JPWO2016063391A1 - 線量率測定装置 - Google Patents

Abstract

線量率測定装置は、第１の補償係数テーブルを使って入射放射線に対する第１のエネルギー補償係数を求める第１のエネルギー補償係数演算部と、第１のエネルギー補償係数とＧ（Ｅ）関数を用いて入射放射線の第１の補償線量率を算出する第１の線量率演算部と、第２の補償係数テーブルを使って入射放射線に対する第２のエネルギー補償係数を求める第２のエネルギー補償係数演算部と、第２のエネルギー補償係数を用いて入射放射線の第２の補償線量率を算出する第２の線量率演算部と、第１の補償線量率と第２の補償線量率の比の大きさに従って出力を選択する線量率切換部と、線量率切換部が出力する第１の補償線量率または第２の補償線量率を表示する表示操作部と、を備えている。

Description

本発明は、線量率測定装置に関し、特に、線量率の測定範囲が広範囲に亘る線量率測定装置に関するものである。

原子炉施設、使用済燃料再処理施設等の周辺には線量率の測定範囲が広範囲に亘る線量率測定装置が設置されている（例えば特許文献１〜６）。通常、種類の異なる放射線検出器を備えた線量率測定装置を２台並設することで、平時の自然放射線レベルから事故時の高放射線レベルに亘る線量率の測定に対応している。この方式は、並べて設置する線量率測定装置が相互に空間放射線の入射に対して障害になるので、測定結果は少なからず並設の影響を受ける。測定装置全体の小型化、コスト低減及び省スペース化の観点からも１台の線量率測定装置で、広範囲の線量率に対応した測定を可能にすることが求められている。

この課題を解決する方策として、特許文献１および特許文献２に係わる線量率測定装置は、低レンジ用検出器と高レンジ用検出器を１つの検出部内に配置している。低レンジ用検出器および高レンジ用検出器にはそれぞれシンチレーション検出器および半導体検出器を使用し、測定結果は測定レンジを切り換えて出力する。両方の特許文献では、低レンジ用検出器に、タリウム活性化ヨウ化ナトリウムシンチレータを使用したＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器が使用されている。

放射線検出器が異なるとエネルギー特性に違いが生じるため、線量率測定装置では、低レンジと高レンジの線量率を切り換えて出力するときに、段差が生じる。特許文献１に係わる線量率測定装置は、このレンジ切り換えによる段差を抑制するため、少なくとも一方の検出器出力パルスの波高スペクトルを測定して入射放射線のエネルギーを推定している。切換点を含む上下の線量率領域について、どちらか一方のエネルギー特性に合わせ込むことにより、切換点に生じる大きな段差が解消する。

放射線検出器は放射線の入射方向により感度が異なる。特許文献２に係わる線量率測定装置は、シンチレーション検出器の円柱状シンチレータのヘッド面に１台の半導体検出器を、さらにその円柱状シンチレータの側面に２台の半導体検出器を角度１８０度で配置している。この配置にすることにより、レンジ切換時の低レンジ用検出器と高レンジ用検出器の方向依存性による段差が抑制されている。

特開２００２−０２２８３９号公報 特開２００２−１６８９５７号公報 実開昭６２−１５８３７５号公報 特開平１−２５０８８５号公報 特開２００４−１０８７９６号公報 特開２００５−２４９５８０号公報

特許文献１に係わる線量率測定装置は、切換点における段差を抑制できるにしても、低レンジ線量率及び高レンジ線量率を合わせた全レンジのエネルギー特性（直線性）は十分には改善されていない。また特許文献２に係わる線量率測定装置では、半導体検出器の全てがシンチレーション検出器のシンチレータ（放射線センサ）に対して影になるので、測定結果に影響を与える。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。すなわち、低レンジ線量率及び高レンジ線量率の両方のエネルギー特性を平坦化し、その結果として全レンジのエネルギー特性（直線性）を改善し、ワイドレンジでかつ高精度の測定が可能な線量率測定装置を提供することを目的とする。

本発明の線量率測定装置は、放射線が入射するとアナログ電圧パルスを出力する放射線検出器と、放射線検出器が出力するアナログ電圧パルスを増幅する第１のパルス増幅器と、第１のパルス増幅器の出力をデジタル信号に変換する第１のアナログ-デジタル変換部と、第１のアナログ-デジタル変換部の出力から入射放射線の波高スペクトルを生成する第１の波高スペクトル生成部と、第１の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると、平均波高値とエネルギー補償係数との関係を表す第１の補償係数テーブルを使って入射放射線に対する第１のエネルギー補償係数を求める第１のエネルギー補償係数演算部と、第１の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると、Ｇ（Ｅ）関数を用いて入射放射線の第１の線量率を演算し、この演算された第１の線量率と第１のエネルギー補償係数を用いて入射放射線の第１の補償線量率を算出する第１の線量率演算部と、放射線が入射するとアナログ電圧パルスを出力する放射線検出ユニットと、放射線検出ユニットが出力するアナログ電圧パルスを増幅する第２のパルス増幅器と、第２のパルス増幅器の出力をデジタル信号に変換する第２のアナログ-デジタル変換部と、第２のアナログ-デジタル変換部の出力から入射放射線の波高スペクトルを生成する第２の波高スペクトル生成部と、第２の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると、平均波高値とエネルギー補償係数との関係を表す第２の補償係数テーブルを使って入射放射線に対する第２のエネルギー補償係数を求める第２のエネルギー補償係数演算部と、第２の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると入射放射線の第２の線量率を演算し、この演算された第２の線量率を第２のエネルギー補償係数を用いて入射放射線の第２の補償線量率を算出する第２の線量率演算部と、第１の線量率演算部が算出した第１の補償線量率と第２の線量率演算部が算出した第２の補償線量率の比を求め、この求められた比の大きさに従って第１の補償線量率または第２の補償線量率を出力する線量率切換部と、線量率切換部が出力する第１の補償線量率または第２の補償線量率を表示する表示操作部と、を備えている。

