JP6746223B2 - 放射線モニタ - Google Patents
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Description
<放射線モニタの構成>
図1は、第1実施形態に係る放射線モニタ10の構成図である。
放射線モニタ10は、放射線を検出する機器である。図1に示すように、放射線モニタ10は、放射線発光部11と、光ファイバ12a〜12eと、光電変換器13a〜13eと、計数装置14a〜14e(計数部)と、演算装置15(演算部)と、表示装置16と、を備えている。
図2に示す例では、放射線発光部11(図1参照)に放射線rが入射すると、基底状態(エネルギ準位n1)の電子が、放射線rのエネルギによって、矢印s1,s2で示すように、より高いエネルギの励起状態(エネルギ準位n3,n4)に遷移する。
図3Aに示す例では、放射線発光部11が円柱状を呈しており、その円形の端面11zに5本の光ファイバ12a〜12eが接続されている。光ファイバ12aは、その一端が端面11zの中心に接続され、他端が光電変換器13a(図1参照)に接続されている。以下では、放射線発光部11の中心部に接続されている光ファイバ12aを「中心部の光ファイバ」という。
図4の横軸は、放射線発光部11に入射する放射線のエネルギである。図4の縦軸は、中心部の光ファイバ12a(図3B参照)を介して伝送されるフォトンの計数率である。
図4に示す曲線fは、放射線の線量率を所定値で維持しつつ、放射線のエネルギを変えて、複数の点をプロットすることで作成されたものである。
図4に示すように、放射線のエネルギが低くなるにつれて、中心部の光ファイバ12aに入射するフォトンの計数率が高くなっている(つまり、放射線に対する感度が上がっている)場合を例に以下説明する。
図5の横軸は、放射線発光部11に入射する放射線のエネルギである。図5の縦軸は、光ファイバ12a〜12e(図3B参照)における放射線の感度である。この感度は、単位時間当たりに光ファイバ12a〜12eに入射するフォトンの計数率に比例している。
図5に示すように、放射線発光部11の中心部・周縁付近のいずれにおいても、放射線のエネルギが低くなるにつれて、放射線の感度が高くなっている。これは、前記したように、放射線のエネルギが低くなるにつれて、放射線発光部11で生成されるフォトンの計数率が高くなるからである(図4参照)。
光電変換器13aは、光ファイバ12aを介して伝送されるフォトンを電気パルスに変換する機器である。より詳しく説明すると、光電変換器13aに1個のフォトンが入射すると、光電変換によって、1つの電気パルスが発信されるようになっている。このような光電変換器13aとして、例えば、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを用いることができる。なお、他の光電変換器13b〜13eについても同様である。このように、光電変換器13a〜13eは、光ファイバ12a〜12eを介して伝送されるフォトンを、これらの光ファイバ12a〜12eごとに、電気パルスに変換する機能を有している。
図6に示すように、演算装置15は、記憶部151と、演算部152と、を備えている。記憶部151には、感度比‐エネルギ情報m1と、エネルギ‐補正係数情報m2と、計数率‐線量率情報m3と、が格納されている。なお、これらの各情報については後記する。
ステップS101において演算部152は、中心部の光ファイバ12aに対する周縁付近の光ファイバ12b〜12eの感度比を算出する。このステップS101の処理について具体的に説明すると、演算部152は、まず、計数装置14a(図1参照)からのデータに基づき、中心部の光ファイバ12aを介して伝送されたフォトンの計数率を読み込む。この計数率を「中心部の計数率」という。
図8の横軸は、放射線発光部11に入射する放射線のエネルギである。図8の縦軸は、ステップS101の算出結果である感度比である。
図8に示すように、放射線のエネルギが低くなるにつれて、中心部に対する周縁付近の感度比が高くなっている。前記したように、放射線のエネルギが低くなるにつれて、放射線発光部11の中心部よりも周縁付近の方が放射線の感度が高くなるという傾向が顕著になるからである(図5参照)。そして、図8に示すような感度比‐エネルギ情報m1が、データテーブル又は数式として、予め記憶部151(図6参照)に格納されている。
