(57)【要約】【課題】低エネルギーγ線に対して感度が低く、高エネルギーγ線に対し感度が高い放射線計測装置を提供する。【解決手段】放射線計測装置１００は、γ線との光核反応により荷電粒子を放出するコンバータ１０と、荷電粒子の飛程以下の厚さを有し、コンバータ１０に接して設けられる発光素子２０と、を備える。コンバータ１０は、荷電粒子の飛程以下の厚さを有する。発光素子２０が発光する光を光電変換する光電子増倍管４０を更に備え、光電子増倍管４０は、発光素子２０の放射線照射領域から離れた位置に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
γ線との光核反応により荷電粒子を放出するコンバータと、
前記コンバータに接して設けられる発光素子とを有し、
前記コンバータは、前記荷電粒子の飛程以下の厚さを有する、
ことを特徴とする放射線計測装置。
【請求項２】
γ線との光核反応により荷電粒子を放出するコンバータと、
前記荷電粒子の飛程以下の厚さを有し、前記コンバータに接して設けられる発光素子と、
を備えることを特徴とする放射線計測装置。
【請求項３】
前記発光素子が発光する光を光電変換する光電子増倍管を更に備え、
前記光電子増倍管は、
前記発光素子の放射線照射領域から離れた位置に設けられる、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射線計測装置。
【請求項４】
前記発光素子と前記光電子増倍管とを接続する光ファイバを更に備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の放射線計測装置。
【請求項５】
前記発光素子は、
波長が７００ｎｍ以上の光を発光する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項６】
前記光電子増倍管から出力される電気信号の波高値を分析する波高分析装置を更に備える、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の放射線計測装置。
【請求項７】
前記コンバータ及び前記発光素子は、複数である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項８】
前記コンバータは、異なる材料で形成される、
ことを特徴とする請求項７に記載の放射線計測装置。
【請求項９】
前記γ線の入射側に近い位置に設置されるコンバータは、前記γ線の入射側から遠い位置に設置されるコンバータより、光核反応の閾エネルギーが高い、
ことを特徴とする請求項８に記載の放射線計測装置。
【請求項１０】
隣接するコンバータは、計測対象のγ線のエネルギーを挟む閾エネルギーを、それぞれ有する、
ことを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項１１】
前記γ線の強度を分析するデータ分析装置を更に備える、
ことを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか一項に記載の放射線計測装置。
【請求項１２】
γ線との光核反応により荷電粒子を放出するコンバータと、前記荷電粒子の飛程以下の厚さを有し、前記コンバータに接して設けられる第１の長波長発光素子と、を含む第１系統と、
第２の長波長発光素子を含む第２系統と、
前記第１系統で得られた計数と前記第２系統で得られた計数との差分を算出する差分処理装置と、
を備えることを特徴とする放射線計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、放射線計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、検出層の表面に物質を配置することで，物質から放出される二次電子を検出層に排出させ，検出層で二次電子を計測する方法が知られている。例えば、特許文献１には、放射線の検出により発光するプラスチックシンチレータと原子番号が１３より大きい物質よりなる板とを交互に積層した積層部と、プラスチックシンチレータで発光した光を伝送する光伝送路と、光伝送路を通過してきた光を電気信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子からの電気信号を処理する信号処理回路と、を備える放射線検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１９７０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高エネルギーγ線（例えば、エネルギーが３［ＭｅＶ］以上のγ線）は、結晶に対する透過力が高いため、放射線計測装置におけるエネルギー分析の際には、大きな結晶が必要とされる。
しかしながら、放射線計測装置において、結晶が大型化すると、低エネルギーγ線に対する感度も向上してしまうため、検出信号のパイルアップや信号処理系の飽和などによって、γ線のエネルギー分析が困難になるという問題があった。
【０００５】
本開示に係る実施形態は、低エネルギーγ線に対して感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態に係る放射線計測装置は、γ線との光核反応により荷電粒子を放出するコンバータと、前記荷電粒子の飛程以下の厚さを有し、前記コンバータに接して設けられる発光素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の実施形態に係る放射線計測装置によれば、低エネルギーγ線に対して感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る放射線計測装置の構成の一例を示す図である。
