WO2018016224A1 - 放射線モニタ - Google Patents

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radiation
dose rate
radiation monitor
phosphor
pulse signal
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修一 畠山
克宜 上野
田所　孝広
上野　雄一郎
名雲　靖
耕一 岡田
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株式会社日立製作所
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    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
    • G01T1/2023—Selection of materials

Definitions

  • the present invention relates to a radiation monitor using an optical fiber.
  • ionization chambers Conventionally, ionization chambers, GM counters (Geiger-Muller counters), scintillation detectors, and semiconductor detectors have been used as radiation monitors for measuring the radiation dose rate.
  • a semiconductor detector is applied to a radiation monitor capable of measuring under a low dose rate environment.
  • Radiation monitors using semiconductor detectors are used in, for example, nuclear power plants, nuclear fuel reprocessing facilities, medical facilities using radioactive isotopes, industrial facilities, research accelerator facilities, general environmental monitoring devices, and the like.
  • a radiation monitor using a semiconductor detector uses electron-hole pairs generated by radiation incidence and derives a dose rate from a count rate of electric pulses generated by an applied voltage to the semiconductor.
  • optical fiber type radiation detector as a detector capable of preventing explosion and electric noise (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the fiber optic radiation detector measures the dose rate by transmitting multiple photons generated with respect to the incident radiation through the optical fiber, so there is no need for power supply to the radiation detector and suppression of electrical noise transmission and reception. Is possible.
  • the radiation dose rate is converted from the photon count rate of each photon generated in the light emitting unit with respect to the incident radiation. Therefore, it has been demanded to ensure measurement performance in a low dose rate environment. Therefore, it is difficult to measure the radiation dose rate with high sensitivity in an environment where the dose rate is low and the dose rate is low.
  • a decrease in absorption efficiency particularly for incident radiation and a decrease in light emission efficiency of photons having a light emission wavelength with high transmission efficiency in an optical fiber become a problem.
  • Patent Document 2 a light emitting part that emits light having an intensity corresponding to the dose rate of incident radiation, for example, transparent yttrium aluminum garnet (a composite oxide of yttrium and aluminum ( A light transmissive material such as a garnet structure crystal composed of Y 3 Al 5 O 12 ), and ytterbium (Yb), neodymium (Nd), cerium (Ce), praseodymium (Pr) contained in the light transmissive material. ) And other rare earth elements.
  • transparent yttrium aluminum garnet a composite oxide of yttrium and aluminum
  • a light transmissive material such as a garnet structure crystal composed of Y 3 Al 5 O 12
  • Yb ytterbium
  • Nd neodymium
  • Ce cerium
  • Pr praseodymium
  • An object of the present invention is to provide a radiation monitor capable of improving the detection sensitivity of a radiation detector using an optical fiber.
  • a radiation monitor of the present invention is a radiation monitor that measures a dose rate, and is a phosphor represented by the following general formula (1), a radiation detection unit equipped with the phosphor, and radiation.
  • An optical fiber that transmits photons generated from the detector, a photodetector that converts each transmitted photon into an electrical pulse signal, a counter that counts the electrical pulse signal, a count rate of single photons and radiation
  • an analysis unit for example, an analysis / display device 6 that obtains the dose rate of radiation based on the count of electric pulse signals from the relationship with the dose rate.
  • General formula (1) ATaO 4 : B (Wherein, A and B are selected from at least one element in the rare earth element group having 4f-4f electron transition) Other aspects of the present invention will be described in the embodiments described later.
  • the detection sensitivity of the radiation detector using the optical fiber can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a radiation monitor 1 according to the first embodiment.
  • the radiation monitor 1 schematically includes a radiation detection unit 2, an optical fiber 3, a photodetector 4, a counter 5, and an analysis / display device 6.
  • Examples of radiation that can be measured by the radiation monitor 1 include electromagnetic waves such as X-rays and ⁇ -rays and particle beams such as ⁇ -rays, ⁇ -rays, and neutron beams.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of the radiation detector 2 in the radiation monitor 1 of FIG.
  • the radiation detection unit 2 is an element having a phosphor 7 that emits light having an intensity corresponding to the dose rate of incident radiation and a housing 8. That is, in the present embodiment, the radiation monitor 1 includes a light emitting unit (for example, a phosphor 7) housed in a housing 8.
