WO2016125677A1

WO2016125677A1 - 放射線測定装置及び放射線測定装置としてのサーベイメータを使用する方法

Info

Publication number: WO2016125677A1
Application number: PCT/JP2016/052482
Authority: WO
Inventors: 押切　恵介; 秀徳佐東
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2016-08-11
Also published as: JP5997787B2; JP2016142660A

Abstract

　カウンタモード（第１測定モード）が選択された場合、半導体検出器に対して低バイアス電圧が印加され、半導体検出器により検出された信号が第１信号処理回路へ送られる。これによって計数値あるいは計数率が演算される。スペクトルモード（第２測定モード）が選択された場合、半導体検出器に対して高バイアス電圧が印加され、そこで検出された信号が第２信号処理回路に送られる。第２信号処理回路はスペクトル演算のための信号処理を実行する。第２信号処理回路は、第１信号処理回路よりも消費電力が大きいことを特徴とする。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　放射線測定装置及び放射線測定装置としてのサーベイメータを使用する方法

　本発明は放射線測定装置に関し、特に、バッテリを内蔵した携帯型放射線測定装置におけるモード切り換え技術に関する。

　携帯型の放射線測定装置として、サーベイメータ、個人線量計等が知られている。かかる放射線測定装置は通常、バッテリを内蔵し、そこから放射線センサ、電子回路等に電力が供給される。多くの放射線測定装置において、放射線センサとして半導体センサが用いられている。

　半導体センサにはバイアス電圧が印加される。一般に、半導体センサに印加するバイアス電圧が低いと、放射線入射で生じた電荷（キャリアとしての電子及び正孔）の収集が不完全となり、安定的に収集を行えなくなる。それ故、その場合、放射線のエネルギー情報を取り出すことが困難となる。一方、半導体センサに印加するバイアス電圧を高くすれば、出力信号の波高値から放射線のエネルギーを特定することが可能となり、その場合にはスペクトルを求めることが可能となる。

特開平１１－１１８９３４号公報

　可搬型放射線測定装置に内蔵されるバッテリの容量は有限であり、単位時間当たりの消費電力が大きいと、当該装置を連続して使用できる時間が短くなってしまう。あるいは、短時間でバッテリを交換しなければならなくなってしまう。バッテリの大型化にも限度がある。すなわち、バッテリとして大きなものを搭載すると、装置が大きくなって、機動性が低下する。スペクトル測定を実現しつつも省電力を図ることが望まれる。なお、特許文献１には、エネルギー特性を変更するために、半導体センサに供給するバイアス電圧を切り換えることが記載されている。

　本発明の目的は、省電力を図りつつも必要に応じて精細測定を実現できる放射線測定装置を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、汚染探索とスペクトル測定の両方に適する放射線測定装置を提供することにある。

　本発明に係る放射線測定装置は、放射線を検出する半導体型の放射線センサと、第１測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して低バイアス電圧を印加し、第２測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して前記低バイアス電圧よりも高い高バイアス電圧を印加するバイアス電圧生成回路と、前記第１測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第１測定結果を生成する第１信号処理回路と、前記第２測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第２測定結果を生成する信号処理回路であって、前記第１信号処理回路よりも消費電力が大きい第２信号処理回路と、を含むことを特徴とするものである。

　上記構成によれば、第１測定モードでは、低バイアス電圧が放射線センサに印加され、且つ、消費電力の低い第１信号処理回路が動作する。よって、第１測定モードでは、第１測定結果として高度あるいは精細な結果を得ることは困難であるが、省電力を実現できる。第１測定モードは、望ましくは、計数率を測定するカウンタモードである。そのような第１測定モードを利用して、放射線測定装置を移動させながら、汚染箇所が特定されるのが望ましい。その際においては、第２測定モードで機能する回路がオフ状態とされるのが望ましく、具体的には、不使用部分については電力供給停止も含め完全なオフ状態が形成されるのが望ましい。

