JP6872995B2 - 放射能分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の放射能の強度を測定する放射能分析装置に関する。

従来技術として、放射線核種毎に放射線検出器の応答関数を算出する応答関数算出手段を有し、逆問題演算の一種であるアンフォールディングによって信号復元演算を行う放射能分析装置が開示されている（たとえば特許文献１参照）。

特許５８３２４０４号公報

たとえば特許文献１に開示される技術では、測定対象試料は鉛などで形成された容器内に配置される。これによって、容器外からの放射線が容器によって遮蔽された状態での放射線量の測定を目的としている。しかし、容器外からの放射線を完全に遮蔽できない場合があり、周辺環境の放射線量が多い場所では試料の放射能強度を高い精度で測定できないという問題点がある。

本発明の目的は、周辺環境の放射線量の多少に関わらず試料の放射能強度を高い精度で測定できる、汎用性の高い放射能分析装置を提供することである。

本願に開示される放射能分析装置は、
放射能強度の測定対象となる試料を収容する容器と、
前記容器の内方における放射線を検出し、内方放射能強度として出力する内方測定部と、
前記容器の外方における放射線を検出し、外方放射能強度として出力する外方測定部と、
前記容器の外方における放射線量を第１変数とし、該第１変数を変化させたときの前記内方放射能強度の変化を表す第１関数を含む第１式と、前記容器の内方における放射線量を第２変数とし、該第２変数を変化させたときの前記外方放射能強度の変化を表す第２関数を含む第２式と、を記憶する補正関数記憶部と、
前記内方測定部による測定値である前記内方放射能強度と、前記外方測定部による測定値である前記外方放射能強度と、を用いて前記補正関数記憶部に記憶される前記第１関数を含む前記第１式と前記第２関数を含む前記第２式との連立方程式を解き、前記第１式および前記第２式に含まれる前記第２変数ｘの値を導出することにより、前記容器内の前記試料の放射能強度を演算する補正演算部とを備える。

本発明によれば、周辺環境の放射線量の多少に関わらず試料の放射能強度を高い精度で測定できる、汎用性の高い放射能分析装置を提供できる。

本発明の実施の形態１に係る放射能分析装置の構成を表す図である。 本発明の実施の形態１における内方検出結果、および波形整形部による波形整形後の信号の一例を表す図である。 本発明の実施の形態１において、波高分析が行われた結果を表すスペクトル、およびアンフォールディングが行われた結果を表すスペクトルである。 本発明の実施の形態１に係る放射能分析装置によって、放射性セシウム１３７を含む試料を測定したときの、波高分析結果を表すスペクトルである。 本発明の実施の形態１における第１関数の一例を表す図である。 本発明の実施の形態１における第２関数の一例を表す図である。 本発明の実施の形態２に係る放射能分析装置の構成を表す図である。 本発明の実施の形態３に係る放射能分析装置の構成を表す図である。 本発明の実施の形態４に係る放射能分析装置の構成を表す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略す場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る放射能分析装置１の構成を表す図である。放射能分析装置１は、容器２と、内方測定部３と、外方測定部４と、補正関数記憶部５と、補正演算部６と、表示部２７とを備える。容器２は、放射能強度の測定対象となる試料１１を収容する。容器２は、たとえば鉛など高い放射線遮蔽能力を有する材料によって形成される。内方測定部３は、容器２の内方における放射線を検出し、検出した結果に基づいて放射能強度を算出し、内方放射能強度として出力する。外方測定部４は、容器２の外方における放射線を検出し、検出した結果に基づいて放射能強度を算出し、外方放射能強度として出力する。

具体的に内方測定部３は、内方検出部１２と内方算出部１３とを有する。内方検出部１２は、容器２の内方に設けられ、容器２の内方の放射線を検出し、検出した結果を内方検出結果として出力する。内方算出部１３は、内方検出部１２による内方検出結果に基づいて放射能強度を算出し、内方放射能強度として出力する。外方測定部４は、外方検出部１４と外方算出部１５とを有する。外方検出部１４は、容器２の外方に設けられ、容器２の外方における放射線を検出し、検出した結果を外方検出結果として出力する。

次に、内方算出部１３の構成について説明する。内方算出部１３は、波形整形部１６と、波高分析部２１と、信号復元部２２と、応答関数記憶部２３とを有する。波形整形部１６は、内方検出結果に対して波形整形を行う。波形整形とは、ノイズの増加を抑制しながらパルス信号を増幅することである。波形整形では、必要に応じてパルス信号の幅を調整することもある。波形整形部１６は、微分回路および積分回路で構成される。

