(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を吸収して蛍光を発生するシンチレータと、
前記蛍光を電気信号に変換して出力するとともに前記放射線を直接検出して電気信号を出力する第１および第２の半導体検出器と、
前記第１および第２の半導体検出器から同時に出力される同時パルスを計数する同時パルス計数回路と、
前記第１および第２の半導体検出器から非同時に出力される非同時パルスを計数する非同時パルス計数回路と、
前記同時パルス計数回路および前記非同時パルス計数回路の各計数値に基づいて演算処理を行う演算器とを備え、
前記シンチレータは、前記放射線が前記シンチレータの表面から入射されるように配置され、
前記第１および第２の半導体検出器は、前記シンチレータの裏面に並列に配置され、
前記放射線はα線およびβ線であり、
前記シンチレータは、前記α線をほとんど吸収し且つ前記β線をほとんど通過させるプラスチックからなり、
前記演算器は、前記同時パルス計数回路の計数値に基づいて前記α線に関する演算処理を行うとともに、前記非同時パルス計数回路の計数値に基づいて前記β線に関する演算処理を行うことを特徴とする放射線モニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射性物質取扱施設および原子力発電所などで使用される放射線モニタ装置に関し、特にシンチレータおよび半導体検出器を用い、シンチレータを介して半導体検出器により検出された放射線信号と半導体検出器により直接検出された放射線信号とを識別することにより、小形化を実現しつつ高精度な測定を可能にした放射線モニタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の放射線モニタ装置においては、放射線エネルギーを吸収して蛍光を発生するシンチレータと、光を電気信号に変換して増幅する光電子増倍管とを光学的に結合したシンチレーション検出器が使用されている。
【０００３】
また、シンチレータとしては、測定対象となる放射線の種類に最も適したものが選択的に使用されており、たとえば、α線およびβ線に対しては、フィルム状のプラスチックシンチレータが用いられ、γ線に対しては、γ線の吸収率が高いＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータまたはＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレータが用いられている。
【０００４】
一方、光電子増倍管は、電源を投入（高圧電源印加）してからゲインが安定するまでに比較的長い時間を要するので、実運用においては、一般に、電源投入時に仮調整を行い、ゲイン安定後に本調整を行うというように、２度の調整が行われている。
【０００５】
また、光電子増倍管は、使用時間の経過にともなってゲインが劣化するので、長期間の連続運転においては、運転中にゲインの微調整を行う必要があり、安定性が悪いうえ、比較的大形で且つ寿命が短いという問題点がある。
【０００６】
そこで、近年では、安定性の高い放射線モニタ装置を得るために、多くの調整が必要な光電子増倍管の代わりに、無調整で済むうえ小形で且つ高感度の半導体検出器が使用されつつある。
【０００７】
シンチレーション検出器は、シンチレータ（変換効率１０％程度）で放射線を光に変換し、その光を光電増倍管で電気信号に変換する。
これに対し、半導体検出器は、放射線を直接電気信号に変換するので、吸収した放射線のエネルギーを電気信号に変換する変換効率が、シンチレーション検出器に比べて１０倍程度と極めて高い。
【０００８】
図６は半導体検出器を使用した従来の放射線モニタ装置の概略構成を示すブロック図であり、測定対象となる放射線の入射方向に対する検出部の配置関係を示している。
【０００９】
図６において、１は放射線に反応して光子（蛍光）を放出するシンチレータであり、図中左側の表面から放射線（矢印参照）が入射されるように配置されている。２はシンチレータ１の裏面に固着配置された半導体検出器である。
【００１０】
