JP6452425B2 - 放射線モニタ - Google Patents

Description

本発明は、放射線モニタに関する。

放射線の線量率を計測するモニタとしては、電離箱を用いた放射線モニタやシンチレーション素子を用いた放射線モニタなどが知られている。

上述したような電離箱を用いた放射線モニタは、入射した放射線による電離箱内のガスの電離を利用するものであり、電離箱への電圧の印加により生じた電流を測定することで簡易に線量率を計測することができる。

一方、シンチレーション素子を用いた放射線モニタは、入射した放射線による上記素子の発光を利用するものであり、発光した光の強度を光電子増倍管等を用いて電流として測定し、その電流値から線量率を導出する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−３６７５２号公報

しかしながら、上述したような電離箱を用いた放射線モニタでは、放射線とガスとの相互作用が小さいために低線量率の放射線を計測する場合には電離箱の大型化が必須であり、加えて高電圧を印加するために水素などの存在下では爆発等の危険性によりその適用が困難である。

また、上述したような従来のシンチレーション素子を用いた放射線モニタでは、高い線量率を計測する際、電気信号が重なり合ってしまうために正しい線量率の計測が困難である。これを回避するために上記素子の周囲を鉛等の放射線遮蔽体で覆うことも考えられるが、放射線モニタ自体が非常に大きくかつ重いものとなってしまい、計測の簡易性が必ずしも十分とは言えない。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、爆発等の危険性を抑制し、放射線の線量率を簡易かつ正確に計測可能な放射線モニタを提供することにある。

上記課題を解決するためになされた発明は、
入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部を有する放射線発光素子と、
前記放射線発光素子に接続され、前記発光部から放出された光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する電気パルス変換器と、
前記電気パルス変換器に接続され、前記電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する電気パルス検出器と、
前記電気パルス検出器に接続され、前記電気パルス検出器で計数された電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算する解析機とを備えている放射線モニタである。

当該放射線モニタは、光ファイバの中途に設けられ、所定の波長範囲内の光のみを透過可能な波長フィルタをさらに備えていることが好ましい。

当該放射線モニタは、光ファイバの中途に設けられ、放射線発光素子から放出された光を所定の強度範囲内に収まるように所定割合で減衰させる光減衰フィルタをさらに備えていることが好ましい。

当該放射線モニタは、放射線発光素子が、発光部と、前記発光部を収納するハウジングと、前記ハウジングと前記発光部との間に設けられ前記ハウジング内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する中間部材とを有していることが好ましい。

当該放射線モニタは、発光部が少なくとも１種の希土類元素を含有していることが好ましい。

当該放射線モニタは、放射線発光素子が、前記放射線発光素子と光ファイバとの接続部における前記光ファイバの外形を前記光ファイバの軸方向に延長した仮想領域内に収められていることが好ましい。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
少なくとも１種の希土類元素を含有し、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する第１の発光部を有する第１の放射線発光素子と、
前記第１の放射線発光素子に接続され、前記第１の発光部から放出された光を伝送する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する第１の電気パルス変換器と、
前記第１の電気パルス変換器に接続され、前記第１の電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する第１の電気パルス検出器と、
希土類元素を含有しない第２の発光部を有する第２の放射線発光素子と、
前記第２の放射線発光素子に接続され、前記第２の発光部から放出された光を伝送する第２の光ファイバと、
前記第２の光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する第２の電気パルス変換器と、
前記第２の電気パルス変換器に接続され、前記第２の電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する第２の電気パルス検出器と、
前記第１および第２の電気パルス検出器に接続され、前記第１および第２の電気パルス検出器で計数された電気パルスからこの電気パルスの計数率の差分を算出し、かつ前記差分を放射線の線量率に換算する差分解析機とを備え、
前記第１の放射線発光素子１０ａと前記第２の放射線発光素子１０ｂとが隣接するように併設されている放射線モニタである。

当該放射線モニタは、第１の光ファイバの中途に設けられ、所定の波長範囲内の光のみを透過可能な第１の波長フィルタと、
第２の光ファイバの中途に設けられ、前記所定の波長範囲内の光のみを透過可能な第２の波長フィルタとをさらに備えていることが好ましい。

当該放射線モニタは、第１の光ファイバの中途に設けられ、第１の放射線発光素子から放出された光を所定の強度範囲内に収まるように所定割合で減衰させる第１の光減衰フィルタと、
第２の光ファイバの中途に設けられ、第２の放射線発光素子から放出された光を前記所定の強度範囲内に収まるように前記所定割合で減衰させる第２の光減衰フィルタとをさらに備えていることが好ましい。

当該放射線モニタは、第１の放射線発光素子が、第１の発光部と、前記第１の発光部を収納する第１のハウジングと、前記第１のハウジングと前記第１の発光部との間に設けられ前記第１のハウジング内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する第１の中間部材とを有し、
第２の放射線発光素子が、第２の発光部と、前記第２の発光部を収納する第２のハウジングと、前記第２のハウジングと前記第２の発光部との間に設けられ前記第２のハウジング内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する第２の中間部材とを有していることが好ましい。

