JP6732120B2

JP6732120B2 - 放射性核種を検出する方法、これを用いた放射性核種の検出工程、およびそのための放射線検出装置

Info

Publication number: JP6732120B2
Application number: JP2019519232A
Authority: JP
Inventors: グックムン，ミョン; ヒョンイ，ジュ; ソイム，ギ; ジョン，ビョンイル; イ，ナム−ホ; ヨルキム，ジョン
Original assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Current assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: US20200041661A1; JP2019530877A; CN109964150A; KR20180063811A; US11035963B2; KR101975787B1; CN109964150B

Description

本発明は、放射性核種を検出する方法、前記検出方法を用いた放射性核種の検出工程、およびそのための放射線検出装置に関するものである。

何らかの対象物から放射が出ているかどうかを測定する放射線測定は、原子力施設や医療施設などの分野だけでなく、空港、港湾などを出入りする貨物でも行われるなど、様々な分野で広く行われている。一例として、出入り口に設置され、その出入り口を通過する車両の放射線有無を検査する技術が、韓国登録特許第1581004号（「出入り車両放射線監視システム」、以下先行特許文献1）に開示されている。先行特許文献1に開示されたシステムでは、特定の波長の光線を受けると閃光を発生させるプラスチック閃光体を含んで構成することにより、対象物から出る放射線によって閃光体で発生する閃光信号を分析して、放射線の有無を測定するようになっている。

閃光体についてより詳細に説明すると、以下の通りである。NaI（TL）のような無機閃光体は入射放射線のエネルギーに比例した特定強度の光子を発生させて入射放射線のエネルギーを測定することができる。したがって、無機閃光体は、主に入射放射線のエネルギーと強度を基にして核種分析に主に使われている。一方、PVT（Polyvinyltoluene）のような有機閃光体は、密度が低く、光電効果による入射放射線との相互作用が起こる確率が低く入射放射線のエネルギーを測定するのは難しいという弱点があり、有機閃光体は入射放射線の強度だけを主に測定する。しかし、プラスチック有機閃光体は、無機閃光体に比べて製造が容易でm²大きさ以上の大型の製作が可能なため、貨物内部の放射線の有無を測定する用途に広く使用されている。上述した先行特許文献1の放射線測定システムでもプラスチック閃光体、すなわち有機閃光体を使用することが記載されているように、一般的に空港または港湾の出入口に設置される貨物の放射線検出システムは、25L〜65Lの体積を有するPVTプラスチック閃光体が使用される。

ところで、このような放射線検出システムでは、単に放射線の有無だけでなく、人工放射線の有無、すなわち、人工放射線の核種を判断することができる機能も求められる。前述したように、無機閃光体を使用する放射線検出器を使用する場合は、放射線のエネルギーおよび強度を測定して核種分析を行うことができるので、人工放射線の有無の判断が容易であるが、有機閃光体を使用する放射線検出器を用いている場合は、放射線の強度だけを主に測定するため、人工放射線と自然放射線を区別しなければならない。

現在まで、自然放射線と人工放射線の区分は、第一にプラスチック閃光体で測定したエネルギースペクトルデータをバックグラウンドスペクトルデータと直接比較する方法、第二に、プラスチック閃光体で測定したエネルギースペクトルの各エネルギーに加重値を与えて決定する方法などがある。第一の方法、すなわちスペクトルデータを直接比較する方法は、韓国公開特許第2016-0060208号（「プラスチック閃光体を利用した放射性核種分別方法及び装置」、以下先行特許文献2）に詳細に開示されており、第二の方法、すなわちエネルギーに加重値を適用方法は、韓国公開特許第2010-0033175号（「プラスチック閃光体基盤放射線検出器及びこれを利用した放射性核種の検出方法」、以下先行特許文献3）に詳細に開示されている。

しかし、実際に貨物の放射線検出システムを通過する車両の速度（最大18km/h）と長さ（最大15m）を考慮すると、車両の通過時間が短い場合は3秒、長くても10秒以内であるので、かなりの強度の放射線が検出されない限り、上述した二つの方法の両方が現実的に使用することが困難であり得る。また、いくつかの放射線線源が共存する場合には、さらに判定し難い環境になり得る。

