JPWO2019198125A1 - 電磁放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

実施形態の電磁放射線検出装置は、電磁放射線の入射を検出する第１シンチレーション検出器と、第１シンチレーション検出器内部で電磁放射線のコンプトン散乱により生じた散乱電磁放射線であって、前記第１シンチレーション検出器外に出た前記散乱電磁放射線を検出する第２シンチレーション検出器と、第１シンチレーション検出器の検出タイミングと第２シンチレーション検出器の検出タイミングとが同一と見做せる場合以外の第１シンチレーション検出器の検出結果に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機と、を備えるので、コンプトン散乱に対応する発光スペクトルを抑制して当該エネルギー帯に位置する他の発光スペクトル（光電スペクトル）を検出することができる。

Description

本発明の実施形態は、電磁放射線検出装置及び方法に関する。

従来、電磁放射線のエネルギースペクトルを求める場合には、シンチレータ、光電子増倍管（ＰＭＴ：Photo Multiplier tube）及び多重パルス波高分析（ＭＣＡ：Multi Channel Analyzer）を用いて以下の手順で行われていた。
シンチレータに入射した電磁放射線は、シンチレータ内の電子にエネルギーを与えて電離させ、その２次電子が雪崩的にさらに電離を引き起こし、これらの電離・励起された電子が正孔と再結合することによって最終的に入射エネルギーに比例した数の光子を生成する。
次にシンチレータで生成された光子は、光電子増倍管の光電面において光電効果により光電子に変換される。
光電子倍増管の光電面において変換された光電子は、光電子倍増管内で増幅された後、電磁放射線の入射エネルギーに比例した電流として出力され、電圧パルスに変換される。
変換された電圧パルスは多重波高分析器で一定時間ごとの各波高値のパルス数としてカウントされることにより、パルス波高分布（エネルギースペクトル）として得られることとなっていた。

特開２０１４−１９０７５４号公報

石川正純 他５名、「中性子捕捉療法のための熱中性子リアルタイムモニタの開発」 放射線 Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．４（２００５） ２７９頁〜２８５頁

ところで、シンチレータ内では、電磁放射線の入射により、シンチレータを構成している物質内で、コンプトン散乱が生じる。
そして、コンプトン散乱に対応するエネルギー帯（エネルギースペクトル部分）、特に、コンプトン連続部及びコンプトンエッジに相当するエネルギー帯においては、コンプトン散乱に起因する発光スペクトル以外の発光スペクトルが含まれて、隠蔽されている可能性がある。
したがって、例えば、複数の放射線源を弁別して特定するような場合には、対応する発光スペクトルを見いだせない虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンプトン散乱に対応する発光スペクトルを抑制して当該エネルギー帯に位置する他の発光スペクトル（光電スペクトル）を検出することが可能な電磁放射線検出装置及び方法を提供することを目的としている。

実施形態の電磁放射線検出装置は、電磁放射線の入射を検出する第１シンチレーション検出器と、第１シンチレーション検出器内部で電磁放射線のコンプトン散乱により生じた散乱電磁放射線であって、前記第１シンチレーション検出器外に出た前記散乱電磁放射線を検出する第２シンチレーション検出器と、第１シンチレーション検出器の検出タイミングと第２シンチレーション検出器の検出タイミングとが同一と見做せる場合以外の第１シンチレーション検出器の検出結果に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機と、を備える。

図１は、γ線検出時のエネルギースペクトルの一例の説明図である。 図２は、第１実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。 図３は、実施形態の原理説明図である。 図４は、隠蔽されている光電ピークの説明図である。 図５は、隠蔽されていた光電ピークの顕在化の説明図である。 図６は、第２実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。 図７は、多重波高分析機の動作処理フローチャートである。 図８は、第３実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。

次に図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
まず、実施形態の説明に先立ち、実施形態の電磁放射線検出装置の原理について説明する。
以下の説明においては、電磁放射線としてγ線を検出する場合を例として電磁放射線検出装置の原理について説明する。
電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置では、シンチレータに入射したγ線は、各種電離過程を経て最終的にシンチレータ結晶の結晶格子上の価電子にエネルギーを与え、電子を伝導帯に押し上げる。

一方、電子がはじき出された価電子帯には正孔が形成される。
これらの結果、伝導帯の電子と価電子帯の正孔は各々自由に動き回り、電子と正孔とが出会うと、電子は伝導帯から価電子帯に落ち、エネルギーを放出することとなり、このエネルギーが光として放出されて発光が起きる。

ところで、シンチレータに入射したγ線と電子との相互作用においては、以下の三つの現象が生じる。
（１）光電効果
（２）コンプトン散乱
（３）電子対生成

光電効果においては、γ線のエネルギーは、全て電子に与えられ、γ線は消失する。
また、コンプトン散乱においては、γ線のエネルギーの一部が電子に運動エネルギーとして与えられて電子がはじき飛ばされ、γ線は残ったエネルギーにより元の進んでいた方向とは別の方向に進み、シンチレータ内でさらに他の電子をはじき出しながら減衰するか、あるいは、シンチレータ外に出て行くこととなる。

