(57)【要約】放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、又は対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することができる放射線計測装置及び放射線計測システムを提供することを目的とする。検出窓部（２０）に設けたシンチレーションファイバーブレード（２２）が放射線の入射方向を制限するコリメーター部（２１ａ）と、コリメーター部（２１ａ）を経た放射線を光信号に変換するシンチレーションファイバーアレイ（１２５）とを有するので、特定方位からの放射線のみを選択的に検出することができる。さらに、イメージインテンシファイア部（４０）等からなる第２次検出部が、シンチレーションファイバーブレード（２２）からの光信号を２次元的な光信号の分布として検知するので、シンチレーションファイバーブレード（２２）の検出出力の並行処理が可能となり、高速で高感度の放射線計測装置を提供することができる。
2013147277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射方向を制限する方位制限部と、前記方位制限部を経た放射線を光信号に変換する第１次検出部とを有する検出ユニットを備える検出窓部と、  前記検出窓部の前記検出ユニットからの光信号を光信号の分布として検知する第２次検出部とを備え、  前記方位制限部は、放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限し、  前記第１次検出部は、前記方位制限部によって制限される前記所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイである、放射線計測装置。
【請求項２】
前記方位制限部は、複数の遮蔽体の平板を近接して平行に配置したスリット状のコリメーターである、請求項１に記載の放射線計測装置。
【請求項３】
前記センサーアレイは、前記複数のセンサー部として蛍光物質をドープした複数のシンチレーションファイバーを有するファイバーアレイである、請求項１に記載の放射線計測装置。
【請求項４】
前記ファイバーアレイを構成するファイバーは、前記所定断面に沿って、等間隔で互いに平行に配列されている、請求項１に記載の放射線計測装置。
【請求項５】
前記検出窓部は、前記方位制限部と、前記第１次検出部とをそれぞれ有する複数の検出ユニットを備える、請求項１に記載の放射線計測装置。
【請求項６】
前記複数の検出ユニットは、互いに平行に配列されている、請求項５に記載の放射線計測装置。
【請求項７】
前記複数の検出ユニットは、互いに収束するように配列されている、請求項５に記載の放射線計測装置。
【請求項８】
前記複数の検出ユニットの配列状態を調整する調整装置をさらに備える、請求項５に記載の放射線計測装置。
【請求項９】
前記第２次検出部の検出出力に基づいて、前記複数の検出ユニットの相対的な配置関係を調整する、請求項８に記載の放射線計測装置。
【請求項１０】
立体的な検出空間内に分布するように配置された複数のセンサー部を有する第１次検出部によって、当該検出空間に入射した放射線を光信号に変換する検出窓部と、  前記検出窓部の前記第１次検出部からの光信号を２次元的な光信号の分布として検知する第２次検出部とを備える、放射線計測装置。
【請求項１１】
前記第１次検出部は、所定方向に延びる前記複数のセンサー部を前記所定方向に垂直な方向に配列したセンサーアレイをそれぞれ有する複数の検出ユニットを積層してなる、請求項１０に記載の放射線計測装置。
【請求項１２】
前記複数の検出ユニットの配列状態を調整する調整装置をさらに備える、請求項１１に記載の放射線計測装置。
【請求項１３】
前記検出窓部と前記第２次検出部とは、ファイバーの束で結合されている、請求項１及び１０のいずれか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項１４】
前記第２次検出部は、光電変換面を有する光電撮像装置である、請求項１及び１０のいずれか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項１５】
前記第２次検出部で検出した信号を放射線の入射方向に関連づけて記憶する記憶装置をさらに備える、請求項１及び１０のいずれか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項１６】
前記第２次検出部で検出した信号に基づいて放射線源に関連するエネルギー情報を検出する制御装置をさらに備える、請求項１及び１０のいずれか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項１７】
前記制御装置は、前記エネルギー情報を放射線の入射方向に関連づけて記憶装置に記憶させる、請求項１６に記載の放射線計測装置。
【請求項１８】
