(57)【要約】【課題】従来のベータ線検出器と比較して広いエネルギー領域にてベータ線の高い検出効率を一様に実現し、かつエネルギー分解能も高めることができるベータ線検出器とベータ線再構築方法を提供する。【解決手段】ベータ線を放出する被検体に対向して位置しベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質からなる吸収用シンチレータ１２と、吸収用シンチレータの背面に位置しベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなる後方散乱用シンチレータ１４と、２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー吸収量を合算し被検体から放出されたベータ線のエネルギーと検出位置を再構築するエネルギー検出装置１６とを備える。
2009037781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベータ線を放出する被検体に対向して位置しベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質からなる吸収用シンチレータと、
ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなる後方散乱用シンチレータと、
前記２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー吸収量を合算し被検体から放出されたベータ線のエネルギーと検出位置を再構築するエネルギー検出装置とを備え、広いエネルギー領域において一様に高い検出効率を得られ、かつ高いエネルギー分解能を持つ、ことを特徴とするベータ線検出器。
【請求項２】
前記後方散乱用シンチレータは、前記吸収用シンチレータの背面に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載のベータ線検出器。
【請求項３】
前記吸収物質は、炭素分子と水素分子からなる質量数の小さい有機材料である、ことを特徴とする請求項１に記載のベータ線検出器。
【請求項４】
前記エネルギー検出装置は、吸収用シンチレータと光学的に結合し該吸収用シンチレータの発光量を検出する吸収発光量検出器と、
後方散乱用シンチレータと光学的に結合し該後方散乱用シンチレータの発光量を検出する後方散乱発光量検出器と、
前記各発光量から同一のベータ線によるエネルギー量を演算する演算装置とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のベータ線検出器。
【請求項５】
前記吸収発光量検出器及び／又は後方散乱発光量検出器は、その側面又は背面の少なくとも１面に光学的に配列された複数の光量検出器からなり、
前記演算装置は、前記複数の光量検出器の光量分布から、ベータ線の入射位置を演算する、ことを特徴とする請求項４に記載のベータ線検出器。
【請求項６】
前記吸収用シンチレータは、２層以上の吸収物質からなり、
前記吸収発光量検出器は、前記各層の吸収物質における光量分布からベータ線の入射位置を演算しその飛来方向検出を検出する、ことを特徴とする請求項４に記載のベータ線検出器。
【請求項７】
ベータ線を放出する被検体に対向して位置しベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質からなる吸収用シンチレータと、ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなる後方散乱用シンチレータとを備え、
前記２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー吸収量を合算して被検体から放出されたベータ線のエネルギーと検出位置を再構築する、ことにより広いエネルギー領域において一様に高い検出効率を得られ、かつ高いエネルギー分解能を持つことを特徴とするベータ線再構築方法。
【請求項８】
前記後方散乱用シンチレータは、前記吸収用シンチレータの背面に位置する、ことを特徴とする請求項７に記載のベータ線再構築方法。
【請求項９】
前記吸収発光量検出器及び／又は後方散乱発光量検出器の側面又は背面の少なくとも１面に光学的に複数の光量検出器を取り付け、該複数の光量検出器の光量分布から、ベータ線の入射位置を演算する、ことを特徴とする請求項７に記載のベータ線再構築方法。
【請求項１０】
ベータ線を放出する平板状の被検体の両面に対してそれぞれ前記吸収用シンチレータと前記後方散乱用シンチレータとを備え、
二重ベータ崩壊により被検体の両側に同時に放出される１対のベータ線を両面から同時計測し、各ベータ線のエネルギー吸収量をそれぞれ合算して被検体から放出された前記１対のベータ線のエネルギーと検出位置をそれぞれ再構築する、ことを特徴とする請求項７に記載のベータ線再構築方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、原子力施設、核医学診断、および原子物理学等の分野において使用する放射線検出装置に係り、更に詳しくは、ベータ線検出器とベータ線再構築方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
