JPH09230052A - 異線種弁別放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】異なる線種を適正に区別して検出することがで
きるシンチレータを検出素子とする簡素な構成の異線種
弁別放射線検出器を提供する。 【解決手段】放射線の入射側に設けたシンチレータ１
と、シンチレータ１の放射線入射側の反対側に接して設
けたシンチレータ２と、シンチレータの発光を電気パル
ス信号に変換する光電子倍増管とプリアンプでなる２組
一対の光電変換回路41，42と、パルス信号の波形を整形
する一対の波形整形回路51，52と、ＡＮＤ回路６と、Ａ
ＮＤ回路の出力パルス信号のパルス時間幅を観測して予
め２区分して設けたパルス時間幅範囲のいずれに属する
かを判定し、区分に対応の出力端子から単位パルス信号
を出力するパルス幅弁別回路７と、パルス幅弁別回路が
２区分して出力するパルス信号のそれぞれを計数する計
数回路91，92とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は異なる線種の放射
線を弁別して検出測定する放射線検出器、なかんずく微
量の放射性物質で汚染された物体などの汚染検査を行う
放射モニタに適用する放射線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】着目の物体から放射される放射線の線種
を区別して測定する必要性がある場合がある。たとえば
放射性物質を密封した容器において、容器内の放射性物
質が放射する放射線のうち物質透過能の強いγ線は容器
壁を透過するが透過能の弱いβ線とα線とは容器壁の外
に透過してこない。一方、容器壁の外側に付着している
汚染放射性物質からはγ線、β線ともに放射される。そ
こで、この容器から放射する放射線の線種を区別して検
出測定できるようにすると、γ線計測によって全放射能
量に関する知見が得られ、β線の計測結果から容器壁に
付着した放射性物質の量に関する知見が得られることと
なる。また、毒性に差のあるα放射能とβ放射能とを区
別して検出測定したい場合もある。

【０００３】ところで、放射線検出素子にも検出対象線
種の適否と特性の差異があり、たとえばシンチレータの
場合α線の検出には無機系のＺｎＳシンチレータが、γ
線の検出にはＮａＩ，ＣｓＩシンチレータのような無機
系シンチレータが、また、β線の検出にはプラスチック
シンチレータが適している。無機系シンチレータは強く
発光し残光時間も長いので、無機系シンチレータを検出
素子とするシンチレータ検出器においては図３中に二点
鎖線で例示のようなパルス検出信号が得られる。一方、
プラスチックシンチレータは発光が弱く、残光時間も無
機系シンチレータにくらべ２桁程度短い図３中で細い点
線で例示のような鋭い発光パルスを与えるが、シンチレ
ータ検出器の構成要素であるフォトマルチプライヤとプ
リアンプでなる光電変換回路の時間遅れ応答特性に影響
され、検出信号としては図３中に実線で例示のような無
機系シンチレータにくらべると時間巾が短く波高の低い
パルス検出信号が得られる。

【０００４】上記のような性質の検出信号を出力するシ
ンチレータ検出器を用い、従来技術にもとづいて同一の
測定対象物体から放射される異なる線種の放射線を弁別
して計測するシンチレータ検出器の例を図４と図５に示
し、これらの図によって従来技術を説明する。図４に例
示の異線種放射線検出器は、物質透過能の低いたとえば
β線検出用の検出部を前段に配置し、後段に前段の検出
部を透過するより物質透過能の高い放射線、たとえばγ
線を検出する検出部を配置し、それぞれに検出増巾回路
を設けたものである。すなわち、図４において１は物質
透過能の低いβ線検出用の薄板状に成形したプラスチッ
クシンチレータであり、２は前段のβ線検出部を透過す
るγ線を検出するγ線検出用の無機系シンチレータであ
る。

【０００５】31と32は、シンチレータ１及び２での発光
光を、後述の２組一対の光電変換部４ij（i,j ＝1or2以
下同じ）へ導く内面に白色反射剤を塗布あるいは鏡面と
なるよう金属を蒸着した空洞でなるライトガイドであ
り、対をなす光電変換部４ijはそれぞれ光電子倍増管PM
ijとプリアンプPAijで構成されている。光電変換部４ij
のそれぞれで電気信号に変換された検出信号は、８ijの
ノイズディスクリNDに入力され、ノイズディスクリNDに
設定したパルス波高レベルを超える検出信号が同時計数
回路93，94に向けて出力される。そして、同時計数回路
93，94は、対をなす光電変換部４ijの双方のチャネルか
ら検出信号が入力されたときのみ真の検出信号として計
数し、一方の系統のみから信号が入力された場合には、
これを回路中に発生したノイズとして棄却する。

