JPH033198B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射線検出信号弁別回路、特にα線お
よびβ線検出パルスが混在する電気信号として出
力される放射線検出器から両検出パルスを効果的
に弁別する放射線検出信号弁別回路に関する。

放射線特にα線およびβ線の２種類の放射線を
検出するためにα線検出用のZnS（Ag）とβ線検
出用のプラスチツクシンチレータとを組合せた放
射線検出器が周知であり、原子力発電施設あるい
は放射線医療分野などにて広範囲に利用されてい
る。そして、この種の放射線検出器においては、
電気信号に変換されたその検出パルスがα線また
はβ線のいずれの放射線の種類によるかを弁別し
なければならず、このために、従来では波形弁別
が行われている。

一般に、放射線測定において、放射線検出器の
検出波形は検出器に入射する放射線の種類あるい
は検出器に入射する放射線の幾何学的位置によつ
て、電気信号としての検出波形に差異を生ずる現
象がある。すなわち、シンチレーシヨンカウンタ
や比例計数管あるいは半導体検出器等において、
放射線に対する受感部分の材質、構造、使用方法
等を適当に選択することにより、前述した入射放
射線の種類の違い、あるいは入射放射線の幾何学
的位置の違いに応じて検出出力波形に差異を生ず
る。これらの検出波形は波形弁別回路により弁別
され、入射放射線の状態を正確に知るために、計
数あるいは他の処理に供される。

第１図には、比例計数管を用いて中性子数とガ
ンマ線の測定を行つた場合の検出波形が示され、
中性子線の検出波形１は早い立上がり時間を有
し、一方、ガンマ線の検出波形２は遅い立上がり
時間を有する。第１図には、各１個の検出波形が
示されているが、実際の検出波形は放射線検出器
に対する入射放射線の幾何学的位置による「ばら
つき」が加わるため、波形１，２を中心に統計的
にかなり広い分布状態を示す。第１図から明らか
なように、放射線検出パルスはその立上りの時間
の差を識別することにより波形弁別が可能であ
る。

しかしながら、このような単なる波形弁別のみ
では検出パルスを効果的に計数することができな
いという問題があつた。

すなわち、第２図には、放射線検出器の出力パ
ルスの計数分布が示されており、分布Ａはα線の
特性を示し、そして、分布Ｂはβ線の特性を示
す。第２図から明らかなように、両パルスの弁別
は前述した立上がり時間に基づく波形弁別で可能
であるが、β線分布Ｂは比較的小さい波高値範囲
にあるのに対しα線分布Ａは広い波高値範囲に分
散していることが理解される。これに対して従来
の波形弁別は、増幅器などのダイナミツクレンジ
にて制約され、波高値H₀以下の領域にて行われ
ていた。すなわち、β線が分布するパルス波高値
の小さい領域からα線が分布するパルス波高値の
大きい領域までの広い範囲をリニアに増幅するよ
うなGain設定は困難であるため、波高値H₀以下
の領域にリニア増幅域を設定し、α線及びβ線の
弁別を行つていた。従つて、従来装置では、波高
値H₀以上のα線分布Ａの部分が測定不能として
捨てられることとなり、計数効率が著しく低下す
るという欠点があつた。

なお、波高値H₀以下にα線分布Ａが入るよう
にGainを設定することは可能であるが、この場
合にはβ線分布Ｂがノズルレベルに粉れてしま
い、βの弁別・計数が困難となるため、上記のよ
うなレベルに波高値H₀を設定していた。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は放射線検出パルスを高精度でかつ
能率よく弁別可能な放射線検出信号弁別回路を提
供することにある。

上記目的を達成するために、本発明において、
波形弁別回路は、放射線検出パルスの低波高値領
域および高波高値領域について該放射線検出パル
スの種類を弁別する２系統の弁別回路を有し、α
線検出パルスの立上がり時間に応じて大なる設定
数が設定されている第１の微分回路と、β線検出
パルスの立上がり時間に応じて小なる時定数が設
定されている第２の微分回路と、該第２の微分回
路の出力パルスを増幅するとともに所定の遅延時
間を与えるための増幅遅延回路と、該増幅遅延回
路の出力パルスと前記第１の微分回路の出力パル
スとの波高を比較して第２の微分回路の出力パル
スが高い場合にはβ線検出パルスを弁別し、低い
場合にはα線検出パルスを弁別する低波高値領域
の波高比較回路と、前記第１の微分回路の出力パ
ルスが、前記低波高値領域の上限レベルを若干下
回る値に設定された基準信号値を超えた時にα線
検出パルスを弁別する高波高値領域の波高弁別回
路と、を設けたことを特徴とする。