図9の横軸は、放射線発光部11に入射する放射線のエネルギである。図9の縦軸は、中心部の計数率に乗算される補正係数である。
図9に示す例では、放射線のエネルギが低くなるにつれて、補正係数が小さくなっている。これは、前記したように、放射線のエネルギが低いほど、補正前の中心部の計数率が大きくなり、場合によっては、この計数率が所定の許容範囲(図4参照)を超えるからである。このようなエネルギ‐補正係数情報m2が、データテーブル又は数式として、予め記憶部151(図6参照)に格納されている。
図10の横軸は、放射線の線量率である。図10の縦軸は、ステップS104の処理によって補正された後の中心部の計数率である。
図10に示すように、フォトンの計数率(補正後の中心部の計数率)と、放射線の線量率と、は一対一対応の線形関係になっている。このような計数率‐線量率情報m3が、データテーブル又は数式として、予め記憶部151(図6参照)に格納されている。
なお、図7のステップS101〜S105の処理は、所定周期で繰り返される(「RETURN」)。
第1実施形態によれば、放射線発光部11の中心部の計数率と、周縁付近の計数率と、の比(感度比)に基づいて、演算装置15が、放射線のエネルギを算出し(S101,S102:図7参照)、このエネルギに基づいて、中心部の計数率を補正するようにしている(S103,S104)。これによって、放射線の線量率を高精度で検出できる(S105)。
第2実施形態は、放射線モニタ10A(図11参照)が光ファイバ切替器17を備える点が、第1実施形態とは異なっている。また、第2実施形態は、放射線モニタ10Aが、光電変換器13及び計数装置14を一つずつ備える点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他の構成(光ファイバ12a〜12eの接続位置や演算装置15の構成・処理等)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分の説明を省略する。
図11に示すように、放射線モニタ10Aは、放射線発光部11と、光ファイバ12a〜12fと、光ファイバ切替器17と、光電変換器13と、計数装置14と、演算装置15と、表示装置16と、を備えている。
演算装置15は、計数装置14に接続されるとともに、光ファイバ切替器17にも接続されている。演算装置15は、光ファイバ12a〜12eのうち、光ファイバ切替器17を介して光電変換器13に接続されている光ファイバの識別情報を、この光ファイバを介して伝送されるフォトンの計数率に対応付けて記憶する。そして、演算装置15は、光ファイバ切替器17によって選択されている光ファイバの識別情報、及び計数装置14の計数結果に基づいて、放射線の線量率を算出する。
第2実施形態によれば、光電変換器13及び計数装置14の個数が、例えば、1つずつで足りる。したがって、第1実施形態に比べて、放射線モニタ10Aの製造コストを削減できる。
第3実施形態は、放射線モニタ10B(図12参照)が、減衰フィルタ18a〜18e及び光結合器19を備え、減衰フィルタ18a〜18eを用いて、計数率の補正をアナログ的に行う点が、第1実施形態とは異なっている。また、第3実施形態は、第1実施形態で説明した感度比‐エネルギ情報m1(図6参照)やエネルギ‐補正係数情報m2(図6参照)を、演算装置15Bに格納する必要がない点が、第1実施形態とは異なっている。
なお、光ファイバ12a〜12eの接続位置や、光電変換器13、計数装置14、及び表示装置16の機能については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図12に示すように、放射線モニタ10Bは、放射線発光部11と、減衰フィルタ18a〜18eと、光結合器19と、光電変換器13と、計数装置14と、演算装置15Bと、表示装置16と、を備えている。
第3実施形態によれば、光電変換器13及び計数装置14の個数が1つで足りるため、第1実施形態に比べて、放射線モニタ10Bの低コスト化を図ることができる。また、減衰フィルタ18b〜18eを用いて、放射線のエネルギに基づく計数率の補正がアナログ的に行われるため、第1実施形態に比べて、演算装置15の処理の簡素化を図ることができる。
