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.

特開2004−170125号公報JP 2004-170125 A

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、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.

本発明の一実施形態に係る放射線計測装置を説明する図である。It is a figure explaining the radiation measuring device which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す放射線計測装置を構成する検出ユニットであるシンチレーションファイバーブレードを説明する図である。It is a figure explaining the scintillation fiber blade which is a detection unit which comprises the radiation measuring device shown in FIG. シンチレーションファイバーブレードに組み込まれるシンチレーションファイバーの固定方法を説明する図である。It is a figure explaining the fixing method of the scintillation fiber integrated in a scintillation fiber blade. シンチレーションファイバーブレードの配置例及び機能を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement | positioning of a scintillation fiber blade, and a function. イメージインテンシファイア部や撮像部の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of an image intensifier part and an imaging part. 図4の検出ユニット又はシンチレーションファイバーブレードの変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of the detection unit of FIG. 4, or a scintillation fiber blade. 図4の検出ユニットの別の変形例を説明する図である。It is a figure explaining another modification of the detection unit of FIG. 図8A〜8Cは、具体的な検出例と検出原理について説明する図である。8A to 8C are diagrams illustrating a specific detection example and a detection principle. 図1に示す放射線計測装置を複数組み込んだ放射線計測システムを説明する図である。It is a figure explaining the radiation measurement system incorporating a plurality of radiation measuring devices shown in FIG. 図10A及び10Bはシンチレーションファイバーブレードの変形例を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating a modification of the scintillation fiber blade.

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 radiation measurement apparatus 10 includes a detection window unit 20, a fiber bundle unit 30, an image intensifier unit 40, an imaging unit 50, a stage 60, and a control device 80.

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 detection window 20 is a case in which a large number of scintillation fibers (not shown) extending in the upper and lower Z directions are regularly and densely arranged in the case 21 and is also called a scintillation fiber clade.

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 detection window 20 includes a case 21 supported by the stage 60 and a large number of scintillation fiber blades 22 accommodated in the case 21. The case 21 is a member having a rectangular cylindrical outer shape having a rectangular opening OP in the lateral direction, and is formed of a material that efficiently shields radiation, such as lead. The scintillation fiber blade 22 is a member (detection unit) that has a rectangular plate-like outer shape and converts radiation incident from a specific direction into an optical signal. The scintillation fiber blade 22 stands in a vertical state extending in the YZ direction in the figure. A large number are arranged in the X direction and are tightly housed and fixed in the case 21. In the case 21, for example, 250 scintillation fiber blades 22 are densely packed and stacked. The vertical dimension and number of the scintillation fiber blades 22 are related to the sensitivity. If the vertical and horizontal width of the case 21, that is, the opening OP is wide, the detection sensitivity of the target incident radiation number is increased. Moreover, if the depth of the case 21 in the Y direction is equal to or greater than a certain value, the intended radiation can be reliably captured. In a specific embodiment, the vertical and horizontal width of the opening OP is, for example, 0.5 m × 0.5 m, and the depth width is, for example, 0.5 m.

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 collimator unit 21a, a scintillation fiber unit 21b, and a frame 21c.

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 collimator unit 21a is fixed to the frame 21c. The collimator unit 21a includes two radiation shielding plates 24 arranged in parallel, and functions as an azimuth limiting unit that limits the incident direction of radiation. Each radiation shielding plate 24 is a lead plate having a thickness of, for example, about 0.5 to 1 mm, and the pair of radiation shielding plates 24 are disposed apart from each other with a gap GA of, for example, about 1 to 2 mm. With the collimator unit 21a, only the radiation incident along the YZ cross section of the scintillation fiber blade 22 can be selectively guided to the scintillation fiber unit 21b. In a specific embodiment, the opening angle of the scintillation fiber blade 22 for gamma ray detection is about 0.5 ° to several degrees with respect to the horizontal X direction and about 90 ° with respect to the vertical Y direction. That is, one scintillation fiber blade 22 captures gamma ray flux with an effective area solid angle of (0.5 m × 0.5 m) × (about 1 ° × 90 °).

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 fiber blades 22 are laminated, the single scintillation fiber blade 22 has an average detection frequency of 1 Hz or less. A gamma ray flux that comes at the same frequency as the atmospheric natural radioactivity dose has the ability to measure with an accuracy of about 10% error per second. Further, as will be described in detail later, when the number of tracks of Compton scattered electrons by gamma rays is higher than the resolution of the scintillation fiber 25, the total amount of fluorescence in the region expected by each pixel of the coarse image capturing unit 53 described later is calculated as the charge amount. The measurement dynamic range can be made extremely high.