  • a light emitting unit for example, a phosphor 7
  • composition of the phosphor 7 is represented by the following general formula (1).
  • a and B are among the rare earth groups with 4f-4f electronic transitions, praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), eurobium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), It is selected from at least one element of dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), and ytterbium (Yb).
  • Dy dysprosium
  • Ho holmium
  • Er erbium
  • Tm thulium
  • Yb ytterbium
  • the concentration of the additive B contained in the phosphor 7 is preferably in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 to 30% by mass with respect to the total mass of the composition represented by the general formula (1). . Thereby, it is possible to obtain the high emission intensity of the additive B.
  • the method for producing the phosphor 7 is not particularly limited as long as the composition represented by the general formula (1) can be grown.
  • the floating zone method the Czochralski method (lifting method), the micro pulling down method, Bridgman method etc. can be adopted.
  • the phosphor 7 contains at least one rare earth element having 4f-4f electronic transition
  • the additive B contains ATaO 4 that is a high-density base material, and B that is an additive.
  • the energy applied to the material is used with high efficiency for the excitation energy of the additive.
  • the base material A and the additive B which is an activator, can increase the light emission efficiency of light having a high transmission efficiency of 500 to 700 nm in the optical fiber, and the detection sensitivity can be improved.
  • FIG. 3 is a graph illustrating the measurement result of the emission wavelength spectrum of the phosphor 7 in the radiation detection unit 2 of FIG.
  • FIG. 3 shows a comparative example of 4f-4f electron transition YTaO 4 that does not show 4f-4f electron transition and an example embodiment 4f-4f electron transition GdTaO 4 that includes 4f-4f electron transition.
  • 4 represents a wavelength spectrum measurement result of a phosphor containing Eu (0.1%) which is an additive having ⁇ 4f electron transition.
  • the wavelength spectrum using YTaO 4 : Eu (0.1%) as a comparative example has a fluorescence peak 9 that is emission from the base material (YTaO 4 ) in the wavelength range of 250 to 450 nm. Is dominant.
  • the phosphor 7 includes ATaO 4 which is a high-density base material represented by the general formula (1), and A and B contain rare earth elements having 4f-4f electronic transition,
  • the radiation monitor 1 can improve detection sensitivity.
  • a and B are selected from Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb, which are rare earth groups having 4f-4f electronic transition as described above.
  • the luminous efficiency of the object can be improved.
  • a and B are preferably selected from Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb as described above.
  • a and B are more preferably selected from Sm, Eu, Gd, Tb, and Dy. As a result, the light emission efficiency of 500 nm to 800 nm with high transmission efficiency in the optical fiber 3 can be improved.
  • the phosphor 7 Since the phosphor 7 has a long decay time constant of 1 ⁇ s or more, the group of single photons transmitted from the optical fiber 3 can be more effectively decomposed into single photons one by one. A phosphor 7 having an attenuation time constant of less than 1 ⁇ s can also be used.
  • the housing 8 is a container for storing the phosphor 7.
  • the material constituting the housing 8 is not particularly limited as long as it can transmit the radiation to be measured. For example, aluminum or the like can be used.
  • the optical fiber 3 is connected to the radiation detector 2 and transmits the light emitted from the phosphor 7.
  • the optical fiber 3 is connected to the radiation detector 2 and a photodetector 4 described later.
  • Examples of the material constituting the optical fiber 3 include quartz and plastic.
  • the photodetector 4 is a detector that is connected to the optical fiber 3 and converts photons transmitted from the optical fiber into an electric pulse signal.
  • the photodetector 4 is connected to an optical fiber 3 and a counter 5 described later.
  • a photomultiplier tube, an avalanche photodiode, or the like can be employed as the photodetector 4, for example, a photomultiplier tube, an avalanche photodiode, or the like can be employed. By using these photomultiplier tubes and the like, a single photon can be detected as one current pulse signal that has been subjected to current amplification.
  • the counter 5 is a device that is connected to the photodetector 4 and counts the electrical pulse signal input from the photodetector 4.
  • the counter 5 is connected to a photodetector 4 and an analysis / display device 6 described later.
  • a digital signal processor or the like can be employed as the counter 5, for example, a digital signal processor or the like can be employed.
