(57)【要約】【課題】検出器の軽量化、ガンマ線の検出効率の向上、後方も含めた方向特性の改善による検出情報の精緻化、設定の簡易化による操作性の向上を図る。【解決手段】ガンマ線に対する発光強度が異なる複数種類のシンチレータ４４、４６を接合して接合シンチレータ４２を形成し、該接合シンチレータ４２を構成する各シンチレータ４４、４６と光学的に結合された受光面５２を有する受光素子５０を備え、各シンチレータ４４、４６においてガンマ線の直接入射と間接入射の割合が、周方向における入射方向θにより異なるようにする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガンマ線の入射方向を検出するためのガンマ線方向性検出器であって、
ガンマ線に対する発光強度が異なる複数種類のシンチレータを接合して形成された接合シンチレータと、
該接合シンチレータを構成する各シンチレータと光学的に接合された受光面を有する受光素子とを備え、
各シンチレータにおいてガンマ線の直接入射と間接入射の割合が周方向における入射方向により異なるようにされていることを特徴とするガンマ線方向性検出器。
【請求項２】
各シンチレータが高密度シンチレータであることを特徴とする請求項１に記載のガンマ線方向性検出器。
【請求項３】
前記接合シンチレータが２種類の棒状のシンチレータを接合して柱状に形成され、その底面が受光面と光学的に結合されて、０度から１８０度の入射方向を検出するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガンマ線方向性検出器。
【請求項４】
前記接合シンチレータが３種類以上の棒状のシンチレータを接合して柱状に形成され、その底面が受光面と光学的に結合されて、０度から３６０度の全周に亘る入射方向を検出するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガンマ線方向性検出器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のガンマ線方向性検出器を用いることを特徴とする放射線モニタリング方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載のガンマ線方向性検出器を備えたことを特徴とする放射線モニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力産業、放射線医療、放射線工業計測、非破壊検査などのように、放射性物質や放射線を使用する分野で、周方向から入射するガンマ線の入射方向を検出するためのガンマ線方向性検出器、及び、放射線モニタリング方法、装置に係り、特に、原子力発電所等の原子力設備の周囲で環境への放射線の漏れを検知するモニタリングポストに用いるのに好適な、広い指向性を有するガンマ線方向性検出器、及び、該検出器を用いた放射線モニタリング方法、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に例示する如く、サーベイメータやモニタリングポストとして用いる、周方向からガンマ線が入射するガンマ線検出器１０においては、放射線の強度や核種だけでなく、入射方向θを検出できることが、放射性物質８の存在位置（方向）を知る上で望ましい。
【０００３】
ガンマ線検出器に方向性あるいは特定方向の指向性を生じさせるため、従来は、例えば図２に示す如く、大きく重い鉛製のコリメータ２０を、従来の検出器１０の検出部１２に装着し、該鉛コリメータ２０を通過した一方向からのガンマ線のみに感度を得る方法が採られていた。しかしながら、この方法では、鉛製のコリメータ２０が重量物となり、検出器が大きくなって、可搬性が損なわれるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決する目的で、例えば特許文献１に記載されているように、図３に示す如く、前方に５ｍｍ等の平板状の薄いプラスチックシンチレータ３２、その後方にＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ３４を接合し、ガンマ線が入射したときに生じる電気パルスの大きさや、立上り、立下り等の形状特性の関係から、指向性を生じさせる放射線検出器３０も開発されている。