韓国登録特許第1581004号公報韓国公開特許第2016-0060208号公報韓国公開特許第2010-0033175号公報

本発明の目的は、放射性核種を検出する方法、前記検出方法を用いた放射性核種の検出工程、およびそのための放射線検出装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、
本願の第1側面は、
放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて放射性核種を検出する方法であって、
放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定されたバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定された対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行する工程、および
バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較する工程を含み、
前記カウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される放射性核種を検出する方法を提供する。

また、本願の第2側面は、
放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて放射性核種を検出する方法であって、
放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定されたバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定された対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行する工程と、
対象物のカウント比からエネルギーによる規格化値として表される対象物の規格化カウント比を算出し、前記規格化値は、任意のエネルギー値において、対象物のカウント比値およびバックグラウンドのカウント比値の比率で定義される、規格化カウント比算出工程、および
前記対象物の規格化カウント比における規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程を含み、
前記カウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を、前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される放射性核種を検出する方法を提供する。

また、本願の第3側面は、
放射線検出器および前記本願の第1側面による放射性核種を検出する方法を用いた放射性核種の検出工程において、
前記放射線検出器で対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、放射線検出器で対象物がある状態で、対象物のエネルギースペクトルデータを測定するエネルギースペクトルデータの測定工程と、
対象物のエネルギースペクトルデータのカウントが検出基準値以上であれば、前記カウント比算出工程と、カウント比比較工程を順次に実行して放射性核種を検出する放射性核種の検出工程と、を含む放射性核種の検出工程を提供する。

また、本願の第4側面は、
放射線検出器および前記本願の第2側面による放射性核種を検出する方法を用いた放射性核種の検出工程において、
前記放射線検出器で対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、放射線検出器で対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定するエネルギースペクトルデータの測定工程と、
対象物のエネルギースペクトルデータのカウントが検出基準値以上であれば、前記カウント比算出工程と、規格化カウント比算出工程と、規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程を順次に実行して放射性核種を検出する放射性核種検出工程と、を含む放射性核種の検出工程を提供する。

また、本願の第5側面は、
対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、対象物がある状態で、対象物のエネルギースペクトルデータを測定する放射線検出器、
前記放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出を実行する算出部、および
バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較して、放射性核種を区別する判定部を含み、
前記カウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される放射線検出装置を提供する。

本発明に係る放射性核種を検出する方法を採用する場合には、新しい判別式およびアルゴリズムを導入し、実際の対象物から出る放射線がそれほど大きくない場合でも、その核種を非常に効果的かつ容易に判別して示すことができる。特に、本発明は、従来のシステムに新しい装置や部品を導入したりする必要が全くなく、本発明で提示する新しい判別式およびアルゴリズムだけを既存の装置に導入することにより、すぐに適用することができるので、既存の放射線検出システムとの互換性を最大化することができる。

また、前記検出方法を採用する場合には、放射性核種を容易に検出するとができるので、貨物、放射性廃棄物、飲食物等、限りなく多様な対象物に広く拡大して活用することができる効果がある。

本発明において、放射性核種を検出する方法を示す概略図である。プラスチック製の閃光体を使用する放射線検出器によって測定された多様な線源に対するエネルギースペクトルデータの測定結果を示すグラフである。特定のエネルギースペクトルデータを用いて、本発明のローカウント合計、およびハイカウント合計を求める方法を説明したグラフである。特定のエネルギースペクトルデータを用いて、本発明のローカウント合計、およびハイカウント合計を求める方法を説明したグラフである。本発明において、多様な線源に対するエネルギー値によるカウント比を示すグラフである。本発明において、多様な線源に対するエネルギー値によるカウント比を示すグラフである。本発明において、多様な線源に対するエネルギー値による規格化カウント比を示すグラフである。本発明において、多様な線源に対するエネルギー値による規格化カウント比を示すグラフである。本発明において、放射性核種の検出工程を示す概略図である。本発明において、放射線検出装置を概略的に示すブロック図である。

本願の第1側面は、
放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて放射性核種を検出する方法であって、
放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定されたバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定された対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行する工程、および
バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較する工程を含み、
前記カウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される放射性核種を検出する方法を提供する。

