JP6388300B2 - 放射線検出用素子および放射線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出用素子および放射線検出装置に関する。

従来、放射線の検出を行う携帯型の放射線検出装置、すなわちサーベイメーターが知られている。一般的なサーベイメーターは、単に、放射線の線量を検出するものであり、指向性および方向分別性を有していない。ここで、指向性とは、一方向についてのみ高い検出感度を有する性能を意味し、方向分別性とは、放射線が到来する方向、すなわち放射線源の方向を検出できる性能を意味する。

一方、特許文献１には、放射線の飛来方向を測定することが可能な可搬型の放射線検出装置、すなわち方向分別性を有するサーベイシステムが記載されている。
同文献のサーベイシステムは、放射線を検出する複数のセンサと複数のセンサが埋め込まれたフィルタ部材とを有する検出ユニットと、複数のセンサを用いて測定された複数の測定値に基づいて放射線の飛来方向を推定する演算ユニットと、を有する。複数のセンサは、フィルタ部材の側周囲面近傍の辺縁領域内であって側周囲面に沿って互いに離間しつつ配列された複数の空洞内に収容され、これにより複数のセンサのぞれぞれにおいて互いに異なる水平方向指向特性が生じるようになっている。よって、複数のセンサを利用して取得された複数の測定値の相互比率から放射線の飛来方向を判定できる。複数のセンサはそれぞれシンチレータにより構成され、フィルタ部材はシンチレータの放射線透過特性と同等の放射線透過特性を有する樹脂、ガラス等の材料により構成されている。

特開２０１３−２１０２１１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、フィルタ部材は、複数のセンサを構成するシンチレータと同等の放射線透過特性を有する材料により構成されている。このため、個々のセンサによる検出値に違いが生じにくく、十分な検出感度を得ることが困難と考えられる。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、簡易な構成とすることができるとともに、放射線源の方向の検出等について十分な検出感度を得ることが可能な放射線検出用素子および放射線検出装置を提供する。

本発明は、
複数のシンチレータ結晶と、
前記複数のシンチレータ結晶よりも放射線の遮蔽性が高い材料により構成された遮蔽体と、
前記複数のシンチレータ結晶の各々と対応する複数の光検出器と、
を備え、
前記複数のシンチレータ結晶の各々は、互いに異なる方向に指向性を持つように前記遮蔽体に埋め込まれ、
前記複数の光検出器の各々は、前記複数のシンチレータ結晶のうち対応するシンチレータ結晶からの発光を検出し、
前記複数の光検出器の各々は、前記複数のシンチレータ結晶のうち対応するシンチレータ結晶と対向するように前記遮蔽体の表面に設けられている放射線検出用素子を提供する。

また、本発明は、
本発明の放射線検出用素子と、
前記複数の光検出器による検出値が入力される制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数の光検出器による個々の検出値の相対関係に基づいて、放射線源の方向を判定する方向判定部を備える放射線検出装置を提供する。

本発明によれば、放射線検出用素子および放射線検出装置を簡易な構成とすることができるとともに、放射線源の方向の検出等について、十分な検出感度を得ることができる。

図１（ａ）は実施形態に係る放射線検出用素子の模式的な斜視図、図１（ｂ）は３次元座標系を示す図である。 図２（ａ）は遮蔽体に対するシンチレータ結晶及び光検出器の配置の一例を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）または図３の矢印Ｄ方向から見た図である。 遮蔽体に対するシンチレータ結晶及び光検出器の配置の他の一例を示す断面図である。 実施形態に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る放射線検出装置の表示部における表示例を示す図である。 実施形態に係る放射線検出装置による検出動作のシミュレーションの例を示す図である。 実施形態に係る放射線検出装置による検出動作のシミュレーションの例を示す図である。 実施形態に係る放射線検出装置による検出動作のシミュレーションの例を示す図である。 実施形態に係る放射線検出装置による検出動作のシミュレーションの例を示す図である。 図１０（ａ）は実施形態に係る放射線検出装置による検出動作の例を説明するための放射線検出用素子の模式図、図１０（ｂ）は検出結果を示す図である。 実施形態に係る放射線検出装置による検出値の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

図１（ａ）は実施形態に係る放射線検出用素子１の模式的な斜視図、図１（ｂ）は３次元座標系を示す図である。図２（ａ）は遮蔽体１０に対するシンチレータ結晶３０及び光検出器３１〜３６の配置の一例を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢印Ｄ方向から見た図である。図３は遮蔽体１０に対するシンチレータ結晶３０及び光検出器３１〜３６の配置の他の一例を示す断面図である。

本実施形態に係る放射線検出用素子１は、複数のシンチレータ結晶３０と、複数のシンチレータ結晶３０よりも放射線（例えばγ線）の遮蔽性が高い（遮蔽能力が高い）材料により構成された遮蔽体１０と、複数のシンチレータ結晶３０の各々と対応する複数の光検出器（例えば６つの光検出器３１、３２、３３、３４、３５、３６）と、を備える。複数のシンチレータ結晶３０の各々は、互いに異なる方向に指向性を持つように遮蔽体１０に埋め込まれている。複数の光検出器の各々は、複数のシンチレータ結晶３０のうち対応するシンチレータ結晶３０からの発光を検出する。
以下、詳細に説明する。

図１（ａ）に示すように、放射線検出用素子１は、遮蔽体１０と、遮蔽体１０に設けられた複数の放射線センサ（例えば６つの放射線センサ２１〜２６）と、を備えている。各放射線センサ２１〜２６は、放射線を検出するものであり、シンチレータ結晶３０と、当該シンチレータ結晶３０からの発光を検出する光検出器（光検出器３１〜３６のうちの１つ）と、を有する（図４参照）。

遮蔽体１０は、シンチレータ結晶３０よりも放射線の遮蔽性が高い材料により構成されている。換言すれば、遮蔽体１０は、シンチレータ結晶３０よりも放射線透過率が低い材料により構成されている。このような材料は、シンチレータ結晶３０よりも密度が大きい材料から選択することができる。なお、遮蔽体１０は、シンチレータ結晶３０からの発光波長の光も遮蔽する。
具体的には、遮蔽体１０は、例えば、鉛、タングステン、又は、それらを含有する材料により構成されている。タングステンを含有する材料として、例えば、日本タングステン社製のタングステンシートが挙げられる。

