JP6663077B2 - 放射線モニタ - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバを用いた放射線モニタに関する。
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の一例として、特許文献1には、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、放射線発光素子に接続され、発光部から放出された光を伝送する光ファイバと、光ファイバに接続され、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電気パルス変換器と、電気パルス変換器に接続され、電気パルス変換器から発信された電気パルスを計数する電気パルス検出器と、電気パルス検出器に接続され、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が記載されている。
また、高密度で高解像度を達成できるシンチレータ組成物及びその製造方法を提供することを目的として、特許文献2には、ATaO4(式中、Aはランタノイド元素、Sc、Yのうちのいずれか1〜5種の元素を表す。)で表される化合物からなることを特徴とするシンチレータ組成物が記載されている。
従来、放射線の線量率を測定する放射線モニタとして、電離箱、GM計数管(ガイガー・ミュラーカウンタ)、シンチレーション検出器、半導体検出器が用いられている。特に低線量率環境下を測定可能な放射線モニタには半導体検出器が適用される。
半導体検出器を用いた放射線モニタは、例えば原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等で利用されている。半導体検出器を用いた放射線モニタでは、放射線入射により生成される電子正孔対を利用し、半導体への印加電圧により生じた電気パルスの計数率から線量率を導出する。
一方、半導体検出器は高電圧を印加する必要があるため、空気中の水素濃度が高い場合に爆発の危険性を伴う可能性がある。また、半導体から生成される電気パルス信号を利用するため、他計測機器へ電気ノイズを発信するとともに他計測機器からの電気ノイズを受信する可能性がある。
防爆及び電気ノイズを抑制可能な検出器として、光ファイバ型の放射線モニタがあり、例えば、上述した特許文献1に記載の技術がある。光ファイバ型放射線検出器は、入射放射線に対して生成された複数の光子を光ファイバで伝送して線量率を計測するため、放射線検知部への給電が不要、及び電気ノイズの受発信を抑制可能である。
本発明者らは、上述した特許文献1において、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として、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(イットリウムとアルミニウムの複合酸化物(Y3Al5O12)から成るガーネット構造の結晶)等の光透過性材料と、この光透過性材料中に含有されたイッテルビウム(Yb)、ネオジム(Nd)、セリウム(Ce)、プラセオジウム(Pr)等の希土類元素とにより形成させることを提案した。しかしながら、入射放射線の計数率が低下する低線量率環境下における計測性を確保するため、光ファイバを用いた放射線モニタの更なる検出感度の向上が望まれていた。
一般に、放射線の検出効率を向上させるため、密度の高いシンチレータ結晶を適用することが望ましい。高密度なシンチレータ結晶としてはタンタル酸塩(密度:7〜9g/cm3)が知られる(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、高密度なタンタル酸塩を用いた特許文献2に記載の従来技術では、一般的に残光が課題となっている。発光部を用いた検出器では、入射放射線により電子・正孔対が生成され、それらが再結合する際に発せられる光を検出するものである。ここで、残光は、生成されて伝導帯に励起された電子が、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲され、捕獲された電子がある程度の時間が経過した後に再び伝導帯に励起され、輻射遷移により正孔と再結合することに起因する。この影響により、線量率測定精度の低下が問題となる。とりわけ、低線量率環境下においては計数率が低下するため、一般的に、十分な統計精度を得ることは難しい。この残光による測定精度の低下は、低線量率環境下における測定誤差の増大を招くため、タンタル酸塩結晶を放射線検知部へ適用することは困難である、との問題がある。
また、残光はシンチレータ結晶の温度上昇により増加する。これは、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子が熱により伝導帯に励起され、輻射遷移により電子が正孔と再結合する確率が増加するためである。残光は温度上昇と共に顕著となるため、タンタル酸塩結晶を放射線検知部に適用し、室温以上の環境下で線量率を測定する場合、線量率測定精度の低下が問題となる。このように、前述の従来技術では、特に残光の影響による線量率測定精度、及び耐熱性の低下による線量率測定精度の低下が問題となる。