電子対生成は、γ線の入射エネルギーが１．０２２ＭｅＶ以上の時には、γ線のエネルギーを全て使って、電子と陽電子の対を生成することとなる。

図１は、γ線検出時のエネルギースペクトルの一例の説明図である。
図１に示すように、上記三種類の現象の結果として得られるγ線検出時のエネルギースペクトルとしては、全吸収ピークＰＥ、コンプトン連続部ＣＣ、コンプトンエッジＣＥ、後方散乱ピークＲＳ、ＫＸ線ピークＫＸ等が挙げられる。

全吸収ピーク（光電ピーク）ＰＥは、光電効果を起こした場合、コンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ内で消費した場合に相当するものである。

コンプトン連続部ＣＣは、コンプトン散乱後にγ線がシンチレータ外に出て行ってエネルギーの一部を持ち去った場合には、電子に与えられる残りのエネルギーはγ線と電子との散乱角度によって連続的に分布するので、発光エネルギーも連続的に分布することとなったものである。

コンプトンエッジＣＥは、コンプトン散乱において、散乱角度が１８０度であり、電子に最大のエネルギーを与えた場合に相当するものである。

後方散乱ピークＲＳは、γ線が遮蔽材、測定装置等周辺の物質とコンプトン散乱を起こし、その結果、エネルギーを一部失ったγ線がシンチレータに入射して光電効果により発光に到ったものである。

ＫＸ線ピークＫＸは、周囲の物質に入射したγ線が当該物質のＫ殻電子を電離し、Ｋ殻の空いた軌道に外軌道電子が落ち込み特性Ｘ線を発生して発光に到ったものである。

ところで、コンプトン散乱に対応するエネルギー帯（エネルギースペクトル部分）、特に、コンプトン連続部ＣＣ及びコンプトンエッジＣＥに相当するエネルギー帯においては、コンプトン散乱に起因する発光スペクトル以外の発光スペクトルが含まれて、隠蔽されている可能性がある。
したがって、例えば、複数の放射線源を弁別して特定するような場合には、対応する発光スペクトルを見いだせない虞がある。

そこで、本実施形態においては、コンプトン散乱に対応する発光スペクトル（コンプトン連続部ＣＣ及びコンプトンエッジＣＥ）を抑制して当該エネルギー帯に位置する他の発光スペクトルを検出することとしている。

具体的には、通常の電磁放射線検出を行うシンチレータである第１シンチレータ）の入射面及びＰＭＴ設置面以外の面に第２シンチレータを配置し、コンプトン散乱後のエネルギーが減少したγ線を検出し、当該検出タイミングにおいて検出されるはずの発光の検出をしないように制御する（多重波高分析の対象外とするように制御する）ことで、コンプトン散乱に対応する発光スペクトル（コンプトン連続部ＣＣ及びコンプトンエッジＣＥ）を抑制し、相対的に所望の他の発光スペクトルを検出するのである。

この結果、コンプトン散乱に起因する発光スペクトルに隠蔽されていた他の発光スペクトルを検出することができ、複数の放射線源を弁別して特定するような場合にコンプトン散乱の影響を抑制してより確実に対応する発光スペクトルを検出することができる。

［１］第１実施形態
図２は、第１実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。
γ線検出装置１０は、入射面１１ｉから電磁放射線であるγ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面１１ｏから出力する第１シンチレータ１１と、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍（＝電流増幅）を行って第１パルス波高信号ＳＰ１として出力する第１光電子増倍管１２と、可視光を透過させないように構成されるとともに、入射面１３ｉから第１シンチレータ１１においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面１３ｏから出力する第２シンチレータ１３と、第２シンチレータ１３の出射面１３ｏから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍（＝電流増幅）を行って第２パルス波高信号ＳＰ２として出力する第２光電子増倍管１４と、第１パルス波高信号ＳＰ１を増幅して第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１を出力する第１アンプ１５と、第２パルス波高信号ＳＰ２を増幅して第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２を出力する第２アンプ１６と、第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２が出力されたタイミングで第１光電子増倍管１２の出力を遮断するゲーティング回路１７と、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機（ＭＣＡ）１８と、を備えている。

上記構成において、第１シンチレータ１１及び第１光電子増倍管１２及び第１アンプ１５は、第１シンチレーション検出器を構成し、第２シンチレータ１３及び第２光電子増倍管１４及び第２アンプ１６は、第２シンチレーション検出器を構成している。

ここで、第１実施形態のγ線検出装置の動作説明に先立ち、実施形態の原理を説明する。
図３は、実施形態の原理説明図である。
第１シンチレータ１１の入射面１１ｉから入射した入射γ線γｉは、第１シンチレータ１１内において電子に衝突して、電子にエネルギーの一部を与えるコンプトン散乱を起こすと、最終的に第１シンチレータ１１のシンチレータ物質を構成している電子を励起して伝導帯に遷移させるとともに、残りのエネルギーを有する散乱γ線γｓとなる。

これにより、伝導帯に遷移した電子（ｅ−）及び対応する正孔は、第１シンチレータ１１を構成しているシンチレータ物質内を自由に移動するようになる。
そして、伝導帯に遷移した電子は、移動中に正孔と出会うと再び価電子帯に遷移し、光子（図３中、☆印で示す）を生成する。

