JP7162586B2

JP7162586B2 - 放射能分析装置

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Publication number: JP7162586B2
Application number: JP2019235375A
Authority: JP
Inventors: 隆己田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: JP2021103153A

Description

本願は、放射能分析装置に関するものである。

従来より、測定対象の試料に含まれる放射能を放射性核種毎に評価するために、放射性核種が放出する放射線、特にγ線のエネルギーが核種毎に固有であることを利用して核種を同定し、これと同時に検出されるγ線の数と検出器固有の感度とに基づくことで、試料に含まれる放射性核種の放射能を測定している。

このようにγ線のエネルギーを利用して放射性核種を同定するためには、γ線のエネルギー値を正確に測定する必要がある。特に複数のγ線のエネルギー値が観測される場合には、それぞれのγ線のエネルギーを正確に区別するために、放射能分析装置が十分なエネルギー分解能を有することが要求される。
エネルギー分解能を向上させる方法として、放射能分析する際に逆問題演算の一種であるアンフォールディング手法が利用されており、例えば以下特許文献１のような放射線の分析精度に優れた放射能分析装置が開示されている。

即ち、従来の放射能分析装置は、応答関数データベースは、検出が想定される核種に対して準備された応答関数を予め格納している。核種アンフォールディング手段は、応答関数データベースから呼び出した核種毎の応答関数を用いて、抽出されたパルス波高分布に対してアンフォールディングを実施し、核種毎の放射能強度を算出する（例えば、特許文献１参照）。

また、このようなアンフォールディング手法を実施するにおいては、逐次近似法によりフィードバック的操作を行い、予めシミュレーションにより算出された応答関数を用いて、測定対象物を計測して得られる波高スペクトルからエネルギースペクトルを詳細化していき、目的のエネルギースペクトルを求める手法が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。

特許第５８３２４０４号公報（段落［００２０］～［００３６］）

文部科学省、放射能測定法シリーズ２０「空間γ線スペクトル測定法」付録２。発行所財団法人日本分析センター、平成２年７月１日第１版発行。

上記特許文献１のような放射能分析装置では、測定対象物由来の放射線のみを仮定して逆問題演算を行うため、測定対象の試料以外から放出される放射線が、試料から発生した放射線として信号復元されて計数される。特に宇宙線、高エネルギーの環境放射線等は物質の透過力が高く、鉛等による遮蔽が有効でない。そのため、例えば低強度の放射線を測定対象とする際に放射能の十分な評価性能が得られないという課題がある。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、放射能の評価性能の高い放射能分析装置を提供することを目的とする。

本願に開示される放射能分析装置は、
放射性物質から放出される放射線が入射されると入射放射線のエネルギーに対応する検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号のエネルギー値ごとの計数を示すエネルギー分布である第１エネルギー分布を導出する分析部と、
前記検出部の応答関数を格納する記憶部と、
前記第１エネルギー分布に対して、前記応答関数を用いた信号復元演算を行うことにより前記放射性物質の放射線のエネルギー分布である第２エネルギー分布を演算して、前記放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する演算部と、を備え、
前記応答関数は、測定対象物に含まれる前記放射性物質である測定放射性物質に対する第１応答関数と、前記測定対象物に含まれない前記放射性物質である外部放射性物質に対する第２応答関数と、を有して構成され、
前記演算部は、
前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布から、前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを分離する分離制御を行い、該分離制御が行われた前記第２エネルギー分布に基づいて、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該測定放射性物質の放射能強度を演算し、
前記分離制御において、
前記外部放射性物質の前記検出信号の計数を含んだ前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布において前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを導出し、前記第２エネルギー分布に対して、導出された前記外部放射性物質の放射線のエネルギーの帯域を非通過帯域とするフィルタ処理を行い、
前記分離制御における前記フィルタ処理が行われた前記第２エネルギー分布を前記第１エネルギー分布に再導出し、再導出された前記第１エネルギー分布に対して、前記第１応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する、
ものである。
また、本願に開示される放射能分析装置は、
放射性物質から放出される放射線が入射されると入射放射線のエネルギーに対応する検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号のエネルギー値ごとの計数を示すエネルギー分布である第１エネルギー分布を導出する分析部と、
前記検出部の応答関数を格納する記憶部と、
前記第１エネルギー分布に対して、前記応答関数を用いた信号復元演算を行うことにより前記放射性物質の放射線のエネルギー分布である第２エネルギー分布を演算して、前記放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する演算部と、を備え、
前記応答関数は、測定対象物に含まれる前記放射性物質である測定放射性物質に対する第１応答関数と、前記測定対象物に含まれない前記放射性物質である外部放射性物質に対する第２応答関数と、を有して構成され、
前記演算部は、
前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布から、前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを分離する分離制御を行い、該分離制御が行われた前記第２エネルギー分布に基づいて、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該測定放射性物質の放射能強度を演算し、
前記分離制御において、
前記外部放射性物質の前記検出信号の計数を含んだ前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布において前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを導出し、前記第２エネルギー分布に対して、導出された前記外部放射性物質の放射線のエネルギーの帯域を非通過帯域とするフィルタ処理を行い、
前記分離制御において、
前記第２エネルギー分布における、前記測定放射性物質の放射線の計数から設定された初期値を減算し、減算された該第２エネルギー分布から前記第１エネルギー分布を再導出し、再導出された前記第１エネルギー分布に対して前記第１応答関数を用いた前記信号復元演算を行って前記第２エネルギー分布を再導出し、
再導出された前記第２エネルギー分布において、前記測定放射性物質のエネルギーの分布域が最小となるまで前記初期値の増減を繰り返し行う収束演算を実施する、
ものである。

