(57)【要約】【課題】測定時間が短く、広範囲な環境測定が可能な空間放射線検出装置を提供すること。【解決手段】放射線を透過する複数の開口部１２と放射線を遮断する遮断部１３とにより陰影を形成する符号化マスク１０と、放射線数を検出する放射線検出素子２１を複数併設した放射線検出器２０と、陰影と放射線検出器２０で検出された放射線数とから放射線の入射方向と強度分布とを演算する演算処理部４１と、演算処理部４１で演算された放射線の入射方向と強度分布との分布画像を生成する画像生成演算部４２と、画像生成演算部４２で生成された分布画像を表示する表示部４３とを備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
2014202553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を透過する複数の開口部と前記放射線を遮断する遮断部とにより陰影を形成する符号化マスクと、
放射線数を検出する放射線検出素子を複数併設した放射線検出器と、
前記陰影と前記放射線検出器で検出された前記放射線数とから前記放射線の入射方向と強度分布とを演算する演算処理部と、
前記演算処理部で演算された前記放射線の前記入射方向と前記強度分布との分布画像を生成する画像生成演算部と、
前記画像生成演算部で生成された前記分布画像を表示する表示部と
を備えたことを特徴とする空間放射線検出装置。
【請求項２】
前記符号化マスクに、前記開口部と前記遮断部とによってランダムな幾何学模様を形成したことを特徴とする請求項１に記載の空間放射線検出装置。
【請求項３】
前記符号化マスクを、マトリックス状に複数の区画に区分して、前記開口部と前記遮断部とをそれぞれの前記区画に形成し、
前記放射線検出素子を、マトリックス状に配置し、
一つの前記放射線検出素子の検出面積を、一つの前記区画の面積以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空間放射線検出装置。
【請求項４】
前記符号化マスクの前記区画の総面積を、前記放射線検出素子の総検出面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項３に記載の空間放射線検出装置。
【請求項５】
前記放射線検出素子を、ヨウ化セシウムシンチレータとシリコンフォトダイオードとで構成し、前記放射線としてガンマ線を検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の空間放射線検出装置。
【請求項６】
前記符号化マスクと前記放射線検出器との距離を変更する検出器駆動部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空間放射線検出装置。
【請求項７】
前記表示部では、前記画像生成演算部で継続的に生成される前記分布画像を、単位時間毎にアップデートして表示することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の空間放射線検出装置。
【請求項８】
前記符号化マスクとして、少なくとも第１の前記符号化マスクと第２の前記符号化マスクとを有し、
第１の前記符号化マスクと第２の前記符号化マスクとは、前記開口部の総面積と前記遮断部の総面積との比が異なることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の空間放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境中の放射線量を可視化する空間放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガンマ線を検出するカメラとしては、ピンホール型のガンマ線カメラ（特許文献１）やコンプトン散乱を用いたガンマ線カメラが開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３３００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
東日本大震災に伴う放射能漏れの問題は、広大な土地（田畑、山林、河川、校庭など）の効率的な除染と、それに伴う瓦礫や汚染土壌の有効な隔離であるが、広範囲な環境中の放射線量を検出するには、検出効率を高めて測定時間を短くすることが必要である。
しかし、特許文献１に開示されているような、ピンホール型のガンマ線カメラでは、ピンホールを通過させたガンマ線を検出対象とするため、検出量が少なく、測定に時間を要し、広範囲な測定が難しい。
【０００５】
