(57)【要約】【課題】指向性放射線検出器を備えた放射線測定装置において、１つのホットスポットを少ない探索回数で検出する。【解決手段】放射線測定装置は、第１方向に延びる中心軸を有し、第１〜第６側面を有する六角柱形状または六角錐台形状のベースと、ベースの第１〜第６側面に設けられ、それぞれ所定方向に指向性を有する第１〜第６の放射線検出器と、ベースの第１〜第６側面に設けられ、それぞれ第１〜第６の放射線検出器と逆向きに指向性を有する第７〜第１２の放射線検出器とを備えている。ベースの頂面および底面では、対向する辺同士が互いに非平行である。第１〜第６の放射線検出器は、協働して、前記第１方向側から到来する放射線を検出する第１検出器群を構成する。第７〜第１２の放射線検出器は、協働して、第１方向とは反対の第２方向側から到来する放射線を検出する第２検出器群を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延びる中心軸を有し、頂面、底面および第１〜第６側面を有する六角柱形状または六角錐台形状のベースと、
前記ベースの第１〜第６側面に設けられ、それぞれ所定方向に指向性を有する第１〜第６の放射線検出器と、
前記ベースの第１〜第６側面に設けられ、それぞれ前記第１〜第６の放射線検出器と逆向きに指向性を有する第７〜第１２の放射線検出器とを備え、
前記ベースの頂面および底面では、対向する辺同士が互いに非平行であり、
前記第１〜第６の放射線検出器は、協働して、前記第１方向側から到来する放射線を検出する第１検出器群を構成し、
前記第７〜第１２の放射線検出器は、協働して、前記第１方向とは反対の第２方向側から到来する放射線を検出する第２検出器群を構成する、
放射線測定装置。
【請求項２】
前記ベースは、前記頂面および前記底面をそれぞれ構成する第１および第２のフレーム部材と、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材とを接続する１つ以上の柱部材とを有する、
請求項１に記載の放射線測定装置。
【請求項３】
魚眼レンズを有する撮像装置をさらに備え、
前記撮像装置は、前記魚眼レンズの光軸が前記第１方向に一致するように配置されている、
請求項１または２に記載の放射線測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線測定装置と、
前記放射線測定装置が搭載される移動体とを備えた、
放射線探索装置。
【請求項５】
前記移動体は無人航空機である、
請求項４に記載の放射線探索装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線測定装置、および、当該放射線測定装置が搭載された移動体を備えた放射線探索装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性物質が環境中に散逸した場合、放射性物質が付着した放射線汚染物質を除去する除染作業が行われる。除染作業は、放射性物質から放射される放射線強度が大きい場所（ホットスポット）を探索することにより、効率的に進めることができる。
【０００３】
放射性物質から放出された放射線を検出するための放射線検出器（例えばシンチレーション検出器）は、ほぼ全方向から到来する放射線に感度を有する。そこで、放射線が到来する方向を決定するため、一般的に、前方方向のみに指向性を有する放射線検出器が用いられる。しかし、１つの放射線検出器を用いてホットスポットを高精度に検出しようとする場合、１つのホットスポットにつき複数回、例えば同じ場所で放射線検出器の検出面をあらゆる角度に向けて走査して測定を行う必要が生じる。
【０００４】
例えば特許文献１には、シンチレータと、シンチレータを部分的に覆うコリメータ（鉛などの放射線遮蔽材）とを有する指向性放射線検出器を用いることが記載されている。しかし、指向性放射線検出器は限られた角度範囲から到来する放射線しか検出できないことから、１）この検出器を用いて異なる方向について複数回、測定を行っても、ホットスポットから到来する放射線が検出範囲に入らない可能性があり、２）測定回数を増やせばこの問題は解消されるものの、作業に時間がかかってしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載の装置では、指向性放射線検出器の検知角度ごとに切り替えて複数の方向から到来する放射線の強度を測定することにより、隣接する測定範囲との隙間をなくし、最小限の回数でホットスポットを検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１４８５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の装置では、１つのホットスポットにつき、指向性を有しない放射線検出器を用いた場合と比べると測定回数を減らすことができるものの、検出器の指向性を高めるほどにやはり測定回数が多くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、指向性放射線検出器を備えた放射線測定装置において、１つのホットスポットを少ない測定回数で検出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため、本発明に係る放射線測定装置は、