本願に開示される放射能分析装置によれば、高い放射能の評価性能を得られる。

実施の形態１による放射能分析装置の概略構成図である。実施の形態１による放射能分析装置により導出される波高スペクトルを示す図である。実施の形態１による放射能分析装置により導出されるエネルギースペクトルを示す図である。参考例の放射能分析装置により導出されるエネルギースペクトルを示す図である。実施の形態１による放射能分析装置の演算部によるバックグラウンド除去過程の各工程を示すフロー図である。実施の形態２による放射能分析装置の概略構成図である。実施の形態２による放射能分析装置の演算部によるバックグラウンド除去過程の各工程を示すフロー図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による放射能分析装置１００の概略構成図である。
放射能分析装置１００は、測定対象物ＯＢに含まれる放射性物質である測定放射性物質Ｒｍの放射能を分析する装置である。
なお、図１において、測定対象物ＯＢに含まれる測定放射性物質Ｒｍを便宜上丸印で示している。

放射能分析装置１００は、検出部１と、分析部としての信号処理部１０と、演算部２０と、記憶部３０と、外部出力部４０と、を備える。
検出部１は、放射線が入射されると入射放射線のエネルギーに比例した波高を有する、検出信号としての電気パルス信号Ｇを出力する。図１に示すように、検出部１には、測定放射性物質Ｒｍから発せられる放射線Ｒａ１及び測定放射性物質Ｒｍ以外の図示しない外部の放射性物質から発せられる外部放射線Ｒａ２が入射される。放射線Ｒａ１および外部放射線Ｒａ２の入射に応じて出力された電気パルス信号Ｇは、後段の信号処理部１０に入力される。

信号処理部１０は、波形整形部１１と、波高分析部１２とを有する。
波形整形部１１は、検出部１から出力された電気パルス信号Ｇに対して増幅および波形の整形を行う。
波高分析部１２は、波形整形部１１から出力された電気パルス信号Ｇの波高の高さを読み取って、電気パルス信号Ｇを、その波高の高さに応じたデジタル値に変換する。そして波高分析部１２は、このデジタル値を、その値の大きさに対応するチャンネル（エネルギー弁別段）に弁別し、この対応するチャンネルに信号数を１カウント加算する。

例えば、波高分析部１２が受け入れ可能な最大の電気パルス信号Ｇの波高に対応するデジタル値を１０００チャンネルに分割したとすると、最大の電気パルス信号Ｇの波高に対応するデジタル値は、最大チャンネルである１０００チャンネル目に充てられる。この最大の電気パルス信号Ｇの波高以下の電気パルス信号Ｇについては、その波高のデジタル値に比例したチャンネルにそれぞれ充てられる。このようにして各電気パルス信号Ｇをチャンネル毎にカウントすることで、波高分析部１２は、各電気パルス信号Ｇのエネルギー値ごとの計数を示す、第１エネルギー分布としての波高スペクトルＭを導出する。

図２は、本実施の形態１による放射能分析装置１００により導出される波高スペクトルＭを示す図である。
本図において、電気パルス信号Ｇの波高に対応するエネルギー値を横軸、各チャンネルにおける電気パルス信号Ｇの計数を縦軸として表している。
この図２では、例えば検出部１のセンサとしてヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）等のシンチレーション式検出部を用いた場合の波高スペクトルを表しており、入射した測定放射性物質の放射線Ｒａ１のエネルギー値をＥ１として示し、外部放射線Ｒａ２のエネルギー値をＥ２として示す。

エネルギー値Ｅ１、Ｅ２は、その周囲にエネルギー値の広がりを持っており、この領域を全吸収ピークという。この広がりの程度を、適用するセンサの分解能といい、広がりが狭いほど分解能が優れているという。この分解能はセンサの特性であり、センサの種類および品質により決まる。全吸収ピークより低いエネルギー領域の分布をコンプトン散乱領域といい、センサの大きさが有限であるため、必ず現れる領域である。このコンプトン領域の分布面積が小さいほど、全吸収ピークの分布面積が大きいほど優れたセンサといえる。この図２に示す波高スペクトルＭは、後段の演算部２０に入力される。

演算部２０は、バックグラウンド除去部２１と、信号復元部２２と、放射能濃度演算部２３と、を有する。
バックグラウンド除去部２１は、記憶部３０内に格納されているバックグラウンド応答関数３１を用いて、波高スペクトルＭに含まれる外部放射線Ｒａ２に由来するバックグラウンドを除去する分離制御を行う。このバックグラウンド除去部２１による分離制御、および、バックグラウンド応答関数３１の詳細は後述する。
バックグラウンド除去部２１による分離制御により、外部放射線Ｒａ２に由来する影響が除去された波高スペクトルＭは、信号復元部２２に入力される。

