JP6550699B2 - コンプトンカメラ用検出器及びコンプトンカメラ - Google Patents
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Description
このコンプトンカメラ用検出器では、第1放射線散乱層(11)−放射線吸収層(12)−第2放射線散乱層(13)と配置されている。そのため、例えば、前方の半球(2π[sr])からの放射線は、第1放射線散乱層(11)で散乱され、放射線吸収層(12)で吸収され、後方の半球(2π[sr])からの放射線は、第2放射線散乱層(13)で散乱され、放射線吸収層(12)で吸収される。したがって、前方の半球の検出効率と後方の半球の検出効率とを同じにすることができる。その結果、このコンプトンカメラ用検出器1台で、1回で、全周(4π[sr])方向の検出が可能となる。それにより、放射線を測定するとき、測定機器の設置台数を削減することができ、測定機器による計測回数を削減することができる。更に、放射線吸収層(12)を共用しているので、共用していない場合と比較して、検出器を小型化、軽量化でき、コストも削減できる。
このコンプトンカメラは、上述のコンプトンカメラ用検出器(1)を用いているので、コンプトンカメラ前方の半球の検出効率と後方の半球の検出効率とを同じにすることができる。その結果、そのコンプトンカメラ用検出器を備えたコンプトンカメラ1台で、1回で、全周(4π)方向の検出が可能となる。それにより、放射線を測定するとき、測定機器の設置台数を削減することができ、測定機器による計測回数を削減することができる。更に、検出器を小型化、軽量化でき、コストも削減できる。
ユーザは、コンプトンカメラ5の放射線検出器1を所定の方向へ向ける。放射線検出器1は、例えば、前方にある放射線源50aからの放射線(例示:ガンマ線)を計測する(ステップS01)。
具体的には、前方の放射線源50aからの放射線が放射線検出器1へ入射し、まず、概ね放射線検出器1の複数の第1放射線散乱層11のいずれか一層でコンプトン散乱される。このとき、散乱が起こった第1放射線散乱層11(z1)は、そのセンサ部31における散乱が起こった位置(x1、y1)、及び、放射線が付与したエネルギE1に対応する電荷の変化値を示す信号を出力する。その第1放射線散乱層11の検出部32は、電荷の変化値(エネルギE1に対応)と位置X1(x1、y1、z1)とを示す信号を情報処理装置2へ出力する。
その後、散乱された放射線は、放射線検出器1の複数の放射線吸収層12のいずれか一層で光電吸収される。このとき、吸収が起こった放射線吸収層12(z2)は、そのセンサ部31における吸収が起こった位置(x2、y2)、及び、吸収されたエネルギE2に対応する電荷の変化値を示す信号を出力する。その放射線吸収層12の検出部32は、電荷の変化値(エネルギE2に対応)と位置X2(x2、y2、z2)とを示す信号を情報処理装置2へ出力する。
これら、第1放射線散乱層11での散乱と、放射線吸収層12での吸収とはほぼ同時に発生する。そのため、時系列的にほぼ同時に発生した2つの事象を、一つの放射線による連続した事象と判断することができる。したがって、第1放射線散乱層11−放射線吸収層12で起こる他の散乱/吸収や、第2放射線散乱層13−放射線吸収層12で起こる散乱/吸収と区別することができる。
この場合、放射線源50aのエネルギE01は、下記式(1)で表される。
E01=E1+E2 …(1)
また、コンプトン散乱では、散乱角θaについて、下記式(2)が成り立つ。
E2=E01/(1+E01(1−cosθa)/mc2) …(2)
したがって、式(1)と式(2)とにより、下記式(3)が導かれる。
cosθa=1−mc2/E2+mc2/(E1+E2) …(3)
すなわち、E1、E2を式(3)に代入すれば、散乱角θaが求まる。
