JP6433517B2

JP6433517B2 - Radiation measurement apparatus and radiation measurement method

Info

Publication number: JP6433517B2
Application number: JP2016574747A
Authority: JP
Inventors: 哲史東; 西沢　博志; 博志西沢; 真照林; 仲嶋　一; 一仲嶋; 関　真規人; 真規人関; 幸信渡辺; 政浩金
Original assignee: Kyushu University NUC; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Kyushu University NUC; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: WO2016129455A1; JPWO2016129455A1

Description

この発明は、放射線を短時間に測定する機能を備えた放射線測定装置および放射線測定方法に関する。 The present invention relates to a radiation measuring apparatus and a radiation measuring method having a function of measuring radiation in a short time.

例えば下記特許文献１には、検出器の応答関数を用いた逆問題演算を利用する放射能分析装置であって、放射線検出器の劣化状態に合わせて逆問題演算に用いる最適な応答関数を選択することで、逆問題演算の最適化を図り、測定の精度および信頼性を確保する機能を有するものが記載されている。 For example, the following Patent Document 1 discloses a radioactivity analyzer that uses inverse problem calculation using a response function of a detector, and selects an optimal response function used for inverse problem calculation according to the deterioration state of the radiation detector. Thus, there is described what has the function of optimizing the inverse problem calculation and ensuring the accuracy and reliability of the measurement.

国際公開第ＷＯ２０１４／０４１８３６号パンフレットInternational Publication No. WO2014 / 041836 Pamphlet

放射線計測では、測定時間に起因する統計的なばらつきに伴う統計誤差が存在する。そのため、逆問題演算を用いた放射線計測では、測定時間が短く統計誤差が大きい場合、演算によって得られる解の精度が低下する課題があった。 In radiation measurement, there is a statistical error due to statistical variation caused by measurement time. Therefore, in radiation measurement using inverse problem calculation, there is a problem that the accuracy of a solution obtained by calculation decreases when the measurement time is short and the statistical error is large.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、逆問題の演算による解が安定した演算結果となる放射線測定装置および放射線測定方法を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a radiation measurement apparatus and a radiation measurement method in which a solution obtained by calculating the inverse problem is a stable calculation result.

この発明は、放射線検出器により放射線を検出し検出結果をパルス信号として出力する検出部と、前記検出部からのパルス信号を増幅する増幅部と、増幅されたパルス信号のパルス波高をもとにパルス波高分布を演算する波高演算部と、前記パルス波高分布に前記放射線検出器固有の物理特性に従ったフィルタの関数を掛けてスペクトルを整形し、統計的なばらつきによる正規分布を表現した整形パルス波高分布を求めるスペクトル整形部と、前記整形パルス波高分布に対して前記放射線検出器の応答関数を用いた逆問題演算を行い検出した放射線のエネルギースペクトルを求める逆問題演算部と、前記エネルギースペクトルから前記放射線検出器固有の統計的なばらつきを排除したエネルギースペクトルを求めて入射した放射線本来のエネルギーを推定するピーク推定部と、ピーク推定された前記エネルギースペクトルを表示する表示部と、を備えた放射線測定装置等にある。 The present invention is based on a detection unit that detects radiation by a radiation detector and outputs a detection result as a pulse signal, an amplification unit that amplifies the pulse signal from the detection unit, and a pulse wave height of the amplified pulse signal A pulse height calculation unit that calculates a pulse height distribution, and a shaped pulse that expresses a normal distribution due to statistical variation by shaping the spectrum by multiplying the pulse height distribution by a filter function according to the physical characteristics unique to the radiation detector. A spectrum shaping unit for obtaining a pulse height distribution, an inverse problem calculating unit for obtaining an energy spectrum of detected radiation by performing an inverse problem calculation using a response function of the radiation detector for the shaped pulse wave height distribution, and the energy spectrum. The energy inherent in the incident radiation obtained by obtaining an energy spectrum that eliminates the statistical variation inherent in the radiation detector. A peak estimator for estimating the ghee, in a radiation measuring device or the like provided with a display unit for displaying the energy spectrum peaks estimated, the.

この発明では、逆問題の演算による解が安定した演算結果となる放射線測定装置等を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a radiation measuring apparatus or the like in which a solution obtained by calculating the inverse problem provides a stable calculation result.

この発明の各実施の形態による放射線測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the radiation measuring device by each embodiment of this invention. この発明の各実施の形態による放射線測定装置の検出部での放射線検出器に入射した放射線によるパルス信号の出力を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the output of the pulse signal by the radiation which injected into the radiation detector in the detection part of the radiation measuring device by each embodiment of this invention. この発明の各実施の形態による放射線測定装置の波高演算部での動作を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating operation | movement in the wave height calculating part of the radiation measuring device by each embodiment of this invention. この発明に係る放射線検出器での発生電子数が少ない場合と多い場合のそれぞれのパルス波高分布を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows each pulse wave height distribution in the case where the number of generated electrons in the radiation detector according to the present invention is small and large. この発明に係る放射線のエネルギーに対するエネルギー分解幅を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the energy decomposition width with respect to the energy of the radiation which concerns on this invention. この発明に係る放射線のエネルギーに対するエネルギースペクトル(計数頻度)を説明するための概念図を示す。The conceptual diagram for demonstrating the energy spectrum (counting frequency) with respect to the energy of the radiation which concerns on this invention is shown. この発明に係るパルス波高分布に統計的なばらつきが少ない場合の概念図である。It is a conceptual diagram in case there is little statistical dispersion | variation in the pulse wave height distribution which concerns on this invention. この発明に係るパルス波高分布に統計的なばらつきが大きい場合の概念図である。It is a conceptual diagram in case the statistical dispersion | variation is large in the pulse wave height distribution which concerns on this invention. この発明の各実施の形態による放射線測定装置の検出部で使用されるシンチレーション式の放射線検出器の動作原理を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the principle of operation of the scintillation type radiation detector used by the detection part of the radiation measuring device by each embodiment of this invention. この発明の各実施の形態による放射線測定装置の検出部で使用される半導体式の放射線検出器の動作原理を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the operation principle of the semiconductor type radiation detector used with the detection part of the radiation measuring device by each embodiment of this invention. この発明の各実施の形態による放射線測定装置のハードウェア構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the hardware constitutions of the radiation measuring device by each embodiment of this invention. この発明の実施の形態１による放射線測定装置におけるスペクトル整形部の動作を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating operation | movement of the spectrum shaping part in the radiation measuring device by Embodiment 1 of this invention.

この発明によれば、逆問題演算を行う放射線計測にスペクトル整形部とピーク推定部を組み合わせることで、波高演算部が出力するパルス波高分布の測定時間に起因する統計誤差が大きい場合でも、放射線検出器が放射線を検出した際に発生する電子数の平方根によって決定される統計的なばらつきを考慮することで、逆問題の演算を正確に解くことができ、測定の信頼性を確保することができる。 According to the present invention, by combining the spectrum shaping unit and the peak estimation unit with the radiation measurement for performing the inverse problem calculation, even when the statistical error due to the measurement time of the pulse height distribution output by the pulse height calculation unit is large, the radiation detection is performed. By taking into account the statistical variation determined by the square root of the number of electrons generated when the detector detects radiation, the inverse problem can be solved accurately and measurement reliability can be ensured. .

