(57)【要約】  高い精度および速い計算速度を両立するために、本放射線解析装置は、放射線が通過する遮蔽物の材料、遮遮蔽厚、および遮蔽物間の距離を、ＣＡＤカーネルが備える機能を用いて抽出する情報抽出部と、遮蔽物の材料、遮蔽厚、遮蔽物からの距離、および遮蔽物に入射する入射放射線のエネルギースペクトルが指定されると透過した放射線のエネルギースペクトルを与える物体放射線相関データベースと、抽出された遮蔽物の材料、遮蔽厚、および距離と、入射放射線のエネルギースペクトルとを検索キーとして物体放射線相関データベースを検索し、取得される放射線のエネルギースペクトルをもって隣接する遮蔽物の入射放射線のエネルギースペクトルとする演算を逐次行い、放射線解析ポイントに到達する放射線のエネルギースペクトルを算出する放射線解析部と、を備える。
2009040912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線解析体系の遮蔽物の形状および位置関係が記述されてユーザにより放射線解析ポイントが指定される３次元ＣＡＤデータから、放射線が通過する前記遮蔽物の材料、前記遮蔽物中の放射線の飛程である遮蔽厚、および遮蔽物間の距離を、ＣＡＤカーネルが備える直線作成機能および干渉部品抽出機能を用いて抽出する情報抽出部と、
遮蔽物の材料、遮蔽厚、遮蔽物から所望の位置までの距離、および遮蔽物に入射する入射放射線のエネルギースペクトルが指定されると、前記所望の位置における放射線のエネルギースペクトルを与える物体放射線相関データベースと、
前記抽出された遮蔽物の材料、遮蔽厚、および距離と、入射放射線のエネルギースペクトルとを検索キーとして前記物体放射線相関データベースを検索し、取得される放射線のエネルギースペクトルをもって隣接する遮蔽物の入射放射線のエネルギースペクトルとする演算を逐次行い、前記放射線解析ポイントに到達する放射線のエネルギースペクトルを算出する放射線解析部と、
を備えることを特徴とする放射線解析装置。
【請求項２】
前記情報抽出部は、
放射線解析ポイントを起点として全空間を所定の立体角毎に分割するとともに前記放射線解析ポイントを起点とし分割された空間の中心を通る半直線を前記分割されたそれぞれの空間において作成し、前記それぞれの半直線が通過する遮蔽物の材料と、半直線と遮蔽物の交点とを抽出し、前記各遮蔽物中を前記各半直線が通過する飛程である遮蔽厚と、前記各遮蔽物間の距離並びに前記放射線解析ポイントから最も近い位置にある前記遮蔽物と前記放射線解析ポイントとの距離とを前記交点から算出し、前記材料、前記遮蔽厚および前記距離をもって放射線解析用情報とし、
前記物体放射線相関データベースは、
遮蔽物の材料、遮蔽厚、遮蔽物から所望の位置までの距離、および遮蔽物に入射する入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルが指定されると、前記所望の位置における放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルを与え、
前記放射線解析部は、
前記分割されたそれぞれの空間に含まれる遮蔽物について、入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルと、前記放射線解析用情報より読み出した遮蔽物の材料、遮蔽厚、および距離とを検索キーとして前記物体放射線相関データベースを参照し、取得される放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルをもって隣接する遮蔽物または前記放射線解析ポイントに入射する入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルとする演算を、前記放射線解析ポイントから最も遠い遮蔽物から順番に前記放射線解析ポイントに至るまで逐次行うことで前記放射線解析ポイントにおける半直線ごとの入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルを算出し、この前記放射線解析ポイントにおける半直線ごとの単位立体角あたりの入射放射線のエネルギースペクトルに前記所定の立体角を乗じた値を全半直線分で積算して前記放射線解析ポイントにおける放射線のエネルギースペクトルを算出する、
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の放射線解析装置。
【請求項３】
放射線解析体系の遮蔽物の形状および位置関係が記述されてユーザにより放射線解析ポイントが指定される３次元ＣＡＤデータから、放射線が通過する前記遮蔽物の材料、前記遮蔽物中の放射線の飛程である遮蔽厚、および遮蔽物間の距離を、ＣＡＤカーネルが備える直線作成機能および干渉部品抽出機能を用いて抽出し、所定の材料と前記抽出された材料の密度比を使用して前記抽出された遮蔽厚から所定材料換算遮蔽厚を算出する情報抽出部と、
所定材料の遮蔽物について、所定材料換算遮蔽厚、遮蔽物から所望の位置までの距離、および遮蔽物に入射する入射放射線のエネルギースペクトルが指定されると、前記所望の位置における放射線のエネルギースペクトルを与える物体放射線相関データベースと、
前記抽出・算出された所定材料換算遮蔽厚および距離と、入射放射線のエネルギースペクトルとを検索キーとして前記物体放射線相関データベースを参照し、取得される放射線のエネルギースペクトルをもって隣接する遮蔽物に入射する入射放射線のエネルギースペクトルとする演算を逐次行い、前記放射線解析ポイントに到達する放射線のエネルギースペクトルを算出する放射線解析部と、
を備えることを特徴とする放射線解析装置。
【請求項４】
前記情報抽出部は、