第１方向に延びる中心軸を有し、第１〜第６側面を有する六角柱形状または六角錐台形状のベースと、
前記ベースの第１〜第６側面に設けられ、それぞれ所定方向に指向性を有する第１〜第６の放射線検出器と、
前記ベースの第１〜第６側面に設けられ、それぞれ前記第１〜第６の放射線検出器と逆向きに指向性を有する第７〜第１２の放射線検出器とを備え、
前記ベースの頂面および底面では、対向する辺同士が互いに非平行であり、
前記第１〜第６の放射線検出器は、協働して、前記第１方向側から到来する放射線を検出する第１検出器群を構成し、
前記第７〜第１２の放射線検出器は、協働して、前記第１方向とは反対の第２方向側から到来する放射線を検出する第２検出器群を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１検出器群と第２検出器群によりあらゆる方向から到来する放射線を検出できるので、１つのホットスポットを少ない測定回数で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る放射線測定装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る放射線測定装置を示す平面図である。
【図３】ベースの形状を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る放射線測定装置の一部を示す側面図である。
【図５】図１，２の放射線測定装置に備えられた放射線検出器を示す図である。
【図６】図１，２の放射線測定装置における信号処理を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る放射線探索装置を示す図である。
【図８】図１に示す放射線測定装置の変形例を示す斜視図である。
【図９】図１に示す放射線測定装置の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図７に示す放射線探索装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向を示す用語を用いるが、これらは本発明の理解を容易にするために用いているのであって、本発明の範囲を限定する目的で用いていると理解するべきではない。
【００１３】
［実施形態１］
本発明の実施形態１は、環境中に存在する放射性物質から到来する放射線の強度を測定するための放射線測定装置１に関する。「放射線」は、α線、β線、γ線のいずれであってもよい。図１、図２に示すように、放射線測定装置１は、ベース１０、放射線検知部２０、撮像装置３０、などを備えている。放射線測定装置１は、放射線探索を行うユーザが持ち運んでもよいし、原子力発電所など放射能汚染が発生しうる場所に配備されてもよいし、実施形態２で説明するように移動体に搭載されてもよい。
【００１４】
（ベース１０）
ベース１０は、六角柱形状であり、図１のＺ方向に延びる中心軸１０１を有する。ベース１０は、任意の材料から作られていてよく、好ましくは、放射線検知部２０に対する放射線遮蔽率が小さい材料で作られている。以下、＋Ｚ方向を「前」または「第１方向」、−Ｚ方向を「後」または「第２方向」ということがある。ベース１０は、第１〜第６側面１１〜１６、頂面１７および底面１８を有する。ベース１０の頂面１７および底面１８では、対向する辺同士が互いに非平行である。したがって、第１〜第６側面１１〜１６では、対向する側面同士がそれぞれ非平行に配置されている。なお、本明細書において「対向する辺同士」とは、頂面１７および底面１８においてそれぞれ６つある辺のうち、２つの辺を挟んだ辺同士をいう。また、「対向する側面同士」とは、第１〜第６側面１１〜１６において、２つの側面を挟んだ面同士をいう。具体的に言うと、第１側面１１と第４側面１４、第２側面１２と第５側面１５、第３側面１３と第６側面１６がそれぞれ非平行に配置されている。
【００１５】
図３に示すように、ベース１０の頂面１７（底面１８も同様）は、平面視で（Ｚ方向から見て）、２つの正三角形１０２，１０３を重ね合わせ、正三角形の重心を中心に所定角度θ、回転させてできる六角形に形成されていてもよい。図３では、所定角度θを９９．２４°としている。
【００１６】
例えば放射線測定装置１が、ユーザが持ち運ぶものである場合、持ち運びが容易になるようにベース１０に把持部が設けられていてもよい。また、例えば放射線測定装置１が原子力発電所などに配備されるものである場合、ベース１０をターンテーブルの上に固定して、回転できるようにしてもよい。
【００１７】
（放射線検知部２０）
