JPS581392B2 - 放射線検出波形弁別回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射線検出波形弁別回路に関し、特に放射線検
出波形をその立上り時間の差異で弁別する改良された波
形弁別回路に関するものである。

放射線測定において、放射線検出器の検出波形は検出器
に入射する放射線粒子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って、検出波形に差異を生ず
る現象がある。

即ち、シンチレーションカウンク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
述した入射放射線粒子の種類の違い、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
に供きれる。

第１図には比例計数管を用いて中性子線とガンマ線の測
定を行った場合の検出波形が示され、中性子線の検出波
形１は早い立上り時間を有し、一方、ガンマ線の検出波
形２は遅い立上り時間を有する。

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
上り時間の差を識別することにより波形弁別が可能であ
るが、実際上は放射線検出パルスの波高値が入射の都度
変化することから、立上り時間による波形弁別は極めて
困難であった。

従来の波形弁別は第１図の検出波形を微分回路に加えて
初期部分の立上りの傾斜に比例した値を求め、この傾斜
変化分に相当する値と第１図の波形の最終波高値との比
を求めることにより立上り時間に比例した値を求めてい
た。

この従来手段によれば、検出波形の立上り傾斜変化分と
波高値とをいったん対数化して両者の差を求め、再び逆
対数比演算を行って両者の比を求めている。

そのため回路構成が極めて複雑となり、また使用時に弁
別回路の微細な調整を必要とするという欠点を有してい
た。

従来の他の波形弁別手段は、第１図の検出波形を遅延線
で２回整形して第２図に示すような両極性パルスを求め
、このパルス波形から弁別作用を行っていた。

この従来手段では、両検出パルス波形の立上り部分に波
形部分３，４のような差がある場合、中間の立下り部分
においても波形部分５，６のような差を生じ、この結果
、基準零レベルと交差する点７，８にも図示した差が生
ずる。

従って、この差をパルスの時間軸原点９からの時間差と
して求めることにより、波形の立上り時間による弁別を
行うことができる。

しかしながらここの従来手段では、時間軸原点９を別個
に求める必要があり、この原点検出自体極めて困難かつ
複雑な回路を必要とする欠点があり、また第２図から明
らかなように、時間差を検出する測定点７，８が立下り
部分の振幅の中間点に限定されるため、この測定点が測
定目的に対し必ずしも最も効果的な測定点であるとはい
えないという欠点があった。

以上説明したように、従来の波形弁別回路は回路構成が
極めて複雑で、かつ取扱いも熟練を要し、弁別作用の度
に調整を要する等種々の欠点があった。

本発明は上記した従来の欠点を解消するためになされた
もので、その目的は極めて簡単に放射線検出波形を立上
り時間の差により弁別し、入射した放射線の種類その他
に応じて検出パルスを容易に弁別することのできる放射
線検出波形弁別回路を提供することにある。

本発明によれば、種々の入射放射線粒子から特定の粒子
による検出波形を選択的に取出すことができ、また複数
種類の粒子を種類別に計数できるなど広範囲の放射線測
定分野に適用することができる。

上記目的を達成するために、本発明は時定数の異なる２
個の微分回路を有し、シンチレー夕等により検出された
放射線検出パルスがこの両微分回路に加えられる。

放射線検出パルスはその個有の立上り時間と各微分回路
の時定数とに応じて波形変換される。

そして、短い時定数を有する微分回路出力には所定の遅
延時間が与えられた後、波高比較回路にて時定数の長い
微分回路出力と比較される。

この結果、立上り時間の長いパルス波形と立上り時間の
短いパルス波形とは比較回路によって明確に弁別するこ
とができる。

以上のようにして、本発明によれば、例えばα線および
β線の両者が混在した放射線検出パルスから各放射線検
出パルスを弁別することができる。

本発明において、両微分回路の時定数は異種の放射線検
出パルスにおける各立上り時間の間に選定することがよ
く、このような時定数の選択により、各種放射線を高精
度に弁別することができる。

検出放射線パルスの立上り時間が比較的近似している場
合、第１の微分回路の時定数は長い立上り時間を有する
放射線検出パルスの立上り時間近傍に、そして第２の微
分回路の時定数は短い立上り時間を有する放射線検出パ
ルスの立上り時間近傍に選定することが好ましい。

本発明は特に２種類の放射線検出パルスが混在している
場合、この両者をパルス波形の立上り時間により簡単に
弁別する際に好適である。

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波形弁別回路の好適な第１実施
例が示され、２種類の放射線粒子例えばα線およびβ線
の入射に対してシンチレー夕により放射線を検出するシ
ンチレーショ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（Ａ９）を、そしてβ線を検出するシンチレー夕
としてプラスチックシンチレータを含む。

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線は増幅器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に
供給される。

各微分回路１４，１６はキャパシタと抵抗とからなり、
第２の微分回路１６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に供給さ
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に供給される。

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に供給される。

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の出力はそれぞれ第１の計数
回路３２および第２の計数回路３４に供給され、第１の
計数回路３２によりα線が、そして第２の計数回路３４
によりβ線が計数される。