請求項１及び１０のいずれか一項に記載の第１の放射線計測装置を備える第１の計測ユニットと、  請求項１及び１０のいずれか一項に記載の第２の放射線計測装置を備える第２の計測ユニットと、  前記第１の計測ユニットと前記第２の計測ユニットとを同期して動作させる統括制御部とを備える、放射線計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、放射線源の同定、放射線の線量及び飛来方向の決定、又は放射線の空間的な強度分布の計測ための放射線計測装置、並びにかかる放射線計測装置を組み込んだ放射線計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  放射線測定装置として、放射線の飛来方向を検出するため、シンチレーターと、光電子増倍管と、方位依存型のコリメーターとをそれぞれ有する３つの検出ユニットを備えるものが公知となっている（特許文献１参照）。【０００３】  しかしながら、放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することは、これまで十分に行われていない。上記のようにシンチレーターを用いても、単体における反応頻度すなわち放射線の入射を計数するのみであり、コリメーターによって入射方向を特定できても、放射線のエネルギー等を特定することができない。【０００４】  なお、従来のガンマ線検出器として、半導体素子の画素読み出しによってガンマ線を検出するものがあり、この場合は撮像可能であるが、感度が限定的となっている。つまり、半導体素子のセンサーでは、ガンマ線のほとんどが反応痕跡を残さずすり抜け、安価に反応効率を上げることが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７０１２５号公報
【発明の概要】
【０００６】  本発明は、放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、又は対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することができる放射線計測装置及び放射線計測システムを提供することを目的とする。
【０００７】  上記目的を達成するため、第１の発明に係る放射線計測装置は、放射線の入射方向を制限する方位制限部と、方位制限部を経た放射線を光信号に変換する第１次検出部とを有する検出ユニットを備える検出窓部と、検出窓部の検出ユニットからの光信号を例えば２次元的な光信号の分布として検知する第２次検出部とを備え、方位制限部は、放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限し、第１次検出部は、方位制限部によって制限される所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイである。
【０００８】  上記放射線計測装置では、検出窓部に設けた検出ユニットが放射線の入射方向を制限する方位制限部と、方位制限部を経た放射線を光信号に変換する第１次検出部とを有するので、特定方位からの放射線のみを選択的に検出することができる。さらに、第２次検出部が、検出ユニットからの光信号を２次元的な光信号の分布として検知するので、複数の検出ユニットの検出出力の並行処理が可能となり、高速で高感度の放射線計測装置を提供することができる。また、方位制限部が放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限するので、所定断面内の方位からの放射線を選択的に検出することができるだけでなく、このような断面を変更することで所望の断面内の方位からの放射線を任意に抽出することができる。さらに、第１次検出部が、方位制限部によって制限される所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイであるので、センサーアレイによって放射線を漏れなく効率よく検出することができ、線源の同定も可能になる。
【０００９】  本発明の具体的な側面又は観点では、上記第１の発明に係る放射線計測装置において、方位制限部が複数の遮蔽体の平板を近接して平行に配置したスリット状のコリメーターである。この場合、方位の選択性を高め、方位に関する測定精度を向上させることができる。
【００１０】  本発明の別の側面では、センサーアレイが、複数のセンサー部として蛍光物質をドープした複数のシンチレーションファイバーを有するファイバーアレイである。この場合、複数のセンサー部を省スペースで配置することができ、第１次検出部や放射線計測装置を簡易に軽量化することができる。
【００１１】  本発明のさらに別の側面では、ファイバーアレイを構成するファイバーが所定断面に沿って等間隔で互いに平行に配列されている。
【００１２】  本発明のさらに別の側面では、検出窓部が方位制限部と第１次検出部とをそれぞれ有する複数の検出ユニットを備えるので、放射線の検出感度を高め検出精度を向上させることができる。この際、第２次検出部に複数の検出ユニットからの光信号を２次元的な光信号の分布として検知させれば、複数の検出ユニットの検出出力の並行処理が可能となる。
【００１３】  本発明のさらに別の側面では、複数の検出ユニットが互いに平行に配列されている。この場合、複数の検出ユニットを無限遠にフォーカスさせた状態となり、無限遠に離れた対象物からの放射線を効率よく検出することができる。
【００１４】  本発明のさらに別の側面では、複数の検出ユニットが互いに収束するように配列されている。この場合、複数の検出ユニットを有限距離にフォーカスさせた状態となり、有限距離だけ離れた対象物からの放射線を効率よく検出することができる。