第4実施形態は、放射線発光部11(図13参照)の端面11zの周縁付近に接続されている光ファイバ12hの本数が8本である点が、第1実施形態とは異なっている。また、第4実施形態は、円形の端面11z(図13参照)の径方向において、中心部と周縁付近との間(中間部という)にも8本の光ファイバ12iが接続されている点が、第1実施形態とは異なっている。なお、放射線モニタ10Cの全体構成は、第1実施形態(図1参照)と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図13に示すように、放射線モニタ10Cは、複数本の光ファイバとして、中心部の光ファイバ12gと、周縁付近の8本の光ファイバ12hと、中間部の8本の光ファイバ12iと、を備えている。
第4実施形態によれば、前記したように、中心部・中間部・周縁付近の計数率のうち、線量率の算出に用いられるものが、演算装置15によって適宜に選択される。これによって、広範囲のエネルギにおいて、放射線の線量率を高精度で測定できる。
第5実施形態は、放射線モニタ10D(図14参照)が、周縁付近の光ファイバ12hを介して伝送される光を結合する光結合器19hを備えるとともに、中間部の光ファイバ12iを介して伝送される光を結合する光結合器19iを備える点が、第4実施形態とは異なっている。なお、その他(光ファイバ12g,12h,12iの接続位置、演算装置15の処理等)については、第4実施形態と同様である。したがって、第4実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分の説明を省略する。
図14に示すように、放射線モニタ10Dは、放射線発光部11と、光ファイバ12g,12h,12iと、光結合器19h,19iと、光電変換器13g,13h,13iと、計数装置14g,14h,14iと、演算装置15と、表示装置16と、を備えている。
なお、中心部・中間部・周縁部の計数率に基づいて、演算装置15が放射線の線量率を算出する処理については、第4実施形態と同様であるから、説明を省略する。
第5実施形態によれば、同様のエネルギ特性を有する周縁付近の8本の光ファイバ12hが光結合器19hに接続され、また、中間部の8本の光ファイバ12iが光結合器19iに接続されている。したがって、それぞれの光ファイバに対応して、光電変換器や計数装置をひとつずつ設ける第4実施形態と比べて、光電変換器13g,13h,13iや計数装置14g,14h,14iの個数が少なくて済む。これによって、放射線モニタ10Dの製造コストを削減できる。
第6実施形態は、放射線モニタ10E(図15参照)が、光結合器19h,19i,20及び減衰フィルタ18g,18h,18iを備える点が、第4実施形態とは異なっている。また、減衰フィルタ18g,18h,18iを用いて、計数率の補正をアナログ的に行う点が、第4実施形態とは異なっている。なお、その他の構成(光ファイバ12g,12h,12iの接続位置等)については、第4実施形態と同様である。したがって、第4実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図15に示すように、放射線モニタ10Eは、放射線発光部11と、光結合器19h,19i(別の光結合器)と、減衰フィルタ18g,18h,18iと、光結合器20と、光電変換器13と、計数装置14と、演算装置15と、表示装置16と、を備えている。
減衰フィルタ18g,18h,18iの減衰率は、第3実施形態と同様に、光ファイバ12g,12h,12iの感度のエネルギ依存性に基づいて設定されている。例えば、中心部の光ファイバ12gに接続された減衰フィルタ18gは、その減衰率が最も低い。放射線発光部11の径方向の中心部は、周縁付近や中間部に比べて、放射線が届きにくいからである。
一方、周縁付近の光ファイバ12hに接続された減衰フィルタ18hは、その減衰率が最も高い。放射線発光部11の径方向の周縁付近は、中心部や中間部に比べて、多くの放射線が入射するからである。なお、前記した減衰率の大小関係は一例であり、これに限定されるものではない。
第6実施形態によれば、同様のエネルギ特性を有する周縁付近の8本の光ファイバ12hが光結合器19hに接続され、また、中間部の8本の光ファイバ12iが光結合器19iに接続されている。したがって、減衰フィルタ18g,18h,18iの個数を第3実施形態(図12参照)よりも少なくすることができ、放射線モニタ10Eの製造コストを削減できる。
第7実施形態は、放射線モニタ10F(図16A参照)が、光ファイバ12g,12h,12i(図16B参照)と一対一で接続される複数の放射線発光素子11g,11h,11i(図16B参照)を備える点が、第1実施形態とは異なっている。なお、その他(放射線モニタ10Fの全体構成や演算装置15の処理)については、第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態とは異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
