JPH09236669A

JPH09236669A - ファイバ型放射線検出器

Info

Publication number: JPH09236669A
Application number: JP8044903A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Yoshida; 範行吉田; Hirokatsu Chiba; 浩克千葉; Akira Sudo; 皓須藤; Masahiro Takebe; 雅汎武部; Katsumi Urayama; 勝己浦山; Nobuyuki Imai; 信行今井; Hideo Doi; 英雄土井
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】細孔等の狭い部分におけるアルファ線や中性
子線等の放射線の有無及び強度等を高感度で検出する。【解決手段】ファイバ型アルファ線検出器の検知部
は、光波長変換及び集光機能を有する蛍光性光ファイバ
１のクラッド５の端部外周面にＺｎＳ（Ａｇ）シンチレ
ータ１１を含有する透明な感応層１５を形成し、感応層
１５を含む蛍光性光ファイバ１の外周部を遮光材１７で
覆って構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガンマ線、中性子
線及びアルファ線を検出するシンチレータと蛍光性光フ
ァイバに光コネクタを介して伝送用光ファイバを接続し
た構造を有するファイバ型放射線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】本件出願人が先に開発した「放射線検出
光伝送装置」（特開平６−２０１８３５号）において
は、放射線の入射により発光する円筒状のシンチレータ
とこのシンチレータの中心軸部に一端が挿入され、シン
チレータからの発光を受光して伝送損失の少ない光の波
長に変換して伝送する蛍光性光ファイバ、及びその蛍光
性光ファイバの他端部に光コネクタを介して接続される
光伝送用ファイバが備えられている。

【０００３】このような放射線検出光伝送装置は、検出
部に電源を用いることなく、ガンマ線等の放射線に関す
る情報を遠隔長距離伝送することが可能な新しいタイプ
の放射線検出器である。これは、それ以前の放射線検出
器と比べて、放射線検出部を無電源化したため、比較的
小型の円筒状のＮａｌ（Ｔｌ）シンチレータ等を用いる
ことが可能となって検出部の小型化が可能となったもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記放射線検出光伝送
装置は、しかしながら、シンチレータが円筒形の塊状で
あるため、検出部口径を１cm以下にすることにはシンチ
レータの加工などで技術的な困難が伴う。また、一般に
従来の放射線検出器においては、単一の検出部で複数線
種の放射線を同時に検出することは不可能とされてき
た。従って、本発明は、前述のような従来型放射線検出
器では実現できなかったような、検出器の口径を５mm以
下のファイバ型形状とし得、更に単一の検出部でガンマ
線と中性子線等の複数線種の放射線を同時に検出できる
放射線検出器を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明のファイバ型放射線検出器は、光波長変換機
能と集光機能と集光後の光が一定方向に送出される機能
を有する蛍光性光ファイバの端部外周面に粒子状又は粉
末状のシンチレータの放射線感応層を形成し、前記感応
層を含む前記蛍光性光ファイバの端部と外周部又は外周
部のみを遮光材で覆ったことを特徴とする。本発明のフ
ァイバ型放射線検出器は、検出すべき放射線がガンマ線
である場合には、放射線感応物質としてＮａｌ（Ｔ
ｌ）、Ｃｓｌ（Ｔｌ）等を用いるのが好適である。又、
検出すべき放射線がアルファ線である場合には、アルフ
ァ線感応物質としてＺｎＳ（Ａｇ）等を用いるのが好適
である。更に又、検出すべき放射線が中性子線である場
合には、前記アルファ線感応物質と、中性子線が照射さ
れてアルファ線を放出する即ち（ｎ，α）反応を生じる
中性子線感応物質との混合体を用いるのが好適である。
前記中性子線感応物質には、リチウム化合物、ボロン化
合物等の中性子反応断面積が大きい物質が良い。又、検
出すべき放射線がガンマ線と中性子線である場合にも、
前記アルファ線感応物質と中性子感応物質との混合体を
用いるのが好適である。

【０００６】光波長変換機能と集光機能と集光後の光が
軸方向に送出される機能を有する前記蛍光性光ファイバ
としては、仏国オプテクトロン社製等があり、本発明の
ファイバ型放射線検出器を実施するに使用される。前記
の波長変換機能とは、例えば、シンチレータに放射線が
入射して４１０nm近傍の波長の蛍光が発生し、この蛍光
が蛍光性光ファイバに入射し蛍光性光ファイバのコア部
に含まれる蛍光体で吸収され別の蛍光を発生することを
意味する。この蛍光はシンチレータで発生した蛍光と比
べ波長が大きく５２０nm近傍の波長の光に変換されたも
のである。波長４１０nmの蛍光から５２０nm程度の波長
に変換されたことにより、蛍光信号を伝送する光ファイ
バの伝送損失が大きく改善され、その効果は例えば旭化
成製のプラスチックファイバを使用すると１８０dB／km
から７０dB／kmになる。又、集光機能とは、光蛍光性フ
ァイバの外表面側部のクラッドからコアに入射したシン
チレータの蛍光がファイバの外表面側部からコアに入射
したシンチレータの蛍光がファイバのコア内の蛍光色素
を励起して異なる波長の蛍光を発する。この蛍光は蛍光
性光ファイバのコア部で発生し、ファイバのクラッド面
で全反射されて蛍光性光ファイバの軸方向に伝送される
ことを示す。