【００１５】  本発明のさらに別の側面では、複数の検出ユニットの配列状態を調整する調整装置をさらに備える。この場合、複数の検出ユニットを一組とするフォーカス状態を変化させることができる。
【００１６】  本発明のさらに別の側面では、第２次検出部の検出出力に基づいて、複数の検出ユニットの相対的な配置関係を調整する。つまり、複数の検出ユニットの焦点距離を自動制御化できる。
【００１７】  第２の発明に係る放射線計測装置は、立体的な検出空間内に分布するように配置された複数のセンサー部を有する第１次検出部によって、当該検出空間に入射した放射線を光信号に変換する検出窓部と、検出窓部の第１次検出部からの光信号を２次元的な光信号の分布として検知する第２次検出部とを備える。
【００１８】  上記放射線計測装置では、検出窓部に設けた第１次検出部が立体的な検出空間内に分布するように配置された複数のセンサー部を有するので、入射した放射線を立体的な検出空間を通過するものとしてとらえることができ、放射線の入射方向だけでなく、放射線の散乱等の３次元的な事象を検出することができる。これにより、放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、又は対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することができる。
【００１９】  本発明の具体的な側面又は観点では、上記第２の発明に係る放射線計測装置において、第１次検出部は、所定方向に延びる複数のセンサー部を所定方向に垂直な方向に配列したセンサーアレイをそれぞれ有する複数の検出ユニットを積層してなる。  本発明の別の側面では、複数の検出ユニットの配列状態を調整する調整装置をさらに備える。
【００２０】  本発明のさらに別の側面では、上記第１及び第２の発明に係る放射線計測装置において、検出窓部と第２次検出部とがファイバーの束で結合されている。この場合、検出窓部で検出した光信号を少ない損失で第２次検出部に伝達することができる。
【００２１】  本発明のさらに別の側面では、第２次検出部が、光電変換面を有する光電撮像装置である。この場合、微弱な光信号を高感度かつ高速で検出することができる。
【００２２】  本発明のさらに別の側面では、第２次検出部で検出した信号を放射線の入射方向に関連づけて記憶する記憶装置をさらに備える。この場合、信号の蓄積によって対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測及び保管することができる。
【００２３】  本発明のさらに別の側面では、第２次検出部で検出した信号に基づいて放射線源に関連するエネルギー情報を検出する制御装置をさらに備える。つまり、放射線源の同定が可能になる。
【００２４】  本発明のさらに別の側面では、制御装置は、エネルギー情報を放射線の入射方向に関連づけて記憶装置に記憶させる。この場合、放射線源の同定に関する情報と放射線源の方位に関する情報とをセットにして保管することができる。
【００２５】  本発明に係る放射線計測システムは、上述した第１の放射線計測装置を備える第１の計測ユニットと、上述した第２の放射線計測装置を備える第２の計測ユニットと、第１の計測ユニットと第２の計測ユニットとを同期して動作させる統括制御部とを備える。
【００２６】  本発明の放射線計測システムでは、２つの計測ユニットによって２つの異なる断面内の方位に関する同時計測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る放射線計測装置を説明する図である。
【図２】図１に示す放射線計測装置を構成する検出ユニットであるシンチレーションファイバーブレードを説明する図である。
【図３】シンチレーションファイバーブレードに組み込まれるシンチレーションファイバーの固定方法を説明する図である。
【図４】シンチレーションファイバーブレードの配置例及び機能を説明する図である。
【図５】イメージインテンシファイア部や撮像部の構造を説明する図である。
【図６】図４の検出ユニット又はシンチレーションファイバーブレードの変形例を説明する図である。
【図７】図４の検出ユニットの別の変形例を説明する図である。
【図８】図８Ａ〜８Ｃは、具体的な検出例と検出原理について説明する図である。
【図９】図１に示す放射線計測装置を複数組み込んだ放射線計測システムを説明する図である。
【図１０】図１０Ａ及び１０Ｂはシンチレーションファイバーブレードの変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】  以下、本発明の一実施形態に係る放射線計測装置及びこれを組み込んだ放射線計測システムについて説明する。
【００２９】  図１に示すように、放射線計測装置１０は、検出窓部２０と、ファイバーバンドル部３０と、イメージインテンシファイア部４０と、撮像部５０と、ステージ６０と、制御装置８０とを備える。
【００３０】  検出窓部２０は、ケース２１内に上下のＺ方向に延びる多数のシンチレーションファイバー（不図示）を規則正しく密に配列したものであり、シンチレーションファイバークレードとも呼ぶ。
