WO2019239785A1 - 放射線モニタ - Google Patents

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WO2019239785A1
WO2019239785A1 PCT/JP2019/019540 JP2019019540W WO2019239785A1 WO 2019239785 A1 WO2019239785 A1 WO 2019239785A1 JP 2019019540 W JP2019019540 W JP 2019019540W WO 2019239785 A1 WO2019239785 A1 WO 2019239785A1
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WO
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radiation
radiation monitor
phosphor
additive
monitor according
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PCT/JP2019/019540
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English (en)
French (fr)
Inventor
修一 畠山
田所　孝広
上野　雄一郎
名雲　靖
克宜 上野
耕一 岡田
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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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
    • G01T1/02—Dosimeters
    • G01T1/10—Luminescent dosimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02—Dosimeters
    • G01T1/023—Scintillation dose-rate meters
    • 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
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • 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
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2006—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a radiation monitor using an optical fiber.
  • ionization chambers Conventionally, ionization chambers, GM counters (Geiger-Muller counters), scintillation detectors, and semiconductor detectors have been used as radiation monitors for measuring the radiation dose rate.
  • a semiconductor detector is applied to a radiation monitor capable of measuring under a low dose rate environment.
  • Radiation monitors using semiconductor detectors are used in, for example, nuclear power plants, nuclear fuel reprocessing facilities, medical facilities using radioactive isotopes, industrial facilities, research accelerator facilities, general environmental monitoring devices, and the like.
  • a radiation monitor using a semiconductor detector uses electron-hole pairs generated by radiation incidence and derives a dose rate from a count rate of electric pulses generated by an applied voltage to the semiconductor.
  • An optical fiber type radiation detector as a detector capable of preventing explosion and electric noise (for example, Patent Document 1).
  • An optical fiber type radiation detector transmits a plurality of photons generated with respect to incident radiation through an optical fiber and measures a dose rate from a single photon count rate. Noise transmission and reception can be suppressed.
  • Patent Document 1 a light emitting section that emits light having an intensity corresponding to the dose rate of incident radiation, for example, transparent yttrium aluminum garnet (a composite oxide of yttrium and aluminum ( A light-transmitting material such as a garnet structure crystal composed of Y 3 Al 5 O 12 ), and ytterbium (Yb), neodymium (Nd), cerium (Ce), praseodymium (Pr) contained in the light-transmitting material. ) And other rare earth elements.
  • transparent yttrium aluminum garnet a composite oxide of yttrium and aluminum
  • a light-transmitting material such as a garnet structure crystal composed of Y 3 Al 5 O 12
  • Yb ytterbium
  • Nd neodymium
  • Ce cerium
  • Pr praseodymium
  • the dose rate measurement of the radiation monitor is used in an environment where various energies and radiation in the irradiation direction coexist, and improvement of the measurement accuracy of the dose rate has been desired.
  • This is due to the fact that the radiation detector has different measurement sensitivities depending on the energy of the incident radiation and the irradiation direction.
  • it is considered useful to flatten the dependency on energy and irradiation direction by using a metal shield capable of attenuating radiation and installing correction correction units in parallel.
  • the handling of the radiation detector is large and heavy, and the complexity of the system due to parallelization becomes a problem, it is necessary to flatten the dependence on energy and irradiation direction in a small and single radiation detector. It is.
  • An object of the present invention is to provide a radiation monitor capable of flattening sensitivity energy and irradiation direction dependence in a radiation monitor using an optical fiber.
  • a radiation monitor of the present invention includes a radiation detection unit including a phosphor that emits light with respect to incident radiation, and light that transmits light emitted from the phosphor of the radiation detection unit.
  • a fiber a photodetector that converts a single photon constituting light transmitted from the optical fiber into an electrical pulse signal, a counter that counts the electrical pulse signal converted by the photodetector, and an electrical pulse signal
  • a database that associates a counting rate with a radiation dose rate, and a calculation unit that converts the radiation dose rate from the count rate of the electric pulse signal counted by the counter using the database, wherein the phosphor is provided with energy.
  • said additive having a concentration gradient.
  • the “counting rate of electric pulse signals” means the number of electric pulse signals measured per unit time.
  • the “predetermined standard range” indicates a photon counting rate range, and represents a range defined in each standard.
  • “wavelength within a predetermined range” indicates a transmissive wavelength range, and photons are controlled by transmitting only photons having a specific wavelength.
  • single photon refers to each photon generated inside the phosphor by the incidence of radiation.
  • the “pile-up electric pulse signal” represents an electric pulse signal generated when a plurality of single photons are detected simultaneously.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a radiation monitor 1 according to the first embodiment.
  • the radiation monitor 1 schematically includes a radiation detector 2, a phosphor 3, an additive 4, an optical fiber 5, a photodetector 6, a counter 7, A display device 8 is provided.
  • Examples of radiation that can be measured by the radiation monitor 1 include electromagnetic waves such as X-rays and ⁇ -rays and particle beams such as ⁇ -rays, ⁇ -rays, and neutron beams.
  • the radiation detector 2 is an element having a phosphor 3 that emits light having an intensity corresponding to the dose rate of incident radiation.
  • the phosphor 3 is preferably shielded from light by the housing in order to distinguish external light from the light from the phosphor 3.
  • the housing is a container for storing the phosphor 3.
  • the material constituting the housing is not particularly limited as long as it can transmit the radiation to be measured.
  • aluminum or stainless steel can be employed.
  • the radiation monitor 1 has a light emitting unit (for example, phosphor 3) housed in a housing.
  • the phosphor 3 is not particularly limited as long as it is a composition exhibiting luminescence, and examples thereof include photoluminescence by light such as ultraviolet rays, radioluminescence by radiation, cathode luminescence by electron beam, electroluminescence by electric field, and chemiluminescence by chemical reaction. It is done.
  • the phosphor 3 can be, for example, NaI as a base material, CsI, LiI, SrI 2, Bi 4 Ge 3 O 12, Bi 4 Si 3 O 12, CdWO 4, PbWO 4, ZnS, CaF 2, LuAG , LuAP, Lu 2 O 3 , Y 3 Al 5 O 12 , YAlO 3 , Lu 2 SiO 5 , LYSO, Y 2 SiO 5 , Gd 2 SiO 5 , BaF 2 , CeF 3 , CeBr 3 , CsF, LiF, Gd 2 Examples thereof include light transmissive materials such as O 2 S, LaBr 3 , CeBr 3 , Gd 3 Al 2 Ga 3 O 12 , Cs 2 LiYCl 6 , ScTaO 4 , LaTaO 4 , LuTaO 4 , GdTaO 4 , and YTaO 4 .
  • NaI as a base material
  • the method for producing the phosphor 3 is not particularly limited as long as a composition exhibiting luminescence can be grown.
  • the floating zone method the Czochralski method (lifting method), the micro pulling down method, the Bridgeman method, and the Bernoulli method. Etc. can be adopted.