放射線解析ポイントを起点として全空間を所定の立体角毎に分割するとともに前記放射線解析ポイントを起点とし分割された空間の中心を通る半直線を前記分割されたそれぞれの空間において作成し、前記それぞれの半直線が通過する遮蔽物の材料および半直線と遮蔽物の交点を抽出し、前記各遮蔽物中を前記各半直線が通過する飛程である遮蔽厚、および前記各遮蔽物間の距離並びに前記放射線解析ポイントから最も近い位置にある前記遮蔽物と前記放射線解析ポイントとの距離を前記交点から算出し、前記材料と所定の材料との密度比を利用して前記遮蔽厚から所定材料換算遮蔽厚を算出し、前記所定材料遮蔽厚および前記距離をもって放射線解析用情報とし、
前記物体放射線相関データベースは、
所定材料の遮蔽物について、所定材料換算遮蔽厚、遮蔽物から所望の位置までの距離、および遮蔽物に入射する入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルが指定されると、前記所望の位置における単位立体角あたりの放射線のエネルギースペクトルを与え、
前記放射線解析部は、
所定材料換算遮蔽厚および前記距離を前記放射線解析用情報より読み出し、前記読み出した所定材料換算遮蔽厚および距離と、入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルとを検索キーとして前記物体放射線相関データベースを検索し、取得される放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルをもって前記放射線解析ポイント側に隣接する遮蔽物または前記放射線解析ポイントに入射する入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルとする演算を、前記最外遮蔽物から前記放射線解析ポイントまで順番に逐次行うことで前記放射線解析ポイントにおける半直線ごとの入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルを算出し、この前記放射線解析ポイントにおける半直線ごとの入射放射線の単位立体角あたりのエネルギースペクトルに前記所定の立体角を乗じた値を全半直線分で積算して前記放射線解析ポイントにおける放射線のエネルギースペクトルを算出する、
ことを特徴とする請求の範囲３に記載の放射線解析装置。
【請求項５】
放射線解析体系の遮蔽物の形状および位置関係が記述されてユーザにより放射線解析ポイントが指定される３次元ＣＡＤデータから、放射線が通過する前記遮蔽物の材料、前記遮蔽物中の放射線の飛程である遮蔽厚、および遮蔽物間の距離を、ＣＡＤカーネルが備える直線作成機能および干渉部品抽出機能を用いて抽出する情報抽出部と、
遮蔽物の材料、遮蔽厚、遮蔽物から所望の位置までの距離が指定されると、前記所望の位置にいたる放射線の線量と前記遮蔽物に入射する放射線の線量との差分である減衰量を与える物体放射線相関データベースと、
前記抽出された材料、遮蔽厚、および距離を検索キーとして前記物体放射線相関データベースを検索して減衰量を取得し、前記放射線解析ポイントまでに通過する遮蔽物について前記取得された減衰量を積算した値をもってすべての遮蔽物を透過して前記放射線解析ポイントに至る放射線の線量の減衰量とし、前記放射線解析ポイントにおける線量を算出する放射線解析部と、
を備えることを特徴とする放射線解析装置。
【請求項６】
前記情報抽出部は、
放射線解析体系の遮蔽物の形状および位置関係を記述する３次元ＣＡＤデータ上において、ユーザにより指定される放射線解析ポイントを起点として全空間を所定の立体角毎に分割するとともに前記放射線解析ポイントを起点とし分割された空間の中心を通る半直線を前記分割されたそれぞれの空間において作成し、前記それぞれの半直線が通過する遮蔽物の材料および半直線と遮蔽物の交点を抽出し、前記各遮蔽物中を前記各半直線が通過する飛程である遮蔽厚、および前記各遮蔽物間の距離並びに前記放射線解析ポイントから最も近い位置にある前記遮蔽物と前記放射線解析ポイントとの距離を前記交点から算出し、前記材料、前記遮蔽厚および前記距離をもって放射線解析用情報とし、
前記物体放射線相関データベースは、
遮蔽物の材料、遮蔽厚、遮蔽物から所望の位置までの距離が指定されると、前記所望の位置にいたる単位立体角あたりの放射線の線量と前記遮蔽物に入射する放
射線の単位立体角あたりの線量との差分である減衰量を与え、
前記放射線解析部は、
前記分割されたそれぞれの空間に含まれるすべての遮蔽物について、材料、遮蔽厚、および距離を前記放射線解析用情報より読み出し、前記読み出した材料、遮蔽厚、および距離を検索キーとして前記物体放射線相関データベースを検索して減衰量を取得し、最外遮蔽物から前記放射線解析ポイントまでの遮蔽物について前記取得された減衰量を積算し、前記積算された減衰量を前記放射線解析ポイントから最も遠い位置にある遮蔽物への単位立体角あたりの放射線入射線量から引いて前記放射線解析ポイントにおける半直線ごとの単位立体角あたりの線量を算出し、この前記放射線解析ポイントにおける半直線ごとの単位立体角あたりの線量に前記所定の立体角を乗じた値を全半直線分で積算して前記放射線解析ポイントにおける線量を算出する、
ことを特徴とする請求の範囲５に記載の放射線解析装置。
【請求項７】
前記３次元ＣＡＤデータ中に記述される放射線解析体系の遮蔽物の形状および位置関係は、
前記遮蔽物に関する設計用または製造用に記述された形状および構成の３次元ＣＡＤデータをそのまま利用する、
ことを特徴とする請求の範囲１から６の何れかひとつに記載の放射線解析装置。
【請求項８】
前記放射線解析部は前記放射線解析ポイントにおける放射線のエネルギースペクトルから前記放射線解析ポイントにおける放射線の線量を算出することを特徴とする請求の範囲１〜４の何れかひとつに記載の放射線解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線に対する信頼性を確保する必要がある装置の放射線解析を行う放射線解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発生した放射線が、遮蔽物による減衰や拡散によって、対象機器にどの程度減衰して到達するかを解析するとき、モンテカルロ法を利用したモンテカルロ計算コードが使用される。【０００３】
