JP6823526B2 - Radiation detector and radiation measurement method - Google Patents

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Description

本発明は、荷電粒子または中性子を計測することが可能な放射線検出器および放射線の測定方法に関する。 The present invention relates to a radiation detector capable of measuring charged particles or neutrons and a method for measuring radiation.

小型かつ極めて安価であると同時に、中性子イメージ作成の処理速度が極めて高速である中性子イメージ検出器として、特許文献１には、中性子入射によって生じた蛍光を、一定の間隔で１次元的にまたは２次元的に収集し、収集した蛍光を検出して、中性子の入射位置を決定する中性子イメージ検出方法であって、蛍光を検出する際、フォトン計測法を用いて検出し、出力された各フォトンにより生成されたパルス信号を、フォトン一個により生成されるパルス信号の時間幅と同一の間隔幅で発生させたクロック信号を基に取り出し、出力されたパルス信号を計数し、１つの中性子が入射した際得られる入射位置を変数とした計数分布を求め、得られた計数分布に基づき重心計算を行い中性子の入射位置を決定する技術が記載されている。 As a neutron image detector that is compact and extremely inexpensive, and at the same time has an extremely high processing speed for neutron image creation, Patent Document 1 states that fluorescence generated by neutron injection is unidimensionally or 2 at regular intervals. It is a neutron image detection method that quantitatively collects and detects the collected fluorescence to determine the incident position of neutrons. When detecting fluorescence, it is detected using a photon measurement method, and each photon output is used. The generated pulse signal is taken out based on the clock signal generated with the same interval width as the time width of the pulse signal generated by one photon, the output pulse signal is counted, and when one neutron is incident. A technique for determining the incident position of a neutron by obtaining a count distribution with the obtained incident position as a variable and calculating the center of gravity based on the obtained count distribution is described.

特開２０１１−１７９８６３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-179863

従来から存在する、荷電粒子（アルファ線、ベータ線等）を検出する放射線検出器としては、ガス検出器やシンチレーション検出器、半導体検出器がある。 Conventionally existing radiation detectors for detecting charged particles (alpha rays, beta rays, etc.) include gas detectors, scintillation detectors, and semiconductor detectors.

ガス検出器は、ガスを封入した容器内に金属ワイヤーを設置した構造のもので、荷電粒子が検出器内のガスを電離することによって電子が生成され、その電子を金属ワイヤー近傍の高電界領域で増幅することによって電気信号として計測する検出器である。 The gas detector has a structure in which a metal wire is installed in a container filled with gas, and electrons are generated when charged particles ionize the gas in the detector, and the electrons are transferred to a high electric field region near the metal wire. It is a detector that measures as an electric signal by amplifying with.

しかし、高線量率環境下においては、ガス検出器では、入射してくるガンマ線と、封入したガスや検出器容器材料とのコンプトン散乱による電子を数多く計測してしまうことから、荷電粒子との弁別が困難である、との問題がある。 However, in a high dose rate environment, the gas detector measures a large number of electrons due to Compton scattering between the incident gamma rays and the enclosed gas or the detector container material, so that it is discriminated from charged particles. There is a problem that it is difficult.

シンチレーション素子を用いた荷電粒子検出器では、シンチレーション素子に荷電粒子が入射するとシンチレーション素子が発光する。そしてその発光を光電子増倍管等を用いて電気信号に変換し、その電気信号をもとに荷電粒子を計測する。荷電粒子が１個入射した時に多数の光子が生成されるが、生成される光子の個数は入射した荷電粒子のエネルギに比例することから、生成した光子の個数に比例するパルス状の電気信号の波高値を測定することで、入射した荷電粒子のエネルギを測定することが可能である。 In a charged particle detector using a scintillation element, the scintillation element emits light when charged particles are incident on the scintillation element. Then, the light emission is converted into an electric signal using a photomultiplier tube or the like, and the charged particles are measured based on the electric signal. A large number of photons are generated when one charged particle is incident, but since the number of photons generated is proportional to the energy of the incident charged particles, a pulsed electric signal proportional to the number of generated photons. By measuring the crest value, it is possible to measure the energy of the incident charged particles.

しかし、シンチレーション検出器では、高線量率環境下においては、多数のガンマ線が同時にシンチレーション素子に入射してしまい、パルス状の電気信号が重なり合ってしまうことから、荷電粒子を正しく測定することが困難である、との問題がある。それを防ぐために、シンチレーション素子の周囲を鉛等の放射線遮蔽体で覆ってしまうことが考えられるが、荷電粒子が検出器内に入射することができず、検出に必要な発光自体がなくなってしまうため、高線量率環境下では使用が困難である、との問題がある。 However, with a scintillation detector, in a high dose rate environment, a large number of gamma rays are simultaneously incident on the scintillation element, and pulsed electrical signals overlap, making it difficult to measure charged particles correctly. There is a problem with it. In order to prevent this, it is conceivable to cover the scintillation element with a radiation shield such as lead, but charged particles cannot enter the detector and the light emission itself required for detection is lost. Therefore, there is a problem that it is difficult to use in a high dose rate environment.

半導体素子を用いた荷電粒子検出器は、ｐ型とｎ型の半導体を接合した接合面を中心に形成される電子や正孔がほとんど存在しない領域（空乏層）において、荷電粒子による電離によって生じた電子正孔対が、それぞれｐ型、ｎ型に移動することによって生じる電気信号をもとに荷電粒子を検出する検出器である。荷電粒子が１個入射した時に、多数の電子正孔対が生成される。この生成された電子正孔対の個数が入射した荷電粒子のエネルギに比例することから、生成された電子正孔対の個数に比例するパルス状の電気信号の波高値を測定することで、入射した荷電粒子のエネルギを測定することが可能である。 A charged particle detector using a semiconductor element is generated by ionization by charged particles in a region (depletion layer) where there are almost no electrons or holes formed around the junction surface where p-type and n-type semiconductors are joined. This is a detector that detects charged particles based on the electrical signals generated by the movement of the electron-hole pairs into p-type and n-type, respectively. When one charged particle is incident, a large number of electron-hole pairs are generated. Since the number of generated electron-hole pairs is proportional to the energy of the incident charged particles, it is incident by measuring the peak value of the pulsed electric signal proportional to the number of generated electron-hole pairs. It is possible to measure the energy of charged particles.

しかし、半導体検出器においても、高線量率環境下では、多数のガンマ線が同時に半導体素子に入射してしまい、パルス状の電気信号が重なり合ってしまうことから、荷電粒子を正しく測定することが困難である、との問題がある。それを防ぐために、半導体素子の周囲を鉛等の放射線遮蔽体で覆ってしまうと、シンチレーション検出器と同様に荷電粒子が検出器内に入射することができず、使用は困難である、との問題がある。 However, even in a semiconductor detector, in a high dose rate environment, a large number of gamma rays are simultaneously incident on the semiconductor element, and pulsed electric signals overlap, so that it is difficult to measure charged particles correctly. There is a problem with it. In order to prevent this, if the semiconductor element is covered with a radiation shield such as lead, charged particles cannot enter the detector like the scintillation detector, and it is difficult to use. There's a problem.

中性子検出器に関しては、荷電粒子検出器と同様に、ガス検出器やシンチレーション検出器、半導体検出器があるが、やはり、荷電粒子検出器と同様に、高線量率環境下における測定が困難だった。 Regarding neutron detectors, there are gas detectors, scintillation detectors, and semiconductor detectors as well as charged particle detectors, but it was also difficult to measure in a high dose rate environment like charged particle detectors. ..

