(57)【要約】【課題】ホスイッチ型放射線計測装置による計測データから中性子線を正確に弁別する。【解決手段】ホスイッチ型放射線計測装置が出力する電圧波形からディジタル化された波形データを作る。波形データを用い、波形のエンベロープ時間幅が４０ｎｓｅｃ〜１６０ｎｓｅｃのものを中性子線として弁別する。さらに、放射線の種類ごとの標準波形データを用意しておき、検出された波形データと各々の放射線の標準波形データとの偏差を計算して、偏差が最も少ない標準波形データに対応する放射線が検出された放射線であると弁別する。【選択図】図１
2004163352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した放射線のエネルギーを電圧波形に変換して出力する放射線計測装置から出力される前記電圧波形を入力し、所定の時間毎に前記電圧波形の高さを抽出したデータを保存し、前記データを出力するための出力手段を備えたデータ取得部と、
前記データを用いて前記放射線の種類を弁別する弁別部とを具備する、
放射線弁別装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記放射線計測装置はホスイッチ型の放射線計測装置である、
放射線弁別装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
更に、前記データ取得部に接続され、前記データを用いて前記電圧波形のエンベロープ時間幅を読み取り、前記エンベロープ時間幅を用いて前記放射線の種類の弁別を行い結果を出力する第１弁別部を具備する、
放射線弁別装置。
【請求項４】
請求項３において、
第１弁別部は、前記エンベロープ時間幅が４０ナノ秒以下であるとき、前記放射線をγ線として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項５】
請求項３または４において、
第１弁別部は、前記エンベロープ時間幅が１６０ナノ秒以上かつ２００ナノ秒以下であるとき、前記放射線を陽子線として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項６】
請求項３から５までのうちのいずれか一項において、
第１弁別部は、前記エンベロープ時間幅が４０ナノ秒よりも大きくかつ１６０ナノ秒よりも小さいとき、前記放射線を中性子線として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項７】
請求項１または２において、
更に、放射線の種類ごとの標準的な前記電圧波形を標準波形として予め記録した標準波形記憶部と、
前記データと前記標準波形とを比較することで前記放射線の種類を弁別し結果を出力する第２弁別部とを具備する、
放射線弁別装置。
【請求項８】
請求項７において、
γ線の前記標準波形は、前記標準波形の立ち上がり時間から４０ナノ秒以上経過したところにおける高さが実質的に０である、
放射線弁別装置。
【請求項９】
請求項７または８において、
前記第２弁別部は、前記データの立ち上がり時間から４０ナノ秒以上経過したところで前記データに示される高さが予め設定された最小値よりも大きいとき、前記放射線を陽子または中性子として弁別したこと出力する、
放射線弁別装置。
【請求項１０】
請求項７から９のうちのいずれか一項において、
前記標準波形の立ち上がり時間から４０ナノ秒以上経過したところにおける中性子線の前記標準波形は時刻Ｔの減少関数ｆ１（Ｔ）で表され、
前記標準波形の立ち上がり時間から４０ナノ秒以上経過したところにおける陽子線の前記標準波形は時刻Ｔの減少関数ｆ２（Ｔ）で表され、
前記第２弁別部は、前記データを立ち上がり時刻を起点とした時刻Ｔに関する関数Ｅ（Ｔ）として表したとき、前記放射線が検出されてから予め４０ナノ秒より大きく設定された規定時間ｔを経過した時刻において、式
Δｔｎ（１）＝｜ｆ１（ｔ）−Ｅ（ｔ）｜、および
Δｔｐ（１）＝｜ｆ２（ｔ）−Ｅ（ｔ）｜
によって定義されるΔｔｎ（１）とΔｔｐ（１）とを比較して、Δｔｎ（１）＜Δｔｐ（１）であるとき前記データは中性子として弁別したことを出力し、Δｔｐ（１）＜Δｔｎ（１）であるとき前記放射線を陽子として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項１１】
請求項７から９のうちのいずれか一項において、