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 scintillation fiber portion 21b is composed of a large number of scintillation fibers 25, ie, scintillation fiber arrays 125, extending in the Z direction and densely arranged in the Y direction at regular intervals, and converts the radiation that has passed through the collimator portion 21a into an optical signal. Functions as a detection unit. Specifically, the scintillation fiber 25 is an acrylic or other plastic fiber doped with a phosphor, corresponds to a sensor unit for converting radiation into an optical signal, and serves as an active index for gamma rays. In a specific embodiment, the scintillation fiber 25 scatters, for example, 0.622 MeV gamma rays originating from cesium 137, and outputs scintillation emission generated by Compton electrons as detection light.

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 scintillation fibers 25 constituting the scintillation fiber array 125 are fixed so as to be sandwiched between a pair of metal plates 26a and 26a and kept in parallel at equal intervals. The scintillation fiber 25 has a rectangular cross section of 1 to 2 mm square, for example. A large number of grooves 26d are formed in each metal plate 26a, and the scintillation fiber 25 is held in a stable state in each groove 26d. Each metal plate 26a is formed, for example, by pressing a tin plate. By sandwiching the metal plates 26a, 26a between the pair of metal plates 26a, 26a and fixing the metal plates 26a, 26a to the frame 21c, a large number of scintillation fibers 25 can be precisely aligned with the collimator portion 21a.

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 scintillation fiber array 125 has a length of about 0.5 m in the upper and lower (left and right on the paper) Z direction. That is, the length of the scintillation fiber 25 constituting the scintillation fiber array 125 is also about 0.5 m. Each scintillation fiber array 125 has a length of about 0.5 m in the Y direction of the depth, that is, the arrangement direction. 250 scintillation fibers 25 constituting each scintillation fiber array 125 are arranged in a depth width of about 0.5 m. That is, the scintillation fibers 25 are densely arranged at intervals of 1 to 2 mm in the embodiment. As already described, since 250 scintillation fiber blades 22 are laminated in the X direction, when considered in a horizontal XY cross section, the laminated scintillation fibers 25 are closely packed in a 250 × 250 matrix. It will be arranged. In other words, a three-dimensional detection space is formed by the laminated body of scintillation fiber blades 22. One end of the scintillation fiber array 125 is connected to the fiber bundle unit 30 via an optical socket 27 that can be attached and detached. The fluorescence detected by each scintillation fiber 25 is individually transmitted by the fiber bundle unit 30.

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 scintillation fiber portion 21b, the metal plates 26a and 26a as holders are fixed to the frame 21c as described above and supported in the case 21 via the frame 21c. The optical socket 27 is also fixed to the frame 21 c and exposed to an opening (not shown) formed on the lower surface of the case 21.

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 scintillation fiber blades 22. Since the plurality of scintillation fiber blades 22 are arranged in close contact with each other and aligned in parallel with each other, the incident direction of radiation is limited to the direction of the vertical XZ cross section, and the detection window 20 as a whole is formed. Sensitivity is also limited to the direction of the vertical XZ cross section. That is, the detection window 20 can be considered as an infinite focus system in the horizontal Y direction.

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 fiber bundle unit 30 is connected to the laminated body of the scintillation fiber array 125 at one end and positioned and fixed to the light receiving unit 42 (see FIG. 1) of the image intensifier unit 40 at the other end. Yes. As shown in FIG. 2, the fiber bundle unit 30 is a collection of a large number of guide optical fibers 31. One end of each guide optical fiber 31 is connected to the optical socket 27 and optically coupled to each scintillation fiber blade 22. The optical signal is transmitted to the light receiving unit 42 of the image intensifier unit 40 while maintaining the arrangement relationship of the scintillation fibers 25 constituting each scintillation fiber array 125. That is, the scintillation fibers 25 arranged in the Y direction and stacked in the Y direction in the case 21 are arranged in a matrix of 250 × 250 with respect to the XY cross section, so that the pixel pattern maintaining this lattice point arrangement is imaged. The intensifier unit 40 detects and amplifies the image.

