WO2016136480A1 - ＬａＢｒ３シンチレーション検出器及び特定イベント排除方法 - Google Patents

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Definitions

  • the LaBr 3 scintillator is excellent not only in time resolution but also in energy resolution, and has a feature of 3% or less with respect to Cs-137 (662 KeV) ⁇ -rays. Large crystals can also be produced, and measurement with high detection efficiency can be expected by increasing the Compton-peak ratio.
  • the effective atomic number of LaBr 3 scintillator is somewhat low, the density is as large as 5.3 g / cm 3 , so that it is suitable for measurement of high energy ⁇ -rays, and has attracted attention as a detector that replaces a high-purity Ge detector.
  • the LaBr 3 scintillator has ⁇ -rays from 138 La (1436 keV) as self-radioactivity and 227 Ac series residual radioactivity (releases 5 to 6 MeV ⁇ -rays), so that low-activity ⁇ In measurements on lines, self-radiation is the cause of large measurement errors.
  • a spectrum associated with ⁇ decay exists in a region corresponding to 1.7 to 2.4 MeV, there is a problem that the characteristics of the LaBr 3 scintillator cannot be fully utilized in a high energy ⁇ -ray region.
  • FIG. 12 is a self-radioactivity spectrum of LaBr 3 : Ce.
  • the horizontal axis represents energy (MeV), and the vertical axis represents event frequency. It can be seen that there are many spectra associated with ⁇ decay in 1.7 to 2.4 MeV. If the event to be measured is other than 1.5 to 2.5 MeV, the background of BG decay (BG) is not considered to be a problem, but there are many environmental radiations and nuclear reactions, which are low coefficients. It can be a problem because it is often a rate.
  • BG background of BG decay
  • An object of the present invention is to identify a specific event such as an ⁇ decay event using a measurement value that can be measured in real time such as a peak voltage of a signal and a total charge amount in a LaBr 3 scintillator, as schematically shown in FIG.
  • an object of the present invention is to provide an apparatus capable of detecting a spectrum (b) mainly including a ⁇ -ray event from a spectrum (a) detected including a specific event such as an ⁇ decay event.
  • the processing means uses a 3 ⁇ error propagation equation function as the threshold function.
  • the present invention is, LaBr 3 a method for eliminating certain events of the scintillator, the LaBr 3 and steps of the light emission of the scintillator is converted into a voltage waveform signal output, the peak value Vp and the total charge of the voltage waveform signal detecting the amount Q total, to calculate the standard deviation of the ratio of the said peak value Vp total charge Q total, the energy range below a predetermined value which does not include an event other than the ⁇ -ray of light emission of the scintillator Calculating an error propagation equation function of the standard deviation, and identifying an event in the energy range equal to or greater than the predetermined value using the error propagation equation function as a threshold function, and excluding the event.
  • LaBr 3 a method for eliminating certain events of the scintillator, the LaBr 3 and steps of the light emission of the scintillator is converted into a voltage waveform signal output, the peak value Vp and the total charge of the voltage waveform signal detecting the amount Q total, to calculate the standard deviation
  • the LaBr 3 : Ce scintillator 10 is a scintillator that converts ionizing radiation such as ⁇ rays into light, and is formed in a cylindrical shape of, for example, 1.5 inches ⁇ ⁇ 1.5 inches.
  • the LaBr 3 : Ce scintillator 10 is a scintillator excellent in stopping power, energy resolution, and time resolution, but as described above, always outputs a background signal depending on the contained radionuclide.
  • the oscilloscope 14 converts the detected electrical signal into a voltage signal (waveform signal) along the time axis and outputs the voltage signal.
  • FIG. 2 is a waveform signal diagram measured in an event including a self-radiation event of the LaBr 3 : Ce scintillator 10. This waveform is obtained by the oscilloscope 14, and no external radiation source is used.
  • the horizontal axis represents time (ns) and the vertical axis represents voltage (V).
  • FIG. 3 is an energy spectrum when high-frequency noise is removed by the lowest waveform signal in FIG. 2, that is, a low pass filter of FFT and IFFT.
  • the solid line is the energy spectrum of the raw data
  • the broken line is the energy spectrum when low-pass filtering is performed. From this figure, it can be seen that the energy spectrum does not change before and after noise removal. This means that no data loss occurs even if low-pass filtering is performed on the raw data.
