JPH03218489A

JPH03218489A - パルス波形弁別装置

Info

Publication number: JPH03218489A
Application number: JP1437890A
Authority: JP
Inventors: Kunishiro Mori; 森　国城
Original assignee: KURIA PARUSU KK
Current assignee: KURIA PARUSU KK
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1991-09-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JP2703383B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、放射線計測等における時間測定技術に関し、
特に、立ち上り時間の異なるパルスを弁別するに好適な
パルス波形弁別装置に関する。

〔従来の技術〕

放射線計測の分野においては、ある種の有機シンチレー
タに代表されるシンチレーション結晶と光電子倍増管（
ＰＭＴ）を組み合わせたシンチレーシシン検出器より出
力されるパルス波形に基づいて入射荷電粒子を弁別する
方法が知られている。

この方法は、シンチレータに入射する荷電粒子によって
電離密度が異なることを利用し、入射荷電粒子を特定す
るものである。例えば、Ｔ線と中性子による反跳陽子と
を弁別する方法としてはｎγ弁別法が知られており、こ
れはＴ線によるパルス波形と反跳陽子によるパルス波形
とが異なることから両者の弁別を可能とするもので、こ
の弁別法は原子炉周辺の強いＴ線環境下における中性子
の測定に用いられている。シンチレーション検出器に限
らず、入射粒子の種類によって出力パルス波形に相違を
示す放射線検出器としては、水素ガスを封入した比例計
数管等が知られている。また、放射線計測においては入
射粒子特定の目的でなくとも波形弁別を行う必要がある
。例えば、γ線検出に使用されるＧｅ検出器においては
、空乏層で止まらないγ線により生じる遅い立ち上り特
性を持つ出力パルスはスペクトル測定に際して分解能の
悪化要因となるため、この種の遅い立ち上り特性を持つ
出力パルスを選択的に除去することが望ましい。そのた
めにも、立ち上りの遅いパルスと立ち上りの速いパルス
とを弁別する必要がある。

第６図は従来の比例計数管を用いたｎ一γ弁別装置のブ
ロック図である。図中、１は水素ガス封入の比例計数管
で、第８図（Ａ）に示すように、入射γ線に対しては遅
い立ち上り特性のパルス（破線で図示）を出力し、入射
反跳陽子に対しては速い立ち上り特性のパルス（実線で
図示）を出力する。これらのパルス波高値は入射放射線
のエネルギーに依存しているが、第８図（Ａ）では便宜
上同一の波高埴で示してある。この検出器（前置増幅器
を含む）の出力波形の減衰部は電子回路ＯＣＲの時定数
（通常１００μ秒から数ｍ秒）で定まる指数曲線の尾を
引く。

２は第８図（Ａ）に示す検出器の出力パルスを微分増幅
する微分増幅器である。実際の検出器においては第８図
（Ａ）に示す検出器の出力パルスが完全に減衰しないう
ちに次の出力パルスが生成して前の出力パルスの尾の部
分に重畳してしまい、パルス波高が基線から尾の部分だ
け高い値を示すが（パイルアップＰｉｌｅ−ｕｐ現象）
、この現象を除去するため、減衰部に含まれる低域周波
数を遮断する高域ろ過回路たる微分増幅器２が設けられ
ている。この微分処理においては、パルスの立ち上り時
間が上記ＣＲの時定数に比して充分小さければパルス波
高の減衰は殆どなくパルスの立ち上り時間も変化しない
。

３は微分出力を積分増幅する積分増幅回路である．この
積分増幅回路３は、微分増幅器２の出力には比例計数管
ｌを始めとする回路構成エレメントにて発生した種々の
雑音がオーバーラップしているため、この雑音を除去し
てＳ／Ｎ比を向上させる目的の高域周波数を遮断する低
域ろ過回路である。この積分増幅回路３としてはパッシ
ブ回路による積分回路を多段重ねた構成とすれば、高域
に対する遮断特性がより一層良好となるが、実際の積分
増幅回路３の構成としては数段のアクティブ回路が使用
され、パッシブ回路多段と同等のＳＺＮ比改善が得られ
る。結果的には、微分増幅器２と積分増幅器３とが帯域
フィルターを構成しているため、積分増幅回路３の出力
は第８図（Ｂ）に示すセミガウシャンの波形となる。

