JP7347805B2 - Nuclear material distribution measuring device - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 発表論文のコピー
本発明は、放射線を発する核物質の空間分布を測定するための核物質分布測定装置に関する。 The present invention relates to a nuclear material distribution measuring device for measuring the spatial distribution of nuclear material that emits radiation.
原子炉等における放射性物質の評価においては、人工放射性核種であるプルトニウム(Pu:239Pu、238Pu等)を検知することが必要であり、特に施設中におけるPuの分布を測定することが求められる。このためには、例えば239Puが発するピークエネルギーが5.1MeVのα線の空間分布を測定する手法が用いられる。しかしながら、239Puの存在量は一般的には少なく、天然放射性核種であり上記と近いエネルギーのα線を発する222Rn(ラドン)が存在するために、239Puの分布を高精度で測定することが困難である。すなわち、239Puの存在をα線の検出によって検知する際には、222Rnに起因するα線がそのバックグラウンド成分として存在することが239Puの検知の障害となっている。 In evaluating radioactive materials in nuclear reactors, etc., it is necessary to detect plutonium (Pu: 239 Pu, 238 Pu, etc.), which is an artificial radionuclide, and it is especially necessary to measure the distribution of Pu in the facility. . For this purpose, for example, a method of measuring the spatial distribution of α rays emitted by 239 Pu with a peak energy of 5.1 MeV is used. However, the abundance of 239 Pu is generally small, and because 222 Rn (radon), which is a natural radionuclide and emits alpha rays with energy close to the above, exists, it is difficult to measure the distribution of 239 Pu with high precision. is difficult. That is, when detecting the presence of 239 Pu by detecting α rays, the presence of α rays originating from 222 Rn as a background component is an obstacle to the detection of 239 Pu.
ここで、222Rnに起因するα線とは、222Rnの崩壊系列において子孫核種に壊変する際に発せられるα線である。図10に222Rnの崩壊系列を示す。ここでは、各過程の半減期、放射される放射線(α線又はβ線の種別)及びそのピークエネルギーも示されている。このように、222Rnは、222Rn→218Po→214Pb→214Bi→214Po→210Pbの壊変系列で壊変し、各過程においてα線、β線が発せられる。この際、各過程の半減期や、発せられるα線、β線のエネルギーは様々である。 Here, the α rays caused by 222 Rn are α rays emitted when 222 Rn decays into progeny nuclides in its decay series. Figure 10 shows the decay series of 222Rn . Here, the half-life of each process, the emitted radiation (type of α-ray or β-ray), and its peak energy are also shown. In this way, 222 Rn decays in the decay sequence 222 Rn→ 218 Po→ 214 Pb→ 214 Bi→ 214 Po→ 210 Pb, and α and β rays are emitted in each process. At this time, the half-life of each process and the energy of the emitted alpha and beta rays vary.
このため、Puから発せられるα線を検出する際に、222Rnに起因したα線の影響を低減するための技術が提案されている。例えば、特許文献1には、222Rnが天然放射性核種であるために一般的には広い範囲にわたり一様に分布しているのに対し、Puは天然には存在しないために一般的には極めて局所的に分布すること、及びPuが発するα線のピークエネルギーと222Rnに起因したα線のピークエネルギーが異なることを利用し、検出されたα線の2次元マッピング結果を用いてα線のバックグラウンドレベルを推定し、このバックグラウンドレベルが222Rnによるものとする技術が記載されている。この手法によって、検出された放射線のうち、このようなバックグラウンド成分を除去することによって、検知対象となる核物質(Pu等)の分布を適正に認識することができる。
For this reason, a technique has been proposed for reducing the influence of α rays caused by 222 Rn when detecting α rays emitted from Pu. For example,
また、特許文献2、非特許文献1には、図10に示された崩壊系列のうちで特に214Biから210Pbに至る際の反応に特に着目することによって222Rnに起因するバックグラウンド成分を低減する技術が記載されている。
Furthermore, in Patent Document 2 and
ここで、214Biは20分程度の半減期で3.26MeV程度のβ線等を発して214Poに壊変する。その後、214Poは164μsの半減期で7.68MeVのα線を発して210Pbに壊変する。この際の214Poの半減期は、上記の壊変系列の過程で最も短く、214Biの壊変で発せられるβ線と214Poの壊変で発せられるα線はほぼ同時に発せられるとみなすことができる。 Here, 214 Bi emits β rays of about 3.26 MeV and decays to 214 Po with a half-life of about 20 minutes. Thereafter, 214 Po emits α rays of 7.68 MeV with a half-life of 164 μs and decays to 210 Pb. At this time, the half-life of 214 Po is the shortest in the process of the above-mentioned decay series, and it can be considered that the β rays emitted by the decay of 214 Bi and the α rays emitted by the decay of 214 Po are emitted almost simultaneously.