当該放射線モニタは、第１の放射線発光素子が、前記第１の放射線発光素子と第１の光ファイバとの接続部における前記第１の光ファイバの外形を前記第１の光ファイバの軸方向に延長した仮想領域内に収められ、
第２の放射線発光素子が、前記第２の放射線発光素子と第２の光ファイバとの接続部における前記第２の光ファイバの外形を前記第２の光ファイバの軸方向に延長した仮想領域内に収められていることが好ましい。

なお、本明細書において「電気パルスの計数率」とは、単位時間当たりに検出された電気パルスの数を意味している。また、本明細書において「所定の波長範囲」とは、放射線の線量率の計測に用いられる予め定められた光の波長範囲を意味し、具体的には当該放射線モニタに用いる波長フィルタが透過可能な特定の波長範囲を指す。また、本明細書において「所定の強度範囲」とは、当該放射線モニタに用いる電気パルス変換器において１個１個の光子を時間的に分解可能な１個１個の電気パルスに変換することができる光の強度範囲を意味する。また、本明細書において「所定割合」とは、光の強度を減衰（変換）させる予め定められた割合（変換比率）を意味し、具体的には光減衰フィルタを通過する直前の光の強度に対する上記光減衰フィルタを通過した直後の光の強度の比を指す。

本発明は、爆発等の危険性を抑制し、放射線の線量率を簡易かつ正確に計測可能な放射線モニタを提供することができる。

本発明の放射線モニタの第１の実施形態を示す概略ブロック図である。 図１の放射線モニタにおける放射線発光素子の概略拡大断面図である。 図１の放射線モニタにおける放射線発光素子の好適な一実施形態を示す一部拡大概略図である。 放射線の線量率と生成した単位時間当たりの光子数との関係の一例を示す概略図である。 入射した放射線による光子（光）の生成過程を示す概略図である。 図１の放射線モニタの一使用例を示す概略図である。 図１の放射線モニタの他の使用例を示す概略図である。 本発明の放射線モニタの第２の実施形態を示す概略ブロック図である。 ある波長のγ線入射時に放射線発光素子で生成される光子（光）の波長ごとの生成率の一例を示す概略図である。 本発明の放射線モニタの第３の実施形態を示す概略ブロック図である。 本発明の放射線モニタの第４の実施形態を示す概略ブロック図である。 図１１の放射線モニタにおける線量率の補正を示す概略図である。

本発明の放射線モニタは、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部を有する放射線発光素子と、前記放射線発光素子に接続され、前記発光部から放出された光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する電気パルス変換器と、前記電気パルス変換器に接続され、前記電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する電気パルス検出器と、前記電気パルス検出器に接続され、前記電気パルス検出器で計数された電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算する解析機とを備えている。

また、本発明は、少なくとも１種の希土類元素を含有し、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する第１の発光部を有する第１の放射線発光素子と、前記第１の放射線発光素子に接続され、前記第１の発光部から放出された光を伝送する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する第１の電気パルス変換器と、前記第１の電気パルス変換器に接続され、前記第１の電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する第１の電気パルス検出器と、希土類元素を含有しない第２の発光部を有する第２の放射線発光素子と、前記第２の放射線発光素子に接続され、前記第２の発光部から放出された光を伝送する第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する第２の電気パルス変換器と、前記第２の電気パルス変換器に接続され、前記第２の電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する第２の電気パルス検出器と、前記第１および第２の電気パルス検出器に接続され、前記第１および第２の電気パルス検出器で計数された電気パルスからこの電気パルスの計数率の差分を算出し、かつ前記差分を放射線の線量率に換算する差分解析機とを備え、前記第１の放射線発光素子と前記第２の放射線発光素子とが隣接するように併設されている放射線モニタを含む。

以下、本発明の実施形態の放射線モニタについて図面に基づいて説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施態様にのみ限定されるものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の放射線モニタの第１の実施形態を示す概略ブロック図である。当該放射線モニタ１００は、図１に示すように、概略的に、放射線発光素子１０と、光ファイバ２０と、電気パルス変換器３０と、電気パルス検出器４０と、解析機５０とを備えている。なお、当該放射線モニタ１００で計測することができる放射線としては、例えば、Ｘ線、γ線などの電磁波；α線、β線、中性子線などの粒子線等が挙げられる。

放射線発光素子１０は、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部１１を有する素子である。放射線発光素子１０は、図２に示すように、発光部１１と、ハウジング１２と、中間部材１３とを有している。

発光部１１は、少なくとも１種の希土類元素を含有している。具体的には、発光部１１は、例えば、母材としての透明イットリウム・アルミ・ガーネットなどの光透過性材料と、この光透過性材料中に含有されたイッテルビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムなどの希土類元素とにより形成されている。