生成された光子は、第１光電子増倍管１２の光電面１２ＰＥに到ると、光電変換がなされて光電子（ｅ−）となって、第１光電子増倍管１２において電子増倍がなされて最終的には、第１パルス波高信号ＳＰ１として出力されることとなる。

また、生成された光子のうち、第２シンチレータ１３に到った光子は、第２シンチレータ１３が可視光を透過させないように構成されているため、第２シンチレータ内に入射されることはない。

これに対して、コンプトン散乱により生じた散乱γ線γｓは、第２シンチレータ１３内に入射し、第２シンチレータ１３内おいて電子に衝突して、電子にエネルギーの一部を与えるコンプトン散乱あるいは光電効果を起こすと、最終的に第２シンチレータ１３のシンチレータ物質を構成している電子を励起して伝導帯に遷移させる。

これにより、伝導帯に遷移した電子（ｅ−）及び対応する正孔は、第２シンチレータ１３を構成しているシンチレータ物質内を自由に移動するようになる。
そして、伝導帯に遷移した電子は、移動中に正孔と出会うと再び価電子帯に遷移し、光子を生成し、第２光電子増倍管１４の光電面１４ＰＥに到ると、光電変換がなされて光電子（ｅ−）となって、第２光電子増倍管１４において電子増倍がなされて最終的には、第２パルス波高信号ＳＰ２として出力されることとなる。

上述した動作は、非常に高速に行われるため、第１シンチレータ１１内において生じた一つのコンプトン散乱に起因する第１パルス波高信号ＳＰ１の出力タイミングと、第２パルス波高信号ＳＰ２の出力タイミングとは、同時と見做せる。

すなわち、統計的には、第２パルス波高信号ＳＰ２が出力されたタイミングと同時に出力された第１パルス波高信号ＳＰ１は、一つのコンプトン散乱に起因するとみなしても問題がないと推定される。

したがって、第２パルス波高信号ＳＰ２が出力された場合には、同時に出力された第１パルス波高信号ＳＰ１を多重波高分析機１８における多重波高分析対象から除外することで、より具体的には、ゲーティング回路１７が、第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２が出力されたタイミングで第１光電子増倍管１２の出力を遮断することで、エネルギースペクトルにおけるコンプトン散乱に起因する計数を抑制するようにしているのである。

この結果、コンプトン散乱に起因する発光スペクトルの計数が低下し、当該コンプトン散乱に起因する発光スペクトルに隠蔽されていた他の発光スペクトル（光電ピーク）を検出することができ、複数の放射線源を弁別して特定するような場合にコンプトン散乱の影響を抑制してより確実に対応する発光スペクトルを検出するようにしているのである。

次に第１実施形態のγ線検出装置の動作を説明する。
γ線検出装置１０の第１シンチレータ１１には、入射面１１ｉから電磁放射線であるγ線が入射される。

このとき、入射したγ線が第１シンチレータ１１内において、光電効果が発生した場合、又は、コンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与えられる等して全てのエネルギーをシンチレータ１１内で消費した場合には、入射したγ線のエネルギーは、全て電子に与えられて、γ線は消失することとなる。したがって、入射したγ線に起因して第２シンチレータ１３にγ線が入射することはない。

一方、光電効果又はコンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ１１内で消費した場合、γ線のエネルギーを受け取った電子は、第１シンチレータ１１内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力され、第１光電子増倍管１２に入射して、光電変換されて光電子を生成し、全吸収ピークに相当する第１パルス波高信号が第１アンプ１５に出力される。

また、入射したγ線の入射エネルギーが１．０２２ＭｅＶ以上の場合には、理論的にはγ線のエネルギーを全て使って電子と陽電子の対を生成する電子対生成がなされることとなる。しかしながら、本実施形態においては、理解の容易の為、入射したγ線が電子対生成がなされるような入射エネルギーを持っていない場合についてのみ考慮することとする。

これらに対し、入射したγ線が第１シンチレータ１１内において、コンプトン散乱を起こした場合には、γ線の一部のエネルギーを電子に与えてはじき飛ばし、γ線は散乱されて散乱γ線として第２シンチレータ１３に入射することとなる。
この場合において、第２シンチレータ１３を可視光は透過できないため、散乱γ線のみが入射することとなる。

上記構成において、第２シンチレータ１３を第１シンチレータ１１において生成された可視光を透過させないように構成するとは、第２シンチレータ１３自体を可視光の非透過性を有するように、シンチレータパウダーをペースト化して圧縮乾燥固化、厚膜化して構成するようにすればよい。
あるいは、第２シンチレータ１３と第１シンチレータ１１との間に、電磁放射線（ここでは、γ線）を透過し可視光を反射する反射材、あるいは、電磁放射線を透過し可視光を透過しない不透過材を設けるようにすればよい。

一方、コンプトン散乱によりγ線のエネルギーを受け取った電子は、最終的に価電子帯から伝導帯に遷移するとともに第１シンチレータ１１内を移動し、正孔と結合した時点で再び価電子帯に遷移し光子を生成する。生成された光子は、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力され、第１光電子増倍管１２に入射して、光電変換されて光電子を生成し、受け取ったγ線のエネルギーに相当する第１パルス波高信号ＳＰ１が第１アンプ１５に出力される。

