WO2019198125A1 - 電磁放射線検出装置及び方法 - Google Patents

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WO2019198125A1
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electromagnetic radiation
scintillator
pulse
signal
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憲男 伊藤
文亨 国本
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公立大学法人大阪府立大学
野洲メディカルイメージングテクノロジー株式会社
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    • G01T1/36Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/361Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry with a combination of detectors of different types, e.g. anti-Compton spectrometers

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to an electromagnetic radiation detection apparatus and method.
  • a scintillator when obtaining an energy spectrum of electromagnetic radiation, a scintillator, a photomultiplier tube (PMT) and a multi-pulse wave height analysis (MCA) are used in the following procedure.
  • the electromagnetic radiation incident on the scintillator gives energy to the electrons in the scintillator to cause ionization, and the secondary electrons avalanche further cause ionization, and these ionized and excited electrons recombine with holes.
  • a number of photons proportional to the incident energy is generated.
  • photons generated by the scintillator are converted into photoelectrons by the photoelectric effect on the photocathode of the photomultiplier tube.
  • Photoelectrons converted on the photocathode of the photomultiplier tube are amplified in the photomultiplier tube, then output as a current proportional to the incident energy of electromagnetic radiation, and converted into a voltage pulse.
  • the converted voltage pulses are obtained as a pulse height distribution (energy spectrum) by being counted as the number of pulses of each peak value at a fixed time by a multi-wave height analyzer.
  • the present invention has been made in view of the above, and is an electromagnetic radiation detection capable of detecting another emission spectrum (photoelectric spectrum) located in the energy band while suppressing the emission spectrum corresponding to Compton scattering.
  • An object is to provide an apparatus and method.
  • An electromagnetic radiation detection apparatus includes a first scintillation detector that detects incidence of electromagnetic radiation, and scattered electromagnetic radiation generated by Compton scattering of electromagnetic radiation inside the first scintillation detector, wherein the first scintillation detection First scintillation detection other than when the second scintillation detector that detects the scattered electromagnetic radiation that has gone out of the apparatus, the detection timing of the first scintillation detector, and the detection timing of the second scintillation detector are considered to be the same.
  • a multi-wave height analyzer that performs multi-wave height analysis based on the detection result of the detector.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of an energy spectrum at the time of ⁇ -ray detection.
  • FIG. 2 is a schematic configuration block diagram of a ⁇ -ray detection apparatus as the electromagnetic radiation detection apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the concealed photoelectric peak.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for revealing the concealed photoelectric peak.
  • FIG. 6 is a schematic configuration block diagram of a ⁇ -ray detection apparatus as an electromagnetic radiation detection apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is an operation process flowchart of the multi-wave height analyzer.
  • FIG. 8 is a schematic configuration block diagram of a ⁇ -ray detection apparatus as an electromagnetic radiation detection apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of an energy spectrum at the time of ⁇ -ray detection.
  • the energy spectrum at the time of ⁇ -ray detection obtained as a result of the above three types of phenomena includes total absorption peak PE, Compton continuity CC, Compton edge CE, backscattering peak RS, KX-ray peak KX. Etc.
  • the total absorption peak (photoelectric peak) PE causes a photoelectric effect, it causes Compton scattering, but the energy of ⁇ rays after Compton scattering is also given to other electrons, etc. All energy is consumed in the scintillator It is equivalent to.
  • the Compton continuation CC is such that when the ⁇ -rays go out of the scintillator after Compton scattering and carry away a part of the energy, the remaining energy given to the electrons continuously depends on the scattering angle between the ⁇ -rays and the electrons. Since it is distributed, the emission energy is also distributed continuously.
  • Compton edge CE corresponds to the case where the scattering angle is 180 degrees and the maximum energy is given to electrons in Compton scattering.
  • ⁇ -rays cause Compton scattering with surrounding materials such as shielding materials and measuring devices, and as a result, ⁇ -rays that have lost some energy are incident on the scintillator and light emission is caused by the photoelectric effect. It is.
  • the KX-ray peak KX is the result of ⁇ rays incident on the surrounding material ionizing the K-shell electrons of the material, the outer orbital electrons falling into the orbital space of the K-shell, generating characteristic X-rays and leading to light emission. It is.
  • an emission spectrum other than the emission spectrum caused by Compton scattering is included and concealed. May have been. Therefore, for example, when a plurality of radiation sources are identified and specified, there is a possibility that a corresponding emission spectrum cannot be found.
  • the emission spectrum (Compton continuous portion CC and Compton edge CE) corresponding to Compton scattering is suppressed, and another emission spectrum located in the energy band is detected.
  • a second scintillator is arranged on a surface other than the incident surface and the PMT installation surface of a first scintillator that is a scintillator that performs normal electromagnetic radiation detection, and detects gamma rays with reduced energy after Compton scattering.
  • the emission spectrum corresponding to Compton scattering (Compton continuous part CC and Compton) is controlled by controlling so as not to detect light emission that should be detected at the detection timing (controlling so as not to be subject to multiple wave height analysis).
  • the edge CE is suppressed and other desired emission spectra are detected.
  • FIG. 2 is a block diagram of a schematic configuration of a ⁇ -ray detection apparatus as an electromagnetic radiation detection apparatus according to a first embodiment.
  • the ⁇ -ray detection device 10 receives ⁇ -rays that are electromagnetic radiation from an incident surface 11 i, emits light by ionization, and outputs photons from the emission surface 11 o, and the emission surface 11 o of the first scintillator 11.
  • the second photomultiplier tube 14 that is output as the pulse height signal SP2, the first amplifier 15 that amplifies the first pulse height signal SP1 and outputs the first amplified pulse height signal ASP1, and the second pulse height signal SP2 are amplified.
  • MCA multi-wave height analyzer
  • the first scintillator 11, the first photomultiplier tube 12, and the first amplifier 15 constitute a first scintillation detector
  • the second scintillator 13, the second photomultiplier tube 14, and the second amplifier 16 are The 2nd scintillation detector is comprised.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the embodiment.
  • the electrons (e ⁇ ) and the corresponding holes that have transitioned to the conduction band can freely move within the scintillator material constituting the first scintillator 11. Then, when the electrons that have transitioned to the conduction band encounter holes while moving, they again transition to the valence band and generate photons (indicated by asterisks in FIG. 3).
  • the generated photons reach the photocathode 12PE of the first photomultiplier tube 12, they are photoelectrically converted into photoelectrons (e ⁇ ), and the first photomultiplier tube 12 performs electron multiplication. Eventually, the first pulse wave height signal SP1 is output.
  • the photons that have reached the second scintillator 13 are not incident on the second scintillator because the second scintillator 13 is configured not to transmit visible light.
  • the scattered ⁇ -rays ⁇ s generated by Compton scattering enter the second scintillator 13 and collide with electrons in the second scintillator 13 to give Compton scattering or photoelectrical energy that gives a part of energy to the electrons.
  • the electrons constituting the scintillator substance of the second scintillator 13 are finally excited to make a transition to the conduction band.
  • the electrons (e ⁇ ) and the corresponding holes that have transitioned to the conduction band freely move within the scintillator material that constitutes the second scintillator 13. Then, the electrons that have transitioned to the conduction band transition to the valence band again when they encounter holes during movement, generate photons, and when they reach the photocathode 14PE of the second photomultiplier tube 14, photoelectric conversion occurs. As a result, photomultiplier (e ⁇ ) is obtained, which is subjected to electron multiplication in the second photomultiplier tube 14 and finally outputted as the second pulse wave height signal SP2.
  • the output timing of the first pulse wave height signal SP1 and the output timing of the second pulse wave height signal SP2 due to one Compton scattering generated in the first scintillator 11 are as follows. I can think of it at the same time.
