JP7117213B2 - 放射線モニタ及び放射線の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間線量率、荷電粒子及び中性子を測定する放射線モニタ及び放射線の測定方法に関する。

従来からの荷電粒子検出器としては、ガス検出器、シンチレーション検出器、及び、半導体検出器がある。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を生成し、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。

シンチレーション検出器は、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し、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、多数の光子が生成し、生成した光子の個数が入射した荷電粒子のエネルギに比例する。このことから、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。

半導体検出器は、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。

一方、従来からの中性子検出器としても、荷電粒子検出器と同様に、ガス検出器、シンチレーション検出器、及び、半導体検出器がある。中性子検出器としてのガス検出器は、ヘリウム３や三フッ化ホウ素等の中性子と核反応して荷電粒子を生成する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ある。ガス検出器は、中性子が検出器内で核反応したときの生成する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を生成し、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。

中性子検出器としてのシンチレーション検出器は、シンチレーション素子中に、リチウムやホウ素等の中性子と核反応して荷電粒子を生成する元素を混入し、中性子が検出器内で核反応したときに生成する荷電粒子によりシンチレーション素子が発光し、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中性子を計測する。

中性子検出器としての半導体検出器は、半導体に中性子が入射する面に、リチウムやホウ素等の中性子と核反応して荷電粒子を生成する元素を塗布し、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、中性子が前記元素と核反応したときに生成する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中性子を検出する検出器である。

特開２０１７－１５６６２号公報 特開２０１６－１１４３９２号公報

従来、荷電粒子、及び、中性子、それぞれ別々に測定可能な検出器は存在するが、中性子と荷電粒子の両方を測定可能な検出器が実用化されていなかった。

空間線量率を測定可能な光ファイバを用いた放射線モニタとして、放射線検出素子から発せられた光を光ファイバで伝送し、光子１個１個の計数率をもとに空間線量率を測定するものが考案されている（特許文献１、特許文献２参照）。しかしながら、空間線量率のみが測定可能で荷電粒子及び中性子を測定することができない。

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、遠隔で簡易に、空間線量率、荷電粒子及び中性子を弁別して測定できる放射線モニタ及び放射線の測定方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の放射線モニタは、放射線を検知する放射線検知部と、前記放射線検知部の発光素子から放出された光子を伝送する光子伝送部と、前記光子伝送部からの光子の波長を弁別する波長弁別部と、前記波長弁別部で分別された光子を電気パルスに変換する光検知部と、前記電気パルスの計数率に基づいて、放射線を測定する測定装置とを備える放射線モニタであって、前記放射線検知部は、入射した放射線に対して光子を生成する第１発光素子と、入射した中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部と、前記第１発光素子と前記化合物部との間に、放射線に対して光子を生成する第２発光素子と、を具備し、前記第１発光素子で生成した光子の波長と前記第２発光素子で生成した光子の波長とが異なり、前記測定装置は、波長の異なる光子の計数率の時刻変化をもとに、空間線量率、荷電粒子、中性子の少なくとも１つを測定し、前記光子伝送部と前記波長弁別部の間に、光分岐部を設け、前記光分岐部で分岐された側に、光照射装置を設け、前記光照射装置で発生させた光を、前記光分岐部を介して、前記光子伝送部を通して、前記放射線検知部に光を照射し、前記光照射装置で発生させた光を、前記放射線検知部を通して、前記放射線検知部の外の測定対象物に照射させることを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。

本発明によれば、遠隔で簡易に、空間線量率、荷電粒子及び中性子を弁別して測定できる。

第１実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。 第１実施形態に適用する放射線発光素子の吸収線量率に対する光子放出特性の一例を示す図である。 第１実施形態の放射線モニタ及びその測定方法における発光波長Ｆ１及び発光波長Ｆ２の光子の計数率の時刻変化の一例を示す図である。 第２実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法における放射線検知部分の一例を示す図である。 第３実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。 第４実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法における放射線検知部分の一例を示す図である。 第５実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。 第６実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。

本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
<<第１実施形態>>
図１は、第１実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。当該放射線モニタ１００は、図１に示すように、概略的に、放射線検知部１０と、光ファイバ２０（光子伝送部）と、波長弁別部３０と、光検知部４０と、測定装置５０と、解析・表示装置８０を備えている。なお、当該放射線モニタ１００で計測することができる放射線としては、例えば、Ｘ線、γ線等の電磁波と、α線、β線、中性子線等の粒子線が挙げられる。