  • the analysis / display device 6 is a device that is connected to the counter 5, converts the count rate of the electric pulse signal counted by the counter 5 into a radiation dose rate, and displays the value.
  • the analysis / display device 6 includes a storage device that holds a database that associates the counting rate of the electric pulse signal with the radiation dose rate, and an operation that converts the radiation dose rate from the counting rate of the electrical pulse signal using the database.
  • the apparatus and the display apparatus which displays the converted dose rate of the radiation are provided.
  • a personal computer having the above-described functions can be employed.
  • the “counting rate of electric pulse signals” means the number of electric pulse signals measured per unit time.
  • the radiation rate is calculated from the counting rate of single photons contained in a plurality of photons generated by the phosphor 7 by the incidence of ⁇ rays. Convert the dose rate.
  • single photon refers to each photon generated inside the phosphor by the incidence of radiation.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the relationship between the radiation dose rate and the single photon counting rate. As shown in FIG. 4, the dose rate of radiation can be acquired if the count rate of the single photons can be measured. Therefore, the radiation dose rate can be converted from the count rate of the electric pulse signal measured by using this relationship.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an example of light generation when the radiation 20 is incident on the phosphor 7.
  • an interaction 21 occurs.
  • a plurality of single photons 22 are generated.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the electric pulse signal 23 when it is assumed that the output of the photodetector is measured.
  • a plurality of single photons 22 are generated and measured as one electric pulse signal 24 using the photodetector 4.
  • each single photon 22 transmitted from the optical fiber 3 is measured by the photodetector 4.
  • the single photon 22 is measured by the photodetector 4 as an electric pulse signal 23 having a time width of about 2 ns.
  • the phosphor 7 of the radiation monitor 1 includes ATaO 4 which is a high-density base material represented by the general formula (1), and A and B each include at least one rare earth element including 4f-4f electron transition. Contains more than one type.
  • the radiation monitor 1 measures the count rate of the single photons 22 transmitted through the optical fiber 3, thereby improving the absorption efficiency for the radiation 20 in the phosphor 7 and high transmission efficiency of 500 to 800 nm in the optical fiber 3.
  • the luminous efficiency can be improved and the detection sensitivity can be improved.
  • FIG. 7 is a schematic view showing an example of use in the radiation monitor of FIG.
  • the radiation detection unit 2 is installed in the measurement target area 30, and the photodetector 4 connected to the optical fiber 3, the counter 5, and the analysis / display device 6 are outside the measurement target area. Installed.
  • the dose rate of radiation can be measured with high sensitivity in a low dose rate environment inside the reactor building and the reactor containment vessel.
  • FIG. 8 is a schematic view showing another example of use in the radiation monitor of FIG. As shown in FIG. 8, by installing at least two or more radiation detection units 2 in the measurement target area 30, the dose rate distribution in the measurement target area 30 can be measured with high sensitivity. Because of these effects, radiation monitors (monitoring and measuring methods) can be applied to nuclear power plants, nuclear fuel reprocessing facilities, medical facilities that use radioisotopes, industrial facilities, research accelerator facilities, general environmental monitoring devices, and the like.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the second embodiment.
  • the schematic block diagram showing the second embodiment is different in that it has a wavelength filter 40.
  • the radiation detection unit 2, the optical fiber 3, and the photodetector 4 are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the wavelength filter 40 is a device that is connected to the optical fiber 3 and the photodetector 4 and transmits a wavelength within a predetermined range with respect to photons transmitted from the optical fiber 3.
  • the wavelength filter 40 has a function of transmitting a wavelength in a predetermined range, so that emission wavelengths other than the additive generated in the phosphor 7 can be removed. Therefore, it is possible to accurately measure the radiation dose rate in a low dose rate environment.
  • the “wavelength within a predetermined range” indicates a transmissive wavelength range, and photons are controlled by transmitting only photons having a specific wavelength.
  • a radiation monitor 1 is a radiation monitor that measures a dose rate, and includes a phosphor 7 represented by the following general formula (1), a radiation detector 2 including the phosphor 7, An optical fiber 3 for transmitting photons generated from the radiation detector 2, a wavelength filter 40 for transmitting wavelengths within a predetermined range with respect to the transmitted photons, and an electric pulse for each photon transmitted through the wavelength filter 40.