図16A、図16Bに示すように、放射線発光部11Fは、細長い円柱状を呈する放射線発光素子11g,11h,11iが、樹脂等によって一つに束ねられた構成になっている。中心部の放射線発光素子11gは、光ファイバ12gに一対一で対応して接続されている。同様に、径方向の周縁付近や中間部の放射線発光素子11h,11iは、光ファイバ12h,12iに一対一で対応して接続されている。
第7実施形態によれば、細長い円柱状の放射線発光素子11g,11h,11iを束ねて放射線発光部11Fが構成され、さらに、それぞれの放射線発光素子11g,11h,11iの周壁面が遮蔽材jで覆われている。したがって、放射線発光部11Fの径方向における放射線の感度の差(図5参照)が付きやすくなり、放射線のエネルギを正確に測定できる。これによって、第1実施形態よりも、放射線の線量率をさらに高精度に測定できる。
以上、本発明に係る放射線モニタ10等について各実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、第1実施形態では、放射線のエネルギに基づいて、放射線発光部11の中心部の計数率を補正する処理について説明したが、これに限らない。すなわち、放射線発光部11の中心部に代えて、周縁付近の計数率を演算部152が補正し、補正後の計数率及び放射線のエネルギに基づいて、放射線の線量率を算出するようにしてもよい。このように、演算部152は、感度比(計数率の比)の算出に用いた計数率(中心部・周縁付近の計数率)の一方、及び放射線のエネルギに基づいて、放射線の線量率を算出する。
なお、放射線発光部11の中心部・周縁付近の両方に関して、計数率の和や平均等の所定の演算を行うことで、計数率を補正するようにしてもよい。
図17に示す変形例では、放射線発光部11Gが、径方向の中心部の放射線発光素子11gと、中間部の放射線発光素子11iと、の隙間に介在する円筒状の遮蔽材j、及び円筒状の反射材k,kを備えている。そして、径方向の外側に向かって順に、反射材k、遮蔽材j、及び反射材kが配置されている。
また、例えば、レーザ等を用いて、一つの放射線発光部11の中に光学的な境界を作ることで、放射線発光部11を分割してもよい。これによって、第7実施形態よりも放射線発光部11の製造コストを削減できる。
また、各実施形態では、演算装置15が、放射線の時々刻々の線量率を算出する場合について説明したが、これに限らない。例えば、演算装置15が、放射線の線量率に基づいて、放射線量を算出するようにしてもよい。
11,11F,11G 放射線発光部
11g,11h,11i 放射線発光素子
11z 端面
12a,12b,12c,12d,12e,12g,12h,12i 光ファイバ
13,13a,13b,13c,13d,13e,13g,13h,13i 光電変換器
14,14a,14b,14c,14d,14e,14g,14h,14i 計数装置(計数部)
15,15B 演算装置(演算部)
16 表示装置
17 光ファイバ切替器
18a,18b,18c,18d,18e,18g,18h,18i 減衰フィルタ
19,20 光結合器
19h,19i 光結合器(別の光結合器)
L1,L2 距離
j 遮蔽材
k 反射材
Claims (10)
- 自身に入射する放射線によってフォトンを生成する放射線発光部と、
前記放射線発光部に接続され、前記放射線発光部で生成されたフォトンを伝送する複数本の光ファイバと、
複数本の前記光ファイバを介して伝送されるフォトンを、前記光ファイバごとに、電気パルスに変換する光電変換器と、
前記光電変換器から入力される電気パルスを計数することで、複数本の前記光ファイバを介して伝送されるフォトンの個数を、前記光ファイバごとに計数する計数部と、
前記計数部の計数結果に基づいて、前記放射線の線量率を少なくとも算出する演算部と、を備え、
複数本の前記光ファイバには、前記放射線発光部の中心と、前記放射線発光部における前記光ファイバの接続位置と、の距離が異なるものが含まれており、
