(57)【要約】【課題】簡単な構成で、放射線とノイズの識別が容易な放射線カウンタ装置を提供する。【解決手段】第１のフォトダイオードの検出信号であるパルス信号ａと、第２のフォトダイオードの検出信号であるパルス信号ｂと、第３のフォトダイオードの検出信号であるパルス信号ｃの位相を比較し、（３）のようにすべてのパルス信号の位相が一致している場合はノイズであると判断し、（１）（２）のように位相の異なったパルス信号が存在するときは放射線であると判断するようにして、ノイズセンサや衝撃センサなどのデバイスを使用することなく、フォトダイオードだけで放射線とノイズを識別して放射線をカウントできるようにした。【選択図】  図５
2014174073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオード毎に設けられ、該フォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換する複数のチャージアンプと、
前記チャージアンプ毎に設けられ、該チャージアンプにより変換された電圧をパルス信号に変換する複数のコンパレータと、
前記各コンパレータにより変換されたパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出する制御回路と、
を具備したことを特徴とする放射線カウンタ装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記複数のコンパレータが出力する少なくとも２つのパルス信号の位相が異なる場合は放射線とみなすことを特徴とする請求項１記載の放射線カウンタ装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記複数のコンパレータが出力する複数のパルス信号の位相がすべて一致する場合はノイズとみなすことを特徴とする請求項１記載の放射線カウンタ装置。
【請求項４】
前記フォトダイオードは、シリコンアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の放射線カウンタ装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードは、ガンマ線調整板を備えることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射線カウンタ装置。
【請求項６】
複数のフォトダイオードを備えた放射線カウンタ装置の放射線カウント方法であって、
前記複数のフォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換するステップと、
前記変換された電圧をパルス信号に変換するステップと、
前記変換された前記複数のフォトダイオードに対応するパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする放射線カウント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射線カウンタ装置及び放射線カウント方法に関し、特に振動や衝撃、外来電波などのノイズを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線カウンタ装置、特に個人用の簡易型放射線カウンタのニーズが高まっている。このような放射線カウンタ装置は、例えば特開２００７−２８９５１４号公報（特許文献１）に示されるようなものが知られている。
簡易型の放射線カウンタは、振動や衝撃、外来電波の影響を受けやすく、放射線でないものを誤カウントしてしまう可能性があるので、ノイズ対策が大きな課題となっている。
また、一般的に使用されている放射線センサとしては、例えば高線量率の測定にはイオンチェンバー、低線量率の測定にはＮａｉシンチレーション検出器などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８５９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術では、ノイズ対策のために電磁的ノイズを検出するノイズセンサと、衝撃を検出する衝撃センサを備えている。従って、複数の異なるセンサデバイスを必要とするため、コストが高くなるとともに、ノイズセンサや衝撃センサの出力信号も使用してノイズをキャンセルする演算が必要となるため処理が複雑になるという課題があった。
また、放射線センサとしてのイオンチェンバーやＮａｉシンチレーション検出器は、精度は高いものの、原子力発電所等で使用される高価で大型のものであり、個人や小規模な団体で使用するには困難であるという課題があった。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、複数の異なるデバイスを設けずに、フォトダイオードだけで放射線とノイズを識別できる放射線カウンタ装置及び放射線カウント方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、複数のフォトダイオードと、前記フォトダイオード毎に設けられ、該フォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換する複数のチャージアンプと、
