(57)【要約】【課題】ＭＳＧＣなどの電子飛跡検出部には、電離電子をガス増幅するための電圧を印加しているが、放射線計測に関係しない電子まで増幅しているため、電極の劣化を進行させる可能性があるという課題を解決する技術を提供する。【解決手段】ガンマ線などの放射線が検出されたのち所定の時間だけ、電子飛跡検出部１０７の電極への印加電圧を必要なガス電子増幅率が得られる電圧に設定し、それ以外の期間は電圧を下げておく。これにより、計測に使用しない電離電子の増幅を抑え、電極の劣化を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線を検出する放射線検出部と、
前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生した電離電子を、電子雪崩現象を用いて増幅し、前記反跳電子の飛跡を検出する電子飛跡検出部と、
前記散乱体を介して前記電子飛跡検出部の電極と対向する電極を、前記電子飛跡検出部の電極に対して負電位として電界を印加する電界印加部と、
前記散乱放射線の検出結果の情報と前記反跳電子の飛跡の検出結果の情報とから前記入射放射線の到来方向を求める計測部と、
を有し、
前記放射線検出部において散乱放射線の到着を検知した後、所定の時間だけ、前記電子飛跡検出部に印加する電圧を第一の電圧に設定し、それ以外の期間では前記電子飛跡検出部に印加する電圧を前記第一の電圧より低い第二の電圧に設定することを特徴とする放射線計測装置。
【請求項２】
前記第一の電圧は、必要なガス電子増幅率を得るための電圧であることを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。
【請求項３】
前記所定の時間は、前記放射線検出部で放射線の到着を検知した時点から、前記散乱体内で発生した前記電離電子が前記電子飛跡検出部に到達するまでの時間の最大値以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線計測装置。
【請求項４】
前記所定の時間は、前記放射線検出部で放射線の到着を検知した時点から、前記散乱体内で発生した前記反跳電子の飛跡の検出が完了するまでの時間の最大値以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線計測装置。
【請求項５】
前記電子飛跡検出部に印加する電圧を前記第一の電圧と前記第二の電圧との間で切り換えるときに、バイアス抵抗値の切り換えを行うことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の放射線計測装置。
【請求項６】
前記電界印加部は、前記放射線検出部で放射線の到着を検知した時点から、前記所定の時間だけ前記電界を印加することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の放射線計測装置。
【請求項７】
前記電子飛跡検出部は複数の部分で構成されることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の放射線計測装置。
【請求項８】
前記散乱体はガスからなり、
前記電子飛跡検出部の一部を第一電極とし、前記ガス部を介して前記電子飛跡検出部と対向する位置に前記電界印加部の第二電極が配置され、
前記第一電極に対して前記第二電極を負電位として、前記電離電子を前記第一電極の方向にドリフトさせるための電界を印加するように前記電界印加部が構成されていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の放射線計測装置。
【請求項９】
放射線はガンマ線であることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の放射線計測装置。
【請求項１０】
入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線を検出するステップと、
前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生した電離電子に対して電界を印加してドリフトさせるステップと、
前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生し、ドリフトした電離電子を、電子雪崩現象を用いて増幅し、前記反跳電子の飛跡を検出するステップと、
前記散乱放射線の検出結果の情報と前記反跳電子の飛跡の検出結果の情報とから前記入射放射線の到来方向を求めるステップと、