以下、本願の第1側面による放射性核種を検出する方法を図1を参照して詳細に説明する。

まず、本発明において放射性核種を検出する理由は、自然放射線および人工放射線を区別するためであり、これらの用語は下記のように定義される。一定水準以下の大きさの放射線は人体に有意な悪影響を与えず、一般的に自然界に存在するものも、この程度の微細な放射線は放出されていることがよく知られているが、このような放射線を自然放射線とする。一方、セシウム（Cs-137）、コバルト（Co-60）などのような人工的な放射性物質の場合には、自然放射線に比べてもっと強い放射線を放出し、この放射線量が多くなると、人体に悪影響を及ぼすこともある。つまり、このような人工的な放射性物質から放出される放射線を人工放射線とする。したがって、本発明の放射性核種を検出する方法は、人体に有害な人工放射線を検出するために実行されるものであり得る。

また、放射性核種を検出するということは、何もない状態（これを一般的に「バックグラウンド状態」という）で測定された自然放射線と比較して、特定の放射性物質から発生する放射線であると推定することができる放射線、つまり、特定の放射線の核種を判別することである。したがって、放射性核種の検出のためには、放射線検出器を利用したエネルギースペクトルデータを得ることが最も基本的な工程になる。

一方、本発明の放射性核種を検出する方法は、新しい装置や部品を導入するのではなく、既存の放射線検出器および検出システムをそのまま活用して、新しい判別式およびアルゴリズムを導入するものである。このような観点から、本発明では、放射線検出器自体や放射線検出器からエネルギースペクトルデータを得る方式自体は、既存と同様なので、これに対する説明は簡略にのみ説明する。

放射線検出器からエネルギースペクトルデータを得る方式を簡単に説明すると、次の通りである。例えば、前記の放射線検出器がプラスチック閃光体を用いた放射線検出器の場合、まず、プラスチック閃光体に対象物から出る放射線を当ててやると、プラスチック閃光体から閃光信号が発生する。この閃光信号を電気信号に変えて、大きさを増幅し、ノイズを除去して、分析可能な信号に変換する。このように変換された信号は、パルスの形態で表示され、このパルスをカウントして、電圧値の大きさによって区分して保存する。このように、各電圧値のパルスをカウントして割り当てられたバッファで一定時間累積管理される個々の過程をそれぞれエネルギーとする。このような過程を通じ、エネルギー値によるカウント値で表されるエネルギースペクトルデータを得ることができる。前述したように、プラスチック閃光体を使用する放射線検出器では、すべてこのような方法でエネルギースペクトルデータを求めているので（上述した先行特許文献1〜3のすべてに、このような方法で求めたエネルギースペクトルのグラフが開示される）、これ以上の詳細な説明は省略する。

このようなエネルギースペクトルデータは、放射線を発生させる根源（線源）になる物質の核種によって異なる。したがって、理想的に考えると、事前にどのような核種からどのような形態のエネルギースペクトルデータが出るのかを知っていれば、測定されたエネルギースペクトルデータから対象物に含まれている線源の核種を判別することができる。

ただし、図2に示すように、エネルギーによるエネルギースペクトルデータのみで区別する場合、各放射性核種によるエネルギースペクトルデータが互いに重なって表されるため、その区別が容易ではないことが分かる。

したがって、本願では、下記に記述するように、新しい判別式およびアルゴリズムを導入して、放射性核種を容易に検出しようとする。

そこで、前記の放射性核種を検出する方法において、まず、工程1は、放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定されたバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定された対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行する工程（S100）である。

ここで、前記カウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義することができる。

図3は、特定のエネルギースペクトルデータを用いた本発明のローカウント合計およびハイカウント合計を求める方法を説明するための図である。図3に示したエネルギースペクトルデータは、バックグラウンドエネルギースペクトルデータや、他の線源に対するスペクトルなどの任意のエネルギースペクトルデータに対して、以下に説明する方法をすべてそのまま適用することができる。

図3に任意のエネルギー値が、矢印のポイントで表示されている。前記任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下または未満のエネルギーをローエネルギー、前記任意のエネルギー値を超えるまたは以上のエネルギーをハイエネルギーとする。本発明では、まず、ローエネルギー内のカウント値をすべて合計したローカウント合計およびハイエネルギー内のカウント値をすべて合計したハイエネルギー合計を求める。