前記チャージアンプ毎に設けられ、該チャージアンプにより変換された電圧をパルス信号に変換する複数のコンパレータと、前記各コンパレータにより変換されたパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出する制御回路と、を具備したことを特徴とする放射線カウンタ装置を提供するものである。
【０００６】
請求項６記載の発明は、複数のフォトダイオードを備えた放射線カウンタ装置の放射線カウント方法であって、前記複数のフォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換するステップと、前記変換された電圧をパルス信号に変換するステップと、前記変換された前記複数のフォトダイオードに対応するパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出するステップと、を含むことを特徴とする放射線カウント方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の異なったセンサデバイスを設けることなく、放射線とノイズを識別できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の放射線カウント装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１における制御回路の内部構成を示した装置全体構成図である。
【図３】図２の要部の信号を示すタイムチャートである。
【図４】本発明に係る一実施の形態である放射線カウント装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４の動作をするためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜背景技術の説明＞
まず、はじめに、本発明を理解しやすくするため背景技術について説明する。図１は、一般的な放射線カウンタ装置のブロック図、図２は図１における制御回路の内部構成を示した装置全体構成図、図３は図２の要部の信号を示すタイムチャートである。
【００１０】
図１に示す装置は、放射線センサ１００、ノイズセンサ２００、衝撃センサ３００、制御回路４００から構成される。この放射線センサ１００によって外来放射線が検出され、信号Ａを出力する。ノイズセンサ２００は、外来電磁波を検出し、信号Ｂを出力するものである。衝撃センサ３００は、振動や衝撃を検出し、信号Ｃを出力するものである。信号Ａ及び信号Ｂ及び信号Ｃはそれぞれ制御回路４００に接続される。
【００１１】
図２は、図１に示す制御回路４００の内部構成を示した装置全体構成図である。図２において、制御回路４００は、信号変換部４１０、信号変換部４２０、信号変換部４３０、放射線カウンタ７００、及び演算器８００によって構成される。
信号変換部４１０はチャージアンプ４１１、コンパレータ４１２で構成され、放射線センサ１００が出力する信号Ａを受信し、その信号をチャージアンプ４１１によって増幅し、増幅された信号Ｄの電圧をコンパレータ４１２によって、基準電圧と電圧比較し、信号Ｄの電圧が基準電圧を超えることでその信号成分に相当するパルス信号Ｇを出力する。
【００１２】
信号変換部４２０はチャージアンプ４２１、コンパレータ４２２で構成され、ノイズセンサ２００が出力する信号Ｂを受信し、その信号をチャージアンプ４２１によって増幅し、増幅された信号Ｅの電圧をコンパレータ４２２によって、基準電圧と電圧比較し、信号Ｅの電圧が基準電圧を超えることでその信号成分に相当するパルス信号Ｈを出力する。
信号変換部４３０はチャージアンプ４３１、コンパレータ４３２で構成され、衝撃センサ２００が出力する信号Ｃを受信し、その信号をチャージアンプ４３１によって増幅し、増幅された信号Ｆの電圧をコンパレータ４３２によって、基準電圧と電圧比較し、信号Ｆの電圧が基準電圧を超えることでその信号成分に相当するパルス信号Ｉを出力する。
【００１３】
放射線カウンタ５００は、パルス信号Ｇを入力して放射線をカウントする。
ノイズカウンタ６００は、パルス信号Ｈを入力してノイズ信号をカウントする。
衝撃カウンタ７００は、パルス信号Ｉを入力して衝撃信号をカウントする。
演算器８００は、プログラムを周期毎に繰り返し行うものであり、一般的なマイクロプロセッサである。前記放射線カウンタ５００、ノイズカウンタ６００、衝撃カウンタ７００の出力を入力し、放射線カウンタ７００が示す計数を周期毎に参照し、その値に変化が認められたとき放射線線量を演算処理するもので、所定のアルゴリズムによりノイズ信号と衝撃信号をキャンセルしながら放射線量を計算する。
図３は図２の信号Ａ〜Ｉの一例を示すタイミングチャートである。
【００１４】
＜発明を実施するための最良の実施の形態＞