【図２】第２実施形態に係る放射線計測装置の構成の一例を示す図である。
【図３】第３実施形態に係る放射線計測装置の構成の一例を示す図である。
【図４】第４実施形態に係る放射線計測装置の構成の一例を示す図である。
【図５】第５実施形態に係る放射線計測装置の構成の一例を示す図である。
【図６】第６実施形態に係る放射線計測装置の構成の一例を示す図である。
【図７】第６実施形態に係る放射線計測装置におけるデータ分析装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態に係る放射線計測装置について説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、例えば平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。また、本明細書において、「上」、「下」などは構成要素間の相対的な位置を示すものであって、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。
【００１０】
[第１実施形態]
≪放射線計測装置の構成≫
まず、図１を参照して、第１実施形態に係る放射線計測装置１００の構成について説明する。
【００１１】
図１に示すように、放射線計測装置１００は、コンバータ１０、発光素子２０、光ファイバ３０、光電子増倍管４０、波高分析装置５０、などを備えている。
【００１２】
コンバータ１０は、高エネルギーγ線Ａ（例えば、エネルギーが３［ＭｅＶ］以上のγ線）との光核反応により、荷電粒子１０１（例えば、α粒子、陽子）を放出する。光核反応は、高エネルギーγ線Ａに対して生じ、低エネルギーγ線Ｂに対して生じない。
光核反応の閾エネルギーは、コンバータ１０の物質に依存する。例えば、コンバータ１０がベリリウムである場合、光核反応の閾エネルギーは、約３［ＭｅＶ］となる。
【００１３】
高エネルギーγ線Ａとの光核反応により、コンバータ１０内には、荷電粒子１０１が発生する。荷電粒子１０１は、コンバータ１０内を移動しながら、コンバータ１０にエネルギーを付与する。荷電粒子１０１のエネルギー損失は、荷電粒子１０１がコンバータ１０内を移動する距離が長い程、大きくなり、荷電粒子１０１がコンバータ１０内を移動する距離が短い程、小さくなる。
【００１４】
コンバータ１０の厚さは、荷電粒子１０１の飛程以下であることが好ましい。コンバータ１０の厚さが、荷電粒子１０１の飛程以下であることで、荷電粒子１０１は、発光素子２０へと入射し易くなる。
荷電粒子１０１の飛程は、荷電粒子１０１の種類、荷電粒子１０１のエネルギー、コンバータ１０の物質に依存する。なお、荷電粒子１０１の飛程とは、荷電粒子１０１が全エネルギーを失う物質中での平均的な移動距離を意味する。
【００１５】
また、コンバータ１０は、低エネルギーγ線Ｂとのコンプトン散乱や電子対生成などの相互作用により、電子１０２を放出する。コンバータ１０内に発生した電子１０２は、発光素子２０へと入射し、発光素子２０内を移動しながら、発光素子２０にエネルギーを付与する。これにより、発光素子２０は発光する。
【００１６】
電子１０２の飛程は、電子１０２のエネルギーに依存する。電子１０２の飛程は、電子１０２のエネルギーが大きい程長く、電子１０２のエネルギーが小さい程短い。
一般的に、電子１０２の飛程は、荷電粒子１０１の飛程よりも長く、例えば、アルファ粒子（エネルギー４［ＭｅＶ］）のベリリウム中での飛程は、約０．０２［ｍｍ］であるのに対し、電子（エネルギー４［ＭｅＶ］）のベリリウム中での飛程は、約１１［ｍｍ］である。なお、電子１０２の飛程とは、電子１０２が全エネルギーを失う物質中での平均的な移動距離を意味する。
【００１７】
図１では、コンバータ１０が発光素子２０の少なくとも１面に接して設けられている構成を一例に挙げているが、コンバータ１０は、発光素子２０の全面に接して設けられていてもよい。
【００１８】
発光素子２０は、コンバータ１０の少なくとも一面に接して設けられている。発光素子２０は、光ファイバ３０を介して、光電子増倍管４０と接続され、発光素子２０が発光する光は、光ファイバ３０を介して、光電子増倍管４０へと入射する。
【００１９】
発光素子２０は、光核反応の閾エネルギー以上の高エネルギーγ線Ａがコンバータ１０へと入射する際に、コンバータ１０内に発生した荷電粒子１０１から、少なくともエネルギーの一部が付与されることで、発光する。
発光素子２０の発光強度は、付与されるエネルギーが大きい程大きくなり、付与されるエネルギーが小さい程小さくなる。
【００２０】
また、発光素子２０は、低エネルギーγ線Ｂとのコンプトン散乱や電子対生成などの相互作用により、電子１０２を放出する。発光素子２０は、当該発光素子２０内に発生した電子１０２から、少なくともエネルギーの一部が付与されることで、発光する。
発光素子２０の厚さは、荷電粒子１０１の飛程以下であることが好ましい。発光素子２０の厚さが、荷電粒子１０１の飛程であれば、荷電粒子１０１は、全エネルギーを発光素子２０に付与することが可能になる。一方，電子１０２の飛程は、荷電粒子１０１の飛程よりも長いため、発光素子２０の厚さが荷電粒子１０１の飛程程度であれば，電子１０２は、一部のエネルギーしか発光素子２０に付与できない。つまり、発光素子２０の厚さが、荷電粒子１０１の飛程以下であることで、高エネルギーγ線Ａと低エネルギーγ線Ｂとを分離することが可能になる。これにより、低エネルギーγ線に対して感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置１００を実現することができる。
【００２１】
光ファイバ３０は、発光素子２０と光電子増倍管４０との間に設けられ、発光素子２０と光電子増倍管４０とを接続し、発光素子２０が発光する光を、光電子増倍管４０へと導く。なお、光ファイバ３０は、必須の構成ではなく、発光素子２０と光電子増倍管４０とを直接接続することも可能である。