  • (a.1) of FIG. 4 there are two components in the energy range of 1.5 to 3 MeV. It is known that the peak value Vp of the waveform signal of the ⁇ -ray event is larger than the peak value of the waveform signal of the ⁇ -ray event (see the prior art). Therefore, the upper component in (a.1) of FIG. 4 corresponds to the ⁇ -ray event, and the lower component corresponds to the ⁇ -ray event.
  • the low energy part is considered to be a ⁇ -ray event caused by 208 Tl2.6 MeV, which is an environmental radionuclide.

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Abstract

ＬａＢｒ３シンチレータの発光に含まれるα崩壊等のイベントを同定し、γ線イベントだけを収集する。ＬａＢｒ３シンチレータ１０と、光電子増倍管１２と、オシロスコープ１４と、コンピュータ１８を備える。コンピュータ１８は、電圧波形信号のピーク値Ｖｐ及び全電荷量Ｑｔｏｔａｌを検出し、ピーク値Ｖｐと全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比の誤差伝播式関数を算出する。この誤差伝播式関数を閾値関数として用いてα崩壊イベントを同定して排除する。α崩壊イベントは、ピーク値Ｖｐと全電荷量Ｑｔｏｔａｌというリアルタイムで実測可能な計測値から同定される。

Description

ＬａＢｒ３シンチレーション検出器及び特定イベント排除方法
　本発明はＬａＢｒ３シンチレーション検出器、及びその自己放射能によるα崩壊イベント等の特定イベントの排除に関する。　
　近年、無機シンチレータの研究開発は日進月歩で進んでおり、性能が飛躍的に向上している。中でも、ＬａＢｒ３シンチレータは、時間分解能のみならず、エネルギ分解能に優れており、Ｃｓ－１３７（６６２ＫｅＶ）のγ線に対して３％以下という特徴を持っている。また、大型の結晶を作成することも可能であり、コンプトン－ピーク比を大きくすることで、高検出効率での測定が期待できる。ＬａＢｒ３シンチレータの実効原子番号はやや低いが、密度が５．３ｇ／ｃｍ３と大きいため、高エネルギγ線の測定に適しており、高純度Ｇｅ検出器に代わる検出器として注目されている。
　他方、ＬａＢｒ３シンチレータは、自己放射能として138Ｌａ からのγ線（１４３６ｋｅＶ）と、２２７Ａｃ 系列の残留放射能（５～６ＭｅＶのα線を放出）を有しているため、低アクティビティのγ線に対する測定では、自己放射能が大きな測定誤差の原因となっている。特に、１．７～２．４ＭｅＶに相当する領域にα崩壊に伴うスペクトルが存在するため、高エネルギγ線領域において、ＬａＢｒ３シンチレータの特性を十分に生かせない問題があった。
　図１２は、ＬａＢｒ３:Ｃｅの自己放射能スペクトラムである。図において、横軸はエネルギ（ＭｅＶ）であり、縦軸はイベント頻度である。１．７～２．４ＭｅＶにα崩壊に伴うスペクトルが多く存在することが分かる。測定したいイベントが、１．５～２．５ＭｅＶ以外であればα崩壊のバックグラウンド（ＢＧ）は特に問題とならないと考えられるが、環境放射線や核反応は多数分布しており、これらは低係数率である場合が多いため問題となり得る。　
　α崩壊のバックグラウンド（ＢＧ）を単純に引き算してしまえばよいとも考えられるが、低係数率のイベントでは十分な統計を得るには時間を要し、また、一般的に高エネルギーのガンマ線に対する検出効率は低くなるため、計数率も低くなる場合が多い。
　下記の非特許文献１には、ＬａＢｒ３シンチレータの発光シグナルがγ線イベントとα線イベントで違いがあることを利用し、部分的な電荷量と全電荷量を比較することでα線イベントを除外する方法が記載されている。
"Alpha-Gamma discrimination by pulse shape in LaBr3:Ce and Lacl3:Ce" F.C.L. Crespi et al., Nucl. Instr. Meth. A 602, 2009