これと同時に第２シンチレータ１３に入射した散乱γ線は、光電効果あるいはコンプトン散乱によりエネルギーを電子に与える。

散乱γ線によりエネルギーを受け取った電子は、最終的に伝導帯に遷移するとともに、第２シンチレータ１３内を移動し、正孔と結合した時点で再び価電子帯に遷移し、光子を生成する。生成された光子は、第２シンチレータ１３の出射面１３ｏから出力され、第２光電子増倍管１４に入射して、光電変換されて光電子を生成し、第２パルス波高信号ＳＰ２が第２アンプ１６に出力される。

第２アンプ１６は、第２パルス波高信号ＳＰ２を増幅して第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２をゲーティング回路１７に出力する。
この結果、ゲーティング回路１７は、第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２が出力されたタイミングで第１光電子増倍管１２の出力を遮断する。

ところで、第１光電子増倍管１２の出力を遮断したタイミングにおいて、第１光電子増倍管１２の出力を遮断しなかった場合には、第１アンプ１５には、散乱γ線と入射γ線のエネルギーを分け合った電子に対応する光子の第１パルス波高信号ＳＰ１が出力されていたはずである。しかしながら、ゲーティング回路１７による第１光電子増倍管１２の出力の遮断により、第１パルス波高信号ＳＰ１の出力が無くなるため、コンプトン散乱によりエネルギー量が不定の光子に対応する第１パルス波高信号ＳＰ１が増幅されて第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１として多重波高分析機１８に出力されることもなくなる。

同様にして、第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２のゲーティング回路１７への出力の度に第１光電子増倍管１２の出力が遮断されることにより、相対的に、コンプトン散乱に起因する第１パルス波高信号のカウント数、すなわち、コンプトン連続部ＣＣ及びコンプトンエッジＣＥに対応するカウント数を抑制できることとなる。

したがって、コンプトン連続部ＣＣあるいはコンプトンエッジＣＥのカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークのカウント数を相対的に高くすることができ、これらの光電ピークを顕在化することができるのである。

ここで、より具体的にコンプトン連続部ＣＣあるいはコンプトンエッジＣＥのカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークの顕在化について説明する。

図４は、隠蔽されている光電ピークの説明図である。
図４に示すように、コンプトン散乱による第１光電子増倍管の出力を通常通り行った場合には、例えば、二つの光電ピークＨＥＰ１、ＨＥＰ２がコンプトン連続部ＣＣあるいはコンプトンエッジＣＥに埋もれて隠蔽された状態となっていたものとする。

この状態において、コンプトン散乱に起因するパルス波高信号のカウントを抑制することにより、コンプトン連続部ＣＣ及びコンプトンエッジＣＥを含むコンプトン散乱に起因するパルス波高信号のカウント数が全体的に低下する。

図５は、隠蔽されていた光電ピークの顕在化の説明図である。
この結果、図５に示すように、埋もれていた二つの光電ピークＨＥＰ１、ＨＥＰ２が顕在化することとなる。
従って、所望の光電ピークを識別できるので、複数の放射線源を弁別して特定することが可能となる。

［１．１］第１実施形態の変形例
以上の第１実施形態においては、第２シンチレータが可視光を透過しない構成としていたが、可視光を遮断し、電磁放射線であるγ線を透過するフィルタを第２シンチレータの入射面に積層するように構成することも可能である。
このように構成することにより、第２シンチレータの組成、構造などの影響を受けることなく、所望の性能を発揮できる。

［２］第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。図６において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
図６において、図１の第１実施形態と異なる点は、ゲーティング回路１７に相当する機能をタイミング判定部１９Ａに持たせ、タイミング判定部１９Ａが第２アンプ１６の出力に基づいて、第１アンプ１５の出力である第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の採用可否を判別し、この判別結果に基づいて多重波高分析機１８Ａが波高分析対象の第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１に基づいて多重波高分析を行う点である。

次に第２実施形態のγ線検出装置の動作を説明する。
γ線検出装置１０Ａの第１シンチレータ１１には、入射面１１ｉから電磁放射線であるγ線が入射されると、第１シンチレータ１１内において、光電効果あるいはコンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ１１内で消費した場合に起因して生成された光子は、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力され、第１光電子増倍管１２に入射して、光電変換されて光電子を生成し、全吸収ピークに相当する第１パルス波高信号が第１アンプ１５に出力される。

このとき、入射したγ線が第１シンチレータ内においてコンプトン散乱を起こした場合には、γ線の一部のエネルギーを電子に与えてはじき飛ばし、γ線は散乱されて散乱γ線として第２シンチレータ１３に入射することとなる。

そしてコンプトン散乱によりγ線のエネルギーを受け取った電子は、第１シンチレータ１１内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力され、第１光電子増倍管１２に入射して、光電変換されて光電子を生成し、受け取ったγ線のエネルギーに相当する第１パルス波高信号ＳＰ１が第１アンプ１５に出力される。第１アンプ１５は、第１パルス波高信号ＳＰ１を増幅して第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１をタイミング判定部１９Ａに出力する。

