(57)【要約】【課題】幅広いエネルギー分布を持つ宇宙線ミューオンのような放射線のエネルギーを小型で且つ安価な装置により測定可能とする。【解決手段】放射線の入射側から、該放射線の入射方向に沿って吸収体（３０、３１、３２、３３）とシンチレータ（２１、２２、２３、２４）の対を２対以上積層配置し（放射線に一番近い吸収体３０は省略可）、各シンチレータ（２１、２２、２３、２４）における発光量から放射線のエネルギーを決定する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射側から、該放射線の入射方向に沿って配置される、
内部で静止した放射線により発光する第１シンチレータと、
該第１シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる第１吸収体と、
該第１吸収体を通過し、内部で静止した放射線により発光する第２シンチレータと、を配置した測定装置を用い、
前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの各発光量を測定し、放射線のエネルギーとの相関関係から放射線のエネルギーを決定することを特徴とする放射線エネルギーの測定方法。
【請求項２】
放射線は、内部で静止した放射線により発光するシンチレータと、該シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる吸収体とを一対として、この順で２対以上積層した積層構造であって、前記吸収体として前記第１吸収体、前記シンチレータとして前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータを含む積層構造を備える測定装置を用いて測定されることを特徴とする請求項１に記載の放射線エネルギーの測定方法。
【請求項３】
前記第１シンチレータに入射する前に第２吸収体により放射線のエネルギーを所定量減衰させることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線エネルギーの測定方法。
【請求項４】
前記放射線がミューオンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の放射線エネルギーの測定方法。
【請求項５】
前記第１吸収体は鉛又は鉄であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放射線エネルギーの測定方法。
【請求項６】
前記第２吸収体は鉛又は鉄であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の放射線エネルギーの測定方法。
【請求項７】
前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの少なくともいずれか一つはプラスチックシンチレータであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放射線エネルギーの測定方法。
【請求項８】
放射線の入射側から、該放射線の入射方向に沿って配置される、
内部で静止した放射線により発光する第１シンチレータと、
該第１シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる第１吸収体と、
該第１吸収体を通過し、内部で静止した放射線により発光する第２シンチレータと、
前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの各発光を検出する光検出器と、
該光検出器からの出力結果に基づき、放射線の発光量と放射線のエネルギーの相関関係から放射線のエネルギーを決定する手段と、
を備えたことを特徴とする放射線エネルギーの測定装置。
【請求項９】
前記測定装置は、内部で静止した放射線により発光するシンチレータと、該シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる吸収体とを一対として、この順で２対以上積層した積層構造であって、前記吸収体として前記第１吸収体、前記シンチレータとして前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータを含む積層構造を備えることを特徴とする請求項８に記載の放射線エネルギーの測定装置。
【請求項１０】
前記測定装置の入射面には、前記第１シンチレータに入射する前に放射線のエネルギーを所定量減衰させる第２吸収体を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の放射線エネルギーの測定装置。
【請求項１１】
前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータと前記光検出器との間には、前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの発光を前記光検出器に導くライトガイドが設けられていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の放射線エネルギーの測定装置。
【請求項１２】
前記吸収体の材質又は厚みが層により異なることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の放射線エネルギーの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線エネルギーの測定方法及び装置に係り、特に、幅広いエネルギー分布を持つ例えば宇宙線ミューオンのような放射線のエネルギーを小型で且つ安価な装置で測定可能な放射線エネルギーの測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽子、中性子、γ線などの放射線のエネルギーの測定方法として、放射線がシンチレータに入射した際の発光量からエネルギーを導出する方法がある。