そして、情報処理装置2は、放射線源50aからの複数の放射線について、上記ステップS01〜S02を行い、複数の散乱角θaを得る。
ここで、散乱角θaと位置X1と位置X2とから、放射線の入射方向(放射線源50aの方向)は以下の範囲と算出される。すなわち、位置X1を頂点とし、位置X2と位置X1とを結ぶ直線の方向を高さ方向とし、その高さ方向を基準として位置X1から散乱角θaで伸びる母線を有する、円錐51aの側面(の円環)上である。複数の散乱角θaを算出すれば(ステップS01〜S02)、複数の円錐を求めることができ、それら複数の円錐の重なり合う位置を求めることができる。その重なり合う位置が、最終的な放射線源50aの方向と算出できる。そのとき、放射線源50aの入射放射線のエネルギは、例えば、E01=E1+E2である。
ユーザがコンプトンカメラ5の放射線検出器1を所定の方向へ向けたとき、放射線検出器1は、例えば、後方にある放射線源50bからの放射線(例示:ガンマ線)を計測する(ステップS01)。
具体的には、後方の放射線源50bからの放射線が放射線検出器1へ入射し、まず、概ね放射線検出器1の複数の第2放射線散乱層13のいずれか一層でコンプトン散乱される。このとき、散乱が起こった第2放射線散乱層13(z3)は、そのセンサ部31における散乱が起こった位置(x3、y3)、及び、放射線が付与したエネルギE3に対応する電荷の変化値を示す信号を出力する。その第2放射線散乱層13の検出部32は、電荷の変化値(エネルギE3に対応)と位置X3(x3、y3、z3)とを示す信号を情報処理装置2へ出力する。
その後、散乱された放射線は、放射線検出器1の複数の放射線吸収層12のいずれか一層で光電吸収される。このとき、吸収が起こった放射線吸収層12(z4)は、そのセンサ部31における吸収が起こった位置(x4、y4)、及び、吸収されたエネルギE4に対応する電荷の変化値を示す信号を出力する。その放射線吸収層12の検出部32は、電荷の変化値(エネルギE4に対応)と位置X4(x4、y4、z4)とを示す信号を情報処理装置2へ出力する。
これら、第2放射線散乱層13での散乱と、放射線吸収層12での吸収とはほぼ同時に発生する。そのため、時系列的にほぼ同時に発生した2つの事象を、一つの放射線による連続した事象と判断することができる。したがって、第2放射線散乱層13−放射線吸収層12で起こる他の散乱/吸収や、第1放射線散乱層11−放射線吸収層12で起こる散乱/吸収と、区別することができる。
この場合、放射線源50bのエネルギE02は、下記式(4)で表される。
E02=E3+E4 …(4)
また、コンプトン散乱では、散乱角をθbについて、下記式(5)が成り立つ。
E4=E02/(1+E02(1−cosθb)/mc2) …(5)
したがって、式(4)と式(5)とにより、下記式(6)が導かれる。
cosθb=1−mc2/E4+mc2/(E3+E4) …(6)
すなわち、E3、E4を式(6)に代入すれば、散乱角θb求まる。
そして、情報処理装置2は、放射線源50bからの複数の放射線について、上記ステップS01〜S02を行い、複数の散乱角θbを得る。
ここで、散乱角θbと位置X3と位置X4とから、放射線の入射方向(放射線源50bの方向)は以下の範囲と算出される。すなわち、位置X3を頂点とし、位置X4と位置X3とを結ぶ直線の方向を高さ方向とし、その高さ方向を基準として位置X3から散乱角θbで伸びる母線を有する、円錐51bの側面(の円環)上である。複数の散乱角θbを算出すれば(ステップS01〜S02)、複数の円錐を求めることができ、それら複数の円錐の重なり合う位置を求めることができる。その重なり合う位置が、最終的な放射線源50bの方向と算出できる。そのとき、放射線源50bの入射放射線のエネルギは、例えば、E02=E3+E4である。
2 :情報処理装置