【００２２】
光電子増倍管４０は、光ファイバ３０を介して、発光素子２０と接続され、発光素子２０が発光する光を光電変換して、電気信号を波高分析装置５０へと出力する。光電子増倍管４０は、発光素子２０の放射線照射領域から離れた位置に設けられることが好ましい。光電子増倍管４０は、光ファイバ３０を介して、発光素子２０と接続されていてもよいし、光ファイバ３０を介さずに、発光素子２０と接続されていてもよい。
【００２３】
波高分析装置５０は、光電子増倍管４０から出力される電気信号を波高値分析する。即ち、波高分析装置５０は、電子１０２が発光素子２０にエネルギーを付与した際に現れる電気信号の波高値から、荷電粒子１０１が発光素子２０にエネルギーを付与した際に現れる電気信号の波高値を分離し、高波高値成分のみを計測する。なお、電気信号の波高値は、発光強度が大きい程、高くなり、発光強度が小さい程、低くなる。
【００２４】
荷電粒子１０１から付与されたエネルギーに基づいて発光する発光素子２０の発光強度は、電子１０２から付与されたエネルギーに基づいて発光する発光素子２０の発光強度より大きくなる。
このため、波高分析装置５０は、荷電粒子１０１から付与されたエネルギーに基づいて発光する発光素子２０の発光強度と、電子１０２から付与されたエネルギーに基づいて発光する発光素子２０の発光強度と、を比較することで、高エネルギーγ線Ａと低エネルギーγ線Ｂとを分離し、高エネルギーγ線Ａのみを計測することが可能になる。
【００２５】
第１実施形態に係る放射線計測装置１００によれば、荷電粒子から付与されたエネルギーに基づいて発光する発光素子の表面が、高エネルギーγ線との光核反応によって荷電粒子を放出する物質で覆われ、更に、当該発光素子の厚さが、荷電粒子の飛程以下となる構成を有する。これにより、低エネルギーγ線に対して感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置１００を実現できる。
【００２６】
[第２実施形態]
≪放射線計測装置の構成≫
次に、図２を参照して、第２実施形態に係る放射線計測装置２００の構成について説明する。
【００２７】
第２実施形態に係る放射線計測装置２００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００が発光素子２０を備えているのに対して、第２実施形態に係る放射線計測装置２００は、長波長発光素子２１を備えている点である。
【００２８】
長波長発光素子２１が発光する光は、波長が７００ｎｍ以上であることが好ましい。光ファイバ３０による光の伝送距離は、長波長の光程、長く、短波長の光程、短い。また、長波長の光に対する光ファイバ３０による伝送効率は、短波長の光に対する光ファイバ３０による伝送効率より高い。
【００２９】
光電子増倍管４０は、放射線の照射範囲から離れた位置に設置されている。光電子増倍管４０は、発光強度が大きい程、波高値が高い電気信号を取得し、発光強度が小さい程、波高値が低い電気信号を取得する。このため、光電子増倍管４０は、高エネルギーγ線Ａに起因した電気信号の波高値を、低エネルギーγ線Ｂに起因した電気信号の波高値よりも高い値として変換する。
【００３０】
即ち、長波長発光素子２１は、発光素子２０と比較して、長距離伝送が可能であり、且つ、放射線照射による伝送効率が高い。これにより、光電子増倍管４０を、高線量率環境下から退避させることができ、放射線による機器の故障を低減させることができる。また、長波長発光素子２１が設置される場所への放射線の照射を止めることなく、線量率の低い環境で、光電子増倍管４０を交換することができる。
【００３１】
例えば、長波長発光素子２１が、ＹＡＧ；Ｎｄである場合、長波長発光素子２１が発光する光は、波長が約１０６４［ｎｍ］である。
この際、コンバータ１０をリチウム、高エネルギーγ線Ａのエネルギーを６［ＭｅＶ］とすると、コンバータ１０中での、光核反応によって発生する荷電粒子１０１は、エネルギー約１．６［ＭｅＶ］のアルファ粒子と、エネルギー約２．１［ＭｅＶ］の三重水素イオンとなる。
【００３２】
エネルギー約１．６［ＭｅＶ］のアルファ粒子において、リチウム中での飛程は、約０．０１７［ｍｍ］から約０．０１８［ｍｍ］、ＹＡＧ中での飛程は、約０．００３［ｍｍ］から約０．００４［ｍｍ］である。このため、コンバータ１０の厚さを、約０．０１８［ｍｍ］、長波長発光素子２１の厚さを、約０．００４［ｍｍ］とすると、長波長発光素子２１に、最大で約１．６［ＭｅＶ］のエネルギーが、アルファ粒子により付与されることになる。
【００３３】
一方、リチウムの光核反応による閾エネルギーは、約３［ＭｅＶ］であるため、低エネルギーγ線Ｂの最大エネルギーを、約３［ＭｅＶ］とすると、低エネルギーγ線Ｂとコンバータ１０或いは長波長発光素子２１との相互作用で発生する電子１０２の最大エネルギーも、約３［ＭｅＶ］となる。約３［ＭｅＶ］の電子の電子のＹＡＧ中での飛程は約３［ｍｍ］であるため、電子が全エネルギーを付与するためには約３［ｍｍ］必要である。ＹＡＧの厚さをアルファ粒子の飛程である約０．００４［ｍｍ］とした場合，電子の全エネルギーをＹＡＧに付与するために必要な厚さに比べて約３桁足りないことになり、電子からは一部のエネルギーしか付与されない。
【００３４】
第２実施形態に係る放射線計測装置２００によれば、長波長発光素子２１を備えることで、高線量率環境下においても、光ファイバ３０による光の伝送効率を長期間低下させることなく、長距離の伝送を行うことができる。これにより、光ファイバによる伝送効率の低下を抑制しつつ、低エネルギーγ線に対して感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置２００を実現できる。