図３において、３６は光電変換素子、３８は偏光ケースである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−６６２７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（１）プラスチックシンチレータ３２は密度が小さく、例えばＣｓ１３７の６６２ｋｅＶのガンマ線が前方から入射した場合、前記プラスチックシンチレータ３２が反応する確率は、例えばモンテカルロシミュレーション法の公開コードＥＧＳ４を用いた計算結果では、高々５％程度であり、９５％は何の反応も起さず後方のＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ３４に入り、原理的に計算できない状態となる。即ち、ガンマ線の検出効率が小さいという問題が発生する。又、（２）入射角度によって応答の感度が大きく異なる。即ち、プラスチックシンチレータ３２と対面する前方方向には感度が高いが、２０度以上、横方向になると急に感度が低下するため、広い指向性が必要なモニタリングポスト等には向かない。更に、（３）指向性設定の際には、電気パルスの大きさや形状という複雑な要素を認識する別途操作が必要である等の問題点があった。又、（４）検出器の後方には全く感度が無いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、検出器の軽量化、ガンマ線の検出効率の向上、後方も含めた方向特性の改善による検出情報の精緻化、設定の簡易化による操作性の向上を図ることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガンマ線の入射方向を検出するためのガンマ線方向性検出器において、ガンマ線に対する発光強度が異なる複数種類のシンチレータを接合して形成された接合シンチレータと、該接合シンチレータを構成する各シンチレータと光学的に接合された受光面を有する受光素子とを備え、各シンチレータにおいてガンマ線の直接入射と間接入射の割合が周方向における入射方向により異なるようにして、前記課題を解決したものである。
【０００９】
又、各シンチレータを高密度シンチレータとしたものである。
【００１０】
又、前記接合シンチレータを２種類の棒状のシンチレータを接合して柱状に形成し、その底面を受光面と光学的に結合して、０度から１８０度の入射方向を検出可能としたものである。
【００１１】
あるいは、前記接合シンチレータを３種類以上の棒状のシンチレータを接合して柱状に形成し、その底面を受光面と光学的に結合して、０度から３６０度の全周に亘る入射方向を検出可能としたものである。
【００１２】
本発明は、又、前記のガンマ線方向性検出器を用いることを特徴とする放射線モニタリング方法を提供するものである。
【００１３】
又、前記のガンマ線方向性検出器を備えたことを特徴とする放射線モニタリング装置を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
本発明の第１実施形態にかかるガンマ線方向性検出器の検出部４０は、図４（Ａ）（平面図）及び図４（Ｂ）（正面から見た断面図）に示す如く、例えば前後に配置された、２種類の高密度で発光強度が異なる半円柱状の前方シンチレータ４４と後方シンチレータ４６を接合して円柱状に形成された接合シンチレータ４２と、該接合シンチレータ４２と直角方向に配設された、該接合シンチレータ４２を構成する各シンチレータ４４、４６と光学的に結合された受光面５２を有する受光素子５０を備えている。
【００１６】
前記検出部４０には、図５に詳細に示す如く、該検出部４０に電力を供給する高電圧供給装置６２と、前記検出部４０の出力信号を入力し、信号パルスを整形して出力するプリアンプ６４と、該プリアンプ６４の出力信号を入力し、信号パルスを増幅して出力するリニアアンプ６６と、該リニアアンプ６６の出力信号を入力し、スペクトルを生成するマルチチャンネルアナライザ６８と、前記スペクトルから光電ピークを計数するピーク計算ソフト７２、及び、それぞれのシンチレータ４４、４６に起因する光電ピークの計数値の比率Ｒを求め、事前に内蔵している表を参照して入射方向θを出力する比率計算ソフト７４がインストールされたコンピュータ（ＣＰＵ）７０と、該ＣＰＵ７０により計算された入射方向θを表示する入射方向表示器８０とからなる測定回路６０が接続されている。
【００１７】
所望の指向性を持たせるため、該測定回路６０に、更に、予め警報を発生する入射方向の範囲Ｒｒを前記比率Ｒにより設定するための警報設定器８２と、前記比率Ｒが該範囲Ｒｒに入ったときに警報を発生する警報器８４とを加えることができる。
【００１８】
以下、第１実施形態の作用を説明する。
【００１９】
