(57)【要約】【課題】ガンマ線検出装置の軽量化を図るとともに、ガンマ線の入射方向を識別することにより検出情報の精緻化を実現する。【解決手段】検出器４はＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ１とＢＧＯシンチレータ２と光電変圧素子３により構成される。ガンマ線がこれらのシンチレータに入射して発光した光パルスは光電変換素子３にて電気信号に変換される。この電気的なパルスをアンプ６，７で整形・増幅しマルチチャンネルアナライザー７にてスペクトルを生成させ、それぞれのシンチレータによって作られる光電ピークの計数をＣＰＵ９に内蔵されたピーク計算ソフト１０でおこなう。この計数値の比率をＣＰＵ９に内蔵された比率計算ソフト１１でおこなう。この比率をガンマ線の入射方向と関係づけることを基本原理とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径に対する長さの比が１から３の範囲である２種類の高密度で発光強度の異なるシンチレータを直列に接合し、その後方に光電変換素子を結合した検出部；前記検出部の出力信号を増幅して出力するリニアアンプ；前記リニアアンプ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ー；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；それぞれのシンチレータに起因するピークの計数値の比率を求め、予め用意されたデータを参照して入射方向を出力する比率計算ソフト；ならびに前記スペクトルから線量を求める線量計算ソフトにより構成されることを特徴とする方向性ガンマ線検出器。
【請求項２】
請求項１記載の方向性ガンマ線検出器において、検出部の出力信号を入力し信号パルスを整形してリニアアンプに出力するプリアンプをさらに備えてなることを特徴とする方向性ガンマ線検出器。
【請求項３】
請求項１もしくは２記載の方向性ガンマ線検出器において、検出部に電力を供給する高電圧供給装置をさらに備えてなることを特徴とする方向性ガンマ線検出器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の方向性ガンマ線検出器において、警報を発生する比率設定の範囲を指定することにより任意の指向性を付与するための警報設定器；ならびに前記指向の範囲からガンマ線が入射した場合に作動する警報器をさらに備えてなることを特徴とする方向性ガンマ線検出器。
【請求項５】
シンチレータの直径に対する長さの比が１．５から２．５の範囲である請求項１〜４のいずれか記載の方向性ガンマ線検出器。
【請求項６】
直径に対する長さの比が１から３の範囲である２種類の高密度で発光強度の異なるシンチレータを直列に接合し、その後方に光電変換素子を結合した検出部によりガンマ線を検出すること；得られる出力信号からスペクトルを生成させること；このスペクトルから光電ピークを計数すること；それぞれのシンチレータに起因するピークの計数値の比率を求め、予め用意されたデータを参照して入射方向を出力すること；ならびに前記スペクトルから線量を求めることを特徴とする方向性ガンマ線の検出方法。
【請求項７】
任意の指向性を付与するために警報を発生する比率設定の範囲を指定すること；ならびに前記指定の範囲からガンマ線が入射した場合に警報器を作動させることをさらに含む請求項６記載の方向性ガンマ線の検出方法。
【請求項８】
シンチレータの直径に対する長さの比が１．５から２．５の範囲である請求項６もしくは７記載の方向性ガンマ線の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、放射線物質や放射線を使用する分野において、利用可能な方向性ガンマ線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、方向性あるいは特定方向の指向性を生じさせるには、例えば、鉛コリメータを従来の検出器の検出部に装着し、１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、この方法では鉛製のコリメータが重量物となり、検出器が大きくなり、可搬性が損なわれる問題があった。
【０００３】
また前述の問題を解決する目的で、たとえば、前方に５mmなどの薄いプラスチックシンチレータ、その後方にＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータを接合し、ガンマ線が入射したときに生じる電気パルスの大きさ、形状の関係から指向性を生じさせる放射線検出器が開発されている（たとえば特許文献１）。しかし、プラスチックシンチレータは密度が小さく、例えば、Ｃｓ１３７の６６２ＫｅＶのガンマ線が前方から入射した場合、前記シンチレータが反応する確率は高々５％程度であり、９５％（公開コードＥＧＳ４を用いた計算による）は何の反応も起こさず後方のＣｓＩ（Ｔｌ）に入り、原理的に計算できない状態となる。すなわちガンマ線の検出効率が小さいという問題が発生する。また入射角度によって応答の感度が大きく異なる。すなわち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という問題、および指向性設定の際には電気パルスの大きさ、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ことなどの問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−６６２７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は方向性ガンマ線検出器の軽量化、ガンマ線の検出効率の向上、方向特性の改善による検出情報の精密化、設定の簡易化による操作性の向上等を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る方向性ガンマ線検出器は、直径に対する長さの比が１から３の範囲である２種類の高密度で発光強度の異なるシンチレータを直列に接合し、その後方に光電変換素子を結合した検出部；前記検出部の出力信号を増幅して出力するリニアアンプ；前記リニアアンプ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ー；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；それぞれのシンチレータに起因するピークの計数値の比率を求め、予め用意されたデータを参照して入射方向を出力する比率計算ソフト；ならびに前記スペクトルから線量を求める線量計算ソフトにより構成される。