(57)【要約】空気を通し流させるフィルタ（１２）と、フィルタ上に捕捉された粒子から放出された放射線の検出器（１３）とを備える環境放射能モニタ。放射線検出器からの信号は、例えばマルチチャネル分析器（２２）によって多数のエネルギーチャネルへと解析され、少なくとも２つのエネルギー窓（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４）のカウントは、自然発生する放射性核種ＴｈＣ’及びＲａＣ’のピークの低エネルギー尾部の形状を求めて、それらの影響を除去するために用いられる。ＴｈＣ’ピークの形状は、ＴｈＣピークを予測し取り除くのに用いられ、ＲａＣ’ピークの形状は、ＲａＡピークを予測し取り除くのに用いられ、それにより全てのバックグラウンドの影響が除去される。したがって、短いカウント時間で、空気により運ばれる放射能の正確な計測が可能となる。
2005504270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境からの放射性物質を含むサンプル（１２）から放出される放射線を検出するための放射線検出器（１３）を有する環境放射能モニタ（１０）であって、前記放射線検出器からの信号を解析して多数のエネルギーチャネルにする手段（２２）と、少なくとも２つのエネルギー窓におけるカウントを用いてＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状を求める手段（２４）と、前記ＴｈＣ’ピークの形状を用いてＴｈＣピークを予測する手段（２４）と、前記ＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部を取り除き、ＴｈＣピークを取り除くことによってエネルギースペクトルを補正する手段（２４）と、少なくとも２つのエネルギー窓におけるカウントを用いてＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状を求める手段（２４）と、前記ＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部を取り除くことによって前記エネルギースペクトルを補正する手段（２４）と、を備えることを特徴とするモニタ（１０）。
【請求項２】
前記モニタ（１０）はまた、前記ＲａＣ’ピークの形状を用いてＲａＡピークを予測する手段（２４）と、前記ＲａＡピークを取り除くことによって前記エネルギースペクトルを補正する手段（２４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の環境放射能モニタ。
【請求項３】
前記信号は、マルチチャネル分析器（２２）を用いて解析されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の環境放射能モニタ。
【請求項４】
前記低エネルギー尾部の形状を求める際に、前記エネルギー窓は、マルチチャネル分析器（２２）の多数の隣接するチャネルからのカウントを組み合わせることを特徴とする請求項３に記載の環境放射能モニタ。
【請求項５】
前記サンプルは、空気を通し流させるフィルタ（１２）であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の環境放射能モニタ。
【請求項６】
前記モニタは、フィルタ（１２）と、前記フィルタ（１２）に空気を通し流させる手段（１８）とを備え、前記放射線検出器（１３）は、前記フィルタ（１２）から放出された放射線を検出するように配置されることを特徴とする請求項５に記載の環境放射能モニタ。
【請求項７】
前記ＴｈＣピークを予測するために、前記ＴｈＣ’ピークを表すデータを、８．７８ＭｅＶのエネルギーから６．０ＭｅＶのエネルギーまでシフトさせ、前記シフトさせたスペクトルを、特定のエネルギー損失の差を考慮して調整し、３６／６４の係数によって尺度が変えられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の環境放射能モニタ。
【請求項８】
前記ＴｈＣ’ピークを表すデータは、擬似同時発生β放射に起因する歪を除去するために最初に処理されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の環境放射能モニタ。
【請求項９】
