JP6878220B2 - 放射線測定装置及び放射線測定方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放射線測定装置及び放射線測定方法に関し、特に、放射線のうちα線を測定するためのものに関する。

原子力施設や放射線施設等の施設内においては、空気中に浮遊する塵埃や微粒子等（以下、塵埃等と記す）に、放射性核種が含まれている場合がある。放射性核種には、例えば、α線を放出するα線放出核種（以下、単に「α核種」と記す）がある。

上述した施設内には、空気中を浮遊する塵埃等から単位時間当たりに放出される放射線の量を測定するための放射線測定装置として、ダストモニタが設置される場合がある。このようなダストモニタには、例えば、空気中に含まれる塵埃等を当該フィルタにより分離し、当該フィルタの近傍に配置された放射線検出器により塵埃等から放出される放射線を検出する技術が提案されている。

米国特許５１２８５３９号明細書

上述したダストモニタ等の放射線測定装置においては、測定対象から放出されるα線、β線及びγ線等、測定対象から放出される放射線の種類ごとに放射線の線量の測定が行われるが、特に、塵埃等に含まれるα核種の量すなわちα核種の濃度を高い精度で得ることが要望されている。このようなダストモニタにおいては、塵埃等から放出されるα線の線量を測定することにより、塵埃等に含まれるα核種の濃度を得ることが可能である。

特許文献１に記載の連続エアモニタ（ＣＡＭ：continuous air monitor）においては、α核種を含む塵埃等が、放射線検出器の近傍に到達する前に、メッシュスクリーン（mesh inlet screen）や電気濃縮装置（electrical condenser）を用いてラドン子孫核種（radon progeny）を除去することにより、α核種を選択的に集めている。放射線検出器により検出された放射線を示す信号の中から、信号の大きさによってα線に起因する信号を識別している。

上述した手法は、α線に特徴的な透過力やエネルギーを利用して、α線であることを識別し、塵埃等の測定対象に含まれるα核種の濃度を測定するものである。これらの手法においては、測定する環境や測定対象に、β線やγ線等、α線以外の放射線などのバックグラウンド成分が多く含まれている場合、当該バックグラウンド成分の影響により、測定対象から放出されたα線に起因する信号を正確に識別することができず、例えば、測定対象に含まれるα核種の濃度を高い精度で推定できないという問題や、測定対象から放出されたα線の強度を高い精度で推定できないという問題が生じる。

本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、測定対象に含まれるα線放出核種から放出されるα線に起因する信号を高い精度で識別可能な放射線測定技術を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の放射線測定装置は、測定対象が配置され且つ当該測定対象から放出される放射線と反応して発光する気体で満たされた内部空間を有する筐体と、前記筐体外に配置されており、前記内部空間に生じた光を検出可能な光検出デバイスと、前記内部空間に生じた光を前記光検出デバイスに向けて集光可能な光学素子と、当該光検出デバイスにより検出された光の強度に基づいて、前記測定対象から放出された放射線のうちα線を示す信号を識別可能な処理デバイスと、を備えた放射線測定装置であって、前記光検出デバイスは、前記筐体外の異なる位置に配置された複数からなり、前記内部空間に配置されており、当該内部空間から前記複数の光検出デバイスのうち一つに向かう光を遮断可能な光学シャッタを、さらに備え、前記処理デバイスは、前記内部空間からの光が遮断されていない前記光検出デバイスにより検出された光強度信号と、当該内部空間からの光が遮断されている前記光検出デバイスにより検出された光強度信号との差分を示す差分光強度信号を算出し、当該差分光強度信号に基づいて、前記α線信号を識別する処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の実施形態の放射線測定方法は、測定対象と当該測定対象から放出される放射線と反応して発光する気体を筐体内に収容する収容工程と、前記筐体の内部空間に生じた光を前記筐体外の互いに異なる位置に配置された複数の光検出デバイスに集光させる集光工程と、前記集光工程で集光した前記光の強度を前記複数の光検出デバイスで検出する検出工程と、前記内部空間から前記複数の光検出デバイスのうち一つに向かう光を、前記内部空間に配置された、光学シャッタにより遮断する遮断工程と、前記内部空間からの光が遮断されていない前記光検出デバイスにより検出された光強度信号と、当該内部空間からの光が遮断されている前記光検出デバイスにより検出された光強度信号との差分を示す差分光強度信号を算出する差分光強度信号算出工程と、前記差分光強度信号に基づいて前記測定対象から放出された放射線のうちα線を示す信号を識別する識別工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、測定対象からのα線に含まれるα線放出核種から放出されるα線に起因する信号を高い精度で識別することが可能となる。

第１の実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図であり、筐体については縦断面を示している。 第１の実施形態の放射線測定装置において、処理デバイスにより測定された光強度信号の一例を示す図であり、実線は、α線により内部空間に生じた光の強度を示し、点線は、α線以外の放射線により内部空間に生じた光の強度を示している。 第２の実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図である。 第２の実施形態の放射線測定装置において、処理デバイスが実行する同時計数処理を説明する説明図である。 第３の実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図である。 第３の実施形態の変形例の放射線測定装置の構成を模式的に示す図である。 第４の実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図である。 第４の実施形態の放射線測定装置において処理デバイスが実行する、筐体内に付着したα核種の存在の有無を判定する処理について説明するフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

〔第１の実施形態〕
本実施形態の放射線測定装置１について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図であり、筐体については縦断面を示している。図２は、本実施形態の放射線測定装置において、処理デバイスにより測定された光強度信号の一例を示す図であり、実線は、α線により内部空間に生じた光の強度を示し、点線は、α線以外の放射線（例えば、β線）により内部空間に生じた光の強度を示している。