を有し、
前記飛跡検出ステップにおいて、前記放射線検出ステップにおいて散乱放射線の到着を検知した後、所定の時間だけ、前記増幅のために印加する電圧を第一の電圧に設定し、それ以外の期間では電圧を前記第一の電圧より低い第二の電圧に設定することを特徴とする放射線計測方法。
【請求項１１】
前記第一の電圧は、必要なガス電子増幅率を得るための電圧であることを特徴とする請求項１０に記載の放射線計測方法。
【請求項１２】
前記電界を印加してドリフトさせるステップにおいて、前記放射線検出ステップで放射線の到着を検知した時点から、前記所定の時間だけ前記電界を印加することを特徴とする請求項１０または１１に記載の放射線計測方法。
【請求項１３】
放射線はガンマ線であることを特徴とする請求項１０から１２の何れかに記載の放射線計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス式の電子飛跡検出型コンプトンカメラなどにおいて、電離電子による電極の劣化を抑制することができるガンマ線などの放射線の計測方法、計測装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプトン散乱を利用したガンマ線検出器には、ＭＳＧＣ（マイクロストリップガスチャンバー）を使用したものが提案されている（非特許文献１参照）。また、電離電子によって検出器の電極が汚染されることも知られている（特許文献１参照）。これに対し、特許文献２は、電離電子の検出量をモニターし、検出量によって、検出器のカソード電極とアノード電極の間に印加する電圧を制御することで、放射線測定のダイナミックレンジを広くする技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平０４−０１６８９７号公報
【特許文献２】特開２０００−７５０３７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】MSGC開発史  神戸大  越智敦彦  MPGD研究会  Dec.3,2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電離電子の発生要因としては、コンプトン散乱により飛び出した反跳電子に起因するものの他に、入射ガンマ線と各部の構成材料との相互作用により発生した特性Ｘ線に起因するものなどがある。非特許文献１に記載されているような従来の構成では、電子増幅のための電圧が常に印加された状態であるため、前述したコンプトン散乱に起因した電離電子だけでなく、放射線計測に必要のない特性Ｘ線に起因した電離電子までも増幅している。しかし、特許文献１に説明されているように、電極の劣化は、電離電子の増幅過程で生じるクエンチングガスの分解生成物であるポリマーが電極に付着することで進行するので、上記従来の構成では、電極の劣化の抑制が十分とは言い難い。
【０００６】
また、特許文献２では、電子検出量をフィードバックして電子増幅用の電圧を制御しているが、反跳電子の飛跡を検出するには、コンプトン散乱によって反跳電子が飛び出す度に、電離電子を計測する必要がある。しかし、特許文献２には、１回ごとに、反跳電子の飛跡を検出しながら電子増幅のための電圧を制御する方法は開示されていない。本発明は、こうした課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、反跳電子の飛跡計測に不要な電離電子のガス増幅を抑え、電極の寿命を延ばすことで、計測精度を維持するために必要となる電極の洗浄や交換などのメンテナンス頻度を下げ、メンテナンスにより計測できない期間を少なくする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の放射線計測装置は、入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線を検出する放射線検出部と、前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生した電離電子を、電子雪崩現象を用いて増幅し、前記反跳電子の飛跡を検出する電子飛跡検出部と、前記散乱体を介して前記電子飛跡検出部の電極と対向する電極を、前記電子飛跡検出部の電極に対して負電位として電界を印加する電界印加部と、前記散乱放射線の検出結果の情報と前記反跳電子の飛跡の検出結果の情報とから前記入射放射線の到来方向を求める計測部と、を有する。そして、前記放射線検出部において放射線の到着を検知した後、所定の時間だけ、前記電子飛跡検出部に印加する電圧を第一の電圧に設定し、それ以外の期間では前記電子飛跡検出部に印加する電圧を前記第一の電圧より低い第二の電圧に設定する。