放射線検知部１０は、遮光用薄膜４と、入射した放射線に対して光子を生成する第１発光素子１と、入射した放射線に対して光子を生成する第２発光素子２（２ｘ）と、入射した中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部３と、入射した放射線に対して光子を生成する第２発光素子２（２ｙ）とを有する素子である。なお、第２発光素子２ｙは省略してもよい。

放射線検知部１０は、外来光と第１発光素子１及び第２発光素子２からの光を区別するため、放射線検知部ハウジング５で遮光されていることが望ましい。放射線検知部ハウジング５は、放射線検知部１０を収納する容器である。放射線検知部ハウジング５を構成する材料としては、計測対象の放射線を透過可能なものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等を採用することができる。すなわち、本実施形態では、放射線モニタ１００は、放射線検知部１０（例えば、第１発光素子１、第２発光素子２、化合物部３）が放射線検知部ハウジング５に収納されている。なお、測定位置が第１発光素子１及び第２発光素子２の発光波長と同じ波長の光子が無い環境の場合、遮光用薄膜４を用いなくてもよい。

第１発光素子１と第２発光素子２は、ルミネッセンスを示す組成物であれば特に限定されず、紫外線などの光による光ルミネッセンス、放射線によるラジオルミネッセンス、電子ビームによるカソードルミネッセンス、電場によるエレクトロルミネッセンス、化学反応による化学ルミネッセンスなどが挙げられる。具体的には、第１発光素子１と第２発光素子２ｘ，２ｙは、例えば、母材としてＮａＩ、ＣｓＩ、ＬｉＩ、ＳｒＩ_２、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２、Ｂｉ_４Ｓｉ_３Ｏ_１２、ＣｄＷＯ_４、ＰｂＷＯ_４、ＺｎＳ、ＣａＦ_２、ＬｕＡＧ、ＬｕＡＰ、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、ＹＡｌＯ_３、Ｌｕ_２ＳｉＯ_５、ＬＹＳＯ、Ｙ_２ＳｉＯ_５、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５、ＢａＦ_２、ＣｅＦ_３、ＣｅＢｒ_３、ＣｓＦ、ＬｉＦ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、ＬａＢｒ_３、ＣｅＢｒ_３、Ｇｄ_３Ａｌ_２Ｇａ_３Ｏ_１２、Ｃｓ_２ＬｉＹＣｌ_６、ＳｃＴａＯ_４、ＬａＴａＯ_４、ＬｕＴａＯ_４、ＧｄＴａＯ_４、ＹＴａＯ_４などの光透過性材料、あるいは、この光透過性材料中にＬａ、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ（イッテルビウム;イッテリビウム;イットリビウム）、Ｌｕ、Ｙなどの希土類元素またはＴｌ、Ｎａ、Ａｇ、Ｗ、ＣＯ_３などの元素や、粉末状の蛍光材料が含有された光透過性材料が挙げられる。また、第１発光素子１と第２発光素子２に含有される元素イオンの価数は、発光に利用可能なものであれば特に限定されず、例えば、１価、２価、３価、４価等を利用することができる。

第１発光素子１と第２発光素子２の製造方法としては、ルミネッセンスを示す組成物を育成可能であれば特に限定されず、例えば、フローティングゾーン法、チョクラルスキー法（引き上げ法）、マイクロ引下げ法、ブリッジマン法、ベルヌーイ法等を採用することができる。

化合物部３は、第１発光素子１と光ファイバ２０間に配設されている。化合物は、中性子との核反応により荷電粒子を生成する光学的に透明（放射線発光素子で発光した波長の光を透過する）なホウ素またはリチウムの化合物である。化合物としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、５から３０％の酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を含有するホウケイ酸ガラス、フッ化リチウム（ＬｉＦ）が挙げられる。化合物部３の両側に、第１発光素子１と発光波長の異なるセラミック母材に希土類元素を添加した第２発光素子２ｘ，２ｙが配設されている。

第１発光素子１及び第２発光素子２にガンマ線が入射すると、第１発光素子１及び第２発光素子２のそれぞれの発光波長の光子が生成される。

第１発光素子１に荷電粒子（例えば、α線）が入射すると、第１発光素子１の発光波長の光子が生成される。第１発光素子１で生成した光子は、第２発光素子２ｘ、化合物部３、第２発光素子２ｙを通して、光ファイバ２０に入射する。第１発光素子１の厚さは、荷電粒子の飛程程度の厚さにするとよい。

