WO2018116584A1 - 放射能分布測定装置及び方法 - Google Patents

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WO2018116584A1
WO2018116584A1 PCT/JP2017/036638 JP2017036638W WO2018116584A1 WO 2018116584 A1 WO2018116584 A1 WO 2018116584A1 JP 2017036638 W JP2017036638 W JP 2017036638W WO 2018116584 A1 WO2018116584 A1 WO 2018116584A1
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WO
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radiation
distribution
unit
measurement
radiation source
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PCT/JP2017/036638
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲史 東
真照 林
白附　晶英
西沢　博志
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/167—Measuring radioactive content of objects, e.g. contamination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments

Definitions

  • the present invention relates to a radioactivity distribution measuring apparatus and method for measuring the distribution of a radioactive substance contained in a measurement object.
  • Non-Patent Document 1 As a conventional means for measuring the radioactivity distribution of a radioactive substance, there is a gamma camera that measures the radioactivity of a radiation source in a measurement target region (for example, see Non-Patent Document 1).
  • the gamma camera measures the radiation (mainly ⁇ rays and X-rays) coming from the radiation source that exists within the viewing angle by using multiple detectors to identify the direction of the radiation, and the three-dimensional radiation source. Distribution was measured.
  • the distribution was measured from the calculation by the response function of the radiation detector corresponding to the presence position of the prepared radiation source and the uneven detector, but in particular the distribution measurement in the depth direction of the radiation source is
  • the measurement accuracy decreases as the radiation source moves away from the detector. Since the radiation to be detected approaches parallel, it is difficult for a difference depending on the position to appear. Therefore, there is a problem that the detector structure becomes more complicated in order to increase the accuracy in the depth direction.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to measure the radioactivity distribution that can measure the three-dimensional distribution of the radiation source with higher accuracy than in the prior art, without elaborating the radiation detector itself. It is to provide an apparatus and method.
  • a radiation detector that detects the radiation to be measured flying from the radiation source and outputs a detection signal;
  • a position measurement unit that measures and outputs a measurement position where the radiation detection unit is disposed; and
  • a pulse height calculation unit that calculates a pulse height distribution due to the radiation to be measured; The plurality of positions using a plurality of pulse wave height distributions calculated for each of a plurality of predetermined measurement positions and a plurality of response functions when it is assumed that a radiation source exists at each of the plurality of predetermined positions.
  • the intensity of the radiation estimated to be emitted from the assumed radiation source is calculated as the predicted intensity, and the predicted intensity distribution indicating the distribution of the predicted intensity for the plurality of positions
  • An inverse problem computation unit that computes and outputs Using the predicted intensity distribution calculated for the plurality of measurement positions and the position information of the measurement positions output from the position measurement unit, a region where the predicted intensities match is identified and the three-dimensional distribution of the radiation source
  • a distribution reconstructing unit for estimating is
  • a predicted intensity distribution in which a radiation source exists can be obtained without using a specially shaped radiation detector, and predicted intensities obtained at a plurality of different measurement positions.
  • the distribution it is possible to measure the three-dimensional distribution of the radiation source including the depth direction with higher accuracy than in the prior art without devising the radiation detector.
  • FIG. 17 is a longitudinal sectional view when the collimator 40 covers the entire side surface and a part of the upper surface of the radiation detection units 2A and 2B in the radioactivity distribution measuring apparatus 500 of FIG.
  • FIG. 17 is a longitudinal sectional view when the collimator 40 covers only the side surfaces of the radiation detection units 2A and 2B in the radioactivity distribution measuring apparatus 500 of FIG.
  • FIG. 16 it is a longitudinal cross-sectional view which shows the incident direction range in the radiation distribution measuring apparatus 500 from the reaction position of the radiation detection part 2A, 2B in the depth direction.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a radioactivity distribution measuring apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the radioactivity distribution measurement apparatus 100 includes a radiation detection unit 2, a position measurement unit 3, a distribution measurement unit 10, and a display unit 18.
  • the distribution measurement unit 10 includes a signal amplification unit 11, a wave height calculation unit 12, an inverse problem calculation unit 13, a response function storage unit 14, a distribution reconstruction unit 15, and the like.
  • the distribution of the radiation source 1 is estimated from the detection signal and the measurement position information from the position measurement unit 3.
  • the display unit 18 is composed of a liquid crystal display, for example.
  • the radiation detection unit 2 detects the radiation 101 to be measured emitted from the radiation source 1 in the substance to be measured and outputs a detection signal to the signal amplification unit 11.
  • the position measurement unit 3 measures information on the measurement position of the radiation detection unit 2 and outputs the information to the distribution reconstruction unit 15.
  • the measurement position means a position where the radiation detection unit 2 is arranged in each measurement. In other words, the measurement position represents from which position the radiation detection unit 2 measures.
  • the signal amplifying unit 11 is composed of, for example, a preamplifier, a waveform shaping amplifier, and the like.
  • the wave height calculation part 12 is comprised by a multiple wave height analyzer etc., for example.
  • the inverse problem calculating part 13, the response function storage part 14, and the distribution reconstruction part 15 are comprised by the single or several microprocessor, for example.
  • the radiation detection unit 2 includes, for example, a radiation detector that detects the radiation 101.
  • the radiation detection unit 2 when the radiation detection unit 2 is a scintillation type detector, the radiation detection unit 2 includes a scintillation material or the like as a sensitive part for radiation.
  • a scintillation material is a material that generates fluorescence (scintillation light) when a constituent molecule is excited by energy applied from radiation and returns to a ground state. Such energy is imparted by interaction between radiation and scintillation material such as photoelectric absorption, Compton effect, and electron pair generation.
  • the scintillation detector has a photocathode (photoelectric conversion unit) that photoelectrically converts the generated scintillation light.
  • the scintillation detector outputs the electric charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit as a pulse detection signal.
  • the radiation detector 2 is a semiconductor detector
  • a reverse bias voltage is applied between the n-type semiconductor and the p-type semiconductor constituting the electrode, and the depletion layer generated by the reverse bias voltage is the radiation detector.
  • the radiation 101 emitted from the radiation source 1 enters the semiconductor detector, electron-hole pairs are generated by the ionizing action of the radiation. Then, electrons and holes move to the electrodes, respectively, and the semiconductor detector outputs a pulse detection signal.
  • the signal amplifying unit 11 performs amplification, signal shaping, and the like on the pulse detection signal from the radiation detection unit 2 according to a preset amplification factor, and outputs the result to the wave height calculation unit 12.
  • the wave height calculation unit 12 performs pulse wave height analysis on the pulse detection signal from the signal amplification unit 11 and calculates a pulse wave height distribution.
  • the pulse wave height distribution is a pulse generation distribution of each wave height.
  • the pulse height calculation unit 12 AD-converts the peak value of the pulse detection signal amplified by the signal amplification unit 11, for example, for a pulse having a predetermined value or more, and outputs the pulse.
  • the calculated pulse wave height distribution includes not only the pure energy information of the radiation 101 emitted from the radiation source 1 but also the radiation 101 and the substances existing in the radiation detection unit 2 and the radiation source 1 to the radiation detection unit 2. , Influences of interactions such as photoelectric absorption, Compton effect, and electron pair production. Therefore, a total absorption peak, a Compton continuous part, an escape peak, etc. appear in the extracted pulse height distribution. Further, in the process in which the radiation 101 emitted from the radiation source 1 is incident on the radiation detection unit 2 and the applied energy is converted into electric charge, the amount of charge generated when the radiation detection unit 2 is applied with energy. A statistical spread inherent to the radiation detection unit 2 is added due to the statistical variation. Therefore, energy resolution (for example, defined by the half width of the peak portion of the pulse height distribution) is lowered. In this case, there arises a problem that the accuracy of identification and quantitative analysis of the radionuclide contained in the radiation source 1 deteriorates.
  • the pulse wave height distribution calculated by the wave height calculator 12 is input to the inverse problem calculator 13.
  • the inverse problem calculation unit 13 calls the response function stored in the response function storage unit 14, and executes the inverse problem calculation on the pulse wave height distribution using the response function.
  • the response function will be described later.
  • M is a pulse height distribution which is a measured value
  • R r, z (L, E) is a response function
  • S r, x is an energy spectrum 34 from which the influence of the interaction of the radiation 101 is eliminated. Equation (1) is established.
  • the inverse problem calculation unit 13 calculates Expression (2) that is the inverse transformation of Expression (1) , and extracts the energy spectrum S r, z .
  • L is the detection signal level from the radiation detection unit 2
  • E is the energy of incident ⁇ rays.
  • R r, z ⁇ 1 (L, E) is an inverse matrix of the response function R r, z (L, E).
  • the subscript r denotes a detection line of the radiation detection unit 2 (generally, a detection center line of a concentric axis of the coaxial or cylindrical radiation detection unit 2, and the radiation detection unit 2 emits radiation at and near the detection line 2L.
  • the detection coordinate origin 2P detection line 2L and detection planes SS1, SS2, SS3 (for example, see FIG. 2A described later) intersect) on a plane parallel to 2L (hereinafter referred to as a detection plane).
  • a radial coordinate value r in the radial direction R on the detection plane SS1, SS2, SS3, and z indicates a coordinate value z in the depth direction Z parallel to the detection line 2L of the radiation detection unit 2.
  • the position on the detection plane SS1, SS2, SS3 is represented by (r, z) using the coordinate values r, z.
  • the energy spectrum S r, z represents the intensity for each energy of radiation emitted from the radiation source 1 existing at a predetermined position (r, z). The intensity for each energy of radiation corresponds to the emission (generation) of radiation.
  • the response function R r, z (L, E) is, for example, a coordinate value r in the radial direction R on the detection plane SS1, SS2, SS3 from the detection coordinate origin 2P on the detection line 2L of the radiation detection unit 2.
  • the radiation source 1 exists at any one of the positions (r, z) defined by the combination of the coordinate value z in the depth direction Z from the radiation detection unit 2, the radiation source 1 It is defined from the interaction between the emitted radiation 101 and the radiation detector 2.
  • the response functions R r, z (L, E) are prepared as many as the number of positions where the radiation source 1 is assumed to exist.
  • each position (r, z) is defined by a combination of a coordinate value r in the radial direction R on the detection plane SS1, SS2, SS3 and a coordinate value z in the depth direction Z from the radiation detection unit 2. It can be clearly defined.
  • the response function storage unit 14 has a response function R r1, z1 (L, E) when the radiation source 1 exists at the coordinate value r1 in the radial direction R and the coordinate value z1 in the depth direction Z, Assume that the radiation source 1 exists at each position (r, z), such as the response function R r2, z2 (L, E) when the radiation source 1 exists at the coordinate value r2 in the radial direction R and the coordinate value z2 in the depth direction. Each response function is stored.
  • the response function R r, z (L, E) may take into account the interaction (attenuation, scattering, etc.) effect of the substance and the radiation 101 in the path from the radiation source 1 to the radiation detection unit 2.
  • FIG. 2A is a perspective view showing a predicted intensity distribution of the radiation source obtained by the inverse problem calculation unit 13 and the response function storage unit 14 of FIG. 2B is a conceptual diagram showing an example of an energy spectrum forming a predicted intensity distribution obtained by the inverse problem calculation unit 13 and the response function storage unit 14 of FIG.
  • the detection coordinate origin on the detection line 2L from the origin 30 of the radiation detection unit 2 is obtained from the pulse wave height distribution M by solving the above equation (2).