  • the shape of the phosphor 3 is not particularly limited as long as it can be processed, and for example, a spherical shape, a hemispherical shape, a cylindrical shape, a prismatic shape, or the like can be used.
  • the spherical shape is excellent in that omnidirectional measurement of the radiation to be measured can be performed.
  • the hemispherical shape is excellent in that the measurement target radiation can be measured in front.
  • the cylindrical shape is excellent in that phosphor growth and processing are easy.
  • the prismatic shape is excellent in that it can be easily processed.
  • the additive 4 emits photons when energy is applied, and is not particularly limited as long as it can be contained in the phosphor 3.
  • La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb examples thereof include rare earth elements such as Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Y, elements such as Tl, Na, Ag, W, and CO 3 , and powdered fluorescent materials.
  • the valence of the element ions of the additive 4 is not particularly limited as long as it can be used for light emission, and for example, monovalent, divalent, trivalent, tetravalent and the like can be used.
  • the concentration gradient of the additive 4 is not particularly limited as long as it can be contained in the phosphor 3.
  • the concentration gradient spreading concentrically from the center of the phosphor 3 to the outside A concentration gradient or the like that spreads in the radial direction and the axial direction of the phosphor 3 from the connection portion with the fiber 5 can be used.
  • the concentration gradient a concentration gradient in which the additive concentration decreases from the center to the outside, or a concentration gradient in which the additive concentration increases from the center to the outside can be used.
  • the optical fiber 5 is connected to the phosphor 3 and transmits light emitted from the phosphor 3.
  • the optical fiber 5 is connected to the phosphor 3 and a photodetector 6 described later.
  • Examples of the material constituting the optical fiber 5 include quartz and plastic.
  • the photodetector 6 is a detector that is connected to the optical fiber 5 and converts photons transmitted from the optical fiber 5 into electric pulse signals.
  • the photodetector 6 is connected to an optical fiber 5 and a counter 7 described later.
  • a photomultiplier tube, an avalanche photodiode, or the like can be employed as the photodetector 6, for example, a photomultiplier tube, an avalanche photodiode, or the like can be employed. By using these photomultiplier tubes and the like, a single photon can be detected as one current pulse signal that has been subjected to current amplification.
  • the counter 7 is a device that is connected to the photodetector 6 and counts electric pulse signals input from the photodetector 6.
  • the counter 7 is connected to a photodetector 6 and an analysis / display device 8 to be described later.
  • a digital signal processor or the like can be employed as the counter 7, for example.
  • the analysis / display device 8 is a device that is connected to the counter 7, converts the count rate of the electric pulse signal counted by the counter 7 into a radiation dose rate, and displays the value.
  • the analysis / display device 8 includes a storage device that holds a database that associates the count rate of the electrical pulse signal with the dose rate of radiation, and an operation that converts the dose rate of radiation from the count rate of the electrical pulse signal using the database.
  • the apparatus and the display apparatus which displays the converted dose rate of the radiation are provided.
  • a personal computer having the above-described functions can be employed.
  • the radiation rate is calculated from the counting rate of single photons contained in a plurality of photons generated by the phosphor 3 by the incidence of ⁇ rays. Convert the dose rate.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the relationship between the radiation dose rate and the single photon counting rate. As shown in FIG. 2, if the count rate of this single photon can be measured, the radiation dose rate can be acquired. Therefore, the radiation dose rate can be converted from the single photon counting rate calculated by using this relationship.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of light generation when radiation 9 is incident on the phosphor 3.
  • FIG. 3 when radiation 9 enters the phosphor 3, an interaction 10 occurs. With this interaction 10, a plurality of single photons 11 are generated.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the electric pulse signal 13 when it is assumed that the output of the photodetector 6 is measured.
  • a plurality of single photons 11 are generated and measured as one electric pulse signal 12 using the photodetector 6.
  • each single photon 11 transmitted from the optical fiber 5 is measured by the photodetector 6.
  • the single photon 11 is measured by the photodetector 6 as an electric pulse signal 13 having a time width of about 2 ns.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the energy dependence of the photon counting rate.
  • the counting rate of photons detected by the photodetector 6 changes depending on the energy of the incident radiation.
  • the photon count rate increases as the radiation energy decreases, and the photon count rate decreases as the radiation energy increases.
  • the phosphor 3 has different measurement sensitivities depending on the energy of the incident radiation.
  • the dose rate measurement of the radiation monitor is used in an environment where various energies and radiation in the irradiation direction are mixed. For this reason, it is necessary to flatten the sensitivity of the phosphor 3 so that the photon counting rate to be measured falls within the predetermined standard range 31 with respect to various radiation energies.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the dependency of the applied energy ratio on the phosphor thickness.
  • the low energy radiation 32 has a weak radiation transmission power
  • main energy is applied to the surface of the phosphor 3 with respect to the radiation incident surface.
  • the high energy radiation 33 has a strong radiation transmission power, and energy is applied to the deep part in the thickness direction of the phosphor 3 as compared with the low energy radiation 32.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the dependency of the phosphor emission amount on the additive concentration.
  • the phosphor emission amount increases as the additive concentration increases, and decreases with the optimum additive concentration as a boundary. This is because the probability that the excited electrons transition to the ground state of the adjacent similar additive increases as the additive concentration increases. As a result, the excited electrons are relaxed as thermal energy, and the emission intensity of the phosphor 3 is reduced.
  • FIG. 8 is a schematic view showing an example of the concentration gradient of the additive contained in the phosphor.
  • the additive 4 has a concentration gradient in which the additive concentration decreases from the center of the phosphor 3 toward the outside.
  • Radiation monitor using an optical fiber by setting the additive concentration at the center of the phosphor 3 to be an additive concentration exhibiting a high phosphor emission amount and reducing the emission amount relatively toward the outside of the phosphor 3 It is possible to flatten the sensitivity energy and irradiation direction dependency.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the concentration gradient of the additive contained in the phosphor.
  • the additive 4 has a concentration gradient in which the additive concentration increases from the center of the phosphor 3 toward the outside.
  • Radiation monitor using an optical fiber by setting the additive concentration of the phosphor 3 and the central portion to an additive concentration showing a high phosphor emission amount, and reducing the emission amount relatively toward the outside of the phosphor 3 It is possible to flatten the sensitivity energy and irradiation direction dependency.
  • the radiation monitor 1 can flatten the sensitivity with respect to various radiation energies and irradiation directions because the additive 4 has a concentration gradient from the center of the phosphor 3 toward the outside. The accuracy of rate measurement can be improved.
  • FIG. 10 is a schematic view showing an example of use in the radiation monitor of FIG.
  • the radiation detector 2 is installed in the measurement target area 34, and the photodetector 6 connected to the optical fiber 5, the counter 7, and the analysis / display device 8 are outside the measurement target area. Installed. Thereby, the dose rate with respect to the energy and irradiation direction of various radiation inside a reactor building and a reactor containment vessel can be measured with high accuracy, for example.
  • FIG. 11 is a schematic view showing another example of use in the radiation monitor of FIG.
