(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境（１０，３０）内におけるα粒子源（１４）の位置を遠隔的に特定するための方法であって、
前記α粒子源（１４）から放出されたα粒子を光子放射に変換するために、前記環境を充填するガスとして窒素を含有するガスを使用し、
前記光子放射のイメージを、感光性表面上に形成することを特徴とする方法。
【請求項２】
窒素を含有したガスを、前記α粒子源（１４）から放出されたα粒子を紫外光子放射に変換するために使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記環境は、実質的にガス不透過性とされているとともに、少なくとも一部が前記光子放射に対して透明な壁（３２）を備えた、容器（３０）によって画定され、
前記容器を、窒素を含有するガスによって充填し、
前記光子放射のイメージを、前記壁（３２）を通して前記感光性表面上に形成することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記光子放射のイメージを、可視光のない状態で形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記光子放射のイメージを、紫外放射を選択的に透過させ得るフィルタ（２３）を通して形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記光子放射のイメージを、人工的な可視光の存在下で形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記環境の可視光イメージを、付加的に形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記可視光イメージを、前記環境の人工照明のもとで形成することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記可視光イメージと前記光子放射イメージとを、重ね合わせることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記α粒子源（１４）から放出されたα粒子を紫外光子放射に変換するためのシンチレータとして、空気を使用することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
環境内におけるα粒子源の位置を遠隔的に特定するための装置であって、紫外放射に対して感応性のある表面（２０）と、
窒素を含有しているとともに、前記環境を充填している、ガス状シンチレータ媒質と、
前記感応性表面上に前記環境の紫外放射イメージを形成するための光学手段（２２）と、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記環境を画定するために、ガス不透過性とされた容器（３０）を具備し、該容器には、該容器の外側に配置された前記感応性表面上に前記放射のイメージを形成するために、紫外放射に対して少なくとも一部が透明とされた壁が設けられていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
カメラを具備し、該カメラに、前記感応性表面が取り付けられていることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記感応性表面は、フォトダイオードからなるマトリクスであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
前記マトリクスは、付加的に紫外光に対して感応性のあるフォトダイオードを備えていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
付加的に、前記環境の可視光イメージを形成するための手段を具備していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１７】
付加的に、前記紫外放射と前記可視光イメージとの少なくとも一方を表示するためのビデオスクリーンを具備していることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、概して１０ＭｅＶ以下のエネルギーの粒子からなるα粒子源の位置を、遠隔的に特定するための装置および方法、および、そのようなα粒子源を表示するための装置および方法に関するものである。
本発明は、表面上のまたは容積内の放射線源の位置を特定し得るよう、放射線防護の分野において有利に使用することができる。
本発明の目的をなす装置は、原子炉の廃炉、装備除去の操作およびメンテナンス操作、放射線の管理、事故後の操作、あるいは、操作時における操作者の補助、といった多くの他の分野において応用可能である。