上述したように、任意のエネルギー値を基準にしてローカウント合計およびハイカウント合計を求めることができ、ローカウント合計をハイカウント合計で割った比率をカウント比と定義する。

例えば、図3aを参照すると、任意のエネルギー値は約320keVとして、それ以下又は未満のエネルギーであるローエネルギー領域の各エネルギー値に対するカウント値をすべて合わせてローカウント合計を算出する。また、前記任意のエネルギー値、すなわち320keV超過または以上のエネルギーであるハイエネルギー領域の各エネルギー値に対するカウント値をすべて合わせてハイカウント合計を算出する。その後、前記算出したローカウント合計をハイカウント合計で割ってカウント比を算出する。同じ方法で図3bの場合には、任意のエネルギー値が約680keVになり、前記と同じ方法でカウント比を算出するのである。

また、前記放射線検出器の種類は、気体電離作用を利用した検出器、固体電離作用を利用した検出器（半導体検出器）、または励起作用を利用した検出器であり得、好ましくは励起作用を利用した検出器であり得る。

前記気体電離作用を利用した検出器は、電離箱、比例計数管（Proportional Counter）、消滅ガス（Quenching gas）、またはGM計数管（Geiger Muller Counter）であり得るが、これらに限定されるものではない。

前記固体電離作用を利用した検出器（半導体検出器）は、P-N接合型検出器、表面障壁型検出器、Liドリフト型（p-i-n型）検出器、または高純度半導体型検出器であり得るが、これらに限定されるものではない。

また、前記励起作用を利用した検出器は、シンチレータ内の何かの発光物質に放射線が入射すると、この物質の原子や分子が励起後に基底状態に戻るときに適当な波長の光を出し、この光がシリコングリスやルーサイト（Lusite）パイプを介して光電子増倍管に入り、Sb-Scが蒸着した光電面で電子に変化させ、これをダイノード（dynode）で増幅して電気的な信号を得る検出器として、前記シンチレータは無機結晶型、有機結晶型、液体型、またはプラスチック型であり得るが、これらに限定されるものではない。

次に、工程2は、バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較する工程（S200）である。

前記比較する工程は、前記バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較して、カウント比が同じエネルギー値を見つける工程を含む工程であり得る。

また、前記比較する工程で見つけた同じエネルギー値と予め用意した放射性核種別エネルギー値を比較して、対象物から検出された放射性核種を区別する工程をさらに含む工程であり得る。

ここで、前記比較する工程で見つけた同じエネルギー値と予め用意した放射性核種別エネルギー値は、常に同一値で表示されないことがあるので、前記比較する工程で見つけた同じエネルギー値が予め用意した放射性核種別エネルギー値と比較して約20％の誤差範囲内であれば、同じ放射性核種であると判断する。

一方、前記予め用意した放射性核種別エネルギー値は、放射性核種別に前記本願の第1側面に沿って実行して既に保存されたエネルギー値を意味する。

また、本願の第2側面は、
放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて放射性核種を検出する方法であって、
放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定したバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定した対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行する工程と、
対象物のカウント比からエネルギーによる規格化値として表される対象物の規格化カウント比を算出し、前記規格化値は、任意のエネルギー値において、対象物のカウント比値およびバックグラウンドのカウント比値の比率で定義される規格化カウント比算出工程、および
前記対象物の規格化カウント比における規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程とを含み、
前記カウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される、放射性核種を検出する方法を提供する。

つまり、前記本願の第1側面と同様に、本明細書の第2側面もまた、放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定したバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定した対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行する工程を含む。

ただし、本願の第2側面では、以降の規格化カウント比算出工程および規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程を含む点で、本願の第1側面との差がある。

以下、本願の第2側面に対して前記本願の第1側面とは異なる構成について詳細に説明する。

まず、本願の第1側面のように、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行した後に、対象物のカウント比からエネルギーによる規格化値として表される対象物の規格化カウント比を算出する。

ここで、前記規格化値は、任意のエネルギー値において、対象物のカウント比値およびバックグラウンドのカウント比値の比率で定義される。以下、対象物のカウント比値をバックグラウンドカウント比値で割った値を第1規格化値とし、バックグラウンドカウント比値を対象物のカウント比値で割った値を第2規格化値とする。

