(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線量率を計測する放射線モニタであって、
下記一般式（１）で表される蛍光体を有する放射線検知部と、
前記蛍光体で発生した光子を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバによって伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、
前記光検出器で変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、
単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から前記カウンタでの前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部と、を備えた
ことを特徴とする放射線モニタ。
ＡＴａＯ４：Ｂ，Ｃ  …  （１）
式（１）中、Ａは４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも１種類以上の元素から選択され、Ｂは４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも１種類以上の元素のうちＡとは異なる元素から選択され、Ｃは５ｄ−４ｆ遷移を備えた希土類群のうち少なくとも１種類以上の元素から選択される。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式（１）における前記Ｃが、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｔｂのうち少なくとも１種類以上の元素から選択される
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項３】
請求項１に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式（１）における前記Ａおよび前記Ｂが、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙのうち少なくとも１種類以上の元素から選択される
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項４】
請求項１に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式（１）における前記Ｃが、前記蛍光体の総質量に対して１×１０−６〜３０質量％含まれる
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項５】
請求項１に記載の放射線モニタにおいて、
前記一般式（１）における前記Ｂが、前記蛍光体の総質量に対して、１×１０−３〜３０質量％含まれる
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項６】
請求項１に記載の放射線モニタにおいて、
前記蛍光体は、１μｓ以上の減衰時定数を有する
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項７】
請求項１に記載の放射線モニタにおいて、
更に、前記放射線検知部の前記蛍光体と前記光検出器との間の前記光ファイバの部分に、前記光子の所定の範囲内の波長を透過させる波長フィルタを備え、
前記光検出器は、前記波長フィルタを透過した一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項８】
請求項７に記載の放射線モニタにおいて、
前記前記放射線検知部および前記光ファイバを少なくとも２つ以上備えた
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項９】
請求項８に記載の放射線モニタにおいて、
更に、前記光ファイバから伝送された光子を選択する光選択機構と、
前記解析部と前記光選択機構の間に接続され、前記光選択機構を制御する制御装置と、を備えた
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項１０】
請求項９に記載の放射線モニタにおいて、
前記波長フィルタを、少なくとも２つ以上の前記放射線検知部と前記光検出器との間にそれぞれ設けた
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項１１】
請求項１に記載の放射線モニタにおいて、
前記放射線検知部は、測定対象エリアの内に設置され、前記光検出器、前記カウンタ、および前記解析部は、前記測定対象エリアの外に設置され、測定対象エリア内の線量率を測定する