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 image intensifier unit 40 has a structure housed in a vacuum vessel 41, and converges the light receiving unit 42, which is an input unit for photoelectric conversion, and the electrons after photoelectric conversion. And an output unit 44 that converts an incident electron in a converged state into light to form an image. Here, the light receiving unit 42 is fixed to one end of the vacuum container 41 on the open side. The light receiving unit 42 includes a glass optical window 42a having a spherical shell-like outer shape, and a photoelectric conversion surface 47 is formed inside the optical window 42a by vapor deposition of a photoelectric conversion material having predetermined characteristics. Yes. The electrostatic focusing system 43 is supported on the inner surface of the side wall of the vacuum vessel 41. The electrostatic focusing system 43 has a plurality of electron focusing electrode portions 43a. The output unit 44 is fixed to the bottom of the vacuum vessel 41. The output unit 44 is formed of, for example, a fiber optic plate 44a, and the incident surface 48 is coated with a phosphor having predetermined characteristics. The incident surface 48 of the fiber optic plate 44 a is disposed at the position of the imaging surface of the electrostatic focusing system 43 and has a surface shape that matches the imaging surface of the electrostatic focusing system 43.

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 image intensifier unit 40 cooperates with the imaging unit 50 as a secondary detection unit that detects the optical signal from the scintillation fiber blade (detection unit) 22 as a two-dimensional optical signal distribution. Function.

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 imaging unit 50 includes a relay optical system 51, a fine imaging unit 52, a coarse image imaging unit 53, and a drive circuit 54.

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 optical system 51 includes a distributor 51a disposed on the upstream side of the optical path along the optical axis OA and a main body optical system 51b disposed on the downstream side of the optical path from the distributor 51a. Of the relay optical system 51, the distributor 51a is a beam splitter. The main body optical system 51 b is a projection optical system that projects the image of the output surface 49 of the image intensifier unit 40 onto the imaging surface of the fine imaging unit 52 at approximately the same magnification. The fine imaging unit 52 includes, for example, a solid-state imaging device that is a CMOS-type imaging device and a drive circuit that causes the solid-state imaging device to perform an imaging operation. An imaging operation is performed. The fine imaging unit 52 converts a fine image of weak light incident on the photoelectric conversion surface 47 of the image intensifier unit 40 into a pixel digital signal at a video rate and outputs it. The coarse image capturing unit 53 is, for example, a multi-anode type photomultiplier, and operates under the control of the drive circuit 54. The coarse image capturing unit 53 outputs a coarse image of weak light incident on the photoelectric conversion surface 47 as a photometric signal.

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 stage 60 includes a pedestal 61, a turntable 62, and a rotation drive mechanism 63. The turntable 62 is supported by the pedestal 61 and is rotatable about a rotation axis AX extending in the Z direction. The rotation drive mechanism 63 operates under the control of the control device 80, and rotates the turntable 62 with respect to the pedestal 61, thereby rotating the detection window portion 20 around the rotation axis AX extending in the vertical direction (that is, the Z direction). To the desired azimuth angle. The rotation operation of the turntable 62 may be continuous, but can be discretely moved to a target or a specified azimuth angle.

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 pedestal 61, the image intensifier unit 40, the imaging unit 50, and the control device 80 are housed in a stable state.

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 control device 80 monitors image signals and intensity signals output from the fine imaging unit 52 and the coarse image imaging unit 53 and stores them in the storage device 81. The control device 80 monitors the azimuth angle of the turntable 62, and associates the image signal obtained by the fine imaging unit 52 and the coarse image imaging unit 53 with the direction (detection azimuth angle) of the detection window unit 20. Store in the storage device 81. As a result, when the detection window 20 on the stage 60 faces a specific azimuth on the XY plane, the gamma rays from the measurement target are within a range of several degrees or less in that azimuth and about 90 degrees in the elevation direction. Other radiation can be detected. That is, the surrounding radiation emitted from the measurement object can be detected within a narrow solid angle range or a cross-sectional range limited to a specific orientation.