本発明の目的は、光ファイバを用いた放射線モニタにおいて、線量率測定精度を従来に対して向上させることができる放射線モニタを提供することにある。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、線量率を計測する放射線モニタであって、ATaO4:B,C (1) (式(1)中、Aは4f−4f遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも1種類以上の元素から選択され、Bは4f−4f遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも1種類以上の元素のうちAとは異なる元素から選択され、Cは5d−4f遷移を備えた希土類群のうち少なくとも1種類以上の元素から選択される)で表される蛍光体を有する放射線検知部と、前記蛍光体で発生した光子を伝送する光ファイバと、前記光ファイバによって伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、前記光検出器で変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から前記カウンタでの前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部と、を備えたことを特徴とする。
本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
本発明によれば、光ファイバを用いた放射線モニタの線量率測定精度を従来に対して向上させることができる。
以下に本発明の放射線モニタの実施形態を、図面を用いて説明する。
<第1の実施形態>
本発明の放射線モニタの第1の実施形態を、図1乃至図10を用いて説明する。最初に放射線モニタの全体構成について図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る放射線モニタ1を示すブロック図である。図2は、図1の放射線モニタ1における放射線検知部2の概略拡大断面図である。
本発明の放射線モニタの第1の実施形態を、図1乃至図10を用いて説明する。最初に放射線モニタの全体構成について図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る放射線モニタ1を示すブロック図である。図2は、図1の放射線モニタ1における放射線検知部2の概略拡大断面図である。
当該放射線モニタ1は、線量率を計測するものであり、図1に示すように、概略的に、放射線検知部2と、光ファイバ3と、光検出器4と、カウンタ5と、解析・表示装置6とを備えている。放射線モニタ1で計測することができる放射線としては、例えば、X線、γ線等の電磁波や、α線、β線、中性子線等の粒子線が挙げられる。
放射線検知部2は、図2に示すように、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する蛍光体7とハウジング8を有する素子である。すなわち、本実施形態では、放射線モニタ1は、発光部(例えば、蛍光体7)がハウジング8に収納されている。
蛍光体7の組成は、下記の一般式(1)で表される。
ATaO4:B,C … (1)
ATaO4:B,C … (1)
式(1)中、Aは、4f−4f遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも1種類以上の元素から選択される。好適には、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)の少なくとも1種類以上の元素から選択される。
式中、Bは、Aとは異なる元素で、4f−4f遷移を備えた希土類群のうち少なくとも1種類以上の元素から選択される。好適には、Aとは異なる元素で、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)の少なくとも1種類以上の元素から選択される。
特に、蛍光体7に含有させる添加物のBの濃度は、一般式(1)で表される組成物の総質量に対して、1×10−3〜30質量%、より好適には0.1〜10質量%の範囲内にすることが好ましい。これにより、添加物Bによる高い発光強度をより確実に得ることが可能である。
式(1)中、Cは5d−4f遷移を備えた希土類群のうち少なくとも1種類以上の元素から選択される。好適には、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、テルビウム(Tb)の少なくとも1種類以上の元素から選択される。AやBとしてPr、Nd、Tbが選択されたときは、Cは選択されなかった元素のうち少なくとも1種類以上の元素から選択されることが望ましい。
また、蛍光体7に含有させる添加物Cの濃度は、一般式(1)で表される組成物の総質量に対して1×10−6〜30質量%、より好適には0.01〜10質量%の範囲内にすることが好ましい。これにより、添加物Bに起因する残光をより低減することができる。
蛍光体7の製造方法は、一般式(1)で表される組成物を育成可能であれば特に限定されず、例えば、フローティングゾーン法、チョクラルスキー法(引き上げ法)、マイクロ引下げ法、ブリッジマン法、ベルヌーイ法等を採用することができる。