このように、発光部１１が少なくとも１種の希土類元素を含有していることで、発光部１１における入射した放射線の線量率と光の強度との線形性を向上させることができ、当該放射線モニタ１００は、高い線量率の放射線が入射する場合であっても、放射線の線量率をより正確に計測することができる。

ハウジング１２は、発光部１１を収納する容器である。ハウジング１２を構成する材料としては、計測対象となる放射線を透過可能なものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウム等を採用することができる。

中間部材１３は、ハウジング１２と発光部１１との間に設けられハウジング１２内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する部材である。本実施形態では、中間部材１３がハウジング１２の内面上に鏡面状の薄膜として積層されている。中間部材１３を構成する材料としては、例えば、金、銀等が挙げられる。

このように、当該放射線発光素子１０が上記中間部材１３を有していることで、放射線発光素子１０が高温環境下におかれた場合であってもハウジング１２で発生する熱輻射由来の発光を低減することができ、放射線の線量率をより正確に計測することができる。

なお、放射線発光素子１０は、図３に示すように、放射線発光素子１０と光ファイバ２０との接続部における光ファイバ２０の外形を当該光ファイバ２０の軸方向に延長した仮想領域Ｒ内に収められていることが好ましい。これにより、放射線発光素子１０の大きさに起因して放射線の測定場所が制限されるのを抑制することができ、例えば、細部の計測を行ったり、医療用放射線治療装置などと併用されるような高線量率、高空間分解能の計測が可能な放射線モニタとして用いることができる。

光ファイバ２０は、放射線発光素子１０に接続され、発光部１１から放出された光を伝送する媒体である。この光ファイバ２０は、放射線発光素子１０と後述する電気パルス変換器３０とに接続されている。光ファイバ２０を構成する材料としては、例えば、石英、プラスチック等が挙げられるが、高線量率下での劣化防止および伝送の長距離化の観点から、石英が好ましい。

電気パルス変換器３０は、光ファイバ２０に接続され、伝送された光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する変換器である。電気パルス変換器３０としては、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、光（光子）を、電流増幅した電気パルスに変換することができる。

電気パルス検出器４０は、電気パルス変換器３０に接続され、電気パルス変換器３０から発信された電気パルスを計数する検出器である。電気パルス検出器４０としては、例えば、オシロスコープ等を採用することができる。

解析機５０は、電気パルス検出器４０に接続され、電気パルス検出器４０で計数された電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算する機器である。具体的には、解析機５０は、電気パルスの線量率と放射線の線量率とを対応付けるデータベースを記憶している記憶装置と、上記データベースを用い計数された電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算する演算装置と、換算した放射線の線量率を表示する表示装置とを備えている（不図示）。解析機５０は、電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算できる限り特に限定されず、例えば、上述した機能を有するパーソナルコンピュータ等を採用することができる。

発明者は、図４に示すように、入射する放射線の線量率と、放射線発光素子１０が発する単位時間当たりの光子数（以下、「光子の計数率」ともいう）との間には一対一対応の関係があることを実験により見い出した。他方、上記光子の計数率と電気パルスの計数率との間に一対一対応の関係があることは公知である。したがって、放射線の線量率と上記電気パルスの計数率との間にも一対一対応の関係があることが導かれるので、この関係を用いることで、得られた電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算することができる。

ここで、上述した放射線の線量率と電気パルスの計数率との対応関係は、使用する放射線発光素子１０の大きさや形、光ファイバ２０の太さや長さによって異なるため、この対応関係を放射線モニタごとに予め求めてデータベース化しておくことで、得られた電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算することができる。なお、解析機５０を用いて導出されるのは放射線の線量率に限定されるものではなく、例えば、線量率の経時変化等であってもよい。

次に、当該放射線モニタ１００の動作について説明する。図５は、入射した放射線による光子（光）の生成過程を示す概略図である。図５に示すように、放射線発光素子１０に放射線ｒが入射すると、この放射線ｒが有するエネルギーにより、放射線発光素子１０における発光部１１中の希土類原子等がエネルギーのより高い励起状態（例えば、エネルギー準位Ｌ２、Ｌ３）に遷移する（図５中の矢印ａ１、ａ２参照）。

一方、励起状態（例えば、エネルギー準位Ｌ２、Ｌ３）にあるエネルギーの高い希土類原子等がよりエネルギーの低い励起状態や基底状態（例えば、エネルギー準位Ｌ１、Ｌ２）に遷移（図５中の矢印ｂ１、ｂ２参照）する際、そのエネルギーの差分に相当するエネルギーを有する光子ｐ（光）が生成する。

このようにして生成した光子ｐ（光）を、光ファイバ２０を介して電気パルス変換器３０に伝送し、当該電気パルス変換器３０において電気パルスに変換する。次いで、電気パルス変換器３０で変換した電気パルスの数を電気パルス検出器４０で計数し、得られた電気パルスの計数率を解析機５０によりデータベースに照合して放射線の線量率に換算することで、入射した放射線の線量率を求める。