　しかしながら、上記の従来方法では、波形のピーク付近に任意の積分窓を作り、その領域での部分積分電荷を求める必要があり、解析範囲（積分窓）の設定次第で測定結果が変化する問題がある。
　また、γ線イベントとα線イベントを識別する閾値も人為的に設定しており、設定次第で識別精度が変化してしまう問題もある。
　本発明の目的は、ＬａＢｒ３シンチレータにおいて信号のピーク電圧と全電荷量というリアルタイムで実測可能な計測値を用いてα崩壊イベント等の特定イベントを同定することで、図１３に模式的に示すように、α崩壊イベント等の特定イベントを含んで検出されたスペクトラム（ａ）から、主としてγ線イベントのみのスペクトラム（ｂ）を検出可能な装置を提供することにある。
本発明は、ＬａＢｒ３シンチレータと、前記ＬａＢｒ３シンチレータの発光を電気信号に変換する光電変換器と、前記光電変換器からの出力を電圧波形信号に変換する波形信号出力器と、前記電圧波形信号のピーク値Ｖｐ及び全電荷量Ｑｔｏｔａｌを検出する検出手段と、前記ピーク値Ｖｐと前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比の誤差伝播式関数を算出する算出手段と、前記誤差伝播式関数を閾値関数として用いることで、γ線以外のイベントを特定し、該イベントを排除する処理手段とを備えることを特徴とする。
　本願発明者等は、ＬａＢｒ３シンチレータの例えば自己放射能による発光信号の一定数のイベントのデータに対してその電圧信号波形のピーク値Ｖｐと全電荷量（積分電荷量）Ｑｔｏｔａｌの比を解析したところ、α崩壊イベントのみが有意に異なる分布を示すことを見出した。そこで、シンチレータの発光のうちγ線以外のイベントを含まない所定値以下のエネルギ範囲におけるＶｐとＱｔｏｔａｌの比の誤差伝播式関数を算出し、これを閾値関数として用いることで、有意に異なる分布を示すα崩壊イベント等の特定イベントのデータを同定し、元のデータから特定イベントのデータを排除する。
　本発明の１つの実施形態では、前記波形信号出力器から出力される前記電圧波形信号の高周波成分を除去するローパスフィルタをさらに備える。
　本発明の他の実施形態では、前記算出手段は、前記検出器で検出される前記ピーク値Ｖｐを、前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌに対して線形となるように補正して標準偏差を算出する。
　本発明のさらに他の実施形態では、前記算出手段は、１．５ＭｅＶ以下の誤差伝播式関数を算出する。
　本発明のさらに他の実施形態では、前記処理手段は、前記閾値関数として、３σの誤差伝播式関数を用いる。
　本発明のさらに他の実施形態では、前記ピーク値Ｖｐと前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比は、Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌである。
　また、本発明は、ＬａＢｒ３シンチレータの特定イベントを排除する方法であって、前記ＬａＢｒ３シンチレータの発光を電圧波形信号に変換して出力するステップと、前記電圧波形信号のピーク値Ｖｐ及び全電荷量Ｑｔｏｔａｌを検出するステップと、前記ピーク値Ｖｐと前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比の標準偏差を算出し、前記シンチレータの発光のうちγ線以外のイベントを含まない所定値以下のエネルギ範囲における前記標準偏差の誤差伝播式関数を算出するステップと、前記誤差伝播式関数を閾値関数として用いて前記所定値以上のエネルギ範囲におけるイベントを特定し、該イベントを排除するステップとを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、ＬａＢｒ３シンチレータにおいて信号のピーク電圧と全電荷量というリアルタイムで実測可能な計測値を用いて特定イベント（例えば自己放射能のα崩壊イベント）を同定し、これを排除することが可能である。従って、本発明によれば、特に１．５～３ＭｅＶに相当する高エネルギγ線領域において、ＬａＢｒ３シンチレータの特性を活用した高精度検出が可能である。