以下、この発明による放射線測定装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。 The radiation measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

実施の形態１．
図１はこの発明の各実施の形態による放射線測定装置の概略構成図である。この発明による放射線測定装置は、放射線を検出する検出部１、増幅部２、波高演算部３、スペクトル整形部４、逆問題演算部５、ピーク推定部６、表示部７から構成される。Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a radiation measuring apparatus according to each embodiment of the present invention. The radiation measurement apparatus according to the present invention includes a detection unit 1 that detects radiation, an amplification unit 2, a wave height calculation unit 3, a spectrum shaping unit 4, an inverse problem calculation unit 5, a peak estimation unit 6, and a display unit 7.

検出部１は、放射線９を検出するとパルス信号１１を出力する。
増幅部２は、検出部１からの出力されたパルス信号１１を増幅してパルス信号１１ａを出力する。
波高演算部３は、増幅部２が出力するパルス信号１１ａを入力して、検出部１が検出した放射線によるパルス波高分布１２を作成する。
スペクトル整形部４は、検出部１の物理特性を基に作成したフィルタを波高演算部３が作成したパルス波高分布１２に重畳させて模擬的な整形パルス波高分布１２ａを出力する。
逆問題演算部５は、スペクトル整形部４の出力する整形パルス波高分布１２ａに対して検出部１に基づく応答関数で逆問題演算を行い放射線のエネルギースペクトル５ａを出力する。
ピーク推定部６は、逆問題演算部５が出力する放射線のエネルギースペクトル５ａから、検出部１が検出した放射線９がもつ本来のエネルギーを推定したエネルギースペクトル６ａを出力する。
表示部７は、ピーク推定部６で得られた検出部１が検出した放射線のエネルギースペクトルを表示する。When detecting the radiation 9, the detection unit 1 outputs a pulse signal 11.
The amplification unit 2 amplifies the pulse signal 11 output from the detection unit 1 and outputs a pulse signal 11a.
The pulse height calculator 3 receives the pulse signal 11 a output from the amplifier 2 and creates a pulse height distribution 12 based on the radiation detected by the detector 1.
The spectrum shaping unit 4 superimposes a filter created based on the physical characteristics of the detection unit 1 on the pulse wave height distribution 12 created by the wave height calculation unit 3 and outputs a simulated shaped pulse wave height distribution 12a.
The inverse problem calculation unit 5 performs an inverse problem calculation on the shaped pulse wave height distribution 12a output from the spectrum shaping unit 4 using a response function based on the detection unit 1, and outputs a radiation energy spectrum 5a.
The peak estimation unit 6 outputs an energy spectrum 6a obtained by estimating the original energy of the radiation 9 detected by the detection unit 1 from the radiation energy spectrum 5a output by the inverse problem calculation unit 5.
The display unit 7 displays the energy spectrum of the radiation detected by the detection unit 1 obtained by the peak estimation unit 6.

次に動作について説明する。
図２はこの発明における検出部での放射線検出器に入射した放射線によるパルス信号の出力を説明するための概念図である。検出部１は、図２に示すように、放射線９の中でも主にγ線を検出することが可能な放射線検出器１ａを含む。検出部１は、放射線検出器１ａの放射線９に対して感度のある有感部８に入射する放射線９の付与するエネルギーによって生成される電子１０が作り出すパルス信号１１を増幅部２へ出力する。Next, the operation will be described.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the output of a pulse signal due to the radiation incident on the radiation detector in the detector in the present invention. As shown in FIG. 2, the detection unit 1 includes a radiation detector 1 a that can mainly detect γ rays in the radiation 9. The detection unit 1 outputs a pulse signal 11 generated by the electrons 10 generated by the energy applied by the radiation 9 incident on the sensitive unit 8 sensitive to the radiation 9 of the radiation detector 1 a to the amplification unit 2.

図９にこの発明における検出部で使用されるシンチレーション式の放射線検出器の動作原理を説明するための概念図、また図１０に半導体式の放射線検出器の動作原理を説明するための概念図を示す。 FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the operating principle of the scintillation type radiation detector used in the detection section of the present invention, and FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining the operating principle of the semiconductor type radiation detector. Show.

検出部１の放射線検出器１ａがシンチレーション式の放射線検出器の場合、図９に示すように、放射線源２２からの放射線９を検出する領域となる放射線の有感部８が、シンチレーション材料で構成される。シンチレーション材料で構成されるシンチレータ２３は、放射線９により付与されたエネルギーにより材料の分子が励起され、基底状態に戻る際に蛍光を発生する材料が使用されている。シンチレータ２３に放射線が入射すると、シンチレーション材料に固有の波長をもつシンチレーション光２４が発生する。シンチレーション式の放射線検出器は、発生したシンチレーション光２４を、シンチレーション光２４を結合させる光電子増倍管の光電陰極２５に集光させる。光電陰極２５でシンチレーション光２４を電子１０に変換し、増幅してパルス信号１１として出力する。 When the radiation detector 1a of the detection unit 1 is a scintillation type radiation detector, as shown in FIG. 9, the radiation sensitive portion 8 that is a region for detecting the radiation 9 from the radiation source 22 is composed of a scintillation material. Is done. The scintillator 23 made of a scintillation material uses a material that generates fluorescence when the molecules of the material are excited by energy applied by the radiation 9 and return to the ground state. When radiation enters the scintillator 23, scintillation light 24 having a wavelength specific to the scintillation material is generated. The scintillation type radiation detector condenses the generated scintillation light 24 on the photocathode 25 of a photomultiplier tube to which the scintillation light 24 is coupled. The photocathode 25 converts the scintillation light 24 into electrons 10, amplifies it, and outputs it as a pulse signal 11.

また、検出部１の放射線検出器１ａが半導体式の放射線検出器の場合、図１０に示すように、放射線源２２からの放射線９を検出する領域となる放射線の有感部８が、ゲルマニウムまたはシリコン、臭化タリウム、カドミウムテルライドなどの半導体材料で構成される。この放射線検出器１ａは有感部８を挟んでＰ型半導体２６とＮ型半導体２８を接合したもので構成されている。逆バイアス回路３０により、Ｐ型半導体２６、Ｎ型半導体２８のそれぞれに設けられた電極からなる両極間に逆方向電圧を印加することで、半導体内に存在していた自由電子が両電極へ引き寄せられる。これにより、自由電子が存在していた領域の自由電子が無くなった空乏層２７と呼ばれる領域が生じる。空乏層２７に放射線９が入射するとその飛跡に沿って多数の電子１０と正孔２９が生じ、これが反対符号の電極に向かって移動し流れることで、パルス信号１１が出力される。 Further, when the radiation detector 1a of the detection unit 1 is a semiconductor type radiation detector, as shown in FIG. 10, the radiation sensitive portion 8 which is a region for detecting the radiation 9 from the radiation source 22 is germanium or It is made of a semiconductor material such as silicon, thallium bromide or cadmium telluride. The radiation detector 1 a is configured by joining a P-type semiconductor 26 and an N-type semiconductor 28 with the sensitive part 8 interposed therebetween. The reverse bias circuit 30 applies a reverse voltage between the two electrodes formed on the P-type semiconductor 26 and the N-type semiconductor 28, so that free electrons existing in the semiconductor are attracted to both electrodes. It is done. As a result, a region called a depletion layer 27 in which free electrons in the region where the free electrons existed disappears is generated. When the radiation 9 is incident on the depletion layer 27, a large number of electrons 10 and holes 29 are generated along the tracks, and the pulse signal 11 is output by moving and flowing toward the electrodes of opposite signs.

増幅部２は、検出部１の出力となるパルス信号１１を予め設定された増幅率に従って増幅したパルス信号１１ａを波高演算部３へ出力する。 The amplifying unit 2 outputs a pulse signal 11 a obtained by amplifying the pulse signal 11 serving as the output of the detecting unit 1 in accordance with a preset amplification factor to the wave height calculating unit 3.