波高分析部２１は、波形整形後のパルス信号のうち、ピーク値が予め定める所定値以上のパルス信号について、そのピーク値をデジタル変換する。またデジタル変換したピーク値に相当するチャンネル（エネルギ）に対して１カウントを加算する。この作業を複数のパルス信号に対して行うことによって、複数のパルス信号について１つの波高分析結果を得る。このようにして得られた波高分析結果は、信号復元部２２によって分析される。

信号復元部２２は、応答関数記憶部２３に記憶される応答関数を用いて、波高分析結果を分析し、アンフォールディングなどの信号復元演算を行う。これによって信号復元部２２は、内方検出部１２の内方検出結果に基づいて内方放射能強度を出力する。応答関数は、内方検出部１２と内方検出部１２に入射する放射線との相互作用を表し、内方検出部１２に対する試料１１の配置関係、試料１１の種類、内方検出部１２の種類および内方検出部１２の形状に依存する。信号復元演算については、放射能強度Ｒおよび放射能分布Ｓの説明において、後述する。

次に、外方測定部４の構成について説明する。外方測定部４は、外方検出部１４と外方算出部１５とを有し、外方算出部１５は、補正用波形整形部２４と、補正用波高分析部２５と、補正用信号復元部２６と、補正用応答関数記憶部３１とを有する。補正用波形整形部２４、補正用波高分析部２５、補正用信号復元部２６、および補正用応答関数記憶部３１は、前述した波形整形部１６、波高分析部２１、信号復元部２２、および応答関数記憶部２３と同様の構成および機能を有する。

次に、補正関数記憶部５および補正演算部６について説明する。補正関数記憶部５は、第１関数ｇ（ｕ）および第２関数ｆ（ｘ）を記憶する。第１関数ｇ（ｕ）は、容器２の外方における放射線量を変化させたときの内方放射能強度の変化を表す。第２関数ｆ（ｘ）は、容器２の内方の放射線量を変化させたときの外方放射能強度の変化を表す。補正演算部６は、内方測定部３による内方放射能強度、外方測定部４による外方放射能強度、ならびに補正関数記憶部５に記憶される第１関数ｇ（ｕ）および第２関数ｆ（ｘ）に基づいて、容器２内の試料１１の放射能強度を演算する。また補正演算部６は、内方測定部３による内方放射能強度、外方測定部４による外方放射能強度、ならびに第１関数ｇ（ｕ）および第２関数ｆ（ｘ）に基づいて、周辺環境の放射能強度を演算する。

上記のように構成された放射能分析装置１の内方測定部３を用いた、容器２の内方の放射能強度の測定について説明する。まず、内方検出部１２が容器２の内方の放射線を検出する。その結果、たとえば図２（ａ）に示すような内方検出結果が出力される。図２（ａ）は、時間軸に対する電圧（波高値）で表されるパルス信号である。次に、波形整形部１６によって波形整形を行う。波形整形の結果は、たとえば図２（ｂ）に示すような信号である。図２（ｂ）に示すように、波形整形後の信号もパルス信号であり、時間軸に対する電圧（波高値）で表される。この波高整形は、パルス信号を、波形整形の次に行われる波高分析部２１による波高分析に適した波形とすることを目的に行われるものである。波高分析部２１を成す回路構成が異なれば、波高分析に適したパルスレベルおよびパルス幅が異なるので、波形整形部１６は、波高分析部２１における波形分析に最適な波形となるように、波形整形を行う。

次に、波高分析部２１が、複数の波形整形後のパルス信号を分析する。その結果、たとえば図３（ａ）に示すような波高分析結果、すなわち波高分布Ｍが出力される。図３（ａ）は、各エネルギ値（横軸）に対する計数値（縦軸）で表される。図３（ａ）に示す波高分析後のスペクトルには、放射性核種に応じたピークが観測される。次に、信号復元部２２によってアンフォールディングなどの信号復元演算を行う。信号復元演算の結果は、たとえば図３（ｂ）に示すようなスペクトルである。図３（ｂ）に示すように、信号復元の結果は、各エネルギ値（横軸）に対する計数値（縦軸）で表される。図３（ｂ）に示すように、アンフォールディング後のスペクトルには、放射性核種に応じたピークが観測される。このスペクトルは、放射能分布Ｓを表す。前述したように、信号復元部２２が波高分析結果をアンフォールディングするときには、信号復元部２２は波高分析部２１からの出力に加えて、応答関数記憶部２３に記憶される応答関数を参照する。これによって信号復元部２２は、波高分布Ｍから放射能分布Ｓを求める。以下、これについて詳細に説明する。

