JPH04274787A - 放射線量分布計測装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放射線量分布計測装置、
特に線状センサとして用いるセンサ用光ファイバに沿っ
た放射線量分布を計測することのできる放射線量分布計
測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ファイバは放射線が照射され
ると損失が増加するが、この性質を利用した放射線セン
サが知られている。例えば、従来、長尺な中継ファイバ
間に非常に短いセンサファイバを点センサとして介挿し
、この点センサの放射線による損失増加をＯＴＤＲ（Ｏ
ｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　ＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔ
ｍｅｔｒｙ）を用いて測定するものが提案されている（
特開昭６３−２２１２７６号公報）。特に、センサファ
イバとしてＮｄドープのコアを備えた光ファイバを用い
ることにより、放射線以外の要因による伝送特性の変動
がないようにすることによって、高精度の測定を可能に
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術のものは、光路中の長手方向の損失特性をＯＴＤＲ
を用いて評価しているが、光路の全長がセンサファイバ
というわけではなく、点としてのセンサファイバの損失
増加を測定して、それから照射放射線量を検出するよう
にしているため、放射線量の空間的分布や経時変化特性
を測定することができなかった。

【０００４】また、センサファイバとしてＮｄドープの
コアを備えることにより、放射線以外の要因による伝送
特性の変動がないとしているが、単一波長で伝送損失を
測定していると解せるため、それにも限界があり、例え
ば応力に基づく伝送損失の増加があった場合には、放射
線被曝による伝送損失との区別がつかないため、高精度
の測定ができない恐れがあった。

【０００５】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、放射線量の空間的、経時的変化を容易に測定
できる放射線量分布計測装置を提供することにある。

【０００６】また、本発明の目的は、放射線の被曝以外
の原因で伝送損失の増加があった場合にも、これを放射
線被曝による伝送損失の増加と区別することができる高
精度の放射線量分布計測装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、光ファイ
バの損失−波長特性が放射線を浴びることにより変化す
ることを前提とし、光ファイバに単一波長λ０　の光を
入射したときに光ファイバ内でλ０　と異なる波長の散
乱光が発生することに着目してなされたものである。

【０００８】単一の波長λ０　の光を出力する光源と、
放射線被曝域に布設される線センサとしてのセンサ用光
ファイバを備える。

【０００９】センサ用光ファイバの一端から波長λ０　
の光を入射したときにセンサ用光ファイバ中で発生する
散乱光のうち、入射端に戻ってくる後方散乱光を光分波
器で分波してその中から２種類以上の特定波長領域を得
る。

【００１０】分波して得た２種類以上の特定波長領域の
後方散乱光を、それぞれ光パルス試験器に導き、それら
の光強度を、光を入射してからの時間の関数として測定
し、時間の関数を光ファイバに沿った距離の関数に変換
することにより、距離方向の特定波長領域の伝送損失分
布を求める。

【００１１】そして、これらの伝送損失分布結果を放射
線量分布演算回路に導き、ここで異なる波長領域での伝
送損失増加量との差や比等を用いて光ファイバに沿った
各距離での放射線量を測定するものである。

【００１２】また、第２の発明は、センサ用光ファイバ
に２種以上の波長λｉ　（ｉ＝１，２，…）の光を入射
したときに、センサ用光ファイバ内で波長に応じてそれ
ぞれ散乱光が発生することに着目したものである。

【００１３】センサ用光ファイバの一端から波長λｉ　
の光を入射したときに発生する散乱光のうち、入射端に
戻ってくる後方散乱光の特定波長領域の光強度を、光パ
ルス試験器により光を入射してからの時間の関数として
測定し、時間の関数を光ファイバに沿った距離の関数に
変換することにより、距離方向の特定波長領域の伝送損
失分布を求める。

【００１４】そして、伝送損失分布結果を演算処理部に
導き、ここで異なる波長領域での伝送損失増加量の比等
を用いてセンサ用光ファイバに沿った各距離での放射線
量を測定するものである。

【００１５】

【作用】本発明によれば、センサ用光ファイバを長尺化
して線センサとし、その線センサの伝送損失増加量を測
定することによりセンサ用光ファイバに沿った放射線被
曝量を空間的、経時的に測定することができる。

【００１６】このとき、その線センサの伝送損失増加量
を単一の波長で測定することもできるが、この測定方法
では放射線の被曝以外の原因、例えば光ファイバに応力
がかかった場合等で伝送損失の増加があった場合に、こ
れを放射線被曝による伝送損失の増加と区別できない。 このように放射線以外による伝送損失の増加を排除する
ために、本発明では、単一波長での伝送損失変化を評価
するのでなく、２波長、あるいは３波長以上での伝送損
失変化を評価するようにしている。