　一方、第２測定モードでは、高バイアス電圧が放射線センサに印加され、且つ、消費電力の大きな第２信号処理回路が動作する。よって、第２測定モードでは、省電力には反するものの、第２測定結果として高度あるいは精細な測定結果を得ることが可能となる。第２測定モードは、望ましくは、スペクトルを測定するスペクトルモードである。スペクトル演算のために、例えば、第２信号処理回路にＡ／Ｄ変換器等の回路が搭載される。望ましくは、汚染箇所が特定された上で、第１測定モードから第２測定モードへ切り換えられる。その後、汚染箇所と放射線測定装置（特に放射線センサ）との位置関係を維持しつつ、つまり、放射線測定装置（特に放射線センサ）を動かさないで、スペクトル測定が実施される。その際においては、第１測定モードで機能する回路をオフ状態とするのが望ましく、具体的には、不使用部分については電力供給停止も含め完全なオフ状態が形成されるのが望ましい。もっとも、モード切り換え時のタイムラグを小さくする等の目的から一部の回路部分を動作させ続けるようにしてもよい。スペクトルの表示によれば、核種を特定することが可能となる。また、放射能等を正確に演算することが可能となる。

　望ましくは、前記第１測定モードは数値表示を行うモードであり、前記第２測定モードはスペクトル表示を行うモードであり、前記第１信号処理回路は前記数値表示のために前記第１測定結果としてカウント値を求め、前記第２信号処理回路は前記スペクトル表示のために前記第２測定結果としてスペクトル演算用情報を求める。

　望ましくは、前記第１測定結果に基づいて前記第１測定モードから前記第２測定モードへ測定モードを切り換える測定モード切換部を含む。自動的なモード切り換えによればユーザーの負担を軽減できる。自動切り換えの条件を状況に応じて修正できるように構成しておくのが望ましい。その条件としては、例えば、カウント値が所定値を超える状態が一定時間以上継続したこと等をあげることができる。測定モード切換部は、プロセッサ、電子回路等によって構成される。

　望ましくは、前記バイアス電圧生成回路は、前記低バイアス電圧を生成する低バイアス電圧生成回路と、前記高バイアス電圧を生成する高バイアス電圧生成回路と、を含み、当該放射線測定装置は、更に、前記第１測定モードが選択されている場合に前記第２信号処理回路及び前記高バイアス電圧生成回路をオフにし、前記第２測定モードが選択されている場合に前記第１信号処理回路及び前記低バイアス電圧生成回路をオフにする制御部を含む。この構成によれば、機能していない回路の動作を停止させ又は当該回路への電源供給を停止させて、省電力を図れる。

　望ましくは、前記バイアス電圧生成回路は、前記低バイアス電圧を生成する低バイアス電圧生成回路と、前記高バイアス電圧を生成する高バイアス電圧生成回路と、を含み、当該放射線測定装置は、更に、前記低バイアス電圧生成回路からの低バイアス電圧供給ラインと、前記高バイアス電圧生成回路からの高バイアス電圧供給ラインと、前記放射線センサに対して前記低バイアス電圧供給ライン及び前記高バイアス電圧供給ラインを選択的に接続する選択回路と、前記低バイアス電圧供給ライン上の第１分岐点から引き出され、前記第１分岐点と前記第１信号処理回路の入力とを接続する第１引出ラインと、前記高バイアス電圧供給ライン上の第２分岐点から引き出され、前記第２分岐点と前記第２信号処理回路の入力とを接続する第２引出ラインと、を含む。この構成によれば、選択回路によって、バイアス電圧印加系統の選択と同時に信号取り出し経路の選択を行える。一方の信号処理回路が接続されている場合には他方の信号処理回路が電気的に切り離されるので、不使用回路の存在によって使用回路の動作が不安定になることを防止できる。