放射線検知部２０は、第１検出器群２１と第２検出器群２２とを有する。第１検出器群２１は、ベース１０の第１〜第６側面１１〜１６にそれぞれ固定された第１〜第６の放射線検出器２３を有する。放射線検出器２３は、第１〜第６側面１１〜１６の前側に配置されている。６つの放射線検出器２３は、それぞれ異なる方向に指向性を有するように配置されている。第２検出器群２２は、ベース１０の第１〜第６側面１１〜１６にそれぞれ固定された第７〜第１２の放射線検出器２４を有する。放射線検出器２４は、第１〜第６側面１１〜１６の後側に配置されている。６つの放射線検出器２４は、それぞれ第１〜第６の放射線検出器２３と逆向きに指向性を有するように配置されている。
【００１８】
放射線検出器２３，２４は、放射線を受信して光や電流などに変換する検出素子を有する。第１検出器群２１を構成する６つの放射線検出器２３の検出素子は、好ましくは、それぞれ第１方向において同じ位置にある。また、第２検出器群２２を構成する６つの放射線検出器２４の検出素子は、好ましくは、第１方向において同じ位置にある。
【００１９】
実施形態では、図４に示すように、放射線検出器２３，２４は、第１〜第６側面１１〜１６の略中央部において、それぞれ前方（＋Ｚ方向）、後方（−Ｚ方向）から面内で左右方向（図中のＸ方向）に所定角度φ（＜９０°）傾斜して配置されている。なお、Ｚ方向とＸ方向は互いに垂直である。図４において、＋Ｚ方向から＋Ｘ方向への回転方向を時計回りという。所定角度φは４５°であってもよい。第１、第３、第５側面１１，１３，１５に配置された放射線検出器２３，２４は、前後方向に対して時計回りに傾斜して配置されている。第２、第４、第６側面１２，１４，１６に配置された放射線検出器２３，２４は、前後方向に対して半時計回りに傾斜して配置されている。
【００２０】
第１検出器群２１を構成する６つの放射線検出器２３は、協働して、前側（第１方向側）から到来する放射線を検出する。第２検出器群２２を構成する６つの放射線検出器２４は、協働して、後側（第２方向側）から到来する放射線を検出する。なお、放射線検出器２３，２４の検出範囲は、中心軸１０１上の点を頂点とする錐体（理想的には頂角が１８０度）領域内である。前記頂点の第１方向における位置は、放射線検出器２３，２４の検出素子の位置に一致する。放射線検出器２３，２４の検出素子の第１方向における位置にばらつきがあれば、その平均の位置に一致する。放射線の検出範囲について用いる「前側」、「後側」は、前記頂点から錐体内の任意の点を指す方向であってよい。例えば、錐体の頂角が１８０度である場合、「前側」、「後側」は、＋Ｚ方向、−Ｚ方向から左右方向（＋Ｘ方向、−Ｘ方向）までの角度範囲を包含する。
【００２１】
放射線検出器２３は、実施形態では、シンチレーション検出器である。図５に示すように、放射線検出器２３は、矢印１０４の方向から到来する放射線（γ線）を吸収して光（シンチレーション光）を放出する検出素子としてのシンチレータ２５、シンチレーション光を増幅して出力する光電子増倍管２６、光電子増倍管２６の出力（パルス電圧）を処理する処理回路部２７、および、シンチレータ２５と光電子増倍管２６と処理回路部２７を収納する筐体２８を有する。筐体２８は放射線不透過材料、例えば鉛で作られており、シンチレータ２５に近接した位置に開口部を有する。当該開口部には、ガラスなどの放射線透過材料で作られた入射窓２９が配置されている。このように、放射線検出器２３では、入射窓２９に入射するものを除いて筐体２８に入射する放射線を遮断し、これにより放射線検出器２３の指向性（単一指向性）を実現している。筐体２８の処理回路部２７側には孔部が形成されており、この孔部に固定されたリード線２８ａにより、放射線検出器２３は後述する制御装置４０に接続されている。
【００２２】
シンチレータ２５は、ＮａＩ（Ｔｉ）シンチレータ、ＣｓＩ（Ｔｉ）シンチレータまたはＬａＢｒ３（Ｃｅ）シンチレータであってもよい。光電子増倍管２６は、その図示しない入射窓から入射する光に対して光電変換を行う光電面２６ａ、光電面２６ａから放出された光電子を収束させる集束電極２６ｂ、電子を増倍するダイノード２６ｃ、および、ダイノード２６ｃから放出された電子を取り出すための陽極２６ｄを有する。処理回路部２７は、光電子増倍管２６から出力されるパルス電圧を、光子計数法を用いて処理するように構成されており、増幅器、波高弁別器、波形整形回路、カウンタなどを含んでいてもよい。
【００２３】
放射線検出器２４は、図５で説明した放射線検出器２３と同じ構造を有していてよい。
【００２４】
（撮像装置３０）
撮像装置３０は、図１に示すように、放射線測定装置１に対して前方（第１方向側）の画像を撮影する。撮像装置３０は、固体撮像素子（ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラなど）であってもよい。撮像装置３０は、ベース１０の頂面１７の上にブラケット３２とボルト３３を用いて固定されている。
【００２５】
実施形態では、撮像装置３０は、魚眼レンズ３１を有するカメラである。実施形態では、撮像装置３０は、魚眼レンズ３１の光軸がベース１０の中心軸１０１に一致するように配置されている。「一致する」には、魚眼レンズ３１の光軸がベース１０の中心軸１０１から少しずれている場合も含まれるものとする。一例では、魚眼レンズ３１の画角は１８５度である。撮像装置３０は、前記放射線検出器２３の検出範囲である、中心軸１０１上の点を頂点とする錐体内の領域を撮影する。なお、ここでは、魚眼レンズ３１の画角が１８０度以上であるものについても、撮像装置３０の撮影範囲を便宜的に「錐体」と表現している。