【００３５】
[第３実施形態]
≪放射線計測装置の構成≫
次に、図３を参照して、第３実施形態に係る放射線計測装置３００の構成について説明する。
【００３６】
第３実施形態に係る放射線計測装置３００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００がコンバータ１０を含む検出系統のみを備えているのに対して、第２実施形態に係る放射線計測装置２００は、コンバータ１０を含む検出系統及びコンバータ１０を含まない検出系統の両系統を含む点である。
また、第３実施形態に係る放射線計測装置３００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００が差分処理装置６０を備えていないのに対して、第３実施形態に係る放射線計測装置３００は、差分処理装置６０を備えている点である。
【００３７】
図３に示すように、系統３００ａ（第１系統）は、コンバータ１０を含む検出系統であり、系統３００ｂ（第２系統）は、コンバータ１０を含まない検出系統である。
系統３００ａは、長波長発光素子２３ａ（第１長波長発光素子）を含む検出系統であり、系統３００ｂは、長波長発光素子２３ｂ（第２長波長発光素子）を含む検出系統である。
系統３００ａにおいて、長波長発光素子２３ａが発光した光は、光ファイバ３０ａを介して、光電子増倍管４０ａへと伝送される。同様に、系統３００ｂにおいて、長波長発光素子２３ｂが発光した光は、光ファイバ３０ｂを介して、光電子増倍管４０ｂへと伝送される。
【００３８】
系統３００ａでは、長波長発光素子２３ａは、コンバータ１０に接して形成される。光核反応が、コンバータ１０内で生じ、荷電粒子１０１は、長波長発光素子２３ａへと入射して、長波長発光素子２３ａにエネルギーを付与する。荷電粒子１０１が長波長発光素子２３ａへと入射する度に、一つの光子が光電子増倍管４０ａへと入射する。また、コンバータ１０とγ線との間で、相互作用も起こるため、コンバータ１０内で発生した電子１０２は、長波長発光素子２３ａへと入射して、長波長発光素子２３ａにエネルギーを付与する。
【００３９】
系統３００ｂでは、光核反応が生じないため、荷電粒子１０１が発生しない。従って、長波長発光素子２３ｂが発光するのは、高エネルギーγ線Ａと長波長発光素子２３ｂとが相互作用を起こした場合である。この場合、長波長発光素子２３ｂの厚さは、放射線の照射量が同じ環境において、光核反応を除いた際の、長波長発光素子２３ａと長波長発光素子２３ｂとの発光が等しくなるように、調整される。このような構成とすることで、系統３００ａにおける光電変換の数と系統３００ｂにおける光電変換の数との差を、高エネルギーγ線Ａとコンバータ１０との光核反応に起因した数のみとすることが可能になる。
【００４０】
光電子増倍管４０ａは、光ファイバ３０ａを介して、長波長発光素子２３ａと接続され、長波長発光素子２３ａが発光する光を光電変換して、電気信号を波高分析装置５０ａへと出力する。同様に、光電子増倍管４０ｂは、光ファイバ３０ｂを介して、長波長発光素子２３ｂと接続され、長波長発光素子２３ｂが発光する光を光電変換して、電気信号を波高分析装置５０ｂへと出力する。
例えば、ＹＡＧ；Ｎｄを使った計測方法の一つに、１放射線あたり１光子を光電子増倍管で光電変換する計測方法がある。この場合、ＹＡＧ；Ｎｄへの放射線の照射量に比例して、ＹＡＧ；Ｎｄに対するエネルギー付与の回数あたり単一の光子が、光電子増倍管４０で光電変換される。
なお、放射線の種類に依らず、長波長発光素子２３での１放射線検出あたり発生する光子が１つとなるように調整するため、必要に応じて、光ファイバ３０ａと光電子増倍管４０ａとの間、光ファイバ３０ｂと光電子増倍管４０ｂとの間に、減衰フィルタなどが挿入されていてもよい。
【００４１】
波高分析装置５０ａは、長波長発光素子２３ａの発光に起因した信号成分を、電気ノイズや光電子増倍管４０ａでのダークカレントなどのバックグラウンドの低波高値成分から分離して計測する。同様に、波高分析装置５０ｂは、長波長発光素子２３ｂの発光に起因した信号成分を、電気ノイズや光電子増倍管４０ｂでのダークカレントなどのバックグラウンドの低波高値成分から分離して計測する。
そして、波高分析装置５０は、所定の波高値以上と分析された電気信号の計数を算出する。
【００４２】
差分処理装置６０は、波高分析装置５０ａで算出された計数から、波高分析装置５０ｂで算出された計数を引くことで、高エネルギーγ線Ａとコンバータ１０との光核反応に起因した成分のみ計数する。
【００４３】
第３実施形態に係る放射線計測装置３００によれば、コンバータを含む検出系統及びコンバータを含まない検出系統の両系統を有する。これにより、長波長発光素子を用いた単一光子計測のような計測系に対しても，低エネルギーγ線に対する感度を低くし、高エネルギーγ線に対する感度を高くした放射線計測装置３００を実現できる。
【００４４】
[第４実施形態]
≪放射線計測装置の構成≫
次に、図４を参照して、第４実施形態に係る放射線計測装置４００の構成について説明する。
【００４５】
第４実施形態に係る放射線計測装置４００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００が発光素子２０における一つの面にのみコンバータ１０を備えているのに対して、第４実施形態に係る放射線計測装置４００は、発光素子２１における全ての面にコンバータ１０を備えている点である。
【００４６】
高エネルギーγ線Ａ＿２の進行方向には、コンバータ１０、発光素子２１、コンバータ１０が配置されている。高エネルギーγ線Ａ＿２が、上側のコンバータ１０（発光素子２１の上面に接して設けられるコンバータ１０）に対して、光核反応も相互作用も起こさず、発光素子２１に対して、光核反応も相互作用も起こさなかった場合、高エネルギーγ線Ａ＿２は、下側のコンバータ１０（発光素子２１の下面に接して設けられるコンバータ１０）へと入射する。
