(57)【要約】      （修正有）【課題】電子飛跡検出型の電離放射線検出装置において、ガス電子増幅のゲインが、ガスの劣化で変わるため、反跳電子エネルギの増幅率が変動し、反跳電子の検出エネルギから計算される入射γ線の位置（方向）決定精度が低下する。【解決手段】本発明の電離放射線検出装置は、内部に散乱ガスが保持された第１のチャンバと、前記第１のチャンバ内に配置された、第１のドリフトプレーンと、前記第１のドリフトプレーンに対向して配置された第１の電子検出部とを備えた電離放射線検出装置であって、前記第１のチャンバと接続され、内部に前記散乱ガスが保持された第２のチャンバとを有し、前記第２のチャンバ内には、第２のドリフトプレーンと、前記第２のドリフトプレーンに対向して配置された第２の電子検出部と、校正用放射線源とが配置され、前記第１の電子検出部と前記第２の電子検出部とから出力される信号の増幅率の変化を補償する制御部を有する。【選択図】図１
2016218062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に散乱ガスが保持された第１のチャンバと、
前記第１のチャンバ内に配置された、第１のドリフトプレーンと、前記第１のドリフトプレーンに対向して配置された第１の電子検出部とを備えた電離放射線検出装置であって、
前記第１のチャンバと接続され、内部に、前記第１のチャンバの内部の散乱ガスと連続した散乱ガスが保持された第２のチャンバと、
校正用放射線源とを有し、
前記第２のチャンバ内には、第２のドリフトプレーンと、前記第２のドリフトプレーンに対向して配置された第２の電子検出部とが配置され、
前記第１の電子検出部と前記第２の電子検出部とから出力される信号の増幅率の変化を補償する制御部を有することを特徴とする電離放射線検出装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の電子検出部と前記第２の電子検出部のガス電子増幅率を制御することを特徴とする請求項１記載の電離放射線検出装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の電子検出部と前記第２の電子検出部とから出力される信号をそれぞれ増幅する第１の増幅部と第２の増幅部の増幅率を制御することを特徴とする請求項１記載の電離放射線検出装置。
【請求項４】
前記校正用放射線源は、核種Ｆｅ５５からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の電離放射線検出装置。
【請求項５】
前記校正用放射線源は、前記第１の電子検出部で検出される電子の平均ドリフト距離と、前記第２の電子検出部で検出される電子の平均ドリフト距離とが略一致する位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の電離放射線検出装置。
【請求項６】
前記校正用放射線源は、前記第２のドリフトプレーンへ向かう方向へ、前記第１の電子検出部と前記第１のドリフトプレーンとの間隔の３０％〜５０％の距離分だけ、前記第２の電子検出部から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項５記載の電離放射線検出装置。
【請求項７】
前記校正用放射線源は、前記第２のチャンバ内に配置され、前記校正用放射線源から放出された放射線により、前記第２のチャンバ内部の散乱ガスが電離し、電離により生じた電子が、前記第２の電子検出部により検出されることを特徴とする請求項１記載の電離放射線検出装置。
【請求項８】
画像表示部と、γ線検出部とをさらに有し、
前記第１の電子検出部の出力と、前記γ線検出部の出力とに基づいて、入射γ線の強度分布を画像化し、前記画像表示部に表示することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の電離放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子飛跡検出型の電離放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からのγ線検出方法のひとつとして、アドバンストコンプトン法が知られている。これはコンプトン散乱により生じた散乱γ線のエネルギと散乱方向ベクトルに加えて、コンプトン散乱により生じた反跳電子のエネルギと反跳方向ベクトルを利用して、入射γ線の入射方向を算出する方式である。