原子力施設、核医学診断、および原子物理学等の分野では、アルファ線（α線）、ベータ線（β線）、およびガンマ線（γ線）を検出又は計測するために放射線検出装置が用いられる。
【０００３】
特にガンマ線（γ線）を測定するための放射線検出装置（以下「ガンマ線検出器」という）は、例えば、コリメータ、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）、及びＰＭＴ（光電子増幅管）が積層配置されたものであり、平行な細穴を開けた鉛製のコリメータによって、穴の方向から来たガンマ線だけがＮａＩの単結晶に到達し、そこでガンマ線のエネルギー付与に比例した強さの蛍光を発し、この光をＰＭＴで検出し、ガンマ線の強度と位置を検出するものである。
このようなガンマ線検出器は、例えば、ＳＰＥＣＴ（シングルフォトン断層像撮影装置）、ＰＥＴ（陽電子放射線断層撮影装置）等において、核医学診断のため患者に与えられた放射性医薬品から放出されたガンマ線を測定するために用いられる。
かかるガンマ線検出器の一例として、例えば特許文献１が既に提案されている。
【０００４】
一方、ベータ線（β線）を測定するための放射線検出装置（以下、「ベータ線検出器」という）は、原子力施設における作業員、衣服、器材等の汚染を検出するために主に用いられ、例えば特許文献２，３が既に提案されている。
【０００５】
特許文献１のガンマ線検出器は、放射線検出装置の軽量化を図ると共に，指向性を向上し，走査性の改善と検出情報の精緻化を目的とする。
そのためこのガンマ線検出器は、図１に示すように、検出部はプラスチックシンチレータ５１ａとＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１ｂによるホスウィッチ検出器５１にて構成され、γ線がこれらのシンチレータに入射して発光した光パルスは、光電変換素子５１ｃにより，電気信号に変換される。この電気的なパルスをアンプ５５，５６で整形・増幅し、減衰時間の異なるパルスの立ち上がり部分において任意の２点のタイミングをコンスタント・フラクション方式により検出する。この２点間の時間差を波高に変換出力するライズタイムツーハイトコンバータ５７へ入力し、プラスチックシンチレータ５１ａの発光パルスをトリガにして、ＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１ｂの発光出力を測定する。すなわち、２つのシンチレータ５１ａ，５１ｂの双方が発光した時のみ入射γ線等を検知することを基本原理としている。
【０００６】
特許文献２のベータ線検出器は、広い面積のシンチレータを有効に機能させることができ、ガンマ線によるバックグランド計数が低く、ベータ線の入射位置によらず均一で高い検出効率を有する放射線検出装置を目的とする。
そのためこのベータ線検出器は、図２Ａ，図２Ｂに示すように、測定面に配置された薄板状のシンチレータ６１と、このシンチレータ６１の裏面に添設され光学的に接続されて光を導く導光板６２と、シンチレータ６１の側面に光学的に接続された集光部６３と、この集光部６３に光学的に接続された光電変換素子６４と、この光電変換素子６４に接続された信号処理回路６５とを備えたものである。
【０００７】
特許文献３のベータ線検出器は、放射性物質がベータ線およびそれ以外の放射線を放出する場合に、ベータ線による信号に基づいて被測定部位に存在する放射性物質を検出することが可能な放射線検出装置を目的する。
そのためこのベータ線検出器は、図３に示すように、検出部７０に、ベータ線およびそれ以外の放射線（例えばガンマ線）の入射により発光する第１のシンチレータ７１と、ベータ線不透過物質７９で遮蔽され、ベータ線以外の放射線の入射により発光する第２のシンチレータ７２とを設ける。また、演算部において、第１のシンチレータによる信号および第２のシンチレータによる信号を用いた演算により、被測定部位に存在する放射性物質を検出するものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−６６２７５号公報、「指向性可変放射線検出装置」
【特許文献２】特開２００２−３４１０３６号公報、「放射線検出装置」
【特許文献３】特開２００７−１０３３２号公報、「放射線検出装置」
【０００９】
ガンマ線（γ線）は、原子核内のエネルギー準位の遷移により発生する波長がおよそ１０ｐｍよりも短い電磁波であり、透過性が非常に高い特徴がある。そのためガンマ線検出器のシンチレータとしてガンマ線が透過しにくい無機材料（例えばＣｓＩ、ＮａＩ等）の厚板又は積層材が通常用いられる。
これに対して、ベータ線（β線）は、原子核（中性子）がベータ崩壊をした際に放出される電子又は陽電子であり、透過性は非常に低い特徴がある。そのためベータ線検出器のシンチレータとして、後述する「後方散乱」の大きい無機材料は用いられず、ベータ線の吸収確率の高い有機材料（例えばプラスチックシンチレータ）が通常用いられる。