本発明は、また、放射性ガスの漏れ検出や、放射性ガスの存在の検出（特に、ラドン）、あるいは、エアロゾルの形態での放射性汚染物の検出に応用することができる。
概して、本発明は、本質的に、（大きな線形エネルギー搬送を伴った）電離度の大きな電離粒子放射線の検出および位置の特定に関するものである。
従来技術の説明
α線は、原子量が２００よりも大きな原子核が崩壊する際に、最も頻繁に発生する自然の放射線である。
粒子検出器は、一般的に、粒子検出器の検知部分を通過する粒子と検知部分との相互作用から得られる情報を提供する。
α粒子が媒質を通過するときには、α粒子は、通過する媒質のイオン化および励起のために、本質的に、エネルギーを損失する。拡散現象および制動放射現象は、無視できるように思われる。
イオン化は、元々は中性であった原子からの、１つまたは複数の電子の除去として理解することができる。除去された電子は、自由電子として留まることもできるし、または、他の原子にくっついてマイナスイオンを形成することもできる。
このようなプラスイオンとマイナスイオンとの対の生成時には、２つの主要な現象が起こる。すなわち、イオン化のうちの約３分の１は、一次イオン化、つまり、α粒子との直接的な相互作用によって形成され、イオン化のうちの残りの約３分の２は、二次イオン化、つまり、一次イオン化の際に放出される高速電子によって引き起こされる。このような高速電子は、「δ線」と称される。
上述のように、媒質内のα粒子の通過は、媒質の単なる励起によって表現することもできる。
原子は、基底エネルギー状態から高エネルギー状態へと移行した場合、励起されたものと考えることができる。励起エネルギーは、それでもなお、電子の放出には不十分である。一般に、励起に使用されたエネルギーは、その後、非放射形態、つまり振動または並進移動の熱エネルギーの形態で消費されるか、あるいは、放射形態、つまり光子の放出によって消費されるか、のいずれかである。
吸収エネルギーの無視できない一部が光子放出によって放射形態で解放されるような媒質は、シンチレータと称される。
すなわち、公知のα粒子検出器は、一般に、α粒子を光子へと「変換」することができる固体または液体のシンチレータ媒質と、シンチレータによって放出された光子を検出するための光増倍システムまたは感応性表面と、を備えている。
しかしながら、このような検出器は、α線源の位置を遠隔的に特定することができない。実際、空気中におけるα粒子の自由行程は、非常に短く、観測を行うためには、検出器をα線源のごく近傍にもっていく必要がある。
シンチレータは、必ずしも、固体または液体であるわけではない。シンチレータは、気体の形態とすることもできる。
核粒子によって励起されることによるガス状シンチレータの閃光は、放射線研究の初期から知られていた。しかしながら、光増倍管の使用のおかげで、ガス内の粒子通過に関連した発光機構の研究ができるようになったのは、１９５１年になってからにすぎない。この研究は、Ｇｒｕｎ氏およびＳｃｈｏｐｐｅｒ氏によってなされた。その１年後、Ｃ．Ｍｕｅｈｌｈａｕｓｅ氏は、核物理学において、シンチレータとして、ガスを使用した。
多数の研究が、希ガスのシンチレーションに関してなされている。実際、すべてのガスにおいて、原子は、互いに相互作用することができ、そうすることで、励起エネルギーの一部を移送することができる。原子が複雑な分子である場合には、エネルギー移送は、振動または回転の熱エネルギーの形態で起こることができる。これにより、いかなる発光も起こることがない。これに対して、希ガスの場合には、高度に安定な電子構造に基づいて、衝突の時に、ある励起原子のエネルギーが他の原子に対して移送することができる。
研究によって、空気もシンチレーション特性を有していること、および、α線源によって励起された空気のスペクトルは、窒素の発光スペクトルにおいて観測される一連のバンドと同じ一連のバンドから構成されていること、が示された。
空気内に存在しているアルゴンは、優秀な発光特性を有している。しかしながら、存在比率が非常に小さいことにより、空気の発光に対する寄与は、無視できる程度である。
空気中の酸素は、蛍光を放出することはない。逆に、発光を消滅させる材料として機能する。実際、ガスに少量の酸素が添加されるだけで、ガスのシンチレーション特性を妨害することができる。例えば、酸素が２％添加されたキセノンと酸素との混合ガスであると、キセノンのシンチレーション強度の、７０％程度が減少してしまう。
このような消光現象のために、空気は、非常に小さなシンチレーション効率しか有していない。シンチレーション効率は、１個のα粒子あたり、数個の光子である。
純粋な窒素の場合には、放出される光子の数は、空気の場合に放出される光子数よりも、ずっと多い。しかしながら、シンチレーション現象は、比較的弱いものに留まっている。