モンテカルロ計算コードを用いて放射線解析を行う際、遮蔽物の形状やレイアウトなど放射線解析体系の境界条件を記述する入力データが必要となる。入力データを用意する際、一般的に、モンテカルロ計算コードの入力データを始めから作成するのではなく、まず遮蔽物をコンピュータ援用設計（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ；ＣＡＤ、以下単にＣＡＤと称する）で設計する。そして設計した遮蔽物の形状やレイアウトをＣＡＤの中間書式であるＳＴＥＰ形式やＩＧＥＳ形式のファイルを出力し、モンテカルロ計算コードに受け渡す。そしてモンテカルロ計算コードが、受け渡された３次元ＣＡＤデータ中の遮蔽物の自由表面を含む表面を平面に分割し、分割された平面を面方程式で記述し、モンテカルロ計算用に再構築する。モンテカルロ計算コードは、このように再構築されたデータを放射線解析のための入力データとし、モンテカルロ計算を実行する。以上の方法を以後は単に従来手法と称する。【０００４】
モンテカルロ法に関しては、特許文献１に、大気中に拡散した放射性核種の拡散挙動をモンテカルロ法によりシミュレーションし、地表に到達する放射線の線量を求める方法が紹介されている。【０００５】
特許文献２に提案されるバックグランド計数率を算出する方法では、３次元形状計測装置を用いて遮蔽物の形状を測定し、得た３次元形状をモンテカルロ計算コードに使用する入力ファイルに再構築してモンテカルロ計算を実行している。しかし、遮蔽物を設計・製造する際に使用するＣＡＤデータが使用できればさらに便利であり、かつ高い解析精度が期待できる。特許文献３では、放射線管理領域にある各構造体の配置のレイアウト図形データを用いて、放射線管理領域で作業員が作業する際の放射線被曝線量を高精度に算出する手法が紹介されている。【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４９６６７号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０５６６号公報
【特許文献３】特開平４−３５７４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来手法を使用して高精度の解析を行う場合、非常に多くの計算時間を要する。その原因としては、次の二つの要因が挙げられる。【０００８】
第一の原因は、モンテカルロ計算コード自体が放射線を模擬する粒子一つ一つについて計算を行う時間のかかる計算方法であるためである。解析精度は粒子数の数が増えるにつれて向上するが、計算時間も増大する。【０００９】
第二の原因としては、まず、モンテカルロ計算コードは、受け渡されたＣＡＤの中間ファイルに記述される物体の自由曲面を平面分割する。このとき、受け渡されたファイルに記述される精度と同じ程度の精度を保つように平面分割すると、平面の数が増大し、非常に多くの面方程式が使用されることになる。ここでモンテカルロ粒子輸送計算を実行すると、この面方程式で定義される面と各粒子の飛跡との交点を求めるプロセスの数が多くなる。このことが計算時間の増大を招く第二の原因である。【００１０】
このように、従来手法において、受け渡されたＣＡＤの中間ファイルをモンテカルロ計算コードが計算用に変換する際、平面分割数を多くとって形状に関する精度を確保したままたくさんの粒子を定義してモンテカルロ計算を行うと、高精度の放射線解析ができるが、非常に多くの計算時間がかかる。したがって、複雑な形状をもつ物体について現実的な計算時間で放射線解析を行うために、取り扱う粒子の数量を減らしたり、複雑な形状を円柱や立方体などのかんたんな形状で近似的に表現するといった、解析精度を犠牲にして計算時間の高速化をはかることがやむを得ずおこなわれてきた。【００１１】
しかしながら、工業製品を開発する現場などでは、高い解析精度および速い計算速度の両方が要求される。このため、高い解析精度および速い計算速度を両立する放射線解析装置を開発することが課題であった。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い解析精度および速い計算速度を両立する放射線解析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】
【００１３】
上述した問題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る放射線解析装置は、放射線解析体系の遮蔽物の形状および位置関係が記述されてユーザにより放射線解析ポイントが指定される３次元ＣＡＤデータから、放射線が通過する前記遮蔽物の材料、前記遮蔽物中の放射線の飛程である遮蔽厚、および遮蔽物間の距離を、ＣＡＤカーネルが備える直線作成機能および干渉部品抽出機能を用いて抽出する情報抽出部と、遮蔽物の材料、遮蔽厚、遮蔽物から所望の位置までの距離、および遮蔽物に入射する入射放射線のエネルギースペクトルが指定されると、前記所望の位置における放射線のエネルギースペクトルを与える物体放射線相関データベースと、前記抽出された遮蔽物の材料、遮蔽厚、および距離と、入射放射線のエネルギースペクトルとを検索キーとして前記物体放射線相関データベースを検索し、取得される放射線のエネルギースペクトルをもって隣接する遮蔽物の入射放射線のエネルギースペクトルとする演算を逐次行い、前記放射線解析ポイントに到達する放射線のエネルギースペクトルを算出する放射線解析部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、解析用に簡略化した３次元ＣＡＤデータを作成してＳＴＥＰ、ＩＧＥＳ等の中間書式に変換することなく、製品設計・製造用の詳細な形状・構成の３次元ＣＡＤデータを流用でき、３次元ＣＡＤから情報抽出でき、さらに解析の実行においては、モンテカルロ法で時間をかけて計算することなく、データベースとして蓄積した事前の計算結果を呼び出すことで代用することができる。