　本発明に係る使用方法は、放射線測定装置としてのサーベイメータを使用する方法であって、前記放射線測定装置は、放射線を検出する半導体型の放射線センサと、第１測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して低バイアス電圧を印加し、第２測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して前記低バイアス電圧よりも高い高バイアス電圧を印加するバイアス電圧生成回路と、前記第１測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第１測定結果を生成する第１信号処理回路と、前記第２測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第２測定結果を生成する信号処理回路であって、前記第１信号処理回路よりも消費電力が大きい第２信号処理回路と、を含み、当該使用方法は、前記第１測定モードを選択し、前記第１測定結果に基づく表示情報を観察しながら前記サーベイメータを移動させることにより、放射性汚染箇所を特定する工程、を含む。

　望ましくは、上記使用方法は、更に、前記放射性汚染箇所が特定された後、前記第２測定モードを選択し、前記放射性汚染箇所についての前記第２測定結果を取得する工程、を含む。

本発明に係る放射線測定装置の全体構成を示すブロック図である。カウンタモードとスペクトルモードのそれぞれの内容を示す図である。図１に示した装置の動作例を示すフローチャートである。

　以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

　図１には、本発明に係る放射線測定装置の好適な実施形態が示されており、図１に示す放射線測定装置はサーベイメータである。サーべイメータは可搬型あるいは携帯型の放射線測定装置であり、それは内蔵バッテリから供給される電力により動作する。サーベイメータを用いて、例えば、対象物表面上における放射性汚染箇所が特定され、また、その放射性汚染箇所に対して線量等の測定が実行される。放射線を検出する部分と測定結果を表示する部分とが別体で構成されてもよい。

　図１において、半導体検出器１０は、本実施形態において、γ線を測定する放射線センサである。半導体検出器に用いる半導体として、Si、Ge，CdTe，CdZnTe，TlBr等が知られている。半導体検出器１０に対して複数のバイアス電圧を印加するために、本実施形態においては、２つのバイアス生成回路、すなわち、高バイアス電圧生成回路１２及び低バイアス電圧生成回路１４が並列的に設けられている。それらは選択的にオン動作するものであり、逆に言えば、一方が動作中の場合、他方はオフ状態となる。本実施形態において、高バイアス電圧生成回路１２は例えば５００－１０００Ｖの中のいずれかの電圧を生成する回路である。高バイアス電圧は、例えば、１０００Ｖである。低バイアス電圧生成回路１４は例えば５０－１００Ｖの中のいずれかの電圧を生成する回路である。低バイアス電圧は、例えば、５０Ｖである。

　符号１８は高バイアス電圧生成回路１２から引き出されたライン（電力線）を示している。符号２０は低バイアス電圧生成回路１４から引き出されたライン（電力線）を示している。ライン１８上には抵抗が設けられ、ライン２０上にも抵抗が設けられている。ライン１８及びライン２０と、半導体検出器１０と、の間には、選択回路として機能するスイッチ（ＳＷ）１６が設けられている。スイッチ１６により、半導体検出器１０に接続するラインとして、ライン１８又はライン２０が選択される。スイッチ１６の動作は後述する制御部５８によって制御される。高バイアス電圧生成回路１２及び低バイアス電圧生成回路１４の選択的動作も制御部５８によって制御される。ライン１８上の分岐点１８Ａと、第１信号処理回路３０の入力と、の間には、引出ライン（検出信号取り出し線）２２が設けられている。引出ライン２２上には、直流をカットするコンデンサ２６が設けられている。同様に、ライン２０上の分岐点２０Ａと、第２信号処理回路３２の入力と、の間には、引出ライン（検出信号取り出し線）２４が設けられている。この引出ライン２４上にも直流をカットするコンデンサ２８が設けられている。