前記標準波形の立ち上がり時間から４０ナノ秒以上経過したところにおける中性子線の前記標準波形は時刻Ｔの減少関数ｆ１（Ｔ）で表され、
前記標準波形の立ち上がり時間から４０ナノ秒以上経過したことろにおける陽子線の前記標準波形は時刻Ｔの減少関数ｆ２（Ｔ）で表され、
前記第２弁別部は、前記データを立ち上がり時刻を起点とした時刻Ｔに関する関数Ｅ（Ｔ）として表したとき、前記放射線が検出されてから予め４０ナノ秒より大きく設定された規定時間ｔを経過した時刻において、Ｍを整数として
Δｔｎ（Ｍ）＝｜ｆ１（Ｍ・ｔ）−Ｅ（Ｍ・ｔ）｜、および
Δｔｐ（Ｍ）＝｜ｆ２（Ｍ・ｔ）−Ｅ（Ｍ・ｔ）｜
によって定義されるΔｔｎ（Ｍ）とΔｔｐ（Ｍ）とを比較して、２以上かつ予め決められた値よりも小さい全ての整数Ｍに対してΔｔｎ（Ｍ）＜Δｔｐ（Ｍ）が成り立つとき前記放射線を中性子として弁別したことを出力し、２以上かつ予め決められた値よりも小さい全ての整数Ｍに対してΔｔｐ（Ｍ）＜Δｔｎ（Ｍ）が成り立つとき前記放射線を陽子として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第２弁別部は、２以上かつ予め決められた値よりも小さい全ての整数Ｍに対してΔｔｎ（Ｍ）とΔｔｐ（Ｍ）とを比較し、Δｔｎ（Ｍ）＜Δｔｐ（Ｍ）が成立する場合の方が多いとき前記放射線を中性子として弁別したことを出力し、Δｔｐ（Ｍ）＜Δｔｎ（Ｍ）が成立する場合の方が多いとき前記放射線を陽子として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２のうちのいずれか一項において、
前記放射線計測装置は複数のシンチレータを使用しており、
前記放射線計測装置において中性子線が入射したときに前記複数のシンチレータのうちのＮ種類のシンチレータが発光し、前記中性子線が入射したときに前記Ｎ種類のシンチレータのうちのｉ番目として番号づけられたシンチレータが発光する光の強度の、前記放射線計測装置が備える全てのシンチレータが前記中性子線の入射において発光する光の強度に対する比はＲｉであり、前記ｉ番目のシンチレータの中性子線に対する減衰の特性時間はＴｉであり、
前記放射線計測装置において陽子線が入射したときに前記複数のシンチレータのうちのＮ´種類のシンチレータが発光し、前記陽子線が入射したときに前記Ｎ´種類のシンチレータのうちのｉ番目として番号づけられたシンチレータが発光する光の強度の、前記放射線計測装置が備える全てのシンチレータが前記陽子線の入射において発光する光の強度に対する比はＲ´ｉであり、前記ｉ番目のシンチレータの中性子線に対する減衰の特性時間はＴ´ｉであるとき、前記関数ｆ１（Ｔ）と前記関数ｆ２（Ｔ）とは、次式
【数１】
2004163352.tif 000007
【数２】
2004163352.tif 000008
で表される、
放射線弁別装置。
【請求項１４】
請求項１０から１２のうちのいずれか一項において、
前記放射線計測装置は液体シンチレータＮＥ２１３とプラスチックシンチレータＮＥ１１５とを用いたホスイッチ型の放射線計測装置であり、
前記液体シンチレータＮＥ２１３における中性子線の発光の減衰の特性時間をＴ１、前記液体シンチレータＮＥ２１３における陽子線の発光の減衰の特性時間をＴ２、前記プラスチックシンチレータＮＥ１１５における陽子線の発光の減衰の特性時間をＴ３としたとき、前記関数ｆ１（Ｔ）と前記関数ｆ２（Ｔ）とは、ｆ１（Ｔ）＝Ｋ１ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ１）、および
ｆ２（Ｔ）＝０．６９×Ｋ２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ２）＋０．３１×Ｋ２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ３）
で表される、
放射線弁別装置。
【請求項１５】
請求項７から１４のうちのいずれか一項において、
更に、前記データ取得部に接続され、前記データを用いて前記電圧波形のエンベロープ時間幅を読み取り、前記エンベロープ時間幅を用いて前記放射線の種類の弁別を行い結果を出力する第１弁別部を具備する、
放射線弁別装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
第１弁別部は、前記エンベロープ時間幅が４０ナノ秒以下であるとき、前記放射線をγ線として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６において、