このように、当該放射線モニタ１００は、上記放射線発光素子１０、光ファイバ２０、電気パルス変換器３０、電気パルス検出器４０および解析機５０を備えているので、入射した放射線を電気パルスの計数率（光子の計数率）として測定することができ、放射線の線量率を簡易かつ正確に計測することができる。また、当該放射線モニタ１００は、上述の構成であるので、高電圧を印加しない分、爆発等の危険性を抑制することができる。

次に、当該放射線モニタ１００の好適な使用例について説明する。図６は、図１の放射線モニタの一使用例を示す概略図である。この使用例では、放射線発光素子１０を測定エリアＡ１内に設置すると共に、電気パルス変換器３０、電気パルス検出器４０および解析機５０を測定エリア外Ａ２に設置し、放射線発光素子１０と電気パルス変換器３０とを光ファイバ２０で接続する。例えば原子炉建屋などのような測定エリアＡ１内部では、高線量率、高温、水素・酸素雰囲気等の過酷な環境が想定される。そこで、電圧の印加が不要であり、かつ耐熱性および耐放射線性に優れた放射線発光素子１０および光ファイバ２０のみを測定エリアＡ１内に設置することで、爆発等の危険性をより抑制することができる。

また、図７は、図１の放射線モニタの他の使用例を示す概略図である。この使用例は、地面Ｇにあけた穴Ｈの内部の深さ方向の各位置における放射線の線量率を計測する例を示している。このような計測を行う場合、放射線発光素子１０を深さ方向に沿って移動させる必要がある。そこで、光ファイバ２０の送出長を調整可能な光ファイバ巻取機８０を設け、穴Ｈの深さ方向に放射線発光素子１０を移動させることで、地上において放射線の線量率を計測することができる。なお、放射線発光素子１０を図示していない移動装置に搭載することで、任意のエリアの線量率を計測するようにしてもよい。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の放射線モニタの第２の実施形態を示す概略ブロック図である。当該放射線モニタ２００は、図８に示すように、概略的に、放射線発光素子１０と、光ファイバ２０と、波長フィルタ２５と、電気パルス変換器３０と、電気パルス検出器４０と、解析機５０とを備えている。第２の実施形態は、波長フィルタ２５をさらに備えている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、放射線発光素子１０、光ファイバ２０、電気パルス変換器３０、電気パルス検出器４０および解析機５０は、第１の実施形態のものと同様であるため、同一部分には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

波長フィルタ２５は、光ファイバ２０の中途に設けられ、所定の波長範囲内の光のみを透過可能なフィルタである。波長フィルタ２５は、所定の波長範囲の光のみを透過可能な限り特に限定されず、例えば、平面基板に誘電体膜をコーティングし、薄膜の界面で発生する反射光の干渉現象を利用した干渉フィルタ等を採用することができる。

次に、波長フィルタ２５により透過可能な波長範囲を所定の波長範囲に限定する理由について説明する。入射した放射線により高いエネルギー準位に励起した希土類原子等がより低いエネルギー準位に遷移するとき、遷移するエネルギー準位間のエネルギーの差分に応じた波長の光（光子）が生成する（図５参照）。図９は、ある波長のγ線入射時に放射線発光素子で生成される光子（光）の波長ごとの生成率の一例を示している。この図から分かるように、上記γ線の入射により種々の波長の光（光子）が生成する。

しかしながら、高線量率環境下では光ファイバ２０が劣化して比較的短い波長の光が散乱や吸収により伝送困難となってしまう。そこで散乱等が起こりにくい比較的長い波長の光のみを透過する波長フィルタ２５を用い、波長フィルタ２５を透過した光のみを電気パルス変換器３０に伝送することで、光ファイバ劣化の影響を受けない比較的長い波長の光のみを測定でき、放射線の線量率を精度良く計測することが可能となる。

一方、高温環境下では放射線発光素子１０や光ファイバ２０内部においても熱輻射により比較的長い波長の光が生成してしまい、入射した放射線により生成した光との区別が困難となってしまう。そこで高温環境下での熱輻射による生成が起こりにくい比較的短い波長の光のみを透過する波長フィルタ２５を用い、波長フィルタ２５を透過した光のみを電気パルス変換器３０に伝送することで、熱輻射の影響を受けない比較的短い波長の光のみを測定でき、放射線の線量率を精度良く計測することが可能となる。