【００３１】  検出窓部２０は、ステージ６０に支持されたケース２１と、ケース２１に収納された多数のシンチレーションファイバーブレード２２とを備える。ケース２１は、横方向に矩形の開口ＯＰを有する四角筒状の外形を有する部材であり、放射線を効率よく遮蔽する材料、例えば鉛等で形成される。シンチレーションファイバーブレード２２は、矩形板状の外形を有し、特定方向から入射した放射線を光信号に変換する部材（検出ユニット）であり、図中のＹＺ方向に延びる鉛直に立った状態で横のＸ方向に多数配列され、ケース２１内に密に収納され固定されている。なお、ケース２１内には、例えば２５０枚のシンチレーションファイバーブレード２２が密に充填されて積層されている。シンチレーションファイバーブレード２２の縦寸法や数は、感度に関係し、ケース２１の縦横幅すなわち開口ＯＰが広いと、目的とする放射線の入射線数の検出感度を高めることになる。また、ケース２１のＹ方向の奥行きが一定以上であれば、目的とする放射線を確実に捕捉することができる。具体的な実施例では、開口ＯＰの縦横幅を例えば０．５ｍ×０．５ｍとし、奥行き幅を例えば０．５ｍとしている。
【００３２】  図２に示すように、シンチレーションファイバーブレード（検出ユニット）２２は、コリメーター部２１ａと、シンチレーションファイバー部２１ｂと、フレーム２１ｃとを有する。
【００３３】  コリメーター部２１ａは、フレーム２１ｃに固定されている。コリメーター部２１ａは、２枚の放射線遮蔽板２４を平行に配置したもので、放射線の入射方向を制限する方位制限部として機能する。各放射線遮蔽板２４は、例えば０．５〜１ｍｍ程度の厚みを有する鉛板であり、一対の放射線遮蔽板２４は、例えば１〜２ｍｍ程度の隙間ＧＡを介して互いに離間して配置される。コリメーター部２１ａにより、シンチレーションファイバーブレード２２の延びるＹＺ断面に沿って入射する放射線のみを選択的にシンチレーションファイバー部２１ｂに導くことができる。具体的な実施例では、シンチレーションファイバーブレード２２のガンマ線検出に関する開口角は、横のＸ方向に関して０．５°〜数°程度とされ、縦のＹ方向に関して９０°程度とされている。つまり、１つのシンチレーションファイバーブレード２２は、（０．５ｍ×０．５ｍ）×（約１°×９０°）の有効面積立体角で、ガンマ線流束を捕捉することになる。
【００３４】  なお、１°×９０°の立体角に侵入する大気自然放射能線量のバックグランド率は、感受面積０．５ｍ×０．５ｍに対して２００Ｈｚ程度と考えられる。ファイバーブレード２２が２５０程度積層されているとして、１層のシンチレーションファイバーブレード２２では、平均１Ｈｚ以下の検出頻度となる。大気自然放射能線量と同じ頻度で来るガンマ線流束ならば、１秒間で誤差１０％程度の精度で計測できる能力があることになる。また、後に詳述するが、シンチレーションファイバー２５の解像度に比べ、ガンマ線によるコンプトン散乱電子の飛跡点数が高い場合は、後述する粗像撮像部５３の各画素の見込む領域における蛍光量の総和を電荷量として求めることが可能となり、計測ダイナミックレンジを極めて高くできる。
【００３５】  シンチレーションファイバー部２１ｂは、Ｚ方向に延びＹ方向に等間隔で密に配列された多数のシンチレーションファイバー２５すなわちシンチレーションファイバーアレイ１２５からなり、コリメーター部２１ａを経た放射線を光信号に変換する第１次検出部として機能する。具体的には、シンチレーションファイバー２５は、蛍光体をドープしたアクリルその他のプラスチックファイバーであり、放射線を光信号に変換するためのセンサー部に相当し、ガンマ線に対する能動指標となっている。具体的な実施例では、シンチレーションファイバー２５は、例えばセシウム１３７起源の０．６２２ＭｅＶガンマ線等を散乱させ、これによって発生したコンプトン電子によるシンチレーション発光を検出光として出力する。
【００３６】  図３に示すように、シンチレーションファイバーアレイ１２５を構成する多数のシンチレーションファイバー２５は、一対の金属板２６ａ，２６ａに挟まれて等間隔かつ平行に保たれるように固定されている。シンチレーションファイバー２５は、例えば１〜２ｍｍ角の矩形状断面を有する。各金属板２６ａには、多数の溝２６ｄが形成されており、各溝２６ｄにシンチレーションファイバー２５を安定した状態に保持している。各金属板２６ａは、例えばトタン板をプレスすることによって形成される。一対の金属板２６ａ，２６ａで挟み両金属板２６ａ，２６ａをフレーム２１ｃに固定することにより、多数のシンチレーションファイバー２５をコリメーター部２１ａに対して精密にアライメントして配置することができる。
【００３７】  図２に戻って、シンチレーションファイバーアレイ１２５は、上下（紙面上で左右）のＺ方向に０．５ｍ程度の長さを有する。つまり、シンチレーションファイバーアレイ１２５を構成するシンチレーションファイバー２５の長さも０．５ｍ程度となっている。各シンチレーションファイバーアレイ１２５は、奥行きのＹ方向すなわち配列方向に０．５ｍ程度の長さを有する。各シンチレーションファイバーアレイ１２５を構成するシンチレーションファイバー２５は、０．５ｍ程度の奥行き幅に２５０本配列されている。つまり、シンチレーションファイバー２５は、実施例の場合、１〜２ｍｍ間隔で密に配置されている。既に説明したように、シンチレーションファイバーブレード２２がＸ方向に２５０枚積層されているので、水平なＸＹ断面で考えた場合、積層されたシンチレーションファイバー２５は、２５０×２５０のマトリクス状に最密的に配列されていることになる。見方を変えれば、シンチレーションファイバーブレード２２の積層体によって立体的な検出空間が形成されていることになる。シンチレーションファイバーアレイ１２５の一端は、着脱を可能にする光ソケット２７を介してファイバーバンドル部３０に接続されている。個々のシンチレーションファイバー２５で検出された蛍光は、ファイバーバンドル部３０によって個別に伝送される。