図３はこの発明における波高演算部３での動作を説明するための概念図である。波高演算部３は、図３に示すように増幅部２から入力されるパルス信号１１ａの波高値を横軸に、波高値計数の頻度を縦軸とする放射線のパルス波高分布１２を作成し、スペクトル整形部４へ出力する。ここで、パルス信号１１ａの波高値は、放射線検出器１ａに入射した放射線の純粋なエネルギー情報だけでなく、放射線検出器１ａや周辺に存在する物質との相互作用による影響が含まれる。 FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the operation of the wave height calculator 3 in the present invention. As shown in FIG. 3, the pulse height calculation unit 3 creates a pulse height distribution 12 of radiation with the peak value of the pulse signal 11 a input from the amplification unit 2 on the horizontal axis and the frequency of the peak value count on the vertical axis, Output to the spectrum shaping unit 4. Here, the peak value of the pulse signal 11a includes not only the pure energy information of the radiation incident on the radiation detector 1a, but also the influence due to the interaction with the radiation detector 1a and substances present in the vicinity.

また、放射線検出器１ａに付与されたエネルギーがパルス信号１１を生成する電子１０に変換される過程で、放射線検出器固有の統計的なばらつきが生じる。図４はこの発明に係る放射線検出器での発生電子数が少ない場合と多い場合のそれぞれのパルス波高分布を示す概念図である。このパルス波高分布は波高演算部３の出力に相当する。(ａ)が発生電子数が少ない場合、(ｂ)が発生電子数が多い場合を示す。図４の(ａ)(ｂ)に示すように、同一のエネルギーをもつ放射線９を測定した場合でも、放射線検出器１ａの種類が異なれば統計的なばらつきは異なり、パルス波高分布１３、１４の形状は異なる。これは、放射線検出器１ａによって発生する電子１０の数が異なるためであって、パルス信号１１ひいてはパルス信号１１ａの波高値のばらつきとなり、パルス波高分布１２は平均値を中心とする統計的なばらつきをもつこととなる。 Further, in the process in which the energy applied to the radiation detector 1a is converted into the electrons 10 that generate the pulse signal 11, a statistical variation specific to the radiation detector occurs. FIG. 4 is a conceptual diagram showing pulse height distributions when the number of generated electrons in the radiation detector according to the present invention is small and large. This pulse wave height distribution corresponds to the output of the wave height calculator 3. (a) shows a case where the number of generated electrons is small, and (b) shows a case where the number of generated electrons is large. As shown in FIGS. 4A and 4B, even when the radiation 9 having the same energy is measured, the statistical variation is different if the type of the radiation detector 1a is different, and the pulse wave height distributions 13 and 14 are different. The shape is different. This is because the number of electrons 10 generated by the radiation detector 1a is different, resulting in variations in the pulse height of the pulse signal 11 and the pulse signal 11a, and the pulse height distribution 12 is a statistical variation centered on the average value. Will have.

図５にはこの発明に係る放射線のエネルギーに対するエネルギー分解能を説明するための模式図、図６にはこの発明に係る放射線のエネルギーに対するエネルギースペクトルを説明するための概念図を示す。
さらに図７にはこの発明に係るパルス波高分布に統計的なばらつきが少ない場合の概念図、図８にはこの発明に係るパルス波高分布に統計的なばらつきが大きい場合の概念図を示す。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the energy resolution with respect to the energy of the radiation according to the present invention, and FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the energy spectrum with respect to the energy of the radiation according to the present invention.
Further, FIG. 7 shows a conceptual diagram when the pulse wave height distribution according to the present invention has a small statistical variation, and FIG. 8 shows a conceptual diagram when the pulse wave height distribution according to the present invention has a large statistical variation.

図７に示すように放射線９の測定時間を十分にした場合、上述の統計的なばらつきは、付与されたエネルギー値を中心とする正規分布を形成するため、パルス波高分布１２は測定時間に対する測定値２０と検出部１の放射線検出器１ａの理想的なエネルギー分解能すなわち理想値２１とが一致する。しかしながら図８に示すように放射線９の測定時間が不十分な場合、パルス波高分布１２に上述の統計的なばらつきが生ずるため、測定時間に対する測定値２０と検出部１の放射線検出器１ａの理想的なエネルギー分解能すなわち理想値２１に差異が生ずることとなる。 As shown in FIG. 7, when the measurement time of the radiation 9 is sufficient, the statistical variation described above forms a normal distribution centered on the applied energy value, and therefore the pulse height distribution 12 is measured with respect to the measurement time. The value 20 and the ideal energy resolution of the radiation detector 1 a of the detector 1, that is, the ideal value 21 coincide. However, as shown in FIG. 8, when the measurement time of the radiation 9 is insufficient, the above-described statistical variation occurs in the pulse height distribution 12, so that the measured value 20 with respect to the measurement time and the ideal of the radiation detector 1a of the detection unit 1 are obtained. A difference occurs in the energy resolution, that is, the ideal value 21.

スペクトル整形部４は、波高演算部３が作成したパルス波高分布１２に対して、波高値、つまり付与エネルギー軸方向に放射線検出器１ａの物理特性を基に設計したフィルタを用いてパルス波高分布１２を整形する。なお、放射線検出器の物理特性に基づくフィルタは、予め求めたものをメモリ等に格納して準備しておく。 The spectrum shaping unit 4 applies the pulse wave height distribution 12 to the pulse wave height distribution 12 created by the wave height calculating unit 3 using a filter designed based on the wave height value, that is, the physical characteristics of the radiation detector 1a in the applied energy axis direction. To shape. A filter based on the physical characteristics of the radiation detector is prepared by storing in advance a filter obtained in advance.

ここで、放射線検出器の物理特性に基づくフィルタによるパルス波高分布１２への整形方法について説明する。
放射線検出器１ａの物理特性を基に設計されるフィルタとは、放射線検出器１ａに入射した放射線９に対応して発生する電子１０が作り出すパルス信号１１の統計的なばらつきを放射線検出器１ａに入射する放射線９のエネルギーで関数化したものである。Here, a method for shaping the pulse wave height distribution 12 using a filter based on the physical characteristics of the radiation detector will be described.
The filter designed on the basis of the physical characteristics of the radiation detector 1a is a statistical variation of the pulse signal 11 generated by the electrons 10 generated in response to the radiation 9 incident on the radiation detector 1a. This is a function of the energy of the incident radiation 9.

図４の(ａ)(ｂ)に示すように、上述の統計的なばらつきは検出部１の放射線検出器１ａが出力するパルス信号１１を作る電子１０の生成数に由来する。パルス波高分布１２の全吸収ピーク部分の広がりは正規分布をとり、発生電子数が少ない場合のパルス波高分布１３と発生電子数が多い場合のパルス波高分布１４のように同一のエネルギーをもつ放射線９を測定した場合でも、パルス波高分布１２の形状は異なる。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the statistical variation described above is derived from the number of electrons 10 that generate the pulse signal 11 output from the radiation detector 1a of the detector 1. The spread of the entire absorption peak portion of the pulse wave height distribution 12 is a normal distribution, and radiation 9 having the same energy as the pulse wave height distribution 13 when the number of generated electrons is small and the pulse wave height distribution 14 when the number of generated electrons is large. Even in the case of measuring, the shape of the pulse wave height distribution 12 is different.