【０００７】一般にガンマ線とアルファ線の放射線は、
シンチレータに入射して蛍光を発光するので、本発明に
よれば前述した物質のシンチレータを使用して直接的に
検出する。中性子線については、直接シンチレータから
の蛍光はほとんど検出されないため、本発明によれば中
性子線が照射されてアルファ線を放出する（ｎ，α）反
応を生じる、前記リチウム化合物、ボロン化合物等の中
性子反応断面積が大きな中性子線感応物質と、アルファ
線感応物質を混合して用い、中性子線の照射により放出
されるアルファ線をアルファ線感応物質で蛍光に変換
し、これを検出することにより間接的に中性子線を検出
する。

【０００８】ガンマ線と中性子線とを同時に検出できる
原理は、リチウム化合物、ボロン化合物等の中性子反応
断面積が大きい中性子線感応物質は中性子線とガンマ線
に照射されて蛍光を発するが、その蛍光パルスの減衰時
間が、中性子線による前記（ｎ，α）反応の結果放出さ
れるアルファ線によって生じる蛍光のパルスの減衰時間
に比べ、ガンマ線による蛍光パルスの減衰時間は十分に
短いことを利用し、両線種を弁別して検出する。

【０００９】アルファ線と中性子線の放射線が混在して
いる場合に用いるアルファ線検出用のファイバ型放射線
検出器は、飛程の短い（飛程とはアルファ線の飛ぶ距離
を表し、紙一枚で遮蔽できる程極めて小さい。）アルフ
ァ線を検出するため放射線感応層に取り付けられた遮光
材が極めて薄い厚さにしたもの、或いは遮光材が無い構
造である。このアルファ線を検出するファイバ型放射線
検出器は、中性子線の（ｎ，α）反応による放射線感応
層内部で生成されるアルファ線を検出する検出過程と異
なり、ファイバ型放射線検出器の外部からアルファ線が
照射されて放射線感応層にアルファ線が入射する。この
様なアルファ線の外部照射によるファイバ型放射線検出
器による計測値と中性子線を検知するファイバ型放射線
検出器の計測値を比較することによりアルファ線と中性
子線の混在場に於ける個別の放射線に対する判別計測が
行われる。

【００１０】中性子線の検知の一次過程は、放射線感応
層に含まれる中性子反応断面積の大きな物質により中性
子線を吸収させ（ｎ，α）反応によりアルファ線を生成
させる。二次過程は、このアルファ線をＺｎＳ（Ａｇ）
等に更に吸収させ、ＺｎＳ（Ａｇ）等から蛍光を発生す
る。この一次と二次の過程は連鎖的に行われる。中性子
線の検知には、二次過程で得たＺｎＳ（Ａｇ）等による
蛍光のみを利用する。放射線感応層に含まれるアルファ
線検知材ＺｎＳ（Ａｇ）等以外の構成素材は、ガンマ線
に反応し、入射ガンマ線のエネルギを吸収して蛍光を発
生する。この蛍光の減衰時間はアルファ線の検知材と比
べ小さい。放射線がファイバ型放射線検出器に入射する
と入射する放射線により放射線感応層で行われる反応過
程が異なり、発生する蛍光の減衰時間が異なる。そのた
め、ファイバ型放射線検出器の光出力端では照射する放
射線の種類に対応した蛍光パルスが得られる。

