(57)【要約】【課題】  本発明は、高放射線場において、エネルギー分析を実施可能な放射線スペクトロメータを提供する。  【解決手段】  コリメータ付き遮蔽体で覆われた計測器に入射した放射線がターゲットと相互作用を起こすように装置を構成し、ターゲットから放出された荷電粒子を荷電粒子コリメータを用いて、限定された方向に放出させる。この時、計測器内部に一定方向に働く磁場が発生するような構成としているため、エネルギーごとに荷電粒子は異なる軌道を描いて、エネルギー群ごとに複数設置した荷電粒子センサに入射する構成とする。【選択図】図５
2013130413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線と反応するターゲットと、前記ターゲットから放出された荷電粒子を計測する荷電粒子センサと、前記放射線の入射方向を制限するコリメータを備えた計測器と、前記荷電粒子センサからの出力を処理し前記放射線を分析する処理分析部と、を備えた放射線スペクトロメータにおいて、
前記ターゲットから放出された前記荷電粒子のうち所定の方向に放出された前記荷電粒子を収束させることなく、またエネルギーを変化させることなく透過させる荷電粒子コリメータを備えたことを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記ターゲットから放出された前記荷電粒子が前記計測器内に発生させた磁場によって、前記荷電粒子のエネルギーごとに異なる軌道を描きながら、前記荷電粒子センサで計測されることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項３】
請求項２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記磁場はコイルを用いて電気的に発生させることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記磁場の強度が可変であることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項５】
請求項２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記磁場は永久磁石を用いて発生させることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記荷電粒子センサを複数列状に配置し、前記荷電粒子のエネルギー群ごとに異なる前記荷電粒子センサで前記荷電粒子を計測することを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項７】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記処理分析部は、前記荷電粒子センサごとに得られる波高値から前記荷電粒子のエネルギー弁別を行うことを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項８】
請求項２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
散乱線や遮蔽を透過した前記放射線に起因して前記電粒子センサに入射した想定されたエネルギー群の範囲以外のエネルギーを持つ成分をカットオフすることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項９】
請求項６に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
複数列状に配置された前記荷電粒子センサは、荷電粒子センサごとに異なったサイズを有していることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記計測器の外壁は内部を覆うように遮蔽体で構成されていることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記放射線が前記ターゲットを直線的に通過し衝突する位置にある遮蔽体は、他の位置にある遮蔽体より薄くすることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１２】
請求項１又は請求項１１に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記放射線が前記ターゲットを直線的に通過し衝突する位置にある遮蔽体の外部に透過放射線コリメータを設けたことを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１３】
請求項１又は請求項１１或いは請求項１２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記放射線が前記ターゲットを直線的に通過し衝突する位置にある遮蔽体の内側にコリメータ状の散乱線ポケットを設けたことを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記散乱線ポケットのサイズは、計測器の入り口にある放射線コリメータの寸法から算出される入射放射線の広がりの範囲にカバーするサイズであることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１５】