上記説明した従来の放射線カウンタ装置では、ノイズを取り除くことはできるが、前述したように放射線センサ、ノイズセンサ、衝撃センサという異なるセンサデバイスが必要となる。
図４は本発明の一実施の形態である放射線カウンタ装置の概略ブロック図を示すものである。
図５は図４の動作を説明するタイムチャートである。
図４において、チャージアンプ２Ａ。２Ｂ、２Ｃの動作は基本的に図２におけるチャージアンプ４１１の動作と同じであり、コンパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの動作は基本的に図２におけるコンパレータ４１２の動作と同じであるので、詳細な説明は省略してある。
【００１５】
以下、図４を参照して、本実施の形態の放射線カウンタ装置を説明する。本例の放射線カウンタ装置は、第１ないし第３のフォトダイオード部１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、これらのフォトダイオード部１Ａ、１Ｂ、１Ｃからの出力信号を、それぞれパルス信号に変換する第１ないし第３のコンパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、これらのコンパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃからの出力パルスを入力して放射線とノイズを識別して放射線量を計算する制御回路４を有する。
【００１６】
フォトダイオード部１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、それぞれ１個のシリコン半導体放射線検出素子であるフォトダイオードに、電荷を電圧に変換し増幅してコンパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃに供給するチャージアンプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを有する。シリコン半導体放射線検出素子は、好ましくは、シリコンアバランシェフォトダイオードによって構成される。半導体中に大きな電界があると、光子の衝突によって発生する電子が加速され、他の半導体原子と衝突して複数の電子を弾き出す。ここで弾き出された電子は電界によって加速され、他の半導体電子に衝突してさらに電子を弾き出す。この連鎖によって、移動する電子が爆発的に増える現象をアバランシェ増倍と呼ぶ。アバランシェフォトダイオードは、アバランシェ増倍を利用して受光感度を上昇させたフォトダイオードである。
【００１７】
すなわち、シリコンアバランシェフォトダイオードは、逆電圧を印加することにより生じる内部増幅作用を利用した高速、高感度なフォトダイオードである。ＰＩＮフォトダイオードに比べ微弱な信号の測定が可能である。信号が微弱である環境では、ノイズの影響が大きくなるので、本実施の形態の効果が一層顕著になる。簡易型の放射線カウンタ装置であれば、下記のようなフォトダイオードを使用しても本実施の形態の基本的な原理は同じである。
【００１８】
ＰＮフォトダイオードは、受光面側の１μｍ以下のＰ層と基板側のＮ層で光電変換部を形成している最も基本的な構造のもので、光のエネルギによってＰ層とＮ層の中性領域（空乏層）で生成された電子はＮ層へ、正孔はＰ層へ流れる。
ＰＩＮフォトダイオードは、ＰＮ接合の間にＩ型半導体を挟み込んだ構造となっている。Ｉ層を挟み込むことで逆電圧を加えた時の空乏層が大きくなるので、高速な応答特性を得ることができる。ＰＮフォトダイオードより感度が優れている。
フォトダイオードが放射線を検知すると接合面に電荷を発生するが、電荷の発生は非常に短時間で微小である。シリコンアバランシェフォトダイオードは、ＰＮフォトダイオードやＰＩＮフォトダイオードに比べて、高速、高感度で微弱な信号の測定が可能であるため、ノイズとのＳ／Ｎ比を考慮しても本実施の形態に採用して好適である。
【００１９】
フォトダイオード部１Ａ、１Ｂ、１Ｃに含まれるシリコン半導体放射線検出素子の有感部分の厚さは、互いに同一であってもよいが異なってもよい。即ち、放射線検出器１Ａ、１Ｂ、１Ｃに含まれるフォトダイオードの感度は、互いに同一であってもよいが異なってもよい。同一にすれば、純粋にパルス信号の位相だけを比較でき、異ならせれば、強さや時間の異なる放射線を検知しやすくなる。
【００２０】
フォトダイオード部１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、それぞれガンマ線調整版１ＧＡ、１ＧＢ、１ＧＣを備えている。ガンマ線調整板は、フォトダイオード部放射線検出器に入射するガンマ線エネルギ及びガンマ線フラックスを調整する機能を有するもので、鉛、鉄、アルミ等によって構成され、ガンマ線を減衰させる機能を有する。ガンマ線調整板は、その厚さによってガンマ線エネルギ及びフラックスを減衰させる力が異なるので、測定したいエネルギ領域のレベルに合せて厚さを設定することができる。フォトダイオード部１Ａ、１Ｂ、１Ｃのガンマ線調整版１ＧＡ、１ＧＢ、１ＧＣの厚さは同じでも良く、少しずつ異ならせてもよい。同一にすれば、純粋にパルス信号の位相だけを比較でき、異ならせれば、強さや時間の異なる放射線を検知しやすくなる。