信号復元部２２は、バックグラウンド除去部２１が出力した波高スペクトルＭに対して、記憶部３０に記憶されているフォアグラウンド応答関数３２とバックグラウンド応答関数３１とを用いて信号復元演算である逆問題演算を施すことで、測定放射性物質Ｒｍの放射線Ｒａ１のエネルギー分布を示す第２エネルギー分布としてのエネルギースペクトルＳを導出する。
つまり、Ｍを波高スペクトル、Ｒを応答関数、Ｓを放射線のコンプトン散乱等の相互作用による影響が排除されたエネルギースペクトルとして、下記の（式１）が成立するところ、応答関数は一般に可換群を形成するので逆元が存在し、信号復元部２２は、この（式１）の逆変換となる（式２）を計算し、エネルギースペクトルＳを抽出する。
なお、“Ｒ－１”は応答関数の逆元を示す。

ここで、Ｍで表す波高スペクトルおよびＳで表すエネルギースペクトルをそれぞれベクトル表記、つまりチャンネル数に応じたカウント数をベクトル成分として表すと、応答関数Ｒおよび応答関数Ｒの逆元Ｒ－１はそれぞれ行列、逆行列と称することができる。

そして、逐次近似法によりフィードバック的操作を行い、予めシミュレーション等により算出された応答関数Ｒを用いて、測定対象物ＯＢを計測して得られる波高スペクトルＭからエネルギースペクトルＳを詳細化していき、目的のエネルギースペクトルＳを求めることができる。

なお、フォアグラウンド応答関数３２は、検出部１と放射線Ｒａ１との相互作用を表しており、検出部１の種類、検出部１と測定放射性物質Ｒｍとの位置関係、検出部１の周辺構造物等による相互作用による影響、検出部１にかかわるコンプトン散乱等の統計的なバラつきによる影響、等に対応している。このフォアグラウンド応答関数３２は、測定放射性物質Ｒｍから放射線Ｒａ１が放出され検出部１が電気パルス信号Ｇを出力するまでの現象を、コンピュータ上で実施される三次元モンテカルロ計算手法を利用してシミュレーションすることにより得られる。

逐次近似法を適用すると、上記（式２）のエネルギースペクトルＳの求め方が以下のようになる。
エネルギースペクトルＳの初期値として測定値の波高スペクトルＭをそのまま代入して、

次に、下記（式４）、（式５）をフィードバック的に繰り返し、Ｓ＾（ｍ＋１）／Ｓ＾（ｍ）が収束するまで繰り返す。

但し、Ｎ：チャンネル数、ｍ：逐次近似法における繰り返し回数

図３は、実施の形態１による放射能分析装置１００の信号復元部２２により導出されたエネルギースペクトルＳを示す図である。
本図に示すように、逆問題演算により波高スペクトルＭに見られたコンプトン散乱領域および全吸収ピークの広がりが無くなる。つまり、エネルギースペクトルＳでは、検出部１および測定放射性物質Ｒｍの周辺構造物等による相互作用による影響、および、検出部１にかかわるコンプトン散乱等の統計的なバラつきによる影響が排除されている。
また、バックグラウンド除去部２１による分離制御により外部放射線Ｒａ２に由来するエネルギー情報が除去されている。

こうして、導出されたエネルギースペクトルＳに含まれる情報は、測定放射性物質Ｒｍの放射線Ｒａ１がエネルギー値Ｅ１を持つことを示し、測定放射性物質Ｒｍの放射性核種の種類を示すものである。
以上のように、（式２）を解くことにより、Ｍで表される波高スペクトルから、測定放射性物質Ｒｍの放射線Ｒａ１のエネルギー情報のみを含むＳで表されるエネルギースペクトルを導出できる。

放射能濃度演算部２３は、導出されたエネルギースペクトルＳにおける測定放射性物質Ｒｍのエネルギー値Ｅ１に基づいて、測定放射性物質Ｒｍの核種を弁別して同定を行う。
また、放射能濃度演算部２３は、これらのチャンネル毎すなわちエネルギー毎のカウント数に対して、核種毎に固有である特定の放射線を放出する分岐比を除算する。これにより、測定対象物ＯＢに含まれる、求めるべき測定放射性物質Ｒｍの放射能強度を演算できる。

ここで、通常、放射能強度は、エネルギーピーク部分のＥ１における計数のみから求められ、コンプトン散乱領域における計数は放射線の核種同定に利用出来ないため核種分析に使用されない。そのため、波高スペクトルＭに基づいた放射性物質の評価を行うと、分析精度が低下するが、このように逆問題演算により導出された、コンプトン散乱領域等の広がりが無いエネルギースペクトルＳに基づいた放射能の評価では、高い分析精度が得られる。こうして、測定放射性物質Ｒｍの放射線Ｒａ１のエネルギー情報を正確に把握でき、放射線Ｒａ１を放出した測定放射性物質Ｒｍの同定の精度が向上する。