図３（ａ）に示す波高分析結果から、放射能分布Ｓを求める方法について、放射性セシウム１３７（Ｃｓ−１３７）を例に説明する。図３（ａ）と同様の波高分析結果を、既知の放射性核種であるＣｓ−１３７の測定において求めると、図４に示す波高分析結果、すなわち波高分布Ｍが得られる。放射線は、固有のエネルギを持っており、Ｃｓ−１３７は崩壊の過程で６６２ｋｅＶのγ線を放出するので、波高分析結果には６６２ｋｅＶのピークが現れる。

図４に示すように、たとえばＣｓ−１３７から放出されたγガンマ線を測定した場合に６６２ｋｅＶに観測されるピークは、広がりを有する。これは、内方検出部１２に入射した放射線が、内方検出部１２と相互作用を起こす過程でエネルギ損失を起こすことによるものである。放射線は、内方検出部１２に全てのエネルギを付与せずに、一部は内方検出部１２の外に出ていく。これによって、それぞれのエネルギ値における計数値は、分布としてピークに広がりを持つこととなる。つまり、内方検出結果は波高分布Ｍを持つことになる。たとえばＣｓ−１３７から放出されたγガンマ線を測定した場合の６６２ｋｅＶのピークの一部は、明確なエネルギピークとして検出され（図４におけるハッチング領域）、ピークの残余の部分は連続スペクトルとして検出される。

応答関数記憶部２３に記憶され、放射線と内方検出部１２との相互作用を表す応答関数をＫ、波高分布をＭ、放射能分布をＳとすると、これらの関係は次式（１）によって表される。
Ｍ＝Ｋ・Ｓ ・・・（１）
したがって、内方検出部１２に入射した放射線について放射能分布Ｓを求めるには、次式（２）に示すように、前記式（１）の逆変換を行う。
Ｓ＝Ｋ＾（−１）・Ｍ ・・・（２）
放射能分布Ｓを算出する信号復元演算には、アンフォールディングなどの方法を用いることができる。

内方検出部１２に入射する放射線が、Ｎ種類の放射性核種に由来する場合、波高分布Ｍは、次式（３）のように、複数の放射性核種の放射能分布Ｓを加重積算した結果となる。

次に、このようにして求まったアンフォールディング後のエネルギスペクトル、すなわち放射能分布Ｓから、放射能強度Ｒを求める方法について説明する。放射能分布Ｓのうち、所定のエネルギ値において検出される計数値をＬとする。このエネルギ値において、ピークとして検出される確率を表すピーク検出効率Ｐを予め算出する。検出されたピーク部分の計数値Ｌを、ピーク検出効率Ｐ、内方検出部１２の検出効率Ｄ、および検出時間Ｔで除算することによって、試料１１から単位時間当たりに放出される６６２ｋｅＶのエネルギを有するγ線の本数が得られる。

さらに、得られたγ線の本数を、Ｃｓ−１３７が６６２ｋｅＶのγ線を放出する確率で除算することによって、試料１１に含まれるＣｓ−１３７の単位時間当たりの崩壊数、すなわち放射能強度Ｒが得られる。Ｃｓ−１３７が６６２ｋｅＶのγ線を放出する確率を、「放出分岐比Ｂｃｓ」と称する。放射能強度をＲとすると、放射能強度Ｒは次式（４）で表される。
Ｒ＝Ｌ／ＰＤＴＢｃｓ ・・・（４）
これによって、内方測定部３による、容器２の内方の放射能強度Ｒの測定が終了する。外方測定部４による、容器２の外方の放射能強度Ｒの測定も、内方測定部３と同様の方法によって行われる。

尚、放射能分析装置１では、放射能強度Ｒのみならず、放射能濃度Ｗを求めることも可能である。放射能濃度Ｗを求める場合には、前記式（２）で表された放射能分布Ｓのうち所定のエネルギ値において検出される計数値Ｌを、検出器の検出効率Ｄ、放射性核種が所定のエネルギの放射線を放出する確率Ｂ、および試料１１の体積Ｖで除算する。試料１１の体積Ｖは、予め測定しておく。容器２内において試料１１をどのように載置するかは、放射能分析装置１の仕様に依存する。放射能分析装置１の仕様によって、容器２内の予め定める位置に載置する場合もあれば、予め定める空間に充填する場合もある。いずれの場合においても、試料１１の体積Ｖは、予め測定可能である。放射能濃度をＷとすると、放射能濃度Ｗは、次式（５）で表される。
Ｗ＝Ｌ／Ｄ・Ｂ・Ｖ ・・・（５）