【０００８】
また、本発明の放射線計測方法は、  入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線を検出するステップと、前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生した電離電子に対して電界を印加してドリフトさせるステップと、前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生し、ドリフトした電離電子を、電子雪崩現象を用いて増幅し、前記反跳電子の飛跡を検出するステップと、前記散乱放射線の検出結果の情報と前記反跳電子の飛跡の検出結果の情報とから前記入射放射線の到来方向を求めるステップと、を有する。そして、前記飛跡検出ステップにおいて、前記放射線検出ステップにおいて散乱放射線の到着を検知した後、所定の時間だけ、前記増幅のために印加する電圧を第一の電圧に設定し、それ以外の期間では電圧を前記第一の電圧より低い第二の電圧に設定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反跳電子の飛跡検出に関係ない電離電子のガス電子増幅率を下げることで、電子飛跡検出部の電極の寿命を延ばすことができるので、計測精度を維持するために必要となる電極の洗浄や交換などのメンテナンス頻度を下げ、メンテナンスにより計測できない期間を少なくする技術を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の放射線計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例１の動作を説明するフローチャートおよびタイミングチャート。
【図３】本発明で使用するガス電子増倍部の代表例のＭＳＧＣ（上記非特許文献１の記載による）を説明する図。
【図４−１】本発明の有用性を説明する印加電圧とガス増幅率を説明する図。
【図４−２】本発明の有用性を説明する印加電圧とガス増幅率を説明する図。
【図５】本発明の実施例２の放射線計測装置の構成を示すブロック図。
【図６】実施例２の動作を説明するタイミングチャート。
【図７】本発明の実施例２で高速化が必要ない場合の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の実施例３の放射線計測装置の構成を示すブロック図。
【図９】本発明の実施例４の放射線計測装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では、散乱放射線が検出されたのち所定の時間だけ、電子飛跡検出部の電極への印加電圧を必要なガス増幅率が得られる第一の電圧に設定し、それ以外の期間は第一の電圧より低い第二の電圧を下げておく。このことで、計測に使用しない電離電子の増幅を抑え、前記電極の劣化を抑制する。すなわち、コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生した電離電子の飛跡を検出するのに必要とされる所定の時間だけ、反跳電子による電離電子の飛跡を検出する電子飛跡検出部に、必要な電子雪崩現象を起こすために十分な電圧を供給する。散乱ガンマ線などの散乱放射線の速度は非常に高速であるので、コンプトン散乱を生じた時点は散乱放射線の検出時点と同じとみなし得る。
【００１２】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、放射線はガンマ線であるとして説明するが、コンプトン散乱を起こすに十分なエネルギーを有するＸ線など、その他の放射線であっても計測原理は同じである。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１である放射線計測装置の機能的な構成を示すブロック図であり、以下の７つのブロックで構成されている。ガンマ線検出部１０８は、コンプトン散乱により発生した散乱ガンマ線を検出すると、ガンマ線イベント信号を出力すると共に、散乱ガンマ線が到達した位置情報を出力する。ガスチャンバー１０５のドリフトプレーン１０６は、コンプトン散乱によって飛び出した反跳電子が生成した電離電子を電子飛跡検出部へドリフトするための負電位を印加する電極である。この電極は、ガス部である散乱体を介して、次に説明するカソードストリップ（電極）と対向し、カソードストリップに対して負電位が印加されることで電離電子を電子飛跡検出部１０７の方向へドリフトさせる電界を発生する。