本発明の目的は、荷電粒子や中性子を計測する放射線モニタに係り、高線量率環境下においても計測可能な放射線検出器および放射線の測定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a radiation detector for measuring charged particles and neutrons, and a radiation measuring method capable of measuring even in a high dose rate environment.

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、少なくとも１つ以上のピクセル素子からなるピクセル型検出素子と、前記ピクセル型検出素子の各ピクセル素子１つに対して１本接続され、前記ピクセル型検出素子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光子を電気信号に変換する光検出部と、前記光検出部で変換された電気信号の計数率を求める測定装置と、前記測定装置で求めた計数率に基づいて放射線の線量率を求める解析装置と、を備え、前記ピクセル型検出素子で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定し、前記解析装置は、前記ピクセル型検出素子で発生する光子の計数率が、パルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子に入射したと判断することを特徴とする。 The present invention includes a plurality of means for solving the above problems. For example, a pixel type detection element composed of at least one or more pixel elements and one pixel element of each of the pixel type detection elements. An optical fiber that is connected to one of the above and transmits photons generated by the pixel-type detection element, an optical detection unit that converts photons transmitted by the optical fiber into an electric signal, and the optical detection unit that converts the photons. A measuring device for obtaining the count rate of the electric signal and an analyzer for obtaining the dose rate of radiation based on the count rate obtained by the measuring device are provided, and each photon generated by the pixel-type detection element is provided. When the counting rate of photons generated by the pixel-type detection element increases or decreases in a pulsed manner, the analyzer determines that charged particles are incident on the pixel element. It is characterized by.

本発明によれば、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外、サプレッションプール内外、原子炉建屋内外、および、再処理施設等において、高線量率環境下においても荷電粒子や中性子を計測可能な放射線検出器および放射線の測定方法を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 According to the present invention, in a spent fuel storage pool in a nuclear power plant, inside and outside a reactor pressure vessel, inside and outside a reactor containment vessel, inside and outside a suppression pool, inside and outside a reactor building, and in a reprocessing facility, etc., under a high dose rate environment. Also, a radiation detector capable of measuring charged particles and neutrons and a radiation measuring method can be provided. Issues, configurations and effects other than those mentioned above will be clarified by the description of the following examples.

本発明に好適な一実施例である実施例１の放射線検出器の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the radiation detector of Example 1, which is an Example suitable for this invention. 実施例１の放射線検出器の構成の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of the radiation detector of Example 1. 実施例１に適用する検出素子の吸収線量率に対する光子放出特性の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the photon emission characteristic with respect to the absorbed dose rate of the detection element applied to Example 1. FIG. 実施例１における放射線検出器による放射線の測定結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result of the radiation by the radiation detector in Example 1. FIG. 実施例１の検出素子に入射する荷電粒子およびガンマ線の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of the charged particle and the gamma ray incident on the detection element of Example 1. FIG. 本発明に好適な一実施例である実施例２の放射線検出器の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the radiation detector of Example 2, which is an Example suitable for this invention. 実施例２の放射線検出器の構成の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of the radiation detector of Example 2. 実施例２の検出素子に入射する中性子、ガンマ線および中性子との核反応で生成する荷電粒子の様子を示す図である。It is a figure which shows the state of the charged particle generated by the nuclear reaction with a neutron, a gamma ray, and a neutron incident on the detection element of Example 2. FIG. 本発明に好適な一実施例である実施例３の放射線検出器の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the radiation detector of Example 3, which is an Example suitable for this invention. 実施例３の放射線検出器の構成の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the structure of the radiation detector of Example 3.

以下に本発明の放射線検出器および放射線の測定方法の実施例を、図面を用いて説明する。 Examples of the radiation detector and the radiation measuring method of the present invention will be described below with reference to the drawings.

最初に、放射線検出器および放射線の測定方法の概略を説明する。 First, a radiation detector and a radiation measurement method will be outlined.

本発明の放射線検出器は、ピクセル型検出素子、光ファイバ、光検出部、測定装置、および、解析・表示装置で構成されるものであり、ピクセル型検出素子のそれぞれに光ファイバが接続されており、解析・表示装置において検出素子で生成された１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定するものである。 The radiation detector of the present invention is composed of a pixel-type detection element, an optical fiber, a photodetector, a measuring device, and an analysis / display device, and an optical fiber is connected to each of the pixel-type detection elements. In the analysis / display device, the time change of the count rate of each photon generated by the detection element is measured.

例えば、個々のピクセルに相当し、セラミック母材に希土類元素を添加したピクセル素子を一つ以上有するピクセル型検出素子を測定エリアに設置する。 For example, a pixel-type detection element corresponding to each pixel and having one or more pixel elements in which a rare earth element is added to a ceramic base material is installed in the measurement area.

このようなピクセル型検出素子に荷電粒子が入射すると、検出素子内の電子または希土類原子がエネルギの高い励起状態となる。その高い励起状態から、低い励起状態または基底状態に遷移するときに光子が生成される。 When charged particles are incident on such a pixel-type detection element, the electrons or rare earth atoms in the detection element are excited with high energy. Photons are generated when transitioning from the high excited state to the low or ground state.

生成された光子１個１個を、光ファイバを通して、光電子増倍管またはフォトダイオード等の光検出部で検出する。光検出部では、光子１個１個を検出し、電気信号に変換する。光検出部で変換した電気信号の計数率を測定装置で計数する。 Each of the generated photons is detected by a photodetector such as a photomultiplier tube or a photodiode through an optical fiber. The photodetector detects each photon and converts it into an electrical signal. The counting rate of the electric signal converted by the photodetector is counted by the measuring device.

本発明者らは、光子１個１個の計数率と、検出素子における吸収線量率が１対１の関係があることを実験により見出した。また、ピクセル型検出素子を用いる場合に、ガンマ線による吸収線量率を、荷電粒子による吸収線量率よりも数桁以上小さくすることが可能なことも見出した。更に、高線量率環境下では、線量率が一定の場合、計数率の時刻変化が殆ど無く、ほぼ一定の計数率となるが、荷電粒子が入射した場合、吸収線量率が急激に増加することから、計数率が急激に増加し、検出素子の光減衰時定数の数倍程度の時間で入射する前の計数率に戻ることを見出した。そして、この増加と減少の時刻変化を測定することで、荷電粒子１つ１つを測定することが可能となることを発想し、本発明に至った。 The present inventors have experimentally found that there is a one-to-one relationship between the counting rate of each photon and the absorbed dose rate in the detection element. It has also been found that when a pixel-type detection element is used, the absorbed dose rate due to gamma rays can be made several orders of magnitude smaller than the absorbed dose rate due to charged particles. Furthermore, in a high dose rate environment, when the dose rate is constant, there is almost no time change in the counting rate and the counting rate is almost constant, but when charged particles are incident, the absorbed dose rate increases sharply. Therefore, it was found that the count rate increases sharply and returns to the count rate before the incident in a time several times as long as the light attenuation time constant of the detection element. Then, the present invention was made with the idea that it is possible to measure each charged particle by measuring the time change of the increase and decrease.

また、中性子を測定する場合は、検出素子の中性子が入射してくる方向側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料を設置し、反対側を光ファイバに接続することで、中性子との核反応により生成した荷電粒子を、上述の荷電粒子を検出する場合と同様に検出することができ、これにより高線量率環境下においても中性子を測定することが可能となることを見出した。 When measuring neutrons, a material that generates charged particles by nuclear reaction with neutrons is installed on the side of the detection element in the direction in which the neutrons are incident, and the opposite side is connected to an optical fiber to connect the neutrons. It was found that the charged particles generated by the nuclear reaction with and can be detected in the same manner as in the case of detecting the above-mentioned charged particles, which makes it possible to measure neutrons even in a high dose rate environment. ..