【００１７】この場合において、第１の発明においては
、単一波長をもつ一つの光源を用いて行う。一つの光源
から発せられる単一波長に基づいて生じる２種類以上の
波長領域をもつ後方散乱光を分波により抽出し、これら
に基づいて測定する。２種類以上の波長領域の光として
ラマン散乱光を利用することができる。

【００１８】また、第２の発明においては、当初から異
なる波長をもつ２種類以上の光源をセンサ用光ファイバ
に入射して行う。これによれば光源を複数個用意しなけ
ればならないけれども、波長選択の自由度が高くなり、
適切な伝送損失変化を評価できる。

【００１９】ところで、後方散乱光の放射線量による伝
送損失変化は特定波長によっては大きく変化する所と、
そうではない所がある。したがって、特に大きく変化す
る波長に関する伝送損失変化と、そうではない波長に関
する伝送損失変化とを求め、それらを比較演算すること
によって、放射線以外による伝送損失の影響を相殺し、
放射線量を求めることができる。

【００２０】

【実施例】以下、ＯＴＤＲ手法を用いて分布型センサと
した本発明の実施例を、Ａ．１種類の波長の光源を用い
た場合の実施例（実施例１〜実施例６）と、Ｂ．２種類
以上の波長の光源を用いた実施例（実施例７〜実施例１
０）との２群に分けて説明する。

【００２１】Ａ．単一波長の光源を用いた場合の実施例
（図１〜図１１）ここでは、光源は１種類で単一波長で
あるけれども、ラマン散乱によって生じる複数の波長を
利用して伝送損失を測定する。

【００２２】（実施例１）まず、図１により本実施例の
放射線量分布計測装置の構成を説明する。

【００２３】時間幅ｔｗ　、周期ｔｐ　の光パルスを出
射する単一波長λ０　の光源１を用意する。この光源１
を光ファイバ４及び光分波器２を介して放射線センサを
構成するセンサ用光ファイバ３に接続する。センサ用光
ファイバ３は被曝場所に長尺に布設して線センサとして
使用する。光源１から出射した光パルスを光ファイバ４
、光分波器２を介してセンサ用光ファイバ３に入射させ
る。センサ用光ファイバ３に入射した光パルスは、光フ
ァイバ３中を進行しながら光ファイバ３の各点で微小な
散乱光を発生する。この散乱光は、入射光波長λ０　と
同じ波長λ０　のレーリ散乱光が大部分を占めるが、こ
の他に入射光と波長の異なるラマン散乱光も発生する。 ラマン散乱光は、入射光よりも短波長側に発生する中心
波長λａ　のアンチ・ストークス光と、入射光よりも長
波長側に発生する中心波長λｓ　のストークス光とから
構成される。光ファイバ３中で発生する、これらの散乱
光の波長分布に対する相対強度特性の一例を図２に示す
。

【００２４】センサ用光ファイバ３の各点で発生した上
記散乱光のうち、光入射端方向に進行する後方散乱光は
光分波器２に入射する。この光分波器２で、アンチ・ス
トークス光の中心波長λａ　を含む短波長領域と、スト
ークス光の中心波長λｓ　を含む長波長領域とに後方散
乱光を分波する。中心波長λａ　を含む波長λａ１〜λ
ａ２の波長の後方散乱光は、光ファイバ５ａを介して後
方散乱光の距離分布を測定する光パルス試験器１０ａに
導かれる。 また中心波長λｓ　を含む波長λｓ１〜λｓ２の波長の
後方散乱光は光ファイバ５ｂを介して光パルス試験器１
０ｂに導かれる。

【００２５】光パルス試験器１０ａ、１０ｂでは、既知
のＯＴＤＲ計測方法やＯＦＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｒ
ｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅ
ｔｒｙ）計測方法等に準じてそれぞれ入射した光を受光
器６ａ、６ｂで電気信号に変換し、増幅回路７ａ、７ｂ
で増幅し、平均化処理回路８ａ、８ｂで微弱な後方散乱
光を高いＳＮ比をもつ相対強度Ｉａ　（ｔ）、Ｉｓ　（
ｔ）として計測する。ここでの計測は具体的には次のよ
うに行う。サンプリング時間ｔｓ　でサンプリングした
データを各サンプリング時刻のデータ毎に多数回平均化
処理することにより、微弱な後方散乱光波形を高いＳＮ
比で抽出し、光源１の出力光がセンサ用光ファイバ３に
入射する時刻を基準時刻（ｔ＝０）として、図３に示す
ように、それぞれ時間の関数Ｉａ　（ｔ）、Ｉｓ　（ｔ
）として計測する。この分布はセンサ用光ファイバ３の
一端から光源１の光を入射し、光源１の光が時刻ｔに達
したとき発生した後方散乱光が再び光入射端に戻ってき
たものを測定した結果であるので、センサ用光ファイバ
３の伝送損失のため遠方からの後方散乱光強度ほど小さ
くなっている。