【０００３】
非特許文献１には、アドバンストコンプトン法を利用した、γ線検出装置であるＴＰＣ（Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｃｈａｍｂｅｒ）について開示されている。ＴＰＣ内は、散乱体であるガスで満たされ、電離電子を増幅して検出する平板状の電子収集器（μＰＩＣ）が、内部に配置されている。コンプトン散乱により発生した反跳電子は、連続的にガス分子を電離しながら飛行し、その飛跡上に多数の電離電子から成る電子雲を発生させる。この電子雲は、電子ドリフト領域で電界から受ける力によって反跳電子の飛跡とほぼ同一の形状を維持しながら、電子収集器までドリフトする。電子収集器は、電子雪崩効果によるガス電子増幅を行い、電子雲（飛跡）の２次元平面への投影位置を検出する。
【０００４】
特許文献１には、放射線検出器のシンチレータの経時劣化を含めたゲイン変動を補正する放射線ガスモニタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０７８３１９
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋａｂｕｋｉ  Ｓ．ｅｔ  ａｌ．，“Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ａ  ｐｈａｎｔｏｍ  ａｎｄ  Ｓｍａｌｌ  ａｎｉｍａｌ  ｗｉｔｈ  ａ  ｔｗｏ−ｈｅａｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｃｏｍｐｔｏｎ  ｇａｍｍａ−ｒａｙ  ｃａｍｅｒａ”，Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒｅｃｏｒｄ  （ＮＳＳ／ＭＩＣ  ２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
反跳電子によって電離した二次電子はガス電子増幅器で増幅されるが、ガスチャンバの内面や内部構造物からのアウトガスの混入や、クエンチャーガスの分解による劣化に伴い、ガス電子増幅率が変動してしまう。このため反跳電子の検出エネルギから計算する入射γ線の位置（方向）決定精度が低下する。
【０００８】
ところで、特許文献１で用いられている校正用放射線源のエネルギは、被測定線源のエネルギよりも高い。校正用放射線源がβ線の場合は低エネルギの二次電子が、校正用放射線源がγ線の場合は、コンプトン散乱で発生する低エネルギの散乱γ線や二次電子が、それぞれ測定エネルギ領域に混入して、ノイズとして測定される場合が有る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電離放射線検出装置は、内部に散乱ガスが保持された第１のチャンバと、前記第１のチャンバ内に配置された、第１のドリフトプレーンと、前記第１のドリフトプレーンに対向して配置された第１の電子検出部とを備えた電離放射線検出装置であって、前記第１のチャンバと接続され、内部に前記第１のチャンバの内部の散乱ガスと連続した散乱ガスが保持された第２のチャンバとを有し、前記第２のチャンバ内には、第２のドリフトプレーンと、前記第２のドリフトプレーンに対向して配置された第２の電子検出部とを備え、さらに校正用放射線源と、前記第１の電子検出部と前記第２の電子検出部とから出力される信号の増幅率の変化を補償する制御部を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、具体的には、以下の２点に特徴を有する。
【００１１】
１．校正用放射線検出器を入れた校正用チャンバを計測用のγ線検出器をいれた計測用チャンバと分離して設け、ガスは連続させて共通化し、さらに校正用放射線源を設けた。