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜実施例１＞
本発明に好適な一実施例である実施例１の放射線検出器および放射線の測定方法の一例を図１〜図５に基づいて説明する。最初に、放射線検出器の構成について図１および図２を用いて説明する。図１に本実施例の放射線検出器の構成の一例を、図２に本実施例の放射線検出器の構成の他の一例を示す。 <Example 1>
An example of the radiation detector and the radiation measuring method of Example 1, which is an embodiment suitable for the present invention, will be described with reference to FIGS. 1 to 5. First, the configuration of the radiation detector will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows an example of the configuration of the radiation detector of this embodiment, and FIG. 2 shows another example of the configuration of the radiation detector of this embodiment.

図１において、放射線検出器１００は、ピクセル型検出素子１、光ファイバ１０、光検出部２０、測定装置３０、および解析・表示装置（解析装置）４０を備えている。 In FIG. 1, the radiation detector 100 includes a pixel-type detection element 1, an optical fiber 10, a photodetector 20, a measuring device 30, and an analysis / display device (analytic device) 40.

ピクセル型検出素子１は、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなる素子であり、各々のピクセル素子１ａが入射した放射線の線量率に対応する強度の光子を発生させる材料で構成されている。そのため、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａに荷電粒子が入射すると、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａ内の電子または希土類原子がエネルギの高い励起状態となる。その高い励起状態から、低い励起状態または基底状態に遷移するときに光子が生成される。 The pixel-type detection element 1 is an element composed of at least one or more pixel elements 1a, and is made of a material that generates photons having an intensity corresponding to the dose rate of the radiation incident on each pixel element 1a. Therefore, when a charged particle is incident on the pixel element 1a of the pixel-type detection element 1, the electrons or rare earth atoms in the pixel element 1a of the pixel-type detection element 1 are excited with high energy. Photons are generated when transitioning from the high excited state to the low or ground state.

光ファイバ１０は、ピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａ１つに対して１本接続されており、ピクセル素子１ａと同数設けられている。光ファイバ１０は、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａで生成された光子を後述する光検出部２０に伝送する。 One optical fiber 10 is connected to each pixel element 1a of the pixel type detection element 1, and the same number as the pixel elements 1a are provided. The optical fiber 10 transmits the photons generated by the pixel element 1a of the pixel type detection element 1 to the photodetection unit 20 described later.

光検出部２０は、ピクセル素子１ａで生成され、光ファイバ１０を介して伝送された光子を１個１個検出し、電気信号に変換する。また、変換した電気信号を後述する測定装置３０に対して出力する。この光検出部２０は、光電子増倍管や、アバランシェフォトダイオード等のフォトダイオード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気信号として単一光子を検出することができる。 The photodetector 20 detects each photon generated by the pixel element 1a and transmitted via the optical fiber 10 and converts it into an electric signal. Further, the converted electric signal is output to the measuring device 30 described later. The photodetector 20 can employ a photomultiplier tube or a photodiode such as an avalanche photodiode. By using these photomultiplier tubes and the like, a single photon can be detected as one current-amplified electric signal.

測定装置３０は、光検出部２０に接続されており、光検出部２０で変換された電気信号の計数率を求める装置である。測定装置３０は、求めた計数率を後述する解析・表示装置４０に対して出力する。測定装置３０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。 The measuring device 30 is a device that is connected to the photodetector 20 and obtains the count rate of the electric signal converted by the photodetector 20. The measuring device 30 outputs the obtained count rate to the analysis / display device 40 described later. As the measuring device 30, for example, a digital signal processor or the like can be adopted.

解析・表示装置４０は、測定装置３０で求めた電気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４０は、単一光子の電気信号の計数率と放射線の線量率とを対応付けるデータベースを保有している記憶部４０ａと、記憶部４０ａのデータベースを用いて電気信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算部４０ｂと、換算した放射線の線量率を表示する表示部４０ｃを有している。また、本実施例の解析・表示装置４０の演算部４０ｂでは、ピクセル型検出素子１で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線、特に荷電粒子の線量率を演算する。具体的には、解析・表示装置４０は、ピクセル型検出素子１で発生する光子の計数率がパルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子１ａに入射したと判断する。その理由は後述する。 The analysis / display device 40 is a device that converts the counting rate of the electric signal obtained by the measuring device 30 into the radiation dose rate and displays the value. The analysis / display device 40 uses the storage unit 40a, which has a database for associating the count rate of the electric signal of a single photon with the dose rate of radiation, and the database of the storage unit 40a, and emits radiation from the count rate of the electric signal. It has a calculation unit 40b for converting the dose rate of the above and a display unit 40c for displaying the converted dose rate of radiation. In addition, the calculation unit 40b of the analysis / display device 40 of this embodiment calculates the dose rate of radiation, particularly charged particles, based on the time change of the count rate of each photon generated by the pixel-type detection element 1. To do. Specifically, the analysis / display device 40 determines that charged particles are incident on the pixel element 1a when the counting rate of photons generated by the pixel-type detection element 1 increases or decreases in a pulsed manner. The reason will be described later.

解析・表示装置４０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「電気信号の計数率」とは、単位時間あたりに測定された電気信号の数を意味する。 As the analysis / display device 40, for example, a personal computer or the like having the above-mentioned functions can be adopted. In addition, in this specification, "counting rate of an electric signal" means the number of electric signals measured per unit time.

なお、図２に示す放射線検出器１００Ａのように、ピクセル型検出素子は、ピクセル素子１ａ１つからなるものであっても良い。 As in the radiation detector 100A shown in FIG. 2, the pixel-type detection element may be composed of one pixel element 1a.

ここで、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさは、ピクセル型検出素子１を設置する場所における放射線の線量率によってピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率が、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した時にピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにすることが望ましい。以下その理由について図３および図４を用いて説明する。図３に検出素子の吸収線量率に対する光子放出特性の関係を、図４に測定結果の一例を示す。 Here, the respective sizes of the pixel element 1a of the pixel type detection element 1 are the counting rate when the photons generated by the pixel type detection element 1 are counted by the dose rate of radiation at the place where the pixel type detection element 1 is installed. However, it is desirable that the rate is equal to or less than the count rate when the photons generated by the pixel-type detection element 1 are counted when the charged particles are incident on the pixel-type detection element 1. The reason for this will be described below with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows the relationship between the photon emission characteristics with respect to the absorbed dose rate of the detection element, and FIG. 4 shows an example of the measurement results.

図３に示すように、光子１個１個の放出率（従って計数率）と、検出素子における吸収線量率が１対１の関係があることを本発明者らは発見した。この知見から、光子１個１個の計数率を測定することでピクセル型検出素子１内の吸収線量率を測定できることが分かる。 As shown in FIG. 3, the present inventors have discovered that there is a one-to-one relationship between the emission rate of each photon (hence the counting rate) and the absorbed dose rate in the detection element. From this knowledge, it can be seen that the absorbed dose rate in the pixel-type detection element 1 can be measured by measuring the counting rate of each photon.

また、ピクセル型検出素子１が一定の線量率環境にある場合は、線量率の測定結果である光計数率についても同様に一定の値を示す。更に、上述のように、ガンマ線が入射した場合は、そのエネルギをほとんどピクセル型検出素子１内部に付与しないことから、図４に示すように、高ガンマ線環境下（従って高線量率環境下）においても、ガンマ線による光子計数率は、比較的低い値を示すことになる。 Further, when the pixel-type detection element 1 is in a constant dose rate environment, the optical count rate, which is the measurement result of the dose rate, also shows a constant value. Further, as described above, when gamma rays are incident, the energy is hardly applied to the inside of the pixel type detection element 1, and therefore, as shown in FIG. 4, in a high gamma ray environment (hence, a high dose rate environment). However, the photon counting rate by gamma rays shows a relatively low value.