【００２６】なお、パルス発光する光源１とサンプリン
グの同期合わせは同期回路１１の同期信号によって行う
。

【００２７】上述した時間ｔの関数Ｉａ　（ｔ）とＩｓ
　（ｔ）は、共に放射線量分布演算回路９に入力され、
ここでセンサ用光ファイバ３に沿った放射線量の分布が
演算される。

【００２８】以下、放射線量分布演算回路９内で行なわ
れる演算処理の内容を説明する。

【００２９】時間ｔの関数Ｉａ　（ｔ）とＩｓ　（ｔ）
は、（１）　式の関係を用いて距離ｘの関数Ｉａ　（ｘ
）、Ｉｓ　（ｘ）に変換される。

【００３０】 　　　　　　ｔ＝２×ｘ／ｖ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…
……　（１） 　　　　　　　　ｖ；光ファイバ中の光速Ｉａ　（ｘ）
は、センサ用光ファイバ３の、光分波器２からの距離ｘ
で発生した波長範囲λａ１〜λａ２の後方散乱光が、光
分波器２を介して光パルス試験器１０ａに入射した強度
である。同じく、Ｉｓ　（ｘ）は波長範囲λｓ１〜λｓ
２の後方散乱光が入射した強度であり、これらはサンプ
リング時間ｔｓ　に対応するサンプリング距離Ｘｓ　の
整数倍のｘについて求まるものである。従って、整数ｎ
＝１，２，３，…とすると、Ｉａ　（ｎ）、Ｉｓ　（ｎ
）と表せる。

【００３１】ここで、波長範囲λａ１〜λａ２がラマン
散乱光の１成分であるアンチ・ストークス光の波長分布
範囲内で定義してあり、波長範囲λｓ１〜λｓ２が、同
じくラマン散乱光の他の１成分であるストークス光の波
長分布の範囲内で定義してあるものとする。すると、ラ
マン散乱光の発生確率は温度に依存するものであるため
、光ファイバに沿った距離間隔Ｘｓ　でサンプリングさ
れたデータＩａ　（ｎ）は、散乱光発生地点ｎ・Ｘｓ　
までの入射光波長λ０　の伝送損失α０（ｎ）と、散乱
光発生地点から光分波器２までの被測定光波長λａ１〜
λａ２の伝送損失αａ１，ａ２（ｎ）と、この他に散乱
光発生地点の温度Ｔ（ｎ）の情報とをもっている。同様
にＩｓ　（ｎ）は、伝送損失α０　（ｎ）とλｓ１，ｓ
２（ｎ）と温度Ｔ（ｎ）の情報とをもっている。

【００３２】Ｉａ　（ｎ）及びＩｓ　（ｎ）から、ｎ１
　≦ｎ≦ｎ２　区間でのこれら伝送損失の情報α０　（
ｎ）、αａ１，ａ２（ｎ）及びαｓ１，ｓ２（ｎ）と温
度Ｔ（ｎ）は、ｎ１　≦ｎ≦ｎ２　区間での波長λ０　
、波長λａ１，ａ２及び波長λｓ１，ｓ２での単位距離
当りの伝送損失がそれぞれ一定であれば、例えば次のよ
うにして求めることができる。 即ち、平均化処理されたサンプリングデータをサンプリ
ング各点につき　（２）式に代入し、これにより得られ
るサンプリング点数分の関係式から任意の３つの式を選
び出し、連立方程式を解くことにより、ｎ１　≦ｎ≦ｎ
２　区間での単位距離当りの波長λ０　、波長λａ１，
λａ２及び波長λｓ１，ｓ２での伝送損失α０　、αａ
１，ａ２、αｓ１，ｓ２を求めることができる。

【００３３】 Ｉｓ　（ｎ）／｛Ｋｓ　・γｓ　（ｎ）｝−Ｉａ　（ｎ
）／｛Ｋａ　・γａ　（ｎ）｝＝１　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　………　（２） 　　ここに γａ　（ｎ）、γｓ　（ｎ）：減衰定数Ｋａ　、Ｋｓ　
：定数 であり、Ｋａ　、Ｋｓ　は減衰定数が既知である光ファ
イバを用いてＩａ　（ｎ）、Ｉｓ　（ｎ）を測定し、（
２）　式を用いることにより予め求めておいたものであ
る。

