状態で入射した電子を光に変換して像を形成する出力部44とを有する。ここで、受光部42は、真空容器41の開放側の一端に固定されている。受光部42は、球殻状の外形を有するガラス製の光学窓42aを有しており、光学窓42aの内側には所定の特性を有する光電変換物質の蒸着によって光電変換面47が形成されている。静電収束系43は、真空容器41の側壁内面に支持されている。静電収束系43は、複数の電子収束用の電極部分43aを有している。出力部44は、真空容器41の底部に固定されている。出力部44は、例えばファイバーオプティックプレート44aで形成され、入射面48には、所定の特性を有する蛍光体が塗布されている。ファイバーオプティックプレート44aの入射面48は、静電収束系43の結像面の位置に配置されており、静電収束系43の結像面と一致するような面形状を有している。 As shown in FIG. 5, the
なお、イメージインテンシファイア部40は、撮像部50と協働することで、シンチレーションファイバーブレード(検出ユニット)22からの光信号を2次元的な光信号の分布として検知する第2次検出部として機能する。 The
撮像部50は、リレー光学系51と、精細撮像部52と、粗像撮像部53と、駆動回路54とを備える。 The
ここで、リレー光学系51は、光軸OAに沿った光路上流側に配置されるディストリビューター51aと、ディストリビューター51aよりも光路下流側に配置される本体光学系51bとを備える。リレー光学系51のうちディストリビューター51aは、ビームスプリッターである。本体光学系51bは、イメージインテンシファイア部40の出力面49の像を、精細撮像部52の撮像面上に略等倍で投射する投射光学系となっている。精細撮像部52は、例えばCMOS型撮像素子である固体撮像素子と、固体撮像素子に撮像動作を行わせる駆動回路とを有し、駆動回路54から出力されるタイミング信号に基づいて固体撮像素子に撮像動作を行わせる。精細撮像部52は、イメージインテンシファイア部40の光電変換面47に入射した微弱な光の精細画像を、ビデオレートで画素デジタル信号化して出力する。粗像撮像部53は、例えばマルチアノードタイプのフォトマルチプライヤであり、駆動回路54による制御下で動作する。粗像撮像部53は、光電変換面47に入射した微弱な光の粗像を、測光信号として出力する。 Here, the relay
図1に戻って、ステージ60は、台座61と、ターンテーブル62と、回転駆動機構63とを備える。ターンテーブル62は、台座61に支持されてZ方向に延びる回転軸AXのまわりに回転可能になっている。回転駆動機構63は、制御装置80の制御下で動作しており、台座61に対してターンテーブル62を回転させることによって検出窓部20を鉛直方向(すなわちZ方向)に延びる回転軸AXを中心とする所望の方位角に向けることができる。ターンテーブル62の回転動作は、連続的なものであってもよいが、目標又は指定の方位角に離散的に移動させることもできる。 Returning to FIG. 1, the
なお、台座61内の空間には、イメージインテンシファイア部40と、撮像部50と、制御装置80とが安定した状態で収納されている。 In the space in the
制御装置80は、精細撮像部52や粗像撮像部53から出力された画像信号や強度信号を監視し、記憶装置81に保管する。制御装置80は、ターンテーブル62の方位角を監視しており、精細撮像部52や粗像撮像部53で得た画像信号等と、検出窓部20の向き(検出方位角)とを関連づけて記憶装置81に保管する。この結果、ステージ60上の検出窓部20がXY面上の特定方位を向いている場合、その方位において数°以下の範囲で、かつ、仰角方向に90°程度の範囲で測定対象からのガンマ線その他の放射線を検出することができる。つまり、特定の方位に制限された細長い立体角の範囲又は断面範囲で測定対象から周囲の放出される放射線を検出することができる。 The
図6は、図1の検出窓部20の変形例を説明する図であり、図4に対応するものである。この場合、複数のシンチレーションファイバーブレード22が一点に向かうように配置されている。つまり、図6の検出窓部20は、横のX方向に関して有限焦点系と考えることができる。この場合、計測対象の距離を近づけ、見込む立体角も大きくすることが可能なので、検出範囲を犠牲にしても特定距離にある対象物体の検出感度を向上させたい場合に有用である。なお、各シンチレーションファイバーブレード22は、相互の角度関係を維持するため、支持体28に固定されている。支持体28は、隣接するシンチレーションファイバーブレード22間の成す角を調整する調整装置128を備えていてもよい。この場合、調整装置128の動作制御により、検出窓部20の焦点距離を対象物体に応じて遠近自在に調整することができる。