これに対し、高線量率環境下のピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した場合、上述のように荷電粒子はそのエネルギのほとんどをピクセル素子１ａの内部に付与することから、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に高い値となる。従って、図４に示すように、荷電粒子の入射により計数率が急激に増加し、検出素子の光減衰時定数の数倍程度の時間で入射する前の計数率に戻る。すなわち、光子の計数率の時刻変化をみると、荷電粒子の入射はパルス状の波形となって表れる。このようなパルス状の増加と減少の時刻変化を測定することで、荷電粒子１つ１つを測定することが可能となる。 On the other hand, when a charged particle is incident on the pixel-type detection element 1 in a high dose rate environment, the charged particle imparts most of its energy to the inside of the pixel-type detection element 1a as described above. The absorbed dose rate of 1 is a very high value. Therefore, as shown in FIG. 4, the counting rate sharply increases due to the incident of the charged particles, and returns to the counting rate before the incident in a time of about several times the light attenuation time constant of the detection element. That is, looking at the time change of the photon count rate, the incident of charged particles appears as a pulse-like waveform. By measuring the time change of the pulse-like increase and decrease, it is possible to measure each charged particle.

そのために、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさは、ピクセル型検出素子１を設置する場所における放射線の線量率によってピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率が、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した時にピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにすることが望まれる。 Therefore, each size of the pixel element 1a of the pixel type detection element 1 is a counting rate when the photons generated by the pixel type detection element 1 are counted by the dose rate of radiation at the place where the pixel type detection element 1 is installed. However, it is desired that the counting rate is equal to or less than the counting rate when the photons generated by the pixel-type detecting element 1 are counted when the charged particles are incident on the pixel-type detecting element 1.

ピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａは、その大きさがピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることが望ましい。以下その理由について図５を用いて説明する。図５に、本実施例の放射線検出器のピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子およびガンマ線の様子の一例を示す。 It is desirable that each pixel element 1a of the pixel type detection element 1 has a size smaller than the range of charged particles incident on the pixel type detection element 1 in the pixel element 1a. The reason for this will be described below with reference to FIG. FIG. 5 shows an example of the state of charged particles and gamma rays incident on the pixel-type detection element 1 of the radiation detector of this embodiment.

ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａの大きさがピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下である場合を考える。荷電粒子は基本的に質量が高く、また電荷を帯びていることから透過力が低いため、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射すると、図５に示すように、ピクセル素子１ａを構成する材料と入射した荷電粒子との作用により、荷電粒子のエネルギのほとんどがピクセル素子１ａ内部に付与される。このため、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に高い値となる。 Consider a case where the size of the pixel element 1a of the pixel-type detection element 1 is less than or equal to the range of the charged particles incident on the pixel-type detection element 1 in the pixel element 1a. Since the charged particles basically have a high mass and a low penetrating power because they are charged, when the charged particles are incident on the pixel type detection element 1, as shown in FIG. 5, the material constituting the pixel element 1a is formed. Most of the energy of the charged particles is applied to the inside of the pixel element 1a by the action of the charged particles and the incident charged particles. Therefore, the absorbed dose rate of the pixel-type detection element 1 becomes a very high value.

一方、ガンマ線は透過力が高く、ピクセル素子１ａを構成する材料に対する透過力も高い。そのため、ピクセル型検出素子１にガンマ線が入射しても、図５に示すように、ガンマ線はそのエネルギをほとんど失うことなく透過してしまい、そのエネルギはほとんどがピクセル素子１ａ内部に付与されない。このことから、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に低い値となる。 On the other hand, gamma rays have a high penetrating power and also have a high penetrating power to the material constituting the pixel element 1a. Therefore, even if the gamma ray is incident on the pixel type detection element 1, as shown in FIG. 5, the gamma ray is transmitted without losing the energy, and most of the energy is not applied to the inside of the pixel element 1a. From this, the absorbed dose rate of the pixel type detection element 1 becomes a very low value.

これらのことから、荷電粒子の吸収線量率を高めるために、ピクセル素子１ａの大きさをピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることが望ましい。 From these facts, in order to increase the absorbed dose rate of the charged particles, it is desirable that the size of the pixel element 1a is smaller than the range of the charged particles incident on the pixel type detection element 1 in the pixel element 1a.

これらのように、ピクセル型検出素子１の設置位置における放射線の線量率に応じて、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａの大きさを設定することが望ましい。そのために、予め測定環境における放射線の線量率の暫定的な値を本実施例の放射線検出器１００，１００Ａとは異なる検出器で測定しておき、他の検出器で測定した暫定的な線量率の値に基づいてピクセル素子１ａの大きさを設定することが望ましい。 As described above, it is desirable to set the size of the pixel element 1a of the pixel type detection element 1 according to the radiation dose rate at the installation position of the pixel type detection element 1. Therefore, the provisional value of the radiation dose rate in the measurement environment is measured in advance with a detector different from the radiation detectors 100 and 100A of this embodiment, and the provisional dose rate measured with another detector is used. It is desirable to set the size of the pixel element 1a based on the value of.

なお、線量率環境が、上述したパルス状の増加と減少の時刻変化の時間内で変化する場合は、荷電粒子の測定が容易でない場合があると考えられる。しかし、ピクセル型検出素子１の一例として、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミ・ガーネットを用いた場合、その光減衰時定数は、２３０マイクロ秒程度であることから、１ミリ秒程度以内に、次の荷電粒子が入射しない、または、線量率環境が急激に変化しない場合は、荷電粒子１個１個を高精度に計測することが可能である。 If the dose rate environment changes within the time change of the pulse-like increase and decrease described above, it is considered that the measurement of charged particles may not be easy. However, when a neodymium-doped yttrium aluminum garnet is used as an example of the pixel-type detection element 1, the light attenuation time constant is about 230 microseconds, so that the following is within about 1 millisecond. When the charged particles do not enter or the dose rate environment does not change abruptly, it is possible to measure each charged particle with high accuracy.

また、高線量率環境下では、光ファイバ１０の放射線劣化が生じる可能性があり、この劣化により、光子の透過性能が劣化することが考えられる。しかし、ピクセル型検出素子１で生成される光子が８００ｎｍ以上の波長の光子の場合、ガンマ線による光ファイバの劣化はほとんど問題にならない水準でしか生じない。このことから、ピクセル型検出素子１の材料としては、ガンマ線または荷電粒子の入射によって、８００ｎｍ以上の波長の光子を放出する材料が望ましい。このような材料としては、イットリウム・アルミ・ガーネットを含むセラミックス母材にイットリビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムのうち少なくともいずれか一つ以上の希土類元素を添加したが挙げられる。一例として、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミ・ガーネットを用いた場合、ガンマ線または荷電粒子の入射により、１０６４ｎｍの光子を放出することから、ピクセル型検出素子１の材料として望ましい。 Further, in a high dose rate environment, radiation deterioration of the optical fiber 10 may occur, and it is considered that the deterioration causes deterioration of the photon transmission performance. However, when the photon generated by the pixel-type detection element 1 is a photon having a wavelength of 800 nm or more, deterioration of the optical fiber due to gamma rays occurs only at a level where there is almost no problem. For this reason, as the material of the pixel-type detection element 1, a material that emits photons having a wavelength of 800 nm or more when gamma rays or charged particles are incident is desirable. Examples of such a material include the addition of at least one or more rare earth elements of yttrium, neodymium, cerium, and praseodymium to a ceramic base material containing yttrium, aluminum, and garnet. As an example, when a neodymium-doped yttrium aluminum garnet is used, it emits photons of 1064 nm due to the incident of gamma rays or charged particles, and is therefore desirable as a material for the pixel-type detection element 1.