本実施形態の放射線測定装置１は、測定対象（いわゆる試料）５を収容する筐体１０と、筐体１０内において生じた光を検出可能な光検出デバイス３０と、光検出デバイス３０により検出された光を示す信号を処理する演算処理装置（以下、単に「処理デバイス」と記す）５０を有する。処理デバイス５０は、各種の定数を格納可能なメモリ６０を含んでいる。筐体１０は、その内部に空間（以下、内部空間と記す）１２を有する。測定対象５は、筐体１０内にある内部空間１２のうち所定の位置に配置されている。

光検出デバイス３０及び処理デバイス５０は、筐体１０外に配置されている。光検出デバイス３０は、筐体１０内にある内部空間１２において生じた光を検出するためのものである。処理デバイス５０は、光検出デバイス３０と信号線を介して電気的に接続されており、光検出デバイス３０により検出された光の強度を示す信号を処理して、当該光の強度に基づいて、測定対象５から放出された放射線のうちα線を示す信号を識別する。処理デバイス５０が実行するα線を示す信号を識別するための具体的な処理については、後述する。

本実施形態において、筐体１０は、内部空間１２に生じた光を、光検出デバイス３０に向けて集光するための光学素子として、レンズ２０と、反射鏡２６が設けられている。レンズ２０は、略球面状の入射表面２１と平面状の射出表面２３とを含み、平行な光線束を光検出デバイス３０に向けて収束させることが可能な収束レンズである。このようなレンズ２０は、「集光レンズ」とも呼称される。

また、本実施形態の筐体１０には、内部空間１２において生じた光を光検出デバイス３０に向けて集光するための反射鏡２６が設けられている。反射鏡２６は、凹形状の反射面（いわゆる凹面）２７を有し、内部空間１２において生じた光を反射すると共に、レンズ２０及び光検出デバイス３０に向けて集光可能な「凹面鏡」である。すなわち光を反射する反射面（凹面）２７は、反射鏡（凹面鏡）２６の一部を形成する。反射鏡２６は、レンズ２０の光軸（図１に一点鎖線Ａで示す）上に配置されており、当該光軸Ａ上のうち光検出デバイス３０と反対側に配置されている。

レンズ２０及び反射鏡２６は、それぞれ、内部空間１２に面しており、且つ筐体１０の一部を形成している。なお、本実施形態において、筐体１０のうち内部空間１２に面している内面１４は、光を反射する鏡面として構成されることも好適である。このような内面１４は、例えば、光を反射する反射材を筐体１０の内側に塗布することにより実現することができる。また、筐体１０の内側に、内部空間１２に面する鏡を設置することにより実現することもできる。このように構成された筐体１０は、その内部空間１２において生じた光を、内面１４及び反射鏡２６で反射させてレンズ２０及び光検出デバイス３０に向けて集光可能である。

筐体１０は、測定対象（試料）５から放出されるα線を、外部から飛来するα線、β線及びγ線等の放射線から区別するためのものである。筐体１０は、外部からのα線及びβ線の少なくとも一部を透過させないように構成されている。筐体１０は、α線及びβ線を遮蔽可能な材料及び寸法（例えば、厚さ）で構成されることが好ましい。

本実施形態の放射線測定装置１の測定対象５は、原子力施設や放射線施設内において空気中に浮遊する塵埃が集められたものであり、所定の寸法及び形状をなしている試料である。測定対象５は、空気中の塵埃を分離可能なフィルタに当該塵埃が保持されたものである。このフィルタは、例えば、ダストモニタ内に配置されて、塵埃を含む空気を濾過することにより、当該空気から塵埃を分離して保持する。このような測定対象５には、α線を放出する放射性核種（以下、単に「α核種」と記す）が含まれている場合がある。測定対象５にα核種が含まれている場合、当該α核種からは、α線が内部空間１２に放出される。なお、測定対象５には、α核種以外の放射性核種、例えば、β線を放出するβ線放出核種も含まれている場合がある。

筐体１０内にある測定対象５が配置される内部空間１２には、放射線と反応して発光する気体で満たされており、当該気体は、少なくともα線と反応して発光する。この内部空間１２を満たす気体には、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）及びヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスや、窒素等を含む気体が用いられる。例えば、内部空間１２を窒素で満たした場合、測定対象５から放出されたα線と窒素が反応して、約３３０ｎｍの紫外領域の波長の光が生じる。なお、内部空間１２を満たす気体には、窒素を含む空気を用いることができる。

なお、内部空間１２は、β線の空気中の最大飛程より十分に小さい寸法で構成されることが好ましい。下記の表１には、主な放射性核種から放出される主な放射線すなわち放出される荷電粒子の種類と、当該荷電粒子が有するエネルギ−と、当該エネルギーを有する荷電粒子が空気中を移動できる距離（range）、いわゆる「最大飛程」が示されている。

表１に示すように、α線は、β線に比べて透過力が低い（すなわち反応性が高い）こと、及びエネルギーが高いという特徴がある。β線が有するエネルギーの最大値（最大エネルギー）を閾値とし、当該閾値よりエネルギーが高い信号を、α線に起因する信号と識別することができ、β線等、他の種類の放射線の信号からα線の信号を識別することができる。例えば、β線（荷電粒子）が飛跡（track）を移動する間、平均的にエネルギーを気体に与えると仮定した場合、当該β線が単位長さ移動する間に気体に与えるエネルギーは、α線の０．２％〜１％程度である。