本実施形態では、２種類の発光強度が異なるシンチレータ４４、４６を互いに接続して１本の接合シンチレータ４２を形成し、且つ、この接合シンチレータ４２を受光素子５０の受光面５２と光学的に結合して検出部４０を構成している。前記２本の高密度の半円柱状のシンチレータ４４、４６としては、例えば、検出器の周方向において前方０度方向に配設される前方シンチレータ４４として、密度が３．６７ｃｍ３で発光強度が１００のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを、後方１８０度方向に配設される後方シンチレータ４６として、密度が４．５１ｃｍ３で発光強度が４９のＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ、又は、密度が７．１３ｃｍ３で発光強度が１３のＢＧＯシンチレータを用い、これら前方シンチレータ４４と後方シンチレータ４６を接合して１本の円柱状の接合シンチレータ４２を形成し、その底面を１本の受光素子５０、例えば光電子増倍管の受光面５２と光学的に結合して、特に０度から１８０度の周方向に対して有効に指向性を有する検出器を構成することができる。
【００２０】
このように、前方及び後方のシンチレータ４４、４６に、プラスチックシンチレータと比較して高密度なシンチレータを採用すれば、前記入射方向からのガンマ線に対して検出効率が高く、光電効果の確率も高くなる。
【００２１】
今、図４（Ａ）の平面図における接合シンチレータ４２の周方向の位置を、接合シンチレータ４２の左方向を０度とし、反時計周りに廻って同右方向を１８０度とする。図６（Ａ）に示す如く、検出部４０の前方０度からガンマ線が入射すると、あるものは前方シンチレータ４４で光電効果を起し、この発光は電気パルスに変換され、図７に例示する如く、マルチチャンネルアナライザ６８で生成されるスペクトルの高チャンネル領域に光電ピークＡを作る。あるものは前方シンチレータ４４では反応せずに通過し、後方シンチレータ４６で光電効果を起し、スペクトルの低チャンネル領域に光電ピークＢを作る。そこで、既に実用化されているピーク計算ソフト７２で両ピークの計数値を求め、例えば後方シンチレータ４６のピーク計数値Ｂを前方シンチレータ４４のピーク計数値Ａで除した比率Ｒ（＝Ｂ／Ａ）を求める。この場合、前方シンチレータ４４にはガンマ線が直接入射するが、後方シンチレータ４６は前方シンチレータ４４が影となり、即ち遮蔽材になり、ガンマ線が間接的に入射するので、後方シンチレータ４６の計数値（Ｂ０とする）は小さくなり、前記比率Ｒも最小値Ｒｍｉｎとなる。
【００２２】
次に、図６（Ｂ）に示す如く、横方向９０度からガンマ線が入射すると、後方シンチレータ４６に対して影となるもの、即ち遮蔽材になるものは無く、ガンマ線が直接入射するため、光電ピークＢの計数値（Ｂ９０とする）は大きくなり、前記比率Ｒは大きくなる。
【００２３】
更に後方１８０度方向からガンマ線が入射する場合は、図６（Ａ）に示した前方からの場合と逆の現象が生じ、後方シンチレータ４６で計数される光電ピークＢの計数値（Ｂ１８０とする）が大きく、前方シンチレータ４４で計数される光電ピークＡの計数値（Ａ１８０とする）は小さくなって、前記比率Ｒは最大値Ｒｍａｘとなる。
【００２４】
０度から９０度の中間方向では、図８に例示する如く、前記比率Ｒはそれぞれの比率の中間の値となる。同様に９０度から１８０度の中間方向からガンマ線が入射する場合にも、前記比率Ｒはそれぞれの比率の中間の値となる。
【００２５】
このように０度方向から１８０度方向に対して直接入射と間接入射の割合が変わり、それに伴い、両シンチレータ４４、４６に起因する光電ピークの計数値Ａ、Ｂの比率Ｒが、図８に例示した如く単調に増加する。従って、逆に、この比率Ｒを計算することによって、ガンマ線の入射方向θを知ることができる。
【００２６】
更に、警報設定器８２で警報を発生する比率Ｒの範囲Ｒｒを設定すれば、０度から１８０度に亘って任意の指向性を持たせることができ、その方向からガンマ線が入射した場合に、警報器８４から警報を発生することが可能である。
【００２７】
本実施形態においては、前方シンチレータ４４及び後方シンチレータ４６を共に半円柱状とし、接合シンチレータ４２の断面形状が円形となるようにしているので、光電子増倍管等の円形断面の受光素子５０に対する入射効率が高い。接合シンチレータ４２の形状は、ガンマ線の透過距離がなだらかに変化する形状がピーク計算処理が容易である点では好ましく、円柱形状がその最適な例であるが、円柱形状に限定するものではなく、図８に示すように比率Ｒが単調増加又は単調減少するものであれば、四角柱や多角柱、楕円柱であってもよい。
【００２８】
第１実施形態においては、０度から１８０度の入射方向しか検出できなかったが、次に、０度から３６０度に亘る全周方向の入射方向を検知可能とした第２実施形態を詳細に説明する。