以下図面により本発明の好適な実施例を詳細に
説明する。

第３図には、本発明に係る信号弁別回路の好適
な第１実施例が示され、２種類の放射線特にα線
およびβ線の入射に対してシンチレータにより放
射線を検出するシンチレーシヨンカウンタに本発
明を適用した実施例が示されている。放射線検出
器１０はα線を検出するシンチレータとしてZnS
（Ag）シンチレータを、そしてβ線を検出するシ
ンチレータとしてプラスチツクシンチレータを含
む。

以下にまず小さい波高値範囲におけるα線とβ
線の弁別を行う波形弁別回路１１を説明する。

放射線検出器１０の各シンチレータにより検出
されたα線およびβ線の検出信号は波形弁別回路
１１の増幅器１２により所望の電圧レベルに増幅
された後、第１の微分回路１４および第２の微分
回路１６へ供給される。各微分回路１４，１６は
キヤパシタと抵抗とからなり、第２の微分回路１
６はその時定数が第１の微分回路よりも短く設定
されている。第１の微分回路１４の出力は波高比
較回路１８へ供給され、また第２の微分回路１６
の出力は増幅器２０により増幅され更に遅延回路
２２で所定の遅延時間が与えられた後、波高比較
回路１８へ供給される。

第１の微分回路１４の出力および増幅器２０に
より増幅された第２の微分回路１６の出力は、そ
れぞれ第１の波高弁別回路２４および第２の波高
弁別回路２６を介してそれぞれ第１の出力制御回
路２８および第２の出力制御回路３０へ供給され
る。出力制御回路２８，３０はゲート回路からな
り、各ゲート入力には波高比較回路１８の出力が
供給される。両出力制御回路２８，３０の出力は
それぞれオアゲート３８を介して第１の計数回路
３２へ、そして直接第２の計数回路３４へ供給さ
れ、第１の計数回路３２によりα線による検出パ
ルスが、そして第２の計数回路３４によりβ線に
よる検出パルスが計数される。

波形弁別を行うための第１の微分回路１４およ
び第２の微分回路１６はそれぞれの時定数が弁別
される放射線検出信号の立上がり時間に応じて設
定される。図示した実施例において、ZnS（Ag）
シンチレータにより検出されるα線の検出信号は
約10μ秒の立上がり時間を有し、またプラスチツ
クシンチレータにより検出されるβ線の検出信号
は約10n秒の立上がり時間を有し、本発明におい
ては、両微分回路１４，１６の時定数をこれら検
出される放射線の検出信号立上がり時間に対応し
て選定することにより、立上がり時間の差からα
線検出信号およびβ線検出信号を確実に弁別する
ことができる。両微分回路の時定数は検出を要す
る放射線の検出信号立上がり時間の間、すなわ
ち、図示した実施例では10n秒〜10μ秒の間に設
定され、かつ立上がり時間の短いβ線を検出する
第２の微分回路１６は立上がり時間の長いα線を
検出する第１の微分回路１４に比して短い時定数
に設定されている。実施例では、第１の微分回路
１４は2μ秒〜10μ秒の範囲特に2μ秒に設定され、
また第２の微分回路１６は0.1μ秒〜1μ秒特に1μ秒
に設定されている。第２の微分回路１６に接続さ
れた増幅器２０は両微分回路１４，１６の出力波
高値に著しい差異が生じる場合にのみ必要であ
り、両出力の波高値を比較し易い範囲に増幅ある
いは減衰する作用を行うが、本発明において、両
微分回路１４，１６の出力が比較し易い範囲にあ
る場合は特に設ける必要はない。遅延回路２２は
入射する放射線の種類によつて適宜選択された遅
延時間を有し、図示した実施例では1μ秒〜2μ秒
の範囲特に2μ秒程度に設定されている。波高比
較回路１８は周知の差動演算型増幅器等からな
り、この反転および非反転入力端子に第１の微分
回路１４の出力および遅延回路２２の出力が接続
されている。

本発明において特徴的なことは、前述した波形
弁別回路１１とは別個に大きな波高値領域におけ
るα線検出パルスを計数するために波高弁別回路
４０が設けられていることであり、第１の微分回
路１４の出力が波高弁別回路４０に供給され、ま
たその出力がオアゲート３８を介して第１の計数
回路３２へ供給されている。