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 detection window portion 20 of FIG. 1 and corresponds to FIG. In this case, the plurality of scintillation fiber blades 22 are arranged so as to go to one point. That is, the detection window 20 in FIG. 6 can be considered as a finite focal system in the horizontal X direction. In this case, since the distance of the measurement target can be reduced and the solid angle to be expected can be increased, it is useful when it is desired to improve the detection sensitivity of the target object at a specific distance even if the detection range is sacrificed. The scintillation fiber blades 22 are fixed to the support 28 in order to maintain the mutual angular relationship. The support 28 may include an adjusting device 128 that adjusts an angle formed between adjacent scintillation fiber blades 22. In this case, the focal length of the detection window portion 20 can be adjusted freely according to the target object by controlling the operation of the adjusting device 128.
When the detection window 20 as shown in FIG. 6 is used, the control device 80 adjusts the relative arrangement relationship of the plurality of scintillation fiber blades (detection units) 22 based on the detection output of the imaging unit 50. Thus, the focal length of the detection window 20 in which a plurality of scintillation fiber blades 22 are combined can be automatically controlled. At this time, it is possible to optimize and achieve automatic focusing by real-time image processing.

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 detection window portion 20 shown in FIG. 7, scintillation fibers 25 are two-dimensionally arranged in the X direction perpendicular to the collimator portion 21a to form a cubic plastic scintillator 123. In this case, similar measurement similar to the detection window 20 shown in FIGS. 1 and 2 is possible. Since fluorescence is observed with the scintillation fiber 25 corresponding to the track of the gamma ray, the output of each scintillation fiber 25 is synchronized, and various filter processes such as statistical processing are performed, for example, the incident direction with respect to the elevation angle of the gamma ray and the gamma ray from that direction. It is also possible to specify the energy and frequency (see FIGS. 8B and 8C).

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 radiation measuring apparatus 10 of FIG. 1 will be described. The reaction of 0.622 MeV gamma rays emitted from cesium 137 was investigated using an established EGS simulator to reproduce the behavior of gamma rays and electrons in the material in advance. FIG. 8A shows a side view of a track (white solid line) of 100 gamma rays shot at the same point from one direction on a plastic scintillator made of the same material as that of the scintillation fiber 25. The 0.622 MeV gamma rays emitted from cesium 137 mainly cause Compton scattering in the material. Scattering occurs at the point where the direction is changed in the track of the gamma rays in FIG. 8A, and the electrons are recoiled. This energy gamma ray repeatedly undergoes Compton scattering in the material, and eventually disappears due to the photoelectric absorption reaction while losing energy. It should be noted here that 0.622 MeV gamma rays pass almost all of their energy to electrons in a laminate of scintillation fiber array 125 with a depth of 0.5 m, that is, a plastic scintillator with 0.5 m cubes. It does n’t come out, it ’s all absorbed. Therefore, the energy of electrons can be converted into light using a 0.5 m cubic plastic scintillator, and the amount of light corresponding to the total energy of 0.622 MeV can be measured and confirmed. From this, it can be considered that the average output value from the scintillation fiber 25 arranged on the back side farthest from the opening OP in the scintillation fiber array 125 represents the background level. 25 output values can be used for S / N separation.

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 scintillation fiber array 125 will be described. It is advantageous from the viewpoint of background removal to capture and analyze the image of the emission point by gamma ray scattered electrons with the scintillation fiber array 125. The probability that gamma rays enter the plastic scintillator and scatter is determined by the scattering cross section of the particle,
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-side scintillation fiber 25 is the highest, and the scattering frequency attenuates as it enters the back. By using the scintillation fiber array 125, the above phenomenon can be imaged and measured.
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 scintillation fiber part 21b shown in FIG. 2, the energy and attenuation state of gamma rays incident on the scintillation fiber part 21b can be measured, and the orientation of the radiation source And radioactive materials can be identified. Furthermore, information related to the amount of radioactive material can also be obtained from the frequency detected by the plurality of scintillation fiber portions 21b.

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 radiation measurement system 100 in which three radiation measurement units 10A, 10B, and 10C having the same structure as that of the radiation measurement apparatus 10 in FIG. 1 are incorporated.