３は波高弁別計数回路であり、半導体検出器２から出力されるアナログパルス信号Ａに含まれる所定レベル以上のデジタルパルス信号Ｂを計数する。
４は波高弁別計数回路３の計数値に基づく演算処理を行う演算器、５は演算器４に設けられたメモリ、６は演算器４の演算結果を表示する表示器である。
【００１１】
図６に示すように、放射線の入射方向に対して配置されたシンチレータ１と、シンチレータ１の裏面に配置された半導体検出器２とは、光学的に結合されている。
【００１２】
シンチレータ１は、表面に入射された放射線のエネルギーを吸収して、放射線のエネルギーに比例した強度の蛍光を発生する。
半導体検出器２は、シンチレータ１から発生した蛍光を受けて、蛍光強度に比例した電圧波高のアナログパルス信号Ａに変換して出力する。
【００１３】
波高弁別計数回路３は、アナログパルス信号Ａを取り込み、所定の弁別レベル以上の波高値信号のみをデジタルパルス信号Ｂとして計数し、計数値を出力する。
【００１４】
演算器４は、波高弁別計数回路３、メモリ５および表示器６を制御して、一定周期で波高弁別計数回路３の計数値を読み込んでメモリ５に格納するとともに、メモリ５内に格納されている演算プログラムおよびデータに基づいて、計数率などの演算を実行し、その演算結果をメモリ５に格納するとともに表示器６に表示させる。
【００１５】
シンチレータ１としては、たとえばγ線が測定対象の場合、前述のようにγ線に対して蛍光効率が高いＣｓＩ（Ｔｌ）がよく用いられる。
半導体検出器２としては、たとえばＰＩＮ（Ｐ層、空乏層、Ｎ層）型Ｓｉフォトダイオードとして普及しているＳｉ半導体センサがよく用いられ、Ｓｉ半導体センサを１個または複数個備えている。
【００１６】
図７は図６内のアナログパルス信号Ａおよびデジタルパルス信号Ｂを示す波形図であり、図８はアナログパルス信号Ａのスペクトル例を説明するための特性図である。
【００１７】
図７において、アナログパルス信号Ａに含まれる各パルスａ１、ａ５は、シンチレータ１が放射線に反応した結果に対応し、各パルスａ３、ａ４、ａ６は、半導体検出器２が直接放射線に反応した結果に対応し、パルスａ２はノイズに対応している。
【００１８】
アナログパルス信号Ａのうち波高弁別レベルＬを超えたアナログパルスａ１、ａ３〜ａ６は、それぞれ、波高弁別計数回路３において、デジタルパルス信号Ｂ内のデジタルパルスｂ１、ｂ３〜ｂ６に変換されて計数される。
一方、ノイズによるアナログパルスａ２は、波高値が小さいので、波高弁別計数回路３において計数から除外される。
【００１９】
また、シンチレータ１が放射線に反応した結果としてのアナログパルスａ１、ａ５は、シンチレータ１の蛍光減衰時間の影響を受けるので、半導体検出器２が直接放射線に反応した結果としてのアナログパルスａ３、ａ４、ａ６よりも、パルス幅が長くなる。
【００２０】
図８において、横軸は波高値、縦軸は計数値であり、破線で示す特性曲線ｈは、半導体検出器２のバックグラウンドスペクトルである。
半導体検出器２は、高感度であるため、シンチレータ１を介した測定対象の放射線以外の放射線に対しても高レベルの電気信号を出力するので、特性曲線ｈのように、ピーク計数値近傍の波高値においてバックグランドを発生する。
【００２１】
実線で示す特性曲線ｉは、測定対象の放射線に対してシンチレータ１が反応した信号スペクトルであり、前述の光電子増倍管（放射線に対する反応が小さいため、バックグランドが小さい）を使用したシンチレーション検出器でのスペクトルに相当する。
【００２２】
一点鎖線で示す特性曲線ｊは、各特性曲線ｈおよびｉを加算したものであり、光電子増倍管を半導体検出器２に置き換えたシンチレーション検出器（図６参照）のスペクトル例を示している。
【００２３】
図８から明らかなように、半導体検出器２を用いて演算器４で算出される計数値の特性曲線ｊ（一点鎖線）は、バックグランドスペクトルの特性曲線ｈ（破線）の重畳により、測定対象の放射線による実際の特性曲線ｉ（実線）に対して、計数値のピーク波高値が広がってしまい、結局、測定精度が悪化していることが分かる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線モニタ装置は以上のように、安定性の向上を目的として半導体検出器２を使用した場合、半導体検出器２が光に対して反応（光を電気信号に変換）するのみならず、放射線に対しても直接反応（放射線を直接電気信号に変換）するので、光電子増倍管を使用した場合よりもバックグラウンド計数率が増加してしまい、エネルギー分解能および検出感度が低下するという問題点があった。