【００２１】
図中、ａはコンパレータ３Ａの出力であるパルス信号であり、ｂはコンパレータ３Ｂの出力であるパルス信号であり、ｃはコンパレータ３Ｃの出力であるパルス信号である。
【００２２】
＜実施の形態の動作＞
制御回路４は、図５に示すコンパレータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃから出力されるパルス信号ａ、ｂ、ｃを入力し、３系統のパルス信号の位相を比較する。
図５（３）のように、すべてのフォトダイオードが同じ位相のパルスを検出した時は、衝撃を受けた等のノイズである可能性が高く、ノイズであると判断する。
すなわち、１つの放射線は面積が無く点であるため１つフォトダイオードにしか検出されないので、すべてのフォトダイオードが同じ位相のパルスを検出したということは、放射線ではなく衝撃や電磁波などのノイズが発生したと考えられる。
【００２３】
また、逆に図５（１）のように、すべてのフォトダイオードが異なる位相のパルス信号を検出した時は、各フォトダイオードがそれぞれ独立して放射線を検出したものとみなす。
【００２４】
図５（２）のように、位相が一致するパルス信号ａ、ｂと、位相が異なるパルス信号ｃを検出した時は、実験やシミュレーションによってどう判断するかを決めればよいが、多量の放射線が存在している時は２つの放射線を２つのフォトダイオードが同時に検出する可能性もあり、さらに位相が異なるパルス信号も検出しているので、ノイズではなく放射線の可能性が高く、本実施の形態では放射線とみなす。
このような位相比較回路は、ハードウエアの論理回路で組むことも可能であるが、一般的にはサンプリングをしてパルス信号の時間的位置をメモリに書き込んでソフトウエアで比較する。
【００２５】
検出したパルス信号から放射線量を計算する方法は詳述しないが、図１に示すような従来の放射線カウンタ装置ではノイズ成分を考慮してノイズ成分を取り除く計算をしなければならないのに対し、本実施の形態によれば、ノイズは予め無視してしまうので、計算が単純になる効果がある。
【００２６】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲を付記する。
【００２７】
＜付記＞
［請求項１］
複数のフォトダイオードと、
前記フォトダイオード毎に設けられ、該フォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換する複数のチャージアンプと、
前記チャージアンプ毎に設けられ、該チャージアンプにより変換された電圧をパルス信号に変換する複数のコンパレータと、
前記各コンパレータにより変換されたパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出する制御回路と、
を具備したことを特徴とする放射線カウンタ装置。
［請求項２］
前記制御回路は、前記複数のコンパレータが出力する少なくとも２つのパルス信号の位相が異なる場合は放射線とみなすことを特徴とする請求項１記載の放射線カウンタ装置。
［請求項３］
前記制御回路は、前記複数のコンパレータが出力する複数のパルス信号の位相がすべて一致する場合はノイズとみなすことを特徴とする請求項１記載の放射線カウンタ装置。
［請求項４］
前記フォトダイオードは、シリコンアバランシェフォトダイオードであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の放射線カウンタ装置。
［請求項５］
前記のフォトダイオードは、ガンマ線調整板を備えることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射線カウンタ装置。
［請求項６］
複数のフォトダイオードを備えた放射線カウンタ装置の放射線カウント方法であって、
前記複数のフォトダイオードにより発生した電荷を電圧に変換するステップと、
前記変換された電圧をパルス信号に変換するステップと、
前記変換された前記複数のフォトダイオードに対応するパルス信号を入力し、放射線信号とノイズを識別して放射線量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする放射線カウント方法。
【符号の説明】
【００２８】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ・・・フォトダイオード部
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・チャージアンプ
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・コンパレータ
４・・・制御回路
１ＧＡ、２ＧＡ、３ＧＡ・・・ガンマ線調整版
【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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