筐体１０は、β線の最大飛程に比べて十分に小さい寸法のものとすることで、内部空間１２内を移動するβ線が全てのエネルギーを気体に与える前に、筐体１０の内面１４に達して当該筐体１０により吸収される。このため、内部空間１２におけるβ線の移動に起因する気体の発光量、すなわち内部空間１２に生じる光の強度は、α線の移動に起因するものに比べて小さなものとなる。加えて、外部から飛来するα線及びβ線は、その大部分が筐体１０により吸収されて、内部空間１２に入ることがない。このようにして、測定対象５から放出されたα線以外の放射線（例えば、β線）により、内部空間１２に満たされた気体が発光することを抑制できる。これにより、測定対象５に含まれるα核種から放出されたα線を識別することが容易になる。

なお、内部空間１２は、密閉された空間である必要がない。筐体１０は、外部からのα線及びβ線のうち少なくとも一部を遮蔽可能なものであれば良く、内部空間１２は、筐体１０外にある空間と連通しているものとしても良い。例えば、内部空間１２に測定対象５すなわち試料を配置するために、筐体１０外から内部空間１２にアクセスするための貫通穴、いわゆるアクセスホール（図示せず）を筐体１０に形成することも好適である。筐体１０は、さらに、当該アクセスホールを閉じる蓋を有し、筐体１０外からのα線及びβ線が内部空間１２に入るのを抑制することも好適である。

光検出デバイス３０は、内部空間１２に満たされた気体とα線が反応して生じた光を検出可能に構成されている。光検出デバイス３０は、筐体１０外において、レンズ２０の射出表面２３に対向して配置されており、本実施形態においては、レンズ２０の光軸Ａ上に配置されている。光検出デバイス３０は、レンズ２０の焦点において受光するよう筐体１０外に配置されることが好ましい。光検出デバイス３０は、レンズ２０により集光された光を受けて、受光した光に応じた電気信号を生成する。

なお、光検出デバイス３０には、光電子増倍管（photomultiplier）やＭＰＰＣ (Multi-Pixel Photon Counter)等の光検出器を用いることができる。なお、複数の光電子増倍管や複数のＭＰＰＣが二次元的に配列されたアレイを、光検出デバイス３０として用いるものとしても良い。

また、光検出デバイス３０には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子（イメージセンサ）を有するカメラを用いることができる。このようなカメラには、例えば、撮像素子を低温で動作させる冷却ＣＣＤカメラがある。なお、このようなカメラを用いる場合には、複数の撮像素子を一つのピクセルとして扱うことにより感度を上げる、いわゆるビニング（binning）を行うことも好適である。

以上のように構成された放射線測定装置１においては、まず、筐体１０内にある内部空間１２に測定対象５が配置される。測定対象５にα核種が含まれている場合、当該α核種からは、α線が内部空間１２に放出される。内部空間１２に満たされている気体は、α線と反応して発光する。内部空間１２に生じた光は、等方的に広がり、その一部は、筐体１０の内面１４や反射鏡２６の反射面２７において反射される。本実施形態において、反射鏡２６は、凹面鏡として構成されており、反射面２７により反射された光は、レンズ２０に向けて集光される。

レンズ２０は、収束レンズとして構成されており、内部空間１２の光を光検出デバイス３０に向けて集光する。具体的には、レンズ２０は、反射鏡２６の反射面２７により反射されてレンズ２０に向かう平行光線束を、光検出デバイス３０に向けて収束する収束光線束にする。また、レンズ２０は、内部空間１２において生じ、直接、入射表面２１に入射した光を屈折させて射出表面２３から射出する。このようなレンズ２０の光軸Ａ上に光検出デバイス３０が配置されているため、射出表面２３から射出された光は、比較的高い確率で光検出デバイス３０に到達する。

光検出デバイス３０は、受光した光の強度を示す電気信号（以下、光強度信号と記す）を生成する。光強度信号は、測定対象５から放出された放射線により内部空間１２に生じた光の強度（内部空間１２における発光量）にほぼ比例している。処理デバイス５０は、光検出デバイス３０から光強度信号を測定又は取得し、当該光強度信号を処理する。

光強度信号の一例を、図２に示す。横軸ｔは、時間を示し、縦軸Ｗは、光強度信号すなわち内部空間１２における発光量を示している。図２は、２つの略パルス状の光強度信号を示しており、これら光強度信号のうち一方を実線で示し、他方を点線で示している。これら光強度信号は、異なる波高値ｐ１，ｐ２を有している。

上述したように、測定対象５からα線が放出された場合は、β線が放出された場合に比べて、内部空間１２における発光量が大きい。波高値ｐ１を有する光強度信号は、α線が放出された場合の内部空間１２における発光量を示しており、波高値ｐ２を有する光強度信号は、β線が放出された場合の内部空間１２における発光量を示している。

処理デバイス５０は、当該信号を処理して、測定対象（α核種）５から放出されたα線が内部空間１２にある気体と反応して生じた発光を示す信号（以下、α線信号と記す）を識別する。α線信号は、詳細には、測定対象５に含まれるα核種から内部空間１２に放出されたα線が、当該内部空間１２を移動する間、当該内部空間１２を満たす気体と反応した生じた発光を示す信号である。

処理デバイス５０は、図２に示すような、光強度信号の波高値ｐ１，ｐ２の差、すなわち内部空間１２における発光量の差を利用して、測定された光強度信号のうちα線信号を識別する。具体的には、光強度信号の波高値ｐ１，ｐ２が、所定の閾値Ｔｈより大きいか否かを判定し、当該閾値Ｔｈより大きい波高値ｐ１を有する光強度信号を、α線信号であると識別する。