  • the second pulse wave height signal SP2 when the second pulse wave height signal SP2 is output, the first pulse wave height signal SP1 output at the same time is excluded from the multiple wave height analysis target in the multi-wave height analyzer 18, more specifically, Since the ting circuit 17 cuts off the output of the first photomultiplier tube 12 at the timing when the second amplified pulse height signal ASP2 is output, the counting due to Compton scattering in the energy spectrum is suppressed. is there.
  • the emission spectrum count caused by Compton scattering is reduced, and other emission spectra (photoelectric peaks) concealed in the emission spectrum caused by Compton scattering can be detected.
  • the influence of Compton scattering is suppressed and the corresponding emission spectrum is detected more reliably.
  • the first scintillator 11 of the ⁇ -ray detection apparatus 10 is irradiated with ⁇ -rays that are electromagnetic radiation from the incident surface 11i.
  • the electrons receiving the energy of ⁇ rays are:
  • photons are generated.
  • the generated photons are output from the emission surface 11o of the first scintillator 11, are incident on the first photomultiplier tube 12, are photoelectrically converted to generate photoelectrons, and a first pulse wave height signal corresponding to the total absorption peak. Is output to the first amplifier 15.
  • the incident energy of the incident ⁇ -ray is 1.022 MeV or more
  • an electron-pair generation that generates a pair of electrons and positrons using all the energy of the ⁇ -ray is performed.
  • the incident ⁇ rays do not have incident energy that can generate electron pairs is considered.
  • the scintillator powder is made into a paste so that the second scintillator 13 itself has no visible light impermeability.
  • it may be constituted by compression drying solidification and thickening.
  • a reflective material that transmits electromagnetic radiation (here, ⁇ rays) and reflects visible light, or an opaque material that transmits electromagnetic radiation and does not transmit visible light.
  • a material may be provided between the second scintillator 13 and the first scintillator 11.
  • the scattered ⁇ rays incident on the second scintillator 13 give energy to the electrons by the photoelectric effect or Compton scattering.
  • the electrons that have received energy by the scattered ⁇ -rays finally make a transition to the conduction band, move in the second scintillator 13, and transition to the valence band again when they are combined with holes, generating photons.
  • the generated photons are output from the emission surface 13o of the second scintillator 13, enter the second photomultiplier tube 14, are photoelectrically converted to generate photoelectrons, and the second pulse height signal SP2 is supplied to the second amplifier 16. Is output.
  • the second amplifier 16 amplifies the second pulse height signal SP2 and outputs the second amplified pulse height signal ASP2 to the gating circuit 17.
  • the gating circuit 17 cuts off the output of the first photomultiplier tube 12 at the timing when the second amplified pulse height signal ASP2 is output.
  • the first amplifier 15 receives scattered ⁇ rays and incident ⁇ rays.
  • the first pulse wave height signal SP1 of the photon corresponding to the electrons sharing the energy should have been output.
  • the output of the first photomultiplier tube 12 is blocked by the gating circuit 17, the output of the first pulse wave height signal SP1 disappears, and therefore the first pulse wave height signal SP1 corresponding to a photon whose amount of energy is indefinite due to Compton scattering.
  • the multi-wave height analyzer 18 are not output to the multi-wave height analyzer 18 as the first amplified pulse height signal ASP1.
  • the output of the first photomultiplier tube 12 is cut off each time the second amplified pulse height signal ASP2 is output to the gating circuit 17, so that the first pulse caused by Compton scattering is relatively produced.
  • the count number of the crest signal that is, the count number corresponding to the Compton continuous part CC and the Compton edge CE can be suppressed.
  • the number of counts of other photoelectric peaks that are hidden by the count of the Compton continuous part CC or the Compton edge CE can be made relatively high, and these photoelectric peaks can be made obvious. is there.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the concealed photoelectric peak. As shown in FIG. 4, when the output of the first photomultiplier tube by Compton scattering is performed as usual, for example, two photoelectric peaks HEP1 and HEP2 are buried in the Compton continuous part CC or Compton edge CE and concealed. It is assumed that it was in a state.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for revealing the concealed photoelectric peak. As a result, as shown in FIG. 5, two buried photopeaks HEP1 and HEP2 become apparent. Therefore, since a desired photoelectric peak can be identified, a plurality of radiation sources can be discriminated and specified.
  • the second scintillator does not transmit visible light.
  • the second scintillator blocks visible light and transmits gamma rays that are electromagnetic radiation. It is also possible to configure the filter so as to be laminated on the incident surface of the second scintillator. By comprising in this way, desired performance can be exhibited, without receiving to the influence of a composition, structure, etc. of a 2nd scintillator.
  • FIG. 6 is a schematic configuration block diagram of a ⁇ -ray detection apparatus as an electromagnetic radiation detection apparatus according to the second embodiment.
  • the same parts as those in FIG. 6 differs from the first embodiment of FIG. 1 in that the timing determination unit 19A has a function corresponding to the gating circuit 17, and the timing determination unit 19A is based on the output of the second amplifier 16. It is determined whether or not the first amplified pulse height signal ASP1 that is the output of the amplifier 15 can be used, and based on the determination result, the multiple wave height analyzer 18A performs multiple wave height analysis based on the first amplified pulse height signal ASP1 to be analyzed. It is a point to do.
  • ⁇ -rays which are electromagnetic radiation
  • the photoelectric effect or Compton scattering occurs in the first scintillator 11, but the ⁇ after Compton scattering.
  • Photons generated when all energy is consumed in the scintillator 11 by giving the energy of the line to other electrons, for example, are output from the emission surface 11o of the first scintillator 11, and are multiplied by the first photomultiplier.
  • the light enters the tube 12 and is photoelectrically converted to generate photoelectrons, and a first pulse wave height signal corresponding to the total absorption peak is output to the first amplifier 15.
  • the incident ⁇ -ray causes Compton scattering in the first scintillator
  • the energy of a part of the ⁇ -ray is given to the electrons to be blown off, and the ⁇ -ray is scattered and scattered as scattered ⁇ -rays in the second scintillator 13. It will enter into.
  • the pulse wave height signal SP1 is output to the first amplifier 15.
  • the first amplifier 15 amplifies the first pulse wave height signal SP1 and outputs the first amplified pulse wave height signal ASP1 to the timing determination unit 19A.
  • the scattered ⁇ -rays incident on the second scintillator 13 give energy to electrons by the photoelectric effect or Compton scattering.
  • the electrons receiving energy by the scattered ⁇ rays move in the second scintillator 13 and generate photons when they are combined with holes.
  • the generated photons are output from the emission surface 13o of the second scintillator 13, enter the second photomultiplier tube 14, are photoelectrically converted to generate photoelectrons, and the second pulse height signal SP2 is supplied to the second amplifier 16. Is output.
  • the second amplifier 16 amplifies the second pulse wave height signal SP2 and outputs the second amplified pulse wave height signal ASP2 to the timing determination unit 19A.
  • FIG. 7 is an operation process flowchart of the timing determination unit and the multi-wave height analyzer.
  • the timing determination unit 19A first performs detection processing of the first amplified pulse height signal ASP1 and the second amplified pulse height signal ASP2 (step S11).
  • the timing determination unit 19A determines whether or not the output timing of the first amplified pulse height signal ASP1 and the output timing of the second amplified pulse height signal ASP2 are the same timing (step S12).
  • step S12 If the output timing of the first amplified pulse wave height signal ASP1 and the output timing of the second amplified pulse wave height signal ASP2 are the same timing in the determination of step S12 (step S12; Yes), the timing determination unit 19A Assuming that the first amplified pulse height signal ASP1 is caused by Compton scattering, the first amplified pulse height signal ASP1 output at the same timing as the output timing of the second amplified pulse height signal ASP2 is excluded from the target of wave height analysis. The output to the multi-wave height analyzer 18A is prohibited (step S13), and the process proceeds to step S15.