実施形態のシンチレーション検出器の構成図である。 ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータの自己放射能の波形信号図である。 ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータのエネルギスペクトル図である。 Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌのプロット図である。 Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌの標準偏差σＶｐ／Ｑｔｏｔａｌと誤差伝播式関数を示す図である。 図４に閾値関数を適用した図である。 α線イベントを排除した結果を示す図である。 γ線イベントの誤排除率を示す図である。 外部線源を用いたＢＧ差し引き法と実施形態の方法のヒストグラム図（その１）である。 外部線源を用いたＢＧ差し引き法と実施形態の方法のヒストグラム図（その２）である。 α線イベントを排除した結果を示す図である。 ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータのエネルギスペクトル図（その２）である。 α線イベント排除の模式図説明図である。
　以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
＜全体構成＞
　図１は、本実施形態におけるシンチレーション検出器の構成図である。シンチレーション検出器は、ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０、光電子増倍管１２、オシロスコープ１４、ハードディスクドライブ１６、及びコンピュータ１８から構成される。
　ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０は、γ線等の電離放射線を光に変換するシンチレータであり、例えば１．５インチφ×１．５インチの円柱型に形成される。ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０は、阻止能、エネルギ分解能、時間分解能に優れたシンチレータであるが、既述したように、含有される放射性核種によって、常にバックグラウンド信号を出力する。
　光電子増倍管１２は、ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０に接続され、ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０の光をその強度に応じた電気信号に変換して出力する。
　オシロスコープ１４は、検出された電気信号を時間軸に沿った電圧信号（波形信号）に変換して出力する。
　ハードディスクドライブ１６は、オシロスコープ１４とＵＳＢインタフェース等により接続され、オシロスコープ１４から出力された波形信号（波形整形等を施さない生（Ｒａｗ）の波形信号）を記憶する。
　コンピュータ１８は、本実施形態における検出手段、算出手段及び処理手段として機能し、ハードディスクドライブ１６に記憶された波形信号を入力し、波形信号を解析して解析結果を出力する。コンピュータ１８は、ＣＰＵ及びプログラムメモリを備え、プログラムメモリには所定の処理プログラムが格納される。コンピュータ１８は、プログラムメモリに格納された処理プログラムを読み込んで順次実行することで波形信号を解析する。本実施形態における波形信号の解析は、以下の処理を含む。
（ａ）波形信号に対するフィルタ処理
（ｂ）電荷の全積分値Ｑｔｏｔａｌ及び電圧のピーク値Ｖｐを検出してＶｐ／Ｑｔｏｔａｌを算出する処理
（ｃ）エネルギに依存する閾値関数の決定処理
（ｄ）閾値関数を用いたα線イベントの排除処理
　なお、図１において、ハードディスクドライブ１６とコンピュータ１８を一つの波形解析装置で実現してもよく、オシロスコープ１４、ハードディスクドライブ１６及びコンピュータ１８を一つの波形解析装置として実現してもよい。
　また、コンピュータ１８は、α線イベントが排除されたデータについてそのイベント数をカウントし、カウント値を放射線の線量に変換して出力する機能を有してもよいが、これについては公知であるためその説明は省略する。
　次に、上記の処理について順に説明する。
＜フィルタ処理＞
　図２は、ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０の自己放射能イベントを含むイベントで測定される波形信号図である。オシロスコープ１４で得られる波形であり、外部放射線源は用いられていない。図において、横軸は時間（ｎｓ）、縦軸は電圧（Ｖ）である。
　一番上の波形信号は、生データの波形信号であり、
ピーク値Ｖｐ＝－０．１１３（Ｖ）
全電荷量（電荷の全積分値）Ｑｔｏｔａｌ＝４．２１９