次に外部出力部４０は、波高分析部１２の出力である波高スペクトルＭと、信号復元部２２の出力であるエネルギースペクトルＳと、放射能濃度演算部２３の出力である放射能量を、放射能分析装置１００の外部に出力する。出力されたこれらの情報は、操作者等により利用される。

ここで、上記に示した図３では、バックグラウンド除去部２１による分離制御により、外部放射線Ｒａ２に由来するバックグラウンドを除去した波高スペクトルＭに基づいて導出したエネルギースペクトルＳを示した。
以下、外部放射線Ｒａ２に由来するバックグラウンドを除去しない場合の波高スペクトルＭに基づいて導出したエネルギースペクトルＳについて説明する。

図４は、外部放射線に由来するバックグラウンドを除去しない、参考例の放射能分析装置により導出されるエネルギースペクトルを示す。
それぞれ異なるエネルギー値Ｅ１、Ｅ２を有する測定放射性物質Ｒｍの放射線Ｒａ１、外部放射線Ｒａ２が検出部に入射した場合であって、外部放射線に由来するバックグラウンドを除去しない場合には、放射線Ｒａ１のエネルギー値Ｅ１以外の、外部放射線Ｒａ２のエネルギー値Ｅ２においてもカウントを示すようになる。

測定放射性物質Ｒｍが発する放射線Ｒａ１とは別の外部放射線Ｒａ２が存在した場合、その外部放射線Ｒａ２による応答は先に記載の応答関数Ｒとは異なる応答を示す。
ＲＢＧを外部放射線Ｒａ２による応答関数、ＳＢＧを放射線の相互作用による影響が排除された外部放射線Ｒａ２のエネルギースペクトルとすると、下記の（式６）が成立する。

ＳＢＧをバックグラウンドとして除去しないまま（式２）により応答関数Ｒの逆元Ｒ－１とＭを用いてＳを導出すると、下記の（式７）に示すようにＳＢＧの影響を受けた結果が得られる。

上記（式７）より、ＳＢＧが単一のエネルギーであったとしても、Ｒ－１・ＲＢＧは一般に非対角成分を含むため、Ｒ－１・ＲＢＧ・ＳＢＧは広がりをもつスペクトルになる。このため、外部放射線Ｒａ２による波高スペクトルＭは、逆問題演算により得られるエネルギースペクトル中にバックグラウンドとして寄与し、測定放射性物質Ｒｍの放射能量の測定精度が悪化する要因になる。上記（式６）のＳとＳＢＧは共に未知数であるため、Ｍ、Ｒ、ＲＢＧが既知であっても、ＳとＳＢＧは、（式６）の関係式のみでは一意に定まらない。
本実施の形態のバックグラウンド除去部２１は、測定結果に応じたフィルタリングを行うことでＳＢＧの影響を排除し、エネルギースペクトルＳの測定精度を改善する。

以下、本実施の形態の放射能分析装置１００の要部である、演算部２０のバックグラウンド除去部２１によるバックグラウンド除去過程（分離制御）について説明する。
図５は、本実施の形態の演算部２０のバックグラウンド除去部２１による、バックグラウンド除去過程（分離制御）の各工程を示すフロー図である。

先ず、波高スペクトル入力工程Ｓ１において、波高分析部１２の出力である波高スペクトルＭが入力される。

次に、ＢＧ信号復元工程Ｓ２において、入力された波高スペクトルＭに対してバックグラウンド応答関数３１を用いた外部放射線Ｒａ２に対する逆問題演算を実施する。
（式７）におけるＲ－１と同様に、ＲＢＧもまた一般に可換群を形成するので逆元が存在する。バックグラウンド除去部２１は、（式６）の逆変換となる下記の（式８）を計算し、外部放射線Ｒａ２に対するエネルギースペクトルＳを抽出する。尚、“ＲＢＧ－１”はバックグラウンド応答関数３１の逆元を示す。

（式８）により得られるエネルギースペクトルにおいて、ＳＢＧは独立した項として示されている。即ち、ＲＢＧ－１・Ｒ・Ｓで示される項が未知であっても、ＳＢＧは正しく逆問題演算を解かれるため、ＳＢＧはエネルギースペクトルＳ中にピークとして現れる。このようにバックグラウンド除去部２１は、導出されたエネルギースペクトルＳにおいて、外部放射線Ｒａ２のエネルギー値を導出する。ここで、ＲＢＧ－１・Ｒ・Ｓで示される項は未知であるが、エネルギースペクトルＳ中においてピークとしては現れず広がりを持つため、ピークとして現れるＳＢＧとの判別が可能となる。

次に、ＢＧ除去工程Ｓ３において、（式８）により得られたエネルギースペクトルからＳＢＧを選択的に除去することで、下記の（式９）が得られる。

ＳＢＧを除去する手段として、導出された外部放射線Ｒａ２のエネルギー帯域を非通過帯域とするフィルタ処理が挙げられる。例えば、エネルギースペクトルＳに対してローパスフィルタを適応することでバックグラウンドを除去する。特に、測定放射性物質Ｒｍの核種を特定している場合、その核種が放出するエネルギー以上の放射線は入射しないため、エネルギースペクトル中のそのエネルギー以上の成分を除去するローパスフィルタは統計精度が低い場合でも真の信号を失わずにバックグラウンドを除去できる。