このように、蛍光体7が高密度母材であるATaO4、及び添加物であるBが4f−4f遷移を備えた希土類元素を少なくとも1種以上含有していることで、放射線入射により母材に付与されたエネルギーが、高効率で添加物Bの励起エネルギーに利用される。したがって、高密度母材を用いることで、ATaO4は、放射線に対する母材の吸収効率を向上させ、また、母材のAと付活剤である添加物Bは、光ファイバ3において伝送効率の高い500〜700nmの光の発光効率を高めることができ、検出感度を向上可能となる。
蛍光体7に含有させる希土類元素であるA,B,及びCのうち、元素イオンの価数は、発光に利用可能なものであれば特に限定されず、例えば、2価、3価、4価等を利用することができる。
また、一般に、4f−4f遷移と比較して5d−4f遷移は105倍短い蛍光寿命を持つ。本実施形態では、添加物であるCとして5d−4f遷移を備えた希土類元素を少なくとも1種以上含有している。上述のように、蛍光体7に入射した放射線により生成された電子のうち、ある程度の割合の電子が結晶中の欠陥及び不純物に捕獲される。しかし、5d−4f遷移を備えた希土類元素では蛍光寿命が4f−4f遷移より短いため、捕獲された電子が速やかに再び伝導帯に励起され、輻射遷移により正孔と再結合する。これにより、添加物Bに起因する残光を生じさせる電子数を減らすことができるため、添加物Bに起因する残光を効率的に低減可能となり、線量率測定精度を向上させることが可能となる。
更に、添加物であるCの5d−4f遷移は、発光を伴わずに熱エネルギーとして放出する無輻射遷移、または発光を伴う輻射遷移を示す。一般に、添加物Cの輻射遷移による発光は、500nm以下の発光波長を示す。
ここで、4f−4f遷移を備えた添加物Bに起因する残光は、蛍光体7の温度上昇と共に増加する。これは、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子が熱により伝導帯に励起され、輻射遷移による電子と正孔の再結合確率が増加するためである。このため、添加物Cとして4f−4f遷移と比較して蛍光寿命の短い5d−4f遷移を備える元素とすることで、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子が、高効率で正孔との再結合に利用される。これにより、蛍光体7の温度上昇に伴う添加物Bに起因する残光を生じさせる準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子数を減らすことができるため、高温時においても残光を効率的に低減可能となり、蛍光体7の耐熱性を向上させることが可能となる。これは、室温以上の環境下で線量率を測定する場合に特に効果的であり、高温環境下における線量率測定精度を向上可能となる。
すなわち、母材であるA及び添加物であるBのそれぞれに4f−4f遷移を備えた希土類元素を含有させ、また、添加物であるCに5d−4f遷移を備えた希土類元素を含有させることで、下記の効果を有する。
(1)添加物Bに起因する残光を効率的に低減することができ、線量率測定精度の向上が可能となる。
(2)蛍光体7の温度上昇に伴う残光の効率的な低減による、蛍光体7の耐熱性の向上を図ることができ、高温環境下における線量率測定精度の向上が可能となる。
蛍光体7は、1μs以上の長い減衰時定数を有することで、より効果的に光ファイバ3から伝送された単一光子の集団を単一光子一つ一つに分解することができる。なお、1μs未満の減衰時定数を有する蛍光体7を使用することもできる。
ハウジング8は、蛍光体7を収納する容器である。ハウジング8を構成する材料としては、計測対象の放射線が透過可能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。
図1に戻って、光ファイバ3は、放射線検知部2に接続され、蛍光体7から放出された光を伝送する。この光ファイバ3は、放射線検知部2と後述する光検出器4に接続されている。光ファイバ3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。
光検出器4は、光ファイバ3に接続され、光ファイバ3から伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する検出器である。この光検出器4は、光ファイバ3と後述するカウンタ5に接続されている。光検出器4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、電流増幅された一つの電流パルス信号として単一光子を検出できる。
カウンタ5は、光検出器4に接続され、光検出器4から入力された電気パルス信号を計数する装置である。このカウンタ5は、光検出器4と後述する解析・表示装置6に接続されている。カウンタ5としては、例えば、デジタルシグナルプロセッサ等を採用することができる。
解析・表示装置6は、カウンタ5に接続されており、カウンタ5で計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算し、その値を表示する装置である。解析・表示装置6は、単一光子の電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースを保有している記憶装置と、上記データベースを用いて電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を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を備えている。解析・表示装置6としては、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、本明細書において「電気パルス信号の計数率」とは、単位時間あたりに測定された電気パルス信号の数を意味している。