このため、特許文献2に記載の技術においては、Puから発せられるα線を検出する際にα線用とβ線用の2つの検出器を用い、α線の検出時刻とβ線の検出時刻とが近いもの(β-α相関事象として認識されたもの)に対応したα線を検出から除外することによって、222Rn起因のバックグラウンド成分を低減している。これによって、検知対象となる核物質(Pu等)の分布をより高精度で認識することができる。 For this reason, in the technology described in Patent Document 2, when detecting α rays emitted from Pu, two detectors are used for α rays and β rays, and the detection time of α rays and the detection time of β rays are By excluding from detection α rays corresponding to those that are close to (recognized as β-α correlated events), the background component caused by 222 Rn is reduced. Thereby, the distribution of the nuclear material (Pu, etc.) to be detected can be recognized with higher accuracy.
特許文献2等に記載の方法においては、α線用とβ線用の検出器が必要となった。更に、核物質の認識のためには検出したα線のエネルギースペクトルを測定することが必要となるのに対して、このためには専用の信号処理系が必要となり、測定機器が複雑となった。更に、特許文献2に記載の方法においては、核物質(Pu)の検知のために検出されたα線のうち、214Poが発したα線は除外されるものの、他のバックグラウンド成分、図10において例えば222Rnが218Poに壊変する際に発せられる5.49MeVのα線の影響は除去できなかった。 In the method described in Patent Document 2 and the like, detectors for α rays and β rays are required. Furthermore, in order to recognize nuclear materials, it is necessary to measure the energy spectrum of the detected alpha rays, but this requires a dedicated signal processing system, making the measurement equipment complicated. . Furthermore, in the method described in Patent Document 2, among the α rays detected for the detection of nuclear material (Pu), although the α rays emitted by 214 Po are excluded, other background components, In 10, for example, the influence of 5.49 MeV α rays emitted when 222 Rn decays to 218 Po could not be removed.
特許文献1に記載の技術においては、検出された放射線の空間的分布のみからバックグラウンド成分が推定されるため、例えば検出対象となる核物質が空間的に広がって分布している場合や、222Rnの存在が一様ではない場合には、バックグラウンド成分を適切に推定できない場合があった。
In the technique described in
このため、放射線のバックグラウンド成分を適切に認識することによって核物質の分布を適正に認識できる技術が望まれた。 For this reason, there has been a desire for a technology that can appropriately recognize the distribution of nuclear material by appropriately recognizing the background components of radiation.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の核物質分布測定装置は、
放射線を発する核物質の空間分布を前記放射線の強度の空間分布を検出することによって測定する核物質分布測定装置であって、入射したα線、β線を吸収してパルス状の出力信号を発すると共に、入射した前記α線、入射した前記β線の入射位置及び入射時刻が認識され、かつ前記出力信号が前記α線、前記β線のいずれによるものかが識別される位置検出型放射線検出器と、入射した前記α線と入射した前記β線の前記入射時刻に基づき、時間差が一定の範囲内で入射した前記α線と前記β線の組み合わせをα―β相関イベントとして認識し、認識された前記α―β相関イベントに対応する前記入射位置より、測定時間内における前記α―β相関イベントの空間分布を算出し、当該空間分布より、前記放射線の前記位置検出型放射線検出器による検出結果におけるバックグラウンド成分を推定し、前記位置検出型放射線検出器によって測定された前記放射線の強度の空間分布を、推定された前記バックグラウンド成分を用いて補正する解析部と、を具備することを特徴とする。
本発明の核物質分布測定装置において、前記α―β相関イベントに対応する前記α線、前記β線は、それぞれ222Rnの崩壊系列において発せられるα線、β線であることを特徴とする。
本発明の核物質分布測定装置において、前記解析部は、前記出力信号より前記α線又はβ線のエネルギーを算出することを特徴とする。
本発明の核物質分布測定装置において、前記位置検出型放射線検出器は、放射線を吸収してパルス状の蛍光を発し、α線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数と、β線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数が異なる材料で構成された板状のシンチレータと、前記蛍光を受けて前記蛍光に対応した前記出力信号を出力すると共に、前記蛍光の入射位置が認識される位置検出型光検出器と、を具備し、前記解析部は、前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間を少なくとも含む第1の期間内における前記出力信号の積分値であるI1と、前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間であり第1の期間よりも始期が後であり終期が第1の期間と同一である第2の期間内における前記出力信号の積分値であるI2と、を算出し、I2/I1の値に基づいて、前記出力信号がα線、β線のどちらによるものかを識別することを特徴とする。
本発明の核物質分布測定装置において、前記材料は、有機化合物であることを特徴とする。
本発明の核物質分布測定装置において、前記材料はスチルベンであることを特徴とする。
本発明の核物質分布測定装置において、前記解析部は、I2/I1と予め設定された閾値との間の大小関係において、I2/I1が大きな場合に前記出力信号がα線によるものと認識し、I2/I1が小さな場合に前記出力信号がβ線によるものと認識することを特徴とする。
本発明の核物質分布測定装置において、前記位置検出型光検出器は位置検出型シリコン光電子増倍管であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
The nuclear material distribution measuring device of the present invention includes:
A nuclear material distribution measurement device that measures the spatial distribution of nuclear material that emits radiation by detecting the spatial distribution of the intensity of the radiation, and absorbs incident α-rays and β-rays to generate a pulse-shaped output signal. and a position detection type radiation detector that recognizes the incident position and time of incidence of the incident α rays and the incident β rays, and identifies whether the output signal is due to the α rays or the β rays. Based on the incident time of the incident α ray and the incident β ray, a combination of the incident α ray and the β ray with a time difference within a certain range is recognized as an α-β correlation event, and the combination is recognized as an α-β correlation event. From the incident position corresponding to the α-β correlated event, the spatial distribution of the α-β correlated event within the measurement time is calculated, and from the spatial distribution, the detection result of the radiation by the position-detecting radiation detector is calculated. an analysis unit that estimates a background component in the area and corrects the spatial distribution of the intensity of the radiation measured by the position-detecting radiation detector using the estimated background component. shall be.