第８図（Ｂ）に示す如く、反跳陽子によるパルス波形（
実線で図示）のピーク時点はＴ線によるパルス波形（破
線で図示）のそれ以前に現れるが、両ピーク時点をその
まま検出することは技術的に困難である。そこで第８図
（Ｂ）に示すパルスを第２の微分増幅回路４に通過させ
、第８図（Ｃ）に示す２次微分パルス波形を生成する。

この２次微分パルス波形のゼロクロス時点は第８図（Ｂ
）に示す波形のピーク時点にほぼ対応している。そして
このゼロクロス時点を検出するゼロクロス検出回路５が
設けられている。第８図（Ｃ）に示す２次微分波形のス
タート時点Ｐ，とゼロクロス時点との時間間隔（反跳陽
子の時間間隔ＬＰ＋　　γ線の時間間隔ｔｒ）を計測す
ると、入射粒子の弁別が可能となる。

ところが、パルス波形のスタート時点Ｐ，（０レベルか
らの立ち上り時点）の検出自体は技術的に容易ではない
。そこで、スタート時点の検出の実際においては、第９
図に示すように、０レベルよりはずれた位置にスタート
検出レベルを設定し、この検出レベルをパルス波形が横
切る時点Ｐ，をスタート時点と近似する。回路的には比
較回路６の参照電圧を０■によりも高く設定する。なお
、７はスタート時点とゼロクロス時点との時間間隔を計
測する時間計測回路である。

しかしながら、第９図に示す如く、同一の立ち上り時間
を持つパルスでも波高値（エネルギー）が異なると、検
出レベルをパルス波形が横切る時点が異なることになり
（Ｐ，′≠Ｐ，″）、本質的にスタート時点の検出精度
に波高依存性が含まれてしまい、入射粒子の弁別分解能
の悪化要因となる。

この波高依存性を除去する方法として、第７図に示すｎ
一γ弁別装置が提案された。なお、第７図において第６
図に示す部分と同一部分には同一参照符号を付し、その
説明は省略する。８は比例計数管ｌの出力パルス（第ｌ
Ｏ図（Ａ）に示す）を所定時間遅延させ、第１０図（Ｂ
）に示す遅延パルスを作成する遅延回路である。９は比
例計数管ｌの出力パルス（第１０図（Ａ）に示す）の波
高を減衰させ、第９図（Ｂ）に示す減衰パルスを作成す
る減衰回路である。遅延パルスと減衰パルスは単一の出
力パルスより生成されるので、出力パルスの波高値が２
倍になれば、その遅延パルスと減衰パルスの波高値も２
倍となり、立ち上り時間が同一であれば、遅延パルスと
減衰パルスとがクロスするタイミングは一定である。し
たがって、この両パルスを比較回路１０に入力すること
で、波高依存性のないスタート時点の検出が可能となる
。

（発明が解決しようとする課題〕しかしながら、第７図に示すｎ一γ弁別装置にあっては
次の問題点が存在する。

即ち、そこに使用される遅延回路９は通常コイルとコン
デンサによる回路網か、同軸ケーブル等で構成されるが
、コイルとコンデンサの回路網である場合は、外部から
の電磁波による擾乱の影響を受け易く、また両者とも嵩
ぼる難点があり、装置小型化に不向きである。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、そ
の課題は、検出器の出力パルスから減衰パルスと遅延パ
ルスとを作成して両者のクロス時点をスタート時点とす
るのではなく、遅延回路を用いずにスタート時点を波高
依存性がなく検出する方式を採用することにより、電磁
波による擾乱の影響を抑制し、小型化を実現し得るパル
ス波形弁別装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、検出器の出力パルスを微分
して低域周波数を遮断すべき第１の微分手段、この出力
を積分して高域周波数を遮断すべき積分手段、及びこの
出力パルスを微分する第２の微分手段を有するパルス波
形弁別装置において、本発明の講じた手段は、第２の微
分手段から得られた出力パルスを更に微分して第３次微
分パルスを生成すべき第３の微分手段を設け、第３次微
分パルスの第１のゼロクロス時点を検出する第１のゼロ
クロス検出手段と共に、第３次微分パルスの第１のゼロ
クロス時点より遅れた第２のゼロクロス時点を検出する
第２のゼロクロス検出手段とを備え、そして第１及び第
２のゼロクロス検出手段の検出出力に基づいて第１ゼロ
クロス時点と第２ゼロクロス時点との時間差を計測する
時間計測手段を含むものである。