  • the dose rate distribution in the measurement target area 30 can be measured with high accuracy by installing at least two radiation detection units 2 in the measurement target area 34. From these effects, the radiation monitor 1 can be applied to a nuclear power plant, a nuclear fuel reprocessing facility, a medical facility using a radioisotope, an industrial facility, a research accelerator facility, a general environment monitoring device, and the like.
  • a radiation monitor 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. Therefore, the part in which the description is omitted is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the second embodiment.
  • the schematic block diagram showing the second embodiment is different in that an optical filter 20 is provided.
  • the radiation detector 2, the phosphor 3, the additive 4, the optical fiber 5, the photodetector 6, the counter 7, and the analysis / display device 8 are the same as those in the first embodiment, and the detailed description thereof is as follows. Omitted.
  • the optical filter 20 is a device that is connected to the optical fiber 5 and the photodetector 6 and transmits the photons transmitted from the optical fiber 5 through attenuation of the number of photons or a wavelength within a predetermined range.
  • the optical filter 20 since the optical filter 20 has a function of transmitting a wavelength in a predetermined range, emission wavelengths other than the additive generated in the phosphor 3 can be removed, and the dose rate measurement accuracy can be improved.
  • a wavelength filter, an attenuation filter, etc. are employable, for example.
  • the wavelength filter is a filter that can transmit only photons within a predetermined wavelength range.
  • the attenuation filter is a filter that attenuates the number of photons of light with a predetermined probability. It is also possible to use two or more optical filters in combination.
  • the radiation monitor 1 is a radiation monitor that measures a dose rate
  • a radiation detection unit 2 including a phosphor 3 that emits photons with respect to incident radiation, an optical fiber 5 that transmits photons emitted from the radiation detection unit 2, and each one transmitted from the optical fiber 5 Based on the count of the electric pulse signal 13 from the relationship between the photo detector 6 for converting the photon into the electric pulse signal 13, the counter 7 for counting the electric pulse signal 13, and the count rate of single photons and the dose rate of radiation.
  • the phosphor 3 is transmitted from the optical fiber 5 with an additive 4 that emits photons by applying energy, a concentration gradient from the center of the phosphor 3 to the outside, and the additive 4.
  • an optical filter 20 for attenuating the photons.
  • the radiation monitor 1 has a function of attenuating the number of photons by the optical filter 20, so that the pileup of single photons can be reduced and the measurement dynamic range can be expanded. Further, since the optical filter 20 has a function of transmitting a wavelength in a predetermined range, emission wavelengths other than the additive generated in the phosphor 3 can be removed, and the dose rate measurement accuracy can be improved.
  • a radiation monitor 1 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. Therefore, the parts that are not described are the same as those in the first and second embodiments.
  • FIG. 13 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the third embodiment.
  • the schematic block diagram showing the third embodiment is different in that the first phosphor 35 and the second phosphor 36 are used.
  • the radiation detection unit 2, the optical fiber 5, the photodetector 6, the counter 7, and the analysis / display device 8 are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the first phosphor 35 and the second phosphor 36 have a multilayer structure toward the outside of the first phosphor 35.
  • the number of the first phosphor 35 and the second phosphor 36 is not particularly limited as long as it has a multilayer structure, and two or more phosphors can be stacked.
  • the additive 4 added to the first phosphor 35 and the second phosphor 36 is not particularly limited as long as it has a multilayer structure.
  • different element types, additive concentrations, and additive density distributions. Etc. are available.
  • the radiation monitor 1 can easily manufacture the radiation detection unit 2 because the first phosphor 35 and the second phosphor 36 have a nested multilayer structure. Further, the sensitivity can be flattened with respect to various radiation energies and irradiation directions, and the measurement accuracy of the dose rate can be improved.
  • a radiation monitor 1 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. Therefore, the parts whose explanation is omitted are the same as those in the first to third embodiments.
  • FIG. 14 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the fourth embodiment.
  • the schematic block diagram showing the fourth embodiment is further different in that an optical filter 20 is provided.
  • the radiation detector 2, the first phosphor 35, the second phosphor 36, the optical fiber 5, the photodetector 6, the counter 7, and the analysis / display device 8 are the same as those in the third embodiment. Detailed description thereof will be omitted.
  • the optical filter 20 is a device that is connected to the optical fiber 5 and the photodetector 6 and transmits the photons transmitted from the optical fiber 5 through attenuation of the number of photons or a wavelength within a predetermined range.
  • the optical filter 20 since the optical filter 20 has a function of transmitting a wavelength in a predetermined range, emission wavelengths other than the additive generated in the phosphor 3 can be removed, and the dose rate measurement accuracy can be improved.
  • a wavelength filter, an attenuation filter, etc. are employable, for example.
  • the wavelength filter is a filter that can transmit only photons within a predetermined wavelength range.
  • the attenuation filter is a filter that attenuates the number of photons of light with a predetermined probability. It is also possible to use two or more optical filters in combination.
  • the radiation monitor 1 has a function of attenuating the number of photons by the optical filter 20, so that the pileup of single photons can be reduced and the measurement dynamic range can be expanded. Further, since the optical filter 20 has a function of transmitting a wavelength in a predetermined range, emission wavelengths other than the additive generated in the phosphor 3 can be removed, and the dose rate measurement accuracy can be improved.
  • a radiation monitor according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. Therefore, the parts whose explanation is omitted are the same as those in the first to fourth embodiments.
  • FIG. 15 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the fifth embodiment.
  • the schematic block diagram showing the fifth embodiment is different in that it further includes at least two or more radiation detection units 2 and at least two or more optical fibers 5 are connected to the same photodetector 6. Yes. Since the radiation detection unit 2, the optical fiber 5, the counter 7, the analysis / display device 8, and the measurement target area 34 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • the radiation monitor 1 has a reduced number of photodetectors 6, a counter 7, and an analysis / display device 8, and saves installation space and reduces introduction and operation costs due to downsizing of the radiation monitor 1.
  • the number of inspection items and processes during maintenance can be reduced, and the variation in dose rate measurement accuracy due to the influence of individual differences in the photodetector 6 can be reduced.
  • the photodetector 6 for example, a position detection type photomultiplier tube, an avalanche photodiode or the like can be adopted. Thereby, it is possible to identify and measure each dose rate in two or more radiation detection parts from the photon detection position information in the photodetector 6.
  • a radiation monitor 1 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. Therefore, the parts whose explanation is omitted are the same as in the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the sixth embodiment.
  • the schematic block diagram showing the sixth embodiment is further different in that an optical filter 20 is provided.
  • the radiation detection unit 2, the optical fiber 5, the photodetector 6, the counter 7, the analysis / display device 8, and the measurement target area 34 are the same as those in the fifth embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the optical filter 20 is an apparatus in which at least two or more optical fibers 5 are connected to the same optical filter 20 and the photon transmitted from the optical fiber 5 attenuates the number of photons or transmits a wavelength within a predetermined range. It is.
