(57)【要約】【課題】アルファ線、ベータ線、ガンマ線など放射線の種類が不明の現場であっても、１つの放射線検出器でこれらの放射線の種類を弁別し、個別の計数率を高精度で出力可能な放射線検出器を提供する。【解決手段】アルファ線は飛程が短いので１層目の厚さ０．１ｍｍ以下の第１のシンチレータですべて検出する。ベータ線は１層目の第１のシンチレータではごく一部のエネルギーのみ失い、そのほとんどのエネルギーを２層目の厚さ０．１〜１ｍｍの第２のシンチレータで失う。２層目の厚さは目標とする２〜３ＭｅＶのベータ線のエネルギーをほぼすべて失うものを選択する。ガンマ線は透過力が高いので３層目の厚さ０．１〜５０ｍｍの第３のシンチレータで検出する。各層のシンチレータにおいて、発光減衰時間の異なるものを用いて、その発光減衰時間の違いを電子回路で計測し、波形解析することで高い精度で弁別する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光減衰時間の互いに異なる、厚さ０．１ｍｍ以下の第１のシンチレータと、厚さ０．１〜１ｍｍの第２のシンチレータと、厚さ０．１〜５０ｍｍの第３のシンチレータとが、順に入射側から積層され、各シンチレータでの発光を検出し得る光検出器と光結合されたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
厚さ０．１ｍｍ以下の第１のシンチレータと、第１のシンチレータと同じ厚さのアルファ線吸収体が入射側に積層された厚さ０．１〜１ｍｍの第２のシンチレータと、第１のシンチレータの厚さと第２のシンチレータの厚さの合計した厚さのベータ線吸収体が入射側に積層された厚さ０．１〜５０ｍｍの第３のシンチレータとが、それぞれ並行に配置され、各シンチレータでの発光を検出し得る光検出器と光結合されたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
前記光検出器が、各シンチレータでの発光を検出し電気信号として出力する光電子増倍管である請求項１の放射線検出器。
【請求項４】
前記光検出器が、各シンチレータでの発光を検出し電気信号として出力する位置有感型光電子増倍管である請求項１又は２の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に関し、特に原子力発電所等の事故に伴う放射能汚染用の検出用のサーベイメータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のサーベイメータは、アルファ線用、ベータ線用、ガンマ線用などに分かれており、それぞれの用途に応じて使い分けることが多かった。しかし、原子力発電所の事故等に伴う放射能汚染の検出においては、多種類の核分裂生成物が環境中に放出され、その中にはアルファ線放出核種、ベータ線放出核種、ガンマ線放射核種が存在する。
一般的なサーベイメータはシンチレーション検出器を用いているが、構造上、環境中のガンマ線量を計測していることが多い。そのため、アルファ線やベータ線の検出には、それぞれ専用のサーベイメータを用いる必要がある。例えば、アルファ線サーベイメータには、ＺｎＳ（Ａｇ）薄膜と光電子増倍管を組み合わせたシンチレーションサーベイメータが用いられる。
【０００３】
また、異なるエネルギー領域の放射線を吸収するものとして、放射線の入射方向に対峙して設けられ、それぞれ異なるエネルギー領域の放射線を吸収して放射線量に応じた放射線検出信号を出力する複数層の半導体放射線検出器が知られている（特許文献１）。しかしながら、特許文献１に開示された半導体放射線検出器の場合、各層での放射線検出信号に重率を乗算するといったエネルギー感度特性の補正を行わねばならず、かかる重率によって感度が大きく変動するといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１４８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般には、アルファ線用、ベータ線用、ガンマ線用のサーベイメータの３種を、緊急を要する汚染現場で使用することは困難である。また、測定器を複数種類そろえることは経済的な負担になる。