従来のγ線の計数率から放射線の線量率を換算する手法と異なり、本発明では、γ線の入射によって蛍光体7で生成された複数の光子に含まれる単一光子の計数率から放射線の線量率を換算する。なお、本明細書において「単一光子」とは、放射線の入射によって生成された電子・正孔対の再結合によって蛍光体7の内部で生成された一つ一つの光子を指す。
図3は、放射線の線量率と単一光子の計数率の関係の一例を示す概略図である。図3に示すように、単一光子の計数率を計測できれば放射線の線量率を取得することができる。したがって、この関係を用いることで測定した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算することができる。
次に、本実施形態の放射線モニタ1の動作について説明する。
図4は、放射線20が蛍光体7に入射した際の光の生成について、その一例を示す概略図である。図4において、放射線20が蛍光体7に入射すると、相互作用21が生じる。この相互作用21に伴い、複数の単一光子22が発生する。
図5は、光検出器の出力を計測したと仮定した場合の、電気パルス信号23の一例を示す概略図である。通常、蛍光体7に一つの放射線20が入射すると複数の単一光子22が多数生成され、図5に示すような一つの電気パルス信号24として測定される。一方、本実施形態では、添加物Bとして、蛍光寿命が比較的長い4f−4f遷移を備えた希土類群のなかから選択された元素を含んでいるため、一つ一つの単一光子22としてまとまらずに生成される。このため、光ファイバ3から伝送された一つ一つの単一光子22を光検出器4で測定することができる。図5に示すように、単一光子22は、光検出器4によって約2nsの時間幅を持った電気パルス信号23として測定する。
図6は、放射線照射停止後の経過時間と計数率の関係の一例を示す概略図である。通常、4f−4f遷移を備えた蛍光体に所定の積算線量の放射線を照射し、照射停止直後の計数率を測定した場合、図6における残光特性25に示すように、時間の経過と共に計数率は緩やかに減少し、長い減衰時定数が観測される。一方、一般式(1)で表される本実施形態の蛍光体7を用いた放射線照射停止直後の計数率を測定した場合、結晶中の欠陥及び不純物に捕獲された電子は、高効率で5d−4f遷移を備えた元素に入射した放射線によって生成された正孔との再結合に利用されることにより、図6における残光特性26に示すように係数率が速やかに減衰する。このため、残光を低減することが可能であり、減衰時定数の短縮を実現できる。なお、本明細書において「所定の積算線量」とは、放射線の線量率に照射時間を乗じた放射線量の合算を表す。
図7は、放射線検知部2の温度に対する計数率測定結果の一例を示す概略図である。通常、4f−4f遷移を備えた蛍光体の残光は、図7の耐熱性27に示すように、放射線検知部の温度が上昇すると共に増加する。このため、放射線入射により生成された単一光子の計数率は、残光の影響により、放射線検知部の温度上昇と共に増加する。一方、5d−4f遷移を備えた添加物Cを含む本実施形態の蛍光体7であれば、図7の耐熱性28に示すように、温度上昇に伴う残光を効率的に低減できるため、計数率の増加を低減することが可能である。
このように、当該放射線モニタ1の蛍光体7が一般式(1)で表される高密度母材であるATaO4を備え、A及びBのそれぞれに4f−4f遷移を備えた希土類元素を少なくとも1種類以上、また、添加物であるCに5d−4f遷移を備えた希土類元素を少なくとも1種類以上含有させることによって、放射線モニタ1は、蛍光体7において、添加物Bに起因する残光を効率的に低減することができ、光ファイバ3を伝送された単一光子22の計数率を測定し、放射線の線量率測定精度を向上させることができる。また、放射線モニタ1は、蛍光体7において、温度上昇に伴う添加物Bに起因する残光を添加物Cによって効率的に低減することができ、光ファイバ3を伝送された単一光子22の計数率を高い精度で測定できる。このため、高温環境下における放射線の線量率の測定精度を向上させることができる。
次に、当該放射線モニタ1の好適な使用例について図8乃至図10を用いて説明する。
図8は、図1の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。図8に示すように、放射線モニタ1のうち、放射線検知部2が測定対象エリア30の内側に設置され、光検出器4と、カウンタ5と、解析・表示装置6とが測定対象エリア30の外側に設置される。放射線検知部2と光検出器4とは、光ファイバ3により接続する。これにより、例えば、原子炉建屋、原子炉格納容器内部の室温以上の高温環境下において放射線の線量率を高精度に測定することができる。