  • the radiation monitor 1 has a function of attenuating the number of photons by the optical filter 20, so that the pileup of single photons can be reduced and the measurement dynamic range can be expanded. Further, since the optical filter 20 has a function of transmitting a wavelength in a predetermined range, emission wavelengths other than the additive generated in the phosphor 3 can be removed, and the dose rate measurement accuracy can be improved.
  • a radiation monitor 1 according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. Therefore, the parts whose explanation is omitted are the same as in the fifth embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the seventh embodiment.
  • the schematic block diagram showing the seventh embodiment is further provided between a light selection unit 37 for selecting photons transmitted from the optical fiber 5, and between the analysis / display device 8 and the light selection unit 37.
  • the difference is that a control device 38 for controlling 37 is provided.
  • the radiation detection unit 2, the optical fiber 5, the photodetector 6, the counter 7, the analysis / display device 8, and the measurement target area 34 are the same as those in the fifth embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the light selector 37 is a mechanism that is operated by the output from the control device 38 and selects the second optical fiber 5 connected to the light selector 37.
  • the light selection unit 37 is not particularly limited as long as the second optical fiber 5 can be selected.
  • an optical switch, an optical coupler, an optical splitter, or the like can be employed. It is also possible to select three or more optical fibers.
  • the control device 38 is connected to the analysis / display device 8 and the above-described light selection unit 37, determines whether the measurement is completed in the analysis / display device 8, and controls the light selection unit 37 according to the determination result. Device. When the measurement is completed by the analysis / display device 8, the control device 38 drives the light selection unit 37 and selects the second optical fiber 5. It is also possible to select three or more optical fibers.
  • the radiation monitor 1 has a reduced number of photodetectors 6, a counter 7, and an analysis / display device 8, and saves installation space and reduces introduction and operation costs due to downsizing of the radiation monitor 1.
  • the number of inspection items and processes during maintenance can be reduced, and the variation in dose rate measurement accuracy due to the influence of individual differences in the photodetector 6 can be reduced.
  • all the measurements of two or more radiation detectors 2 can be automated, and the labor and time required for the measurement can be greatly reduced.
  • a radiation monitor according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described. Therefore, the parts whose explanation is omitted are the same as in the seventh embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the eighth embodiment.
  • the schematic block diagram showing the eighth embodiment is different in that an optical filter 20 is provided.
  • the radiation detection unit 2, the optical fiber 5, the photodetector 6, the counter 7, the analysis / display device 8, the light selection unit 37, the control device 38, and the measurement target area 34 are the same as in the seventh embodiment. Detailed description thereof will be omitted.
  • the optical filter 20 is a device that is connected to the light selector 37 and transmits the number of photons attenuated or a wavelength within a predetermined range with respect to the photons transmitted from the light selector 37.
  • the radiation monitor 1 has a function of attenuating the number of photons by the optical filter 20, so that the pileup of single photons can be reduced and the measurement dynamic range can be expanded. Further, since the optical filter 20 has a function of transmitting a wavelength in a predetermined range, emission wavelengths other than the additive generated in the phosphor 3 can be removed, and the dose rate measurement accuracy can be improved.
  • FIG. 19 is a schematic block diagram showing the radiation monitor 1 according to the ninth embodiment.
  • the schematic block diagram showing the ninth embodiment is different in that it further includes an optical filter 20 connected between each optical fiber 5 and the light selector 37.
  • the radiation detection unit 2, the optical fiber 5, the photodetector 6, the counter 7, the analysis / display device 8, the light selection unit 37, the control device 38, and the measurement target area 34 are the same as in the seventh embodiment. Detailed description thereof will be omitted.