ことを特徴とする放射線モニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いた放射線モニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
爆発等の危険性を抑制し、放射線の線量率を簡易かつ正確に計測可能な放射線モニタの一例として、特許文献１には、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部を有する放射線発光素子と、放射線発光素子に接続され、発光部から放出された光を伝送する光ファイバと、光ファイバに接続され、伝送された光の光子１個に対して１個の電気パルスを発信する電気パルス変換器と、電気パルス変換器に接続され、電気パルス変換器から発信された電気パルスを計数する電気パルス検出器と、電気パルス検出器に接続され、電気パルス検出器で計数された電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算する解析機とを備えている放射線モニタが記載されている。【０００３】
また、高密度で高解像度を達成できるシンチレータ組成物及びその製造方法を提供することを目的として、特許文献２には、ＡＴａＯ４（式中、Ａはランタノイド元素、Ｓｃ、Ｙのうちのいずれか１〜５種の元素を表す。）で表される化合物からなることを特徴とするシンチレータ組成物が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１１４３９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２３１１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、放射線の線量率を測定する放射線モニタとして、電離箱、ＧＭ計数管（ガイガー・ミュラーカウンタ）、シンチレーション検出器、半導体検出器が用いられている。特に低線量率環境下を測定可能な放射線モニタには半導体検出器が適用される。【０００６】
半導体検出器を用いた放射線モニタは、例えば原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等で利用されている。半導体検出器を用いた放射線モニタでは、放射線入射により生成される電子正孔対を利用し、半導体への印加電圧により生じた電気パルスの計数率から線量率を導出する。【０００７】
一方、半導体検出器は高電圧を印加する必要があるため、空気中の水素濃度が高い場合に爆発の危険性を伴う可能性がある。また、半導体から生成される電気パルス信号を利用するため、他計測機器へ電気ノイズを発信するとともに他計測機器からの電気ノイズを受信する可能性がある。【０００８】
防爆及び電気ノイズを抑制可能な検出器として、光ファイバ型の放射線モニタがあり、例えば、上述した特許文献１に記載の技術がある。光ファイバ型放射線検出器は、入射放射線に対して生成された複数の光子を光ファイバで伝送して線量率を計測するため、放射線検知部への給電が不要、及び電気ノイズの受発信を抑制可能である。【０００９】
本発明者らは、上述した特許文献１において、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する発光部として、例えば、母材としての透明イットリウム・アルミ・ガーネット（イットリウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）から成るガーネット構造の結晶）等の光透過性材料と、この光透過性材料中に含有されたイッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）等の希土類元素とにより形成させることを提案した。しかしながら、入射放射線の計数率が低下する低線量率環境下における計測性を確保するため、光ファイバを用いた放射線モニタの更なる検出感度の向上が望まれていた。【００１０】
一般に、放射線の検出効率を向上させるため、密度の高いシンチレータ結晶を適用することが望ましい。高密度なシンチレータ結晶としてはタンタル酸塩（密度：７〜９ｇ／ｃｍ３）が知られる（例えば、特許文献２参照）。【００１１】
しかしながら、高密度なタンタル酸塩を用いた特許文献２に記載の従来技術では、一般的に残光が課題となっている。発光部を用いた検出器では、入射放射線により電子・正孔対が生成され、それらが再結合する際に発せられる光を検出するものである。ここで、残光は、生成されて伝導帯に励起された電子が、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲され、捕獲された電子がある程度の時間が経過した後に再び伝導帯に励起され、輻射遷移により正孔と再結合することに起因する。この影響により、線量率測定精度の低下が問題となる。とりわけ、低線量率環境下においては計数率が低下するため、一般的に、十分な統計精度を得ることは難しい。この残光による測定精度の低下は、低線量率環境下における測定誤差の増大を招くため、タンタル酸塩結晶を放射線検知部へ適用することは困難である、との問題がある。【００１２】