これと並行して第２シンチレータ１３に入射した散乱γ線は、光電効果あるいはコンプトン散乱によりエネルギーを電子に与える。
散乱γ線によりエネルギーを受け取った電子は、第２シンチレータ１３内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第２シンチレータ１３の出射面１３ｏから出力され、第２光電子増倍管１４に入射して、光電変換されて光電子を生成し、第２パルス波高信号ＳＰ２が第２アンプ１６に出力される。
第２アンプ１６は、第２パルス波高信号ＳＰ２を増幅して第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２をタイミング判定部１９Ａに出力する。

図７は、タイミング判定部及び多重波高分析機の動作処理フローチャートである。
タイミング判定部１９Ａは、まず第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１及び第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２の検出処理を行う（ステップＳ１１）。

そして、タイミング判定部１９Ａは、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の出力タイミングと第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２の出力タイミングと同一タイミングであったか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の判定において、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の出力タイミングと第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２の出力タイミングとが同一タイミングであった場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、タイミング判定部１９Ａは、当該第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１は、コンプトン散乱に起因するものであるとして、第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２の出力タイミングと同一タイミングに出力された第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１を波高分析対象から除外し多重波高分析機１８Ａへの出力を禁止し（ステップＳ１３）、処理をステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１２の判定において、第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２の出力タイミングと同一タイミングに出力された第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１がない場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、タイミング判定部１９Ａは、当該第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１は、コンプトン散乱に起因するものではない、すなわち、光電効果などに起因するものであるとして、当該第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１を波高分析対象として、多重波高分析機１８Ａに出力し、多重波高分析機１８Ａは、多重波高分析を行い、カウントする（ステップＳ１４）。

続いてタイミング判定部１９Ａは、所定の波高分析期間が経過して波高分析結果の表示タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５の判定において、所定の波高分析期間が経過しておらず、未だ波高分析結果の表示タイミングではないと判定された場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、波高分析を継続すべく、処理を再びステップＳ１１に移行し、上述した処理（ステップＳ１１〜ステップＳ１５）を行うこととなる。

一方、ステップＳ１５の判定において、所定の波高分析期間が経過して波高分析結果の表示タイミングであると判定された場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、所定のフォーマットで波形分析結果を表示する（ステップＳ１６）。

これらの結果、多重波高分析機１８Ａは、第２増幅パルス波高信号が出力されたタイミングに対応する第１増幅パルス波高信号をコンプトン散乱に対応するパルス波高信号であるとして、波高分析の対象から除外する（カウントしない）。

換言すれば、波高分析の対象となった第１増幅パルス波高信号は、コンプトン散乱によりエネルギー量が不定の光子に対応するものではないので、相対的に、コンプトン散乱に起因する第１パルス波高信号のカウント数、すなわち、コンプトン連続部、コンプトンエッジに対応するカウント数を抑制できることとなる。

したがって、コンプトン連続部ＣＣあるいはコンプトンエッジＣＥのカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークのカウント数を相対的に高くすることができ、これらの光電ピークを顕在化することができる。

［３］第３実施形態
次に第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。図８において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。

図８において、図１の第１実施形態と異なる点は、第１シンチレータ１１の入射面１１ｉ及び出射面１１ｏを除く各周面に第２シンチレータ１３−１〜１３−４の入射面１３ｉを配置し、さらに第２シンチレータ１３−１〜１３−４の出射面１３ｏにそれぞれ第２光電子増倍管１４−１〜１４−４を配置し、第２アンプ１６−１〜１６−４の出力に基づいて、第１アンプ１５の出力である第１増幅パルス波高信号の採用可否を判別するためのタイミング判定部１９Ｂを備えた点である。

以下の説明においては、理解の容易のため第１シンチレータ１１が四角柱形状を有しており、入射面１１ｉ及び出射面１１ｏの他に４つの周面を有しているものとする。この場合において、入射γ線γｉは、図８の紙面の表側から裏面側に向かって入射するものとし、第１シンチレータ１１の紙面裏側方向に第１光電子増倍管１２が配置されているものとする。

γ線検出装置１０Ｂは、入射面１１ｉから電磁放射線であるγ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面１１ｏから出力する第１シンチレータ１１と、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍を行って第１パルス波高信号として出力する第１光電子増倍管１２と、第１シンチレータ１１において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第１シンチレータ１１の第１の周面に対向するように配置された入射面１３ｉから第１シンチレータ１１においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面１３ｏから出力する第２シンチレータ１３−１と、第１シンチレータ１１において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第１シンチレータ１１の第２の周面に対向するように配置された入射面１３ｉから第１シンチレータ１１においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面１３ｏから出力する第２シンチレータ１３−２と、第１シンチレータ１１において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第１シンチレータ１１の第３の周面に対向するように配置された入射面１３ｉから第１シンチレータ１１においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面１３ｏから出力する第２シンチレータ１３−３と、第１シンチレータ１１において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第１シンチレータ１１の第４の周面に対向するように配置された入射面１３ｉから第１シンチレータ１１においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面１３ｏから出力する第２シンチレータ１３−４と、を備えている。

