JPH0553395B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、放射線照射によつてシンチレータが
受けた線量を、シンチレータにおけるシンチレー
シヨン現象を利用して、比較的簡単にかつ高い信
頼性をもつて測定することのできる線量測定法に
関する。

［従来の技術］ 放射線の線量を精度よく測定する技術は、原子
力産業などの分野において、放射線利用技術の効
率化および能率化を図る上で、また放射線防護の
立場から必要不可決のものである。

線量測定法として、古くからいろいろの物理化
学的現象を利用したものが考案され利用されてい
る。そのなかにあつて、例えば蛍光体のようなシ
ンチレータにおけるシンチレーシヨン現象を利用
する方法は、電離現象を利用する方法と並んで古
くから線量測定の有用な方法として注目され、そ
の方法の改良と実用化のために世界的規模で数多
くの研究開発が行なわれてきた。

一般に、シンチレーシヨンに基づく線量測定法
は、電離に基づく方法に比べて測定値の再現性お
よび信頼性が劣り、未だ高精度測定法としての座
を占めるまでには至つていないのが現状である。

シンチレーシヨンに基づく線量測定法は、シン
チレータが受けた線量（吸収線量）とシンチレー
シヨンの総発光量との間に近似的に比例関係が成
立するという実験事実に基づき、シンチレーシヨ
ン発光量の測定値から線量を決定するものであ
る。

ここで、シンチレーシヨンの総発光量は、一般
に光電子増倍管を光検出器として用いて、直流電
流測定方式またはパルス波高スペクトル測定方式
によつて測定される。これらの測定には、シンチ
レーシヨンが極めて微弱であることから、高感度
の光電子増倍管が必要となるが、一般に高感度の
光電子増倍管はいろいろの要因によるゲイン（増
倍率）の変動を伴うため、これらの測定に高い信
頼性を保証するためには、高度な技術を用いたゲ
イン安定化装置が必要となる。

一方、シンチレーシヨンの総量を測定するため
の上記の二つの測定方式のうち、直流電流測定方
式は、測定系が比較的低コストで構成できるが測
定感度の点でパルス波高スペクトル測定方式に劣
つている。しかしながら、パルス波高スペクトル
測定方式の測定系にはマルチチヤネル分析器を含
む比較的高価な測定器を必要とすることからコス
トが高くなるなどの問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のように、シンチレーシヨンに基づく既存
の線量測定法には、光検出器である光電子増倍管
のゲイン変動のために測定結果に高い信頼性を保
証することが容易でなく、またそれを克服するた
めには測定装置の構造が複雑になるほかコストが
高くなるなどの問題があつた。

これらの問題点を解決する目的で、さきに本発
明者は、シンチレータ中に生じたシンチレーシヨ
ンの総発光量、すなわちシンチレータが受けた線
量を、比較的簡単な測定系を用いて、しかも高い
信頼性をもつて測定することができる線量測定法
を開発した（特願昭63−72903号）。その測定法
は、従来の測定方式とは異なる。

その測定法は、まず、シンチレータが放射線を
受けたことにより発生するシンチレーシヨンを光
学的に減衰させる。減衰によつて得られた光パル
スを電気パルスに変換し、変換された電気パルス
の個数を測定する。そして、測定された電気パル
スの個数からシンチレーシヨンの総発光量を決定
するものである。