複数のシンチレータ結晶３０の各々は、互いに異なる方向に指向性を持つように遮蔽体１０に埋め込まれている。ここで、本明細書において、シンチレータ結晶３０が指向性を持つということは、ある特定の一方向から放射線検出用素子１に放射線が照射されるときに、シンチレータ結晶３０の計数がピークとなることを意味する。
そして、複数のシンチレータ結晶３０の各々が互いに異なる方向に指向性を持つということは、複数のシンチレータ結晶３０の各々について、その計数がピークとなるような、放射線検出用素子１に対する放射線の照射方向が互いに異なることを意味する。
複数のシンチレータ結晶３０の各々が、互いに異なる方向に指向性を持つように遮蔽体１０に埋め込まれていることによって、ある放射線源から到来する放射線がダイレクトに照射されるシンチレータ結晶３０と、当該放射線源から到来し且つ遮蔽体１０を透過した放射線が照射される（放射線源からの放射線が遮蔽体１０を介して間接的に照射される）シンチレータ結晶３０と、が混在する状況（以下、第１状況と称する）が容易に生じ得るようにできる。或いは、ある放射線源から到来する放射線がシンチレータ結晶３０に到達するまでに遮蔽体１０を透過する距離が互いに異なるような複数のシンチレータ結晶３０が混在する状況（以下、第２状況と称する）が容易に生じ得るようにできる。その結果、放射線検出用素子１を用いた放射線源の方向の検出の感度が向上する。

遮蔽体１０に設けられた複数のシンチレータ結晶３０の各々と、複数のシンチレータ結晶３０のうち他のシンチレータ結晶３０との間には、遮蔽体１０の一部分が介在していることが好ましい。つまり、任意の２つのシンチレータ結晶３０（すべての組み合わせの２つのシンチレータ結晶３０）の間には、遮蔽体１０の一部分が必ず介在していることが好ましい。このようにすることによって、上記の第１状況や第２状況が更に生じやすくなるので、放射線検出用素子１を用いた放射線源の方向の検出の感度が更に向上する。
ここで、２つのシンチレータ結晶３０の間に遮蔽体１０の一部分が介在するということは、例えば、２つのシンチレータ結晶３０の一箇所どうしを結ぶ線分が遮蔽体１０を通過することを意味するのであっても良いし、２つのシンチレータ結晶３０の中心どうしを結ぶ線分が遮蔽体１０を通過することを意味するのであっても良いし、２つのシンチレータ結晶３０のうちの一方のシンチレータ結晶３０における何れの箇所についても、他方のシンチレータ結晶３０の何れの箇所との間に遮蔽体１０の一部分が介在していることを意味するのであっても良い。

遮蔽体１０の形状は特に限定されない。ただし、遮蔽体１０は、互いに異なる方向を向く複数の面を外面に有する形状、例えば直方体形状などの多面体形状が遮蔽体１０の形状として好ましい。多面体形状の中でも、立方体形状などの正多面体形状が、対称性に優れるため特に好ましい。

遮蔽体１０が、互いに異なる方向を向く複数の面を外面に有し、複数のシンチレータ結晶３０のうちの２つ以上のシンチレータ結晶３０が、遮蔽体１０の複数の面のうちの互いに異なる面にそれぞれ埋め込まれている場合、上記の第１状況や第２状況がより一層生じやすくなるので、放射線検出用素子１を用いた放射線源の方向の検出の感度がより一層向上する。
遮蔽体１０が互いに異なる方向を向く複数の面を外面に有する場合に、複数のシンチレータ結晶３０の各々が遮蔽体１０の互いに異なる面に埋め込まれていることが、更に好ましい。

本実施形態の場合、遮蔽体１０は、具体的には、例えば、立方体形状に形成されている。従って、遮蔽体１０は、６つの面１１、１２、１３、１４、１５、１６を有している。なお、遮蔽体１０は、例えば、後述する凹部４１を除き、中実に形成されている。

遮蔽体１０の６つの面１１〜１６の各々には、放射線センサ２１〜２６が設けられている。すなわち、面１１には放射線センサ２１が設けられ、面１２には放射線センサ２２が設けられ、面１３には放射線センサ２３が設けられ、面１４には放射線センサ２４が設けられ、面１５には放射線センサ２５が設けられ、面１６には放射線センサ２６が設けられている。
より具体的には、例えば、各放射線センサ２１〜２６は、各面１１〜１６の中央に配置されている。そして、各放射線センサ２１〜２６は、各々が設けられた面１１〜１６の面直方向に指向性を持っている。

図２および図３に示すように、各放射線センサ２１〜２６は、シンチレータ結晶３０と、光検出器（光検出器３１〜３６のうちの１つ）と、を備えている。すなわち、面１１に設けられた放射線センサ２１はシンチレータ結晶３０と光検出器３１とを備え、面１２に設けられた放射線センサ２２はシンチレータ結晶３０と光検出器３２とを備え、面１３に設けられた放射線センサ２３はシンチレータ結晶３０と光検出器３３とを備え、面１４に設けられた放射線センサ２４はシンチレータ結晶３０と光検出器３４とを備え、面１５に設けられた放射線センサ２５はシンチレータ結晶３０と光検出器３５とを備え、面１６に設けられた放射線センサ２６はシンチレータ結晶３０と光検出器３６とを備えている。
このように、例えば、遮蔽体１０は立方体形状であり、その６面の各々に、シンチレータ結晶３０および光検出器（光検出器３１〜３６）が設けられている。