【０００６】つまり図４に例示の異線種検出検出器は、
それぞれの線種に専用の独立の検出器を同一箇所に設け
て測定対象物の同一側面を同時に観測するものである。
続いて、図５によって従来技術による異線種検出器の他
の例を説明する。図５において、１は低透過能の放射線
たとえばα線を検出する銀（Ａｇ）で付活されたＺｎＳ
微粉でなるＺｎＳシンチレータであり、２は相対的に高
透過能の放射線たとえばβ線を検出するプラスチックシ
ンチレータであり、ＺｎＳシンチレータ１はプラスチッ
クシンチレータ２を基板とし、その表面に薄層となるよ
うに塗布されて形成されている。そして、３はシンチレ
ータ１または２での発光光を対をなす光電変換部41，42
に導くライトガイドであり、光電変換部41，42で電気気
信号に変換された放射線検出信号は波高弁別回路８W1，
８W2に向けて出力される。この波高弁別回路８W1，８W2
は、二つの出力端子を備え、あらかじめ設定した波高値
の下限と上限で定まるウインドウ範囲に入る信号が入力
されたとき一方の出力端子から規格化された単位パルス
信号を発信し、入力信号の波高値がウインドウ範囲を超
えている場合にはもう一方の出力端子から単位パルス信
号を発信する回路である。

【０００７】図５に例示の２層構成のシンチレータ検出
部にα線が入射すると、物質と強く相互作用するα線は
第一層のＺｎＳシンチレータ１で捉えられＺｎＳシンチ
レータ１は遅い減衰時間で強く発光する。一方、相対的
に高透過能のβ線が入射したときには薄層のＺｎＳシン
チレータ１を透過してプラスチックシンチレータ２で捉
えられて速い減衰時間で弱く発光する。したがって、光
電変換部41，42からは図６に例示のような線種に対応し
た異なる波形波高の検出信号が時系列で出力されること
となる。そこで、対をなす光電変換部41，42の検出信号
の波高を弁別する波高弁別回路８W1，８W2に設定するウ
インドウ範囲の下限設定値Ｌをノイズ成分を超える水準
に、また、上限設定値Ｈをβ線検出波高値の最大値より
わずかに高く設定しておくと、ウインドウ範囲に入る検
出信号をβ線検出信号と認識し、上限設定値Ｌを超える
入力信号はα線検出信号として認識することができる。

【０００８】上記のように上下限値を設定した波高弁別
回路のウィンドウ範囲通過信号LOと、上限設定値超過信
号HOのそれぞれを入力とする同時計数回路93及び94を設
けると、ウィンドウ範囲通過信号LOを入力とする同時計
数回路の94は、対をなす光電変換部41，42の両方から波
高が低いβ線検出信号が同時に出力されたとき、確実に
β線が検出されたとしてこれを計数し、一方の光電変換
部のみからβ線検出信号が出力された場合にはノイズの
侵入とみなしこれを計数しない。同様に、上限設定値超
過信号HOを入力とする同時計数回路94は、対をなす光電
変換部41，42の両方から高い波高のα線検出信号が同時
に出力されたとき、確実にα線が検出されたとしてこれ
を計数する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図４によって説明の異
なる線種の放射線を検出するシンチレータ検出器を２階
建てに重ねた従来技術による異線種放射線検出器では、
一方の放射線がγ線のように物質透過能が高い放射線種
であり、他方がα線又はβ線のように物質透過能が低い
放射線の場合には、物質透過能が低い線種のシンチレー
タ検出器を放射線入射側前段に配置して検出漏れを少な
く両方の放射線を検出することができるが、検出対象の
放射線が物質透過能の差が小さいα線とβ線であるよう
な場合、前段に配置するより物質透過能の低いα線検出
部によって入射β線の無視しえない部分が阻止されてβ
線検出部に入射しなくなるので適正に放射線が検出でき
ないという問題がある。また、検出部を２段に重ねる構
造なので検出器全体としての構成は複雑になり、したが
って高価格になるという問題もある。