ここで、前記エネルギー値を見つける工程の値1は、第1規格化または第2規格化エネルギー比データ算出工程の対象物のエネルギー比データの代わりに、バックグラウンドエネルギー比データから得られるバックグラウンド第1規格化または第2規格化エネルギーの比データから、エネルギーによって一定の値で得られる第1規格化または第2規格化値としての1を意味する。

また、前記本願の第1側面及び第2側面の放射性核種を検出する方法において、前記カウント比算出を実行する工程は、エネルギー値を変化させながら行なわれるものであり得、前記カウント比は、予め決定された任意ののエネルギー区間、すなわち、予め決定された下限エネルギー値ないし上限エネルギー値内で定義されるものであり得る。

ここで、下限エネルギー値は、一般的に0または1で決定することができる。前記エネルギー値は、離散値（discrete value）であり、いわばインデックスに該当するものである。ここで、一般的にインデックスをナンバリングするに当たり、0から開始する場合、または1から開始する場合が、すべて広く使用されていて、したがって、インデックスナンバリングを0から開始した場合、前記下限エネルギー値は0になり得、インデックスナンバリングを1から開始した場合は、前記下限エネルギー値は、1になり得る。

また、上限エネルギー値はもちろん、実際のエネルギー値のうちの最高値に決定することもできる。ただし、図2に示すように、エネルギー値が1〜400の時のカウント値が100〜10,000程度の比較的非常に大きな値が出てくるのに対し、エネルギー値が大きくなればなるほど、カウント値がますます小さくなることが一般的な傾向であることが分かる。すなわち、図2を参照すると、エネルギー値が約1,000以上になると、カウント値が1〜10程度にしかならないので、上述のようなローカウント合計値やハイカウント合計値を求めるにおいて大きな影響を及ぼさない。このような点を考慮して、前記上限エネルギー値は、一般的にカウント値が10近辺かそれ以下に落ちる地点のエネルギー値で適切に決定することができる。本発明の例示では、図2に示したように、エネルギー値の全体範囲が1〜2400程度であるため、前記の上限エネルギー値を1000程度に決定することができる。一方、エネルギー値の全体範囲が、例えば1〜512である場合、1〜1,024である場合など、さまざまな場合があり、このような場合には、前記上限エネルギー値は256、512などのように、適切に異なって決定することができる。

もう一度整理すると、上限エネルギー値を決定する理由は、実質的にハイカウント合計値を算出するに当たり、合計しても、最終的な結果値に大きな影響を及ぼさない小さな値が出てくるエネルギーを除去し、計算負荷を軽減するためである。したがって上限エネルギー値は、上述したような事項を考慮して、カウント値が10以下に落ちる地点付近のエネルギー値で適切に決定すればよい。

この場合、前記任意のエネルギー値を前記下限エネルギー値から前記上限エネルギー値まで変化させながら、それぞれのエネルギー値に対してカウント比が求められる。具体的な例を挙げれば、図3aは、任意のエネルギー値が320である場合を示しており、予め決定された任意のエネルギー区間が1〜800の時、ローカウント合計=（エネルギー値が1の時のカウント値+エネルギー値が2の時のカウント値+・・・+エネルギー値が320の時のカウント値）となり、また、ハイカウント合計=（エネルギー値が321の時のカウント値+エネルギー値が322の時のカウント値+・・・+エネルギー値が800の時のカウント値）になり、このことから、エネルギー値が320の時のカウント比値=（ローカウント合計/ハイカウント合計）値を求めることができる。図3bは、エネルギー値が680である場合を示しており、同様にローカウント合計=（エネルギー値が1の時のカウント値+エネルギー値が2の時のカウント値+・・・+エネルギー値が680の時のカウント値）になり、また、ハイカウント合計=（エネルギー値が681の時のカウント値+エネルギー値が682の時のカウント値+・・・+エネルギー値が800の時のカウント値）になり、このことから、エネルギー値が680の時のカウント比値=（ローカウント合計/ハイカウント合計）値を求めることができる。このように、下限エネルギー値が1であり、上限エネルギー値が800とすると、エネルギー値が1の時のカウント比値を求め、エネルギー値が2であるときのカウント比値を求め、・・・、エネルギー値が800の時のカウント比値を求めることができる。