２．校正用線源は低エネルギの放射線を放出する核種（例えば、陽子過多の核種で電子取り込み反応により、５．９ＫｅＶのＸ線を放射するＦｅ５５）を選択した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、校正用放射線源からの放射線が計測用γ線検出器へ混入することが防止されるとともに、校正用チャンバを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る電離放射線検出装置の構成を示す構成図
【図２】本発明の実施形態１に係る電離放射線検出装置の動作を説明するためのフローチャート
【図３】本発明の実施形態２に係る電離放射線検出装置の構成を示す構成図
【図４】本発明の実施形態２に係る電離放射線検出装置の動作を説明するためのフローチャート
【図５】Ｆｅ５５が放出するＸ線のエネルギとカウント値との関係を示すグラフ
【図６】マイクロストリップガスチャンバを説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１に示すように、計測用チャンバ（第１のチャンバ）１１０の内部には、電離放射線検出用の散乱ガス１０２（例えばＡｒ９０％＋メタン又はエタン１０％の混合ガス）が保持され、チャンバ内にドリフトケージ１０７が配置されている。ドリフトゲージ１０７の上部には、第１の高圧電源１１２から導かれる負の高電圧が印加された計測用ドリフトプレーン（第１のドリフトプレーン）１１１が配置されている。計測用チャンバ１１０の内部下端には、電子センサーである計測用二次電子検出部（第１の電子検出部）１０８が、計測用ドリフトプレーン１１１に対向して配置されている。計測用チャンバ１１０には、校正用チャンバ（第２のチャンバ）１２０が管で接続され、その内部には散乱ガス１０２が計測用チャンバ１１０の内部の散乱ガス１０２と連続して保持される。計測用チャンバ１１０の内部と同様に、校正用チャンバ１２０の内部には、校正用ドリフトケージ１１７が配置され、その上部には校正用ドリフトプレーン（第２のドリフトプレーン）１２１が配置されている。校正用チャンバ１２０の内部下端には、小型の校正用二次電子検出部（第２の電子検出部）１１３が設置されている。校正用二次電子検出部１１３は１素子で良いが、複数素子の場合は、アノードストリップ６０４どうし及びバックストリップ６０６どうしを並列接続してもよい（図６参照）。また、ドリフトケージ１０７の下部には、二次元に配列されたシンチレータ１０４が配置され、シンチレータ１０４の下部には、マルチアノード光電子増倍管（ＭＡＰＭＴ）１１９が配置されている。
【００１６】
第３の高圧電源１１６の出力が校正用ドリフトプレーン１２１へ、第２の高圧電源１２６の出力が校正用二次電子検出部１１３へ、それぞれ接続されている。但し、校正用チャンバ１２０の中には、比較的低エネルギの放射線を放出する校正用放射線源１１４が配置されている。校正用放射線源１１４としては、電子捕獲反応により、Ｍｎ５５に変化し、５．９ＫｅＶのＸ線を放射する核種Ｆｅ５５が好適である。図１の５．９ＫｅＶのＸ線１１５は、Ａｒ中では、１００ｍｍの距離で吸収確率が０．９７８なので、光電効果により、Ａｒから二次電子１１８を放出することで消滅する。但し、図５で示すように、一部のＸ線は、Ａｒガスから特性Ｘ線２．９６ＫｅＶを放出するので、５．９ＫｅＶ−２．９６ＫｅＶ＝２．９４ＫｅＶのエスケープピークも生じる。校正用放射線源１１４を校正用チャンバ１２０の外に置く場合には、低エネルギーのＸ線を透過させる樹脂製やベリリウム製の薄板からなる窓部材を設けておき、校正用チャンバ１２０内部のガスと外部の大気とを隔てるのが良い。
【００１７】
次に、電離放射線検出装置の動作について説明する。入射γ線１０１は、計測用チャンバ１１０及び計測用ドリフトプレーン１１１を通過し、散乱ガス内の電子によりコンプトン散乱を起こす。コンプトン散乱により、散乱γ線１０３と反跳電子１０５が生成され、さらに反跳電子１０５は飛跡に沿って多数の二次電子１０６を発生する。散乱γ線１０３は、シンチレータ１０４に於いてシンチレーション光に変換される。シンチレーション光は、ＭＡＰＭＴ１１９で光電変換増幅され、さらにＭＡＰＭＴ１１９の下部に配置されたヘッドアンプアレイ１２２で電気信号に変換される。電気信号は、散乱γ線１０３をセンシングした位置と、散乱γ線１０３のエネルギとに係る情報として、データ処理部１２４へ送られる。