一方、閾値Ｔｈ以下の波高値ｐ２を有するパルス信号は、測定対象５から放出されたα線以外の放射線に起因して光検出デバイス３０により検出された光を示す光強度信号とみなすことができる。このような「測定対象５から放出されたα線以外の放射線」には、例えば、測定対象５から放出されたβ線やγ線がある。加えて、測定対象５以外の線源から放出された放射線、いわゆる「バックグラウンド放射線」がある。

光強度信号には、上述したα線信号以外に、測定対象５から放出されたβ線やγ線に起因する発光を示す信号や、筐体１０外にある線源から当該筐体１０を透過して内部空間１２に入ったγ線に起因する発光を示す信号が含まれている。加えて、α線以外の信号には、筐体１０外にある線源からのγ線等が、光学素子（レンズ）２０や筐体１０等と反応して生じた発光を示す信号や、レンズ２０の射出表面２３や筐体１０の外面１６において反射された光を示す信号が含まれている。

本実施形態において、閾値Ｔｈは、α線以外の放射線、例えば、測定対象５から放出されたβ線等により内部空間１２に生じ得る発光の最大値、すなわちα線以外の放射線が内部空間１２に放出されたときの最大発光量に設定される。当該閾値Ｔｈは、適合実験（いわゆる校正試験）やシミュレーション等を行うことにより、予め求めることができ、メモリ６０に予め格納されている。上述したα線信号を識別する機能は、例えば、波高弁別器（pulse-height discriminator）やコンパレータ（comparator）を用いて実現することができる。

そして、処理デバイス５０は、単位時間あたりのα線信号を計数（カウント）する。単位時間当たりのα線信号の数、すなわち、単位時間当たりに内部空間１２に生じたα線に起因する発光の数は、測定対象５から放出されたα線の強度を示す物理量（例えば、線量率［μＳｖ／ｈ］）や、測定対象５に含まれるα核種の濃度と相関関係がある。

処理デバイス５０は、単位時間当たりのα線信号の数、すなわちα線信号の頻度に基づいて、測定対象５に含まれるα核種の濃度を推定する。本実施形態においては、単位時間当たりのα線信号の数、すなわち内部空間１２に生じたα線に起因する発光の数と、測定対象５に含まれるα核種の濃度との関係を示す定数（以下、換算係数と記す）が、予めメモリ６０に格納されている。

処理デバイス５０は、単位時間当たりのα線信号の数に対応する換算係数をメモリ６０から読み出し、当該換算係数を、単位時間当たりのα線信号の数に乗じて、測定対象５に含まれるα核種の濃度を算出する。このような換算係数は、適合実験（いわゆる校正試験）やシミュレーション等を行うことにより、予め求めることができる。なお、処理デバイス５０は、単位時間当たりのα線信号の数に基づいて、測定対象５から放出されたα線の強度（例えば、線量率）を算出するものとしても良い。単位時間当たりのα線信号の数とα線の強度との間を示す定数を、予め適合実験やシミュレーションにより求め、メモリ６０に格納しておくことにより、実現することができる。

以上に説明したように本実施形態の放射線測定装置１は、図１に示すように、測定対象５が配置され且つ当該測定対象５から放出されるα線を含む放射線と反応して発光する気体で満たされた内部空間１２を有する筐体１０と、筐体１０外に配置されており、内部空間１２に生じた光を検出可能な光検出デバイス３０と、内部空間１２に生じた光を光検出デバイス３０に向けて集光可能な光学素子としてのレンズ２０と、当該光検出デバイス３０により検出された光の強度に基づいて、測定対象５から放出された放射線のうちα線を識別可能な処理デバイス５０と、有するものとした。

処理デバイス５０は、図２に示すように、光検出デバイス３０により検出された光の強度を示す光強度信号のうち、波高値ｐ１，ｐ２が所定の閾値Ｔｈを超える信号が、測定対象から放出されたα線が内部空間１２にある気体と反応して生じた発光を示すα線信号であると識別する。

本実施形態によれば、内部空間１２に配置された測定対象５以外のバックグランド放射線が当該内部空間１２に入ることを抑制し、内部空間１２に生じる発光の大部分を、測定対象５に含まれるα核種から放出されたα線に起因する発光とすることができ、当該発光を反射面２７及びレンズ２０により光検出デバイス３０に向けて集光することができる。これにより、処理デバイス５０は、測定対象５からのα線に起因する発光を示すα線信号を、測定対象以外の線源からのバックグラウンド放射線に起因する発光を示す信号から容易に識別することができる。本実施形態の放射線測定装置１は、バックグラウンドが比較的高い場所においても、測定対象５に含まれるα核種の濃度を高い精度で推定することができる。

なお、本実施形態においては、測定対象５に含まれるα核種から放出されたα線に起因して内部空間１２に生じた発光を示すα線信号を、一つの閾値（基準値）Ｔｈ（図２参照）を用いて識別するものとしたが、α線信号を識別する手法は、この態様に限定されるものではない。処理デバイス５０において波高値のスペクトル分析を行い、得られたスペクトルからα線信号を識別するものとしても良い。