発光素子２１を透過した後の高エネルギーγ線Ａ＿２において、下側のコンバータ１０での反応確率と上側のコンバータ１０での反応確率との間に違いはない。従って、下側のコンバータ１０と高エネルギーγ線Ａ＿２との間で光核反応が生じると荷電粒子１０１が発生する。
【００４７】
コンバータ１０がＬｉ、高エネルギーγ線Ａ＿２のエネルギーが、約６［ＭｅＶ］である場合、荷電粒子１０１＿２は、約１．６［ＭｅＶ］のエネルギーを持つアルファ粒子と、約２．１［ＭｅＶ］のエネルギーを持つ三重水素イオンである。
【００４８】
これらは、光核反応によって、下側のコンバータ１０内で発生し、一部は方向余弦が９０度以上の方向に進む。この際、アルファ粒子或いは三重水素イオンは、発光素子２０へと入射し、発光素子２１にエネルギーを付与する。即ち、発光素子２１の全周をコンバータ１０で覆うことによって、高エネルギーγ線に対する感度を最大で２倍以上向上させた放射線計測装置４００を実現できる。
【００４９】
第４実施形態に係る放射線計測装置４００によれば、発光素子２１の全周をコンバータ１０で覆うことによって、高エネルギーγ線の計測に対して感度を高くし、荷電粒子の発生確率を増加させることが可能である。これにより、低エネルギーγ線に対する感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置４００を実現できる。
【００５０】
[第５実施形態]
≪放射線計測装置の構成≫
次に、図５を参照して、第５実施形態に係る放射線計測装置５００の構成について説明する。
【００５１】
第５実施形態に係る放射線計測装置５００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００が発光素子２０における一つの面にのみコンバータ１０を備えているのに対して、第５実施形態に係る放射線計測装置５００は、発光素子２５における全ての面にコンバータ１０を備えている点である。
また、第５実施形態に係る放射線計測装置５００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００が１本の光ファイバ３０を備えているのに対して、第５実施形態に係る放射線計測装置５００は、４本の光ファイバ３０及びカプラ３１０を備えている点である。
【００５２】
発光素子２５＿ｋの上面には、コンバータ１０＿ｆが設けられ、発光素子２５＿ｋの下面には、コンバータ１０＿ｇが設けられる。発光素子２５＿lの上面には、コンバータ１０＿ｇが設けられ、発光素子２５＿lの下面には、コンバータ１０＿ｈが設けられる。発光素子２５＿ｍの上面には、コンバータ１０＿ｈが設けられ、発光素子２５＿ｍの下面には、コンバータ１０＿ｉが設けられる。発光素子２５＿ｎの上面には、コンバータ１０＿ｉが設けられ、発光素子２５＿ｎの下面には、コンバータ１０＿ｊが設けられる。
なお、各コンバータ、各発光素子は、それぞれ共に同じ種類である。このため、コンバータでの光核反応の閾エネルギーは、各層で同じであり、計測される高エネルギーγ線（高エネルギーγ線Ａ＿ｋ、高エネルギーγ線Ａ＿ｌ、高エネルギーγ線Ａ＿ｍ、高エネルギーγ線Ａ＿ｎ）のエネルギーも層ごとに差異はない。
【００５３】
全ての発光素子の厚さは、荷電粒子１０１の飛程程度の厚さとなっているため、γ線の相互作用によって発生した電子の飛程よりも短く、電子の全エネルギーは付与されない。このため、波高分析装置５０において、一定以上の波高値を持つ成分を計数することにより、高エネルギーγ線を計測できる。また、層を増加させても弁別する波高値レベルに変化がないため、必要な計数が得られる層のみ増加させることもできる。
【００５４】
カプラ３１０は、光ファイバ３０＿ｋによって伝送される光、光ファイバ３０＿lによって伝送される光、光ファイバ３０＿ｍによって伝送される光、光ファイバ３０＿ｎによって伝送される光を集約する。なお、カプラ３１０は、必ずしも必要ではなく、全ての光ファイバ（光ファイバ３０＿ｋ、光ファイバ３０＿l、光ファイバ３０＿ｍ、光ファイバ３０＿ｎ）が、直接的に、光電子増倍管４０に接続されていてもよい。
【００５５】
光電子増倍管４０は、発光素子２５＿ｋが発光する光を光電変換して、電気信号を波高分析装置５０へと出力する。また、光電子増倍管４０は、発光素子２５＿ｌが発光する光を光電変換して、電気信号を波高分析装置５０へと出力する。また、光電子増倍管４０は、発光素子２５＿ｍが発光する光を光電変換して、電気信号を波高分析装置５０へと出力する。また、光電子増倍管４０は、発光素子２５＿ｎが発光する光を光電変換して、電気信号を波高分析装置５０へと出力する。なお、発光素子の構成が同じであるため、同一の光電子増倍管４０で、全ての発光素子が発光する光を、光電変換することが可能である。
【００５６】
図５に示すように、高エネルギーγ線Ａは、上方から下方へと向かって、放射線計測装置５００へと入射する。
【００５７】
高エネルギーγ線Ａ＿ｋとコンバータ１０＿ｆとの間で、光核反応が起こることで発生する荷電粒子１０１＿ｆｋは発光素子２５＿ｋへとエネルギーを付与し、発光素子２０＿ｋが発光する。
【００５８】
高エネルギーγ線Ａ＿ｋと同程度のエネルギーを持つ高エネルギーγ線Ａ＿ｌは、コンバータ１０＿ｆ及び発光素子２５＿ｋを透過し、コンバータ１０＿ｇで、光核反応を起こす。発生した荷電粒子１０１＿ｇｌが発光素子２５＿ｌにエネルギーを付与することで、発光素子２５＿ｌが発光する。
【００５９】
高エネルギーγ線Ａ＿ｋ及び高エネルギーγ線Ａ＿ｌと同程度のエネルギーを持つ高エネルギーγ線Ａ＿ｍは、コンバータ１０＿ｆ、コンバータ１０＿ｇ、発光素子２５＿ｋ、発光素子２５＿ｌを透過し、コンバータ１０＿ｈで、光核反応を起こす。発生した荷電粒子１０１＿ｈｍが発光素子２５＿ｍにエネルギーを付与することで、発光素子２５＿ｍが発光する。