【００２９】
本実施形態は、図９（Ａ）（平面図）及び図９（Ｂ）（正面から見た断面図）に示す如く、接合シンチレータ４２を、３種類の円弧状断面を有するシンチレータ９２、９４、９６を接合して円柱状に形成し、その底面を受光素子５０の受光面５２と光学的に結合したものである。
【００３０】
前記シンチレータ９２、９４、９６としては、例えば、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯを用いることができる。
【００３１】
本実施形態によれば、３つのシンチレータ９２、９４、９６のピークの計数値の比率を用いることによって、０度から３６０度に亘る全周方向に指向性を持たせることができる。
【００３２】
【実施例】
図４に示した第１実施形態において、直径７５ｍｍで厚さ５０ｍｍの半円柱のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを前方シンチレータ４４とし、同寸法のＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータを後方シンチレータ４６とし、両者を光学的に接合して円柱状の接合シンチレータ４２を形成し、その底面を光電子増倍管を用いた受光素子５０の受光面５２と光学的に接合して検出部４０を構成した。検出部４０のケース４８の材質は、可視光及び紫外線等のシンチレータに対して外乱となる光を遮蔽するアルミニウム、あるいはステンレス等である。
【００３３】
高電圧供給装置６２から検出部４０に８００Ｖ程度の高電圧を供給した。
【００３４】
ここで、一般のサーベイメータ等の校正に使用したり、工業計測装置、非破壊検査装置等で使用される代表的なガンマ線源であるＣｓ１３７を用意した。放射能強度は微弱な３．７ＭＢｑとした。
【００３５】
前記線源をシンチレータ接合面中心から１００ｃｍの位置に設置し、円柱軸に対する周方向において、前方０度から後方１８０度まで回転させ、各方向につき３００秒間計数した。この条件は、実際的には、通常の強度３７ＧＢｑの線源が１０ｍ離れた位置にあり、３秒間計数する場合と、検出器４０に入射するガンマ線数は同じとなる。
【００３６】
前方０度からガンマ線が入射した場合について動作を説明する。同時に飛来するガンマ線の多くは前方のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ４４で反応し、その反応の中で光電効果によって一定の強度の光パルスが発生する。該光パルスは、光電子増倍管５０で強度に比例した電気パルスに変換され出力される。この出力はプリアンプ６４で波形整形され、リニアアンプ６６で比例増幅される。該リニアアンプ６６からの出力は、マルチチャンネルアナライザ６８でアナログ・デジタル変換され、図７に示したスペクトル中の高チャネル領域にＮａＩ（Ｔｌ）起因の光電ピークＡ０を作る。一方、ガンマ線のあるものは前方シンチレータ４４を透過し、後方のＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ４６において、前述の光電効果を起し、スペクトル中の低チャネル領域にＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ起因の光電ピークＢ０を作る。両シンチレータ４４、４６に発光強度の差があるため、対応する光電ピークＡ０、Ｂ０は十分に離れた位置に生じている。従って、ＣＰＵ７０に内蔵された汎用のピーク計算ソフト７２によって、両シンチレータ起因の光電ピークを認識し、これらの光電ピークの計数値を求めることができる。そして、該ＣＰＵ７０に内蔵された比率計算ソフト７４によって、後方シンチレータ４６のピーク計数値Ｂを前方シンチレータ４４のピーク計数値Ａで除した比率Ｒを計算する。
【００３７】
次に横方向９０度からガンマ線が入射した場合を考える。この場合は、後方シンチレータ４６にも直接ガンマ線が入射するため、ＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ起因の光電ピークＢ９０のように大きなピークが生じ、計数値が大きい値となる。
【００３８】
次に後方１８０度からガンマ線が入射した場合を考える。この場合も後方シンチレータ４６に直接ガンマ線が入射するため、ＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータ起因の光電ピークＢ１８０のように大きなピークが生じ、大きな計数値となる。逆に、前方シンチレータ４４には間接的にガンマ線が入射するため、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ起因の光電ピークＡ１８０は小さくなる。即ち比率Ｒが最大となる。