【００１０】一方、検出対象放射線のそれぞれに適した
特性の異なるシンチレータ素子を直接二層に重ね、光電
変換部の検出波高値で放射線の線種を区別する図５によ
って説明の異線種放射線検出器においては、その構成は
図４に例示の２段式検出器より簡素となるが、シンチレ
ータの発光パルスの波高値のダイナックレンジはあまり
大きくないので異線種間の確実な弁別に難があるという
問題がある。

【００１１】上記の従来技術による異線種弁別放射線検
出器の問題点に鑑み、本発明は異なる線種を適正に区別
して検出することができる簡素な構成の異線種弁別放射
線検出器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため本
発明においては、検出器に入射する放射線の線種の弁別
を検出素子として用いるシンチレータの発光減衰時間の
差をとらえて行うこととし、シンチレータを検出素子と
する異線種弁別放射線検出器を、放射線の入射側に設け
られた第１のシンチレータと、この第１のシンチレータ
の放射線入射側の反対側に接して設けられた第１のシン
チレータを透過する線種の放射線によって発光する第２
のシンチレータと、第１と第２のシンチレータの発光を
電気パルス信号に変換する光電子倍増管とプリアンプで
なる２組一対の光電変換回路と、この一対の光電変換回
路それぞれが出力するパルス信号の波形を整形する一対
の波形整形回路と、前記一対の波形整形回路の出力を入
力とするＡＮＤ回路と、このＡＮＤ回路が出力するパル
ス信号のパルス時間幅を観測して予め２区分して設けた
パルス時間幅範囲のいずれに属するかを判定し、該区分
に属するパルス時間幅の信号が入力されたとき区分に対
応の出力端子から規格化した単位パルス信号を出力する
パルス幅弁別回路と、このパルス幅弁別回路が２区分し
て出力するパルス信号のそれぞれを計数する計数回路と
で構成する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明にもとづく異線種弁別放射
線検出器の基本構成を図１に、そして、図１の検出器の
電子回路部分の動作のタイミングチャートを図２に示
し、この２図によって本発明の検出器を説明する。図１
において、１は検出測定対象の２放射線線種のうち、物
質透過能が低い放射線を検出する第１のシンチレータで
あり、２は物質透過能が高い方の放射線を検出する第２
のシンチレータである。たとえば、α線とβ線の両方を
検出し、それぞれ区別して測定する検出器を構成する場
合、第２のシンチレータを厚さmmオーダに成形したプラ
スチックシンチレータとし、第１のシンチレータは第１
のシンチレータの放射線入射側に無機系シンチレータで
あるＡｇで付活したＺｎＳ粉末を塗布して形成する。な
お、２層に形成されたシンチレータの放射線入射側に
は、図示されていない金属を被着したプラスチックフィ
ルム等を配設して外来光が遮蔽されるようにしている。

【００１４】図１の３はシンチレータの発光を光電変換
部４に導く内面に反射剤を塗布した窒洞でなるライトガ
イドであり、２組一対の光電変換部41，42は、それぞれ
光電子倍増管PM１，PM２とプリアンプPA１，PA２とで構
成され、光電変換部41と42の出力はそれぞれ波形整形回
路51と52とに入力され、入力パルスのパルス幅に対応の
矩形波パルス信号に整形される。また、６は一対の波形
整形回路51と52の出力パルスが入力されるＡＮＤ回路で
あり、両波形整形回路から同時に同等のパルス信号が入
力されたとき入力波形と同等のパルス信号を出力する。

【００１５】そして、７はＡＮＤ回路６の出力パルス信
号の時間幅を観測して、予め２つの区分として設定した
時間幅範囲のいづれに属するかを判別し、判別区分範囲
のパルス幅の入力信号を検出したとき該区分に対応して
設けた出力端子WSまたはWLに単位パルス信号を発信する
パルス幅弁別回路であり、パルス幅弁別回路７の二つの
出力端子WS，WLから出力される単位パルス信号は、それ
ぞれの出力端子に対応して設けた計数回路91と92とで個
別に計数される。

【００１６】なお、上記のパルス幅弁別回路７は、ＡＮ
Ｄ回路６の出力パルス立上りでセットされ立下りでリセ
ットされる積分回路と、この積分回路が出力する鋸歯状
波の波高を予め設定した波高値の下限と上限で定まるウ
インドウ範囲に入る信号とウインドウ範囲を超える信号
とに区別する波高弁別回路で構成することができる。ま
た、同じくＡＮＤ回路６の出力パルスの立上り立下りで
セット，リセットされる高速カウンタを設け、この高速
カウンタの計数結果をマイクロコンピュータでなる演算
回路で処理するようにしたデジタル構成にすることもで
きる。