【００３８】  シンチレーションファイバー部２１ｂにおいて、ホルダーとしての金属板２６ａ，２６ａは、既に説明したようにフレーム２１ｃに固定され、フレーム２１ｃを介してケース２１内に支持されている。光ソケット２７も、フレーム２１ｃに固定され、ケース２１の下面に形成された開口（不図示）に露出している。
【００３９】  図４は、複数のシンチレーションファイバーブレード２２の相互の配置関係を模式的に説明する図である。複数のシンチレーションファイバーブレード２２が互いに密着して互いに平行に整列された状態で配置されていることから、放射線の入射方向が縦のＸＺ断面の方向に制限され、全体である検出窓部２０としての感度も、縦のＸＺ断面の方向に制限される。つまり、検出窓部２０は、横のＹ方向に関して無限焦点系と考えることができる。
【００４０】  図１に戻って、ファイバーバンドル部３０は、一端でシンチレーションファイバーアレイ１２５の積層体に接続され、他端でイメージインテンシファイア部４０の受光部４２（図１参照）に位置決めされて固定されている。図２に示すように、ファイバーバンドル部３０は、多数のガイド光ファイバー３１を集めたものであり、各ガイド光ファイバー３１は、一端が光ソケット２７に接続され、各シンチレーションファイバーブレード２２に光学的に結合されており、各シンチレーションファイバーアレイ１２５を構成するシンチレーションファイバー２５の配列関係を維持したままで光信号をイメージインテンシファイア部４０の受光部４２に伝送する。つまり、ケース２１内でＹ方向に配列されＸ積層されたシンチレーションファイバー２５は、ＸＹ断面に関して２５０×２５０のマトリクス状に配列されているので、この格子点状の配列をそのまま維持した画素パターンがイメージインテンシファイア部４０によって画像として検出され増幅される。
【００４１】  図５に示すように、イメージインテンシファイア部４０は、真空容器４１内に収納された構造を有しており、光電変換用の入力部である受光部４２と、光電変換後の電子を収束させる静電収束系４３と、収束状態で入射した電子を光に変換して像を形成する出力部４４とを有する。ここで、受光部４２は、真空容器４１の開放側の一端に固定されている。受光部４２は、球殻状の外形を有するガラス製の光学窓４２ａを有しており、光学窓４２ａの内側には所定の特性を有する光電変換物質の蒸着によって光電変換面４７が形成されている。静電収束系４３は、真空容器４１の側壁内面に支持されている。静電収束系４３は、複数の電子収束用の電極部分４３ａを有している。出力部４４は、真空容器４１の底部に固定されている。出力部４４は、例えばファイバーオプティックプレート４４ａで形成され、入射面４８には、所定の特性を有する蛍光体が塗布されている。ファイバーオプティックプレート４４ａの入射面４８は、静電収束系４３の結像面の位置に配置されており、静電収束系４３の結像面と一致するような面形状を有している。
【００４２】  なお、イメージインテンシファイア部４０は、撮像部５０と協働することで、シンチレーションファイバーブレード（検出ユニット）２２からの光信号を２次元的な光信号の分布として検知する第２次検出部として機能する。
【００４３】  撮像部５０は、リレー光学系５１と、精細撮像部５２と、粗像撮像部５３と、駆動回路５４とを備える。
【００４４】  ここで、リレー光学系５１は、光軸ＯＡに沿った光路上流側に配置されるディストリビューター５１ａと、ディストリビューター５１ａよりも光路下流側に配置される本体光学系５１ｂとを備える。リレー光学系５１のうちディストリビューター５１ａは、ビームスプリッターである。本体光学系５１ｂは、イメージインテンシファイア部４０の出力面４９の像を、精細撮像部５２の撮像面上に略等倍で投射する投射光学系となっている。精細撮像部５２は、例えばＣＭＯＳ型撮像素子である固体撮像素子と、固体撮像素子に撮像動作を行わせる駆動回路とを有し、駆動回路５４から出力されるタイミング信号に基づいて固体撮像素子に撮像動作を行わせる。精細撮像部５２は、イメージインテンシファイア部４０の光電変換面４７に入射した微弱な光の精細画像を、ビデオレートで画素デジタル信号化して出力する。粗像撮像部５３は、例えばマルチアノードタイプのフォトマルチプライヤであり、駆動回路５４による制御下で動作する。粗像撮像部５３は、光電変換面４７に入射した微弱な光の粗像を、測光信号として出力する。