【００１３】
電子飛跡検出部１０７は、マトリックス状に配置されたカソードストリップ、アノードストリップ間に印加した強電場によって、ドリフトされた電離電子をガス電子増幅し電荷を検出する。電圧制御部１０４は、ガンマ線イベント信号が入力されると、予め指定した期間だけイネーブルとなる電圧制御信号を出力する。電界印加部１０１の第一高圧電源１０３は、電圧制御信号に従って、電子飛跡検出部１０７のカソードストリップ、アノードストリップ間に電圧を印加する。電界印加部１０１の第二高圧電源１０２は、ドリフトプレーン１０６に電圧を印加する。つまり、電子飛跡検出部の一部を第一電極とし、ガス部である散乱体を介して電子飛跡検出部と対向する位置に第二電極（ドリフトプレーン）が配置されている。そして、第一電極に対して第二電極を負電位として、電離電子を第一電極の方向にドリフトさせるための電界を印加するように電界印加部が構成されている。計測部１０９は、散乱ガンマ線の到達位置などの情報と反跳電子による電離電子の飛跡情報から後述のコンプトン散乱式を用いて逆算し、入射ガンマ線の方向を求める。
【００１４】
次に、全体の動作について図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は本実施例の動作を説明するフローチャート、図２（ｂ）はタイミングチャートである。ここで、「電子検出電圧印加」処理のステップ２０４の電子検出電圧とは、電離電子を検出するのに十分なガス電子増幅率が得られる第一の電圧の電圧値である。また、「待機電圧印加」処理のステップ２０２の待機電圧とは、なるべくガス電子増幅が小さくなるように電子検出電圧よりも低くした第二の電圧であり、理想的にはガス電子増幅が起こらない電圧である。しかし、好ましくは電圧変化の幅はなるべく小さくする。なぜなら、電圧の変化が大きければ大きいほど、電圧を高速に遷移させたときにオーバーシュートが大きくなり、電極間で放電が起きやすくなるためである。ステップ２０１の動作開始後、第一高圧電源１０３の出力電圧、つまり電子飛跡検出部１０７のカソードストリップ、アノードストリップ間の電圧として待機電圧が印加される。この期間は図２（ｂ）の２１０のガンマ線イベント前の期間に相当する。「ガンマ線イベントあり」判定のステップ２０３においてガンマ線検出部１０８でガンマ線が検出されると、そのタイミングを示すパルス状のガンマ線イベント信号２０６が電圧制御部１０４へ出力される。そして、第一高圧電源１０３の出力電圧、つまり電子飛跡検出部１０７のカソードストリップ、アノードストリップ間の電圧として電子検出電圧が印加される。
【００１５】
このとき電圧制御部１０４は、ガンマ線イベント信号が入力されると、電圧制御信号をＨｉｇｈにする。この電圧制御信号は所定の時間幅の信号である。詳しくは、ガンマ線検出部で散乱ガンマ線の到着を検知した時点から、電離電子が電子飛跡検出部１０７に到達するまでの時間の最大値以上の時間だけ、Ｈｉｇｈになる信号である。この最大値は、電子飛跡検出部のカソードストリップとドリフトプレーンの間隔をＤ、ガス電子のドリフト速度をＶとした時、Ｄ／Ｖとなるように設定されるものである。最大値以上の時間は、例えば最大値より１０％長い時間などであり、仕様に応じて適宜設定すればよい。若しくは、前記時間幅の信号は、ガンマ線検出部で散乱ガンマ線の到着を検知した時点から、反跳電子の飛跡検出が完了するまでの時間の最大値以上の時間だけ、Ｈｉｇｈになる信号である。飛跡検出は、計測部１０９の検出回路などで行われるが、飛跡検出の完了は、例えば、ここでの検出信号が一定時間、或る閾値以下となる時点で飛跡検出が完了したと見做すようなことで判断される。以上の期間は図２（ｂ）の２０７の期間であり、電子飛跡検出部１０７に対してこの期間のみ必要なガス電子増幅率が得られる電子検出電圧２０８が印加される。それ以外の期間はガス電子増幅がなるべく起きないように待機電圧２０９が印加されるように制御している。その後、電圧制御部１０４は電圧制御信号をＬｏｗにして、第一高圧電源１０３の出力を待機電圧にするよう制御する。この期間は図２（ｂ）の２１１の期間に相当し、次にガンマ線イベント信号が検出されるまで継続される。こうした制御は、「ガンマ線イベントから所定時間経過したか」を判定するステップ２０５で行われる。
【００１６】