この測定法においては、シンチレーシヨンは光
学的に十分に減衰されるので、極めて低い光強度
の光パルスとして取り出され、ついで、光検出器
に入射され、ここで、入射光パルスの光強度に比
例した発生確率で電気パルスを発生する。発生す
る電気パルスの個数は、シンチレータ中に発生す
るシンチレーシヨン事象の個数の10％以下となり
（これに比べて、従来のパルス波高スペクトル測
定方式による測定においては、通常すべてのシン
チレーシヨン事象がそれぞれ１個の電気パスルと
して検知される）、線量測定の感度は必然的に低
くなるという問題があつた。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、光電
子増倍管のゲイン変動の影響をほとんど受けるこ
となくシンチレーシヨンの総発光量、すなわちシ
ンチレータの受けた線量を比較的簡単な測定系を
用いて高い信頼性で測定でき、しかも比較的高い
測定感度をもつて測定できる線量測定法を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するため、本発明は、シ
ンチレータが放射線を受けて発生するシンチレー
シヨンを取り出して種々の光減衰比で光学的に減
衰させ、減衰によつて得られた光パルスを電気パ
ルスに変換してパルスの個数を測定し、測定され
た電気パルスの個数と前記光減衰比の相対的大き
さとから、シンチレータが放射線によつて受けた
線量を決定することを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、種々の光減衰比で光学的に
シンチレーシヨンを減衰させ、それぞれの場合に
おける単位時間当りの電気パルスの個数と各光減
衰比の相対的大きさとから光パルスの光強度分布
を決定することにより、シンチレーシヨンの総発
光量、すなわちシンチレータが受けた線量を計算
により定めることができる。

［実施例］ 本発明の原理は、光検出器として光電子増倍管
を用いて光パルスを検出する場合、入射光パルス
の光強度の絶対値が低強度領域の限られた範囲に
ある場合には、入射光パルスの光強度を変数とす
る非線形関数に従つて、入射光パルスごとに光電
子増倍管の光電陰極に光電子を１個以上発生する
確率が定められるという事実に基づくものであ
る。

さらに詳しくは、シンチレータに生じたシンチ
レーシヨンをある定められた範囲における種々の
光減衰比で光学的に減衰させた十分に低い光強度
の光パルスを、光電陰極において光電子が１個以
上発生すれば必ず出力パルスを生じるという特性
を有する光電子増倍管に入射させ、光電子増倍管
から出力されるパルスの単位時間当たりの個数を
測定して得られる一連の測定値から、光パルスの
光強度分布の情報を得ることができるという事実
に基づいている。シンチレーシヨンの総発光量、
すなわちシンチレータが受けた線量は、得られた
光パルスの光強度分布から直ちに算定することが
できる。

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。

第１図は、この発明の線量測定法の一実施例を
示すブロツク図である。例えばプラスチツク・シ
ンチレータのような形態のシンチレータ１は、放
射線が照射されたとき、放射線によつて付与され
たエネルギーの大きさに応じた光強度のシンチレ
ーシヨン（すなわち、ごく短い持続時間の発光）
をランダムな時間間隔で次々に発生する。

これらのシンチレーシヨンは、光路としての光
フアイバライトガイド２を通して可変光減衰器３
に導かれる。可変光減衰器３に導かれた光の強度
は予め定めた種々の光減衰比で低減される。光強
度を低減された光は光検出器４に入力され、光パ
ルスが検出される。

光検出器４として用いられる、高ゲインの第１
ダイノードをもついわゆる高分解能型光電子増倍
管は、実際上その光電陰極において入射光パルス
１個につき光電子が１個以上発生したときは必ず
出力パルスを生じるとみなすことのできる特性を
もつものであり、本発明を実施するうえで重要な
役割を果している。

光検出器４から出力される電気パルスは比例増
幅器５によつて適当な大きさに増幅されたのち、
波高弁別器６に入力される。波高弁別器６から出
力された電気パルスは計数器７に入力され、その
個数が測定される。

第２図は、光検出器４に入力する入射光パルス
の強度と光検出器４から出力されるパルスの発生
確率ｐとの関係を示す。入射光パルス強度は、入
射光パルス１個が光検出器４に入射したときに光
電陰極から発生する光電子の平均個数ｍで示され
る。

ここで、パルス発生確率ｐは、 ｐ＝１−exp（−ｍ） ……(1) で、表わされるが、ｍが５程度より大きくなる
と、実際上ｐは一定値１となり、ｍが0.2程度よ
り小さくなると、ｐは近似的にｍに等しくなる。

すなわち、第２図に示したグラフは、光パルス
強度ｍが0.2程度より大きく、かつ５程度より小
さい範囲にある場合に限り、パルス発生確率ｐは
実際上ｍの非線形関数によつて表わされることを
示している。