シンチレータ結晶３０は、該シンチレータ結晶３０に対して放射線が照射されると発光する。シンチレータ結晶３０の種類は特に限定されないが、シンチレータ結晶３０は、例えば、セリウム添加ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（Ｃｅ：ＧＡＧＧ）結晶とすることができる（以下、単にＧＡＧＧ結晶と称する）。ＧＡＧＧ結晶の組成式は、Ｃｅ：Ｇｄ_３Ａｌ_２Ｇａ_３Ｏ_１２である。
ＧＡＧＧ結晶は、その発光波長が、半導体系の光検出器による検出波長とマッチするため、好適に用いられる。
なお、ＧＡＧＧ結晶の密度は、６．６３ｇ／ｃｍ^３である。このため、シンチレータ結晶３０としてＧＡＧＧ結晶からなるものを用いる場合、遮蔽体１０の材料としては、密度が６．６３ｇ／ｃｍ^３よりも大きいものを選択する。
シンチレータ結晶３０の形状は、特に限定されないが、一例として、立方体形状とすることができる。立方体形状のシンチレータ結晶３０は、簡易な加工によって容易に形成することができる。
シンチレータ結晶３０の寸法は、特に限定されないが、例えば、一辺の長さを０．１ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることができる。シンチレータ結晶３０の寸法は、遮蔽体１０の寸法によって適宜変更することができる。

光検出器（光検出器３１〜３６）は、シンチレータ結晶３０の発光波長の光を検出できるものであれば、どのようなものでも良いが、ＭＰＰＣ（マルチピクセルフォトンカウンター）等のシリコンフォトマルチプライヤーであることが好ましい一例である。

図２（ａ）および図３に示すように、遮蔽体１０の各面１１〜１６には、凹部４１が形成されており、各凹部４１には、シンチレータ結晶３０が埋め込まれている。

図２（ａ）の例では、凹部４１は、シンチレータ結晶３０の外形形状と同じ立方体形状に形成されており、凹部４１には実質的に隙間無くシンチレータ結晶３０が埋め込まれている。シンチレータ結晶３０の５つの面は、凹部４１の５つの面に対してそれぞれ接しており、シンチレータ結晶３０の残りの１つの面は、遮蔽体１０の各面１１〜１６と面一となっている。すなわち、複数のシンチレータ結晶３０の各々は、遮蔽体１０の表面と面一に配置されている。光検出器（光検出器３１〜３６）は、それぞれ対応するシンチレータ結晶３０を覆うように、各面１１〜１６に固定されている。より具体的には、光検出器（光検出器３１〜３６）は、例えば、シンチレータ結晶３０の１つの面と、各面１１〜１６におけるシンチレータ結晶３０の周囲の部分と、に接している。このように、複数の光検出器（光検出器３１〜３６）の各々は、複数のシンチレータ結晶３０のうち対応するシンチレータ結晶３０と対向するように遮蔽体１０の表面に設けられている。なお、各シンチレータ結晶３０から、対応する光検出器に入射する光量を増加させるために、各シンチレータ結晶３０において、対応する光検出器側を向く面を除く５つの面に沿って、光反射材を設けることが好ましい。

一方、図３の例では、凹部４１は、図２（ａ）の例よりも深く形成されている。凹部４１の深さ方向に対する直交断面の形状及び寸法は、図３の例でも図２（ａ）の例と同じである。図３の例では、シンチレータ結晶３０は、その１つの面が凹部４１の底面に接するとともに、当該１つの面に隣接する４つの面の各々が凹部４１の側面に接するように、凹部４１に埋め込まれている。図３の例でも、遮蔽体１０に対する光検出器（光検出器３１〜３６）の配置は、図２（ａ）の例と同様である。このため、図３の例では、シンチレータ結晶３０の１つの面と、光検出器との間に間隙が存在する。すなわち、複数のシンチレータ結晶３０の各々は、遮蔽体１０の表面よりも奥に配置されている。図３の例では、互いに対応するシンチレータ結晶３０と光検出器（光検出器３１〜３６）との間の間隙には、当該シンチレータ結晶３０の発光波長の光を透過させる充填材４５が充填されている。充填材４５の材料は、光透過樹脂、石英ガラス等であることが挙げられる。

次に、本実施形態に係る放射線検出装置１００について説明する。
図４は実施形態に係る放射線検出装置１００の構成を示すブロック図である。図５は実施形態に係る放射線検出装置１００の表示部８０における表示例を示す図である。
図４に示すように、本実施形態に係る放射線検出装置１００は、上述の放射線検出用素子１と、複数の光検出器（光検出器３１〜３６）による検出値が入力される制御部６０と、を備える。制御部６０は、複数の光検出器による個々の検出値の相対関係に基づいて、放射線源の方向を判定する方向判定部６１を備える。
以下、詳細に説明する。

放射線検出装置１００は、携帯型のものであることが好ましい。放射線検出装置１００を携帯型とするためには、遮蔽体１０をなるべく軽量のものとすることが好ましい。遮蔽体１０の重量は、２ｋｇ以下、１ｋｇ以下、或いは３００ｇ以下とすることができる。遮蔽体１０の重量が軽いほど、放射線検出装置１００は携帯性に優れたものとなる。その一方で、遮蔽体１０が大きいほど、放射線源側に位置する放射線センサによる検出値と、放射線源と放射線センサとの間に遮蔽体１０が存在する放射線センサによる検出値と、の比が大きくなるため、方向判定部６１による判定の感度特性が向上する。

放射線検出装置１００は、更に、ユーザによる操作を受け付ける操作部７０と、表示動作を行う液晶表示装置などの表示部８０と、を備えている。

制御部６０は、更に、複数の光検出器（光検出器３１〜３６）のうち何れか１つ以上（例えば光検出器３１）の検出値に基づいて放射線量を判定する線量判定部６２と、表示部８０の表示制御を行う表示制御部６３と、を備える。

表示制御部６３が行う表示制御には、方向判定部６１により判定された方向を示す方向指示表示８１（図５）を表示部８０に表示させる制御と、線量判定部６２により判定された放射線量を示す放射線量表示８２（図５）を表示部８０に表示させる制御と、が含まれる。