さらに本発明の方向性ガンマ線検出器は、検出部の出力信号を入力し信号パルスを整形してリニアアンプに出力するプリアンプをさらに備えてなる。さらに、本発明の方向性ガンマ線検出器においては、検出部に電力を供給する高電圧供給装置をさらに備えてなる。好適には、本発明の方向性ガンマ線検出器において、警報を発生する比率設定の範囲を指定することにより任意の指向性を付与するための警報設定器；ならびに前記指向の範囲からガンマ線が入射した場合に作動する警報器をさらに備えてなる。
【０００７】
さらに本発明の方向性ガンマ線検出法は、直径に対する長さの比が１から３の範囲である２種類の高密度で発光強度の異なるシンチレータを直列に接合し、その後方に光電変換素子を結合した検出部によりガンマ線を検出すること；得られる出力信号からスペクトルを生成させること；このスペクトルから光電ピークを計数すること；それぞれのシンチレータに起因するピークの計数値の比率を求め、予め用意されたデータを参照して入射方向を出力すること；ならびに前記スペクトルから線量を求めることを含む。そしてさらに、本発明の方向性ガンマ線の検出方法は、任意の指向性を付与するために警報を発生する比率設定の範囲を指定すること；ならびに前記指定の範囲からガンマ線が入射した場合に警報器を作動させることをさらに含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の方向性ガンマ線検出器においては、直径に対する長さの比が１から３の範囲である２種類の発光強度が異なる高密度のシンチレータを光学的結合して１本の光電変換素子と組み合わせて検出部を構成する。上記の直径に対する長さの比は、検出効率の点から好適には１．５〜２．５である。この検出部には高電圧供給装置により電力が供給される。好適には検出部の出力信号はプリアンプにより入力し信号パルスを整形して出力される。このプリアンプの出力信号はさらにリニアアンプに入力し、信号パルスを増幅して出力される。さらに、方向性ガンマ線検出器は、リニアアンプ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ー、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、そしてそれぞれのシンチレータに起因するピークの計数値の比率を求め、予め容易されている表等のデータを参照して入射方向を出力する比率計算ソフト、ならびに前記スペクトルから線量を求める線量計算ソフトにより構成されている。さらに本発明の好適な態様においては、さらに警報を発生する比率設定の範囲を指定することにより任意の指向性を付与するための警報設定器、ならびに前記指向の範囲からガンマ線が入射した場合に動作する警報器をさらに備えてなる。
【０００９】
例えば前方に密度が３．６７g/cm３で発光強度を１００のＮａｌ（Ｔｌ）シンチレータ、後方に密度が７．１３g/cm３で発光強度が８のＢＧＯシンチレータ、あるいは密度が４．５１g/cm３で発光強度が４９のＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータを接合する。前述の前方および後方のシンチレータともプラスチックシンチレータと比較して高密度であり、任意の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。検出器の前方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で光電効果を起こし、この発光は電気パルスに変換されマルチチャンネルアナライザー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を作る。あるものは前方シンチレータでは反応せずに通過し、後方のシンチレータで光電効果を起こし、スペクトルの低チャンネル領域にピークを作る。すでに汎用となっているピーク計算ソフトで両ピークの計数値を求め、後方シンチレータのピーク計数を前方シンチレータのピーク計数値で除した比率を求める。この場合、後方のシンチレータは前方のシンチレータが影（すなわち遮へい材）になり、後方のシンチレータの計数は小さくなり、前記比率も小さくなる。逆に横方向９０度からガンマ線が入射すると後方シンチレータに対して影となるもの、すなわち遮へい材になるものはなく、直接、ガンマ線が入射するためピーク計数値は大きくなり、前期比率は大きくなる。中間方向からガンマ線が入射する場合には、後方シンチレータに前方シンチレータを通過して入射するガンマ線、および直接入射するガンマ線が混ざり、前期比率は中間の値となる。このように０度方向から９０度方向に対して単調に増加する比率が得られる。したがって逆にこの比率を計算することによって入射方向を知ることができる。警報を発生する比率の範囲を設定すれば、任意の指向性を持たすことができ、その方向からガンマ線が入射した場合に警報を発することが可能である。また前方シンチレータは０度から９０度の範囲においては影になることはなく、すなわち遮へい材となるものはなく、適当なチャンネルの範囲を指定すれば通常のＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション式サーベイメータと同じ動作となり校正によって線量を得ることができる。
【００１０】
本発明の方向性ガンマ線検出法は、上記のように、直径に対する長さの比が１から３の範囲である２種類の高密度で発光強度の異なるシンチレータを直列に接合し、その後方に光電変換素子を結合した検出部によりガンマ線を検出すること；得られる出力信号からスペクトルを生成させること；このスペクトルから光電ピークを計数すること；それぞれのシンチレータに起因するピークの計数値の比率を求め、予め用意されたデータを参照して入射方向を出力すること；ならびに前記スペクトルから線量を求めることを含む。そしてさらに、本発明の方向性ガンマ線の検出方法は、任意の指向性を付与するために警報を発生する比率設定の範囲を指定すること；ならびに前記指定の範囲からガンマ線が入射した場合に警報器を作動させることをさらに含む。好適には、検出部から得られる出力信号は整形・増幅され、ついでスペクトルを生成するのに用いられる。