請求項１又は２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記荷電粒子センサをポケット状の窪み有する荷電粒子ポケットに設置することを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記荷電粒子センサを前記荷電粒子ポケットの窪みに傾けて設置したことを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１７】
請求項１に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記荷電粒子コリメータは遮蔽能力の高い物質で構成することを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記荷電粒子コリメータを鉛又はタングステンで構成することを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項１９】
請求項１又は請求項２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記放射線がガンマ線であることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記ターゲットと前記ガンマ線の相互作用として、コンプトン散乱を利用することを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２１】
請求項１又は請求項２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記計測器内を、前記荷電粒子コリメータで、前記荷電粒子センサを有するセンサ領域と前記ターゲットが存在するターゲット領域とに分割し、前記センサ領域は前記磁場を有する領域であることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２２】
請求項２１に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記ターゲット領域は前記磁場を有する領域であることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２３】
請求項２１に記載の放射線スペクトロメータにおいて
前記ターゲット領域は前記磁場のない領域であることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２４】
請求項２１に記載の放射線スペクトロメータにおいて
荷電粒子コリメータが前記磁場のない領域であることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２５】
請求項１又は請求項２に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記放射線が中性子であることを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【請求項２６】
請求項２５に記載の放射線スペクトロメータにおいて、
前記ターゲットと前記中性子の相互作用として弾性散乱を利用することを特徴とする放射線スペクトロメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線のエネルギー分析をするための放射線スペクトロメータに係わり、特に高放射線場に適用可能な放射線スペクトロメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線は様々なエネルギーを持つ。物質との相互作用は放射線のエネルギーに依存する。ガンマ線やＸ線の場合、主に物質中の電子と光電効果、コンプトン散乱、電子対生成という３種類の相互作用を行う。放射線のエネルギーがわかると、物質とどのような相互作用がどのような割合で起こるかがわかる。また、ガンマ線の場合、放射性物質ごとに異なるエネルギーの放射線を発生させるため、放射線のエネルギーがわかれば、放射線源の核種がわかる。従って、これまで様々な放射線のエネルギーを分析するためのスペクトロメータが開発されてきた。
【０００３】
上記に挙げた3種類の放射線と物質の相互作用はいずれも電子が放出される反応である。放出される電子のエネルギーはガンマ線のエネルギーに依存し、ガンマ線のエネルギーが大きければ、大きいほど放出される電子のエネルギーは大きくなる。また、起こる反応の種類によっても放出される電子のエネルギーは異なる。放射線のエネルギーを分析する場合、実際は、この電子のエネルギーを計測することで、ガンマ線のエネルギーを計測することになる。この関係は中性子における、弾性散乱、非弾性散乱、中性子吸収などの反応についても同様のことが言える。