  • each position It is possible to extract the energy spectrum S r, z of the radiation 101 per unit time emitted from the radiation source 1 when it is assumed that the radiation source 1 exists in r, z).
  • Each position (r, z) does not represent one point, but the coordinate value r in the radial direction R from the detection coordinate origin 2P on the detection line 2L extending from the origin 30 of the radiation detection unit 2. And a position in an annular region represented by a relative position (r, z) defined by the coordinate value z in the depth direction Z.
  • the extracted plurality of energy spectra S r, z are excluded from the influence due to the interaction of the radiation detection unit 2 and the above-described statistical variation.
  • the energy information of the radiation 101 can be accurately known, and the accuracy of identification and quantitative analysis of the radioactive substance of the radiation source 1 is improved.
  • all the extracted energy spectra S r, z are grouped (grouped) for each identical coordinate value z (for example, a plurality of coordinate values z at predetermined intervals) in the depth direction Z.
  • a group is output to the distribution reconstruction unit 15.
  • Each of the energy spectra S r, z obtained for each position (r, z) where it is assumed that the radiation source 1 exists is the predicted intensity.
  • the energy spectrum group represents a three-dimensional distribution of predicted intensities for each position (r, z), and is a three-dimensional predicted intensity distribution.
  • the predicted intensity is obtained as an intensity for each energy.
  • the predicted intensity distribution is obtained for each measurement position of the radiation detection unit 2.
  • the predicted intensity is the intensity of radiation when it is assumed that the radiation source 1 exists at each position. Therefore, the predicted intensity can be paraphrased as virtual intensity. Similarly, the predicted intensity distribution can be rephrased as a virtual intensity distribution.
  • the response function storage unit 14 stores the response function R r, z (L, E) of the radiation detection unit 2.
  • the response function storage unit 14 may appropriately calculate the response function R r, z (L, E) in advance and store it in a database.
  • various response functions R r, z (L, E) can be stored in the response function storage unit 14 in advance.
  • a memory connected to a microprocessor constituting the response function storage unit 14 is configured. Then, the response function storage unit 14 outputs the stored response function R r, z (L, E) in response to the call from the inverse problem calculation unit 13.
  • the response function R r, z (L, E) indicates a relationship with the radiation detection unit output L that is output when only the radiation E having a single energy is incident on the radiation detector of the radiation detection unit 2.
  • the response function R r, z (L, E) is (1) the position and distribution of the radiation source 1; (2) The type, size and shape of the radiation detector of the radiation detector 2; (3) The radiation 101 emitted from the radiation source 1 such as a measurement system in which the radiation detection unit 2 is installed is determined by the interaction with the substance that has passed before reaching the radiation detection unit 2, for example, EGS5 (Electron Gamma)
  • the response function R r, z (L, E) can be calculated by a Monte Carlo transport calculation code for radiation behavior analysis such as shower ver.5). Alternatively, the response function R r, z (L, E) can be calculated experimentally.
  • the response function R r, z (L, E) is, for example, the coordinate value r in the radial direction R from the detection coordinate origin 2P on the detection line 2L extending from the origin 30 of the radiation detection unit 2.
  • the radiation source 1 is distributed for each combination of the coordinate value z in the depth direction Z. Specifically, for each predetermined coordinate value z in the depth direction Z on the detection line 2L of the radiation detection unit 2 Assuming that the radiation source 1 is distributed concentrically or annularly from the detection coordinate origin 2P, the above-mentioned radiation behavior analysis and experimental calculation are performed.
  • the detection coordinate origin 2P of the response function R r, z (L, E) can be arbitrarily determined, and may be set to other than the detection line 2L of the radiation detection unit 2.
  • the radiation detection unit 2 is described on the assumption that it has a cylindrical shape or a coaxial shape.
  • the present invention is not limited to this, and the response function R r, z (L, E) is not limited thereto.
  • the detected coordinate origin 2P, the coordinate value r in the radial direction R, and the coordinate value z in the depth direction Z can be appropriately selected.
  • the distribution region of the radiation source 1 of the prepared response function R r, z (L, E) can be arbitrarily determined.
  • the spatial resolution obtained becomes fine.
  • the spatial resolution becomes rough.
  • the distribution region of the radiation source 1 has a maximum length of 1 m in each of the length in the radial direction R and the length in the depth direction Z and the number of divisions is 100
  • the response function R r, z (L, E) is A total of 10,000 positions (r, z) are defined, and the position resolution in the radial direction R and the depth direction Z is 1 cm. Note that the maximum value and the number of divisions of the distribution region may be different in the radial direction R and the depth direction Z.
  • the distribution reconstruction unit 15 uses the predicted intensity distribution, which is an energy spectrum group for each combination of the coordinate value r in the radial direction R and the coordinate value z in the depth direction Z, output from the inverse problem calculation unit 13, to be measured.
  • the three-dimensional distribution of the radiation source 1 existing in the object 33 is estimated, and the position information of the radiation source 1 is output to the display unit 18.
  • the energy spectrum group output from the inverse problem calculation unit 13 is represented by a relative position from the origin 30 of the radiation detection unit 2 (or the position of the origin 30 of the distribution measurement unit 10). Therefore, the distribution reconstruction unit 15 uses the information on the measurement position of the radiation detection unit 2 acquired by the position measurement unit 3 to determine the positional relationship between the predicted intensity distributions acquired for each measurement position.
  • the distribution reconstruction unit 15 identifies regions where the predicted intensities are matched between the aligned predicted intensity distributions, and the radioactivity based on the three-dimensional distribution of the radiation source 1 and the three-dimensional distribution of the radiation source 1. Or estimate the radioactivity concentration.
  • FIGS. 3A and 3B and FIG. 4 are conceptual diagrams and FIG. 5 which is a processing flow.
  • FIG. 3A is a perspective view showing a method of extracting a radiation source distribution from the measurement results in two directions executed by the distribution reconstruction unit 15 in FIG. 1, and FIG. 3B is obtained by the distribution reconstruction unit 15 in FIG. It is a conceptual diagram which shows an example which derives
  • FIG. 4 is a perspective view showing a radiation source distribution extraction method from the measurement results in three directions obtained by the distribution reconstruction unit 15 of FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the distribution reconstruction process executed by the distribution reconstruction unit 15 of FIG.
  • the distribution reconstruction unit 15 confirms whether or not the coordinate information of the origin 30 of the position measurement unit 3 in FIG. 3A is input from the position measurement unit 3 and set in step S1 of FIG.
  • the process proceeds to step S2.
  • the process returns to step S1, and the position measuring unit 3 Will wait for input from. The operation of the position measuring unit 3 will be described later with reference to FIG.
  • step S2 the moving amount 32 from the origin 30 of the position measuring unit 3 is confirmed.
  • the movement amount 32 of the position measuring unit 3 from the origin 30 of the position of the position measuring unit 3 measured by the position measuring unit 3 with the movement of the radiation detecting unit 2 is 0, that is, the radiation detection of the position measuring unit 3 If the part 2 is at the origin 30, the process proceeds to step S3.
  • the movement amount of the radiation detection unit 2 of the position measurement unit 3 is not 0 and the radiation detection unit 2 is not at the origin 30, the process proceeds to step S4.
  • step S3 the origin 30 is determined as the measurement position A of the radiation detection unit 2A on the assumption that there is no movement of the radiation detection unit 2A.
  • the distribution reconstruction unit 15 creates a predicted intensity distribution 31 ⁇ / b> A from the measurement position A that is the origin 30.
  • the distribution reconstruction unit 15 creates a predicted intensity distribution 31 ⁇ / b> A that is a concentric axis of the radiation detection unit 2 ⁇ / b> A for a specific position in the depth direction from the origin 30.
  • the radiation detection unit 2A refers to the case where the radiation detection unit 2 is at the measurement position A, and does not mean that the radiation detection unit 2 is different from the radiation detection unit 2, but the radiation detection units 2B and 2C. The same applies to.
  • step S4 as shown in FIG. 3A, the energy spectrum group B is extracted by the inverse problem calculation unit 13 using the measurement value of the radiation detection unit 2B at the measurement position B moved with respect to the origin 30. To do. Then, a predicted intensity distribution 31B from the measurement position B taking into account the movement amount 32 from the origin 30 is created, and the process proceeds to step S5.
  • step S5 as shown in FIG. 3B, for the predicted intensity distribution 31A and the predicted intensity distribution 31B obtained by the above-described method, for example, the intensity of the energy band of interest is the same in a certain depth direction. It is determined whether or not an area exists. If it exists, the process proceeds to step S6. If not, the process returns to step S1.
  • step S6 if there is a region where the predicted intensity distribution 31A and the predicted intensity distribution 31B have the same or within a preset error range, the radiation source 1 is in that region. Assuming that the radiation source 1 exists, the position information of the radiation source 1 is output to the display unit 18, and the process returns to step S1.
  • the preset error is the radiation measurement accuracy of the radiation detector 2. In general, a radiation detector has a very high accuracy of about 3%, and in a bad case, has a measurement error of about 30 to 40%.
  • the origin 30 is initialized, or the measurement position of the radiation detection unit 2 is moved as shown in FIG.
  • the signal of 30 and the amount of movement 32 is received, and the processing from step S1 to step S6 is repeated as shown in FIG. Then, the position information of the radiation source 1 and the radioactivity or radioactivity concentration represented by the predicted intensity are output to the display unit 18.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a measurement method of case 1 by the radioactivity distribution measuring apparatus 100 of FIG. Case 1 in FIG. 7 is a case where the radiation source 1 is present on the detection line 2L of the radiation detection unit 2A and on the surface 33S of the measurement object 33.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a measuring method of case 2 by the radioactivity distribution measuring apparatus 100 of FIG.
  • the radiation source 1 is on the detection line 2L of the radiation detection unit 2A, and the radiation source 1 exists in the detection plane in the measurement object 33 and at a specific depth d from the surface 33S. Is the case.
  • Intensities of the predicted intensity distribution 31A, the predicted intensity distribution 31B, and the predicted intensity distribution 31C match at the center of the predicted intensity distribution 31A on the detection plane of the coordinate value z in the depth direction Z corresponding to the specific depth d inside A region exists, and a region where the intensities coincide with each other is a position where the radiation source 1 exists.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a measurement method of case 3 by the radioactivity distribution measuring apparatus 100 of FIG. Case 3 in FIG. 9 is a case where the radiation source 1 does not exist on the detection line 2L of any of the radiation detection units 2A, 2B, and 2C, but the radiation source 1 exists on the surface 33S of the measurement target 33.
  • a predicted intensity distribution 31A, a predicted intensity distribution 31B, and a predicted intensity distribution 31C are obtained.
  • the radiation source 1 is on the surface of the measurement object 33 and does not exist on the detection line 2L of any of the radiation detection units 2A, 2B, 2C.
  • the intensity distribution 31C has the same intensity, and the area where the intensity is the same is the position where the radiation source 1 exists.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a measurement method of case 4 by the radioactivity distribution measuring apparatus 100 of FIG.
  • the radiation source 1 does not exist on the detection line 2L of any of the radiation detection units 2A, 2B, 2C, but on the detection plane at a specific depth d from the surface 33S of the measurement object 33. This is a case where the radiation source 1 exists.
  • the predicted intensity distribution 31A in any region (other than the center of the predicted intensity distribution) of the detection plane of the coordinate value z in the depth direction Z corresponding to the specific depth d from the surface 33S of the object 33
  • the intensities of the predicted intensity distribution 31B and the predicted intensity distribution 31C are the same, and the region where the intensities match is the position where the radiation source 1 exists.