  • the optical filter 20 is connected between each of the optical fibers 5 and the light selector 37, and attenuates the number of photons or transmits a wavelength within a predetermined range with respect to the photons transmitted from the optical fiber 5.
  • Device With this apparatus configuration, it is possible to select the optical filter 20 corresponding to the photons transmitted from each radiation detection unit 2.
  • the radiation monitor 1 has a reduced number of photodetectors 6, a counter 7, and an analysis / display device 8, and saves installation space and reduces introduction and operation costs due to downsizing of the radiation monitor 1.
  • the number of inspection items and processes during maintenance can be reduced, and the variation in dose rate measurement accuracy due to the influence of individual differences in the photodetector 6 can be reduced.
  • all the measurements of the two or more radiation detectors 2 can be automated, and the labor and time required for the measurement can be greatly reduced. Furthermore, by connecting the optical filter 20 to each of the optical fibers 5, it is possible to apply the optimum radiation detection unit 2 according to a plurality of different measurement target environments.

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Abstract

光ファイバを用いた放射線モニタにおける感度のエネルギー及び照射方向依存性を平坦化可能な放射線モニタを提供する。そのため、本発明の放射線モニタは、入射した放射線に対して光を放出する蛍光体を備えた放射線検知部と、前記放射線検知部の蛍光体から放出された光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバから伝送された光を構成する単一光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、前記光検出器により変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースと、前記データベースを用いて、前記カウンタで計数した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算部と、を備え、前記蛍光体はエネルギー付与により光子を放出する添加物を有し、前記添加物は濃度勾配を有する。

Description

放射線モニタ
　本発明は、光ファイバを用いた放射線モニタに関する。
　従来、放射線の線量率を測定する放射線モニタとして、電離箱、ＧＭ計数管（ガイガー・ミュラーカウンタ）、シンチレーション検出器、半導体検出器が用いられている。特に低線量率環境下を測定可能な放射線モニタには半導体検出器が適用される。半導体検出器を用いた放射線モニタは、例えば原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等で利用されている。半導体検出器を用いた放射線モニタは、放射線入射により生成される電子正孔対を利用し、半導体への印加電圧により生じた電気パルスの計数率から線量率を導出する。
　一方、半導体検出器は高電圧を印加するため、空気中の水素濃度が高い場合に爆発の危険性を伴う。また、半導体から生成される電気パルス信号を利用するため、他計測機器へ電気ノイズを発信及び受信する可能性がある。
　防爆及び電気ノイズを抑制可能な検出器として、光ファイバ型放射線検出器がある（例えば、特許文献１）。光ファイバ型放射線検出器は、入射放射線に対して生成された複数の光子を光ファイバで伝送し、単一光子計数率から線量率を計測するため、放射線検知部への給電が不要、及び電気ノイズの受発信を抑制可能である。
　本願発明者らは、特許文献１で、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部として、例えば、母材としての透明イットリウム・アルミ・ガーネット（イットリウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）から成るガーネット構造の結晶）等の光透過性材料と、この光透過性材料中に含有されたイッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）等の希土類元素とにより形成させることを提案した。
特開２０１６－１１４３９２号公報
　放射線モニタの線量率測定は、様々なエネルギー及び照射方向の放射線が混在する環境下で使用され、線量率の測定精度の向上が望まれていた。これは、放射線検知部が入射する放射線のエネルギー及び照射方向に依存して異なる測定感度を有することに起因する。一般に、放射線を減衰可能な金属遮蔽体の利用や補正用検知部の並列設置によるエネルギー及び照射方向依存性の平坦化が有用と考えられる。しかしながら、放射線検知部の大型化と重量化による取扱性、及び並列化によるシステムの複雑化が問題となるため、小型かつ単一の放射線検知部でのエネルギー及び照射方向依存性の平坦化が必要である。
　本発明の目的は、光ファイバを用いた放射線モニタにおける感度のエネルギー及び照射方向依存性を平坦化可能な放射線モニタを提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明の放射線モニタは、入射した放射線に対して光を放出する蛍光体を備えた放射線検知部と、前記放射線検知部の蛍光体から放出された光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバから伝送された光を構成する単一光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、前記光検出器により変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースと、前記データベースを用いて、前記カウンタで計数した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算部と、を備え、前記蛍光体はエネルギー付与により光子を放出する添加物を有し、前記添加物は濃度勾配を有する。
　本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
　なお、本明細書において「電気パルス信号の計数率」とは、単位時間あたりに測定された電気パルス信号の数を意味している。また、本明細書において、「所定の規格範囲」とは、光子の計数率範囲を示し、各規格において定められた範囲を表す。また、本明細書において「所定の範囲内の波長」とは、透過可能な波長範囲を示し、特定波長の光子のみを透過させることで光子を制御する。また、本明細書において「単一光子」とは、放射線の入射によって蛍光体内部で生成された一つ一つの光子を指す。また、「パイルアップした電気パルス信号」とは、複数の単一光子が同時に検出された時に生成される電気パルス信号を表す。
　本発明によれば、光ファイバを用いた放射線モニタにおける感度のエネルギー依存性及び照射方向依存性を平坦化できる。
第１の実施形態に係る放射線モニタを示すブロック図である。 放射線の線量率と単一光子の計数率の関係について、その一例を示す概略図である。 放射線が蛍光体に入射した際の光の生成について、その一例を示す概略図である。 光検出器の出力を計測したと仮定した場合の、電気パルス信号の一例を示す概略図である。 光子の計数率のエネルギー依存性について、その一例を示す概略図である。 付与エネルギー割合の蛍光体厚さ依存性について、その一例を示す概略図である。 蛍光体発光量の添加物濃度依存性について、その一例を示す概略図である。 蛍光体に含有させる添加物の濃度勾配について、その一例を示す概略図である。 蛍光体に含有させる添加物の濃度勾配について、その一例を示す概略図である。 図１の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。 図１の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。 第２の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。 第３の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。 第４の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。 第５の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。 第６の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。 第７の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。 第８の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。 第９の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。