【００１０】
なお、上述した特許文献１のガンマ線検出器は、プラスチックシンチレータ５１ａとＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１ｂによるホスウィッチ検出器５１であり、ＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１ｂの発光出力のみをガンマ線検出に用いている。
また、特許文献２のベータ線検出器は、薄板状のシンチレータ６１の発光出力のみを導光板６２を介して検出している。
さらに、特許文献３のベータ線検出器は、第１のシンチレータ７１と第２のシンチレータ７２の間をベータ線不透過物質７９で遮蔽し、両方の発光出力から被測定部位に存在する放射性物質を検出している。
【００１１】
例えば、エネルギー範囲が０〜３ＭｅＶのベータ線を検出するために、従来と同様にシンチレータとして有機材料（例えば厚さ４ｍｍのプラスチック）を用いた場合、０〜１ＭｅＶのエネルギー範囲では、９０％以上の検出効率を示すが、１ＭｅＶを超えると急激に検出効率が低下し、例えば２ＭｅＶでは１０％以下となってしまう問題点があった。
また、有機シンチレータは、一般にエネルギー当たりの蛍光量が少ないため、無機シンチレータに比べてエネルギーの分解能が低い問題点があった。
【００１２】
一方、シンチレータとして無機材料（例えば厚さ４ｍｍのＮａＩ）を用いた場合には、０〜３ＭｅＶのエネルギー範囲の全域において、８０％未満の検出効率しか得られない問題点があった。
【発明の要約】
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、従来のベータ線検出器と比較してベータ線の検出効率を大幅に高め、かつエネルギー分解能も高くし、広いエネルギー領域でのベータ線測定を可能とするベータ線検出器とベータ線再構築方法を提供することにある。
【００１４】
本発明によれば、ベータ線を放出する被検体に対向して位置しベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質からなる吸収用シンチレータと、
ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなる後方散乱用シンチレータと、
前記２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー吸収量を合算し被検体から放出されたベータ線のエネルギーと検出位置を再構築するエネルギー検出装置とを備え、広いエネルギー領域において一様に高い検出効率を得られ、かつ高いエネルギー分解能を持つ、ことを特徴とするベータ線検出器が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記後方散乱用シンチレータは、前記吸収用シンチレータの背面に位置する。
また、前記吸収物質は、炭素分子と水素分子からなる質量数の小さい有機材料である。
【００１６】
また、前記エネルギー検出装置は、吸収用シンチレータと光学的に結合し該吸収用シンチレータの発光量を検出する吸収発光量検出器と、
後方散乱用シンチレータと光学的に結合し該後方散乱用シンチレータの発光量を検出する後方散乱発光量検出器と、
前記各発光量から同一のベータ線によるエネルギー量を演算する演算装置とからなる。
【００１７】
また、前記吸収発光量検出器及び／又は後方散乱発光量検出器は、その側面又は背面の少なくとも１面に光学的に配列された複数の光量検出器からなり、
前記演算装置は、前記複数の光量検出器の光量分布から、ベータ線の入射位置を演算する。
【００１８】
また、前記吸収用シンチレータは、２層以上の吸収物質からなり、
前記吸収発光量検出器は、前記各層の吸収物質における光量分布からベータ線の入射位置を演算しその飛来方向検出を検出する、ことが好ましい。
【００１９】
また、本発明によれば、ベータ線を放出する被検体に対向して位置しベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質からなる吸収用シンチレータと、ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなる後方散乱用シンチレータとを備え、
前記２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー吸収量を合算して被検体から放出されたベータ線のエネルギーと検出位置を再構築する、ことにより広いエネルギー領域において一様に高い検出効率を得られ、かつ高いエネルギー分解能を持つことを特徴とするベータ線再構築方法が提供される。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記後方散乱用シンチレータは、前記吸収用シンチレータの背面に位置する。
また、前記吸収発光量検出器及び／又は後方散乱発光量検出器の側面又は背面の少なくとも１面に光学的に複数の光量検出器を取り付け、該複数の光量検出器の光量分布から、ベータ線の入射位置を演算する。