第１弁別部は、前記エンベロープ時間幅が１６０ナノ秒以上かつ２００ナノ秒以下であるとき、前記放射線を陽子線として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項１８】
請求項１５から１７までのうちのいずれか一項において、
第１弁別部は、前記エンベロープ時間幅が４０ナノ秒よりも大きくかつ２００ナノ秒よりも小さいとき、前記放射線を中性子線として弁別したことを出力する、
放射線弁別装置。
【請求項１９】
請求項１５から１８までのうちのいずれか一項において、
更に、前記第１弁別部の出力と前記第２弁別部の出力とを用いて、前記放射線の種類を判定する判定部を具備する、
放射線弁別装置。
【請求項２０】
入射した放射線のエネルギーを電圧波形に変換して出力する放射線計測装置から出力される前記電圧波形を入力して所定の時間毎に前記電圧波形の高さ波形データとして抽出するステップと、
前記波形データを用いて前記電圧波形のエンベロープ時間幅を読み取るステップと、
前記エンベロープ時間幅を用いて前記放射線の種類の弁別を行い第１弁別結果として出力するステップと、
前記波形データと予め記録された放射線の種類ごとの標準的な電圧波形とのずれに基づいて前記放射線の種類の弁別を行い第２弁別結果として出力するステップと、
前記第１弁別結果と前記第２弁別結果とを用いて前記放射線の種類を判定するステップとを具備する、
放射線弁別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中性子計測技術に関し、特に航空宇宙分野で利用される中性子計測技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙環境、あるいは航空機が飛行する高高度の上空では人体あるいは装置が受ける放射線が地上よりも大きくなる。宇宙環境、あるいは飛行機が飛行する高高度の上空ではγ線、中性子線、陽子線に例示される放射線が降り注ぐ。放射線のうち中性子線は人体あるいは装置に対する影響が大きい。γ線、陽子線に例示される複数の種類の放射線が存在する環境において中性子線を精度よく測定する技術が求められている。
【０００３】
宇宙環境、あるいは飛行機が飛行する高高度の上空における自然放射線を測定するために好適に用いられる放射線計測装置として、ホスイッチ型放射線計測装置が知られている。図５を参照して、ホスイッチ型放射線計測装置３０は、プラスチックシンチレータ３１と、液体シンチレータ３２と、ライトガイド３３と、光電子増倍管３４とを備えている。放射線がプラスチックシンチレータ３１あるいは液体シンチレータ３２に入射すると、プラスチックシンチレータ３１あるいは液体シンチレータ３２は発光する。発光した光はライトガイド３３によって光電子増倍管３４の光電面に導かれる。光電面に光を受けた光電子増倍管３４は陽極から電流を出力する。
【０００４】
ホスイッチ型放射線計測装置３０において、光電子増倍管３４が出力する電流の電圧波形は、プラスチックシンチレータ３１あるいは液体シンチレータ３２に入射した放射線の種類が同じであれば各々の種類毎に決まった標準波形に近い波形となり、種類が異なれば異なった波形となる。
【０００５】
放射線計測装置、特にホスイッチ型の放射線計測装置の出力から放射線の種類を弁別する技術、特に中性子線を正確に弁別する技術が求められている。
【０００６】
中性子束を検出すると負極性のパルス信号を発生する中性子測定装置において、該中性子測定装置が単位時間あたりに出力する出力パルス信号のうちに含まれる負極性パルスの計数値から正極性パルスの計数値を減算するパルス補正手段を具備することによって、ノイズの影響を除去して中性子を検出する中性子測定装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