従って、高い解析精度および速い計算速度を両立する放射線解析装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明による実施の形態の放射線解析装置の解析手法と従来手法との比較を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、放射線解析装置１の構成図である。
【図３】図３は、情報抽出部３が抽出する情報を説明する図である。
【図４】図４は、放射線解析装置１の動作を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、情報抽出部３の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態１および２における放射線解析部８の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態３における放射線解析部８の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００１６】
１  放射線解析装置
２  入力部
３  情報抽出部
４  半直線作成部
５  遮蔽物交点情報演算部
６  材料データベース
７  放射線解析用情報出力部
８  放射線解析部
９  物体放射線相関データベース
１０  記憶領域
１１  表示出力部
２０  半直線
２１  放射線解析ポイント
２２〜２５  遮蔽物
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の実施の形態における放射線解析装置の解析モデル作成から解析までのプロセスと従来手法のプロセスとの比較を説明する図である。図１を用いて従来方式に対する本実施の形態の方式の長所を説明する。なお、本実施の形態では、放射線解析を行う地点を放射線解析ポイント、放射線解析ポイントに達するまでに放射線が通過する物体を遮蔽物と称する。【００１８】
図１において、まず遮蔽物の形状作成・レイアウトについて、従来方式では、遮蔽物の設計・製造用に使用する３次元ＣＡＤデータとは別に、計算時間の高速化を目的とし、遮蔽物の形状・構成を簡略化したＣＡＤデータを作成する（ステップＳ１）。この段階で行われる形状の簡略化により放射線解析にかかる計算速度が向上するが、解析精度の低下が起こる。これに対し本実施の形態は、遮蔽物の設計・製造用の３次元ＣＡＤデータをそのまま使用する（ステップＳ２）。したがって、本発明の実施の形態の装置によれば、高い解析精度が保たれる上、解析用の３次元ＣＡＤデータ作成の手間が省ける。【００１９】
次に、従来方式では、解析ソフトウェアに遮蔽物形状・レイアウト情報を渡すためにＣＡＤの中間書式（ＳＴＥＰ、ＩＧＥＳ形式など）で出力する（ステップＳ３）。本実施の形態の装置では、放射線解析ポイントから見た遮蔽物の厚さである遮蔽厚、遮蔽物間距離、および遮蔽物の材料情報を抽出する（ステップＳ５）。ステップＳ５の動作では、３次元ＣＡＤのカーネルが備える基本機能を用いることで高速に各情報を抽出することができる。ここまでが、従来方式および本実施の形態の装置において３次元ＣＡＤソフトウェアに実行させる部分である。【００２０】
次に、従来方式では、解析ソフトウェアは、ステップＳ３で出力したＣＡＤの中間書式データを、モンテカルロ法で解析する計算実行用の入力形式に変換し、遮蔽物および放射線解析ポイントの位置関係を記述する入力ファイルを再構築する（ステップＳ４）。そしてステップＳ６に移行し、ステップＳ４で作成した入力ファイルを用い、モンテカルロ計算を実行する。ここで、モンテカルロ計算では、放射線のすべての振る舞いを計算するため、多くの計算時間を要する。ステップＳ１にて遮蔽物の形状を簡略化して記述するため、ステップＳ４での再構築後のデータに使用される平面分割数を少なくすることができ、結果としてステップＳ６における計算時間を短縮することができる。しかし、計算時間の短縮の代償として解析精度の低下が起こる。【００２１】
本実施の形態では、遮蔽物について、材料、遮蔽厚、入射する放射線の情報、遮蔽物と測定点との距離を変数として予めモンテカルロ計算が実行され、前記する変数と測定点に到達する放射線の情報との関係をデータベース化した物質放射線相関データベースが構築されている。放射線解析ソフトウェアは、ステップＳ５にて抽出した遮蔽物の材料、遮蔽厚、および遮蔽物間距離と、入射する放射線の情報とを検索キーとして物質放射線相互作用データベースを参照し、放射線解析ポイントでの放射線の情報を導き出す。【００２２】
このように、本実施の形態による放射線解析装置は、３次元ＣＡＤによって記述される遮蔽物の形状から放射線解析用の入力情報を取り出すとき、従来手法のように複雑な形状を単純な形状で近似する必要がないため、高い解析精度が保たれる。さらに、予め遮蔽物についてモンテカルロ計算を行った結果を蓄積する物体放射線相互作用データベースを参照し、放射線解析ポイントでの放射線の情報を算出するため、解析時にモンテカルロ計算を行う必要がない。これにより、従来手法に比べて計算速度が向上する。したがって、本発明にかかる実施の形態の放射線解析装置によると、高い解析精度と速い計算速度を両立した放射線解析を行うことができる。【００２３】
以下に、本実施の形態をより具体的に説明する。なお、これらの説明により本発明が限定されるものではない。【００２４】
実施の形態１.