【０００３】
従来のシンチレータを用いた放射線のエネルギーの測定装置は、例えば、プラスチックシンチレータの後方に、例えば光電子増倍管（フォトマルチプライヤー（ＰＭＴ）とも称する）でなる光検出器が配設されている。
【０００４】
このような測定装置において、シンチレータ中での発光量は、一般に同じ種類の放射線であれば、そのエネルギーが大きいほど大きくなる。従って、シンチレータ中での発光量と放射線のエネルギーの相関関係からエネルギーを導出することができる。
【０００５】
発光量と放射線エネルギーの相関関係は、エネルギーが既知である放射線を入射させ、シンチレータでの発光量とエネルギーの関係を系統的に測定する、又は、放射線シミュレーション用計算コードを用いた数値計算により得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｇｌｅｎｎ  Ｆ．  Ｋｎｏｌｌ著「放射線計測ハンドブック  第４版」オーム社（平成２５年９月２５日発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１に例示する如く、低エネルギーの放射線（μ）１個がシンチレータ１０に入射した場合、放射線（μ）は、そのエネルギーをシンチレータ１０に付与しながらシンチレータ１０内にて静止する。この場合、放射線の全エネルギーはシンチレータ１０内における発光量に変換されるため、光検出器、例えば光電子増倍管１２により、そのエネルギーを正確に測定することができる。図において１４はライトガイドである。
【０００８】
しかしながら、例えば高エネルギーの放射線（μ）がシンチレータに入射すると、図２に例示する如く、そのエネルギーをすべてシンチレータ１０へ付与する前に、エネルギーが減衰した放射線（μ’）としてシンチレータ１０を透過してしまう。この場合、そのエネルギーの一部のみがシンチレータ１０へ付与され、透過した放射線（μ’）が保持する残りのエネルギーを知ることができない。よって、シンチレータ１０を透過するほどに放射線が高エネルギーである場合、エネルギーを正確に識別することが困難となる。
【０００９】
そこで、シンチレータ内で放射線が静止するようにして放射線のエネルギーを測定する場合２つの方法が考えられ、一つはエネルギーを十分付与できる程度に大きなシンチレータを採用する方法、もう一つは非特許文献１に記載されているように線源と検出器の間にエネルギー吸収物質（吸収体）を設置してエネルギーを減衰させる方法である。
【００１０】
しかしながら前者はシンチレータが大型化し、検出器の製造コストが高くなる。また後者は検出器に含まれるシンチレータ自体は大型化しないものの、シンチレータよりも前面に吸収体を設置するため、特定の大きなエネルギーを持つ放射線のみを測定することは可能であるものの、幅広いエネルギー分布を持つ放射線のエネルギー測定は不可能であり、例えば宇宙線ミューオンのように様々な異なるエネルギーを持って飛来するミューオンエネルギーを測定するには適さない。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、幅広いエネルギー分布を持つ宇宙線ミューオンのような放射線のエネルギーを小型で且つ安価な装置により測定可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、放射線の入射側から、該放射線の入射方向に沿って配置される、内部で静止した放射線により発光する第１シンチレータと、該第１シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる第１吸収体と、該第１吸収体を通過し、内部で静止した放射線により発光する第２シンチレータと、を配置した測定装置を用い、前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの各発光量を測定し、放射線のエネルギーとの相関関係から放射線のエネルギーを決定することにより、前記課題を解決するものである。
【００１３】
ここで、放射線は、内部で静止した放射線により発光するシンチレータと、該シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる吸収体とを一対として、この順で２対以上積層した積層構造であって、前記吸収体として前記第１吸収体、前記シンチレータとして前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータを含む積層構造を備える測定装置を用いて測定することができる。
【００１４】
又、前記第１シンチレータに入射する前に第２吸収体により放射線のエネルギーを所定量減衰させることができる。
【００１５】
又、前記放射線をミューオンとすることができる。
【００１６】
又、前記第１吸収体を鉛又は鉄とすることができる。
【００１７】
又、前記第２吸収体を鉛又は鉄とすることができる。
【００１８】
又、前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの少なくとも一つをプラスチックシンチレータとすることができる。
【００１９】