上記状況に鑑みて、本発明は、原子力発電所の事故等に伴う放射能汚染のような、アルファ線、ベータ線、ガンマ線など放射線の種類が不明の現場であっても、１つの放射線検出器でこれらの放射線の種類を弁別し、個別の計数率を高精度で出力可能な放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明の第１の観点の放射線検出器は、発光減衰時間の互いに異なる、厚さ０．１ｍｍ以下の第１のシンチレータと、厚さ０．１〜１ｍｍの第２のシンチレータと、厚さ０．１〜５０ｍｍの第３のシンチレータとが、順に入射側から積層され、各シンチレータでの発光を検出し得る光検出器と光結合されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、アルファ線用の第１のシンチレータ、ベータ線用の第２のシンチレータ、ガンマ線用の第３のシンチレータの３種を順に入射側から積層し、各シンチレータでの発光を検出できる光検出器と光結合させることにより、アルファ線、ベータ線、ガンマ線を同時に、弁別して測定可能にする。
【０００７】
アルファ線は飛程が短いので１層目の厚さ０．１ｍｍ以下の第１のシンチレータですべて検出できる。ベータ線は１層目の第１のシンチレータではごく一部のエネルギーのみ失い、そのほとんどのエネルギーを２層目の厚さ０．１〜１ｍｍの第２のシンチレータで失う。２層目の厚さは目標とする２〜３ＭｅＶのベータ線のエネルギーをほぼすべて失うものを選択する。ガンマ線は透過力が高いので３層目の厚さ０．１〜５０ｍｍの第３のシンチレータで検出される。このように、各層のシンチレータにおいて、発光減衰時間の異なるものを用いれば、その発光減衰時間の違いを電子回路で計測し、これを波形解析することで高い精度で弁別することができる。
光検出器と光結合させる目的は、各層のシンチレータから放出された光の経路を把握して最適の方法で損失なしに光受信面にガイドすることにより、光信号を電気的に転換させることにある。
【０００８】
また、本発明の第２の観点の放射線検出器は、厚さ０．１ｍｍ以下の第１のシンチレータと、第１のシンチレータと同じ厚さのアルファ線吸収体が入射側に積層された厚さ０．１〜１ｍｍの第２のシンチレータと、第１のシンチレータの厚さと第２のシンチレータの厚さの合計した厚さのベータ線吸収体が入射側に積層された厚さ０．１〜５０ｍｍの第３のシンチレータとが、それぞれ並行に配置され、各シンチレータでの発光を検出し得る光検出器と光結合されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、アルファ線用の第１のシンチレータ、ベータ線用の第２のシンチレータ、ガンマ線用の第３のシンチレータの３種が並列に配置され、各シンチレータでの発光を検出できる光検出器を設けることにより、アルファ線、ベータ線、ガンマ線を同時に、弁別して測定できる。
光検出器と光結合させる目的は、各シンチレータから放出された光の経路を把握して最適の方法で損失なしに光受信面にガイドすることにより、光信号を電気的に転換させることにある。
【０００９】
第２の観点の放射線検出器の場合、アルファ線用の第１のシンチレータ、ベータ線用の第２のシンチレータ、ガンマ線用の第３のシンチレータの３種は、第１の観点の放射線検出器と異なり、発光減衰時間が互いに異なる必要はなく、発光減衰時間が同じものでもよい。
【００１０】
ここで、第１の観点の放射線検出器における光検出器は、各シンチレータでの発光を検出し電気信号として出力する光電子増倍管である。光電子増倍管を用いることにより、波形解析スペクトル、エネルギースペクトルの情報を得ることが可能になる。
また、第１の観点もしくは第２の観点の放射線検出器における光検出器は、各シンチレータでの発光を検出し電気信号として出力する位置有感型光電子増倍管である。
光検出器として位置有感型光電子増倍管を用いることにより、波形解析スペクトル、エネルギースペクトルに加えて、シンチレータで検出された放射線の位置の情報を得ることが可能になる。位置情報の計算は、例えば出力信号の重心を計算することで求めることができる。例えば、アルファ線を放出するプルトニウムは粒子状で存在するため、位置情報がプルトニウムの検出に役立つことになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つの放射線検出器でアルファ線、ベータ線、ガンマ線を同時に、弁別して測定できるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の放射線検出器の概略構成模式図