次に、内方測定部３による測定結果、すなわち内方放射能強度と、外方測定部４による測定結果、すなわち外方放射能強度とを用いて、試料１１の放射能強度Ｒと周辺環境の放射能強度Ｒとを求める方法について説明する。本実施の形態の容器２は、前述のように、容器２外の周辺環境における放射線の入射を抑制し、容器２の内方に入射する放射線を減衰させている。容器２の外方の周辺環境からの放射線を「周辺放射線」と称する。容器２を成す部材によって周辺放射線を減衰させても、完全な遮蔽は困難である。したがって、前述の内方検出部１２によって検出された内方検出結果は、試料１１からの放射線と、減衰された周辺放射線との合計値が検出されたものである。

また同様に、試料１１から放出される放射線も、外方検出部１４に到達するまでに容器２を成す部材によって減衰されるけれども、完全に遮断することは困難である。したがって、前述の外方検出部１４によって検出された外方検出結果は、容器２内に配置された試料１１からの放射線の一部と、周辺放射線との合計値が検出されたものである。そこで、予め内方検出部１２および外方検出部１４に対する、試料１１からの影響と周辺放射線からの影響とを実験によって調べ、試料１１の放射能強度Ｒおよび周辺環境の放射能強度Ｒの算出に利用する第１関数ｇ（ｕ）と第２関数ｆ（ｘ）とを求める。第１関数ｇ（ｕ）は、容器２の外方における放射線量を変化させたときの内方放射能強度の変化を表す。第２関数ｆ（ｘ）は、容器２の内方の放射線量を変化させたときの外方放射能強度の変化を表す。第１関数ｇ（ｕ）および第２関数ｆ（ｘ）は、補正関数記憶部５に記憶させておく。

実験において、まず容器２内に配置された試料１１の放射能強度Ｒを予め定める値ｘ２に固定し、その条件下で容器２の外方における放射線量を変化させ、内方測定部３による測定結果である内方放射能強度の変化量を調べる。このとき、容器２の外方において線量を変化させる放射線は、放射能分析装置１の使用時における周辺放射線を模したものである。実験において、容器２の外方に設定される既知の放射能強度Ｒをｕとし、内方測定部３による内方放射能強度をｖとし、次式（６）で表される関数ｇ（ｕ）を決定する。この関数ｇ（ｕ）を第１関数と称する。
ｖ＝ｘ２＋ｇ（ｕ） ・・・（６）
実験は、シミュレーションによって行ってもよい。容器２の外方に設定される既知の放射能強度Ｒを変化させる方法については、放射性物質の量を変化させる方法であっても良いし、放射性物質からの距離を変化させる方法であっても良い。図５は、本発明の実施の形態１における第１関数ｇ（ｕ）の一例を表す図である。既知の試料１１の放射能強度Ｒを、複数の異なる値に固定したときの第１関数ｇ（ｕ）についても同様に、実験によって決定しておく。

また、容器２の外方における放射能強度Ｒを予め定める値ｕ１に固定し、その条件下で既知の試料１１の放射線量を変化させ、外方測定部４による測定結果である外方放射能強度の変化量を調べる。既知の試料１１の放射能強度Ｒをｘとし、外方測定部４による外方放射能強度をｙとし、次式（７）で表される関数ｆ（ｘ）を実験によって決定する。この関数ｆ（ｘ）を第２関数と称する。実験は、シミュレーションによって行ってもよい。
ｙ＝ｕ１＋ｆ（ｘ） ・・・（７）
既知の試料１１の放射能強度Ｒは、放射性物質の量を変えることによって、変化させる。図６は、本発明の実施の形態１における第２関数ｆ（ｘ）の一例を表す図である。容器２の外方における放射線量を、複数の異なる値に固定したときの第２関数ｆ（ｘ）についても、実験によって決定しておく。

次に、補正関数記憶部５に記憶される第１関数ｇ（ｕ）および第２関数ｆ（ｘ）を用いて、試料１１の放射能強度Ｒと周辺環境の放射能強度Ｒとを求める計算について説明する。この計算は、補正演算部６によって行われる。放射能分析装置１を使用したときの内方測定部３の内方放射能強度をｖ１とし、外方測定部４の外方放射能強度をｙ２とする。求める周辺放射線の放射能強度Ｒをｕとし、求める試料１１の放射能強度Ｒをｘとする。これらの値を前記式（６）および前記式（７）に代入すると、次式（８）および次式（９）が得られる。
ｖ１＝ｘ＋ｇ（ｕ） ・・・（８）
ｙ２＝ｕ＋ｆ（ｘ） ・・・（９）