また、本実施形態の放射線測定方法においては、測定対象５を当該測定対象５から放出される放射線と反応して発光する気体で満たされた筐体１０内に収容するステップである収容工程と、レンズ（光学素子）２０により筐体１０の内部空間に生じた光を筐体１０外にある光検出デバイス３０に向けて集光させるステップである集光工程と、レンズ２０により集光された光の強度を光検出デバイス３０により検出するステップである検出工程と、光検出デバイス３０により検出された光の強度に基づいて処理デバイス５０により測定対象５から放出された放射線のうちα線を示す信号を識別するステップである識別工程とを有するものとした。これにより、測定対象５からのα線に起因する発光を示すα線信号を、測定対象以外の線源からのバックグラウンド放射線に起因する発光を示す信号から容易に識別することができる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の放射線測定装置について図３及び図４を参照して説明する。図３は、本実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図である。図４は、本実施形態の放射線測定装置において、処理デバイスが実行する同時計数処理を説明する説明図である。本実施形態において、筐体外には、複数の光検出デバイスが配置されており、処理デバイスが実行する信号処理の一部が、第１の実施形態と異なる。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態の放射線測定装置１Ｃは、複数（２つ）の光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂを有する。筐体１０Ｃには、これら複数の光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂにそれぞれ対応して、内部空間１２からの光を透過可能な複数の光学素子、具体的には、２つのレンズ２０Ａ，２０Ｂが設けられている。

本実施形態において、筐体１０Ｃと、その内部空間１２Ｃは、略正方形状をなしている。測定対象５は、当該内部空間１２Ｃの略中央に配置されている。筐体１０Ｃのうち異なる面１１Ａ，１１Ｂには、それぞれレンズ２０Ａ，２０Ｂが設けられている。これらレンズ２０Ａ，２０Ｂは、内部空間１２Ｃに生じた光を、それぞれ対応する光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂに向けて集光する。

筐体１０外には、２つのレンズ２０Ａ，２０Ｂと一対一で対応して、２つの光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂが配置されている。光検出デバイス３０Ａと光検出デバイス３０Ｂは、光を電気信号に変換する特性が同一のものであり、その配置のみが異なる。すなわち、本実施形態においては、複数の光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂが、筐体１０外の異なる位置に配置されている。以下の説明において、光検出デバイス３０Ａを「第１光検出デバイス３０Ａ」と記し、その対応するレンズ２０Ａを「第１レンズ２０Ａ」と記す。光検出デバイス３０Ｂを「第２光検出デバイス３０Ｂ」と記し、その対応するレンズ２０Ｂを「第２レンズ２０Ｂ」と記す。

第１光検出デバイス３０Ａは、第１レンズ２０Ａの光軸（図３に一点鎖線Ａ１で示す）上に配置されており、当該光軸Ａ１に沿う方向において第１レンズ２０Ａと対向するよう配置されている。好ましくは、第１光検出デバイス３０Ａは、内部空間１２Ｃからの光を第１レンズ２０Ａの焦点において受光するよう配置される。同様に、第２光検出デバイス３０Ｂは、第２レンズ２０Ｂの光軸（図３に一点鎖線Ａ２で示す）上に配置され、当該光軸Ａ２に沿う方向において第２レンズ２０Ｂと対向するよう配置されている。好ましくは、第２光検出デバイス３０Ｂは、内部空間１２Ｃからの光を第２レンズ２０Ｂの焦点において受光するよう配置される。これら光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ対応するレンズ２０，２０Ｂにより集光された光を受光する。

処理デバイス５０Ｃは、第１及び第２光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂのぞれぞれと信号線を介して電気的に接続されており、第１光検出デバイス３０Ａが受光した光の強度に応じた光強度信号（以下、第１光強度信号と記す）と、第２光検出デバイス３０Ｂが受光した光の強度に応じた光強度信号（以下、第２光強度信号と記す）とを、測定又は取得する。

処理デバイス５０Ｃは、第１光強度信号及び第２光強度信号が、所定の閾値Ｔｈ（図２参照）を超える場合に、図４に実線で示すように、第１及び第２光強度信号にそれぞれ対応してパルス信号を生成する。第１光強度信号が閾値Ｔｈを超えた場合に生成されるパルス信号を、以下に「第１光強度信号に対応するパルス信号」と記し、第２光強度信号が閾値Ｔｈを超えた場合に生成されたパルス信号を、以下に「第２光強度信号に対応する信号」と記す。
図４において（ａ）には、第１光強度信号に対応する信号Ｐｃが示されており、（ｂ）には、第２光強度信号に対応する信号Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｅが示されている。図４（ａ）には、第２光強度信号にあって第１光強度信号にはない信号Ｐａ，Ｐｅが破線で示されている。この機能は、例えば、波高弁別器やコンパレータを用いて実現することができる。

処理デバイス５０Ｃは、同時に得られた第１光強度信号に対応する信号Ｐｃと、第２光強度信号に対応する信号Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｅについて同時計数（coincidence）処理を行う。具体的には、処理デバイス５０Ｃは、同じタイミングで生じた第１光強度信号と第２光強度信号の双方に対応する信号Ｐｃが、測定対象５から放出されたα線に起因する「α線信号」であると識別する。この機能は、例えば、同時計数回路（coincidence circuit）を用いて実現することができる。すなわち本実施形態において、処理デバイス５０Ｃは、第１光検出デバイス３０Ａの受光した光に関する第１光強度信号、及び第２光検出デバイス３０Ｂの受光した光に関する第２光強度信号が同時にあらかじめ定めた閾値Ｔｈを超えた場合に、α線を示す信号であると識別するように構成されている。