第２発光素子２では、放射線検知部ハウジング５によって荷電粒子が遮蔽されることから、荷電粒子は入射しない。すなわち、荷電粒子（例えば、α線）は、第１発光素子１で止まる。第２発光素子２の厚さは、測定対象の荷電粒子の放射線発光素子での飛程と同程度の厚さとする。また、第２発光素子２の厚さは、化合物部３で生成した荷電粒子の発光素子での飛程と同程度の厚さとするとよい。これにより、化合物部３で生成した荷電粒子は、第２発光素子２で止まり、第１発光素子１には入射しない。

中性子は、第１発光素子１で吸収されず、放射線検知部ハウジング５を容易に透過する。このことから、中性子は、放射線検知部ハウジング５を通して、化合物部３に入射する。化合物部３は、入射した中性子との核反応により荷電粒子（例えば、α線）を生成する。化合物は、前記したように、光学的に透明な（放射線発光素子で生成した光子を透過する）ホウ素またはリチウム等の化合物である。

生成した荷電粒子は、化合物部３の両側に配設した第２発光素子２（２ｘ，２ｙ）に入射し、第２発光素子２の発光波長の光子が生成される。なお、第１発光素子１及び第２発光素子２では、異なる発光波長の光子が生成される。

第１発光素子１及び第２発光素子２で生成した光子は、光ファイバ２０を通して波長選択フィルタまたは分光器等で構成される波長弁別部３０に送られる。波長弁別部３０で波長弁別された光子は、波長弁別部３０の後段に設置した光検知部４０において電気信号に変換される。測定装置５０は、この電気信号の波長別の計数率を測定する。

光検知部４０としては、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、単一光子は、電流増幅された一つの電流パルス信号として検出できる。測定装置５０としては、例えば、デジタルシグナルプロセッサ等を採用することができる。

解析・表示装置８０は、測定装置５０に接続され、測定装置５０で計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算し、その値を表示する装置である。解析・表示装置８０は、電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースを保有している記憶装置と、データベースを用いて電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算装置と、換算した放射線の線量率を表示する表示装置等を備えている。解析・表示装置８０としては、例えば、前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。

図２は、第１実施形態に適用する放射線発光素子の吸収線量率に対する光子放出特性の一例を示す図である。発明者は、光子１個１個の計数率と、発光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。

図３は、第１実施形態の放射線モニタ及びその測定方法における発光波長Ｆ１及び発光波長Ｆ２の光子の計数率の時刻変化の一例を示す図である。第１発光素子１で生成した光子（発光波長Ｆ１）と、第２発光素子２で生成した光子（発光波長Ｆ２）が異なることから、両者を区別して測定できる。

ガンマ線による吸収線量率は、荷電粒子による吸収線量率よりも、数桁以上小さい。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。しかし、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、第１発光素子１、第２発光素子２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。

中性子を測定する場合は、中性子との核反応により生成した荷電粒子を、荷電粒子を検出する場合と同様に検出することで、間接的に中性子を測定することが可能となる。

発光波長Ｆ１の計数率の時刻変化から荷電粒子が測定でき、発光波長Ｆ２の計数率の時刻変化から中性子が測定できる。また、発光波長Ｆ１または発光波長Ｆ２の計数率から、空間線量率を測定できる。即ち、本実施形態によれば、空間線量率、荷電粒子及び中性子を弁別して測定することができる。

<<第２実施形態>>
図４は、第２実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法における放射線検知部分の一例を示す図である。放射線モニタ１００Ａの放射線検知部１０は、第１発光素子１と第２発光素子２ｘと化合物部３と第２発光素子２ｙとが入れ子構造となっており、第１発光素子１と第２発光素子２ｘと化合物部３は、球殻状である。なお、第２発光素子２ｙは、球殻状、中実球状であってもよい。

球殻状の第１発光素子１及び第２発光素子２ｘの厚さは、測定対象の荷電粒子の発光素子での飛程と同程度の厚さとする。これにより、外部からの荷電粒子は、第１発光素子１で止まる。また、化合物部３で発生した荷電粒子は、第２発光素子２ｘで止まる。すなわち、化合物部３で発生した荷電粒子は、第１発光素子１には入射しない。