【００２５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、シンチレータおよび２つの半導体検出器を用い、シンチレータを介して検出された放射線信号と、各半導体検出器により直接検出された放射線信号とを識別し、後者を排除することにより、小形化を実現しつつ高精度な測定を可能にした放射線モニタ装置を得ることを目的とする。
【００２６】
また、この発明は、シンチレータを介して検出された放射線信号と、各半導体検出器により直接検出された放射線信号とを個別に演算処理することにより、小形化を実現しつつ高精度な測定を可能にするとともに、複数種類の放射線を同時に測定可能な放射線モニタ装置を得ることを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放射線モニタ装置は、放射線を吸収して蛍光を発生するシンチレータと、蛍光を電気信号に変換して出力するとともに放射線を直接検出して電気信号を出力する第１および第２の半導体検出器と、第１および第２の半導体検出器から同時に出力される同時パルスを計数する同時パルス計数回路と、第１および第２の半導体検出器から非同時に出力される非同時パルスを計数する非同時パルス計数回路と、同時パルス計数回路および非同時パルス計数回路の各計数値に基づいて演算処理を行う演算器とを備え、シンチレータは、放射線がシンチレータの表面から入射されるように配置され、第１および第２の半導体検出器は、シンチレータの裏面に並列に配置され、放射線はα線およびβ線であり、シンチレータは、α線をほとんど吸収し且つβ線をほとんど通過させるプラスチックからなり、演算器は、同時パルス計数回路の計数値に基づいてα線に関する演算処理を行うとともに、非同時パルス計数回路の計数値に基づいてβ線に関する演算処理を行うものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に関連した装置の概略構成を示すブロック図であり、前述（図６参照）と同様に、放射線の入射方向に対する配置関係を示している。
【００３５】
図１において、１、５および６は前述と同様のシンチレータ、メモリおよび表示器であり、４Ａは前述の演算器４に対応している。
７、８はシンチレータ１の裏面に並列に固着（または、空間を挟んで）配置された第１および第２の半導体検出器である。
【００３６】
９は前述の波高弁別計数回路３に代えて設けられた同時パルス計数回路であり、各半導体検出器７、８から同時に出力される同時パルス（シンチレータ１を介して検出されたパルス）のみを計数し、計数値を演算器４Ａに入力する。
【００３７】
前述と同様に、シンチレータ１は、放射線（矢印参照）の入射方向に表面が対向するように配置され、シンチレータ１の裏面に配置された各半導体検出器７、８と光学的に結合されている。また、各半導体検出器７、８は、それぞれ半導体センサを１個または複数個備えている。
【００３８】
前述のように、放射線が入射されてシンチレータ１から蛍光が発生すると、各半導体検出器７、８からは、それぞれ、蛍光強度に比例した電圧波高を有するアナログパルス信号Ｄ、Ｅが出力される。
【００３９】
同時パルス計数回路９は、各半導体検出器７、８から出力されるアナログパルス信号Ｄ、Ｅを取り込み、波高値が所定の弁別レベル以上であって、且つ入力タイミングが同時の条件を満たすデジタルパルス信号Ｆのみを計数する。
【００４０】
なお、同時パルス計数回路９における波高値条件は、所定範囲（下限レベル以上であって且つ上限レベル以下）としてもよく、また、所定範囲を多重に積み上げた波高分析条件としてもよい。
【００４１】
図２は図１内のアナログパルス信号Ｄ、Ｅおよびデジタルパルス信号Ｆを示す波形図である。