なお、放射線検出器１ａがシンチレーション式の場合、放射線９によって発生したシンチレーション光２４が光電子増倍管の光電陰極２５で電子１０へ変換され、パルス信号１１を発生させる。
また、放射線検出器１ａが半導体式の場合、放射線９によって発生した電子１０と正孔２９により、パルス信号１１を発生させる。これらの発生した電子１０の数により、放射線検出器１が出力するパルス信号１１の波高値の統計的なばらつきは正規分布に従うことが一般的に知られている。When the radiation detector 1a is a scintillation type, the scintillation light 24 generated by the radiation 9 is converted into electrons 10 by the photocathode 25 of the photomultiplier tube, and the pulse signal 11 is generated.
When the radiation detector 1 a is a semiconductor type, the pulse signal 11 is generated by the electrons 10 and the holes 29 generated by the radiation 9. It is generally known that the statistical variation in the peak value of the pulse signal 11 output from the radiation detector 1 follows a normal distribution depending on the number of these generated electrons 10.

ここで、上述の統計的なばらつきを正規分布の標準偏差σとすると、電子数Ｎの平方根で表すことができ、また、図５，図６に示すように放射線検出器１ａに入射する放射線９のエネルギーによっても発生する電子数は異なるため、式(１)に示すように放射線のエネルギーＥの関数として表すことができる。 Here, if the above-mentioned statistical variation is the standard deviation σ of the normal distribution, it can be expressed by the square root of the number of electrons N, and the radiation 9 incident on the radiation detector 1a as shown in FIGS. Since the number of generated electrons varies depending on the energy of, it can be expressed as a function of the energy E of radiation as shown in equation (1).

σ(Ｅ)＝√(Ｎ(Ｅ)) (１)
σ：標準偏差
Ｎ：電子数
Ｅ：放射線のエネルギーσ (E) = √ (N (E)) (1)
σ: standard deviation N: number of electrons E: energy of radiation

波高演算部３で作成するパルス波高分布１２は、図７に示すように理論的には正規分布のピーク形状となるはずであるが、図８に示すように個々の波高値に対して上記の理由により、統計的なばらつきをもっており、放射線の検出数が少ない場合つまり測定時間が短い場合、パルス波高分布１２に統計的なばらつきが大きいために、パルス波高分布１２に理想的な正規分布とのズレが生ずる。 The pulse wave height distribution 12 created by the wave height calculating unit 3 should theoretically have a peak shape of a normal distribution as shown in FIG. 7, but the above-mentioned values are obtained for individual wave height values as shown in FIG. For the reason, there is a statistical variation, and when the number of detected radiation is small, that is, when the measurement time is short, the pulse wave height distribution 12 has a large statistical variation. Deviation occurs.

この問題を解決するために、ズレが生じたパルス波高分布１２を理想的な正規分布に近づけるため平滑化手段として、スペクトル整形部４では、放射線検出器１ａの物理特性を基に設計したフィルタが用いられる。パルス波高の統計的なばらつきは、式(１)に示される標準偏差を持つ。そのため、パルス波高分布１２に存在する統計的なばらつきを理想的な正規分布に近づけることを目的に、パルス波高分布１２の統計的なばらつきを平滑化するためのフィルタとして、式(２)に示されるガウスフィルタを用いることができる。ここで、式(２)は検出器１ａに入射する放射線のエネルギーがＥｉの場合を示しており、正規分布の標準偏差σ(Ｅｉ)は、式(１)より、放射線のエネルギーＥｉの関数として与えられる。 In order to solve this problem, the spectrum shaping unit 4 uses a filter designed based on the physical characteristics of the radiation detector 1a as a smoothing means in order to bring the pulse height distribution 12 in which the deviation has occurred closer to an ideal normal distribution. Used. The statistical variation of the pulse wave height has a standard deviation represented by Equation (1). Therefore, for the purpose of bringing the statistical variation existing in the pulse wave height distribution 12 closer to the ideal normal distribution, a filter for smoothing the statistical variation of the pulse wave height distribution 12 is shown in Equation (2). Gaussian filters can be used. Here, the equation (2) shows a case where the energy of the radiation incident on the detector 1a is Ei, and the standard deviation σ (Ei) of the normal distribution is a function of the radiation energy Ei from the equation (1). Given.

なお、フィルタはパルス波高分布１２の付与エネルギー分割数に応じて、検出部１へ入射する放射線のエネルギーＥｉ毎に離散的に定義されることが望ましい。しかし、パルス波高分布１２の付与エネルギー分割数に比べ、フィルタが定義される離散的な放射線のエネルギーＥｉの数が少ない場合、フィルタは、パルス波高分布１２の付与エネルギーに対応するように、用意されたフィルタ自体から、内挿法などで近似的に求めたものであっても良い。 The filter is preferably defined discretely for each energy Ei of the radiation incident on the detection unit 1 according to the number of applied energy divisions of the pulse wave height distribution 12. However, when the number of discrete radiation energies Ei in which the filter is defined is smaller than the number of applied energy divisions of the pulse height distribution 12, the filter is prepared so as to correspond to the applied energy of the pulse height distribution 12. Further, it may be obtained approximately from the filter itself by an interpolation method or the like.

Ｅi：検出部へ入射する放射線のエネルギー Ei: Energy of radiation incident on the detector

図１２は、スペクトル整形部４の動作を説明するための概念図である。図１２において、符号１２１が付された左の図は、スペクトル整形部４の入力となる実パルス波高分布であるパルス波高分布１２の一例を示している。また、図１２において、符号１２２が付された右の図は、スペクトル整形部４の出力となる整形パルス波高分布(Ｆ)１２ａの一例を示している。また、図１２において、符号１２３が付された中央の下の図は、スペクトル整形部４で用いられるフィルタＧの一例を示している。さらに、図１２において、符号１２４が付された中央の上の図は、スペクトル整形部４で用いられるフィルタＧの一例と、実パルス波高分布であるパルス波高分布１２の一例とを重ねて示したものである。 FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining the operation of the spectrum shaping unit 4. In FIG. 12, the left figure denoted by reference numeral 121 shows an example of a pulse wave height distribution 12 that is an actual pulse wave height distribution that is input to the spectrum shaping unit 4. In addition, in FIG. 12, the right diagram to which reference numeral 122 is attached shows an example of a shaped pulse wave height distribution (F) 12 a that is an output of the spectrum shaping unit 4. In addition, in FIG. 12, the lower diagram at the center denoted by reference numeral 123 shows an example of the filter G used in the spectrum shaping unit 4. Further, in FIG. 12, the upper diagram at the center denoted by reference numeral 124 shows an example of the filter G used in the spectrum shaping unit 4 and an example of the pulse wave height distribution 12 that is the actual pulse wave height distribution. Is.

スペクトル整形部４は、発生する電子１０の数により決まる統計的なばらつきに対処するために、図１２に示すような、放射線検出器固有の式(１)にて定義される物理特性を基に設計したフィルタの関数をパルス波高分布１２へ重畳させ、パルス波高分布１２に統計的なばらつきによる正規分布を表現させた整形パルス波高分布(Ｆ)１２ａを作成する。より具体的には、スペクトル整形部４は、パルス波高分布１２を平滑化させるために、式(３)に示すように、フィルタの関数とパルス波高分布１２との内積を計算する。 The spectrum shaping unit 4 is based on physical characteristics defined by the equation (1) specific to the radiation detector as shown in FIG. 12 in order to deal with statistical variations determined by the number of generated electrons 10. The function of the designed filter is superimposed on the pulse height distribution 12, and a shaped pulse height distribution (F) 12a in which the normal distribution due to statistical variation is expressed in the pulse height distribution 12 is created. More specifically, the spectrum shaping unit 4 calculates the inner product of the filter function and the pulse wave height distribution 12 as shown in Expression (3) in order to smooth the pulse wave height distribution 12.