本発明は、測定時間が短く、広範囲な環境測定が可能な空間放射線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の本発明の空間放射線検出装置は、放射線を透過する複数の開口部と前記放射線を遮断する遮断部とにより陰影を形成する符号化マスクと、放射線数を検出する放射線検出素子を複数併設した放射線検出器と、前記陰影と前記放射線検出器で検出された前記放射線数とから前記放射線の入射方向と強度分布とを演算する演算処理部と、前記演算処理部で演算された前記放射線の前記入射方向と前記強度分布との分布画像を生成する画像生成演算部と、前記画像生成演算部で生成された前記分布画像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の空間放射線検出装置において、前記符号化マスクに、前記開口部と前記遮断部とによってランダムな幾何学模様を形成したことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の空間放射線検出装置において、前記符号化マスクを、マトリックス状に複数の区画に区分して、前記開口部と前記遮断部とをそれぞれの前記区画に形成し、前記放射線検出素子を、マトリックス状に配置し、一つの前記放射線検出素子の検出面積を、一つの前記区画の面積以下としたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の空間放射線検出装置において、前記符号化マスクの前記区画の総面積を、前記放射線検出素子の総検出面積よりも大きくしたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の空間放射線検出装置において、前記放射線検出素子を、ヨウ化セシウムシンチレータとシリコンフォトダイオードとで構成し、前記放射線としてガンマ線を検出することを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の空間放射線検出装置において、前記符号化マスクと前記放射線検出器との距離を変更する検出器駆動部を備えたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６に記載の空間放射線検出装置において、前記表示部では、前記画像生成演算部で継続的に生成される前記分布画像を、単位時間毎にアップデートして表示することを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の空間放射線検出装置において、前記符号化マスクとして、少なくとも第１の前記符号化マスクと第２の前記符号化マスクとを有し、第１の前記符号化マスクと第２の前記符号化マスクとは、前記開口部の総面積と前記遮断部の総面積との比が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の空間放射線検出装置によれば、ピンホールタイプの検出装置と比較して測定時間が短く、広範囲な環境測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例による空間放射線検出装置の構成図
【図２】本実施例による空間放射線検出装置の放射線の入射方向と強度分布との演算原理を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１の実施の形態による空間放射線検出装置は、放射線を透過する複数の開口部と放射線を遮断する遮断部とにより陰影を形成する符号化マスクと、放射線数を検出する放射線検出素子を複数併設した放射線検出器と、陰影と放射線検出器で検出された放射線数とから放射線の入射方向と強度分布とを演算する演算処理部と、演算処理部で演算された放射線の入射方向と強度分布との分布画像を生成する画像生成演算部と、画像生成演算部で生成された分布画像を表示する表示部とを備えたものである。本実施の形態によれば、符号化マスクは複数の開口部を形成しており、複数の開口部から透過される放射線から放射線量を検出するため、ピンホールタイプの検出装置と比較して測定時間が短く、広範囲な環境測定が可能である。
【００１０】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による空間放射線検出装置において、符号化マスクに、開口部と遮断部とによってランダムな幾何学模様を形成したものである。本実施の形態によれば、ランダムな幾何学模様によって、同じパターンの陰影の発現を可能な限り減少させているため、複数方向からの異なる放射線が入射しても、それぞれの放射線を分離して入射方向と強度分布とを演算することができる。
【００１１】
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による空間放射線検出装置において、符号化マスクを、マトリックス状に複数の区画に区分して、開口部と遮断部とをそれぞれの区画に形成し、放射線検出素子を、マトリックス状に配置し、一つの放射線検出素子の検出面積を、一つの区画の面積以下としたものである。本実施の形態によれば、１つの放射線検出素子と１つの区画とを対応させることができる。また、例えば、１つの区画に対して、２つの放射線検出素子、又は４つの放射線検出素子を対応させることで、分解能を高めることができ、区画毎の放射線量を正確に検出することができる。