以下の表Ｉは、ガスのシンチレーション効果に対して、特に窒素の場合に、ガス圧力が、また、重要であることを示している。
表Ｉは、特定の放射線源に関して、シンチレータガス（窒素）の圧力の関数として、α粒子によって放出される光子数の例を、示している。
0003869470.tif 000002
圧力が増大すると総光子数が減少することは、明らかである。これは、高圧においては、原子とガス分子との衝突回数が増大することによる。衝突数が多くなると、非放射エネルギーという損失が多くなってしまう。
窒素および特に空気のシンチレーション特性が小さいこと、および、希ガスのコストが高いこと、のために、シンチレータとしてのガスの唯一の使用は、実験的計測装置に制限されている。
文末に与えられた参考文献（１）（２）には、シンチレータとして、例えば窒素のようなガスを使用した検出装置の例が記載されている。これらの装置においては、放射線源およびシンチレータは、例えば写真チャンバまたは光増倍管といった検出器の近傍に配置されている。これにより、カウントや、ガス状シンチレータの発光のスペクトル研究を行うことができる。
また、文末に与えられた参考文献（３）には、窒素も空気も、シンチレータとして実用的な興味がもてないことが開示されている。希ガスを使用したシンチレーションカウンタ内における窒素の存在は、望ましくないものとさえ考えられている。
発明の説明
本発明は、窒素や、空気のような窒素−酸素の混合ガスのシンチレーション特性が非常に悪いものであるにもかかわらず、これらのガスを大きく帯電した粒子を放出している放射線源の位置を遠くから特定するためのシンチレータとして使用できないことはないという、本発明者らによって発見された驚くべき事実に由来している。
遠くからの特定というのは、α線源に対して、ガス中または空気中におけるα粒子の行程（数ｃｍ）よりは実質的にずっと離れた位置からの特定のことであることは理解されるであろう。
実際、本発明は、環境内におけるα粒子源の位置を遠隔的に特定するための方法に関するものであって、α粒子源から放出されたα粒子を、例えば紫外領域の波長を有したような光子放射に変換するために、周囲空間を充填するガスとして窒素を含有するガスを使用し、放射のイメージを、感光性表面上に形成する。
本発明は、光子放射が紫外領域内の波長を有している場合に制限されるものではないが、説明の単純化のために、以下の説明においては、この放射は、紫外放射として表現されることとなる。
α粒子源の位置特定は、とりわけ、α線源が検出器の下方や近傍に必ずしも配置される必要がないだけに留まらず、環境内におけるα線源の分散具合を特定できるという点において、単なるα粒子の検出とは区別される。例えば、位置特定とは、環境内における、１つまたは複数の汚染領域の場所および形態を、決定したり表示したりすることである。
これは、紫外放射からのイメージによって行うことができる。検出に関する距離制限は、雰囲気による紫外吸収だけによってもたらされる。検出距離は、数百メートルとすることもでき、数キロメートルとすることも想定できる。
非常に有利には、特にコスト的に非常に有利には、特定の応用に対するシンチレーションガスとして、空気を使用することができる。
本発明の１つの形態においては、環境は、実質的にガス不透過性とされているとともに、少なくとも一部が光子放射に対して透明な壁を備えた、容器によって画定することができる。容器は、窒素を含有するガスによって充填され、感光性表面上に、誘起された光子放射からのイメージが、透明壁を通して形成される。
本発明の範疇においては、この場合、環境は、容器の内部容積に限定される。この応用の場合には、容器の容積は、人が操作している部屋の総容積よりも小さい。
例えば、容器を充填しているガスの漏洩を制限するために、あるいは、ガスの汚染を避けるために、容器内の圧力を、実質的に、増加または減少させ得ることは、想定されるであろう。
よって、環境を充填しているガスをより容易に制御することができ、組成や圧力を制御することができる。
感応性表面が使用される場合には、この表面の検知スペクトルは、α粒子によって励起される窒素の紫外発光スペクトルにわたって延在しており、可視光がない状態で、紫外放射からイメージを形成することができて有利である。この測定によって、イメージの信号雑音比を向上させることができる。
イメージの質を向上させ得る他の測定は、イメージを、紫外放射を選択的に透過させ得るフィルタ、特に、窒素のシンチレーションに対応した波長を選択的に透過させるフィルタを通して形成することである。
また、有利には、遠隔位置特定システムの活用を容易とするために、光子放射（紫外放射）のイメージを、人工的な可視光の存在下で形成することができる。
この人工的な可視光は、電流供給の周波数に関連した振動性のために、紫外イメージと可視イメージとからなる総イメージから、数値的に差し引くことができる。