また、残光はシンチレータ結晶の温度上昇により増加する。これは、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子が熱により伝導帯に励起され、輻射遷移により電子が正孔と再結合する確率が増加するためである。残光は温度上昇と共に顕著となるため、タンタル酸塩結晶を放射線検知部に適用し、室温以上の環境下で線量率を測定する場合、線量率測定精度の低下が問題となる。このように、前述の従来技術では、特に残光の影響による線量率測定精度、及び耐熱性の低下による線量率測定精度の低下が問題となる。【００１３】
本発明の目的は、光ファイバを用いた放射線モニタにおいて、線量率測定精度を従来に対して向上させることができる放射線モニタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、線量率を計測する放射線モニタであって、ＡＴａＯ４：Ｂ，Ｃ  （１）  （式（１）中、Ａは４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも１種類以上の元素から選択され、Ｂは４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも１種類以上の元素のうちＡとは異なる元素から選択され、Ｃは５ｄ−４ｆ遷移を備えた希土類群のうち少なくとも１種類以上の元素から選択される）で表される蛍光体を有する放射線検知部と、前記蛍光体で発生した光子を伝送する光ファイバと、前記光ファイバによって伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する光検出器と、前記光検出器で変換された電気パルス信号を計数するカウンタと、単一光子の計数率と放射線の線量率との関係から前記カウンタでの前記電気パルス信号の計数に基づいて放射線の線量率を求める解析部と、を備えたことを特徴とする。【００１５】
本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光ファイバを用いた放射線モニタの線量率測定精度を従来に対して向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る放射線モニタを示すブロック図である。
【図２】図１の放射線モニタにおける放射線検知部の概略拡大断面図である。
【図３】放射線の線量率と単一光子の計数率の関係の一例を示す概略図である。
【図４】放射線が蛍光体に入射した際の光の生成の一例を示す概略図である。
【図５】光検出器の出力を計測したと仮定した場合の、電気パルス信号の一例を示す概略図である。
【図６】第１の実施形態の放射線モニタと従来の放射線モニタにおける放射線照射停止後の経過時間と計数率の関係の一例を示す概略図である。
【図７】第１の実施形態の放射線モニタと従来の放射線モニタにおける放射線検知部の温度に対する計数率測定結果の一例を示す概略図である。
【図８】図１の放射線モニタの一使用例を示す概略図である。
【図９】図１の放射線モニタの他の使用例を示す概略図である。
【図１０】図１の放射線モニタの他の使用例を示す概略図である。
【図１１】第２の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。
【図１２】図１１の放射線モニタの一使用例を示す概略図である。
【図１３】図１１の放射線モニタの他の使用例を示す概略図である。
【図１４】第３の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。
【図１５】第４の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。
【図１６】第５の実施形態に係る放射線モニタを示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の放射線モニタの実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞  
本発明の放射線モニタの第１の実施形態を、図１乃至図１０を用いて説明する。最初に放射線モニタの全体構成について図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る放射線モニタ１を示すブロック図である。図２は、図１の放射線モニタ１における放射線検知部２の概略拡大断面図である。
【００２０】
当該放射線モニタ１は、線量率を計測するものであり、図１に示すように、概略的に、放射線検知部２と、光ファイバ３と、光検出器４と、カウンタ５と、解析・表示装置６とを備えている。放射線モニタ１で計測することができる放射線としては、例えば、Ｘ線、γ線等の電磁波や、α線、β線、中性子線等の粒子線が挙げられる。