  • the distribution reconstruction unit 15 uses only a specific energy band count value (intensity) from a plurality of energy spectra output by the inverse problem calculation unit 13 to limit the distribution to a specific radioactive substance. Can measure. As shown in FIG. 2B and the like, the predicted intensity is obtained as an intensity for each energy. Therefore, the predicted intensity distribution is also obtained as an intensity distribution for each energy. When there is a notable radioactive substance, the distribution reconstruction unit 15 may estimate the distribution of the radiation source 1 using the predicted intensity of the energy band corresponding to the radioactive substance.
  • the energy of the radiation emitted by the radioactive substance cesium-137 is 662 keV
  • cesium- A distribution of the radiation source 1 limited to 137 can be obtained.
  • it can represent as a radioactivity by multiplying the said release value corresponding to the energy of the radiation which a radioactive substance discharge
  • the energy of the radiation emitted by the radioactive substance may be stored in advance in the internal memory of the distribution reconstruction unit 15 as a predetermined database.
  • the radioactive substance called from the database is stored. It is also possible to use a count of only the energy band corresponding to.
  • the stored database calls data specific to the radionuclide and performs radionuclide identification and quantitative analysis based on the data. Radionuclide identification and quantitative analysis are performed by calculating a count value of the energy band corresponding to the data called from the database in the extracted energy spectrum.
  • the database stores data including the energy and emission ratio of radiation emitted by the radionuclide.
  • the radionuclide is cesium-137
  • data such as an energy band of 662 keV and an emission rate of 85% is stored.
  • the calculation result of the distribution reconstruction unit 15 that is, the distribution result for each radioactive substance from the radiation source 1 is output to the display unit 18.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a position measurement process executed by the position measurement unit 3 of FIG.
  • the position measurement unit 3 acquires position information at the start of measurement by the radiation detection unit 2, and outputs the origin 30 at the start of measurement and the movement amount 32 with respect to the origin 30 to the distribution reconstruction unit 15. A specific operation flow will be described later with reference to FIG.
  • step S11 of FIG. 6 first, the position measuring unit 3 determines whether or not the information of the origin 30 is set in the distribution reconstruction unit 15, and when the information of the origin 30 is set (in step S11). YES) While proceeding to step S14, if the information of the origin 30 is not set (NO in step S11), for example, the measurement position on the detection line 2L of the radiation detector 2 is determined as the origin 30 in step S12, and the step The position information determined in S13 is output to the distribution reconstruction unit 15.
  • the origin 30 does not necessarily have to be on the detection line 2L of the radiation detection unit 2.
  • the position information of the radiation detection unit 2 and the response function R r stored in the response function storage unit 14 are used.
  • Z (L, E) the origin 30 may be set at an arbitrary position.
  • step S14 it is determined whether or not the origin 30 needs to be initialized. If it is necessary to initialize (YES in step S14), the process returns to step S11, and the origin 30 is determined again. Set. On the other hand, when it is not necessary to perform initialization (NO in step S14), the movement amount of the radiation detection unit 2 from the origin 30 is measured by the position measurement unit 3 in step S15, and from the origin 30 measured in step S16. The movement amount of the radiation detection unit 2 is output to the distribution reconstruction unit 15, and the position measurement process is terminated.
  • the acquisition of the position information may be, for example, a gyro sensor, an acceleration sensor, an ultrasonic sensor, a captured image by a laser scanner or a camera that is separately prepared, and the origin coordinates and the movement amount with respect to the origin coordinates can be measured. Any method may be used.
  • the acquisition of the position information by the position measurement unit 3 may be operated so as to be synchronized with the operation from the measurement start to the measurement end of the radiation detection unit 2 or may be operated independently.
  • the distribution of the radioactive substance contained in the measurement object 33 is performed by performing the measurement with the measurement position changed a plurality of times using the radiation detection unit 2 having no special shape or structure. Information can be obtained.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the radioactivity distribution measuring apparatus 100 of FIG. As shown in FIG. (1)
  • the radiation detector 2 is composed of a radiation detector 2a
  • the position measuring unit 3 is composed of a gyro sensor 3a
  • the signal amplifying unit 11 includes an amplifier 11a
  • the wave height calculation unit 12, the inverse problem calculation unit 13, and the distribution reconstruction unit 15 are configured by the processor 600, (5)
  • the display unit 18 includes the display 18a.
  • the processor 600 includes, for example, a memory 600b storing programs, data, and the like for processing of the wave height calculation unit 12, the inverse problem calculation unit 13, and the distribution reconstruction unit 15 executed by the CPU 600a, and an external interface (I / F) 600c, 600d, 600e, etc.
  • the wave height calculation unit 12, the inverse problem calculation unit 13, and the distribution reconstruction unit 15 may be configured by a digital circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) instead of the processor 600.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • preparations necessary for radiation measurement such as response functions R r, z (L, E) for each radiation energy in the response function storage unit 14 and various preset values necessary for the arithmetic processing, are prepared.
  • Data, tables, programs, etc. to be stored are stored in the memory 600b in advance.
  • this radioactivity distribution measuring apparatus becomes a form which a measurement person can carry in order to move the radiation detector 2a.
  • a predicted intensity distribution in which the radiation source 1 exists can be obtained without using a specially shaped radiation detector, and a plurality of different intensity distributions can be obtained.
  • the predicted intensity distribution obtained at the measurement position the three-dimensional distribution of the radiation source 1 including the depth direction can be measured with higher accuracy compared to the prior art without any special ingenuity in the radiation detector. Is possible.
  • the distribution reconstruction unit 15 uses the predicted intensity distribution calculated for a plurality of measurement positions and the position information of the measurement positions output from the position measurement unit, so that the predicted intensity is The matching region is identified, and the three-dimensional distribution of the radiation source 1, the radioactivity based on the three-dimensional distribution of the radiation source 1, and the radioactivity concentration are estimated.
  • the present invention is not limited to this, and the distribution reconstruction unit 15 uses the predicted intensity distribution calculated for a plurality of measurement positions and the position information of the measurement positions output from the position measurement unit to predict the intensity. May be estimated and only the three-dimensional distribution of the radiation source 1 may be estimated.
  • the distribution reconstruction unit 15 may further estimate at least one of the radioactivity based on the three-dimensional distribution of the radiation source 1 and the radioactivity concentration. Thereby, each can be estimated individually.
  • a plurality of concentric predicted intensity distributions for each measurement position obtained by the inverse problem calculation unit 13 are calculated, and the distribution reconstruction unit 15 performs the calculation.
  • the three-dimensional distribution of the radiation source 1 can be obtained from the predicted intensity distribution obtained for a plurality of measurement positions. Therefore, it is possible to obtain a three-dimensional distribution of the radiation source 1 without using an uneven radiation detector as in the prior art.
  • the difference depending on the position of the radiation in the depth direction Z can be measured by changing the position of the radiation detection unit 2, there is an especially remarkable effect that the position resolution in the depth direction Z is improved.
  • FIG. FIG. 12 is a block diagram showing a radioactivity distribution measuring apparatus 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the radiation distribution measuring apparatus 200 according to the second embodiment is compared with the radiation distribution measuring apparatus 100 according to the first embodiment in FIG. It is further characterized by further comprising a moving unit 4 that moves by mounting.
  • a moving unit 4 that moves by mounting.
  • the moving unit 4 uses a vehicle or a small helicopter, an unmanned airplane, a drone, or the like that can be remotely operated, for example, to measure the radiation detection unit 2 and the position measurement unit 3 by an operator's operation. It is a device that can be moved to. The remote operation may be either a wired method or a wireless method.
  • the distribution measurement unit 10 may be mounted on the moving unit 4, and a display unit 18 may be mounted.
  • the same effect as that of the radioactivity distribution measuring apparatus 100 according to the first embodiment can be obtained, and the moving unit 4 can detect the radiation.
  • the radiation detection unit 2 and the position measurement unit 3 can be moved to the measurement position intended by the measurer. Therefore, the measurement person at the time of measuring the distribution of radioactivity can carry out measurement at a plurality of positions without carrying the radioactivity distribution measurement apparatus 200, and can measure the position information of the radiation source 1. Furthermore, since only the radioactivity distribution measuring apparatus 200 can be set at the measurement site, it is possible to reduce the exposure amount of the measurer accompanying movement and measurement work.
  • the radioactivity distribution measuring apparatus 200 can be remotely moved to the moving unit 4 without the operator carrying the radioactivity distribution measuring apparatus 200.
  • the work of the measurer in the area where there is a risk of exposure is eliminated. There is an effect to reduce.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a radioactivity distribution measuring apparatus 300 according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 13, the radioactivity distribution measuring apparatus 300 according to Embodiment 3 further includes an imaging unit 5 as compared to the radioactivity distribution measuring apparatus 100 according to Embodiment 1 of FIG. It is a feature. Hereinafter, the difference will be described in detail.
  • the imaging unit 5 captures a still image or a moving image of the measurement site including the measurement object 33 using, for example, an optical digital camera at the same time or in advance with the measurement using the radiation detection unit 2.
  • the acquired image is output to the distribution reconstruction unit 15.
  • the distribution reconstruction unit 15 collates position information where the radiation source 1 exists on the image acquired by the imaging unit 5. For example, at the origin 30, an on-site image is acquired by the imaging unit 5, and the captured image of the site and the obtained position information of the radiation source 1 are superimposed and output to the display unit 18 for display.
  • the position information of the radiation source 1 obtained by the radiation detection unit 2 and the position measurement unit 3 is collated with a two-dimensional information image of the site photographed by the optical camera.
  • the imaging unit 5 can acquire three-dimensional information.
  • the radiation source 1 can be applied to an image having on-site three-dimensional information.
  • the position information may be collated, and the position information of the radiation source 1 may be superimposed on the on-site three-dimensional image and displayed.
  • the same effects as those of the radioactivity distribution measuring apparatus 100 according to the first embodiment can be obtained, and measurement can be performed using the imaging unit 5.
  • the position information of the radiation source 1 serving as the output of the distribution measuring unit 10 is collated with the spatial information recognized by a person and the like, and the optical imaged image and the distribution of radioactivity are displayed on the display unit 18 at the same time.
  • the understanding level of information can be improved. That is, in addition to the effect of the first embodiment, displaying the field image and the radioactivity distribution in an overlapping manner has the effect of improving the observation understanding of the radioactivity distribution.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a radioactivity distribution measuring apparatus 400 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 15 is a perspective view showing an example of use of the radioactivity distribution measuring apparatus 400 of FIG.
  • the radioactivity distribution measuring apparatus 400 according to the fourth embodiment includes a moving unit 4A corresponding to the moving unit 4 according to the second embodiment in FIG. 12, and the third embodiment in FIG.
  • the image pickup unit 5 is provided together.
  • the moving unit 4A includes the radiation detecting unit 2, the position measuring unit 3, and the imaging unit 5, and can move the radioactivity distribution measuring apparatus 400 to an intended measurement location by the operation of the measurer.
  • the position information of the radiation source 1 can be displayed on the image of the measurement site 700 in FIG. 15 acquired by the imaging unit 5.
  • the radioactivity distribution measuring apparatus 400 configured as described above, the same effects as those of the radioactivity distribution measuring apparatus 100 according to the first embodiment can be obtained, and the second embodiment and the second embodiment can be implemented.