本発明の線量率測定装置によれば、それぞれの波高スペクトル生成部において入射放射線の平均波高値から波高スペクトルを求めている。平均波高値と入射放射線の平均エネルギーの相関を利用してエネルギー特性の歪を補償して平坦化し、エネルギー補償した線量率が切り換えて出力される。その結果、線量率切換に伴う段差を抑制できると共に、全線量率レンジに亘って測定精度が良好な線量率測定装置を提供できる。

実施の形態１に係る線量率測定装置の構成を示す図である。 低レンジ線量率に関する補償係数テーブルを示す図である。 高レンジ線量率に関する補償係数テーブルを示す図である。 検出部の構成配置を示す図である。 シンチレーション検出器の構成を示す図（図５Ａ）と、半導体検出器の構成を示す図（図５Ｂ）である。 低レンジ線量率のエネルギー特性を説明する図である。 高レンジ線量率のエネルギー特性を説明する図である。 線量率切換部の切換動作について説明する図である。 実施の形態２に係る線量率測定装置の構成を示す図である。 実施の形態３に係るセンサ素子の実効面積を示す図である。 実施の形態４に係る架台の構造を示す図である。 実施の形態５に係る架台の構造を示す図である。 実施の形態６に係る架台の構造を示す図である。

以下に本発明にかかる線量率測定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る線量率測定装置の構成を示す図である。同図に示すように、線量率測定装置１は、検出部２と測定部３から構成されている。検出部２は、シンチレーション検出器２１と放射線検出ユニット２８から構成されている。シンチレーション検出器２１（放射線検出器）は、入射した放射線のエネルギーを吸収し、低線量率領域において、その吸収したエネルギーに比例する波高値の離散的なアナログ電圧パルス（第１の検出信号パルス）を出力する。放射線検出ユニット２８は半導体検出器２２〜２４およびパルス加算回路２９を備えている。半導体検出器２２、半導体検出器２３および半導体検出器２４は入射放射線のエネルギーを吸収し、高線量率領域において、その吸収したエネルギーに比例する波高値の離散的なアナログ電圧パルス（第２の検出信号パルス）を出力する。パルス加算回路２９は半導体検出器２２〜２４から出力された第２の検出信号パルスを入力して３つのパルス列を１つのパルス列に集合し、アナログ電圧パルスを出力する（第３の検出信号パルス）。

シンチレーション検出器２１の代わりには、比例計数管、ガイガーミュラー管（ＧＭ管）などの放射線検出器が適用できる。複数または単数の放射線検出器を備えている放射線検出ユニット２８では、半導体検出器２２〜２４の代わりに、電離箱を適用できる。測定部３は、シンチレーション検出器２１に対応する低レンジ線量率測定部３１と、半導体検出器２２〜２４に対応する高レンジ線量率測定部３２を備えている。低レンジ線量率測定部３１（第１の線量率測定手段）は、シンチレーション検出器２１から出力されたアナログ電圧パルスの波高値に基づき低レンジ補償線量率ＤＬ（第１の補償線量率）を算出して、線量率切換部３３に出力する。高レンジ線量率測定部３２（第２の線量率測定手段）は、半導体検出器２２〜２４から出力されたアナログ電圧パルスの計数率に基づき高レンジ補償線量率ＤＨ（第２の補償線量率）を算出して、線量率切換部３３に出力する。

シンチレーション検出器２１には、例えば円柱状のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを備えたＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を使用する。ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器は市販されており、容易に入手可能である。同様に、その他の無機シンチレーション検出器、プラスチックシンチレーション検出器の適用も可能である。シンチレーション検出器２１は、線量率が高くなると、出力する第１の検出信号パルスのパイルアップの発生確率が無視できなくなって測定レンジの直線性が低下する。半導体検出器２２〜２４も同様に線量率が高くなると直線性が低下するが、その上限レンジはシンチレーション検出器２１の上限レンジより例えば４．５デカード以上となるように、適合する感度のものを選定する。

半導体検出器２２〜２４の感度は有感面積に反比例する。半導体検出器の感度が低過ぎると、下限レンジ付近において出力される第２の検出信号パルスの繰り返し周波数が低過ぎて線量率の分解能が悪くなり、低レンジ補償線量率ＤＬから高レンジ補償線量率ＤＨへの切換時に急にゆらぎが大きくなる。このゆらぎの急変を抑制するためにはシンチレーション検出器２１のシンチレータの寸法及び半導体検出器２２〜２４のセンサの有感面積が分担するレンジに応じて適合するものを選定する。

測定部３において、低レンジ線量率測定部３１は、シンチレーション検出器２１から第１の検出信号パルス（アナログ電圧パルス）を入力し、その第１の検出信号パルスの第１の波高スペクトルを測定する。第１の波高スペクトルの各波高値は線量率（ｎＧｙ・ｈ^−１／ｃｐｍ）で重み付けし、その線量率に各波高値に対応した計数値を乗じる。この計算結果の値は測定エネルギー範囲について積算され、測定時間（積算時間に対応）で除算して入射放射線の低レンジ線量率Ｄ１（第１の線量率）が求められる。この低レンジ線量率Ｄ１をエネルギー補償係数β１（第１のエネルギー補償係数；図２を参照）でエネルギー補償した低レンジ補償線量率ＤＬ（第１の補償線量率）は線量率切換部３３に出力される。