  • the dose rate of the radiation is determined based on the count of the electrical pulse signal from the relationship between the photodetector 4 for converting the signal, the counter 5 for counting the electrical pulse signal, and the count rate of the single photon and the dose rate of the radiation. It has an analysis / display device 6 (analysis unit).
  • the detection sensitivity of the radiation detector using the optical fiber can be improved, and the measurement time in a low dose rate environment can be shortened.

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Abstract

放射線モニタ（１）は、線量率を計測する放射線モニタであって、下記一般式（１）で表される蛍光体と、蛍光体を備えた放射線検知部（２）と、放射線検知部（２）から発生した光子を伝送する光ファイバ（３）と、伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器（４）と、電気パルス信号を計数するカウンタ（５）と、単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から、電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析・表示装置（６）と、を有する。一般式（１）ＡＴａＯ４：Ｂ　なお、式中、Ａ及びＢは、４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類元素群のうち、少なくとも１種類以上の元素から選択される。

Description

放射線モニタ
　本発明は、光ファイバを用いた放射線モニタに関する。
　従来、放射線の線量率を測定する放射線モニタとして、電離箱、ＧＭ計数管（ガイガー・ミュラーカウンタ）、シンチレーション検出器、半導体検出器が用いられている。特に低線量率環境下を測定可能な放射線モニタには半導体検出器が適用される。半導体検出器を用いた放射線モニタは、例えば原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等で利用されている。半導体検出器を用いた放射線モニタは、放射線入射により生成される電子正孔対を利用し、半導体への印加電圧により生じた電気パルスの計数率から線量率を導出する。
　一方、半導体検出器は高電圧を印加するため、空気中の水素濃度が高い場合に爆発の危険性を伴う。また、半導体から生成される電気パルス信号を利用するため、他計測機器へ電気ノイズを発信及び受信する可能性がある。
　防爆及び電気ノイズを抑制可能な検出器として、光ファイバ型放射線検出器がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。光ファイバ型放射線検出器は、入射放射線に対して生成された複数の光子を光ファイバで伝送して線量率を計測するため、放射線検知部への給電が不要、及び電気ノイズの受発信を抑制可能である。
特開２００１－５６３８１号公報 特開２０１６－１１４３９２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、シンチレーションファイバを用いて放射線を検知するため、低線量率環境下において高感度に測定することは困難である。これは、放射線と相互作用するシンチレーションファイバのコア部に、ポリスチレン（密度：１．０５ｇ／ｃｍ３）等の低密度な材質が用いられており、ポリスチレンの放射線に対する吸収効率が低いことに起因する。また、シンチレーションファイバの発光効率は、一般的に利用されるＮａＩ：Ｔｌシンチレータと比較して低いため、十分な感度を得ることはできない。放射線に対する吸収効率を向上させるため、既存シンチレータ結晶として密度の高いゲルマニウム酸ビスマスＢＧＯ、タングステン酸鉛ＰＷＯ等を放射線検知部に適用した場合においても、シンチレータの発光効率が低いことにより十分な感度は得られない。さらに、シンチレーションファイバ、ＢＧＯ及びＰＷＯは、３００から５００ｎｍの発光波長帯域を有するため、光ファイバにおける伝送効率が低く、低線量率環境下において放射線の線量率を高感度に測定することは困難である。
　また、特許文献２に記載の従来技術では、入射放射線に対して発光部で発生した1個1個の光子計数率から放射線の線量率を換算する手法であるが、発光部における光子の発光効率が低いことから、低線量率環境での計測性の確保が要望されていた。したがって、入射放射線の計数率が低下する線量率の低い環境下において、高感度に放射線の線量率を測定することは難しい。このように、前記の従来技術では、低線量率環境下において、特に入射放射線に対する吸収効率の低下、及び光ファイバにおける伝送効率の高い発光波長を有する光子の発光効率の低下が問題となる。
　本願発明者らは、特許文献２で、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部として、例えば、母材としての透明イットリウム・アルミ・ガーネット（イットリウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）から成るガーネット構造の結晶）等の光透過性材料と、この光透過性材料中に含有されたイッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）等の希土類元素とにより形成させることを提案した。しかしながら、光ファイバを用いた放射線検出器のさらなる検出感度の向上が望まれていた。
