(57)【要約】【課題】広域で汚染が生じた地域での放射性物質の位置特定を迅速に行う軽量小型な放射線検出器、また、この放射線検出器を搭載する放射線モニタを提供する。【解決手段】センサ部１０は、一部コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する前段センサ素子１３と、残余コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する後段センサ素子１４と、を備える。信号処理部２０は、一部コンプトン散乱電子エネルギー値および残余コンプトン散乱電子エネルギー値を合算してコンプトン散乱電子エネルギー値を取得し、入射角を算出するような放射線検出器１とした。また、この放射線検出器１を搭載する放射線モニタとした。【選択図】図１
2016020832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質から放射されるγ線を入射させてコンプトン散乱現象を発生させ、コンプトン散乱電子の一部のエネルギーである一部コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する前段センサ素子と、
前段センサ素子に対向するように配置され、前段センサ素子におけるコンプトン散乱現象により散乱されたコンプトン散乱電子の残りのエネルギーである残余コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する後段センサ素子と、
を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記後段センサ素子はコンプトン散乱電子に対する検出効率が１００％近くであり、かつコンプトン散乱γ線に対する検出効率が１％以下であるＳｉセンサとすることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子と前記後段センサ素子との間に所定厚みの空隙である不感層を設けることを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子と前記後段センサ素子との周囲を覆う樹脂コリメータを設けることを特徴とする放射線検出器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子をｎ×ｎのマトリックス状に配置した前段センサ部とし、
前記後段センサ素子をｎ×ｎのマトリックス状に配置した後段センサ部とし、
前段センサ部と後段センサ部とを対向させたセンサ部とすることを特徴とする放射線検出器。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子および前記後段センサ素子からの検出信号が入力される信号処理部を備え、この信号処理部は、
前記前段センサ素子および前記後段センサ素子から同時に出力された検出信号に係る検出データを選択する検出データ選択手段と、
前記前段センサ素子からの一部コンプトン散乱電子エネルギー値の検出データおよび前記後段センサ素子からの残余コンプトン散乱電子エネルギー値の検出データを合算してコンプトン散乱電子エネルギー値を取得するコンプトン散乱電子エネルギー値検出手段と、
予め登録されたγ線エネルギー値およびコンプトン散乱電子エネルギー値からγ線の入射角を算出する位置特定手段として機能することを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
請求項６に記載の放射線検出器において、
前記信号処理部の前記位置特定手段は、
予め登録されたγ線エネルギー値およびコンプトン散乱電子エネルギー値からコンプトン散乱γ線エネルギー値を算出するコンプトン散乱γ線エネルギー値算出手段と、
予め登録されたγ線エネルギー値およびコンプトン散乱γ線エネルギー値からコンプトン散乱γ線散乱角度を算出するコンプトン散乱γ線散乱角度算出手段と、
コンプトン散乱γ線散乱角度からコンプトン散乱電子散乱角度を算出するコンプトン散乱電子散乱角度算出手段として機能し、
コンプトン散乱電子散乱角度を入射角として取得することを特徴とする放射線検出器。
【請求項８】
請求項６に記載の放射線検出器において、
前記信号処理部は、コンプトン散乱電子エネルギー値と関連づけてコンプトン散乱電子散乱角度を登録するデータベースを備えるものであり、
前記信号処理部の前記位置特定手段は、
検出したコンプトン散乱電子エネルギー値に対応するコンプトン散乱電子散乱角度を読み出すデータベース参照手段として機能し、
コンプトン散乱電子散乱角度を入射角として取得することを特徴とする放射線検出器。
【請求項９】
移動体と、
前記前段センサ素子が下側を向くように、この移動体の下側に取り付けられる請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の前記放射線検出器と、
を備え、
検出対象箇所の上側に移動体を位置させ、前記放射線検出器が下側にある検出対象箇所の放射線を検出することを特徴とする放射線モニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広域から多数γ線が入射する環境下でのモニタリングを行う放射線検出器、および、この放射線検出器を搭載した放射線モニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
大量の放射性物質が環境中に散逸して広域で汚染が生じた際、人間の生活空間の線量を下げるために除染が行われる。除染とは、放射性物質あるいは放射性物質が付着した物を除去あるいは遮蔽（遮蔽物で覆うこと）し、汚染を取り除くことである。このような除染作業を進めていくに当たり、広域で放射線のモニタリングを行いたいという要請がある。