【０００４】
放射線のエネルギーを分析する方法は、主に放射線を検出するシンチレータや半導体などのセンサが吸収した荷電粒子のエネルギーを計測することによって行われる。電荷を持たないガンマ線、Ｘ線、中性子などはセンサとこれらの放射線が相互作用を起こして発生した荷電粒子のエネルギーを分析している。センサで全エネルギーを吸収できなかった荷電粒子はセンサ外へ放出される。当然、この現象はセンサと電荷を持たない放射線との間だけで起こる現象では無く、センサ以外の、例えば放射線スペクトロメータの壁などの物質と電荷を持たない放射線との間でも起こる。放射線と物質との相互作用によって発生した荷電粒子が外部に出る性質を利用して、エネルギー分析を行う方法として文献1のような材料分析を行う方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１２６１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放射線スペクトロメータは、放射線を検出するセンサおよび後段の回路系等で構成される。その検出限界はセンサの飽和または回路系の飽和で起こる。センサの飽和とは、センサで発生した信号の波高がベースレベルに落ちる前に次に信号が入ってくる時に起こる。これはパイルアップと呼ばれ、信号が重畳するため、正しい計数を得られない現象である。回路系の飽和は、センサでの飽和と同様の現象が起こるか、回路の処理能力が追いつかず、計数を受け付けない不感時間が発生することである。放射線計測は確率的な事象を扱うため、瞬間的にこのような現象が起こる可能性は常に秘めている。従って、上記、検出限界の現象が瞬間的に起こる事はやむを得ない。しかしながら、連続的、あるいは断続的に検出限界となる事象が起こるのであれば、それは正しい計測が不可能であることを意味する。
【０００７】
このような検出限界は、高放射線場で起こる。放射線の発生源が特定されているか、観測方向が特定されている場合には、計測器を鉛製のコリメータで覆い、入射する放射線料を制限する。コリメータサイズは放射線の量によって決まる。しかし、ある程度の大きさをもった範囲を観測対象とする場合、コリメータのサイズをある程度までしか制限することができない。また、コリメータサイズにも制作上制限があるため、制作上、最小のコリメータサイズでも検出限界となってしまうような高放射線場には対応出来ない。
【０００８】
この他にセンサを薄くして、物質との相互作用の確率を下げるという方法がある。この方法によるガンマ線計測の場合、ガンマ線がセンサ中の物質と相互作用を起こし、発生した荷電粒子である電子を計測する。電子がセンサ中で全てのエネルギーを失うのであれば、正しいエネルギーを計測できるが、センサが薄くなると、エネルギーが全て吸収される前に電子がセンサを飛び出る可能性がある。この時、放射線のエネルギー分析は誤った結果を導く。
【０００９】
以上の説明したように、高放射線場においての放射線計測では、エネルギー分析を行う時に検出限界が発生し得る。
【００１０】
従って、本発明は、高放射線場において、エネルギー分析を実施可能な放射線スペクトロメータ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】
【００１１】
センサ、回路いずれの検出限界もセンサで相互作用する放射線が多いことに起因する。言い換えれば、センサで相互作用する放射線量を低減し、その上でエネルギースペクトルが取得可能であれば、高放射線場においてエネルギー分析が可能となる。
【００１２】
一般的にセンサは、上述したように放射線との相互作用によって荷電粒子を放出し、放出された荷電粒子がセンサ内でそのエネルギーを失うことで電流又は蛍光を出力する機能のほか、入射した荷電粒子がセンサ内でそのエネルギーを失うことで電流又は蛍光を出力する機能がある。
【００１３】
本発明では、上述した機能を以下のように二通りに用いる。第一は、ターゲットとして用いる。即ち、放出された荷電粒子がターゲット内でそのエネルギーを失わない程度に薄くし、ターゲット外に荷電粒子を放出する役目を果たす。第二は、ターゲットから放出された荷電粒子が入射し、荷電粒子のエネルギーに応じて電流又は蛍光等を出力するセンサとして用い、本発明では荷電粒子センサという。
【００１４】
以下に、高放射線場において、荷電粒子センサと相互作用をする荷電粒子量を、またはその荷電粒子量を減らす放射線量を低減する解決手段を順に述べる。本発明は、必ずしも以下に述べる解決手段を全て有することを必要としない。また、最初に述べた解決手段が発明を最も表す手段とは限らない。なお、放射線スペクトロメータ１０は、後述する図１に示すように、計測器１と、荷電粒子センサからの計測出力を処理し分析する処理分析部２を有する。
【００１５】
本発明は、第１に、計測器への放射線の入射口を放射線コリメータで覆う。放射線コリメータは入射する放射線がターゲットに対して垂直に入射するように設置する。入射した放射線は検出位置に設置されたターゲットと相互作用をする。