図２において、第１の半導体検出器７からのアナログパルス信号Ｄは各パルスｄ１〜ｄ３、ｄ５、ｄ６を含み、第１の半導体検出器７からのアナログパルス信号Ｅは、各パルスｅ１、ｅ２、ｅ４、ｅ５を含む。
【００４２】
同時パルス計数回路９での計数（識別）対象となるデジタルパルス信号Ｆは、同時入力を識別した結果として、各パルスｆ１、ｆ５を含む。
各アナログパルス信号Ｄ、Ｅのうち、アナログパルスｄ１、ｅ１、ｄ５、ｅ５は、シンチレータ１が放射線に反応した結果に対応している。
【００４３】
すなわち、アナログパルスｄ１およびｅ１は、互いに同時入力パルスであり、同様に、アナログパルスｄ５およびｅ５は、互いに同時入力パルスである。
したがって、同時パルス計数回路９において、各アナログパルスｄ１、ｅ１、ｄ５、ｅ５は同時入力パルスとして識別され、デジタルパルス信号Ｆの各パルスｆ１、ｆ２となって計数される。
【００４４】
一方、アナログパルス信号Ｄに含まれるパルスｄ３、ｄ６は、第１の半導体検出器７が直接放射線に反応した結果に対応し、同様に、アナログパルス信号Ｅに含まれるパルスｅ４は、第２の半導体検出器８が直接放射線に反応した結果に対応しており、いずれも同時入力パルスではないので、同時パルス計数回路９での計数対象から除外される。
【００４５】
また、各アナログパルス信号Ｄ、Ｅに含まれるパルスｄ２、ｅ２は、波高値が波高弁別レベルＬに達していないので、ノイズと見なされ、同時パルス計数回路９での計数対象から除外される。
【００４６】
このように、アナログパルス信号Ｄ、Ｅのうち同時タイミングで出力されるパルスに基づくデジタルパルスｆ１、ｆ５を選択的に計数することにより、シンチレータ１からの蛍光に反応した放射線のみが選択的に計数され、各半導体検出器７、８に直接反応した放射線（バックグランドスペクトル成分）は計数から排除される。
【００４７】
したがって、同時パルス計数回路９は、バックグランド成分（図８内の特性曲線ｈに相当）が除去された高精度の計数値（特性曲線ｉに相当）を出力し、演算器４Ａは、高精度の測定結果に基づいて高精度の演算結果を取得することができる。
【００４８】
たとえばγ線を測定対象とし、シンチレータ１としてＣｓＩ（Ｔｌ）を用いた場合を想定すれば、各半導体検出器７、８に起因するバックグラウンド計数が排除されるので、長寿命且つ高安定の放射線モニタ装置を実現することができる。
【００４９】
また、他の放射線（たとえば、α線またはβ線）が測定対象であっても、同時パルス計数回路９を用いることにより、バックグランドスペクトルが確実に除去されるので、同等の作用効果を奏する。
【００５０】
なお、上記装置では、各半導体検出器７、８の後段の計数手段として同時パルス計数回路９のみを設置し、バックグラウンド計数を排除したが、非同時に検出されるパルス（直接検出されるバックグランドに相当）を計数する非同時パルス計数回路を並設し、それぞれ個別に測定することが望ましい。
【００５１】
以下、図面を参照しながら、同時パルス計数回路および非同時パルス計数回路を設けたこの発明の実施の形態１について説明する。
図３はこの発明の実施の形態１を示すブロック図であり、前述（図１参照）と同様のものについては同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。
【００５２】
図３において、１０は同時パルス計数回路９と同様に並設された非同時パルス計数回路であり、各半導体検出器７、８から出力されるアナログパルス信号Ｄ、Ｅのうち、波高値が所定の弁別レベル以上であって且つ入力タイミングが非同時条件を満たす非同時パルスのみを、デジタルパルス信号Ｇとして計数する。
【００５３】
前述と同様に、非同時パルス計数回路１０の波高値条件は、所定範囲（下限レベル以上であって且つ上限レベル以下）としてもよく、また、所定範囲を多重に積み上げた波高分析条件としてもよい。
【００５４】
また、たとえば測定対象の放射線をα線およびβ線とすれば、シンチレータ１は、α線をほとんど吸収し且つβ線をほとんど通過させるプラスチックフィルムにより構成される。
【００５５】
この場合、演算器４Ｂは、同時パルス計数回路９の計数値に基づいてα線に関する演算処理を行うとともに、非同時パルス計数回路１０の計数値に基づいてβ線に関する演算処理を行う。