高レンジ線量率測定部３２は、半導体検出器２２〜２４から第２の検出信号パルスを入力し、それぞれの第２の検出信号パルスを時間的に並べて加算し、この加算した第２の検出信号パルスの第２の波高スペクトルを測定する。第２の波高スペクトルの各波高値に対応した計数値は測定エネルギー範囲について積算され、測定時間（積算時間に対応）で除算して計数率が求められる。計数率は校正定数（単位計数率に対する線量率の比）が乗算され高レンジ線量率Ｄ２（第２の線量率）が得られる。高レンジ線量率Ｄ２をエネルギー補償係数β２（第２のエネルギー補償係数；図３を参照）でエネルギー補償した高レンジ補償線量率ＤＨ（第２の補償線量率）は線量率切換部３３に出力される。

測定部３において、線量率切換部３３は、線量率上昇時には表示レンジを設定された上昇時切換点で低レンジ補償線量率ＤＬから高レンジ補償線量率ＤＨに切り換える。同様に線量率切換部３３は、線量率下降時には表示レンジを設定された下降時切換点で高レンジ補償線量率ＤＨから低レンジ補償線量率ＤＬに切り換える。レンジ切換点でハンチングを防止するために、上昇時切換点＞下降時切換点として、表示レンジにはヒステリシスを設けている。表示操作部３４は、線量率切換部３３から出力された線量率（高レンジ補償線量率ＤＨまたは低レンジ補償線量率ＤＬ）を画面に表示すると共に、タッチパネルで測定部の設定を受け付ける。

次に、低レンジ線量率測定部３１及び高レンジ線量率測定部３２の詳細な構成と動作について説明する。低レンジ線量率測定部３１はパルス増幅器３１１、アナログ-デジタル変換部３１２（Ａ-Ｄ変換部）、低レンジ演算部３１３、高圧電源３１４を備えている。高圧電源３１４はシンチレーション検出器２１に接続されている。低レンジ演算部３１３は波高スペクトル生成部３１３１、Ｇ（Ｅ）関数メモリ３１３２、低レンジ線量率演算部３１３３、エネルギー補償係数演算部３１３４（第１のエネルギー補償係数演算部）を備えている。パルス増幅器３１１（第１のパルス増幅器）はシンチレーション検出器２１から出力された第１の検出信号パルス（アナログ電圧パルス）を入力して増幅する共に、重畳されている高周波ノイズを除去する。アナログ-デジタル変換部３１２（第１のアナログ-デジタル変換部）はパルス増幅器３１１で増幅された第１の検出信号パルスをデジタル信号に変換し、その波高値Ｖｐ１を測定する。

低レンジ演算部３１３において、波高スペクトル生成部３１３１（第１の波高スペクトル生成部）はアナログ-デジタル変換部３１２から出力された波高値Ｖｐ１を入力し、波高スペクトル（第１の波高スペクトル）を生成して出力する。波高スペクトル生成部３１３１からのスペクトルデータ（第１の波高スペクトル）は低レンジ線量率演算部３１３３（第１の線量率演算部）に入力される。Ｇ（Ｅ）関数メモリ３１３２は、スペクトル-線量変換演算子法を使うために、波高に相当する各ｃｈ（ｉ）と線量率Ｇｉ（ｎＧｙ・ｈ^−１／ｃｐｍ）を対応させたＧ（Ｅ）関数テーブルを記憶している。スペクトル-線量変換演算子法は、Ｇ（Ｅ）関数法とも呼ばれ、１９６０年代に日本原子力研究所で開発された。Ｇ（Ｅ）関数テーブルは例えば測定エネルギー範囲５０〜３０００ｋｅＶが１０〜６００チャンネル（ｃｈ）に分割されている。このＧ（Ｅ）関数テーブルを用いて、低レンジ線量率演算部３１３３は、演算周期毎に各ｃｈ（ｉ）の線量率Ｇｉと計数値Ｎｉとの積を積算する。定周期分の１０〜６００ｃｈについて求められた積算値ΣＧｉ×Ｎｉは定周期時間で除算して当該演算周期時間の線量率とする。この線量率の最新化された測定時間分のデータ列を移動平均すると低レンジ線量率Ｄ１（第１の線量率）が求められる。

エネルギー補償係数演算部３１３４は、波高スペクトル生成部３１３１からスペクトルデータ（第１の波高スペクトル）を入力し、定周期で測定された１０〜６００ｃｈの各ｃｈ（ｉ）の波高値Ｈｉと計数値Ｎｉとの積を積算する。積算波高値ΣＨｉ×Ｎｉは積算計数値ΣＮｉで除して当該演算周期時間の平均波高値とする。この平均波高値を取り込んで最新化された測定時間分の平均波高値データ列を移動平均すると移動平均波高値ｈ１が求められる。シンチレーション検出器２１に入射する放射線のエネルギーと移動平均波高値ｈ１は、前者の上昇に伴い後者も上昇するという相関関係にある。

図２は入射放射線の平均波高値（特に移動平均波高値ｈ１）とエネルギー補償係数β１（第１のエネルギー補償係数）の関係を示す低レンジ補償係数テーブル（第１の補償係数テーブル）を表している。低レンジ補償係数テーブルはエネルギー補償係数演算部３１３４に記憶されている。エネルギー補償係数演算部３１３４は、移動平均波高値ｈ１を低レンジ補償係数テーブルと照合し、エネルギー補償係数β１を決定して、低レンジ線量率演算部３１３３に出力する。低レンジ線量率演算部３１３３は、低レンジ線量率Ｄ１にエネルギー補償係数β１を乗算して得られる低レンジ補償線量率ＤＬを出力する。低レンジ補償係数テーブルにおいて基準エネルギーは、例えばＣｓ−１３７のγ線６６２ｋｅＶとする。基準エネルギーに対応するエネルギー補償係数β１は１とし、その他のエネルギーのエネルギー補償係数β１は基準エネルギーとの比で示している。