まず、本発明にかかる実施の形態１の放射線解析装置の構成および機能を説明する。図２は、実施の形態１の放射線解析装置の構成を説明する図である。【００２５】
図２において、実施の形態１にかかる放射線解析装置１は、入力部２、情報抽出部３、放射線解析部８、物体放射線相関データベース９、記憶領域１０、表示出力部１１を備える。また、情報抽出部３は、半直線作成部４、遮蔽物交点情報演算部５、材料データベース６、および放射線解析用情報出力部７で構成される。【００２６】
入力部２は、マウスやキーボードなどの入力用機器であり、遮蔽物の３次元ＣＡＤデータの設計作業、放射線解析ポイントの入力、および放射線解析装置１の操作に使用される。【００２７】
情報抽出部３は、遮蔽物と放射線解析ポイントが記述された３次元ＣＡＤデータから放射線解析に必要なデータを抽出し、放射線解析用情報ファイルに出力する。まず、半直線作成部４が放射線解析ポイントを起点とする半直線を、全方位に向けて、水平角および垂直角について所定の刻み角度ごとに変えながら作成し、それぞれに直線ＩＤを割り当て、放射線解析用情報ファイルに出力する。このファイルは記憶領域１０に保持される。【００２８】
遮蔽物交点情報演算部５は、放射線解析用情報ファイルより半直線を呼び出し、半直線と遮蔽物との交点および遮蔽物の材料を抽出し、放射線解析用情報ファイルに逐一出力する。ここでの抽出動作には、こういった作業を得意とするＣＡＤカーネルの基本機能である直線作成機能および干渉部品抽出機能が使用される。【００２９】
材料データベース６は、材料と材料ＩＤとを関連付ける情報が蓄積されるデータベースであり、記憶領域１０に格納されている。【００３０】
放射線解析用情報出力部７は、記憶領域１０に格納された放射線解析用情報ファイルに記述されている直線ＩＤ、交点情報、および材料情報を呼び出し、それぞれの半直線について、放射線解析ポイントから最も遠い遮蔽物から順に、半直線の遮蔽物中を通過する飛程である遮蔽厚と、遮蔽物からの脱出座標と隣接する遮蔽物への突入座標との距離とを算出するとともに、材料データベース６を参照してそれぞれの遮蔽物の材料情報に対応する材料ＩＤを付与し、直線ＩＤ、垂直角、水平角、遮蔽厚、距離、および材料ＩＤを前記する放射線解析用情報ファイルに出力する。【００３１】
ここで、放射線解析ポイントから最も遠い遮蔽物から遮蔽物１、遮蔽物２、・・・、遮蔽物ｉ、・・・、遮蔽物ｎと命名する。図３は、命名の仕方を説明する図である。図３において、ある半直線２０は、放射線解析ポイント２１に到達する。その間に２２に示す最も放射線解析ポイント２１から遠い場所に位置する遮蔽物１、２３に示す遮蔽物２、２４に示す遮蔽物ｉおよび２５に示す放射線解析ポイント２１に最も近い場所に位置する遮蔽物ｎを通過している。さらに、遮蔽物ｉの遮蔽厚をＴｉ、遮蔽物ｉと遮蔽物ｉ＋１との距離をＬｉ、および遮蔽物ｉの材料の材料ＩＤをＭｉと命名する。ただし、ｎは正の整数、ｉは１≦ｉ≦ｎを満たす正の整数である。Ｌｎは遮蔽物ｎと放射線解析ポイントとの距離である。つまり放射線解析用情報出力部７は、すべての直線ＩＤの半直線に対して、半直線の垂直角、水平角、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｍ１〜Ｍｎ、Ｌ１〜Ｌｎを放射線解析用情報ファイルに出力する。【００３２】
さらに、放射線解析用情報出力部７は、４πを作成されている半直線の数で割り、半直線一本当たりが代表する空間の立体角ω０（単位はステラジアン）を求め、前記する放射線解析用情報ファイルに出力し、記憶領域１０に格納する。【００３３】
放射線解析部８は放射線解析を行う。物体放射線相関データベース９は、簡単な形状の遮蔽物について予めモンテカルロ粒子輸送計算を実行し、遮蔽物について、遮蔽厚Ｔおよび材料Ｍと、距離Ｌと、入射する放射線のエネルギーの関数である単位立体角当たりのフラックスｄφ（Ｅ）／ｄωとを指定されると、遮蔽物から距離Ｌだけ離れた位置における放射線の単位立体角当たりのフラックスｄφ’（Ｅ）／ｄωを与える。【００３４】
放射線解析部８は、放射線解析用情報ファイルに記述されるそれぞれの直線ＩＤの半直線に関するＴｉ、ＬｉおよびＭｉと、遮蔽物ｉに入射する放射線の単位立体角当たりのフラックスｄφｉ（Ｅ）／ｄωとを検索キーとして物体放射線相関データベース１０を参照し、遮蔽物ｉ＋１に到達する放射線の単位立体角当たりのフラックスｄφｉ＋１（Ｅ）／ｄωを求める動作を行う。そしてｉ＝ｉ＋１として順次この動作を繰り返し、ｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωを求める。ｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωはそれぞれの直線ＩＤの半直線に代表される分割された空間における放射線解析ポイントでの単位立体角あたりの放射線フラックスである。ｄφ１（Ｅ）／ｄωは、ユーザが初期値として入力する値が用いられる。すべての直線ＩＤの半直線についてｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωを求めたら、すべての半直線のｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωにω０を乗じたものを合算し、合算した値をもって放射線解析ポイントにおける放射線フラックスφＡＬＬ（Ｅ）とする。φＡＬＬ（Ｅ）は放射線解析用情報ファイルに出力され、記憶領域１０に格納されるとともに、表示出力部１１に表示される。【００３５】
記憶領域１０は、例えばＣＰＵが実現する、入力部２、半直線作成部４、遮蔽物交点情報演算部５、材料データベース６、放射線解析用情報出力部７、放射線解析部８、物体放射線相関データベース９、および表示出力部１１の動作を司る各プログラムが格納されるＲＯＭ、ユーザが用意する３次元ＣＡＤデータと上記した各部の演算結果を格納するＲＡＭで構成される。【００３６】