なお、図6のような検出窓部20を用いる場合、制御装置80は、撮像部50の検出出力に基づいて、複数のシンチレーションファイバーブレード(検出ユニット)22の相対的な配置関係を調整することができ、複数のシンチレーションファイバーブレード22を組み合わせた検出窓部20の焦点距離を自動制御化できる。この際、リアルタイムの画像処理によって、最適化して自動焦点にすることができる。FIG. 6 is a diagram for explaining a modified example of the
When the
図7は、別の変形例を説明する図である。図7に示す検出窓部20の場合、コリメーター部21aに垂直なX方向にシンチレーションファイバー25が2次元に配列されて立方体状のプラスチックシンチレーター123を形成している。この場合、図1及び2に示す検出窓部20と類似した同様の計測が可能になる。ガンマ線の飛跡に対応したシンチレーションファイバー25で蛍光が観測されるので、各シンチレーションファイバー25の出力を同期させ統計処理等の各種フィルター処理を行うことで例えばガンマ線の仰角に関する入射方向やその方向からのガンマ線のエネルギーや頻度を特定することもできる(図8B及び8C等参照)。 FIG. 7 is a diagram for explaining another modified example. In the case of the
以下、図1の放射線計測装置10による放射線の検出原理について説明する。予め物質中のガンマ線や電子の振る舞いを再現するため定評あるEGSシミュレーターを用いてセシウム137から放出される0.622MeVのガンマ線の反応を調査した。シンチレーションファイバー25と同様の材料からなるプラスチックシンチレーターに一方向から同じ点に撃ち込んだガンマ線100発の飛跡(白色実線)の側面図を図8Aに示している。セシウム137から放出される0.622MeVのガンマ線は、物質中で主にコンプトン散乱を起こす。図8Aのガンマ線の飛跡で方向を変えている点で散乱が起こり、電子が反跳されている。このエネルギーのガンマ線は、物質中にてコンプトン散乱を繰り返し、エネルギーを失いつつ最終的には光電吸収反応で消えてしまう。ここで着目すべきは、奥行き0.5mのシンチレーションファイバーアレイ125の積層体、すなわち0.5m立方のプラスチックシンチレーター内において、0.622MeVのガンマ線は、そのエネルギーを略全て電子に渡し切り、外に出てこず、全吸収されるということである。したがって、0.5m立方のプラスチックシンチレーターを用いて電子のエネルギーを光に変換でき、0.622MeVの全エネルギーに相当する光量を計測して確認できる。このことから、シンチレーションファイバーアレイ125のうち開口OPから最も離れた背後側に配置されたシンチレーションファイバー25からの平均的な出力値は、バックグランドレベルを表していると考えることができ、かかるシンチレーションファイバー25の出力値をS/N分離に利用することができる。 Hereinafter, the principle of detection of radiation by the
散乱された電子は、0.5m立方のプラスチックシンチレーター中を走る間にイオン化反応を起こしてシンチレーション発光現象により蛍光を発する。0.622MeVガンマ線が入射して最初に起こすコンプトン散乱で生じた電子だと約1mm走り、その間発光する。図8Bに示すように、先のガンマ線照射のシミュレーション事例から生じた10keV以上の電子の飛跡のみを白点で示し、図8Cに示すように、先のガンマ線照射のシミュレーション事例から生じた100keV以上の電子の飛跡のみを白点で示している。図からわかるように、100keV以上の電子を選択すると、よりガンマ線の到来方向に集中して一直線に電子が生成されている。つまり、100keV以上に相当する1mm程度の発光点を選択すれば、ガンマ線が最初に起こしたコンプトン散乱による電子を見たことになり、それらの点列を元にたどれば、ガンマ線の到来方向が求められる。このような結果と全吸収エネルギー0.622MeVに相当する側光とを組み合わせれば、セシウム137からくるガンマ線がどこからどれほどの流量で到来したかを正確に計測できる。 The scattered electrons cause an ionization reaction while running in a 0.5 m cubic plastic scintillator, and emit fluorescence by a scintillation emission phenomenon. An electron generated by Compton scattering that occurs first when 0.622 MeV gamma rays are incident travels about 1 mm and emits light during that time. As shown in FIG. 8B, only a track