【００１２】
本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態による空間放射線検出装置であって、符号化マスクの区画の総面積を、放射線検出素子の総検出面積よりも大きくしたものである。本実施の形態によれば、放射線検出量が少なくても、短時間で広範囲な検出を行うことができる。
【００１３】
本発明の第５の実施の形態は、第１から第４の実施の形態による空間放射線検出装置であって、放射線検出素子を、ヨウ化セシウムシンチレータとシリコンフォトダイオードとで構成し、放射線としてガンマ線を検出するものである。本実施の形態によれば、アルファ粒子やベータ粒子と比べて透過能力の高いガンマ線をダイレクトに検出し、短時間の検出で可視化することができる。
【００１４】
本発明の第６の実施の形態は、第１から第５の実施の形態による空間放射線検出装置であって、符号化マスクと放射線検出器との距離を変更する検出器駆動部を備えたものである。本実施の形態によれば、画角を変更できるため、広範囲な検出と高分解能な検出とを使い分けることができる。
【００１５】
本発明の第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による空間放射線検出装置であって、表示部では、画像生成演算部で継続的に生成される分布画像を、単位時間毎にアップデートして表示するものである。本実施の形態によれば、単位時間毎に分布画像がアップロードされるため、表示部での表示を見て測定時間を判断することができ、例えば、放射線量の多い場所では短時間で検出作業を終わらせることができる。
【００１６】
本発明の第８の実施の形態は、第１から第７の実施の形態による空間放射線検出装置であって、符号化マスクとして、少なくとも第１の符号化マスクと第２の符号化マスクとを有し、第１の符号化マスクと第２の符号化マスクとは、開口部の総面積と遮断部の総面積との比が異なるものである。本実施の形態によれば、放射線検出対象となる環境の放射線量の強さや広がり方に応じて最適な符号化マスクを選択でき、短時間での検出を可能とするとともに検出精度を高めることができる。
【実施例】
【００１７】
以下本発明の一実施例による空間放射線検出装置について説明する。
図１は本実施例による空間放射線検出装置の構成図である。
【００１８】
本実施例による空間放射線検出装置は、検出部として、陰影を形成する符号化マスク１０と、放射線数を検出する放射線検出器２０と、検出対象物までの距離を計測する距離計測部３０とを有している。
符号化マスク１０は、同図（ｂ）に示すようにマトリックス状に複数の区画１１に区分されている。それぞれの区画１１は、放射線を透過する開口部１２又は放射線を遮断する遮断部１３を形成している。遮断部１３は、鉛によってマスクされている。
符号化マスク１０は、開口部１２と遮断部１３とによってランダムな幾何学模様を形成していることが好ましい。ランダムな幾何学模様とは、同じパターンが存在しない模様であり、ランダム発生プログラムにより生成し、限られた区画１１における最適なパターンをシミュレートして決定する。
ランダムな幾何学模様にすることで、同じパターンの陰影の発現を可能な限り減少させることができ、複数方向からの異なる放射線が入射しても、それぞれの放射線を分離して入射方向と強度分布とを演算することができる。
なお、符号化マスク１０は、同じパターンの陰影の発現を可能な限り減少させることが好ましく、ランダムな幾何学模様以外に、他のマスクパターンを用いてもよい。例えば、他のマスクパターンとして、ＵＲＡ（uniformly redundant array）やＭＵＲＡ（modifieduniformly redundant array）と呼ばれる数学的手法に従って作成されるものであってもよい。
【００１９】
放射線検出器２０は、放射線数を検出する放射線検出素子２１を複数併設して構成される。放射線検出素子２１は、マトリックス状に配置されている。
同図（ｃ）に示すように、放射線検出素子２１は、放射線を検知すると発光するシンチレータとして例えばヨウ化セシウムシンチレータ２１ａと、シンチレータの発光を読み出す検出器として例えばシリコンフォトダイオード２１ｂとで構成され、シリコンフォトダイオード２１ｂからの検出値を出力する出力端２１ｃを後面に有する。出力端２１ｃと反対に位置する前面は、ヨウ化セシウムシンチレータ２１ａによる検出面２１ｄが形成されている。
なお、シンチレータの発光を読み出す検出器としては、シリコンフォトダイオード２１ｂに代えて光電子増倍管を用いてもよい。
【００２０】