高レンジ線量率測定部３２はパルス増幅器３２２、アナログ-デジタル変換部３２３（Ａ-Ｄ変換部）、高レンジ演算部３２４を有する。高レンジ演算部３２４は波高スペクトル生成部３２４１（第２の波高スペクトル生成部）、高レンジ線量率演算部３２４２（第２の線量率演算部）、エネルギー補償係数演算部（第２のエネルギー補償係数演算部）３２４３を備えている。半導体検出器２２〜２４から出力された検出信号パルスはパルス加算回路２９に入力して、３つのパルス列を１つのパルス列に集合する。パルス増幅器３２２（第２のパルス増幅器）はパルス加算回路２９で集合されたアナログ電圧パルス（第３の検出信号パルス）を入力して増幅する共に、重畳されている高周波ノイズを除去する。アナログ-デジタル変換部３２３（第２のアナログ-デジタル変換部）はパルス増幅器３２２で増幅された第２の検出信号パルスをデジタル信号に変換して波高値Ｖｐ２を測定する。

高レンジ演算部３２４において、波高スペクトル生成部３２４１はアナログ-デジタル変換部３２３から出力された波高値Ｖｐ２を入力し、波高スペクトル（第２の波高スペクトル）を生成して出力する。高レンジ線量率演算部３２４２は波高スペクトル生成部３２４１からスペクトルデータ（第２の波高スペクトル）を入力し、定周期で測定された１０〜６００ｃｈの各ｃｈ（ｉ）の計数値Ｍｉを積算する。積算計数値ΣＭｉは定周期時間で除して当該演算周期時間の計数率が求められる。さらに計数率の最新化された測定時間分のデータ列を移動平均した移動平均計数率を求め、その移動平均計数率に校正定数を乗算して高レンジ線量率Ｄ２（第２の線量率）を求める。

エネルギー補償係数演算部３２４３は、波高スペクトル生成部３２４１からスペクトルデータを入力し、定周期で測定された１０〜６００ｃｈの各ｃｈ（ｉ）の波高値Ｈｉと計数値Ｍｉとの積を積算する。積算波高値ΣＨｉ×Ｍｉは積算計数値ΣＭｉで除して当該演算周期時間の平均波高値とする。平均波高値を取り込んで最新化された測定時間分の平均波高値データ列を移動平均すると移動平均波高値ｈ２が求められる。半導体検出器２２〜２４に入射する放射線のエネルギーと移動平均波高値ｈ２は、前者の上昇に伴い後者も上昇するという相関関係にある。

図３は入射放射線の平均波高値（特に移動平均波高値ｈ２）とエネルギー補償係数β２（第２のエネルギー補償係数）の関係を示す高レンジ補償係数テーブル（第２の補償係数テーブル）を表している。高レンジ補償係数テーブルはエネルギー補償係数演算部３２４３に記憶されている。エネルギー補償係数演算部３２４３は、移動平均波高値ｈ２を高レンジ補償係数テーブルと照合し、エネルギー補償係数β２を決定して出力する。高レンジ線量率演算部３２４２は、高レンジ線量率Ｄ２にエネルギー補償係数β２を乗算して得られる高レンジ補償線量率ＤＨを出力する。なお、高レンジ補償係数テーブルにおいて基準エネルギーは、例えばＣｓ−１３７のγ線６６２ｋｅＶとする。基準エネルギーに対応するエネルギー補償係数β２を１とし、その他のエネルギーのエネルギー補償係数β２は基準エネルギーとの比で示している。

低レンジ補償係数テーブルを作成するには、測定エネルギー範囲５０〜３０００ｋｅＶに対して複数のエネルギーを選定し、放射線を型式試験として照射する。線量率の校正を行って実力のエネルギー特性を把握し、移動平均波高値ｈ１とエネルギー補償係数β１を対応させる。なお、高エネルギーのために型式試験が困難なポイントについては解析により、また低エネルギーで型式試験が困難なポイントはＸ線を照射することにより低レンジ補償係数テーブルを作成してもよい。下限の５０ｋｅＶは、実質的にＸｅ−１３３のγ線８１ｋｅＶを測定できるようにと設定されたものである。そこで、Ｘ線８０ｋｅＶまたはＡｍ−２４１のγ線６０ｋｅＶ（実効エネルギー５７ｋｅＶ）を照射してその結果を補償下限エネルギーのエネルギー補償係数β１としてもよい。高レンジ補償係数テーブルも同様にして作成する。

検出部２の構成と構成要素の配置を図４に従って説明する。検出部外套２６は、シンチレーション検出器２１、半導体検出器２２〜２４、架台２５を内包して遮光すると共に電気的に遮蔽し、検出部２を屋外に設置する場合は、外気を遮断する防水構造となっている。スタンド２７は、検出部外套２６と内包する機器を支持すると共に、シンチレーション検出器２１の中心を決められた高さに保持する。シンチレーション検出器２１は検出部２の中央に配置され、半導体検出器２２〜２４は架台２５の斜めの側面上に取り付けられている。シンチレーション検出器２１は検出器ケース２１４の内部に組み込まれている。

架台２５は三角錐の上部がカットされてシンチレーション検出器２１の一部が入るように内部が空洞になっている。架台２５の３枚の斜側面には半導体検出器２２〜２４がそれぞれ取り付けられている。架台２５はシンチレーション検出器２１の決められた測定空間の外に、具体的にはシンチレータ２１１（図５Ａを参照）の測定空間の障害にならない位置に、配置される。シンチレーション検出器２１の中心軸と半導体検出器２２〜２４の各センサ素子（図５Ｂを参照）を総合した中心軸は共通の中心軸となっている。半導体検出器２２〜２４はシンチレーション検出器２１を軸中心にして、円周上に斜めに配置され、しかも相互に等間隔となるように配置されている。