【００２１】
また、ベータ線を放出する平板状の被検体の両面に対してそれぞれ前記吸収用シンチレータと前記後方散乱用シンチレータとを備え、
二重ベータ崩壊により被検体の両側に同時に放出される１対のベータ線を両面から同時計測し、各ベータ線のエネルギー吸収量をそれぞれ合算して被検体から放出された前記１対のベータ線のエネルギーと検出位置をそれぞれ再構築する、ことが好ましい。
【００２２】
上記本発明の装置及び方法によれば、後方散乱用シンチレータが吸収用シンチレータの背面に位置する場合、ベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質からなる吸収用シンチレータが、ベータ線を放出する被検体に対向して位置するので、被検体から放出されるベータ線の大部分（例えば、６０％）が吸収されて発光し、残り（例えば、４０％）は透過して背面に位置する後方散乱用シンチレータに入射する。
後方散乱用シンチレータは、ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなるので、入射したベータ線は透過せずに、その一部（例えば、２８％）が吸収されて発光し、残り（例えば、１２％）は後方散乱されて吸収用シンチレータに再入射する。
吸収用シンチレータでは、再入射したベータ線のエネルギーが低下しているので、後方散乱されて再入射したベータ線の大部分（例えば、８％）が吸収されて発光し、残りは系外に透過する。
従って、エネルギー検出装置により、前記２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー吸収量を合算することにより、被検体から放出されたベータ線のエネルギーの大部分（この例では９６％）が検出でき、従来のベータ線検出器と比較してベータ線の検出効率を大幅に高めることができる。
同様に後方散乱用シンチレータが吸収用シンチレータの背面に位置しない場合でも、２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー吸収量を合算することにより、被検体から放出されたベータ線のエネルギーの大部分が検出でき、従来のベータ線検出器と比較してベータ線の検出効率を大幅に高めることができる。
【００２３】
また、本発明の装置及び方法によれば、２種のシンチレータにおいて同時計測したベータ線のエネルギー分解能は、両者のエネルギーを合算するので、吸収用シンチレータ単体の分解能と後方散乱用シンチレータ単体の分解能の中間値となり、エネルギー分解能を吸収用シンチレータ単体よりも高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】特許文献１の装置の構成図である。
【図２Ａ】特許文献２の装置の平面図である。
【図２Ｂ】特許文献２の装置の断面図である。
【図３】特許文献３の装置の構成図である。
【図４Ａ】吸収を示すベータ線と物質の相互作用を示す図である。
【図４Ｂ】後方散乱を示すベータ線と物質の相互作用を示す図である。
【図５】本発明のベータ線検出器の第１実施形態を示す構成図である。
【図６】ベータ線のエネルギーとシンチレータの吸収確率との関係を示す図である。
【図７】本発明のベータ線再構築によるエネルギー分解能の向上原理を示す図である。
【図８Ａ】蛍光板で発生した光の伝搬の様子を示す図である。
【図８Ｂ】蛍光板で発生した光の伝搬の様子を示す別の図である。
【図９】本発明のベータ線検出器の第２実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明のベータ線検出器の第３実施形態を示す構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。【００２６】
原子力施設や医療分野等において放射線源の使用が日々増加している。また、放射線源の設計および操作において各種の安全防護策が講じられているにも関わらず、放射線による汚染事故は皆無ではない。そのため原子力施設等における作業員、衣服、器材等の放射線汚染を早期かつ短時間に検出するために、ベータ線検出器が不可欠となる。
本発明は、放射線汚染事故等の緊急事態に際して被ばく者および緊急作業者を、迅速かつ適切に判断できる放射線評価用のベータ線検出器を高い解像度で実現し、画像診断技術を高め、人体等から放出される放射線の計測時間を短縮するものである。【００２７】
（ベータ線と物質の相互作用）
図４Ａと図４Ｂは、緊急被ばく時用のベータ線検出器を開発する上で重要なベータ線と物質の相互作用を示す図である。図４Ａは、ベータ線の「吸収」を示しており、ベータ線１は物質２中で吸収され全てのエネルギーを失う。図４Ｂは、ベータ線の後方散乱を示しており、ベータ線１は、物質３中で一部のエネルギーを失い、残部を「後方散乱」する。【００２８】
上述したように、ベータ線（電子）と物質の相互作用には、ベータ線が全エネルギーを物質中で損失する「吸収」の過程と、一部のエネルギー損失しか起こさないで物質の表面から飛び出す「後方散乱」の過程がある。