【００６０】
高エネルギーγ線Ａ＿ｋ、高エネルギーγ線Ａ＿ｌ、高エネルギーγ線Ａ＿ｍと同程度のエネルギーを持つ高エネルギーγ線Ａ＿ｎは、コンバータ１０＿iに至るまで透過し、コンバータ１０＿iで、光核反応を起こす。発生した荷電粒子１０１＿iｎが発光素子２５＿ｎにエネルギーを付与することで、発光素子２５＿ｎが発光する。
【００６１】
なお、これら一連の過程で、荷電粒子１０１からエネルギーを付与される発光素子は、必ずしも、高エネルギーγ線入射方向の方向余弦が９０度以下の範囲にある必要はない。例えば、高エネルギーγ線Ａ＿ｎとコンバータ１０＿iとの間で、光核反応が起こる時に発生する荷電粒子１０１＿iｍが、発光素子２５＿ｍにエネルギーを付与してもよい。
【００６２】
第５実施形態に係る放射線計測装置５００によれば、高エネルギーγ線（高エネルギーγ線Ａ＿ｋ、高エネルギーγ線Ａ＿ｌ、高エネルギーγ線Ａ＿ｍ、高エネルギーγ線Ａ＿ｎ）が光核反応を起こす機会を増やすことができる。即ち、発生した荷電粒子が全エネルギーを失う前に、発光素子に入射し易い構造であるため、計数を増やすことが可能である。これにより、低エネルギーγ線に対する感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置５００を実現できる。
【００６３】
[第６実施形態]
≪放射線計測装置の構成≫
次に、図６及び図７を参照して、第６実施形態に係る放射線計測装置６００の構成について説明する。
【００６４】
第６実施形態に係る放射線計測装置６００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００が発光素子２０を１つ備えているのに対して、第６実施形態に係る放射線計測装置６００は、発光素子２６を４つ備えている点である。
また、第６実施形態に係る放射線計測装置６００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００が発光素子２０における一つの面にのみコンバータ１０を備えているのに対して、第６実施形態に係る放射線計測装置６００は、発光素子２６における全ての面に異なるコンバータ１０を備えている点である。
また、第６実施形態に係る放射線計測装置６００が、第１実施形態に係る放射線計測装置１００と異なる点は、第１実施形態に係る放射線計測装置１００がデータ分析装置７０を備えていないのに対して、第６実施形態に係る放射線計測装置６００は、データ分析装置７０を備えている点である。
【００６５】
第１層６０１は、発光素子２６＿１１と、コンバータ１０＿１１と、を備えており、光ファイバ３０＿１１を介して、光電子増倍管４０＿１１に接続されている。光電子増倍管４０＿１１は、信号ケーブルを介して、波高分析装置５０＿１１に接続されている。
第２層６０２は、発光素子２６＿１２と、コンバータ１０＿１２と、を備えており、光ファイバ３０＿１２を介して、光電子増倍管４０＿１２に接続されている。光電子増倍管４０＿１２は、信号ケーブルを介して、波高分析装置５０＿１２に接続されている。
第３層６０３は、発光素子２６＿１３と、コンバータ１０＿１３と、を備えており、光ファイバ３０＿１３を介して、光電子増倍管４０＿１３に接続されている。光電子増倍管４０＿１３は、信号ケーブルを介して、波高分析装置５０＿１３に接続されている。
第４層６０４は、発光素子２６＿１４と、コンバータ１０＿１４と、を備えており、光ファイバ３０＿１４を介して、光電子増倍管４０＿１４に接続されている。光電子増倍管４０＿１４は、信号ケーブルを介して、波高分析装置５０＿１４に接続されている。
なお、第６実施形態に係る放射線計測装置６００における層の数は、特に限定されるものではなく、４層より少なくてもよいし、４層より多くてもよい。
【００６６】
各コンバータ（コンバータ１０＿１１、コンバータ１０＿１２、コンバータ１０＿１３、コンバータ１０＿１４）は、それぞれ光核反応の閾エネルギーが異なり、高エネルギーγ線の入射する側に近い程、光核反応の閾エネルギーが高い。
【００６７】
高エネルギーγ線Ａ＿１１は、コンバータ１０＿１１の光核反応の閾エネルギーよりも高いエネルギーを持つ。
高エネルギーγ線Ａ＿１２は、コンバータ１０＿１２の光核反応の閾エネルギー以上で、コンバータ１０＿１１の光核反応の閾エネルギー以下のエネルギーを持つ。
高エネルギーγ線Ａ＿１３は、コンバータ１０＿１３の光核反応の閾エネルギー以上で、コンバータ１０＿１２の光核反応の閾エネルギー以下のエネルギーを持つ。
高エネルギーγ線Ａ＿１４は、コンバータ１０＿１４の光核反応の閾エネルギー以上で、コンバータ１０＿１３の光核反応の閾エネルギー以下のエネルギーを持つ。
即ち、高エネルギーγ線の入射側に近い位置に設置されるコンバータは、高エネルギーγ線の入射側から遠い位置に設置されるコンバータより、光核反応の閾エネルギーが高い。また、隣接するコンバータは、計測対象の高エネルギーγ線のエネルギーを挟む閾エネルギーを、それぞれ有することになる。
【００６８】
高エネルギーγ線Ａ＿１４は、コンバータ１０＿１１、コンバータ１０＿１２、コンバータ１０＿１３では、光核反応を起こさず、コンバータ１０＿１４では、光核反応を起こすエネルギーを持つ。
高エネルギーγ線Ａ＿１４とコンバータ１０＿１４との間で、光核反応が起こることで発生する荷電粒子１０１＿１４が発光素子２６＿１４にエネルギーを付与することで、発光素子２６＿１４は発光する。
発光素子２６＿１４で生じた光は、光ファイバ３０＿１４で伝送され、光電子増倍管４０＿１４で光電変換することで電気信号となる。波高分析装置５０＿１４は、波高値を弁別し、発光素子２６＿１４で生じた光を、計測する。