【００１７】続いて、図２のタイミングチャートによっ
て図１の構成の異線種弁別放射線検出器の電子回路部の
動作について説明する。第１のシンチレータがＺｎＳで
あり第２のシンチレータがプラスチックシンチレータで
ある検出部にα線が入射すると、α線はＺｎＳ層で捉え
られ無機系のシンチレータであるＺｎＳは従来技術の項
で説明のように高強度で長い残光時間で発光する。一
方、β線はＺｎＳ層を透過してプラスチックシンチレー
タで捉えられ低強度で短残光時間で発光する。

【００１８】シンチレータ１と２の発光はライトガイド
３に案内されて対をなすように設けた光電変換部41，42
に入射して光電変換されるが、上記の発光モードに対応
して対をなす光電変換部41，42からは、α線が入射した
ときには高波高値で長時間幅のパルス信号が同時に出力
され、β線が入射したときには低波高値で時間幅が２桁
程短いパルス信号が同時に出力される。一方、ノイズは
対をなす光電変換部へ独立に侵入するので一方の系統に
のみ表れる。

【００１９】図２の（ａ）は対をなす光電変換部41，42
が出力するパルス信号時系列の例を示しており、光電変
換部41の側にノイズＮが侵入した状況を示している。図
２の（ｂ）は波形整形回路51，52の出力を例示してお
り、光電変換部41，42から入力されたアナログパルス信
号は波形整形回路51，52を構成するシミット回路に設定
したしきい値で定まる時間幅を持つ一定パルス波高のパ
ルス信号に整形されて出力されている。このとき、光電
変換部41に対応のチャンネル１側にのみ整形されたノイ
ズ成分Ｎが表れている。

【００２０】図２の（ｃ）は、波形整形回路51，52の出
力パルスが入力されるＡＮＤ回路６の出力を示す図であ
り、ＡＮＤ回路は入力回路の両方に同時に信号が入力さ
れたときのみこの信号を出力側に出力するので、チャン
ネル１側に侵入して波形整形回路51の出力に表われたノ
イズ成分ＮはＡＮＤ回路６で抹消されて出力されない状
態を示している。

【００２１】次の（ｄ）は、上記に説明の積分回路と波
高比較回路を要素とするパルス幅弁別回路の動作を説明
する図であり、積分回路にパルスが入力されると積分動
作を開始し、パルス時間幅に比例する波高値の鋸歯状パ
ルスを形成して出力するので、積分回路につづいて設け
る波高弁別回路に設定する弁別しきい値を図中に例示の
ようにＬとＵに設定し、しきい値範囲内の波高のパルス
が入力されたときにはパルス幅弁別回路のＬ出力端子側
に、また、このしきい値範囲を超えるパルス波高のパル
スが入力されたときはＵ出力端子側に規格化した単位パ
ルスが出力されている。

【００２２】以上に説明のように、パルス幅弁別回路７
からは、光電変換部41，42から出力されるパルス信号の
時間幅を２区分して、つまり検出器に入射した放射線の
線種を区別した規格化した単位パルス信号が区分に対応
の出力端子から出力されるので、それぞれを計数回路9
1，92で計数することによって入射放射線の線種を区別
して計測される。

【００２３】以上、第１のシンチレータをＺｎＳ（Ａ
ｇ）とし第２のシンチレータをmmオーダの厚さのプラス
チックシンチレータとして、α線とβ線を検出測定する
検出器について説明したが、プラスチックシンチレータ
の厚さを数cmと厚くするとγ線が捉えられるようになる
ので厚いプラスチックシンチレータの上にＺｎＳ（Ａ
ｇ）を塗布してα線とγ線を検出測定する異線種弁別検
出器が、また、第１のシンチレータを１mmオーダの薄い
プラスチックシンチレータとし、第２のシンチレータに
ＮａＩ（Ｔｌ）あるいはＣｓＩ（Ｔｌ）などの無機系シ
ンチレータを適用するとβ，γ線検出測定用の異線種弁
別放射線検出器を構成することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の異線種弁別放射線検出器では、
異なる発光強度と残光時間特性をそなえた異種のシンチ
レータを積層し、その発光を２組一対の光電変換部でパ
ルス信号としてとらえ、波高値よりはダイナミックレン
ジが広いパルス信号の時間幅によって線種の区分をして
計測するようにしているので線種の区別が容易かつ明瞭
に弁別されることとなり線種分解能が高い異線種弁別放
射線検出器が得られるという効果がまず得られる。