この後方散乱の確率は、物質の原子番号とともに増加する。このため、従来開発されてきたベータ線検出器には、原子番号の大きく後方散乱が多い無機シンチレータは使われず、原子番号の小さく後方散乱の少ない有機シンチレータが使われてきた。しかし、有機シンチレータは、無機シンチレータに比べエネルギー当たりの蛍光量（発光量）が小さいために分解能が悪いという問題点があった。【００２９】
本発明では、無機シンチレータと有機シンチレータを組み合わせることにより、「後方散乱」を積極的に利用し、検出効率を大幅に高め、かつエネルギー分解能も高めるものである。
以下、本発明のベータ線検出方法を「ベータ線再構築方法」と呼ぶ。【００３０】
図５は、本発明のベータ線検出器の第１実施形態を示す構成図である。
この図において、本発明のベータ線検出器１０は、吸収用シンチレータ１２、後方散乱用シンチレータ１４、及びエネルギー検出装置１６を備える。【００３１】
吸収用シンチレータ１２は、ベータ線１を放出する被検体（例えば人体、衣服、器材等：図示せず）に対向して位置し、ベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質からなる。ベータ線１のエネルギー領域は、例えば約０．５〜３ＭｅＶである。
ベータ線の透過性が高くかつ吸収確率が高い吸収物質は、例えば有機材料であり、特に炭素分子と水素分子からなる質量数の小さい有機材料であるのが好ましい。かかる有機材料のシンチレータとして、プラスチックシンチレータやｐ−ｔｅｒｐｈｅｎｙｌが該当する。
後述する例において、プラスチックシンチレータの１ＭｅＶのベータ線に対する吸収確率は、約９５％であり、２ＭｅＶのベータ線に対する吸収確率は、約１０％である。【００３２】
後方散乱用シンチレータ１４は、吸収用シンチレータ１２の背面に位置し、ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなる。
ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質は、例えば無機材料であり、例えばＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）、等である。
後述する例において、ＮａＩの１ＭｅＶのベータ線に対する後方散乱率は約３５％（吸収確率は６５％）であり、２ＭｅＶのベータ線に対する後方散乱率は約３０％（吸収確率は７０％）である。【００３３】
図５では、被検体から放出されたベータ線１が吸収用シンチレータ１２内で相互作用し、その一部のエネルギーが吸収されて発光する。また、吸収用シンチレータ１２を透過したベータ線１は後方散乱用シンチレータ１４に入射してここで一部が吸収されて発光する。さらに、残りは透過せずに後方散乱して吸収用シンチレータ１２内で再度吸収され発光する。
吸収用シンチレータ１２と後方散乱用シンチレータ１４の２種のシンチレータでの吸収は計測上同時に起こるのでエネルギー検出装置１６で同時計測される。エネルギー検出装置１６はこの同時計測したベータ線１のエネルギー吸収量を合算して被検体から放出されたベータ線１のエネルギーと検出位置を再構築する機能を有する。【００３４】
この図において、エネルギー検出装置１６は、吸収発光量検出器１７、後方散乱発光量検出器１８、及び演算装置２０からなる。【００３５】
吸収発光量検出器１７は、吸収用シンチレータ１２でのベータ線１のエネルギー吸収による発光を受光するようにその側面に取り付けられ（光学的に結合され）、吸収用シンチレータ１２の発光量を検出する。この例においては、吸収用シンチレータ１２の両側面の吸収発光量検出器１７で全体の発光量を検出するように構成されているが、吸収発光量検出器１７は一側面のみに設けても、４側面に設けてもよい。【００３６】
後方散乱発光量検出器１８は、後方散乱用シンチレータ１４の側面又は背面の少なくとも一面に光学的に結合するように取り付けられ、後方散乱用シンチレータ１４のベータ線１のエネルギー吸収による発光量を検出する。この例において、後方散乱発光量検出器１８は、後方散乱用シンチレータ１４の両側面に設けているが、単一側面、３又は４側面、又は背面に設けてもよい。【００３７】
吸収発光量検出器１７及び後方散乱発光量検出器１８は、光学的に配列された複数の光量検出器からなる。光学的に配列された複数の光量検出器は、例えば、光電子増倍管や複数のセルで構成されるマルチアノード光電子増倍管や半導体検出器である。【００３８】
演算装置２０は、例えばコンピュータであり、吸収発光量検出器１７と後方散乱発光量検出器１８の各発光量が入力され、複数の入力が同時に発生した場合それらの発光が同一のベータ線１によるとみなし、各発光量から総エネルギー量を求める再構築演算を行う。
なお、被検体からのベータ線１の発生頻度を低く抑えることにより、ベータ線１が異なる位置から同時に発生する頻度を大幅に抑制することができる。従って、同一のベータ線１であるか否かは、同時計測された２以上の検出器１７，１８の各発光が、同一のベータ線１によるものとして判断することができる。
また、この例において、演算装置２０は、複数の光量検出器の検出光量から、ベータ線１の入射位置を演算するようになっている。この演算手段は後述する。【００３９】