が得られる。但し、生データはノイズが大きく、Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌを算出したとしてもその精度が低い。
　中央の波形信号は、生データを２ｎｓの時間幅で移動平均処理をした波形信号であり、Ｖｐ＝－０．０９９（Ｖ）
全電荷量Ｑｔｏｔａｌ＝４．２１３
が得られる。
　一番下の波形信号は、ＦＦＴ及びＩＦＦＴ（逆ＦＦＴ）で５０ＭＨｚ以上の高周波ノイズを除去するローパスフィルタでノイズ除去した波形信号であり、
Ｖｐ＝－０．０９９（Ｖ）
全電荷量Ｑｔｏｔａｌ＝４．２１４
が得られる。移動平均処理やローパスフィルタ処理、特にローパスフィルタ処理を施して波形整形することで、ピーク値Ｖｐ及び全電荷量Ｑｔｏｔａｌを高精度に検出し得る。
　なお、これら３つのＶｐ及びＱｔｏｔａｌを比較すると、Ｖｐについては移動平均及びローパスフィルタ処理で同一の値が得られ、生データではこれと異なる値が得られているが、他方で、Ｑｔｏｔａｌについては３つのデータでほぼ同一の値が得られている。Ｑｔｏｔａｌは全電荷量であってエネルギに相当し、このことは３つのデータ間におけるエネルギ分布に大きな変化がないことを示唆している。
　図３は、図２における一番下の波形信号、すなわちＦＦＴとＩＦＦＴのローパスフィルタで高周波ノイズを除去した場合のエネルギスペクトルである。実線は生データのエネルギスペクトルであり、破線はローパスフィルタ処理した場合のエネルギスペクトルである。この図から、ノイズ除去前後でエネルギスペクトルが変化していないことがわかる。このことは、生データに対してローパスフィタ処理してもデータ欠損が生じないことを意味する。
＜Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌの算出処理＞
　図４は、ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０の自己放射能による発光１０万イベント分のデータに対して波形信号（ローパスフィルタ処理済み）のピーク値Ｖｐと全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌのプロット結果である。図において、横軸は全電荷量Ｑｔｏｔａｌ及び対応するエネルギ（ＭｅＶ）であり、縦軸はＶｐ／Ｑｔｏｔａｌである。
　図４の（ａ．１）から明らかなように、１．５～３ＭｅＶのエネルギ範囲において２成分が存在する。α線イベントの波形信号のピーク値Ｖｐは、γ線イベントの波形信号のピーク値よりも大きいことが知られている（従来技術を参照）。従って、図４の（ａ．１）における上側の成分がα線イベントに対応し、下側の成分がγ線イベントに対応する。なお、エネルギの低い部分は、環境放射線核種である２０８Ｔｌ２．６ＭｅＶによるγ線イベントと考えられる。
　また、Ｖｐ及びＱｔｏｔａｌは、それぞれエネルギに対して線形の関係にあるため、その比であるＶｐ／Ｑｔｏｔａｌは全エネルギ領域において一定となるはずであるところ、そうなっておらず、エネルギが増大するほど低下する傾向にある。これは、ピーク値Ｖｐが飽和することによるものと考えられる。本願発明者等は、横軸をＱｔｏｔａｌ、縦軸をＶｐとしてプロットしたところ、ＶｐとＱｔｏｔａｌの線形性は低エネルギ領域（１．５ＭｅＶ以下）において維持され、高エネルギ領域では線形性が維持されずＶｐが飽和する傾向にあることを確認している。
そこで、Ｖｐの飽和を補正するために、Ｖｐの飽和曲線を
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 と定義する。ここで、αＱｔｏｔａｌが線形項であり、１＋βＱｔｏｔａｌが飽和項である。そして、補正されたＶｐ（これをＶｐｃｏｒｒとする）はＱｔｏｔａｌに比例すべき、すなわちＶｐｃｏｒｒ＝αＱｔｏｔａｌになるべきとして、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 によりＶｐを補正してＶｐｃｏｒｒとする。
図４の（ａ．２）に、補正されたＶｐを用いた場合のＶｐ／Ｑｔｏｔａｌのプロット結果を示す。補正されたＶｐを用いたＶｐ／Ｑｔｏｔａｌは、全エネルギ領域においてほぼ一定となる結果が得られる。なお、上式における係数α及びβは実験で定めることができる。