【００３９】
中間方向の場合にも同様な手順で比率Ｒが求められる。これらの比率Ｒを示したのが図８である。比率Ｒは０度から１８０度まで安定に単調増加することが分かる。そこで比率計算ソフト７４内部に、次の表１を記憶し、最も近い値、あるいは、例えば直線近似を用いて内挿補間した値を出力し、入射方向表示器８０で表示する。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
又、警報設定器８２で比率Ｒの範囲Ｒｒを設定すれば、その範囲Ｒｒに比率Ｒが入った場合、警報器８４で警報を発生する。
【００４２】
このように、入射方向を数字で得ると共に、警報を発生する機能を有する。
【００４３】
本実施例ではＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータとＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータを用いているので、ピークの幅が比較的広く、複数の核種の区別も容易である。なお、第１実施形態におけるシンチレータの組合せはＮａＩ（Ｔｌ）とＣｓＩ（Ｔｌ）の組合せに限定されず、いずれか一方又は両者を例えばＢＧＯシンチレータや他のシンチレータで置き換えることも可能である。第２実施形態においても、シンチレータの組合せはＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯの組合せに限定されない。
【００４４】
受光素子の種類も光電子増倍管に限定されず、他の光電変換素子を用いることも可能である。又、各シンチレータと受光素子の受光面との光学的な接合は、直接接合する構成が構造的には容易であるが、光ファイバ等を介して間接接合することも可能である。比率Ｒは、逆数１／Ｒであっても良い。
【００４５】
本発明の検出器１００は、図１０（Ａ）（平面図）及び図１０（Ｂ）（正面図）に示す如く、三脚やポール等の固定手段１０２の上に取り付け、原子力設備１１０の周囲に多数設ける広指向性のガンマ線モニタリングポスト１０４として使用することができる。又、やはり広指向性のガンマ線サーベイメータとして使用することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、０度から１８０度あるいは０度から３６０度の範囲において、入射方向を直接数値で得ることができ、しかも方向による感度も単調増加で安定している検出器を得ることができる。又、比率を設定することにより任意の指向性を持たせることができ、警報付のサーベイメータを実現できる。更に、鉛製のコリメータが不要であるため、軽量化でき可搬性に優れている。又、複数の検出器に対する入射方向を知ることにより、線源の位置を特定することもできる。従って、放射線管理、防護、モニタリングの観点から、平常時、非常時において有効な検出装置となり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】線源と検出器の位置関係の例を示す平面図
【図２】従来の方向性検出器の一例の構成を示す断面図
【図３】特許文献１に記載された放射線検出器を示す断面図
【図４】本発明の第１実施形態の構成を示す平面図及び断面図
【図５】第１実施形態の測定装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の測定原理を説明するための平面図
【図７】同じくスペクトル図
【図８】同じく入射方向と比率の関係の例を示す線図
【図９】本発明の第２実施形態の構成を示す平面図及び断面図
【図１０】本発明の応用例の構成を示す平面図及び正面図
【符号の説明】
４０…検出部
４２…接合シンチレータ
４４…前方シンチレータ
４６…後方シンチレータ
５０…光電子増倍管
５２…受光面
６０…測定回路
９０…接合シンチレータ
９２、９４、９６…シンチレータ
１００…検出器
１０２…固定手段
１０４…モニタリングポスト
１１０…原子力設備
【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】
2004361290.tif 000009
【図７】
2004361290.tif 000010
【図８】
2004361290.tif 000011
【図９】
2004361290.tif 000012
【図１０】
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