前記ＲａＡピークを予測するために、前記ＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部を、６．０ＭｅＶより小さいエネルギーに外挿し、ＲａＣ’ピークを表すデータを、７．６８ＭｅＶのエネルギーから６．０ＭｅＶのエネルギーまでシフトさせ、前記シフトさせたスペクトルを、特定のエネルギー損失の差を考慮して調整し、ＲａＡピークの一部を含むが５．５ＭｅＶより小さいエネルギーまでは延びないエネルギー窓におけるＴｈＣ及びＴｈＣ’に起因するカウントを取り除いた後の観測されたカウントを与えるように正規化されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の環境放射能モニタ。
【請求項１０】
前記ＴｈＣ’、ＴｈＣ、ＲａＣ’及びＲａＡの観測され予測された形状は、βバックグラウンドを予測し取り除くのに用いられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の環境放射能モニタ。
【請求項１１】
環境からの放射性物質を含むサンプル（１２）から放出された放射線を表す信号を解析する方法であって、前記信号を多数のエネルギーチャネルへと解析し（２２）、少なくとも２つのエネルギー窓におけるカウントを用いてＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状を求め（２４）、前記ＴｈＣ’ピークの形状を用いてＴｈＣピークを予測し、次いで前記ＴｈＣ’ピークと前記ＴｈＣピークの低エネルギー尾部を取り除くことによってエネルギースペクトルを補正し、少なくとも２つのエネルギー窓におけるカウントを用いてＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状を求め、前記ＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部を取り除くことによって前記エネルギースペクトルを補正することを含む方法。
【請求項１２】
前記ＲａＣ’ピークの形状を用いてＲａＡピークを予測し、前記ＲａＡピークを取り除くことによって前記エネルギースペクトルを補正することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境放射能モニタ、特に、空気中の放射性物質の存在を監視するための空気モニタと、こうしたモニタの信号を解析する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気の流れをフィルタに通して送るポンプと、フィルタ上に捕捉された粒子が放出する放射線を検出する手段とからなる空気モニタが、現在知られている。こうした装置の全てがもつ問題は、自然のバックグラウンド源からの放射線、特に、ラドンとトロンの娘元素によって放出されたα粒子と区別する必要性があることである。α放射線の主要なバックグラウンド源は、以下のとおりである。
６．０  ＭｅＶのＰｏ−２１８（ＲａＡ）
７．６８ＭｅＶのＰｏ−２１４（ＲａＣ’）
６．０５ＭｅＶのＢｉ−２１２（ＴｈＣ）
８．７８ＭｅＶのＰｏ−２１２（ＴｈＣ’）
２つのトロンの娘元素ＴｈＣ及びＴｈＣ’は、互いに対して常に平衡状態である。ＲａＡからの放射線とＴｈＣからの放射線は、エネルギースペクトルにおいて互いに重なり合うことが分かるであろう。
【０００３】
関心ある主要な放射性核種は、典型的に、５．５ＭｅＶまでのエネルギーのα線を放出するウラン、プルトニウム、又はアメリシウムの同位体である。
Ｕ−２３４（４．７５ＭｅＶ）
Ｕ−２３５（４．１５から４．６ＭｅＶ）
Ｕ−２３８（４．２ＭｅＶ）
Ｐｕ−２３８（５．５ＭｅＶ）
Ｐｕ−２３９（５．１５ＭｅＶ）
Ｐｕ−２４０（５．２ＭｅＶ）
Ａｍ−２４１（５．５ＭｅＶ）
これらのケースの各々においては、α放射線は、バックグラウンド核種によって放出されたものより低いエネルギーをもつ。こうした放射性同位体のいずれからのα放射線も、明確なエネルギーをもつ状態で放出されるが、検出器によって受け取られ検出されるエネルギーは、α粒子が移動する経路に依存し、その結果、α放射線に起因するエネルギースペクトルにおけるピークが非対称となり、低エネルギー尾部と呼ぶことができる各ピークの低エネルギー側部において、徐々にほぼ指数的な減少をもつ。
【０００４】