【０００３】
このモニタリングにより、放射性物質が集積して高線量率の箇所（ホットスポット）を割り出す。当該箇所の除染を優先的に行い、さらに除染作業後にその効果を確認することで、除染作業の効率を高めることができる。しかしながら、従来では、上記のような広域で放射線のモニタリングを行い、高線量率の箇所を割り出すというモニタは存在しなかった。
【０００４】
放射性物質の位置を広角で検出するものとして、コンプトンカメラがある。このコンプトンカメラの先行技術を挙げるとすれば、産業分野は異なるが、核医学で用いるものが存在する。例えば、特許文献１に開示されているものが知られている。
【０００５】
特許文献１に記載の装置は、ガス中のコンプトン散乱によって生じる荷電粒子の情報を検知する前段検出器と、散乱光子の情報を検出する後段検出器と、を有するコンプトンカメラを備えるものであり、ガスの種類を異ならしめた前段検出器を複数積層させて構成したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３２９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このコンプトンカメラは核医学検査で用いられている。核医学検査は、ごく微量の放射性物質を含む放射性薬剤を用いて病気を診断する。この微量の放射性薬剤を注射などにより体内に入れ、特定の臓器（骨や腫瘍など）に放射性物質を集中させ、そこから発する放射線をコンプトンカメラで体外から測定し、その分布を画像にして臓器の働き（機能）を検査する。このような核医学検査用途のコンプトンカメラは、微量の放射性物質から放射線が放射されている一箇所を検出するというものであり、この箇所の特定は容易である。
【０００８】
しかしながら、広域で汚染が生じた際のモニタリングでは、多くの放射線が多方向から同時に入射することが想定されるため、位置特定・角度特定が容易ではなく、汚染環境のモニタリング用途では従来のコンプトンカメラを単純に適用できない。広域で放射性物質の散逸による汚染が生じた際にモニタリングを行えるようにしたいという要請があった。
【０００９】
さらに、広域で汚染が生じた際のモニタリングでは、核医学検査用途のように充分な時間をかけて正確な検査ができない。除染効率に影響するため、迅速なモニタリングを行えるようにしたいという要請があった。
【００１０】
そして、軽量小型の装置にしたいという要請があった。例えば、従来の放射線検出器として穴あきの鉛遮蔽コリメータを装備したヨウ化ナトリウム結晶検出器が知られているが、寸法が大きい上に重いものであった。放射線検出器をより小型化・軽量化したいという要請があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、広域で汚染が生じた地域での放射性物質の位置特定を迅速に行う軽量小型な放射線検出器、また、この放射線検出器を搭載する放射線モニタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に係る発明は、
放射性物質から放射されるγ線を入射させてコンプトン散乱現象を発生させ、コンプトン散乱電子の一部のエネルギーである一部コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する前段センサ素子と、
前段センサ素子に対向するように配置され、前段センサ素子におけるコンプトン散乱現象により散乱されたコンプトン散乱電子の残りのエネルギーである残余コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する後段センサ素子と、
を備えることを特徴とする放射線検出器とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記後段センサ素子はコンプトン散乱電子に対する検出効率が１００％近くであり、かつコンプトン散乱γ線に対する検出効率が１％以下であるＳｉセンサとすることを特徴とする放射線検出器とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る発明は、
請求項１または請求項２に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子と前記後段センサ素子との間に所定厚みの空隙である不感層を設けることを特徴とする放射線検出器とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る発明は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子と前記後段センサ素子との周囲を覆う樹脂コリメータを設けることを特徴とする放射線検出器とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５に係る発明は、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子をｎ×ｎのマトリックス状に配置した前段センサ部とし、
前記後段センサ素子をｎ×ｎのマトリックス状に配置した後段センサ部とし、
前段センサ部と後段センサ部とを対向させたセンサ部とすることを特徴とする放射線検出器とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６に係る発明は、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記前段センサ素子および前記後段センサ素子からの検出信号が入力される信号処理部を備え、この信号処理部は、
前記前段センサ素子および前記後段センサ素子から同時に出力された検出信号に係る検出データを選択する検出データ選択手段と、