放射線検出素子２１を、ヨウ化セシウムシンチレータ２１ａとシリコンフォトダイオード２１ｂとで構成することで、アルファ粒子やベータ粒子と比べて透過能力の高いガンマ線をダイレクトに検出し、短時間の検出で可視化することができる。
１つの放射線検出素子２１の検出面２１ｄの検出面積を、１つの区画１１の面積以下とすることで、１つの放射線検出素子２１と１つの区画１１とを対応させることができる。また、例えば、１つの区画１１に対して、２つの放射線検出素子２１、又は４つの放射線検出素子２１を対応させることで、分解能を高めることができ、区画１１毎の放射線量を正確に検出することができる。
距離計測部３０には、例えばレーザー距離計を用いることができる。
【００２１】
本実施例による空間放射線検出装置は、放射線の入射方向と強度分布とを演算する演算処理部４１と、放射線の入射方向と強度分布との分布画像を生成する画像生成演算部４２と、生成された分布画像を表示する表示部４３と、符号化マスク１０の陰影データを記憶している記憶部４４とを備えている。
演算処理部４１には、それぞれの放射線検出素子２１から出力される放射線数が、単位時間毎に入力される。演算処理部４１では、記憶部４４から読み出した陰影データと放射線検出器２０で検出された放射線数とから、単位時間毎に放射線の入射方向と強度分布とを演算する。
演算処理部４１では、距離計測部３０からのデータを入力することで放射線の絶対強度を演算することができる。ここで、放射線の強度分布は、放射線検出箇所と、放射線否検出箇所である背景とのデータを比較し、差分を取り出すことで得ることができる。距離計測部３０によって放射線検出箇所までの距離が分かれば、強度分布だけでなく絶対強度を決定することができる。
【００２２】
演算処理部４１からは、計測開始からの累積データが単位時間ごとに画像生成演算部４２に出力される。
画像生成演算部４２では、演算処理部４１から出力された放射線の入射方向と強度分布のデータから分布画像データを生成する。
画像生成演算部４２で生成された画像データは、表示部４３で表示される。
表示部４３では、画像生成演算部４２で生成される分布画像を、単位時間毎にアップデートして表示するため、表示部４３での表示を見て測定時間を判断することができ、例えば、放射線量の多い場所では短時間で検出作業を終わらせることができる。
【００２３】
本実施例による空間放射線検出装置は、検出器駆動部５１と筐体駆動部５２とを備えていることが好ましい。
検出器駆動部５１は、符号化マスク１０と放射線検出器２０との距離を変更する。検出器駆動部５１を設けることで、画角を変更できるため、広範囲な検出と高分解能な検出とを使い分けることができる。
筐体駆動部５２は、筐体６０を水平旋回させ又は垂直角度を変更する。
なお、筐体６０は、１つの面に符号化マスク１０が配置され、その他の５面を鉛にて遮蔽されている。放射線検出器２０は筐体６０内に配置されている。
【００２４】
なお、図示はしないが、符号化マスク１０として、開口部１２の総面積と遮断部１３の総面積との比が異なる、第１の符号化マスク１０と第２の符号化マスク１０とを少なくとも有していることが好ましい。開口部１２の総面積と遮断部１３の総面積との比が異なる符号化マスク１０を備えることで、放射線検出対象となる環境の放射線量の強さや広がり方に応じて最適な符号化マスク１０を選択でき、短時間での検出を可能とするとともに検出精度を高めることができる。
【００２５】
本実施例による空間放射線検出装置として、５〜１０ｍ程度の距離にある対象物を測定対象とした場合の構成例を以下に例示する。
符号化マスク１０は、３２×２４の７６８の区画１１に区分され、一つの区画１１は一辺１．８ｃｍの立方体空間とする。遮断部１３は、この立方体空間を鉛で埋めて構成する。
開口部１２の総面積と遮断部１３の総面積との比は、５０：５０としている。開口部１２の総面積と遮断部１３の総面積との比が異なる符号化マスク１０を用いる場合には、開口部１２の総面積と遮断部１３の総面積との比を、３５：６５〜６５：３５の範囲で変更することができる。例えば、局部的に放射線量が大きな観測地点では、開口部１２の総面積が少ない符号化マスク１０が有利な場合があり、例えば、広範囲に放射線量が検出される観測地点では、開口部１２の総面積が多い符号化マスク１０が有利な場合がある。
放射線検出器２０は、１６×１２の１９２画素の放射線検出素子２１で構成する。
放射線検出素子２１は、ヨウ化セシウムシンチレータ２１ａとシリコンフォトダイオード２１ｂとで構成され、検出面２１ｄは１．２５ｃｍ×１．２５ｃｍとする。
【００２６】
符号化マスク１０の区画１１は、放射線検出素子２１による画素数の４倍で構成している。このように、符号化マスク１０の区画１１の総面積を、放射線検出素子２１の検出面２１ｄの総検出面積よりも大きくすることで、放射線検出量が少なくても、短時間で広範囲な検出を行うことができる。なお、符号化マスク１０の区画１１の総面積を放射線検出素子２１の検出面２１ｄの総検出面積と等しくし、又は符号化マスク１０の区画１１の総面積を放射線検出素子２１の検出面２１ｄの総検出面積よりも小さくしても、広範囲な検出を行うことができる。