【００５６】
図４は図３内のアナログパルス信号Ｄ、Ｅおよびデジタルパルス信号Ｆ、Ｇを示す波形図である。
図４において、アナログパルス信号Ｄ、Ｅの非同時条件に基づくデジタルパルス信号Ｇのパルスｇ３、ｇ４、ｇ６は、非同時パルス計数回路１０において、非同時入力を識別した結果に対応している。
【００５７】
アナログパルス信号Ｄ、Ｅに含まれる各パルスｄ３、ｅ４、ｄ６は、いずれも非同時入力条件を満たすので、非同時パルス計数回路１０において、非同時入力パルスとして識別され、デジタルパルス信号Ｇのパルスｇ３、ｇ４、ｇ６として計数される。
【００５８】
各アナログパルスｄ１、ｅ１、および、各アナログパルスｄ５、ｅ５は、それぞれ同時入力条件を満たすので、非同時パルス計数回路１０での計数から除外される。
【００５９】
また、各アナログパルスｄ２、ｅ２は、波高値が波高弁別レベルＬに達していないので、ノイズと見なされ、非同時パルス計数回路１０での計数から除外される。
【００６０】
このように、同時タイミングのアナログパルス信号Ｄと非同時タイミングのアナログパルス信号Ｅとをそれぞれを選択し、デジタルパルス信号Ｆ、Ｇとして計数することにより、シンチレータ１の蛍光に反応した放射線と、各半導体検出器７、８に直接反応した放射線とが、それぞれ識別された状態でそれぞれ計数される。
【００６１】
ここで、シンチレータ１として、前述のように、たとえば薄いプラスチック製のものを用いた場合を想定すると、飛程の短いα線に対しては、全エネルギーがシンチレータ１に吸収される。
【００６２】
一方、飛程の長いβ線に対しては、極一部のエネルギーのみがシンチレータ１に吸収され、大部分のエネルギーが、シンチレータ１を通過して各半導体検出器７、８に吸収される。
【００６３】
すなわち、測定対象をα線とした場合、α線のエネルギーが一般的に数ＭｅＶと大きいので、同時パルス計数回路９の波高弁別レベルＬを比較的高く設定することにより、同時パルス計数回路９の計数値に対して、β線の混入をほとんどなくすことができる。
【００６４】
また、非同時パルス計数回路１０に対するα線に起因するパルスの混入については、シンチレータ１のプラスチック厚をα線の飛程よりも大きく設定することにより、基本的にゼロにすることができる。
【００６５】
したがって、１台で複数種類の放射線（α線およびβ線の両方）を測定することができ、弁別性能の良好な放射線モニタ装置を実現することができる。
また、α線およびβ線の同時測定に限らず、たとえば、β線およびγ線の同時測定も可能である。
【００６６】
なお、上記実施の形態１では、シンチレータ１の裏面に各半導体検出器７、８を配置したが、逆に、放射線の入射側に各半導体検出器７、８を配置し、各半導体検出器７、８の裏面にシンチレータ１を配置してもよい。
【００６７】
以下、図面を参照しながら、各半導体検出器７、８の裏面にシンチレータ１を配置した別の構成例について説明する。
図５は別の構成例を示すブロック図であり、前述（図３参照）と同様のものについては同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。
【００６８】
図５において、各半導体検出器７、８は、その表面から放射線が入射されるように配置され、シンチレータ１は、各半導体検出器７、８の各裏面に固着配置されている。
【００６９】
これにより、放射線の入射方向に対向配置された各半導体検出器７、８と、各半導体検出器７、８の裏面側に配置されたシンチレータ１とは、光学的に結合されている。
【００７０】
また、測定対象の放射線がγ線の場合、各半導体検出器７、８は、比較的エネルギーの小さい第１のγ線の測定に寄与し、シンチレータ１は、比較的エネルギーの大きい第２のγ線の測定に寄与する。
【００７１】
この場合、演算器４Ｃは、非同時パルス計数回路１０の計数値に基づいて第１のγ線に関する演算処理を行うとともに、同時パルス計数回路９の計数値に基づいて第２のγ線に関する演算処理を行う。
【００７２】
すなわち、各半導体検出器７、８に任意のタイミングで直接入射した低エネルギーの放射線（第１のγ線）は、非同時パルスとして非同時パルス計数回路１０により計数される。