【００２１】
放射線検知部２は、図２に示すように、入射した放射線の線量率に対応する強度の光を発する蛍光体７とハウジング８を有する素子である。すなわち、本実施形態では、放射線モニタ１は、発光部（例えば、蛍光体７）がハウジング８に収納されている。
【００２２】
蛍光体７の組成は、下記の一般式（１）で表される。
ＡＴａＯ４：Ｂ，Ｃ      …  （１）
【００２３】
式（１）中、Ａは、４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素群のうち少なくとも１種類以上の元素から選択される。好適には、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）の少なくとも１種類以上の元素から選択される。
【００２４】
式中、Ｂは、Ａとは異なる元素で、４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類群のうち少なくとも１種類以上の元素から選択される。好適には、Ａとは異なる元素で、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）の少なくとも１種類以上の元素から選択される。
【００２５】
特に、蛍光体７に含有させる添加物のＢの濃度は、一般式（１）で表される組成物の総質量に対して、１×１０−３〜３０質量％、より好適には０．１〜１０質量％の範囲内にすることが好ましい。これにより、添加物Ｂによる高い発光強度をより確実に得ることが可能である。
【００２６】
式（１）中、Ｃは５ｄ−４ｆ遷移を備えた希土類群のうち少なくとも１種類以上の元素から選択される。好適には、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、テルビウム（Ｔｂ）の少なくとも１種類以上の元素から選択される。ＡやＢとしてＰｒ、Ｎｄ、Ｔｂが選択されたときは、Ｃは選択されなかった元素のうち少なくとも１種類以上の元素から選択されることが望ましい。
【００２７】
また、蛍光体７に含有させる添加物Ｃの濃度は、一般式（１）で表される組成物の総質量に対して１×１０−６〜３０質量％、より好適には０．０１〜１０質量％の範囲内にすることが好ましい。これにより、添加物Ｂに起因する残光をより低減することができる。
【００２８】
蛍光体７の製造方法は、一般式（１）で表される組成物を育成可能であれば特に限定されず、例えば、フローティングゾーン法、チョクラルスキー法（引き上げ法）、マイクロ引下げ法、ブリッジマン法、ベルヌーイ法等を採用することができる。
【００２９】
このように、蛍光体７が高密度母材であるＡＴａＯ４、及び添加物であるＢが４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素を少なくとも１種以上含有していることで、放射線入射により母材に付与されたエネルギーが、高効率で添加物Ｂの励起エネルギーに利用される。したがって、高密度母材を用いることで、ＡＴａＯ４は、放射線に対する母材の吸収効率を向上させ、また、母材のＡと付活剤である添加物Ｂは、光ファイバ３において伝送効率の高い５００〜７００ｎｍの光の発光効率を高めることができ、検出感度を向上可能となる。
【００３０】
蛍光体７に含有させる希土類元素であるＡ，Ｂ，及びＣのうち、元素イオンの価数は、発光に利用可能なものであれば特に限定されず、例えば、２価、３価、４価等を利用することができる。
【００３１】
また、一般に、４ｆ−４ｆ遷移と比較して５ｄ−４ｆ遷移は１０５倍短い蛍光寿命を持つ。本実施形態では、添加物であるＣとして５ｄ−４ｆ遷移を備えた希土類元素を少なくとも１種以上含有している。上述のように、蛍光体７に入射した放射線により生成された電子のうち、ある程度の割合の電子が結晶中の欠陥及び不純物に捕獲される。しかし、５ｄ−４ｆ遷移を備えた希土類元素では蛍光寿命が４ｆ−４ｆ遷移より短いため、捕獲された電子が速やかに再び伝導帯に励起され、輻射遷移により正孔と再結合する。これにより、添加物Ｂに起因する残光を生じさせる電子数を減らすことができるため、添加物Ｂに起因する残光を効率的に低減可能となり、線量率測定精度を向上させることが可能となる。
【００３２】
更に、添加物であるＣの５ｄ−４ｆ遷移は、発光を伴わずに熱エネルギーとして放出する無輻射遷移、または発光を伴う輻射遷移を示す。一般に、添加物Ｃの輻射遷移による発光は、５００ｎｍ以下の発光波長を示す。
【００３３】