図１には明記していないが、上記ガス電子増幅器の上段（ドリフトプレーン側）にＧＥＭ（Gas Electron Multiplier）を追加して使用する構成でもよく、その場合、ＧＥＭに印加する電圧を前記電圧制御信号で制御する構成にしてもよい。ガス電子増幅器は、例えば、50μm程度の厚さのポリイミドまたは液晶ポリマーのフィルムの両面を銅で被覆し、直径70μm程度の穴を多数開けたものである。銅薄膜を電極として用い、ガス中で２つの電極間に300V程度の電圧差を掛け、穴の中に強い電場を作り出し、その電場によって電子雪崩増幅を起こし、電離電子数を増やす。こうした構成によれば、１以上のＧＥＭをガス電子増幅器の上段に設けることで必要時の増幅率を更に大きくすることができる。ガス電子増幅が不必要な期間には、ＧＥＭに印加する電圧も下げるようにしてもよいし、ＧＥＭへの印加電圧は一定としてもよい。
【００１７】
次に、図３のＭＳＧＣを用いた場合を例にとりコンプトンカメラの動作、ガス電子増幅のメカニズムの説明を行う。図１のブロック図に対応する部分には同一符号を使用している。また、電子飛跡検出部１０７は、図３中のサブストレート３０３上に配置されたカソードストリップ（カソード）３０５、アノードストリップ（アノード）３０４、およびベース３０７上に配置されたバックストリップ３０６で構成される部分に対応する。ガンマ線検出部１０８は、図３中のシンチレータ３１０、光電子増倍管３１１、ヘッドアンプ３１２で構成される部分に対応する。
【００１８】
電子飛跡検出部１０７の電極であるカソードストリップ３０５とドリフトプレーン１０６との間の距離は１０ｃｍ程度で、−３０００Ｖ程度の電位差となっている。図３は模式図なのでアノード３０４は５本程度しか描かれていないが、実際にはアノード３０４間隔は２００μｍ程度で２００本以上ある。カソード３０５の幅は１００μｍ程度である。バックストリップ３０６の間隔も２００μｍ程度である。アノード３０４とカソード３０５との間は５０μｍ程度で電圧は５００Ｖ程度であり、１００,０００Ｖ／ｃｍ程度の電界がかけられている。ガスチャンバー１０５内部の厚さ１０ｃｍ程度のガス部３０２には、アルゴンにクエンチャーガスとして１０％程度のメタンかエタンが含まれている。それらの下部には、ガンマ線検出部１０８があり、上からシンチレータ３１０、光電子増倍管３１１、ヘッドアンプ３１２が複数マトリクス状に実装されている。マトリクスサイズは８×８〜２４×２４程度で、マトリクスの要素のサイズは３ｍｍ□〜６ｍｍ□程度である。
【００１９】
動作を説明する。チャンバー内に入射ガンマ線３１３が入射すると一部がコンプトン散乱点３１４でコンプトン散乱し、散乱ガンマ線３１５と反跳電子３１６となる。散乱ガンマ線３１５はシンチレータ３１０で複数の可視光線３１７となり、光電子増倍管３１１で光電変換されてさらに百万倍程度のエネルギーの電子に増幅され、ヘッドアンプ３１２で増幅され電気信号となる。そして複数あるヘッドアンプ３１２のどれかから該電気信号が入ると、パルス状のガンマ線イベント信号２０６が出力される。このガンマ線検出部１０８はマトリクス状に配置されているため、散乱ガンマ線の到着位置が検出される。
【００２０】
さらにコンプトン散乱点３１４からの反跳電子３１６は電離電子を生成し、その電離電子はドリフトプレーン１０６の負電位により、アノードストリップ３０４、カソードストリップ３０５のある方向へ移動する。そこで、アノードストリップ３０４、カソードストリップ３０５間の１００,０００Ｖ／ｃｍ程度の強電界で一気に数万倍の電子とイオンにガス電子増幅される。その飛跡がバックストリップ読み出し信号３０８、アノード読み出し信号３０９として検出され、その交点から電離電子の到達位置（Ｘ，Ｙ座標）が検出される。電子飛跡検出部１０７から飛跡までの距離（Ｚ座標）は、ガンマ線検出器による散乱ガンマ線の検出時点、即ちコンプトン散乱を生じた時点と、電子飛跡検出部１０７による電離電子の検出時点との差、および電離電子のドリフト速度から演算される。これらの信号のサンプリング周期は１０ｎｓから４０ｎｓ程度である。このようにして３次元位置が検出された反跳電子の飛跡のパターンの情報と散乱ガンマ線３１５の到着位置の情報とからコンプトン散乱式を逆算することで、コンプトン散乱位置３１４、入射ガンマ線３１３の方向が分かる。
【００２１】
コンプトン散乱式による逆算は次の数１の如きものである。即ち、以下の式（１）、（２）、（３）により入射ガンマ線の入射方向ベクトルｓ（入射方向の単位ベクトル）を算出する。なお式において、個々のコンプトン散乱事象についての反跳電子のエネルギーがＫｅ、散乱ガンマ線のエネルギーがＥγ、電子の反跳方向ベクトルがｅ、ガンマ線の散乱方向ベクトルがｇである。また、ｍは電子の静止質量、ｃは光速である。αは電子の反跳方向ベクトルｅとガンマ線の散乱方向ベクトルｇの成す角、φは入射ガンマ線の入射方向ベクトルとガンマ線の散乱方向ベクトルｇの成す角である。