第３図は、高分解能型光電子増倍管の光電陰極
において、入射光パルス１個につき光電子が１個
発生した場合の出力パルスの波高分布を概念的に
示す。ここでは、光検出器４として高分解能型光
電子増倍管を用いている。実線で示す曲線Ａは高
分解能型光電子増倍管のゲインが安定な場合を示
し、破線で示す曲線Ｂは光検出器４のゲインがド
リフトして増加した場合を示す。

高分解能型光電子増倍管に入射する光パルス１
個につき光電子１個が光電陰極に発生する場合、
出力パルスの波高分布は顕著なピークP₁を有す
る特徴的な形をとる。このことは、 光電陰極に入射光パルス１個につき光電子１
個が発生した場合、最も高い頻度でピークP₁
に相当する波高をもつた出力パルスが現われる
こと、 波高分布曲線、縦軸および横軸によつて囲ま
れた領域の全面積S₀は、入射光パルス１個につ
き光電子１個が光電陰極に発生した事象の回数
に対応するものとして扱うことができ、 したがつて光検出器４は、入射光パルス１個
につき１個以上の光電子が光電陰極に発生した
ときには必ず出力パルスを生じるという特性を
有しているとみなすことができる、 ことを示している。

第３図に示すように、ピークP₁に対応する波
高値よりも十分に低い波高値H₁をパルス波高値
の下限値として設定する。この場合、波高分布の
出力パルス数をH₁以上の全区間で積分した面積
Ｓは、上述の全面積S₀と大差がなく、近似的に等
しい。

また、この面積Ｓは光検出器４においてゲイン
変化が生じても、この変化に影響されることがな
くほぼ一定に保たれる。この事実は、本発明の線
量測定法による線量測定の精度を保証するうえで
極めて重要な知見となつている。

すなわち、比例増幅器５の出力パルスは波高弁
別器６に入力されるが、波高弁別器６の弁別レベ
ルを前述のH₁に相当するように設定することに
より、波高弁別器６の出力パルスの計数率ｎ（す
なわち、単位時間あたりの出力パルスの個数）は
光検出器４のゲイン変化にほとんど影響されなく
なる。

次に、可変光減衰器３における光減衰比を変化
させた場合、波高弁別器６からの電気パルスの計
数率を計数器７により測定して得られる一連の測
定値から、シンチレーシヨンの光強度分布の情報
が得られることについて詳細に説明する。

個々のシンチレーシヨン（光パルス）の光強度
は、L₀を光強度の上限値とする０からL₀までの
光強度範囲に分布するものとし、光強度の分布を
ｒ個の成分を有するスペクトラムの形態のヒスト
グラムで表わすことができる。

ヒストグラムの各成分の幅は等しいものとし、
ｉ番目の成分の高さH_i（ただし、ｉ＝１，２，
３，……，ｒ）は、ｉ番目の成分に対応する光強
度を持つ光パルスの計数率（単位時間あたりの光
パルスの個数）を示すものとする。

第４図は出力パルス発生確率と光強度との関係
を示す。さらに詳しくは、シンチレーシヨンを光
学的に減衰させ、光強度の低い光パルスとして取
り出して光検出器４に入射させるとき、光パルス
１個が光検出器４に入射したときに光電陰極に発
生する光電子の平均個数ｍで光強度の上限値L₀
を示した値が、ｍ＝20，ｍ＝10，ｍ＝５，ｍ＝
２，ｍ＝１，ｍ＝0.5およびｍ＝0.2である場合
に、光検出器４から出力されるパルスのパルス発
生確率を光強度の関数として式(1)に基づいて計算
した結果を示す。

第４図に示す出力パルス発生確率より、シンチ
レーシヨンを可変光減衰器３により光学的に減衰
させたときに、光強度が例えばｍ＝５である場
合、ヒストグラムの各成分に対応する光強度を有
する光パルスに対する、光検出器４の出力パルス
発生確率は容易に決定される。