普通は、フィルタによって捕集されたラドン及びトロンの娘元素のα放射能に起因するバックグラウンドは、関心あるα放射能より非常に高い。例えば、αバックグラウンドが、プルトニウムの警報レベルに相当する数百倍である場合であることが多い。こうした区別を行う１つの方法は、バックグラウンド放射線のみが期待されるスペクトルの一部、例えば、５．６Ｍｅｖから６．３ＭｅＶまでの間のαエネルギーのエネルギー窓におけるカウントレートを計測し、次いで、スペクトルの別の部分（関心ある核種からの放射線が検出される部分）におけるバックグラウンド放射線を、スペクトルの第１部分における放射線と単純に関連付けられると仮定することである。この手法は、スペクトルを、関心ある信号のα放射能と、例えば、３ＭｅＶから５．６ＭｅＶまで（信号＋全てのバックグラウンド核種）、５．６ＭｅＶから６．３ＭｅＶまで（全てのバックグラウンド核種）、６．３ＭｅＶから８．０ＭｅＶまで（ＲａＣ’、ＴｈＣ＋ＴｈＣ’）、及び８．０ＭｅＶから１０ＭｅＶ（ＴｈＣ’のみ）といった３つのバックグラウンド成分との異なる部分を含む、例えば４つの窓に分けることによって、幾らか良好な区別を与えるように改善することができる。こうした手法は、合理的に有効なものとすることができるが、スペクトルにおけるピークの形状及び位置の変化の結果として不正確となる場合があり、これらの変化は、例えば、エアロゾルの寸法、フィルタのダスト負荷、フィルタ繊維特性、空気密度、及び増幅器のゲインドリフトの変化から生じる場合がある。本発明の目的は、スペクトル形状の変化を考慮に入れることによって、こうした問題を克服することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、環境からの放射性物質を含むサンプルから放出された放射線を検出する放射線検出器を有する環境放射能モニタが提供され、モニタは、放射線検出器からの信号を解析して多数のエネルギーチャネルにする手段と、少なくとも２つのエネルギー窓におけるカウントを用いてＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状を求める手段と、ＴｈＣ’ピークの形状を用いてＴｈＣピークを予測する手段と、ＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部を取り除き、ＴｈＣピークを取り除くことによってエネルギースペクトルを補正する手段と、少なくとも２つのエネルギー窓におけるカウントを用いてＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状を求める手段と、ＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部を取り除くことによってエネルギースペクトルを補正する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
これらの特徴をもつモニタは、バックグラウンド放射線源の存在下で、ＲａＡからの目立ったピークが存在しない限り、サンプル中の放射性物質を検出するのに適している。これは、一般に、ＲａＡ自体が約３分間の半減期を有し、気体であるラドン（Ｒｎ−２２２）によって生成されるので、リアルタイム観測を行うモニタには当てはまらないが、環境から数分間分離されたサンプルには当てはまる。リアルタイム計測を行う空気モニタのようなＲａＡからのピークが存在する場合においては、本発明のモニタはまた、ＲａＣ’ピークの形状を用いてＲａＡピークを予測する手段と、ＲａＡピークを取り除くことによってエネルギースペクトルを補正する手段とを含む。
【０００７】
信号は、マルチチャネル分析器を用いて解析されることが好ましく、これは典型的に２５６のチャネルを有する。これらのチャネルは、０から１０ＭｅＶまでのエネルギー範囲をカバーするように構成することができる。この範囲の下端は、主としてβ放射によるものであり、例えば２．５ＭｅＶより高いエネルギーの信号は、α粒子によるものであると考えられる。低エネルギー尾部の形状を求める際には、エネルギー窓は、普通は多数の隣接するチャネルからのカウントを組み合わせる。これは、形状を求めるために解析されるカウントを増やし、応答時間を減らすことができる。環境放射能モニタの基礎的な必要条件は、短い応答時間内で正確で信頼できる計測を与えることであると分かるであろう。本発明は、バックグラウンドα放射線の別個の成分の各々を個々に取り除けるようにし、それにより、スペクトル形状とピーク位置が変化する場合や、α放出バックグラウンド核種の相対的放射能が変化する場合であっても、正確な結果を得ることができる。