  • step S12 when there is no first amplified pulse peak signal ASP1 output at the same timing as the output timing of the second amplified pulse peak signal ASP2 (step S12; No), the timing determination unit 19A
  • the 1 amplified pulse wave height signal ASP1 is not caused by Compton scattering, that is, is caused by the photoelectric effect or the like, and the first amplified pulse wave height signal ASP1 is set as a wave height analysis target to the multiple wave height analyzer 18A.
  • the multi-wave height analyzer 18A outputs the multi-wave height analyzer and counts it (step S14).
  • the timing determination unit 19A determines whether or not a predetermined wave height analysis period has elapsed and it is the display timing of the wave height analysis result (step S15).
  • step S15 If it is determined in step S15 that the predetermined wave height analysis period has not yet elapsed and the display timing of the wave height analysis result has not yet been reached (step S15; No), processing is performed to continue the wave height analysis. The process again proceeds to step S11, and the above-described processing (steps S11 to S15) is performed.
  • step S15 when it is determined in step S15 that the predetermined wave height analysis period has elapsed and the display timing of the wave height analysis result is reached (step S15; Yes), the waveform analysis result is displayed in a predetermined format (step S15). Step S16).
  • the multi-wave height analyzer 18A excludes the first amplified pulse wave height signal corresponding to the timing at which the second amplified pulse wave height signal is output as a pulse wave height signal corresponding to Compton scattering from the target of wave height analysis. Yes (not counting).
  • the first amplified pulse height signal subjected to the pulse height analysis does not correspond to a photon whose amount of energy is indefinite due to Compton scattering. That is, the count number corresponding to the Compton continuous part and the Compton edge can be suppressed.
  • the count number of other photoelectric peaks that are hidden by the count of the Compton continuous part CC or the Compton edge CE can be made relatively high, and these photoelectric peaks can be revealed.
  • FIG. 8 is a schematic configuration block diagram of a ⁇ -ray detection apparatus as an electromagnetic radiation detection apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 8 the same parts as those in FIG. 8.
  • the incident surfaces 13i of the second scintillators 13-1 to 13-4 are arranged on the peripheral surfaces except the incident surface 11i and the emission surface 11o of the first scintillator 11.
  • second photomultiplier tubes 14-1 to 14-4 are arranged on the exit surfaces 13o of the second scintillators 13-1 to 13-4, respectively, and based on the outputs of the second amplifiers 16-1 to 16-4.
  • a timing determination unit 19B is provided for determining whether or not the first amplified pulse height signal that is the output of the first amplifier 15 can be adopted.
  • the first scintillator 11 has a quadrangular prism shape for easy understanding, and has four peripheral surfaces in addition to the incident surface 11i and the output surface 11o.
  • the incident ⁇ -ray ⁇ i is incident from the front side to the back side of the paper surface of FIG. 8, and the first photomultiplier tube 12 is disposed in the back side of the first scintillator 11. To do.
  • the ⁇ -ray detection device 10B receives a ⁇ -ray that is electromagnetic radiation from an incident surface 11i, emits light by ionization, and outputs photons from the emission surface 11o, and from the emission surface 11o of the first scintillator 11.
  • the photon that is output is subjected to photoelectric conversion to generate photoelectrons, the electron multiplication is performed and the first photomultiplier tube 12 that outputs the first pulse wave height signal, and the visible light generated in the first scintillator 11 is transmitted.
  • the scattered ⁇ -rays generated by the Compton scattering of ⁇ -rays are incident on the first scintillator 11 from the incident surface 13 i arranged so as to face the first peripheral surface of the first scintillator 11.
  • the second scintillator 13-1 that emits light by ionization and outputs photons from the exit surface 13o
  • the first scintillator 11 Scattered ⁇ rays generated by Compton scattering of ⁇ rays in the first scintillator 11 from the incident surface 13 i arranged so as not to transmit light and disposed so as to face the second peripheral surface of the first scintillator 11.
  • the first scintillator 11 is configured not to transmit visible light generated in the first scintillator 11.
  • Scattered ⁇ -rays generated by Compton scattering of ⁇ -rays are incident on the first scintillator 11 from the incident surface 13i arranged so as to face the third peripheral surface of the first light, and light is emitted by the ionization action to emit photons.
  • the second scintillator 13-3 output from the first scintillator 11 and the visible light generated by the first scintillator 11 are not transmitted.
  • scattered ⁇ -rays generated by Compton scattering of ⁇ -rays are incident on the first scintillator 11 from the incident surface 13i arranged so as to face the fourth peripheral surface of the first scintillator 11, and are ionized.
  • a second scintillator 13-4 that emits light and outputs photons from the exit surface 13o.
  • Generating photoelectrons, and a second photomultiplier tube 14-4 to be output as the second pulse height signal SP24 performing electron multiplication ( current amplification), the.
  • the second scintillators 13-1 to 13-4 are configured so as not to transmit the visible light generated in the first scintillator 11, the second scintillators 13-1 to 13-4 themselves do not transmit visible light.
  • the scintillator powder may be made into a paste, compressed, dried, solidified, and thickened so as to have permeability.
  • a reflecting material that transmits electromagnetic radiation here, ⁇ rays
  • An opaque material that does not transmit visible light may be provided between each of the second scintillators 13-1 to 13-4 and the first scintillator 11.
  • the ⁇ -ray detection device 10B amplifies the first pulse wave height signal SP1 and amplifies the first pulse wave height signal output from the first amplifier 15 that outputs the first amplified pulse wave height signal and the second scintillator 13-1.
  • a second amplifier 16-3 that amplifies the second pulse wave height signal output from the second scintillator 13-3 and outputs a second amplified pulse wave height signal, and a second pulse output from the second scintillator 13-4
  • the second amplifier 16-4 that amplifies the wave height signal and outputs the second amplified pulse wave height signal, and a timing determination unit 19B, and the timing determination unit 19B includes the second amplifiers 16-1 to 16-4.
  • a multi-wave height analyzer 18B that determines whether or not the first amplified pulse wave height signal that is the output of the first amplifier 15 can be adopted based on the force, and performs multi-wave height analysis based on the adopted first amplified pulse wave height signal; It has.
  • the first scintillator 11, the first photomultiplier tube 12, and the first amplifier 15 constitute a first scintillation detector
  • Each of the photomultiplier tube 14-X and the second amplifier 16-X constitutes a second scintillation detector.
  • the incident ⁇ -ray causes Compton scattering in the first scintillator
  • the ⁇ -ray is scattered by giving a part of energy of the ⁇ -ray to the electron, and the scattered ⁇ -ray depends on the scattering direction.
  • the light enters one of the four second scintillators 13-1 to 13-4.
  • the pulse wave height signal SP1 is output to the first amplifier 15.
  • the first amplifier 15 amplifies the first pulse wave height signal SP1 and outputs the first amplified pulse wave height signal ASP1 to the timing determination unit 19B.
  • the scattered ⁇ rays incident on the second scintillators 13-1 to 13-4 give energy to the electrons by the photoelectric effect or Compton scattering.
  • the electrons that receive energy by the scattered ⁇ rays move in the second scintillators 13-1 to 13-4, and generate photons when they are combined with holes.
  • the generated photons are output from the exit surfaces 13o of the second scintillators 13-1 to 13-4, enter the corresponding second photomultiplier tubes 14-1 to 14-4, and are photoelectrically converted. Photoelectrons are generated and the second pulse height signals SP21 to SP24 are output to the corresponding second amplifiers 16-1 to 16-4.
  • the second amplifier 16-1 amplifies the second pulse wave height signal SP21 and outputs the second amplified pulse wave height signal ASP21 to the timing determination unit 19B.
  • the second amplifier 16-2 amplifies the second pulse wave height signal SP22 and outputs the second amplified pulse wave height signal ASP22 to the timing determination unit 19B
  • the second amplifier 16-3 outputs the second pulse wave height signal SP23.