  • the combination of form 3 allows the moving unit 4A to be remoted even in a region where the passage to the measurement site 700 is smaller than the measurer and where it cannot enter or where the measurer cannot work at the measurement site 700 because the radiation dose is very high.
  • By operating it is possible to obtain an image of the measurement site 700 and distribution information of radioactivity. Therefore, even in a region where the measurer cannot physically enter, when measuring the radioactivity distribution, the radioactivity distribution measuring device 400 can be measured at a plurality of positions without being carried by the measurer. It is possible to reduce the exposure amount of the measurer and to improve the observation understanding of the distribution information of the radiation source 1.
  • the radioactivity distribution measuring apparatus 400 can be moved remotely without carrying the radioactivity distribution measuring apparatus 400 by the operator.
  • the radioactivity distribution measuring apparatus 400 in addition to being able to install the radioactivity distribution measuring apparatus 400 in a place where no radiation can enter, there is no need for the operator to perform work in an area where there is a risk of exposure, and this has the effect of reducing the exposure dose.
  • by superimposing and displaying the image of the measurement site 700 and the radioactivity distribution there is an effect of improving the observation understanding of the radioactivity distribution.
  • FIG. FIG. 16 is a conceptual diagram showing a radioactivity distribution measuring apparatus 500 according to Embodiment 5 of the present invention.
  • Embodiment 5 is a configuration in which incident direction limiting means for obtaining direction information of radiation flying to the radiation detection unit 2 is added to Embodiments 1 to 4, as shown in FIG. Moreover, the incident direction range 41 from the radiation source 1 can be limited from the information on the incident direction of the radiation to be measured flying to the radiation detectors 2A and 2B. Therefore, in order to obtain the three-dimensional distribution of the radiation source 1, the number of times of moving the radioactivity distribution measuring apparatus 500 can be reduced, and the time required for measurement can be reduced.
  • FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing an incident direction range in the radioactivity distribution measuring apparatus 500 of FIG.
  • the incident direction means for limiting the incident direction range 41 of the radiation flying to the radiation detection units 2A and 2B, for example, as shown in FIG. 17, in front of the radiation detection units 2A and 2B, iron-based metal, lead, tungsten
  • a collimator 40 made of heavy metal such as a hole having an arbitrary size is provided. Thereby, the radiation from other than the hole provided in the collimator 40 may be shielded, and the incident direction range 41 of the radiation incident on the radiation detection units 2A and 2B may be limited.
  • the thickness of the collimator 40 varies depending on the energy of the target radiation, but about 10 cm of lead is required in the general radiation energy range (up to 3 MeV).
  • FIG. 18A is a longitudinal sectional view when the collimator 40 covers the entire side surfaces and a part of the upper surface of the radiation detection units 2A and 2B in the radioactivity distribution measuring apparatus 500 of FIG.
  • FIG. 18B is a longitudinal sectional view when the collimator 40 covers only the side surfaces of the radiation detection units 2A and 2B in the radioactivity distribution measuring apparatus of FIG.
  • the radiation detectors 2 ⁇ / b> A and 2 ⁇ / b> B have a shape that covers the entire side surface and a part of the upper surface in order to shield the radiation from the surroundings, or The shape which covers only the side surface may be sufficient.
  • the measurement is performed assuming that the radiation source 1 exists in the forward direction of the radiation detection units 2A and 2B.
  • the collimator 40 need not always be provided during the measurement of radiation.
  • information on the incident direction range 41 of the radiation incident on the radiation detection units 2A and 2B is obtained by the distribution reconstruction unit 15 (see FIGS. 1 and 12 to 14), for example, for a plurality of measurement positions.
  • the distribution reconstruction unit 15 By multiplying the predicted intensity distribution thus obtained by the correction coefficient in which the incident direction range 41 is set to 1 and other than the incident direction range 41 is set to 0, the three-dimensional distribution in which the radiation source 1 exists can be obtained from the first embodiment. It can be obtained with a smaller number of measurements than in the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing the range of the incident direction in the radiation distribution measuring apparatus from the reaction position in the depth direction of the radiation detectors 2A and 2B in FIG.
  • a reaction between the anode electrode and the cathode electrode using a difference in mobility of electrons and holes such as a CZT (CdZnTe: cadmium zinc telluride) semiconductor detector.
  • a CZT CdZnTe: cadmium zinc telluride
  • the collimator 40 to be arranged A defined response function may be stored.
  • the range in which the radiation source exists can be limited from the direction information in which the radiation source exists.
  • the distribution of the radiation source can be obtained with a smaller number of measurements.
  • a predicted intensity distribution in which the radiation source 1 exists can be obtained without using a specially shaped radiation detector, By using the predicted intensity distribution obtained at the measurement position, it is possible to measure the three-dimensional distribution of the radiation source 1 including the depth direction with high accuracy compared to the conventional technology without any special efforts to the radiation detector. It is.

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Abstract

放射線源からの被測定放射線を検出して検出信号を出力する放射線検出部と、放射線検出部の測定位置を測定する位置測定部と、検出信号に基づいて被測定放射線によるパルス波高分布を演算する波高演算部と、測定位置に対するパルス波高分布と、放射線検出部の位置を中心する半径方向と奥行き方向との組合せで決定される各位置に放射線源が存在すると仮定したときの複数の応答関数とを用いて、各位置に放射線源が存在すると仮定した場合に、仮定された放射線源から放出されたと推測される放射線の強度を予測強度として算出し、各位置に対する予測強度分布を演算する逆問題演算部と、予測強度分布と位置情報とを用いて、予測強度が一致する領域を同定して放射線源の３次元分布を推定する分布再構成部とを備える。