【００６９】
高エネルギーγ線Ａ＿１３は、コンバータ１０＿１１、コンバータ１０＿１２では、光核反応を起こさず、コンバータ１０＿１３では、光核反応を起こすエネルギーを持つ。
高エネルギーγ線Ａ＿１３とコンバータ１０＿１３との間で光核反応が起こることで発生する荷電粒子１０１＿１３が、発光素子２６＿１３にエネルギーを付与することで、発光素子２６＿１３は発光する。
発光素子２６＿１３で生じた光は、光ファイバ３０＿１３で伝送され、光電子増倍管４０＿１３で光電変換することで電気信号となる。波高分析装置５０＿１３は、波高値を弁別し、発光素子２６＿１３で生じた光を、計測する。
【００７０】
高エネルギーγ線Ａ＿１２は、コンバータ１０＿１１では光核反応を起こさず、コンバータ１０＿１２では光核反応を起こすエネルギーを持つ。
高エネルギーγ線Ａ＿１２とコンバータ１０＿１２との間で、光核反応が起こることで発生する荷電粒子１０１＿１２が、発光素子２６＿１２にエネルギーを付与することで、発光素子２６＿１２は発光する。
発光素子２６＿１２で生じた光は、光ファイバ３０＿１２で伝送され、光電子増倍管４０＿１２で光電変換することで電気信号となる。波高分析装置５０＿１２は、波高値を弁別し、発光素子２６＿１２で生じた光を、計測する。
【００７１】
高エネルギーγ線Ａ＿１１は、コンバータ１０＿１１では光核反応を起こすエネルギーを持つ。
高エネルギーγ線Ａ＿１１とコンバータ１０＿１１との間で光核反応が起こることで発生する荷電粒子１０１＿１１が、発光素子２６＿１１にエネルギーを付与することで、発光素子２６＿１１は発光する。
発光素子２６＿１１で生じた光は、光ファイバ３０＿１１で伝送され、光電子増倍管４０＿１１で光電変換することで電気信号となる。波高分析装置５０＿１１は、波高値を弁別し、発光素子２６＿１１で生じた光を、計測する。
【００７２】
この際、高エネルギーγ線とコンバータの間の光核反応は、高エネルギーγ線のエネルギーが、閾エネルギーよりも高ければ起こり得る。このため、高エネルギーγ線が、光核反応が起こり得る最初のコンバータを透過した以後に入射するコンバータにおいても、光核反応は起こり得る。
つまり、高エネルギーγ線Ａ＿１３は、コンバータ１０＿１３だけでなく、コンバータ１０＿１４でも光核反応を起こす可能性がある。また、高エネルギーγ線Ａ＿１２は、コンバータ１０＿１２だけでなく、コンバータ１０＿１３、コンバータ１０＿１４でも光核反応を起こす可能性がある。また、高エネルギーγ線Ａ＿１１は、コンバータ１０＿１２、コンバータ１０＿１３、コンバータ１０＿１４でも光核反応を起こす可能性がある。
【００７３】
図７に示すように、データ分析装置７０は、γ線強度算出機能７０１、γ線強度算出機能７０２、γ線強度算出機能７０３、γ線強度算出機能７０４、換算装置７１１、換算装置７１２、換算装置７１３、換算装置７１４、換算装置７１５、換算装置７１６、差分処理装置７２１、差分処理装置７２２、差分処理装置７２３、などを備えている。
【００７４】
データ分析装置７０は、それぞれの波高分析装置（波高分析装置５０＿１１、波高分析装置５０＿１２、波高分析装置５０＿１３、波高分析装置５０＿１４）から取得したデータに基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１１の強度、高エネルギーγ線Ａ＿１２の強度、高エネルギーγ線Ａ＿１３の強度、高エネルギーγ線Ａ＿１４の強度を出力する。
なお、データ分析装置７０は、必ずしも波高分析装置に直接接続される必要はなく、スケーラーなどを介して接続されていてもよい。また、データ分析装置７０は、独立した装置として、計数が直接入力されることでデータ分析する装置であってもよい。
【００７５】
データ分析装置７０は、コンバータの種類で分けられた各層（第１層６０１、第２層６０２、第３層６０３、第４層６０４）ごとのデータを集約し、高エネルギーγ線の強度を分析する。例えば、データ分析装置７０は、分析対象の高エネルギーγ線が入射する側の層から順に、高エネルギーγ線の強度を分析する。具体的には、データ分析装置７０は、上層の発光素子の発光回数に基づいて強度が算出された高エネルギーγ線が、下層の発光素子の発光に寄与した回数を算出する。そして、データ分析装置７０は、下層の発光素子の全発光回数に基づいて強度が算出された高エネルギーγ線の発光回数を引くことにより、下層の発光素子で初めて発光に寄与した高エネルギーエネルギー帯のγ線の強度を算出する。
【００７６】
高エネルギーγ線の強度の算出方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、対象の高エネルギーγ線による発光素子の発光量や計数からデータベースを元に算出しても良いし、また、例えば、光核反応断面積や荷電粒子の発光素子への入射確率などを用いて算出しても良い。
なお、データ分析装置７０の出力としては、高エネルギーγ線の強度のみならず、高エネルギーγ線の強度以外の計数、放射能、或いは、線量率などであっても良い。その場合、後述のγ線強度算出装置の代わりに、線量率換算装置や放射能算出装置などを使用することも可能である。
【００７７】
γ線強度算出機能７０１は、波高分析装置５０＿１１から入力される一定の波高値以上の電気信号の計数に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１１の強度を算出する。ここでは、コンバータ１０＿１１に高エネルギーγ線が入射する。
【００７８】
換算装置７１１は、γ線強度算出機能７０１で算出された高エネルギーγ線Ａ＿１１の強度に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１１によって、コンバータ１０＿１２で光核反応を起こし、発光素子２６＿１２を発光させ、波高分析装置５０＿１２で、一定の波高値以上と分析された信号の計数を算出する。