【００３４】ここで、（２）　式は（３）　式を（４）
　式に適用し温度の依存する項を除去して得たものであ
る。

【００３５】 　　Ｂｓ　（Ｔ）−Ｂａ　（Ｔ）＝１　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…
……　（３）　　Ｉｓ　（ｎ）＝Ｋｓ　・γｓ　（ｎ）
・Ｂｓ　｛Ｔ（ｎ）｝　　Ｉａ　（ｎ）＝Ｋａ　・γａ
　（ｎ）・Ｂａ　｛Ｔ（ｎ）｝　　　　　　　　　　　
　………　（４） 　　ここに Ｂｓ　（Ｔ）＝１／｛１−β（Ｔ）｝ Ｂａ　（Ｔ）＝β（Ｔ）／｛１−β（Ｔ）｝　　β（Ｔ
）＝ｅｘｐ｛−（ｈ・νｋ　・ｃ）／（ｎｃ　・ｋ・Ｔ
）｝………　（５） 　　γｓ　（ｎ）＝ｅｘｐ｛−（α０　＋αｓ　）・ｎ
・Δｘ）｝ γａ　（ｎ）＝ｅｘｐ｛−（α０　＋αａ　）・ｎ・Δ
Ｘ）｝Ｂｓ　（Ｔ）、Ｂａ　（Ｔ）：ラマン散乱光発生
確率、β（Ｔ）：ラマン散乱光発生確率を定める温度関
数、ｈ　　：プランク定数、 νｋ　：光ファイバ・コアの構成物質で決定されるシフ
ト波数、 ｃ　　：光速、 ｎｃ　：光ファイバ・コアの屈折率、 ｋ　　：ボルツマン定数、 Ｔ　　：絶対温度、 α０　、αｓ　、αａ　：レーリ散乱光、ストークス光
およびアンチ・ストークス光の伝送損失、 Δｘ：サンプリング間隔に対応した距離である。

【００３６】一方、光ファイバの伝送損失の波長特性は
、図４に示すように、一般には放射線照射量が増すと損
失は増える傾向にあるが、その増加量は波長により異な
り、例えば、ＯＨ基の吸収損の増加として損失が増加す
る９５０ｎｍ付近（λ２　）での照射放射線量と、ＯＨ
基の吸収損のない８７０ｎｍ（λ１　）での照射放射線
量との損失増加量の関係は、図５に示すような特性を示
す。即ち、波長λ２　については、単位距離当りの伝送
損失が放射線照射量にほぼ比例して増加しているが、波
長λ１　については照射量に関わらずほぼ一定である。 これより両者の伝送損失の差あるいは比等を取ることが
、放射線照射量測定にとって有意であることが推察でき
る。 ここで、８７０ｎｍ付近と９５０ｎｍ付近の伝送損失を
用いているのは、光源として９００ｎｍ帯の半導体レー
ザを使用すると、アンチ・ストークス光が８７０ｎｍ、
ストークス光が９５０ｎｍ付近に発生することによる。

【００３７】従って、測定時刻ｔで測定した波長λを含
む波長領域での単位距離当りの伝送損失をβ（λ，ｔ）
として、時刻ｔにおける波長λ２　を含む波長領域と波
長λ１　を含む波長領域の伝送損失の差をγ１，２（ｔ
）と表すとき、β（λ１　，ｔ１　）、β（λ２　，ｔ
１　）、β（λ１　，ｔ２　）及びβ（λ２　，ｔ２　
）を測定データＩａ　（ｎ）及びＩｓ　（ｎ）から求め
る。これらは先に述べた時刻ｔを含まない単位距離当り
の伝送損失αに、ｔを含ませることで容易に求めること
ができる。これらの値を用いてγ１，２　（ｔ１　）と
γ１，２　（ｔ２　）を算出し、γ１，２　（ｔ２　）
とγ１，２　（ｔ１　）の差を、予め求めておいた放射
線量とこれらの差との関係（図６）に当てはめ、測定時
刻ｔ１　〜ｔ２　の間に光ファイバが浴びた放射線量を
求めることができる。

【００３８】この手法を測定区間ｎ１　〜ｎ２　、ｎ２
　〜ｎ３　、…のように分割した区間毎に適用すること
により、これらの区間毎の時刻ｔ１　からｔ２　までの
放射線被曝量を求めることができる。

【００３９】また、同時にα０　、αａ１，ａ２、αｓ
１，ｓ２を用いて、サンプリングの各点に対応した減衰
定数γａ　（ｎ）、γｓ　（ｎ）を求めた上、さらにこ
れらの値を　（４）式から求めたアンチス・トークス光
とストークス光の比を表す　（６）式に代入して、放射
線量の分布測定用光ファイバに沿った温度分布Ｔ（ｎ）
を求めることもできる。

【００４０】 　　Ｉａ　（ｎ）／Ｉｓ　（ｎ）＝（Ｋａ　／Ｋｓ　）
・｛γａ　（ｎ）／γｓ　（ｎ）｝・　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　β（Ｔ（ｎ））
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　………
（６）なお、図１に示す光分波器２の構造としては、特
願平１−１９９９５号明細書に記載されている構造の光
学フィルタを組合せたものを使用しても良いし、光学フ
ィルタ、プリズム、回折格子等の波長分離手段と音響光
学素子等の光スイッチのうち、１種類あるいは任意の複
数種類を組合せて構成したものであってもよい。さらに
は、光分波器をも含む上位の測定波長選択器として機械
的光スイッチの様なものであってもよい。複数の波長で
の測定が同時に行なえる点では光分波器が優れている。