　本発明の目的は、光ファイバを用いた放射線検出器の検出感度を向上できる放射線モニタを提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明の放射線モニタは、線量率を計測する放射線モニタであって、下記一般式（１）で表される蛍光体と、蛍光体を備えた放射線検知部と、放射線検知部から発生した光子を伝送する光ファイバと、伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、電気パルス信号を計数するカウンタと、単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から、電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部（例えば、解析・表示装置６）と、を有することを特徴とする。
　一般式（１）　　ＡＴａＯ４：Ｂ
（式中、Ａ及びＢは、４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類元素群のうち、少なくとも１種類以上の元素から選択される）
　本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
　本発明によれば、光ファイバを用いた放射線検出器の検出感度を向上できる。
第１の実施形態に係る放射線モニタを示すブロック図である。 図１の放射線モニタにおける放射線検知部の概略拡大断面図である。 図２の放射線検知部における蛍光体の発光波長スペクトル測定結果を例示するグラフ図である。 放射線の線量率と単一光子の計数率の関係について、その一例を示す概略図である。 放射線が蛍光体に入射した際の光の生成について、その一例を示す概略図である。 光検出器の出力を計測したと仮定した場合の、電気パルス信号の一例を示す概略図である。 図１の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。 図１の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。 第２の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。
　本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
<<第１の実施形態>>
　図１は、第１の実施形態に係る放射線モニタ１を示すブロック図である。当該放射線モニタ１は、図１に示すように、概略的に、放射線検知部２と、光ファイバ３と、光検出器４と、カウンタ５と、解析・表示装置６とを備えている。なお、当該放射線モニタ１で計測することができる放射線としては、例えば、Ｘ線、γ線等の電磁波と、α線、β線、中性子線等の粒子線が挙げられる。
　図２は、図１の放射線モニタ１における放射線検知部２の概略拡大断面図である。図２に示すように、放射線検知部２は、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する蛍光体７とハウジング８を有する素子である。すなわち、本実施形態では、放射線モニタ１は、発光部（例えば、蛍光体７）がハウジング８に収納されている。
　蛍光体７の組成は、下記の一般式（１）で表される。式中、Ａ及びＢは４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類群のうち、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロビウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）の少なくとも１種類以上の元素から選択される。
　　一般式（１）　　ＡＴａＯ４：Ｂ
　特に、蛍光体７に含有させる添加物のＢの濃度は、一般式（１）で表される組成物の総質量に対して１×１０－３～３０質量％の範囲内にすることが好ましい。これにより、添加物Ｂの高い発光強度を得ることが可能である。
　蛍光体７の製造方法としては、一般式（１）で表される組成物を育成可能であれば特に限定されず、例えば、フローティングゾーン法、チョクラルスキー法（引き上げ法）、マイクロ引下げ法、ブリッジマン法等を採用することができる。
　このように、蛍光体７が高密度母材であるＡＴａＯ４、及び添加物であるＢが４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類元素を少なくとも１種以上含有していることで、放射線入射により母材に付与されたエネルギーが高効率で添加物の励起エネルギーに利用される。
　すなわち、下記の特徴を有する。
（１）高密度母材を用いることで、ＡＴａＯ４は、放射線に対する母材の吸収効率を向上させる。
（２）母材のＡと付活剤である添加物のＢのそれぞれに、４ｆ－４ｆ電子遷移を持つ希土類を含有させることで、母材に付与されたエネルギーが、高効率に添加物の励起に利用される。このため、母材のＡと付活剤である添加物のＢは、光ファイバにおいて伝送効率の高い５００～７００ｎｍの光の発光効率を高めることができ、検出感度を向上可能となる。