表示出力部１１は、例えばモニターやプリンタなど、結果をユーザが確認できる形で出力する部分である。ユーザは表示出力部を見ながら入力部２を操作する。【００３７】
次に、実施の形態１による放射線解析装置の動作を説明する。【００３８】
図４は実施の形態１による放射線解析装置の動作を説明するフローチャートである。図４において、放射線解析作業が開始されると、まず、ユーザは入力部２を使用し、遮蔽物を記述する３次元ＣＡＤデータの設計作業をする（ステップＳ１０１）。ここで、通常の設計作業の結果として定義されている各部品（ここでは遮蔽物）の詳細形状と３次元空間上の配置をそのまま使用することもできる。次に、ユーザは入力部２を利用して解析を所望する箇所である放射線解析ポイントを３次元ＣＡＤデータに入力する（ステップＳ１０２）。こうして作成された３次元ＣＡＤデータは、記憶領域１０に格納される。【００３９】
次に、情報抽出部３は３次元ＣＡＤデータを読み込み、放射線解析のための解析情報抽出を開始する（ステップＳ１０３）。ここで、ステップＳ１０３での処理フローの詳細を、図５を用いて説明する。図５は、情報抽出部３において解析用情報を抽出する処理を説明するフローチャートである。【００４０】
図５において、まず、ステップＳ２０１では、半直線作成部４は、ＣＡＤの直線作成機能を用い、放射線解析ポイントを起点とした半直線を作成し、作成した半直線に直線ＩＤを付与し、放射線解析用情報ファイルに出力する。さらに半直線作成部４は、ステップＳ２０１にて作成した半直線の水平角もしくは垂直角、またはその両方を所定の刻み角度分ずらして新たな半直線を作成し、新たに作成した半直線に直線ＩＤを付与し、放射線解析用情報ファイルに出力する（ステップＳ２０２）。次に、半直線作成部４が全方位に万遍なく半直線が作成されたか判定し（ステップＳ２０３）、全方位に満遍なく半直線が作成されたと判定する場合（ステップＳ２０３、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０４に移行する。半直線作成部４が全方位に満遍なく半直線が作成されていないと判定する場合、ステップＳ２０２に移行する。【００４１】
ステップＳ２０４では、遮蔽物交点情報演算部５が放射線解析用情報ファイルより所定の直線ＩＤの半直線を呼び出す。次に、遮蔽物交点情報演算部５は呼び出した半直線と遮蔽物とのすべての交点座標を算出し、同時にＣＡＤの干渉部品抽出機能を用いて当該半直線が通過する全遮蔽物の材料も抽出する（ステップＳ２０５）。次に、放射線解析用情報出力部７は、材料データベースを参照し、ステップＳ２０５にて抽出した材料を材料ＩＤであるＭｉと関連付ける（データベース２０６）。そして、放射線解析用情報出力部７は、ステップＳ２０７にて、遮蔽物と当該半直線との交点情報から、遮蔽厚Ｔｉおよび遮蔽物間の距離Ｌｉを算出する（ステップＳ２０７）。【００４２】
次に、放射線解析用情報出力部７は、算出したＴ１〜Ｔｎ、Ｍ１〜Ｍｎ、およびＬ１〜Ｌｎを、当該半直線の直線ＩＤ、水平角、および垂直角とともに放射線解析用情報ファイルに出力する（ステップＳ２０８）。そして、放射線解析用情報出力部７は、すべての半直線についてステップＳ２０５〜ステップＳ２０８での処理を完了したかどうかを判定し（ステップＳ２０９）、完了していると判定する場合（ステップＳ２０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ２１１に移行する。完了していないと判定する場合（ステップＳ２０９、Ｎｏ）、ステップＳ２１０に移行する。ステップＳ２１０では、遮蔽物交点情報演算部５は、未だステップＳ２０５〜ステップＳ２０８の処理を完了していない別ＩＤの半直線を呼び出し、ステップＳ２０５に移行する。【００４３】
ステップＳ２１１では、放射線解析用情報出力部７は、４πを半直線作成部４が作成した半直線の数で割り、半直線一本あたりが代表する空間の立体角ω０（単位はステラジアン）を算出する。次に、放射線解析用情報出力部７は、放射線解析用情報ファイルにω０の値を出力する（ステップＳ２１２）。次に、情報抽出部３の動作を終え、図４におけるステップＳ１０４に移行する。【００４４】
図４におけるステップＳ１０４では、放射線解析部８が、放射線解析用情報ファイルに出力された情報を用いて放射線解析を実行する。ここで、ステップＳ１０４の処理フローの詳細を、図６を用いて説明する。図６は、放射線解析部８が放射線解析を行う動作を説明するフローチャートである。【００４５】
図６において、放射線解析が開始されると、放射線解析部８は、放射線解析用情報ファイルより、所定の直線ＩＤの半直線に関する水平角、垂直角、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｍ１〜Ｍｎ、およびＬ１〜Ｌｎを読み込む（ステップＳ３０１）。次に、遮蔽物１に入射する放射線の単位立体角あたりのフラックスｄφ１（Ｅ）／ｄωをユーザが入力する（ステップＳ３０２）。次に、放射線解析部８は、ｉ＝１とし（ステップＳ３０３）、Ｔｉ、Ｍｉ、Ｌｉ、およびｄφｉ（Ｅ）／ｄωを検索キーとして物体放射線相関データベース９を参照し（ステップＳ３０４）、呼び出された値であるｄφ’（Ｅ）／ｄωをもって、ｄφｉ＋１（Ｅ）／ｄωとする（ステップＳ３０５）。次に、放射線解析部８は、ｉ＝ｎが真かどうか判定し（ステップＳ３０６）、ｉ＝ｎが真であると判定される場合（ステップＳ３０６、Ｙｅｓ）、ステップＳ３０８に移行する。ｉ＝ｎが真であると判定されない場合（ステップＳ３０６、Ｎｏ）、ステップＳ３０７に移行し、放射線解析部８は、ｉに１加算し、ステップＳ３０５に移行する。ｉ＝ｎが真である場合に得られるｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωはその直線ＩＤで代表される空間から入射する放射線の、放射線解析ポイントでの単位立体角あたりの放射線フラックスである。【００４６】