　後に詳述するように、カウンタモード（第１測定モード）が選択されている場合、低バイアス電圧生成回路１４が動作し、スイッチ１６がライン２０を選択する。また、そのカウンタモードにおいては信号処理回路（第１信号処理回路）３２が動作する。一方、スペクトルモード（第２測定モード）が選択されている場合、高バイアス電圧生成回路１２が動作し、スイッチ１６はライン１８を選択する。その場合、信号処理回路（第２信号処理回路)３０が動作する。ライン２０の選択状態においては、ライン１８は切り離されており、すなわち信号処理回路３０が実際に機能している信号処理系統から切り離される。同様に、ライン１８が選択されている場合においては、ライン２０すなわち信号処理回路３２が切り離される。これによって、一方の回路が動作中の場合、他方の回路が実際に機能している信号処理系統に電気的に繋がっていることに起因する問題が回避される。すなわち、安定的な信号処理が実現される。本実施形態においては、単一のスイッチ１６の動作のみにより、動作不要回路の電気的な切り離しが実現されている。

　最初に、カウンタモードで動作する信号処理回路３２について説明する。信号処理回路３２は、プリアンプ４０、主アンプ４２、コンパレータ４４及びカウンタ４６を備えている。コンパレータ４４においては、主アンプ４２の出力信号が一定の波高値以上であるか否かが判断され、その出力信号が一定の波高値以上である場合、コンパレータ４４からパルスが出力される。カウンタ４６はコンパレータ４４から出力されたパルスを計数する回路である。カウンタ４６における計数値が、マイクロコンピュータによって構成されたプロセッサ４８へ与えられている。

　次に、信号処理回路３０について説明する。信号処理回路３０は、プリアンプ３４、主アンプ３６及びＡ／Ｄ変換器３８を有する。この信号処理回路３０は、上記信号処理回路３２よりも消費電力の大きな回路である。信号処理回路３０は上述したスペクトルモードにおいて動作するものである。カウンタモードは簡易測定モードとして理解され、スペクトルモードは高度あるいは詳細測定モードとして理解される。

　Ａ／Ｄ変換器３８は例えば１２ｂｉｔの分解能を有し、主アンプ３６の出力信号をデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は、スペクトル演算ための情報として用いられる。具体的には、その情報がプロセッサ４８へ与えられている。

　プロセッサ４８はメモリを含む。図１においては、プロセッサ４８が有する２つの代表的な機能として、スペクトル演算器５０及び数値演算器５２が示されている。

　数値演算器５２は、カウンタモードにおいて、カウンタ４６におけるカウント値の読み取りを行って、例えば計数率（ｃｐｍ）を演算する回路である。演算された計数率が表示器５６において表示される。一方、スペクトル演算器５０は、スペクトルモードにおいて、マルチチャンネルアナライザとして機能する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３８から出力されたデジタル信号に基づいて、エネルギー単位すなわちチャンネル単位で計数値を演算し、これによってスペクトルを求める。そのスペクトルはエネルギースペクトルである。必要に応じて、エネルギー特性を補償するための関数がスペクトルに乗算される。演算されたスペクトルは、表示器５６に表示される。必要に応じて、そのスペクトルに基づいて、線量情報として、線量率、積算線量、等が更に演算されてもよい。

　入力器５４は、ユーザーにおいて測定モードを選択する場合において用いられる。その他の入力を行う場合にも入力器５４が用いられる。

　制御部５８は、図１に示されている各構成の動作制御を行うものである。本実施形態においては、制御部５８は、選択された測定モードに応じて、各回路の動作のオンオフを制御しており、また電源供給の有無を制御している。制御部５８は例えばプロセッサで構成される。バッテリ６０は、１次電池又は２次電池により構成されるものであり、バッテリ６０からの電力が電源回路６２を経由して、図１に示されている各構成に供給されている。

　本実施形態においては、第１測定モードとしてのカウンタモードが選択されている場合、信号処理回路３０及び高バイアス電圧生成回路１２の動作がオフとされ、それらに対する電源供給が遮断される。この場合においては、スペクトル演算器５０も機能しないため、その点での省電力も実現される。

　一方、第２測定モードとしてのスペクトルモードが選択されている場合、制御部５８は、信号処理回路３２及び低バイアス電圧生成回路１４の動作をオフにし、また、それらに対する電源供給を遮断する。この場合においては、数値演算器５２も動作しない。