上記所定の波長範囲は、高線量率かつ高温環境で測定する場合、７００ｎｍ以上１，３００ｎｍ以下である。上記所定の波長範囲の下限は、光ファイバ２０内を伝送する光の散乱等防止性向上の観点から、８００ｎｍが好ましく、９００ｎｍがより好ましい。また、上記所定の波長範囲の上限は、熱輻射に起因する光の抑制性向上の観点から、１，２００ｎｍが好ましく、１，１００ｎｍがより好ましい。また、３００℃以上の高温環境で、低線量率環境を測定する場合は、１，２００ｎｍ以下が好ましく、波長が短ければ短いほど、より好ましい。また、室温程度の温度環境で、高線量率を測定する場合は、光ファイバ２０内を伝送する光の散乱等防止性向上の観点から、８００ｎｍ以上２，５００ｎｍ以下が好ましい。

なお、当該放射線モニタ２００の動作については、波長フィルタ２５を用いて所定の波長範囲内の光のみを透過させること以外は、上述した放射線モニタ１００と同様であるため、その説明は省略する。

このように、当該放射線モニタ２００は、上記波長フィルタ２５を備えていることで、所定の波長範囲の光のみを用いて放射線の線量率を計測することができ、光ファイバが劣化したり高温環境下であっても放射線の線量率をより正確に計測することができる。

［第３の実施形態］
図１０は、本発明の放射線モニタの第３の実施形態を示す概略ブロック図である。当該放射線モニタ３００は、図１０に示すように、概略的に、放射線発光素子１０と、光ファイバ２０と、光減衰フィルタ２３と、波長フィルタ２５と、電気パルス変換器３０と、電気パルス検出器４０と、解析機５０とを備えている。第３の実施形態は、光減衰フィルタ２３をさらに備えている点で、第２の実施形態と異なっている。なお、放射線発光素子１０、光ファイバ２０、波長フィルタ２５、電気パルス変換器３０、電気パルス検出器４０および解析機５０は、第２の実施形態のものと同様であるため、同一部分には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

光減衰フィルタ２３は、光ファイバ２０の中途に設けられ、放射線発光素子１０から放出された光を所定の強度範囲内に収まるように所定割合で減衰（変換）させるフィルタである。光減衰フィルタ２３は、光を所定の強度範囲内にかつ所定割合で減衰（変換）させることができる限り特に限定されず、例えば、減光（ＮＤ）フィルタ等を採用することができる。この光減衰フィルタ２３は、電気パルス変換器３０において変換可能な光子の計数率の上限を超えるのような場合に好適に用いられる。

なお、当該放射線モニタ３００の動作については、光ファイバ２０により伝送される光の強度を光減衰フィルタ２３を用いて所定の強度範囲内に収まるように所定割合で減衰させること以外は、上述した放射線モニタ１００と同様であるため、その説明は省略する。

このように、当該放射線モニタ３００が光減衰フィルタ２３を備えていることで、たとえ電気パルス変換器３０の時間分解能を超えるような高い線量率の放射線が入射する場合であっても、放射線の線量率をより正確に計測することができる。

［第４の実施形態］
図１１は、本発明の放射線モニタの第４の実施形態を示す概略ブロック図である。当該放射線モニタ４００は、図１１に示すように、概略的に、第１の放射線発光素子１０ａと、第１の光ファイバ２０ａと、第１の光減衰フィルタ２３ａと、第１の波長フィルタ２５ａと、第１の電気パルス変換器３０ａと、第１の電気パルス検出器４０ａと、第２の放射線発光素子１０ｂと、第２の光ファイバ２０ｂと、第２の光減衰フィルタ２３ｂと、第２の波長フィルタ２５ｂと、第２の電気パルス変換器３０ｂと、第２の電気パルス検出器４０ｂと、差分解析機５１とを備えている。

第１の光ファイバ２０ａは、第１の放射線発光素子１０ａに接続され、第１の発光部１１ａから放出された光を伝送する媒体である。また、第２の光ファイバ２０ｂは、第２の放射線発光素子１０ｂに接続され、第２の発光部１１ｂから放出された光を伝送する媒体である。

第１の光減衰フィルタ２３ａは、第１の光ファイバ２０ａの中途に設けられ、第１の放射線発光素子１０ａから放出された光を所定の強度範囲内に収まるように所定割合で減衰させるフィルタである。また、第２の光減衰フィルタ２３ｂは、第２の光ファイバ２０ｂの中途に設けられ、第２の放射線発光素子１０ｂから放出された光を所定の強度範囲内に収まるように上記所定割合で減衰させるフィルタである。

第１の波長フィルタ２５ａは、第１の光ファイバ２０ａの中途に設けられ、所定の波長範囲内の光のみを透過可能なフィルタである。また、第２の波長フィルタ２５ｂは、第２の光ファイバ２０ｂの中途に設けられ、上記所定の波長範囲内の光のみを透過可能なフィルタである。

第１の電気パルス変換器３０ａは、第１の光ファイバ２０ａに接続され、伝送された光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する変換器である。また、第２の電気パルス変換器３０ｂは、第２の光ファイバ２０ｂに接続され、伝送された光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する変換器である。

