(57)【要約】【課題】ガンマ線の入射方向の情報とともにその方向から入射するガンマ線のエネルギースペクトルを求め、入射方向毎の各種放射線源からの線量率、あるいは、エネルギーバンド毎の線量率を求めることができる装置を提供する。【解決手段】特定の入射方向に感度を限定させた検出部を複数個組み合わせることにより、全方向から入射するガンマ線について入射方向毎の各種放射線源からの線量率、あるいはエネルギーバンド毎の線量率を求める。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入射するガンマ線の入射方向を求めるガンマ線入射方向検出器であり、球体中心から放射状に多数延ばした線が各検出部の軸中心となるように遮蔽材内に設置し、角度応答を一部方向に限定した多数のガンマ線シンチレータで構成されていることを特徴とするガンマ線入射方向検出器。
【請求項２】
球体の球面座標において、赤道と赤道のＮ等分点を通る経度線ｎとの各交点と、上記の各経度線の中間経度を通る経度線ｎ’と南北緯４５度線との各交点と、北極点に検出部の軸中心が球体中心を通るように配置した請求項１記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項３】
Ｎを８とし計２５個のガンマ線シンチレータを配置し、全方向検出可能とした請求項２記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項４】
全方向を対象とするのではなく、立体角の一部方向からの入射ガンマ線を対象とするため、該一部方向以外の検出部は取り除いた形態である請求項１のガンマ線入射方向検出器。
【請求項５】
全方向を対象とするのではなく、半球方向からの入射ガンマ線を対象とするため、北半球に配置したシンチレータと赤道面のものはそのまま配置し、南半球の検出部は取り除いた形態である請求項１のガンマ線入射方向検出器。
【請求項６】
全方向からのスペクトルデータの集積に際し、測定系の全体の感度の方向依存性を低減するため、赤道部に配置したシンチレータの重みを１、北緯４５度部の重みを１／√２および南緯４５度部の重みを０．８に設定した請求項２記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項７】
配置シンチレータ数および各シンチレータの重み付けが異なる請求項１〜６のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項８】
各シンチレータを遮蔽体のより内部へ移動させることができるようなアジャスト機構を持った請求項１〜７のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項９】
ガンマ線入射方向検出器の検出部分としてシンチレータ以外の検出器を設置させた請求項１〜８のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項１０】
シンチレータ以外の検出器が半導体検出器である請求項１〜９のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか記載のガンマ線入射方向検出器において、ガンマ線測定場の撮像手段として撮影装置を備え、その画像を表示する画像表示部を有してなるガンマ線入射方向検出器。
【請求項１２】
撮影装置が、魚眼レンズを搭載した撮影装置である請求項１１記載のガンマ線入射方向検出器。
【請求項１３】
魚眼レンズが測定系の対向する２ヶ所に搭載される請求項１２記載のガンマ線入射方向検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガンマ線の検出装置に関し、特にガンマ線の入射方向、および各方向からのガンマ線源あるいはエネルギーバンド毎の計数率もしくは線量率を求める方法及び検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、狭い視野内における入射方向を弁別する装置が開発されている。また、医療分野においては被検者の周囲に多数の検出器を配置し、それらの検出器で放射線の入射方向を弁別し、体内臓器あるいはガン組織の形状把握に用いられている。
【０００３】
しかしながら、前記の狭い視野内の入射方向弁別器では、全方向からの情報を入手するためには多数回の測定を繰り返すか、多数個の測定器を用いる必要があり、測定時間または多額の購入資金が必要となる。また、医学分野で使用されている測定器系は外部から入射してくる放射線を対象とすることはできない。
【０００４】