他のバックグラウンドの除去手段として、エネルギースペクトルＳに対するバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ、コベル法等が考えられる。バンドパスフィルタにおいては一部フォアグラウンドである測定放射性物質Ｒｍに関する信号を除去してしまうが、除去する信号は広がったスペクトルの内の一部であり、バックグラウンドの低減効果が得られる。

次に、信号化工程Ｓ４において、バックグラウンドの影響を取り除いたエネルギースペクトルＳに対して、応答関数ＲＢＧ（第２応答関数）を用いてフォールディングすることで、外部放射線Ｒａ２に由来するバックグラウンドの影響が分離され、外部放射線Ｒａ２のエネルギーの影響を低減あるいは除去した波高スペクトルＭが導出される。

次に、波高スペクトル出力工程Ｓ５において、再導出された波高スペクトルＭを、信号復元部２２に対して出力する。
以上のＳ１～Ｓ５に示されるバックグラウンド除去過程（分離制御）を行うことで、波高スペクトルＭから、外部放射線Ｒａ２に由来するバックグラウンドの影響を分離できる。

なお、逆問題演算の解法としてアンフォールディングのみならず、（式１）を下記（式１０）、（式２）を下記（式１１）と捉えることで、機械学習による手法等を用いて逆問題演算を行ってもよい。但し、“ｆ”は一般的な関数、“ｆ－１”はｆの逆関数を表す。

また、バックグラウンド除去部２１におけるバックグラウンド除去過程（分離制御）は、ＢＧ信号復元工程Ｓ２～信号化工程Ｓ４を複数回繰り返すことで、それぞれ発生源が異なる種々のバックグラウンドを除去できる。

また、バックグラウンド応答関数３１は、外部放射線発生源から外部放射線Ｒａ２が放出され検出部１が電気パルス信号Ｇを出力するまでの現象を、コンピュータ上で実施される三次元モンテカルロ計算手法を利用してシミュレーションすることにより得られる。
まず、外部放射線Ｒａ２の発生源の位置分布を仮定し、過程された発生源の位置分布及びこの外部放射線Ｒａ２が検出部１に入射するまでの経路に影響する構造物等の物質の三次元モデル、即ち、三次元モンテカルロ計算手法に必要な物理情報である形状、密度、元素構成比を示す三次元モデル、を作成する。この三次元モデルには放射能分析装置１００及び測定放射性物質Ｒｍも含まれる。そして、コンピュータ上で実施される三次元モンテカルロ計算手法によりシミュレーションを行い、外部放射線Ｒａ２による検出部１の応答を求めることでバックグラウンド応答関数３１が得られる。

外部放射線Ｒａ２の発生源が未知の場合の近似的なモデルとして、未知の外部放射線Ｒａ２は十分遠方から飛来すると仮定し、平行ビーム、もしくはランダムに飛来する方向に依存しない放射条件である等方ビーム、として近似することが考えられる。

上記のように構成された実施の形態の放射能分析装置は、
放射性物質から放出される放射線が入射されると入射放射線のエネルギーに対応する検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号のエネルギー値ごとの計数を示すエネルギー分布である第１エネルギー分布を導出する分析部と、
前記検出部の応答関数を格納する記憶部と、
前記第１エネルギー分布に対して、前記応答関数を用いた信号復元演算を行うことにより前記放射性物質の放射線のエネルギー分布である第２エネルギー分布を演算して、前記放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する演算部と、を備え、
前記応答関数は、測定対象物に含まれる前記放射性物質である測定放射性物質に対する第１応答関数と、前記測定対象物に含まれない前記放射性物質である外部放射性物質に対する第２応答関数と、を有して構成され、
前記演算部は、
前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布から、前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを分離する分離制御を行い、該分離制御が行われた前記第２エネルギー分布に基づいて、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該測定放射性物質の放射能強度を演算する、
ものである。

このように、放射能分析装置は、応答関数として、測定対象物に含まれない外部の放射性物質に対する第２応答関数を有している。
そして、放射能分析装置は、第１エネルギー分布としての波高スペクトルＭに対して、この第２応答関数を用いた信号復元演算を行う。これにより、演算された第２エネルギー分布としてのエネルギースペクトルＳから、外部放射性物質の放射線のエネルギーを分離する分離制御を行う。こうして、測定対象物以外から放出される外部放射線に由来するエネルギーの影響を低減あるいは除去することができるため、例えば低強度の放射線を測定対象とする際においても高い放射能の評価性能を得られる。

また、高エネルギーの環境放射線、等の物質の透過力が高い外部放射線の影響を低減するために、測定対象物を封入する鉛等から成る遮蔽容器の厚みを増やす必要がない。そのため、放射能分析装置の小型化、軽量化、低コスト化を実現できる。