第２に、このターゲットを薄く制作する。その結果、反応確率は低く、また相互作用によって放出された電子や陽子などの荷電粒子はターゲット内ではほとんど吸収されず、ターゲットの外部に放出される。計測器内部は真空であり、放出された荷電粒子は計測器内の何らかの物質と衝突するまで飛行し続ける。
【００１６】
第３に、放出された荷電粒子を荷電粒子センサに導くために、計測器内部に一定方向に働く磁場が発生するように構成する。磁場が存在する場合、荷電粒子は電荷を持つため、その軌道が変化する。一定の方向の磁場であるため、荷電粒子の軌跡は円弧上となる。この円運動によって、計測器内に設置してある荷電粒子センサに荷電粒子が入射する。荷電粒子センサに入射した荷電粒子のエネルギーを計測することで、エネルギー分析を行う。
【００１７】
第４に、ターゲットから所定の方向に放出される荷電粒子のみを計測できるように荷電粒子用の荷電粒子コリメータを設ける。計測器に一定方向から入射した放射線がターゲットに入射し、弾性散乱に基づく相互作用が起こると、荷電粒子が放出される。後述する式（１）に示すように、この放出される荷電粒子の方向とエネルギーがわかると、入射した放射線のエネルギーがわかる。従って、荷電粒子コリメータを通過した所定の方向を有する荷電粒子のエネルギーを計測することで、入射放射線のエネルギーは求められる。
【００１８】
第５に、複数の荷電粒子センサを並べて設置する。荷電粒子コリメータを通過した荷電粒子は磁場の影響でエネルギーごとに異なった軌道を描く。従って、複数の荷電粒子センサを並べて設置することで、エネルギーごとに異なった荷電粒子センサに荷電粒子が入射することになる。荷電粒子センサは点では無く、体積を持つため厳密に言えば一定のエネルギー群を持った荷電粒子ごとに、それぞれ異なる荷電粒子センサに入射する。荷電粒子コリメータを通過した荷電粒子を単一の荷電粒子センサでエネルギー分析しても入射放射線のエネルギー計測は可能であるが、磁場を用いてエネルギー群ごとに異なる荷電粒子センサを用い、荷電粒子センサ1個あたりに入射する荷電粒子の数を低減することで、荷電粒子センサが飽和することなく、より高い放射線場においても適用可能となる。
【００１９】
また、荷電粒子センサが飽和しない限り、それぞれの荷電粒子センサは、得られる波高値から荷電粒子毎のエネルギー弁別が可能である。エネルギー群ごとに入射した荷電粒子をエネルギー弁別することで、高いエネルギー分解能を確保することが可能となる。
【００２０】
第６に、複数の荷電粒子センサの設置位置ごとに入射する荷電粒子のエネルギー群を決定する。荷電粒子の軌道は、荷電粒子コリメータの向きと磁場の強度が一定であれば、エネルギーごとに決定できるため、荷電粒子センサの設置位置ごとに入射する荷電粒子のエネルギー群は決定される。この結果、想定されたエネルギー群の範囲以外のエネルギーを持つ成分を荷電粒子センサ又はその出力処理でカットオフすることでノイズ成分を除去することが可能であり、エネルギー分析の精度が向上する。
【００２１】
第７に、複数の荷電粒子センサのサイズを全ての荷電粒子センサに入射する荷電粒子の量(数)が等しくなるように設定する。荷電粒子センサに入射するエネルギー群のエネルギー範囲は荷電粒子センサのサイズによって決まる。このため、荷電粒子センサの種類や用途によって適当な荷電粒子センササイズを用いることが出来る。この時、並べられた複数の荷電粒子センサが全て同じサイズである必要は無く、例えば、低エネルギー部を担当する荷電粒子センサは小さく、高エネルギー部を担当する荷電粒子センサは大きくなるように、段階的に荷電粒子センササイズを変えても良い。最も効率的な荷電粒子センサの構成は、全ての荷電粒子センサに入射する荷電粒子の量(数)が等しい時である。ある所定の荷電粒子のエネルギー範囲において、荷電粒子センサ全長は一定であるが、入射する荷電粒子の量が少なければ荷電粒子センササイズを大きく、多ければ荷電粒子センササイズを小さく調節し、荷電粒子の量が同じになるようにし、各荷電粒子センサが飽和になる確率を低く抑える。
【００２２】
このことは、本発明の目的とする高放射線場で計測を行う時は特に有効である。高放射線場での環境は低エネルギーから高エネルギーまで複数の放射線が存在する環境であり、特に低エネルギーの放射線が多かったとすると、全ての荷電粒子センササイズを等しくした場合、低エネルギー範囲を担当する荷電粒子センサが計測する荷電粒子の方が高エネルギーの荷電粒子センサが計測する荷電粒子よりも多くなる。このような計測量の偏りを改善するために、担当する荷電粒子の量が多くなる位置に存在する荷電粒子センサを小さくすることにより、1個の荷電粒子センサあたりに入射する荷電粒子の量を低減することが出来る。このような構成は、低エネルギー部のエネルギー分布を細かくエネルギー分析するような場合にも有用である。
この他にも磁場の強度を可変とすることで、状況に応じて対象とするエネルギー範囲を変更することが出来る。
【００２３】