　図３は、図２の放射線検知部２における蛍光体７の発光波長スペクトル測定結果を例示するグラフ図である。図３は、比較例である４ｆ－４ｆ電子遷移を示さない高密度母材であるＹＴａＯ４、及び実施形態例である４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた高密度母材であるＧｄＴａＯ４に、４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた添加物であるＥｕ（０．１％）を含有させた蛍光体の波長スペクトル測定結果を表す。図３に示すように、比較例であるＹＴａＯ４：Ｅｕ（０．１％）を用いた波長スペクトルは、２５０～４５０ｎｍの波長範囲において、母材（ＹＴａＯ４）からの発光である蛍光ピーク９が支配的である。一方、実施形態例であるＧｄＴａＯ４：Ｅｕ（０．１％）を用いた蛍光体７は、２５０～４５０ｎｍの波長範囲において、母材（ＧｄＴａＯ４）からの発光は確認されず、添加物であるＥｕの蛍光ピークが支配的である。これは、Ｇｄ及びＥｕが共に４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類元素を含有することで、母材に付与されたエネルギーが高効率でＥｕの励起エネルギーに利用されるためである。
　このように、蛍光体７が、前記一般式（１）で表される高密度母材であるＡＴａＯ４を備え、Ａ及びＢが４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類元素を含有することで、光ファイバ３において伝送効率の高い５００～８００ｎｍの発光効率が向上可能となる。このため、当該放射線モニタ１は、検出感度を向上させることができる。Ａ及びＢは、前記のように４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類群であるＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂから選択されることで、添加物の発光効率が向上可能である。また、Ａ及びＢは、前記のようにＮｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂから選択されることが好ましい。これにより、光ファイバ３において伝送効率の高い５００ｎｍ以上の発光効率が向上可能である。さらに、Ａ及びＢは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙから選択されることがより好ましい。これにより、光ファイバ３において伝送効率の高い５００ｎｍ～８００ｎｍの発光効率が向上可能である。
　蛍光体７は、１μｓ以上の長い減衰時定数を有することで、より効果的に光ファイバ３から伝送された単一光子の集団を単一光子一つ一つに分解することができる。
　なお、１μｓ未満の減衰時定数を有する蛍光体７を使用することもできる。
　ハウジング８は、蛍光体７を収納する容器である。ハウジング８を構成する材料としては、計測対象の放射線を透過可能なものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウム等を採用することができる。
　光ファイバ３は、放射線検知部２に接続され、蛍光体７から放出された光を伝送する。この光ファイバ３は、放射線検知部２と後述する光検出器４に接続されている。光ファイバ３を構成する材料としては、例えば、石英、プラスチック等が挙げられる。
　光検出器４は、光ファイバ３に接続され、光ファイバから伝送された光子を電気パルス信号に変換する検出器である。この光検出器４は、光ファイバ３と後述するカウンタ５に接続されている。光検出器４としては、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、単一光子を電流増幅された一つの電流パルス信号として検出できる。
　カウンタ５は、光検出器４に接続され、光検出器４から入力された電気パルス信号を計数する装置である。このカウンタ５は、光検出器４と後述する解析・表示装置６に接続されている。カウンタ５としては、例えば、デジタルシグナルプロセッサ等を採用することができる。
　解析・表示装置６は、カウンタ５に接続され、カウンタ５で計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算し、その値を表示する装置である。解析・表示装置６は、電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースを保有している記憶装置と、上記データベースを用いて電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算装置と、換算した放射線の線量率を表示する表示装置を備えている。解析・表示装置６としては、例えば、上述した機能を有するパーソナルコンピュータ等を採用することができる。なお、本明細書において「電気パルス信号の計数率」とは、単位時間あたりに測定された電気パルス信号の数を意味している。
　従来のγ線の計数率から放射線の線量率を換算する手法と異なり、本発明では、γ線の入射によって蛍光体７で生成された複数の光子に含まれる単一光子の計数率から放射線の線量率を換算する。なお、本明細書において「単一光子」とは、放射線の入射によって蛍光体内部で生成された一つ一つの光子を指す。
　図４は、放射線の線量率と単一光子の計数率の関係について、その一例を示す概略図である。図４に示すように、この単一光子の計数率を計測できれば放射線の線量率を取得することができる。したがって、この関係を用いることで測定した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算することができる。
　次に、当該放射線モニタ１の動作について説明する。
　図５は、放射線２０が蛍光体７に入射した際の光の生成について、その一例を示す概略図である。図５において、放射線２０が蛍光体７に入射すると、相互作用２１が生じる。この相互作用２１に伴い、複数の単一光子２２が発生する。
　図６は、光検出器の出力を計測したと仮定した場合の、電気パルス信号２３の一例を示す概略図である。通常、蛍光体７に一つの放射線２０が入射すると複数の単一光子２２が生成され、光検出器４を用いて一つの電気パルス信号２４として測定される。一方、本実施形態では、光ファイバ３から伝送された一つ一つの単一光子２２を光検出器４で測定する。図６に示すように、単一光子２２は光検出器４で約２ｎｓの時間幅を持った電気パルス信号２３として測定する。