シンチレーション検出器と半導体検出器の配置を図５（図５Ａおよび図５Ａ）を用いて説明する。図５Ａはシンチレーション検出器２１の構成と構成要素の配置を示している。シンチレーション検出器２１は、高圧電源３１４から高電圧が供給される（図１を参照）。シンチレーション検出器２１ではシンチレータ２１１と光電子増倍管２１２とプリアンプ２１３が順番に配列されている。シンチレータ２１１は入射する放射線４のエネルギーを吸収して蛍光を発する。光電子増倍管２１２はこの蛍光を電子に変換し、さらにこの電子を増倍してアナログ電流パルスに変換する。プリアンプ２１３はこのアナログ電流パルスをアナログ電圧パルスに変換して第１の検出信号パルスとして出力する。

図５Ｂは半導体検出器２２〜２４の構成と構成要素の配置を示す。半導体検出器２２〜２４は、それぞれ、センサ素子４１、フィルタ板４２、プリアンプ４３を備えている。センサ素子４１は放射線を検出してアナログ電流パルスを生成する。フィルタ板４２は、センサ素子４１の放射線入射面に設けられて、単位線量率当たり生成される単位時間当たりの電流パルス数が入射した放射線のエネルギーに依存しないようにエネルギー特性を平坦化する。半導体検出器２２〜２４は、センサ素子４１が入射面にフィルタ板４２を備えることにより感度は概ね平坦化されている。

半導体検出器２２〜２４のセンサ素子４１は、測定エネルギー領域において低エネルギーになるにしたがって指数関数的に単体の感度（単位線量率当たりの計数率）が上昇するエネルギー特性を有している。センサ素子４１としては、容易に入手可能な例えばＰＩＮ構造のＳｉ半導体センサを好適に適用できる。半導体検出器２２〜２４のプリアンプ４３はセンサ素子４１からのアナログ電流パルスをアナログ電圧パルスに変換する。光電子増倍管２１２及びプリアンプ２１３は架台２５の空洞に納められている。

図６は、低レンジ線量率のエネルギー特性に対するエネルギー補償効果を説明するものである。横軸は、放射線の入力エネルギーＥ（ＭｅＶ）を示し、縦軸は、Ｐ点を基準値とした線量率測定装置１のレスポンス比Ｆを示す。エネルギー特性ａはエネルギー補償を行っていない低レンジ線量率Ｄ１（第１の線量率）のエネルギー依存性を示している。エネルギー特性ｂはエネルギー補償を行っている低レンジ補償線量率ＤＬ（第１の補償線量率）のエネルギー依存性を示している。低レンジ補償線量率ＤＬは低レンジ線量率Ｄ１にエネルギー補償係数β１を乗算した結果である。いずれもＣｓ（セシウム）−１３７のγ線のエネルギー６６２ｋｅＶがシンチレータに入射したときの低レンジ線量率Ｄ１のレスポンスを基準値１としている。他のエネルギーでは基準値に対するレスポンス比Ｆを示している。

エネルギー特性ａは、低レンジ線量率Ｄ１がＧ（Ｅ）関数で波高スペクトルを木目細かく線量率に対応させて求めたものなので基本的に良好な特性を示す。ノイズの影響を除去するために、５０ｋｅＶ未満の検出器信号パルスは、アナログ-デジタル変換部３１２において測定せずに破棄している。シンチレーション検出器２１に入射する放射線のエネルギーは測定エネルギー範囲内であっても、波高スペクトルは入射する放射線のエネルギーに相当する波高値以下に分布する。このため、入射する放射線のエネルギーが下限エネルギーの５０ｋｅＶに近接するに伴って破棄の割合が増加し、低レンジ線量率Ｄ１への影響は無視できないようになる。

付与された単位エネルギー当たりの発光量は、入射する放射線が４００ｋｅＶ以下では最大１．２倍の山型になる。５０ｋｅＶ以下のパルス破棄の影響と低エネルギーにおける発光量の増加の影響を合わせると、エネルギー特性ａは、おおよそ１００ｋｅＶで若干山型になり、それ以下のエネルギーで立ち下がるようになる。このエネルギー特性ａに残された歪を補償するためにエネルギー補償係数β１を低レンジ線量率Ｄ１に乗じる。低レンジ線量率Ｄ１をエネルギー補償して低レンジ補償線量率ＤＬ（第１の補償線量率）とすることにより、エネルギー特性ｂのような良好なエネルギー特性が得られる。

図７は、高レンジ線量率のエネルギー特性に対するエネルギー補償効果を説明するものである。エネルギー特性ｃはエネルギー補償を行っていない高レンジ線量率Ｄ２（第２の線量率）のエネルギー特性を示している。エネルギー特性ｄはエネルギー補償を行った高レンジ線量率ＤＬ（第１の補償線量率）のエネルギー特性を示している。エネルギー補償後の高レンジ線量率ＤＬは高レンジ線量率Ｄ２にエネルギー補償係数β２を乗算した結果である。センサ素子４１の放射線入射面にそれぞれ備えたフィルタ板４２の作用により単位線量率当たりの計数率としての感度は概ね平坦化できるが、物理的フィルタの補償限界として１００ｋｅＶ以下の低エネルギーで若干の山型になる。

アナログ-デジタル変換部３２３においてノイズの影響を除去するために５０ｋｅＶ未満の検出器信号パルスを測定せずに破棄する結果として１００ｋｅＶと２００ｋｅＶの間に若干の谷が生じると共に、６０ｋｅＶ以下で急激に低下する。このエネルギー特性に残された歪を補償するためにエネルギー補償係数β２をエネルギー補償前の高レンジ線量率Ｄ２に乗じてエネルギー補償後の高レンジ補償線量率ＤＨ（第２の補償線量率）とする。このことにより、エネルギー特性ｄのような良好な特性が得られる。