【００７９】
換算装置７１２は、γ線強度算出機能７０１で算出された高エネルギーγ線Ａ＿１１の強度に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１１によって、コンバータ１０＿１３で光核反応を起こし、発光素子２６＿１３を発光させ、波高分析装置５０＿１３で、一定の波高値以上と分析された信号の計数を算出する。
【００８０】
換算装置７１３は、γ線強度算出機能７０１で算出された高エネルギーγ線Ａ＿１１の強度に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１１によって、コンバータ１０＿１４で光核反応を起こし、発光素子２６＿１４を発光させ、波高分析装置５０＿１４で、一定の波高値以上と分析された信号の計数を算出する。
【００８１】
差分処理装置７２１は、波高分析装置５０＿１２から入力される計数から、換算装置７１１で換算された計数を引いた計数を、γ線強度算出機能７０２へと出力する。
【００８２】
γ線強度算出機能７０２は、差分処理装置７２１から入力される計数に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１２の強度を算出する。
【００８３】
換算装置７１４は、γ線強度算出機能７０２で算出された高エネルギーγ線Ａ＿１２の強度に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１２によって、コンバータ１０＿１３で光核反応を起こし、発光素子２６＿１３を発光させ、波高分析装置５０＿１３で、一定の波高値以上と分析された信号の計数を算出する。
【００８４】
換算装置７１５は、γ線強度算出機能７０２で算出された高エネルギーγ線Ａ＿１２の強度に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１２によってコンバータ１０＿１４で光核反応を起こし、発光素子２６＿１４を発光させ、波高分析装置５０＿１４で、一定の波高値以上と分析された信号の計数を算出する。
【００８５】
差分処理装置７２２は、波高分析装置５０＿１３から入力される計数から、換算装置７１２で換算された計数及び換算装置７１４で換算された計数を引いた計数を、γ線強度算出機能７０３へと出力する。
【００８６】
γ線強度算出機能７０３は、差分処理装置７２２から入力される計数に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１３の強度を算出する。
【００８７】
換算装置７１６は、γ線強度算出機能７０３で算出された高エネルギーγ線Ａ＿１３の強度に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１３によって、コンバータ１０＿１４で光核反応を起こし、発光素子２６＿１４を発光させ、波高分析装置５０＿１４で、一定の波高値以上と分析された信号の計数を算出する。
【００８８】
差分処理装置７２３は、波高分析装置５０＿１４から入力される計数から、換算装置７１３で換算された計数、換算装置７１５で換算された計数、及び換算装置７１６で換算された計数を引いた計数を、γ線強度算出機能７０４へと出力する。
【００８９】
γ線強度算出機能７０４は、差分処理装置７２３から入力される計数に基づいて、高エネルギーγ線Ａ＿１４の強度を算出する。
【００９０】
上述のように、データ分析装置７０は、エネルギーの異なる高エネルギーγ線Ａ＿１１の強度、高エネルギーγ線Ａ＿１２の強度、高エネルギーγ線Ａ＿１３の強度、高エネルギーγ線Ａ＿１４の強度を分離して算出することができる。
なお、換算装置における計数の換算方法は、特に限定されるものではなく、データベースを元に算出しても良いし、コンバータの光核反応断面積や荷電粒子の発光素子への入射確率などを用いて算出しても良い。
【００９１】
第６実施形態に係る放射線計測装置６００によれば、発光素子とコンバータとで構成される層を、コンバータの種類が異なる多層構造とすることで、光核反応の閾エネルギーを利用し、高エネルギーガンマ線をエネルギー帯ごとに分離して計測することができる。これにより、低エネルギーγ線に対して感度が低く、高エネルギーγ線に対して感度が高い放射線計測装置６００を実現できる。
【００９２】
以上、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９３】
１０                コンバータ
２０，２５                発光素子
２１，２３ａ              長波長発光素子（第１長波長発光素子）
２３ｂ              長波長発光素子（第２長波長発光素子）
３０                光ファイバ
４０                光電子増倍管
５０                波高分析装置
６０                差分処理装置
７０                データ分析装置
１００              放射線計測装置
２００              放射線計測装置
３００              放射線計測装置
３００ａ            系統（第１系統）
３００ｂ            系統（第２系統）
４００              放射線計測装置
５００              放射線計測装置
６００              放射線計測装置
【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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