The nuclear material distribution measuring device of the present invention is characterized in that the α rays and the β rays corresponding to the α-β correlation event are α rays and β rays emitted in the decay series of 222 Rn, respectively.
In the nuclear material distribution measuring device of the present invention, the analysis section calculates the energy of the α-ray or β-ray from the output signal.
In the nuclear material distribution measuring device of the present invention, the position detection type radiation detector absorbs radiation and emits pulsed fluorescence, and determines the decay time constant of the fluorescence when absorbing α rays and the decay time constant of the fluorescence when absorbing β rays. a plate-shaped scintillator made of a material that has a different decay time constant of the fluorescence when a detection type photodetector, the analysis unit is configured to calculate an integral value I1 of the output signal within a first period including at least a period in which the output signal attenuates after a peak in the output signal. and a second period in which the output signal attenuates after a peak in the output signal, whose start period is later than the first period , and whose end period is the same as the first period. The method is characterized in that it calculates I2, which is an integral value of the output signal, and identifies whether the output signal is due to alpha rays or beta rays based on the value of I2/I1.
In the nuclear material distribution measuring device of the present invention, the material is an organic compound.
In the nuclear material distribution measuring device of the present invention, the material is stilbene.
In the nuclear material distribution measurement device of the present invention, the analysis unit recognizes that the output signal is due to α rays when I2/I1 is large in the magnitude relationship between I2/I1 and a preset threshold value. , I2/I1 is small, the output signal is recognized as being due to β rays.
In the nuclear material distribution measuring device of the present invention, the position detection type photodetector is a position detection type silicon photomultiplier tube.
本発明は以上のように構成されているので、放射線のバックグラウンド成分を適切に認識することによって核物質の分布を適正に認識することができる。 Since the present invention is configured as described above, the distribution of nuclear material can be appropriately recognized by appropriately recognizing the background component of radiation.
以下、本発明の実施の形態に係る核物質分布測定装置について説明する。この核物質分布測定装置においては、α線、β線を検出する放射線検出器が用いられる。この放射線検出器においては、2次元位置検出型のものが用いられ、検出されたα線、β線の検出器内の位置情報も認識することができる。 A nuclear material distribution measuring device according to an embodiment of the present invention will be described below. This nuclear material distribution measuring device uses a radiation detector that detects α-rays and β-rays. This radiation detector uses a two-dimensional position detection type, and can also recognize positional information within the detector of detected α-rays and β-rays.