次に、本実施例に係る放射線の測定方法の一例について説明する。 Next, an example of the radiation measurement method according to this embodiment will be described.

本実施例に係る放射線の測定の前には、予め、測定環境における放射線の線量率の暫定的な値を本実施例の放射線検出器１００，１００Ａとは異なる検出器で測定しておき、他の検出器で測定した線量率に基づいてピクセル素子１ａの大きさを設定することが望ましい。 Prior to the measurement of radiation according to this example, a provisional value of the radiation dose rate in the measurement environment is measured in advance with a detector different from the radiation detectors 100 and 100A of this example. It is desirable to set the size of the pixel element 1a based on the dose rate measured by the detector of.

最初に、測定環境に放射線検出器１００，１００Ａのうち、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなるピクセル型検出素子１を設置する。そして、ピクセル型検出素子１に入射した放射線によって発生した１個１個の光子を光ファイバ１０により光検出部２０に伝送する。そして光検出部２０において光子を１個１個検出し、電気信号に変換する。 First, a pixel-type detection element 1 composed of at least one or more pixel elements 1a of the radiation detectors 100 and 100A is installed in the measurement environment. Then, each photon generated by the radiation incident on the pixel-type detection element 1 is transmitted to the photodetector 20 by the optical fiber 10. Then, the photodetector 20 detects each photon one by one and converts it into an electric signal.

その後、変換された電気信号の計数率を測定装置３０等により求め、求めた１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線の線量率を求める。 After that, the counting rate of the converted electric signal is obtained by a measuring device 30 or the like, and the radiation dose rate is obtained based on the time change of the counting rate of each photon obtained.

次に、本実施例の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.

上述した本発明の実施例１の放射線検出器１００，１００Ａは、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなるピクセル型検出素子１と、ピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａ１つに対して１本接続され、ピクセル型検出素子１で発生した光子を伝送する光ファイバ１０と、光ファイバ１０によって伝送された光子を電気信号に変換する光検出部２０と、光検出部２０で変換された電気信号の計数率を求める測定装置３０と、測定装置３０で求めた計数率に基づいて放射線の線量率を求める解析・表示装置４０と、を備え、ピクセル型検出素子１で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定するものである。また、本発明の実施例１の放射線の測定方法は、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなるピクセル型検出素子１に入射した放射線によって発生した１個１個の光子を電気信号に変換し、変換された電気信号を計数して光子の計数率を求め、求めた１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線の線量率を求めるものである。 The above-mentioned radiation detectors 100 and 100A of the first embodiment of the present invention include a pixel-type detection element 1 composed of at least one or more pixel elements 1a and one for each pixel element 1a of the pixel-type detection element 1. An optical fiber 10 that is connected and transmits photons generated by the pixel-type detection element 1, an optical detection unit 20 that converts photons transmitted by the optical fiber 10 into an electric signal, and an electric signal converted by the optical detection unit 20. A measuring device 30 for obtaining the counting rate of the photon and an analysis / display device 40 for obtaining the dose rate of radiation based on the counting rate obtained by the measuring device 30 are provided, and each one generated by the pixel-type detection element 1 is provided. It measures the time change of the photon count rate. Further, in the method for measuring radiation according to the first embodiment of the present invention, each photon generated by the radiation incident on the pixel type detection element 1 composed of at least one or more pixel elements 1a is converted into an electric signal. The converted electric signal is counted to obtain the photon counting rate, and the radiation dose rate is obtained based on the time change of the calculated photon counting rate.

これによって、従来の検出器では検出が困難であった高線量率環境下においても荷電粒子の検出が可能となり、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外、サプレッションプール内外、原子炉建屋内外、再処理施設、病院および研究所等において好適に用いられる放射線検出器を提供することができる。 This makes it possible to detect charged particles even in a high dose rate environment, which was difficult to detect with conventional detectors, and it is possible to detect spent fuel storage pools in nuclear power plants, inside and outside the reactor pressure vessel, and inside and outside the reactor containment vessel. , Inside and outside the suppression pool, inside and outside the reactor building, reprocessing facilities, hospitals, laboratories, etc., can provide radiation detectors that are suitably used.

また、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさを、ピクセル型検出素子１の設置位置における放射線の線量率によってピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率が、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した時にピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにすることにより、荷電粒子による吸収線量率をガンマ線による吸収線量率に比べて確実に高めることができ、荷電粒子の検出効率をより向上させることができる。 Further, when the size of each pixel element 1a of the pixel type detection element 1 is counted by the dose rate of radiation at the installation position of the pixel type detection element 1, the counting rate when the photons generated by the pixel type detection element 1 are counted is calculated. The absorbed dose rate by the charged particles is changed to the absorbed dose rate by gamma rays by making it less than or equal to the count rate when counting the photons generated by the pixel type detection element 1 when the charged particles are incident on the pixel type detection element 1. Compared with this, it can be surely increased, and the detection efficiency of charged particles can be further improved.

更に、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさを、ピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることで、ガンマ線による吸収線量率に対する荷電粒子による吸収線量率を最大にすることができ、荷電粒子の検出性能をより向上させることができる。 Further, by setting the size of each of the pixel elements 1a of the pixel-type detection element 1 to be less than or equal to the range of the charged particles incident on the pixel-type detection element 1 within the pixel element 1a, the charge to the absorbed dose rate by gamma rays is obtained. The absorbed dose rate by the particles can be maximized, and the detection performance of charged particles can be further improved.

また、ピクセル型検出素子１の設置位置における放射線の線量率に応じて、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａの大きさを設定することにより、荷電粒子による吸収線量率をガンマ線による吸収線量率に比べて確実に高めることができ、荷電粒子の検出効率の更なる向上を図ることができる。 Further, by setting the size of the pixel element 1a of the pixel type detection element 1 according to the radiation dose rate at the installation position of the pixel type detection element 1, the absorbed dose rate by the charged particles is changed to the absorbed dose rate by the gamma ray. Compared with this, it can be surely increased, and the detection efficiency of charged particles can be further improved.

更に、解析・表示装置４０は、ピクセル型検出素子１で発生する光子の計数率が、パルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子１ａに入射したと判断することで、荷電粒子１個１個のピクセル型検出素子１への入射をより高精度に検出することでき、荷電粒子の検出性能をより向上することができる。 Further, the analysis / display device 40 determines that the charged particles are incident on the pixel element 1a when the count rate of the photons generated by the pixel-type detection element 1 increases or decreases in a pulsed manner, so that the charged particles 1 It is possible to detect the incident on each individual pixel type detection element 1 with higher accuracy, and it is possible to further improve the detection performance of charged particles.

また、ピクセル型検出素子１は、イットリウム・アルミ・ガーネットを含むセラミックス母材にイットリビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムのうち少なくともいずれか一つ以上の希土類元素を添加した放射線発光素子が用いられていることにより、光減衰時定数を検出精度を高く保つのに十分短いものとすることができ、荷電粒子の高精度な検出を図ることができる。 Further, the pixel type detection element 1 uses a radiation emitting element in which at least one or more rare earth elements of yttrium, neodymium, cerium, and praseodymium are added to a ceramic base material containing yttrium, aluminum, and garnet. As a result, the light attenuation time constant can be set short enough to maintain high detection accuracy, and highly accurate detection of charged particles can be achieved.