モニタはまた、αバックグラウンドスペクトルの各成分のピーク及び上エッジを突き止める手段を含み、必要であればこれらの位置におけるどんな変化をも考慮に入れることができる。モニタはまた、β粒子に対応する信号を特定する手段を含む。
【０００８】
好ましい実施形態においては、サンプルは空気を通し流させるフィルタである。例えば、環境放射能モニタは、空気モニタとすることができ、すなわちこれは、フィルタと、該フィルタに空気を通し流させる手段とを含むことができ、放射線検出器は、フィルタから放出された放射線を検出するように構成することができる。
【０００９】
本発明は、付属の図面を参照しながら、単なる例として、以下にさらにより詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照すると、空気モニタ１０は、フィルタ紙１２を支持し開放端をもつダクト１１を含む。パッシベーションされイオン注入されたシリコンダイオード放射線検出器１３は、該検出器１３がフィルタ紙１２の前面から５ｍｍの位置となるように、ダクト１１内の中央に支持されたほぼ円錐形の分留器(diverter)１４の一端に取り付けられる。フィルタ紙１２は、ポンプ１８と連通するダクトを定めるベース部分１７によって支持され、ヒンジ付きハンドル１５は、フィルタ紙１２を取り替えるときに、ベース部分１７を弾性のあるばね１６に対して押し付けられるようにする。作動の際に、ポンプ１８は、空気の流れをフィルタ紙１２に通して連続的に引き出す。放射性粒子物質、及びダストと組み合わされた放射性粒子物質は、フィルタ紙１２によって捕捉される。こうした捕捉された物質によって放出される放射線は、ダイオード検出器１３によって検出され、各α又はβ粒子の検出に応答してパルスを生じさせる。α粒子についてのパルス高さは、受け取られたエネルギーに比例する。β粒子についてのパルスは、振幅が小さく、個々のβ粒子のパルス高さとエネルギーとの間に一貫した比例関係は存在しない。
【００１１】
ダイオード検出器１３からの電気パルスは、増幅器２０を通してマルチチャネル分析器２２に送られ、そこでそれらはパルス高さに従って２５６のチャネルに分類され、２５６のチャネルは、吸収されたエネルギーの０から１０ＭｅＶまでのエネルギー範囲をカバーする。規則的な間隔で、各チャネルにおけるカウント数を示すマルチチャネル分析器２２からの信号が、解析のためにマイクロコンピュータ２４に送られる。これは、各チャネルにおけるカウントに対するバックグラウンドα放射能の寄与を、関心ある対象の長寿命放射能の純粋な寄与が残るように計算し減じることを含む。この解析の結果として放射性核種の予期せぬレベルが検出された場合には、アラーム２６に信号が与えられる。純粋なα放射能は、例えば、１５秒間隔で更新される周期的な５分平均時間にわたって計測することができ、さらに、マイクロコンピュータ２４はまた、短い平均時間（典型的には１５秒間）にわたって捕集された放射能を計算し、フィルタ紙１２によって捕集された放射能の量が高レベルに達した場合には、迅速な応答と警報を与えるようにする。
【００１２】
図２を参照すると、これは、チャネル数と、対応するα放射エネルギーと、（適切な場合には）それらのエネルギーをもつα粒子を放出する放射性核種とを示す。全ての場合において、α粒子は、フィルタ１２とダイオード１３との間のエアギャップを横切る際に約０．５ＭｅＶを失うので、検出されたエネルギー（すなわちダイオード１３が受け取ったエネルギー）は、放出されたエネルギーより少なくとも０．５ＭｅＶ低くなければならず、ある種のダイオード１３では、ダイオードの入口窓において大きなエネルギー損失が存在することもあることを認識されたい。普通は、チャネル数は、受け取ったエネルギーに対して直線的な関係があり、放出と検出との間のエネルギー損失は、α粒子については一定であり、対照的にβ粒子はエアギャップを交差する際に非常に僅かにエネルギーを損失すると考えられる。（全てのエネルギー範囲にわたり、（α粒子については）率(power)法則によって、チャネル数と検出されたエネルギーとの間により正確な関係性を与えることができる。）チャネル数は、単なる例として、増幅器２０のゲインに明らかに依存するものとして与えられる。αスペクトルの下限（この例ではチャネル５０）は、フィルタ紙１２上に捕集された最もエネルギーのあるβ放出体が、このチャネルより上で無視できるほど小さいカウントレートを与えるように選択される。チャネル５０より低い信号、すなわち、例えば約２．０ＭｅＶの検出されたエネルギーより小さい信号は、β粒子に起因するものであると推定され、これらの信号は、マルチチャネル分析器２２の低いチャネルからの信号を用いるか、又は専用の信号弁別器２８（図１参照）を用いて、別々に処理することができる。