さらにγ線検出装置１０Ｂは、第２シンチレータ１３−１の出射面１３ｏから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍（＝電流増幅）を行って第２パルス波高信号ＳＰ２１として出力する第２光電子増倍管１４−１と、第２シンチレータ１３−２の出射面１３ｏから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍（＝電流増幅）を行って第２パルス波高信号ＳＰ２２として出力する第２光電子増倍管１４−２と、第２シンチレータ１３−３の出射面１３ｏから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍（＝電流増幅）を行って第２パルス波高信号ＳＰ２３として出力する第２光電子増倍管１４−３と、第２シンチレータ１３−４の出射面１３ｏから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍（＝電流増幅）を行って第２パルス波高信号ＳＰ２４として出力する第２光電子増倍管１４−４と、を備えている。

上記構成において、第２シンチレータ１３−１〜１３−４を第１シンチレータ１１において生成された可視光を透過させないように構成するとは、第２シンチレータ１３−１〜１３−４自体を可視光の非透過性を有するように、シンチレータパウダーをペースト化して圧縮乾燥固化、厚膜化して構成するようにすればよい。
あるいは、第２シンチレータ１３−１〜１３−４のそれぞれと第１シンチレータ１１との間に、電磁放射線（ここでは、γ線）を透過し可視光を反射する反射材、あるいは、電磁放射線を透過し可視光を透過しない不透過材を設けるようにすればよい。

さらにγ線検出装置１０Ｂは、第１パルス波高信号ＳＰ１を増幅して第１増幅パルス波高信号を出力する第１アンプ１５と、第２シンチレータ１３−１が出力した第２パルス波高信号を増幅して第２増幅パルス波高信号を出力する第２アンプ１６−１と、第２シンチレータ１３−２が出力した第２パルス波高信号を増幅して第２増幅パルス波高信号を出力する第２アンプ１６−２と、第２シンチレータ１３−３が出力した第２パルス波高信号を増幅して第２増幅パルス波高信号を出力する第２アンプ１６−３と、第２シンチレータ１３−４が出力した第２パルス波高信号を増幅して第２増幅パルス波高信号を出力する第２アンプ１６−４と、タイミング判定部１９Ｂを有し、タイミング判定部１９Ｂにより第２アンプ１６−１〜１６−４の出力に基づいて、第１アンプ１５の出力である第１増幅パルス波高信号の採用可否を判別して、採用した第１増幅パルス波高信号に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機１８Ｂと、を備えている。

上記構成において、第１シンチレータ１１及び第１光電子増倍管１２及び第１アンプ１５は、第１シンチレーション検出器を構成し、第２シンチレータ１３-Ｘ（Ｘ：１〜４）及び対応する第２光電子増倍管１４−Ｘ及び第２アンプ１６−Ｘは、それぞれ第２シンチレーション検出器を構成している。

次に第３実施形態のγ線検出装置の動作を説明する。
γ線検出装置１０Ｂの第１シンチレータ１１には、入射面１１ｉから電磁放射線であるγ線が入射されると、第１シンチレータ１１内において、光電効果あるいはコンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ１１内で消費した場合に起因して生成された光子は、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力され、第１光電子増倍管１２に入射して、光電変換されて光電子を生成し、全吸収ピークに相当する第１パルス波高信号が第１アンプ１５に出力される。

このとき、入射したγ線が第１シンチレータ内においてコンプトン散乱を起こした場合には、γ線の一部のエネルギーを電子に与えてはじき飛ばし、γ線は散乱されるが、その散乱方向によって散乱γ線として四つの第２シンチレータ１３−１〜１３−４のいずれかに入射することとなる。

そしてコンプトン散乱によりγ線のエネルギーを受け取った電子は、第１シンチレータ１１内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第１シンチレータ１１の出射面１１ｏから出力され、第１光電子増倍管１２に入射して、光電変換されて光電子を生成し、受け取ったγ線のエネルギーに相当する第１パルス波高信号ＳＰ１が第１アンプ１５に出力される。第１アンプ１５は、第１パルス波高信号ＳＰ１を増幅して第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１をタイミング判定部１９Ｂに出力する。

これと並行して第２シンチレータ１３−１〜１３−４に入射した散乱γ線は、光電効果あるいはコンプトン散乱によりエネルギーを電子に与える。
散乱γ線によりエネルギーを受け取った電子は、第２シンチレータ１３−１〜１３−４内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第２シンチレータ１３−１〜１３−４のそれぞれの出射面１３ｏから出力され、対応する第２光電子増倍管１４−１〜１４−４に入射して、光電変換されて光電子を生成し、第２パルス波高信号ＳＰ２１〜ＳＰ２４がそれぞれ対応する第２アンプ１６−１〜１６−４に出力される。