前記式（８）および前記式（９）において内方放射能強度ｖ１および外方放射能強度ｙ２は測定値として得られる値であり、前記式（８）および前記（９）は二元連立方程式となる。これを解くことによって、求める周辺放射線の放射能強度Ｒのｕと、求める試料１１の放射能強度Ｒのｘとを得ることができる。この二元連立方程式を解くには、たとえばＮｅｗｔｏｎ法などを用いることができる。補正演算部６は、この演算をそれぞれのエネルギについて同様に実施することで、測定対象となるエネルギ範囲において、試料１１の放射能強度Ｒおよび周辺環境の放射能強度Ｒの両方を求めることができる。補正演算部６が出力する結果は、表示部２７にて表示される。

このような構成とすることによって、実施の形態１によれば、補正演算部６は、補正関数記憶部５に記憶される第１関数ｇ（ｕ）および第２関数ｆ（ｘ）を用い、内方放射能強度および外方放射能強度の両方に基づいて容器２内の試料１１の放射能強度Ｒを演算する。したがって、周辺環境の放射線による内方測定部３への影響、および容器２の内方の放射線による外方測定部４への影響の両方に基づいて、容器２内の試料１１の放射能強度Ｒを求めることができる。したがって、周辺環境から容器２の内方に到達する放射線量の多少に関わらず、容器２内の試料１１の放射能強度Ｒを高い精度で測定できる。これによって、多様な周辺環境に対応できる。したがって汎用性の高い放射能分析装置１を実現できる。また容器２が周辺環境の放射線の透過を許容しても放射能強度Ｒの測定が可能なので、容器２を成す部材を放射線の遮蔽効果の高い、重量の大きい部材とする必要がない。したがって、容器２を軽量化できる。

また実施の形態１によれば、第１関数ｇ（ｕ）および第２関数ｆ（ｘ）を用いるので、容器２内の試料１１の放射能強度Ｒに加えて周辺環境の放射能強度Ｒについても同時に演算することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２による放射能分析装置１Ｂを図に基づいて以下に説明する。実施の形態２は、先に説明した実施の形態１に類似しており、以下、実施の形態１に対する実施の形態２の相違点を中心に説明する。

図７は、本発明の実施の形態２に係る放射能分析装置１Ｂの構成を表す図である。実施の形態１において外方測定部４は補正用波高分析部２５を有するけれども、実施の形態２において外方測定部４は図７に示すように、補正用波高分析部２５ではなくＳＣＡ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ）部２８を有する。測定対象の放射性核種が決まっており、周辺放射線の変動が小さく、かつ周辺環境に存在する放射性核種が分かっている場合には、ＳＣＡを用いることができる。

本実施の形態において外方測定部４は、内方測定部３とは異なり、外方検出部１４から出力された外方検出結果から、予め定める下限値以上の波高かつ予め定める上限値以下の波高のパルス信号を抽出し、抽出した結果を用いて前記外方放射能強度を出力する。容器２の外方の周辺環境に存在する放射性核種、および外方検出部１４に入射する放射線量は、予め分かっている場合が多い。その場合、外方検出部１４から外方検出結果として出力されるパルス信号の波高は既知となる。したがって、外方検出結果の波高を予め定める下限値以上、予め定める上限値以下の範囲に限定して抽出することによって、目的とする放射性核種に係る放射能強度のみを選択的に利用する。

具体的には、補正用波形整形部２４から出力されるパルス信号は、ＳＣＡ部２８に入力される。周辺環境に存在する放射性核種の波高に合わせてＳＣＡ部２８においてパルス信号の上限値と下限値を設定し、下限値以上かつ上限値以下のピーク値のパルス信号をカウントする。これによって、目的の放射性核種のパルス信号のみを選択してその放射線量を計測する。ＳＣＡを用いることによって、アナログ信号で処理できるので、回路構成を簡素化できる。

実施の形態２によれば、外方算出部１５が外方放射能強度の算出に利用する外方検出結果は、下限値以上の波高かつ上限値以下の波高のパルス信号である。周辺環境に存在する放射性核種が予め分かっている場合には、外方検出結果として出力されるパルス信号の波高は分かっているので、波高に下限値および上限値を定めてパルス信号を選択することによって、目的とする放射性核種に係る放射能強度Ｒを選択的に利用できる。また補正用波高分析部２５ではなくＳＣＡ部２８を用いることによって、アナログ信号で処理できるので、回路構成を簡素化できる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３による放射能分析装置１Ｃを図に基づいて以下に説明する。実施の形態３は、先に説明した実施の形態１に類似しており、以下、実施の形態１に対する実施の形態３の相違点を中心に説明する。