ユーザが操作部７０を操作することにより、例えば、方向判定部６１により放射線源の方向を判定する第１モードと、線量判定部６２により放射線量を判定する第２モードと、の切り替えや、放射線検出装置１００の電源のオン／オフの切り替えなどが可能となっている。
第１モードでは、方向判定部６１は、６つの光検出器３１〜３６の検出値に基づいて、放射線源の方向を判定する。
第２モードでは、線量判定部６２は、何れか１つ以上の光検出器（例えば光検出器３１）の検出値に基づいて、放射線量を判定する。ここで、放射線量の判定に用いられる検出値は、すべての光検出器による検出値としても良いし、放射線源の方向に基づいて選択された光検出器による検出値としても良いし、予め定められた１つの光検出器による検出値としても良い。
放射線源の方向に基づいて光検出器を選択する場合は、放射線源の方向と対応する１つ以上の光検出器を選択する。例えば、放射線検出用素子１の何れか１つの面の正面方向に放射線源が存在する場合、当該何れか１つの面に配置された光検出器を選択する。また、例えば、放射線検出用素子１の何れか１つの面の正面方向ではなく、斜めの方向に放射線源が存在する場合、その放射線源の方向を向く２つ又は３つの光検出器を選択する。
また、予め定められた１つの光検出器による検出値を用いる場合、例えば、放射線源の方向を特定した後、当該１つの検出器が設けられた面が、その方向に向くように放射線検出装置１００の姿勢を調節して、放射線量の検出を行う。
なお、ここでは、操作によりモードを切り替える例を説明するが、操作によりモードを切り替えることは必ずしも必要ではない。例えば、モードを切り替えることなく、方向判定部６１による放射線源の方向の判定処理と、線量判定部６２による放射線量の判定処理とが並行して行われるようになっていても良い。

図５に示すように、方向指示表示８１は、例えば、放射線源の方向を示す矢印の形態の表示とすることができる。また、放射線量表示８２は、例えば、単位時間あたりの放射線量を示す数値の表示とすることができる。

なお、放射線検出装置１００によれば、放射線源の方向を、水平方向において特定できるだけでなく、鉛直方向においても特定できるため、水平方向における方向を示す方向指示表示８１だけでなく、鉛直方向における方向（角度）を示す表示（図示略）を併せて表示部８０に表示させるようにしても良い。更に、このような３次元的な方向指示を行うモードと、２次元的な方向指示を行うモードとのモード選択が可能なように、放射線検出装置１００を構成しても良い。

次に、図６乃至図９を参照して、実施形態に係る放射線検出装置１００の各放射線センサ２１〜２６を用いた検出動作のシミュレーション結果を説明する。

図６乃至図９の各図は、実施形態に係る放射線検出装置１００による検出動作のシミュレーションの例を示す図である。これらのシミュレーションにおいて、検出対象の放射線源はセシウム１３７（１３７Ｃｓ）としている。セシウム１３７から放射されるγ線のピークエネルギーは６６２ｋｅＶである。また、遮蔽体１０は、一辺が３ｃｍの立方体形状の鉛からなるものとする。また、シンチレータ結晶３０は、一辺が５ｍｍの立方体形状のＧＡＧＧからなり、図２（ａ）に示すようにシンチレータ結晶３０の各々が遮蔽体１０の表面と面一に配置されているものとする。

ここで、検出動作を説明しやすくするために、放射線検出用素子１の中心を原点（以下、原点Ｏ）とする３次元座標系（図１（ｂ））を考える。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ｘ軸は、原点Ｏ、放射線センサ２１および放射線センサ２２を結ぶ直線上に位置し、ｙ軸は、原点Ｏ、放射線センサ２３および放射線センサ２４を結ぶ直線上に位置し、ｚ軸は、原点Ｏ、放射線センサ２５および放射線センサ２６を結ぶ直線上に位置するものとする。原点Ｏから放射線センサ２１側に向かう方向を＋ｘ方向、原点Ｏから放射線センサ２２側に向かう方向を−ｘ方向、原点Ｏから放射線センサ２３側に向かう方向を＋ｙ方向、原点Ｏから放射線センサ２４側に向かう方向を−ｙ方向、原点Ｏから放射線センサ２５側に向かう方向を＋ｚ方向、原点Ｏから放射線センサ２６側に向かう方向を−ｚ方向と称する。

第１のシミュレーションは、図６（ａ）に示すように、＋ｚ方向から放射線検出用素子１へ放射線が照射される場合のシミュレーションである。図６（ｂ）は、第１のシミュレーションによる放射線の計測結果を示す図である。
第２のシミュレーションは、図７（ａ）に示すように、＋ｚ方向と＋ｘ方向との中間で且つ＋ｚ方向と＋ｘ方向との双方に対して４５°の方向から放射線検出用素子１へ放射線が照射される場合のシミュレーションである。図７（ｂ）は、第２のシミュレーションによる放射線の計測結果を示す図である。
第３のシミュレーションは、図８（ａ）に示すように、＋ｚ方向と＋ｘ方向との中間で且つ＋ｚ方向と＋ｘ方向との双方に対して４５°の方向、並びに、＋ｚ方向と−ｘ方向との中間で且つ＋ｚ方向と−ｘ方向との双方に対して４５°の方向から、放射線検出用素子１へ放射線が照射される場合のシミュレーションである。図８（ｂ）は、第３のシミュレーションによる放射線の計測結果を示す図である。
第４のシミュレーションは、図９（ａ）に示すように、＋ｚ方向並びに−ｚ方向から放射線検出用素子１へ放射線が照射される場合のシミュレーションである。図９（ｂ）は、第４のシミュレーションによる放射線の計測結果を示す図である。

図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）の各図において、横軸は放射線を計測したエネルギー（ｋｅＶ）、縦軸は各エネルギーにおける計測値（検出値：イベント数）である。
図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）の各図において、＋ｘのグラフ（曲線Ｌ１）は放射線センサ２１による検出値を示し、−ｘのグラフ（曲線Ｌ２）は放射線センサ２２による検出値を示し、＋ｙのグラフ（曲線Ｌ３）は放射線センサ２３による検出値を示し、−ｙのグラフ（曲線Ｌ４）は放射線センサ２４による検出値を示し、＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）は放射線センサ２５による検出値を示し、−ｚのグラフ（曲線Ｌ６）は放射線センサ２６による検出値を示す。