【００２６】
魚眼レンズ３１の撮像形式は等距離射影方式であり、レンズ主軸（実施形態では、ベース１０の中心軸１０１に一致する）からの天頂角と円形画像の中心から撮像点までの距離（像高）とが比例するため、撮像装置３０を用いて撮影した画像に基づいて、ホットスポットの位置を視覚的に確認できる。このように、魚眼レンズ３１は、レンズ主点からの方向ベクトルに沿った画像取得に優れている。また、魚眼レンズ３１は、ほぼすべての点にピントが合う特性を有するので、焦点を調節しなくても一定の画質が得られるという利点がある。
【００２７】
（制御装置４０）
図６に示すように、撮像装置３０は制御装置４０に図示しないリード線を介して電気的に接続されており、撮像装置３０が撮影した画像は制御装置４０に送信される。各放射線検出器２３（２４）も、それぞれ制御装置４０にリード線２８ａを介して電気的に接続されている。制御装置４０は、ベース１０内に固定されていてもよい。制御装置４０は、マイクロコンピュータ、メモリなどで構成されている。
【００２８】
制御装置４０は、メモリに記憶されたプログラムをマイクロコンピュータで呼び出して、第１検出器群２１を構成する放射線検出器２３の出力を処理し、検出範囲の頂点から見た方向と放射線の強度とをパラメータとして二次元マップを作成する。そして、制御装置４０は、作成した二次元マップと、撮像装置３０が撮影した画像（放射線測定装置１の前方の画像）とを組み合わせる処理を行い、モニタ４１に送信する。モニタ４１は、放射線測定装置１に有線接続されていてもよいし、無線接続されていてもよい。ユーザは、モニタ４１に表示された画像を確認することにより、放射線測定装置１の前方にあるホットスポットの位置を容易に把握できる。
【００２９】
なお、モニタ４１に表示されない放射線検出器２４の出力については、放射線検出器２３の出力と同様に、二次元マップが作成される。放射線検出器２４の出力に基づく二次元マップにおいて、放射線強度が大きい領域がある場合（つまり、放射線測定装置１の後方にホットスポットがある場合）、例えば放射線測定装置１をユーザが持ち運んでいるときには、モニタ４１を介してユーザに当該情報を知らせてもよい。これにより、ユーザは、放射線測定装置１の後方にホットスポットがあるとわかるので、放射線測定装置１の向きを変えて、モニタ４１に表示された前方の画像を確認することにより、ホットスポットの位置を把握できる。一方、上述のとおり例えばベース１０がターンテーブルの上に固定されているときには、ターンテーブルを回転させて放射線測定装置１の向きを変えてもよい。
【００３０】
以上、本実施形態１によれば、第１検出器群２１により前側（第１方向側）から放射線測定装置１に到来する放射線が検出され、第２検出器群２２により後側（第２方向側）から放射線測定装置１に到来する放射線が検出される。これにより、あらゆる方向から放射線測定装置１に到来する放射線を検出できるので、１つのホットスポットを少ない測定回数で検出できる。
【００３１】
［実施形態２］
図７に示すように、本発明の実施形態２は、実施形態１に係る放射線測定装置１と、放射線測定装置１が搭載される移動体とを備えた放射線探索装置５０に関する。実施形態では、移動体は無人航空機（ドローン）５１であり、放射線測定装置１は例えば無人航空機５１の下部にアーム５２を用いて固定されている。実施形態では、放射線測定装置１は、撮像装置３０が正面に位置するように配置されている。
【００３２】
無人航空機５１は図示しないリモートコントローラを用いてユーザにより操縦される。放射線測定装置１の前方の画像を表示するモニタ４１は、このリモートコントローラに設けられていてもよい。既に説明したように、放射線測定装置１の後方にホットスポットがある場合、モニタ４１を介してユーザに当該情報を知らせてもよい。これにより、ユーザは、放射線測定装置１の後方にホットスポットがあることがわかるので、リモートコントローラを用いて無人航空機５１の向きを変えることができる。
【００３３】
（変形例）
以上、複数の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、上述の実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよい。
【００３４】
例えば、上述の実施形態では、ベース１０が六角柱形状を有する例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、ベース１０は六角錘台形状を有していてもよい。六角柱形状を有するベース１０では、頂面１７および底面１８は同じ形状を有する。一方、六角錘台形状を有するベース１０では、頂面１７と底面１８は互いに相似図形の関係にある。例えば、図８に示すように、頂面１７は、底面１８に対して一様に縮小された形状を有していてもよい。六角錘台形状を有するベース１０では、頂面１７および底面１８の対向する辺同士が互いに非平行である。また、六角錘台形状を有するベース１０では、第１〜第６側面１１〜１６の対向する側面の前後方向（Ｚ方向）への射影平面同士がそれぞれ非平行に配置されている。