　このように、当該放射線モニタ１の蛍光体７が一般式（１）で表される高密度母材であるＡＴａＯ４を備え、Ａ及びＢが４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類元素を少なくとも１種類以上含有する。放射線モニタ１は、光ファイバ３を伝送された単一光子２２の計数率を測定することにより、蛍光体７において、放射線２０に対する吸収効率の向上、及び光ファイバ３における伝送効率の高い５００～８００ｎｍの発光効率の向上を実現し、検出感度を向上させることができる。
　次に、当該放射線モニタ１の好適な使用例について説明する。
　図７は、図１の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。図７に示すように、放射線検知部２が測定対象エリア３０内に設置され、光ファイバ３と接続された光検出器４と、カウンタ５と、解析・表示装置６とが測定対象エリア外に設置される。これにより、例えば、原子炉建屋、原子炉格納容器内部の低線量率環境下において放射線の線量率を高感度に測定することができる。
　図８は、図１の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。図８に示すように、測定対象エリア３０内に、少なくとも二つ以上の放射線検知部２を設置することにより、測定対象エリア３０の線量率分布を高感度に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等に放射線モニタ（モニタ・測定方法）が適用できる。
<<第２の実施形態>>
　本発明の第２の実施形態に係る放射線モニタについて、図９を用いて説明する。以下の第１の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第１の実施形態と同様である。
　図９は、第２の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第２の実施形態を示す概略ブロック図は、波長フィルタ４０を有する点で異なっている。なお、放射線検知部２、光ファイバ３、及び光検出器４は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　波長フィルタ４０は、光ファイバ３と光検出器４に接続され、光ファイバ３から伝送された光子に対し所定の範囲内の波長を透過する装置である。このように、波長フィルタ４０で所定の範囲の波長を透過させる機能を有することで、蛍光体７で発生する添加物以外の発光波長を取り除くことができる。したがって、低線量率環境下における放射線の線量率を正確に計測することが可能となる。なお、本明細書において「所定の範囲内の波長」とは、透過可能な波長範囲を示し、特定波長の光子のみを透過させることで光子を制御する。
　第２の実施形態に係る放射線モニタ１は、線量率を計測する放射線モニタであって、下記一般式（１）で表される蛍光体７と、蛍光体７を備えた放射線検知部２と、放射線検知部２から発生した光子を伝送する光ファイバ３と、伝送された光子に対し所定の範囲内の波長を透過する波長フィルタ４０と、波長フィルタ４０を透過した一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器４と、電気パルス信号を計数するカウンタ５と、単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から、電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析・表示装置６（解析部）を有することを特徴とする。
　一般式（１）　　ＡＴａＯ４：Ｂ
（式中、Ａ及びＢは４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類群のうち、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂの少なくとも１種類以上の元素から選択される）
　本実施形態によれば、光ファイバを用いた放射線検出器の検出感度が向上可能、かつ低線量率環境下の測定時間を短縮可能となる。
　１　　放射線モニタ
　２　　放射線検知部
　３　　光ファイバ
　４　　光検出器
　５　　カウンタ
　６　　解析・表示装置（解析部）
　７　　蛍光体
　８　　ハウジング
　９　　ＹＴａＯ４：Ｅｕ（０．１％）の蛍光ピーク
　１０　　ＧｄＴａＯ４：Ｅｕ（０．１％）の蛍光ピーク
　２０　　放射線
　２１　　相互作用
　２２　　単一光子
　２３　　電気パルス信号
　２４　　電気パルス信号
　３０　　測定対象エリア
　４０　　波長フィルタ

Claims (7)

  1. 　線量率を計測する放射線モニタであって、
    　下記一般式（１）で表される蛍光体と、前記蛍光体を備えた放射線検知部と、前記放射線検知部から発生した光子を伝送する光ファイバと、前記伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、前記電気パルス信号を計数するカウンタと、単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から、前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部と、を有することを特徴とする放射線モニタ。
    　一般式（１）　　ＡＴａＯ４：Ｂ
    （式中、Ａ及びＢは、４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類元素群のうち、少なくとも１種類以上の元素から選択される）
  2. 　前記一般式（１）における前記Ａ及び前記Ｂが、４ｆ－４ｆ電子遷移を備えた希土類群のうち、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙの少なくとも１種類以上の元素から選択される