  • the second amplified pulse wave height signal ASP23 is output to the timing determination unit 19B
  • the second amplifier 16-4 amplifies the second pulse wave height signal SP24 and supplies the second amplified pulse wave height signal ASP24 to the timing determination unit 19B. Output to.
  • the timing determination unit 19B determines whether or not the output timing of the first amplified pulse height signal ASP1 is the same as the output timing of any of the second amplified pulse height signals ASP21 to ASP24 (step S12). .
  • step S12 If it is determined in step S12 that the output timing of the first amplified pulse height signal ASP1 and the output timing of any of the second amplified pulse height signals ASP21 to ASP24 are the same timing (step S12; Yes), the timing The determination unit 19B assumes that the first amplified pulse wave height signal ASP1 is caused by Compton scattering, and outputs the first amplification signal output at the same timing as the output timing of any of the second amplified pulse wave height signals ASP21 to ASP24.
  • the pulse wave height signal ASP1 is excluded from the wave height analysis object and is not sent to the multiple wave height analyzer 18B (step S13), and the process proceeds to step S15.
  • the timing determination unit 19B The first amplified pulse height signal ASP1 is not caused by Compton scattering, that is, caused by the photoelectric effect, etc., so that the first amplified pulse height signal ASP1 is subjected to the multiple wave height analysis using the first amplified pulse height signal ASP1. To the machine 18B.
  • the multi-wave height analyzer 18B has the first amplified pulse height signal ASP1 whose output timing of the first amplified pulse height signal ASP1 is the same as the output timing of any of the second amplified pulse height signals ASP21 to ASP24.
  • the first amplified pulse height signal ASP1 that is excluded from the analysis target and the output timing of the first amplified pulse height signal ASP1 is not the same as the output timing of all the second amplified pulse height signals ASP21 to ASP24 is multiplexed as the height analysis target. Wave height analysis is performed and counted (step S14).
  • the first amplified pulse height signal ASP1 subjected to wave height analysis does not correspond to a photon having an indefinite amount of energy due to Compton scattering, and thus is relatively caused by Compton scattering detected in various directions.
  • the number of counts of the first pulse height signal SP1 to be performed that is, the number of counts corresponding to the Compton continuous portion CC or the Compton edge CE can be suppressed.
  • the generation timing of the scattered ⁇ -ray can be detected regardless of the scattering direction of the scattered ⁇ -ray due to Compton scattering, and is hidden by the count of the Compton continuous part.
  • the count number of other photoelectric peaks can be made relatively high, and these photoelectric peaks can be manifested more reliably as compared with the second embodiment.
  • the first scintillator 11 has been described as having a quadrangular prism shape. However, even if the first scintillator 11 has a polygonal prism shape (more than a triangular prism shape), a cylindrical shape, a spherical shape, etc.
  • the present invention can be similarly applied as long as one or more sets of second scintillators and second photomultiplier tubes can be arranged at positions where electromagnetic radiation can be detected.
  • the output timing of the first pulse height signal SP1 which is the detection result of the first scintillator 11 and the first photomultiplier tube 12, is the second scintillator 13-1 to 13-4 and the second photoelectron.
  • the timing determination unit 19B of the multi-wave height analyzer 18B determines whether it is the same as any of the output timings of the second pulse wave height signals SP21 to SP24, which are detection results of the multipliers 14-1 to 14-4.
  • a gating circuit to which the second pulse wave height signals SP21 to SP24 are input may be provided to block the output of the first photomultiplier tube 12. Is possible.

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Abstract

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

Description

電磁放射線検出装置及び方法
 本発明の実施形態は、電磁放射線検出装置及び方法に関する。