　図４において、１．５ＭｅＶ以下のγ線イベントは、エネルギが低いほどバラツキが大きくなっているが、これは、誤差伝播から理論的に導かれる。すなわち、Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌの標準偏差σＶｐ／Ｑｔｏｔａｌ（以下、σとする）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 である。上記の式は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 と近似できる。この式から明らかなように、Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌの標準偏差σＶｐ／Ｑｔｏｔａｌは、Ｑｔｏｔａｌが低いほど増大し、すなわちエネルギが低いほど増大する。
＜閾値関数の決定処理＞
　図４において、γ線イベントとα線イベントを識別するための閾値関数は、１．５ＭｅＶ以下の純粋なγ線イベントの標準偏差σを用いて決定できる。
　図５は、補正されたＶｐを用いたＶｐ／Ｑｔｏｔａｌに関して算出されたσ、２σ、３σと、その誤差伝播式関数を示す。図において、横軸はエネルギであって１．４ＭｅＶ以下のエネルギ範囲（つまりγ線イベントのみのエネルギ範囲）、縦軸はＶｐ／Ｑｔｏｔａｌの標準偏差σを示す。この図より、Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌのバラツキは、誤差伝播式関数で非常に良く再現されることが分かる。従って、この誤差伝播式関数から閾値関数を決定することで、１．５ＭｅＶ以上のエネルギ範囲において存在するα線イベントを明確に識別できる。
　図６は、図４の（ａ．２）に示された、補正されたＶｐを用いたＶｐ／Ｑｔｏｔａｌのプロットに閾値関数を適用した図である。閾値関数はＱｔｏｔａｌに逆比例し、エネルギ依存性を示す。図には、σ、２σ、３σそれぞれの閾値関数を示すが、特に３σの閾値関数を用いることでγ線イベントとα線イベントを明確に識別できる。従って、閾値関数を用いてα線イベントを排除することが可能である。
　σ～３σの閾値関数は、１．５ＭｅＶ以下におけるＶｐ／Ｑｔｏｔａｌのデータ群から一義的かつ客観的に決定される点に留意されたい。
＜α線イベントの排除処理＞
　図７は、３種類の閾値関数（σ、２σ、３σの閾値関数）を用いてα線イベントを排除した結果を示す図である。図において、（ａ．１）はσの閾値関数、（ａ．２）は２σの閾値関数、（ａ．３）は３σの閾値関数を用いた場合の結果である。これらの図において、横軸はエネルギ（ＭｅＶ）、縦軸はイベント数であり、１．５ＭｅＶ以上についてはイベント数を１０倍に拡大して示している。１．５ＭｅＶ以上のエネルギ範囲において、実線がα線イベントを排除した後のイベント数であり、全ての閾値関数でα線のイベントを排除できている。
　図８は、３種類の閾値関数それぞれにおいて、誤ったγ線イベント排除率、すなわち本来であれば排除すべきでないγ線イベントの排除率を示す図である。図において、横軸はエネルギであって０．３ＭｅＶ～１．５ＭｅＶ、つまりγ線イベントのみが生じているエネルギ範囲を示す。σ、２σ、３σと閾値関数が大きくなるほど誤排除率は大幅に低下し、正しくα線イベントのみを排除していることが分かる。特に、３σの閾値関数を用いた場合には、１．５ＭｅＶ以下の全領域でほぼ１％以下の誤排除率であり、全体としては０．７１６％程度の誤排除率が得られる。このことは、言い換えれば、本実施形態においてγ線イベントが全く排除されないことを意味するのではなく、多少は排除され得ることを意味する。
　以上のように、ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ１０の自己放射能のみを用いてα線イベントを識別するための閾値関数を決定できる。また、この閾値関数には数学的根拠があり、人為的に設定するパラメータが含まれていないため、一義的かつ客観的に決定し得るものである。特に、閾値関数をエネルギの関数として決定することで、α線イベントを識別する精度を飛躍的に向上させることが可能となる。さらに、３σの閾値関数を用いることで、１．５ＭｅＶ以下の誤ったγ線イベントの排除率を０．７％程度とし得る。
　次に、α線イベントを正しく排除できるか否かを確認するために、外部線源を用いて測定を行う場合について説明する。
　外部線源として、例えばＧｅ／Ｇａ－６８（６８Ｇａ１．８８３ＭｅＶ）を用いる。このとき、環境放射線からの寄与（２０８Ｔｌ２．６１ＭｅＶ等）が存在し得るため、１．５ＭｅＶ～３ＭｅＶにα線イベントとγ線イベントが混在している。そこで、上記の方法で３σの閾値関数を用いてα線イベントを排除した後に、イベント数が予め分かっているγ線イベント（６８Ｇａ１．８８３ＭｅＶ）が正しい数だけ残っているか否かを評価する。