先ず、第１のシミュレーションについて説明する。
＋ｘのグラフ（曲線Ｌ１）で示される検出値について、セシウム１３７から放射されるγ線のピークエネルギーである６６２ｋｅＶを中心とする所定の範囲の検出値を積算することにより積算値を求める。図６（ｂ）にＮで示される値がこの積算値であり、＋ｘのグラフ（曲線Ｌ１）については７８１である。同様に、−ｘ、＋ｙ、−ｙ、＋ｚおよび−ｚの各グラフで示される検出値について、それぞれ上記所定範囲における積算値Ｎを求める。図６（ｂ）に示すように、積算値Ｎは、−ｘのグラフ（曲線Ｌ２）については７９５、＋ｙのグラフ（曲線Ｌ３）については８５２、−ｙのグラフ（曲線Ｌ４）については８５５、＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）については３１９６、−ｚのグラフ（曲線Ｌ６）については２５６である。ここで、上記所定範囲は、各グラフ（曲線Ｌ１〜Ｌ６）において、６６２ｋｅＶを中心とし、ガウス分布に近い分布となっている範囲とし、且つ、各グラフにおいて共通の範囲とする。
第１のシミュレーションの場合、放射線源が存在する方向に位置する放射線センサ２５による検出値を示す＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）についての積算値Ｎと、＋ｚとは反対方向に位置する放射線センサ２６による検出値を示す−ｚのグラフ（曲線Ｌ６）についての積算値Ｎとの比が約１２：１となっており、遮蔽体１０が十分に機能することが分かる。
なお、このような比、すなわち遮蔽体１０を基準として放射線源が存在する方向における放射線量の検出値と、その反対方向における放射線量の検出値との比を、以下ではＳ／Ｎ比と称する場合がある。
第１のシミュレーションのように放射線源が＋ｚ方向に存在する場合、＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）についての積算値Ｎが３１９６と最も大きく、−ｚのグラフ（曲線Ｌ６）についての積算値Ｎが２５６と最も小さい。そして、他のグラフについての積算値Ｎは、７８１〜８５５とほぼ横並びとなっている。６つの積算値Ｎの相対関係（相対比率）が第１のシミュレーションと同等となった場合には、概ね＋ｚ方向に放射線源が存在する旨を判定することができる。

次に、第２のシミュレーションについて説明する。
第２のシミュレーションの場合も、第１のシミュレーションの場合と同様に、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙ、＋ｚおよび−ｚの各グラフで示される検出値について、それぞれ積算値Ｎを求める。図７（ｂ）に示すように、積算値Ｎは、＋ｘのグラフ（曲線Ｌ１）については２９３８、−ｘのグラフ（曲線Ｌ２）については５５６、＋ｙのグラフ（曲線Ｌ３）については４４４、−ｙのグラフ（曲線Ｌ４）については４９３、＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）については２９８８、−ｚのグラフ（曲線Ｌ６）については６０２である。
第２のシミュレーションの場合、＋ｘおよび＋ｚのグラフ（曲線Ｌ１、Ｌ５）についての積算値Ｎの合算値である５９２６と、＋ｘおよび＋ｚとは反対方向の−ｘおよび−ｚのグラフ（曲線Ｌ２、Ｌ６）についての積算値Ｎの合算値である１１５８と、の比が約５：１となっている。この場合、第１のシミュレーションと比べてＳ／Ｎ比が低下するものの、放射線源が存在する方向における放射線量の検出値と、その反対方向における放射線量の検出値とを、十分に判別可能である。
第２のシミュレーションのように放射線源が＋ｚ方向と＋ｘ方向との丁度中間に存在する場合、＋ｘおよび＋ｚのグラフ（曲線Ｌ１、Ｌ５）についての積算値Ｎが２９３８、２９８８と同等であるとともに最も大きく、他のグラフについての積算値Ｎは、４４４〜６０２とほぼ横並びとなっている。６つの積算値Ｎの相対関係（相対比率）が第２のシミュレーションと同等の場合には、概ね＋ｚ方向と＋ｘ方向との丁度中間の方向に放射線源が存在する旨を判定することができる。

次に、第３のシミュレーションについて説明する。
第３のシミュレーションの場合も同様に、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙ、＋ｚおよび−ｚの各グラフで示される検出値について、それぞれ積算値Ｎを求める。図８（ｂ）に示すように、積算値Ｎは、＋ｘのグラフ（曲線Ｌ１）については３５３３、−ｘのグラフ（曲線Ｌ２）については３５８５、＋ｙのグラフ（曲線Ｌ３）については９４７、−ｙのグラフ（曲線Ｌ４）については９６４、＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）については５９５４、−ｚのグラフ（曲線Ｌ６）については１１８５である。
ここで、第３のシミュレーションでは、第１のシミュレーションのように放射線源が１箇所の場合との識別が可能であるか否かが重要である。これについては、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙおよび−ｚの相互間での積算値Ｎの比、さらには、６つの積算値Ｎの相互間の比が、図８（ｂ）の場合と図６（ｂ）とで明らかに異なることから、第３のシミュレーションの場合と第１のシミュレーションの場合との識別が可能であることが分かる。
第３のシミュレーションのように放射線源が＋ｚ方向と＋ｘ方向との丁度中間の方向と、＋ｚ方向と−ｘ方向との丁度中間の方向と、の双方に存在する場合、＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）についての積算値Ｎが５９５４と最も大きく、＋ｘおよび−ｘのグラフ（曲線Ｌ１、Ｌ２）についての積算値Ｎが３５３３、３５８５と同等であるとともに＋ｚに次いで大きく、他のグラフについての積算値Ｎは、９４７〜１１８５とほぼ横並びとなっている（より具体的には、−ｚについての積算値Ｎが最も小さくなっている）。６つの積算値Ｎの相対関係（相対比率）が第３のシミュレーションと同等の場合には、概ね＋ｚ方向と＋ｘ方向との丁度中間の方向と、概ね＋ｚ方向と−ｘ方向との丁度中間の方向と、の双方に放射線源が存在する旨を判定することができる。