第８に、薄いターゲットを用いた場合、ターゲットを透過した放射線にもたらさせる散乱線低減手段を設ける。入射した放射線は薄いターゲットで相互作用せずに透過する可能性が高い。この時、透過した放射線はターゲット後方の、即ち放射線が前記ターゲットを直線的に通過し衝突する計測器を覆う遮蔽体によって散乱線を発生させる。この散乱線を低減するために、ターゲットを透過した放射線が直接相互作用を起こす位置にある遮蔽体の厚さ薄くし、放射線を計測器外へ透過しやすくし、散乱線を低減する。
このような構成でも計測器の壁や遮蔽体と入射放射線が相互作用を起こして散乱線は発生するため、この散乱線を低減させるために、散乱線を閉じ込める散乱線ポケットを設置する。散乱線ポケットは、計測器の放射線の入射口にある放射線コリメータの寸法から想定される入射放射線の広がり範囲をカバーするサイズを有し、コリメータ状となっている。散乱線ポケットの位置は、放射線の入射口に対峙する計測器の内側対峙位置に設置する。
【００２４】
遮蔽体を薄くした部分には外部から遮蔽体を透過して入射する放射線が増加する。これを防ぐために、遮蔽体を薄くした位置の計測器の外部にも透過放射線コリメータを設置する。この透過放射線コリメータの主な役割は、放射線の入射口から入射した放射線を入射口に対峙した位置から計測器外部へ通過することにある。また、透過放射線コリメータは、計測器１に斜め方向から入射する放射線を低減する。さらに、透過放射線コリメータの中心部を通過して計測器１に入射した放射線は、多くは放射線の入射口へと抜けていく。一部は計測器の壁や計測器の遮蔽体或いはターゲットと相互作用を起こし、散乱線や荷電粒子を発生させる。この過程で発生した散乱線の多くは荷電粒子コリメータで遮蔽される。
【００２５】
第９に、荷電粒子センサ付近の散乱線を防ぐために、荷電粒子センサ(荷電粒子計測)用のポケット状の窪みである荷電粒子ポケットを設ける。荷電粒子センサ付近の散乱線の起源は、入射ガンマ線がターゲットで散乱した場合や、入射ガンマ線が散乱線ポケットで散乱した場合、外部の放射線が透過放射線コリメータを通過し、遮蔽体を透過して計測器内の壁やターゲットで散乱した場合である。これらの散乱線は荷電粒子コリメータを通過または透過して荷電粒子センサが存在する領域に入る。これらの散乱線は様々な方向ベクトルを有しているが、荷電粒子ポケットを設置した場合、荷電粒子センサに対して斜めに入射する成分の散乱線を低減する効果がある。このような散乱線が荷電粒子センサに入射する割合が小さくなるように、荷電粒子センサを荷電粒子計測用のポケットを設けて、そこに設置する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の装置では高放射線場において、飽和のリスクを低減し、高いエネルギー分解能で放射線を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】計測対象の放射線をガンマ線とした時の本発明おける放射線スペクトロメータの実施例１の基本的な概念図である。
【図２】異なる複数の荷電粒子センサを用いる時の本発明おける放射線スペクトロメータの実施例２の概念図である。
【図３】ノイズ低減のために荷電粒子ポケットを設けた時の本発明おける放射線スペクトロメータの実施例３の概念図である。
【図４】磁場の発生源としてコイルを用い、電気的に磁場強度を制御する本発明おける放射線スペクトロメータの実施例４の概念図である。
【図５】磁場の発生領域を荷電粒子コリメータよりも荷電粒子センサ領域のみとした時の本発明おける放射線スペクトロメータの実施例５の概念図である。
【図６】計測対象の放射線を中性子とした時の本発明おける放射線スペクトロメータの実施例６の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
(実施例1)
本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線スペクトロメータを、図1を用いて説明する。ここでは、入射放射線をガンマ線１０１とする。なお、分析処理部２は、図２以下において省略する。
【００２９】
実施例１の放射線スペクトロメータ1０は、計測器１と、計測器内の荷電粒子センサ１４から検出出力を処理し分析する処理分析部２を有する。計測器１は、放射線コリメータ１１、ターゲット１２、荷電粒子コリメータ１３、放射線検出荷電粒子センサ１４、計測器全体を覆う遮蔽体１５、散乱線ポケット１６、透過放射線コリメータ１７で構成される。計測器１内は、荷電粒子コリメータ１３によって、ターゲットの存在するターゲット領域１ｔと荷電粒子センサが存在するセンサ領域１ｓとに分かれている。
【００３０】
ガンマ線１０１は放射線コリメータ１１を通過してターゲット１２で相互作用を起こす。相互作用のうちコンプトン散乱では、入射ガンマ線と放出電子の間には式（１）の関係がある。
Ｅｅ＝Ｅｇ2 (1−cosΦ/(Ｅｇ(1−cosΦ)＋mc2)                （１）
ここで、Ｅｅ：放出される電子のエネルギー
Ｅｇ：ターゲットに入射するガンマ線のエネルギー
Φ：電子の放出角度
m：電子の質量（定数）
c：光速（定数）