【００４１】以上述べた本実施例１による演算過程をま
とめて図７に示す。

【００４２】（実施例２）前記した実施例では区間ｎｉ
　〜ｎｊ　での放射線被曝量を求めるのに、伝送損失γ
１，２　（ｔ２　）とγ１，２　（ｔ１　）との差を用
いたが、γ１，２　（ｔ２　）とγ１，２　（ｔ１　）
との比を用いてもよく、またこれらの差と比を両方併用
してもよく、またβ（λ１　，ｔ１　）、β（λ２　，
ｔ１　）、β（λ１　，ｔ２　）、β（λ２　，ｔ２　
）を別の演算手法で処理したものを単独あるいは他と組
合せて用いてもよい。

【００４３】（実施例３）前記した実施例では、光ファ
イバからの後方散乱光から２つの波長範囲の後方散乱光
を分波して計測したが、後方散乱光から分波する波長範
囲は３つ以上であってもよい。

【００４４】一般に分波する波長範囲の数が少ないほど
簡易に測定することができる反面、測定精度が下がる傾
向にあり、また逆に分波する波長範囲の数が多い場合は
計測装置の構成が複雑となる反面、測定精度は向上する
傾向にあるので、必要とされる測定精度に応じて適宜、
分波する波長範囲の数を選定すればよい。

【００４５】また、ハッチングで示した、分波する波長
範囲は図８〜図１２に示すように、アンチ・ストークス
光を含む波長領域が１つ以上、またストークス光を含む
波長領域が１つ以上あれば、ストークス光の波長範囲や
アンチ・ストークス光の波長範囲に複数の波長領域があ
ってもよく、またレーリ散乱光を含む波長領域があって
もよい。さらに図１２のように、波長領域としてある波
長以下、あるいは、ある波長以上の全ての波長範囲を取
ってもよい。波長領域をどの様に設定するかは使用する
光源の波長とセンサ用光ファイバの特性を考慮して決め
るとよい。

【００４６】（実施例４）前記実施例ではセンサ用光フ
ァイバに沿った分布情報を得るために、パルス幅ｔｗ　
、パルス周期ｔｐ　の光源で駆動する単パルス方式のＯ
ＴＤＲ計測手法を用いているが、パルス列で駆動する擬
似ランダムパルス方式のＯＴＤＲ計測手法や周波数変調
方式の分布情報検出方式を用いてもよい。

【００４７】（実施例５）光源としては８５０ｎｍ帯、
９００ｎｍ帯、１３００ｎｍ帯等の半導体レーザを用い
ても良いし、Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦ等の固体レー
ザを用いてもよい。

【００４８】（実施例６）前記実施例では波長の異なる
複数の後方散乱光をそれぞれ別個の光パルス試験器に導
くように、図１の１０ａ、１０ｂで例示したが、光パル
ス試験器の一部を省略し、ある入射光に対してはある波
長成分を計測し、時間を違えて入射した別の入射光に対
しては別の波長成分を計測することにより部品数の少な
い放射線量計測装置にすることができる。

【００４９】Ｂ．２種類以上の波長の光源を用いた場合
の実施例（図１３〜図１５）ここでは、１種類の光源か
ら生成される２種類以上の測定波長を利用するのではな
く、波長の異なる複数の光源を当初から用意し、この光
源から出される波長の後方散乱光を利用して伝送損失を
測定する。

【００５０】（実施例７）本実施例を図１３に示す。一
般的には、光源の波長を異にする複数の光パルス試験回
路Ｍ１、Ｍ２、…、Ｍｉ、…を用意する。ただし、ここ
では、Ｍ１　とＭ２の２つを用意した実用的な場合につ
いて述べる。同図において、波長λ１　の光源６１を用
いる光ファイバの光パルス試験回路Ｍ１が光ファイバ３
１により測定波長選択器２に接続される。同様に光パル
ス試験回路Ｍ２が光ファイバ３２により測定波長選択器
２０に接続されている。測定波長選択器２０はセンサ用
光ファイバ１３に接続されており、光パルス試験回路Ｍ
１、Ｍ２では測定波長選択器２０を介してセンサ用光フ
ァイバ１３の後方散乱光距離分布Ｂ１，ｊ　（ｘ），Ｂ
２，ｊ　（ｘ）をそれぞれ測定することができる。後方
散乱光距離分布は一般的にはＢｉ，ｊ（ｘ）で表し、ｉ
は波長を、ｊは時間をそれぞれ意味する。