原子炉の中性子束を測定する中性子検出器から出力されるパルス信号をパルス数計測法によって計測する中性子測定装置において、波高弁別レベルを予め定め、パルス信号をその波高弁別レベルに基づいて弁別し、波高弁別後のパルス数を計測するパルス数計測手段と、波高弁別レベルの値を可変とし、その時の波高弁別レベルと各波高弁別レベルに対応したパルス数計測器との関連を示すパルス波高弁別特性を測定するパルス波高弁別特性測定手段を備え、パルス数計測値とパルス波高弁別特性データを並行して表示することを特徴とする中性子測定装置が知られている（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１８３４６５号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１６５４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、宇宙環境あるいは高高度の上空における自然放射線を弁別する性能が高い放射線弁別装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、宇宙環境あるいは高高度の上空における自然放射線のうちで中性子線を弁別する性能が高い放射線弁別装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明における放射線弁別装置（１）は、入射した放射線のエネルギーを電圧波形（８）に変換して出力する放射線計測装置（２）から出力される電圧波形（８）を入力し、所定の時間毎に電圧波形（８）の高さを抽出したデータ（９）を保存し、該データ（９）を出力するための出力手段を備えたデータ取得部（３）と、該データ（９）を用いて放射線の種類を弁別する弁別部（５、６、７）とを具備している。放射線計測装置（２）は、ホスイッチ型の放射線計測装置である。
【００１３】
ホスイッチ型放射線計測装置（２）は放射線を検出するためにシンチレータ（３１、３２）を用いており、取り扱いが容易である。シンチレータ（３１、３２）を用いた放射線計測装置（２）は、宇宙環境あるいは高高度の上空における自然放射線程度の放射線量においては、１つ１つの入射放射線を区別して計測するのに好適に用いられる。複数のシンチレータ（３１、３２）を用いたホスイッチ型放射線計測装置（２）は、入射する放射線の種類を区別するのに好適に用いられる。こうしたホスイッチ型放射線計測装置（２）からの出力を分析する放射線弁別装置（１）は、γ線、中性子線、陽子線に例示される宇宙環境あるいは高高度の上空における自然放射線を弁別するために好適に用いられる。
【００１４】
データ取得部（３）には、該データ（９）を用いて電圧波形（８）のエンベロープ時間幅（２６）を読み取り、該エンベロープ時間幅（２６）を用いて放射線の種類の弁別を行い結果を出力する第１弁別部（５）が接続されている。
【００１５】
第１弁別部（５）は、該エンベロープ時間幅（２６）が４０ナノ秒以下であるとき放射線をγ線として弁別したことを出力し、１６０ナノ秒以上かつ２００ナノ秒以下であるとき放射線を陽子線として弁別したことを出力し、４０ナノ秒よりも大きくかつ１６０ナノ秒よりも小さいとき放射線を中性子線として弁別したことを出力する。
【００１６】
本発明における放射線弁別装置（１）は、放射線の種類ごとの標準的な電圧波形（８）を標準波形（１０）として予め記録した標準波形記憶部（４）と、データ取得部（３）から入力するデータ（９）と標準波形（１０）とを比較することで放射線の種類を弁別し結果を出力する第２弁別部（６）を具備している。
【００１７】
γ線の標準波形（１０）は、立ち上がり時間から４０ナノ秒以上経過したところにおける高さが実質的に０である。
【００１８】
第２弁別部（６）は、データ（９）の立ち上がり時刻から４０ナノ秒以上経過したところでデータ（９）に示される高さが予め設定された最小値よりも大きいとき、放射線を陽子または中性子として弁別したことを出力する。
【００１９】
標準波形（１０）の立ち上がり時刻から４０ナノ秒以上経過したところにおける中性子線の標準波形（１０）は時刻Ｔの減少関数ｆ１（Ｔ）で表され、標準波形（１０）の立ち上がり時刻から４０ナノ秒以上経過したところにおける陽子線の標準波形は時刻Ｔの減少関数ｆ２（Ｔ）で表され、第２弁別部（６）は、データ（９）を立ち上がり時刻を起点とした時刻Ｔに関する関数Ｅ（Ｔ）として表したとき、データの立ち上がり時刻から予め４０ナノ秒より大きく設定された規定時間ｔを経過した時刻において、式
Δｔｎ（１）＝｜ｆ１（ｔ）−Ｅ（ｔ）｜、および
Δｔｐ（１）＝｜ｆ２（ｔ）−Ｅ（ｔ）｜
によって定義されるΔｔｎ（１）とΔｔｐ（１）とを比較して、Δｔｎ（１）＜Δｔｐ（１）であるときデータ（９）は中性子を示していると判定し、Δｔｐ（１）＜Δｔｎ（１）であるとき放射線を陽子として弁別したことを出力する。
【００２０】
更に第２弁別部（６）は、Ｍを整数として
Δｔｎ（Ｍ）＝｜ｆ１（Ｍ・ｔ）−Ｅ（Ｍ・ｔ）｜、および