　具体的には、信頼性の高いバックグラウンド（ＢＧ）差し引き法により得られる結果と、本実施形態により得られる結果とを比較し、両者に相違があるか否かを評価する。つまり、外部線源が存在する場合の測定結果から外部線源が存在しない場合の測定結果を差し引いて残った１．８８３ＭｅＶのγ線の分布（バックグラウンドＢＧ差し引き方法）と、外部線源が存在する場合に本実施形態のＶｐ／Ｑｔｏｔａｌ及び閾値関数を用いて残った１．８８３ＭｅＶのγ線の分布を比較することにより、本実施形態の方法で正しくα線イベントを排除できるかを評価する。
　図９は、外部線源を設置した状態と設置していない状態もエネルギスペクトラムである。（ａ）において実線は外部線源が存在する場合、破線は外部線源が存在しない場合のエネルギスペクトラムであり、縦軸は規格化されたイベント数である。前者から後者を差し引くことで６８Ｇａ１．８８３ＭｅＶのイベント数を測定できる。
　他方、図９の（ｂ）は、外部線源を設置した状態と本実施形態の方法によりα線イベントを排除した後のエネルギスペクトラムである。（ｂ）において実線は外部線源が存在する場合、破線は３σの閾値関数でα線イベントを排除した後のエネルギスペクトラムである。（ｂ）に示すように、３σの閾値関数でα線イベントを排除しても、１．８８３ＭｅＶの成分が排除されずに残っている。
　図１０は、バックグラウンド（ＢＧ）を差し引いた場合と本実施形態の場合とを比較した図である。横軸はエネルギであって１．８８３ＭｅＶ近傍のエネルギ範囲を示す。縦軸は規格化されたイベント数である。（ｃ．１）は外部線源を設定した場合からそうでない場合を差し引いた、ＢＧ法による結果、（ｃ．２）は本実施形態の結果であり、（ｃ．３）は両者を照合した結果である。
　それぞれの場合のピークカウント数（測定値、フィッティング値）、平均エネルギ、半値全幅（ＦＷＨＭ）、及び相違は以下の通りである。
・ピークカウント数（測定値）
ＢＧ法：１３９．６±２８．５４
実施形態：１３８．６±１９．２２
相違：０．７１６％
・ピークカウント数（フィッティング値）
　ＢＧ法：１２９．９±６．３４
　実施形態：１２７．７±４．４６
　相違：１．６９４％
・平均エネルギ（ｋｅＶ）
　ＢＧ法：１８８５．９±０．７３３４
　実施形態：１８８５．５±０．５２８１
　相違：０．０２１％
・ＦＷＨＭ（ｋｅＶ）
　ＢＧ法：３３．１±３．６２（１．７５５％）
　実施形態：３６．２±３．３１（１．９２０％）
　相違：０．１６５％
　以上の結果より、本実施形態ではＢＧ法と同様の結果をより高精度で得られることが分かる。
　なお、本実施形態では、波形信号の取得に要するデッドタイムにより、特定のイベントの数え落としがあり得る。例えば、２１９Ｒｎ等からカスケード的に崩壊する短寿命娘核２１５Ｐｏの数え落としがあり得る。しかしながら、測定したイベントの排除は確実に実行できるため、この数え落としは精度評価に寄与することはない。　
　また、本実施形態では、上記のように環境放射線核種である２０８Ｔｌ２．６ＭｅＶが含まれている可能性があるため、同系列の核種も同様に混在している可能性もある。図１１は、統計数をさらに増大させてＶｐ／Ｑｔｏｔａｌ及び３σの閾値関数を用いてα線イベントを排除した場合の結果を示す図である。非常にイベントの少ない２１２，２１４Ｂｉが同定されている。このことから、本実施形態の方法は、少ないイベント数のγ線でも顕著に検出できる効果もある。
　以上説明したように、本実施形態によれば、信号のピーク電圧と全電荷量というリアルタイムで実測可能な計測値を用いてα線イベントを同定し、これを排除することでγ線イベントのみを収集することができる。また、本実施形態では、バックグラウンド（ＢＧ）差し引き法と同様の結果をより高精度で得ることができる。また、本実施形態では、測定対象とα崩壊バックグラウンドのＳ／Ｎ比に依存せずに測定を行うことができるため、非常に小さい信号の検出にも適している。本実施形態では、自己放射能に含まれるα崩壊イベントに特に着目したが、自己放射能に限らず、外部から入射されるα線や重粒子線に対しても同様に適用し得る。すなわち、本実施形態は、必ずしも自己放射能に限定されず、特定のエネルギ範囲に存在し得る特定イベントの排除に適用し得る。
　本実施形態では、１イベント毎に数秒かけてデータを保存するのでデッドタイムが大きくなる傾向にあるが、高速で信号波形を取得するＦＡＤＣ（Flash Analog to Digital Converter）用の高速ＡＤＣを用いることでデッドタイムの減少を図ることが可能である。