そこで、いまヒストグラムのｉ番目の成分の光
パルスに対する出力パルス発生確率をε_1iとする
と、これらの光パルスによる光検出器４からの出
力パルスの計数率は、ε_1i・H_iと表わされる。

したがつて、すべての入射光パルスによる、光
検出器４からの出力パルスの計数率n₁は、ヒスト
グラムの各成分の、光パルスによる光検出器４か
らの出力パルスの計数率を合計したものであり、
次式（以下、観測方程式と呼ぶ）で表わされる。

n₁＝ε₁₁・H₁＋ε₁₂・H₂＋ε₁₃・H₃＋……＋ε_1r・
H_r ……(2) 同様に、可変光減衰器３によりシンチレーシヨ
ンを光学的に減衰させて、その光強度の上限値
L₀に対応する光強度が例えば、ｍ＝４，ｍ＝3.5，
ｍ＝３，ｍ＝2.5として、それぞれの場合におけ
る光検出器４からの出力パルスの計数率をそれぞ
れn₂，n₃，n₄，n₅とし、それぞれの場合にヒスト
グラムの各成分に対応した光強度を有する光パル
スに対する出力パルス発生確率として式(1)から計
算される値をε_2i，ε_3i，ε_4i，ε_5i（ただし、ｉ＝１
，
２，３，……，ｒ）で表わすと次の観測方程式が
得られる。

n₂＝ε₂₁・H₁＋ε₂₂・H₂＋ε₂₃ ・H₃＋……＋ε_2r・H_r ……(3) n₃＝ε₃₁・H₁＋ε₃₂・H₂＋ε₃₃ ・H₃＋……＋ε_3r・H_r ……(4) n₄＝ε₄₁・H₁＋ε₄₂・H₂＋ε₄₃ ・H₃＋……＋ε_4r・H_r ……(5) n₅＝ε₅₁・H₁＋ε₅₂・H₂＋ε₅₃ ・H₃＋……＋ε_5r・H_r ……(6) 可変光減衰器３の光減衰比を種々の値に変化さ
せ、その都度光検出器４からの出力パルスの計数
率を測定すれば、このような観測方程式をさらに
数多く作成することができる。

式(2)〜(6)は、いずれもｒ個の未知数H₁，H₂，
H₃，……H_rを含むものであり、これらの観測方
程式は多元連立方程式を構成する。一定の条件が
満たされれば、この多元連立方程式は適当な数学
的解法を用いて解くことができる。得られた解は
ヒストグラムの各成分の高さを与えるものである
ので、シンチレーシヨンの光強度分布がヒストグ
ラムの形で決定されたことになる。

また、シンチレーシヨンの総発光量Ｔは、ヒス
トグラムの各成分の平均光強度と計数率との積の
総和として与えられるが、ｒ個の成分からなるヒ
ストグラムのｉ番目の成分の光強度の平均値は、 L₀（2i−１）／2r であるから、Ｔは次の式で与えられる。

Ｔ＝_r 〓ⁱ⁼¹ （L₀（2i−１）／2r）・H_i ……(7) なお、式(2)〜(6)等の観測方程式からなる連立方
程式が良好な解を有するためには、各観測方程式
が相互に独立であることが必要である。

この条件を満たすためには、可変光減衰器３の
光減衰比を調節して、光検出器４に入射する光パ
ルスの最大光強度が、ｍ≒0.2〜５の範囲にあつ
て、かつ相互に異なる値になるようにすることが
必要である。

以上の実施例においては、１個の光検出器を用
い、シンチレーシヨンを光学的に種々の光減衰比
で減衰させて光検出器４に入射させ、各光減衰比
における光検出器４からの光パルスの個数を測定
することにより観測方程式を作成したが、これに
限るものではない。

例えば多数個の光路を通してシンチレーシヨン
を取り出し、各光路ごとに光減衰器、光検出器お
よびそれぞれの光検出器に対応して電気パルスの
個数を測定するという測定系を用いると、一度の
測定で光路の個数と同じ数の観測方程式を作成す
ることができる。この場合、多数個の光路を通し
て行なわれるシンチレーシヨンの取り出しは、光
路として多分岐の光フアイバライトガイド等を用
いることにより容易に実施することができる。