Δｔｐ（Ｍ）＝｜ｆ２（Ｍ・ｔ）−Ｅ（Ｍ・ｔ）｜
によって定義されるΔｔｎ（Ｍ）とΔｔｐ（Ｍ）とを比較して、２以上かつ予め決められた値よりも小さい全ての整数Ｍに対してΔｔｎ（Ｍ）＜Δｔｐ（Ｍ）が成り立つとき放射線を中性子として弁別したことを出力し、２以上かつ予め決められた値よりも小さい全ての整数Ｍに対してΔｔｐ（Ｍ）＜Δｔｎ（Ｍ）が成り立つとき放射線を陽子として弁別したことを出力する。
【００２１】
更に第２弁別部（６）は、２以上かつ予め決められた値よりも小さい全ての整数Ｍに対してΔｔｎ（Ｍ）とΔｔｐ（Ｍ）とを比較し、Δｔｎ（Ｍ）＜Δｔｐ（Ｍ）が成立する場合の方が多いとき放射線を中性子として弁別したことを出力し、Δｔｐ（Ｍ）＜Δｔｎ（Ｍ）が成立する場合の方が多いとき放射線を陽子として弁別したことを出力する。
【００２２】
本発明における放射線弁別装置（１）が接続されている放射線計測装置（２）は、複数のシンチレータ（３１、３２）を使用している。
【００２３】
放射線計測装置（２）において中性子線が入射したときに複数のシンチレータ（３１、３２）のうちのＮ種類のシンチレータ（３２）が発光する。中性子線が入射したときにそのＮ種類のシンチレータ（３２）のうちのｉ番目として番号づけられたシンチレータが発光する光の強度の、放射線計測装置（２）が備える全てのシンチレータ（３１、３２）が中性子線の入射において発光する光の強度に対する比はＲｉであり、ｉ番目のシンチレータの中性子線に対する減衰の特性時間はＴｉである。
【００２４】
放射線計測装置（２）において陽子線が入射したときに複数のシンチレータ（３１、３２）のうちのＮ´種類のシンチレータ（３１、３２）が発光する。陽子線が入射したときにＮ´種類のシンチレータ（３１、３２）のうちのｉ番目として番号づけられたシンチレータが発光する光の強度の、放射線計測装置（２）が備える全てのシンチレータ（３１、３２）が陽子線の入射において発光する光の強度に対する比はＲ´ｉであり、ｉ番目のシンチレータの中性子線に対する減衰の特性時間はＴ´ｉであるとき、関数ｆ１（Ｔ）と関数ｆ２（Ｔ）とは、式
【数３】
2004163352.tif 000003
【数４】
2004163352.tif 000004
で表される。
【００２５】
放射線計測装置（２）は、液体シンチレータＮＥ２１３（３２）とプラスチックシンチレータＮＥ１１５（３１）とを用いたホスイッチ型の放射線計測装置（２）である。液体シンチレータＮＥ２１３（３２）における中性子線の発光の減衰の特性時間をＴ１、陽子線の発光の減衰の特性時間をＴ２、プラスチックシンチレータＮＥ１１５（３１）における陽子線の発光の減衰の特性時間をＴ３としたとき、関数ｆ１（Ｔ）とｆ２（Ｔ）とは、
ｆ１（Ｔ）＝Ｋ１ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ１）、および
ｆ２（Ｔ）＝０．６９×Ｋ２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ２）＋０．３１×Ｋ２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ３）
で表される。
【００２６】
本発明における放射線弁別装置（１）は更に、第１弁別部（５）の出力と第２弁別部（６）の出力とを用いて放射線の種類を判定する判定部（７）を具備している。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による放射線弁別装置の実施の形態について説明する。図５を参照して、本発明における放射線弁別装置１はホスイッチ型放射線計測装置２に接続して使用される。ホスイッチ型放射線計測装置２は、プラスチックシンチレータ３１と液体シンチレータ３２とを備えている。プラスチックシンチレータ３１としてはＮＥ１１５が、液体シンチレータ３２としてはＮＥ２１３が好適に用いられる。
【００２８】
図１を参照して、放射線弁別装置１は、ホスイッチ型放射線計測装置２から出力される電圧波形８を入力しディジタル化しサンプリングし波形データ９として出力する放射線波形データ取得部３と、ホスイッチ型放射線弁別装置１から出力される電圧波形８の放射線の種類ごとの標準波形１０を予め記憶している標準波形記憶部４と、標準波形記憶部４から出力される標準波形１０を用いて放射線波形データ取得部３から入力する波形データ９が示す放射線の種類を各々が異なる方法を用いて弁別する第１弁別部５と第２弁別部６と、第１弁別部の弁別結果と第２弁別部の弁別結果とを入力し両方の弁別結果を用いて放射線の種類を判定する判定部７とを具備している。標準波形記憶部４と、第１弁別部５と、第２波形部６と、判定部７はパーソナルコンピュータによって構成される。