ｓ＝（ｃｏｓφ−ｓｉｎφ／ｔａｎα）ｇ＋（ｓｉｎφ／ｓｉｎα）ｅ（１）
φ＝ｃｏｓ−１［１−（ｍｃ２／（Ｅγ＋Ｋｅ））・（Ｋｅ／Ｅγ）］      （２）
α＝ｃｏｓ−１［（１−ｍｃ２／Ｅγ）・（Ｋｅ／（Ｋｅ＋２ｍｃ２））１／２］（３）
【００２２】
図４−１にＭＳＧＣの基本となる比例計数管の印加電圧と増幅率の関係を示す。増幅率は印加電圧のべき乗にほぼ比例しているのが分かる。比例計数管（同心円筒電極として近似した）のパラメータは、アノード半径２５μｍ、カソード半径２５ｍｍ、１気圧、Ｇａｓ＝Ａｒ＋１０％ＣＨ４である。このときアノード周辺の電界は、１００,０００Ｖ／ｃｍ程度となる。例えば、電子検出電圧を２０００Ｖとすると増幅率は２０００であるが、待機電圧を１０％下げて１８００Ｖにすることで増幅率は８００となり６０％低下する。このように、ガス電子増幅率はアノードストリップ３０４とカソードストリップ３０５間の電圧のべき乗に比例するので、反跳電子による電離電子の飛跡検出期間以外は、電圧を少しでも下げておくことで電極劣化の抑制に大きな効果がある。
【００２３】
また、前述のＧＥＭを用いた場合、例えば、次のようになる。比例計数管（同心円筒電極として近似した）のパラメータは、アノード半径５μｍ、カソード半径５０ｍｍ、１気圧、Ｇａｓ＝Ａｒ＋１０％ＣＨ４とする。図４−２に、この場合の比例計数管の印加電圧と増幅率の関係を示す。電子検出を行う際に、アンプに入力する電荷量を５００００倍に増幅する必要がある場合、ＧＥＭを倍率が１０倍になるように構成すると、電子飛跡検出部で５０００倍とすれば、ＧＥＭと合わせて５０００×１０＝５００００倍となる。よって、この時の電子検出電圧は図４−２より約３６０Ｖとすれば良い。一方、図４−２より、待機電圧を２９０Ｖとすると、電子飛跡検出部で５００倍されるので、ＧＥＭと合わせて５００×１０＝５０００倍となり、増幅率は１／１０となる。このように、こうした場合でも、ガス電子増幅率はアノードストリップ３０４とカソードストリップ３０５間に印加する電圧のべき乗にほぼ比例するので、飛跡検出期間以外は比例計数管への電圧を下げておくことで電極劣化の抑制に大きな効果がある。
【００２４】
飛跡検出期間における増幅率の臨界性に関しては、ＭＳＧＣや計測部の検出回路の構成等に依存するので、明確に決めることはできない。従って、飛跡検出期間における「必要な増幅率」を得るための電圧（第一の電圧）は、「反跳電子による電離電子の飛跡を検出可能な信号とする増幅率」が得られる電圧といった規定の仕方しかできない。第一の電圧と第二の電圧（飛跡検出期間以外の期間に印加される電圧）の関係に関しても、その電圧比の範囲等を規定するのは困難である。しかし何れにせよ、第二の電圧＜第一の電圧とすれば、程度の差があるとしても電極劣化の抑制に効果がある。
【００２５】
（実施例２）
実施例２は、アノードストリップへ印加する電圧を高速に切り換えることを特徴としている。図５は本発明の実施例２である放射線計測装置のアノード信号を取り出す部分の回路構成図であり、図１の第一高圧電源１０３に対応する。実施例１で説明したブロック図に対応する部分には同一符号を使用している。切換信号生成部４０２は、電圧制御信号の状態を判別して切換信号Ａと切換信号Ｂを生成する。スイッチＡ４０３は切換信号ＡがＨｉｇｈの時にＯＮとなり、Ｌｏｗの時にＯＦＦとなる。スイッチＢ４０４は切換信号ＢがＨｉｇｈの時にＯＮとなり、Ｌｏｗの時にＯＦＦとなる。
【００２６】
まず、比較のため、電圧切り換え時間を高速化する必要がない場合の図７の回路構成例（これも本発明の実施例である）について説明する。実施例１および図５の説明部分については同一符号を用い、説明を省略する。アノードストリップ３０４には１ＭΩのバイアス抵抗４０６を介して電圧が印加されている。実施例１で説明した通り、反跳電子による電離電子を検出しない期間は、待機電圧が第一高圧電源１０３によって印加されている。散乱ガンマ線を検出すると、図１の電圧制御部１０４から出力される電圧制御信号がＨｉｇｈに変化し、第一高圧電源１０３は出力電圧を電子検出電圧にする。このとき、アノードストリップ３０４に印加される電圧が待機電圧から電子検出電圧に変化するまでの時間は、バイアス抵抗４０６とＤＣカット用コンデンサ４０７の時定数により求まる。ただし、アノードストリップ３０４の容量およびアンプ３０９の入力容量は十分小さいとする。図７の例では、時定数：１ＭΩ×６８０ｐＦ＝６８０μｓとなり、コンプトン散乱による散乱ガンマ線を検出してから６８０μｓ後から反跳電子の飛跡検出が可能になる。そのため、反跳電子によって生成した電離電子のうち、散乱ガンマ線検出時から６８０μｓ未満でアノードストリップ３０４に到達したものは検出できない。