【００１３】
次に１つの解析ルートを概説する。
最初に、ＴｈＣ’スペクトルを、１９０より低いチャネルに外挿する。これは、２つのエネルギー窓、例えば、チャネル１９０から１９７までである窓Ｗ１と、チャネル１９８から２０５までである窓Ｗ２と、（すなわち、チャネル約２１５におけるＴｈＣ’ピークより下であるが、チャネル約１８５におけるＲａＣ’ピークより上である２つの窓）におけるカウントを用いて、ＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部の式を見つけることによって行われる。これらの２つのカウントから、振幅と指数的な減少指数を計算することができ、これは、尾部の形状を特徴付ける。この計算に用いられるカウントは、関心ある放射能を検出するのに用いられるのと同じ時間にわたって累積することができ、或いは、（より高い統計学的正確さのために）より長い時間にわたって累積することができる。したがって、チャネル１９０以下の低エネルギー尾部の形状が予測され、つまり、ＴｈＣ’崩壊に対応する各チャネルにおける期待されるカウント数が計算される。
【００１４】
これは、低エネルギー尾部は、実際には真の形状への良好な近似である単純な指数によって表すことができると考えられる。２つの指数の和を用いて、幾らか正確な特徴付けを得ることができるが、実際にはこの改善はわずかなものである。代わりに、低エネルギー尾部を特徴付けるのに２つより多いエネルギー窓を用いることができ、或いは、チャネル１９０から２０５までの全てにおけるカウントを用いて最小二乗適合を行うことができる。
【００１５】
ＴｈＣスペクトルの形状を予測するのにＴｈＣ’スペクトルが用いられる。しかしながら、ＴｈＣ’は、分光法標準の増幅器の分解時間に比べて短い半減期を有し、ＴｈＣ’α粒子のおよそ２５％が、ＴｈＣβ粒子と同時に有効に検出される。これらは、擬似−同時β粒子と呼ぶことができる。擬似−同時β粒子の影響は、８．７８ＭｅＶの放出されたαエネルギーに対応するチャネル（約２１５）より高いＴｈＣ’スペクトルにおいて最もはっきりと分かり、理論上、このエネルギーを上回るα粒子は存在しないので、チャネル当りのカウント数は、スペクトルピークの幾つかのチャネル内で迅速にゼロまで低下すべきである。擬似−同時β粒子によって、ピークのかなり上のチャネルへとスペクトルが大きく延長される。観測されたＴｈＣ’スペクトルは、同時β粒子なしのＴｈＣ’α崩壊によるＴｈＣ’αスペクトルと、このＴｈＣ’αスペクトルをＴｈＣβスペクトルにコンボルビング(convolve)することによるスペクトルとの２つのスペクトルの和である。
【００１６】
ＴｈＣ’ピークは、例えば、該ピークより３以上高いチャンネルに入るこれらのカウントを除去し、それらのチャネルの各々におけるカウント数に比例して、それらをＴｈＣ’スペクトルの他のチャネルに分散させることによって補正することができる。これがＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状に対して与える影響は無視できるほど小さい。別の方法としては、より正確であるがより複雑な方法は、ゼロから約３チャネルを超える最大まで上昇し、次いでチャネル数が増加するのに伴いほぼ指数的な崩壊によって降下する、ＴｈＣβ粒子からのスペクトルの既知の形状を用いて、スペクトルをデコンボルート(deconvolute)することである。デコンボルーションは、同時ＴｈＣβ放射に起因して低いチャネルからそのチャネルにシフトされたカウントを各チャネルから引くことと、同時ＴｈＣβ放射に起因してより高いチャネルにシフトされたカウントを各チャネルに加えることを含む。
【００１７】
補正されたＴｈＣ’スペクトルは、次いでＴｈＣのスペクトル形状を予測するのに用いられる。これは最初に、スペクトルのピークを８．７８ＭｅＶ（チャネル約２１５）から６．０ＭｅＶ（チャネル約１３９）までシフトさせることを伴う。次に、シフトされたスペクトルは、低いエネルギーにおける特定のエネルギー損失の差を考慮に入れるために調節され、例えば、６．０５ＭｅＶのαの阻止能は、例えば８．７８ＭｅＶのαの阻止能の約１．３倍（阻止能のこの比はＦ）であり、これは、ｘ軸線（エネルギー軸線）をピークチャネルから係数（ファクタ）Ｆだけ下方に延ばすことに等しい算術操作によって行うことができ、カウントは幅広い範囲のエネルギー、すなわち幅広い範囲のチャネルにわたって分散される。αエネルギーが低下する（例えば１．３０から１．３５まで）のに伴って増加するストレッチング係数Ｆを使用することによって、幾らか良好な予測を達成することができる。