また、多数個の光路を通してシンチレーシヨン
を取り出し、異なる光検出器の間の出力パルスの
二重同時計数および多重同時計数を行なうことに
よつて、一度の測定から得られる情報量が多くな
る。このような計数を行なうことによつても観測
方程式を作成することができる（この場合、同時
パルスの発生確率は各光検出器の出力パルス発生
確率の積で与えられる）ので、少数の光検出器を
用いて比較的多くの観測方程式を一度に作成する
ことができる。

それぞれの光路を通るシンチレーシヨンに対し
て光減衰比を設定する場合、光路ごとに一定の光
減衰比を設定する方法および光路それぞれにおい
て光減衰比を可変とする方法の２通りがある。

前者と後者は目的によつて使い分ける。前者は
光スペクトルの部分的な情報を得ようとするとき
などに、後者は、光スペクトルの詳細な情報を得
ようとするときなどに用いる。

以上述べたように、本実施例の線量測定法は、
シンチレーシヨンに基づく線量測定を光検出器の
ゲイン変動に影響されることなく、比較的簡単な
測定系を用いて実施することができる。

本実施例の線量測定法の特徴の一つは、本発明
者がさきに行なつた関連発明の線量測定法（特願
昭63−072903号）のもつ利点をすべて保持しなが
ら測定感度の飛躍的な向上を可能にしたことであ
る。

すなわち、本実施例の測定法においては、シン
チレーシヨンを光学的に減衰させる可変光減衰器
３の光減衰比を調節して、光検出器４に入射する
光パルスの最大光強度が、ｍ≒0.2〜５程度の範
囲にあるようにして測定を行なうので、光検出器
に入射する光パルスの最大光強度がｍ＝0.1程度
以下であるようにして測定を実施するという前記
の関連発明の線量測定法による測定に比べて、約
５〜10倍高い測定感度が得られる。

また、本実施例の線量測定法は、シンチレータ
中に生じるシンチレーシヨンの光強度分布の算定
に基づいて、シンチレーシヨンの総発光量を決定
する方法であることから、線量の測定と同時にシ
ンチレータに付与されたエネルギーの分布に関す
る情報をもたらすという特徴を有している。

さらに、本実施例においては、シンチレータと
光検出器との光学的結合は極めて低い光伝送効率
で行なうので、従来の測定法とは異なり、さまざ
まな形状のシンチレータを利用することができる
ほか、シンチレータと光検出器との光学的結合に
光フアイバを利用することができ融通性の高い線
量測定器を実現することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、放射
線照射によつてシンチレータ中に生じたシンチレ
ーシヨンの光強度を種々の光学的減衰比で減衰さ
せ、それぞれの光減衰比における出力パルスの個
数を測定することにより、シンチレーシヨンの総
発光量、すなわち線量の測定を行なうようにした
ので、光検出器のゲイン変動によつて影響されな
い線量測定を容易に実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置を示すブ
ロツク図、第２図は光検出器の出力パルス発生確
率と入射光パルスの光強度との関係を示す図、第
３図は出力パルスの波高分布を示す図、第４図は
本発明実施例における出力パルス発生確率と光強
度との関係を示す図である。 １……シンチレータ、２……光フアイバライト
ガイド、３……可変光減衰器、４……光検出器、
５……比例増幅器、６……波高弁別器、７……計
数器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シンチレータが放射線を受けて発生するシン
   チレーシヨンを取り出して種々の光減衰比で光学
   的に減衰させ、該減衰によつて得られた光パルス
   を電気パルスに変換して該電気パルスの個数を測
   定し、該測定された電気パルスの個数と前記光減
   衰比の相対的大きさとから、前記シンチレータが
   放射線によつて受けた線量を決定することを特徴
   とする線量測定法。 ２ 前記シンチレーシヨンの取り出しを複数個の
   光路を通して行ない、前記光路ごとに設定した減
   衰比で前記シンチレーシヨンを光学的に減衰させ
   ることを特徴とする請求項１記載の線量測定法。