ここで、４ｆ−４ｆ遷移を備えた添加物Ｂに起因する残光は、蛍光体７の温度上昇と共に増加する。これは、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子が熱により伝導帯に励起され、輻射遷移による電子と正孔の再結合確率が増加するためである。このため、添加物Ｃとして４ｆ−４ｆ遷移と比較して蛍光寿命の短い５ｄ−４ｆ遷移を備える元素とすることで、準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子が、高効率で正孔との再結合に利用される。これにより、蛍光体７の温度上昇に伴う添加物Ｂに起因する残光を生じさせる準安定状態、格子欠陥、及び不純物に捕獲された電子数を減らすことができるため、高温時においても残光を効率的に低減可能となり、蛍光体７の耐熱性を向上させることが可能となる。これは、室温以上の環境下で線量率を測定する場合に特に効果的であり、高温環境下における線量率測定精度を向上可能となる。
【００３４】
すなわち、母材であるＡ及び添加物であるＢのそれぞれに４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素を含有させ、また、添加物であるＣに５ｄ−４ｆ遷移を備えた希土類元素を含有させることで、下記の効果を有する。
【００３５】
（１）添加物Ｂに起因する残光を効率的に低減することができ、線量率測定精度の向上が可能となる。
【００３６】
（２）蛍光体７の温度上昇に伴う残光の効率的な低減による、蛍光体７の耐熱性の向上を図ることができ、高温環境下における線量率測定精度の向上が可能となる。
【００３７】
蛍光体７は、１μｓ以上の長い減衰時定数を有することで、より効果的に光ファイバ３から伝送された単一光子の集団を単一光子一つ一つに分解することができる。なお、１μｓ未満の減衰時定数を有する蛍光体７を使用することもできる。
【００３８】
ハウジング８は、蛍光体７を収納する容器である。ハウジング８を構成する材料としては、計測対象の放射線が透過可能であれば特に限定されず、例えば、アルミニウム等を採用することができる。
【００３９】
図１に戻って、光ファイバ３は、放射線検知部２に接続され、蛍光体７から放出された光を伝送する。この光ファイバ３は、放射線検知部２と後述する光検出器４に接続されている。光ファイバ３を構成する材料としては、例えば、石英、プラスチック等が挙げられる。
【００４０】
光検出器４は、光ファイバ３に接続され、光ファイバ３から伝送された一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する検出器である。この光検出器４は、光ファイバ３と後述するカウンタ５に接続されている。光検出器４としては、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、電流増幅された一つの電流パルス信号として単一光子を検出できる。
【００４１】
カウンタ５は、光検出器４に接続され、光検出器４から入力された電気パルス信号を計数する装置である。このカウンタ５は、光検出器４と後述する解析・表示装置６に接続されている。カウンタ５としては、例えば、デジタルシグナルプロセッサ等を採用することができる。
【００４２】
解析・表示装置６は、カウンタ５に接続されており、カウンタ５で計数された電気パルス信号の計数率を放射線の線量率に換算し、その値を表示する装置である。解析・表示装置６は、単一光子の電気パルス信号の計数率と放射線の線量率を対応付けるデータベースを保有している記憶装置と、上記データベースを用いて電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算装置と、換算した放射線の線量率を表示する表示装置を備えている。解析・表示装置６としては、例えば、上述した機能を有するパーソナルコンピュータ等を採用することができる。なお、本明細書において「電気パルス信号の計数率」とは、単位時間あたりに測定された電気パルス信号の数を意味している。
【００４３】
従来のγ線の計数率から放射線の線量率を換算する手法と異なり、本発明では、γ線の入射によって蛍光体７で生成された複数の光子に含まれる単一光子の計数率から放射線の線量率を換算する。なお、本明細書において「単一光子」とは、放射線の入射によって生成された電子・正孔対の再結合によって蛍光体７の内部で生成された一つ一つの光子を指す。
【００４４】
図３は、放射線の線量率と単一光子の計数率の関係の一例を示す概略図である。図３に示すように、単一光子の計数率を計測できれば放射線の線量率を取得することができる。したがって、この関係を用いることで測定した電気パルス信号の計数率から放射線の線量率を換算することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の放射線モニタ１の動作について説明する。
【００４６】
図４は、放射線２０が蛍光体７に入射した際の光の生成について、その一例を示す概略図である。図４において、放射線２０が蛍光体７に入射すると、相互作用２１が生じる。この相互作用２１に伴い、複数の単一光子２２が発生する。
【００４７】