of electrons of 10 keV or more generated from the previous gamma ray irradiation simulation example is shown by a white point, and as shown in FIG. 8C, 100 keV or more generated from the previous gamma ray irradiation simulation example. Only the tracks of electrons are shown as white dots. As can be seen from the figure, when electrons of 100 keV or higher are selected, electrons are more concentrated in the arrival direction of gamma rays and generated in a straight line. That is, if a light emission point of about 1 mm corresponding to 100 keV or more is selected, the gamma rays have first seen electrons due to Compton scattering, and if the point sequence is followed, the arrival direction of the gamma rays can be determined. Desired. By combining such a result with side light corresponding to the total absorbed energy of 0.622 MeV, it is possible to accurately measure where and how much the gamma rays coming from cesium 137 have arrived.
ここで、シンチレーションファイバーアレイ125によってY方向すなわち奥行き方向で光信号の分解又は分離を行っている意義について説明する。シンチレーションファイバーアレイ125でガンマ線散乱電子による発光点を撮像し画像解析することは、バックグランド除去の観点で有利である。ガンマ線がプラスチックシンチレーターに入って散乱する確率は、粒子の散乱断面積で決まり、
1−exp(−x/L)
という分布になる。ここで、xは奥行き方向の距離であり、Lは散乱断面積からくる平均自由行程である。つまり、入射側のシンチレーションファイバー25の検出頻度が一番高く、奥に入るにしたがって散乱頻度が減衰する。シンチレーションファイバーアレイ125を利用することで、上記のような現象を撮像測光することができる。
なお、信号ガンマ線の入射側からの距離をXとし、裏側からの距離をXbとすると、
{1−exp(−xs/L)}
{1−exp(−xb/L)}
という、2つの双対する分布の和となるので、侵入するバックグラウンドの評価や信号抽出のための差し引きとを明解にできる。つまり、対象信号のみの分離が容易になる。Here, the significance of performing the decomposition or separation of the optical signal in the Y direction, that is, the depth direction by the
1-exp (-x / L)
Distribution. Here, x is the distance in the depth direction, and L is the mean free path coming from the scattering cross section. That is, the detection frequency of the incident-
Note that if the distance from the incident side of the signal gamma ray is X and the distance from the back side is Xb,
{1-exp (-xs / L)}
{1-exp (-xb / L)}
Since it is the sum of two dual distributions, it is possible to clarify the intrusion background evaluation and subtraction for signal extraction. That is, it becomes easy to separate only the target signal.