＜実施例２＞
次に、本発明に好適な一実施例である実施例２の放射線検出器および放射線の測定方法の一例を図６乃至図８に基づいて説明する。実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。 <Example 2>
Next, an example of the radiation detector and the radiation measuring method of Example 2 which is an embodiment suitable for the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 8. The same reference numerals are shown in the same configurations as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. The same shall apply in the following examples.

図６に示す放射線検出器１００Ｂや図７に示す放射線検出器１００Ｃは、基本的には、図１に示す実施例１の放射線検出器１００や図２に示す放射線検出器１００Ａとそれぞれ同様の構成である。 The radiation detector 100B shown in FIG. 6 and the radiation detector 100C shown in FIG. 7 basically have the same configuration as the radiation detector 100 of Example 1 shown in FIG. 1 and the radiation detector 100A shown in FIG. Is.

本実施例の放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃは、更に、単数または複数のピクセル素子１ａから構成されるピクセル型検出素子１の光ファイバ１０と接続された側とは反対側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料２が設置されたものである。このような放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃでは、材料２側の反対側を光ファイバ１０に接続する。なお、材料２の設置位置はこれに限られず、光ファイバ１０の接続部のみ材料２を設置せずに、ピクセル型検出素子１の他の部分の周囲全てに材料２を設置することができる。 The radiation detectors 100B and 100C of this embodiment further undergo a nuclear reaction with neutrons on the side opposite to the side connected to the optical fiber 10 of the pixel type detection element 1 composed of one or more pixel elements 1a. A material 2 for generating charged particles is installed. In such radiation detectors 100B and 100C, the opposite side of the material 2 side is connected to the optical fiber 10. The installation position of the material 2 is not limited to this, and the material 2 can be installed all around the other parts of the pixel-type detection element 1 without installing the material 2 only at the connection portion of the optical fiber 10.

本実施例の放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃのピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａの大きさは、中性子との核反応により材料２で生成された荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることが望ましい。以下その理由について図８を用いて説明する。図８に、検出素子に入射する中性子、ガンマ線および中性子との核反応で生成する荷電粒子の様子の一例を示す。 The size of each pixel element 1a of the pixel type detection element 1 of the radiation detectors 100B and 100C of this embodiment is equal to or less than the range of the charged particles generated by the material 2 by the nuclear reaction with neutrons in the pixel element 1a. Is desirable. The reason will be described below with reference to FIG. FIG. 8 shows an example of the state of charged particles generated by a nuclear reaction with neutrons, gamma rays, and neutrons incident on the detection element.

上述のように、中性子９０が材料２中に入射すると、図８に示すように、中性子と材料２との反応により荷電粒子７０が生成される。生成した荷電粒子７０がピクセル型検出素子１内に入射すると、実施例１の場合と同様に、そのエネルギのほとんどがピクセル素子１ａ内部に付与されることから、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に高い値となる。これに対し、ガンマ線８０に付いては、実施例１と同様に、そのエネルギをほとんどピクセル型検出素子１内部に付与せず、光子計数率は、比較的低い値を示す。 As described above, when the neutron 90 is incident on the material 2, as shown in FIG. 8, the charged particles 70 are generated by the reaction between the neutron and the material 2. When the generated charged particles 70 are incident on the pixel-type detection element 1, most of the energy is applied to the inside of the pixel-type detection element 1a as in the case of the first embodiment. Therefore, the absorbed dose rate of the pixel-type detection element 1 Is a very high value. On the other hand, with respect to the gamma ray 80, as in the first embodiment, the energy is hardly applied to the inside of the pixel type detection element 1, and the photon counting rate shows a relatively low value.

従って、荷電粒子の入射により計数率が急激に増加し、検出素子の光減衰時定数の数倍程度の時間で入射する前の計数率に戻る。この増加と減少の時刻変化を測定することで、荷電粒子１つ１つを測定することが可能となることから、間接的に中性子１個１個を測定することが可能となる。 Therefore, the count rate sharply increases due to the incident of the charged particles, and returns to the count rate before the incident in a time of about several times the light attenuation time constant of the detection element. By measuring the time change of the increase and decrease, it is possible to measure each charged particle, so that it is possible to indirectly measure each neutron.

材料２を構成する、中性子との核反応によって荷電粒子を生成する核種としては、リチウムの同位体であるリチウム６やホウ素の同位体であるホウ素１０が挙げられる。リチウム６は、中性子を吸収して、トリチウムとアルファ線といった荷電粒子を生成する。ホウ素１０は、リチウム６と同様に中性子を吸収して、リチウム７とアルファ線といった荷電粒子を生成する。そこで、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料２としては、これらの核種、または、これらの核種を含む化合物を用いることが望ましい。 Examples of the nuclides constituting the material 2 that generate charged particles by a nuclear reaction with neutrons include lithium 6 which is an isotope of lithium and boron 10 which is an isotope of boron. Lithium-6 absorbs neutrons to produce charged particles such as tritium and alpha rays. Like lithium-6, boron-10 absorbs neutrons to produce charged particles such as lithium-7 and alpha rays. Therefore, it is desirable to use these nuclides or compounds containing these nuclides as the material 2 that generates charged particles by a nuclear reaction with neutrons.

前述の材料２の厚さとしては、荷電粒子を生成する材料２の通過前後で、入射する中性子が核反応による荷電粒子の生成、吸収、または、他の反応により全量が無くなる厚さ以下とすることが望ましい。 The thickness of the material 2 described above shall be less than or equal to the thickness at which the incident neutrons are completely eliminated by the generation, absorption, or other reaction of the charged particles by the nuclear reaction before and after the passage of the material 2 that generates the charged particles. Is desirable.

ここで、前述の材料２中で生成した荷電粒子は、前述の材料２中でもエネルギを付与してしまう。このため、できるだけ多くのエネルギをピクセル型検出素子１に付与させるためには、前述の材料２の厚さは、入射する中性子が材料２との反応により全量が無くなる厚さ以下であり、かつできるだけ薄い方が望ましい。 Here, the charged particles generated in the above-mentioned material 2 impart energy even in the above-mentioned material 2. Therefore, in order to apply as much energy as possible to the pixel-type detection element 1, the thickness of the material 2 described above is less than or equal to the thickness at which the incident neutrons are completely eliminated by the reaction with the material 2, and as much as possible. The thinner one is desirable.

その他の構成・動作は前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ａと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the radiation detectors 100 and 100 A of the first embodiment described above, and details will be omitted.

本発明の実施例２の放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃによれば、ピクセル型検出素子１の光ファイバ１０と接続された側とは反対側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料２が設けられたことにより、高線量率環境下においても中性子の検出が可能となり、前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ａおよび放射線の測定方法とほぼ同様に、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外、サプレッションプール内外、原子炉建屋内外、再処理施設、病院および研究所等において好適に用いられる放射線検出器を提供することができる。 According to the radiation detectors 100B and 100C of the second embodiment of the present invention, the material 2 that generates charged particles by a nuclear reaction with neutrons on the side opposite to the side connected to the optical fiber 10 of the pixel type detection element 1. By providing the above, neutrons can be detected even in a high dose rate environment, and the spent fuel in the nuclear power plant is almost the same as the radiation detectors 100, 100A and the radiation measurement method of Example 1 described above. It is possible to provide a radiation detector that is suitably used in a storage pool, inside and outside a reactor pressure vessel, inside and outside a reactor storage vessel, inside and outside a suppression pool, inside and outside a reactor building, a reprocessing facility, a hospital, a laboratory, and the like.