【００２５】また、ライトガイドと電子回路は一系統分
のみで構成されているので簡素安価に検出器が構成され
るという効果が得られ、シンチレータの組合せのみを替
えた同一構成で異なる線種の組合せにも対応可能となる
という効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による異線種弁別放射線検出器の構成
図。

【図２】図１の検出器の電子回路の動作を説明するタイ
ミングチャート

【図３】無機およびプラスチックシンチレータ検出器に
おける検出信号波形説明図

【図４】従来技術による２検出器一体形異線種弁別放射
線検出器の構成図

【図５】従来技術による波高弁別形異線種弁別放射線検
出器の構成図

【図６】図６の検出器の光電変換部出力信号タンミング
チャート

【符号の説明】

１ 第１のシンチレータ ２ 第２のシンチレータ ３ 31，32 ライトガイド ４i ，４ij（i,j=1,2 以下同) 光電変換部 PMi, PMij 光電管 PAi, PAij プリアンプ ５ 波形整形回路 ６ ＡＮＤ回路 ７ パルス幅弁別回路 ８ ディスクリ回路 8ij ノイズディスクリ（ＮＤ） 8wi 波高弁別回路（Ｌ／Ｕ・Ｄ） 91,92 計数回路 93,94 同時計数回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異る線種の放射線を弁別して検出するシン
   チレータを検出素子とする異線種弁別放射線検出器であ
   って、 放射線の入射側に設けられた第１のシンチレータと、 該第１のシンチレータの放射線入射側の反対側に接して
   設けられた第１のシンチレータを透過する線種の放射線
   によって発光する第２のシンチレータと、 前記第１と第２のシンチレータの発光を電気パルス信号
   に変換する光電子倍増管とプリアンプでなる２組一対の
   光電変換回路と、この一対の光電変換回路それぞれが出
   力するパルス信号の波形を整形する一対の波形整形回路
   と、 前記一対の波形整形回路の出力を入力とするＡＮＤ回路
   と、このＡＮＤ回路が出力するパルス信号のパルス時間
   幅を観測して予め２区分して設けたパルス時間幅範囲の
   いずれに属するかを判定し、該区分に属するパルス時間
   幅の信号が入力されたとき区分に対応の出力端子から規
   格化した単位パルス信号を出力するパルス幅弁別回路
   と、 このパルス幅弁別回路が２区分して出力する単位パルス
   信号のそれぞれを計数する計数回路と、からなり、 入射した放射線によって発光したシンチレータの発光減
   衰時間の差をとらえて入射放射線の線種を区分してそれ
   ぞれを計数するようにしたことを特徴とする異線種弁別
   放射線検出器。
2. 【請求項２】第１のシンチレータが無機系シンチレータ
   でなるα線検出用シンチレータでなり、第２のシンチレ
   ータがβ線またはγ線検出用のプラスチックシンチレー
   タでなるα線とβ線またはγ線のいづれかを検出計測す
   るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の異線種
   弁別放射線検出器。
3. 【請求項３】第１のシンチレータがβ線検出用のプラス
   チックシンチレータでなり、第２のシンチレータがγ線
   検出用の無機系シンチレータでなる、β線とγ線とを検
   出計測するようにしたことを特徴とする請求項１に記載
   の異線種弁別放射線検出器。
4. 【請求項４】パルス幅弁別回路が、ＡＮＤ回路の出力信
   号でセット・リセットされる積分回路と、この積分回路
   の出力信号をあらかじめ設定した波高値の下限と上限で
   定まるウインドウ範囲に入る信号とウインドウ範囲を超
   える信号とに区別する波高弁別回路と、からなることを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の異線種
   弁別放射線検出器。
5. 【請求項５】パルス幅弁別回路を、ＡＮＤ回路の出力パ
   ルスの立上り立下りでセット・リセットされる高速カウ
   ンタを設け、この高速カウンタの計数結果を演算回路で
   比較処理するようにしてデジタル構成にしたことを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれかに記載の異線種弁別
   放射線検出器。