【００１８】
一方、二次電子１０６は、計測用ドリフトプレーン１１１に印加された負電圧により形成された電界に沿って移動し、計測用二次電子検出部１０８で検出される。その出力は、計測用増幅器１２３で増幅されて、二次電子情報としてデータ処理部１２４へと送られる。データ処理部１２４は、散乱γ線１０３の位置情報とエネルギ情報、二次電子情報とに基づいて、反跳電子の飛跡ベクトル情報を得る。それらの情報からコンプトン散乱の逆計算を行い、入射γ線１０１の到来方向を計算し、その結果を画像表示部１２９で表示する。このように、放射線源が放出するγ線の強度分布を画像化する電離放射線検出装置を、通常コンプトンカメラと呼ぶ。
【００１９】
ここで、二次電子１０６の検出方法について、詳しく説明する。図６は、計測用二次電子検出部１０８の一例であるＭＳＧＣ（マイクロストリップガスチャンバ）の構成を示す。計測用二次電子検出部１０８の上面には、アノードストリップ６０４とカソードストリップ６０５が配置されている。二次電子１０６は、電位の高いアノードストリップ６０４へ向かうが、アノードストリップ６０４とカソードストリップ６０５との間には、１００，０００Ｖ／ｃｍ以上の電界が形成されている。そのため、アノードストリップ６０４に到着する直前では、電子雪崩効果によりさらなる二次電子１０６を生成し、数万倍程度のガス電子増幅が行われる。尚、両ストリップの間隔は５０μｍ程度なので、実際の電圧は５００Ｖ程度である。ガス電子による信号をアノード増幅器１３１で読みだすことで、どこのアノードストリップ６０４に二次電子１０６が到着したかを知ることが出来る。アノード増幅器１３１では、信号を千倍程度に増幅して外部へ出力する。アノードストリップ６０４の下には、絶縁層であるサブストレート６０３を挟み、アノードストリップ６０４と直交するバックストリップ６０６が配置されている。バックストリップ増幅器１３２は、アノードストリップ６０４内に到達した二次電子によりバックストリップ６０６に発生する誘導電流を増幅して外部へ出力する。この機構で、アノードストリップ６０４の長手方向のどの部分に二次電子が到来したかを判定できる。尚、図６は模式図なのでアノード６０４は５本程度しか描かれていないが、実際にはアノード６０４間隔は２００μｍ程度で２００本以上ある。カソードストリップ６０５の幅は１００μｍ程である。バックストリップ６０６の間隔も２００μｍ程度である。
【００２０】
次に、計測用二次電子検出部１０８と校正用二次電子検出部１１３の増幅率の変化の補償方法について図２を用いて説明する。校正用チャンバ１２０の中の校正用放射線源１１４から放出された放射線による光電効果で、散乱ガス１０２が電離する。電離により生じた電子は、校正用二次電子検出部１１３でガス電子増幅され、その信号は、放射線イベントとして、校正用増幅器１２７経由で、マルチチャンネルアナライザ１３０へ入れられている。図２で示すように、動作開始（ステップ２０１）に続いて、マルチチャンネルアナライザ１３０で校正用増幅器１２７の出力を計測し（ステップ２０２）、その波形からＦｅ５５の出すＸ線の５．９ＫｅＶのピーク位置を計測する。マルチチャンネルアナライザ１３０の出力は、製造後出荷時や散乱ガス１０２の交換後は、図５の実線５０１で示すようになり、このときのカウント値ピーク５０２のエネルギの値５０３をメモリ１２５へ書き込んでおく（図５の横軸はエネルギであり縦軸は入射した放射線のカウント数である）。散乱ガス１０２が劣化すると、計測用ＭＳＧＣ、校正用二次電子検出部１１３でのガス電子増幅のゲインが低下し、図５の破線５１１で示すように、同一カウントでも全体的にエネルギが変化して左へ移動する。これは実際に破線のカウント値ピーク５１２も左に移動しているのを見ればよく分かる。制御部１２８は、５．９ＫｅＶのピーク位置を判定する（ステップ２０３）。制御部１２８は、第２の高圧電源１２６の設定電圧が既定の上限値未満か否かを判定する（ステップ２０４）。上限値未満であれば、校正用二次電子検出部１１３の出力に接続されたマルチチャンネルアナライザ１３０出力のピーク値エネルギ値５１３をメモリ１２５に書かれた値になるように第２の高圧電源１２６を昇圧制御する（ステップ２０７）。即ち、ガス電子増幅率を制御することにより、計測用二次電子検出部１０８と校正用二次電子検出部１１３の増幅率の変化を補償する。既に上限値に達している場合には、ガスが劣化し交換時期到来と判断し、ガス交換を催すメッセージを出力し（ステップ２０５）、エラー終了とする（ステップ２０６）。