Description

放射能分布測定装置及び方法
　本発明は、測定対象物内に含まれる放射性物質の分布を測定する放射能分布測定装置及び方法に関する。
　従来の放射性物質の放射能分布を測定する手段として、測定対象領域内の放射線源の放射能を測定するガンマカメラがある（例えば、非特許文献１参照）。ガンマカメラは視野角内に存在する放射線源から飛来する放射線（主にγ線やＸ線）を複数の検出器を用いて計測することで、放射線の飛来方向を特定し、放射線源の３次元分布を測定していた。
　一般的なガンマカメラでは、視野角内の放射線源の存在する方向は特定できたが、奥行き方向の情報を得ることは困難であった。奥行き方向の測定には測定位置をズラし、視差から算出するシステムが必要となる。しかしながら、視差を生み出すために複雑な形状を有する検出器が複数必要になり、測定装置の構成を単純化できなかった（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－０６９７０１号公報
日立アロカメディカル株式会社，「ガンマカメラＨＧＤ－Ｅ１５００」，［ｏｎｌｉｎｅ］，平成２８年１１月２９日検索，インターネット（ＵＲＬ：http://www.hitachi.co.jp/products/healthcare/products-support/radiation/gammacamera/index.html）及びインターネット（ＵＲＬ：http://www.hitachi.co.jp/products/healthcare/news/ham/pdf/news20140919.pdf）
　従来技術では、凸凹形状の複数検出器と、用意した放射線源の存在位置に対応する放射線検出部の応答関数による演算から分布を測定していたが、特に放射線源の奥行き方向の分布測定は、放射線源が検出器から遠ざかるほど測定精度が落ちる。検出する放射線が平行に近づくために位置による差が現れにくいため、奥行き方向について精度を高めるためには検出器構造をより複雑化する問題があった。
　本発明の目的は以上の問題点を解決し、放射線源の３次元分布を放射線検出器そのものに特別な工夫を凝らすことなく、従来技術に比較して高精度に測定可能である放射能分布測定装置及び方法を提供することにある。
　本発明の一態様に係る放射能分布測定装置によれば、
　放射線源から飛来する被測定放射線を検出して検出信号を出力する放射線検出部と、
　前記放射線検出部が配置される測定位置を測定して出力する位置測定部と、
　前記検出信号に基づいて、前記被測定放射線によるパルス波高分布を演算する波高演算部と、
　所定の複数の測定位置に対してそれぞれ演算された複数のパルス波高分布と、所定の複数の位置のそれぞれに放射線源が存在すると仮定したときの複数の応答関数とを用いて、前記複数の位置のそれぞれに放射線源が存在すると仮定した場合に、仮定された放射線源から放出されたと推測される放射線の強度を予測強度として算出し、前記複数の位置に対する当該予測強度の分布を示す予測強度分布を演算して出力する逆問題演算部と、
　前記複数の測定位置に対して演算された予測強度分布と、前記位置測定部から出力される測定位置の位置情報とを用いて、予測強度が一致する領域を同定して放射線源の３次元分布を推定する分布再構成部とを備えたことを特徴とする。
　本発明に係る放射能分布測定装置によれば、特殊な形状の放射線検出器を用いることなく、放射線源の存在する予測強度分布を得ることができ、異なる複数の測定位置で得られた予測強度分布を用いることで、放射線検出器に特別な工夫をこらすことなく、従来技術に比較して高精度で、奥行き方向を含む放射線源の３次元分布を計測可能である。
本発明の実施の形態１に係る放射能分布測定装置１００の構成例を示すブロック図である。 図１の逆問題演算部１３と応答関数格納部１４により求められる放射線源の予測強度分布を示す斜視図である。 図１の逆問題演算部１３と応答関数格納部１４により求められる予測強度分布を成すエネルギースペクトルの一例を示す概念図である。 図１の分布再構成部１５により実行される、２方向の測定結果から放射線源分布の抽出方法を示す斜視図である。 図１の分布再構成部１５により求められる、２つの予測強度から放射線源が存在する領域を導出する一例を示す概念図である。 図１の分布再構成部１５により求められる３方向の測定結果から放射線源分布の抽出方法を示す斜視図である。 図１の分布再構成部１５により実行される分布再構成処理を示すフローチャートである。 図１の位置測定部３により実行される位置測定処理を示すフローチャートである。 図１の放射能分布測定装置１００によるケース１の測定方法を示す斜視図である。 図１の放射能分布測定装置１００によるケース２の測定方法を示す斜視図である。 図１の放射能分布測定装置１００によるケース３の測定方法を示す斜視図である。 図１の放射能分布測定装置１００によるケース４の測定方法を示す斜視図である。 図１の放射能分布測定装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る放射能分布測定装置２００を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る放射能分布測定装置３００を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る放射能分布測定装置４００を示すブロック図である。 図１４の放射能分布測定装置４００の使用例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係る放射能分布測定装置５００を示す概念図である。 図１６の放射能分布測定装置５００における入射方向範囲を示す縦断面図である。 図１６の放射能分布測定装置５００において、コリメータ４０が放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面全体及び上面の一部を覆う場合の縦断面図である。 図１６の放射能分布測定装置５００において、コリメータ４０が放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面のみを覆う場合の縦断面図である。 図１６において、放射線検出部２Ａ，２Ｂの深さ方向の反応位置から放射能分布測定装置５００における入射方向範囲を示す縦断面図である。
　以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施の形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る放射能分布測定装置１００の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態による放射能分布測定装置１００は、放射線検出部２と、位置測定部３と、分布測定部１０と、表示部１８とを備える。ここで、分布測定部１０は、信号増幅部１１と、波高演算部１２と、逆問題演算部１３と、応答関数格納部１４と、分布再構成部１５等とを備え、放射線検出部２からの検出信号と、位置測定部３からの測定位置の情報から放射線源１の分布を推定する。表示部１８は例えば液晶ディスプレイ等で構成される。
　放射線検出部２は、測定対象となる物質中の放射線源１から放出された被測定対象となる放射線１０１を検出して検出信号を信号増幅部１１に出力する。位置測定部３は、放射線検出部２の測定位置の情報を測定してその情報を分布再構成部１５に出力する。ここで、測定位置とは、各測定において、放射線検出部２が配置される位置を意味する。言い換えると、測定位置とは、放射線検出部２がどの位置から測定するかを表す。
　分布測定部１０において、信号増幅部１１は、例えば前置増幅器、波形整形増幅器等で構成される。また、波高演算部１２は、例えば多重波高分析器等で構成される。そして、逆問題演算部１３、応答関数格納部１４、及び分布再構成部１５は、例えば単一の又は複数のマイクロプロセッサで構成される。
　放射線検出部２は例えば、放射線１０１を検出する放射線検出器等を有する。例えば、放射線検出部２がシンチレーション式検出器である場合、放射線検出部２は放射線に対する有感部がシンチレーション材料等で構成される。シンチレーション材料は、放射線から付与されたエネルギーにより構成分子が励起され、基底状態に戻る際に蛍光（シンチレーション光）を発生する材料である。かかるエネルギーは、放射線とシンチレーション材料との光電吸収、コンプトン効果、電子対生成等の相互作用により付与される。それゆえ、測定試料の放射線源１から放出された放射線１０１がシンチレーション検出器に入射すると、シンチレーション材料に固有の波長を有するシンチレーション光が発生する。また、シンチレーション検出器は、発生したシンチレーション光を光電変換する光電陰極（光電変換部）を有する。そして、シンチレーション検出器は、光電変換部で光電変換された電荷をパルス検出信号として出力する。
　また、例えば、放射線検出部２が半導体式検出器である場合、電極を構成するｎ型半導体とｐ型半導体との間に逆バイアス電圧が印加され、逆バイアス電圧により生じる空乏層が放射線検出部を構成する。放射線源１から放出された放射線１０１が半導体式検出器に入射すると、放射線の電離作用により電子正孔対が生成する。そして、電子及び正孔がそれぞれ電極に移動し、半導体検出器はパルス検出信号を出力する。
　次に、分布測定部１０の動作について説明する。
　まず、信号増幅部１１は、放射線検出部２からのパルス検出信号に対して、予め設定された増幅率に従った増幅、信号の整形等を行って、波高演算部１２に出力する。波高演算部１２は、信号増幅部１１からのパルス検出信号に対してパルス波高分析を行い、パルス波高分布を演算する。ここで、パルス波高分布は、各波高のパルスの発生分布である。具体的には、波高演算部１２は、信号増幅部１１によって増幅されたパルス検出信号のうち、例えばピーク値が所定値以上のパルスについて、そのピーク値をＡＤ変換して出力する。
　演算されたパルス波高分布には、放射線源１から放出された放射線１０１の純粋なエネルギー情報だけでなく、放射線１０１と放射線検出部２及び放射線源１から放射線検出部２までに存在する物質との、光電吸収、コンプトン効果、電子対生成等の相互作用による影響が含まれる。それゆえ、抽出されたパルス波高分布には、全吸収ピーク、コンプトン連続部、エスケープピーク等が現れる。さらに、放射線源１から放出された放射線１０１が放射線検出部２に入射し、付与されたエネルギーが電荷に変換される過程では、放射線検出部２がエネルギーを付与された際に発生させる電荷量の統計的なバラつきによって、放射線検出部２に固有の統計的な広がりが付加される。それゆえ、エネルギー分解能（例えば、パルス波高分布のピーク部分の半値幅で定義される）が低下する。この場合、放射線源１に含まれる放射性核種の同定及び定量分析の精度が悪化するという問題が生じる。
　波高演算部１２で演算されたパルス波高分布は、逆問題演算部１３に入力される。逆問題演算部１３は、応答関数格納部１４に格納された応答関数を呼び出し、その応答関数を用いてパルス波高分布に対して逆問題演算を実行する。応答関数については後述する。複数の応答関数を応答関数格納部１４に格納することで、所定の応答関数を演算時に読み出すことができる。ここで、Ｍを測定値であるパルス波高分布とし、Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を応答関数とし、Ｓｒ，ｘを放射線１０１の相互作用による影響が排除されたエネルギースペクトル３４として、下記の式（１）が成立する。逆問題演算部１３は、式（１）の逆変換となる式（２）を計算し、エネルギースペクトルＳｒ，ｚを抽出する。なお、Ｌを放射線検出部２からの検出信号レベルであり、Ｅは入射γ線のエネルギーである。
Ｍ＝Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）・Ｓｒ，ｚ　　　　（１）
Ｓｒ，ｚ＝Ｒｒ，ｚ －１（Ｌ，Ｅ）・Ｍ　　　（２）
　ここで、Ｒｒ，ｚ －１（Ｌ，Ｅ）は応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）の逆行列となる。なお、添字のｒは、放射線検出部２の検出線（一般に、同軸形状又は円筒形状の放射線検出部２の同心軸の検出中心線をいい、放射線検出部２は検出線２Ｌおよびその近傍で放射線を検出可能である。）２Ｌに対して平行な平面（以下、検出平面という）上における検出座標原点２Ｐ（検出線２Ｌと検出平面ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３（例えば後述する図２Ａ参照）とが交差する点をいう）から当該検出平面ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３上で放射状の半径方向Ｒの座標値ｒを示し、ｚは、放射線検出部２の検出線２Ｌに平行な奥行き方向Ｚの座標値ｚを示す。すなわち、座標値ｒ，ｚを用いて検出平面ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３上の位置を（ｒ，ｚ）で表す。また、エネルギースペクトルＳｒ，ｚは、所定の位置（ｒ，ｚ）に存在する放射線源１から放出される放射線のエネルギー毎の強度を表す。なお、放射線のエネルギー毎の強度は、放射線の放出（発生）に対応する。
　ここで、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は、例えば、放射線検出部２の検出線２Ｌ上の検出座標原点２Ｐから、検出平面ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３上の半径方向Ｒの座標値ｒと、放射線検出部２から奥行き方向Ｚの座標値ｚとの組合せで定義される各位置（ｒ，ｚ）のいずれか１ヶ所に放射線源１が存在するものと仮定して、放射線源１から放出された放射線１０１と放射線検出部２の相互作用から定義される。従って、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は放射線源１が存在するものと仮定される位置の数だけ用意される。なお、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は放射線源１が存在するものと仮定される複数の位置は、放射線検出部２の原点３０（又は位置測定部３の原点３０）からの相対位置で表されるので、測定位置が変化しても応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は共通となる。ここで、各位置（ｒ，ｚ）を検出平面ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３上の半径方向Ｒの座標値ｒと、放射線検出部２から奥行き方向Ｚの座標値ｚとの組合せで定義されるので、明確に定義できる。