なお、式(３)のフィルタの関数Ｇは、式(２)の検出部１へ入射する放射線のエネルギーＥｉによって表現されるＧｉ(Ｅ)をパルス波高分布１２の付与エネルギーとその分割数に対応するように行列表現したものである。例えば、パルス波高分布１２の付与エネルギーが０ＭｅＶから３ＭｅＶのエネルギー範囲であり、かつ、エネルギーの幅が０．０１ＭｅＶで定義される場合、付与エネルギーの分割数は３００個となる。その際、３００個に分割された付与エネルギー全てに対応するように、Ｇｉ(Ｅ)を用意することで、フィルタの関数Ｇは、式(２)のＧｉ(Ｅ)を行列化したものとなる。この場合、ｉは１から３００の整数となる。また、式(３)は式(４)のように表すこともできる。 The function G of the filter in Expression (3) corresponds to Gi (E) expressed by the energy Ei of the radiation incident on the detector 1 in Expression (2) and the applied energy of the pulse height distribution 12 and the number of divisions thereof. This is a matrix representation. For example, when the applied energy of the pulse wave height distribution 12 is in the energy range of 0 MeV to 3 MeV and the energy width is defined as 0.01 MeV, the number of applied energy divisions is 300. At this time, Gi (E) is prepared so as to correspond to all of the applied energy divided into 300, so that the filter function G becomes a matrix of Gi (E) in Expression (2). . In this case, i is an integer from 1 to 300. Moreover, Formula (3) can also be expressed as Formula (4).

Ｆ＝Ｇ・Ｍ (３) F = G ・ M (3)

Ｆ：整形パルス波高分布(フィルタを掛けたパルス波高分布)
Ｇ：フィルタの関数
Ｍ：実パルス波高分布
ｍ：パルス波高分布の付与エネルギーの分割数F: Shaped pulse height distribution (filtered pulse height distribution)
G: Function of filter M: Real pulse height distribution m: Number of divisions of applied energy of pulse height distribution

逆問題演算部５は、スペクトル整形部４により整形された整形パルス波高分布に対して、検出部１の放射線検出器１ａの応答関数を用いた逆問題演算を行うことで、入射した放射線のエネルギースペクトル５ａを求める。 The inverse problem calculation unit 5 performs the inverse problem calculation using the response function of the radiation detector 1a of the detection unit 1 on the shaped pulse wave height distribution shaped by the spectrum shaping unit 4 to thereby enter the energy of the incident radiation. A spectrum 5a is obtained.

ここで、放射線検出器の応答関数を用いた逆問題演算について説明する。
波高演算部３で作成したパルス波高分布１２は、下記式(５)で示すように、実パルス波高分布Ｍ、検出器の応答関数Ｒ、放射線のエネルギースペクトルＳとして表すことができ、検出部１の放射線検出器１ａに入射する放射線が付与するエネルギーによって決定されるが、図６の１７，１８，１９で示すように、入射する放射線のもつエネルギーが異なる場合は、放射線検出器１ａの有感部８に付与されるエネルギーも異なるために、複数の異なるエネルギーをもつ放射線を検出した場合、それぞれのパルス波高分布１２が重畳したものとなる。Here, the inverse problem calculation using the response function of the radiation detector will be described.
The pulse wave height distribution 12 created by the wave height calculating unit 3 can be expressed as an actual pulse wave height distribution M, a detector response function R, and a radiation energy spectrum S as shown in the following equation (5). This is determined by the energy applied by the radiation incident on the radiation detector 1a. However, as shown by 17, 18, and 19 in FIG. 6, when the energy of the incident radiation is different, the sensitivity of the radiation detector 1a is determined. Since the energy applied to the unit 8 is also different, when detecting radiation having a plurality of different energies, the respective pulse wave height distributions 12 are superimposed.

逆問題演算では、上述の放射線が付与したエネルギーのパルス波高分布１２から、予め用意しておいた放射線のエネルギー毎の応答関数を用いて下記式(６)に示す応答関数の逆行列演算を行うことで、入射した放射線それぞれのエネルギーとして分離することができ、放射線検出器に入射した放射線の本来のエネルギー情報を個々に知ることができる。
ここで、放射線検出器の応答関数Ｒは、入射する放射線のエネルギー毎に検出部１の放射線検出器１ａへ付与するパルス波高分布１２をそれぞれ格納したものとなる。In the inverse problem calculation, the inverse matrix calculation of the response function shown in the following formula (6) is performed using the response function for each radiation energy prepared in advance from the pulse height distribution 12 of the energy given by the radiation. Thus, the energy of each incident radiation can be separated and the original energy information of the radiation incident on the radiation detector can be individually known.
Here, the response function R of the radiation detector stores the pulse height distribution 12 applied to the radiation detector 1a of the detector 1 for each incident radiation energy.

この発明では、スペクトル整形部４によるパルス波高分布１２に統計的なばらつきによる正規分布を重畳させた整形パルス波高分布(Ｆ)を用いていることから、上記式(３)に下記式(５)を代入することで、下記式(７)が得られ、下記式(６)と同様に応答関数の逆行列演算を行うことで、下記式(８)が得られる。なお、式(８)により、逆問題演算部５の出力は放射線のエネルギーに統計的なばらつきによる正規分布が重畳されたものであることがわかる。 In the present invention, since the shaped pulse height distribution (F) in which the normal distribution due to statistical variation is superimposed on the pulse height distribution 12 by the spectrum shaping unit 4 is used, the following expression (5) is added to the above expression (3). Is substituted to obtain the following equation (7). Similarly to the following equation (6), the inverse function of the response function is performed to obtain the following equation (8). It can be seen from the equation (8) that the output of the inverse problem calculation unit 5 is obtained by superimposing a normal distribution due to statistical variation on the energy of radiation.

Ｍ＝Ｒ・Ｓ (５)
Ｓ＝Ｒ^-1・Ｍ (６)
Ｆ＝Ｇ・Ｒ・Ｓ (７)
Ｇ・Ｓ＝Ｒ^-1・Ｆ (８)
Ｍ：実パルス波高分布
Ｒ：放射線検出器の応答関数
Ｓ：放射線のエネルギースペクトル
Ｆ：整形パルス波高分布(フィルタを掛けたパルス波高分布)
Ｇ：フィルタの関数M = R ・ S (5)
S = R ^-1・ M (6)
F = G ・ R ・ S (7)
G ・ S = R ⁻¹・ F (8)
M: Real pulse height distribution R: Response function of radiation detector S: Radiation energy spectrum F: Shaped pulse height distribution (filtered pulse height distribution)
G: Filter function

なお、放射線検出器１ａの応答関数は、ＥＧＳ５(Electron Gamma Shower ver.5)などの放射線挙動解析用のモンテカルロ輸送計算コードを用いて、測定体系を模擬することで、求めることができるが、電子１０の発生数に伴う統計的なばらつきは含まれない。 The response function of the radiation detector 1a can be obtained by simulating the measurement system using a Monte Carlo transport calculation code for radiation behavior analysis such as EGS5 (Electron Gamma Shower ver.5). Statistical variations with 10 occurrences are not included.

ここで、放射線検出器固有の統計的なばらつきを逆問題演算部５の応答関数およびスペクトル整形部４で用いる放射線検出器の物理特性を基に設計したフィルタを作成する方法について説明する。 Here, a method of creating a filter designed based on the statistical variation specific to the radiation detector based on the response function of the inverse problem calculation unit 5 and the physical characteristics of the radiation detector used in the spectrum shaping unit 4 will be described.