前記前段センサ素子からの一部コンプトン散乱電子エネルギー値の検出データおよび前記後段センサ素子からの残余コンプトン散乱電子エネルギー値の検出データを合算してコンプトン散乱電子エネルギー値を取得するコンプトン散乱電子エネルギー値検出手段と、
予め登録されたγ線エネルギー値およびコンプトン散乱電子エネルギー値からγ線の入射角を算出する位置特定手段として機能することを特徴とする放射線検出器とする。
【００１８】
また、本発明の請求項７に係る発明は、
請求項６に記載の放射線検出器において、
前記信号処理部の前記位置特定手段は、
予め登録されたγ線エネルギー値およびコンプトン散乱電子エネルギー値からコンプトン散乱γ線エネルギー値を算出するコンプトン散乱γ線エネルギー値算出手段と、
予め登録されたγ線エネルギー値およびコンプトン散乱γ線エネルギー値からコンプトン散乱γ線散乱角度を算出するコンプトン散乱γ線散乱角度算出手段と、
コンプトン散乱γ線散乱角度からコンプトン散乱電子散乱角度を算出するコンプトン散乱電子散乱角度算出手段として機能し、
コンプトン散乱電子散乱角度を入射角として取得することを特徴とする放射線検出器とする。
【００１９】
また、本発明の請求項８に係る発明は、
請求項６に記載の放射線検出器において、
前記信号処理部は、コンプトン散乱電子エネルギー値と関連づけてコンプトン散乱電子散乱角度を登録するデータベースを備えるものであり、
前記信号処理部の前記位置特定手段は、
検出したコンプトン散乱電子エネルギー値に対応するコンプトン散乱電子散乱角度を読み出すデータベース参照手段として機能し、
コンプトン散乱電子散乱角度を入射角として取得することを特徴とする放射線検出器とする。
【００２０】
また、本発明の請求項９に係る発明は、
移動体と、
前記前段センサ素子が下側を向くように、この移動体の下側に取り付けられる請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の前記放射線検出器と、
を備え、
検出対象箇所の上側に移動体を位置させ、前記放射線検出器が下側にある検出対象箇所の放射線を検出することを特徴とする放射線モニタとする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、広域で汚染が生じた地域での放射性物質の位置特定を迅速に行う軽量小型な放射線検出器、また、この放射線検出器を搭載する放射線モニタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施するための形態の放射線検出器のブロック構成図である。
【図２】センサ部の説明図であり、図２（ａ）は後段センサ部を取り去った斜視図、図２（ｂ）は通常のセンサ部の斜視図である。
【図３】信号処理部の内部構成を説明するブロック構成図である。
【図４】本発明の放射線検出器の放射線検出原理の説明図である。
【図５】エネルギー値と散乱角度との関係を示す表である。
【図６】エネルギー値と散乱角度との関係を示す特性図である。
【図７】エネルギー値と散乱角度との具体例を示す図であり、図７（ａ）は入射角が０°の例を示す図、図７（ｂ）は入射角が３１．９°の例を示す図である。
【図８】エネルギー値と散乱角度との具体例を示す図であり、図８（ａ）は入射角が４６．４°の例を示す図、図８（ｂ）は入射角が５８．４°の例を示す図である。
【図９】信号処理部による信号処理を説明するフローチャートである。
【図１０】信号処理部による他の信号処理を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明を実施するための他の形態の放射線検出器の要部のブロック構成図である。
【図１２】本発明を実施するための形態の放射線モニタの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
続いて、本発明を実施するための形態に係る放射線検出器および放射線モニタについて、図を参照しつつ以下に説明する。まず、放射線検出器について説明する。放射線検出器１は、図１で示すように、センサ部１０を備え、このセンサ部１０の検出信号を処理する信号処理部２０をさらに備える。
【００２４】
センサ部１０は、詳しくは、図１，図２で示すように、前段センサ部１１、後段センサ部１２を備える。前段センサ部１１では、図２（ａ）で示すようにマトリクス状に前段センサ素子１３が配置されており、また、後段センサ部１２では、図２（ｂ）で示すようにマトリクス状に後段センサ素子１４が配置されている。ある前段センサ素子１３とその直上にある後段センサ素子１４とで一組のセンサを構成している。
【００２５】
前段センサ素子１３は、軽量の元素であるシリコンを用いる半導体式放射線検出素子であり、ダイオード構造になった半導体に逆バイアスを印加して空乏層を発生させておき、入射したγ線が静止電子と衝突したときのコンプトン散乱反応により生じたコンプトン散乱電子が、この空乏層を通過する際に発生する電子・正孔対の電子を集めることで、１つの放射線に対して１つのパルスを得る。このパルスの大きさはコンプトン散乱電子が通過する距離に比例するが、コンプトン散乱電子は後段センサ素子１４へ向けて飛び出す程度に大きいエネルギーを有しており、前段センサ素子１３ではコンプトン散乱電子の一部のエネルギーである一部コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する。この前段センサ素子１３では入射するγ線が静止電子と衝突してコンプトン散乱反応を起こす必要あるが、シリコンはコンプトン散乱反応を起こしやすいためこの点でも有利である。
【００２６】