次に、第４のシミュレーションについて説明する。
第４のシミュレーションの場合も同様に、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ、−ｙ、＋ｚおよび−ｚの各グラフで示される検出値について、それぞれ積算値Ｎを求める。図９（ｂ）に示すように、積算値Ｎは、＋ｘのグラフ（曲線Ｌ１）については１５９５、−ｘのグラフ（曲線Ｌ２）については１５９８、＋ｙのグラフ（曲線Ｌ３）については１７００、−ｙのグラフ（曲線Ｌ４）については１７１０、＋ｚのグラフ（曲線Ｌ５）については３４６２、−ｚのグラフ（曲線Ｌ６）については３４１１である。
第４のシミュレーションの場合、＋ｚおよび−ｚのグラフ（曲線Ｌ５、Ｌ６）についての積算値Ｎが３４６２、３４１１と同等であるとともに最も大きく、他のグラフについての積算値Ｎは、１５９５〜１７１０とほぼ横並びとなっている。このため、６つの積算値Ｎの相対関係（相対比率）が第４のシミュレーションと同等の場合には、６つの積算値Ｎをすべて考慮することにより、概ね＋ｚ方向と概ね−ｚ方向との２方向にそれぞれ放射線源が存在すると判定することができる。更には、概ね＋ｚ方向に存在する放射線源の強度と、概ね−ｚ方向に存在する放射線源の強度と、が同等であると判定することもできる。

次に、図１０および図１１を参照して、放射線検出装置１００による放射線源の方向の検出動作の実験結果を説明する。

図１０（ａ）は放射線検出装置１００による検出動作の例を説明するための放射線検出用素子１の模式図、図１０（ｂ）は検出結果を示す図である。
この実験では、図１０（ａ）に示すように、遮蔽体１０の＋ｚ方向側の面１５および−ｚ方向側の面１６にのみ放射センサ（放射線センサ２５、２６）が設けられた放射線検出用素子１を用いた。また、遮蔽体１０は、タングステンシートを積層することにより構成した。また、放射線センサ２５、２６を構成するシンチレータ結晶３０を、一辺の長さが５ｍｍの立方体形状のものとした。

図１１の各図は放射線検出装置１００による検出値の例を示す図である。
図１１（ａ）および（ｂ）は図１０（ａ）の矢印Ａ方向に（つまり＋ｚ方向から）放射線検出用素子１へ放射線を照射したときの検出値を示し、このうち図１１（ａ）は放射線センサ２５による検出値を、図１１（ｂ）は放射線センサ２６による検出値を、それぞれ示す。
図１１（ｃ）および（ｄ）は図１０（ａ）の矢印Ｂ方向に（つまり−ｘ方向（図１参照）から）放射線検出用素子１へ放射線を照射したときの検出値を示し、このうち図１１（ｃ）は放射線センサ２５による検出値を、図１１（ｄ）は放射線センサ２６による検出値を、それぞれ示す。
図１１（ｅ）および（ｆ）は図１０（ａ）の矢印Ｃ方向に（つまり＋ｚ方向と−ｘ方向との中間で且つ＋ｚ方向と−ｘ方向との双方に対して４５°の方向から）放射線検出用素子１へ放射線を照射したときの検出値を示し、このうち図１１（ｅ）は放射線センサ２５による検出値を、図１１（ｆ）は放射線センサ２６による検出値を、それぞれ示す。

図１１（ａ）〜（ｆ）に示すように、方向判定部６１は、各放射線センサ２１〜２６による検出値について、セシウム１３７から放射されるγ線のピークエネルギーである６６２ｋｅＶを中心とする所定の範囲のウィンドウＷを設定し、このウィンドウＷ内の検出値を積算することにより、図１０（ｂ）に示す検出結果（上記積算値Ｎに相当）を演算する。このウィンドウＷは、上記の各シミュレーションにおいて設定した範囲と同様に、検出値がガウス分布に近い分布となっている範囲とする。
図１０（ｂ）に示すように、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の各々について、検出結果は、それぞれ１７４００、１５７０、１７５０、１５９０、２０５００、５０２０であった。
したがって、矢印Ａ方向に放射線を照射したときは、放射線センサ２５による検出結果と放射線センサ２６による検出結果との比は１７４００／１５７０＝約１１．１倍となり、概ね第１のシミュレーション結果（図６（ｂ））の１２倍と同等の結果が得られた。
また、矢印Ｂ方向に放射線を照射したときは、放射線センサ２５による検出結果と放射線センサ２６による検出結果との比は１７５０／１５９０＝約１．１０倍となり、理想値の１倍と同等の結果が得られた。
また、矢印Ｃ方向に放射線を照射したときは、放射線センサ２５による検出結果と放射線センサ２６による検出結果との比は２０５００／５０２０＝約４．１倍となり、第２のシミュレーション結果（図７（ｂ））の５倍と同等の結果が得られた。
このため、実際の放射線検出装置１００によって、上記の各シミュレーション（図６乃至図９）と同等の結果が得られることが分かる。

次に、方向判定部６１による放射線源の方向の判定処理の例について、図６乃至図９を参照して説明する。ここでは、図１等に示されるように遮蔽体１０の６つの面の各々に放射線センサ（放射線センサ２１〜２６のうちの１つずつ）が設けられているものとする。

まず、放射線検出装置１００が第１モードとなっている場合において、各放射線センサ２１〜２６による検出値が制御部６０に入力される。次に、制御部６０の方向判定部６１は、放射線センサ２１〜２６の各々による検出値について、上記の各シミュレーションと同様に設定した範囲（上記の実験におけるウィンドウＷと同様の範囲）における検出値の積算値を演算する。

方向判定部６１は、このように求めた６つの積算値の相対関係に基づいて、放射線源の方向を判定する。

例えば、上記の第１乃至第４のシミュレーションの各々と同じ方向に放射線源が存在する場合における６つの積算値の相対関係と、当該相対関係と対応する放射線源の方向と、を示すデータをテーブルとして予め制御部６０に記憶保持しておく。好ましくは、第１乃至第４のシミュレーション以外の方向に放射線源が存在する場合における６つの積算値の相対関係と、当該相対関係と対応する放射線源の方向と、を示すデータについても、上記テーブルに含まれていることが好ましい。
そして、方向判定部６１は、そのテーブルを参照することにより、テーブルに記憶された相対関係のうち、演算された積算値の相対関係と最も近いものを抽出し、当該抽出された相対関係と対向する方向を、放射線源の方向であると判定する。