また別の手段としては、第３次微分パルスの１回目のゼ
ロクロス時点を検出する第１のゼロクロス検出手段と共
に、２次微分パルスのゼロクロス時点を検出する第２の
ゼロクロス検出手段とを設け、３次微分パルスの１回目
ゼロクロス時点と２次微分パルスのゼロクロス時点との
時間差を計測する時間計測手段を含むものである。

〔作用〕

かかる手段によれば、第３の微分手段から出力する第３
次微分パルスは正負の極値（ピーク値）を必ず有するの
で、ゼロクロス時点が２回存在する。第１回目のゼロク
ロス時点から第２回目のゼロクロス時点まで時間間隔は
立ち上り時間が一定であればパルス波高に依存せず一定
の値となる。

この時間間隔は第１及び第２のゼロクロス検出手段と時
間計測手段によって計測されるので、立ち上り時間の異
なる検出パルスを弁別することができる。

また、時間計測のスタート時点が３次微分パルスの１回
目ゼロクロス時点であるが、時間計測の終点としては３
次微分パルスの２回目ゼロクロスに限らず、２次微分パ
ルスのゼロクロス時点を検出する第２のゼロクロス検出
手段を設けることにより、３次微分パルスの１回目ゼロ
クロス時点と２次微分ゼロクロス時点との時間間隔を計
測すると、上記と同様に、立ち上り時間の異なる検出パ
ルスを弁別することができる。

（実施例」次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るパルス波形弁別装置をｎγ弁別装
置に通用した第１実施例を示すブロック図である。なお
、第１図において第６図に示す部分と同一部分には同一
参照符号を付し、その説明は省略する。

図中、２０は従来装置に対して追加接続された第３の微
分手段としての微分増幅器で、これは１つのゼロクロス
を持つ２次微分波形から２つのゼロクロスを持つ３次微
分波形を作成するものである。

２５は比較回路で構成された第１ゼロクロス検出回路で
、微分増幅器４の出力たる３次微分波形における第１回
目のゼロクロス時点を検出するものである。また２６も
比較回路で構成された第２ゼロクロス検出回路で、微分
増幅器４の出力たる３次微分波形における第２回目のゼ
ロクロス時点を検出するものである。２７はクロック発
生回路，ゲート回路，カウンタ回路から構成されるディ
ジタル型の時間計測回路で、３次微分波形における第１
回目のゼロクロス時点と第２回目のゼロクロス時点との
時間間隔を計測するものである。

次に、上記装置の動作につき第３図を参照しつつ説明す
る。

検出器としての比例計数管１の検出パルスは第３図（Ａ
）に示すように、入射Ｔ線に対しては遅い立ち上り特性
のパルス（破線で図示）を出力し、入射反跳隅子に対し
ては速い立ち上り特性のパルス（実線で図示）を出力す
る。これらのパルス波高値は入射放射線のエネルギーに
依存しているが、第３図では便宜上同一の波高値で示し
てある。この検出パルスが微分増幅器２と積分増幅器３
を通過すると、第３図ＣＢ）に示すセミガウシャンの波
形となる。反跳陽子によるパルス波形（実線で図示）の
ピーク時点はγ線によるパルス波形のそれ以前に現れる
。このセミガウシャンのパルスが第２の微分増幅回路４
を通過すると、第３図（Ｃ）に示す２次微分波形が生成
される。このパルス波形におけるゼロクロス時点は第３
図（Ｂ）に示す波形のピーク時点にほぼ対応する。次に
、この２次微分波形が更に微分増幅器２０を通過すると
、第３図（Ｄ）に示す３次微分波形が生成される。

この３次微分波形は正負の極値を持ち２つのゼロクロス
点を有する。第１回目のゼロクロス点は第１のゼロクロ
ス検出回路２５で検出され、第２回目のゼロクロス点は
第２のゼロクロス検出回路２６で検出される。これら検
出回路２５．　２６の検出パルスに基づいて時間計測回
路７が第１のゼロクロス点と第２のゼロクロス点との時
間を計測する。反跳陽子による３次微分波形のゼロスク
ロ間隔Ｔ，はγ線による３次微分波形のゼロクロス間隔
Ｔｒより小さい。