【００１１】得られた蛍光パルスは、異なる放射線の種
類毎の情報が含まれている。この蛍光パルスの減衰時間
を電気信号に変換し、パルス波形弁別を行うが、その波
形弁別法の詳細はグレンＦ．ノル著「放射線計測ハン
ドブック」（株式会社丸善発行）に記述されている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施形態を説明する。図１は、アルファ線検出器の
検出部を拡大して概念的に示したもので、蛍光性光ファ
イバ１は、中心部のコア３と同軸状に配置されたクラッ
ド５から形成されており、その出力端には光コネクタ７
が接続されている。この光コネクタ７は伝送用光ファイ
バ８を介して図示しない光電子増倍管等の光電変換器に
連結している。アルファ線感応物質である白い粒子状の
ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ１１と日本チバガイギー株
式会社製のアラルダイトＣＹ２２１又はＨＹ２９６７等
の低屈折率の光学的に透明な樹脂１３とが適度に混ぜら
れてクラッド５の外周面に塗布されてアルファ線感応層
１５を形成している。或いは、アルファ線感応層１５は
シンチレータ等の放射線感応材を株式会社日東電工製の
透明・耐候・耐熱両面テープのＨＪ−９１５０Ｗ等の光
学的に透明な接着テープ等で挟むことにより形成しても
良い。この感応層１５とクラッド５とは光学的に接着さ
れていて、又コネクタ７の部分を除く外面が非常に薄い
テフロンシート、アルミ箔、或いは蒸着された銀シート
等の遮光材１７で覆われている。この遮光材１７は外光
を遮断する機能とシンチレータ１１の蛍光を反射する機
能を兼ね備えている。以上の構成のアルファ線検出器の
検出作用を図２の概念図を参照して説明する。アルファ
線Ａは遮光材１７を通って感応層１５に入射して、シン
チレータ１１に吸収され、蛍光Ｂを発光する。この蛍光
Ｂは蛍光性光ファイバ１の蛍光体Ｃに吸収される。蛍光
体Ｃは、蛍光Ｂとは異なる発光波長に変換された蛍光Ｄ
を発し、この蛍光Ｄは、矢印のようにコア３の中を進
み、光コネクタ７を通り、更に伝送用光ファイバ内を通
って光電変換器に至り、ここで電気信号に変えられ計測
される。

【００１３】次に本発明を中性子検出器として具現化し
た実施形態を図３に示す。図に於いて前述のアルファ線
検出器と同一の部分には同一の符号を付して説明する。
図３において、蛍光性光ファイバ１のクラッド５の外周
面に塗布されて形成される中性子線感応層２１は、白い
粒子状のＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ１１と、粒子状の
リチウム化合物又はボロン化合物を含んだ化合物からな
るシンチレータ２３との混合体、及び前記低屈折率の光
学的に透明な樹脂１３とが適度に混ぜられて形成されて
いる。勿論、前術の両面テープ等で形成しても良い。そ
の外側には、前述と同様に遮光材１７が配置され、光コ
ネクタ７も蛍光性光ファイバ１の出力端に接続されてい
る。遮光材１７は、中性子線感応層２１で発生する蛍光
を効率よく蛍光性光ファイバ１へ入射させるために反射
材の機能も有している。そして、中性子線検出器の検出
部の作用を前述と同様に図４を参照して説明すると、中
性子線Ｎが中性子線感応層２１に入射して、シンチレー
タ２３に吸収され、（ｎ，α）反応によりアルファ線Ａ
を放出する。このアルファ線Ａは近接したＺｎＳ（Ａ
ｇ）シンチレータ１１に吸収され蛍光Ｂを発光する。以
後、蛍光Ｂが蛍光Ｄに変換され、最終的に光電変換器で
計測されるのは、前述の例と同様である。

【００１４】図５と図６と図７に図１と図３にそれぞれ
示したアルファ線検出器及び中性子線検出器に関するガ
ンマ線、アルファ線、中性子線を照射した計測結果を示
す。この計測は、図１と図３に示したファイバ型放射線
検出器に伝送用ファイバを光コネクタを介して接続し、
送出された蛍光パルスを光電子増倍管で光電変換した後
に、蛍光パルスの減衰時間の違いによるパルス弁別を、
前述の波形弁別法により行ったものである。図５と図６
と図７の横軸に示すチャンネル番号は、蛍光パルスの減
衰時間を相対値で表し、縦軸は計測した減衰時間毎の放
射線の計数の相対値を表している。

【００１５】図５は、ガンマ線として代表的なコバルト
６０の放射線をファイバ型放射線検出器に照射した計測
例である。チャンネル番号の２００〜３００辺りにガン
マ線により得られた計数のピークが確認できる。図６
は、アルファ線として代表的なウランをファイバ型放射
線検出器の遮光材を極めて薄くして照射した計測例であ
る。ウランの線源からは、アルファ線とベータ線とガン
マ線が放出されている。図中には、図５で現れたチャン
ネル番号の２００〜３００辺りにガンマ線による計数の
ピークと、新たにチャンネル番号６００〜７００に計数
のピークを有するアルファ線に寄与するピークを確認で
きる。図７は、カリフォルニウム２５２の中性子線をフ
ァイバ型放射線検出器に照射した時の計測例である。こ
のカリフォルニウム２５２の中性子線源からは、中性子
線以外に線源内部でフィッションガンマ線が同時に生成
されているためガンマ線も放出され、ファイバ型放射線
検出器に中性子線とガンマ線が照射されている。図中に
は、図５で現れたチャンネル番号の２００〜３００当た
りにカリフォルニウム２５２からのフィッションガンマ
線による計数のピークと、図６で現れたアルファ線によ
るピークと同じチャンネル番号６００〜７００に計数の
ピークが確認できる。中性子線の検出には、（ｎ，α）
反応を利用しているため、中性子線による寄与効果はア
ルファ線を照射した状態と同じチャンネル番号に計数の
ピークを有する。