　本実施形態における処理を実現するための処理プログラムは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）に実装することで、リアルタイムでγ線スペクトルのみを抽出することも可能である。
　本実施形態では、Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌを用いてα線イベントを同定しているが、その逆数であるＱｔｏｔａｌ／Ｖｐを用いてもよいのは言うまでもない。
　１０　ＬａＢｒ３：Ｃｅシンチレータ、１２　光電子増倍管、１４　オシロスコープ、１６　ハードディスク、１８　コンピュータ。
 

Claims (8)

  1. 　ＬａＢｒ３シンチレータと、
    　前記ＬａＢｒ３シンチレータの発光を電気信号に変換する光電変換器と、
    　前記光電変換器からの出力を電圧波形信号に変換する波形信号出力器と、
    　前記電圧波形信号のピーク値Ｖｐ及び全電荷量Ｑｔｏｔａｌを検出する検出手段と、
    　前記ピーク値Ｖｐと前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比の誤差伝播式関数を算出する算出手段と、
    　前記誤差伝播式関数を閾値関数として用いることで、γ線以外のイベントを特定し、該イベントを排除する処理手段と、
    　を備えることを特徴とするＬａＢｒ３シンチレーション検出器。
  2. 　請求項１に記載のＬａＢｒ３シンチレーション検出器において、
    　前記波形信号出力器から出力される前記電圧波形信号の高周波成分を除去するローパスフィルタをさらに備えることを特徴とするＬａＢｒ３シンチレーション検出器。
  3. 　請求項１に記載のＬａＢｒ３シンチレーション検出器において、
    　前記算出手段は、前記検出器で検出される前記ピーク値Ｖｐを、前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌに対して線形となるように補正して標準偏差を算出することを特徴とするＬａＢｒ３シンチレーション検出器。
  4. 　請求項１に記載のＬａＢｒ３シンチレーション検出器において、
    　前記算出手段は、１．５ＭｅＶ以下のエネルギ範囲における誤差伝播式関数を算出する
    　ことを特徴とするＬａＢｒ３シンチレーション検出器。
  5. 　請求項１に記載のＬａＢｒ３シンチレーション検出器において、
    　前記処理手段は、前記閾値関数として、３σの誤差伝播式関数を用いることを特徴とするＬａＢｒ３シンチレーション検出器。
  6. 　請求項１に記載のＬａＢｒ３シンチレーション検出器において、
    　前記ピーク値Ｖｐと前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比は、Ｖｐ／Ｑｔｏｔａｌであることを特徴とするＬａＢｒ３シンチレーション検出器。
  7. 　請求項１に記載のＬａＢｒ３シンチレーション検出器において、
    　前記算出手段は、前記検出器で検出される前記ピーク値Ｖｐを、前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌに対して線形となるように補正し、補正されたピーク値Ｖｐと前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比であるＶｐ／Ｑｔｏｔａｌの１．５ＭｅＶ以下のエネルギ範囲における誤差伝播式関数を算出し、
    　前記処理手段は、前記閾値関数として、３σの誤差伝播式関数を用いる
    ことを特徴とするＬａＢｒ３シンチレーション検出器。
  8. 　ＬａＢｒ３シンチレータの特定イベントを排除する方法であって、
    　前記ＬａＢｒ３シンチレータの発光を電圧波形信号に変換して出力するステップと、
    　前記電圧波形信号のピーク値Ｖｐ及び全電荷量Ｑｔｏｔａｌを検出するステップと、
    　前記ピーク値Ｖｐと前記全電荷量Ｑｔｏｔａｌの比の標準偏差を算出し、前記シンチレータの発光のうちγ線以外のイベントを含まない所定値以下のエネルギ範囲における前記標準偏差の誤差伝播式関数を算出するステップと、
    　前記誤差伝播式関数を閾値関数として用いて前記所定値以上のエネルギ範囲におけるイベントを特定し、該イベントを排除するステップと、
    　を備えることを特徴とする特定イベント排除方法。
     
     
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