この実施例では第１回目のゼロクロスを基準として２回
目のゼロクロスまでの時間を計測するものであるが、ス
タート時点の検出においては１回目のゼロクロス近辺の
信号の傾斜が急なため、正確なタイミングを得ることが
容易である。

上記ゼロクロス間隔を計測することで、立ち上り時間の
異なる検出パルスを弁別できることを確認するために、
本発明者は第２図に示す実験装置を試作し、第４図に示
すオシロスコープ写真に基づく波形図を得た。検出器と
してはシンチレーション検出器１ａを用い、そのシンチ
レーション結晶体としては速い立ち上りの検出パルスを
生成するＧＳＯ結晶と遅い立ち上りの検出パルスを生成
するＣｓ　　Ｉ　　（Ｔｊ！）との組合せ体とした。放
射線源としてＣｓ　”’　　（６６０　ＫｅＶ　）を使
用した。またオーバーシュートを防止するｐｚｃ　（ボ
ール・ゼロ・キャンセル：極とゼロ相殺）回路３１と、
雑音を除去するためのシングルチャンネル波高分析器（
ＳＣＡ）３２とが付加されている。このＳＣＡ３２の下
限設定レベルはシンチレーション計測の場合に普通に適
用される１■とし、この下限設定レベルを超えた波高値
のパルスが発生した場合にのみ、ＳＣＡ３２から時間計
測回路２７ヘゲート信号が送出され、そのとき時間計測
回路２７が入来パルスのゼロクロス間隔を計測する。

放射線源Ｃｓ１３’ｌの入射γ線によって、シンチレー
ション検出器１ａの前置増幅器の検出パルスは第４図（
Ａ）の波形を示した。予定通り、シンチレーション結晶
ＧＳＯによる早い立ち上り特性を有するパルス（実線で
図示）とシンチレーション結晶Ｃｓ　　Ｉ　（Ｔｌ）に
よる遅い立ち上り特性を有するパルス（破線で図示）が
現れた．なお、第４図中の横軸１目盛りは２μｓｅｃで
ある。

微分増幅器２の出力波形は第４図（Ｂ）で、積分増幅器
３の出力波形は第４図（Ｃ）であった。

ＰＺＣ回路３ｌを介在させない場合は第４図（Ｃ）の波
形の減衰部にオーバーシュートが出現するが、実験装置
ではＰＺＣ回路３１の介在によって、オーバーシヱート
が防止され、第４図（Ｃ）のセミガウシャンの波形が得
られた。微分増幅器４の出力波形は第４図（Ｄ）で、こ
の波形を微分増幅器２０を通した波形は第４図（Ｅ）で
あった．そして時間計測回路２７から得られたＧＳＯに
よるパルスのゼロクロス間隔は約３．ｌｕｓｅｃで、Ｃ
ｓ　　Ｉ　　（Ｔｌ）によるパルスのゼロクロス間隔は
約４．８μｓｅｃであった。

微分増幅器２０の付加によって、時間計測のスタート時
点の検出がゼロクロス検出であるため、確実な基準をと
ることができ、立ち上り時間の弁別精度がすこぶる向上
した。また微分増幅器２０はコンデンサと抵抗だけでも
構成できるので、構成部品の点数も殆ど増加せず、コン
パクトな構成を維持できる。

第５図は本発明に係るパルス波形弁別装置をｎ−Ｔ弁別
装置に適用した第２実施例を示すブロック図である。な
お、第５図において第１図に示す部分と同一部分には同
一参照符号を付し、その説明は省略する。

この実施例においても、時間間隔のスタート時点検出と
して３次微分パルスの１回目ゼロクロス時点を検出する
第１ゼロクロス検出回路２５が設けられているが、時間
間隔の終点としては微分増幅回路４の出力たる２次微分
パルスのゼロクロス時点が利用されており、この２次微
分パルスのゼロクロス時点を検出する第２ゼロクロス検
出回路３７が設けられている。第３図（Ｃ）と（Ｄ）と
から明らかなように、回路の若干の遅延時間を考慮して
も、３次微分の１回目ゼロクロス時点は２次微分のゼロ
クロス時点により前に現れるため、第１実施例と同様に
、両時点の期間差を計測することにより立ち上り時間の
異なるパルスの弁別が可能である。