処理デバイス５０Ｃは、図４に符号Ｐｃで示す信号すなわちα線信号の単位時間当たりの数を計数（カウント）する。この単位時間当たりのα線信号の数は、単位時間当たりに内部空間１２Ｃに生じたα線に起因する発光の数であり、複数の光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂの双方により検出された発光の数である。この単位時間当たりの発光の数は、測定対象５から放出されたα線の強度を示す物理量や、測定対象５に含まれるα核種の濃度と相関関係がある。

本実施形態において、処理デバイス５０Ｃは、図４に符号Ｐａ，Ｐｅで示す信号については、計数しない。これらの信号は、バックグラウンドに起因する光を示す信号とみなされる。バックグラウンドには、例えば、測定対象５から放出されたβ線やγ線に起因する発光や、筐体１０外にある線源から当該筐体１０を透過して内部空間１２Ｃに入ったγ線に起因する発光、筐体１０外にある線源からのγ線等が、光学素子（レンズ）２０や筐体１０等と反応して生じた発光や、レンズ２０の射出表面２３や筐体１０の外面１６において反射されて光検出デバイスに入射した光がある。

処理デバイス５０Ｃは、これら複数の光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂのうち双方において検出されなかったバックグラウンドに起因する光を示す信号を計数せず、上述したα線信号のみを計数することにより、上述したバックグラウンドの影響を除去することができる。そして、処理デバイス５０Ｃは、第１の実施形態の処理デバイス５０と同様に、単位時間当たりのα線信号の数と、メモリ６０に予め格納された換算係数に基づいて、測定対象５Ｃに含まれるα核種の濃度や、当該測定対象５Ｃから放出されるα線の強度を、より高い精度で推定することができる。

以上に説明したように本実施形態の放射線測定装置１Ｃは、２つの光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂと、これら光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂにそれぞれ対応して、光を集光可能な光学素子としての２つのレンズ２０Ａ，２０Ｂを有する。処理デバイス５０Ｃは、２つの光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂによりそれぞれ検出された第１及び第２光強度信号のうち、第１及び第２光強度信号のいずれにも対応しており且つ同時に生成された信号が、測定対象５Ｃから放出されたα線が内部空間１２Ｃにある気体と反応して生じた発光を示すα線信号であると識別するものとした。

本実施形態よれば、測定対象５Ｃから放出されたα線に起因するα線信号を、測定対象５Ｃ以外の線源からのバックグラウンド放射線に起因する発光を示す信号から、より高い精度で識別することができ、バックグラウンド放射線が比較的高線量の環境においても、測定対象５Ｃに含まれるα核種の濃度や、測定対象５Ｃから放出されたα線の強度を、高い精度で推定することができる。

〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の放射線測定装置について図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図であり、筐体については縦断面を示している。図６は、本実施形態の第１変形例の放射線測定装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態は、筐体内にある内部空間から複数の光検出デバイスのうち一つに向かう光を遮断可能な光学シャッタを備える点と、処理デバイスが実行する処理の一部が、第１及び第２の実施形態と異なる。なお、第１及び第２の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の放射線測定装置１Ｅは、筐体１０Ｃには、当該内部空間１２Ｃに面しており且つ光を透過可能な複数の光学素子、具体的には、２つのレンズ２０Ａ，２０Ｂが設けられている。筐体１０Ｃ外には、これら第１及び第２レンズ２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ一対一で対応して第１及び第２光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂが配置されている。内部空間１２Ｃには、第１及び第２光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂのうち一つ、本実施形態においては、第１光検出デバイス３０Ａに向かう光を遮断可能な光学シャッタ７０が配置されている。

光学シャッタ７０は、内部空間１２Ｃのうち光を遮断する第１光検出デバイス３０Ａに対応する光学素子である第１レンズ２０Ａに対向して配置されている。光学シャッタ７０は、所定の時間、第１レンズ２０Ａに入射する光、すなわち内部空間１２Ｃから光検出デバイス３０Ａに向かう光を遮断することが可能である。本実施形態において、光学シャッタ７０は、紫外光から可視光を遮断可能なものが用いられる。光学シャッタ７０は、処理デバイス５０Ｅと電気的に接続されており、光学シャッタ７０による内部空間１２Ｃから第１光検出デバイス３０Ａに向かう光の遮断／導入は、当該処理デバイス５０Ｅにより制御される。

処理デバイス５０Ｅは、光学シャッタ７０を遮断状態に制御して、光学シャッタ７０により内部空間１２Ｃからの光が遮断されている第１光検出デバイス３０Ａにより検出された光の強度を示す第１光強度信号を取得する。加えて、処理デバイス５０Ｅは、第１光検出デバイス３０Ａに向かう光が遮断されている間、内部空間１２Ｃからの光が遮断されていない第２光検出デバイス３０Ｂにより検出された光の強度を示す第２光強度信号とを取得する。第１光強度信号には、上述したα線信号を含む内部空間１２Ｃにおける発光を示す信号が含まれていない、すなわちバックグラウンドに起因する光の強度を示している。

処理デバイス５０Ｅは、内部空間１２Ｃからの光が遮断されていない第２光検出デバイス３０Ｂにより検出された第２光強度信号から、内部空間１２Ｃからの光が遮断されている第１光検出デバイス３０Ａにより検出された第１光強度信号との差分を示す信号（以下、差分光強度信号と記す）を算出する。すなわち、内部空間１２Ｃにおける発光を示す信号が含まれている第２光強度信号から、内部空間１２Ｃにおける発光を示す信号が含まれておらず、バックグラウンドに起因する光の強度を示す第１光強度信号を除去した（減じた）値を算出する。