シンチレーション検出器２１は、高線量率になると検出信号パルスの間隔が短くなり、更に高線量率になると検出器パルス信号のパイルアップの確率が影響して線量率が低下する。半導体検出器２２〜２４についても同様であるが、検出器パルス信号のパイルアップの確率が影響する線量率は４デカード以上高線量率側にシフトする。同じ線量率では入射する放射線のエネルギーが大きくなるにしたがってシンチレーション検出器２１から出力されるアナログ電圧パルスの単位時間当たりの数は少なくなり、パイルアップによる飽和は高線量率側にシフトする。

図８は線量率切換部３３の切換動作について説明するものである。同図において横軸は放射線による入力線量率Ｄ（ｉｎ）、縦軸は放射線による出力線量率Ｄ（ｏｕｔ）を示す。両軸とも、対数スケールで表されている。特性ａ１はＡｍ（アメリシウム）−２４１の実効エネルギー５７ｋｅＶに対する低レンジ線量率測定部３１の入出力応答特性を概念的に示したものである。低レンジ線量率演算部３１３３から出力される低レンジ補償線量率ＤＬは入力線量率Ｄ（ｉｎ）に比例して増加し、それに続いて飽和する。特性ａ２はＣｓ（セシウム）−１３７の実効エネルギー６６０ｋｅＶに対する低レンジ線量率測定部３１の入出力応答特性を概念的に示したものであり、理想的にはａ１と重なって推移して特性ａ１より線量率が高いところで飽和する。

特性ｂ１はＡｍ−２４１に対する高レンジ線量率測定部３２の入出力応答特性を概念的に示したものである。特性ｂ１は理想的にはゆらぎの中心値が特性ａ１と重なり、飽和が特性ａ１より高線量率側に４デカード以上シフトして測定レンジ内では飽和しない。特性ｂ２はＣｓ−１３７に対する高レンジ線量率測定部３２の入出力応答特性を概念的に示したものである。特性ｂ２は理想的にはゆらぎの中心値が特性ａ２に重なり、飽和が特性ａ２より高線量率側に４デカード以上シフトして測定レンジ内では飽和しない。測定レンジ内で特性ｂ１と特性ｂ２は理想的には重なる。

ここで理想的には重なるとした領域はエネルギー特性が完全に一致した理想的な場合である。図では特性ａ１、特性ａ２、特性ｂ１、特性ｂ２は補償された理想的なものとして示しているが、実際にはエネルギー特性相互に若干の差異が残るため直線から若干の乖離が発生する。また、低レンジ補償線量率ＤＬに高レンジ補償線量率ＤＨのゆらぎの中心値が重なる理想的状態においても、低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ補償線量率ＤＨの実際の切換は高レンジ補償線量率ＤＨのゆらぎの存在下で行われる。このため、ゆらぎが抑制された条件すなわち低レンジ補償線量率ＤＬの飽和開始点を検知して自動で切り換えるのが望ましい。

線量率切換部３３には、低レンジ線量率演算部３１３３から出力された低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ線量率演算部３２４２から出力された高レンジ補償線量率ＤＨが入力される。線量率切換部３３は、低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ補償線量率ＤＨの比を求め、この比の大きさに従って低レンジ補償線量率ＤＬまたは高レンジ補償線量率ＤＨを表示操作部３４に出力する。上昇切換時は比ＤＨ／ＤＬが１＋ｋ１以上になったら表示レンジは低レンジ補償線量率ＤＬから高レンジ補償線量率ＤＨに切り換えられる。また下降切換時は比ＤＨ／ＤＬが１＋ｋ２以下になったら表示レンジは高レンジ補償線量率ＤＨから低レンジ補償線量率ＤＬに切り換えられる。

点Ａ１、点Ａ２はそれぞれＡｍ−２４１の上昇切換点、Ａｍ−２４１の下降切換点を示している。点Ｂ１、点Ｂ２はそれぞれＣｓ−１３７の上昇切換点、Ｃｓ−１３７の下降切換点を示している。ここで、定数ｋ１及び定数ｋ２は正数であり、ゆらぎによる切換動作のハンチングを防止するようにｋ１＞ｋ２とし、切り替えに伴う段差を最小限に抑えるように実験で求めた好適な値に設定される。定数ｋ１及び定数ｋ２を正数とすると共に、低レンジ補償線量率ＤＬの飽和を検知して高レンジ補償線量率ＤＨに切り換えるようにしたので、急激な上昇応答時にも確実に切換を行わせることができる。

以上のように、低レンジ線量率測定部３１及び高レンジ線量率測定部３２は、それぞれ波高スペクトルを測定して移動平均波高値を求め、その移動平均波高値に基づきそれぞれのエネルギー領域のエネルギー特性を補償する。測定エネルギー全体に亘り好適なエネルギー特性が得られるようになり、好適なエネルギー特性のもとにそれぞれの分担の低レンジ補償線量率ＤＬおよび高レンジ補償線量率ＤＨが測定できる。線量率切換部３３は比ＤＨ／ＤＬに基づいて入射放射線のエネルギーに応じて好適な切換点を自動的に決定して低レンジ補償線量率ＤＬと高レンジ補償線量率ＤＨを切り換えるようにしている。その結果、全測定レンジに亘ってエネルギー特性及び直線性が良好な高精度の線量率測定装置を提供できる。