一方、これまでの環境放射線の測定器は方向依存性の無い測定器が理想的な測定器と考えられ、測定地点の線量率を正しく求めるものとして開発されてきたこともあり、放射線の入射方向に関する情報を効率よく取得する測定器は開発されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような現状を省みて、より詳細な環境放射線レベルの研究を押し進めるに当たっては放射線の入射方向に関する情報を入手することが大変重要であるとの考えに基づき検討されたものであり、比較的短時間に、容易にガンマ線の入射方向情報を求めることができる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のガンマ線入射方向検出器は、外部から入射するガンマ線の入射方向を求めるガンマ線入射方向検出器であり、球体中心から放射状に多数延ばした線が各検出部の軸中心となるように遮蔽材内に設置し、角度応答を一方向に限定した多数のガンマ線シンチレータで構成されている。上記の軸中心は厳密なものではなく、かなりの偏位も許容され得、適宜得られる測定値を補正して検出しうる。そして、好適には本発明のガンマ線入射方向検出器は、球体の球面座標において、赤道と赤道のＮ等分点を通る経度線ｎとの各交点と、上記の各経度線の中間経度を通る経度線ｎ’と南北緯４５度線との各交点と、北極点に検出部の軸中心が球体中心を通るように配置される。たとえば、このＮを８とし計２５個のガンマ線シンチレータを配置し、全方向検出可能とし得る。
【０００７】
本発明のガンマ線入射方向検出器においては、全方向からのスペクトルデータの集積に際し、測定系の全体の感度の方向依存性を低減するため、たとえば赤道部に配置したシンチレータの重みを１、北緯４５度部の重みを１／√２および南緯４５度部の重みを０．８に設定することができる。このように、本発明のガンマ線入射方向検出器においては、配置シンチレータ数および各シンチレータの重み付けを異なるように設定し得る。
【０００８】
本発明のガンマ線入射方向検出器においては、全方向を対象とするのではなく、立体角の一部方向からの入射ガンマ線を対象とするため、該一部方向以外の検出部は取り除いた形態とすることもできる。たとえば、全方向を対象とするのではなく、半球方向からの入射ガンマ線を対象とするため、北半球に配置したシンチレータと赤道面のものはそのまま配置し、南半球の検出部は取り除いた形態とし得る。
【０００９】
本発明のガンマ線入射方向検出器においては、角度応答をよりシャープにするため、または高線量率場でのスペクトルのパイルアップを防ぐために、各シンチレータを遮蔽体のより内部へ移動させることができるようなアジャスト機構をもつように構成し得る。
【００１０】
さらに、本発明のガンマ線入射方向検出器においては、ガンマ線入射方向検出器の検出部分としてシンチレータ以外の検出器、たとえば半導体検出器を設置し得る。
【００１１】
そして、本発明のガンマ線入射方向検出器において、ガンマ線測定場の撮像手段として撮影装置を備え、その画像を表示する画像表示部を有するように構成することができる。好適には撮影装置は、魚眼レンズを搭載した撮影装置である。そして好適には、この魚眼レンズは測定系の対向する２ヶ所に搭載される。たとえば、１８０度の円形視野角の正射影型魚眼レンズを対向する２ヶ所に搭載し、ＣＣＤ等の撮像素子で撮像して全天像を得、その全天像を所定の画像変換手段を経てコンピュータモニタに表示可能な画像に変換し、全天モニタ像を作成する。一方、シンチレータからの情報を同様にして全天モニタ像に位置関係が重なる画像となるように変換することで強度分布モニタ像を作成し、モニタに表示される全天画像上に、各画像部位に対応するガンマ線強度分布を描写するようにするこの場合、目的により全天画像は円形画像二つで表示してもよいし、正角図法等の各種図法に準じた変換処理を行ない一つの画像として表示することもできる。
【００１２】
以上のように、本発明においては、特定の入射方向に感度を限定させた検出部を複数個組み合わせることにより、全方向から入射するガンマ線について入射方向毎の各種放射線源からの線量率、あるいは、エネルギーバンド毎の線量率を求めることができる。また、各測定部は方向依存性を有するが、測定系全体としては方向依存性を出来るだけ少なくなるように構成し、どの方向からの入射に対してもそのガンマ線のスペクトルを入手し、線量評価を行うことができる。
【００１３】
本発明によるガンマ線入射方向検出器は、短時間の測定により必要な情報が入手でき、演算を介して、各方向からの放射線源別の線量率、あるいは、エネルギーバンド毎の線量率を求められることができる。また、それらの結果を測定器の周りに想定した天球上に表示することができる。さらに、放射線の強度分布を周辺の画像イメージと重ね合わせて表示することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、具体例により本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明によるガンマ線入射方向検出器を示す概略図である。図１の検出部系１は２５個のシンチレータを遮蔽体２の中にマウントした場合の形態を示す。この２５個のシンチレータにはフォトパイプ４を接続し、シンチレータ内の発光を下部の位置検出型光電子増倍管５へと伝える。ここで、位置検出型光電子増倍管を用いるのではなく、通常の光電子増倍管を使用することも可能であるが、多数の光電子増倍管が必要となり、また、多数の高圧供給部が必要となると共に、同じ増幅率に統一をとるのが難しいため、元の入力位置への変換計算が必要とされるけれども、位置検出型光電子増倍管が好適である。
【００１５】