　本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
　図１は、第１の実施形態に係る放射線モニタ１を示すブロック図である。当該放射線モニタ１は、図１に示すように、概略的に、放射線検知部２と、蛍光体３と、添加物４と、光ファイバ５と、光検出器６と、カウンタ７と、解析・表示装置８を備えている。なお、当該放射線モニタ１で計測することができる放射線としては、例えば、Ｘ線、γ線等の電磁波と、α線、β線、中性子線等の粒子線が挙げられる。
　放射線検知部２は、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する蛍光体３を有する素子である。
　蛍光体３は、外来光と蛍光体３からの光を区別するため、ハウジングで遮光されていることが望ましい。ハウジングは、蛍光体３を収納する容器である。ハウジングを構成する材料としては、計測対象の放射線を透過可能なものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等を採用することができる。すなわち、本実施形態では、放射線モニタ１は、発光部（例えば、蛍光体３）がハウジングに収納されている。
　蛍光体３は、ルミネッセンスを示す組成物であれば特に限定されず、紫外線などの光による光ルミネッセンス、放射線によるラジオルミネッセンス、電子ビームによるカソードルミネッセンス、電場によるエレクトロルミネッセンス、化学反応による化学ルミネッセンスなどが挙げられる。具体的には、蛍光体３は、例えば、母材としてNaI、CsI、LiI、SrI2、Bi4Ge3O12、Bi4Si3O12、CdWO4、PbWO4、ZnS、CaF2、LuAG、LuAP、Lu2O3、Y3Al5O12、YAlO3、Lu2SiO5、LYSO、Y2SiO5、Gd2SiO5、BaF2、CeF3、CeBr3、CsF、LiF、Gd2O2S、LaBr3、CeBr3、Gd3Al2Ga3O12、Cs2LiYCl6、ScTaO4、LaTaO4、LuTaO4、GdTaO4、YTaO4などの光透過性材料が挙げられる。
　蛍光体３の製造方法としては、ルミネッセンスを示す組成物を育成可能であれば特に限定されず、例えば、フローティングゾーン法、チョクラルスキー法（引き上げ法）、マイクロ引下げ法、ブリッジマン法、ベルヌーイ法等を採用することができる。
　蛍光体３の形状としては、加工可能であれば特に限定されず、例えば、球体形状、半球体形状、円柱形状、角柱形状等を利用することができる。球体形状は測定対象放射線の全方位計測ができる点で優れている。半球体形状は測定対象放射線の前方計測ができる点で優れている。円柱形状は蛍光体育成及び加工が容易な点で優れている。角柱形状は加工が容易な点で優れている。
　添加物４は、エネルギー付与により光子を放出するものであり、蛍光体３に含有可能なものであれば特に限定されず、例えば、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Yなどの希土類元素、またはTl、Na、Ag、W、CO3などの元素や、粉末状の蛍光材料が挙げられる。また、添加物４の元素イオンの価数は、発光に利用可能なものであれば特に限定されず、例えば、１価、２価、３価、４価等を利用することができる。
　添加物４の濃度勾配は、蛍光体３に含有可能なものであれは特に限定されず、例えば、蛍光体３の中心部から外側に向かって同心円状に広がる濃度勾配や、蛍光体３と光ファイバ５との接続部から蛍光体３の径方向と軸方向に向かって広がる濃度勾配等を利用することができる。なお、濃度勾配としては、中心部から外側に向かって添加物濃度が低下する濃度勾配や、中心部から外側に向かって添加物濃度が増加する濃度勾配を利用することができる。
　光ファイバ５は、蛍光体３に接続され、蛍光体３から放出された光を伝送する。この光ファイバ５は、蛍光体３と後述する光検出器６に接続されている。光ファイバ５を構成する材料としては、例えば、石英、プラスチック等が挙げられる。
　光検出器６は、光ファイバ５に接続され、光ファイバ５から伝送された光子を電気パルス信号に変換する検出器である。この光検出器６は、光ファイバ５と後述するカウンタ７に接続されている。光検出器６としては、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、単一光子を電流増幅された一つの電流パルス信号として検出できる。
　カウンタ７は、光検出器６に接続され、光検出器６から入力された電気パルス信号を計数する装置である。このカウンタ７は、光検出器６と後述する解析・表示装置８に接続されている。カウンタ７としては、例えば、デジタルシグナルプロセッサ等を採用することができる。
　解析・表示装置８は、カウンタ７に接続され、カウンタ７で計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算し、その値を表示する装置である。解析・表示装置８は、電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースを保有している記憶装置と、上記データベースを用いて電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算装置と、換算した放射線の線量率を表示する表示装置を備えている。解析・表示装置８としては、例えば、上述した機能を有するパーソナルコンピュータ等を採用することができる。
　従来のγ線の計数率から放射線の線量率を換算する手法と異なり、本発明では、γ線の入射によって蛍光体３で生成された複数の光子に含まれる単一光子の計数率から放射線の線量率を換算する。
　図２は、放射線の線量率と単一光子の計数率の関係について、その一例を示す概略図である。図２に示すように、この単一光子の計数率を計測できれば放射線の線量率を取得することができる。したがって、この関係を用いることで算出した単一光子計数率から放射線の線量率を換算することができる。
　次に、当該放射線モニタ１の動作について説明する。
　図３は、放射線９が蛍光体３に入射した際の光の生成について、その一例を示す概略図である。図３において、放射線９が蛍光体３に入射すると、相互作用１０が生じる。この相互作用１０に伴い、複数の単一光子１１が発生する。
　図４は、光検出器６の出力を計測したと仮定した場合の、電気パルス信号１３の一例を示す概略図である。通常、蛍光体３に一つの放射線９が入射すると複数の単一光子１１が生成され、光検出器６を用いて一つの電気パルス信号１２として測定される。一方、本実施形態では、光ファイバ５から伝送された一つ一つの単一光子１１を光検出器６で測定する。図４に示すように、単一光子１１は光検出器６で約２ｎｓの時間幅を持った電気パルス信号１３として測定する。
　図５は、光子の計数率のエネルギー依存性について、その一例を示す概略図である。図５に示すように、光検出器６で検出される光子の計数率は、入射する放射線のエネルギーに依存して変化する。一般に、放射線のエネルギーが低下するにつれて光子の計数率が増加し、放射線のエネルギーが増加するにつれて光子の計数率が低下する。これは、入射する放射線のエネルギーに依存して蛍光体３が異なる測定感度を有するため生じる。特に密度の高い蛍光体３を放射線検知部２に適用した場合、この影響は顕著となる。放射線モニタの線量率測定は、様々なエネルギー及び照射方向の放射線が混在する環境下で使用される。このため、様々な放射線のエネルギーに対して、測定される光子の計数率が所定の規格範囲３１の間に収まるよう、蛍光体３の感度を平坦化する必要がある。
　図６は、付与エネルギー割合の蛍光体厚さ依存性について、その一例を示す概略図である。図６に示すように、低エネルギー放射線３２は、放射線の透過力が弱いため、放射線の入射面に対して蛍光体３の表面で主なエネルギーが付与される。一方、高エネルギー放射線３３は放射線の透過力が強く、低エネルギー放射線３２と比較して蛍光体３の厚さ方向の深部までエネルギーが付与される。
　図７は、蛍光体発光量の添加物濃度依存性について、その一例を示す概略図である。図７に示すように、一般に、蛍光体発光量は添加物濃度の増加に伴って増加し、最適添加物濃度を境に減少する。これは、添加物濃度の増加に伴い、励起された電子が隣接する同種添加物の基底状態へ遷移する確率が増加するためである。この結果，励起された電子は熱エネルギーとして緩和され，蛍光体３の発光強度は低下する。
　図８は、蛍光体に含有させる添加物の濃度勾配について、その一例を示す概略図である。図８に示すように、添加物４は、蛍光体３の中心部から外側に向かって添加物濃度が低下する濃度勾配を有する。蛍光体３の中心部の添加物濃度を、高い蛍光体発光量を示す添加物濃度とし、蛍光体３の外側に向かって相対的に発光量を低下させることにより、光ファイバを用いた放射線モニタにおける感度のエネルギー及び照射方向依存性を平坦化可能である。
　濃度が一様な蛍光体（従来技術の蛍光体）の場合、低エネルギー放射線に対する感度が高く、高エネルギー放射線に対する感度が低いという課題があった。これを解決（平坦化）するため、低エネルギー放射線が検出される蛍光体表層の発光量を少なく（感度低下）、高エネルギー放射線が検出される蛍光体内部の発光量を多く（感度増加）することで、感度のエネルギー依存性を平坦化可能とする。
　図９は、蛍光体に含有させる添加物の濃度勾配について、その一例を示す概略図である。図９に示すように、添加物４は、蛍光体３の中心部から外側に向かって添加物濃度が増加する濃度勾配を有する。蛍光体３と中心部の添加物濃度を、高い蛍光体発光量を示す添加物濃度とし、蛍光体３の外側に向かって相対的に発光量を低下させることにより、光ファイバを用いた放射線モニタにおける感度のエネルギー及び照射方向依存性を平坦化可能である。
　このように、当該放射線モニタ１は、添加物４が蛍光体３の中心部から外側に向かって濃度勾配を有することにより、様々な放射線のエネルギー及び照射方向に対して感度を平坦化でき、線量率の測定精度を向上可能である。
　次に、当該放射線モニタ１の好適な使用例について説明する。
　図１０は、図１の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。図１０に示すように、放射線検知部２が測定対象エリア３４内に設置され、光ファイバ５と接続された光検出器６と、カウンタ７と、解析・表示装置８とが測定対象エリア外に設置される。これにより、例えば、原子炉建屋、原子炉格納容器内部の様々な放射線のエネルギー及び照射方向に対する線量率を高精度で測定することができる。