そして、後段センサ素子１４も軽量の元素であるシリコンを用いる半導体式放射線検出素子であり、ダイオード構造になった半導体に逆バイアスを印加して空乏層を発生させておき、前段センサ素子１３から入射したコンプトン散乱電子が、この空乏層を通過する際に発生する電子・正孔対の電子を集めることで、１つの放射線に対して１つのパルスを得る。後段センサ素子１４は、前段センサ素子１３におけるコンプトン散乱現象により散乱されたコンプトン散乱電子の残りのエネルギーである残余コンプトン散乱電子エネルギー値を検出する。なお、シリコンは、コンプトン散乱電子に対して検出効率が１００％近くあり、また、ノイズとなるコンプトン散乱γ線に対して検出効率が１％以下であり、この点でも有利である。特にコンプトン散乱電子は検出するがコンプトン散乱γ線を検出しにくくするため有感層の薄いシリコンを採用する。これによりＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００２７】
また、前段センサ素子１３と後段センサ素子１４との間に空隙（不感層）を設けている。この不感層の存在によりノイズ程度の波高の小さいエネルギー値の電子が到達しないようにして検出対象の放射性物質からのγ線によるコンプトン散乱電子に対して検出効率を高めている。このような空隙（不感層）の幅（厚み）は少なくとも測定対象となる核種（本形態ではＣｓ１３７）のγ線によるコンプトン散乱電子が検出できるような幅を採用する。
【００２８】
前段センサ部１１、および、後段センサ部１２は、図２（ａ），（ｂ）でも示すように５×５のマトリクスであるが、これに限定されるものではなく、ｎ×ｎのマトリクスとすることができる。例えば、前段センサ部１１、および、後段センサ部１２では、□１０ｍｍの前段センサ素子１３や後段センサ素子１４を１０×１０配置して、□１００ｍｍ程度とすることもできる。このセンサ部１０では下側にある前段センサ部１１へγ線が入射する。これら全ての前段センサ素子１３および後段センサ素子１４は、それぞれ信号処理部２０と接続されている。
【００２９】
信号処理部２０は、図３で示すように前段センサ素子１３に接続される前段処理部２１、後段センサ素子１４に接続される前段処理部２２、これら前段処理部２１，２２に接続されるＣＰＵ２３、ＣＰＵ２３に接続されるデータ保存部２４やデータ通信部２５を備える。図３では示されていないが、前段処理部２１は、ｎ×ｎ個（本形態では５×５個）の前段センサ素子１３と同数個を備える。また、前段処理部２２は、ｎ×ｎ個（本形態では５×５個）の後段センサ素子１４と同数個を備える。
【００３０】
前段処理部２１，２２は、前段センサ素子１３や後段センサ素子１４からの検出信号を調節する機能を有し、ＣＰＵ２３に入力させるため波高を調節するアンプ、または、検出信号をデジタルの検出データに変換するＡＤ変換器などが搭載されている。なお、前段処理部２１，２２は、ＣＰＵ２３が内蔵するような形態としても良い。
ＣＰＵ２３は、演算により、例えば、エネルギー値、入力される検出データが発せられたセンサを特定するアドレス、検出時刻および放射線の入射角度についての結果データを生成する。この結果データについては後述する。
【００３１】
データ保存部２４は、ＣＰＵ２３が出力する結果データを保存するハードディスクやＵＳＢメモリである。予め登録されているデータ（γ線エネルギー値）、計測により得られたデータ（コンプトン散乱電子エネルギー値、センサの位置を特定するアドレスや検出時刻など）や計算により算出されたデータ（γ線の入射角度など）などを結果データとして保存しており、地上でのオフライン処理で用いられる。
【００３２】
データ通信部２５は、ＣＰＵ２３が出力する上記の結果データを含む信号を所定方式に変調するなど空中送信に適した電波とし、図示しない送信アンテナを介して電波を送信する。この場合、γ線エネルギー値、コンプトン散乱電子エネルギー値、検出したセンサ位置を特定するアドレス、検出時刻、γ線の入射角度などを含むデータを生成して通信により出力し、解析は他所にあるコンピュータ等に行わせることになる。
【００３３】
なお、放射線検出器１は、１Ｓｖ〜数十Ｓｖという高線量放射線領域で用いられることが想定される。プリアンプやリニアアンプ、コンパレータ等の前段処理部２１，２２、ＣＰＵ２３、データ保存部２４、データ通信部２５等に含まれる電子回路は、高線量放射線領域では回路の誤動作、電子部品の劣化等の影響が懸念される。そこで、高線量放射線に影響されないように放射線対策が施されている。放射線検出器１の構成はこのようなものである。
【００３４】
続いて、本発明の放射線検出器１による放射線の検出原理について説明する。この放射線検出器１は、γ線が入射したときに起こるコンプトン散乱で発生したコンプトン散乱電子の飛跡とエネルギー値から入射方向を識別し、γ線源となる放射性物質の存在する方向あるいは位置を特定する。コンプトン散乱ではコンプトン散乱γ線とコンプトン散乱電子が発生し、両者が角度情報を有する。従来のコンプトンカメラではコンプトン散乱γ線を利用していたが、本発明ではコンプトン散乱電子を利用する点で相違する。
【００３５】
前段センサ素子１３は、図４でも明らかなように、γ線発生源に向けられて配置される。具体的には、前段センサ素子１３が下側に向けて配置される。この前段センサ素子１３にγ線エネルギー値ｈνのγ線が入射すると所定の確率（例えば１％）で前段センサ素子１３内の静止電子と衝突し、エネルギー値の一部を失って飛行方向を変えるコンプトン散乱を起こし、コンプトン散乱γ線エネルギー値ｈν’のコンプトン散乱γ線と、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔのコンプトン散乱電子を発生させる。それと同時に前段センサ素子１３は、γ線が入射されたときのコンプトン散乱現象により散乱されたコンプトン散乱電子の一部のエネルギーである一部コンプトン散乱電子エネルギー値に比例した波高の電気信号パルスを発生する。
【００３６】