【００２７】
次に、図５、図６を用いて、アノードストリップへの印加電圧を高速に変化させる場合の実施例２の動作について説明する。図５（ａ）の例では前記待機電圧を４５０Ｖ、前記電子検出電圧を５００Ｖとしている。図６（ａ）は切換信号生成部４０２の入出力関係と出力電圧の関係を示したタイミングチャートである。図６（ｂ）はスイッチＡ４０３とスイッチＢ４０４の状態と出力電圧との関係を表した出力電圧ステータス表である。図６（ａ）に沿って各ステータスの動作を説明する。
【００２８】
ステータス(3)：動作開始後、散乱ガンマ線を検出するまでは電圧制御信号がＬｏｗであり、切換信号生成部４０２によってスイッチＡ４０３はＯＮ、スイッチＢ４０４はＯＦＦとなっている。このときバイアス電圧４０９は、待機電圧のほぼ４５０Ｖとなる。
ステータス(2)：散乱ガンマ線を検出すると、電圧制御信号がＨｉｇｈに変化し、切換信号生成部４０２によってスイッチＡ４０３はＯＦＦ、スイッチＢ４０４はＯＮとなる。このときバイアス抵抗は、１ｋΩ抵抗４０５と１ＭΩ抵抗４０６が並列となり、約１ｋΩであるため、バイアス電圧４０９はほぼ電子検出電圧である５００Ｖとなる。また、時定数は１ｋΩ×６８０ｐＦ＝６８０ｎｓとなり図７の回路構成の６８０μｓと比べて高速に変化する。
【００２９】
ステータス(1)：電離電子がアノードストリップに到達したこと、つまり電荷量の変化を検出するには、バイアス側のインピーダンスを高くする必要がある。そのため、バイアス電圧が電子検出電圧である５００Ｖに達するまでの期間（時定数６８０ｎｓ）だけステータス(2)の状態を保持し、その後、バイアス抵抗を１ＭΩ抵抗４０６に切り換える必要がある。つまり切換信号生成部４０２は、電圧制御信号がＨｉｇｈに変化してから時定数の時間経過後に、スイッチＡ４０３をＯＦＦ、スイッチＢ４０４をＯＦＦとする。
ステータス(3)：散乱ガンマ線を検出してから所定の時間が経過すると、電圧制御信号がＬｏｗに変化し、切換信号生成部４０２はスイッチＡ４０３をＯＮ、スイッチＢ４０４をＯＦＦとする。このときバイアス電圧４０９は、前述した様に、ほぼ待機電圧の４５０Ｖとなる。また、時定数は１ｋΩ×６８０ｐＦ＝６８０ｎｓとなり図７の回路構成と比べて高速に変化する。
【００３０】
また、スイッチＡ４０３とスイッチＢ４０４が同時にＯＮになると電源がショートするため、ステータス遷移時に、ステータス(4)の状態が発生しないよう切換信号生成部４０２でシーケンスを組む必要がある。以上のように、電子飛跡検出部に印加する電圧を第一の電圧と第二の電圧との間で切り換えるときに、バイアス抵抗値の切り換えを行う。しかし、前述したように時定数を小さくして電圧を高速に遷移させるとオーバーシュートが大きくなり放電が起きやすくなる。そのため、バイアス抵抗を調整して電圧の遷移時間を長めにすることでオーバーシュートを小さくし、電子検出電圧に対して待機電圧をより低くすることもできる。ただし、この場合、電圧の遷移時間が長くなり電子飛跡検出部付近の検出精度が低くなるため、電圧変化の幅と時定数はトレードオフの関係にある。
【００３１】
図５（ｂ）はスイッチＡ４０３の回路構成例である。スイッチＢ４０４も同様の構成となり、外部との接続信号が異なるのみである。アイソレータ４１０はＴＴＬレベルの切換信号Ａを高圧制御信号へレベル変換している。ＦＥＴ４１１はバイアス電圧のスイッチとして動作する。ここで、図５（ａ）には４５５Ｖ電圧は示されていないが、図５（ｂ）のこの例では、スイッチ駆動用に、４５０Ｖより５Ｖ高い４５５Ｖを供給している。また、スイッチング時間を短くするため、アイソレータ４１０とＦＥＴ４１１にはスイッチング速度が数十ｎｓのものを使用する。例えばアイソレータとしてのAVAGO社のHCPL-9000では18nsであり、ＦＥＴとしてのTOSHIBA社のTK10E60Wでは45ns〜75nsである。そのため、切り換え時間は63〜93nsとなり、６８０ｎｓの時定数に対して十分短くできる。本実施例において、図５（ｂ）に示した回路構成は一例であり、スイッチとして動作する回路構成であれば、図５（ｂ）に示した回路構成に限るものではない。
【００３２】
（実施例３）