放射線検出器１ａがシンチレーション式の放射線検出器の場合、放射線検出器固有のエネルギー分解能は、発生したシンチレーション光２４を光電陰極２５で電子１０に変換した生成数の大きさによって決定され、生成数が多いほど統計的なゆらぎが少なくなり、観測するエネルギーの分解幅を小さくでき、図５の１６に示すようにエネルギー分解幅は小さくなる。なお、エネルギー分解幅が小さいほど、エネルギー分解能は高くなる。 In the case where the radiation detector 1a is a scintillation type radiation detector, the energy resolution inherent to the radiation detector is determined by the size of the generated number obtained by converting the generated scintillation light 24 into the electrons 10 by the photocathode 25. The larger the number, the smaller the statistical fluctuation, and the smaller the resolution of the observed energy, and the smaller the energy resolution, as indicated by 16 in FIG. In addition, energy resolution becomes high, so that an energy decomposition width | variety is small.

なお、シンチレーション式の放射線検出器においては、シンチレーション光２４には、発光した位置から最終的に電子１０へ変換される光電陰極２５へ到達するまでに、光の減衰や散乱、反射、吸収などの光学現象が発生する。そこでこれらの光学現象に関わる光線シミュレータによる光学挙動解析とＥＧＳ５などの放射線挙動解析を組み合わせることで、検出する放射線によるシンチレーション光２４から電子１０への変換過程を考慮することができ、シンチレーション式の放射線検出器固有のエネルギー分解能を決定する統計的なばらつきを上述のシミュレーションなどによって求めることができる。 In the scintillation type radiation detector, the scintillation light 24 includes light attenuation, scattering, reflection, absorption, and the like before reaching the photocathode 25 that is finally converted into electrons 10 from the light emission position. An optical phenomenon occurs. Therefore, by combining the optical behavior analysis by the light beam simulator related to these optical phenomena and the radiation behavior analysis such as EGS5, it is possible to consider the conversion process from the scintillation light 24 to the electron 10 by the detected radiation, and the scintillation type radiation Statistical variations that determine the detector's inherent energy resolution can be determined by the above-described simulation and the like.

すなわち、放射線検出器がシンチレーション式の放射線検出器１ａである場合、スペクトル整形部４のフィルタは、放射線によるシンチレーション式の放射線検出器１ａへのエネルギー付与については放射線挙動解析を用い、シンチレーション光が電子１０に変換されるまでの光学特性については光線挙動解析(例えば光線シミュレータによる)を用い、これらの解析を組み合わせた解析によってシンチレーション式の放射線検出器１ａの物理特性を基に設計されたものである。 That is, when the radiation detector is a scintillation type radiation detector 1a, the filter of the spectrum shaping unit 4 uses radiation behavior analysis for applying energy to the scintillation type radiation detector 1a by radiation, and the scintillation light is an electron. The optical characteristics before conversion to 10 are designed based on the physical characteristics of the scintillation-type radiation detector 1a by using a light behavior analysis (for example, with a light simulator) and combining these analyzes. .

また、半導体式の放射線検出器においては、空乏層２７に入射した放射線により生じる電子１０と正孔２９のそれぞれ電極への移動過程を、半導体デバイスシミュレータによる電子正孔挙動解析と放射線挙動解析を組み合わせることで考慮することができ、半導体式の放射線検出器固有のエネルギー分解能を決定する統計的なばらつきを上述のシミュレーションなどによって求めることができる。 In the semiconductor type radiation detector, the movement process of the electrons 10 and the holes 29 caused by the radiation incident on the depletion layer 27 to the respective electrodes is combined with the electron hole behavior analysis and the radiation behavior analysis by the semiconductor device simulator. The statistical variation that determines the energy resolution specific to the semiconductor radiation detector can be obtained by the above-described simulation or the like.

すなわち、放射線検出器が半導体式の放射線検出器１ａである場合、スペクトル整形部４のフィルタは、放射線による半導体式の放射線検出器１ａへのエネルギー付与については放射線挙動解析を用い、電子正孔対(２９，１０)の生成からパルス信号１１の出力に至るまでの過程については半導体デバイス特性挙動解析である、例えば半導体デバイスシミュレータによる電子正孔挙動解析を用い、これらの解析を組み合わせた解析によって半導体式の放射線検出器１ａの物理特性を基に設計されたものである。 That is, when the radiation detector is a semiconductor radiation detector 1a, the filter of the spectrum shaping unit 4 uses a radiation behavior analysis for applying energy to the semiconductor radiation detector 1a by radiation, and uses electron hole pairs. The process from the generation of (29, 10) to the output of the pulse signal 11 is a semiconductor device characteristic behavior analysis, for example, an electron hole behavior analysis by a semiconductor device simulator is used, and the semiconductor is analyzed by a combination of these analyzes. It is designed based on the physical characteristics of the radiation detector 1a of the type.

なお、スペクトル整形部４に放射線挙動解析と光線挙動解析または半導体デバイス特性挙動解析である電子正孔挙動解析を組み合わせた解析を行う解析部４ａを図１で示すように設け、スペクトル整形部４で直接、フィルタを形成して求めるようにしてもよい。 The spectrum shaping unit 4 is provided with an analysis unit 4a that performs analysis combining the radiation behavior analysis and the light behavior analysis or the electron hole behavior analysis which is the semiconductor device characteristic behavior analysis as shown in FIG. You may make it obtain | require directly by forming a filter.

また、スペクトル整形部４のフィルタは、実験により求めた放射線検出器１ａのエネルギー分解能を基に正規分布で近似したフィルタであってもよい。 Further, the filter of the spectrum shaping unit 4 may be a filter approximated by a normal distribution based on the energy resolution of the radiation detector 1a obtained through experiments.

ピーク推定部６は、逆問題演算部５が出力する統計的なばらつきが重畳された放射線のエネルギースペクトルに対して、下記式(９)に示す放射線検出器の物理特性を基に設計したフィルタの逆行列演算を解くことで、放射線検出器固有の統計的なばらつきによる正規分布形状が重畳された上述のエネルギースペクトルから、放射線検出器固有の統計的なばらつきを排除したエネルギースペクトルを求め、入射した放射線のエネルギーを推定する。 The peak estimation unit 6 is a filter designed based on the physical characteristics of the radiation detector shown in the following formula (9) with respect to the energy spectrum of the radiation on which the statistical variation output from the inverse problem calculation unit 5 is superimposed. By solving the inverse matrix calculation, the energy spectrum excluding the statistical variation specific to the radiation detector is obtained from the above-mentioned energy spectrum superimposed with the normal distribution shape due to the statistical variation specific to the radiation detector. Estimate the energy of radiation.

Ｓ＝Ｇ^-1・Ｒ^-1・Ｆ (＝Ｇ^-1・Ｒ^-1・Ｇ・Ｍ) (９)S = G- ¹ , R- ¹ , F (= G- ¹ , R- ¹ , G, M) (9)

表示部７は、ピーク推定部６から出力された放射線のエネルギースペクトルを表示する。 The display unit 7 displays the energy spectrum of the radiation output from the peak estimation unit 6.

