(57)【要約】【課題】従来，複数の装置を用いても測定できなかった幅広いエネルギー範囲の中性子，光子，ミューオンによる線量の高感度測定方法を提供する。【解決手段】  有機液体シンチレータと，リチウム-6を含有した銀混入硫化亜鉛シート状シンチレータを組み合わせた検出器からの発光を，光電子増倍管で電気信号に変換した後に数本に分岐させ，各支流の電圧を，デジタル波形解析装置を用いて解析することにより検出器に入射した放射線の種類及びその発光量を決定し，各放射線に対応する発光量から線量への変換演算子を用いることにより，リアルタイムかつ高感度で中性子，光子及びミューオン線量を測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形弁別により入射放射線を識別可能な有機液体シンチレータと，リチウム-６を含有した銀混入硫化亜鉛シート状シンチレータを組み合わせた検出器からの発光を，光電子増倍管で電気信号に変換した後に数本に分岐させ，各支流の電圧を，デジタル波形解析装置を用いて解析することにより検出器に入射した放射線の種類及びその発光量を決定し，各放射線に対応する発光量から線量への変換演算子を用いることにより，リアルタイムかつ高感度で中性子，光子及びミューオン線量を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，放射線線量測定方法に関するものである。さらに詳しくは，この発明は，幅広いエネルギー範囲の中性子，光子，ミューオンによる線量の高感度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来により，中性子線量を測定する装置としては，レムカウンタと呼ばれる減速材付き熱中性子検出器が知られている（非特許文献１）。レムカウンタは，ポリエチレンなど水素を多量に含む物質により中性子を減速し，減速材の中心に封入した低エネルギー中性子に対する反応断面積の大きいヘリウム-3などの物質により中性子を検出し，約20メガ電子ボルト（以下MeV）以下の中性子による線量を測定する装置である。
【０００３】
従来により，光子線量を測定する装置としては，ヨウ化ナトリウムシンチレータやガイガー・ミュラー管を利用したサーベイメータが知られている。これらのサーベイメータは，約5MeV以下の光子による線量を測定する装置である。これらの装置の中には，その出力を線量に変換する演算子を用いて線量を精度良く測定する方法を採用した装置も存在する（非特許文献２）。
【非特許文献１】Ｉ．O. Andersson and J. A. Braun著「Neutron rem-counter with uniform sensitivity from 0.025 eV to 10 MeV」Proc. of the IAEA symposium on neutron dosimetry, Vienna, 2 p.87-95, 1963年発行
【非特許文献２】堤  正博，斎藤  公明，森内  茂著「実効線量当量単位に対応したNaI(Tl)シンチレーション検出器のG(E)関数（スペクトル-線量変換演算子）の決定」JAERI-M 91-204，日本原子力研究所出版，1991年12月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，これらの装置は，１台で１種類の放射線による線量しか測定できず，多種の放射線が混在する場においては，複数の装置を組み合わせて全線量を測定する必要がある。また，地表面におけるバックグランド線量率を正確に測定するためには，光子，中性子だけでなく，ミューオンによる寄与も考慮する必要があり，上記装置を組み合わせても全線量を測定することはできない。さらに，高エネルギー加速器施設における作業環境や，地表面における中性子線量を正確に測定するためには，レムカウンタでは感度が十分でない20MeV以上の中性子による寄与を無視することはできない。その上，レムカウンタは感度が低く，バックグランド中性子線量率のわずかな変化を測定することはできない。
【０００５】
この発明は，以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり，従来，複数の装置を用いても測定できなかった幅広いエネルギー範囲の中性子，光子，ミューオンによる線量の高感度測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは，この目的達成のための鋭意研究の結果，波形弁別により入射放射線を識別可能な特性を持ち，光子，ミューオン及び約1MeV以上の中性子に対して高い感度を有するNE213型有機液体シンチレータと，約1キロ電子ボルト（以下keV）以下の中性子に対して高い感度を有するリチウム-6を含有した銀混入硫化亜鉛シート状シンチレータ（以下，6Li+ZnS(Ag)シート）を組み合わせた検出器からの発光を，光電子増倍管で電気信号に変換した後に数本に分岐させ，各支流の電圧を，デジタル波形解析装置を用いて解析することにより検出器に入射した放射線の種類及びその発光量を決定し，各放射線に対応する発光量から線量への変換演算子を用いることにより，リアルタイムかつ高感度で中性子，光子及びミューオン線量を測定する方法を発明した。
【０００７】