【００７３】
また、各半導体検出器７、８を通過してシンチレータ１に入射した高エネルギーの放射線（第２のγ線）は、シンチレータ１から蛍光を発生させて各半導体検出器７、８により同時に検出されるので、同時パルスとして同時パルス計数回路９により計数される。
【００７４】
このように、γ線を検出する場合、エネルギーの小さいγ線の測定を各半導体検出器７、８で分担し、エネルギーの大きいγ線の測定をシンチレータ１で測定を分担することにより、広いエネルギー領域をカバーすることができ、エネルギー分解能が良好で且つ高感度の放射線モニタ装置を実現することができる。
【００７５】
なお、他の放射線（たとえば、α線またはβ線）が測定対象であっても、高感度の各半導体検出器７、８を放射線の入射側に配置し、同時パルス計数回路９および非同時パルス計数回路１０を用いることにより、同等の作用効果を奏することは言うまでもない。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、放射線を吸収して蛍光を発生するシンチレータと、蛍光を電気信号に変換して出力するとともに放射線を直接検出して電気信号を出力する第１および第２の半導体検出器と、第１および第２の半導体検出器から同時に出力される同時パルスを計数する同時パルス計数回路と、第１および第２の半導体検出器から非同時に出力される非同時パルスを計数する非同時パルス計数回路と、同時パルス計数回路および非同時パルス計数回路の各計数値に基づいて演算処理を行う演算器とを備え、シンチレータは、放射線がシンチレータの表面から入射されるように配置され、第１および第２の半導体検出器は、シンチレータの裏面に並列に配置され、放射線はα線およびβ線であり、シンチレータは、α線をほとんど吸収し且つβ線をほとんど通過させるプラスチックからなり、演算器は、同時パルス計数回路の計数値に基づいてα線に関する演算処理を行うとともに、非同時パルス計数回路の計数値に基づいてβ線に関する演算処理を行うことにより、シンチレータを介して検出された放射線信号と、半導体検出器により直接検出された放射線信号とを識別して、後者を排除するようにしたので、α線およびβ線の同時測定に対して小形化を実現しつつ高精度な測定を可能にするとともに、複数種類の放射線を同時に測定可能で弁別性能の良好にし、且つ長寿命で高安定の放射線モニタ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に関連した装置を示すブロック構成図である。
【図２】  図１に示した装置による同時パルスの計数動作を示すタイミングチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による同時パルスおよび非同時パルスの計数動作を示すタイミングチャートである。
【図５】  この発明の実施の形態１に関連した別の装置を示すブロック構成図である。
【図６】  半導体検出器を用いた従来の放射線モニタ装置を示すブロック構成図である。
【図７】  従来の放射線モニタ装置による半導体検出器の出力パルスの計数動作を示すタイミングチャートである。
【図８】  従来の放射線モニタ装置による半導体検出器の出力パルスに基づく計数値スペクトルを示す特性図である。
【符号の説明】
１  シンチレータ、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ  演算器、７  第１の半導体検出器、８  第２の半導体検出器、９  同時パルス計数回路、１０  非同時パルス計数回路、Ｄ、Ｅ  アナログパルス信号（電気信号）、Ｆ、Ｇ  デジタルパルス信号。
【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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【図７】
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【図８】
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