球殻状の化合物部３の内側に第２発光素子２ｙ、外側に第２発光素子２ｘが配設されている。第２発光素子２ｘの外側に球殻状の第１発光素子１が配設されている。第１発光素子１の外側は、金属等の遮光用薄膜４を用いて遮光される。なお、測定位置が第１発光素子１及び第２発光素子２の発光波長と同じ波長の光子が無い環境の場合、遮光用薄膜４を用いなくてもよい。

第１発光素子１に荷電粒子が入射すると、第１発光素子１の発光波長Ｆ１の光子が生成される。第２発光素子２では、第１発光素子１で荷電粒子が遮蔽されることから、荷電粒子は入射しない。中性子は、第１発光素子１及び第２発光素子２を容易に透過することから、第１発光素子１及び第２発光素子２を通して、中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部３に入射し、荷電粒子を生成する。なお、化合物は、前記したように、光学的に透明な（第１発光素子１及び第２発光素子２で生成した光子を透過する）ホウ素またはリチウム等の化合物である。第２発光素子２は、第１発光素子１と発光波長の異なるセラミック母材に希土類元素を添加した発光素子である。

生成した荷電粒子は、化合物部３の外側または内側に設置した第２発光素子２に入射し、第２発光素子２の発光波長Ｆ２の光子が生成される。第１発光素子１及び第２発光素子２で生成した光子は、光ファイバ２０を通して波長弁別部３０に送られる。波長弁別部３０で波長弁別された光子は、波長弁別部３０の後段に設置した光検知部４０において電気信号に変換される。測定装置５０は、この電気信号の波長別の計数率を測定する。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、発光波長Ｆ１及び発光波長Ｆ２の光子の計数率の時刻変化を測定することで、空間線量率、または、荷電粒子、または、中性子を測定できる。

<<第３実施形態>>
図５は、第３実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。第３実施形態の放射線モニタ１００Ｂは、図１で示した放射線検知部１０を複数有するものである。放射線モニタ１００Ａは、放射線検知部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有しており、光ファイバ２０で直列に接続している。なお、放射線検知部１０ａに対し、放射線検知部１０ｂ，１０ｃは、他の放射線検知部となる。

放射線検知部１０ａは、図１と同様に、遮光用薄膜４と、入射した放射線に対して光子を生成する第１発光素子１ａと、入射した放射線に対して光子を生成する第２発光素子２ａと、入射した中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部３とを有する素子である。遮光用薄膜４と、第１発光素子１ａと、第２発光素子２ａと、化合物部３とは、放射線検知部ハウジング５内に配設されている。

放射線検知部１０ｂは、図１と同様に、遮光用薄膜４と、入射した放射線に対して光子を生成する第１発光素子１ｂと、入射した放射線に対して光子を生成する第２発光素子２ｂと、入射した中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部３とを有する素子である。遮光用薄膜４と、第１発光素子１ｂと、第２発光素子２ｂと、化合物部３とは、放射線検知部ハウジング５内に配設されている。

放射線検知部１０ｃは、図１と同様に、遮光用薄膜４と、入射した放射線に対して光子を生成する第１発光素子１ｃと、入射した放射線に対して光子を生成する第２発光素子２ｃと、入射した中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部３とを有する素子である。遮光用薄膜４と、第１発光素子１ｃと、第２発光素子２ｃと、化合物部３とは、放射線検知部ハウジング５内に配設されている。

複数の放射線検知部に使用する第１発光素子１（１ａ，１ｂ，１ｃ）と第２発光素子２（２ａ，２ｂ，２ｃ）とは、それぞれ異なる発光波長を持つ。複数の第１発光素子１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれ異なる発光波長のものを用いてもよいし、同じ発光波長のものを用いてもよい。同様に、複数の第２発光素子２（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、それぞれ異なる発光波長のものを用いてもよいし、同じ発光波長のものを用いてもよい。

異なる発光波長のものを用いた場合、発光波長毎の光子の計数率の時刻変化を測定することで、それぞれの第１発光素子１の設置位置における荷電粒子の測定が可能となる。また、第２発光素子２の設置位置における中性子の測定が可能となる。また、複数の第２発光素子２を近接して設置することで、荷電粒子及び中性子の検知効率が向上する。