図５は、光検出器の出力を計測したと仮定した場合の、電気パルス信号２３の一例を示す概略図である。通常、蛍光体７に一つの放射線２０が入射すると複数の単一光子２２が多数生成され、図５に示すような一つの電気パルス信号２４として測定される。一方、本実施形態では、添加物Ｂとして、蛍光寿命が比較的長い４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類群のなかから選択された元素を含んでいるため、一つ一つの単一光子２２としてまとまらずに生成される。このため、光ファイバ３から伝送された一つ一つの単一光子２２を光検出器４で測定することができる。図５に示すように、単一光子２２は、光検出器４によって約２ｎｓの時間幅を持った電気パルス信号２３として測定する。
【００４８】
図６は、放射線照射停止後の経過時間と計数率の関係の一例を示す概略図である。通常、４ｆ−４ｆ遷移を備えた蛍光体に所定の積算線量の放射線を照射し、照射停止直後の計数率を測定した場合、図６における残光特性２５に示すように、時間の経過と共に計数率は緩やかに減少し、長い減衰時定数が観測される。一方、一般式（１）で表される本実施形態の蛍光体７を用いた放射線照射停止直後の計数率を測定した場合、結晶中の欠陥及び不純物に捕獲された電子は、高効率で５ｄ−４ｆ遷移を備えた元素に入射した放射線によって生成された正孔との再結合に利用されることにより、図６における残光特性２６に示すように係数率が速やかに減衰する。このため、残光を低減することが可能であり、減衰時定数の短縮を実現できる。なお、本明細書において「所定の積算線量」とは、放射線の線量率に照射時間を乗じた放射線量の合算を表す。
【００４９】
図７は、放射線検知部２の温度に対する計数率測定結果の一例を示す概略図である。通常、４ｆ−４ｆ遷移を備えた蛍光体の残光は、図７の耐熱性２７に示すように、放射線検知部の温度が上昇すると共に増加する。このため、放射線入射により生成された単一光子の計数率は、残光の影響により、放射線検知部の温度上昇と共に増加する。一方、５ｄ−４ｆ遷移を備えた添加物Ｃを含む本実施形態の蛍光体７であれば、図７の耐熱性２８に示すように、温度上昇に伴う残光を効率的に低減できるため、計数率の増加を低減することが可能である。
【００５０】
このように、当該放射線モニタ１の蛍光体７が一般式（１）で表される高密度母材であるＡＴａＯ４を備え、Ａ及びＢのそれぞれに４ｆ−４ｆ遷移を備えた希土類元素を少なくとも１種類以上、また、添加物であるＣに５ｄ−４ｆ遷移を備えた希土類元素を少なくとも１種類以上含有させることによって、放射線モニタ１は、蛍光体７において、添加物Ｂに起因する残光を効率的に低減することができ、光ファイバ３を伝送された単一光子２２の計数率を測定し、放射線の線量率測定精度を向上させることができる。また、放射線モニタ１は、蛍光体７において、温度上昇に伴う添加物Ｂに起因する残光を添加物Ｃによって効率的に低減することができ、光ファイバ３を伝送された単一光子２２の計数率を高い精度で測定できる。このため、高温環境下における放射線の線量率の測定精度を向上させることができる。
【００５１】
次に、当該放射線モニタ１の好適な使用例について図８乃至図１０を用いて説明する。
【００５２】
図８は、図１の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。図８に示すように、放射線モニタ１のうち、放射線検知部２が測定対象エリア３０の内側に設置され、光検出器４と、カウンタ５と、解析・表示装置６とが測定対象エリア３０の外側に設置される。放射線検知部２と光検出器４とは、光ファイバ３により接続する。これにより、例えば、原子炉建屋、原子炉格納容器内部の室温以上の高温環境下において放射線の線量率を高精度に測定することができる。
【００５３】
図９は、図１の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。図９に示すように、放射線モニタ１を２つ用意するとともに、測定対象エリア３０の内側の異なる箇所に放射線検知部２を設置することにより、測定対象エリア３０の線量率分布を高精度に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等における室温以上の環境下に本実施形態の放射線モニタを適用することができる。なお、用意する放射線モニタ１の数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。
【００５４】
図１０は、図１の放射線モニタにおける更なる他の使用例を示す概略図である。図１０に示すように、測定対象エリア３０の内側に、二つの放射線検知部２を有する放射線モニタ１Ｅを設置し、放射線検知部２をそれぞれ異なる箇所に設置するとともに、光検出器４以降を共通とする。このような構成によっても、測定対象エリア３０の線量率分布を高精度に計測することができる。なお、放射線検知部２の数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。