図9は、図1の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。図9に示すように、放射線モニタ1を2つ用意するとともに、測定対象エリア30の内側の異なる箇所に放射線検知部2を設置することにより、測定対象エリア30の線量率分布を高精度に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等における室温以上の環境下に本実施形態の放射線モニタを適用することができる。なお、用意する放射線モニタ1の数は2つに限られず、3つ以上であってもよい。
図10は、図1の放射線モニタにおける更なる他の使用例を示す概略図である。図10に示すように、測定対象エリア30の内側に、二つの放射線検知部2を有する放射線モニタ1Eを設置し、放射線検知部2をそれぞれ異なる箇所に設置するとともに、光検出器4以降を共通とする。このような構成によっても、測定対象エリア30の線量率分布を高精度に計測することができる。なお、放射線検知部2の数は2つに限られず、3つ以上であってもよい。
<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態に係る放射線モニタについて、図11乃至図13を用いて説明する。なお、以下の第2の実施形態では、第1の実施形態と同じ構成には同一の符号を示し、異なる部分のみ説明する。すなわち、説明が省略された部分は第1の実施形態と同様であり、以下の実施形態においても同様とする。
本発明の第2の実施形態に係る放射線モニタについて、図11乃至図13を用いて説明する。なお、以下の第2の実施形態では、第1の実施形態と同じ構成には同一の符号を示し、異なる部分のみ説明する。すなわち、説明が省略された部分は第1の実施形態と同様であり、以下の実施形態においても同様とする。
図11は、第2の実施形態に係る放射線モニタ1Aを示す概略ブロック図である。図11に示すように、本実施形態の放射線モニタ1Aは、第1の実施形態の放射線モニタ1とは波長フィルタ40を有する点で異なっている。
波長フィルタ40は、放射線検知部2の蛍光体7と光検出器4との間の光ファイバ3の部分に設置され、光ファイバ3から伝送された光子のうち所定の範囲内の波長の光子を透過する装置である。このように、波長フィルタ40によって所定の範囲の波長を透過させる機能を設けることで、蛍光体7で発生する添加物B以外の発光波長を取り除くことができる。
添加物であるCの5d−4f遷移は、発光を伴わずに熱エネルギーとして放出する無輻射遷移、または発光を伴う輻射遷移を示す。一般に、添加物Bの4f−4f遷移による発光は500nm以上、また、添加物Cの5d−4f遷移による発光は、500nm以下の発光波長を示すため、波長フィルタ40は500nm以上の波長の光子を透過させるものとすることが望ましい。
このようの特性の波長フィルタ40を適用することで添加物Bの4f−4f遷移による発光をより正確に弁別可能となり、放射線の線量率の測定精度を更に向上させることが可能である。なお、本明細書において「所定の範囲内の波長」とは、透過可能な波長範囲を示し、特定波長の光子のみを透過させることで光子を制御する。
本実施形態の光検出器4では、波長フィルタ40を透過した一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する。
本発明の第2の実施形態の放射線モニタ1Aにおいても、前述した第1の実施形態の放射線モニタ1とほぼ同様な効果が得られる。
また、波長フィルタ40を更に備えたことで、添加物Cの5d−4f遷移による発光を除外することができるようになり、放射線の線量率測定精度をより向上させることができる。
次に、当該放射線モニタ1Aの好適な使用例について説明する。
図12は、図11の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。図12に示すように、放射線モニタ1Aのうち、放射線検知部2が測定対象エリア30の内側に設置され、光ファイバ3と接続された波長フィルタ40と、光検出器4と、カウンタ5と、解析・表示装置6とが測定対象エリア30の外側に設置される。これにより、例えば、原子炉建屋、原子炉格納容器内部の室温以上の高温環境下において放射線の線量率を高精度に測定することができる。
図13は、図11の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。図13に示すように、測定対象エリア30の内側に、2つの放射線モニタ1Aを設置することにより、測定対象エリア30の線量率分布を高精度に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等における室温以上の環境下に放射線モニタ(モニタ・測定方法)が適用できる。なお、用意する放射線モニタ1Aの数は2つに限られず、3つ以上であってもよい。
<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態に係る放射線モニタについて、図14を用いて説明する。
本発明の第3の実施形態に係る放射線モニタについて、図14を用いて説明する。
図14は、第3の実施形態に係る放射線モニタ1Bを示す概略ブロック図である。図14に示すように、本実施形態の放射線モニタ1Bは、2つの放射線検知部2を有し、2つの光ファイバ3が同一の波長フィルタ40と接続される点で第2の実施形態の放射線モニタ1Aと異なっている。