　放射線検出部２のいずれかの測定位置で得られた測定データとなるパルス波高分布に対して、用意した全ての応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を用いて式（２）による逆問題演算を行う。より具体的には、応答関数格納部１４には、半径方向Ｒの座標値ｒ１、奥行き方向Ｚの座標値ｚ１に放射線源１が存在するときの応答関数Ｒｒ１，ｚ１（Ｌ，Ｅ）、半径方向Ｒの座標値ｒ２、奥行き方向座標値ｚ２に放射線源１が存在するときの応答関数Ｒｒ２，ｚ２（Ｌ，Ｅ）など、各位置（ｒ，ｚ）に放射線源１が存在すると仮定したときの応答関数がそれぞれ格納されている。なお、前記応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は、放射線源１から放射線検出部２までの経路における物質と放射線１０１の相互作用（減衰や散乱など）効果を考慮してもよい。
　図２Ａは図１の逆問題演算部１３と応答関数格納部１４により求められる放射線源の予測強度分布を示す斜視図である。また、図２Ｂは図１の逆問題演算部１３と応答関数格納部１４により求められる予測強度分布を成すエネルギースペクトルの一例を示す概念図である。
　図２Ａに示すように、上記式（２）を解くことにより、パルス波高分布Ｍから、放射線検出部２の原点３０（又は位置測定部３の原点３０）からの検出線２Ｌ上の検出座標原点２Ｐからの半径方向Ｒの座標値ｒ及び奥行き方向Ｚの座標値ｚで定義される位置（ｒ，ｚ）にかかる応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）の組合せに応じて、各位置（ｒ，ｚ）に放射線源１が存在すると仮定したときの当該放射線源１から放出された単位時間あたりの放射線１０１のエネルギースペクトルＳｒ，ｚをそれぞれ抽出することができる。なお、各位置（ｒ，ｚ）は、１点を表しているわけではなく、放射線検出部２の原点３０から延在する検出線２Ｌ上の検出座標原点２Ｐからの半径方向Ｒの座標値ｒと、奥行き方向Ｚの座標値ｚとにより定義される相対位置（ｒ，ｚ）で表される環状の領域内の位置を表している。
　図２Ｂに示すように、抽出された複数のエネルギースペクトルＳｒ，ｚは、放射線検出部２の相互作用による影響、及び、前述の統計的なバラつきによる影響が排除されている。上記式（２）の計算により、放射線１０１のエネルギー情報を正確に知ることができ、放射線源１の放射性物質の同定及び定量分析の精度が向上する。
　そして、抽出された全てのエネルギースペクトルＳｒ，ｚは、奥行き方向Ｚの同一の各座標値ｚ（例えば、所定間隔毎の複数の座標値ｚ）毎に群化（グループ化）し、エネルギースペクトル群として、分布再構成部１５へ出力される。放射線源１が存在すると仮定された各位置（ｒ，ｚ）に対して求められたエネルギースペクトルＳｒ，ｚのそれぞれが予測強度となる。また、エネルギースペクトル群は、各位置（ｒ，ｚ）に対する予測強度の３次元分布を表しており、３次元の予測強度分布となる。図２Ｂに示す通り、予測強度は、エネルギー毎の強度として求められる。また、予測強度分布は、放射線検出部２の各測定位置に対して求められる。ここで、前述の通り、予測強度は、各位置に放射線源１が存在すると仮定された場合の放射線の強度である。したがって、予測強度を仮想強度と言い換えることもできる。同様に、予測強度分布を仮想強度分布と言い換えることができる。
　応答関数格納部１４は、放射線検出部２の応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を格納する。もしくは、応答関数格納部１４は、適宜、あらかじめ応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を算出し、データベース化して格納してもよい。これにより、種々の応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を予め応答関数格納部１４に格納できる。ここで、例えば応答関数格納部１４を構成するマイクロプロセッサに接続されたメモリとして構成される。そして、応答関数格納部１４は、逆問題演算部１３からの呼出しに応じて、格納された応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を出力する。
　応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は、単一エネルギーを有する放射線Ｅのみが放射線検出部２の放射線検出器に入射した際に出力される放射線検出部出力Ｌとの関係を示す。また、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は、
（１）放射線源１の位置及び分布と、
（２）放射線検出部２の放射線検出器の種類、寸法及び形状と、
（３）放射線検出部２を設置した測定体系等の放射線源１から放出された放射線１０１が放射線検出部２に到達するまでに通過した物質による相互作用と
によって決定され、例えば、ＥＧＳ５（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｇａｍｍａ　Ｓｈｏｗｅｒ　ｖｅｒ．５）等の放射線挙動解析用のモンテカルロ輸送計算コードによって、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を算出することができる。もしくは、実験的に応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）を算出することも可能である。
　ここで、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は前述のとおり、例えば、放射線検出部２の原点３０から延在する検出線２Ｌ上の検出座標原点２Ｐからの半径方向Ｒの座標値ｒと、奥行き方向Ｚの座標値ｚとの組合せ毎に放射線源１が分布するとして定義され、具体的には、放射線検出部２の検出線２Ｌ上の奥行き方向Ｚの所定の座標値ｚ毎に、検出座標原点２Ｐからの同心円又は環状に放射線源１が分布すると仮定して、前記のような放射線挙動解析や実験的に算出する。なお、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）の検出座標原点２Ｐは任意で決定でき、放射線検出部２の検出線２Ｌ上以外に設定してもよい。また、ここでは放射線検出部２が円柱形状又は同軸形状と仮定して説明しているが、本発明はこれに限らず、他の形状であれば、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）の検出座標原点２Ｐ、半径方向Ｒの座標値ｒ、及び奥行き方向Ｚの座標値ｚは適宜選択することができる。
　また、用意する応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）の放射線源１の分布領域は、任意で決定できる。例えば、放射線検出部２の検出線２Ｌに対して半径方向Ｒの座標値ｒ及び奥行き方向Ｚの座標値ｚを共に領域の分割数を多くすることで、得られる空間分解能は細かくなり、反対に分割数を少なくすることで、空間分解能は荒くなる。例えば、放射線源１の分布領域を半径方向Ｒの長さ及び奥行き方向Ｚの長さのそれぞれを最大１ｍとし、それぞれの分割数を１００とすると、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）は全部で１００００個の位置（ｒ，ｚ）に対応して定義され、半径方向Ｒ及び奥行き方向Ｚの位置分解能は１ｃｍとなる。なお、分布領域の最大値や分割数は、半径方向Ｒと奥行き方向Ｚで異なってもよい。
　分布再構成部１５は、逆問題演算部１３から出力された、半径方向Ｒの座標値ｒと奥行き方向Ｚの座標値ｚの組合せ毎のエネルギースペクトル群である予測強度分布を用いて、測定対象物３３に存在する放射線源１の３次元分布を推定し、放射線源１の位置情報を表示部１８へ出力する。逆問題演算部１３から出力されるエネルギースペクトル群は、放射線検出部２の原点３０（又は分布測定部１０の原点３０の位置）からの相対位置で表される。従って、分布再構成部１５は、位置測定部３で取得された放射線検出部２の測定位置の情報を用いて、各測定位置に対して取得された予測強度分布間の位置関係を決定する。さらに、分布再構成部１５は、位置合わせを行った予測強度分布同士で予測強度が一致する領域を同定し、放射線源１の３次元分布と、当該放射線源１の３次元分布に基づく放射能もしくは放射能濃度を推定する。
　次に、放射能分布測定装置１００の動作について以下説明する。ここで、説明を簡単にするために、概念図の図３Ａ及び図３Ｂと図４、及び処理フローである図５を参照して、放射能分布測定装置１００の動作について説明する。
　図３Ａは図１の分布再構成部１５により実行される、２方向の測定結果から放射線源分布の抽出方法を示す斜視図であり、図３Ｂは図１の分布再構成部１５により求められる、２つの予測強度から放射線源１が存在する領域を導出する一例を示す概念図である。また、図４は図１の分布再構成部１５により求められる３方向の測定結果から放射線源分布の抽出方法を示す斜視図である。さらに、図５は図１の分布再構成部１５により実行される分布再構成処理を示すフローチャートである。
　まず、分布再構成部１５では、図５のステップＳ１において、図３Ａの位置測定部３の原点３０の座標の情報が位置測定部３から入力されて設定されているかを確認する。原点３０の座標の情報が入力されているときは（ステップＳ１でＹＥＳ）ステップＳ２に進む一方、当該情報が入力されていないときは（ステップＳ１でＮＯ）、ステップＳ１に戻り、位置測定部３からの入力を待つこととなる。位置測定部３の動作については図６を参照して後述する。
　ステップＳ２において、位置測定部３の原点３０からの移動量３２を確認する。放射線検出部２の移動に伴う、位置測定部３で測定された位置測定部３の位置の原点３０からの位置測定部３の移動量３２が０である場合、すなわち位置測定部３の放射線検出部２が原点３０にある場合は、ステップＳ３へ進む。一方、位置測定部３の放射線検出部２の移動量が０でなく、放射線検出部２が原点３０にない場合は、ステップＳ４へ進む。
　ステップＳ３では、図３Ａに示すように、放射線検出部２Ａの移動がないとして、原点３０を放射線検出部２Ａの測定位置Ａとして決定する。次に、逆問題演算部１３により抽出したエネルギースペクトル群Ａについて、分布再構成部１５は、原点３０である測定位置Ａからの予測強度分布３１Ａを作成する。例えば、分布再構成部１５は、図３Ａに示すように、原点３０から、特定の奥行き方向位置について、放射線検出部２Ａの同心軸とした予測強度分布３１Ａを作成する。なお、ここでは、ある奥行き方向に対する面上の放射線源１の予測強度分布３１の作成方法についてのみ説明しているが、応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）で定義した奥行き方向全てに対応する予測強度分布３１についても同様の処理を行い作成する。ここで、放射線検出部２Ａとは、放射線検出部２が測定位置Ａにある場合を指しており、放射線検出部２とは別の放射線検出部を備えるという意味ではなく、放射線検出部２Ｂ、２Ｃについても同様である。
　一方、ステップＳ４では、図３Ａに示すように、原点３０に対して移動した測定位置Ｂにおいて、放射線検出部２Ｂの測定値を用いて前述した逆問題演算部１３により、エネルギースペクトル群Ｂを抽出する。そして、原点３０から移動量３２を加味した測定位置Ｂからの予測強度分布３１Ｂを作成し、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、また、図３Ｂに示すように、前述した方法にて得られた予測強度分布３１Ａ及び予測強度分布３１Ｂについて、例えば、ある深さ方向において、着目するエネルギー帯の強度が同一となる領域が存在するか否かが判断され、存在する場合はステップＳ６へ進む一方、存在しない場合はステップＳ１に戻る。
　ステップＳ６では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、予測強度分布３１Ａと予測強度分布３１Ｂの強度が、同一もしくは予め設定した誤差範囲内となる領域がある場合、その領域内に放射線源１が存在するとして、放射線源１の位置情報を表示部１８へ出力した後、ステップＳ１に戻る。ここで、予め設定した誤差とは、放射線検出部２のもつ放射線の測定精度とする。一般に放射線の検出器は非常に精度のよいものでも３％程度であり、悪い場合は３０～４０％程度の測定誤差がある。
　以降、図４に示すように放射線検出部２をさらに測定位置Ｃに移動させたり、又は、原点３０を初期化したり、放射線検出部２の測定位置を移動させる毎に、位置測定部３から原点３０や移動量３２の信号を受取り、図５に示すようにステップＳ１からステップＳ６までの処理を繰り返し行う。そして、放射線源１の位置情報及び、予測強度で表される放射能もしくは放射能濃度を表示部１８へ出力する。
　次いで、分布再構成部１５による放射線源１の分布情報の抽出方法について、図７、図８、図９、図１０を参照してそれぞれケース毎に説明する。
　図７は図１の放射能分布測定装置１００によるケース１の測定方法を示す斜視図である。図７のケース１は、放射線源１が放射線検出部２Ａの検出線２Ｌ上でかつ測定対象物３３の表面３３Ｓに存在する場合である。
　図７において、放射線検出部２を測定位置Ａから測定位置Ｂ及び測定位置Ｃへと移動させることで、各測定位置Ａ，Ｂ，Ｃで得られた測定データから、奥行き方向Ｚの所定の座標値ｚにおいて、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃを得る。ケース１では、放射線源１が測定対象物３３の表面３３Ｓにあり、かつ、放射線検出部２Ａの検出線２Ｌ上に存在するため、得られた全ての予測強度分布３１の中から、測定対象物３３の表面３３Ｓに対応する奥行き方向Ｚの座標値ｚの検出平面における予測強度分布３１Ａの中心部において、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃの強度が一致する領域が存在し、この強度が一致する領域が、放射線源１の存在する位置となる。