式（１）からわかるように、放出される電子のエネルギーＥｅと放出角度Φを決定することが出来れば、入射ガンマ線エネルギーＥｇを算出することが出来る。Ｅｅは電子のエネルギーを荷電粒子センサ１４で計測すれば求めることが出来る。従って、計測器の構造によって電子の放出角度Φを制限し、電子のエネルギースペクトルを計測すれば、入射ガンマ線のエネルギーを求めることが出来る。電子の放出角度Φを制限する構造として、荷電粒子コリメータ１３に所定の放出角度を有する貫通孔１３ａを設け、所定の放出角度で放出された電子１０２のみが通過するように設置する。貫通孔１３ａの断面形状は、円形、四角形などがよい。また、貫通孔１３ａでも磁場によって放出された電子１０２の軌道は、そのエネルギーごとに異なるために、貫通孔１３ａの断面形状の径は荷電粒子センサ側の出力口に向かって徐々に大きくなるようにするのが望ましい。
【００３１】
電子１０２をエネルギー群ごとに異なる荷電粒子センサ１４で計測するために、計測器内には、永久磁石を用いて、荷電粒子コリメータ１３の両側で紙面に垂直で手前向きに磁場１８を発生させ、センサ１４を複数設置する。磁場１８は、計測器内全域即ち、ターゲット領域１ｔ、センサ領域１ｓ及び荷電粒子コリメータ１３に亘って発生している。
【００３２】
これらの各荷電粒子センサ１４は、各荷電粒子センサで得られる波高値から荷電粒子毎のエネルギー弁別を行うことが出来る。電子１０２の軌道はエネルギーごとに異なるため、荷電粒子センサの位置ごとに対応するエネルギー群が異なる。従って、設置した位置で計測が想定されるエネルギー範囲以外の成分については荷電粒子センサ１４又はその出力処理でカットオフしても問題が無いため、精度を向上することが出来る。荷電粒子センサ１４ごとに計測する電子１０２のエネルギー範囲が決まっているため、当該エネルギー範囲で出力される電圧の範囲が飽和しないように荷電粒子センサ１４の出力を調整することが可能であり、細かいエネルギービン(エネルギー幅)での計測が可能となり、分解能の計測精度が向上する。
【００３３】
一方、実施例１のターゲット１２は電子１０２を放出できるほど薄いため、入射ガンマ線１０１がターゲット１２を透過する割合が大きい。ターゲット１２を透過したガンマ線１０１は散乱線の原因となる。散乱線は計測時にノイズの原因となるので、低減させることで計測の精度が向上する。散乱線を低減させる方法として、ターゲット１２の後方、即ち放射線がターゲットを直線的に通過し衝突する位置に散乱線ポケット１６を設置し、散乱線ポケット１６内で多重散乱させ、エネルギーを減少させる。散乱線ポケット１６はコリメータ状であり、その径は入射放射線コリメータ１１を通過して装置に入射した入射放射線の広がりを考慮したサイズとする。
【００３４】
この他にも散乱線を低減する方法として、ターゲット１２の後方、即ち放射線がターゲットを直線的に通過し衝突する位置にある遮蔽体１５ａを薄くする。遮蔽体１５ａを薄くすると、ターゲット１２を透過したガンマ線１０１が外部に透過する割合が大きくなる。この時、遮蔽体１５ａを薄くした部分には計測器１の外部から入射する放射線を低減するため、コリメータ状の透過放射線コリメータ１７を設置する。透過放射線コリメータ１７の設置により、計測器１の外部から斜め方向に入射する放射線量を低減することが出来る。
【００３５】
上記のような対策を講じた上で、尚残る散乱線が荷電粒子センサ１４に入射しないようにするため、荷電粒子コリメータ１３をガンマ線１０1に対する遮蔽能力が高い材料で構成し、例えば鉛製又はタングステン製とする。
【００３６】
実施例で示した構成では、入射したガンマ線１０１のうち一部がターゲット１２で相互作用を起こし、電子１０２を放出し、放出された電子１０２のうち一部が荷電粒子コリメータ１３を通過し、荷電粒子コリメータ１３を通過した電子１０２がエネルギー群ごとに異なる荷電粒子センサ１４で計測されるため、直接入射ガンマ線１０１を計測するのに比べて、大きく計測される量を低減することが出来る。従って、入射ガンマ線１０１を直接計測してエネルギー分析を行うことが困難となる高線量場において、本発明はエネルギー分析を行うことが出来る。
【００３７】
ターゲット12に入射するガンマ線101のエネルギーが高いほど放出される電子102の量が少ないため、計測された電子の量に対してエネルギーごとに補正を施すための較正をあらかじめ実施することで、入射ガンマ線の正しいエネルギースペクトルを導出することが出来る。
【００３８】
（実施例2）
本発明の他の実施例である実施例２の放射線スペクトロメータを、図２を用いて説明する。
【００３９】
実施例２と実施例１の構成の違いは荷電粒子センサ１４のサイズが荷電粒子センサの位置ごとに異なっていることである。荷電粒子センサ１４以外の部分に関しては実施例1と同様である。つまり、実施例２の計測器１は、放射線コリメータ１１、ターゲット１２、荷電粒子コリメータ１３、荷電粒子センサ１４ａ、荷電粒子センサ１４ｂ、荷電粒子センサ１４ｃ、荷電粒子センサ１４ｄ、荷電粒子センサ１４e、遮蔽体１５、散乱線ポケット１６、透過放射線コリメータ１７で構成される。
【００４０】