ステップＳ３０８では、放射線解析部８はｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωを放射線解析用情報ファイルに出力する。次に、放射線解析部８は、すべての半直線についてステップＳ３０２〜ステップＳ３０８の処理が行われたかどうか判定し（ステップＳ３０９）、すべての半直線について処理が行われたと判定する場合（ステップＳ３０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ３１１に移行し、すべての半直線について処理が行われていない判定する場合（ステップＳ３０９、Ｎｏ）、ステップＳ３１０に移行する。ステップＳ３１０では、放射線解析部８は、未だステップＳ３０２〜ステップＳ３０８の処理が行われていない半直線の情報を放射線解析用情報ファイルより読み込み、ステップＳ３０２に移行する。ステップＳ３１１では、すべての直線ＩＤの半直線についてｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωの算出が終了しているので、得られたすべてのｄφｎ＋１（Ｅ）／ｄωにω０を乗じて合算し、φＡＬＬ（Ｅ）を算出する。φＡＬＬ（Ｅ）は、放射線解析ポイントにおける放射線フラックスである。そして、φＡＬＬ（Ｅ）を放射線解析用情報ファイルに出力する。そして、放射線解析部８による放射線解析を終了し、図４におけるステップＳ１０５に移行する（ステップＳ３１３）。【００４７】
図４のステップＳ１０５において、記憶領域１０に格納されている放射線解析用情報ファイルに記述されているφＡＬＬ（Ｅ）が読み込まれ、φＡＬＬ（Ｅ）の値が表示出力部１１に表示される。そして、放射線解析装置１による動作を終了する。【００４８】
このように、実施の形態１による放射線解析装置は、３次元ＣＡＤによって記述される遮蔽物の形状から放射線解析用の入力情報を取り出すとき、従来手法のように複雑な形状を単純な形状で近似する必要がないため、高い解析精度が保たれる。さらに、予め遮蔽物についてモンテカルロ計算を行った結果を蓄積する物体放射線相互作用データベースを参照し、放射線解析ポイントでの放射線の情報を算出するため、解析時にモンテカルロ計算を行う必要がない。これにより、従来手法に比べて計算速度が向上する。したがって、本発明にかかる実施の形態１の放射線解析装置によると、高い解析精度と速い計算速度を両立する放射線解析を行うことができる。【００４９】
実施の形態２.
次に、実施の形態２にかかる放射線解析装置について説明する。実施の形態２にかかる放射線解析装置は、遮蔽物の材料と所定の材料との密度比を使用して、遮蔽厚を所定材料換算遮蔽厚に換算することで、実施の形態１にかかる放射線解析装置の物体放射線相関データベース９を構築する時間と、物体放射線相関データベース９が使用する記憶領域１０のリソースを軽減するものである。【００５０】
実施の形態２にかかる放射線解析装置の構成は、実施の形態１にかかる放射線解析装置の構成と同じである。ここでは、実施の形態１にかかる放射線解析装置と異なる部分の機能および動作を説明する。本説明に使用する図として図４〜６を用いる。【００５１】
材料データベース６は、材料と、当該材料と所定の材料との密度比とを関連付けるデータベースであり、放射線解析用情報出力部７は、遮蔽厚、材料、距離を算出した後、前記する材料データベースを参照し、前記する材料と所定の材料との密度比から前記する遮蔽厚を所定材料換算遮蔽厚にステップＳ２０７にて換算し、放射線解析用情報ファイルに直線ＩＤ、垂直角、水平角、所定材料換算遮蔽厚Ｔｓ、および距離ＬをステップＳ２０８にて出力する。【００５２】
さらに物体放射線相関データベース９は、遮蔽物について、所定材料換算遮蔽厚Ｔｓ、距離Ｌ、および入射する放射線の単位立体角あたりのフラックスｄφ（Ｅ）／ｄωが指定されると、遮蔽物から距離Ｌだけ離れた位置における放射線の単位立体角当たりのフラックスｄφ’（Ｅ）／ｄωを与える。放射線解析部８は、ステップＳ３０４にてＴｓｉ、Ｌｉ、およびｄφｉ（Ｅ）／ｄωを検索キーとして物体放射線相関データベース９を参照し、呼び出された値であるｄφ’（Ｅ）／ｄωをもって、ステップＳ３０５にてｄφｉ＋１（Ｅ）／ｄωとする。【００５３】
その他の機能および動作は実施の形態１にかかる放射線解析装置の機能および動作に等しい。【００５４】
このように、実施の形態２にかかる放射線解析装置は、実施の形態１にかかる放射線解析装置において使用する解析用情報のひとつである遮蔽厚を所定の材料の遮蔽厚である所定材料換算遮蔽厚に換算するため、所定材料換算遮蔽厚を導出した後は所定の材料以外の材料情報を必要としない。これにより、物体放射線相関データベース９は材料に関して所定材料のみのデータを保持すればよいので、予めモンテカルロ計算を行うことによって物体放射線相関データベース９を構築する計算時間が著しく短縮される効果および物体放射線相関データベース９が使用する記憶領域１０のリソースを節約できる効果を与える。【００５５】
ところで、実施の形態１および２にかかる放射線解析装置では、ステップＳ３０２において、ｄφ１（Ｅ）／ｄωをユーザが入力するとしたが、予めすべての半直線についてｄφ１（Ｅ）／ｄωをまとめたファイルを用意し、放射線解析部８に読み込ませるようにしてもよい。また、放射線の情報としてエネルギーの関数のフラックスを用いたが、代わりに、エネルギーの関数のフルエンス、波長あるいは波数の関数のフラックス、波長あるいは波数の関数のフルエンスのうちの何れかひとつを用いてもよい。さらに、放射線解析ポイントにおける放射線のフラックスから、放射線解析ポイントにおける線量を算出してもよい。【００５６】
実施の形態３.