【図２】オシロスコープで観察したアルファ線（Ａ）、ベータ線（Ｂ）、ガンマ線（Ｃ）に対する光電子増倍管出力信号波形
【図３】アルファ線、ベータ線、ガンマ線を個別に測定したときの波形解析スペクトル(左)とエネルギースペクトル(右)
【図４】アルファ線、ベータ線、ガンマ線を順番に照射したときの各層の計数率
【図５】実施例２の放射線検出器の概略構成模式図
【図６】実施例３の放射線検出器の概略構成模式図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【実施例１】
【００１４】
図１に本発明の実施例１の放射線検出器の概略構成模式図を示す。シンチレータには厚さ５０μｍのプラスチックシンチレータ、厚さ０．５ｍｍのＣｅ濃度１．５ｍｏｌ％のＧｄ２ＳｉＯ５（ＧＳＯ）、厚さ０．５ｍｍのＣｅ濃度０．４ｍｏｌ％のＧＳＯをそれぞれ光結合し、光検出器である光電子増倍管（ＰＭＴ）に光結合した構成になっている。
核反応生成物の代表的な核種であるアメリシウムなどから放出される６ＭｅＶ程度のアルファ線の飛程はプラスチック内では５０μｍ程度であるので、アルファ線はすべてのエネルギーをプラスチックシンチレータ内で失い、シンチレーション光を発生する。このシンチレーション光の発光減衰時間は２．４ｎｓ程度である。
【００１５】
代表的な核分裂生成物であるＳｒ−Ｙ−９０から放出される２ＭｅＶの程度のベータ線の飛程は、水中において平均２ｍｍ程度である。従って、ベータ線の飛程は、密度が６倍以上のＧＳＯの中では平均で０．３ｍｍ程度となり、ほぼすべてのエネルギーを２層目のＧＳＯ内で失うことになる。１層目においてもベータ線はエネルギーを失うが、プラスチックシンチレータの厚みが５０μｍであるので、この中でのベータ線のエネルギー損失はごく僅かである。このシンチレーション光の発光減衰時間は３５ｎｓ程度である。
【００１６】
代表的な核分裂生成物であるＣｓ−１３７から放出される６６２ｋｅＶのガンマ線の透過性は極めて高く、１層目では検出されず、２層目と３層目で略同じ割合で検出される。したがって、３層目の計数は、それまでの１層目と２層目でアルファ線とベータ線が吸収され３層目には到達しないのでガンマ線のみとなる。このシンチレーション光の発光減衰時間は７０ｎｓ程度である。
これら３層の発光は光電子増倍管に導かれ、電気信号に変換される。電気信号のシンチレーション光の信号は、１層目、２層目、３層目でそれぞれ異なっているので、この信号を波形解析することで３層のどの層で発光した信号かを弁別することが可能になる。
【００１７】
図２に実施例１の放射線検出器で、Ａｍ−２４１からのアルファ線、Ｓｒ−Ｙ−９０からのベータ線、Ｃｓ−１３７からのガンマ線を個別に測定したときの光電子増倍管の信号波形を示す。
アルファ線が検出器に入射した場合、１層目のプラスチックシンチレータでのみ検出されるので、速い発光減衰時間（回路で少し平滑化され１０ｎｓ程度）の波形が観察される。
ベータ線が検出器に入射した場合、２層目のＧＳＯでのみ検出されるので、中程度の発光減衰時間（回路で少し平滑化され４０ｎｓ程度）の波形が得られる。
ガンマ線が検出器に入射した場合、２層目と３層目の両方で検出されるので、中程度（回路で少し平滑化され４０ｎｓ程度）と遅い発光減衰時間（回路で少し平滑化され８０ｎｓ程度）の波形が得られる。
この信号の波形解析を行うことで、波形解析スペクトルを得ることができる。信号処理の方法としては光電子増倍管の信号をアナログ−デジタル変換し、２種類の積分時間（例えば５０ｎｓと３２０ｎｓ）で積分し、その比を取れば良い。
【００１８】
図３に実施例１の放射線検出器で、Ａｍ−２４１からのアルファ線、Ｓｒ−Ｙ−９０からのベータ線、Ｃｓ−１３７からのガンマ線を個別に測定したときの波形解析スペクトルとエネルギースペクトルを示す。図３（Ａ）〜（Ｃ）において、左が波形解析スペクトルで右がエネルギースペクトルである。