【００１１】
以下、本発明の好適な実施態様について図面を参照して説明する。図１において、直径２５mmで長さ５０mm、直径に対しての長さの比が２であるＮａＩ（Ｔ１）シンチレータ１の後ろに同寸法のＢＧＯシンチレータ２を光学的に接合し、その後ろに光電変換素子３を結合し検出部４を構成する。検出部４のケースの材質は可視光および紫外線などのシンチレータに対して外乱となる光を遮へいするアルミニウム、ステンレス鋼等が好適である。高電圧供給装置５から検出部４に８００Ｖ程度の高電圧を供給する。ここで、一般のサーベイメータなどの構成に使用したり、工業計測装置、非破壊検査装置などで使用される代表的なガンマ線源であるＣｓ１３７を用意する。放射能強度は微弱な３．７ＭＢｑとする。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、前方方向０度から横方向９０度まで回転させ、各方向につき６０秒間計数する。この条件は実際には通常の強度３７ＧＢｑの線源が１０m 離れた位置にあり、０．６秒間計数する場合と検出部に入射するガンマ線数は同じとなる。前方方向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ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータで反応し、その反応のなかで光電効果によって一定の強度の光パルスが発生する。前記パルスは透明なＢＧＯシンチレータ２を素通りし、光電変換素子４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６で波形整形され、リニアアンプ７で比例増幅される。前記アンプ７からの出力はマルチチャンネルアナライザー８でアナログ・デジタル変換され図２で示すスペクトル中の高チャンネル領域にＮａI（Ｔｌ）起因の光電ピーク１７を作る。一方、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ１を素通りしたガンマ線のあるものはＢＧＯシンチレータ２と前述の光電効果を起こし、スペクトル中の低チャンネル領域にＢＧＯシンチレータ起因の光電ピーク１８を作る。両シンチレータに発光強度の差があるため対応する光電ピークは十分に離れた位置に生じている。したがってＣＰＵ９に内蔵された汎用のピーク計算ソフト１０によってピークの認識とピーク計数値を求めることができる。前記ＣＰＵ９に内蔵された比率計算ソフトによって後方シンチレータのピーク計数を前方シンチレータのピーク計数値で除した比率を計算する。つぎに横方向９０度からガンマ線が入射した場合を考える。ＢＧＯシンチレータ２に直接にガンマ線が入射するためＢＧＯ起因の光電ピーク１９のように大きなピークが生じ、計数値も大きい値となる。つまり比率Ｒが大きくなる。中間方向の場合にも同様な手順で比率Ｒが求められる。これらの比率を図３に示す。比率Ｒは０度から９０度まで安定に単調増加することがわかる。すなわち入射方向に対して大きな感度差がないことが特徴的であり利点である。次に最小二乗法を用いて入射方向と比率との応答曲線２０を作成する。例えば５度刻みの応答曲線計数結果を表１に示す。したがって測定で比率Ｒが求まると応答曲線２０を比率計算ソフト１１で解析的に解いて入射方向を出力し入射方向表示器１４で表示するか、比率計算ソフト１１内部に表１を記憶し、もっとも近い値を捜し出力入射方向表示器１４で表示する。また警報設定器１２で比��Ｒの範囲を設定すると、その範囲に比率Ｒが入った場合、警報器１３で警報を発する。以上のように入射方向を数字で得るとともに警報を発する機能を有する検出器となっている。またスペクトルのＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ１起因の領域の計数全体から通常の線量計算ソフト１５によって線量を求め線量表示機１６に示すものとなっている。
【００１２】
【表１】
2004191327.tif 000003
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来技術と比較して０度から９０度の範囲において、入射方向を直接に数値で得ることができ、しかも方向による感度も安定している方向性ガンマ線検出装置を得ることができる。比率を設定することにより任意の指向性を持たすことができ警報付のサーベイメータを実現できる。鉛コリメータが不要のため軽量化でき可搬性に富む検出装置となる。したがって本発明の方向性ガンマ線検出器は、放射線管理、防護の観点から平常時において有用な検出装置となり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方向性ガンマ線検出器の1例を示す説明図。
【図２】本発明の検出器によって得られるスペクトル図。
【図３】本発明の検出器における入射方向と比率の関係を示す図。
【符号の説明】
１…ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ
２…ＢＧＯシンチレータ
３…光電変換素子
４…検出部
５…高圧電源供給装置
６…プリアンプ
７…リニアアンプ
８…マルチチャンネルアナライザー
９…ＣＰＵ
１０…ピーク計算ソフト
１１…比率計算ソフト
１２…警報設定器
１３…警報器
１４…入射方向表示機
１５…線量計算ソフト
１６…線量表示器
１７…ＮａＩ（Ｔｌ）起因の光電ピーク
１８…前方方向からのガンマ線によるＢＧＯシンチレータ起因の光電ピーク
２０…入射方向と比率との応答曲線
【図１】
2004191327.tif 000004
【図２】
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【図３】
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