本発明は、又、放射線の入射側から、該放射線の入射方向に沿って配置される、内部で静止した放射線により発光する第１シンチレータと、該第１シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる第１吸収体と、該第１吸収体を通過し、内部で静止した放射線により発光する第２シンチレータと、前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの各発光を検出する光検出器と、該光検出器からの出力結果に基づき、放射線の発光量と放射線のエネルギーの相関関係から放射線のエネルギーを決定する手段とを備えたことを特徴とする放射線エネルギーの測定装置により、同様に前記課題を解決するものである。
【００２０】
ここで、前記測定装置は、内部で静止した放射線により発光するシンチレータと、該シンチレータを通過して入射した放射線のエネルギーを所定量減衰させる吸収体とを一対として、この順で２対以上積層した積層構造であって、前記吸収体として前記第１吸収体、前記シンチレータとして前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータを含む積層構造を備えることができる。
【００２１】
又、前記測定装置の入射面には、前記第１シンチレータに入射する前に放射線のエネルギーを所定量減衰させる第２吸収体を有することができる。
【００２２】
又、前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータと前記光検出器との間には、前記第１シンチレータ及び前記第２シンチレータの発光を前記光検出器に導くライトガイドを設けることができる。
【００２３】
又、前記吸収体の材質又は厚みを層により異なるものとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
ある大きさのシンチレータについては、その中で完全に静止する放射線のエネルギー程度までを測定することができる。本発明では、放射線の入射方向に沿って、吸収体とシンチレータの対を２対以上積層配置し（放射線に一番近い吸収体は省略可）、吸収体を通過することによってエネルギーが減衰し、複数のシンチレータ又は吸収体のいずれかの中で静止した放射線を検出する。従って、エネルギー分布を持つ放射線束のエネルギー分布を測定することができる。又、一般にシンチレータよりも吸収体の方が放射線のエネルギーを大きく減衰するため、従来の装置よりも小型で且つ安価な装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】低エネルギーの放射線１個が従来の放射線検出器のシンチレータに入射した場合の発光を示す図
【図２】従来の問題点を説明するための、高エネルギーの放射線１個が従来の放射線検出器のシンチレータに入射した場合の発光を示す図
【図３】本発明の第１実施形態の構成を示す斜視図
【図４】同じくライトガイド部分を示す側面図
【図５】同じく発光強度の時間変化を（Ａ）本発明と（Ｂ）従来例で比較して示す図
【図６】本発明の第２実施形態の構成を示す斜視図
【図７】本発明の第３実施形態の構成を示す斜視図
【図８】同じくライトガイド部分を示す側面図
【図９】本発明の第４実施形態の構成を示す斜視図
【図１０】本発明の第５実施形態の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００２７】
吸収体とシンチレータの対のうち、放射線源８に一番近い吸収体を省略した本発明の第１実施形態は、図３に示す如く、入射してシンチレータ中で静止した放射線により発光する第１のシンチレータ２１と、該第１のシンチレータ２１を透過した放射線を吸収する第１の吸収体３１と、該第１の吸収体３１を透過してシンチレータ中で静止した放射線により発光する第２のシンチレータ２２と、該第２のシンチレータ２２を透過した放射線を吸収する第２の吸収体３２と、該第２の吸収体３２を透過してシンチレータ中で静止した放射線により発光する第３のシンチレータ２３と、該第３のシンチレータ２３を透過した放射線を吸収する第３の吸収体３３と、該第３の吸収体３３を透過してシンチレータ中で静止した放射線により発光する第４のシンチレータ２４と、前記第１、第２、第３、第４のシンチレータ２１、２２、２３、２４による発光を導く第１、第２、第３、第４のライトガイド４１、４２、４３、４４と、該第１、第２、第３、第４のライトガイド４１、４２、４３、４４により伝えられた発光を検出する光電子増倍管５１と、該光電子増倍管５１の出力と放射線のエネルギーの相関関係から放射線のエネルギーを決定するデータ処理回路６１とを備えたものである。
【００２８】
前記シンチレータ２１、２２、２３、２４は、例えばプラスチックシンチレータとすることができる。
【００２９】
前記吸収体３１、３２、３３は、例えば鉄あるいは鉛とすることができる。
【００３０】
前記ライトガイド４１、４２、４３、４４は、図４に例示する如く、４つのシンチレータ２１、２２、２３、２４の光出力を共通の光電子増倍管５１の受光面に入射させるために用いられる。
【００３１】
本実施形態における発光強度の時間変化の例を図５（Ａ）に示す。各シンチレータ２１、２２、２３、２４に対応する波形２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａが現れている。これに対して、図１に例示したような一体のシンチレータ１０を用いた場合には、図５（Ｂ）に示す如く、放射線（μ’）が透過するほどに高エネルギーであると、そのエネルギーが識別できない。
【００３２】
吸収体とシンチレータの組合せは、測定する放射線の種類と測定対象とするエネルギー領域により選択する。具体的には、モンテカルロシミュレーションを行い、吸収体材料の種類による放射線のエネルギー損失率を事前に求め、測定エネルギー領域及び間隔に応じた吸収体の種類と厚さを選択する。