後段センサ素子１４は、前段センサ素子１３と対向するように配置されており、前段センサ素子１３から出射されたコンプトン散乱電子を検出する。そして、コンプトン散乱電子が入射されたときに残りのエネルギーである残余コンプトン散乱電子エネルギー値に比例した波高の電気信号パルスを発生する。このように一組の後段センサ素子１４と前段センサ素子１３とで同時に検出されるときは、コンプトン散乱電子は直上に跳躍する飛跡であると見なしている。
【００３７】
なお、前段センサ素子１３と後段センサ素子１４との間の空隙（不感層）を通り抜けるような、高エネルギー値成分だけを測定することでエネルギー値を弁別している。これにより、高エネルギー値で一定の入射角度で入射するγ線を検出する。
【００３８】
ここに、放射性物質から出射されるγ線のγ線エネルギー値ｈν、コンプトン散乱γ線エネルギー値ｈν’、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔ、静止電子の静止エネルギー値ｍ０ｃ２としたときに、エネルギー値保存の法則から次式が成立する。
【００３９】
【数１】
2016020832.tif 000003
【００４０】
ここにγ線についてであるが放射性物質Ｃｓ１３７からγ線が放射されているものと見なし、γ線のγ線エネルギー値ｈνは、０．６６２ＭｅＶという既知の値として予め登録してある。また、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔは前段センサ素子１３により検知された一部コンプトン散乱電子エネルギー値と、後段センサ素子１４により検知されたコンプトン散乱電子エネルギー値と、の合算値である。静止電子の静止エネルギー値ｍ０ｃ２は定数として登録されている。したがって、コンプトン散乱γ線エネルギー値ｈν’を算出することができる。
【００４１】
そして、コンプトン散乱γ線散乱角度θ、定数α（＝ｈν／ｍ０ｃ２）としたときに、次に示すＫｌｅｉｎ−仁科の式が成立する。
【００４２】
【数２】
2016020832.tif 000004
【００４３】
これによりコンプトン散乱γ線散乱角度θが算出される。さらに、コンプトン散乱電子散乱角度φとしたときに次式が成立する。
【００４４】
【数３】
2016020832.tif 000005
【００４５】
このようにしてコンプトン散乱電子散乱角度φが算出される。図４でも明らかなように、コンプトン散乱電子散乱角度φは、γ線が前段センサ素子１３へ入射するときの入射角と一致する。つまりγ線が図４の楕円（上から視ると真円）上にある放射性物質から入射したものと推察される。コンプトン散乱電子の飛跡（上下のセンサ素子での検出により直上へ飛行するものとみなす）とコンプトン散乱電子散乱方向φから、γ線の入射方向をコーン状に算出し識別することができる。
【００４６】
なお、確率的には、コンプトン散乱γ線が上側の後段センサ素子１４へ到達することもあるが、この場合、コンプトン散乱γ線は後段センサ素子１４をほぼ透過するためコンプトン散乱γ線の検出効率が１％以下であり、検出してもノイズとして処理する。
【００４７】
続いて、コンプトン散乱γ線散乱角度θ、コンプトン散乱γ線エネルギー値ｈν’、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔ、コンプトン散乱電子散乱角度φの関係を図５，図６，図７，図８に具体的値を用いて示す。ここでは、放射性物質Ｃｓ１３７からγ線が放射されているもの見なし、γ線エネルギー値ｈνは０．６６２ＭｅＶとなる。また、定数α＝ｈν／ｍ０ｃ２＝０．６６２／０．５１１＝１．２９５となる。図５，図６で示すように、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔが判明すれば、コンプトン散乱電子散乱角度φが一対一で決定される。
【００４８】
図７（ａ）で示すように、γ線が直下から前段センサ素子１３へ入射するとき、コンプトン散乱電子散乱角度φは０°となり、後段センサ素子１４が検出するコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔは０．４７８と最大値となる。
【００４９】
図７（ｂ）で示すように、γ線が３１．９°の入射角で前段センサ素子１３へ入射するとき、コンプトン散乱電子散乱角度φも３１．９°であり、後段センサ素子１４が検出するコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔは０．３０５と小さくなる。
【００５０】
図８（ａ）で示すように、γ線が４６．４°の入射角で前段センサ素子１３へ入射するとき、コンプトン散乱電子散乱角度φも４６．４°であり、後段センサ素子１４が検出するコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔは０．１８２とさらに小さくなる。
【００５１】
図８（ｂ）で示すように、γ線が５８．４°の入射角で前段センサ素子１３へ入射するとき、コンプトン散乱電子散乱角度φは５８．４°であり、後段センサ素子１４が検出するコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔは０．０９８とさらに小さくなる。
【００５２】
放射線検出器１では、前段センサ素子１３および後段センサ素子１４の両者が検出するコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔが所定値以上である場合を選択することで、一定の入射角度の範囲内にあるγ線のみを検出対象とする。例を挙げると、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔが０．３０５以上である場合のみ検出して、入射角が０°以上３０°以下のγ線のみを検出対象にすることができる。