<<第４実施形態>>
図６は、第４実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法における放射線検知部分の一例を示す図である。第４実施形態の放射線モニタ１００Ｃは、図４で示した放射線検知部１０を複数有するものである。放射線モニタ１００Ｃは、放射線検知部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有しており、光ファイバ２０で直列に接続している。なお、放射線検知部１０ａに対し、放射線検知部１０ｂ，１０ｃは、他の放射線検知部となる。

放射線検知部１０ａは、第１発光素子１ａと第２発光素子２ａｘと化合物部３と第２発光素子２ａｙとが入れ子構造となっており、第１発光素子１と第２発光素子２ａｘと化合物部３は、球殻状である。なお、第２発光素子２ａｙは、球殻状、中実球状であってもよい。

放射線検知部１０ｂは、第１発光素子１ｂと第２発光素子２ｂｘと化合物部３と第２発光素子２ｂｙとが入れ子構造となっており、第１発光素子１と第２発光素子２ｂｘと化合物部３は、球殻状である。なお、第２発光素子２ｂｙは、球殻状、中実球状であってもよい。

放射線検知部１０ｃは、第１発光素子１ｃと第２発光素子２ｃｘと化合物部３と第２発光素子２ｃｙとが入れ子構造となっており、第１発光素子１と第２発光素子２ｃｘと化合物部３は、球殻状である。なお、第２発光素子２ｃｙは、球殻状、中実球状であってもよい。

複数の放射線検知部に使用する第１発光素子１（１ａ、１ｂ、１ｃ）と第２発光素子２（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、それぞれ異なる発光波長を持つ。複数の第１発光素子１（１ａ、１ｂ、１ｃ）は、それぞれ異なる発光波長のものを用いてもよいし、同じ発光波長のものを用いてもよい。また、複数の第２発光素子２（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、それぞれ異なる発光波長のものを用いてもよいし、同じ発光波長のものを用いてもよい。

異なる発光波長のものを用いた場合、発光波長毎の光子の計数率の時刻変化を測定することで、それぞれの第１発光素子１の設置位置における荷電粒子の測定が可能となる。また、第２発光素子２の設置位置における中性子の測定が可能となる。また、複数の第１発光素子１及び第２発光素子２を近接して設置することで、荷電粒子及び中性子の検知効率が向上する。

<<第５実施形態>>
図７は、第５実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。第５実施形態の放射線モニタ１００Ｄは、図１に示した第１実施形態の放射線モニタ１００と比較して、光分岐部６０と光照射装置７０を追加している。第１実施形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

光分岐部６０によって二つに分岐した光ファイバの一方に、レーザ等による光照射装置７０を接続し、放射線検知部１０にレーザ等による光が照射される。放射線検知部１０の第１発光素子１（放射線検知素子）及び第２発光素子２（放射線検知素子）は、放射線以外にも光を照射することでも発光する。

光照射装置７０で照射する光の波長は、放射線発光素子に光を照射することによって生成する光子の波長と異なる波長に設定される。照射された光によって、放射線検出素子は、照射された光の波長と異なる波長の光子を、照射された光の強度に比例した生成率で生成する。レーザ等の光照射装置７０からの光が照射されたときとされていないときの差分の計数率の時刻変化を用いることで、放射線発光素子が健全に動作していることが確認できる。

<<第６実施形態>>
図８は、第６実施形態に係る放射線モニタ及びその測定方法の一例を示す図である。第６実施形態の放射線モニタ１００Ｅは、第５実施形態の放射線モニタ１００Ｄと比較して、放射線検知部１０の外の測定対象物９０に照射することが相違する。第５実施形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

光分岐部６０によって二つに分岐した光ファイバの一方に、レーザ等による光照射装置７０が接続される。光照射装置７０からの光は、光ファイバ２０及び放射線検知部１０を通して、放射線検知部１０の外の測定対象物９０に照射される。測定対象物９０において、レーザ等の光照射時に測定対象物９０の元素に応じた波長の発光が起こる。測定装置５０は、その発光を放射線検知部１０、光ファイバ２０、波長弁別部３０、及び光検知部４０を通して、測定する。測定した発光波長毎の計数率（または計数値）により、測定対象物９０の元素を特定することができる。測定対象物９０が水中にある場合は、レーザ等の光を照射し水分を水蒸気化することで、測定対象物９０から荷電粒子が放出される場合に、荷電粒子が水分により遮蔽されることなく、放射線検知部１０で測定可能となる。