　図１１は、図１の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。図１１に示すように、測定対象エリア３４内に、少なくとも二つ以上の放射線検知部２を設置することにより、測定対象エリア３０の線量率分布を高精度に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等に当該放射線モニタ１を適用できる。
［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態に係る放射線モニタ１について、図１２を用いて説明する。以下の第１の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第１の実施形態と同様である。
　図１２は、第２の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第２の実施形態を示す概略ブロック図は、光学フィルタ２０を有する点で異なっている。なお、放射線検知部２、蛍光体３、添加物４、光ファイバ５、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　光学フィルタ２０は、光ファイバ５と光検出器６に接続され、光ファイバ５から伝送された光子に対し、光子数の減衰、あるいは所定の範囲内の波長を透過する装置である。このように、光学フィルタ２０で光子数を減衰させる機能を有することで、単一光子のパイルアップを低減可能となり、測定ダイナミックレンジを拡大可能である。また、光学フィルタ２０で所定の範囲の波長を透過させる機能を有することで、蛍光体３で発生する添加物以外の発光波長を取り除くことができ、線量率測定精度を向上可能である。この光学フィルタ２０としては、例えば、波長フィルタ、減衰フィルタ等を採用することができる。波長フィルタは、予め定められた波長範囲内の光子のみを透過可能なフィルタである。減衰フィルタは、予め定められた確率で光の光子数を減衰させるフィルタである。また、２つ以上の光学フィルタを組み合わせて使用することも可能である。
　第２の実施形態に係る放射線モニタ１は、線量率を計測する放射線モニタであって、
入射した放射線に対して光子を放出する蛍光体３を備えた放射線検知部２と、放射線検知部２から放出された光子を伝送する光ファイバ５と、光ファイバ５から伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号１３に変換する光検出器６と、電気パルス信号１３を計数するカウンタ７と、単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から、電気パルス信号１３の計数に基づいて放射線の線量率を求める放射線モニタにおいて、蛍光体３はエネルギー付与により光子を放出する添加物４と、添加物４は蛍光体３の中心部から外側に濃度勾配と、光ファイバ５から伝送された光子を減衰させる光学フィルタ２０とを有することを特徴とする。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、光学フィルタ２０で光子数を減衰させる機能を有することで、単一光子のパイルアップを低減可能となり、測定ダイナミックレンジを拡大可能である。また、光学フィルタ２０で所定の範囲の波長を透過させる機能を有することで、蛍光体３で発生する添加物以外の発光波長を取り除くことができ、線量率測定精度を向上可能である。
［第３の実施形態］
　本発明の第３の実施形態に係る放射線モニタ１について、図１３を用いて説明する。以下の第１及び第２の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第１及び第２の実施形態と同様である。
　図１３は、第３の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第３の実施形態を示す概略ブロック図は、第一の蛍光体３５と、第二の蛍光体３６をする点で異なっている。なお、放射線検知部２、光ファイバ５、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　第一の蛍光体３５と第二の蛍光体３６は、第一の蛍光体３５の外側に向かって多層構造を有している。第一の蛍光体３５と第二の蛍光体３６の個数は、多層構造を有していれば特に限定されず、二個以上の蛍光体を重ねることも可能である。
　第一の蛍光体３５と第二の蛍光体３６に添加する添加物４は、多層構造を有していれば特に限定されず、例えば、異なる元素種、添加物の濃度、添加物の密度分布等を利用可能である。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、第一の蛍光体３５と第二の蛍光体３６が入れ子状の多層構造を有することで、容易に放射線検知部２を製作可能である。また、様々な放射線のエネルギー及び照射方向に対して感度を平坦化でき、線量率の測定精度を向上可能である。
［第４の実施形態］
　本発明の第４の実施形態に係る放射線モニタ１について、図１４を用いて説明する。以下の第１から第３の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第１から第３の実施形態と同様である。
　図１４は、第４の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第４の実施形態を示す概略ブロック図は、さらに、光学フィルタ２０を有する点で異なっている。なお、放射線検知部２、第一の蛍光体３５、第二の蛍光体３６、光ファイバ５、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８は、第３の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　光学フィルタ２０は、光ファイバ５と光検出器６に接続され、光ファイバ５から伝送された光子に対し、光子数の減衰、あるいは所定の範囲内の波長を透過する装置である。このように、光学フィルタ２０で光子数を減衰させる機能を有することで、単一光子のパイルアップを低減可能となり、測定ダイナミックレンジを拡大可能である。また、光学フィルタ２０で所定の範囲の波長を透過させる機能を有することで、蛍光体３で発生する添加物以外の発光波長を取り除くことができ、線量率測定精度を向上可能である。この光学フィルタ２０としては、例えば、波長フィルタ、減衰フィルタ等を採用することができる。波長フィルタは、予め定められた波長範囲内の光子のみを透過可能なフィルタである。減衰フィルタは、予め定められた確率で光の光子数を減衰させるフィルタである。また、２つ以上の光学フィルタを組み合わせて使用することも可能である。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、光学フィルタ２０で光子数を減衰させる機能を有することで、単一光子のパイルアップを低減可能となり、測定ダイナミックレンジを拡大可能である。また、光学フィルタ２０で所定の範囲の波長を透過させる機能を有することで、蛍光体３で発生する添加物以外の発光波長を取り除くことができ、線量率測定精度を向上可能である。
［第５の実施形態］
　本発明の第５の実施形態に係る放射線モニタについて、図１５を用いて説明する。以下の第１から第４の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第１から第４の実施形態と同様である。
　図１５は、第５の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第５の実施形態を示す概略ブロック図は、さらに、少なくとも２つ以上の放射線検知部２を有し、少なくとも２つ以上の光ファイバ５が同一の光検出器６と接続される点で異なっている。なお、放射線検知部２、光ファイバ５、カウンタ７、解析・表示装置８、測定対象エリア３４は、第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８の員数が低減され、放射線モニタ１の小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器６の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現される。
　また、光検出器６としては、例えば、位置検出型の光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これにより、光検出器６における光子検出位置情報から、２つ以上の放射線検知部における各線量率を識別し測定することが可能である。
［第６の実施形態］
　本発明の第６の実施形態に係る放射線モニタ１について、図１６を用いて説明する。以下の第５の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第５の実施形態と同様である。
　図１６は、第６の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第６の実施形態を示す概略ブロック図は、さらに、光学フィルタ２０を有する点で異なっている。なお、放射線検知部２、光ファイバ５、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８、測定対象エリア３４は、第５の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　光学フィルタ２０は、少なくとも２つ以上の光ファイバ５が同一の光学フィルタ２０と接続され、光ファイバ５から伝送された光子に対し、光子数の減衰、あるいは所定の範囲内の波長を透過する装置である。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、光学フィルタ２０で光子数を減衰させる機能を有することで、単一光子のパイルアップを低減可能となり、測定ダイナミックレンジを拡大可能である。また、光学フィルタ２０で所定の範囲の波長を透過させる機能を有することで、蛍光体３で発生する添加物以外の発光波長を取り除くことができ、線量率測定精度を向上可能である。
［第７の実施形態］
　本発明の第７の実施形態に係る放射線モニタ１について、図１７を用いて説明する。以下の第５の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第５の実施形態と同様である。