第１の電気パルス検出器４０ａは、第１の電気パルス変換器３０ａに接続され、第１の電気パルス変換器３０ａから発信された電気パルスを計数する検出器である。また、第２の電気パルス検出器４０ｂは、第２の電気パルス変換器３０ｂに接続され、第２の電気パルス変換器３０ｂから発信された電気パルスを計数する変換器である。

なお、第１および第２の光ファイバ２０ａ、２０ｂは上記光ファイバ２０と、第１および第２の光減衰フィルタ２３ａ、２３ｂは上記光減衰フィルタ２３と、第１および第２の波長フィルタ２５ａ、２５ｂは上記波長フィルタ２５と、第１および第２の電気パルス変換器３０ａ、３０ｂは上記電気パルス変換器３０と、第１および第２の電気パルス検出器４０ａ、４０ｂは上記電気パルス検出器４０とそれぞれ同様であるため、その詳細な説明を省略する。

第１の放射線発光素子１０ａは、第１の発光部１１ａと、第１の発光部１１ａを収納する第１のハウジング１２ａと、第１のハウジング１２ａと第１の発光部１１ａとの間に設けられ第１のハウジング１２ａ内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する第１の中間部材１３ａとを有し、第２の放射線発光素子１０ｂは、第２の発光部１１ｂと、第２の発光部１１ｂを収納する第２のハウジング１２ｂと、第２のハウジング１２ｂと第２の発光部１２ｂとの間に設けられ第２のハウジング１２ｂ内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する第２の中間部材１３ｂとを有している。これにより、第１および第２の放射線発光素子１０ａ，１０ｂが高温環境下におかれた場合であっても、第１および第２のハウジング１２ａ、１２ｂで発生する熱輻射由来の発光を低減することができ、放射線の線量率をより正確に計測することができる。なお、第１の発光部１１ａは上記発光部１１と、第１および第２のハウジング１２ａ、１２ｂはそれぞれ上記ハウジング１２と、第１および第２の中間部材１３ａ、１３ｂはそれぞれ上記中間部材１３と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

第２の発光部１１ｂは、希土類元素を含有していない発光部である。この第２の発光部１１ｂは、希土類元素を含有していない点で、第１の発光部１１ａと異なっている。すなわち、第２の発光部１１ｂは、例えば、透明イットリウム・アルミ・ガーネットなどの光透過性材料のみで形成されている。

また、図１１に示すように、第１の放射線発光素子１０ａと第２の放射線発光素子１０ｂとは隣接するように併設されている。なお、第１の放射線発光素子１０ａと第２の放射線発光素子１０ｂとの隣接状態は、第１および第２の放射線発光素子１０ａ、１０ｂに入射する放射線の線量率が同等である限り特に限定されない。

差分解析機５１は、第１および第２の電気パルス検出器４０ａ、４０ｂに接続され、第１および第２の電気パルス検出器４０ａ、４０ｂで計数された電気パルスからこの電気パルスの計数率の差分を算出し、かつ上記差分を放射線の線量率に換算する機器である。具体的には、差分解析機５１としては、例えば、上述の［第１の実施形態］の項で説明したような記憶装置と、第１および第２の電気パルス検出器４０ａ、４０ｂで計数された電気パルスの計数率の差分算出し、かつ上記データベースを用い上記差分を放射線の線量率に換算する演算装置と、換算した放射線の線量率を表示する表示装置とを備えている（不図示）。差分解析機５１は、第１および第２の電気パルス検出器４０ａ、４０ｂで計数された電気パルスを上述したように放射線の線量率に換算できる限り特に限定されず、例えば、上述した機能を有するパーソナルコンピュータ等を採用することができる。

なお、図３に示す放射線発光素子１０と同様に、第１の放射線発光素子１０ａが、第１の放射線発光素子１０ａと第１の光ファイバ２０ａとの接続部における第１の光ファイバ２０ａの外形を第１の光ファイバ２０ａの軸方向に延長した仮想領域内に収められ、第２の放射線発光素子１０ｂが、第２の放射線発光素子１０ｂと第２の光ファイバ２０ｂとの接続部における第２の光ファイバ２０ｂの外形を第２の光ファイバ２０ｂの軸方向に延長した仮想領域内に収められていることがことが好ましい。これにより、第１および第２の放射線発光素子１０ａ、１０ｂの大きさに起因して放射線の測定場所が制限されるのを抑制することができ、例えば、細部の計測を行ったり、医療用放射線治療装置などと併用されるような高線量率、高空間分解能の計測が可能な放射線モニタとして用いることができる。

次に、当該放射線モニタ４００の動作について説明する。放射線モニタ４００を用いて放射線の線量率を計測する場合、第１の放射線発光素子１０ａと第２の放射線発光素子１０ｂとが隣接するように併設されている。それ故入射する放射線の線量率および温度、電気ノイズなどの環境は、第１および第２の放射線発光素子１０ａ、１０ｂで同等である。