次に、動作を説明する。

放射線検出装置１００を用いて放射線源の方向を調べるためには、ユーザが操作部７０を操作して、放射線検出装置１００を第１モードにする。この状態で、方向判定部６１は、上記のように放射線源の方向を判定する。すると、表示制御部６３は、判定された放射線源の方向と対応する方向指示表示８１を表示部８０に表示させる。複数の方向に放射線源が複数の方向に存在すると判定された場合は、各方向とそれぞれ対応する複数の方向指示表示８１を表示部８０に表示させる。ユーザは、方向指示表示８１を確認することによって、放射線源の大まかな方向を知ることができる。

次に、放射線検出装置１００を用いて放射線量を調べるためには、例えば、ユーザが操作部７０を操作して放射線検出装置１００を第２モードにするとともに、ユーザが放射線検出装置１００の姿勢を調節することにより、光検出器３１を有する放射線センサ２１が設けられた面１１を放射線源の方向、すなわち、第１モードのときに方向指示表示８１が示していた方向に向ける。この状態で、線量判定部６２は、光検出器３１による検出値の積算値を演算し、この積算値に基づいて、放射線量を判定する。すると、表示制御部６３は、判定された放射線量を示す放射線量表示８２を表示部８０に表示させる。ユーザは、放射線量表示８２を確認することによって、放射線源の方向から到来する放射線量を知ることができる。

放射線検出装置１００を用いることにより、いわゆるホットスポットと呼ばれる空間線量の局所的に高い場所を特定したり、そのホットスポットの方向から到来する放射線量を検出したりすることができる。また、ホットスポットの除染作業を終えた後に、放射線量が十分に低下したかどうかの確認や、放射性物質の移染によって新たなホットスポットが生じたりしていないかどうかの確認等が可能である。

以上のような実施形態によれば、放射線検出用素子１は、遮蔽体１０と、複数のシンチレータ結晶３０と、複数のシンチレータ結晶３０の各々と対応する複数の光検出器３１〜３６と、を備える。遮蔽体１０は、複数のシンチレータ結晶３０よりも放射線の遮蔽性が高い材料により構成されている。そして、複数のシンチレータ結晶３０の各々は、互いに異なる方向に指向性を持つように遮蔽体１０に埋め込まれ、複数の光検出器３１〜３６の各々は、複数のシンチレータ結晶３０のうち対応するシンチレータ結晶３０からの発光を検出する。
よって、複数の光検出器３１〜３６による個々の検出値の相対関係（相対比率）に基づいて、放射線検出用素子１の位置を基準としたときの放射線源の方向を判定することができる。つまり、放射線検出用素子１を用いることにより、方向分別性を得ることができる。

ここで、複数のシンチレータ結晶３０の各々は、互いに異なる方向に指向性を持つように遮蔽体１０に埋め込まれ、複数の光検出器３１〜３６の各々は、複数のシンチレータ結晶３０のうち対応するシンチレータ結晶３０からの発光を検出する。
よって、例えば図６乃至第８に示す第１乃至第４のシミュレーションのように、放射線源から到来する放射線がダイレクトに照射されるシンチレータ結晶３０と、放射線源から到来し且つ遮蔽体１０を透過した放射線が照射される（放射線源からの放射線が遮蔽体１０を介して間接的に照射される）シンチレータ結晶３０と、が混在する状況（第１状況）が容易に生じ得るようにできる。或いは、ある放射線源から到来する放射線がシンチレータ結晶３０に到達するまでに遮蔽体１０を透過する距離が互いに異なるような複数のシンチレータ結晶３０が混在する状況（第２状況）が容易に生じ得るようにできる。このため、複数の光検出器３１〜３６による検出値の比（上記のＳ／Ｎ比等）を十分に大きくすることができるので、放射線源の方向を簡易な構成でも感度良く検出することが可能となる。

また、遮蔽体１０に設けられた複数のシンチレータ結晶３０の各々と、複数のシンチレータ結晶３０のうち他のシンチレータ結晶３０との間に、遮蔽体１０の一部分が介在していることにより、上記の第１状況や第２状況が更に生じやすくなるので、放射線検出用素子１を用いた放射線源の方向の検出の感度が更に向上する。

遮蔽体１０が、互いに異なる方向を向く複数の面を外面に有し、複数のシンチレータ結晶３０のうちの２つ以上のシンチレータ結晶３０が、遮蔽体１０の複数の面のうちの互いに異なる面にそれぞれ埋め込まれていることにより、上記の第１状況や第２状況がより一層生じやすくなるので、放射線検出用素子１を用いた放射線源の方向の検出の感度がより一層向上する。

また、遮蔽体１０を多面体形状とすることにより、遮蔽体１０が曲面を含む形状である場合と比べて、放射線検出用素子１を容易に製造することができる。特に、遮蔽体１０を立方体形状などの正多面体形状とすることにより、各シンチレータ結晶３０に対して均等な条件で放射線が照射されるようにすることができるので、より簡単な演算により放射線源の方向を特定することが可能となる。

また、遮蔽体１０を立方体形状とし、且つ、その６面の各々に、シンチレータ結晶３０および光検出器（光検出器３１〜３６）が設けられていることにより、すべての方向について、放射線源の方向を容易に検出することが可能となる。

また、複数の光検出器（光検出器３１〜３６）の各々は、複数のシンチレータ結晶３０のうち対応するシンチレータ結晶３０と対向するように遮蔽体１０の表面に設けられている。よって、光検出器（光検出器３１〜３６）を遮蔽体１０に埋め込む必要がないため、放射線検出用素子１を容易に製造することができる。

また、複数のシンチレータ結晶３０の各々が遮蔽体１０の表面と面一に配置されている構造とすることにより、各シンチレータ結晶３０を用いた放射線検出の指向性を良好なものとすることができる。すなわち、各シンチレータ結晶３０において遮蔽体１０の表面と面一となっている面に対する面直方向に、各シンチレータ結晶３０は指向性を持つようにできる。