なお、放射線検知部2や光ファイバ3は2つである必要はなく、3つ以上とすることができる。
本発明の第3の実施形態の放射線モニタ1Bにおいても、前述した第2の実施形態の放射線モニタ1Aとほぼ同様な効果が得られる。
また、本実施形態によれば、当該放射線モニタ1Bは、波長フィルタ40、光検出器4、カウンタ5、及び解析・表示装置6の員数が低減され、放射線モニタ1Bの小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器4の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現できる。
また、光検出器4としては、例えば、位置検出型の光電子増倍管、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。これにより、光検出器4における光子検出位置情報から、2つ以上の放射線検知部2における各線量率を識別して測定することが可能である。
<第4の実施形態>
本発明の第4の実施形態に係る放射線モニタについて、図15を用いて説明する。
本発明の第4の実施形態に係る放射線モニタについて、図15を用いて説明する。
図15は、第4の実施形態に係る放射線モニタ1Cを示す概略ブロック図である。図15に示すように、本実施形態の放射線モニタ1Cは、更に、2本の光ファイバ3から伝送された光子のうち、いずれの光子を光検出器4に伝送するかを選択する光選択機構41と、解析・表示装置6と光選択機構41の間に接続され、光選択機構41においていずれの光子を光検出器4に伝送するかを選択する制御を実行する制御装置42を備える点で異なっている。
光選択機構41は、光選択機構41と接続された2本の光ファイバ3のうちいずれの光ファイバ3からの入力を受け付けるかを選択する機構である。この光選択機構41としては、2本のうち一方の光ファイバ3を選択可能であればその構造などは特に限定されず、例えば、光スイッチ、光カプラ、光スプリッタ等を採用することができる。なお、選択する光ファイバ3は、3つ以上とすることも可能である。
制御装置42は、解析・表示装置6と上述の光選択機構41に接続されており、解析・表示装置6で測定が終了しているかを判別し、その判別結果に応じて光選択機構41を制御する装置である。解析・表示装置6で測定が終了した場合には、制御装置42は光選択機構41を駆動させ、選択する光ファイバ3を変更する。なお、3つ以上の光ファイバを選択することも可能である。
本発明の第4の実施形態の放射線モニタ1Cにおいても、前述した第3の実施形態の放射線モニタ1Bとほぼ同様な効果が得られる。
また、本実施形態によれば、当該放射線モニタ1Cは、波長フィルタ40、光検出器4、カウンタ5、及び解析・表示装置6の員数が低減され、放射線モニタ1Cの小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器4の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現される。
また、2つ以上ある放射線検知部2の全ての測定を自動化することができ、測定に要する労力及び時間を大幅に低減可能である。
<第5の実施形態>
本発明の第5の実施形態に係る放射線モニタについて、図16を用いて説明する。
本発明の第5の実施形態に係る放射線モニタについて、図16を用いて説明する。
図16は、第5の実施形態に係る放射線モニタ1Dを示す概略ブロック図である。図16に示すように、更に、一つ一つの光ファイバ3と光選択機構41の間に接続され、光ファイバ3から伝送された光子の所定の範囲の波長を透過させる波長フィルタ40を備える点で異なっている。
波長フィルタ40は、一つ一つの光ファイバ3と光選択機構41との間に接続されており、一つ一つの放射線検知部2から伝送される光子のうち、それぞれの光子の波長に対応する波長フィルタ40を選択することが可能である。
本発明の第5の実施形態の放射線モニタ1Dにおいても、前述した第4の実施形態の放射線モニタ1Cとほぼ同様な効果が得られる。
また、本実施形態によれば、当該放射線モニタ1Dは、光検出器4、カウンタ5、及び解析・表示装置6の員数が低減され、放射線モニタ1Dの小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器4の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現される。また、2つ以上ある放射線検知部2の全ての測定を自動化することができ、測定に要する労力及び時間を大幅に低減可能である。更に、波長フィルタ40を一つ一つの光ファイバ3と接続することにより、複数の異なる測定対象の環境に応じて最適な放射線検知部2を適用することが可能である。
<その他>
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
1,1A,1B,1C,1D,1E…放射線モニタ
2…放射線検知部
3…光ファイバ
4…光検出器
5…カウンタ
6…解析・表示装置(解析部)
7…蛍光体
8…ハウジング
20…放射線
21…相互作用
22…単一光子
23…電気パルス信号
24…電気パルス信号
25…蛍光体(ATaO4:B)の残光特性
26…蛍光体(ATaO4:B,C)の残光特性