図1は、上記の原理により動作する核物質分布測定装置1の構成を単純化して示す図である。板状の位置検出型放射線検出器10は、α線、β線を吸収し、各々の吸収によってパルス状の出力信号を発する。この際、吸収したα線、β線の位置検出型放射線検出器10中の入射位置も認識することができる。このため、例えば検知対象となる核物質が分布した板状の試料とこの位置検出型放射線検出器10を近接させ、この核物質の発するα線、β線をこの位置検出型放射線検出器10で検出することによって、試料中におけるこの核物質の2次元分布を測定することができる。位置検出型放射線検出器10は、電源40で供給される電圧で動作する。また、この位置検出型放射線検出器10は、α線とβ線を共に検出できるが、この際に、検出した放射線がα線、β線のいずれかであるかが認識可能とされる。位置検出型放射線検出器10の詳細については後述する。
FIG. 1 is a diagram showing a simplified configuration of a nuclear material
位置検出型放射線検出器10から発せられるパルス状の出力信号はアナログ信号であるため、これがデジタイザ20によってデジタル化されてからコンピュータ30に入力する。デジタイザ20としては、実際にはデジタルオシロスコープを用いることができる。
Since the pulsed output signal emitted from the position detection
コンピュータ30における解析部31は、検出結果として、この出力信号をその位置情報と共に認識し、これを記憶部32に記憶させることができる。この際、この検出結果を、α線、β線とで区分して記憶することができる。また、コンピュータ30には、各種の情報(測定結果)の2次元分布等を表示させることができる表示部33も設けられる。ここでは、検出対象となる核物質は238Puや
239Puであるために、238Puが発する5.499MeV、239Puが発する5.156MeVのα線が主に検出されるものとする。このため、バックグラウンド成分が除去された後のα線の2次元強度分布は、238Pu、239Puの分布を反映する。
The
図2は、この核物質分布測定装置1の動作を示すフローチャートである。ここでは、まず、位置検出型放射線検出器10がα線又はβ線を検出することによって、パルス状の出力信号が発せられる(S1)。この出力信号は、デジタイザ20によってデジタル化されてコンピュータ30に入力する。解析部31は、この出力信号の波形データを、その位置情報、検出時刻と共に認識する。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of this nuclear material
その後、解析部31は、この波形データから、この出力信号がα線によるものかβ線によるものかを後述するように認識する(S2)。また、解析部31は、この出力信号のピーク値から、この場合のα線又はβ線のエネルギーも認識する。その後、このように認識されたエネルギーと位置情報、検出時刻を、α線、β線毎に区分して記憶部32に記憶させることができる(S3)。上記の動作は、測定時間の終了(S4:Yes)まで、位置検出型放射線検出器10がα線又はβ線を検出する度に繰り返される。これによって、測定時間内において検出されたα線、β線のエネルギーと入射位置情報、検出時刻が、α線、β線毎に区別されて記憶部32に記憶される。
Thereafter, the
測定時間内における全ての検出によって上記の情報が記憶された後、解析部31は、β線の検出時刻とα線の検出時刻とが近い組み合わせ(α-β相関イベント)を抽出する(S5)。この組み合わせは、図10における、β線を発する214Biの壊変と、α線を発する214Poの壊変に対応すると推定される。この組み合わせのために認識される時間差は、図10における214Poの半減期(164μs)に対応して設定され、例えば1msとすることができる。この点については、特許文献2に記載の技術と同様である。この場合において、214Biが発するβ線のエネルギーと大きく異なるエネルギーのβ線や、214Poが発するα線のエネルギーと大きく異なるエネルギーのα線を、この組み合わせから除外し、これらのエネルギーに近いエネルギーのβ線、α線のみから上記のα-β相関イベントを抽出させてもよい。あるいは、位置検出型放射線検出器10における画素毎にα-β相関イベントを抽出してもよい。
After the above information is stored by all detections within the measurement time, the
特許文献2に記載の技術と同様に、このように認識されたα-β相関イベントは、測定対象となる核物質(239Pu)ではなく、天然放射性核種である222Rnに起因すると推定することができる。ここで、解析部31は、α―β相関イベントの組み合わせにおけるα線、β線の個々の入射位置を2次元マッピングして表示部33で表示させることができる(S6)。この分布は、試料における222Rnの分布を反映していると推定される。
Similar to the technique described in Patent Document 2, it is estimated that the α-β correlation event recognized in this way is caused by the natural radionuclide 222Rn , rather than the nuclear material to be measured ( 239Pu ). I can do it. Here, the
解析部31は、この結果より、222Rnに起因したバックグラウンド成分を算出することができる(S7)。このバックグラウンド成分は、例えば前記のα―β相関イベントの2次元分布における特定の傾向が見られずこの2次元分布がランダムな分布であるとした場合には、この2次元分布の平均値(一定値)がバックグラウンド成分に対応すると推定することができる。ただし、上記のα―β相関イベントとして222Rnに起因する全てのバックグラウンド成分を検出することは実際には困難であるため、実際には、推定されるバックグラウンド成分は、α―β相関イベントの数の平均値の定数倍とされ、この定数は、実験結果等から適宜設定することができる。この場合には、検出されたα線の検出強度(c/s)からこのバックグラウンド成分を差し引いた値を、補正後のα線の検出強度とすることができる(S8)。
The
図3は、この動作を模式的に示す図であり、ここでは便宜上α線の強度分布が1次元分布であるとしており、横軸は1次元上の位置に対応し、縦軸はα線の検出強度である。図3(a)は補正前の強度分布、図3(b)は推定されたバックグラウンド成分(一定値)、図3(c)は補正後の強度分布をそれぞれ示す。ここで、238Puや239Puは実際には位置Xに存在するものとしており、補正前(図3(a))における実際のバックグラウンド成分はB1であるものとする。実際にはバックグラウンド成分には222Rnに起因するもの以外も存在するのに対して、上記のように推定されたバックグラウンド成分B2は222Rnに起因するものであるため、図3(b)に示された、推定されたバックグラウンド成分B2は、B1よりも小さくなる。このため、補正後においてもバックグラウンド成分を零とすることは困難であるが、補正後のバックグラウンド成分B3(=B1-B2)(図3(c))を低下させることができ、238Puや239Puの強度のバックグラウンド成分(B3)に対するコントラストを高めることができ、238Puや239Puの検出精度を高めることができる。 FIG. 3 is a diagram schematically showing this operation. Here, for convenience, it is assumed that the intensity distribution of α-rays is a one-dimensional distribution, and the horizontal axis corresponds to the one-dimensional position, and the vertical axis is the α-ray intensity distribution. This is the detection strength. FIG. 3(a) shows the intensity distribution before correction, FIG. 3(b) shows the estimated background component (constant value), and FIG. 3(c) shows the intensity distribution after correction. Here, it is assumed that 238 Pu and 239 Pu actually exist at position X, and the actual background component before correction (FIG. 3(a)) is B1. In reality, there are background components other than those caused by 222Rn , whereas the background component B2 estimated as above is caused by 222Rn , so it is shown in Figure 3(b). The estimated background component B2 shown in is smaller than B1. Therefore, although it is difficult to reduce the background component to zero even after correction, it is possible to reduce the background component B3 (=B1-B2) (FIG. 3(c)) after correction, and 238 Pu The contrast of the intensity of 238 Pu and 239 Pu with respect to the background component (B3) can be increased, and the detection accuracy of 238 Pu and 239 Pu can be improved.