実施例３は、電圧制御信号に基づいて、反跳電子による電離電子の検出期間のみドリフトプレーン１０６に電圧を印加することを特徴としている。図８は、本発明の実施例３である放射線計測装置の機能的な構成を示すブロック図である。実施例１との相違点は、電圧制御信号を第二高圧電源７０２にも入力している点である。その他、実施例１で説明したブロックと同じものについては、同一符号を用いて説明を省略する。第二高圧電源７０２は、電圧制御信号に従って電圧のオン／オフを制御し、例えば電圧制御信号がＨｉｇｈのときにドリフト電圧を印加し、電圧制御信号がＬｏｗのときはドリフト電圧をオフにする。このように本実施例の電界印加部１０１は、放射線検出部で放射線の到着を検知した時点から、所定の時間だけドリフト電界を発生させる。
【００３３】
こうした構成とすることにより、反跳電子による電子飛跡の検出部１０７に印加する電圧が待機電圧から電子検出電圧に達するまで、電離電子のドリフト開始を遅らせることができる。従って、検出部の電極に近い位置で発生した電離電子についても、必要なガス増幅率を得ることができる。
【００３４】
（実施例４）
実施例４は、電子飛跡検出部１０７を複数の部分に分割して各々電圧制御することを特徴としている。図９は、本発明の実施例４である放射線計測装置の機能的な構成を示すブロック図である。実施例１との相違点は、電子飛跡検出部１０７を２枚に分割し、それぞれに第一高圧電源８０３からバイアス電圧を印加している点である。その他、実施例１で説明したブロックと同じものについては、同一符号を用い説明を省略する。
【００３５】
このような構成とすることにより、電子飛跡検出部１０７が大型になるなどの要因で浮遊容量が大きくなる可能性がある場合でも、分割した各部の浮遊容量を小さくできて個別に電圧制御できるので、電圧変化の時定数を小さくできる。従って、電極に近い位置で発生した電離電子についても、必要なガス増幅率を得ることができる。計測部１０９における信号処理の負担を軽減するために、電子飛跡検出部１０７の各部は同じ特性を持つことが好ましい。
【００３６】
（他の実施形態）
本発明の目的は、以下の放射線計測方法の実施形態によって達成することもできる。即ち、前述した実施例の機能（計測部などを制御するコントローラなどの機能）を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納した記憶媒体を、放射線計測装置やガンマカメラなどに供給する。ネットワークを介してソフトウェアのプログラムコードを供給することもできる。そして、そのコントローラのコンピュータ（またはＣＰＵ、ＭＰＵなど）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し上記機能を実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上記実施例の機能を実現することになり、放射線計測を行うためのプログラムやこれを格納した記憶媒体は、本発明を構成することになる。詳細には、本実施形態の放射線計測方法は少なくとも次のステップを有する。入射放射線が散乱体内で起こすコンプトン散乱により発生した散乱放射線を検出するステップ。前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生した電離電子に対して電界を印加してドリフトさせるステップ。前記コンプトン散乱により発生した反跳電子により発生し、ドリフトした電離電子を、電子雪崩現象を用いて増幅し、前記反跳電子の飛跡を検出するステップ。前記散乱放射線の検出結果の情報と前記反跳電子の飛跡の検出結果の情報とから前記入射放射線の到来方向を求めるステップ。そして、前記飛跡検出ステップにおいて、前記放射線検出ステップにおいて放射線の到着を検知した後、所定の時間だけ、前記増幅のために印加する電圧を第一の電圧に設定し、それ以外の期間では電圧を前記第一の電圧より低い第二の電圧に設定する。
【００３７】
本発明による放射線計測の技術は、環境放射線計測や核医学診断等を行うガンマカメラなどに用いることができる。また、本発明の好ましい実施形態ないし実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態ないし実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１・・電界印加部、１０５・・ガスチャンバー（ガス部である散乱体）、１０６・・ドリフトプレーン（電子飛跡検出部の第一電極と対向する第二電極）、１０７・・電子飛跡検出部、１０８・・ガンマ線検出部（放射線検出部）、１０９・・計測部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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