【００５５】
＜第２の実施形態＞  
本発明の第２の実施形態に係る放射線モニタについて、図１１乃至図１３を用いて説明する。なお、以下の第２の実施形態では、第１の実施形態と同じ構成には同一の符号を示し、異なる部分のみ説明する。すなわち、説明が省略された部分は第１の実施形態と同様であり、以下の実施形態においても同様とする。
【００５６】
図１１は、第２の実施形態に係る放射線モニタ１Ａを示す概略ブロック図である。図１１に示すように、本実施形態の放射線モニタ１Ａは、第１の実施形態の放射線モニタ１とは波長フィルタ４０を有する点で異なっている。
【００５７】
波長フィルタ４０は、放射線検知部２の蛍光体７と光検出器４との間の光ファイバ３の部分に設置され、光ファイバ３から伝送された光子のうち所定の範囲内の波長の光子を透過する装置である。このように、波長フィルタ４０によって所定の範囲の波長を透過させる機能を設けることで、蛍光体７で発生する添加物Ｂ以外の発光波長を取り除くことができる。
【００５８】
添加物であるＣの５ｄ−４ｆ遷移は、発光を伴わずに熱エネルギーとして放出する無輻射遷移、または発光を伴う輻射遷移を示す。一般に、添加物Ｂの４ｆ−４ｆ遷移による発光は５００ｎｍ以上、また、添加物Ｃの５ｄ−４ｆ遷移による発光は、５００ｎｍ以下の発光波長を示すため、波長フィルタ４０は５００ｎｍ以上の波長の光子を透過させるものとすることが望ましい。
【００５９】
このようの特性の波長フィルタ４０を適用することで添加物Ｂの４ｆ−４ｆ遷移による発光をより正確に弁別可能となり、放射線の線量率の測定精度を更に向上させることが可能である。なお、本明細書において「所定の範囲内の波長」とは、透過可能な波長範囲を示し、特定波長の光子のみを透過させることで光子を制御する。
【００６０】
本実施形態の光検出器４では、波長フィルタ４０を透過した一つ一つの光子を電気パルス信号に変換する。
【００６１】
本発明の第２の実施形態の放射線モニタ１Ａにおいても、前述した第１の実施形態の放射線モニタ１とほぼ同様な効果が得られる。
【００６２】
また、波長フィルタ４０を更に備えたことで、添加物Ｃの５ｄ−４ｆ遷移による発光を除外することができるようになり、放射線の線量率測定精度をより向上させることができる。
【００６３】
次に、当該放射線モニタ１Ａの好適な使用例について説明する。
【００６４】
図１２は、図１１の放射線モニタにおける一使用例を示す概略図である。図１２に示すように、放射線モニタ１Ａのうち、放射線検知部２が測定対象エリア３０の内側に設置され、光ファイバ３と接続された波長フィルタ４０と、光検出器４と、カウンタ５と、解析・表示装置６とが測定対象エリア３０の外側に設置される。これにより、例えば、原子炉建屋、原子炉格納容器内部の室温以上の高温環境下において放射線の線量率を高精度に測定することができる。
【００６５】
図１３は、図１１の放射線モニタにおける他の使用例を示す概略図である。図１３に示すように、測定対象エリア３０の内側に、２つの放射線モニタ１Ａを設置することにより、測定対象エリア３０の線量率分布を高精度に計測することができる。これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等における室温以上の環境下に放射線モニタ（モニタ・測定方法）が適用できる。なお、用意する放射線モニタ１Ａの数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。
【００６６】
＜第３の実施形態＞  
本発明の第３の実施形態に係る放射線モニタについて、図１４を用いて説明する。
【００６７】
図１４は、第３の実施形態に係る放射線モニタ１Ｂを示す概略ブロック図である。図１４に示すように、本実施形態の放射線モニタ１Ｂは、２つの放射線検知部２を有し、２つの光ファイバ３が同一の波長フィルタ４０と接続される点で第２の実施形態の放射線モニタ１Ａと異なっている。
【００６８】
なお、放射線検知部２や光ファイバ３は２つである必要はなく、３つ以上とすることができる。
【００６９】
本発明の第３の実施形態の放射線モニタ１Ｂにおいても、前述した第２の実施形態の放射線モニタ１Ａとほぼ同様な効果が得られる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、当該放射線モニタ１Ｂは、波長フィルタ４０、光検出器４、カウンタ５、及び解析・表示装置６の員数が低減され、放射線モニタ１Ｂの小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器４の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現できる。
【００７１】
また、光検出器４としては、例えば、位置検出型の光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これにより、光検出器４における光子検出位置情報から、２つ以上の放射線検知部２における各線量率を識別して測定することが可能である。