また、放射線検出器の前に測定対象物を置いていない状態で外部放射線によるバックグラウンド計数率を測定し、その後、放射線検出器の前に測定対象物を置いた状態で計数率を測定し、計数率からバックグラウンド計数率を差し引くというような手法も必要としない。これにより、作業工程の効率化を図れる。また、このように測定対象物を置かない状態でバックグラウンド計数率を測定する必要がないため、水、構造物、などの測定場所から移動させることができず、連続的に放射線を発するような測定対象物に対しても、外部放射線による影響を低減あるいは除去して、精度良く放射能評価を行える。

また、上記のように構成された実施の形態の放射能分析装置は、
前記演算部は、前記分離制御において、
前記外部放射性物質の前記検出信号の計数を含んだ前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布において前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを導出し、前記第２エネルギー分布に対して、導出された前記外部放射性物質の放射線のエネルギーの帯域を非通過帯域とするフィルタ処理を行う、
ものである。

このように、放射能分析装置は、第２応答関数を用いた信号復元演算を行うことにより、導出されたエネルギースペクトルＳにおいて、外部の放射線のエネルギーをピークとして表し、そのエネルギー値を導出する。そして、ピークとして現れる外部放射線のエネルギー帯域を非通過帯域とする分離制御としてのフィルタ処理をエネルギースペクトルＳに対して行うことで、エネルギースペクトルＳから、外部放射線のエネルギーを分離できる。このような分離制御を行うことにより、測定対象物以外から放出される外部放射線に由来するエネルギーの影響の低減あるいは除去が可能となる。

また、上記のように構成された実施の形態の放射能分析装置は、
前記演算部は、
前記分離制御における前記フィルタ処理が行われた前記第２エネルギー分布を前記第１応答関数を用いて前記第１エネルギー分布に再導出し、再導出された前記第１エネルギー分布に対して、前記第１応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する、
ものである。

このように、放射能分析装置は、フィルタ処理により外部放射線のエネルギーが分離されたエネルギースペクトルＳから、波高スペクトルＭを再導出する。そして、放射能分析装置は、この再導出された波高スペクトルＭに対して第１応答関数を用いた信号復元演算を行うことで、測定対象の放射性物質の放射線のみを含むエネルギースペクトルＳを導出できる。これにより、外部放射線による影響を低減あるいは除去して、精度良い放射性核種の同定、放射能強度の評価を行える。

また、上記のように構成された実施の形態の放射能分析装置は、
前記第２応答関数は、
前記外部放射性物質の発生源の位置分布が仮定され、仮定された前記位置分布から前記外部放射性物質からの放射線が前記検出部に入射するまでの線路における物質の形状、密度、元素構成比、の少なくとも一つを示す三次元モデルに基づいて導出される、
ものである。

このように、外部放射線に対する第２応答関数は、仮定された外部放射線の位置から、検出部までの線路における構造物等の物質の三次元モデルに基づいて導出されるため、検出部と外部放射線との相互作用をより反映させたものである。
これにより、信号復元演算の精度を向上させることができ、外部放射線による影響の低減あるいは除去を高精度に実施できる。

また、上記のように構成された実施の形態の放射能分析装置は、
前記第２応答関数は、
前記外部放射性物質からの放射線を、平行ビーム、あるいは、方向に依存しない放射条件である等方照射のビーム、として近似して導出される、
ものである。

このように、外部放射性物質からの外部放射線を、平行ビーム、あるいは、方向に依存しない放射条件である等方照射のビーム、として近似するため、例えば、未知の外部放射性物質から飛来する外部放射線に対しても精度良い第２応答関数を設定できる。
これにより、信号復元演算の精度を向上させることができ、外部放射線による影響の低減あるいは除去を高精度に実施できる。

実施の形態２．
以下、本願の実施の形態２を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図６は、実施の形態２による放射能分析装置２００の概略構成図である。
本実施の形態の放射能分析装置２００では、演算部２２０において、妥当性評価部２２４を新たに設けた構成としている。

実施の形態１に示したバックグラウンド除去過程（分離制御）は、ピークとして現れる外部放射線のエネルギー帯域を非通過帯域とする分離制御としてのフィルタ処理をエネルギースペクトルＳに対して行う。よって、測定対象物ＯＢから発せられる放射線Ｒａ１と外部放射線Ｒａ２のエネルギーがそれぞれ異なる場合において、外部放射線Ｒａ２に由来するバックグラウンドの低減が可能である。
しかしながら、測定対象物ＯＢから発せられる放射線Ｒａ１と外部放射線Ｒａ２のエネルギーがそれぞれ同じ場合では、エネルギースペクトルＳ上では、同じエネルギーに解析される。この場合、フィルタ処理等によりバックグラウンドを除去することが困難となる。

本実施の形態の放射能分析装置２００によるバックグラウンド除去過程（分離制御）では、このような測定対象物ＯＢから発せられる放射線Ｒａ１と外部放射線Ｒａ２のエネルギーが同じ場合においても、高い分析精度が得られるものである。
以下、本実施の形態２の放射能分析装置２００の演算部２２０によるバックグラウンド除去過程（分離制御）について説明する。