（再構築法によるベータ線検出効率の向上）
図６は、ベータ線のエネルギーと各シンチレータの吸収確率との関係を示す図である。
この図において、横軸はベータ線の入射エネルギー、縦軸は各シンチレータの吸収確率であり、図中の曲線は、厚さ４ｍｍの場合のプラスチックシンチレータ、ＮａＩシンチレータ、および本発明のシンチレータ（ＮａＩ＋プラスチック）の場合である。
なお、プラスチックシンチレータは、有機シンチレータであり、上述した吸収用シンチレータに該当し、ＮａＩシンチレータは、無機シンチレータであり、上述した後方散乱用シンチレータに該当する。
この例は、本発明のベータ線再構築法による検出効率の向上を示している。ここでは、ＮａＩ検出器（以下「蛍光板２」と呼ぶ）の入射面に、厚さ４ｍｍのプラスチックシンチレータ（以下「蛍光板１」と呼ぶ）を設置した。【００４０】
吸収用シンチレータ１２（蛍光板１）でベータ線１を直接止めないで一旦通過させ、後方散乱用シンチレータ１４（蛍光板２）へわざわざ入射させて後方散乱させるのには、エネルギー分解能の向上に関わる重要な理由がある。この理由について、以下で説明する。
ここで、蛍光板１として厚さ４ｍｍのプラスチックシンチレータ、蛍光板２としてＮａＩ検出器を例に、ベータ線検出効率が大幅に向上すること示す。すなわちこれまで検出効率が低かったために扱われなかった無機シンチレータが、本発明のベータ線再構築を用いることによりベータ線検出にも使えることを示す。【００４１】
図５及び図６において、被検体から放出されるベータ線１のエネルルギーが例えば１．３ＭｅＶである場合、吸収用シンチレータ１２が、被検体に対向して位置するので、被検体から放出されるベータ線１の大部分（例えば、６０％）が吸収されて発光し、残り（例えば、４０％）は透過して背面に位置する後方散乱用シンチレータ１４に入射する。
後方散乱用シンチレータ１４は、ベータ線の透過性が低くかつ後方散乱率が高い後方散乱物質からなるので、入射したベータ線は透過せずに、入射したベータ線の一部（例えば、２８％）が吸収されて発光し、残り（例えば、１２％）は後方散乱されて吸収用シンチレータ１２に再入射する。【００４２】
吸収用シンチレータ１２では、再入射したベータ線のエネルギーが低下しているので、吸収確率は高くなっており、後方散乱されて再入射したベータ線１の大部分（例えば、８％）が吸収されて発光し、残り（例えば、４％）は系外に透過する。
従って、上述したエネルギー検出装置１６により、２種のシンチレータ１２，１４において同時計測したベータ線１のエネルギー吸収量を合算することにより、被検体から放出されたベータ線１のエネルギーの大部分（この例では９６％）が検出でき、従来のベータ線検出器と比較してベータ線の検出効率を大幅に高めることができる。
図６にあるように従来のベータ線検出器であるプラスチックシンチレータでは、０．５ＭｅＶ領域までは９５％であるが、０．５ＭｅＶを超えると格段に検出効率が下がる（２．０ＭｅＶでは約１０％）。これに対して、本発明では、幅広い領域（この例では、０〜３ＭｅＶ領域において）にて一様に高い検出効率を得ることが出来る。【００４３】
すなわち、上述した本発明のベータ線検出器１０の構成では、複数の蛍光板（シンチレータ１２，１４）を用いることにより、同時計測された相互作用がある蛍光板（例えば後方散乱用シンチレータ１４）で散乱されたベータ線１のエネルギーと散乱ベータ線のエネルギーを足し合わせることにより、元のベータ線１のエネルギーを再構築することができる。この再構築により、一旦各シンチレータに分散されたベータ線１のエネルギーが合算されるので、ベータ線の検出数が加算され、検出効率が向上する。
なお、上述の例では、緊急被ばく時に問題となるベータ線のエネルギー領域（数ＭｅＶ）に注目した例を挙げたが、測定したいエネルギー領域に合わせて有機シンチレータの「厚さ」を変えることにより、幅広い領域でベータ線再構築法を使うことができる。【００４４】
（再構築法によるエネルギー分解能の向上）
上述したように、エネルギー当たり蛍光量（発光量）が少ないために有機シンチレータは、無機シンチレータに比べエネルギー分解能が悪いことが知られている。しかし有機と無機の両シンチレータを用いる本発明のベータ線再構築法では、極限まで無機シンチレータのエネルギー分解能まで近づけることができることを説明する。【００４５】
あるシンチレータに入射したベータ線がシンチレータ中でエネルギー損失Ｅを起こす際のエネルギー分解能は、（数１）の式（１）で示すことができる。
そこで、ＮａＩ検出器、プラスチックシンチレータでのエネルギー分解能σＮａＩ、σＰＬを、式（２）（３）で示す。ＥＮａＩ、ＥＰＬは、それぞれＮａＩ検出器とプラスチックシンチレータで検出したベータ線のエネルギーである。
ここでエネルギーＥＢを持つベータ線が、ＮａＩ検出器とプラスチックシンチレータでそれぞれＥＮａＩとＥＰＬのエネルギーを損失した時の、ベータ線再構築を考える。入射ベータ線のエネルギーＥＢは、式（４）で表すことができる。【００４６】