ガンマ線１０１は放射線コリメータ１１を通過してターゲット１２で相互作用を起こす。ターゲット１２で放出された電子１０２は荷電粒子コリメータ１３を通過して、いずれかの荷電粒子センサ１４に入射する。小さい円弧軌道を担当する荷電粒子センサ１４ｅは低エネルギーの電子１０２を計測し、円弧軌道が大きくなるにつれ担当するエネルギーが大きくなる。
【００４１】
実施例２は荷電粒子センサ1個あたりに計測する量を低減することを特徴としているが、入射ガンマ線１０１のエネルギー分布次第では、計測する電子１０２の量に偏りが生じる。実施例２を用いて最も効率的に高線量場での適用が成される構成は全ての荷電粒子センサに等しい電子１０２が入射する構成である。
【００４２】
実施例２の環境は、幅広いエネルギー範囲にエネルギーを持つガンマ線１０１が入射し、特に、低エネルギーのガンマ線１０１の量が多い環境であるとする。入射ガンマ線１０１のエネルギーが低エネルギー側に偏っているので、ターゲット１２で放出される電子１０２のエネルギーも低エネルギー成分が多くなる。このため、荷電粒子コリメータ１３を通過する電子1０２が描く円弧軌道は比較的半径の小さい円弧軌道である。このため、内側に入射する電子１０２の密度が相対的に大きくなる。このような状況において、1個の荷電粒子センサあたりに計測する電子１０２の量を均等にするために、低エネルギーの電子１０２を計測する荷電粒子センサ１４ｅや荷電粒子センサ１４ｄを小さくしている。
【００４３】
（実施例３）
本発明の他の実施例である実施例３の放射線スペクトロメータを、図３を用いて説明する。
【００４４】
実施例３と実施例２の構成の違いは荷電粒子ポケット２１の存在である。荷電粒子ポケット２１以外の部分に関しては実施例２と同様である。つまり、本実施例の計測器１は、放射線コリメータ１１、ターゲット１２、荷電粒子コリメータ１３、荷電粒子センサ１４、遮蔽体１５、散乱線ポケット１６、透過放射線コリメータ１７、荷電粒子ポケット２１で構成される。
【００４５】
ガンマ線１０１は放射線コリメータ１１を通過してターゲット１２で相互作用を起こす。ターゲット１２で放出された電子１０２は荷電粒子コリメータ１３を通過して、荷電粒子ポケット２１内の荷電粒子センサ１４で計測される。
【００４６】
荷電粒子ポケット２１は荷電粒子センサ１４に散乱線が入射する割合を低減する。散乱線の起源は入射ガンマ線１０１がターゲット１２で散乱した場合や、入射ガンマ線１０１が散乱線ポケット１６で散乱した場合、外部の放射線が透過放射線コリメータ１７を通過し、遮蔽体１５を透過して計測器内の壁やターゲット１２で散乱した場合である。これらの散乱線は荷電粒子コリメータ１３を通過または透過して荷電粒子センサ１４が存在する領域に入る。これらの散乱線は様々な方向ベクトルを有しているが、荷電粒子ポケット２１を設置した場合、荷電粒子センサ１４に対して斜めに入射する成分の散乱線を低減する効果がある。一方、電子１０２については、エネルギー群ごとに異なる円軌道を描いて荷電粒子センサ１４に入射するため、荷電粒子ポケット２１が存在していた場合も、荷電粒子センサ１４に入射することが出来る。
【００４７】
斜めに電子１０２が入射した場合、電子１０２が荷電粒子センサ１４で吸収される前に入射した荷電粒子センサ１４と隣接する荷電粒子センサ１４に入射した場合、入射した荷電粒子センサ１４に付与されるべきエネルギーの一部が隣接する荷電粒子センサ１４に付与されてしまう。これを防ぐために、計測対象のガンマ線１０１のエネルギーが分かっている場合、荷電粒子センサ１４に対して電子１０２が垂直に入射するように傾けて荷電粒子センサ１４を設置する。荷電粒子センサ１４に対して垂直に電子１０２が入射する場合、電子１０２が隣接する荷電粒子センサ１４にエネルギーを付与する可能性が低減する。
【００４８】
(実施例４)
本発明の他の実施例である実施例４の放射線スペクトロメータについて図４を用いて説明する。
【００４９】
実施例４と実施例３の構成の違いは磁場を永久磁石では無く、コイルを用いて発生させている点である。磁場の発生源以外の部分に関しては実施例３と同様である。つまり、本実施例の計測器1は、放射線コリメータ１１、ターゲット１２、荷電粒子コリメータ１３、荷電粒子センサ１４、遮蔽体１５、散乱線ポケット１６、透過放射線コリメータ１７、荷電粒子ポケット２１で構成される。
【００５０】
コイルを用いて磁場を発生させているため、磁場の強度は電気的に制御することができる。
放出される電子１０２のエネルギーに対して磁場が強かった場合、ターゲット１２から放出された電子１０２は電子軌道２０１を通る。電子軌道２０１は電子１０２が荷電粒子コリメータ１３で遮蔽されるため、電子１０２を計測することが出来ない。入射ガンマ線１０１のエネルギーが小さければ、放出される電子１０２のエネルギーも小さくなるので、放出された電子１０２のエネルギーが小さい時は入射したガンマ線１０１のエネルギーも小さい。従って、計測するガンマ線１０１のエネルギーが低エネルギーである場合には、磁場の強度を弱くし、電子１０２の軌道を電子軌道２０３とすることでエネルギースペクトルを計測することが出来る。
【００５１】