したがって、この発明のスペクトル整形部４により、波高演算部３が作成するパルス波高分布１２に含まれるエネルギー毎に存在する統計的なばらつきを検出部１の放射線検出器１ａの物理特性を基に設計したフィルタを用いて整形することで、逆問題演算部５による検出部の応答関数を用いた逆問題演算を正確に解くことができ、統計的なばらつきを含んだエネルギースペクトルを得ることができ、ピーク推定部６により放射線検出器１ａの物理特性を基に設計したフィルタの逆行列演算を解くことで、パルス波高分布１２に重畳する統計的なばらつきを低減する効果があり、検出部１の放射線検出器１ａへ入射する放射線のエネルギースペクトルを正確に求めることができる。 Accordingly, the spectrum shaping unit 4 of the present invention designs the statistical variation existing for each energy included in the pulse wave height distribution 12 created by the wave height calculation unit 3 based on the physical characteristics of the radiation detector 1a of the detection unit 1. By shaping using the filtered filter, the inverse problem calculation using the response function of the detection unit by the inverse problem calculation unit 5 can be accurately solved, and an energy spectrum including statistical variation can be obtained. By solving the inverse matrix calculation of the filter designed based on the physical characteristics of the radiation detector 1a by the peak estimation unit 6, there is an effect of reducing the statistical variation superimposed on the pulse height distribution 12, and the radiation of the detection unit 1 The energy spectrum of the radiation incident on the detector 1a can be accurately obtained.

なお、スペクトル整形部４のフィルタとして、実験により求めた放射線検出器のエネルギー分解能を基に正規分布で近似したフィルタを使用してもよい。 Note that a filter approximated by a normal distribution based on the energy resolution of the radiation detector obtained through experiments may be used as the filter of the spectrum shaping unit 4.

以上のようにこの実施の形態１のスペクトル整形部４ではフィルタを、放射線のエネルギーの関数として得られる放射線検出器１ａのエネルギー分解能を標準偏差とする正規分布形状フィルタとする。 As described above, in the spectrum shaping unit 4 of the first embodiment, the filter is a normal distribution shape filter having the energy resolution of the radiation detector 1a obtained as a function of radiation energy as a standard deviation.

また、この発明の各実施の形態による放射線測定装置のハードウェア構成としては例えば図１１に示すように、検出部１が放射線検出器１ａ、増幅部２が増幅器２ａ、波高演算部３とスペクトル整形部４と逆問題演算部５とピーク推定部６がプロセッサ１００、表示部７がディスプレイ７ａでそれぞれ構成される。プロセッサ１００は例えば、ＣＰＵ１００ａ、ＣＰＵ１００ａで実行する波高演算部３とスペクトル整形部４と逆問題演算部５とピーク推定部６の処理のためのプログラム、データ等を格納したメモリ１００ｂ、および外部とのＩ／Ｆ(インターフェース)１００ｃ，１００ｄ等から構成される。また波高演算部３とスペクトル整形部４と逆問題演算部５とピーク推定部６の部分をプロセッサ１００の代わりにＡＳＩＣ(application specific integrated circuit)等のデジタル回路で構成してもよい。 As a hardware configuration of the radiation measuring apparatus according to each embodiment of the present invention, for example, as shown in FIG. 11, the detector 1 is a radiation detector 1a, the amplifier 2 is an amplifier 2a, the wave height calculator 3 and the spectrum shaping The unit 4, the inverse problem calculation unit 5, and the peak estimation unit 6 are configured by the processor 100, and the display unit 7 is configured by the display 7a. The processor 100 includes, for example, a CPU 100a, a memory 100b that stores a program, data, and the like for processing of the wave height calculation unit 3, the spectrum shaping unit 4, the inverse problem calculation unit 5, and the peak estimation unit 6 that are executed by the CPU 100a. It is comprised from I / F (interface) 100c, 100d, etc. Further, the wave height calculation unit 3, the spectrum shaping unit 4, the inverse problem calculation unit 5, and the peak estimation unit 6 may be configured by a digital circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) instead of the processor 100.

そして演算処理に必要な、スペクトル整形部４での放射線検出器の物理特性、この物理特性を基に設計したフィルタ、光線シミュレータ、半導体デバイスシミュレータ等、や、逆問題演算部５での放射線のエネルギー毎の応答関数、予め設定された各種設定値等の、放射線測定に必要な予め準備しておくデータ、テーブル、プログラム等はメモリ１００ｂに予め格納しておく。 Then, the physical characteristics of the radiation detector in the spectrum shaping unit 4 necessary for the calculation process, the filter designed based on the physical characteristics, the light beam simulator, the semiconductor device simulator, etc., and the radiation energy in the inverse problem calculation unit 5 Data, tables, programs, etc. prepared in advance necessary for radiation measurement, such as each response function and various preset values, are stored in the memory 100b in advance.

実施の形態２．
実施の形態２は、スペクトル整形部４が有するフィルタの定義が上述の実施の形態１と異なっている。その他の部分については基本的に上述の実施の形態１と同じである。
ここで、式(３)に用いるフィルタの関数は、式(１０)に示す標準偏差がエネルギー分解能に基づくものからなるローレンツ分布で定義される。Embodiment 2. FIG.
The second embodiment is different from the first embodiment in the definition of the filter that the spectrum shaping unit 4 has. Other parts are basically the same as those in the first embodiment.
Here, the filter function used in Expression (3) is defined by a Lorentz distribution in which the standard deviation shown in Expression (10) is based on energy resolution.

放射線源のエネルギー分布が共鳴や摂動等により、光の線スペクトルのようなローレンツ分布を示す場合、逆問題演算の解の精度を向上させるためには、放射線源自体の分布を考慮する必要がある。上述のフィルタとして式(１０)の分布を用いることで、放射線源自身のエネルギー分布に従った統計的なばらつきを考慮することができ、放射線源由来のばらつきを抑制する効果が得られる。 When the energy distribution of the radiation source shows a Lorentz distribution such as a light line spectrum due to resonance, perturbation, etc., it is necessary to consider the distribution of the radiation source itself in order to improve the accuracy of the inverse problem calculation. . By using the distribution of Expression (10) as the above-described filter, statistical variation according to the energy distribution of the radiation source itself can be taken into account, and an effect of suppressing variation derived from the radiation source can be obtained.

ここで、放射線源自体のエネルギー分布に加え、検出器のエネルギー分解能によるばらつきを考慮すると、更に、逆問題演算の解の精度を向上させることが可能である。例えば、上述のフィルタとして、一般に式(１０)を式(２)でコンボリューションすなわち畳み込みを行った関数として定義されるフォークト分布を用いる。一般に、放射線のエネルギースペクトル分布曲線は、上述のローレンツ分布、または上述の正規分布のみで表現されることは少ない。実際は、上述のローレンツ分布と上述の正規分布の両者が混合したフォークト分布となることが多く発生する。そのため、上述のフィルタにフォークト分布を用いることで、式(２)で表される検出部が放射線を測定した際に生じる統計的なばらつきと式(１０)の放射線源自身に基づく上述の放射線のエネルギー分布のばらつきを考慮することができる。したがって、上述のパルス波高分布に含まれる検出部１と放射線源に基づく２種類のばらつきを抑制する効果が得られる。 Here, in addition to the energy distribution of the radiation source itself, considering the variation due to the energy resolution of the detector, it is possible to further improve the accuracy of the inverse problem calculation solution. For example, as the above-described filter, a forked distribution that is generally defined as a function obtained by convolution, that is, convolution, of Equation (10) with Equation (2) is used. In general, the energy spectrum distribution curve of radiation is rarely expressed only by the above-mentioned Lorentz distribution or the above-mentioned normal distribution. Actually, there are many cases where a Forked distribution in which both the above-mentioned Lorentz distribution and the above-mentioned normal distribution are mixed is generated. Therefore, by using the Vogt distribution in the above-mentioned filter, the above-mentioned radiation based on the statistical variation generated when the detection unit represented by the equation (2) measures the radiation and the radiation source itself of the equation (10). Variations in energy distribution can be taken into account. Therefore, an effect of suppressing two types of variations based on the detection unit 1 and the radiation source included in the pulse wave height distribution described above can be obtained.