【００４５】  図１に戻って、ステージ６０は、台座６１と、ターンテーブル６２と、回転駆動機構６３とを備える。ターンテーブル６２は、台座６１に支持されてＺ方向に延びる回転軸ＡＸのまわりに回転可能になっている。回転駆動機構６３は、制御装置８０の制御下で動作しており、台座６１に対してターンテーブル６２を回転させることによって検出窓部２０を鉛直方向（すなわちＺ方向）に延びる回転軸ＡＸを中心とする所望の方位角に向けることができる。ターンテーブル６２の回転動作は、連続的なものであってもよいが、目標又は指定の方位角に離散的に移動させることもできる。
【００４６】  なお、台座６１内の空間には、イメージインテンシファイア部４０と、撮像部５０と、制御装置８０とが安定した状態で収納されている。
【００４７】  制御装置８０は、精細撮像部５２や粗像撮像部５３から出力された画像信号や強度信号を監視し、記憶装置８１に保管する。制御装置８０は、ターンテーブル６２の方位角を監視しており、精細撮像部５２や粗像撮像部５３で得た画像信号等と、検出窓部２０の向き（検出方位角）とを関連づけて記憶装置８１に保管する。この結果、ステージ６０上の検出窓部２０がＸＹ面上の特定方位を向いている場合、その方位において数°以下の範囲で、かつ、仰角方向に９０°程度の範囲で測定対象からのガンマ線その他の放射線を検出することができる。つまり、特定の方位に制限された細長い立体角の範囲又は断面範囲で測定対象から周囲の放出される放射線を検出することができる。
【００４８】  図６は、図１の検出窓部２０の変形例を説明する図であり、図４に対応するものである。この場合、複数のシンチレーションファイバーブレード２２が一点に向かうように配置されている。つまり、図６の検出窓部２０は、横のＸ方向に関して有限焦点系と考えることができる。この場合、計測対象の距離を近づけ、見込む立体角も大きくすることが可能なので、検出範囲を犠牲にしても特定距離にある対象物体の検出感度を向上させたい場合に有用である。なお、各シンチレーションファイバーブレード２２は、相互の角度関係を維持するため、支持体２８に固定されている。支持体２８は、隣接するシンチレーションファイバーブレード２２間の成す角を調整する調整装置１２８を備えていてもよい。この場合、調整装置１２８の動作制御により、検出窓部２０の焦点距離を対象物体に応じて遠近自在に調整することができる。  なお、図６のような検出窓部２０を用いる場合、制御装置８０は、撮像部５０の検出出力に基づいて、複数のシンチレーションファイバーブレード（検出ユニット）２２の相対的な配置関係を調整することができ、複数のシンチレーションファイバーブレード２２を組み合わせた検出窓部２０の焦点距離を自動制御化できる。この際、リアルタイムの画像処理によって、最適化して自動焦点にすることができる。
【００４９】  図７は、別の変形例を説明する図である。図７に示す検出窓部２０の場合、コリメーター部２１ａに垂直なＸ方向にシンチレーションファイバー２５が２次元に配列されて立方体状のプラスチックシンチレーター１２３を形成している。この場合、図１及び２に示す検出窓部２０と類似した同様の計測が可能になる。ガンマ線の飛跡に対応したシンチレーションファイバー２５で蛍光が観測されるので、各シンチレーションファイバー２５の出力を同期させ統計処理等の各種フィルター処理を行うことで例えばガンマ線の仰角に関する入射方向やその方向からのガンマ線のエネルギーや頻度を特定することもできる（図８Ｂ及び８Ｃ等参照）。
【００５０】  以下、図１の放射線計測装置１０による放射線の検出原理について説明する。予め物質中のガンマ線や電子の振る舞いを再現するため定評あるＥＧＳシミュレーターを用いてセシウム１３７から放出される０．６２２ＭｅＶのガンマ線の反応を調査した。シンチレーションファイバー２５と同様の材料からなるプラスチックシンチレーターに一方向から同じ点に撃ち込んだガンマ線１００発の飛跡（白色実線）の側面図を図８Ａに示している。セシウム１３７から放出される０．６２２ＭｅＶのガンマ線は、物質中で主にコンプトン散乱を起こす。図８Ａのガンマ線の飛跡で方向を変えている点で散乱が起こり、電子が反跳されている。このエネルギーのガンマ線は、物質中にてコンプトン散乱を繰り返し、エネルギーを失いつつ最終的には光電吸収反応で消えてしまう。ここで着目すべきは、奥行き０．５ｍのシンチレーションファイバーアレイ１２５の積層体、すなわち０．５ｍ立方のプラスチックシンチレーター内において、０．６２２ＭｅＶのガンマ線は、そのエネルギーを略全て電子に渡し切り、外に出てこず、全吸収されるということである。したがって、０．５ｍ立方のプラスチックシンチレーターを用いて電子のエネルギーを光に変換でき、０．６２２ＭｅＶの全エネルギーに相当する光量を計測して確認できる。このことから、シンチレーションファイバーアレイ１２５のうち開口ＯＰから最も離れた背後側に配置されたシンチレーションファイバー２５からの平均的な出力値は、バックグランドレベルを表していると考えることができ、かかるシンチレーションファイバー２５の出力値をＳ／Ｎ分離に利用することができる。