あるいは、例えば前記のα―β相関イベントの2次元分布に明確な傾向がある場合には、この傾向を考慮し、例えばこの分布を近似した近似式を用いてバックグラウンド成分を設定し、同様の操作を行わせることができる。図4は、このような場合の例を図3に対応させて示す図である。補正前の状態である図4(a)において、バックグラウンド成分B4は、図中右側に向けて直線的に増加しているものとする。こうした場合においても、このバックグラウンド成分B4の少なくとも一部が上記のα―β相関イベントとして認識される場合には、位置の関数(図4の場合には一次関数)としてバックグラウンドレベルB5を図4(b)に示されるように推定することができる。このため、補正後である図4(c)に示されるように、補正後のバックグラウンド成分B6(=B4-B5)を小さくすることができる。バックグラウンド成分が他の分布をもつ場合においても同様である。 Alternatively, if there is a clear tendency in the two-dimensional distribution of α-β correlated events, for example, take this tendency into account and set the background component using an approximation formula that approximates this distribution, and You can perform operations. FIG. 4 is a diagram showing an example of such a case in correspondence with FIG. 3. In FIG. 4A, which is the state before correction, it is assumed that the background component B4 increases linearly toward the right side in the figure. Even in such a case, if at least a part of this background component B4 is recognized as the above α-β correlation event, the background level B5 can be plotted as a function of position (in the case of FIG. 4, a linear function). 4(b). Therefore, as shown in FIG. 4(c) after correction, the background component B6 (=B4-B5) after correction can be made small. The same applies to cases where the background component has other distributions.
図3、4においては単純化のために強度分布が1次元分布とされたが、実際には、解析部31は、補正後のα線の2次元強度分布を表示部33に表示させることができる(S9)。この強度分布は238Pu、239Puの分布を補正前よりもより高精度に反映する。
Although the intensity distribution is assumed to be a one-dimensional distribution in FIGS. 3 and 4 for simplicity, in reality, the
なお、上記の2次元強度分布を、238Pu、239Puが発するα線のピークエネルギー付近のエネルギー帯域の強度分布としてもよい。この場合、上記のような補正において差し引かれるバックグラウンド成分は、このエネルギー帯域内におけるものとして、α-β相関イベントの数から、このエネルギー帯域におけるものとして換算される。 Note that the above two-dimensional intensity distribution may be an intensity distribution in an energy band near the peak energy of α rays emitted by 238 Pu and 239 Pu. In this case, the background component subtracted in the above-described correction is calculated from the number of α-β correlated events as being in this energy band.
上記の方法において、実測されたα線の2次元強度分布からバックグラウンド成分を推定して補正する点については、特許文献1に記載の技術と類似している。しかしながら、ここでバックグラウンド成分を推定するために用いられるのはα―β相関イベントであるために、特許文献1に記載の技術よりも高精度となる。このため、例えば図4の例のようにバックグラウンド成分自身に分布がある場合においても、この補正をより適正に行うことができる。
The above method is similar to the technique described in
また、特許文献2に記載の技術においては、上記におけるα―β相関イベントに対応するα線が検出結果から除外されることによって、222Rnの影響が低減される。この場合において除外されるのは、図10における214Poが発するα線のみであり、例えば222Rnや218Poが発するα線は除外されない。これに対して、本願発明の技術において推定されるバックグラウンド成分は、α―β相関イベントの強度から認識された222Rnの存在量に対応するため、結果的に図10における全ての過程で発せられるα線の影響が包含された上で補正が行われる。このため、上記の方法によれば、特許文献2に記載の技術よりも高精度で238Puや239Puを検出することができる。 Furthermore, in the technique described in Patent Document 2, the influence of 222 Rn is reduced by excluding the α ray corresponding to the α-β correlation event described above from the detection results. In this case, only the α rays emitted by 214 Po in FIG. 10 are excluded; for example, the α rays emitted by 222 Rn and 218 Po are not excluded. On the other hand, the background component estimated by the technique of the present invention corresponds to the abundance of 222Rn recognized from the intensity of the α-β correlation event, and as a result, it is not emitted in all the processes in Fig. 10. Correction is performed after including the influence of alpha rays. Therefore, according to the above method, 238 Pu and 239 Pu can be detected with higher accuracy than the technique described in Patent Document 2.