【００１８】
或いは、この調節は、各チャネルにおけるカウントを率(power)１／Ｆまで上昇させ、次いでＴｈＣ’スペクトルにおける全カウント数が変わらないことが保証されるように正規化することによって行うことができる。
スペクトルは、ＴｈＣとＴｈＣ’の相対的放射能を考慮に入れるために最後に調節される。ＴｈＣの崩壊の機会の３６％は６．０５ＭｅＶのα線の直接放出によって起こり、６４％は、β線を放出し、その後８．７８ＭｅＶのα線を放出することによって起こり、それにより、この調節は、シフトされ調節されたチャネルカウントの各々に、３６／６４＝０．５６２５の係数を掛けることを含む。
全てのチャネルにおける補正されたカウントは、ＴｈＣ’及びＴｈＣの寄与を取り除くことができる。残りのバックグラウンドは、ＲａＣ’及びＲａＡによるものである。これらは、同様の手法で対処される。
【００１９】
最初に、ＲａＣ’スペクトルは、２つのエネルギー窓、例えばチャネル１４５から１５９までの窓Ｗ３と、チャネル１６０から１７４までの窓Ｗ４（すなわち、チャネル約１８５におけるＲａＣ’ピークより下であるが、チャネル約１３９における期待されるＲａＡピークより上である２つの窓）におけるカウントを用いて低エネルギー尾部の式を見つけることによって、１４５より下のチャネルに外挿される。これらの２つのカウントから、振幅と、指数関数的な減少指数を計算し、尾部の形状を特徴付けることができる。この計算に用いられるカウントは、関心ある放射能を検出するのに用いられるのと同じ期間にわたって累積することができ、或いは、より長い期間にわたって累積することができる。したがって、チャネル１４５以下の低エネルギー尾部の形状が予測され、すなわち、ＲａＣ’崩壊に対応する各チャネルにおける期待されるカウント数が計算される。
【００２０】
ＴｈＣ’と同様に、ＲａＣ’の低エネルギー尾部は、或いは２つより多いエネルギー窓を用いて、又は最小二乗適合を行うことによって外挿することができる。さらに、ＴｈＣ’と同様に、２つの指数の和を用いることによって、幾らか正確な特徴付けを得ることができるが、結果として得られる改善は、単一の指数に比べて極めて僅かである。
したがって、ＲａＣ’のαエネルギースペクトルの全体的な形状は、１４５より上のチャネル、及び計算された低エネルギー尾部の形状からの１４５より下のチャネルにおける補正されたカウントから分かる。全てのチャネルにおける残りのカウントは、ＲａＣ’からの寄与が取り除かれる。
【００２１】
ＲａＣ’スペクトルのこの形状は、次いでＲａＡのスペクトル形状を予測するのに用いられる。これは、スペクトルのピークを７．６８ＭｅＶ（チャネル約１８５）から６．０ＭｅＶ（チャネル約１３９）までシフトさせることを含む。次に、シフトさせたスペクトルは、低いエネルギーにおける特定のエネルギー損失の差を考慮に入れるために調節され、６．０ＭｅＶのαの阻止能は、７．６８ＭｅＶのαの阻止能の約１．２倍（阻止能のこの比はＦ）であり、これは、ｘ軸線をピークチャネルから係数Ｆだけ下方に延ばすことに等しい操作によって行うことができる。上述のように、エネルギーが減少するのに伴って増加するＦの値を用いることが好ましい。（或いは、この調節は、各チャネルにおけるカウントを率(power)１／Ｆまで上昇させることによって行うことができる。）この調節されシフトされたスペクトルは、次いで、エネルギー５．５ＭｅＶ（チャネル１２７）とエネルギー６．３ＭｅＶ（チャネル１４４）との間のエネルギー窓Ｗ５における観測されたカウント数を与えるように正規化される。全てのチャネルにおける残りのカウントは、ＲａＡからの寄与が取り除かれる。
【００２２】
主に２．５ＭｅＶから５．５ＭｅＶまでのαエネルギー範囲の残りのカウントは、例えば４．７８ＭｅＶにおけるＵ−２３４と、５．１５ＭｅＶにおけるＰｕ−２３９といった他の放射性核種からのα放射線に対応するものとして解釈することができる。これらの信号が閾値を超える場合には、アラーム信号を与えることができる。