最後に、第１実施形態の放射線モニタ１００について、再度説明する。
図１に示す放射線モニタ１００は、光ファイバ２０の先端に、放射線検知部１０を有する。放射線モニタ１００の先端にセラミック母材に希土類元素を添加した第１発光素子１が配設され、放射線を検知する面は、遮光用薄膜４を用いて遮光される。

第１発光素子１と光ファイバ２０間に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部３が配設される。化合物は、光学的に透明（放射線発光素子で発光した波長の光を透過する）なホウ素またはリチウムの化合物である。

化合物部３の第１発光素子１側、及び光ファイバ２０側の両側に、第１発光素子１と発光波長の異なるセラミック母材に希土類元素を添加した第２発光素子２（２ｘ、２ｙ）が配設される。光ファイバ２０側は、第２発光素子２ｙを省略してもよい。第１発光素子１、第２発光素子、及び化合物部３は、放射線を検知する面（第１発光素子１の光ファイバ２０との反対面）を除いて、放射線検知部ハウジング５内に配設する。

第１発光素子１に荷電粒子が入射すると、荷電粒子の放射線発光素子でのエネルギ付与に比例した数の発光波長Ｆ１の波長の光子が生成する。荷電粒子は、第１発光素子１で遮蔽されてしまうことから、第２発光素子２には入射できない。また、荷電粒子は、放射線検知部ハウジング５で遮蔽されてしまうことから、放射線検知部ハウジング５を通過して、第１発光素子１及び第２発光素子２に入射することはできない。

一方、中性子は、第１発光素子１及び放射線検知部ハウジング５を容易に通過することから、化合物部３に入射し、荷電粒子を生成する。生成した荷電粒子は第２発光素子２に入射し、荷電粒子の第２発光素子２でのエネルギ付与に比例した数の発光波長Ｆ２の波長の光子が生成する。

第１発光素子１及び第２発光素子２で生成した光子は、光ファイバ２０を通して波長選択フィルタまたは分光器等で構成される波長弁別部３０に送られる。波長弁別部３０で波長弁別された光子は、波長弁別部３０の後段に設置した光電子増倍管またはフォトダイオード等で構成される光検知部４０において電気信号に変換される。測定装置５０は、この電気信号の波長別の計数率を測定する。

発明者は、光子１個１個の計数率と、放射線発光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。ガンマ線により吸収線量率は、荷電粒子による吸収線量率よりも、数桁以上小さい。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、放射線発光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。中性子を測定する場合は、中性子との核反応により生成した荷電粒子を、荷電粒子を検出する場合と同様に検出することで、間接的に中性子を測定することが可能となる。発光波長Ｆ１の計数率の時刻変化から荷電粒子が測定でき、発光波長Ｆ２の計数率の時刻変化から中性子が測定できる。また、発光波長Ｆ１または発光波長Ｆ２の計数率から、空間線量率を測定できる。

本発明は、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、病院及び研究所等において、遠隔で簡易に、空間線量率、荷電粒子及び中性子を測定に適用することができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 第１発光素子
２，２ａ，２ｂ，２ｃ 第２発光素子
３ 化合物部
４ 遮光用薄膜
５ 放射線検知部ハウジング
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 放射線検知部
２０ 光ファイバ（光子伝送部）
３０ 波長弁別部
４０ 光検知部
５０ 測定装置
６０ 光分岐部
７０ 光照射装置
８０ 解析・表示装置
９０ 測定対象物
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 放射線モニタ

Claims (12)