同様に、放出される電子１０２のエネルギーに対して磁場が弱かった場合、ターゲット１２から放出された電子１０２は電子軌道２０２を通る。電子軌道２０２は電子１０２の軌道が大きいため、荷電粒子センサ１４に電子１０２が入射しない。入射ガンマ線１０１のエネルギーが大きければ、放出される電子１０２のエネルギーも大きくなるので、放出された電子１０２のエネルギーが大きい時は入射したガンマ線１０１のエネルギーも大きい。従って、計測するガンマ線１０１のエネルギーが高エネルギーである場合には、磁場の強度を強くし、電子１０２の軌道を電子軌道２０３とすることでエネルギースペクトルを計測することが出来る。
【００５２】
幅広いエネルギー範囲にわたって複数のエネルギーを持つガンマ線１０１が存在する環境下では、磁場の強度を変えて複数回計測することによって、幅広いダイナミックレンジでの計測が可能となる。
【００５３】
（実施例５）
本発明の他の実施例である実施例５の放射線スペクトロメータについて図５を用いて説明する。
【００５４】
実施例５と実施例４の構成の違いは、磁場１８が荷電粒子コリメータ１３よりも荷電粒子センサ側、即ちセンサ領域１ｓのみで発生させている点である。磁場１８の領域以外の部分に関しては実施例４と同様である。つまり、本実施例の計測器1は、放射線コリメータ１１、ターゲット１２、荷電粒子コリメータ１3、荷電粒子センサ１４、遮蔽体１５、散乱線ポケット１６、透過放射線コリメータ１７、荷電粒子ポケット２１で構成される。
【００５５】
荷電粒子コリメータ１３及びターゲット領域１ｔでは磁場が無いため、ターゲット１２から放出された電子１０２は貫通孔１３ａの領域を含めて直進する。エネルギーごとに異なる軌道を描かないため、荷電粒子コリメータ１３を通過する電子１０２はエネルギーによらず同一の軌道となる。従って、荷電粒子コリメータ１３の貫通孔１３ａの径が小さくても、想定した角度方向に放出された電子１０２を磁場領域に誘導することが出来る。
【００５６】
本実施例の構成では、荷電粒子コリメータ１３の貫通孔１３ａの径が小さいため、荷電粒子コリメータ１３を通過する散乱線の量を低減することができる。
【００５７】
(実施例６)
本発明の他の実施例である実施例６の放射線スペクトロメータについて図６を用いて説明する。
【００５８】
実施例６と実施例５の構成の違いは計測対象の入射放射線が中性子であるという点である。中性子を用いた場合、計測に用いる荷電粒子は陽子となるので、電子とは極性が反対となるため、磁場１９の向きも磁場１８の向きと逆としている。その他の部分に関しては実施例５と同様である。つまり、本実施例の計測器1は、放射線コリメータ１１、ターゲット１２、荷電粒子コリメータ１３、荷電粒子センサ１４、遮蔽体１５、散乱線ポケット１６、透過放射線コリメータ１７、荷電粒子ポケット２１で構成される。
【００５９】
中性子３０１は放射線コリメータ１１を通過してターゲット１２で相互作用を起こす。相互作用のうち弾性散乱では、ターゲット１２から入射中性子３０１のエネルギーと反跳角によって決まったエネルギーを持つ陽子３０２が放出される。
【００６０】
磁場１９の向きは紙面に垂直で手前から紙面の裏側に向けて発生している。磁場１９の向きがガンマ線１０１の計測の時とは逆向きであるため、ガンマ線１０１がターゲットで相互作用を起こし、荷電粒子コリメータ１３を通過した電子１０２は陽子とは反対方向に円弧軌道を描く。従って、本構成では、荷電粒子コリメータ１３を通過した電子１０２が荷電粒子センサ１４に入射することはない。従って、本構成では、中性子３０１とガンマ線１０１を弁別し、中性子３０１に起因した信号のみを計測することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の放射線スペクトロメータを用いることで、高放射線場において放射線のエネルギー分析を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１：計測器                            １ｓ：計測器のターゲット領域
１ｔ：計測器のセンサ領域              ２：処理分析部
１０：放射線スペクトロメータ          １１：放射線コリメータ
１２：ターゲット                      １３：荷電粒子コリメータ
１３ａ：荷電粒子コリメータの貫通孔
１４、１４a、１４b、１４c、１４d、：荷電粒子センサ
１５：遮蔽体                          １６：散乱線ポケット
１７：透過放射線コリメータ            ２１：荷電粒子ポケット
１０１：ガンマ線                      １０２：電子
２０１：電子軌道                      ２０２：電子軌道
２０３：電子軌道                      ３０１：中性子
３０２：陽子
【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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