紫外放射イメージ上におけるα線源の分類を容易とするために、イメージ上に、位置決定用格子を重ね合わせることができる。
特に興味のある手段は、紫外放射からのイメージと同様に、環境の可視光からのイメージを形成することである。この場合、α線源の環境に配置された対象物に関連した位置をより容易に見いだすために、これら２つのイメージを、重ね合わせることができる。
その場合、とりわけ、可視光イメージを、環境の人工照明のもとで形成することができる。
人工照明は、発光が供給電流の周波数に敏感なものであって、実際、必要であれば、感光性部材が電子的センサである場合には、紫外放射イメージからデジタル的に差し引くことができる。
本発明は、また、α粒子源の位置を遠隔的に特定するための装置に関するものである。この装置は、紫外放射に対して感応性のある表面と、窒素を含有しているとともに環境を充填しているガス状シンチレータ媒質と、感応性表面上に環境の紫外放射イメージを形成するための光学手段と、を具備している。紫外放射は、１つまたは複数のα線源から放出されたα粒子によって励起されたガス状媒質のシンチレーションに由来するものである。
装置は、感応性表面が取り付けられているカメラを具備することができる。感応性表面は、例えば、紫外放射に対して感応性のある、可能であれば可視光に対して感応性のある、フォトダイオードからなるマトリクスである。
本発明の他の特徴点および利点は、添付図面を参照しかつ単に非制限的な例示として示される以下の説明によって理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
唯一の図面は、環境内においてα線源の位置を特定するための、本発明の装置の部材を、概略的に示している。
本発明による実施形態の詳細な説明
唯一の図面は、部屋を示している。部屋の壁１２は、１つまたは複数のα線源１４を有している。このα線源１４は、例えば、放射性汚染物質である。α線源から放出されるα粒子は、部屋１０内の空気によって急速に停止される。α線源を囲んでいるドームは、α粒子の最大平均範囲を概略的に示しており、「シンチレーション効果領域」と称される領域を画定している。
領域１６内においては、α粒子は、窒素原子と相互作用して、シンチレーションを引き起こす。このシンチレーションは、紫外光子の放出によって表現される。このような紫外光子は、部屋内を自由に伝搬することができる。実際、紫外光子は、部屋１０内を充填しているガスに対して、実質的に一切の相互作用を示さない。断面図でもって示されているカメラまたは写真チャンバ１８は、紫外放射に対して感応性のある表面２０と、紫外放射を受けて感応表面２０上にイメージを形成するための光学システム２２と、を備えている。
実用的には、光学システム２２は、通常２００〜４００ｎｍの放射波長に関して、壁１２および領域１６のイメージを、感応表面２０上に形成するよう構成されている。任意の光学システム、または、例えばＵＶ  ＮＩＫＫＯＲタイプの対象をなすような側方屈折システム（catadioptric system）が適切である。
感応表面２２は、写真フィルムとすることができる。あるいは、好ましくは、フォトダイオードのような電子的光学センサからなるマトリクスとすることができる。
それは、例えば、１２．３×１２．３ｃｍのマトリクスであって５１２×５１２個の画素からなる（電荷移送タイプの）ＣＣＤタイプの検出器とすることができる。この場合、各画素は、２４μｍ×２４μｍの大きさである。
検出器は、公知のタイプの検出器のための、取得および管理システム２４に接続されている。
これは、例えば、ＳＴ  １３８タイプのコントローラとすることができる。
測定を行うには、５０ｋＨｚの周波数で十分であるように思われる。実際、窒素のシンチレーションという現象が数個の光子を生成する場合には、一般に、検出器は、大きな周波数で読出を行う必要はない。しかしながら、人工的な光の影響をデジタル的に差し引くために、必要であれば、得られたイメージを加えつつ、より大きな周波数で動作することが有効である。
少量の核事象が装置による検出に対して有害であるけれども、背景の「放射イメージ」を再構成するために、事象の発生の統計的性質の恩恵を受けることができる。取得によって、多数の補正していないイメージをまたは補正したイメージを加算することによって、信号を積分する。
取得システム２４は、また、例えば、モニターやビデオスクリーンといった、検出によって形成されたイメージを表示するための手段を備えている。その場合、イメージの表示は、リアルタイムで行うことができる。
表面２０の検知スペクトルは、例えば、２００ｎｍ〜４００ｎｍにわたる波長範囲に対応している。しかしながら、より大きなスペクトルに対して感応可能な表面を使用することもでき、選択された波長範囲の紫外放射だけが通過できるような干渉フィルタ２３を、光学システム２２に対して接続することができる。