更に、半導体検出器２２〜２４を、シンチレータ２１１の測定空間の障害にならない位置に、しかもシンチレータ２１１の中心軸の周りに有感面が斜め上を向くように等間隔に配置している。その結果、半導体検出器２２〜２４がシンチレータ２１１の測定の障害になることがなくなると共に、全測定レンジに亘って良好な方向依存性を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態１では、シンチレーション検出器２１と半導体検出器２２〜２４の平均波高値をもとにエネルギー補償係数を決定し、各エネルギーのレスポンス比を一定にするようにした。半導体検出器２２〜２４は温度的にも経時的にも波高値が安定しているが、シンチレーション検出器２１の波高値は温度特性があり、また経時的に変化する。波高値がドリフトすると各エネルギーのレスポンス比を一定にすることが困難となる。実施の形態２では、図９のように波高ドリフト補償手段として、低レンジ線量率測定部３１にデジタル-アナログ変換部３１５（Ｄ／Ａ変換部）と波高ドリフト補償部３１６を備えている。

シンチレーション検出器２１の構成部材には天然放射性核種Ｋ-４０が含まれている。波高スペクトル生成部３１３１で生成された波高スペクトルは波高ドリフト補償部３１６に入力される。波高ドリフト補償部３１６は波高スペクトルに基づいて天然放射性核種Ｋ-４０のスペクトルピーク位置を分析して設定された位置になるように、パルス増幅器３１１のゲインを自動補償するための補償データを出力する。デジタル-アナログ変換部３１５はその補償データをアナログ信号に変換する。パルス増幅器３１１はそのアナログ信号でゲインを自動補償するように動作するので、平坦なエネルギー特性を安定に維持して測定を行うことができる。

実施の形態３．
図１０は実施の形態３に係わる架台２５とセンサ素子４１の位置関係を表している。放射線４ａは架台２５の中心軸に垂直な方向に入射する放射線を表している。放射線４ｂは架台２５の中心軸に平行な方向に入射する放射線を表している。水平方向に入射する放射線４ａに対しては、３個のセンサ素子のうち、入射方向を向いている１個のセンサ素子の透視面積Ｓ１（実効面積に相当）が有効に働く。鉛直方向に入射する放射線４ｂに対しては３個のセンサ素子の透視面積Ｓ２（実効面積に相当）が有効に働く。このため、半導体検出器２２〜２４（およびセンサ素子４１）は、鉛直方向に対する透視面積Ｓ２と、水平方向に対する透視面積Ｓ１が等しくなるように、天井方向に対して傾けて架台２５の上に配置されている。なお、半導体検出器２２〜２４の検出中心軸に対する好適な傾きを実験で求めて細密調整すれば方向依存性をより小さくできる。

半導体検出器２２〜２４を、シンチレータ２１１の測定空間の障害にならない位置に、しかもシンチレータ２１１の中心軸の周りに有感面が斜め上を向くように等間隔に配置している。また半導体検出器２２〜２４のそれぞれのセンサ素子について、天井方向に対する実効面積と、センサ素子の面中心を通ってシンチレータ２１１の中心軸と直角に交わる直線方向に対する実効面積が等しくなるように配置している。その結果、半導体検出器２２〜２４がシンチレータ２１１の測定の障害になることがなくなると共に、全測定レンジに亘って良好な方向依存性を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態４．
実施の形態１では、高エネルギーの放射線が入射した場合、一つの半導体検出器を貫通し、その裏面側から別の半導体検出器にも入射して両方の半導体検出器で検出する可能性がある。実施の形態４では、図１１のように、半導体検出器２２の裏側に遮蔽体２５５を、半導体検出器２３の裏側に遮蔽体２５６を、半導体検出器２４の裏側に遮蔽体２５７を配置している。架台２５の内面に遮蔽体２５５〜２５７を備えているため、半導体検出器の裏面側からの放射線入射を抑制するので、実施の形態１と比較して、平均波高値をより精度良く測定することができる。

実施の形態５．
実施の形態１では、三角錐の上部をカットしてシンチレーション検出器２１の一部（光電子増倍管２１２及びプリアンプ２１３）が入るように内部を空洞にした架台２５を使用している。半導体検出器２２、２３、２４は架台２５の斜めの側面上に取り付けられていた。実施の形態５では、図１２のように架台２５の円筒部２５１に天井に対して斜めの平面を有する台座２５ａ、２５ｂ、２５ｃを取り付ける。その傾斜した平面に半導体検出器２２、２３、２４を、センサ素子の実効面積が実施の形態３と同じになるように配置するようにしたので、架台２５の加工コストが低減できる効果がある。