また、材料２の厚さを、材料２の通過前後で、入射する中性子が材料２との反応により全量が無くなる厚さ以下とすることで、材料２に入射する中性子による荷電粒子の生成効率を高いものとすることができ、その荷電粒子の検出をより高精度に行うことができることから、高線量率環境下における中性子の検出精度をより向上させることができる。 Further, by setting the thickness of the material 2 to be less than or equal to the thickness at which the total amount of incident neutrons disappears due to the reaction with the material 2 before and after the passage of the material 2, the efficiency of generation of charged particles by the neutrons incident on the material 2 is improved. Since it can be made high and the charged particles can be detected with higher accuracy, the detection accuracy of neutrons in a high dose rate environment can be further improved.

更に、材料２として、リチウムの同位体またはホウ素の同位体、または、リチウムの同位体またはホウ素の同位体を含む化合物を用いることにより、中性子との反応効率が高い元素によって材料２を構成することができ、中性子の検出精度の更なる向上を図ることができる。 Further, by using a lithium isotope or a boron isotope, or a compound containing a lithium isotope or a boron isotope as the material 2, the material 2 is composed of an element having a high reaction efficiency with neutrons. This makes it possible to further improve the neutron detection accuracy.

＜実施例３＞
次に、本発明に好適な一実施例である実施例３の放射線検出器およびその測定方法の一例を図９および図１０に基づいて説明する。 <Example 3>
Next, an example of the radiation detector of Example 3 and its measuring method, which is an embodiment suitable for the present invention, will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

図９に示す放射線検出器１００Ｄや図１０に示す放射線検出器１００Ｅは、それぞれ、図１に示す実施例１の放射線検出器１００や図２に示す放射線検出器１００Ａと同様の構成である。 The radiation detector 100D shown in FIG. 9 and the radiation detector 100 E shown in FIG. 10 have the same configurations as the radiation detector 100 of Example 1 shown in FIG. 1 and the radiation detector 100A shown in FIG. 2, respectively.

本実施例の放射線検出器１００Ｄ，１００Ｅは、更に、ピクセル型検出素子１と光検出部２０の間の光ファイバ１０の部分に、波長選択フィルタ５０ａまたは波長減衰フィルタ５０ｂからなるフィルタが設置されたものである。 In the radiation detectors 100D and 100E of this embodiment, a filter composed of a wavelength selection filter 50a or a wavelength attenuation filter 50b is further installed in a portion of the optical fiber 10 between the pixel type detection element 1 and the photodetector 20. It is a thing.

高線量率環境下にピクセル型検出素子１を設置した場合、そのピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａに接続された光ファイバ１０も少なくともその一部が同様に高線量率環境下に設置される。このような場合、ガンマ線のコンプトン散乱による電子が光ファイバ１０に多量に入射することから、光ファイバ１０内でこの電子によるチェレンコフ光が生成し、それが測定のバックグラウンドになる可能性がある。 When the pixel type detection element 1 is installed in a high dose rate environment, at least a part of the optical fiber 10 connected to each pixel element 1a of the pixel type detection element 1 is also installed in the high dose rate environment. To. In such a case, since a large amount of electrons due to Compton scattering of gamma rays are incident on the optical fiber 10, Cherenkov light due to the electrons is generated in the optical fiber 10, which may be a background for measurement.

ここで、生成されるチェレンコフ光は、３００〜４００ｎｍのところにピークを持ち、波長が長くなるに従って減少する、との特性がある。一方、ピクセル型検出素子１では、ガンマ線および荷電粒子の入射により、通常、一定の波長の光子が生成されることから、ピクセル型検出素子１から放出される光子の波長のみ透過させて光検出部２０に対して伝送できるようにする波長選択フィルタ５０ａを光ファイバ１０のうち光検出部２０の直前に設置することで、チェレンコフ光によるバックグラウンドを低減することができ、より高い精度でのピクセル型検出素子１で生成された光子１個１個の検出と、それに伴う計数率の精度の更なる向上を図ることができる。 Here, the Cherenkov light generated has a characteristic that it has a peak at 300 to 400 nm and decreases as the wavelength becomes longer. On the other hand, in the pixel-type detection element 1, since photons having a constant wavelength are usually generated by the incident of gamma rays and charged particles, only the wavelength of the photons emitted from the pixel-type detection element 1 is transmitted to the light detection unit. By installing the wavelength selection filter 50a that enables transmission to 20 in front of the light detection unit 20 of the optical fiber 10, the background due to Cherenkov light can be reduced, and the pixel type with higher accuracy can be reduced. It is possible to detect each photon generated by the detection element 1 and further improve the accuracy of the counting rate associated therewith.

ピクセル型検出素子１の一例として、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミ・ガーネットを用いた場合、ガンマ線または荷電粒子の入射により、１０６４ｎｍの光子が放出される。このことから、１０６４ｎｍの光子を透過させる波長選択フィルタ５０ａを用いることで、チェレンコフ光によるバックグラウンドをより効果的に低減することができる。 When a neodymium-doped yttrium aluminum garnet is used as an example of the pixel-type detection element 1, 1064 nm photons are emitted by the incident of gamma rays or charged particles. Therefore, by using the wavelength selection filter 50a that transmits 1064 nm photons, the background due to Cherenkov light can be reduced more effectively.

また、ガンマ線および荷電粒子のピクセル型検出素子１への入射率が大きい場合、光子の計数率が光検出部２０の計数能力を超えてしまうことが予想される。その場合、ピクセル型検出素子１と光検出部２０の間の光ファイバ１０の部分に波長減衰フィルタ５０ｂを設置することで、ガンマ線による光子の計数率と荷電粒子による光子の計数率の比を変えること無しに、光検出部２０に入射する光子を光検出部２０の計数能力以下にすることができ、ガンマ線および荷電粒子の検出素子への入射率が大きい場合においても、高精度な放射線の測定が可能となる、との効果が得られる。 Further, when the incident rate of gamma rays and charged particles on the pixel-type detection element 1 is large, it is expected that the counting rate of photons will exceed the counting ability of the photodetector 20. In that case, by installing a wavelength attenuation filter 50b in the portion of the optical fiber 10 between the pixel-type detection element 1 and the light detection unit 20, the ratio of the photon count rate by gamma rays to the photon count rate by charged particles is changed. The number of photons incident on the light detection unit 20 can be reduced to less than the counting capacity of the light detection unit 20, and highly accurate radiation measurement can be performed even when the incident rate of gamma rays and charged particles on the detection element is large. Is possible, and the effect is obtained.

その他の構成・動作は前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ａと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the radiation detectors 100 and 100A of the first embodiment described above, and details will be omitted.

本発明の実施例３の放射線検出器１００Ｄ，１００Ｅおよび放射線の測定方法においても、前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ａおよび放射線の測定方法とほぼ同様な効果が得られる。 The radiation detectors 100D, 100E and the radiation measuring method of the third embodiment of the present invention also have substantially the same effects as the radiation detectors 100, 100A and the radiation measuring method of the first embodiment described above.

また、ピクセル型検出素子１と光検出部２０の間の光ファイバ１０の部分に、波長選択フィルタ５０ａを更に備えたことにより、より高精度な光子１個１個の検出が可能となる。また、波長減衰フィルタ５０ｂを更に備えたことにより、極めて線量率の高い環境下においても、荷電粒子や荷電粒子の検出を利用した中性子の検出が可能となる。 Further, by further providing the wavelength selection filter 50a in the portion of the optical fiber 10 between the pixel-type detection element 1 and the photodetector 20, more accurate detection of each photon becomes possible. Further, by further providing the wavelength attenuation filter 50b, it is possible to detect neutrons by using the detection of charged particles and charged particles even in an environment where the dose rate is extremely high.