前記演算部は、前記放射線発光部の前記中心の付近に接続されている第1光ファイバを介して伝送されるフォトンの計数率と、前記放射線発光部の周縁付近に接続されている第2光ファイバを介して伝送されるフォトンの計数率と、の比である感度比に基づいて、前記放射線のエネルギを算出し、前記放射線のエネルギに対応する所定の補正係数を、前記第1光ファイバを介して伝送されるフォトンの計数率に乗算することで、フォトンの計数率を補正し、補正後のフォトンの計数率に基づいて、前記放射線の線量率を算出すること
を特徴とする放射線モニタ。 - 複数の前記光電変換器が、複数本の前記光ファイバに一対一で対応して接続され、
複数の前記計数部が、複数の前記光電変換器に一対一で対応して接続されること
を特徴とする請求項1に記載の放射線モニタ。 - 複数本の前記光ファイバのうち、前記光電変換器にフォトンを伝送する光ファイバを順次に切り替える光ファイバ切替器を備え、
前記演算部は、前記光ファイバ切替器によって選択されている前記光ファイバの識別情報、及び前記計数部の計数結果に基づいて、前記放射線の線量率を算出すること
を特徴とする請求項1に記載の放射線モニタ。 - 前記放射線発光部は、イッテルビウム、ネオジム、セリウム、及びプラセオジウムのうち一つ又は複数の希土類元素をイットリウム・アルミニウム・ガーネットに含有してなるシンチレータであること
を特徴とする請求項1に記載の放射線モニタ。 - 前記放射線発光部は、複数本の前記光ファイバに一対一で対応して接続される複数の放射線発光素子が束ねられて構成され、
前記距離が異なる前記放射線発光素子の隙間に介在し、光を遮蔽する遮蔽材、
及び/又は、
前記距離が異なる前記放射線発光素子の隙間に介在し、光を反射する反射材を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の放射線モニタ。 - 自身に入射する放射線によってフォトンを生成する放射線発光部と、
前記放射線発光部に接続され、前記放射線発光部で生成されたフォトンを伝送する複数本の光ファイバと、
複数本の前記光ファイバを介して伝送されるフォトンを、前記光ファイバごとに、電気パルスに変換する光電変換器と、
前記光電変換器から入力される電気パルスを計数する計数部と、
前記計数部の計数結果に基づいて、前記放射線の線量率を少なくとも算出する演算部と、を備え、
複数本の前記光ファイバには、前記放射線発光部の中心と、前記放射線発光部における前記光ファイバの接続位置と、の距離が異なるものが含まれており、
前記距離が等しい複数本の前記光ファイバに接続される光結合器を少なくとも一つ備え、
前記光電変換器が、前記光結合器に一対一で対応して接続され、
前記計数部が、前記光電変換器に一対一で対応して接続されること
を特徴とする放射線モニタ。 - 自身に入射する放射線によってフォトンを生成する放射線発光部と、
前記放射線発光部に接続され、前記放射線発光部で生成されたフォトンを伝送する複数本の光ファイバと、
複数本の前記光ファイバから入射するフォトンである光をそれぞれ減衰させる複数の減衰フィルタと、
複数の前記減衰フィルタの後段側に接続される光結合器と、
前記光結合器を介して伝送されるフォトンを電気パルスに変換する光電変換器と、
前記光電変換器から入力される電気パルスを計数する計数部と、
前記計数部の計数結果に基づいて、前記放射線の線量率を少なくとも演算する演算部と、を備え、
複数本の前記光ファイバには、前記放射線発光部の中心と、前記放射線発光部における前記光ファイバの接続位置と、の距離が異なるものが含まれていること
を特徴とする放射線モニタ。 - 前記距離が等しい複数本の前記光ファイバに接続される別の光結合器を少なくとも一つ備え、
前記減衰フィルタが、前記別の光結合器の後段側に一対一で対応して接続されること
を特徴とする請求項7に記載の放射線モニタ。 - 前記放射線発光部は、イッテルビウム、ネオジム、セリウム、及びプラセオジウムのうち一つ又は複数を含む希土類元素をイットリウム・アルミニウム・ガーネットに含有してなるシンチレータであること
を特徴とする請求項7に記載の放射線モニタ。 - 前記放射線発光部は、複数本の前記光ファイバに一対一で対応して接続される複数の放射線発光素子が束ねられて構成され、
前記距離が異なる前記放射線発光素子の隙間に介在し、光を遮蔽する遮蔽材、
及び/又は、
前記距離が異なる前記放射線発光素子の隙間に介在し、光を反射する反射材を備えることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の放射線モニタ。
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