つまり、例えば図2に示す1つのシンチレーションファイバー部21bで検出される一連の光強度データから、このシンチレーションファイバー部21bに入射したガンマ線のエネルギーと減衰状態とを測定することができ、放射線源の方位や放射性物質を特定することができる。さらに、複数のシンチレーションファイバー部21bで検出される頻度から、放射性物質の量に関連する情報も得ることができる。 That is, for example, from a series of light intensity data detected by one
図9は、図1の放射線計測装置10と同様の構造を有する3つの放射線計測ユニット10A,10B,10Cを組み込んだ放射線計測システム100を説明する図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining a
この場合、第1の放射線計測ユニット10Aは、図1の放射線計測装置10と略同一の構造を有し、計測部11と走査部12とを有する。図1の検出窓部20、ファイバーバンドル部30、イメージインテンシファイア部40、撮像部50等が計測部11として機能し、ステージ60、制御装置80等が走査部12として機能する。第1の放射線計測ユニット10Aは、方位角走査を行うことでガンマ線源からのガンマ線を検出する。第2の放射線計測ユニット10Bは、図1の放射線計測装置10と略同一の構造を有し、計測部11と走査部12とを有する。第2の放射線計測ユニット10Bは、方位角走査を行うことでガンマ線源からのガンマ線を検出する。第3の放射線計測ユニット10Cは、図1の放射線計測装置10と略同一の構造を有し、計測部11と走査部12とを有する。第3の放射線計測ユニット10Cは、天頂角走査を行うことでガンマ線源からのガンマ線を検出する。統括制御部90は、3つの放射線計測ユニット10A,10B,10Cを同期して動作させ、ガンマ線の検出結果を監視する。3つの放射線計測ユニット10A,10B,10Cによって、3次元空間中の任意の位置からのガンマ線を同時に監視することができる。図示の場合、第1の放射線計測ユニット10Aは、放射線の検出方向又は窓方向である方位角断面S1を鉛直方向に延びる回転軸AXのまわりに変化させる。第2の放射線計測ユニット10Bは、放射線の検出方向又は窓方向である方位角断面S2を鉛直方向に延びる回転軸AXのまわりに変化させる。第3の放射線計測ユニット10Cは、放射線の検出方向又は窓方向である天頂角断面S3を鉛直方向に延びる回転軸AXのまわりに変化させる。3つの放射線計測ユニット10A,10B,10Cによって例えばガンマ線の強度を計測する場合、3つの放射線計測ユニット10A,10B,10Cを同期して動作させの計測結果を監視する。具体的には、3つの放射線計測ユニット10A,10B,10Cからの検出出力を例えば積として処理したり和としてとして処理したりすることで、3次元空間の走査に対応する放射線の強度分布が得られ、ガンマ線源OBの空間的な位置や放射線強度を検出することができる。なお、個々の放射線計測ユニット10A,10B,10Cの入射方向を決定するような測定を行うことも可能である。 In this case, the first
なお、上記放射線計測システム100による計測方法は一例であり、3つの放射線計測ユニット10A,10B,10Cの出力に対して各種演算処理を行って、ガンマ線強度の空間分布を算定することもできる。 Note that the measurement method by the
また、ガンマ線源OBは、移動体であってもよいが、その場合、走査部12の動作をガンマ線源OBの移動速度に対応できるようにする必要がある。 Further, the gamma ray source OB may be a moving body. In this case, it is necessary to make the operation of the
以上説明した実施形態の放射線計測装置10や放射線計測システム100によれば、検出窓部20に設けたシンチレーションファイバーブレード(検出ユニット)22が放射線の入射方向を制限するコリメーター部(方位制限部)21aと、コリメーター部21aを経た放射線を光信号に変換するシンチレーションファイバーアレイ(第1次検出部)125とを有するので、特定方位からの放射線のみを選択的に検出することができる。さらに、イメージインテンシファイア部40等からなる第2次検出部が、シンチレーションファイバーブレード22からの光信号を2次元的な光信号の分布として検知するので、シンチレーションファイバーブレード22の検出出力の並行処理が可能となり、高速で高感度の放射線計測装置を提供することができる。また、コリメーター部(方位制限部)21aが放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限するので、所定断面内の方位からの放射線を選択的に検出することができ、このような断面を変更することで所望の断面内の方位からの放射線を任意に抽出することができる。さらに、シンチレーションファイバーアレイ(第1次検出部)125が、コリメーター部(方位制限部)21aによって制限される所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイであるので、シンチレーションファイバーアレイ125によって放射線を漏れなく効率よく検出することができ、線源の同定も可能になる。
また、上記放射線計測装置10等によれば、検出窓部20に設けた第1次検出部としてのシンチレーションファイバーブレード22の積層体が立体的な検出空間内に分布するように配置された複数のシンチレーションファイバー(センサー部)25を有するので、入射した放射線を立体的な検出空間を通過するものとしてとらえることができ、放射線の入射方向だけでなく、放射線の散乱等の3次元的な事象を検出することができる。これにより、放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、又は対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することができる。According to the
Further, according to the
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. Such modifications are also possible.