この位置検出型光電子増倍管へと伝えられた光はそこで電子信号となり増幅された後、波高弁別器６へと誘導される。このようにして得られた２５個のシンチレータからのそれぞれの電気信号は一定時間積算し、２５個のエネルギースペクトルを得る。
【００１６】
標準的なガンマ線入射方向検出器は２５個のシンチレータを図１のように配置する。即ち、球面座標において、赤道と赤道の８等分点を通る経度線ｎとの各交点と、上記の各経度線の中間経度を通る経度線ｎ’と南北緯４５度線との各交点と、北極点に検出部の軸中心が球体中心を通るように配置する。
【００１７】
図２に示すように遮蔽体２は中空の支持棒７に支えられている。支持棒の上端部はシンチレータを透過してきたガンマ線を遮蔽するため、中空ではなく遮蔽材８を詰めてある。また、球体の遮蔽体の内部に位置する支持棒部分は各シンチレータからのフォトパイプを支持棒の中空部分へ取り入れるためのスリット９を設けている。即ち、図３に示すようにシンチレータから延びるフォトパイプは支持棒内へと繋がり、支持棒の底部で位置検出型光電子増倍管へとつながるように外へ誘導される。
【００１８】
図４に示すように各シンチレータ３は遮蔽体２の内部から装着される。遮蔽体の中で固定されるように、シンチレータの保護カプセルの底部に突起を設け、遮蔽体へねじ止めできるようにする。また、シンチレータの位置を内部へ引っ込めるためのアジャスト機構を設けてある。
【００１９】
標準的なシンチレータとしてアルミニウムに被覆された３ｘ３インチφのＮａＩ（Ｔｌ）を使用する。
【００２０】
本検出器によるガンマ線のレスポンスについて記載する。２５個のシンチレータを使用するとした場合、測定場のガンマ線のエネルギースペクトルを２５方向からの入射方向別のものに分離して考える。その２５方向からのガンマ線入射エネルギースペクトルを行列Ａ（２５行２２列）として表記する。この行列Ａが最終的に求めたいものである。行列Ａの２５行は２５個のシンチレータを表し、２２列は入射ガンマ線のエネルギーを２２個に分割したことに対応する。行列Ａの要素は測定対象により異なるものであり、下記の値は例示にすぎない。本来は２５行２２列の行列であるが、簡便のため５行４列として示してある。
【００２１】
【数１】
2004170116.tif 000003
【００２２】
次に、この２５方向からの入射ガンマ線に対する２５個のシンチレータのレスポンスをＢと表記する。Ｂ  は検出部の数を２５個としたことから２５行２５列の行列として表される。行列Ｂの２５行は２５個のシンチレータを表し、２５列はガンマ線入射方向を２５分割したことに対応する。第１次近似としての行列Ｂの要素はシンチレータを配置した場所の情報をもとに計算することができる。即ち、第一次近似としての行列Ｂは固有の値として測定器毎に求めることが出来る。下記の数値は例示にすぎない。本来は２５行２５列の行列であるが、簡便のため５行５列として示してある。
【００２３】
【数２】
2004170116.tif 000004
【００２４】
Ｂ  は本来、エネルギーの関数であるが、簡単のため円筒形シンチレータの先端円形平面部分を入射ガンマ線から見たときの断面積で表されると近似する。この断面積は各シンチレータの中心軸を通るベクトルと入射ガンマ線のベクトルとの内積によって求めることができる。この内積の値の一例として図示したものが図５である。ガンマ線の入射方向により２５個の検出部の断面積が変化する様子を示している。図では負の値も示しているが、現実には負の値はゼロとして扱う。
【００２５】
各シンチレータへ入射するガンマ線のエネルギースペクトルは上記の行列ＡとＢの積として求められ、その積をここではＣと表記する。Ｃは２５行２２列の行列として表記される。行列Ｃの２５行は２５個のシンチレータを表し、２２列は入射ガンマ線のエネルギーを２２個に分割したことに対応する。行列Ｃの要素は場所によって変化する行列Ａと定数である行列Ｂの掛け算であるため、場所によって変化する。従って、下記は例示にすぎない。本来は２５行２２列の行列であるが、簡便のため５行４列として示してある。
【００２６】
【数３】
2004170116.tif 000005
【００２７】
各シンチレータへ入射するエネルギースペクトルＣはシンチレータ内で相互作用、即ち、一部は光電効果により光電ピークを形成し、他はコンプトン散乱によって連続スペクトルとなる。このシンチレータ内での相互作用は入射方向に依存するものであるが、簡便のため総てのガンマ線が垂直に入射するものと仮定することにより、一義的な応答関数が得られる。この応答関数に関しては、既にモンテカルロ法によって計算されたものが報告されている。この応答関数を次のようにＤと表記する。通常、この応答関数は２２行２２列の行列として表記される。行列Ｄの２２行は入射ガンマ線のエネルギーを２２個に分割したことに対応し、２２列はガンマ線とシンチレータとの相互作用の結果形成される２２チャンネルのエネルギースペクトルを表す。上記のように簡単化した行列Ｄは３ｘ３インチφのＮａＩ（Ｔｌ）については既に計算され公表されている。その値を用いることが出来る。下記は概略を示すだけのものである。本来は２２行２２列の行列であるが、簡便のため４行４列として示してある。
【００２８】
【数４】
2004170116.tif 000006