２．５ＭｅＶより低いαエネルギー（すなわち、２．０ＭｅＶの検出されたエネルギー）に対応する信号は、β粒子に起因するものであると考えることができ、別々に処理することができることが分かるであろう。ラドンとトロンの娘元素は、上述のようにαバックグラウンドを生じるだけでなく、βバックグラウンドも生じ、それに対して、関心あるどんなβ放射能をも検出しなければならない。検出されたエネルギー範囲、例えば３０ｋｅＶから２．０ＭｅＶまでにわたる全カウントは、バックグラウンド放射のために補正することができる。バックグラウンドβ放射は、上述のように求められたＴｈＣ’、ＴｈＣ、ＲａＣ’、及びＲａＡのαスペクトルから計算することができ、種々のラドンとトロンの娘元素の間の非平衡についても余裕を持つ。この計算されたβバックグラウンドは、次いでスペクトルのβ領域におけるカウントから差し引くことができる。したがって、β粒子を放出するどんな放射性核種をも、モニタ１０によって検出することができる。
【００２３】
したがって、本発明は、ピークのスペクトル形状及び位置が変化しても、期待されるバックグラウンドα放出体のためにαスペクトルを補正することを可能にする。こうした変化は、以下の理由により通常の操作の間に起こる場合がある。
１．エアロゾル特性（サイズ、形状又は組成）の変動
２．空気で運ばれる粒子に付着しないラドンの娘元素のフラクション(fraction)（主にＲａＡ）の変動
３．製造工程の変動に起因するフィルタ特性の変動
４．フィルタ上の増加したダスト負荷
５．大気圧又は温度の通常の変化に起因する空気密度の変化
また、スペクトル形状又はピーク位置の変化は、次のあまり普通でない理由によって発生する。
６．使用されるフィルタの種類の変化
７．高さの変化
８．サンプリングされるガスの性質の変化
９．検出器上のダスト又はごみの凝縮
１０．増幅器ゲインのドリフト
【００２４】
エアロゾル粒子から生じるＲａＣ’から放射されたαは、（崩壊系列における前述の核種の短い半減期により）ほぼ予測時間内にフィルタ１２上に捕捉される。しかしながら、ＴｈＣ及びＴｈＣ’によって放出されるα線は、多くの時間にわたって捕捉される粒子から生じる。したがって、ＴｈＣ及びＴｈＣ’ピークは、ラドンの娘元素からのものより低下することになる。ラドンの娘元素からのαスペクトルのエネルギー分解能は、既にフィルタ上にある物質が微粒子物質の捕集効果を高めるので、ダスト負荷が増加するのに伴って改善される傾向がある。したがって、ダスト負荷が増大するのに伴って、ピークの形状と、低エネルギー尾部の傾きの非常に大きな変化が起こることがある。
【００２５】
本発明の空気モニタは、本発明の範囲内に含まれる状態で上述のものとは異なるようにすることもできることが分かるであろう。特に、ＴｈＣ’及びＲａＣ’ピークの低エネルギー尾部の形状を求めるために、隣接するのではなく離間されたエネルギー窓を用いることができ、上述のものより狭い又は広い窓を用いることができ（実際には重なる窓を用いることができ）、２つより多い窓を用いることができる。或いは、幾つかの窓又はチャネルにわたって行われる最小二乗適合を用いることができる。それにもかかわらず、各窓におけるカウントレートを増加させることから、かなり広い窓を用いることが望ましく、それにより意味のあるデータを得るのに要する時間が減少する。
【００２６】
上述のように、ピークは、所定のチャネルにおいて発生する際に取られるが、バックグラウンド放射源からのピークが現れるチャネルは、機器１０が校正されるときにはいつでもリセットすることができる。或いは、機器１０は、スペクトルピーク及びエッジの位置を連続的に求めることができ、それに応じてエネルギー窓Ｗ１−Ｗ５が調節される。この場合には、上述のピーク位置及びスペクトル形状が自動的に補償される。
【００２７】
空気で運ばれる関心ある放射能の計測の際の誤差は、一部には、放射性崩壊過程の不規則性に起因する統計誤差から生じ、一部には、不正確な補償に起因する系統誤差から生じる。こうした系統誤差は、主に、スペクトル形状の予測できない変化に起因するものであろう。確率的誤差は、平均時間の平方根と、サンプリング速度の平方根に反比例し、これらの測定誤差は、平均時間か又は空気サンプリング速度、或いはその両方を増加させることによって減少させることができる。本発明は、系統誤差の主な要因を減少させ、それにより総合誤差の減少の良好な見通しを与える。
【００２８】