【００１６】以上にファイバ型放射線検出器にガンマ線
とアルファ線と中性子線を照射した時の計測例を示し
た。ガンマ線とアルファ線と中性子線を照射した各計測
例共に、ガンマ線による計数のピークが共通して同じ領
域に計数のピークが得られている。中性子線やアルファ
線については、ガンマ線のピークと異なるチャンネル番
号の位置に明瞭に示されている。そのため、ガンマ線と
中性子線の混在場に於いて、ファイバ型放射線検出器は
これらの各放射線を明瞭に分離して各線種毎の計測でき
る。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通常直径１mm乃至２mmの細い径の蛍光性光ファイバのク
ラッド外周面に、シンチレータを含む薄い層状の放射線
感応物質を含有する放射線感応層を形成しているので、
従来測定不可能であった極めて狭い箇所における放射線
測定が可能な光ファイバ状の極めて細い放射線検出器の
実現できた。又、単一の検出部でガンマ線と中性子線と
を同時に検出しガンマ線と中性子線を弁別計測すること
ができる。このことから、従来から用いていたガンマ
線、アルファ線、中性子線の放射線検出器と比べ約１／
１００程度の軽量な検出部となった。この発明検出器は
伝送用ファイバと接続され、検出部が無電源化を計って
いるため、遠隔地への光信号伝送を、従来の検出器と比
べ電気的な雑音の皆無状態で周辺環境の温度変化の影響
を受けずに容易に送出できる。また、この発明検出器
は、ガンマ線と中性子線の混在場でこれらの各線種に対
し個別計測が可能であり、従来の各線種毎に準備した計
測方式と比べ取り扱いが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の要部を示す概念的断面図で
ある。

【図２】前述実施形態の作用説明図である。

【図３】本発明の別の実施形態の要部を示す概念的断面
図である。

【図４】前記別の実施形態の作用説明図である。

【図５】図１の実施形態のアルファ線検出器による計測
結果を示すグラフである。

【図６】図３の実施形態による中性子検出器による計測
結果を示すグラフである。

【図７】本発明をガンマ線検出器として実施した場合の
計測結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１蛍光性光ファイバ３コア５クラッド１１ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ１３樹脂１５感応層１７遮光材２１感応層２３シンチレータＡアルファ線Ｂ蛍光Ｃ蛍光体Ｄ蛍光Ｎ中性子線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須藤皓宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者武部雅汎宮城県仙台市太白区青山二丁目23番26号 (72)発明者浦山勝己東京都千代田区丸の内二丁目５番１号三菱重工業株式会社内 (72)発明者今井信行東京都千代田区丸の内二丁目５番１号三菱重工業株式会社内 (72)発明者土井英雄東京都千代田区丸の内二丁目５番１号三菱重工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光波長変換機能及び集光機能並びに光の
伝送方向を軸方向に変える機能を有する蛍光性光ファイ
バの外周面に、粒子状又は粉末状のシンチレータを含む
放射線感応層を形成し、該感応層の外周を含め当該蛍光
性光ファイバの外周を遮光材で覆い、該蛍光性光ファイ
バの端部に光コネクタを介して伝送用光ファイバを接続
して成ることを特徴とするファイバ型放射線検出器。
【請求項２】前記蛍光性光ファイバの一端部は、端面
を含めて前記放射線感応層が形成されると共に遮光材で
覆われ、他端部に光コネクタを介して伝送用光ファイバ
を接続することを特徴とする請求項１記載のファイバ型
放射線検出器。
【請求項３】前記感応層に含まれるシンチレータは、
ガンマ線、中性子線、又はアルファ線に感応する物質の
内のいずれか１又は２、或いは全部であることを特徴と
する請求項１又は請求項２記載のファイバ型放射線検出
器。
【請求項４】前記シンチレータは、ガンマ線に感応す
る物質がＮａｌ（Ｔｌ）又は、Ｃｓ（Ｔｌ）であり、ア
ルファ線に感応する物質がＺｎＳ（Ａｇ）であり、中性
子線に感応する物質がリチウム化合物、ボロン化合物等
の中性子反応断面積が大きい物質であることを特徴とす
る請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載のファイバ
型放射線検出器。