　図１７は、第７の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第７の実施形態を示す概略ブロック図は、さらに、光ファイバ５から伝送された光子を選択する光選択部３７と、解析・表示装置８と光選択部３７の間に設置され、光選択部３７を制御する制御装置３８を有する点で異なっている。なお、放射線検知部２、光ファイバ５、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８、測定対象エリア３４は、第５の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　光選択部３７は、制御装置３８からの出力により操作され、光選択部３７と接続された第２の光ファイバ５を選択する機構である。この光選択部３７としては、第２の光ファイバ５を選択可能であれば特に限定されず、例えば、光スイッチ、光カプラ、光スプリッタ等を採用することができる。なお、３つ以上の光ファイバを選択することも可能である。
　制御装置３８は、解析・表示装置８と上述の光選択部３７に接続され、解析・表示装置８で測定が終了しているかを判別し、その判別結果に応じて光選択部３７を制御する装置である。解析・表示装置８で測定が終了した場合には、制御装置３８は光選択部３７を駆動させ、第２の光ファイバ５を選択する。なお、３つ以上の光ファイバを選択することも可能である。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８の員数が低減され、放射線モニタ１の小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器６の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現される。また、２つ以上ある放射線検知部２の全ての測定を自動化することができ、測定に要する労力及び時間を大幅に低減可能である。
［第８の実施形態］
　本発明の第８の実施形態に係る放射線モニタについて、図１８を用いて説明する。以下の第７の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第７の実施形態と同様である。
　図１８は、第８の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第８の実施形態を示す概略ブロック図は、光学フィルタ２０を有する点で異なっている。なお、放射線検知部２、光ファイバ５、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８、光選択部３７、制御装置３８、測定対象エリア３４は、第７の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　光学フィルタ２０は、光選択部３７と接続され、光選択部３７から伝送された光子に対し、光子数の減衰、あるいは所定の範囲内の波長を透過する装置である。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、光学フィルタ２０で光子数を減衰させる機能を有することで、単一光子のパイルアップを低減可能となり、測定ダイナミックレンジを拡大可能である。また、光学フィルタ２０で所定の範囲の波長を透過させる機能を有することで、蛍光体３で発生する添加物以外の発光波長を取り除くことができ、線量率測定精度を向上可能である。
［第９の実施形態］
　本発明の第９の実施形態に係る放射線モニタについて、図１９を用いて説明する。以下の第７の実施形態に代替する実施形態では、同じ部分は同じ符号を付し、異なる部分のみ説明する。よって、説明が省略された部分は第７の実施形態と同様である。
　図１９は、第９の実施形態に係る放射線モニタ１を示す概略ブロック図である。第９の実施形態を示す概略ブロック図は、さらに、一つ一つの光ファイバ５と光選択部３７の間に接続された光学フィルタ２０を備える点で異なっている。なお、放射線検知部２、光ファイバ５、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８、光選択部３７、制御装置３８、測定対象エリア３４は、第７の実施形態と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
　光学フィルタ２０は、一つ一つの光ファイバ５と光選択部３７との間に接続され、光ファイバ５から伝送された光子に対し、光子数の減衰、あるいは所定の範囲内の波長を透過する装置である。この装置構成とすることにより、一つ一つの放射線検知部２から伝送される光子に対応する光学フィルタ２０を選択することが可能である。
　本実施形態によれば、当該放射線モニタ１は、光検出器６、カウンタ７、解析・表示装置８の員数が低減され、放射線モニタ１の小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器６の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現される。
　また、２つ以上ある放射線検知部２の全ての測定を自動化することができ、測定に要する労力及び時間を大幅に低減可能である。さらに、光学フィルタ２０を一つ一つの光ファイバ５と接続することにより、複数の異なる測定対象の環境に応じて最適な放射線検知部２を適用することが可能である。
１　放射線モニタ
２　放射線検知部
３　蛍光体
４　添加物
５　光ファイバ
６　光検出器
７　カウンタ
８　解析・表示装置
９　放射線
１０　相互作用
１１　単一光子
１２　電気パルス信号
１３　電気パルス信号
２０　光学フィルタ
３０　基準計数率
３１　規格範囲
３２　低エネルギー放射線
３３　高エネルギー放射線
３４　測定対象エリア
３５　第一の蛍光体
３６　第二の蛍光体
３７　光選択部
３８　制御装置

Claims (17)

  1. 　入射した放射線に対して光を放出する蛍光体を備えた放射線検知部と、
    　前記放射線検知部の蛍光体から放出された光を伝送する光ファイバと、
    　前記光ファイバから伝送された光を構成する単一光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、
    　前記光検出器により変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、
    　電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースと、
    　前記データベースを用いて、前記カウンタで計数した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算部と、を備え、
    　前記蛍光体はエネルギー付与により光子を放出する添加物を有し、
    　前記添加物は濃度勾配を有することを特徴とする放射線モニタ。
  2. 　請求項１に記載の放射線モニタであって、
    　前記蛍光体は球体形状を有することを特徴とする放射線モニタ。
  3. 　請求項１に記載の放射線モニタであって、
    　前記蛍光体は半球体形状を有することを特徴とする放射線モニタ。
  4. 　請求項１に記載の放射線モニタであって、
    　前記蛍光体は円柱形状を有することを特徴とする放射線モニタ。
  5. 　請求項１に記載の放射線モニタであって、
    　前記蛍光体は角柱形状を有することを特徴とする放射線モニタ。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放射線モニタであって、
    　前記添加物は同心円状に濃度勾配を有することを特徴とする放射線モニタ。
  7. 　請求項６に記載の放射線モニタであって、
    　前記添加物は前記蛍光体の中心部から外側に向かって濃度が低下する濃度勾配を有することを特徴とする放射線モニタ。
  8. 　請求項６に記載の放射線モニタであって、
    　前記添加物は前記蛍光体の中心部から外側に向かって濃度が増加する濃度勾配を有することを特徴とする放射線モニタ。
  9. 　入射した放射線に対して光を放出する蛍光体を備えた放射線検知部と、
    　前記放射線検知部の蛍光体から放出された光を伝送する光ファイバと、
    　前記光ファイバから伝送された光を構成する単一光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、
    　前記光検出器により変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、
    　電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースと、
    　前記データベースを用いて、前記カウンタで計数した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算部と、を備え、
    　前記蛍光体は各層で添加物に関する特徴が異なる多層構造を有することを特徴とする放射線モニタ。
  10. 　請求項９に記載の放射線モニタであって、
    　前記添加物に関する特徴は添加物の元素種であることを特徴とする放射線モニタ。
  11. 　請求項９に記載の放射線モニタであって、
    　前記添加物に関する特徴は添加物の濃度であることを特徴とする放射線モニタ。
  12. 　請求項９に記載の放射線モニタであって、
    　前記添加物に関する特徴は添加物の密度分布であることを特徴とする放射線モニタ。
  13. 　請求項１に記載の放射線モニタであって、
    　光を減衰させる光学フィルタを有し、
    　前記光学フィルタは、前記光ファイバ及び前記光検出器と接続されていることを特徴とする放射線モニタ。
  14. 　請求項１に記載の放射線モニタであって、
    　前記放射線検知部及び前記光ファイバを複数有し、
    　前記演算部は、異なる複数の位置の放射線の線量率を換算することを特徴とする放射線モニタ。
  15. 　請求項１４に記載の放射線モニタであって、
    　前記光検出器が電気パルス信号を取得する対象の光を、第１の光ファイバから伝送された光と、第２の光ファイバから伝送された光のいずれとするか選択する光選択部と、
    　前記光選択部を制御する制御部と、を有することを特徴とする放射線モニタ。
  16. 　請求項１５に記載の放射線モニタであって、
    　光を減衰させる光学フィルタを有し、
    　前記光学フィルタは前記光選択部及び前記光検出器と接続されていることを特徴とする放射線モニタ。
  17. 　請求項１５に記載の放射線モニタであって、
    　光を減衰させる光学フィルタを複数有し、
    　第１の光学フィルタは、前記第１の光ファイバ及び前記光選択部と接続され、
    　第２の光学フィルタは、前記第２の光ファイバ及び前記光選択部と接続されていることを特徴とする放射線モニタ。
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