波高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
出パルスの立上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）シンチレー夕
により検出されるα線の検出パルスは約１０μ秒の立上
り時間を有し、またプラスチックシンチレー夕により検
出されるβ線の検出パルスは約１０ｎ秒の立上り時間を
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パルス立上り時間に
対応して選定することにより、立上り時間の差からα線
検出パルスおよびβ線検出パルス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パルス
立上り時間の間、即ち図示した実施例ではＩｏｎ秒〜１
０μの間に設定され、かつ立上り時間の短いβ線を検出
する第２の微分回路１６は立上り時間の長い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相違が生じる場合に
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って適宜選択
された遅延時間を有し、図示した実施例では１μ秒〜２
μ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
、そ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。

本発明の第１実施例は以上の構成からなり、以下に第４
図の波形図を参照しながらその作用を説明する。

第４図において、β線検出波形は符号１０１で、そして
α線検出波形は符号２０１で示されている。

まず短い立上り時間を有するβ線検出パルス１０１が増
幅器１２を介して検出器１０から両微分回路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
の比較的緩やかな波形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３０
０が出力される。

このゲ一トパルス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１
６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線の計数作用を行い、前述した
本発明に係る波形弁別回路により放射線検出器１０から
得られたβ線波形１０１がβ線計数用の第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は所定の波高値を超えた信号
のみを各出力制御回路２８，３０へ供給する作用を行う
。

次にα線検出波形２０１が増幅器１２を介して検出器１
０から各微分回路１４，１６へ供給される場合を考える
。

この場合、波形２０１はその立上り時間が長いので、時
定数の短い第２の微分回路１６では尖鋭度の緩い、かつ
波高値の低い波形２０２が得られる。

また時定数の長い第１の微分回路１４からは波形２０３
で示される尖鋭度の緩い、かつ比較的波高値の高い波形
が得られる。

前述したように、波形２０２は増幅遅延された後、波形
２０２ａとして波高比較回路１８に供給され、波形２０
３と比較される。

このα線検出波形の場合、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、波形２０２ａは第
１の微分回路１４の出力波形２０３より高い波高値を得
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。

従って、β線検出波形の場合と逆に第１の出力制御回路
２８は開、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が第１の波
高弁別回路２４および第１の出力制御回路２８を通って
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、入射される放射線の立上り時間に対
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、検出パルスの立上り時間自体を測定すること
なく、立上り時間の差により入射検出パルスを弁別する
ことが可能となる。

第３図のように、α線を検出するＺｎＳ（Ａｙ）シンチ
レー夕によるα線検出パルスの立上り時間とβ線を検出
するプラスチックシンチレータのβ線検出パルス立上り
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が
、他のシンチレータによる検出波形の立上り時間によっ
ては両微分回路１４，１６の時定数を厳密に定める必要
も生ずる。

例えば、α線およびβ線の両者に感応するＣｓＴシンチ
レー夕ではα線の入射による検出パルスの立上り時間は
約４００ｎ秒、そしてβ線に対しては１μ秒となり、両
者の立上り時間の差は前述した実施例と比較して極めて
近似したものとなる。

このような場合、時定数の長い第１の微分回路１４の時
定数は１μ秒程度、そして時定数の短い第２の微分回路
１６の時定数は０．５μ秒程度に設定することが好まし
い。

何れの場合においても２個の微分回路の時定数を検出パ
ルスの立上り時間に応じて所定値に設定することにより
、第４図で説明したようなゲートパルス３００を簡単な
構成から得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、波形弁別回路
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、遅延回路２２の出力は直流レベ
ル変換回路３６を介して波高比較回路１８へ供給される
。

第２実施例では、波高弁別回路３８および出力制御回路
４０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。

即ち立上り時間の短いβ線検出パルスが印加された場合
、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４０はゲ
ートパルス３００により閉制御される。

一方、立上り時間の長い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４０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線を計数することとなる。

以上のように、本発明によれば、検出パルスの立上り時
間を直接計測することなく、入射される検出パルスの立
上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。

本発明によれば、放射線検出パルスの波高に影響される
ことなく弁別作用が行われるので、極めて広い範囲の波
高値を有する検出パルスに応用することができ、広範囲
の放射線検出装置に適用し得る。

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イ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
は従来の弁別回路による波形弁別作用を示す波形図、第
３図は本発明に係る放射線検出波形弁別回路の好適な第
１実施例を示すブロック回路図、第４図は第３図におけ
る各部波形図、第５図は本発明に係る波形弁別回路の好
適な第２実施例を示すブロック回路図である。 １０・・・・・・放射線検出器、１４・・・・・・第１
の微分回路、１６・・・・・・第２の微分回路、１８・
・・・・・波高比較回路、２２・・・・・・遅延回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射線検出パルスが印加される第１の微分回路と、
   放射線検出パルスが印加され第１の微分回路よりも短い
   時定数を有する第２の微分回路と、第２の微分回路の出
   力に所定の遅延時間を付与する遅延回路と、第１の微分
   回路出力と遅延回路出力とが供給され両者の波高が比較
   される波高比較回路とを含み、放射線検出パルスの立上
   り時間の差により検出パルスを弁別する放射線波形弁別
   回路。 ２ 特許請求の範囲１記載の回路において、両微分回路
   の時定数は異なる放射線検出パルスの各立上り時間の間
   に選定されていることを特徴とする放射線検出波形弁別
   回路。 ３ 特許請求の範囲１記載の回路において、第１の微分
   回路の時定数は長い立上り時間を有する放射線検出パル
   スの立上り時間近傍にそして第２の微分回路の時定数は
   短い立上り時間を有する放射線検出パルスの立上り時間
   近傍に選定されていることを特徴とする放射線検出波形
   弁別回路。