第２アンプ１６−１は、第２パルス波高信号ＳＰ２１を増幅して第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２１をタイミング判定部１９Ｂに出力する。
同様に第２アンプ１６−２は、第２パルス波高信号ＳＰ２２を増幅して第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２２をタイミング判定部１９Ｂに出力し、第２アンプ１６−３は、第２パルス波高信号ＳＰ２３を増幅して第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２３をタイミング判定部１９Ｂに出力し、第２アンプ１６−４は、第２パルス波高信号ＳＰ２４を増幅して第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２４をタイミング判定部１９Ｂに出力する。

これらの結果、タイミング判定部１９Ｂは、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の出力タイミングといずれかの第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２１〜ＡＳＰ２４の出力タイミングと同一タイミングであったか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の判定において、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の出力タイミングといずれかの第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２１〜ＡＳＰ２４の出力タイミングとが同一タイミングであった場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、タイミング判定部１９Ｂは、当該第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１は、コンプトン散乱に起因するものであるとして、いずれかの第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２１〜ＡＳＰ２４の出力タイミングと同一タイミングに出力された第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１を波高分析対象から除外し多重波高分析機１８Ｂに送らないで（ステップＳ１３）、処理をステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１２の判定において、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の出力タイミングが全ての第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２１〜ＡＳＰ２４の出力タイミングと同一タイミングではない場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、タイミング判定部１９Ｂは、当該第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１は、コンプトン散乱に起因するものではない、すなわち、光電効果などに起因するものであるとして、当該第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１を波高分析対象として多重波高分析機１８Ｂに出力する。

この結果、多重波高分析機１８Ｂは、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の出力タイミングがいずれかの第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２１〜ＡＳＰ２４の出力タイミングと同一タイミングである第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１が波高分析対象から除外されて、第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１の出力タイミングが全ての第２増幅パルス波高信号ＡＳＰ２１〜ＡＳＰ２４の出力タイミングと同一タイミングではない第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１を波高分析対象として多重波高分析を行い、カウントする（ステップＳ１４）。

したがって、波高分析の対象となった第１増幅パルス波高信号ＡＳＰ１は、コンプトン散乱によりエネルギー量が不定の光子に対応するものではないので、相対的に、様々な方向で検出されるコンプトン散乱に起因する第１パルス波高信号ＳＰ１のカウント数、すなわち、コンプトン連続部ＣＣあるいはコンプトンエッジＣＥに対応するカウント数を抑制できることとなる。

すなわち、本第３実施形態によれば、コンプトン散乱による散乱γ線の散乱方向にかかわらず、散乱γ線の発生タイミングを検出することができ、コンプトン連続部のカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークのカウント数を相対的に高くすることができ、第２実施形態と比較してより確実にこれらの光電ピークを顕在化することができる。

［４］実施形態の変形例
以上の説明においては、第１シンチレータ１１は、四角柱状である場合について説明したが、多角柱状（三角柱以上）、あるいは、円柱状、球状などであっても、散乱電磁放射線を検出可能な位置に一組以上の第２シンチレータ及び第２光電子増倍管を配置可能な形状であれば同様に適用が可能である。

上記第３実施形態においては、第１シンチレータ１１及び第１光電子増倍管１２の検出結果である第１パルス波高信号ＳＰ１の出力タイミングが、第２シンチレータ１３−１〜１３−４及び第２光電子増倍管１４−１〜１４−４の検出結果である第２パルス波高信号ＳＰ２１〜ＳＰ２４の出力タイミングのいずれかと同一であるか否かを多重波高分析機１８Ｂのタイミング判定部１９Ｂが判定するように構成していたが、第１実施形態と同様に、第２パルス波高信号ＳＰ２１〜ＳＰ２４が入力されるゲーティング回路を設けて第１光電子増倍管１２の出力を遮断する構成を採ることも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ γ線検出装置（電磁放射線検出装置）
１１ 第１シンチレータ（第１シンチレーション検出器）
１１ｉ 入射面
１１ｏ 出射面
１２ 第１光電子増倍管（第１シンチレーション検出器）
１２ＰＥ 光電面
１３、１３−１〜１３−４ 第２シンチレータ（第２シンチレーション検出器）
１３ｉ 入射面
１３ｏ 出射面
１４、１４−１〜１４−４ 第２光電子増倍管（第２シンチレーション検出器）
１４ＰＥ 光電面
１５ 第１アンプ
１６、１６−１〜１６−４ 第２アンプ
１７ ゲーティング回路
１８、１８Ａ、１８Ｂ 多重波高分析機
１９ タイミング判定部
１９Ａ タイミング判定部
１９Ｂ タイミング判定部
ＡＳＰ１ 第１増幅パルス波高信号
ＡＳＰ２、ＡＳＰ２１〜ＡＳＰ２４ 第２増幅パルス波高信号
ＣＣ コンプトン連続部
ＣＥ コンプトンエッジ
ＫＸ ＫＸ線ピーク
ＰＥ 全吸収ピーク
ＲＳ 後方散乱ピーク
ＳＰ１ 第１パルス波高信号
ＳＰ２、ＳＰ２１〜ＳＰ２４ 第２パルス波高信号
γｉ 入射γ線
γｓ 散乱γ線

Claims (10)