なお、極めて線量率の高い領域である場合においては、波長選択フィルタ５０ａと波長減衰フィルタ５０ｂとを併用することができる。 In the case where the dose rate is extremely high, the wavelength selection filter 50a and the wavelength attenuation filter 50b can be used together.

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例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。 <Others>
The present invention is not limited to the above examples, and includes various modifications. The above-mentioned examples have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. It is also possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

１…ピクセル型検出素子
１ａ…ピクセル素子
２…中性子との核反応により荷電粒子を放出する核種を含む材料
１０…光ファイバ
２０…光検出部
３０…測定装置
４０…解析・表示装置（解析装置）
５０ａ…波長選択フィルタ
５０ｂ…波長減衰フィルタ
７０…荷電粒子
８０…ガンマ線
９０…中性子
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…放射線検出器 1 ... Pixel-type detection element 1a ... Pixel element 2 ... Material containing nuclides that emit charged particles by nuclear reaction with neutrons 10 ... Optical fiber 20 ... Optical detection unit 30 ... Measuring device 40 ... Analysis / display device (analytic device)
50a ... Wavelength selection filter 50b ... Wavelength attenuation filter 70 ... Charged particles 80 ... Gamma rays 90 ... Neutrons 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E ... Radiation detector

Claims (12)

少なくとも１つ以上のピクセル素子からなるピクセル型検出素子と、
前記ピクセル型検出素子の各ピクセル素子１つに対して１本接続され、前記ピクセル型検出素子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光子を電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部で変換された電気信号の計数率を求める測定装置と、
前記測定装置で求めた計数率に基づいて放射線の線量率を求める解析装置と、を備え、
前記ピクセル型検出素子で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定し、
前記解析装置は、前記ピクセル型検出素子で発生する光子の計数率が、パルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子に入射したと判断する
ことを特徴とする放射線検出器。 A pixel-type detection element consisting of at least one pixel element and
An optical fiber that is connected to each pixel element of the pixel-type detection element and transmits photons generated by the pixel-type detection element.
An optical detector that converts photons transmitted by the optical fiber into electrical signals,
A measuring device for obtaining the counting rate of the electric signal converted by the photodetector, and
It is provided with an analysis device for obtaining a radiation dose rate based on the counting rate obtained by the measuring device.
The time change of the count rate of each photon generated by the pixel type detection element is measured .
The analyzer is a radiation detector characterized in that when the counting rate of photons generated by the pixel-type detection element increases or decreases in a pulsed manner, it is determined that charged particles are incident on the pixel element . 請求項１に記載の放射線検出器において、
前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率によって前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率が、前記ピクセル型検出素子に荷電粒子が入射した時に前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにする
ことを特徴とする放射線検出器。 In the radiation detector according to claim 1,
When the size of each of the pixel elements of the pixel-type detection element is counted by the dose rate of radiation at the installation position of the pixel-type detection element and the photons generated by the pixel-type detection element are counted, the counting rate is the pixel. A radiation detector characterized in that the counting rate is equal to or less than the counting rate when the photons generated by the pixel type detecting element are counted when a charged particle is incident on the type detecting element. 請求項１に記載の放射線検出器において、
前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子に入射する荷電粒子の検出素子内での飛程以下とする
ことを特徴とする放射線検出器。 In the radiation detector according to claim 1,
A radiation detector characterized in that the size of each of the pixel elements of the pixel-type detection element is set to be equal to or less than the range of charged particles incident on the pixel-type detection element in the detection element. 請求項１に記載の放射線検出器において、
前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率に応じて、前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子の大きさを設定する
ことを特徴とする放射線検出器。 In the radiation detector according to claim 1,
A radiation detector characterized in that the size of the pixel element of the pixel-type detection element is set according to the dose rate of radiation at the installation position of the pixel-type detection element. 請求項１に記載の放射線検出器において、
前記ピクセル型検出素子の前記光ファイバと接続された側とは反対側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料が設けられた
ことを特徴とする放射線検出器。 In the radiation detector according to claim 1,
A radiation detector characterized in that a material for generating charged particles by a nuclear reaction with neutrons is provided on a side of the pixel-type detection element opposite to the side connected to the optical fiber. 請求項５に記載の放射線検出器において、
前記材料として、リチウムの同位体またはホウ素の同位体、または、リチウムの同位体またはホウ素の同位体を含む化合物を用いる
こと特徴とする放射線検出器。 In the radiation detector according to claim 5 ,
A radiation detector characterized in that a lithium isotope or a boron isotope, or a compound containing a lithium isotope or a boron isotope is used as the material. 請求項１に記載の放射線検出器において、
前記ピクセル型検出素子と前記光検出部の間の前記光ファイバの部分に、波長選択フィルタまたは波長減衰フィルタを更に備えた
こと特徴とする放射線検出器。 In the radiation detector according to claim 1,
A radiation detector characterized in that a wavelength selection filter or a wavelength attenuation filter is further provided in a portion of the optical fiber between the pixel type detection element and the photodetector. 請求項１に記載の放射線検出器において、
前記ピクセル型検出素子は、イットリウム・アルミ・ガーネットを含むセラミックス母材にイットリビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムのうち少なくともいずれか一つ以上の希土類元素を添加した放射線発光素子が用いられている
ことを特徴とする放射線検出器。 In the radiation detector according to claim 1,
The pixel-type detection element is characterized in that a radiation emitting element in which at least one or more rare earth elements of yttrium, neodymium, cerium, and praseodymium are added to a ceramic base material containing yttrium, aluminum, and garnet is used. Radiation detector. 放射線の測定方法であって、
少なくとも１つ以上のピクセル素子からなるピクセル型検出素子に入射した放射線によって発生した１個１個の光子を電気信号に変換し、
前記変換された電気信号を計数して光子の計数率を求め、
前記求めた１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線の線量率を求め、
前記ピクセル型検出素子で発生する光子の計数率が、パルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子に入射したと判断する
ことを特徴とする放射線の測定方法。 It is a method of measuring radiation
Each photon generated by radiation incident on a pixel-type detection element consisting of at least one pixel element is converted into an electric signal.
The converted electric signal is counted to obtain the photon counting rate.
The radiation dose rate was obtained based on the time change of the count rate of each photon obtained .
Count rate of photons generated in the pixel-type detection element, when the increase or decrease in a pulse form, method of measuring radiation charged particles, characterized in that you determined that incident on the pixel element. 請求項９に記載の放射線の測定方法において、
前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率によって前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率が、前記ピクセル型検出素子に荷電粒子が入射した時に前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにする
ことを特徴とする放射線の測定方法。 In the method for measuring radiation according to claim 9 ,
When the size of each of the pixel elements of the pixel-type detection element is counted by the dose rate of radiation at the installation position of the pixel-type detection element and the photons generated by the pixel-type detection element are counted, the counting rate is the pixel. A method for measuring radiation, characterized in that the rate is equal to or less than the counting rate when the photons generated by the pixel-type detecting element are counted when charged particles are incident on the type-detecting element. 請求項９に記載の放射線の測定方法において、
前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子に入射する荷電粒子の検出素子内での飛程以下とする
ことを特徴とする放射線の測定方法。 In the method for measuring radiation according to claim 9 ,
A method for measuring radiation, characterized in that the size of each of the pixel elements of the pixel-type detection element is set to be equal to or less than the range of charged particles incident on the pixel-type detection element in the detection element. 請求項９に記載の放射線の測定方法において、
前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率に応じて、前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子の大きさを設定する
ことを特徴とする放射線の測定方法。 In the method for measuring radiation according to claim 9 ,
A method for measuring radiation, which comprises setting the size of the pixel element of the pixel-type detection element according to the dose rate of radiation at the installation position of the pixel-type detection element.
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