なお、図2におけるS1~S4の動作は、位置検出型放射線10からの1回のパルス出力(α線又はβ線の1回の検出)毎に行うことができるが、記憶部32がデジタイザ20からの出力を全て記憶部32に記憶させた後に、出力毎に図2におけるS1~S4の動作を行わせてもよい。この場合、デジタイザ20としてデジタルオシロスコープを用いた場合には、出力をデジタルオシロスコープ側で記憶させてもよい。
Note that the operations S1 to S4 in FIG. 2 can be performed every time a pulse is output from the position-detecting radiation 10 (one time of detection of α rays or β rays); After storing all the outputs from the
次に、位置検出型放射線検出器10について説明する。図5は、この位置検出型放射線検出器10の構成を示す図である。ここでは、α線、β線を吸収することによって蛍光を発する板状のシンチレータ11と、板状のシンチレータ11からの発光(蛍光)を、その入射位置を認識した上で検出する位置検出型光検出器12が用いられる。
Next, the position detection
位置検出型光検出器12は、表面に入射した微弱な可視光の強度とその入射位置を認識できる構成のものが用いられ、位置検出型シリコン光電子増倍管(Position Sensitive Si Photomultiplier)が特に好ましく用いられる。図5においては位置検出型光検出器12とシンチレータ11は便宜上離間して示されているが、これらは実際には近接させて設けることができる。位置検出型シリコン光電子増倍管は、シリコンを用いて構成された光電子増倍管であり、例えば8×8画素のものを用いることができる。単一の出力に対する画素毎の出力を解析することによって、光(シンチレータ10からの発光)の入射位置を上記の画素よりも細かな精度、例えば512×512画素相当で算出することもできる。
The position
ここで用いられるシンチレータ11を構成する材料は有機化合物であり、例えばスチルベンである。図6は、スチルベンにα線、β線を入射させた際の蛍光を光電子増倍管で検出した出力のパルス波形であり、位置検出型光検出器12からの出力信号の波形に対応する。ここで、ピーク値は規格化されて統一されている。このように、スチルベンをシンチレータの材料として用いることにより、α線、β線を共に検出することができる。ただし、両者においては、特にパルスの減衰時定数が大きく異なり、α線の方がβ線よりも減衰時定数が大きい。このため、減衰時定数の違いを用いて両者を弁別することができる。このような減衰特性はシンチレータを構成する材料の物性により定まる。
The material constituting the
図7は、このための手法を説明する図である。図7は、図6に示されたパルス形状を模式的に示す。ここでは、まず、このパルス出力における期間(第1の期間)T1の間の積分値I1が算出される。ここで、T1はパルスの立ち上がり(ピークの前)からピーク後において強度が十分に減衰するまでの減衰期間のほぼ全域にわたる期間として設定され、例えば図6の例では0~1200nsの期間である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a method for this purpose. FIG. 7 schematically shows the pulse shape shown in FIG. Here, first, an integral value I1 during a period (first period) T1 in this pulse output is calculated. Here, T1 is set as a period spanning almost the entire attenuation period from the rise of the pulse (before the peak) until the intensity sufficiently attenuates after the peak, and for example, in the example of FIG. 6, it is a period of 0 to 1200 ns.
一方、ここではT1の期間内におけるもう一つの期間(第2の期間)T2も設定される。T2は、終期がT1と等しく、始期が、T1よりも前でありパルスのピーク後の減衰期間の途中となるように設定される。このパルス出力における期間T2の間の積分値I2も算出され、I2<I1となる。このようにI2、I1を設定した場合、図6においては、減衰時定数が大きなα線におけるI2/I1は、β線におけるI2/I1よりも大きくなる。すなわち、I2/I1の値によって図6の出力を識別することができる。 On the other hand, another period (second period) T2 within the period T1 is also set here. T2 is set so that the end period is equal to T1 and the beginning period is before T1 and in the middle of the attenuation period after the peak of the pulse. The integral value I2 during the period T2 of this pulse output is also calculated, and I2<I1. When I2 and I1 are set in this way, in FIG. 6, I2/I1 for the α-ray, which has a large decay time constant, becomes larger than I2/I1 for the β-ray. That is, the output of FIG. 6 can be identified by the value of I2/I1.