図８は、本発明の実施の形態３に係る放射能分析装置１Ｃの構成を表す図である。外方測定部４は、シンチレーションファイバ部３２と、第１検出部３３と、第２検出部３４と、第１波形整形部４１と、第２波形整形部４２と、時間情報取得部３５と、位置判定部３６と、合算部４３と、減衰量補正部４４と、補正用波高分析部２５と、補正用応答関数記憶部３１と、補正用信号復元部２６とを有する。シンチレーションファイバ部３２は、容器２の側面を全周にわたって包囲する。第１検出部３３は、シンチレーションファイバ部３２において発生したシンチレーション光を、シンチレーションファイバ部３２の一方端部において検出する。第２検出部３４は、シンチレーションファイバ部３２において発生したシンチレーション光をシンチレーションファイバ部３２の他方端部において検出する。

第１波形整形部４１は、第１検出部３３の外方検出結果を波形整形し第１整形後信号を出力する。第２波形整形部４２は、第２検出部３４の外方検出結果を波形整形し第２整形後信号を出力する。時間情報取得部３５は、第１波形整形部４１の第１整形後信号と第２波形整形部４２の第２整形後信号とに基づいて、シンチレーション光が第１検出部３３に到達した時刻と第２検出部３４に到達した時刻との時間差を時間情報として取得する。位置判定部３６は、時間情報取得部３５が取得した時間情報からシンチレーション光の発生位置を判定する。合算部４３は、第１整形後信号および第２整形後信号を合算する。これによって外方測定部４は、合算部４３による合算の結果を用いて外方放射能強度を出力することになる。

減衰量補正部４４は、位置判定部３６において判定した位置情報から、シンチレーション光が第１検出部３３におよび第２検出部３４に到達するまでに、伝播することによって減衰した減衰量を算出し、合算部４３における合算の結果に対し、減衰量に応じた補正係数を乗算することによって、入射した周辺放射線のエネルギを決定する。減衰量補正部４４から出力される補正後の結果は、補正用波高分析部２５に入力される。補正用波高分析部２５、補正用応答関数記憶部３１、および補正用信号復元部２６は、実施の形態１において説明したとおりである。

上記のように構成された放射能分析装置１Ｃの外方測定部４を用いた、容器２の外方の放射能強度の測定について説明する。一般的に、試料１１の放射能強度Ｒを高い精度で測定するためには、周辺放射線についても精度良く測定することが重要である。しかし、実施の形態１に示すように外方検出部１４が容器２の外方の１箇所のみに設けられる場合には、周辺放射線の飛来方向に偏りがあるような環境において、周辺放射線の放射能強度Ｒを高い精度で測定できない場合がある。また、複数の外方検出部１４を設けるという手段も考えられるけれども、構成が複雑になり、費用および重量の面で好ましくない。

そこで、本実施の形態では、外方測定部の外方検出部１４として、シンチレーションファイバ部３２を用いる。シンチレーションファイバ部３２に放射線が入射すると、入射した位置においてシンチレーション光が発生する。発生したシンチレーション光は、シンチレーションファイバ部３２内を両端に向かって２つの向きに伝播し、第１検出部３３および第２検出部３４の両方に到達する。第１検出部３３および第２検出部３４に到達したシンチレーション光は、光電子倍増管によって増幅され、パルス信号として出力される。第１検出部３３からのパルス信号は第１波形整形部４１に入力され、波形整形が行われる。第２検出部３４からのパルス信号は第２波形整形部４２に入力され、波形整形が行われる。第１波形整形部４１および第２波形整形部４２で行われる波形整形の工程は、実施の形態１において説明した波形整形と同様である。

第１波形整形部４１および第２波形整形部４２で波形整形された第１整形後信号および第２整形後信号は、時間情報取得部３５に入力される。シンチレーションファイバ部３２に入射することで発生したシンチレーション光は、発生した位置によって、第１検出部３３および第２検出部３４に到達するまでの時間が異なる。シンチレーション光が第１検出部３３に到達する時刻と第２検出部３４に到達する時刻との時間差を時間情報取得部３５によって取得する。これには、時間波高変換器（ＴＡＣ：Ｔｉｍｅ−ｔｏ−Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などを用いることができる。