【００３５】
また、上述の実施形態と変形例では、六角柱形状、六角錘台形状のベース１０が頂面１７、底面１８および第１〜第６側面１１〜１６を有する例について説明した。本発明はこれに限定されることなく、本発明において「六角柱」、「六角錐台」は仮想的な六角柱、六角錐台であってもよい。例えば、図９に示すように、ベース１０の頂面１７および底面１８はそれぞれ第１および第２のフレーム部材１１７，１１８により画定される仮想面であってもよい。このとき、ベース１０は前後方向に開口する中空構造を有する。さらに、図９に示す例では、ベース１０の第１〜第６側面１１〜１６は、第１のフレーム部材１１７と第２のフレーム部材１１８とを接続する６つの柱部材１１９により構成される仮想面であってもよい。第１のフレーム部材１１７と第２のフレーム部材１１８とを接続する柱部材の数は６つである必要はなく、１つ以上設けられていればよい。さらに、柱部材を設けることなく、第１のフレーム部材１１７と第２のフレーム部材１１８は放射線検出器２３，２４を介して互いに連結されていてもよい。図９には撮像装置３０を示していないが、撮像装置３０は任意の方法でベース１０に固定されていてよい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、ベース１０をターンテーブルの上に固定して、放射線測定装置１の全体を回転させる例について言及したが、本発明はこれに限定されることなく、ベース１０が中空構造を有しているときに、撮像装置３０のみが例えばヒンジ機構を用いて回転するようにしてもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態では、放射線検出器２３，２４としてシンチレーション検出器を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、放射線検出器２３，２４は、半導体検出器（例えば、ＣｄＴｅ／ＣｄＺｎＴｅ半導体検出器、Ｇｅ半導体検出器、またはＳｉ（Ｌｉ）など）、ガイガーミュラー計数管（ＧＭ管）などであってもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態では、撮像装置３０が魚眼レンズ３１を有するカメラである例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、撮像装置３０は広角カメラであってもよい。広角カメラは、いわゆる３６０度カメラであってもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態では、ベース１０の頂面１７に撮像装置３０を配置したが、本発明はこれに限定されることなく、例えばベース１０の頂面１７と底面１８の両方に撮像装置３０を配置してもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、放射線測定装置１が搭載される移動体として、無人航空機を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、移動体は、車両、潜水艦などであってもよい。例えば移動体が車両である場合、車両は放射線防御されていてもよい。図１０に示すように、放射線測定装置１は車両６０のルーフ６１に所定の取付け部材６２を介して固定されていてもよい。撮像装置３０により撮影された画像は、車両の車室内に設けられたモニタに表示されてもよい。モニタは、スマートフォン、タブレット機器などであってもよい。同画像は、モニタの代わりに、メータパネルに表示されてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  放射線測定装置
１０  ベース
２０  放射線検知部
１１〜１６  （ベースの）第１〜第６側面
１７，１８  （ベースの）頂面、底面
２１  第１検出器群
２２  第２検出器群
２３，２４  放射線検出器
２５  シンチレータ
２６  光電子増倍管
２７  処理回路部
２８  筐体
３０  撮像装置
３１  魚眼レンズ
４０  制御装置
４１  モニタ
５０  放射線探索装置
５１  無人航空機
６０  車両
１０１  中心軸
１１７，１１８  第１、第２のフレーム部材
１１９  柱部材
【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】
2018185199.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018185199.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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