また、図6においてはα線、β線による出力のピークが統一されて示されているが、実際にはこれらのピーク値はα線、β線のエネルギーに応じて変化し、様々である。ここで、シンチレータを、対象となるエネルギー範囲のα線、β線がこのシンチレータで十分吸収される程度に厚くすれば、これらのα線、β線のエネルギーはほぼ全てがこのシンチレータで吸収され、吸収されたエネルギーは全て上記の蛍光に寄与する。このため、上記のパルス出力のピーク値により、検出されたα線、β線のエネルギーを適正に認識することができる。また、上記のピーク値の代わりにパルス波形の全体の積分値であるI1からエネルギーを算出してもよい。 Further, in FIG. 6, the output peaks due to α rays and β rays are shown as unified, but in reality, these peak values vary depending on the energies of α rays and β rays. Here, if the scintillator is made thick enough to absorb α-rays and β-rays in the target energy range, almost all of the energy of these α-rays and β-rays will be absorbed by this scintillator. All absorbed energy contributes to the fluorescence mentioned above. Therefore, the energy of the detected α-rays and β-rays can be appropriately recognized based on the peak value of the pulse output. Moreover, the energy may be calculated from I1, which is the integral value of the entire pulse waveform, instead of the above-mentioned peak value.
この際、異なるエネルギーのα線に対して、上記のI1、I2はこのピーク値にほぼ比例するため、これらの比であるI2/I1の値はα線のエネルギーには依存しない。この点についてはβ線についても同様である。このため、エネルギーに依存しない、α線とβ線の弁別のための指標としてI2/I1を用いることができる。このため、上記のシンチレータとこの弁別手法を用いて、α線、β線それぞれのエネルギースペクトルを得ることができる。 At this time, since the above I1 and I2 are approximately proportional to this peak value for α rays of different energies, the value of I2/I1, which is the ratio between them, does not depend on the energy of the α rays. The same applies to β-rays in this regard. Therefore, I2/I1 can be used as an energy-independent index for discrimination between α rays and β rays. Therefore, by using the above-mentioned scintillator and this discrimination method, it is possible to obtain the energy spectra of each of α-rays and β-rays.
I2、I1、あるいは更にパルスのピーク値は、位置検出型光検出器12からの出力信号をデジタル化して記憶することによって容易に算出することができる。この際、図6におけるT1、T2の始期、終期は、このようなI2/I1による弁別がしやすいように、例えば標準試料から発生したα線、β線を検出することによって設定することができる。
I2, I1, or even the peak value of the pulse can be easily calculated by digitizing and storing the output signal from the position-
また、前記のように、コンピュータ30は、出力信号のピーク値やI1から、α線又はβ線のエネルギーを認識することもできる。図8は、このように認識されたα線(a)、β線(b)のエネルギースペクトルである。ここで、横軸はピーク値のチャンネル(エネルギーに対応)であり、α線のエネルギースペクトルのピーク(図8(a))は7.68MeVに対応する。同様にβ線のエネルギースペクトルも得られている(図8(b))が、ここでのチャンネルと実際のエネルギーの値の対応関係はα線とβ線とで異なる。
Further, as described above, the
このように、位置検出型放射線検出器10においては、α線、β線を識別して検出することができる。このため、前記の核物質分布測定装置1において、この位置検出型放射線検出器10を特に好ましく用いることができる。
In this way, the position detection
図6の例では、シンチレータの材料としてスチルベンが用いられたが、同様の特性を有する他の有機化合物も用いることができる。図9は、このような例として、プラスチックシンチレータ(商品名EJR-299-33:Eljen Technology社製)における、図6に対応したパルス波形である。この場合においても、α線によるパルス波形の方がβ線によるパルス波形よりも減衰時定数が長いことが確認できる。このため、こうした材料も、上記のシンチレータ11として用いることができる。
In the example of FIG. 6, stilbene was used as the scintillator material, but other organic compounds with similar properties can also be used. FIG. 9 shows a pulse waveform corresponding to FIG. 6 in a plastic scintillator (trade name: EJR-299-33, manufactured by Eljen Technology) as such an example. Even in this case, it can be confirmed that the pulse waveform due to α rays has a longer decay time constant than the pulse waveform due to β rays. Therefore, such materials can also be used as the
ただし、同様にα線、β線を、その入射位置情報と共に検出できる限りにおいて、他の位置検出型放射線検出器を用いることもできる。この場合、例えば特許文献2に記載の技術と同様に、α線用の検出器とβ線用の検出器を同時に用いてもよい。あるいは、α線用のシンチレータとβ線用のシンチレータとを組み合わせて用い、共通の光検出器(位置検出型光検出器)を用いてもよい。 However, other position-detecting radiation detectors can also be used as long as they can similarly detect α-rays and β-rays together with their incident position information. In this case, for example, similarly to the technique described in Patent Document 2, a detector for α rays and a detector for β rays may be used simultaneously. Alternatively, a scintillator for alpha rays and a scintillator for beta rays may be used in combination, and a common photodetector (position detection type photodetector) may be used.