【００２１】
計測用二次電子検出部１０８と校正用二次電子検出部１１３とは、外形寸法に関しては後者が小さくても、アノード、カソード電極のサイズや間隔は同じものを使用している。よってこの手順で常時放射線が入射されている校正用二次電子検出部１１３の電圧と同じ電圧を計測用二次電子検出部１０８に加えることで、計測用二次電子検出部１０８も同様にゲインが補正される。
【００２２】
ガス劣化には、電子を吸着し負イオンになりやすい負性気体（Ｈ２ＯやＯ２等）の混入により、二次電子１０６がドリフト中に吸着されてしまう劣化モードも有る。校正用チャンバ１２０内における、この吸着劣化モードによる影響が、計測用チャンバ１１０内における影響と同等に生じるようにしておけば、より正確に増幅率の補償ができる。そのためには、以下のようにして校正用放射線源１１４の設置する高さをきめるのがよい。
【００２３】
計測用二次電子検出部１０８で計測される二次電子を発生させるコンプトン散乱位置の計測用二次電子検出部１０８からの平均高さは、計測用ドリフトプレーン１１１の高さをＬ（６０２）とすると略０．５Ｌである。またコンプトン散乱によって発生した反跳電子１０５は計測用二次電子検出部１０８に近づく方向に進行する傾向が大きく、二次電子１０６が発生する平均高さは、例えば計測用二次電子検出部１０８から０．３Ｌ〜０．５Ｌとなる。従って、校正用放射線源１１４は、校正用二次電子検出部１１３から、０．３Ｌ〜０．５Ｌ（３０％〜５０％）の高さに設置するとよい。その結果計測用チャンバ１１０と校正用チャンバ１２０とで二次電子の平均ドリフト距離は略一致し、その結果上記劣化モードによる反跳電子１０５のエネルギのガス電子増幅ゲイン低下の割合も、計測用チャンバ１１０内と校正用チャンバ１２０内とでほぼ同等となる。
【００２４】
（実施形態２）
図３に示すように、本実施形態では、第２の高圧電源１２６の電圧を制御する代わりに、制御部１２８の出力で計測用増幅器（第１の増幅部）１２３と校正用増幅器（第２の増幅部）１２７の制御を行う。計測用増幅器１２３と校正用増幅器１２７に同じ特性の回路を使用し、ゲイン制御値も同じにする。校正用増幅器１２７のゲイン制御値と同じゲイン制御値を計測用増幅器１２３に加えることで、計測用増幅器１２３も同様にゲインが補正される。即ち、計測用増幅器１２３と校正用増幅器１２７の増幅率を制御することにより、計測用二次電子検出部１０８と校正用二次電子検出部１１３の増幅率の変化を補償する。
【００２５】
図４は、本実施形態に係るガス電子増幅のゲインの校正方法を示すフローチャートである。図２における、第２の高圧電源の電圧制御を、ゲイン制御値の制御に置換える以外は、実施形態１と同様である。
【００２６】
（実施形態３）
実施形態１又は２で述べた電離放射線検出装置において、計測用二次電子検出部１０８の出力と、シンチレータ１０４とＭＡＰＭＴ１１９とにより構成されるγ線検出部との出力に基づいて、γ線の強度分布を画像化し、画像表示部１２９に表示した。
【符号の説明】
【００２７】
１０２  散乱ガス
１０８  計測用二次電子検出部
１１０  計測用チャンバ
１１１  計測用ドリフトプレーン
１１３  校正用二次電子検出部
１１４  校正用放射線源
１１７  校正用ドリフトケージ
１２０  校正用チャンバ
１２１  校正用ドリフトプレーン
１２８  制御部
【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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