【００５３】
これにより、放射線検出器１の直下のγ線のみを選択して、特定箇所の状態を選択して精度良く検出することができる。例えば、従来技術のコンプトンカメラは、あらゆる方向から入射するγ線の入射方向に対処するものであったが、本発明の放射線検出器１ではあえて検出対象を狭めることで、高速な検出を可能としつつ検出能力も高めている。検出原理はこのようなものである。
【００５４】
続いて、信号処理部２０による検出処理について図９のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は上下で対向する一組の前段センサ素子１３および後段センサ素子１４での検出を説明するものであるが、この処理は全ての組の前段センサ素子１３および後段センサ素子１４に対して行われる。
【００５５】
信号処理部２０は、前段処理部２１，２２を介して、前段センサ素子１３および後段センサ素子１４から検出信号に係る検出データが入力されたときに、前段センサ素子１３および後段センサ素子１４から同時に出力されたときの検出データのみを選択する検出データ選択手段として機能する（図９のステップＳ１）。
【００５６】
コンプトン散乱では、前段センサ素子１３へのγ線の入射によるコンプトン散乱電子の出射と、後段センサ素子１４へのコンプトン散乱電子の入射とは、ほぼ同時である。そこで、上下で組をなす前段センサ素子１３および後段センサ素子１４で同時に検出された検出信号に係る検出データのみ選択することで飛跡が直上のみのコンプトン散乱電子を選択しており、他をノイズとして除去する。また、この際に一組の後段センサ素子１３および後段センサ素子１４がマトリクス上のどの位置にあるかを知らせるアドレスを位置データとして含めている。また、検出時刻についてもデータとして含めている。
【００５７】
続いて信号処理部２０は、前段センサ素子１３からの一部コンプトン散乱電子エネルギー値および後段センサ素子１４からの残余コンプトン散乱電子エネルギー値の検出データによりコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔを取得するコンプトン散乱電子エネルギー値検出手段として機能する（図９のステップＳ２）。検出データの波高はエネルギー値と比例しており、波高に応じたエネルギー値を取得する。そして、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔは、前段センサ素子１３により検知された一部コンプトン散乱電子エネルギー値と、後段センサ素子１４により検知された残余コンプトン散乱電子エネルギー値と、の合算値である。
【００５８】
続いて信号処理部２０は、データ保存部２４に予め登録されたγ線エネルギー値ｈν、および、検出されたコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔからコンプトン散乱γ線エネルギー値ｈν’を算出するコンプトン散乱γ線エネルギー値算出手段として機能する（図９のステップＳ３）。上記の数１よりコンプトン散乱γ線エネルギー値ｈν’を算出する。なお、ｍ０ｃ２  もデータ保存部２４に登録されている。
【００５９】
続いて信号処理部２０は、データ保存部２４に予め登録されたγ線エネルギー値ｈν、および、算出されたコンプトン散乱γ線エネルギー値ｈν’からコンプトン散乱γ線散乱角度θを算出するコンプトン散乱γ線散乱角度算出手段として機能する（図９のステップＳ４）。上記の数２よりコンプトン散乱γ線散乱角度θを算出する。なお、αもデータ保存部２４に登録されている。
【００６０】
続いて信号処理部２０は、算出されたコンプトン散乱γ線散乱角度θからコンプトン散乱電子散乱角度φを算出するコンプトン散乱電子散乱角度算出手段として機能する（図９のステップＳ５）。上記の数３よりコンプトン散乱電子散乱角度φを算出する。
【００６１】
続いて信号処理部２０は、算出されたコンプトン散乱電子散乱角度φをγ線の入射角とし、結果データを生成する結果データ生成手段として機能する（図９のステップＳ６）。この結果データは、例えば、予め登録されているデータ（γ線エネルギー値）、計測により得られたデータ（コンプトン散乱電子エネルギー値、センサの位置を特定するアドレスや検出時刻など）や計算により算出されたデータ（γ線の入射角度など）などを結果データとして生成したものである。
【００６２】
また、入力されるγ線をカウントして線量を算出して結果データに含めても良い。さらには、位置を特定するアドレス、検出時間およびカウント値を対応させた位置別線量率データを結果データに含めても良い。位置別の線量率を算出して計測している現場でのモニタリングを実現する。結果データの内容は実情に応じて適宜選択される。
【００６３】
そして、信号処理部２０は、結果データを出力する出力手段として機能する（図９のステップＳ７）。図３で示すようにデータ保存部２４へ結果データを登録したり、データ通信部２５へ結果データを出力して通信により他の箇所へ送信したりしても良い。また、データ保存部２４やデータ通信部２５の両者へ出力して登録と通信とを行うようにしても良い。放射線検出器１はこのようなものとなる。
【００６４】
続いて他の形態の放射線検出器１について説明する。この形態では図１〜図８で説明した放射線検出器１の構成と同じであるが、図９のフローチャートのアルゴリズムに代えて、図１０で示すような高速処理を実現するアルゴリズムを採用した点が相違する。また、信号処理部２０は、図５で示したようなデータを登録するものであって、特にコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔと関連づけてコンプトン散乱電子散乱角度φを一対一で対応させた上で登録するデータベースを備える点で相違する。このデータベースではコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔ（例えば、図５の０．４４４ＭｅＶ）が決定されれば、これに対応するコンプトン散乱電子散乱角度φ（例えば、図５の１２．８°）が決定される。