すなわち、図4aおよび図4bを参照すると、バックグラウンドエネルギースペクトルデータと対象物のエネルギースペクトルデータを用いてカウント比を算出した後、エネルギーに対するバックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を一つのグラフ上に示すと各放射性核種に対してそのカウント比値が肉眼での区別が容易であることが分かる。また、それぞれの放射性核種に対するカウント比とバックグラウンドカウント比が特定のエネルギー値で一度交差するので、交差するエネルギー値を見つければ、対象物に含まれる放射性核種の種類を確認することができる。

例えば、図4aを参照する場合は、Ba-133のカウント比がバックグラウンドカウント比と約100のエネルギー値で一度交差することを確認することができ、図4bを参照する場合は、Co-60のカウント比がバックグラウンドトカウント比と約720のエネルギー値で交差することを確認することができる。したがって、特定の放射線源のエネルギーに対するカウント比がバックグラウンドカウント比とグラフ上で一度交差するので、交差する点のエネルギー値を読んで、特定の放射線源の核種を判断することができる。

また、図5a及び図5bを参照すると、図5aは、エネルギーによって、第1規格化値で表される第1規格化カウント比に対するグラフであり、図5bは、エネルギーによって、第2規格化値で表される第2規格化カウント比に対するグラフである。小さなエネルギー区間において、前記第1規格化カウント比は1よりも小さい第1規格化値を有するが、前記第2規格化カウント比は1よりも高い第2規格化値を有することが確認できる。ただし、前記のグラフはすべて高エネルギー区間に移動することにより、規格化値1を過ぎて、それぞれ高いまたは低い規格化値を示すことが確認できる。

つまり、前記本願の第2側面による放射性核種を検出する方法は、対象物の規格化カウント比における規格化値が1になる点を必ず含むので、規格化値が1となるエネルギー値を見いだすことにより、放射性核種を検出するものであり得る。

詳細には、本願の第1側面で述べたような方法で、前記規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程で見つけたエネルギー値と予め準備した規格化値が1になる放射性核種別エネルギー値を比較して対象物から検出された放射性核種を区別するものであり得、ここで、前記予め準備した規格化値が1になる放射性核種別エネルギー値は、放射性核種別に前記本願の第2側面に沿って実行して既保存されたエネルギー値を意味する。

ここで、前記規格化値が1になるエネルギー値が予め準備した放射性核種別エネルギー値と常に同じ値で表わされないことがあり得、前記規格化値が1になるエネルギー値が予め準備した放射性核種別エネルギー値と比較して約20％の誤差範囲内であれば、同じ放射性核種であると判断する。

また、本願の第3側面は、
放射線検出器および前記本願の第1側面による放射性核種を検出する方法を利用した放射性核種の検出工程において、
前記放射線検出器で対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、放射線検出器で対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定するエネルギースペクトルデータの測定工程と、
対象物のエネルギースペクトルデータのカウントが検出基準値以上であれば、前記カウント比算出工程とカウント比比較工程を順次に実行して、放射性核種が検出される放射性核種の検出工程と、を含む放射性核種の検出工程を提供する。

また、本願の第4側面は、
放射線検出器および前記本願の第2側面による放射性核種を検出する方法を利用した放射性核種の検出工程において、
前記放射線検出器で対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、放射線検出器で対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定するエネルギースペクトルデータの測定工程と、
対象物のエネルギースペクトルデータのカウントが検出基準値以上であれば、前記カウント比算出工程と、規格化カウント比算出工程と、規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程を順次に実行して放射性核種検出される、放射性核種検出工程と、を含む
放射性核種の検出工程を提供する。

前記本願の第3側面及び第4側面は、それぞれ、本明細書の第1側面及び第2側面の放射性核種を検出する方法を活用したものであり、図6に、前記の過程を示した。本願の第3側面及び第4側面は、前記放射性核種を検出する方法を実行する前に、放射線検出器で対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、放射線検出器で対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定する。

そして、対象物のエネルギースペクトルデータのカウントが検出基準値以上であれば、前記本願の第3側面及び第4側面では、それぞれ本願の第1側面及び第2側面の放射性核種を検出する方法を実行して、放射性核種を検出する。