図７は、本実施の形態の演算部２２０によるバックグラウンド除去過程（分離制御）の各工程を示すフロー図である。
なお、図７における、波高スペクトル入力工程Ｓ１、ＢＧ信号復元工程Ｓ２、信号化工程Ｓ４、波高スペクトル出力工程Ｓ５は、実施の形態１と同じである。また、図７における信号復元工程Ｓ６は、信号復元部２２による逆問題演算工程を示しており、これも実施の形態１と同じである。

実施の形態１と同様に、ＢＧ信号復元工程Ｓ２において、バックグラウンド除去部２１は、入力された波高スペクトルＭに対してバックグラウンド応答関数３１を用いた外部放射線Ｒａ２に対する逆問題演算を実施する。
これにより導出されたエネルギースペクトルＳにおいて、ＳＢＧが独立したピークとして現れない場合、即ち、外部放射線Ｒａ２のエネルギー値と測定放射性物質Ｒｍから発せられる放射線Ｒａ１のエネルギー値が同じである場合、バックグラウンド除去部２１は、以下のＢＧ除去工程Ｓ２０３を行う。

本実施の形態のＢＧ除去工程Ｓ２０３では、実施の形態１と異なり、測定対象物ＯＢが発する特定のエネルギーの放射線Ｒａ１と同じエネルギーの計数に対して、外部放射線Ｒａ２による寄与を仮定して一定量の初期値を減算する。
即ち、バックグラウンド除去部２１は、入力されたエネルギースペクトルＳにおいて、測定放射性物質Ｒｍのエネルギー値のピークにおける計数から、設定された初期値を減算する。この初期値は、外部放射線Ｒａ２による計数に相当する分を予測して設定される。

次に、信号化工程Ｓ４において、バックグラウンドの影響による予測計数が減算されたエネルギースペクトルＳに対して、実施の形態１と同様に、バックグラウンド応答関数３１を用いてフォールディングし、波高スペクトルＭを再導出する。再導出された波高スペクトルＭは、波高スペクトル入力工程Ｓ１において入力された波高スペクトルＭと比較して、バックグラウンドの影響による予測計数が減算されたものとなる。
次に、実施の形態１と同様に、波高スペクトル出力工程Ｓ５において、再導出された波高スペクトルＭを、信号復元部２２に対して出力する。

次に、信号復元部２２は、実施の形態１と同様に、信号復元工程Ｓ６において、バックグラウンド除去部２１が出力した波高スペクトルＭに対して、フォアグラウンド応答関数３２を用いて、信号復元演算である逆問題演算を施すことで、エネルギースペクトルＳを導出する。

次に、妥当性評価部２２４は、妥当性評価工程Ｓ２０７において、外部放射線Ｒａ２による寄与の仮定である初期値が正しいことを評価する。外部放射線Ｒａ２による寄与の仮定が正しい場合、導出されたエネルギースペクトルＳにおいて、測定対象物ＯＢが発する放射線Ｒａ１によるエネルギースペクトルは広がりを持たず特定のエネルギー値にのみピークを持つ。このため、信号復元工程Ｓ６により得られたエネルギースペクトルＳにおいてスペクトルの広がりが最も少ない場合に、外部放射線による寄与について最良の仮定が与えられたと判断する。こうして演算部２２０は、導出されたエネルギースペクトルＳにおいて測定放射性物質Ｒｍの放射線Ｒａ１のエネルギー分布域の幅が最小となるまで、設定された初期値の増減を繰り返す収束演算を行う。
このように、演算部２２０は、妥当性評価工程Ｓ２０７の結果によって、繰り返しバックグラウンド除去部２１と信号復元部２２による処理を行って、バックグラウンド除去性能を向上させる。

宇宙線による制動放射等、外部放射線の発生源が連続的な分布を有している場合であっても、外部放射線によるエネルギースペクトルが既知の場合は、ＢＧ除去工程Ｓ２０３において外部放射線によるエネルギースペクトルの線形和として減算する。即ち、測定放射性物質Ｒｍのエネルギーのピーク値に対してのみの減算ではなく、既知の外部放射線によるエネルギースペクトルを、設定された初期値として減算する。そして、上述と同じ手法により、バックグラウンドの強度を推定し、エネルギースペクトルＳの計数からこのバックグラウンドの計数を除去することで良い測定精度が得られる。
本実施の形態によれば、鉛遮蔽では遮蔽しきれない高エネルギーγ線、宇宙線由来の制動放射等に対しても有効であり、従来の技術では達成し得なかった高精度な測定を実現できる。

上記のように構成された実施の形態の放射能分析装置は、
前記演算部は、前記分離制御において、
前記第２エネルギー分布における、前記測定放射性物質の放射線の計数から設定された初期値を減算し、減算された該第２エネルギー分布から前記第１エネルギー分布を再導出し、再導出された前記第１エネルギー分布に対して前記第１応答関数を用いた前記信号復元演算を行って前記第２エネルギー分布を再導出し、
再導出された前記第２エネルギー分布において、前記測定放射性物質のエネルギーの分布域が最小となるまで前記初期値の増減を繰り返し行う収束演算を実施する、
ものである。