実施の形態６．
実施の形態５では、台座２５ａ〜２５ｃに半導体検出器２２〜２４を斜め上向きに設置して各方向の放射線を検出するように取り付けた。実施の形態６では図１３のように円筒部２５１に台座２５ａ、２５ｂ、２５ｃが取り付けられている。台座２５ａには、半導体検出器２２と半導体検出器２２ａが取り付けられている。台座２５ｂには、半導体検出器２３と半導体検出器２３ａが取り付けられている。台座２５ｃには、半導体検出器２４と半導体検出器２４ａが取り付けられている。半導体検出器２２、２３、２４に対して上下で面対象となるようにそれぞれ半導体検出器２２ａ、２３ａ、２４ａを配置した。空間からの放射線のみでなく、降雨または降雪に含まれて地表に到達し、蓄積した放射性核種から入射する放射線についても同等の感度で測定できる効果を奏する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 線量率測定装置、２ 検出部、２１ シンチレーション検出器、
２１１ シンチレータ、２１２ 光電子増倍管、２１３プリアンプ、
２１４ 検出器ケース、２２ 半導体検出器、２２ａ 半導体検出器、
２３ 半導体検出器、２４ 半導体検出器、２４ａ 半導体検出器、
２５ 架台、２５１ 円筒部、２５ａ 台座、２５ｂ 台座、
２５ｃ 台座、２５５ 遮蔽体、２５６ 遮蔽体、２５７ 遮蔽体、
２６ 検出部外套、２７ スタンド、２８ 放射線検出ユニット、
２９ パルス加算回路、３ 測定部、
３１ 低レンジ線量率測定部（第１の線量率測定手段）、
３１１ パルス増幅器、３１２ アナログ-デジタル変換部、
３１３ 低レンジ演算部、３１３１ 波高スペクトル生成部、
３１３２ Ｇ（Ｅ）関数メモリ、３１３３ 低レンジ線量率演算部、
３１３４ エネルギー補償係数演算部、３１６ 波高ドリフト補償部、
３１４ 高圧電源、３１５ デジタル-アナログ変換部、
３２ 高レンジ線量率測定部（第２の線量率測定手段）、
３２２ パルス増幅器、３２３ アナログ-デジタル変換部、
３２４ 高レンジ演算部、３２４１ 波高スペクトル生成部、
３２４２ 高レンジ線量率演算部、３２４３ エネルギー補償係数演算部、
３３ 線量率切換部、３４ 表示操作部、４ 放射線、４ａ 放射線、
４ｂ 放射線、４１ センサ素子、４２ フィルタ板、４３ プリアンプ、
ＤＬ 低レンジ補償線量率、ＤＨ 高レンジ補償線量率、
Ｄ１ 低レンジ線量率（第１の線量率）、
Ｄ２ 高レンジ線量率（第２の線量率）、Ｖｐ１ 波高値、
Ｖｐ２ 波高値、Ｇｉ 線量率、Ｎｉ 計数値、Ｈｉ 波高値、
ｈ１ 移動平均波高値、ｈ２ 移動平均波高値、Ｄ（ｉｎ）入力線量率、
Ｄ（ｏｕｔ） 出力線量率、Ｆ レスポンス比、ａ エネルギー特性、
ｂ エネルギー特性、ｃ エネルギー特性、ｄ エネルギー特性、
ａ１ 特性、ａ２ 特性、ｂ１ 特性、ｂ２ 特性、Ａ１ 点、Ａ２ 点、
Ｂ１ 点、Ｂ２ 点、ｋ１ 定数、ｋ２ 定数、Ｓ１ 透視面積、
Ｓ２ 透視面積。

Claims (9)

1. 放射線が入射するとアナログ電圧パルスを出力する放射線検出器と、
   前記放射線検出器が出力するアナログ電圧パルスを増幅する第１のパルス増幅器と、
   前記第１のパルス増幅器の出力をデジタル信号に変換する第１のアナログ-デジタル変換部と、
   前記第１のアナログ-デジタル変換部の出力から入射放射線の波高スペクトルを生成する第１の波高スペクトル生成部と、
   前記第１の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると、平均波高値とエネルギー補償係数との関係を表す第１の補償係数テーブルを使って入射放射線に対する第１のエネルギー補償係数を求める第１のエネルギー補償係数演算部と、
   前記第１の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると、Ｇ（Ｅ）関数テーブルを用いて入射放射線の第１の線量率を演算し、この演算された第１の線量率と前記第１のエネルギー補償係数を用いて入射放射線の第１の補償線量率を算出する第１の線量率演算部と、
   放射線が入射するとアナログ電圧パルスを出力する放射線検出ユニットと、
   前記放射線検出ユニットが出力するアナログ電圧パルスを増幅する第２のパルス増幅器と、
   前記第２のパルス増幅器の出力をデジタル信号に変換する第２のアナログ-デジタル変換部と、
   前記第２のアナログ-デジタル変換部の出力から入射放射線の波高スペクトルを生成する第２の波高スペクトル生成部と、
   前記第２の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると、平均波高値とエネルギー補償係数との関係を表す第２の補償係数テーブルを使って入射放射線に対する第２のエネルギー補償係数を求める第２のエネルギー補償係数演算部と、
   前記第２の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルが入力すると入射放射線の第２の線量率を演算し、この演算された第２の線量率を前記第２のエネルギー補償係数を用いて入射放射線の第２の補償線量率を算出する第２の線量率演算部と、
   前記第１の線量率演算部が算出した第１の補償線量率と前記第２の線量率演算部が算出した第２の補償線量率の比を求め、この求められた比の大きさに従って前記第１の補償線量率または前記第２の補償線量率を出力する線量率切換部と、
   前記線量率切換部が出力する第１の補償線量率または第２の補償線量率を表示する表示操作部と、を備えている線量率測定装置。
2. 前記第１の波高スペクトル生成部が生成した波高スペクトルを基に核種Ｋ−４０のスペクトルピーク位置を分析して、前記第１のパルス増幅器のゲインに関する補償データを作成する波高ドリフト補償部と、
   前記波高ドリフト補償部の出力をアナログ信号に変換するデジタル-アナログ変換部と、を備え、
   前記第１のパルス増幅器は、前記デジタル-アナログ変換部の出力によってゲインが自動補償されることを特徴とする請求項１に記載の線量率測定装置。
3. 前記放射線検出器は、シンチレータと光電子増倍管とプリアンプを有するシンチレーション検出器からなることを特徴とする請求項１または２に記載の線量率測定装置。
4. 前記放射線検出ユニットは、複数の半導体検出器と、前記複数の半導体検出器の出力が入力するパルス加算回路からなることを特徴とする請求項１または２に記載の線量率測定装置。
5. 前記複数の半導体検出器は、それぞれが、センサ素子とフィルタとプリアンプを有することを特徴とする請求項４に記載の線量率測定装置。
6. 前記複数の半導体検出器は、鉛直方向に対する透視面積と水平方向に対する透視面積が等しいことを特徴とする請求項４に記載の線量率測定装置。
7. 放射線の遮蔽体が前記半導体検出器の裏側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の線量率測定装置。
8. 前記複数の半導体検出器は、前記放射線検出器を中心にして、円周上に斜めに配置されていることを特徴とする請求項４に記載の線量率測定装置。
9. 前記複数の半導体検出器は、面対称となる位置に上下に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の線量率測定装置。
   

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