　図８は図１の放射能分布測定装置１００によるケース２の測定方法を示す斜視図である。図８のケース２は、放射線源１が放射線検出部２Ａの検出線２Ｌ上にあり、測定対象物３３中であって表面３３Ｓから特定の深さｄにある検出平面に放射線源１が存在する場合である。
　図８において、放射線検出部２を測定位置Ａから測定位置Ｂ及び測定位置Ｃへと移動させることで、各測定位置で得られた測定データから、奥行き方向Ｚの座標値ｚの検出平面において、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃを得る。ケース２では、放射線源１が測定対象物３３の内部にあり、かつ、放射線検出部２Ａの検出線２Ｌ上に存在するため、得られた全ての予測強度分布３１の中から、測定対象物３３の内部の特定の深さｄに対応する奥行き方向Ｚの座標値ｚの検出平面の予測強度分布３１Ａの中心部において、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃの強度が一致する領域が存在し、この強度が一致する領域が、放射線源１の存在する位置となる。
　図９は図１の放射能分布測定装置１００によるケース３の測定方法を示す斜視図である。図９のケース３は、いずれの放射線検出部２Ａ、２Ｂ，２Ｃの検出線２Ｌ上に放射線源１が存在しないが、測定対象物３３の表面３３Ｓに放射線源１が存在する場合である。
　図９において、放射線検出部２を測定位置Ａから測定位置Ｂ及び測定位置Ｃへと移動させることで、各測定位置で得られた測定データから、奥行き方向Ｚの座標値ｚの検出平面において、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃを得る。ケース３では、放射線源１が測定対象物３３の表面にあり、かつ、いずれの放射線検出部２Ａ，２Ｂ，２Ｃの検出線２Ｌ上に存在しないため、得られた全ての予測強度分布３１の中から、測定対象物３３の表面３３Ｓに対応する奥行き方向Ｚの座標値ｚの検出平面の（予測強度分布の中心部以外の）いずれかの領域において、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃの強度が一致し、この強度が一致する領域が、放射線源１の存在する位置となる。
　図１０は図１の放射能分布測定装置１００によるケース４の測定方法を示す斜視図である。図１０のケース４は、いずれの放射線検出部２Ａ，２Ｂ，２Ｃの検出線２Ｌ上に放射線源１が存在しないが、測定対象物３３の表面３３Ｓから特定の深さｄにある検出平面上に放射線源１が存在する場合である。
　図１０において、放射線検出部２を測定位置Ａから測定位置Ｂ及び測定位置Ｃへと移動させることで、各測定位置で得られた測定データから、奥行き方向Ｚの座標値ｚの検出平面において、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃを得る。ケース３では、放射線源１が測定対象物３３の内部にあり、かつ、いずれの放射線検出部２の検出線２Ｌ上に存在しないため、得られた全ての予測強度分布３１の中から、測定対象物３３の内部であってその表面３３Ｓから特定の深さｄに対応する奥行き方向Ｚの座標値ｚの検出平面の（予測強度分布の中心部以外の）いずれかの領域において、予測強度分布３１Ａ、予測強度分布３１Ｂ、予測強度分布３１Ｃの強度が一致し、この強度が一致する領域が、放射線源１の存在する位置となる。
　また、分布再構成部１５では、逆問題演算部１３が出力する複数のエネルギースペクトルから、特定のエネルギー帯のみの計数値（強度）を利用することで、特定の放射性物質にのみ限定して分布測定ができる。図２Ｂ等に示す通り、予測強度はエネルギー毎の強度として求められる。従って、予測強度分布もエネルギー毎の強度分布として求められる。注目すべき放射性物質がある場合には、分布再構成部１５は、その放射性物質に対応するエネルギー帯の予測強度を用いて放射線源１の分布を推定すればよい。
　例えば、放射性物質のセシウム－１３７が放出する放射線のエネルギーは６６２ｋｅＶであるため、前記のエネルギースペクトルから、対応するエネルギー帯のみの計数値を分布再構成部１５の処理に利用することで、セシウム－１３７に限った放射線源１の分布を得ることができる。また、放射性物質の放出する放射線のエネルギーに対応する放出割合を前記計数値に乗じることで、放射能として表すことができる。
　なお、放射性物質の放出する放射線のエネルギーについては、予め、分布再構成部１５の内部メモリに所定のデータベースとして格納しておいてもよく、分布再構成する際に、前記データベースから呼び出した放射性物質に対応するエネルギー帯のみの計数を用いるようにしてもよい。格納されたデータベースは、放射性核種に固有のデータを呼び出し、当該データに基づいて放射性核種の同定及び定量分析を行う。放射性核種の同定及び定量分析は、抽出されたエネルギースペクトルにおける、データベースから呼び出したデータに対応するエネルギー帯の計数値を算出することにより行う。ここで、データベースは、放射性核種が放出する放射線のエネルギー、放出割合を含むデータを格納する。例えば、放射性核種がセシウム－１３７である場合、放出されるγ線のエネルギー帯は６６２ｋｅＶ、放出割合は８５％、というデータ等を格納する。そして、分布再構成部１５の演算結果、すなわち放射線源１から放射性物質毎の分布結果を表示部１８へ出力する。
　図６は図１の位置測定部３により実行される位置測定処理を示すフローチャートである。位置測定部３は、放射線検出部２による測定開始時の位置情報を取得し、測定開始時の原点３０や原点３０に対する移動量３２を分布再構成部１５に出力する。具体的な動作フローについて図６を参照して後述する。
　図６のステップＳ１１において、まず、位置測定部３は分布再構成部１５に原点３０の情報が設定されているか否かを判定し、原点３０の情報が設定されているときは（ステップＳ１１でＹＥＳ）ステップＳ１４に進む一方、原点３０の情報が設定されていないときは（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１２において例えば放射線検出部２の検出線２Ｌ上の測定位置を原点３０に決定し、ステップＳ１３において決定した位置情報を分布再構成部１５へ出力する。なお、原点３０は、必ずしも放射線検出部２の検出線２Ｌ上でなくてもよく、分布再構成部１５において、放射線検出部２の位置情報と応答関数格納部１４に格納される応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）の空間座標を一致させれば、原点３０は任意の位置で設定してもよい。
　次いで、ステップＳ１４において、原点３０の初期化を行う必要があるか否かを判断し、初期化する必要がある場合は（ステップＳ１４でＹＥＳ）ステップＳ１１に戻り、再度、原点３０を決定して設定する。一方、初期化をする必要がない場合は（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１５で原点３０からの放射線検出部２の移動量を位置測定部３で測定し、ステップＳ１６において測定した原点３０からの放射線検出部２の移動量を分布再構成部１５へ出力して当該位置測定処理を終了する。
　ここで、位置情報の取得には、例えば、ジャイロセンサや加速度センサ、超音波センサ等や別途用意されたレーザースキャナやカメラによる撮像画像等が考えられ、原点座標と原点座標に対する移動量が計測できれば、いずれの方式であってもよい。なお、位置測定部３による位置情報の取得は、放射線検出部２の測定開始から測定終了までの動作と同期するように作動してもよく、又は単独に作動してもよい。
　また、本実施の形態では、以上の特殊な形状や構造を有しない放射線検出部２を用いて、測定位置を変えた測定を複数回行うことで、測定対象物３３に含まれる放射性物質の分布情報を得ることができる。
　図１１は図１の放射能分布測定装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、
（１）放射線検出部２が放射線検出器２ａで構成され、
（２）位置測定部３がジャイロセンサ３ａで構成され、
（３）信号増幅部１１が増幅器１１ａで構成され、
（４）波高演算部１２と逆問題演算部１３と分布再構成部１５がプロセッサ６００で構成され、
（５）表示部１８がディスプレイ１８ａで構成される。
　ここで、プロセッサ６００は例えば、ＣＰＵ６００ａで実行する波高演算部１２と逆問題演算部１３と分布再構成部１５の処理のためのプログラム、データ等を格納したメモリ６００ｂ、及び外部とのインターフェース（Ｉ／Ｆ）６００ｃ，６００ｄ，６００ｅ等から構成される。また、波高演算部１２と逆問題演算部１３と分布再構成部１５の部分をプロセッサ６００の代わりに、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のデジタル回路で構成してもよい。
　そして、演算処理に必要な、応答関数格納部１４での放射線のエネルギー毎の応答関数Ｒｒ，ｚ（Ｌ，Ｅ）、予め設定された各種設定値等の、放射線測定に必要な予め準備しておくデータ、テーブル、プログラム等はメモリ６００ｂに予め格納しておく。なお、この放射能分布測定装置は、放射線検出器２ａを移動させるために測定者が携帯可能な形態となっている。
　以上説明したように、本実施の形態に係る放射能分布測定装置によれば、特殊な形状の放射線検出器を用いることなく、放射線源１の存在する予測強度分布を得ることができ、異なる複数の測定位置で得られた予測強度分布を用いることで、放射線検出器に特別な工夫をこらすことなく、従来技術に比較して高精度で、奥行き方向を含む放射線源１の３次元分布を計測可能である。
　以上の実施の形態において、分布再構成部１５は、複数の測定位置に対して演算された予測強度分布と、前記位置測定部から出力される測定位置の位置情報とを用いて、予測強度が一致する領域を同定して放射線源１の３次元分布と、当該放射線源１の３次元分布に基づく放射能と、放射能濃度とを推定している。本発明はこれに限らず、分布再構成部１５は、複数の測定位置に対して演算された予測強度分布と、前記位置測定部から出力される測定位置の位置情報とを用いて、予測強度が一致する領域を同定して放射線源１の３次元分布のみを推定してもよい。また、分布再構成部１５はさらに、当該放射線源１の３次元分布に基づく放射能と、放射能濃度とのうちの少なくとも１つを推定してもよい。これにより、それぞれ個別に推定できる。
　以上の実施の形態によれば、逆問題演算部１３によって得られる各測定位置に対する同心円上の予測強度分布を複数（複数の測定位置に対して１つずつ）演算し、分布再構成部１５により、複数の測定位置に対して得られた予測強度分布から、放射線源１の３次元分布を求めることができる。そのため、先行技術のような凸凹形状の放射線検出部を用いること無く、放射線源１の３次元分布を得ることができる。また、放射線検出部２の位置の変えることによって奥行き方向Ｚの放射線の位置による違いが測定できるため、特に奥行き方向Ｚの位置分解能が向上するといった従来にない顕著な効果を奏するものである。
実施の形態２．
　図１２は本発明の実施の形態２に係る放射能分布測定装置２００を示すブロック図である。実施の形態２に係る放射能分布測定装置２００は、図１２に示すように、図１の実施の形態１に係る放射能分布測定装置１００に比較して、放射線検出部２と位置測定部３を搭載して移動させる移動部４をさらに備えたことを特徴としている。以下、上記相違点について詳述する。
　図１２において、移動部４は、例えば、遠隔操作が可能なビークル又は小型ヘリ、無人飛行機、ドローン等を用いて、放射線検出部２と位置測定部３を測定者の操作により、意図する測定箇所まで移動させることが可能な装置である。なお、遠隔操作は有線方式、無線方式いずれの方式でもよい。また、移動部４には前述した放射線検出部２と位置測定部３のみでなく、分布測定部１０を搭載してもよく、さらに表示部１８を搭載してもよい。
　以上のように構成された本実施の形態に係る放射能分布測定装置２００によれば、実施の形態１による放射能分布測定装置１００と同様の効果が得られると共に、移動部４により、放射線検出部２を測定者が意図する測定位置へ放射線検出部２と位置測定部３を移動させることができる。それゆえ、放射能の分布測定に際する測定者が放射能分布測定装置２００を持ち運ぶこと無く、複数位置での測定が可能になり、放射線源１の位置情報を測定することが可能になる。さらに、放射能分布測定装置２００のみを測定現場へ設定できるため、移動と測定作業に伴う測定者の被ばく量を軽減することができる。
　すなわち、実施の形態１の効果に加え、実施の形態２に係る構成を実現することにより、放射能分布測定装置２００を測定者が持ち運ぶこと無く、遠隔で放射能分布測定装置２００を移動部４により移動させることができ、測定者が侵入できないような場所へと放射能分布測定装置２００を設置できることに加えて、被ばくの恐れがある領域内での測定者の作業がなくなるため、被ばく量を軽減する効果がある。
実施の形態３．
　図１３は本発明の実施の形態３に係る放射能分布測定装置３００を示すブロック図である。実施の形態３に係る放射能分布測定装置３００は、図１３に示すように、図１の実施の形態１に係る放射能分布測定装置１００に比較して、撮像部５をさらに備えたことを特徴としている。以下、上記相違点について詳述する。
　図１３において、撮像部５は、放射線検出部２を用いて測定する際と同時又は予め、例えば、光学式のデジタルカメラを用いて、測定対象物３３を含む測定現場の静止画又は動画を撮影し、取得された画像を分布再構成部１５へ出力する。分布再構成部１５では、撮像部５により取得した画像上で放射線源１の存在する位置情報を照合させる。例えば、原点３０において、撮像部５で現場画像を取得し、現場の撮影画像と得られた放射線源１の位置情報を重ね合わせて表示部１８へ出力して表示する。
　なお、前述では光学式カメラにより撮影された現場を２次元情報の画像に、放射線検出部２と位置測定部３によって、得られた放射線源１の位置情報を照合させた。しかし、本発明はこれに限らず、撮像部５が３次元情報を取得可能な、例えば、レーザースキャナ、Ｋｉｎｅｃｔ等を用いることで、現場の３次元情報をもつ画像に対して、放射線源１の位置情報を照合させ、現場の３次元画像に放射線源１の位置情報を重ね合わせて表示してもよい。