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 radiation measurement unit 10 </ b> A has substantially the same structure as the radiation measurement apparatus 10 in FIG. 1, and includes a measurement unit 11 and a scanning unit 12. The detection window unit 20, the fiber bundle unit 30, the image intensifier unit 40, the imaging unit 50, and the like of FIG. 1 function as the measurement unit 11, and the stage 60, the control device 80, and the like function as the scanning unit 12. The first radiation measurement unit 10A detects gamma rays from the gamma ray source by performing azimuth scanning. The second radiation measurement unit 10B has substantially the same structure as the radiation measurement apparatus 10 in FIG. The second radiation measurement unit 10B detects gamma rays from the gamma ray source by performing azimuth scanning. The third radiation measurement unit 10 </ b> C has substantially the same structure as the radiation measurement apparatus 10 in FIG. 1, and includes a measurement unit 11 and a scanning unit 12. The third radiation measurement unit 10C detects gamma rays from the gamma ray source by performing zenith angle scanning. The overall control unit 90 operates the three radiation measurement units 10A, 10B, and 10C in synchronization, and monitors the detection result of gamma rays. Three radiation measurement units 10A, 10B, and 10C can simultaneously monitor gamma rays from arbitrary positions in the three-dimensional space. In the case of illustration, 10 A of 1st radiation measurement units change the azimuth angle cross section S1 which is a radiation detection direction or a window direction around the rotating shaft AX extended to a perpendicular direction. The second radiation measurement unit 10B changes the azimuth angle cross section S2, which is the radiation detection direction or the window direction, around the rotation axis AX extending in the vertical direction. The third radiation measurement unit 10 </ b> C changes the zenith angle section S <b> 3, which is the radiation detection direction or the window direction, around the rotation axis AX extending in the vertical direction. For example, when gamma ray intensity is measured by the three radiation measurement units 10A, 10B, and 10C, the measurement results obtained by operating the three radiation measurement units 10A, 10B, and 10C in synchronization are monitored. Specifically, by processing detection outputs from the three radiation measurement units 10A, 10B, and 10C as, for example, products or as sums, an intensity distribution of radiation corresponding to scanning in a three-dimensional space is obtained. The spatial position and radiation intensity of the gamma ray source OB can be detected. In addition, it is also possible to perform the measurement which determines the incident direction of each radiation measurement unit 10A, 10B, 10C.

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 radiation measurement system 100 is an example, and it is also possible to calculate the spatial distribution of gamma ray intensity by performing various arithmetic processes on the outputs of the three radiation measurement units 10A, 10B, and 10C.

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 scanning unit 12 correspond to the moving speed of the gamma ray source OB.

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 radiation measuring apparatus 10 and the radiation measuring system 100 of the embodiment described above, the collimator unit (azimuth limiting unit) in which the scintillation fiber blade (detection unit) 22 provided in the detection window unit 20 limits the incident direction of radiation. Since it has 21a and the scintillation fiber array (primary detection part) 125 which converts the radiation which passed through the collimator part 21a into an optical signal, only the radiation from a specific direction can be detected selectively. Further, since the secondary detection unit including the image intensifier unit 40 and the like detects the optical signal from the scintillation fiber blade 22 as a two-dimensional optical signal distribution, parallel processing of the detection output of the scintillation fiber blade 22 Therefore, it is possible to provide a high-speed and highly sensitive radiation measuring apparatus. In addition, since the collimator unit (azimuth limiting unit) 21a limits the incident direction of radiation to a direction in a predetermined cross section linearly arranged, radiation from a direction in the predetermined cross section can be selectively detected, By changing such a cross section, radiation from a desired direction in the cross section can be arbitrarily extracted. Further, the scintillation fiber array (primary detection unit) 125 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 collimator unit (direction limiting unit) 21a. Therefore, the scintillation fiber array 125 can detect the radiation efficiently without leakage, and the source can be identified.
Further, according to the radiation measurement apparatus 10 or the like, a plurality of laminated bodies of scintillation fiber blades 22 as primary detection units provided in the detection window unit 20 are arranged so as to be distributed in a three-dimensional detection space. Since it has a scintillation fiber (sensor unit) 25, it can be considered that incident radiation passes through a three-dimensional detection space, and detects not only the incident direction of radiation but also three-dimensional events such as radiation scattering. can do. As a result, it is possible to identify the radiation source, determine the exact dose and direction of flight of the radiation, or measure the spatial distribution of the radiation intensity from the object.

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 scintillation fiber blades 22 in the detection window 20 can be arbitrarily changed according to the detection object, application, and the like. At this time, it is desirable from the viewpoint of identifying the radiation source, improving sensitivity, and the like to secure the depth of the plastic scintillator in which the scintillation fiber array 125 is laminated to a certain degree or more and completely absorb the gamma rays to be detected in the plastic scintillator. Furthermore, the scintillation fiber blade 22 may include a plurality of collimator portions 21a as shown in FIG. 10A, and includes a plurality of scintillation fiber portions 21b or a scintillation fiber array 125 as shown in FIG. 10B. It may be. Further, the scintillation fiber blade 22 can be used alone.