位置判定部３６では、時間情報取得部３５において取得した時間の差異の情報から、シンチレーションファイバ部３２におけるシンチレーション光の発生位置を判定する。これによって、シンチレーションファイバ部３２への放射線の入射位置を判定できる。

次に、第１波形整形部４１および第２波形整形部４２から出力された第１整形後信号および第２整形後信号は、合算部４３にも入力される。合算部４３における第１整形後信号および第２整形後信号の合算は、シンチレーションファイバ部３２に入射した１つの周辺放射線に対するシンチレーションファイバ部３２の発光量を求める目的で行われるものである。

シンチレーション光は、シンチレーションファイバ部３２内を伝播する間に伝播する距離に応じて減衰する。減衰量補正部４４では、位置判定部３６において判定した位置情報から、伝播において減衰した減衰量を算出し、合算部４３における合算の結果に対し、減衰量に応じた補正係数を乗算する。これによって減衰量補正部４４は、シンチレーションファイバ部３２に入射した周辺放射線のエネルギを決定し出力する。補正用波高分析部２５は、シンチレーションファイバ部３２への周辺放射線の入射が繰り返される度に、減衰量補正部４４からの出力の受信を繰り返し、さらにその回数を計測する。これによって補正用波高分析部２５は、複数の周辺放射線の入射に対して１つの波高分析結果、すなわち波高分布Ｍをスペクトルとして出力する。外方測定部４は、波高分布Ｍに対して実施の形態１と同様の処理を行うことによって、容器２の外方における放射能強度Ｒを求める。波高分布Ｍを求める工程以降は、実施の形態１と同様である。

このような構成とすることによって、実施の形態３によれば、第１検出部３３および第２検出部３４にシンチレーション光が到達した時刻からシンチレーション光の発生位置を算出できるので、周辺環境の放射線がいずれの方向からどの程度の強度で容器２に向かって飛来しているのかを測定できる。したがって周辺環境における放射線の飛来方向に偏りがある場合においても高い精度で周辺環境の放射能強度Ｒを演算できる。また周辺環境における放射線の飛来方向を検出するために、シンチレーション光を検出する多数の検出器を容器２の周囲に設ける必要がないので、簡素な構成を実現できる。したがって、シンチレーション光を検出する多数の検出器を容器２の周囲に設ける場合に比べて、重量および製作費用を低減できる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４による放射能分析装置１Ｄを図に基づいて以下に説明する。実施の形態４は、先に説明した実施の形態３に類似しており、以下、実施の形態３に対する実施の形態４の相違点を中心に説明する。

図９は、本発明の実施の形態４に係る放射能分析装置１Ｄの構成を表す図である。本実施の形態においてシンチレーションファイバ部３２は、束として形成された複数のシンチレーションファイバ３７によって形成され、図９に示すように、容器２を覆う。このように、外方検出部１４が検出器として、束として形成されたバンドルタイプのシンチレーションファイバ部３２を有することによって、放射能分析装置１Ｄの運搬および携行を困難にすることなく簡素な構成を実現できる。また簡素な構成であるにも関わらず前述したように、周辺環境から放射線が飛来する方向をも検出することができる。したがって高い測定精度で試料１１および周辺環境の放射能強度Ｒを測定できる。

実施の形態１〜実施の形態４における容器２に関して、鉛等で遮蔽することにより２次的な放射線が発生する場合などは容器２の内側に、たとえば銅によって形成される遮蔽部材をさらに設けてもよい。

また前述したように実施の形態２では、外方測定部４は、外方検出部１４から出力された外方検出結果から、予め定める下限値以上の波高かつ予め定める上限値以下の波高のパルス信号を抽出し、抽出した結果を用いて前記外方放射能強度を出力する。同様に実施の形態１における外方測定部４が、外方検出結果から、予め定める下限値以上の波高かつ予め定める上限値以下の波高のパルス信号を抽出し、抽出した結果を用いて前記外方放射能強度を出力する構成とすることもできる。この場合には、外方検出部１４からの外方検出結果に予め下限値および上限値を定めて、補正用波形整形部２４がパルス信号を抽出しても良いし、補正用波形整形部２４から出力される波形整形後のパルス信号に対し、予め下限値および上限値を定めて、補正用波高分析部２５がパルス信号を抽出しても良い。