 従来、電磁放射線のエネルギースペクトルを求める場合には、シンチレータ、光電子増倍管(PMT:Photo Multiplier tube)及び多重パルス波高分析(MCA:Multi Channel Analyzer)を用いて以下の手順で行われていた。
 シンチレータに入射した電磁放射線は、シンチレータ内の電子にエネルギーを与えて電離させ、その2次電子が雪崩的にさらに電離を引き起こし、これらの電離・励起された電子が正孔と再結合することによって最終的に入射エネルギーに比例した数の光子を生成する。
 次にシンチレータで生成された光子は、光電子増倍管の光電面において光電効果により光電子に変換される。
 光電子倍増管の光電面において変換された光電子は、光電子倍増管内で増幅された後、電磁放射線の入射エネルギーに比例した電流として出力され、電圧パルスに変換される。
 変換された電圧パルスは多重波高分析器で一定時間ごとの各波高値のパルス数としてカウントされることにより、パルス波高分布(エネルギースペクトル)として得られることとなっていた。
特開2014-190754号公報
石川正純 他5名、「中性子捕捉療法のための熱中性子リアルタイムモニタの開発」 放射線 Vol.31 No.4(2005) 279頁~285頁
 ところで、シンチレータ内では、電磁放射線の入射により、シンチレータを構成している物質内で、コンプトン散乱が生じる。
 そして、コンプトン散乱に対応するエネルギー帯(エネルギースペクトル部分)、特に、コンプトン連続部及びコンプトンエッジに相当するエネルギー帯においては、コンプトン散乱に起因する発光スペクトル以外の発光スペクトルが含まれて、隠蔽されている可能性がある。
 したがって、例えば、複数の放射線源を弁別して特定するような場合には、対応する発光スペクトルを見いだせない虞があった。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンプトン散乱に対応する発光スペクトルを抑制して当該エネルギー帯に位置する他の発光スペクトル(光電スペクトル)を検出することが可能な電磁放射線検出装置及び方法を提供することを目的としている。
 実施形態の電磁放射線検出装置は、電磁放射線の入射を検出する第1シンチレーション検出器と、第1シンチレーション検出器内部で電磁放射線のコンプトン散乱により生じた散乱電磁放射線であって、前記第1シンチレーション検出器外に出た前記散乱電磁放射線を検出する第2シンチレーション検出器と、第1シンチレーション検出器の検出タイミングと第2シンチレーション検出器の検出タイミングとが同一と見做せる場合以外の第1シンチレーション検出器の検出結果に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機と、を備える。
図1は、γ線検出時のエネルギースペクトルの一例の説明図である。 図2は、第1実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。 図3は、実施形態の原理説明図である。 図4は、隠蔽されている光電ピークの説明図である。 図5は、隠蔽されていた光電ピークの顕在化の説明図である。 図6は、第2実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。 図7は、多重波高分析機の動作処理フローチャートである。 図8は、第3実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。
 次に図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
 まず、実施形態の説明に先立ち、実施形態の電磁放射線検出装置の原理について説明する。
 以下の説明においては、電磁放射線としてγ線を検出する場合を例として電磁放射線検出装置の原理について説明する。
 電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置では、シンチレータに入射したγ線は、各種電離過程を経て最終的にシンチレータ結晶の結晶格子上の価電子にエネルギーを与え、電子を伝導帯に押し上げる。
 一方、電子がはじき出された価電子帯には正孔が形成される。
 これらの結果、伝導帯の電子と価電子帯の正孔は各々自由に動き回り、電子と正孔とが出会うと、電子は伝導帯から価電子帯に落ち、エネルギーを放出することとなり、このエネルギーが光として放出されて発光が起きる。
 ところで、シンチレータに入射したγ線と電子との相互作用においては、以下の三つの現象が生じる。
 (1)光電効果
 (2)コンプトン散乱
 (3)電子対生成
 光電効果においては、γ線のエネルギーは、全て電子に与えられ、γ線は消失する。
 また、コンプトン散乱においては、γ線のエネルギーの一部が電子に運動エネルギーとして与えられて電子がはじき飛ばされ、γ線は残ったエネルギーにより元の進んでいた方向とは別の方向に進み、シンチレータ内でさらに他の電子をはじき出しながら減衰するか、あるいは、シンチレータ外に出て行くこととなる。
 電子対生成は、γ線の入射エネルギーが1.022MeV以上の時には、γ線のエネルギーを全て使って、電子と陽電子の対を生成することとなる。
 図1は、γ線検出時のエネルギースペクトルの一例の説明図である。
 図1に示すように、上記三種類の現象の結果として得られるγ線検出時のエネルギースペクトルとしては、全吸収ピークPE、コンプトン連続部CC、コンプトンエッジCE、後方散乱ピークRS、KX線ピークKX等が挙げられる。
 全吸収ピーク(光電ピーク)PEは、光電効果を起こした場合、コンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ内で消費した場合に相当するものである。
 コンプトン連続部CCは、コンプトン散乱後にγ線がシンチレータ外に出て行ってエネルギーの一部を持ち去った場合には、電子に与えられる残りのエネルギーはγ線と電子との散乱角度によって連続的に分布するので、発光エネルギーも連続的に分布することとなったものである。
 コンプトンエッジCEは、コンプトン散乱において、散乱角度が180度であり、電子に最大のエネルギーを与えた場合に相当するものである。
 後方散乱ピークRSは、γ線が遮蔽材、測定装置等周辺の物質とコンプトン散乱を起こし、その結果、エネルギーを一部失ったγ線がシンチレータに入射して光電効果により発光に到ったものである。
 KX線ピークKXは、周囲の物質に入射したγ線が当該物質のK殻電子を電離し、K殻の空いた軌道に外軌道電子が落ち込み特性X線を発生して発光に到ったものである。
 ところで、コンプトン散乱に対応するエネルギー帯(エネルギースペクトル部分)、特に、コンプトン連続部CC及びコンプトンエッジCEに相当するエネルギー帯においては、コンプトン散乱に起因する発光スペクトル以外の発光スペクトルが含まれて、隠蔽されている可能性がある。
 したがって、例えば、複数の放射線源を弁別して特定するような場合には、対応する発光スペクトルを見いだせない虞がある。
 そこで、本実施形態においては、コンプトン散乱に対応する発光スペクトル(コンプトン連続部CC及びコンプトンエッジCE)を抑制して当該エネルギー帯に位置する他の発光スペクトルを検出することとしている。
 具体的には、通常の電磁放射線検出を行うシンチレータである第1シンチレータ)の入射面及びPMT設置面以外の面に第2シンチレータを配置し、コンプトン散乱後のエネルギーが減少したγ線を検出し、当該検出タイミングにおいて検出されるはずの発光の検出をしないように制御する(多重波高分析の対象外とするように制御する)ことで、コンプトン散乱に対応する発光スペクトル(コンプトン連続部CC及びコンプトンエッジCE)を抑制し、相対的に所望の他の発光スペクトルを検出するのである。
 この結果、コンプトン散乱に起因する発光スペクトルに隠蔽されていた他の発光スペクトルを検出することができ、複数の放射線源を弁別して特定するような場合にコンプトン散乱の影響を抑制してより確実に対応する発光スペクトルを検出することができる。
[1]第1実施形態
 図2は、第1実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。
 γ線検出装置10は、入射面11iから電磁放射線であるγ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面11oから出力する第1シンチレータ11と、第1シンチレータ11の出射面11oから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍(=電流増幅)を行って第1パルス波高信号SP1として出力する第1光電子増倍管12と、可視光を透過させないように構成されるとともに、入射面13iから第1シンチレータ11においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面13oから出力する第2シンチレータ13と、第2シンチレータ13の出射面13oから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍(=電流増幅)を行って第2パルス波高信号SP2として出力する第2光電子増倍管14と、第1パルス波高信号SP1を増幅して第1増幅パルス波高信号ASP1を出力する第1アンプ15と、第2パルス波高信号SP2を増幅して第2増幅パルス波高信号ASP2を出力する第2アンプ16と、第2増幅パルス波高信号ASP2が出力されたタイミングで第1光電子増倍管12の出力を遮断するゲーティング回路17と、第1増幅パルス波高信号ASP1に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機(MCA)18と、を備えている。
 上記構成において、第1シンチレータ11及び第1光電子増倍管12及び第1アンプ15は、第1シンチレーション検出器を構成し、第2シンチレータ13及び第2光電子増倍管14及び第2アンプ16は、第2シンチレーション検出器を構成している。