第１の放射線発光素子１０ａに放射線が入射した場合、第１の発光部１１ａで希土類元素のエネルギー遷移時に光子（光）が生成する。次いで、この光子（光）が光ファイバ２０ａ中途に設けられた第１の光減衰フィルタ２３ａおよび第１の波長フィルタ２５ａを経て第１の電気パルス変換器３０ａで電気パルスに変換され、この電気パルスを第１の電気パルス検出器４０ａで計数する。その際、波長に対する単位時間当たりの電気パルスの度数には、図１２に実線（見掛け度数）で示すように、熱輻射により生成した光子や電気パルス変換器３０等で発生した電気ノイズなどのような放射線に起因しないバックグラウンドの電気パルスの度数（以下、「バックグラウンド度数」ともいう）も含まれてしまうおそれがある。

一方、第２の放射線発光素子１０ｂに放射線が入射した場合、上記同様に電気パルスを第２の電気パルス検出器４０ｂで計数する。しかしながら、第２の発光部１１ｂは希土類元素を含有していないので、第２の電気パルス変換器３０ｂでは希土類元素に起因する電気パルスは発せられず、波長に対する単位時間当たりの電気パルスの度数は、図１２に破線で示すバックグラウンド度数のみとなる。

そこで、第１の放射線発光素子１０ａにより得られた電気パルスの計数率から第２の放射線発光素子１０ｂにより得られた電気パルスの計数率を減算し、その差分を補正後の電気パルスの計数率（図１２に斜線で示した波長に対する単位時間当たりの電気パルスの度数の積分値に相当）とする。次いで、この補正後の電気パルスの計数率をデータベースに照合し、放射線の線量率に換算することで、入射した放射線の線量率を求める。

このように、差分解析機５１を備え、希土類元素を有する第１の放射線発光素子１０ａと希土類元素を有していない第２の放射線発光素子１０ｂとが隣接するように併設されているので、例えば熱輻射による発光や電気ノイズのようなバックグラウンドを除去して放射線の線量率をさらに正確に計測することができる。

また、当該放射線モニタ４００は、第１および第２の波長フィルタ２５ａ、２５ｂを備えていることで、所定の波長範囲の光のみを用いて放射線の線量率を計測することができ、光ファイバが劣化したり高温環境下であっても放射線の線量率をより正確に計測することができる。

また、当該放射線モニタ４００は、第１および第２の光減衰フィルタ２３ａ、２３ｂを備えていることで、たとえ電気パルス変換器３０の時間分解能を超えるような高い線量率の放射線が入射する場合であっても、放射線の線量率をより正確に計測することができる。

なお、本発明の放射線モニタは、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した第１〜第３の実施形態では、発光部１１が少なくとも１種の希土類元素を含有するものについて説明したが、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部を有するものであれば、必ずしも希土類元素を含有していなくてもよい。

また、上述した第１〜第３の実施形態では、電気パルス検出器４０と解析機５０とが独立している放射線モニタについて説明したが、電気パルスを計数する機能および電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算する機能を兼ね備えた単一の計測器も、本発明の意図する範囲内である。

また、第４の実施形態では、第１および第２の光減衰フィルタ２３ａ、２３ｂを備えている放射線モニタ４００について説明したが、これらを備えていない放射線モニタであってもよい。

また、第４の実施形態では、第１および第２の波長フィルタ２５ａ、２５ｂを備えている放射線モニタ４００について説明したが、これらを備えていない放射線モニタであってもよい。

また、第４の実施形態では、第１の発光部１１ａおよび第２の発光部１１ｂが別々のハウジング１２ａ、１２ｂに収納されている放射線モニタ４００について説明したが、第１および第２の発光部１１ａ、１１ｂが単一のハウジング内に収納され、上記第１および第２の発光部１１ａ、１１ｂが遮光部材で間仕切られている放射線モニタであってもよい。

また、第４の実施形態では、第１および第２の中間部材１３ａ、１３ｂ並びに第１および第２のハウジング１２ａ、１２ｂを備えている放射線モニタ４００について説明したが、第１および第２の中間部材１３ａ、１３ｂを備えていない放射線モニタや、第１および第２の中間部材１３ａ、１３ｂ並びに第１および第２のハウジング１２ａ、１２ｂを備えていない放射線モニタであってもよい。

１００、２００、３００、４００ 放射線モニタ
１０ 放射線発光素子
１０ａ 第１の放射線発光素子
１０ｂ 第２の放射線発光素子
１１ 発光部
１１ａ 第１の発光部
１１ａ 第２の発光部
１２ ハウジング
１２ａ 第１のハウジング
１２ｂ 第２のハウジング
１３ 中間部材
１３ａ 第１の中間部材
１３ｂ 第２の中間部材
２０ 光ファイバ
２０ａ 第１の光ファイバ
２０ｂ 第２の光ファイバ
２３ 光減衰フィルタ
２３ａ 第１の光減衰フィルタ
２３ｂ 第２の光減衰フィルタ
２５ 波長フィルタ
２５ａ 第１の波長フィルタ
２５ｂ 第２の波長フィルタ
３０ 電気パルス変換器
３０ａ 第１の電気パルス変換器
３０ｂ 第２の電気パルス変換器
４０ 電気パルス検出器
４０ａ 第１の電気パルス検出器
４０ 第２の電気パルス検出器
５０ 解析機
５１ 差分解析機
ｒ 放射線
Ｒ 仮想領域