【００７２】
＜第４の実施形態＞  
本発明の第４の実施形態に係る放射線モニタについて、図１５を用いて説明する。
【００７３】
図１５は、第４の実施形態に係る放射線モニタ１Ｃを示す概略ブロック図である。図１５に示すように、本実施形態の放射線モニタ１Ｃは、更に、２本の光ファイバ３から伝送された光子のうち、いずれの光子を光検出器４に伝送するかを選択する光選択機構４１と、解析・表示装置６と光選択機構４１の間に接続され、光選択機構４１においていずれの光子を光検出器４に伝送するかを選択する制御を実行する制御装置４２を備える点で異なっている。
【００７４】
光選択機構４１は、光選択機構４１と接続された２本の光ファイバ３のうちいずれの光ファイバ３からの入力を受け付けるかを選択する機構である。この光選択機構４１としては、２本のうち一方の光ファイバ３を選択可能であればその構造などは特に限定されず、例えば、光スイッチ、光カプラ、光スプリッタ等を採用することができる。なお、選択する光ファイバ３は、３つ以上とすることも可能である。
【００７５】
制御装置４２は、解析・表示装置６と上述の光選択機構４１に接続されており、解析・表示装置６で測定が終了しているかを判別し、その判別結果に応じて光選択機構４１を制御する装置である。解析・表示装置６で測定が終了した場合には、制御装置４２は光選択機構４１を駆動させ、選択する光ファイバ３を変更する。なお、３つ以上の光ファイバを選択することも可能である。
【００７６】
本発明の第４の実施形態の放射線モニタ１Ｃにおいても、前述した第３の実施形態の放射線モニタ１Ｂとほぼ同様な効果が得られる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、当該放射線モニタ１Ｃは、波長フィルタ４０、光検出器４、カウンタ５、及び解析・表示装置６の員数が低減され、放射線モニタ１Ｃの小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器４の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現される。
【００７８】
また、２つ以上ある放射線検知部２の全ての測定を自動化することができ、測定に要する労力及び時間を大幅に低減可能である。
【００７９】
＜第５の実施形態＞  
本発明の第５の実施形態に係る放射線モニタについて、図１６を用いて説明する。
【００８０】
図１６は、第５の実施形態に係る放射線モニタ１Ｄを示す概略ブロック図である。図１６に示すように、更に、一つ一つの光ファイバ３と光選択機構４１の間に接続され、光ファイバ３から伝送された光子の所定の範囲の波長を透過させる波長フィルタ４０を備える点で異なっている。
【００８１】
波長フィルタ４０は、一つ一つの光ファイバ３と光選択機構４１との間に接続されており、一つ一つの放射線検知部２から伝送される光子のうち、それぞれの光子の波長に対応する波長フィルタ４０を選択することが可能である。
【００８２】
本発明の第５の実施形態の放射線モニタ１Ｄにおいても、前述した第４の実施形態の放射線モニタ１Ｃとほぼ同様な効果が得られる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、当該放射線モニタ１Ｄは、光検出器４、カウンタ５、及び解析・表示装置６の員数が低減され、放射線モニタ１Ｄの小型化による設置空間の節約、導入及び運用コストの低減、保全時の検査品目・工程数の低減、及び、光検出器４の個体差の影響による線量率測定精度のバラつきの低減が実現される。また、２つ以上ある放射線検知部２の全ての測定を自動化することができ、測定に要する労力及び時間を大幅に低減可能である。更に、波長フィルタ４０を一つ一つの光ファイバ３と接続することにより、複数の異なる測定対象の環境に応じて最適な放射線検知部２を適用することが可能である。
【００８４】
＜その他＞  
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…放射線モニタ
２…放射線検知部
３…光ファイバ
４…光検出器
５…カウンタ
６…解析・表示装置（解析部）
７…蛍光体
８…ハウジング
２０…放射線
２１…相互作用
２２…単一光子
２３…電気パルス信号
２４…電気パルス信号
２５…蛍光体（ＡＴａＯ４：Ｂ）の残光特性
２６…蛍光体（ＡＴａＯ４：Ｂ，Ｃ）の残光特性
２７…蛍光体（ＡＴａＯ４：Ｂ）の耐熱性
２８…蛍光体（ＡＴａＯ４：Ｂ，Ｃ）の耐熱性
３０…測定対象エリア
４０…波長フィルタ
４１…光選択機構
４２…制御装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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