処理デバイス５０Ｅは、当該差分強度信号に基づいて、第１の実施形態において説明したα線信号を識別する処理を行う。これにより、差分強度信号には、バックグラウンドに起因する光の強度を示す信号が除去されているので、より高い精度でα線信号を識別することができ、測定対象５Ｃに含まれるα核種の濃度を、より高い精度で推定することが可能となる。

なお、本実施形態においては、２つの光検出デバイス３０Ａ、３０Ｂのそれぞれにより検出された光強度信号の差分を算出するものとしたが、光学シャッタ７０が光を遮断していないときに一つの光検出デバイスにより検出された光強度信号から、光学シャッタ７０が光を遮断しているときに当該光検出デバイスにより検出された光強度信号を、バックグラウンド信号として除去することも可能である。

なお、α線信号をより高い精度で識別するために、図６に示す第１変形例の放射線測定装置１Ｆのように、筐体１０Ｃの内部空間１２Ｃに、α線以外の放射線、特に、γ線を検出可能な放射線検出器８０を配置することも好適である。なお、放射線検出器８０は、シンチレータを備えたものを用いることができる。

当該放射線検出器８０は、処理デバイス５０Ｆと電気的に接続されており、当該処理デバイス５０Ｆは、内部空間１２Ｃにおけるγ線の強度や、内部空間１２Ｃにおける線量率［μＳｖ／ｈ］を、そのタイミングと共に取得する。処理デバイス５０Ｆは、上述したα線信号を識別する処理において、α線以外のバックグラウンド放射線、主にγ線に起因する信号をより高い精度で評価することができる。これにより、線量率の高い環境下においても、測定対象５Ｃから放出されたα線を示すα線信号を高い精度で識別することができる。

〔第４の実施形態〕
第４の実施形態の放射線測定装置について図７及び図８を参照して説明する。図７は、本実施形態の放射線測定装置の構成を模式的に示す図である。図８は、本実施形態の放射線測定装置において処理デバイスが実行する、筐体内に付着したα核種の存在の有無を判定する処理について説明するフローチャートである。なお、第１及び第２実施形態と略共通の構成については、略同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態の放射線測定装置１Ｇにおいて、筐体１０Ｃ内にある内部空間１２Ｃには、測定対象すなわち試料５Ｃ（図３参照）が配置されていない。測定対象が配置されていない筐体１０Ｃ内にも、α核種が存在する場合があり、例えば、筐体１０Ｃの内面１４にα核種が付着している場合がある。測定対象に含まれるα核種以外に、筐体１０Ｃ内にα核種が存在する場合、当該α核種から放出されるα線に起因して内部空間１２Ｃに光が生じ、当該光が光検出デバイス３０Ａ，３０Ｂにより検出されて、α線信号として識別されてしまう問題がある。

本実施形態の処理デバイス５０Ｇは、図８にステップＳ０２で示すように、筐体１０Ｃ内の内部空間１２Ｃに測定対象（試料）５Ｃが配置されていないことを確認する。そして、筐体１０内に測定対象が配置されていない状態において、光検出デバイス３０Ａ、３０Ｂにより検出された光の強度を示す基準値を取得する（Ｓ０４）。当該光強度信号は、様々なバックグラウンド放射線に起因して生じた光を示しており、例えば、筐体１０Ｃの内面１４に付着しているα核種から放出されたα線に起因して内部空間１２Ｃに生じた光を含んでいる。処理デバイス５０Ｇは、取得された基準値を、メモリ６０に格納する（Ｓ０６）。

そして、処理デバイス５０Ｇは、取得された基準値ｎを、以前に取得された基準値１〜（ｎ−１）を比較して有意差があるか否か、具体的には、今回に取得された基準値ｎが、以前に取得された基準値１〜（ｎ−１）に比べて所定値以上、増大したか否かを判定する（Ｓ０８）。今回、取得された基準値ｎが、以前に取得された基準値１〜（ｎ−１）に比べて所定値以上、増大した場合、処理デバイス５０Ｇは、筐体１０Ｃ内に測定対象（試料）５以外のα核種があると判定する（Ｓ１０）。

測定対象（試料）以外のα核種がある場合、処理デバイス５０Ｇは、上述した「測定対象に含まれるα核種の濃度」、すなわち上述した実施形態において推定されたα核種の濃度を補正する（Ｓ１２）。筐体１０内の測定対象以外のα核種の濃度を推定し、当該推定値に基づいて、測定対象に含まれるα核種の濃度を補正する。

一方、今回、取得された基準値ｎが、以前に取得された基準値１〜（ｎ−１）に比べて有意差がない場合、処理デバイス５０Ｇは、筐体１０Ｃ内に測定対象（試料）５以外のα核種がないと判定する（Ｓ１４）。上述した補正を行わないものとすることができる。

以上に説明した判定処理、すなわち、筐体１０Ｃ内の内部空間１２Ｃに測定対象が配置されていないときの基準値の取得（Ｓ０４）から、測定対象以外のα核種の存在の有無の判定（Ｓ０８〜Ｓ１４）は、このような、測定対象が配置されていないときの基準値は、時間間隔をあけて複数回、取得される。この時間間隔は、例えば、１日ごとに設定することができる。また、測定対象から放出されるα線の測定が行わる前に、その都度、測定対象が配置されていないときの基準値を取得するものとしても良い。本実施形態によれば、測定対象以外のα核種の存在の影響、例えば、筐体１０Ｃに付着したα核種の影響を除去することができる。