Claims (11)

1. 入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部を有する放射線発光素子と、
   前記放射線発光素子に接続され、前記発光部から放出された光を伝送する光ファイバと、
   前記光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する電気パルス変換器と、
   前記電気パルス変換器に接続され、前記電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する電気パルス検出器と、
   前記電気パルス検出器に接続され、前記電気パルス検出器で計数された電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算する解析機とを備え、
   前記解析機における前記放射線の線量率への換算は、前記電気パルスの計数率に対応する光子の計数率を用いて行われるものである放射線モニタ。
2. 光ファイバの中途に設けられ、所定の波長範囲内の光のみを透過可能な波長フィルタをさらに備えている請求項１に記載の放射線モニタ。
3. 光ファイバの中途に設けられ、放射線発光素子から放出された光を所定の強度範囲内に収まるように所定割合で減衰させる光減衰フィルタをさらに備えている請求項１または請求項２に記載の放射線モニタ。
4. 放射線発光素子が、発光部と、前記発光部を収納するハウジングと、前記ハウジングと前記発光部との間に設けられ前記ハウジング内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する中間部材とを有している請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線モニタ。
5. 発光部が少なくとも１種の希土類元素を含有している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線モニタ。
6. 放射線発光素子が、前記放射線発光素子と光ファイバとの接続部における前記光ファイバの外形を前記光ファイバの軸方向に延長した仮想領域内に収められている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放射線モニタ。
7. 少なくとも１種の希土類元素を含有し、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する第１の発光部を有する第１の放射線発光素子と、
   前記第１の放射線発光素子に接続され、前記第１の発光部から放出された光を伝送する第１の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する第１の電気パルス変換器と、
   前記第１の電気パルス変換器に接続され、前記第１の電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する第１の電気パルス検出器と、
   希土類元素を含有しない第２の発光部を有する第２の放射線発光素子と、
   前記第２の放射線発光素子に接続され、前記第２の発光部から放出された光を伝送する第２の光ファイバと、
   前記第２の光ファイバに接続され、伝送された前記光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する第２の電気パルス変換器と、
   前記第２の電気パルス変換器に接続され、前記第２の電気パルス変換器から発信された前記電気パルスを計数する第２の電気パルス検出器と、
   前記第１および第２の電気パルス検出器に接続され、前記第１および第２の電気パルス検出器で計数された電気パルスからこの電気パルスの計数率の差分を算出し、かつ前記差分を放射線の線量率に換算する差分解析機とを備え、
   前記第１の放射線発光素子と前記第２の放射線発光素子とが隣接するように併設されており、
   前記差分解析機における前記放射線の線量率への換算は、前記電気パルスの計数率の差分に対応する光子の計数率を用いて行われるものである放射線モニタ。
8. 第１の光ファイバの中途に設けられ、所定の波長範囲内の光のみを透過可能な第１の波長フィルタと、
   第２の光ファイバの中途に設けられ、前記所定の波長範囲内の光のみを透過可能な第２の波長フィルタとをさらに備えている請求項７に記載の放射線モニタ。
9. 第１の光ファイバの中途に設けられ、第１の放射線発光素子から放出された光を所定の強度範囲内に収まるように所定割合で減衰させる第１の光減衰フィルタと、
   第２の光ファイバの中途に設けられ、第２の放射線発光素子から放出された光を前記所定の強度範囲内に収まるように前記所定割合で減衰させる第２の光減衰フィルタとをさらに備えている請求項７または請求項８に記載の放射線モニタ。
10. 第１の放射線発光素子が、第１の発光部と、前記第１の発光部を収納する第１のハウジングと、前記第１のハウジングと前記第１の発光部との間に設けられ前記第１のハウジング内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する第１の中間部材とを有し、
    第２の放射線発光素子が、第２の発光部と、前記第２の発光部を収納する第２のハウジングと、前記第２のハウジングと前記第２の発光部との間に設けられ前記第２のハウジング内面の熱輻射率よりも小さい熱輻射率を有する第２の中間部材とを有している請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の放射線モニタ。
11. 第１の放射線発光素子が、前記第１の放射線発光素子と第１の光ファイバとの接続部における前記第１の光ファイバの外形を前記第１の光ファイバの軸方向に延長した仮想領域内に収められ、
    第２の放射線発光素子が、前記第２の放射線発光素子と第２の光ファイバとの接続部における前記第２の光ファイバの外形を前記第２の光ファイバの軸方向に延長した仮想領域内に収められている請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の放射線モニタ。

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