上述の信号解析手順をさらに例示する。図３を参照すると、これは、バックグラウンド放射成分のみが存在することに関係するエネルギースペクトルＰの実験的測定を示す。このグラフは、チャネル数に対してプロットされた各チャネルにおけるカウントを示し、増幅器ゲインが異なるので、チャネル数が上述のものとは異なることに注目される。グラフＱは、上記の信号解析が行われた後の最終スペクトルを示す。
【００２９】
グラフＰを参照すると、３つのピークが存在し、その各々は、高エネルギー側において急であるが、段階的に減少する低エネルギー尾部をもつことは明白である。関心ある対象の何らかの同位体が存在する場合には、典型的にはチャネル８０から１２０までの間の信号が生成され、非常に大きな信号が生成されない限り、低エネルギーの尾部からの上記バックグラウンド信号の上に検出するのは困難であろう。３つのピークは対応するバックグラウンド核種、すなわちＲａＡ及びＴｈＣ、ＲａＣ’、及びＴｈＣ’によってラベル付けされる。
【００３０】
次に図４を参照すると、これは、同じエネルギースペクトルＰ（黒色のひし形）を示し、また、ＴｈＣ’ピークの外挿された低エネルギー尾部と、ＲａＣ’ピークの補正されたカウント（中空の四角）と、外挿された低エネルギー尾部とを示す。ＴｈＣピーク（ＴｈＣ’ピークから予測されたときの）と、ＲａＡピーク（ＲａＣ’ピークから予測された）も示される。元のスペクトルＰからのこれらの４つのピークの減算は、図３の最終スペクトルＱを与える。
【００３１】
次に図５を参照すると、これは、同じエネルギースペクトルであるが、対数目盛上にプロットされたチャネル・カウントを示す。既に説明したように、ＴｈＣ’ピークの低エネルギー尾部は、ピークの低エネルギー側における２つの窓Ｗ１及びＷ２のカウントから外挿され（中空のひし形の線Ｒ）、ＴｈＣ’ピーク（擬似同時β粒子を補正した後の）は、低エネルギーにシフトされ、延長され、ＴｈＣピークの形状が予測される。これは、ＴｈＣでマークされたピークを与え、Ｓでマークされた予測された低エネルギー尾部をもつ（このグラフは、実際には、ＴｈＣピークとＴｈＣ’ピークとの両方のカウントの和を示す）。この組み合わされたスペクトルＴｈＣ及びＴｈＣ’は、次いで最初のスペクトルＰから減算することができる。既に説明したように、同様の手順を用いてＲａＣ’ピークを外挿し、ＲａＡピークを予測し、それによりバックグラウンドスペクトルＰへのそれらの寄与をなくすのに用いられる。
【００３２】
関心ある対象の空気で運ばれる放射能を求めるのに用いられるカウント時間は、バックグラウンド放射に起因するピークの形状を求めるのに用いられるカウント時間とは異なるものとすることができる。例えば、α放射は、１５秒のインターバルで更新される５分間のカウント時間に基づいて測定することができるが、低エネルギー尾部の形状を予測するのに用いられるデータは、１５秒のインターバルで更新される２０分間のカウント時間に基づくものとすることができる。空気モニタ１０をオンに切換した後の最初の数分間は、低エネルギー尾部の形状の正確な予測を与えるのに不十分なカウントデータしかないので、代わりに予めセットしたデフォルト値に基づいて計算を行うことができる。
【００３３】
上述の信号解析手順は、他の環境試料を監視する際にも等しく適用可能である。例えば、空気モニタからフィルタを除去した後に、フィルタ上の放射能を監視するのに用いることができる。この場合には、最も目立った差異は、ＲａＡが、例えば１５分後に無視できるレベルまで減衰するということである。その結果、ＲａＡの補償は必要とされない。さらに、この方法でフィルタを監視することによって、Ｃｍ−２４２、Ｃｍ−２４４又はＣｆ−２５２といった６．５ＭｅＶまでのエネルギーのα粒子を放出する放射性核種を検出することができ、これは他の手法ではＲａＡと区別することができない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】検出器の縦方向断面図、及び関連する電子回路の簡単なブロック図である。
【図２】バックグラウンド放射性核種からのエネルギースペクトルピークと、チャネル数との間の関係性を図式的に示す図である。
【図３】最初のスペクトルと、全てのバックグラウンド成分が除去された後の最終的なスペクトルの例の図である。
【図４】最初のスペクトル（図３のような）と成分ピークの図である。
【図５】２つのバックグラウンドピークの除去段階の図である。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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