1. 放射線を検知する放射線検知部と、
   前記放射線検知部の発光素子から放出された光子を伝送する光子伝送部と、
   前記光子伝送部からの光子の波長を弁別する波長弁別部と、
   前記波長弁別部で分別された光子を電気パルスに変換する光検知部と、
   前記電気パルスの計数率に基づいて、放射線を測定する測定装置とを備える放射線モニタであって、
   前記放射線検知部は、
   入射した放射線に対して光子を生成する第１発光素子と、
   入射した中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部と、
   前記第１発光素子と前記化合物部との間に、放射線に対して光子を生成する第２発光素子と、を備え、
   前記第１発光素子で生成した光子の波長と前記第２発光素子で生成した光子の波長とが異なり、
   前記測定装置は、波長の異なる光子の計数率の時刻変化をもとに、空間線量率、荷電粒子、中性子の少なくとも１つを測定し、
   前記光子伝送部と前記波長弁別部の間に、光分岐部を設け、
   前記光分岐部で分岐された側に、光照射装置を設け、
   前記光照射装置で発生させた光を、前記光分岐部を介して、前記光子伝送部を通して、前記放射線検知部に光を照射し、
   前記光照射装置で発生させた光を、前記放射線検知部を通して、前記放射線検知部の外の測定対象物に照射させる
   ことを特徴とする放射線モニタ。
2. 請求項１に記載の放射線モニタであって、
   前記第１発光素子と前記第２発光素子と前記化合物部とが入れ子構造となっており、
   前記第１発光素子と前記第２発光素子と前記化合物部は、球殻状である
   ことを特徴とする放射線モニタ。
3. 請求項１に記載の放射線モニタであって、
   前記化合物は、光学的に透明なホウ素またはリチウムの化合物である
   ことを特徴とする放射線モニタ。
4. 請求項１に記載の放射線モニタであって、
   前記放射線モニタは、さらに、前記放射線検知部とは異なる他の放射線検知部を有し、
   前記放射線検知部と前記他の放射線検知部とは、前記光子伝送部で接続されている
   ことを特徴とする放射線モニタ。
5. 請求項４に記載の放射線モニタであって、
   前記放射線検知部と前記他の放射線検知部が具備する全ての発光素子の発光波長がそれぞれ異なる、または、一部の発光波長が同じで他が異なる
   ことを特徴とする放射線モニタ。
6. 請求項１に記載の放射線モニタであって、
   前記第１発光素子及び前記第２発光素子の厚さを、測定対象の荷電粒子の放射線発光素子での飛程と同程度の厚さとする
   ことを特徴とする放射線モニタ。
7. 請求項１に記載の放射線モニタであって、
   前記第２発光素子の厚さは、前記化合物部で生成した荷電粒子の発光素子での飛程と同程度の厚さとする
   ことを特徴とする放射線モニタ。
8. 請求項２に記載の放射線モニタであって、
   球殻状の前記第１発光素子及び前記第２発光素子の厚さは、測定対象の荷電粒子の発光素子での飛程と同程度の厚さとする
   ことを特徴とする放射線モニタ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線モニタであって、
   前記化合物は、光学的に透明なホウ素またはリチウムの化合物であり、窒化ホウ素、ホウケイ酸ガラス、及び、フッ化リチウムのいずれかである
   ことを特徴とする放射線モニタ。
10. 請求項１に記載の放射線モニタであって、
    前記第１発光素子及び前記第２発光素子で発光する光の波長と異なる波長の光を、光照射装置で発生させる
    ことを特徴とする放射線モニタ。
11. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線モニタであって、
    前記第１発光素子及び前記第２発光素子として、イットリウム・アルミ・ガーネットのセラミックス母材にイットリビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムの希土類元素を添加した放射線検出素子を用いる
    ことを特徴とする放射線モニタ。
12. 放射線を検知する放射線検知部と、
    前記放射線検知部の発光素子から放出された光子を伝送する光子伝送部と、
    前記光子伝送部からの光子の波長を弁別する波長弁別部と、
    前記波長弁別部で分別された光子を電気パルスに変換する光検知部と、
    前記電気パルスの計数率に基づいて、放射線を測定する測定装置とを備える放射線モニタを用いた放射線の測定方法であって、
    前記放射線検知部は、
    入射した放射線に対して光子を生成する第１発光素子と、
    入射した中性子との核反応により荷電粒子を生成する化合物を有する化合物部と、
    前記第１発光素子と前記化合物部との間に、前記荷電粒子を含む放射線に対して光子を生成する第２発光素子と、を具備し、
    前記第１発光素子で生成した光子の波長と前記第２発光素子で生成した光子の波長とが異なり、
    前記測定装置は、波長の異なる光子の計数率の時刻変化をもとに、空間線量率、荷電粒子、中性子の少なくとも１つを測定し、
    前記光子伝送部と前記波長弁別部の間に、光分岐部を設け、
    前記光分岐部で分岐された側に、光照射装置を設け、
    前記光照射装置で発生させた光を、前記光分岐部を介して、前記光子伝送部を通して、前記放射線検知部に光を照射し、
    前記光照射装置で発生させた光を、前記放射線検知部を通して、前記放射線検知部の外の測定対象物に照射させる
    ことを特徴とする放射線の測定方法。

Images