すなわち、検出窓部20においてシンチレーションファイバーブレード22のサイズや配列方向等は、検出対象、用途等に応じて任意に変更することができる。この際、シンチレーションファイバーアレイ125を積層したプラスチックシンチレーターの奥行きをある程度以上確保して当該プラスチックシンチレーター内で検出対象のガンマ線を全吸収することが、放射線源の同定、感度向上等の観点で望ましい。さらに、シンチレーションファイバーブレード22は、図10Aに示すように、複数のコリメーター部21aを備えるものであってよく、図10Bに示すように、複数のシンチレーションファイバー部21b又はシンチレーションファイバーアレイ125を備えるものであってもよい。さらに、シンチレーションファイバーブレード22は単独で使用することもできる。 That is, the size and arrangement direction of the
また、シンチレーションファイバー部21bは、多数のシンチレーションファイバー25を図2のY方向に等間隔で配列しているが、多数のシンチレーションファイバー25を例えば比例的に距離を増加させ、或いは周期的に増減させるといった非等間隔な配列で配置することもできる。この場合、放射線が等方的な空間で散乱されるモデルを適用することができないが、このような配列に適合させた統計処理によって放射線源の同定や強度を判定することができる。
また、以上の実施形態では、シンチレーションファイバー25を基本的に同一方向に配列しているが、第1層目のシンチレーションファイバーアレイ125をそのシンチレーションファイバー25がZ方向に延びるように配置し、第2層目のシンチレーションファイバーアレイ125をそのシンチレーションファイバー25がY方向に延びるように配置し、第3層目のシンチレーションファイバーアレイ125をそのシンチレーションファイバー25がZ方向に延びるように配置するといったように、交互に方向を変えて積層することもできる。Further, in the
In the above embodiment, the
また、コリメーター部21aについては、省略することもできる。この場合も、多数のシンチレーションファイバーアレイ125が積層されてシンチレーションファイバー25が3次元的な計測空間内に適当な密度で配列されていれば、例えば反応した電子の痕跡の画像から、方向決定やガンマ線のエネルギー、その減衰等を決定することができる。 Further, the
その他、放射線計測システム100を例えば2つの放射線計測ユニット10A,10Cで構成することも可能である。 In addition, the
Claims (12)
前記検出窓部の前記検出ユニットからの光信号を光信号の分布として検知する第2次検出部と
を備え、
前記方位制限部は、放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限し、
前記第1次検出部は、前記方位制限部によって制限される前記所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイであり、
前記複数の検出ユニットは、当該複数の検出ユニットを構成する前記第1次検出部が互いに平行となるように又は収束するように配列されている、放射線計測装置。 A detection window unit including a plurality of detection units each having an azimuth limiting unit that limits the incident direction of radiation and a primary detection unit that converts the radiation that has passed through the azimuth limiting unit into an optical signal;
A second detection unit that detects an optical signal from the detection unit of the detection window unit as a distribution of the optical signal;
The azimuth restriction unit restricts the incident direction of radiation to a azimuth within a predetermined cross section arranged linearly,
The first primary detector, Ri sensor array der in which a plurality of the sensor unit in the depth direction corresponding to the orientation of the said predetermined cross-section is limited by the orientation limiting unit,
The plurality of detection units are arranged to be arranged so that the primary detection units constituting the plurality of detection units are parallel to each other or converge .
請求項1に記載の第2の放射線計測装置を備える第2の計測ユニットと、
前記第1の計測ユニットと前記第2の計測ユニットとを同期して動作させる統括制御部とを備える、放射線計測システム。 A first measurement unit comprising a first radiation measurement device according to claim 1,
A second measurement unit comprising the second radiation measurement apparatus according to claim 1 ;
A radiation measurement system comprising: an overall control unit that operates the first measurement unit and the second measurement unit in synchronization.
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