　以上のように測定モードに応じて使用する回路を選択し、不使用回路への電源供給を遮断することにより、効果的な省電力を実現できる。すなわち、バッテリ６０に保有された電力を効率的に消費することが可能となる。特に、本実施形態においては、汚染箇所の特定にあたってはカウンタモードが用いられ、すなわち汚染箇所の有無を中心としたサーベイが実施される。そのサーベイによって汚染箇所としての測定箇所が特定された場合には、その測定箇所について詳細な測定を行うためにスペクトルモードが選択される。よって、サーチの段階ではバッテリ６０の消耗を大幅に軽減できるので、本実施形態によれば、測定可能な時間を従来よりも例えば４倍に長くすることが可能となる。従来において、例えば１次電池を使用する場合、電池交換が頻繁に必要であったが、本実施形態によれば、そのような煩雑さを回避できる。従来において、２次電池を使用する場合、頻繁に充電を行わなければならなかったが、本実施形態によれば、そのような手間が解消される。

　図２には、カウンタモード６４及びスペクトルモード６６における動作内容が整理されている。符号６８で特定されている欄は、バイアス電圧の内容を示している。符号７０で特定されている欄は、動作する回路を示している。符号７２で特定されている欄は、稼働する機能すなわちマイコンにおいて動作する機能を示している。符号７４で特定されている欄は、表示内容を示している。

　カウンタモードにおいては半導体検出器に低バイアス電圧が選択され、その場合において高バイアス電圧生成回路はオフ状態となる。また、そのカウンタモードにおいては、カウンタモード用信号処理回路がオン状態となり、スペクトルモード用信号処理回路はオフ状態となる。プロセッサにおいては数値演算が実行され、表示器においては数値が表示される。数値は、例えば、計数値、計数率である。

　一方、スペクトルモード６６においては、半導体検出器に高バイアス電圧が印加され、その場合において低バイアス電圧生成回路はオフ状態となる。またスペクトルモード用信号処理回路がオン状態となり、カウンタモード用信号処理回路はオフ状態となる。プロセッサにおいては、スペクトル演算が実行され、また表示器においてはスペクトルが表示される。

　カウンタモードは、上述したように、汚染箇所の特定等において選択されるモードであり、そのモードではサーベイメータ自身を移動させながら測定が実行される。汚染箇所の特定あるいはその有無の判定にあたっては、高精細な測定までは不要であるので、カウンタモードによれば電力消費を抑えながら、スクリーニングという目的に適った測定を実現できる。その上で高精細な測定を行えるスペクトルモードを実施すれば、有限な電力を効果的に使用することが可能となる。

　図３には、図１に示した構成の動作例が示されている。この例においては、自動モード切換及び手動モード切換が実現されている。Ｓ１０においては、カウンタモードが選択され、それが実行される。Ｓ１２においては、計数値（又は計数率）が所定値Ａ１を超えたか否かが判断され、超えていなければＳ１４が実行される。Ｓ１４においては、ユーザーによりモード切換の操作があったか否かが判断される。計数値がＡ１を超えた場合あるいはユーザーによりモード切換の操作があった場合、Ｓ１６において、スペクトルモードへの切換が実行される。Ｓ１８においては、スペクトルに基づく計数値あるいは線量情報等が所定値Ａ２を下回ったか否かが判断され、下回っていなければ、Ｓ２０において、ユーザーによるモード切換操作があったか否かが判断される。計数値がＡ２よりも下回った場合あるいはユーザーによりモード切換があった場合、本処理がＳ１０に移行する。すなわち、カウンタモードへ自動的に復帰する。もちろん、各モードの実行中において、Ｓ２２及びＳ２４で示されるように、測定終了の操作があった場合には本処理が終了する。

　図３に示される動作例は一例であり、モード切換を全てユーザーの選択に委ねるようにしてもよい。また自動的な切換を行う場合、その判定値あるいは基準値が状況に応じて適応的に設定されるようにしてもよい。例えば、バッテリの残留容量に基づいて、判定値を変動させるようにしてもよい。