【００６５】
続いて本形態での信号処理について図１０を参照しつつ説明する。
信号処理部２０は、前段処理部２１，２２を介して、前段センサ素子１３および後段センサ素子１４から検出信号に係る検出データが入力されたときに、前段センサ素子１３および後段センサ素子１４から同時に出力されたときの検出データのみを選択する検出データ選択手段として機能する（図１０のステップＳ１１）。
【００６６】
コンプトン散乱では、前段センサ素子１３へのγ線の入射によるコンプトン散乱電子の出射と、後段センサ素子１４へのコンプトン散乱電子の入射とは、ほぼ同時である。そこで、上下で組をなす前段センサ素子１３および後段センサ素子１４で同時に検出された検出信号に係る検出データのみ選択することで飛跡が直上のみのコンプトン散乱電子を選択しており、他をノイズとして除去する。また、この際に一組の後段センサ素子１３および後段センサ素子１４がマトリクス上のどの位置にあるかを知らせるアドレスを位置データとして含めている。また、検出時刻についてもデータとして含めている。
【００６７】
続いて信号処理部２０は、前段センサ素子１３からの一部コンプトン散乱電子エネルギー値および後段センサ素子１４からの残余コンプトン散乱電子エネルギー値の検出データによりコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔを取得するコンプトン散乱電子エネルギー値検出手段として機能する（図１０のステップＳ１２）。検出データの波高はエネルギー値と比例しており、波高に応じたエネルギー値を取得する。そして、コンプトン散乱電子エネルギー値Ｔは、前段センサ素子１３により検知された一部コンプトン散乱電子エネルギー値と、後段センサ素子１４により検知された残余コンプトン散乱電子エネルギー値と、の合算値である。
【００６８】
続いて信号処理部２０は、検出したコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔに対応するコンプトン散乱電子散乱角度φをデータベースから読み出すデータベース参照手段として機能する（図１０のステップＳ１３）。これによりコンプトン散乱電子散乱角度φを算出する。
【００６９】
続いて信号処理部２０は、算出されたコンプトン散乱電子散乱角度φをγ線の入射角とし、結果データを生成する結果データ生成手段として機能する（図１０のステップＳ１４）。この結果データは、例えば、予め登録されているデータ（γ線エネルギー値）、計測により得られたデータ（コンプトン散乱電子エネルギー値、センサの位置を特定するアドレスや検出時刻など）や計算により算出されたデータ（γ線の入射角度など）などを結果データとして生成したものである。
【００７０】
また、入力されるγ線をカウントし、このカウント値から線量を算出して結果データに含めても良い。さらには、位置を特定するアドレス、検出時間およびカウント値を対応させた位置別線量率データを結果データに含めても良い。位置別の線量率を算出して計測している現場でのモニタリングを実現する。結果データの内容は実情に応じて適宜選択される。
【００７１】
そして、信号処理部２０は、結果データを出力する出力手段として機能する（図１０のステップＳ１５）。図３で示すようにデータ保存部２４へ結果データを登録したり、データ通信部２５へ結果データを出力して、通信により他の箇所へ送信しても良い。また、データ保存部２４やデータ通信部２５の両者へ出力して登録と通信とを行うようにしても良い。放射線検出器１はこのようなものとなる。
【００７２】
このような放射線検出器１では、上記の数１〜数３のような時間を要する演算を省略するため、アルゴリズムの簡便化を図ることで処理時間の高速化を実現する。特に、ｎ×ｎという多数のセンサについて処理することからも明らかなように、計算負荷を減らすことができる。
【００７３】
続いて、他の形態の放射線検出器について説明する。図１１は、他の形態の放射線検出器のブロック構成図である。
センサ部１０では、先に説明した構成に加えて、軽量な樹脂コリメータ１５が配置される。樹脂コリメータ１５は、コンプトン散乱電子散乱角度を、例えば±３０°程度以内に限定する。コンプトン散乱電子の飛跡が限定（例えば±３０°以内）されるため、エネルギー値から入射角度をより正確に算出できる。また、飛跡を限定することで、計算負荷を低減することができる。このような樹脂コリメータ１５を、先に図１〜図１０を用いて説明した各形態で適用しても良い。
【００７４】
また、信号処理部２０は、前段センサ素子１３に接続されるアンプ２６、後段センサ素子１４に接続されるアンプ２７、両アンプ２６，２７に接続されるアナログ加算器２８、アナログ加算器２８に接続されるＳＣＡ（シングルチャネルアナライザ）２９、センサの組数と同じｎ×ｎ個のＳＣＡ２９と接続されるＣＰＵ２３、データ保存部２４、データ通信部２５を備える。
【００７５】
例えば、前段センサ素子１３にγ線が入射されてコンプトン散乱現象により散乱されたコンプトン散乱電子の一部のエネルギーである一部コンプトン散乱電子エネルギー値を取得し、ほぼ同時に後段センサ素子１４にコンプトン散乱電子が入射されて残るエネルギーである残余コンプトン散乱電子エネルギー値を取得したものとする。アナログ加算器２８は前段センサ素子１３からの出力を得ているときに後段センサ素子１４からの出力を加算する。また、アナログ加算器２８は、波高を調節した上で出力する。アナログ加算器２８は、一部コンプトン散乱電子エネルギー値と、残余コンプトン散乱電子エネルギー値と、を合算したコンプトン散乱電子エネルギー値ＴをＳＣＡ２９へ出力する。