【００５１】  散乱された電子は、０．５ｍ立方のプラスチックシンチレーター中を走る間にイオン化反応を起こしてシンチレーション発光現象により蛍光を発する。０．６２２ＭｅＶガンマ線が入射して最初に起こすコンプトン散乱で生じた電子だと約１ｍｍ走り、その間発光する。図８Ｂに示すように、先のガンマ線照射のシミュレーション事例から生じた１０ｋｅＶ以上の電子の飛跡のみを白点で示し、図８Ｃに示すように、先のガンマ線照射のシミュレーション事例から生じた１００ｋｅＶ以上の電子の飛跡のみを白点で示している。図からわかるように、１００ｋｅＶ以上の電子を選択すると、よりガンマ線の到来方向に集中して一直線に電子が生成されている。つまり、１００ｋｅＶ以上に相当する１ｍｍ程度の発光点を選択すれば、ガンマ線が最初に起こしたコンプトン散乱による電子を見たことになり、それらの点列を元にたどれば、ガンマ線の到来方向が求められる。このような結果と全吸収エネルギー０．６２２ＭｅＶに相当する側光とを組み合わせれば、セシウム１３７からくるガンマ線がどこからどれほどの流量で到来したかを正確に計測できる。
【００５２】  ここで、シンチレーションファイバーアレイ１２５によってＹ方向すなわち奥行き方向で光信号の分解又は分離を行っている意義について説明する。シンチレーションファイバーアレイ１２５でガンマ線散乱電子による発光点を撮像し画像解析することは、バックグランド除去の観点で有利である。ガンマ線がプラスチックシンチレーターに入って散乱する確率は、粒子の散乱断面積で決まり、１−ｅｘｐ（−ｘ／Ｌ）という分布になる。ここで、ｘは奥行き方向の距離であり、Ｌは散乱断面積からくる平均自由行程である。つまり、入射側のシンチレーションファイバー２５の検出頻度が一番高く、奥に入るにしたがって散乱頻度が減衰する。シンチレーションファイバーアレイ１２５を利用することで、上記のような現象を撮像測光することができる。  なお、信号ガンマ線の入射側からの距離をＸとし、裏側からの距離をＸｂとすると、｛１−ｅｘｐ（−ｘｓ／Ｌ）｝｛１−ｅｘｐ（−ｘｂ／Ｌ）｝という、２つの双対する分布の和となるので、侵入するバックグラウンドの評価や信号抽出のための差し引きとを明解にできる。つまり、対象信号のみの分離が容易になる。
【００５３】  つまり、例えば図２に示す１つのシンチレーションファイバー部２１ｂで検出される一連の光強度データから、このシンチレーションファイバー部２１ｂに入射したガンマ線のエネルギーと減衰状態とを測定することができ、放射線源の方位や放射性物質を特定することができる。さらに、複数のシンチレーションファイバー部２１ｂで検出される頻度から、放射性物質の量に関連する情報も得ることができる。
【００５４】  図９は、図１の放射線計測装置１０と同様の構造を有する３つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを組み込んだ放射線計測システム１００を説明する図である。
【００５５】  この場合、第１の放射線計測ユニット１０Ａは、図１の放射線計測装置１０と略同一の構造を有し、計測部１１と走査部１２とを有する。図１の検出窓部２０、ファイバーバンドル部３０、イメージインテンシファイア部４０、撮像部５０等が計測部１１として機能し、ステージ６０、制御装置８０等が走査部１２として機能する。第１の放射線計測ユニット１０Ａは、方位角走査を行うことでガンマ線源からのガンマ線を検出する。第２の放射線計測ユニット１０Ｂは、図１の放射線計測装置１０と略同一の構造を有し、計測部１１と走査部１２とを有する。第２の放射線計測ユニット１０Ｂは、方位角走査を行うことでガンマ線源からのガンマ線を検出する。第３の放射線計測ユニット１０Ｃは、図１の放射線計測装置１０と略同一の構造を有し、計測部１１と走査部１２とを有する。第３の放射線計測ユニット１０Ｃは、天頂角走査を行うことでガンマ線源からのガンマ線を検出する。統括制御部９０は、３つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを同期して動作させ、ガンマ線の検出結果を監視する。３つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって、３次元空間中の任意の位置からのガンマ線を同時に監視することができる。図示の場合、第１の放射線計測ユニット１０Ａは、放射線の検出方向又は窓方向である方位角断面Ｓ１を鉛直方向に延びる回転軸ＡＸのまわりに変化させる。第２の放射線計測ユニット１０Ｂは、放射線の検出方向又は窓方向である方位角断面Ｓ２を鉛直方向に延びる回転軸ＡＸのまわりに変化させる。第３の放射線計測ユニット１０Ｃは、放射線の検出方向又は窓方向である天頂角断面Ｓ３を鉛直方向に延びる回転軸ＡＸのまわりに変化させる。３つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって例えばガンマ線の強度を計測する場合、３つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを同期して動作させの計測結果を監視する。具体的には、３つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの検出出力を例えば積として処理したり和としてとして処理したりすることで、３次元空間の走査に対応する放射線の強度分布が得られ、ガンマ線源ＯＢの空間的な位置や放射線強度を検出することができる。なお、個々の放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの入射方向を決定するような測定を行うことも可能である。
【００５６】  なお、上記放射線計測システム１００による計測方法は一例であり、３つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの出力に対して各種演算処理を行って、ガンマ線強度の空間分布を算定することもできる。