 ここで、第1実施形態のγ線検出装置の動作説明に先立ち、実施形態の原理を説明する。
 図3は、実施形態の原理説明図である。
 第1シンチレータ11の入射面11iから入射した入射γ線γiは、第1シンチレータ11内において電子に衝突して、電子にエネルギーの一部を与えるコンプトン散乱を起こすと、最終的に第1シンチレータ11のシンチレータ物質を構成している電子を励起して伝導帯に遷移させるとともに、残りのエネルギーを有する散乱γ線γsとなる。
 これにより、伝導帯に遷移した電子(e-)及び対応する正孔は、第1シンチレータ11を構成しているシンチレータ物質内を自由に移動するようになる。
 そして、伝導帯に遷移した電子は、移動中に正孔と出会うと再び価電子帯に遷移し、光子(図3中、☆印で示す)を生成する。
 生成された光子は、第1光電子増倍管12の光電面12PEに到ると、光電変換がなされて光電子(e-)となって、第1光電子増倍管12において電子増倍がなされて最終的には、第1パルス波高信号SP1として出力されることとなる。
 また、生成された光子のうち、第2シンチレータ13に到った光子は、第2シンチレータ13が可視光を透過させないように構成されているため、第2シンチレータ内に入射されることはない。
 これに対して、コンプトン散乱により生じた散乱γ線γsは、第2シンチレータ13内に入射し、第2シンチレータ13内おいて電子に衝突して、電子にエネルギーの一部を与えるコンプトン散乱あるいは光電効果を起こすと、最終的に第2シンチレータ13のシンチレータ物質を構成している電子を励起して伝導帯に遷移させる。
 これにより、伝導帯に遷移した電子(e-)及び対応する正孔は、第2シンチレータ13を構成しているシンチレータ物質内を自由に移動するようになる。
 そして、伝導帯に遷移した電子は、移動中に正孔と出会うと再び価電子帯に遷移し、光子を生成し、第2光電子増倍管14の光電面14PEに到ると、光電変換がなされて光電子(e-)となって、第2光電子増倍管14において電子増倍がなされて最終的には、第2パルス波高信号SP2として出力されることとなる。
 上述した動作は、非常に高速に行われるため、第1シンチレータ11内において生じた一つのコンプトン散乱に起因する第1パルス波高信号SP1の出力タイミングと、第2パルス波高信号SP2の出力タイミングとは、同時と見做せる。
 すなわち、統計的には、第2パルス波高信号SP2が出力されたタイミングと同時に出力された第1パルス波高信号SP1は、一つのコンプトン散乱に起因するとみなしても問題がないと推定される。
 したがって、第2パルス波高信号SP2が出力された場合には、同時に出力された第1パルス波高信号SP1を多重波高分析機18における多重波高分析対象から除外することで、より具体的には、ゲーティング回路17が、第2増幅パルス波高信号ASP2が出力されたタイミングで第1光電子増倍管12の出力を遮断することで、エネルギースペクトルにおけるコンプトン散乱に起因する計数を抑制するようにしているのである。
 この結果、コンプトン散乱に起因する発光スペクトルの計数が低下し、当該コンプトン散乱に起因する発光スペクトルに隠蔽されていた他の発光スペクトル(光電ピーク)を検出することができ、複数の放射線源を弁別して特定するような場合にコンプトン散乱の影響を抑制してより確実に対応する発光スペクトルを検出するようにしているのである。
 次に第1実施形態のγ線検出装置の動作を説明する。
 γ線検出装置10の第1シンチレータ11には、入射面11iから電磁放射線であるγ線が入射される。
 このとき、入射したγ線が第1シンチレータ11内において、光電効果が発生した場合、又は、コンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与えられる等して全てのエネルギーをシンチレータ11内で消費した場合には、入射したγ線のエネルギーは、全て電子に与えられて、γ線は消失することとなる。したがって、入射したγ線に起因して第2シンチレータ13にγ線が入射することはない。
 一方、光電効果又はコンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ11内で消費した場合、γ線のエネルギーを受け取った電子は、第1シンチレータ11内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第1シンチレータ11の出射面11oから出力され、第1光電子増倍管12に入射して、光電変換されて光電子を生成し、全吸収ピークに相当する第1パルス波高信号が第1アンプ15に出力される。
 また、入射したγ線の入射エネルギーが1.022MeV以上の場合には、理論的にはγ線のエネルギーを全て使って電子と陽電子の対を生成する電子対生成がなされることとなる。しかしながら、本実施形態においては、理解の容易の為、入射したγ線が電子対生成がなされるような入射エネルギーを持っていない場合についてのみ考慮することとする。
 これらに対し、入射したγ線が第1シンチレータ11内において、コンプトン散乱を起こした場合には、γ線の一部のエネルギーを電子に与えてはじき飛ばし、γ線は散乱されて散乱γ線として第2シンチレータ13に入射することとなる。
 この場合において、第2シンチレータ13を可視光は透過できないため、散乱γ線のみが入射することとなる。
 上記構成において、第2シンチレータ13を第1シンチレータ11において生成された可視光を透過させないように構成するとは、第2シンチレータ13自体を可視光の非透過性を有するように、シンチレータパウダーをペースト化して圧縮乾燥固化、厚膜化して構成するようにすればよい。
 あるいは、第2シンチレータ13と第1シンチレータ11との間に、電磁放射線(ここでは、γ線)を透過し可視光を反射する反射材、あるいは、電磁放射線を透過し可視光を透過しない不透過材を設けるようにすればよい。
 一方、コンプトン散乱によりγ線のエネルギーを受け取った電子は、最終的に価電子帯から伝導帯に遷移するとともに第1シンチレータ11内を移動し、正孔と結合した時点で再び価電子帯に遷移し光子を生成する。生成された光子は、第1シンチレータ11の出射面11oから出力され、第1光電子増倍管12に入射して、光電変換されて光電子を生成し、受け取ったγ線のエネルギーに相当する第1パルス波高信号SP1が第1アンプ15に出力される。
 これと同時に第2シンチレータ13に入射した散乱γ線は、光電効果あるいはコンプトン散乱によりエネルギーを電子に与える。
 散乱γ線によりエネルギーを受け取った電子は、最終的に伝導帯に遷移するとともに、第2シンチレータ13内を移動し、正孔と結合した時点で再び価電子帯に遷移し、光子を生成する。生成された光子は、第2シンチレータ13の出射面13oから出力され、第2光電子増倍管14に入射して、光電変換されて光電子を生成し、第2パルス波高信号SP2が第2アンプ16に出力される。
 第2アンプ16は、第2パルス波高信号SP2を増幅して第2増幅パルス波高信号ASP2をゲーティング回路17に出力する。
 この結果、ゲーティング回路17は、第2増幅パルス波高信号ASP2が出力されたタイミングで第1光電子増倍管12の出力を遮断する。
 ところで、第1光電子増倍管12の出力を遮断したタイミングにおいて、第1光電子増倍管12の出力を遮断しなかった場合には、第1アンプ15には、散乱γ線と入射γ線のエネルギーを分け合った電子に対応する光子の第1パルス波高信号SP1が出力されていたはずである。しかしながら、ゲーティング回路17による第1光電子増倍管12の出力の遮断により、第1パルス波高信号SP1の出力が無くなるため、コンプトン散乱によりエネルギー量が不定の光子に対応する第1パルス波高信号SP1が増幅されて第1増幅パルス波高信号ASP1として多重波高分析機18に出力されることもなくなる。
 同様にして、第2増幅パルス波高信号ASP2のゲーティング回路17への出力の度に第1光電子増倍管12の出力が遮断されることにより、相対的に、コンプトン散乱に起因する第1パルス波高信号のカウント数、すなわち、コンプトン連続部CC及びコンプトンエッジCEに対応するカウント数を抑制できることとなる。
 したがって、コンプトン連続部CCあるいはコンプトンエッジCEのカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークのカウント数を相対的に高くすることができ、これらの光電ピークを顕在化することができるのである。
 ここで、より具体的にコンプトン連続部CCあるいはコンプトンエッジCEのカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークの顕在化について説明する。
 図4は、隠蔽されている光電ピークの説明図である。
 図4に示すように、コンプトン散乱による第1光電子増倍管の出力を通常通り行った場合には、例えば、二つの光電ピークHEP1、HEP2がコンプトン連続部CCあるいはコンプトンエッジCEに埋もれて隠蔽された状態となっていたものとする。
 この状態において、コンプトン散乱に起因するパルス波高信号のカウントを抑制することにより、コンプトン連続部CC及びコンプトンエッジCEを含むコンプトン散乱に起因するパルス波高信号のカウント数が全体的に低下する。
 図5は、隠蔽されていた光電ピークの顕在化の説明図である。
 この結果、図5に示すように、埋もれていた二つの光電ピークHEP1、HEP2が顕在化することとなる。
 従って、所望の光電ピークを識別できるので、複数の放射線源を弁別して特定することが可能となる。
[1.1]第1実施形態の変形例
 以上の第1実施形態においては、第2シンチレータが可視光を透過しない構成としていたが、可視光を遮断し、電磁放射線であるγ線を透過するフィルタを第2シンチレータの入射面に積層するように構成することも可能である。
 このように構成することにより、第2シンチレータの組成、構造などの影響を受けることなく、所望の性能を発揮できる。
[2]第2実施形態
 次に第2実施形態について説明する。