実施の形態３にかかる放射線解析装置の説明を行う。実施の形態３にかかる放射線解析装置の構成は実施の形態１と同等である。ここでは、実施の形態１にかかる放射線解析装置と異なる部分の機能および動作を説明する。【００５７】
物体放射線相関データベース９は、遮蔽物について、遮蔽厚Ｔｉ、材料Ｍｉ、および距離Ｌｉが指定されると、遮蔽物に入射する放射線の単位立体角あたりの線量ｄＤｉ／ｄωと遮蔽物から距離Ｌだけ離れた位置における放射線の単位立体角あたりの線量ｄＤｉ＋１／ｄωの差分である減衰量△（ｄＤｉ／ｄω）を与える。【００５８】
放射線解析部８は、Ｔｉ、Ｍｉ、およびＬｉを検索キーとして物体放射線相関データベース９を参照し、呼び出された値である減衰量△（ｄＤｉ／ｄω）をｉ＝１〜ｎの範囲で積算し、遮蔽物１〜遮蔽物ｎを透過して放射線解析ポイントに至る放射線の単位立体角あたりの線量の総減衰量であるΣ△（ｄＤｉ／ｄω）を得る。そしてユーザにより入力されるｄＤ１／ｄωから前記するΣ△（ｄＤｉ／ｄω）を引いた値にω０を乗じ、得た値を全半直線分で積算することにより、放射線解析ポイントにおける線量ＤＡＬＬを得る。【００５９】
次に、実施の形態３にかかる放射線解析装置の動作を説明する。実施の形態３にかかる放射線解析装置の動作は、図４のステップＳ１０４における放射線解析処理のみ実施の形態１と異なる。ここでは、実施の形態１と異なる動作の部分について説明する。図７は、実施の形態３にかかる放射線解析装置の、放射線解析部８の動作を説明するフローチャートである。【００６０】
図７において、放射線解析が開始されると、放射線解析部８は、放射線解析用情報ファイルより、所定の直線ＩＤの半直線に関する水平角、垂直角、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｍ１〜Ｍｎ、およびＬ１〜Ｌｎを読み込む（ステップＳ４０１）。次に、遮蔽物１に入射する放射線の単位立体角あたりの線量ｄＤ１／ｄωをユーザが入力する（ステップＳ４０２）。次に、放射線解析部８は、ｉ＝１とし（ステップＳ４０３）、Ｔｉ、Ｍｉ、Ｌｉ、およびｄＤｉ／ｄωを検索キーとして物体放射線相関データベース９を参照し（ステップＳ４０４）、△（ｄＤｉ／ｄω）を求める（ステップＳ４０５）。次に、放射線解析部８は、ｉ＝ｎが真かどうか判定し（ステップＳ４０６）、ｉ＝ｎが真であると判定される場合（ステップＳ４０６、Ｙｅｓ）、ステップＳ４０８に移行する。ｉ＝ｎが真であると判定されない場合（ステップＳ４０６、Ｎｏ）、ステップＳ４０７に移行し、放射線解析部８は、ｉに１加算し、ステップＳ４０５に移行する。【００６１】
ステップＳ４０８では、放射線解析部８はｄＤ１／ｄω−Σ△（ｄＤｉ／ｄω）の値を記憶領域１０に出力する。次に、放射線解析部８は、すべての半直線についてステップＳ４０２〜ステップＳ４０８の処理が行われたかどうか判定し（ステップＳ４０９）、すべての半直線について処理が行われたと判定する場合（ステップＳ４０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ４１１に移行し、すべての半直線について処理が行われていないと判定する場合（ステップＳ４０９、Ｎｏ）、ステップＳ４１０に移行する。ステップＳ４１０では、放射線解析部８は、未だステップＳ４０２〜ステップＳ４０８の処理が行われていない半直線の情報を放射線解析用情報ファイルより読み込み、ステップＳ４０２に移行する。ステップＳ４１１では、すべての直線ＩＤの半直線についてｄＤ１／ｄω−Σ△（ｄＤｉ／ｄω）の算出が終了しているので、得られたすべてのｄＤ１／ｄω−Σ△（ｄＤｉ／ｄω）にω０を乗じて合算し、ＤＡＬＬを算出する。ＤＡＬＬは、放射線解析ポイントにおける放射線の線量である。そして、ＤＡＬＬを放射線解析用情報ファイルに出力する。そして、放射線解析部８による放射線解析を終了し、図４におけるステップＳ１０５に移行する。図４におけるステップＳ１０５においては、放射線解析用情報ファイルに記述されているＤＡＬＬが表示出力部１１に出力される。【００６２】
このように、実施の形態３にかかる放射線解析装置は、物質放射線相関データベースは、遮蔽厚、材料、距離が指定されると、遮蔽物を透過する前後の放射線の線量の減衰量を与える。減衰量は単純に合算することで遮蔽物１〜遮蔽物ｎを透過して放射線解析ポイントまで到達するまでに失う線量を計算できるので、実施の形態１および２にかかる放射線解析装置に比べて放射線解析部８の動作が簡単になる効果を与える。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明にかかる放射線解析装置は、放射線解析に有用であり、特に、放射線に対する信頼性を確保する必要がある装置の放射線解析に適している。
【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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【国際調査報告】
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