【００５１】各光パルス試験回路Ｍｉは、波長λｉ　の
光源６０（６１，６２，…）、光分岐部５０（５１，５
２，…）、受光器７０（７１，７２，…）、平均化処理
回路８０（８１，８２，…）で構成され、これらは光フ
ァイバ３０（３１，３２，…）で接続される。また、各
光パルス試験回路Ｍｉの平均化処理回路８０は共通に放
射線量分布演算回路Ｃに接続され、放射線量分布演算回
路Ｃにはさらに放射線分布表示器４０が接続され、演算
処理により得られた放射線分布を表示するようになって
いる。

【００５２】後述する演算処理は全て演算処理器４０で
行なわれる。なお、Ａ．でも述べたように、光ファイバ
の光パルス試験回路Ｍ１、Ｍ２には、ＯＴＤＲ方式やＯ
ＦＤＲ等の方式が用いられる。また、測定波長選択器２
０には、機械的光スイッチ、音響光学効果を用いた光ス
イッチ、光分岐器、あるいは光分波器等を用いることが
できる。

【００５３】ところで、後方散乱光距離分布Ｂｉ，ｊ　
（ｘ）の測定例は先に説明した図３と基本的に同じであ
り、横の時間軸を距離ｘｕ　に変換したものである。 光ファイバをΔｘ毎の距離区間に分け、その区間の境界
位置を光入射端に近い方からｘ１　，ｘ２　，…ｘｕ　
，…（ｕ＝１，２，…）としている。

【００５４】ここで、距離ｘｕ　とｘｕ＋１　間の伝送
損失をα（ｕ）とすると、後方散乱光強度は（７）式の
ように表すことができる。

【００５５】

【数１】

【００５６】 Ｐ０　：センサ用光ファイバ入射光パワＱ　　：後方散
乱光発生確率 （７）　式で伝送損失α（ｕ）を２倍にしているのは、
往復の伝送損失が影響するからである。

【００５７】時刻ｔ１　において、光パルス試験回路Ｍ
１により測定した後方散乱光距離分布Ｂ１，１　（ｘｕ
　）と、時刻ｔ２　においてＭ１で測定したＢ１，２　
（ｘｕ　）の比を同じ距離ｘｕ　について計算すると　
（８）式のようになる。

【００５８】

【数２】

【００５９】Ｒｉ　（ｘｕ　）：ｘｕ　地点での時刻ｔ
２　と時刻ｔ１　での後方散乱光強度の比α（ｕ，ｊ）
：時刻ｊでのｘｕ　地点からｘｕ＋１　地点間の伝送損
失従って、時刻ｔ２　と時刻ｔ１　の間のｘｕ　〜ｘｕ
＋１の区間での伝送損失の変化α（ｕ）は　（９）式で
表せる。

【００６０】

【数３】

【００６１】このように、光パルス試験回路Ｍ１で測定
したデータを用いると時刻ｔ２　と時刻ｔ１　の間にセ
ンサ用光ファイバ１３のΔｘ毎の距離の、波長λ１　で
の伝送損失変化、即ちセンサ用光ファイバ１３の時刻ｔ
２　と時刻ｔ１　間の伝送損失変化の距離分布を求める
ことができる。

【００６２】同様にして、光パルス試験回路Ｍ２で測定
したデータを用いることにより、波長λ２　での時刻ｔ
２　と時刻ｔ１　間での伝送損失変化の距離分布を求め
ることができる。

【００６３】次に、伝送損失変化量から放射線被曝量を
求める方法について述べる。光ファイバの放射線による
伝送損失の増加量は波長λ１　、λ２　によって異なり
、波長λ１　やλ２　での時刻ｔ２　と時刻ｔ１　間で
の伝送損失変化が分かれば放射線被曝量を逆算すること
ができることは、既述した通りである（図４〜図５）。 この場合、同じ放射線照射量に対して損失増加量の多い
波長で測定した方が高感度の測定ができる反面、遠方か
らの後方散乱光強度が増加した伝送損失の影響で小さく
なるため、遠方での測定が難しくなるという傾向がある
ので、測定波長は、測定の目的に応じて選択するのがよ
い。

【００６４】波長λ２　とλ１　での伝送損失増加量の
差を取り、これと放射線被曝量との関係を求めると図６
のようになり、伝送損失増加量の差が大きいときは放射
線被曝量の多いときに相当した特性となっていることは
、既述した通りであり、この関係から放射線被曝量を求
めることができる。２波長の伝送損失増加量の差を取っ
ているため、放射線以外の要因での伝送損失の増加は差
し引かれるため影響しない。このように、２波長での伝
送損失変化を用いることにより、放射線以外の要因で発
生した伝送損失増加の影響を受けずに、放射線被曝量を
求めることができる。３波長以上での伝送損失変化を用
いる場合には、更に信頼性の高い測定結果が得られると
考えられる。