また、ある特別の実施形態においては、加えて、可視光から部屋１０のイメージを形成するために、感応表面として、さらに拡張されたスペクトルに対応するものを有利に使用することもできる。この可視イメージは、また、ビデオスクリーン上に表示することもできる。
この可視光イメージは、紫外放射イメージに対して重ね合わされたときには、α放射線源の位置を、より容易に認識することを可能とする。とりわけ、部屋の壁に対しての、あるいは、部屋内に設けられた他の対象物に対しての、α放射線源の位置を、より容易に認識することを可能とする。
検出器からの取得および検出器の管理のためのシステムのおかげで、可視光イメージに対応するデータと、紫外放射イメージとを、デジタル的に、足したり引いたりすることができる。また、イメージから、個別に記録された「ベースノイズ」を差し引くことも可能である。
取得および管理システムにより、操作者は、イメージの感度や解像度をデジタル的に修正したり、イメージの全部または一部を拡大したりすることができる。
空気内に存在している酸素は、空気内に含有されている窒素のシンチレーション現象に対して負の影響を有している。図に示すように、この影響を制限するために、α線源を囲むガスの組成を容易に制御し得るような小さな空間を、部屋内に画定することができる。
すなわち、実質的にガスを透過させない容器３０が、部屋１０内において、操作者が位置の探求をしようとしているα線源が存在していると思われる場所に、配置されている。図示の例においては、容器３０は、壁１２に押しつけて配置されており、部屋１０の容積よりも小さな容積空間を画定している。この場合、この空間は、本発明の範囲においては、内部において放射線源が特定されるべき環境空間を構成している。この容器は、有利には、操作者が調査しようとしている放射線で内壁が汚染されているような、グローブボックスまたは遮蔽容器によって構成することができる。
容器は、ガス中でのα粒子の最大平均行程よりも大きな寸法とされている。すなわち、シンチレーション効果領域１６の寸法よりも大きな寸法とされている。
容器３０内での窒素含有量を増加させるために、容器３０に対しては、窒素発生器３２が接続されている。Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅといったある種の希ガスあるいはこれらの任意の混合ガスのような、窒素以外のガスを、また、容器３０内に吹き込むこともでき、シンチレーション現象を改良することができる。
また、燃焼反応あるいは触媒酸化反応を引き起こすことによって、容器３０内に含有されている酸素の少なくとも一部を除去することができる。
容器は、カメラに対してシンチレーション光子を到達させ得るよう、紫外放射に対して透明な材料から形成されている、あるいは、覗き窓３３を備えている。
最後に、本発明による装置およびその動作方法のおかげで、α線源の位置を、α粒子の平均自由行程よりもずっと離れたところからでも特定できることがわかる。
実際、相互作用の前にα粒子が到達し得る距離は、数ｃｍの程度であるけれども、放射線源と測定カメラとの離間距離Ｌは、数ｋｍとすることができる。とりわけ光学システムの焦点距離を選択することにより、離間距離は、調節可能である。
上述のように、本発明による装置は、放射線源の検出のために使用できることがわかる。また、有利なことに、環境内において、α粒子を放出する放射性ガスを検出するために使用することもできる。
例えば、メタン保持タンクのようなタンクにおける漏れを検出するために、タンクの外側二重壁内に、ラドンのようなα線源を含むガスを注入して、タンクの内壁のイメージを形成することができる。このイメージにより、漏れ箇所を明らかとすることができる。というのは、ラドンによって放出されたα粒子と雰囲気空気との間の相互作用によって、シンチレーションが引き起こされるからである。
説明中において引用された参考文献
（１）Gaseous Scintillation Counting by C. Eggler et al., Nucleonics, April 1956, pages 34 and 35.
（２）A Spectroscopic Study of Alpha-ray-Induced Luminescence in Gases by S. Dondes, Radiation Research 27, 1966, pages 174-209.
（３）The Theory and Practice of Scintillation Counting by J. B. Birks, Pergamon Press, page 578 and page 592.
【図１】
0003869470.tif 000003