Claims

　放射線を検出する半導体型の放射線センサと、
　第１測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して低バイアス電圧を印加し、第２測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して前記低バイアス電圧よりも高い高バイアス電圧を印加するバイアス電圧生成回路と、
　前記第１測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第１測定結果を生成する第１信号処理回路と、
　前記第２測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第２測定結果を生成する信号処理回路であって、前記第１信号処理回路よりも消費電力が大きい第２信号処理回路と、
　を含むことを特徴とする放射線測定装置。
　請求項１記載の装置において、
　前記第１測定モードは数値表示を行うモードであり、
　前記第２測定モードはスペクトル表示を行うモードであり、
　前記第１信号処理回路は前記数値表示のために前記第１測定結果としてカウント値を求め、
　前記第２信号処理回路は前記スペクトル表示のために前記第２測定結果としてスペクトル演算用情報を求める、
　ことを特徴とする放射線測定装置。
　請求項１記載の装置において、
　更に、前記第１測定結果に基づいて前記第１測定モードから前記第２測定モードへ測定モードを切り換える測定モード切換部を含む、
　ことを特徴とする放射線測定装置。
　請求項１記載の装置において、
　前記バイアス電圧生成回路は、
　前記低バイアス電圧を生成する低バイアス電圧生成回路と、
　前記高バイアス電圧を生成する高バイアス電圧生成回路と、
　を含み、
　当該放射線測定装置は、更に、
　前記第１測定モードが選択されている場合に前記第２信号処理回路及び前記高バイアス電圧生成回路をオフにし、前記第２測定モードが選択されている場合に前記第１信号処理回路及び前記低バイアス電圧生成回路をオフにする制御部を含む、
　ことを特徴とする放射線測定装置。
　請求項１記載の装置において、
　前記バイアス電圧生成回路は、
　前記低バイアス電圧を生成する低バイアス電圧生成回路と、
　前記高バイアス電圧を生成する高バイアス電圧生成回路と、
　を含み、
　当該放射線測定装置は、更に、
　前記低バイアス電圧生成回路からの低バイアス電圧供給ラインと、
　前記高バイアス電圧生成回路からの高バイアス電圧供給ラインと、
　前記放射線センサに対して前記低バイアス電圧供給ライン及び前記高バイアス電圧供給ラインを選択的に接続する選択回路と、
　前記低バイアス電圧供給ライン上の第１分岐点から引き出され、前記第１分岐点と前記第１信号処理回路の入力とを接続する第１引出ラインと、
　前記高バイアス電圧供給ライン上の第２分岐点から引き出され、前記第２分岐点と前記第２信号処理回路の入力とを接続する第２引出ラインと、
　を含むことを特徴とする放射線測定装置。
　放射線測定装置としてのサーベイメータを使用する方法において、
　前記放射線測定装置は、
　放射線を検出する半導体型の放射線センサと、
　第１測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して低バイアス電圧を印加し、第２測定モードが選択された場合に前記放射線センサに対して前記低バイアス電圧よりも高い高バイアス電圧を印加するバイアス電圧生成回路と、
　前記第１測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第１測定結果を生成する第１信号処理回路と、
　前記第２測定モードが選択された場合に、前記放射線センサからの検出信号に基づいて第２測定結果を生成する信号処理回路であって、前記第１信号処理回路よりも消費電力が大きい第２信号処理回路と、
　を含み、
　当該使用方法は、前記第１測定モードを選択し、前記第１測定結果に基づく表示情報を観察しながら前記サーベイメータを移動させることにより、放射性汚染箇所を特定する工程、を含む、
　ことを特徴とする使用方法。
　請求項６記載の使用方法において、
　更に、前記放射性汚染箇所が特定された後、前記第２測定モードを選択し、前記放射性汚染箇所についての前記第２測定結果を取得する工程、を含む、
　ことを特徴とする使用方法。