以上のようにこの実施の形態２のスペクトル整形部４ではフィルタを、放射線のエネルギーの関数として得られる放射線検出器１ａのエネルギー分解能を標準偏差とするローレンツ分布またはフォークト分布の標準偏差を変更するフィルタとする。 As described above, in the spectrum shaping unit 4 of the second embodiment, the filter is a filter that changes the standard deviation of the Lorentz distribution or the Forked distribution in which the energy resolution of the radiation detector 1a obtained as a function of the radiation energy is a standard deviation. And

実施の形態３．
実施の形態３は、スペクトル整形部４が有するフィルタの定義が上述の実施の形態１と異なっている。その他の部分については基本的に上述の実施の形態１と同じである。
ここで、例えば、式(３)に用いるフィルタの関数は、上述のエネルギー分解能に基づいて、上述のパルス波高分布を平滑化する単純移動平均法の関数で定義される。ここで、例えば、移動平均法の平滑化幅は、検出部１へ入射する放射線のエネルギーＥｉを中心に、式(１)によって求まる上述の検出器１ａのエネルギー分解能から決まる上限と下限の範囲内の上述のパルス波高分布における測定値を平均化する。Embodiment 3 FIG.
The third embodiment is different from the first embodiment described above in the definition of the filter that the spectrum shaping unit 4 has. Other parts are basically the same as those in the first embodiment.
Here, for example, the function of the filter used in Expression (3) is defined as a function of the simple moving average method that smoothes the above-described pulse height distribution based on the above-described energy resolution. Here, for example, the smoothing width of the moving average method is within the range between the upper limit and the lower limit determined from the energy resolution of the above-described detector 1a obtained by the equation (1) with the energy Ei of the radiation incident on the detector 1 as the center. The measured values in the above-described pulse wave height distribution are averaged.

なお、フィルタの関数の移動平均法は、単純移動平均法だけでなく、上述のパルス波高分布に対して平滑化をおこなうことができる加重移動平均法、指数移動平均法、三角移動平均法等を採用してもよい。いずれの手法も上述のパルス波高分布において移動平均を計算する幅は、検出部１ａのエネルギー分解能に基づき変更する。ここで、移動平均法は、式(２)、式(１０)または式(１０)を式(２)でコンボリューションした関数の上述のフォークト分布で定義されるフィルタの関数のように超関数を持たない。そのため、移動平均法では、四則演算のみによって式(３)を算出することができる。したがって、実施の形態１と２に比べ、本実施の形態３のように移動平均法で定義されるフィルタを使用する場合、フィルタの関数を作成する計算時間を短縮できる効果が期待できる。 Note that the moving average method of the filter function is not only a simple moving average method, but also a weighted moving average method, an exponential moving average method, a triangular moving average method and the like that can smooth the pulse wave height distribution described above. It may be adopted. In any method, the width for calculating the moving average in the above-described pulse height distribution is changed based on the energy resolution of the detection unit 1a. Here, the moving average method uses a superfunction like the filter function defined by the above-mentioned Vogt distribution of the function obtained by convolving the equation (2), the equation (10), or the equation (10) with the equation (2). do not have. Therefore, in the moving average method, Equation (3) can be calculated only by four arithmetic operations. Therefore, compared to the first and second embodiments, when a filter defined by the moving average method is used as in the third embodiment, an effect of shortening the calculation time for creating the filter function can be expected.

以上のようにこの実施の形態３のスペクトル整形部４ではフィルタを、放射線のエネルギーの関数として得られる放射線検出器１ａのエネルギー分解能を標準偏差とし、標準偏差に応じて、移動平均法の平滑化幅を変更するフィルタとする。 As described above, in the spectrum shaping unit 4 of the third embodiment, the filter is used as the standard deviation of the energy resolution of the radiation detector 1a obtained as a function of the energy of the radiation, and the moving average method is smoothed according to the standard deviation. A filter whose width is changed.

Industrial applicability

この発明は、種々の分野で使用される放射線測定装置および放射線測定方法に適用可能である。 The present invention is applicable to a radiation measuring apparatus and a radiation measuring method used in various fields.

Claims

A detection unit that detects radiation by a radiation detector and outputs a detection result as a pulse signal;
An amplifying unit for amplifying the pulse signal from the detecting unit;
A pulse height calculation unit for calculating a pulse height distribution based on the pulse height of the amplified pulse signal;
A spectrum shaping unit that shapes the spectrum by multiplying the pulse wave height distribution by a filter function according to the physical characteristics unique to the radiation detector, and obtains a shaped pulse wave height distribution that represents a normal distribution due to statistical variation,
An inverse problem calculation unit for obtaining an energy spectrum of the detected radiation by performing an inverse problem calculation using a response function of the radiation detector for the shaped pulse wave height distribution;
A peak estimator that estimates the original energy of the incident radiation by obtaining an energy spectrum that excludes the statistical variation specific to the radiation detector from the energy spectrum;
A display for displaying the energy spectrum peak estimated;
A radiation measuring apparatus comprising:

The radiation detector is a scintillation type radiation detector,
The filter of the spectrum shaping unit is
Radiation using a radiation behavior analysis for energy application to the scintillation type of the radiation detector according to, using a ray behavior analysis for optical characteristics to the scintillation light is converted into an electronic, the radiation behavior analysis and the beam behavior analysis The radiation measurement apparatus according to claim 1, wherein the radiation measurement apparatus is designed on the basis of physical characteristics of the scintillation-type radiation detector by an analysis in combination.

The radiation detector is a semiconductor type radiation detector,
The filter of the spectrum shaping unit is
Radiation behavior analysis is used to apply energy to the semiconductor radiation detector by radiation, and semiconductor device characteristic behavior analysis is used to analyze the process from generation of electron-hole pairs to pulse signal output. The radiation measuring apparatus according to claim 1, wherein the radiation measuring apparatus is designed based on physical characteristics of the semiconductor-type radiation detector by an analysis in combination.

The radiation measurement apparatus according to claim 1, wherein the filter of the spectrum shaping unit is a filter approximated by a normal distribution based on an energy resolution of the radiation detector based on an experiment.

The radiation measurement apparatus according to claim 4, wherein the filter of the spectrum shaping unit is a normal distribution shape filter having, as a standard deviation, an energy resolution of the radiation detector obtained as a function of radiation energy.

The radiation measuring apparatus according to claim 4, wherein the filter of the spectrum shaping unit is a filter that changes the standard deviation of the Lorentz distribution with the energy resolution of the radiation detector obtained as a function of radiation energy as a standard deviation. .

The radiation measuring apparatus according to claim 4, wherein the filter of the spectrum shaping unit is a filter that changes the standard deviation of the Vogt distribution with the energy resolution of the radiation detector obtained as a function of radiation energy as a standard deviation. .

The filter of the spectrum shaping unit is a filter that sets an energy resolution of the radiation detector obtained as a function of radiation energy as a standard deviation, and changes a smoothing width of a moving average method according to the standard deviation. Item 5. The radiation measurement apparatus according to Item 4.

Radiation is detected by the radiation detector and the detection result is output as a pulse signal.
Calculate the pulse height distribution based on the pulse height of the amplified pulse signal,
Multiplying the pulse wave height distribution by a filter function according to the physical characteristics unique to the radiation detector to shape the spectrum, obtaining a shaped pulse wave height distribution representing a normal distribution due to statistical variation,
Obtain an energy spectrum of the detected radiation by performing an inverse problem calculation using the response function of the radiation detector for the shaped pulse wave height distribution,
Estimating the original energy of the incident radiation by obtaining an energy spectrum that excludes the statistical variation inherent to the radiation detector from the energy spectrum,
Displaying the peak-estimated energy spectrum on a display unit;
A radiation measurement method comprising a process.