 図6は、第2実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。図6において、図1と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
 図6において、図1の第1実施形態と異なる点は、ゲーティング回路17に相当する機能をタイミング判定部19Aに持たせ、タイミング判定部19Aが第2アンプ16の出力に基づいて、第1アンプ15の出力である第1増幅パルス波高信号ASP1の採用可否を判別し、この判別結果に基づいて多重波高分析機18Aが波高分析対象の第1増幅パルス波高信号ASP1に基づいて多重波高分析を行う点である。
 次に第2実施形態のγ線検出装置の動作を説明する。
 γ線検出装置10Aの第1シンチレータ11には、入射面11iから電磁放射線であるγ線が入射されると、第1シンチレータ11内において、光電効果あるいはコンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ11内で消費した場合に起因して生成された光子は、第1シンチレータ11の出射面11oから出力され、第1光電子増倍管12に入射して、光電変換されて光電子を生成し、全吸収ピークに相当する第1パルス波高信号が第1アンプ15に出力される。
 このとき、入射したγ線が第1シンチレータ内においてコンプトン散乱を起こした場合には、γ線の一部のエネルギーを電子に与えてはじき飛ばし、γ線は散乱されて散乱γ線として第2シンチレータ13に入射することとなる。
 そしてコンプトン散乱によりγ線のエネルギーを受け取った電子は、第1シンチレータ11内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第1シンチレータ11の出射面11oから出力され、第1光電子増倍管12に入射して、光電変換されて光電子を生成し、受け取ったγ線のエネルギーに相当する第1パルス波高信号SP1が第1アンプ15に出力される。第1アンプ15は、第1パルス波高信号SP1を増幅して第1増幅パルス波高信号ASP1をタイミング判定部19Aに出力する。
 これと並行して第2シンチレータ13に入射した散乱γ線は、光電効果あるいはコンプトン散乱によりエネルギーを電子に与える。
 散乱γ線によりエネルギーを受け取った電子は、第2シンチレータ13内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第2シンチレータ13の出射面13oから出力され、第2光電子増倍管14に入射して、光電変換されて光電子を生成し、第2パルス波高信号SP2が第2アンプ16に出力される。
 第2アンプ16は、第2パルス波高信号SP2を増幅して第2増幅パルス波高信号ASP2をタイミング判定部19Aに出力する。
 図7は、タイミング判定部及び多重波高分析機の動作処理フローチャートである。
 タイミング判定部19Aは、まず第1増幅パルス波高信号ASP1及び第2増幅パルス波高信号ASP2の検出処理を行う(ステップS11)。
 そして、タイミング判定部19Aは、第1増幅パルス波高信号ASP1の出力タイミングと第2増幅パルス波高信号ASP2の出力タイミングと同一タイミングであったか否かを判定する(ステップS12)。
 ステップS12の判定において、第1増幅パルス波高信号ASP1の出力タイミングと第2増幅パルス波高信号ASP2の出力タイミングとが同一タイミングであった場合には(ステップS12;Yes)、タイミング判定部19Aは、当該第1増幅パルス波高信号ASP1は、コンプトン散乱に起因するものであるとして、第2増幅パルス波高信号ASP2の出力タイミングと同一タイミングに出力された第1増幅パルス波高信号ASP1を波高分析対象から除外し多重波高分析機18Aへの出力を禁止し(ステップS13)、処理をステップS15に移行する。
 ステップS12の判定において、第2増幅パルス波高信号ASP2の出力タイミングと同一タイミングに出力された第1増幅パルス波高信号ASP1がない場合には(ステップS12;No)、タイミング判定部19Aは、当該第1増幅パルス波高信号ASP1は、コンプトン散乱に起因するものではない、すなわち、光電効果などに起因するものであるとして、当該第1増幅パルス波高信号ASP1を波高分析対象として、多重波高分析機18Aに出力し、多重波高分析機18Aは、多重波高分析を行い、カウントする(ステップS14)。
 続いてタイミング判定部19Aは、所定の波高分析期間が経過して波高分析結果の表示タイミングであるか否かを判定する(ステップS15)。
 ステップS15の判定において、所定の波高分析期間が経過しておらず、未だ波高分析結果の表示タイミングではないと判定された場合には(ステップS15;No)、波高分析を継続すべく、処理を再びステップS11に移行し、上述した処理(ステップS11~ステップS15)を行うこととなる。
 一方、ステップS15の判定において、所定の波高分析期間が経過して波高分析結果の表示タイミングであると判定された場合には(ステップS15;Yes)、所定のフォーマットで波形分析結果を表示する(ステップS16)。
 これらの結果、多重波高分析機18Aは、第2増幅パルス波高信号が出力されたタイミングに対応する第1増幅パルス波高信号をコンプトン散乱に対応するパルス波高信号であるとして、波高分析の対象から除外する(カウントしない)。
 換言すれば、波高分析の対象となった第1増幅パルス波高信号は、コンプトン散乱によりエネルギー量が不定の光子に対応するものではないので、相対的に、コンプトン散乱に起因する第1パルス波高信号のカウント数、すなわち、コンプトン連続部、コンプトンエッジに対応するカウント数を抑制できることとなる。
 したがって、コンプトン連続部CCあるいはコンプトンエッジCEのカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークのカウント数を相対的に高くすることができ、これらの光電ピークを顕在化することができる。
[3]第3実施形態
 次に第3実施形態について説明する。
 図8は、第3実施形態の電磁放射線検出装置としてのγ線検出装置の概要構成ブロック図である。図8において、図1と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
 図8において、図1の第1実施形態と異なる点は、第1シンチレータ11の入射面11i及び出射面11oを除く各周面に第2シンチレータ13-1~13-4の入射面13iを配置し、さらに第2シンチレータ13-1~13-4の出射面13oにそれぞれ第2光電子増倍管14-1~14-4を配置し、第2アンプ16-1~16-4の出力に基づいて、第1アンプ15の出力である第1増幅パルス波高信号の採用可否を判別するためのタイミング判定部19Bを備えた点である。
 以下の説明においては、理解の容易のため第1シンチレータ11が四角柱形状を有しており、入射面11i及び出射面11oの他に4つの周面を有しているものとする。この場合において、入射γ線γiは、図8の紙面の表側から裏面側に向かって入射するものとし、第1シンチレータ11の紙面裏側方向に第1光電子増倍管12が配置されているものとする。
 γ線検出装置10Bは、入射面11iから電磁放射線であるγ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面11oから出力する第1シンチレータ11と、第1シンチレータ11の出射面11oから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍を行って第1パルス波高信号として出力する第1光電子増倍管12と、第1シンチレータ11において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第1シンチレータ11の第1の周面に対向するように配置された入射面13iから第1シンチレータ11においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面13oから出力する第2シンチレータ13-1と、第1シンチレータ11において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第1シンチレータ11の第2の周面に対向するように配置された入射面13iから第1シンチレータ11においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面13oから出力する第2シンチレータ13-2と、第1シンチレータ11において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第1シンチレータ11の第3の周面に対向するように配置された入射面13iから第1シンチレータ11においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面13oから出力する第2シンチレータ13-3と、第1シンチレータ11において生成された可視光を透過させないように構成されるとともに、第1シンチレータ11の第4の周面に対向するように配置された入射面13iから第1シンチレータ11においてγ線のコンプトン散乱により生成された散乱γ線が入射され、電離作用により発光して光子を出射面13oから出力する第2シンチレータ13-4と、を備えている。
 さらにγ線検出装置10Bは、第2シンチレータ13-1の出射面13oから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍(=電流増幅)を行って第2パルス波高信号SP21として出力する第2光電子増倍管14-1と、第2シンチレータ13-2の出射面13oから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍(=電流増幅)を行って第2パルス波高信号SP22として出力する第2光電子増倍管14-2と、第2シンチレータ13-3の出射面13oから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍(=電流増幅)を行って第2パルス波高信号SP23として出力する第2光電子増倍管14-3と、第2シンチレータ13-4の出射面13oから出力される光子の光電変換を行って光電子を生成し、電子増倍(=電流増幅)を行って第2パルス波高信号SP24として出力する第2光電子増倍管14-4と、を備えている。