その際，両シンチレータとも感度が十分でない1keVから1MeVまでの中性子による線量は，あらかじめその領域の中性子スペクトルを予想し，その寄与を考慮して求めた発光量から線量への変換演算子を用いて導出した。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に使用する最適な有機液体は，BC501AなどNE213型の有機液体シンチレータである。本発明における機器の結合形態及びその操作方法は，下記の実施例で説明されるので，本発明の方法を実施した場合の測定結果を図１に示す。図１は、本発明の方法を実施して測定した地表面におけるバックグランド中性子線量率と，一般的なレムカウンタによる測定値を比較した結果を，その統計誤差と共に表している。図より，測定時間が同程度であれば，本発明による測定値の方が，レムカウンタによる測定値よりも統計誤差が極めて小さいことが分かる。また，本発明の方法を実施した場合，レムカウンタでは感度が十分でない20MeV以上の高エネルギー中性子による線量も測定可能なため，その測定値はレムカウンタによる測定値よりも大きくなる。
【実施例】
【０００９】
以下，図面を用いて実施例を示し，この発明の線量測定方法について詳しく説明する。
図２に，この発明の線量測定方法を用いて構築した線量測定システムの一実施例を示す。例として図２に示した検出器は，直径12.7cm厚さ12.4cmの円柱状ガラスセルに封入された有機液体シンチレータBC501Aの前面及び側面に6Li+ZnS(Ag)シートを付着した構造を持つ。この検出器に放射線が入射したときの発光を浜松ホトニクス社製光電子増倍管R4144で電気信号に変換し，そのアノード出力からの信号を３つに分岐させ，各支流の電圧をレクロイ社製デジタルオシロスコープ（以下DSO）Waverunner6100Aによりデジタル化する。その際，各支流を測定するDSOのチャンネルのゲインを変えて，それぞれ違う電圧領域（0.1V以下，0.1から2V，2V以上）に特化することにより，数mVのノイズレベルから10V以上の極めて大きい電圧まで正確にデジタル化する。
【００１０】
デジタル化した３つの波形データを，デジタルオシロスコープに搭載したデータ解析ソフトを用いて１つに統合する。検出器に入射した放射線の種類は，ゲート積分法と呼ばれる，統合した波形のピーク部分と減衰部分の発光量の２次元プロットにより弁別する方法を用いて特定する。その際，ノイズレベルのゆらぎを補正することにより，放射線弁別性能を安定化させる。また，光子及びミューオン入射によるBC501Aの発光は，その波形の違いにより弁別することが不可能なため，その発光量により弁別する，すなわち，あるしきい値以上の発光量を持つイベントはミューオンによる発光とし，それ以下のイベントは光子による発光とする。入射放射線を特定したイベントの発光量を，それに対応する発光量から線量への変換演算子を用いて線量に変換し，中性子，光子及びミューオンによる線量を導出する。
【００１１】
各放射線入射に対する発光量から線量への変換演算子は，エネルギーEを持つ放射線に対するフルエンスから線量への換算係数dF(E)と，その放射線が検出器に入射したときに予想される応答関数R(E,L)が次の関係を満たすように，逐次近似法を用いて計算する。
【００１２】
【数１】
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ここで，Lは発光量を，G(L)はその発光量から線量への変換演算子を表している。応答関数R(E,L)は，モンテカルロ放射線輸送計算コードSCINFUL-QMD，PHITS，EGS4等を用いて計算する。両シンチレータとも感度が十分でない1keVから1MeVまでの中性子による線量は，あらかじめその領域の中性子スペクトルを予想し，その領域の中性子による線量寄与を含んだ線量換算係数dF(E)を用いて式(1)を解くことにより導出する。
[発明の効果]
【００１３】
本発明により，これまで測定が困難であった20MeV以上の高エネルギー中性子やミューオンを含めた，地表面におけるバックグランドに寄与する主な放射線による線量の高感度測定が可能となる。例えば，地表面におけるバックグランド中性子線量率を測定する場合，通常のレムカウンタでは統計誤差10%のデータを得るまでに数時間の測定を必要とするが，本発明を採用した装置を用いれば，約15分の測定で同等の統計誤差を持つデータを得ることができる。また，その際，レムカウンタによる測定値は実際の値より40%程度小さい値となるが，本発明を採用した装置による測定値は，実際の値より約25%の範囲内で大きい値となる。放射線防護の分野では，線量を合理的な範囲内で安全側に評価することが求められており，本発明はその目的を達成する観点からも不可欠である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の方法を実施して測定した地表面におけるバックグランド中性子線量率を，レムカウンタによる測定値と共に示す図である。
【図２】この発明の線量測定方法を用いて構築した線量測定システムの一実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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