式（３）に式（４）を代入すると、プラスチックシンチレータのエネルギー分解能σＰＬは、ＮａＩ検出器で得られたエネルギーＥＮａＩから式（５）で表すことができる。
本発明のベータ線再構築を行なった時のエネルギー分解能は、誤差伝搬法により式（６）となる。
このため、ベータ線のエネルギーＥＢを、ＮａＩ検出器、プラスチックシンチレータ単体で検出したエネルギー分解能と再構築して得られたエネルギー分解能の関係は、式（７）のようになる。【００４７】
【数１】
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【００４８】
式（７）からわかるように、再構築したエネルギー分解能σβは、プラスチック単体のエネルギー分解能σＰＬとＮａＩ検出器単体で得たエネルギー分解能σＮａＩとの中間の値となる。
すなわち、見方を変えると、本発明の再構築により、プラスチックシンチレータ（有機）をＮａＩ検出器（無機）のエネルギー分解能に限りなく近づけることができること示している。つまり、本発明のベータ線再構築を用いれば、通常ベータ線検出器で使われている有機シンチレータ以上のエネルギー分解能を得られる。【００４９】
図７は、本発明のベータ線再構築によるエネルギー分解能の向上原理を示す図である。
この図は、検出されるベータ線のエネルギーが３ＭｅＶであり、横軸はそのうちＮａＩ検出器が吸収したエネルギーであり、中間のエネルギーでは、その余のエネルギーはプラスチックシンチレータに吸収されるものとする。また縦軸は各シンチレータのエネルギー分解能である。
従来のベータ検出器であるプラスチックシンチレータでは３ＭｅＶに対してエネルギー分解能σは５．１％である。これに対して本発明では、３ＭｅＶでのエネルギー分解能σは３．３％から５．１％となり、これまでのベータ線検出器であるプラスチックシンチレータのエネルギー分解能を格段に越える。【００５０】
この図において、ＮａＩ検出器、プラスチックシンチレータでのエネルギー分解能σＮａＩ、σＰＬおよび再構築した際に、得られる検出器のエネルギー分解能は式（２）、（５）、（６）を用いて示している。
図５において、一旦有機シンチレータ１２を通過させて、無機シンチレータ１４に入射させたのは、図７で示すようにベータ線再構築によりエネルギー分解能が向上するからである。これが、本発明の重要な鍵の一つである。【００５１】
（蛍光位置演算方法）
シンチレータの蛍光源を算出する方法として、従来から重心法が使われている。この重心法とは、蛍光板の左右に設置した検出器（例えば、光電子増倍管）で得られた光量の比から重心を求め位置を算出する方法である。しかし、この方法は、光源の“相対位置“（左右の検出器のどちら側で蛍光したのか）しか求めることができない。
この従来方法と異なり、直接光源の絶対位置を算出する新たらしい分析法（以下、「蛍光位置演算方法」という）を以下に述べる。これは、炭素や水素のような質量数が小さな分子で構成される有機シンチレータ（例えば、プラスチックシンチレータやｐ−ｔｅｒｐｈｅｎｙｌ）を使うと、質量数が小さいのでより性能が発揮される。【００５２】
有機シンチレータは質量数が小さいため、伝搬中における光の吸収が非常に小さくなり、シンチレータの側面から得られる光量の分布が、蛍光時に放出された光の立体角で記述ができる。質量数の大きな無機シンチレータの場合に対しては、伝搬中での光の吸収やシンチレータ中の密度分布による影響の要素も考慮する必要があるため、ここでは、有機シンチレータの場合を説明する。
なお、無機シンチレータの場合も原理的には適用可能である。【００５３】
図８Ａと図８Ｂは、蛍光板（吸収用シンチレータ１２）で発生した光の伝搬の様子を示す図である。図８Ａに示すように蛍光板で放出された光は、全方向に放出される。また図８Ｂに示すように、放出された光は、全反射を繰り返しながら側面（この図で下面）に到達する。【００５４】
本発明では、光量分布を得るために、シンチレータ１２の側面（図で下面）に所定の間隔で配列された複数の光量検出器（例えば、光電子増倍管や複数のセルで構成されるマルチアノード光電子増倍管や半導体検出器）を設ける。
図８Ｂではシンチレータ１２の側面に密接して複数の光量検出器１７ａを一定の間隔で配列しているが、複数の光量検出器１７ａは、例えば光ファイバーを光学的に介して離れた位置に配列してもよい。ここで、ｉは検出器の番号を示す。ｘｉは光源からｉ番目の検出器までのｘ軸に対する距離、ｙは光源から検出器の配置された側面までの距離を示す。【００５５】
ある側面に配置された半径ｒの受光面積を持つ光量検出器１８ａ（距離間隔ｄで、検出器がｉ＝１，８まである場合）を光源から見た立体角Ωｉは、数２の式（８）で表すことができる。
ここで重要なのは、同じ面に配置されている検出器の立体角において、ｙは検出器の場所（ｉ＝１，８）に依存することなく同じである。またｘｉは、光源から検出器（ｉ＝１）までの距離ｘ１と検出器間の距離ｄを用いることにより式（９）のように表すことができる。【００５６】
質量数が小さい有機シンチレータの場合、検出器（ｉ）で測定できる光量Ｐｉは、立体角で記述できるので、式（１０）のように表すことができる。ここでＡは、比例係数である。