【００２９】
標準波形記憶部４は、放射線の種類ごとに標準波形１０を備えている。図２は、γ線の標準波形２２と、中性子線の標準波形２３と、陽子線の標準波形２４と、各々の標準波形１０の立ち上がりの時刻を起点として予め４０ナノ秒以上に設定された規定時間ｔを経過した後の時刻Ｔ＞ｔにおける各々の標準波形１０の関数形を示している。
【００３０】
γ線の標準波形２２と、中性子線の標準波形２３と、陽子線の標準波形２４とは、放射線計測器２が備えているシンチレータ３１、３２、光電子増倍管３４の特性に対応して設定される。標準波形１０を表す関数形としては、指数関数、べき関数、サイン曲線の一部分が例示される。
【００３１】
指数関数で表される標準波形１０としては、放射線の種類ごとに決まり各々減衰の特性時間が異なる複数の指数関数を重み付けして足した関数が好適に例示される。
【００３２】
中性子線を例として、放射線計測装置２が備えている複数のシンチレータ３１、３２に中性子線が入射したときにそれら複数のシンチレータ３１、３２のうちのＮ種類が発光し、中性子線が入射したときにそれらＮ種類のシンチレータ３２のうちのｉ番目として番号づけられたシンチレータが発光する光の強度の、複数のシンチレータ３２のすべてが発光する光の強度に対する比をＲｉとして、該ｉ番目のシンチレータの中性子線に対する減衰の特性時間をＴｉとする。更に、陽子線を例として、放射線計測装置が備えている複数のシンチレータ３１、３２に陽子線が入射したときにそれら複数のシンチレータ３１、３２のうちのＮ種類が発光し、陽子線が入射したときにそれらＮ種類のシンチレータ３１、３２のうちのｉ番目として番号づけられたシンチレータが発光する光の強度の、複数のシンチレータ３１、３２のすべてが発光する光の強度に対する比をＲ´ｉとして、該ｉ番目のシンチレータの陽子線に対する減衰の特性時間をＴ´ｉとする。そのとき、標準波形は、式
【数５】
2004163352.tif 000005
【数６】
2004163352.tif 000006
で表される。Ｋ１には中性子線の波形データ９のピーク値が代入される。Ｋ２には陽子線の波形データ９のピーク値が代入される。
【００３３】
図２に、放射線計測装置２がプラスチックシンチレータ３１と液体シンチレータ３２との２種類のシンチレータを用いており、プラスチックシンチレータ３１がＮＥ１１５であり、液体シンチレータ３２がＮＥ２１３である場合におけるγ線の標準波形２２と、中性子線の標準波形２３と、陽子線の標準波形２４とを示している。
【００３４】
図２（ａ）はγ線の標準波形２２を示している。時刻Ｔにおける波形は、式
Ｆγ＝０
で例示される。
【００３５】
図２（ｂ）は中性子線の標準波形２３を示している。Ｔ１を液体シンチレータ３２の中性子線に対する減衰の特性時間として、時刻Ｔにおける波形は、式
Ｆｎ（Ｔ）＝Ｋ１ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ１）
で例示される。
【００３６】
図２（ｃ）は陽子線の標準波形２４を示している。Ｔ２を液体シンチレータ３２の陽子線に対する減衰の特性時間とし、Ｔ３をプラスチックシンチレータ３１の陽子線に対する減衰の特性時間として、時刻Ｔにおける波形は、式
Ｆｐ（Ｔ）＝０．６９×Ｋ２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ２）＋０．３１×Ｋ３ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ３）
で例示される。陽子線の標準波形２４を表す関数Ｆｐの第１項の係数０．６９と第２項の係数０．３１とは、液体シンチレータＮＥ２１３とプラスチックシンチレータＮＥ１１５における陽子線の発光の比が６９パーセント対３１パーセントであることによっている。
【００３７】
以上の構成を備えた放射線弁別装置は、次のように動作する。
【００３８】
ホスイッチ型放射線計測装置２から出力された電圧波形８は、放射線波形データ取得部３に入力される。放射線波形データ取得部３は、放射線が検出された時刻から２００ナノ秒が経過するまでの間、電圧波形８をＡ／Ｄ変換し、１０ナノ秒ごとにサンプリングを行い、波形データ９を作る。