【００６５】以上述べたように、図１３に示した本実施
例７により測定することのできる、時刻ｔ２　と時刻ｔ
１　間での複数の波長の伝送損失変化を用いることによ
り、センサ用光ファイバ１３の放射線被曝量を求めるこ
とができ、このセンサ用光ファイバ１３が布設されてい
る場所の時刻ｔ２　と時刻ｔ１　間の放射線量の分布を
測定することができる。

【００６６】以上述べた本実施例７による演算過程をま
とめて図１４に示す。

【００６７】（実施例８）先に述べた実施例７では、光
ファイバの光パルス試験回路Ｍ１、Ｍ２が独立したブロ
ックで構成されていたが、図１５に示すように、測定回
路Ｍ１、Ｍ２を構成していた光源６１、６２、受光器７
１、７２やサンプリング平均化処理回路８１、８２を機
能毎にまとめた構成として使用することも可能である。 即ち、光源６１、６２からデータ光を測定波長選択器２
０ａを通った後、光分岐器５０を介してセンサ用光ファ
イバ１３に入射し、センサ用光ファイバ１３から戻って
きた後方散乱光を光分岐部５０を通した後、測定波長選
択器２０ｂを介して、波長により受光器７１、７２に振
分けて測定する構成である。光分岐部５０には、音響光
学効果等を利用した光スイッチや光分岐器等を用いるこ
とができる。

【００６８】（実施例９）また、図１６に示すように、
色素レーザ等の波長可変光源６０を使用することもでき
、この場合、測定システムの構成は前述した実施例と比
べて簡素化することができる。

【００６９】（実施例１０）放射線量分布演算回路Ｃで
は複数波長の伝送損失変化量の比を取る等、差を取る以
外の演算処理を施しても本実施例の目的は達成できる。

【００７０】以上述べたように、Ａ．及びＢ．の実施例
によれば、いずれにおいてもセンサ用光ファイバに沿っ
た放射線量を空間的、経時的に測定することができ、ま
た、同じセンサ用光ファイバに沿った温度分布を同時に
求めることができる。従って、特に放射線量計測技術へ
のニーズの大きい原子力設備や宇宙空間に適用すれば効
果は顕大である。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を発揮する。

【００７２】（１）　１種類の光源から出射される単一
波長の光に基づいて生成される２種類以上の波長を利用
し、この２種類以上の波長で測定した伝送損失増加量に
よって、センサ用光ファイバの放射線被曝量を測定する
ことができるため、従来測定が困難であった放射線量の
分布計測や経時変化計測を容易に実現できる。特に、放
射線の被曝以外の原因で伝送損失の増加があった場合で
も、これを放射線被曝による伝送損失の増加と区別でき
るため、高い測定精度が得られる。

【００７３】（２）　２種類以上の光源から出射される
異なる波長の光に基づいて伝送損失増加量を測定するの
で、上記（１）　と同様な効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】光源を１つ使用する本発明の放射線量分布計測
装置の第１実施例を示す構成図。