27…蛍光体(ATaO4:B)の耐熱性
28…蛍光体(ATaO4:B,C)の耐熱性
30…測定対象エリア
40…波長フィルタ
41…光選択機構
42…制御装置
2…放射線検知部
3…光ファイバ
4…光検出器
5…カウンタ
6…解析・表示装置(解析部)
7…蛍光体
8…ハウジング
20…放射線
21…相互作用
22…単一光子
23…電気パルス信号
24…電気パルス信号
25…蛍光体(ATaO4:B)の残光特性
26…蛍光体(ATaO4:B,C)の残光特性
27…蛍光体(ATaO4:B)の耐熱性
28…蛍光体(ATaO4:B,C)の耐熱性
30…測定対象エリア
40…波長フィルタ
41…光選択機構
42…制御装置
Claims (11)
- 線量率を計測する放射線モニタであって、
下記一般式(1)で表される蛍光体を有する放射線検知部と、
前記蛍光体で発生した光子を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバによって伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、
前記光検出器で変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、
単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から前記カウンタでの前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部と、を備えた
ことを特徴とする放射線モニタ。
ATaO4:B,C … (1)
式(1)中、Aは4f−4f遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも1種類以上の元素から選択され、Bは4f−4f遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも1種類以上の元素のうちAとは異なる元素から選択され、Cは5d−4f遷移を備えた希土類群のうち少なくとも1種類以上の元素から選択される。 - 請求項1に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式(1)における前記Cが、Ce、Pr、Nd、Tbのうち少なくとも1種類以上の元素から選択される
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項1に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式(1)における前記Aおよび前記Bが、Sm、Eu、Gd、Tb、Dyのうち少なくとも1種類以上の元素から選択される
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項1に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式(1)における前記Cが、前記蛍光体の総質量に対して1×10−6〜30質量%含まれる
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項1に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式(1)における前記Bが、前記蛍光体の総質量に対して、1×10−3〜30質量%含まれる
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項1に記載の放射線モニタにおいて、
前記蛍光体は、1μs以上の減衰時定数を有する
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項1に記載の放射線モニタにおいて、
更に、前記放射線検知部の前記蛍光体と前記光検出器との間の前記光ファイバの部分に、前記光子の所定の範囲内の波長を透過させる波長フィルタを備え、
前記光検出器は、前記波長フィルタを透過した一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項7に記載の放射線モニタにおいて、
前記前記放射線検知部および前記光ファイバを少なくとも2つ以上備えた
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項8に記載の放射線モニタにおいて、
更に、前記光ファイバから伝送された光子を選択する光選択機構と、
前記解析部と前記光選択機構の間に接続され、前記光選択機構を制御する制御装置と、を備えた
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項9に記載の放射線モニタにおいて、
前記波長フィルタを、少なくとも2つ以上の前記放射線検知部と前記光検出器との間にそれぞれ設けた
ことを特徴とする放射線モニタ。 - 請求項1に記載の放射線モニタにおいて、
前記放射線検知部は、測定対象エリアの内に設置され、前記光検出器、前記カウンタ、および前記解析部は、前記測定対象エリアの外に設置され、測定対象エリア内の線量率を測定する
ことを特徴とする放射線モニタ。
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