【００３９】
図３は、波形データ９をプロット化したグラフを示している。図３（ａ）はγ線の場合、図３（ｂ）は中性子線の場合、図３（ｃ）は陽子線の場合の波形データ９をプロットした図の例である。
【００４０】
このように電圧波形８がディジタル化されることで、電圧波形８が持っている情報量の多くを利用して、計算機上で自在にデータ処理がなされる。
【００４１】
波形データ９は、第１弁別部５と第２弁別部６とに転送される。
【００４２】
放射線データ取得部３から波形データ９を入力した第１弁別部５は、波形データ９のエンベロープ時間幅２６を検出する。図４を参照して、波形データ２５が与えられた場合、エンベロープ時間幅２６は、波形の立ち上がりから波高が実質的にゼロになるまでの時間幅である。
【００４３】
第１弁別部５は、検出されたエンベロープ時間幅２６によって放射線の種類の弁別を行う。弁別するための基準となるエンベロープ時間幅は、第１弁別部５が記憶しているか、あるいは標準波形記憶部４が記憶している標準波形１０を用いて計算され第１弁別部５に転送される。
【００４４】
このように異なった処理を行う２つの弁別部に波形データ９が並行して送られることで、信頼性の高い弁別が短時間で行われる。
【００４５】
第１弁別部５における放射線の弁別は以下のように行われる。
【００４６】
第１に、放射線がγ線である場合、ホスイッチ型放射線計測装置２が備えているプラスチックシンチレータ３１は発光せず、液体シンチレータ３２が発光する。光電子増倍管３４は、液体シンチレータ３２が発した光を光電面に受け、発光の強度に相関した大きさの電流を陽極から出力する。光電面に光が達してから陽極電流がピークに達するまでには３ナノ秒〜４ナノ秒の上昇時間がかかる。光電面に光が届かなくなってから陽極電流がゼロに戻るまでには８ナノ秒〜１１ナノ秒の下降時間がかかる。
【００４７】
γ線は発光時間が短いため、γ線の発光波形の時間幅に応じた電圧波形８の時間幅は上昇時間と下降時間とに埋もれてしまい、エンベロープ時間幅を考える場合には無視される。
【００４８】
γ線の発光減衰時間は１５ナノ秒〜２０ナノ秒程度である。γ線のエンベロープ時間幅２６は、上昇時間と下降時間と発光減衰時間とを合計して、３５ナノ秒程度である。放射線波形データ取得部３から入力する波形データ９は１０ナノ秒ごとにサンプリングされたデータであることを考慮して、第１弁別部はエンベロープ時間幅が４０ナノ秒以下の波形データ９はγ線を示していると弁別するように設定される。
【００４９】
第２に、第１弁別部はエンベロープ時間幅が１６０ナノ秒以上の波形データ９は陽子線を示していると弁別するように設定される。
【００５０】
第３に、第１弁別部はエンベロープ時間幅が４０ナノ秒より大きく１６０ナノ秒より小さい波形データ９は中性子線を示していると弁別するように設定される。
【００５１】
第２弁別部６は、標準波形記憶部４から標準波形１０を入力する。標準波形１０は、放射線が検出されてから予め４０ナノ秒よりも大きく設定された規定時間ｔ秒より後における放射線の種類ごとの標準的な波形を波形の立ち上がりのときを起点とする時間Ｔの関数として表している。
【００５２】
液体シンチレータ３２における中性子線の発光の減衰の特性時間をＴ１、陽子線の発光の減衰の特性時間をＴ２、プラスチックシンチレータ３１における陽子線の発光の減衰の特性時間をＴ３とすると、γ線の標準波形２２は、
Ｆγ＝０、
中性子線の標準波形２３は、
Ｆｎ＝Ｋ１ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ１）
陽子線の標準波形２４は、
Ｆｐ＝０．６９×Ｋ２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ２）＋０．３１×Ｋ２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ３）
が用いられる。
【００５３】
第２弁別部６は、放射線波形データ取得部３から波形データ９を入力する。波形データ９を波形の立ち上がり時刻を起点とする時間Ｔの関数Ｅ（Ｔ）で表すと、第２弁別部６は、立ち上がり時刻から規定時間ｔを経過した後において、式
Δｔｎ（Ｍ）＝｜ｆ１（Ｍ・ｔ）−Ｅ（Ｍ・ｔ）｜、および
Δｔｐ（Ｍ）＝｜ｆ２（Ｍ・ｔ）−Ｅ（Ｍ・ｔ）｜
で定義されるΔｔｎ（Ｍ）とΔｔｐ（Ｍ）とを、２以上かつ予め決められた値よりも小さい全ての整数Ｍについて計算する。以下、Ｍが３の場合を例とする。