式（８）、（９）、（１０）をまとめると、側面で得られる光量分布は、３つの変数（Ａ，ｘ１，ｙ）を用いて式（１１）で表すことができる。
この式（１１）を、実際に検出器（ｉ＝１，８）で得られた光量分布Ｐｉに対してフィッテングすることにより、蛍光の絶対位置（ｘ１，ｙ）を求めることが可能になる。【００５７】
【数２】
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【００５８】
上述した蛍光位置演算方法では、検出器の検出幅に関係なく検出精度を高めることができるので、後方散乱用シンチレータのベータ線入射面を従来と比較して大型化（例えば６０ｍｍ×６０ｍｍ）しても、１０個未満（例えば８個）の光量検出器で１ｍｍ以下の位置精度を得ることができる。【００５９】
複数のシンチレータにおいて、発光位置をそれぞれ検出することができると、得られた発光位置を線で結ぶことにより、ベータ線の飛来方向を３次元で確定することができる。これにより、被検体のベータ線発生位置を知ることが可能となる。【００６０】
（ベータ線の飛来方向検出）
図９は、本発明のベータ線検出器の第２実施形態を示す構成図である。
上述した「蛍光位置分析法」により、ベータ線の入射位置（蛍光発生位置）を正確に知ることができる。しかし蛍光位置分析法では、ベータ線の飛来方向（向き）は検出できない。
そこで、図９の第２実施形態では、吸収用シンチレータ１２は、２層以上（この例では３層）の吸収物質からなり、吸収発光量検出器１７は、吸収用シンチレータ１２の各層の吸収物質における光量分布からベータ線１の入射位置を演算しその飛来方向検出を検出する。
すなわち第１実施形態で使用した吸収用シンチレータ１２（蛍光板１）を多層化し、各層での相互位置を蛍光位置分析法により算出し、１本の線で結ぶことにより、ベータ線１の飛来方向を検出するようになっている。【００６１】
なお、飛来方向を知るだけであれば、蛍光板１を多層にした検出器でも可能である。しかし、前述したように、少しでもエネルギー分解能を上げたい場合は、蛍光板２（後方散乱用シンチレータ１４）へベータ線１を入射させることが必要になる。従って、ベータ線１のエネルギーを考慮し、多層化する枚数や各層の厚さを決定し、蛍光板１で入射粒子が止まらないようにすることが重要になる。【００６２】
上述した本発明のベータ線検出器は、緊急被ばく時の高感度放射線カウンターとして用いることができる。この場合、この検出器は、例えばＮａＩ検出器（６．２×６．２×１ｃｍ３）とプラスチックシンチレータ（６．２×６．２×０．５ｃｍ３）からの二層で構成し、蛍光板の少なくとも１側面以上を覆うように検出器（例えば、マルチアノード光電子増倍管）を配置するのがよい。【００６３】
図１０は、本発明のベータ線検出器の第３実施形態を示す構成図である。
この例では、ベータ線を放出する平板状の被検体４の両面に対してそれぞれ設けられた吸収用シンチレータ１２と後方散乱用シンチレータ１４とを備える。なおこの図では、エネルギー検出装置１６の図示を省略する。【００６４】
ベータ崩壊がほぼ同時に２回起きる現象は、「二重ベータ崩壊」として知られている。ニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊は、半減期が非常に長く、約１０２６年に一回起こる現象であるが、この崩壊を観測することにより、ニュートリノの質量やマヨラナ粒子性、ＣＰ位相等について解明できる可能性があるため、現在各国で研究が進められている。
この現象を測定するには、二重ベータ崩壊による２本のベータ線を精密測定することが重要になる。このような超稀事象測定にも本発明のベータ線再構築法を応用することができる。【００６５】
図１０に示すように二重ベータ崩壊核からなる平板状の被検体４を、蛍光板１、２で構成された２台の検出器１０で挟む。上下に挟まれた２台の検出器１０により、２本のベータ線１をそれぞれ測定することにより、二重ベータ崩壊を測定することが可能になる。
すなわち、二重ベータ崩壊により被検体４の両側に同時に放出される１対のベータ線１を両面から同時計測し、各ベータ線１のエネルギー吸収量をそれぞれ合算して被検体４から放出された１対のベータ線１のエネルギーと検出位置をそれぞれ再構築することにより、二重ベータ崩壊による２本のベータ線を精密測定することができる。
この二重ベータ崩壊の測定には、エネルギー分解能が特に重要になるが、二重ベータ崩壊核種に合わせて、有機・無機シンチレータの種類を変える（最適化する）ことで、高感度での測定を可能とすることができる。【００６６】
上述したように、本発明のベータ線再構築方法は、放射線物理や医学物理のみならず素粒子物理や環境放射線物理等の様々な分野において放射線計測の基礎としての普遍性を持つ。【００６７】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2009037781.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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