本発明の第１実施例は以上の構成からなり、以
下にまず波形弁別回路１１の作用を第４図の波形
図を参照しながら説明する。第４図において、β
線検出信号１０１で、そしてα線検出信号は符号
２０１で示されている。まず短い立上がり時間を
有するβ線検出信号１０１が放射線検出器１０か
ら増幅器１２を介して両微分回路１４，１６へ供
給された場合を考える。このとき、時定数の短い
第２の微分回路１６は尖鋭度の鋭い比較的高い波
高値の波形１０２を出力し、一方、時定数の長い
第１の微分回路１４は波高値は高いが尖鋭度の比
較的緩かな波形１０３を出力する。図示した実施
例の場合、波形１０２はその波高値が波形１０３
より若干低いので増幅器２０により同一波高値に
増幅された後、遅延回路２２により所定の遅延時
間が与えられ波形１０２ａに変換される。波高比
較回路１８は波形１０３と波形１０２ａとを比較
し、第４図から明らかなように、波形１０２ａは
遅延時間の付与により、波形１０３のなだらかな
立下がり部分において波形１０３より高いレベル
となる斜線部分を生じ、この結果、波高比較回路
１８からはゲートパルス（β線検出パルス）３０
０が出力される。このゲートパルス３００は両出
力制御回路２８，３０へ供給され、第１の出力制
御回路２８を閉、そして第２の出力制御回路３０
を開制御する。第１の出力制御回路２８へは第１
の波高弁別回路２４を介して第１の微分回路１４
からの微分出力波形１０３が供給されているが、
出力制御回路２８の閉制御により第１の計数回路
３２へは何らの出力も供給されない。一方、第２
の出力制御回路３０へは第２の波高弁別回路２６
を介して増幅器２０の出力が供給されており、第
２の出力制御回路３０の開制御により、第２の微
分回路１６の微分出力波形１０２が第２の計数回
路３４へ供給される。第２の計数回路３４はβ線
検出パルスの計数作用を行い、前述した本発明に
係る波形弁別回路１１により放射線検出器１０か
ら得られたβ線検出信号１０１がβ線の検出パル
ス計数用の第２の計数回路３４により計数される
こととなる。両波高弁別回路２４，２６はノイズ
成分を除去した所定の波高値以上の信号を各出力
制御回路２８，３０へ供給する。すなわち、第４
図に示す微分出力波形１０３，２０３を例にとれ
ば、波高値H_N以下の零信号レベルに現れるノイ
ズ成分１０３_N，２０３_Nがカツトされる。

次に、α線検出信号２０１が放射線検出器１０
から増幅器１２を介して各微分回路１４，１６へ
供給される場合を考える。

この場合、検出信号２０１はその立上がり時間
が長いので、時定数の短い第２の微分回路１６で
は尖鋭度の緩い、かつ波高値の低い信号２０２が
得られる。また時定数の長い第１の微分回路１４
からは信号２０３で示される尖鋭度の緩い、かつ
比較的波高値の高い信号が得られる。前述したよ
うに、信号２０２は増幅遅延された後、信号２０
２ａとして波高比較回路１８に供給され、信号２
０３と比較される。このα線検出信号の場合、第
４図から明らかなように、遅延時間の付与された
後においても、信号２０２ａは第１の微分回路１
４の出力信号２０３よりも高い波高値を得ること
ができず、波高比較回路１８からはゲートパルス
３００を得ることができない。従つて、β線検出
信号の場合と逆に第１の出力制御回路２８は開制
御、そして第２の出力制御回路３０は閉制御され
る。この結果、第１の微分回路１４の出力２０３
がα線検出信号として第１の波高弁別回路２４お
よび第１の出力制御回路２８を介して第１の計数
回路３２へ供給され、α線の計数作用を行うこと
ができる。

以上のようにして、入射される放射線検出信号
の立上がり時間に対応した異なる時定数を有する
２個の微分回路を設けることにより、検出信号の
立上がり時間自体を測定することなく、立上がり
時間の差により入射検出信号を弁別することが可
能となる。

第３図のように、α線を検出するZnS（Ag）シ
ンチレータによるα線検出信号の立上がり時間と
β線を検出するプラスチツクシンチレータのβ線
検出信号立上がり時間とが100倍もの差を有する
場合、両微分回路１４，１６の時定数は比較的任
意に設定することができる。

以上のことから、波形弁別回路１１により、α
線とβ線との弁別が可能となるが、この弁別は第
２図の波高値H₀までの小さい波高値領域に関す
るものであり、波高値H₀以上のα線検出パルス
は本発明における波高値弁別回路４０によつて検
出される。波高値弁別回路４０には波高値H₀に
対して若干低レベルに設定された基準信号が供給
されており、第１の微分回路１４の出力信号波高
値がこの基準信号を超えた時に、この信号をα線
検出パルスとして出力する。すなわち、基準信号
は第１の波高値弁別回路２４にて規定されている
低波高値領域の上限レベルとしての波高値H₀に
対して、波高値弁別回路４０における高波高値領
域の下限レベルとして規定されている。そして、
波高値弁別回路４０から出力されたα線検出パル
スは、オアゲート３８を介して第１の計数回路３
２へ供給される。なお上記基準信号が波高値H₀
に対して低レベルに設定されているのは、増幅器
の電源電圧変動等によりH₀レベルが変動した場
合に低波高値領域と高波高値領域とが不連続とな
り、両領域間にα線が検出されない非検出領域が
発生してしまうことへの防止処置である。