1. 電磁放射線の入射を検出する第１シンチレーション検出器と、
   前記第１シンチレーション検出器内部で前記電磁放射線のコンプトン散乱により生じた散乱電磁放射線であって、前記第１シンチレーション検出器外に出た前記散乱電磁放射線を検出する第２シンチレーション検出器と、
   前記第１シンチレーション検出器の検出タイミングと前記第２シンチレーション検出器の検出タイミングとが同一と見做せる場合以外の前記第１シンチレーション検出器の検出結果に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機と、
   を備えた電磁放射線検出装置。
2. 前記第１シンチレーション検出器は、電磁放射線の入射により光子を出力する第１シンチレータと、前記第１シンチレータにより出力された光子の光電変換を行い、第１パルス波高信号を出力する第１光電子増倍管と、前記第１パルス波高信号を増幅し、第１増幅パルス波高信号を前記検出結果として出力する第１増幅器と、を備え、
   前記第２シンチレーション検出器は、前記第１シンチレータに隣接して配置され、前記第１シンチレータにおいてコンプトン散乱により生じた散乱電磁放射線であって、前記第１シンチレータから出た前記散乱電磁放射線の入射により光子を出力する第２シンチレータと、第２シンチレータにより出力された光子の光電変換を行い第２パルス波高信号を出力する第２光電子増倍管と前記第２パルス波高信号を増幅し、第２増幅パルス波高信号を出力する第２増幅器と、を備え、
   前記多重波高分析機は、前記第１パルス波高信号の出力タイミングと前記第２パルス波高信号の出力タイミングとが同一と見做せる前記第１パルス波高信号以外の前記第１パルス波高信号に対応する前記第１増幅パルス信号を前記検出結果として前記多重波高分析を行う、
   請求項１記載の電磁放射線検出装置。
3. 前記第２シンチレータは、前記第１シンチレータにおいて生成された可視光を前記第２光電子増倍管側に透過させないように構成されている、
   請求項２記載の電磁放射線検出装置。
4. 前記第２シンチレータは、可視光の非透過性を有するように、シンチレータパウダーをペースト化して圧縮乾燥固化、厚膜化して構成されている、
   請求項３記載の電磁放射線検出装置。
5. 前記第２シンチレータと前記第１シンチレータとの間に、前記電磁放射線を透過し可視光を反射する反射材、あるいは、前記電磁放射線を透過し可視光を透過しない不透過材を設けた、
   請求項３記載の電磁放射線検出装置。
6. 前記第２パルス波高信号が出力された場合に、前記第１光電子増倍管の出力を遮断するゲーティング回路を備えた、
   請求項２記載の電磁放射線検出装置。
7. 前記多重波高分析機の前段に設けられ、入力された前記第１増幅パルス波高信号及び前記第２増幅パルス波高信号に基づいて、前記第２パルス波高信号の出力タイミングと前記第１パルス波高信号の出力タイミングとが同一と見做せるか否かを判定し、前記第１パルス波高信号の出力タイミングと前記第２パルス波高信号の出力タイミングとが同一と見做せる前記第１パルス波高信号に対応する前記第１増幅パルス信号を除外して、前記第１増幅パルス信号を出力するタイミング判定部を備え、
   前記多重波高分析機は、前記タイミング判定部から出力された前記第１増幅パルス信号に基づいて前記多重波高分析を行う、
   請求項２記載の電磁放射線検出装置。
8. 前記第２シンチレータ及び当該第２シンチレータに対応する第２光電子増倍管及び第２増幅器を複数組み備え、
   前記多重波高分析機の前段に設けられ、入力された前記第１増幅パルス波高信号及び複数の前記第２増幅パルス波高信号に基づいて、複数の前記第２パルス波高信号のそれぞれの出力タイミングと前記第１パルス波高信号の出力タイミングとが同一と見做せるか否かを判定し、前記第１パルス波高信号の出力タイミングといずれかの前記第２パルス波高信号の出力タイミングとが同一と見做せる前記第１パルス波高信号に対応する前記第１増幅パルス信号を除外して、前記第１増幅パルス信号を出力するタイミング判定部を備え、
   前記多重波高分析機は、前記タイミング判定部から出力された前記第１増幅パルス信号に基づいて前記多重波高分析を行う、
   請求項２記載の電磁放射線検出装置。
9. 前記電磁放射線は、Ｘ線あるいはγ線である、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電磁放射線検出装置。
10. 電磁放射線の入射を検出する第１シンチレーション検出器と、前記第１シンチレーション検出器内部で前記電磁放射線のコンプトン散乱により生じた散乱電磁放射線であって、前記第１シンチレーション検出器外に出た前記散乱電磁放射線を検出する第２シンチレーション検出器と、多重波高分析を行う多重波高分析機と、を備えた電磁放射線検出装置で実行される方法であって、
    前記第１シンチレーション検出器の検出タイミングと前記第２シンチレーション検出器の検出タイミングとが同一と見做せるか否かを判定する過程と、
    前記第１シンチレーション検出器の検出タイミングと前記第２シンチレーション検出器の検出タイミングとが同一と見做せる場合の前記第１シンチレーション検出器の検出結果を除外した前記第１シンチレーション検出器の検出結果に基づいて多重波高分析を行う過程と、
    を備えた方法。

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