【００２９】
この応答関数を上記のエネルギースペクトル行列Ｃに右から掛けることにより、このガンマ線入射方向検出器により測定されるエネルギースペクトル（Ｒ）が得られる。Ｒは２５行２２列の行列となる。行列Ｒの２５行は２５個のシンチレータを表し、２２列は計測される２２チャンネルのエネルギースペクトルを表す。行列Ｄの要素は場所によって変化する行列Ａと定数である行列Ｂおよび行列Ｄの掛け算であるため、場所によって変化する。従って、下記は例示にすぎない。本来は２５行２２列の行列であるが、簡便のため５行４列として示してある。
【００３０】
【数５】
2004170116.tif 000007
【００３１】
従って、測定する場の入射エネルギースペクトルＡは上記の検出器との相互作用によって、結局Ｒで表されるエネルギースペクトル行列として計測される。即ち、もう一度総ての計算を纏めて表記すると次のようになる。
【００３２】
【数６】
2004170116.tif 000008
【００３３】
このようにして求められた、あるいは計測されたエネルギースペクトル行列Ｒから、逆算をして、元の入射ガンマ線エネルギースペクトルを求める方法について説明する。この場合、ＢとＤの行列は本来独立ではないが、計算を簡単にするため、独立であると近似して計算を進める。
【００３４】
上記Ｄの計算式にまず、応答関数の逆行列（Ｄ−１）を右から掛ける。即ち、
【００３５】
【数７】
2004170116.tif 000009
【００３６】
この結果ＤとＤの逆行列を掛けたものは単位行列Ｅとなり、上式の右辺となる。
【００３７】
上記の逆行列の計算は一般的に環境放射線測定結果のスペクトル処理計算法として用いられている方法である。
【００３８】
次に、２５個のシンチレータの入射ガンマ線に対するレスポンスＢの逆行列を上記の
【００３９】
【数８】
2004170116.tif 000010
【００４０】
の式に左から掛ける。即ち
【００４１】
【数９】
2004170116.tif 000011
【００４２】
この結果ＢとＢの逆行列を掛けたものは単位行列Ｅとなり、上式の右辺はＡだけとなる。即ち、左辺の計算を行うことにより、本来求めたかった行列が計算されたこととなる。
【００４３】
全く、別の計算として、各シンチレータで得られたスペクトルに各シンチレータの重み（Ｗｉ）を乗じて、全方向からの平均的なエネルギースペクトルを次式により求めることが出来る。ここでｒｉは行列Ｒのｉ行のベクトルを表すものとする。
【００４４】
【数１０】
2004170116.tif 000012
【００４５】
このようにして求められた平均的なエネルギースペクトルと各シンチレータで得られたスペクトルの差を計算し、各方向のエネルギースペクトルの違いを見いだし易いものとする。
【００４６】
上記のようにして求められた各方向からの入射ガンマ線エネルギースペクトルまたは平均エネルギースペクトルとの差異をコンピュータの画面上に３次元的に表記する。
【００４７】
更に、この表記を魚眼レンズを用いて得られた画像データと重ね合わせることにより、更に明確に入射ガンマ線情報と周辺の環境と対応が付け易いようにする。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、放射性核種によって汚染された箇所がより迅速に特定できる。また、紛失した放射線源の探索や高線量箇所の判別、線量率の相違の解釈に大変有効なものとなる。更に、一般的にはスペクトルのパイルアップが生じ、正確のエネルギースペクトルを得にくい高線量率場においても個々のシンチレータの計数率を抑制することが可能なため正確なエネルギースペクトルを求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガンマ線入射方向検出器の概略図。
【図２】ガンマ線入射方向検出器の内部構造（各シンチレータの装着を容易にするため、このように２つに分かれる構造をとる。）。
【図３】ガンマ線入射方向検出器の内部配置図（この断面部分では２５個あるシンチレータは３個しか見えないこととなる。）。
【図４】ガンマ線入射方向検出器のシンチレータを遮蔽体へ固定する部分を表す図。
【図５】ガンマ線入射方向検出器の各シンチレータの方向依存性を簡単化した場合の計算結果（ガンマ線の入射角度の天頂角（β）がπ／２（緯度で表すと４５度）の場合に限定して、水平角（  α  ）の関数（経度の関数）として表したものである（Ｈ１からＨ８は赤道上に配置した８個のシンチレータの断面積を、Ｓ１からＳ８は北緯４５度に、Ｓ９からＳ１６は南緯４５度に配置したシンチレータを、Ｔ１は北極に配置したシンチレータの断面積を表している。）。
【符号の説明】
１…検出部系
２…遮蔽体
３…シンチレータ
４…フォトパイプ
５…光電子増倍管
６…波高弁別器
７…支持棒
８…遮蔽材
９…スリット
【図１】
2004170116.tif 000013
【図２】
2004170116.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
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