測定対象物から発せられる放射線のエネルギー値と外部放射線のエネルギー値とが同じ場合、第１応答関数を用いた信号復元演算を行うと、波高スペクトルＭから導出されたエネルギースペクトルＳにおいて、測定対象物が発する放射線のエネルギー値は、外部放射線の影響によりその近辺に広がりを持つ。よって、放射能分析装置は、エネルギースペクトルＳにおける測定対象物質が放射する放射線の計数から、外部放射線による寄与を仮定して一定量の初期値を減算する。そして、放射能分析装置は、この減算されたエネルギースペクトルＳから波高スペクトルＭを再導出する。そして、放射能分析装置は、この波高スペクトルＭから再導出されたエネルギースペクトルＳにおいて測定対象物が発する放射線のエネルギーの広がりが最小となる時の初期値が、外部放射線による計数と判断する。こうして、外部放射線による計数を正確に除去することで、測定対象物から発せられる放射線のエネルギー値と外部放射線のエネルギー値とが同じ場合においても、測定対象物以外から放出される外部放射線に由来するエネルギーの影響を高精度に除去でき、高い放射能の評価性能を得られる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１検出部、１０信号処理部（分析部）、２０，２２０演算部、３０記憶部、
ＯＢ測定対象物、Ｒｍ測定放射性物質、１００，２００放射能分析装置。

Claims

放射性物質から放出される放射線が入射されると入射放射線のエネルギーに対応する検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号のエネルギー値ごとの計数を示すエネルギー分布である第１エネルギー分布を導出する分析部と、
前記検出部の応答関数を格納する記憶部と、
前記第１エネルギー分布に対して、前記応答関数を用いた信号復元演算を行うことにより前記放射性物質の放射線のエネルギー分布である第２エネルギー分布を演算して、前記放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する演算部と、を備え、
前記応答関数は、測定対象物に含まれる前記放射性物質である測定放射性物質に対する第１応答関数と、前記測定対象物に含まれない前記放射性物質である外部放射性物質に対する第２応答関数と、を有して構成され、
前記演算部は、
前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布から、前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを分離する分離制御を行い、該分離制御が行われた前記第２エネルギー分布に基づいて、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該測定放射性物質の放射能強度を演算し、
前記分離制御において、
前記外部放射性物質の前記検出信号の計数を含んだ前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布において前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを導出し、前記第２エネルギー分布に対して、導出された前記外部放射性物質の放射線のエネルギーの帯域を非通過帯域とするフィルタ処理を行い、
前記分離制御における前記フィルタ処理が行われた前記第２エネルギー分布を前記第１エネルギー分布に再導出し、再導出された前記第１エネルギー分布に対して、前記第１応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する、
放射能分析装置。
放射性物質から放出される放射線が入射されると入射放射線のエネルギーに対応する検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号のエネルギー値ごとの計数を示すエネルギー分布である第１エネルギー分布を導出する分析部と、
前記検出部の応答関数を格納する記憶部と、
前記第１エネルギー分布に対して、前記応答関数を用いた信号復元演算を行うことにより前記放射性物質の放射線のエネルギー分布である第２エネルギー分布を演算して、前記放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該放射性物質の放射能強度を演算する演算部と、を備え、
前記応答関数は、測定対象物に含まれる前記放射性物質である測定放射性物質に対する第１応答関数と、前記測定対象物に含まれない前記放射性物質である外部放射性物質に対する第２応答関数と、を有して構成され、
前記演算部は、
前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布から、前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを分離する分離制御を行い、該分離制御が行われた前記第２エネルギー分布に基づいて、前記測定放射性物質の核種を弁別すると共に、弁別された該測定放射性物質の放射能強度を演算し、
前記分離制御において、
前記外部放射性物質の前記検出信号の計数を含んだ前記第１エネルギー分布に対して、前記第２応答関数を用いた前記信号復元演算を行うことにより、演算された前記第２エネルギー分布において前記外部放射性物質の放射線のエネルギーを導出し、前記第２エネルギー分布に対して、導出された前記外部放射性物質の放射線のエネルギーの帯域を非通過帯域とするフィルタ処理を行い、
前記分離制御において、
前記第２エネルギー分布における、前記測定放射性物質の放射線の計数から設定された初期値を減算し、減算された該第２エネルギー分布から前記第１エネルギー分布を再導出し、再導出された前記第１エネルギー分布に対して前記第１応答関数を用いた前記信号復元演算を行って前記第２エネルギー分布を再導出し、
再導出された前記第２エネルギー分布において、前記測定放射性物質のエネルギーの分布域が最小となるまで前記初期値の増減を繰り返し行う収束演算を実施する、
放射能分析装置。
前記第２応答関数は、
前記外部放射性物質の発生源の位置分布が仮定され、仮定された前記位置分布から前記外部放射性物質からの放射線が前記検出部に入射するまでの線路における物質の形状、密度、元素構成比、の少なくとも一つを示す三次元モデルに基づいて導出される、
請求項１または請求項２に記載の放射能分析装置。
前記第２応答関数は、
前記外部放射性物質からの放射線を、平行ビーム、あるいは、方向に依存しない放射条件である等方照射のビーム、として近似して導出される、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射能分析装置。