【００５４】
第２弁別部は、不等式
Δｔｎ（１）＜Δｔｐ（１）、
Δｔｎ（２）＜Δｔｐ（２）、および
Δｔｎ（３）＜Δｔｐ（３）
が成立するか否かを判定する。
【００５５】
第２弁別部６が、上記３つの不等式がすべて成立するときに放射線を中性子線として弁別したことを判定部７に出力するという弁別方法は、中性子線の標準波形２３と複数の時刻において値が近い波形データ９を中性子線として弁別することになり、中性子線である確度が高い波形データだけを抽出できて好ましい。このような弁別方法は、中性子線が少なくともどの程度の線量あるのかを見積もるときに好適に用いられる。
【００５６】
第２弁別部６が、上記３つの不等式のうちの少なくとも２つが成立するときに放射線を中性子線として弁別したことを判定部７に出力するという判別方法は、波形データ９が陽子線の標準波形２４と比較すると相対的に中性子線の標準波形２３に近い波形データ９を抽出することになり、中性子線を数え漏らすことが少なくなり好ましい。このような判別方法は、人体や装置に対する影響の観点から中性子線の放射線量の上限が決められている場合に好適に用いられる。
【００５７】
第２弁別部は、不等式
Δｔｐ（１）＜Δｔｎ（１）、
Δｔｐ（２）＜Δｔｎ（２）、および
Δｔｐ（３）＜Δｔｎ（３）
が成立するか否かを判定する。
【００５８】
第２弁別部６が、上記３つの不等式がすべて成立するときに放射線を陽子線として弁別したことを判定部７に出力するという弁別方法は、陽子線の標準波形２４と複数の時刻において値が近い波形データ９を陽子線として弁別することになり、陽子線である確度が高い波形データだけを抽出できて好ましい。このような弁別方法は、陽子線が少なくともどの程度の線量あるのかを見積もるときに好適に用いられる。
【００５９】
第２弁別部６が、上記３つの不等式のうちの少なくとも２つが成立するときに放射線を陽子線として弁別したことを判定部７に出力するという判別方法は、波形データ９が中性子線の標準波形２３と比較すると相対的に陽子線の標準波形２４に近い波形データ９を抽出することになり、陽子線を数え漏らすことが少なくなり好ましい。このような判別方法は、人体や装置に対する影響の観点から陽子線の放射線量の上限が決められている場合に好適に用いられる。
【００６０】
このように複数の時刻において波形データ９と標準波形１０とを比較して弁別することで、放射線の種類が精度よく弁別される。整数Ｍが多いと、弁別の精度が高くなり好ましい。Ｍ＝１、すなわち１つの時点だけを比較して弁別することは、計算が速くなり好ましい。Ｍの値は、放射線量と計算機の構成とを考慮して決められる。
【００６１】
判定部７は、第１弁別部５の弁別結果と第２弁別部６の弁別結果とを入力し、双方の弁別結果を用いて放射線の種類について判定する。
【００６２】
第１弁別部５と第２弁別部６とは同一の波形データ９を異なった弁別方法で弁別する。このように独立した２種類の弁別方法を用いた判定を行う判定部７を備えた放射線弁別装置１は、放射線の種類を弁別する精度が高い。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、宇宙環境あるいは高高度の上空における自然放射線を弁別する性能が高い放射線弁別装置が提供される。
【００６４】
更に本発明によれば、宇宙環境あるいは高高度の上空における自然放射線のうちで中性子線を弁別する性能が高い放射線弁別装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、放射線弁別装置の構成を示す。
【図２】図２は、標準波形を示す。
【図３】図３は、波形データを示す。
【図４】図４は、エンベロープ時間幅を説明する図である。
【図５】図５は、ホスイッチ型放射線計測装置の構成を示す。
【符号の説明】
１…放射線弁別装置
２…ホスイッチ型放射線計測装置
３…放射線波形データ取得部
４…標準波形記憶部
５…第１弁別部
６…第２弁別部
７…判定部
８…電圧波形
９…波形データ
１０…標準波形
２５…波形データ
２６…エンベロープ時間幅
３１…プラスチックシンチレータ
３２…液体シンチレータ
３３…ライトガイド
３４…光電子増倍管
【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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