5 :コンプトンカメラ
11、11a、11b、11c、11d :第1放射線散乱層
12、12a、12b、12c、12d :放射線吸収層
13、13a、13b、13c、13d :第2放射線散乱層
20 :筐体
21、22 :支持部材
23 :台座
30 :モジュール
31 :センサ部
32 :検出部
33 :開口部
34、35 :配線
36 :トレー
36a :第1部分
36b :第2部分
36b1、36b2 :端部
50a、50b :放射線源
51a、51b :円錐
E、E01、E02、E1、E2、E3、E4 :エネルギ
θa、θb :散乱角
Claims (7)
- 複数の第1放射線散乱層と、
複数の第2放射線散乱層と、
前記複数の第1放射線散乱層と前記複数の第2放射線散乱層との間に設けられた複数の放射線吸収層と
を具備し、
前記第1放射線散乱層と前記放射線吸収層とは、第1検出器の少なくとも一部を構成し、
前記第2放射線散乱層と前記放射線吸収層とは、第2検出器の少なくとも一部を構成し、
前記第1放射線散乱層は、前記放射線吸収層に対して一方の側の半球にある放射線源からの放射線をコンプトン散乱し、
前記第2放射線散乱層は、前記放射線吸収層に対して他方の側の半球にある放射線源からの放射線をコンプトン散乱し、
前記第1放射線散乱層は、第1放射線が散乱されたとき、当該散乱の発生した第1位置及び当該散乱で付与された第1エネルギに対応する第1信号を出力し、
前記第2放射線散乱層は、第2放射線が散乱されたとき、当該散乱の発生した第2位置及び当該散乱で付与された第2エネルギに対応する第2信号を出力し、
前記放射線吸収層は、
前記第1放射線散乱層で散乱された前記第1放射線が吸収されたとき、当該吸収の発生した第3位置及び当該吸収された第3エネルギに対応する第3信号を出力し、
前記第2放射線散乱層で散乱された前記第2放射線が吸収されたとき、当該吸収の発生した第4位置及び当該吸収された第4エネルギに対応する第4信号を出力する
コンプトンカメラ用検出器。 - 請求項1に記載のコンプトンカメラ用検出器において、
前記第1放射線散乱層の層数と前記第2放射線散乱層の層数とは同じである
コンプトンカメラ用検出器。 - 請求項1又は2に記載のコンプトンカメラ用検出器において、
前記第1放射線散乱層と前記放射線吸収層と前記第2放射線散乱層とを積層して保持する保持機構を更に具備する
コンプトンカメラ用検出器。 - 請求項3に記載のコンプトンカメラ用検出器において、
前記保持機構は、前記第1放射線散乱層、前記放射線吸収層及び前記第2放射線散乱層を着脱可能に保持する
コンプトンカメラ用検出器。 - 請求項1に記載のコンプトンカメラ用検出器において、
前記複数の第1放射線散乱層及び前記複数の第2放射線散乱層と、前記複数の放射線吸収層は交互に積層され、
隣り合う2層の前記放射線吸収層間の放射線散乱層は、前記第1放射線散乱層と前記第2放射線散乱層として機能する
コンプトンカメラ用検出器。 - 請求項1に記載のコンプトンカメラ用検出器において、
隣り合う2層の前記放射線吸収層間に配置され、前記複数の第1放射線散乱層のうちの1層と前記複数の第2放射線散乱層のうちの1層として機能する放射線散乱層と
を具備する
コンプトンカメラ用検出器。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のコンプトンカメラ用検出器と、
入射する放射線に応答して前記コンプトンカメラ用検出器の第1放射線散乱層及び放射線吸収層から出力される信号、又は、第2放射線散乱層及び前記放射線吸収層から出力される信号に基づいて、前記放射線源の位置と前記放射線のエネルギとを算出する情報処理装置と
を具備する
コンプトンカメラ。
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