【００３３】
例えば、宇宙線ミューオン束のような平均数ＧｅＶで、広範なエネルギー分布をもつ放射線の測定に際しては、ある限定したエネルギー領域内で詳細なエネルギー間隔で測定する場合、又、幅広いエネルギー領域に対する傾向を得るために離散的なエネルギー間隔で測定する場合に本発明が有効である。
【００３４】
例えば、エネルギーウィンドウ型ミュオグラフィに適切なエネルギー領域は、測定対象物中における欠陥などの有無によって、ミューオンが透過する／しないという境界領域である。従来、ミュオグラフィにおいて、ミューオンのエネルギーを柔軟に選択することには困難があった。しかし、本発明をミュオグラフィ装置と組み合わせて使用すれば、境界領域において測定するエネルギー間隔を細かくするなどにより、欠陥の種類に応じたエネルギーウィンドウを選択することが可能となる。例えば、橋梁に対しては、本発明の薄い吸収体（鉄０．５ｍｍ厚）と薄いプラスチックシンチレータ（５ｍｍ厚）の対による積層構造のエネルギー測定器によって、ミューオンエネルギーを１ＭｅＶより小さな間隔で測定し、エネルギーウィンドウを設定することが考えられる。
【００３５】
一般的にエネルギーウィンドウ型ミュオグラフィ検査においては、測定対象物が大きく、検出すべき欠陥が大きい場合は、高エネルギーのミューオンが適し、エネルギーウィンドウの間隔は大きくてよい。よって、エネルギーを大きく減衰させる厚い高密度の吸収体を用い、大きい間隔でのエネルギー測定が有効である。一方、測定対象物が小さく、検出すべき欠陥が小さい場合は、低エネルギーのミューオンが適し、エネルギー測定間隔（エネルギーウィンドウの間隔）も小さい方が望ましい。よって、吸収体は薄い低密度の物質を用い、細かい間隔でのエネルギー測定が有効である。
【００３６】
なお、吸収体材料の種類による放射線のエネルギー損失率は、ＰＨＩＴＳやＭＣＮＰ、ＧＥＡＮＴ４といったモンテカルロ・シミュレーション・コードにより、原子組成や密度、厚さなどの異なる吸収体に対する放射線の減衰率を導出することができる。
【００３７】
本実施形態のように、１つの光電子増倍管５１で複数（実施例では４つ）のシンチレータ２１、２２、２３、２４の発光量を検出する場合、２個目、３個目、４個目の発光量を識別する仕組みが必要である。例えば、シンチレータ２２において生じる発光はシンチレータ２１での発光に対して時間的に遅れて生じるため、発光量の識別は可能である。その発光量から放射線のエネルギーを導出するには、背景技術にて既に述べたように、実験的又はシミュレーション計算により導出した発光量に対するエネルギーの相関関係が必要である。又、材質や厚さの異なる数種類の吸収体及びシンチレータを用いた場合も、同様にシンチレータ中の発光量に対する放射線のエネルギーの相関関係を得ることによって、放射線のエネルギーを決定することができる。
【００３８】
第１実施形態においては、光検出器である光電子増倍管５１が１台とされていたが、図６に示す第２実施形態のように、各シンチレータ２１、２２、２３、２４にそれぞれ光電子増倍管５１、５２、５３、５４を設けることができる。
【００３９】
本実施形態においては、各シンチレータ２１、２２、２３、２４の光出力面と光電子増倍管５１、５２、５３、５４の受光面の形状をそれぞれ一致させるためにライトガイド４１、４２、４３、４４が設けられている。なお、シンチレータ２１、２２、２３、２４の光出力面と光電子増倍管５１、５２、５３、５４の受光面が同じ形状であればライドガイドを省略することもできる。
【００４０】
又、使用できる光電子増倍管の数が限られている場合には、図７に示す第３実施形態のように、隣り合うシンチレータからは接続せず、離れたシンチレータ（２１と２３、２２と２４）を、ライトガイド４１、４３とライトガイド４２、４４により、それぞれ１つの光電子増倍管５１、５２へ接続することも考えられる。
【００４１】
本実施形態におけるライトガイド４１、４２、４３、４４と光電子増倍管５１、５２の接続関係を図８に示す。
【００４２】
なお、前記実施形態においては、光検出器として光電子増倍管が用いられていたが、光検出器はこれに限定されず、マルチピクセルフォトンカウンタ（ＭＰＰＣ）などであってもよい。
【００４３】
又、シンチレータは、無機結晶、液体などを用いることができる。又、シンチレータの代わりに半導体検出器や原子核乾板などを使用することができる。
【００４４】
更に、積層構造は前記実施形態のシンチレータ４層と吸収体３層の組合せに限定されず、シンチレータと吸収体の組合せが、この順で２対以上積層されていればよい。但し、図９に示す第４実施形態のように、測定対象としない低エネルギー放射線を除去するため、又は、第３実施形態の構成では放射線のエネルギーが過大である場合に所定エネルギーを減衰させるため、１層目のシンチレータ２１の前面に新たな吸収体３０を追加することもできる。
【００４５】
更に、図１０に示す第５実施形態のように、図９に示した第４実施形態と同様の積層構造において、例えばシンチレータ２１と２４を、ライトガイド４１と４４により、１つの光電子増倍管５１へ接続することもできる。
【００４６】
測定する放射線もミューオンに限定されない。
【符号の説明】
【００４７】
２１、２２、２３、２４…シンチレータ
３０、３１、３２、３３…吸収体
４１、４２、４３、４４…ライトガイド
５１、５２、５３、５４…光電子増倍管（光検出器）
６１…データ処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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