従つて、本発明によれば、従来捨てられていた
大きな波高値領域のα線検出パルスを確実に計数
して測定精度を向上させることが可能となる。

第５図には、本発明の第２実施例が示され、信
号弁別回路の構成および作用は第１実施例と同様
であり、同一部材には同一符号を付して説明を省
略する。第２実施例においては、波形弁別回路１
１の遅延回路２２の出力は直流レベル変換回路３
６を介して波高比較回路１８へ供給される。第２
実施例では、第１の波高弁別回路４２および出力
制御回路４４が一方の放射線例えばα線に関して
のみ設けられ、他方の放射線例えばβ線に関して
は波高比較回路１８のゲートパルス３００が直接
第２の計数回路３４へ計数信号として供給され
る。すなわち、立上がり時間の短いβ線検出信号
が印加された場合、波高比較回路１８からは第４
図に示されるように、ゲートパルス３００が出力
され、第２の計数回路３４がこのパルス３００を
計数すると共に、出力制御回路４４はゲートパル
ス３００により閉制御される。一方、立上がり時
間の長いα線を検出した場合には、波高比較回路
１８からはゲートパルス３００が出力されず、出
力制御回路４４は開制御されるので、この場合に
は第１の計数回路３２がα線検出パルスを計数す
ることとなる。

以上説明したように、本発明によれば、検出信
号の小さい波高値領域では波形弁別によりα線検
出信号とβ線検出信号との弁別を行い、また大き
な波高値領域では、波高弁別によりα線検出信号
を弁別し、両弁別により得られた検出パルスを計
数することにより高精度でかつ計数効率のよい弁
別を行うことができる。

また本実施例の波形弁別によれば、検出信号の
立上がり時間を直接計測することなく、入射され
る検出信号の立上がり時間の差を識別するのみで
両者の弁別を行うことができる。なお極めて簡単
な回路を付加するのみで弁別作用を行うことがで
き、また弁別回路の調整を必要とすることがない
という利点を有する。更に本発明は回路構成およ
び調整が簡単なため、小型ポータブルのサーベメ
ータ等に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な放射線検出波形を示す波形
図、第２図は検出パルス分布特性図、第３図は本
発明に係る放射線検出信号弁別回路の好適な第１
実施例を示すブロツク回路図、第４図は第３図の
実施例における各部波形図、第５図は本発明に係
る信号弁別回路の好適な第２実施例を示すブロツ
ク回路図である。 １０……放射線検出器、１１……波形弁別回
路、１４……第１の微分回路、１６……第２の微
分回路、４０……波高弁別回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ZnS（Ag）シンチレータとプラスチツクシン
   チレータとを組み合わせてα線およびβ線を検出
   し検出量に応じた電気信号を出力する放射線検出
   器と、該放射線検出器の出力信号波形に基づいて
   α線検出信号とβ線検出信号とを弁別しそれぞれ
   の検出パルスを出力する波形弁別回路と、出力さ
   れた放射線検出パルスを計数する計数回路と、か
   ら成る放射線検出信号弁別回路において、 前記波形弁別回路は、放射線検出信号の低波高
   値領域および高波高値領域について該放射線検出
   信号の種類を弁別する２系統の弁別回路を有し、 α線検出信号の立上がり時間に応じて大なる時
   定数が設定されている第１の微分回路と、 β線検出信号の立上がり時間に応じて小なる時
   定数が設定されている第２の微分回路と、 該第２の微分回路の出力信号を増幅するととも
   に所定の遅延時間を与えるための増幅遅延回路
   と、 該増幅遅延回路の出力信号と前記第１の微分回
   路の出力信号との波高を比較して前記増幅遅延回
   路の出力信号が高い場合にはβ線検出パルスを出
   力し、低い場合にはα線検出パルスを出力する低
   波高値領域の波高比較回路と、 前記第１の微分回路の出力信号が、前記低波高
   値領域の上限レベルを若干下回る値に設定された
   基準信号値を超えた時にα線検出パルスを出力す
   る高波高値領域の波高弁別回路と、を設けたこと
   を特徴とする放射線検出信号弁別回路。