なお、上記実施例は放射線計測におけるｎ−７弁別装置
であるが、本発明はこれに限らず、立ち上り時間の異な
るパルスの弁別に広く適用できることは言う迄もない。

例えばパイルアップの有無を検出するパイルアップ検出
器としても利用することができる。

〔発明の効果］以上説明したように、本発明に係るパルス波形弁別装置
は、従来装置に対して２次微分波形を更に微分する第３
の微分手段を設け、２次微分波形のゼロクロス時点より
も前に発生する３次微分波形の１回目ゼロクロス時点を
時間計測のスタート時点として検出する点に特徴を有す
るものであるから、次の効果を奏する。

■　時間計測のスタート時点がゼロクロスであるからダ
イナミックレンジを広くとれるので、スタート時点の検
出タイミングが従来に比して容易且つ正確となり、立ち
上り時間の異なるパルスの弁別精度が向上する。

■　装置構成上、簡易な微分手段を増設するだけで済む
ため、弁別機能が優れているにも拘わらず、従来装置に
比してコンパクト且つ安価な装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るパルス波形弁別装置をｎＴ弁別装
置に適用した第１実施例を示すブロック図である。第２図は同実施例の弁別方法をｗｉ認するために作成さ
れた実験装置を示すブロック図である．第３図（Ａ）〜
（Ｄ）は同実施例における各回路出力を示す波形図であ
る。第４図（Ａ）〜（Ｅ）は同実験装置における各回路出力
を示す波形図である。第５図は本発明に係るパルス波形弁別装置をｎ一Ｔ弁別
装置に適用した第２実施例を示すブロック図である。第６図は従来のｎ一γ弁別装置の一例を示すブロック図
である。第７図は従来におけるｎ−７弁別装置のまた別の例を示
すブロック図である。第８図（Ａ）　〜（Ｃ）は第６図示のｎ−７弁別装置に
おける各回路出力を示す波形図である。第９図は第６図示のｎ−γ弁別装置におけるスタート時
点検出方法を説明する波形図である。第ｌθ図（Ａ），（Ｂ）は第７図示のｎ−７弁別装置に
おけるスタート時点検出方法を説明する波形図である。〔主要符号の説明〕ｌ・・・比例計数管ｌａ・・・シンチレーション検出器２，３．２０・・・微分増幅器３・・・積分増幅器７・・・時間計測回路２５・・・第１ゼロクロス検出器２６．　３７・・・第２ゼロクロス検出器ｇｇａ− 第８図６７１ー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入来パルスを微分して低域周波数を遮断すべき第
１の微分手段と、この出力パルスを積分して高域周波数を遮断すべき積分
手段と、この出力パルスを微分する第２の微分手段と、この第２
の微分手段から得られた出力パルスを微分して第３次微
分パルスを生成すべき第３の微分手段と、第３次微分パルスの１回目のゼロクロス時点を検出する
第１のゼロクロス検出手段と、第３次微分パルスの２回目のゼロクロス時点を検出する
第２のゼロクロス検出手段と、第１及び第２のゼロクロス検出手段の検出出力に基づい
て両ゼロクロス時点の時間間隔を計測する時間計測手段
と、を有することを特徴とするパルス波形弁別装置。
（２）入来パルスを微分して低域周波数を遮断すべき第
１の微分手段と、この出力パルスを積分して高域周波数を遮断すべき積分
手段と、この出力パルスを微分する第２の微分手段と、この第２
の微分手段から得られた出力パルスを微分して第３次微
分パルスを生成すべき第３の微分手段と、第３次微分パルスの１回目のゼロクロス時点を検出する
第１のゼロクロス検出手段と、第２次微分パルスのゼロクロス時点を検出する第２のゼ
ロクロス検出手段と、第１及び第２のゼロクロス検出手段の検出出力に基づい
て両ゼロクロス時点の時間間隔を計測する時間計測手段
と、を有することを特徴とするパルス波形弁別装置。