    　ことを特徴とする請求項１に記載の放射線モニタ。
  3. 　前記一般式（１）における前記Ａ及び前記Ｂが、前記蛍光体の総質量に対して、１×１０－３～３０質量％含まれている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の放射線モニタ。
  4. 　前記蛍光体は、１μｓ以上の減衰時定数を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の放射線モニタ。
  5. 　前記放射線モニタは、さらに、前記伝送された光子の所定の範囲内の波長を透過する波長フィルタを有し、
    　前記光検出器は、前記波長フィルタを透過した一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の放射線モニタ。
  6. 　前記放射線検知部は、少なくとも二つ以上設置され、測定対象エリア内の線量率を測定する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の放射線モニタ。
  7. 　前記放射線検知部を測定対象エリア内に設置され、前記光検出器と、前記カウンタと、前記解析部を測定対象エリア外に設置される
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線モニタ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019239785A1 (ja) * 2018-06-15 2019-12-19 株式会社日立製作所 放射線モニタ

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4020018A1 (de) 2020-12-22 2022-06-29 Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY Dosimeter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000304865A (ja) * 1999-04-23 2000-11-02 Hitachi Ltd 光伝送式放射線計測装置及びその計測システム
JP2001051100A (ja) * 1999-08-10 2001-02-23 Kasei Optonix Co Ltd 放射線像変換パネル及びその製造方法
JP2001056381A (ja) 1999-08-20 2001-02-27 Mitsubishi Electric Corp 局所線量計及びそれを用いた医療装置
JP2014032170A (ja) * 2012-07-11 2014-02-20 Konica Minolta Inc 放射線検出パネルおよび放射線画像検出器
JP2015040226A (ja) * 2013-08-20 2015-03-02 学校法人東海大学 アップコンバージョン型蛍光体およびその製造方法
JP2016114392A (ja) 2014-12-11 2016-06-23 株式会社日立製作所 放射線モニタ

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3327602B2 (ja) * 1992-12-28 2002-09-24 東北電力株式会社 放射線検出光伝送装置
JP3561855B2 (ja) * 1995-07-03 2004-09-02 コニカミノルタホールディングス株式会社 放射線増感スクリーン及び放射線画像変換パネル
JP5129473B2 (ja) * 2005-11-15 2013-01-30 富士フイルム株式会社 放射線検出器
JP6262419B2 (ja) * 2012-09-10 2018-01-17 コニカミノルタ株式会社 放射線画像検出器及び放射線画像検出器の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000304865A (ja) * 1999-04-23 2000-11-02 Hitachi Ltd 光伝送式放射線計測装置及びその計測システム
JP2001051100A (ja) * 1999-08-10 2001-02-23 Kasei Optonix Co Ltd 放射線像変換パネル及びその製造方法
JP2001056381A (ja) 1999-08-20 2001-02-27 Mitsubishi Electric Corp 局所線量計及びそれを用いた医療装置
JP2014032170A (ja) * 2012-07-11 2014-02-20 Konica Minolta Inc 放射線検出パネルおよび放射線画像検出器
JP2015040226A (ja) * 2013-08-20 2015-03-02 学校法人東海大学 アップコンバージョン型蛍光体およびその製造方法
JP2016114392A (ja) 2014-12-11 2016-06-23 株式会社日立製作所 放射線モニタ

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019239785A1 (ja) * 2018-06-15 2019-12-19 株式会社日立製作所 放射線モニタ
JP2019219170A (ja) * 2018-06-15 2019-12-26 株式会社日立製作所 放射線モニタ
US11231507B2 (en) 2018-06-15 2022-01-25 Hitachi, Ltd. Radiation monitor
JP7160572B2 (ja) 2018-06-15 2022-10-25 株式会社日立製作所 放射線モニタ

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