　以上のように構成された本実施の形態による放射能分布測定装置３００によれば、実施の形態１による放射能分布測定装置１００と同様の効果が得られると共に、撮像部５を用いて、測定者等が認識する空間情報に分布測定部１０の出力となる放射線源１の位置情報を照合し、表示部１８に光学撮像画像と放射能の分布を同時に表示することで、放射線源１の分布情報に対する観測理解度を向上させることができる。すなわち、実施の形態１の効果に加え、現場の画像と放射能分布を重ね合せて表示することで、放射能分布の観測理解度を向上させる効果がある。
実施の形態４．
　図１４は本発明の実施の形態４に係る放射能分布測定装置４００を示すブロック図である。また、図１５は図１４の放射能分布測定装置４００の使用例を示す斜視図である。実施の形態４に係る放射能分布測定装置４００は、図１４に示すように、図１２の実施の形態２に係る移動部４に対応する移動部４Ａと、図１３の実施の形態３に係る撮像部５とをともに備えたことを特徴としている。
　図１４において、移動部４Ａは放射線検出部２と位置測定部３、撮像部５を搭載し、測定者の操作により、放射能分布測定装置４００を意図する測定箇所へ移動させることができ、かつ、放射線源１の位置情報を撮像部５が取得する図１５の測定現場７００の画像上に、表示することができる。
　以上のように構成された本実施の形態に係る放射能分布測定装置４００によれば、実施の形態１による放射能分布測定装置１００と同様の効果が得られると共に、実施の形態２と実施の形態３の組み合わせにより、測定現場７００までの通路等が測定者よりも小さく侵入できない領域や非常に放射線量が高く測定者が測定現場７００で作業できない場所等であっても、移動部４Ａを遠隔操作することで、測定現場７００の画像と放射能の分布情報を得ることができる。それゆえ、測定者が物理的に侵入できない領域においても、放射能の分布測定に際して、放射能分布測定装置４００を測定者が持ち運ぶこと無く、複数位置での測定ができ、さらに、測定作業に伴う測定者の被ばく量を軽減することができるとともに、放射線源１の分布情報に対する観測理解度を向上させることができる。
　すなわち、実施の形態１に係る効果に加え、この構成を実現することにより、放射能分布測定装置４００を測定者が持ち運ぶこと無く遠隔で放射能分布測定装置４００を移動させることができ、測定者が侵入できないような場所へと放射能分布測定装置４００を設置できることに加えて、被ばくの恐れがある領域内での測定者の作業がなくなるため、被ばく量を軽減する効果がある。また、測定現場７００の画像と放射能分布を重ね合せて表示することで、放射能分布の観測理解度を向上させる効果がある。
実施の形態５．
　図１６は本発明の実施の形態５に係る放射能分布測定装置５００を示す概念図である。実施の形態５は、実施の形態１から実施の形態４に対して、放射線検出部２に飛来する放射線の方向情報を得られる入射方向限定手段を付加させた構成であり、図１６に示すように、放射線検出部２Ａ、２Ｂに飛来する被測定放射線の入射方向の情報から放射線源１からの入射方向範囲４１を限定することができる。従って、放射線源１の３次元分布を求めるために、放射能分布測定装置５００を移動させる回数を減らすことができ、測定に有する時間を削減できる。
　図１７は図１６の放射能分布測定装置５００における入射方向範囲を示す縦断面図である。放射線検出部２Ａ，２Ｂに飛来する放射線の入射方向範囲４１を限定する入射方向手段としては、例えば、図１７に示すように、放射線検出部２Ａ，２Ｂの前方に、鉄系金属や鉛、タングステン等の重金属製のコリメータ４０（任意の大きさの穴が空いた）を設ける。これにより、コリメータ４０に設けた穴以外からの放射線を遮蔽し、放射線検出部２Ａ，２Ｂに入射する放射線の入射方向範囲４１を限定してもよい。
　ここで、限定された放射線の入射方向範囲４１については、コリメータ４０に設けた穴とコリメータ４０の厚さ、コリメータ４０と放射線検出部２Ａ，２Ｂの配置条件によって、図１７に示すように、物理的に決定する入射方向角度４４からなる円錐形状（無限高さ）となる。
　なお、コリメータ４０の厚みについては、対象とする放射線のエネルギーによって異なるが、一般的な放射線のエネルギー（～３ＭｅＶ）範囲であれば、鉛で１０ｃｍ程度が必要となる。
　図１８Ａは図１６の放射能分布測定装置５００において、コリメータ４０が放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面全体及び上面の一部を覆う場合の縦断面図である。また、図１８Ｂは図１６の放射能分布測定装置において、コリメータ４０が放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面のみを覆う場合の縦断面図である。
　図１８Ａ及び図１８Ｂの縦断面図に示すようにそれぞれ、周囲からの放射線を遮蔽するために放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面全体及び上面の一部を覆う形状、もしくは、放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面のみ覆う形状であってもよい。図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面全体及び上面の一部、もしくは側面のみ覆う場合、放射線検出部２Ａ，２Ｂの前方方向に放射線源１が存在するとして測定を行うことになるが、環境中のγ線や散乱線等の放射線検出部２Ａ，２Ｂの側面方向から飛来する放射線を遮蔽することにより、逆問題演算部１３の演算誤差を軽減する効果がある。なお、コリメータ４０は放射線の測定中に常時設けなくてもよい。
　ここで、放射線検出部２Ａ，２Ｂに入射した放射線の入射方向範囲４１の情報を前記分布再構成部１５（図１、図１２～図１４参照）により、例えば、複数の測定位置に対して得られた予測強度分布に、入射方向範囲４１を１とし、入射方向範囲４１以外を０とした、補正係数の乗じることで、放射線源１の存在する３次元分布を、前記の実施の形態１から実施の形態４よりも少ない測定回数で求めることができる。
　図１９は図１６において、放射線検出部２Ａ，２Ｂの深さ方向の反応位置から放射能分布測定装置における入射方向範囲を示す縦断面図である。
　前記コリメータ４０を設けることに加え、例えば、ＣＺＴ（ＣｄＺｎＴｅ：テルル化カドミウム亜鉛）半導体式検出器のように、電子と正孔の移動度の違いを利用して、アノード電極とカソード電極間の反応位置を得られることが一般的に知られている放射線検出部２Ａ，２Ｂ（例えば非特許文献２）を用いれば、図１９に示すように、検出部２に入射した放射線の深さ方向の反応位置４２から限定した入射方向角度４５から、前記入射方向範囲４１をさらに限定した入射方向範囲４３を得ることができるため、より少ない測定回数で放射線源１の存在する３次元分布を求めることができる。
　なお、実施の形態５の応答関数格納部１４においては、コリメータ４０を配置することによる放射線の散乱等を考慮し、逆問題演算部１３の演算による誤差を減少させるために、配置するコリメータ４０まで定義した応答関数を格納してもよい。
　以上説明したように、本実施形態５に係る放射能分布測定装置５００によれば、放射線源の存在する方向情報から、放射線源の存在する範囲を限定することができるため、実施形態１から実施の形態４に比較して、少ない測定回数で放射線源の分布を得ることができる。
　以上詳述したように、本発明に係る放射能分布測定装置によれば、特殊な形状の放射線検出器を用いることなく、放射線源１の存在する予測強度分布を得ることができ、異なる複数の測定位置で得られた予測強度分布を用いることで、放射線検出器に特別な工夫をこらすことなく、従来技術に比較して高精度で、奥行き方向を含む放射線源１の３次元分布を計測可能である。
　１　放射線源、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ　放射線検出部、２ａ　放射線検出器、２Ｌ　検出線、２Ｐ　検出座標原点、３　位置測定部、３ａ　ジャイロセンサ、４，４Ａ　移動部、５　撮像部、１０　分布測定部、　１１　信号増幅部、１１ａ　増幅器、１２　波高演算部、１３　逆問題演算部、１４　応答関数格納部、１５　分布再構成部、１８　表示部、１８ａ　ディスプレイ、３０　原点、　３１　予測強度分布、３２　移動量、３３　測定対象物、３４　エネルギースペクトル、４０　コリメータ、４１　入射方向範囲、４２　深さ方向反応位置、４３　限定した入射方向範囲、４４　入射方向角度、４５　限定した入射方向角度、１００，２００，３００，４００，５００　放射能分布測定装置、１０１　放射線、７００　測定現場、６００　プロセッサ、６００ａ　ＣＰＵ、６００ｂ　メモリ、６００ｃ，６００ｄ，６００ｅ　インターフェース（Ｉ／Ｆ）、Ｒ　半径方向、Ｚ　奥行き方向。

Claims (14)

  1. 　放射線源から飛来する被測定放射線を検出して検出信号を出力する放射線検出部と、
    　前記放射線検出部が配置される測定位置を測定して出力する位置測定部と、
    　前記検出信号に基づいて、前記被測定放射線によるパルス波高分布を演算する波高演算部と、
    　所定の複数の測定位置に対してそれぞれ演算された複数のパルス波高分布と、所定の複数の位置のそれぞれに放射線源が存在すると仮定したときの複数の応答関数とを用いて、前記複数の位置のそれぞれに放射線源が存在すると仮定した場合に、仮定された放射線源から放出されたと推測される放射線の強度を予測強度として算出し、前記複数の位置に対する当該予測強度の分布を示す予測強度分布を演算して出力する逆問題演算部と、
    　前記複数の測定位置に対して演算された予測強度分布と、前記位置測定部から出力される測定位置の位置情報とを用いて、予測強度が一致する領域を同定して放射線源の３次元分布を推定する分布再構成部とを備えたことを特徴とする放射能分布測定装置。
  2. 　前記分布再構成部はさらに、当該放射線源の３次元分布に基づく放射能と、放射能濃度とのうちの少なくとも１つを推定することを特徴とする請求項１記載の放射能分布測定装置。
  3. 　前記所定の複数の位置は、前記放射線検出部の位置を中心する半径方向と奥行き方向との組合せで定義されることを特徴とする請求項１又は２記載の放射能分布測定装置。
  4. 　前記複数の応答関数を格納する応答関数格納部をさらに備えたことを特徴とする請求項１～３のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定装置。
  5. 　前記放射線検出部が配置される測定位置を測定毎に移動させる移動部をさらに備えたことを特徴とする請求項１～４のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定装置。
  6. 　測定対象となる物質を含む領域の画像を撮像する撮像部と、
    　前記推定された放射線源の３次元分布と、前記撮像された画像とを重ねて表示する表示部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１～５のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定装置。
  7. 　前記放射線検出部は、飛来する被測定放射線を検出する放射線の入射方向を限定する入射方向限定手段を備えたことを特徴とする請求項１～６のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定装置。
  8. 　放射線検出部が、放射線源から飛来する被測定放射線を検出して検出信号を出力するステップと、
    　位置測定部が、前記放射線検出部が配置される測定位置を測定して出力するステップと、
    　波高演算部が、前記検出信号に基づいて、前記被測定放射線によるパルス波高分布を演算するステップと、
    　逆問題演算部が、所定の複数の測定位置に対してそれぞれ演算された複数のパルス波高分布と、所定の複数の位置のそれぞれに放射線源が存在すると仮定したときの複数の応答関数とを用いて、前記複数の位置のそれぞれに放射線源が存在すると仮定した場合に、仮定された放射線源から放出されたと推測される放射線の強度を予測強度として算出し、前記複数の位置に対する当該予測強度の分布を示す予測強度分布を演算して出力するステップと、
    　分布再構成部が、前記複数の測定位置に対して演算された予測強度分布と、前記位置測定部から出力される測定位置の位置情報とを用いて、予測強度が一致する領域を同定して放射線源の３次元分布を推定するステップとを含むことを特徴とする放射能分布測定方法。
  9. 　前記分布再構成部が、当該放射線源の３次元分布に基づく放射能と、放射能濃度とのうちの少なくとも１つを推定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８記載の放射能分布測定方法。
  10. 　前記所定の複数の位置は、前記放射線検出部の位置を中心する半径方向と奥行き方向との組合せで決定されることを特徴とする請求項８又は９記載の放射能分布測定方法。
  11. 　応答関数格納部が、前記複数の応答関数を格納するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８～１０のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定方法。
  12. 　前記放射線検出部が配置される測定位置を測定毎に移動させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項８～１１のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定方法。
  13. 　撮像部が、測定対象となる物質を含む領域の画像を撮像するステップと、
    　表示部が、前記推定された放射線源の３次元分布と、前記撮像された画像とを重ねて表示するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項８～１２のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定方法。
  14. 　入射方向限定手段が、飛来する被測定放射線を検出する放射線の入射方向を限定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８～１３のうちのいずれか１つに記載の放射能分布測定方法。
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