また、上記の例では、検出する対象となるのが239Puであるものとしたが、他の核物質であっても、α線によって検出され、かつ222Rnの崩壊系列でその検出に際してのバックグラウンドとなるα線が発せられるものであれば、同様に検出することができる。更に、222Rn以外の核種であっても。その崩壊系列で上記と同様のα-β相関イベントとして認識できるものが存在する核種がバックグラウンドの原因となる場合においては、同様である。 In addition, in the above example, it is assumed that 239 Pu is the target to be detected, but even other nuclear substances can be detected by α rays, and there is a backlash during detection in the decay sequence of 222Rn . Anything that emits alpha rays, which serves as a ground, can be detected in the same way. Furthermore, even if it is a nuclide other than 222Rn . The same applies if the background is caused by a nuclide whose decay sequence has something that can be recognized as an α-β correlation event similar to the above.
1 核物質分布測定装置
10 位置検出型放射線検出器
11 シンチレータ
12 位置検出型光検出器
20 デジタイザ
30 コンピュータ
31 解析部
32 記憶部
33 表示部
40 電源
1 Nuclear material
Claims (8)
入射したα線、β線を吸収してパルス状の出力信号を発すると共に、入射した前記α線、入射した前記β線の入射位置及び入射時刻が認識され、かつ前記出力信号が前記α線、前記β線のいずれによるものかが識別される位置検出型放射線検出器と、
入射した前記α線と入射した前記β線の前記入射時刻に基づき、時間差が一定の範囲内で入射した前記α線と前記β線の組み合わせをα―β相関イベントとして認識し、
認識された前記α―β相関イベントに対応する前記入射位置より、測定時間内における前記α―β相関イベントの空間分布を算出し、
当該空間分布より、前記放射線の前記位置検出型放射線検出器による検出結果におけるバックグラウンド成分を推定し、
前記位置検出型放射線検出器によって測定された前記放射線の強度の空間分布を、推定された前記バックグラウンド成分を用いて補正する解析部と、
を具備することを特徴とする核物質分布測定装置。 A nuclear material distribution measurement device that measures the spatial distribution of nuclear material that emits radiation by detecting the spatial distribution of the intensity of the radiation, comprising:
It absorbs the incident α rays and β rays and emits a pulse-like output signal, and the incident position and time of incidence of the incident α rays and the incident β rays are recognized, and the output signal is transmitted to the α rays, a position detection type radiation detector that can identify which of the β rays is generated;
Based on the incident time of the incident α rays and the incident β rays, a combination of the incident α rays and the β rays with a time difference within a certain range is recognized as an α-β correlation event,
Calculating the spatial distribution of the α-β correlated event within the measurement time from the incident position corresponding to the recognized α-β correlated event ,
Estimating a background component in the detection result of the radiation by the position detection type radiation detector from the spatial distribution,
an analysis unit that corrects the spatial distribution of the radiation intensity measured by the position-detecting radiation detector using the estimated background component;
A nuclear material distribution measuring device comprising:
放射線を吸収してパルス状の蛍光を発し、α線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数と、β線を吸収した場合の前記蛍光の減衰時定数が異なる材料で構成された板状のシンチレータと、
前記蛍光を受けて前記蛍光に対応した前記出力信号を出力すると共に、前記蛍光の入射位置が認識される位置検出型光検出器と、
を具備し、
前記解析部は、
前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間を少なくとも含む第1の期間内における前記出力信号の積分値であるI1と、
前記出力信号におけるピークよりも後において前記出力信号が減衰する期間であり第1の期間よりも始期が後であり終期が第1の期間と同一である第2の期間内における前記出力信号の積分値であるI2と、
を算出し、
I2/I1の値に基づいて、前記出力信号がα線、β線のどちらによるものかを識別することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の核物質分布測定装置。 The position detection type radiation detector includes:
A plate-shaped plate made of a material that absorbs radiation and emits pulsed fluorescence, and has a different decay time constant of the fluorescence when absorbing α-rays and a different time constant of fluorescence when absorbing β-rays. scintillator and
a position detection type photodetector that receives the fluorescence and outputs the output signal corresponding to the fluorescence, and recognizes the incident position of the fluorescence;
Equipped with
The analysis section includes:
I1, which is an integral value of the output signal within a first period that includes at least a period in which the output signal attenuates after the peak in the output signal;
The output signal within a second period, which is a period in which the output signal attenuates after a peak in the output signal, whose start period is later than the first period, and whose end period is the same as the first period. I2, which is the integral value of
Calculate,
The nuclear material distribution according to any one of claims 1 to 3, wherein it is determined whether the output signal is due to α rays or β rays based on the value of I2/I1. measuring device.
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