【図２】光ファイバ中で発生する散乱光の波長分布に対
する相対強度の変化を示す特性図。

【図３】ＯＴＤＲ法による出力測定例を示す相対強度特
性図。

【図４】光ファイバの波長に対する単位距離当りの伝送
損失の変化を、放射線照射量をパラメータとして示した
特性図。

【図５】放射線照射量に対する単位距離当りの伝送損失
の変化を、異なる波長について示した特性図。

【図６】時刻ｔ２　での波長λ２　の損失差γ１，２　
と、時刻ｔ１　での波長λ１　の損失差γ１，２　との
差に対する放射線量の変化を示した特性図。

【図７】実施例１の演算過程を示す説明図。

【図８】アンチ・ストークス光領域とストークス光領域
とにそれぞれ分波した２つの波長領域の例を示した相対
強度特性図。

【図９】アンチ・ストークス光領域、レーリ散乱光領域
およびストークス光領域とに分波した３つの波長領域の
例を示した相対強度特性図。

【図１０】アンチ・ストークス光領域に１つ、ストーク
ス光領域に２つそれぞれ分波した３つの波長領域の例を
示した相対強度特性図。

【図１１】アンチ・ストークス光領域に２つ、ストーク
ス光領域に２つそれぞれ分波した４つの波長領域の例を
示した相対強度特性図。

【図１２】アンチ・ストークス光領域内の所定波長以下
と、ストークス光領域内の所定波長以上とに分波した２
つの波長領域の例を示した相対強度特性図。

【図１３】波長の異なる光源を２つ以上使用する本発明
の放射線分布計測装置の第７実施例による構成図。

【図１４】本実施例７の演算過程を示す説明図。

【図１５】各要素を機能毎にまとめた本発明の放射線量
分布計測装置の第８実施例を示す構成図。

【図１６】光源に色素レーザを用いた本発明の放射線量
分布計測装置の第９実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１　　光源 ２　　光分波器 ３　　センサ用光ファイバ ４，５ａ，５ｂ　　光ファイバ ６ａ，６ｂ　　受光器 ７ａ，７ｂ　　増幅器 ８ａ，８ｂ　　平均化処理回路 ９　　放射線量分布演算回路 １０ａ，１０ｂ　　光パルス試験器 １１　　同期回路 Ｍ１，Ｍ２　　光ファイバの光パルス試験回路Ｃ　　放
射線量分布演算回路 ３０　　センサ用光ファイバ ２０，２０ａ，２０ｂ　　測定波長選択器３１〜３６　
　光ファイバ ９１〜９６　　光ファイバ ４０　　放射線分布表示器 ５０，５１，５２　　光分岐部 ６　　波長可変光源 ６１、６２　　光源 ７０，７１，７２　　受光器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一波長の光を出力する光源と、放射線被
   曝域に布設されるセンサ用光ファイバと、このセンサ用
   光ファイバの一端から前記光源より出力された光を入射
   し、その入射光によりセンサ用光ファイバ中で発生して
   光入射端に戻ってくる後方散乱光の中から２種類以上の
   波長領域の光を分波する光分波器と、光分波器から導か
   れた２種類以上の波長領域の距離分布を個別に測定する
   光パルス試験器と、このパルス試験器からの出力を受け
   、前記センサ用光ファイバに沿った放射線量の分布を演
   算する演算処理部とを備えたことを特徴とする放射線量
   分布計測装置。
2. 【請求項２】前記光分波器が光学フィルタ、回折格子、
   プリズム、音響光学素子、光スイッチまたは光分岐器の
   いずれか１つ、あるいは複数の組合せからなることを特
   徴とする請求項１に記載の放射線量分布計測装置。
3. 【請求項３】前記光分波器で分波する波長領域が、入射
   光源の波長λ０　によりセンサ用光ファイバで発生する
   アンチ・ストークス光及びストークス光の波長領域のう
   ちに、それぞれ１つ以上含まれることを特徴とする請求
   項１または２に記載の放射線量分布計測装置。
4. 【請求項４】前記演算処理部が、時刻ｔで測定した波長
   λを含む波長領域での単位距離当りのセンサ用光ファイ
   バの伝送損失をβ（λ，ｔ）として、時刻ｔにおける波
   長λ２　を含む波長領域と波長λ１　を含む波長領域と
   の伝送損失の差をγ１，２　（ｔ）と表すとき、伝送損
   失γ１，２　（ｔ２　）とγ１，２　（ｔ１　）との差
   、あるいは、γ１，２　（ｔ２　）とγ１，２　（ｔ１
   　）との比、あるいはβ（λ１　，ｔ１　）、β（λ２
   　，ｔ１　）、…、β（λ１　，ｔ２　）、β（λ２　
   ，ｔ２　）、…、β（λｉ　，ｔｊ　）、…（ｉ＝１，
   ２，３，…，ｊ＝１，２，３，…）の任意の組合せを用
   いて演算し、あるいはβ（λｉ　，ｔｊ　）そのものの
   １つ以上を用いて区間ｎｋ　〜ｎｌ　（ｋ＝１，２，３
   ，…；ｌ＝１，２，３，…）での放射線量を演算するよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれかに記載の放射線量分布計測装置。
5. 【請求項５】異なる波長λｉ　（ｉ＝１，２，…）の光
   を出力する光源と、放射線被曝域に布設されるセンサ用
   光ファイバと、このセンサ用光ファイバの一端から前記
   光源より出力された異なる波長λｉ　の光を入射し、そ
   の入射光によりセンサ用光ファイバ中で発生する異なる
   波長λｉ　に対応する後方散乱光の距離分布を光入射端
   側で計測する光パルス試験器と、この光パルス試験器で
   測定した時刻ｔ１　と時刻ｔ２　での距離ｘにおける異
   なる波長の後方散乱光距離分布Ｂｉ，１　（ｘ），Ｂｉ
   ，２　（ｘ）を演算処理することにより、センサ用光フ
   ァイバの時刻ｔ１からｔ２　の間の放射線量の距離分布
   を求める演算処理部とを備えたことを特徴とする放射線
   量分布計測装置。
6. 【請求項６】前記演算処理部が、後方散乱光距離分布Ｂ
   ｉ，１　（ｘ）とＢｉ，２　（ｘ）との比Ｒｉ　（ｘ）
   を対応する距離ｘについて演算し、得られたＲｉ　（ｘ
   ）を用いて２時刻間の伝送損失差の距離分布を求め、こ
   れを基に光ファイバの放射線量分布を求めるように構成
   されていることを特徴とする請求項５に記載の放射線量
   分布計測装置。