 上記構成において、第2シンチレータ13-1~13-4を第1シンチレータ11において生成された可視光を透過させないように構成するとは、第2シンチレータ13-1~13-4自体を可視光の非透過性を有するように、シンチレータパウダーをペースト化して圧縮乾燥固化、厚膜化して構成するようにすればよい。
 あるいは、第2シンチレータ13-1~13-4のそれぞれと第1シンチレータ11との間に、電磁放射線(ここでは、γ線)を透過し可視光を反射する反射材、あるいは、電磁放射線を透過し可視光を透過しない不透過材を設けるようにすればよい。
 さらにγ線検出装置10Bは、第1パルス波高信号SP1を増幅して第1増幅パルス波高信号を出力する第1アンプ15と、第2シンチレータ13-1が出力した第2パルス波高信号を増幅して第2増幅パルス波高信号を出力する第2アンプ16-1と、第2シンチレータ13-2が出力した第2パルス波高信号を増幅して第2増幅パルス波高信号を出力する第2アンプ16-2と、第2シンチレータ13-3が出力した第2パルス波高信号を増幅して第2増幅パルス波高信号を出力する第2アンプ16-3と、第2シンチレータ13-4が出力した第2パルス波高信号を増幅して第2増幅パルス波高信号を出力する第2アンプ16-4と、タイミング判定部19Bを有し、タイミング判定部19Bにより第2アンプ16-1~16-4の出力に基づいて、第1アンプ15の出力である第1増幅パルス波高信号の採用可否を判別して、採用した第1増幅パルス波高信号に基づいて多重波高分析を行う多重波高分析機18Bと、を備えている。
 上記構成において、第1シンチレータ11及び第1光電子増倍管12及び第1アンプ15は、第1シンチレーション検出器を構成し、第2シンチレータ13-X(X:1~4)及び対応する第2光電子増倍管14-X及び第2アンプ16-Xは、それぞれ第2シンチレーション検出器を構成している。
 次に第3実施形態のγ線検出装置の動作を説明する。
 γ線検出装置10Bの第1シンチレータ11には、入射面11iから電磁放射線であるγ線が入射されると、第1シンチレータ11内において、光電効果あるいはコンプトン散乱を起こしたがコンプトン散乱後のγ線のエネルギーも他の電子に与える等して全てのエネルギーをシンチレータ11内で消費した場合に起因して生成された光子は、第1シンチレータ11の出射面11oから出力され、第1光電子増倍管12に入射して、光電変換されて光電子を生成し、全吸収ピークに相当する第1パルス波高信号が第1アンプ15に出力される。
 このとき、入射したγ線が第1シンチレータ内においてコンプトン散乱を起こした場合には、γ線の一部のエネルギーを電子に与えてはじき飛ばし、γ線は散乱されるが、その散乱方向によって散乱γ線として四つの第2シンチレータ13-1~13-4のいずれかに入射することとなる。
 そしてコンプトン散乱によりγ線のエネルギーを受け取った電子は、第1シンチレータ11内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第1シンチレータ11の出射面11oから出力され、第1光電子増倍管12に入射して、光電変換されて光電子を生成し、受け取ったγ線のエネルギーに相当する第1パルス波高信号SP1が第1アンプ15に出力される。第1アンプ15は、第1パルス波高信号SP1を増幅して第1増幅パルス波高信号ASP1をタイミング判定部19Bに出力する。
 これと並行して第2シンチレータ13-1~13-4に入射した散乱γ線は、光電効果あるいはコンプトン散乱によりエネルギーを電子に与える。
 散乱γ線によりエネルギーを受け取った電子は、第2シンチレータ13-1~13-4内を移動し、正孔と結合した時点で光子を生成する。生成された光子は、第2シンチレータ13-1~13-4のそれぞれの出射面13oから出力され、対応する第2光電子増倍管14-1~14-4に入射して、光電変換されて光電子を生成し、第2パルス波高信号SP21~SP24がそれぞれ対応する第2アンプ16-1~16-4に出力される。
 第2アンプ16-1は、第2パルス波高信号SP21を増幅して第2増幅パルス波高信号ASP21をタイミング判定部19Bに出力する。
 同様に第2アンプ16-2は、第2パルス波高信号SP22を増幅して第2増幅パルス波高信号ASP22をタイミング判定部19Bに出力し、第2アンプ16-3は、第2パルス波高信号SP23を増幅して第2増幅パルス波高信号ASP23をタイミング判定部19Bに出力し、第2アンプ16-4は、第2パルス波高信号SP24を増幅して第2増幅パルス波高信号ASP24をタイミング判定部19Bに出力する。
 これらの結果、タイミング判定部19Bは、第1増幅パルス波高信号ASP1の出力タイミングといずれかの第2増幅パルス波高信号ASP21~ASP24の出力タイミングと同一タイミングであったか否かを判定する(ステップS12)。
 ステップS12の判定において、第1増幅パルス波高信号ASP1の出力タイミングといずれかの第2増幅パルス波高信号ASP21~ASP24の出力タイミングとが同一タイミングであった場合には(ステップS12;Yes)、タイミング判定部19Bは、当該第1増幅パルス波高信号ASP1は、コンプトン散乱に起因するものであるとして、いずれかの第2増幅パルス波高信号ASP21~ASP24の出力タイミングと同一タイミングに出力された第1増幅パルス波高信号ASP1を波高分析対象から除外し多重波高分析機18Bに送らないで(ステップS13)、処理をステップS15に移行する。
 ステップS12の判定において、第1増幅パルス波高信号ASP1の出力タイミングが全ての第2増幅パルス波高信号ASP21~ASP24の出力タイミングと同一タイミングではない場合には(ステップS12;No)、タイミング判定部19Bは、当該第1増幅パルス波高信号ASP1は、コンプトン散乱に起因するものではない、すなわち、光電効果などに起因するものであるとして、当該第1増幅パルス波高信号ASP1を波高分析対象として多重波高分析機18Bに出力する。
 この結果、多重波高分析機18Bは、第1増幅パルス波高信号ASP1の出力タイミングがいずれかの第2増幅パルス波高信号ASP21~ASP24の出力タイミングと同一タイミングである第1増幅パルス波高信号ASP1が波高分析対象から除外されて、第1増幅パルス波高信号ASP1の出力タイミングが全ての第2増幅パルス波高信号ASP21~ASP24の出力タイミングと同一タイミングではない第1増幅パルス波高信号ASP1を波高分析対象として多重波高分析を行い、カウントする(ステップS14)。
 したがって、波高分析の対象となった第1増幅パルス波高信号ASP1は、コンプトン散乱によりエネルギー量が不定の光子に対応するものではないので、相対的に、様々な方向で検出されるコンプトン散乱に起因する第1パルス波高信号SP1のカウント数、すなわち、コンプトン連続部CCあるいはコンプトンエッジCEに対応するカウント数を抑制できることとなる。
 すなわち、本第3実施形態によれば、コンプトン散乱による散乱γ線の散乱方向にかかわらず、散乱γ線の発生タイミングを検出することができ、コンプトン連続部のカウントに隠蔽された状態となっていた他の光電ピークのカウント数を相対的に高くすることができ、第2実施形態と比較してより確実にこれらの光電ピークを顕在化することができる。
[4]実施形態の変形例
 以上の説明においては、第1シンチレータ11は、四角柱状である場合について説明したが、多角柱状(三角柱以上)、あるいは、円柱状、球状などであっても、散乱電磁放射線を検出可能な位置に一組以上の第2シンチレータ及び第2光電子増倍管を配置可能な形状であれば同様に適用が可能である。
 上記第3実施形態においては、第1シンチレータ11及び第1光電子増倍管12の検出結果である第1パルス波高信号SP1の出力タイミングが、第2シンチレータ13-1~13-4及び第2光電子増倍管14-1~14-4の検出結果である第2パルス波高信号SP21~SP24の出力タイミングのいずれかと同一であるか否かを多重波高分析機18Bのタイミング判定部19Bが判定するように構成していたが、第1実施形態と同様に、第2パルス波高信号SP21~SP24が入力されるゲーティング回路を設けて第1光電子増倍管12の出力を遮断する構成を採ることも可能である。
 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
 10、10A、10B γ線検出装置(電磁放射線検出装置)
 11  第1シンチレータ(第1シンチレーション検出器)
 11i 入射面
 11o 出射面
 12  第1光電子増倍管(第1シンチレーション検出器)
 12PE 光電面
 13、13-1~13-4  第2シンチレータ(第2シンチレーション検出器)
 13i 入射面
 13o 出射面
 14、14-1~14-4  第2光電子増倍管(第2シンチレーション検出器)
 14PE 光電面
 15  第1アンプ
 16、16-1~16-4  第2アンプ
 17  ゲーティング回路
 18、18A、18B 多重波高分析機
 19  タイミング判定部
 19A タイミング判定部
 19B タイミング判定部
 ASP1 第1増幅パルス波高信号
 ASP2、ASP21~ASP24 第2増幅パルス波高信号
 CC  コンプトン連続部
 CE  コンプトンエッジ
 KX  KX線ピーク
 PE  全吸収ピーク
 RS  後方散乱ピーク
 SP1 第1パルス波高信号
 SP2、SP21~SP24 第2パルス波高信号
 γi  入射γ線
 γs  散乱γ線

Claims (10)

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