周辺環境に存在する放射性核種が予め分かっている場合であっても、外方検出結果においてピークが検出されるエネルギ値は１つとは限らず、複数のエネルギ値においてピークが検出される場合もある。したがって、補正用波高分析部２５に多重波高分析器（ＭＣＡ：Ｍｕｌｔｉ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いる場合には、いずれのエネルギ値のピークに下限値および上限値を設けるかを選択することができる。補正用波高分析部２５がいずれのピークに下限値および上限値を設けるかは、周辺放射線の線量および外方検出部１４の感度に応じて設定する。これによって外方測定部４は、周辺環境に存在する目的の放射性核種のパルス信号のみを選択してその放射線量を計測でき、上記実施の形態１も上記実施の形態２と同様の効果を奏する。

尚、それぞれの実施の形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 放射能分析装置、２ 容器、３ 内方測定部、
４ 外方測定部、５ 補正関数記憶部、６ 補正演算部、１１ 試料、
１２ 内方検出部、１３ 内方算出部、１４ 外方検出部、１５ 外方算出部、
１６ 波形整形部、２１ 波高分析部、２２ 信号復元部、２３ 応答関数記憶部、
２４ 補正用波形整形部、２５ 補正用波高分析部、２６ 補正用信号復元部、
２７ 表示部、３１ 補正用応答関数記憶部、３２ シンチレーションファイバ部、
３３ 第１検出部、３４ 第２検出部、３５ 時間情報取得部、３６ 位置判定部、
３７ シンチレーションファイバ、４１ 第１波形整形部、４２ 第２波形整形部、
４３ 合算部、４４ 減衰量補正部。

Claims (6)

1. 放射能強度の測定対象となる試料を収容する容器と、
   前記容器の内方における放射線を検出し、内方放射能強度として出力する内方測定部と、
   前記容器の外方における放射線を検出し、外方放射能強度として出力する外方測定部と、
   前記容器の外方における放射線量を第１変数とし、該第１変数を変化させたときの前記内方放射能強度の変化を表す第１関数を含む第１式と、前記容器の内方における放射線量を第２変数とし、該第２変数を変化させたときの前記外方放射能強度の変化を表す第２関数を含む第２式と、を記憶する補正関数記憶部と、
   前記内方測定部による測定値である前記内方放射能強度と、前記外方測定部による測定値である前記外方放射能強度と、を用いて前記補正関数記憶部に記憶される前記第１関数を含む前記第１式と前記第２関数を含む前記第２式との連立方程式を解き、前記第１式および前記第２式に含まれる前記第２変数の値を導出することにより、前記容器内の前記試料の放射能強度を演算する補正演算部とを備える放射能分析装置。
2. 前記第１関数は、前記第１変数を変化させたときの前記内方放射能強度の非線形性を有する変化を表し、
   前記第２関数は、前記第２変数を変化させたときの前記外方放射能強度の非線形性を有する変化を表し、
   前記補正演算部は、非線形性を有する前記第１関数を含む前記第１式と、非線形性を有する前記第２関数を含む前記第２式との連立方程式を解くことにより、前記容器内の前記試料の放射能強度を演算する、
   請求項１に記載の放射能分析装置。
3. 前記外方測定部は、
   前記容器の外方における放射線を検出し、予め定める下限値以上の波高かつ予め定める上限値以下の波高のパルス信号を抽出し、抽出した結果を用いて前記外方放射能強度を出力する請求項１または請求項２に記載の放射能分析装置。
4. 前記補正演算部は、
   前記第１式と前記第２式との連立方程式を解き、前記第１式および前記第２式に含まれる前記第１変数の値を導出することにより、前記容器の外方における周辺環境の放射能強度を演算する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射能分析装置。
5. 前記外方測定部は、
   前記容器の側面を全周にわたって包囲するシンチレーションファイバ部と、
   前記シンチレーションファイバ部において発生したシンチレーション光を、前記シンチレーションファイバ部の一方端部において検出する第１検出部と、
   前記シンチレーションファイバ部において発生した前記シンチレーション光を、前記シンチレーションファイバ部の他方端部において検出する第２検出部と、
   前記シンチレーション光が前記第１検出部に到達した時刻と前記第２検出部に到達した時刻との時間差を時間情報として取得する時間情報取得部と、
   前記時間情報取得部が取得した前記時間情報から前記シンチレーション光の発生位置を判定する位置判定部と、
   前記第１検出部による検出結果を波形整形し第１整形後信号を出力する第１波形整形部と、
   前記第２検出部による検出結果を波形整形し第２整形後信号を出力する第２波形整形部と、
   前記第１整形後信号および前記第２整形後信号を合算する合算部とを有し、
   前記合算部による合算の結果を用いて前記外方放射能強度を出力する請求項４に記載の放射能分析装置。
6. 前記シンチレーションファイバ部は、複数のシンチレーションファイバを束にして形成される請求項５に記載の放射能分析装置。

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