ここで、前記検出基準値は1.2程度で決定することができる。つまり、バックグラウンドスペクトルデータのカウント対比対象物のエネルギースペクトルのカウントが1.2倍以上になると、対象物が人工放射性物質を含んでいると疑われる水準と判断するものである。検出基準値1.2は、バックグラウンドカウントと対比して20％以上増加したものであり検出基準値は、装置を運用する機関または人によって変更され得る。

例えば、バックグラウンド状態でカウント値が10,000個出てくるとすると、対象物が進入した状態で、カウント値が11,500個出てきた場合は、この対象物は、自然放射線水準の放射線を放出するものであって安全であると判断するのである。このような場合、つまり、バックグラウンドスペクトルデータのカウント対比対象物の測定スペクトルデータのカウントが前記検出基準値未満であれば、前記対象物に放射性物質が含まれていないと判断され、前記対象物が通過する、対象物通過工程が実行される。

一方、バックグラウンド状態でカウント値が10,000個出てくるとすると、対象物が進入した状態で、カウント値が12,500個出てきた場合は、この対象物は、自然放射線水準以上の放射線を放出するものであって、人工的な放射性物質を含んでいるかどうか正確に検査してみる必要があると判断することになる。

ここで、対象物が人工的な放射性物質を含んでいるかどうかは、前記本願の第1側面または第2側面の放射性核種の検出方法を介して判断することができる。つまり、バックグラウンドスペクトルデータのカウント対比対象物のスペクトルデータのカウントが前記検出基準値以上であれば、第1側面または第2側面の放射性核種の検出方法が行われるが、これにより放射性核種を検出して対象物が人工放射性物質を含んでいかどうかを確認することができる。

前記放射性核種検出工程で前記対象物に人工放射線が存在しないと判断されると、この対象物は、多少強い強度の放射線を放出してはいるが、人工的な放射性物質を含んでいるのではなく安全なものと判断され、従って、前記対象物は、検査台を通過させて送り出せば良い。

前記放射性核種検出工程で前記対象物に人工放射線が存在すると判断されれば、別途管理のための隔離検査台に前記対象物を移動する対象物隔離工程が実行される。このように隔離検査台に移動した前記対象物は、安全に外部と隔離された状態で、より精密な検査を行うなどの別途の管理が行われる。

また、本願の第5側面は、
対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定する放射線検出器、
前記放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出を実行する算出部、および
バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較して、放射性核種を分離する判定部を含み、
前記カウント比は、
任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される、放射線検出装置を提供する。

以下、放射線検出装置について、図7を参照して詳細に説明する。

図7を参照すると、本発明の放射線検出装置１００は、対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定する放射線検出器１１０と、前記放射線検出器１１０から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出を実行する算出部１２０と、バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較して、放射性核種を区別する判定部１３０を含む。

そして、前記判定部１３０を介して放射性核種を確認すると、使用者がこれを把握できるように放射性核種を表示する表示部１４０をさらに含む。

ここで、本発明による放射線検出装置１００は、放射性核種を判別するために、放射性核種別データを保存しているメモリ部１５０と、前記判定部１３０を介して把握された特定の放射線源に対するデータを前記メモリ部１５０に保存されている放射性核種別データと比較して、一致する放射性核種を選別する核種判別部１６０をさらに含む。

前記メモリ部１５０には、特定の放射性核種に対して前記放射線区別方法を介して、放射性核種別データを事前に確保して、これを分類して保存する。このようなデータは、実験室で複数の実験を通じて、各放射性核種別データを確保することができる。

そして、前記核種判別部１６０で放射性核種が判別されると、前記表示部１４０に、これを表示して、使用者が把握できるようにする。したがって、測定の結果、人体に有害な放射性核種が検出される、これを隔離するように措置することができる。

このような構成で、前記放射線検出器１１０は、従来から使用されている装置をそのまま使用することができる。そして、前記放射線検出器１１０は、測定空間を迅速にスキャンしてデータを取得することができる。

そして、前記算出部１２０と、前記判定部１３０と、前記核種判別部１６０は、簡単な計算を通じて結果を導出することができるので、前記の放射線検出器１１０を介して確保されたデータをリアルタイムで処理して、使用者に放射性核種を判定して、人工放射線の有無を知らせることができる。