また、複数のシンチレータ結晶３０の各々が遮蔽体１０の表面よりも奥に配置されている構造とすることにより、複数のシンチレータ結晶３０の各々が遮蔽体１０の表面と面一に配置されている構造と比べて、更に、各シンチレータ結晶３０を用いた放射線検出の指向性を良好にすることができる。

また、複数の光検出器（光検出器３１〜３６）の各々が複数のシンチレータ結晶３０のうち対応するシンチレータ結晶３０と対向するように遮蔽体１０の表面に設けられている場合において、複数のシンチレータ結晶３０の各々が遮蔽体１０の表面よりも奥に配置され、且つ、互いに対応するシンチレータ結晶３０と光検出器との間には当該シンチレータ結晶３０の発光波長の光を透過させる充填材４５が充填されている構造とすることができる。この場合、光検出器（光検出器３１〜３６）を遮蔽体１０に埋め込む必要がないため、放射線検出用素子１を容易に製造することができるとともに、各シンチレータ結晶３０を用いた放射線検出の指向性を極めて良好にすることができ、且つ、シンチレータ結晶３０からの発光を効率的に光検出器によって検出することができる。

また、本実施形態に係る放射線検出装置１００は、本実施形態に係る放射線検出用素子１と、複数の光検出器（光検出器３１〜３６）による検出値が入力される制御部６０と、を備え、制御部６０は、複数の光検出器による個々の検出値の相対関係に基づいて、放射線源の方向を判定する方向判定部６１を備える。よって、放射線検出装置１００によれば、放射線検出用素子１による効果が得られる他、方向判定部６１によって放射線源の方向を判定することができる。

また、制御部６０は、複数の光検出器（光検出器３１〜３６）のうち何れか１つの検出値に基づいて、放射線量を判定する線量判定部６２を備えるので、放射線量を判定することができる。
個々のシンチレータ結晶３０は、互いに異なる方向に指向性を持つように遮蔽体１０に埋め込まれており、個々の光検出器３１〜３６は、複数のシンチレータ結晶３０のうち対応するシンチレータ結晶３０からの発光を検出するので、互いに対応するシンチレータ結晶３０と光検出器（光検出器３１〜３６のうちの１つ）とからなる個々の放射線センサ２１〜２６は、それぞれ一方向に指向性を持つ。このため、線量判定部６２が複数の光検出器（光検出器３１〜３６）のうち何れか１つの検出値に基づいて放射線量を判定することにより、良好な指向性を得ることができ、一方向から到来する放射線量を簡易な構成で感度良く検出することができる。

また、放射線検出装置１００は、表示部８０を更に備え、制御部６０は、方向判定部６１により判定された方向を示す方向指示表示８１を表示部８０に表示させる制御を行う表示制御部６３を備えるので、ユーザは、表示された方向指示表示８１を確認することにより、容易に放射線源の方向を認識することができる。

１ 放射線検出用素子
１０ 遮蔽体
１１、１２、１３、１４、１５、１６ 面
２１、２２、２３、２４、２５、２６ 放射線センサ
３０ シンチレータ結晶
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 光検出器
４１ 凹部
４５ 充填材
６０ 制御部
６１ 方向判定部
６２ 線量判定部
６３ 表示制御部
７０ 操作部
８０ 表示部
８１ 方向指示表示
８２ 放射線量表示
１００ 放射線検出装置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ 曲線
Ｗ ウィンドウ

Claims (11)

1. 複数のシンチレータ結晶と、
   前記複数のシンチレータ結晶よりも放射線の遮蔽性が高い材料により構成された遮蔽体と、
   前記複数のシンチレータ結晶の各々と対応する複数の光検出器と、
   を備え、
   前記複数のシンチレータ結晶の各々は、互いに異なる方向に指向性を持つように前記遮蔽体に埋め込まれ、
   前記複数の光検出器の各々は、前記複数のシンチレータ結晶のうち対応するシンチレータ結晶からの発光を検出し、
   前記複数の光検出器の各々は、前記複数のシンチレータ結晶のうち対応するシンチレータ結晶と対向するように前記遮蔽体の表面に設けられている放射線検出用素子。
2. 前記複数のシンチレータ結晶の各々と、前記複数のシンチレータ結晶のうち他のシンチレータ結晶との間には、前記遮蔽体の一部分が介在している請求項１に記載の放射線検出用素子。
3. 前記遮蔽体は、互いに異なる方向を向く複数の面を外面に有し、前記複数のシンチレータ結晶のうちの２つ以上のシンチレータ結晶が、前記遮蔽体の前記複数の面のうちの互いに異なる面にそれぞれ埋め込まれている請求項２に記載の放射線検出用素子。
4. 前記遮蔽体は多面体形状である請求項３に記載の放射線検出用素子。
5. 前記遮蔽体は立方体形状であり、その６面の各々に、前記シンチレータ結晶および前記光検出器が設けられている請求項４に記載の放射線検出用素子。
6. 前記複数のシンチレータ結晶の各々は、前記遮蔽体の表面と面一に配置されている請求項１乃至５の何れか一項に記載の放射線検出用素子。
7. 前記複数のシンチレータ結晶の各々は、前記遮蔽体の表面よりも奥に配置されている請求項１乃至５の何れか一項に記載の放射線検出用素子。
8. 前記複数のシンチレータ結晶の各々は、前記遮蔽体の表面よりも奥に配置され、
   互いに対応する前記シンチレータ結晶と前記光検出器との間には、当該シンチレータ結晶の発光波長の光を透過させる充填材が充填されている請求項７に記載の放射線検出用素子。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の放射線検出用素子と、
   前記複数の光検出器による検出値が入力される制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記複数の光検出器による個々の検出値の相対関係に基づいて、放射線源の方向を判定する方向判定部を備える放射線検出装置。
10. 前記制御部は、前記複数の光検出器のうち何れか１つ以上の検出値に基づいて、放射線量を判定する線量判定部を備える請求項９に記載の放射線検出装置。
11. 表示部を更に備え、
    前記制御部は、前記方向判定部により判定された方向を示す方向指示表示を前記表示部に表示させる制御を行う表示制御部を備える請求項９又は１０に記載の放射線検出装置。

Images