なお、本実施形態において、測定対象以外にα核種があると判定された場合、上述した第１ないし第３の実施形態において推定されたα核種の濃度を補正するものとしたが、本発明に係る処理デバイスが実行する処理は、当該補正処理に限定されるものではない。処理デバイスは、第１ないし第３の実施形態において推定された測定対象から放出されたα線の強度を補正するものとしても良い。また、測定対象以外にα核種があると判定された場合に、例えば、筐体１０Ｃ内の測定対象以外のα核種がある旨を表示して測定員に筐体１０Ｃ内の清掃を促すものとしても良い。

〔他の実施形態〕
上述した各実施形態において、筐体１０，１０Ｃは、内部空間１２に測定対象５すなわち試料を配置するためのアクセスホール（図示せず）を有するものとしたが、本発明に係る筐体は、この態様に限定されるものではない。本発明に係る筐体は、空気中を浮遊する塵埃等から放出される放射線の線量を連続的に測定するダストモニタ、例えば、上述した連続エアモニタ（ＣＡＭ）の一部分を形成するものとしても良い。筐体の内部空間が連続エアモニタ内の空気流路の一部分を形成することも好適である。

例えば、内部空間は、連続エアモニタ内の空気流路のうち、塵埃を含む空気が流入する入口の下流であって、当該入口を通る空気を吸引する真空ポンプの上流に配置される。筐体は、例えば、入口から流入した空気を内部空間１２に導く導管と、内部空間１２にあるフィルタによりろ過された空気を真空ポンプに導く導管との間に配置されて、これら導管を接続するものしても良い。

また、本実施形態において、内部空間１２，１２Ｃに生じた光を集光可能な光学素子として、筐体１０；１０Ｃには、それぞれ収束レンズ（集光レンズ）２０；２０Ａ,２０Ｂが設けられているものとしたが、本発明に係る光学素子は、これらの態様に限定されるものではない。光学素子は、内部空間からの光を光検出デバイスに向けて集光可能なものであれば良い。例えば、第１の実施形態の筐体１０（図１参照）において、レンズ２０に代えて、光をそのまま透過させる「光学窓」を用いることも可能である。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１Ｃ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ：放射線測定装置、５，５Ｃ：測定対象、１０，１０Ｃ：筐体、１２，１２Ｃ：内部空間、１４：内面（筐体）、１６：外面（筐体）、２０，２０Ａ，２０Ｂ：レンズ（光学素子、収束レンズ、集光レンズ）、２６：反射鏡（光学素子、凹面鏡）、２７：反射面（光学素子、凹面、凹面鏡）、３０，３０Ａ，３０Ｂ：光検出デバイス、５０，５０Ｃ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ：処理デバイス、６０：メモリ、７０：光学シャッタ、８０：放射線検出器

Claims (5)

1. 測定対象が配置され且つ当該測定対象から放出される放射線と反応して発光する気体で満たされた内部空間を有する筐体と、
   前記筐体外に配置されており、前記内部空間に生じた光を検出可能な光検出デバイスと、
   前記内部空間に生じた光を前記光検出デバイスに向けて集光可能な光学素子と、
   当該光検出デバイスにより検出された光の強度に基づいて、前記測定対象から放出された放射線のうちα線を示す信号を識別可能な処理デバイスと、
   を備えた放射線測定装置であって、
   前記光検出デバイスは、前記筐体外の異なる位置に配置された複数からなり、
   前記内部空間に配置されており、当該内部空間から前記複数の光検出デバイスのうち一つに向かう光を遮断可能な光学シャッタを、さらに備え、
   前記処理デバイスは、
   前記内部空間からの光が遮断されていない前記光検出デバイスにより検出された光強度信号と、当該内部空間からの光が遮断されている前記光検出デバイスにより検出された光強度信号との差分を示す差分光強度信号を算出し、
   当該差分光強度信号に基づいて、前記α線信号を識別する処理を行う
   ことを特徴とする放射線測定装置。
2. 前記処理デバイスは、
   複数の前記光検出デバイスによりそれぞれ検出された光の強度を示す複数の光強度信号が同時にあらかじめ定めた閾値を超えた場合に前記α線を示す信号を識別するように構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
3. 前記筐体のうち前記内部空間に面している内面は、当該内部空間に生じた光を反射可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射線測定装置。
4. 前記処理デバイスは、
   前記内部空間に前記測定対象が配置されていないときに前記光検出デバイスにより検出された光の強度を示す基準値を、時間間隔をあけて複数回取得し、
   取得された基準値が、以前に取得された基準値に比べて所定値以上に増大した場合には、前記筐体内に前記測定対象以外のα線放出核種があると判定する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の放射線測定装置。
5. 測定対象と当該測定対象から放出される放射線と反応して発光する気体を筐体内に収容する収容工程と、
   前記筐体の内部空間に生じた光を前記筐体外の互いに異なる位置に配置された複数の光検出デバイスに集光させる集光工程と、
   前記集光工程で集光した前記光の強度を前記複数の光検出デバイスで検出する検出工程と、
   前記内部空間から前記複数の光検出デバイスのうち一つに向かう光を、前記内部空間に配置された、光学シャッタにより遮断する遮断工程と、
   前記内部空間からの光が遮断されていない前記光検出デバイスにより検出された光強度信号と、当該内部空間からの光が遮断されている前記光検出デバイスにより検出された光強度信号との差分を示す差分光強度信号を算出する差分光強度信号算出工程と、
   前記差分光強度信号に基づいて前記測定対象から放出された放射線のうちα線を示す信号を識別する識別工程と、
   を備えることを特徴とする放射線測定方法。

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