一例として、船舶を通じて大量の対象品を輸入する場合には、従来は対象品から特定数量をサンプリングして、放射線の有無を測定したので、信頼性がやや低い問題があった。しかし、本発明の放射線検出装置１００を使用すると、船舶に船積されたコンテナすべてをスキャンして、迅速かつ正確に結果を導出することができるので、輸入されるすべての対象品に対して検査を行うことができ、信頼性を向上させることができる。

１００：放射線検出装置
１１０：放射線検出器
１２０：算出部
１３０：判定部
１４０：表示部
１５０：メモリ部
１６０：核種判別部

Claims

放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて放射性核種を検出する方法であって、
放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定されたバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定された対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行してバックグラウンドカウント比および対象物のカウント比を算出する工程、および
バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較する工程を含み、
前記任意のエネルギー値に対するカウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される、放射性核種を検出する方法。
前記比較する工程は、
前記バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較して、カウント比が同じエネルギー値を見つける工程を含む、請求項１に記載の放射性核種を検出する方法。
前記比較する工程で見つけた同じエネルギー値と予め準備した放射性核種別エネルギー値を比較して、対象物から検出された放射性核種を区別する工程をさらに含む、請求項２に記載の放射性核種を検出する方法。
放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて放射性核種を検出する方法であって、
放射性核種を検出しようとする対象物なしに測定されたバックグラウンドエネルギースペクトルデータおよび対象物がある状態で測定された対象物のエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出をそれぞれ実行してバックグラウンドカウント比および対象物のカウント比を算出する工程と、
対象物のカウント比からエネルギーによる規格化値として表される対象物の規格化カウント比を算出し、前記規格化値は、任意のエネルギー値において、対象物のカウント比値およびバックグラウンドカウント比値の比率で定義される、規格化カウント比算出工程、および
前記対象物の規格化カウント比における規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程と、を含み、
前記任意のエネルギー値に対するカウント比は、任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される、放射性核種を検出する方法。
前記カウント比の算出を実行する工程が、エネルギー値を変化させながら実行される、請求項１または請求項４に記載の放射性核種を検出する方法。
前記カウント比が、予め決定された任意のエネルギー区間内で定義されるものである、請求項１または請求項４に記載の放射性核種を検出する方法。
前記規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程で見つけたエネルギー値と予め準備した規格化値が1になる放射性核種別エネルギー値を比較して、対象物から検出された放射性核種を区別する工程をさらに含む、請求項４に記載の放射性核種を検出する方法。
放射線検出器及び請求項1の放射性核種を検出する方法を利用した放射性核種の検出工程において、
前記放射線検出器で対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、放射線検出器で対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定するエネルギースペクトルデータの測定工程と、
対象物のエネルギースペクトルデータのカウントが検出基準値以上であれば、前記カウント比算出工程とカウント比比較の工程を順次に実行して、放射性核種を検出する放射性核種の検出工程と、を含む放射性核種の検出工程。
放射線検出器及び請求項４の放射性核種を検出する方法を利用した放射性核種の検出工程において、
前記放射線検出器で対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、放射線検出器で対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定するエネルギースペクトルデータの測定工程と、
対象物のエネルギースペクトルデータのカウントが検出基準値以上であれば、前記カウント比算出工程と規格化カウント比算出工程と規格化値が1となるエネルギー値を見つける工程とを順次に実行して、放射性核種を検出する放射性核種検出工程と、を含む放射性核種の検出工程。
対象物がない状態でバックグラウンドエネルギースペクトルデータを測定し、対象物がある状態で対象物のエネルギースペクトルデータを測定する放射線検出器と、
前記放射線検出器から得られるエネルギーによるカウントで表されるエネルギースペクトルデータを用いて、任意のエネルギー値に対するカウント比の算出を実行してバックグラウンドカウント比および対象物のカウント比を算出する算出部、および
バックグラウンドカウント比と対象物のカウント比を比較して、放射性核種を分離する判定部と、を含み、
前記任意のエネルギー値に対するカウント比は、
任意のエネルギー値を中心に、前記任意のエネルギー値以下のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値を超えるカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率または前記任意のエネルギー値未満のカウント値を合計したローカウント合計を前記任意のエネルギー値以上のカウント値を合計したハイカウント合計で割った比率で定義される、放射線検出装置。