放射線検出素子２１のシンチレータには、ヨウ化ナトリウム（Ｎａｌ）、ケイ酸ガドリニウム（ＧＳＯ）、ゲルマニウム酸ビスマス（ビスマスジャーマネイト）（ＢＧＯ）を用いることもできる。
ただし、潮解性が低く、放射性セシウム（Ｃｓ−１３７）からの６６２ｋｅＶのガンマ線を止める能力が高いことから、ヨウ化セシウムが最も適している。
筐体６０は、例えば壁厚２．５ｃｍの鉛で形成する。２．５ｃｍの壁厚とすることで、放射性セシウム（Ｃｓ−１３７）からの６６２ｋｅＶのガンマ線強度を、測定対象からの放射線強度に比べて、測定対象外からの放射線強度を十分低い値に減少させることができ、十分な精度の測定ができる。
【００２７】
図２は本実施例による空間放射線検出装置の放射線の入射方向と強度分布との演算原理を示す説明図である。
同図では、符号化マスク１０と放射線検出器２０とを示している。
実線矢印Ａから放射線が入射された場合には、範囲１０Ａのランダムパターンが放射線検出器２０で検出され、破線矢印Ｂから放射線が入射された場合には、範囲１０Ｂのランダムパターンが放射線検出器２０で検出される。
放射線検出器２０で検出される放射線強度パターンと、符号化マスク１０のマスク陰影パターンとを見比べる（マッチングさせる）ことで画像を合成する。複数の方向からの同時入射に対しては、それぞれのパターンの相互相関関数(cross correlation function)を計算することで、放射線の到来方向を計算し、可視化することができる。
【００２８】
以下に相互相関関数について説明する。
Ｋ×Ｌマスの符号化マスク１０の位置（ｋ，ｌ）（ｋ，ｌはいずれも整数）において下記の条件を満たす関数ｆ（ｋ，ｌ）を定義する。
【００２９】
【数１】
2014202553.tif 000003
【００３０】
次に、Ｍ×Ｎマスの検出器上の位置（ｍ，ｎ）（ｍ，ｎはいずれも整数）におけるガンマ線強度をｇ（ｍ，ｎ）とする。
【００３１】
【数２】
2014202553.tif 000004
【００３２】
ここで相互相関関数を以下のように計算する。
【００３３】
【数３】
2014202553.tif 000005
【００３４】
このＲ（ｉ，ｊ）は座標（ｉ，ｊ）方向からのガンマ線強度を表す数値情報である。ただし、ｉ∈［０，Ｋ−Ｍ］、およびｊ∈［０，Ｌ−Ｎ］を満たす整数の場合は完全符号化領域を意味し、それ以外の整数の場合は部分符号化領域またはマスク視野外の情報となる。そして、このＲ（ｉ，ｊ）をガンマ線像の可視化情報として利用する。
【００３５】
なお、放出するガンマ線のエネルギーは、核種ごとに異なるため、ガンマ線のエネルギーを測定することで、放射性核種（放射線元素）ごとのガンマ線像を作成することができる。
従って、６６２ｋｅＶのセシウム１３７（Ｃｓ−１３７）、６０５ｋｅＶ、７９６ｋｅＶセシウム１３４（Ｃｓ−１３４）、又はそれ以外の放射性核種について、放射性核種ごとに個別に分布画像を表示し、又は複数の放射線核種を重ね合わせて分布画像を表示することができる。
【００３６】
以上のように本実施例の空間放射線検出装置は、放射線を透過する複数の開口部１２と放射線を遮断する遮断部１３とにより陰影を形成する符号化マスク１０と、放射線数を検出する放射線検出素子２１を複数併設した放射線検出器２０と、陰影と放射線検出器２０で検出された放射線数とから放射線の入射方向と強度分布とを演算する演算処理部４１と、演算処理部４１で演算された放射線の入射方向と強度分布との分布画像を生成する画像生成演算部４２と、画像生成演算部４２で生成された分布画像を表示する表示部４３とを備えており、符号化マスク１０は複数の開口部１２を形成しており、複数の開口部１２から透過される放射線から放射線量を検出するため、ピンホールタイプの検出装置と比較して測定時間が短く、広範囲な環境測定が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、特にガンマ線を可視化する空間放射線検出装置に適しており、屋外にて移動式で用いることも、発電所などの建物内に設置して用いることもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  符号化マスク
１１  区画
１２  開口部
１３  遮断部
２０  放射線検出器
２１  放射線検出素子
２１ａ  ヨウ化セシウムシンチレータ
２１ｂ  シリコンフォトダイオード
２１ｄ  検出面
４１  演算処理部
４２  画像生成演算部
４３  表示部
５１  検出器駆動部
【図１】
2014202553.tif 000006
【図２】
2014202553.tif 000007