【００７６】
ＳＣＡ２９は、この入力値から上記の±３０°以内のコンプトン散乱電子エネルギー値Ｔを表す０．４７８〜０．３０５［ＭｅＶ］を識別し、それぞれのカウント値も出力する。ＣＰＵ２３は、ある前段センサ素子１３へγ線が所定角度で何回入力されたかを検出する。そして、これらデータをデータ保存部２４に保存させたり、また、データ通信部２５を介して他の管理装置へ出力したりする。これらデータによりどの箇所からどの程度の放射線が出力されていたかが特定される。このような放射線モニタとしても良い。本形態では処理するデータをアナログ回路であるアンプ２６，２７、アナログ加算器２８により間引いているため、ＣＰＵ２３の処理が少なくなり、さらなる高速化に寄与する。
【００７７】
なお、上記した放射線検出器１では、前段センサ素子１３にγ線が入射されてコンプトン散乱現象により散乱されたコンプトン散乱電子の一部のエネルギーである一部コンプトン散乱電子エネルギー値を取得し、ほぼ同時に後段センサ素子１４にコンプトン散乱電子が入射されて残るエネルギーである残余コンプトン散乱電子エネルギー値を取得したものとする。このときに、γ線としてカウントして線量を算出しても良い。また、位置を特定するアドレス、検出時間およびカウント値とを対応させた位置別線量率データを結果データとしても良い。位置別の線量率を算出して計測している現場でのモニタリングを実現する。
【００７８】
続いて、この放射線検出器１を搭載する放射線モニタ２について説明する。放射線モニタ２は、図１２で示すように、放射線検出器１のセンサ部１０や信号処理部２０、および、移動体の具体例であるラジコンヘリコプタ３０を備える。例えば、ラジコンヘリコプタ３０の下側にセンサ部１０が、また、内部に信号処理部２０が取り付けられる。
【００７９】
この放射線検出器１は例えば重量２〜３ｋｇ程度であり、ラジコンヘリコプタ３０に搭載可能な重さである。これは、従来のシンチレータや鉛のコリメータなどに代えて、軽量なシリコンセンサを採用したためである。
【００８０】
ラジコンヘリコプタ３０は、放射性物質が散逸する箇所を飛行するものとする。図１２で示すように、地上から、移動体であるラジコンヘリコプタ３０までの高さをｈとし、入射角φのγ線は半径Ｌ＝ｈ・ｔａｎφの円上にある。そして多数データを取得することで、どの箇所にどの程度の放射性物質があるかを特定できる。特に移動体は高い箇所にあるため、放射線検出器１の検出可能角度は狭くても、放射線モニタ２としては広い箇所のモニタリングを可能としている。また、ラジコンヘリコプタ３０の移動により、短時間に広い範囲でのモニタリングを実現している。放射線モニタ２はこのようなものである。
【００８１】
なお、本実施形態では特にラジコンヘリコプタに取り付ける形態について説明したが、勿論のこのような形態に限定されるものではなく、例えば通常のヘリコプタ・飛行機に取り付けてもよい。また、バケット車・クレーン車・はしご車のような高所作業用自動車のバケット・クレーン・はしごに取り付けて使用しても良い。上側へ移動できる移動体を用いて放射線モニタ２を構成することができる。このような放射線モニタとしても本発明の適用は可能である。
【００８２】
以上、本発明の放射線検出器１、および、放射線モニタ２について説明した。なお、本形態では半減期が長い放射性セシウム１３７を計測するものとして説明した。しかしながら、半減期が短い放射性セシウム１３４など他の核種を検出することもできる。放射性セシウム１３７由来の６６２ｋｅＶγ線と、放射性セシウム１３４由来の６０５ｋｅＶ、７９６ｋｅＶγ線に対処することもできる。これは、ＣＰＵ２３のアルゴリズムやデータベースをこれら核種用に予め設定したりすることで対処が可能となる。
【００８３】
本発明によれば以下のような利点がある。
従来はコンプトン散乱γ線を測定しており、コンプトン散乱γ線の検出効率を得るために大きなセンサを用いて装置が大きくなっていた。しかしながら、本発明では、コンプトン散乱電子を測定することにより軽量小型化することが可能となる。
【００８４】
また、本発明のように前段センサ素子１３、後段センサ素子１４を上下２層配置することで、飛跡の特定や位置検出を実現した。
【００８５】
また、放射線モニタ２は、特に直下から放射される放射性物質のみを検出するようにしたため、移動体の下側の箇所の汚染状況のみをモニタリングすることになり、汚染状況を確実に把握することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の放射線モニタは、例えば、広域に放射性物質が散逸した地域で特に高線量放射線が集中して出射される箇所を迅速に特定することが可能であり、広域での除染などでの使用に好適である。
【符号の説明】
【００８７】
１：放射線検出器
２：放射線モニタ
１０：センサ部
１１：前段センサ部
１２：後段センサ部
１３：前段センサ素子
１４：後段センサ素子
２０：信号処理部
２１，２２：前段処理部
２３：ＣＰＵ
２４：データ保存部
２５：データ通信部
２６，２７：アンプ
２８：アナログ加算器
２９：ＳＣＡ
３０：ラジコンヘリコプタ
【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】
2016020832.tif 000010
【図６】
2016020832.tif 000011
【図７】
2016020832.tif 000012
【図８】
2016020832.tif 000013
【図９】
2016020832.tif 000014
【図１０】
2016020832.tif 000015
【図１１】
2016020832.tif 000016
【図１２】
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