アルファ線が放射線検出器に入射した場合、発光減衰時間の速いプラスチックシンチレータでのみ検出されるので、波形解析結果で最も右にピークが観察される（図３（Ａ）の左図）。エネルギースペクトルはアルファ線に対する単一のピークが観察される（図３（Ａ）の右図）。
【００１９】
ベータ線が放射線検出器に入射した場合、発光減衰時間が中程度の２層目のＧＳＯでのみ検出されるので、波形解析結果で中ほどにピークが観察される（図３（Ｂ）の左図）。エネルギースペクトルはベータ線に対する広がった分布が観察される（図３（Ｂ）の右図）。
ガンマ線が放射線検出器に入射した場合、発光減衰時間が中程度の２層目と遅い３層目の両方で検出されるので、中ほどと左側にピークが観察される（図３（Ｃ）の左図）。エネルギースペクトルはガンマ線に対する単一のピークが観察される（図３（Ｃ）の右図）。
これらの結果より、波形解析スペクトルを３分割すれば、右からアルファ線、ベータ線、ガンマ線の計数を得ることが可能となる。
【００２０】
図４にアルファ線、ベータ線、ガンマ線を順番に照射したときの各層の計数率の変化を示す。まず、アルファ線を照射したときは１層目の計数のみ増加する。次に、ベータ線を照射すると２層目の計数のみが増加する。最後にガンマ線を照射すると２層目と３層目の計数が増加する。したがって、１層目の計数はアルファ線、２層目はベータ線、３層目はガンマ線の計数を表していることになる。
ベータ線とガンマ線が同時に照射された場合は、２層目の計数から３層目の計数を定数倍したものを減算すれば補正されたベータ線の計数率が得られる。
【実施例２】
【００２１】
図５に本発明の実施例２の放射線検出器の概略構成模式図を示す。シンチレータには厚さ５０μｍのプラスチックシンチレータ、厚さ０．５ｍｍのＣｅ濃度１．５ｍｏｌ％のＧＳＯ、厚さ０．５ｍｍのＣｅ濃度０．４ｍｏｌ％のＧＳＯをそれぞれ光結合し、光検出器である位置有感型光電子増倍管（ＰＳＰＭＴ）に光結合した構成になっている。位置有感型光電子増倍管と３種のシンチレータの間には、透明アクリル板などで作成したライトガイドを挿入することもできる。
【００２２】
３種のシンチレータで検出される放射線は実施例１と同じであるが、本実施例においては位置有感型光電子増倍管に光結合されているので、波形解析スペクトル、エネルギースペクトルに加えて、シンチレータで検出された放射線の位置の情報を得ることが可能になる。位置情報の計算は、例えば出力信号の重心を計算することで求めることが可能となる。アルファ線を放出するプルトニウムは粒子状で存在するので位置情報がプルトニウムの検出に役立つ。
【実施例３】
【００２３】
図６に本発明の実施例３の放射線検出器の概略構成模式図を示す。シンチレータには厚さ５０μｍのプラスチックシンチレータを位置有感型光電子増倍管（ＰＳＰＭＴ）の一部（図６の左側）に光結合し、厚さ０．５ｍｍのＣｅ濃度１．５ｍｏｌ％のＧＳＯを図６に示すように中ほどに光結合し、その入射面には、例えば５０μm程度の発光しないプラスチックを貼り付ける。厚さ０．５ｍｍのＣｅ濃度０．４ｍｏｌ％のＧＳＯを図６に示すように右側に光結合し、その前には１ｍｍ程度のベータ線吸収材を貼り付ける。実施例３では、これらのシンチレータを、光検出器である位置有感型光電子増倍管に光結合した構成になっている。
【００２４】
位置有感型光電子増倍管と３種のシンチレータの間には透明アクリル板などで作成したライトガイドを挿入し高さを一定にそろえることもできる。また発光が別のシンチレータの位置まで広がらないように光吸収材を各シンチレータの間に入れることもできる。
３種のシンチレータで検出される放射線は実施例１と同じであるが、本実施例３においては位置有感型光電子増倍管に光結合されているので、シンチレータで検出された放射線の位置の情報が各シンチレータで検出された種類を表すことができる。この場合、波形解析を併用することで精度が向上する。なお、本実施例３の場合、発光減衰時間の同じシンチレータを選択しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、原子力発電所等の施設内のサーベイメータとして有用である。
【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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