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 scintillation fiber portion 21b, a large number of scintillation fibers 25 are arranged at equal intervals in the Y direction of FIG. 2, but the multiple scintillation fibers 25 are, for example, proportionally increased in distance or periodically increased or decreased. It is also possible to arrange them at non-uniform intervals. In this case, a model in which radiation is scattered in an isotropic space cannot be applied, but the identification and intensity of the radiation source can be determined by statistical processing adapted to such an arrangement.
In the above embodiment, the scintillation fibers 25 are basically arranged in the same direction. However, the scintillation fiber array 125 of the first layer is arranged so that the scintillation fibers 25 extend in the Z direction, and the second The scintillation fiber array 125 in the first layer is arranged so that the scintillation fiber 25 extends in the Y direction, and the scintillation fiber array 125 in the third layer is arranged so that the scintillation fiber 25 extends in the Z direction. It is also possible to stack by changing the direction.

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 collimator unit 21a can be omitted. In this case as well, if a large number of scintillation fiber arrays 125 are stacked and the scintillation fibers 25 are arranged at an appropriate density in a three-dimensional measurement space, for example, direction determination and gamma rays can be determined from an image of a trace of reacted electrons. Energy, its attenuation, etc. can be determined.

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 radiation measurement system 100 can be configured by two radiation measurement units 10A and 10C, for example.

Claims (12)

放射線の入射方向を制限する方位制限部と、前記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、
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 .
前記方位制限部は、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、請求項1に記載の放射線計測装置。   The radiation measurement apparatus according to claim 1, wherein the azimuth restriction unit is a slit-like collimator in which a plurality of shield plates are arranged close to each other in parallel. 前記センサーアレイは、前記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、請求項1に記載の放射線計測装置。   The radiation measurement apparatus according to claim 1, wherein the sensor array is a fiber array having a plurality of scintillation fibers doped with a fluorescent material as the plurality of sensor units. 前記ファイバーアレイを構成するファイバーは、前記所定断面に沿って、等間隔で互いに平行に配列されている、請求項に記載の放射線計測装置。 The radiation measuring apparatus according to claim 3 , wherein the fibers constituting the fiber array are arranged in parallel with each other at equal intervals along the predetermined cross section. 前記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、請求項に記載の放射線計測装置。 Further comprising an adjustment device for adjusting the arrangement of the plurality of detection units, the radiation measuring device according to claim 1. 前記第2次検出部の検出出力に基づいて、前記複数の検出ユニットの相対的な配置関係を調整する、請求項に記載の放射線計測装置。 The radiation measurement apparatus according to claim 5 , wherein a relative arrangement relationship of the plurality of detection units is adjusted based on a detection output of the secondary detection unit. 前記検出窓部と前記第2次検出部とは、ファイバーの束で結合されている、請求項に記載の放射線計測装置。 The radiation measurement apparatus according to claim 1 , wherein the detection window part and the secondary detection part are coupled by a bundle of fibers. 前記第2次検出部は、光電変換面を有する光電撮像装置である、請求項に記載の放射線計測装置。 The radiation measurement apparatus according to claim 1 , wherein the secondary detection unit is a photoelectric imaging apparatus having a photoelectric conversion surface. 前記第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、請求項に記載の放射線計測装置。 Further comprising a storage device for storing a signal detected by the secondary detector in association with the incident direction of the radiation, the radiation measuring device according to claim 1. 前記第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、請求項に記載の放射線計測装置。 Further comprising a control device for detecting the energy information related to the radiation source based on the signal detected by said secondary detector, a radiation measuring device according to claim 1. 前記制御装置は、前記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、請求項10に記載の放射線計測装置。 The radiation measurement apparatus according to claim 10 , wherein the control device stores the energy information in a storage device in association with an incident direction of radiation. 請求項に記載の第1の放射線計測装置を備える第1の計測ユニットと、
請求項に記載の第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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JPS5712354A (en) * 1980-06-26 1982-01-22 Rigaku Denki Kogyo Kk Apparatus for x-ray diffraction
JPH06214028A (en) * 1993-01-21 1994-08-05 Fujitsu Ltd X-ray detector
DE19750935A1 (en) * 1997-11-17 1999-06-02 Siemens Ag Computer tomography collimator
JP2002006052A (en) * 2000-06-19 2002-01-09 Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects Compound dose distribution measuring method
JP2006329905A (en) * 2005-05-30 2006-12-07 Toshiba Corp Line sensor, line sensor unit, and radiation nondestructive inspection system

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