【００５７】  また、ガンマ線源ＯＢは、移動体であってもよいが、その場合、走査部１２の動作をガンマ線源ＯＢの移動速度に対応できるようにする必要がある。
【００５８】  以上説明した実施形態の放射線計測装置１０や放射線計測システム１００によれば、検出窓部２０に設けたシンチレーションファイバーブレード（検出ユニット）２２が放射線の入射方向を制限するコリメーター部（方位制限部）２１ａと、コリメーター部２１ａを経た放射線を光信号に変換するシンチレーションファイバーアレイ（第１次検出部）１２５とを有するので、特定方位からの放射線のみを選択的に検出することができる。さらに、イメージインテンシファイア部４０等からなる第２次検出部が、シンチレーションファイバーブレード２２からの光信号を２次元的な光信号の分布として検知するので、シンチレーションファイバーブレード２２の検出出力の並行処理が可能となり、高速で高感度の放射線計測装置を提供することができる。また、コリメーター部（方位制限部）２１ａが放射線の入射方向を直線的に並んだ所定断面内の方位に制限するので、所定断面内の方位からの放射線を選択的に検出することができ、このような断面を変更することで所望の断面内の方位からの放射線を任意に抽出することができる。さらに、シンチレーションファイバーアレイ（第１次検出部）１２５が、コリメーター部（方位制限部）２１ａによって制限される所定断面内の方位に対応して複数のセンサー部を奥行き方向に配列したセンサーアレイであるので、シンチレーションファイバーアレイ１２５によって放射線を漏れなく効率よく検出することができ、線源の同定も可能になる。  また、上記放射線計測装置１０等によれば、検出窓部２０に設けた第１次検出部としてのシンチレーションファイバーブレード２２の積層体が立体的な検出空間内に分布するように配置された複数のシンチレーションファイバー（センサー部）２５を有するので、入射した放射線を立体的な検出空間を通過するものとしてとらえることができ、放射線の入射方向だけでなく、放射線の散乱等の３次元的な事象を検出することができる。これにより、放射線源の同定、放射線の正確な線量や飛来方向の決定、又は対象物からの放射線強度の空間的な分布を計測することができる。
【００５９】  以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６０】  すなわち、検出窓部２０においてシンチレーションファイバーブレード２２のサイズや配列方向等は、検出対象、用途等に応じて任意に変更することができる。この際、シンチレーションファイバーアレイ１２５を積層したプラスチックシンチレーターの奥行きをある程度以上確保して当該プラスチックシンチレーター内で検出対象のガンマ線を全吸収することが、放射線源の同定、感度向上等の観点で望ましい。さらに、シンチレーションファイバーブレード２２は、図１０Ａに示すように、複数のコリメーター部２１ａを備えるものであってよく、図１０Ｂに示すように、複数のシンチレーションファイバー部２１ｂ又はシンチレーションファイバーアレイ１２５を備えるものであってもよい。さらに、シンチレーションファイバーブレード２２は単独で使用することもできる。
【００６１】  また、シンチレーションファイバー部２１ｂは、多数のシンチレーションファイバー２５を図２のＹ方向に等間隔で配列しているが、多数のシンチレーションファイバー２５を例えば比例的に距離を増加させ、或いは周期的に増減させるといった非等間隔な配列で配置することもできる。この場合、放射線が等方的な空間で散乱されるモデルを適用することができないが、このような配列に適合させた統計処理によって放射線源の同定や強度を判定することができる。  また、以上の実施形態では、シンチレーションファイバー２５を基本的に同一方向に配列しているが、第１層目のシンチレーションファイバーアレイ１２５をそのシンチレーションファイバー２５がＺ方向に延びるように配置し、第２層目のシンチレーションファイバーアレイ１２５をそのシンチレーションファイバー２５がＹ方向に延びるように配置し、第３層目のシンチレーションファイバーアレイ１２５をそのシンチレーションファイバー２５がＺ方向に延びるように配置するといったように、交互に方向を変えて積層することもできる。
【００６２】  また、コリメーター部２１ａについては、省略することもできる。この場合も、多数のシンチレーションファイバーアレイ１２５が積層されてシンチレーションファイバー２５が３次元的な計測空間内に適当な密度で配列されていれば、例えば反応した電子の痕跡の画像から、方向決定やガンマ線のエネルギー、その減衰等を決定することができる。
【００６３】  その他、放射線計測システム１００を例えば２つの放射線計測ユニット１０Ａ，１０Ｃで構成することも可能である。
【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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【国際調査報告】
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