JPH0377473B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は放射線検出器の出力波高値の変動を
抑えるためのゲインスタビライザに関するもの
で、検出器内蔵もしくは検出器外部に設置した放
射線源または光電子増倍管を使用した検出器にお
いては、光電子増倍管に対するパルス状発光源に
より基準となる波高値のパルスを出力できる放射
線検出器を対象とするものである。

以下では241AmをドープしたNaI（Tl）シンチ
レーシヨン検出器を例にとり説明する。この検出
器は、出力波高値が計数率、温度、光電子増倍管
の長期的劣化等により変動するため波高分析や、
シングルチヤンネルアナライザ等により特定波高
値区間の計数値を測定する場合に誤差を持ち込む
ことがあつた。このような波高値の変動を抑える
ための装置として従来第１図に示すものがあつ
た。第１図において、１は241Amドープ型NaI
（Tl）シンチレーシヨン検出器、２は検出器用の
バイアス電源、３はプリアンプ、４はメインアン
プ、５は第１のシングルチヤンネルアナライザ、
６は第２のシングルチヤンネルアナライザ、７は
第１の計数率計、８は第２の計数率計、９は引算
器である。なお、第１および第２のシングルチヤ
ンネルアナライザ５および６、第１および第２の
計数率計７および８、および引算器９にてゲイン
スタビライザ１００が構成されている。

次に動作について説明する。バイアス電源２に
よりバイアス電圧を印加された241Amドープ型
NaI（Tl）シンチレーシヨン検出器１に入射した
γ線と検出器内蔵の241Amのα線は、それぞれ
検出器内部で光パルスを生じ、その結果、電気的
パルス信号を検出器出力として発生する。この出
力はプリアンプ３、メインアンプ４で増幅、波形
整形され、通常測定系へ入力されると共に、ゲイ
ンスタビライザ１００にも入力される。

第２図は、メインアンプ４の出力波高値の分布
を示したもので、横軸には検出器出力パルス波高
値を、縦軸には計数率を示している。一点鎖線ｌ
の左側には測定対象γ線による計数率が、右側に
は波高値変動補正用241Amα線ピークＰが示され
ており、図示するように、γ線によるパルス波高
値は通常241Amα線によるパルス波高値よりも小
さい。第１のシングルチヤンネルアナライザ５は
第２図の波高値H1とH3の間の波高値を持つパル
スに対してのみパルスを出力するように調整さ
れ、シングルチヤンネルアナライザ６は第２図の
波高値H2とH5の間の波高値を持つパルスに対し
てのみパルスを出力するように調整される。H1，
H3とH2，H3は普通241Amα線ピークの中心波高
値H0に対してほぼ対称にとられる。シングルチ
ヤンネルアナライザ５，６の出力はそれぞれ計数
率計７，８に入力され計数率に比例した出力を出
す。今、計数率７，８の出力をn1，n2とし、両
出力共引算器９に入力し、ここでn1，n2の差Δn
＝n1−n2を出力し、Δnの絶対値および符号によ
りメインアンプ４のゲインを調節する。この調節
について以下もう少し具体的に説明する。

今、n1＝n2となるようにシングルチヤンネル
アナライザ５，６を設定し、引算器９の出力が負
ならばその絶対値に比例してメインアンプゲイン
を自動的に下げ引算器９の出力が正ならばその絶
対値に比例してメインアンプゲインを自動的に上
げるようにする。光電子増倍管の増幅率の低下等
の理由により出力パルス波高値が一定の割合で低
下した場合を第３図ａおよびｂで説明する。第３
図では簡略化のためH2＝H3＝H0ととつてあり、
また、241Amα線ピークＰのみを示してある。第
３図ａに示すうにn1＝n2の初期設定をした後、
第３図ｂに示すように波高値が低下すると、n1
＞n2従つて引算器９の出力Δn＝n1−n2は正数に
なる。既に述べたようにΔnが正の時はその絶対
値に比例してメインアンプゲインを自動的に上げ
るようにするため波高値は初期状態にもどり、
n1＝n2となり、その結果Δn〓０となることでゲ
イン調整動作が終了する。波高値の増加が起こつ
た場合には以上述べた場合と反対の現象が起こ
り、同様のプロセスによりゲイン調整が行われ
る。

なお、メインアンプ４のゲインを調整する代わ
りにバイアス電源２の電圧を調整して光電子増倍
管の増倍率を変えることによりパルス波高値を調
整するという方法をとる場合もある。

従来の装置は以上のように構成されているが何
らかの原因で波高値が急変した場合や、測定系の
電源投入時等の場合には、第４図ａに示すように
初期波高値設定状態と異なる波高値でn1とn2の
値が等しくなる場合があり、また第４図ｂに示す
ように波高分布形状によつては本来調整すべき方
向にゲイン調整できなくなりn1＞n2またはn1＜
n2状態がいつまでも解消せず、ついには波高値
変動に対する調整能力を喪失してしまうようにな
ることもある。第４図では波高値が急激に増加し
た場合について示したが急激に低下した場合につ
いても類似の現象が起こりうる。従つて完全自動
での波高値変動補正はできなかつた。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、測定対象とする放
射線によるパルス波高値よりも高い波高値を有す
るパルスを放射線検出器を経由して発生させうる
強度一定の基準パルス発生源を備えた放射線検出
器において、前記基準パルス発生源に起因する検
出器出力パルス波高分布上の基準ピーク領域内に
１点適当な波高値を設定し、それ以上の波高値を
もつパルスのみを計測し、あらかじめ設定した値
との差もしくは比によりアンプゲインもしくはバ
イアス電圧等を調整することによりパルス波高値
の変動を補正した後従来のゲインスタビライザを
使つて波高値の微調整をすることにより、測定系
の分解能劣化などの現象が起こつた場合も含め
て、パルス波高値の変動補正を完全自動化できる
ゲインスタビライザを提供することを目的として
いる。

以下、この発明の一実施例を第５図について説
明する。従来例と同様241Amドープ型NaI（Tl）
シンチレーシヨン検出器を例にとる。第５図にお
いてはゲインスタビライザ１０１が、第１図に示
された符号５〜９の指し示す要素に加えて符号１
０〜１４の指し示す要素を新たに設けているが、
その他の構成要素は第１図と同様であり、従つて
メインアンプ４の出力パルス波高分布も、第２図
に示したものと同様である。追加要素について説
明すれば、１０は波高弁別器であり、入力パルス
が例えば第２図のH4以上の波高値を有する場合
にのみ出力を生じるよう設計されている。１１は
波高弁別器出力を受けてH4以上の波高値のパル
スの計数率に比例する電圧を計数率n3として出
力する計数率計、１２は第２の引算器であり、基
準計数率設定器１３からの基準計数率信号n30と
前記n3との差（Δn′＝n3−n30）を出力する。こ
の出力もメインアンプのゲイン調節に使用する。
なお、引算器９と１２は外部からの信号により出
力ゲートの開閉がコントロールできるようにされ
ている。また、基準計数率設定器１３のn30は外
部より設定できるように設計してある。比較器１
４は、引算器１２の出力端１２ａより常時出力を
受けてその出力とあらかじめ比較器内部に設定さ
れた数値との大小関係を判定しその結果に従つて
引算器９または１２へゲート信号を出力する。そ
の結果引算器９または１２の出力がメインアンプ
４のゲイン調整用としてメインアンプ４に与えら
れる。従つて、波高弁別器１０、第３の計数率計
１１、第２の引算器１２及び基準計数率設定器１
３は、基準波高値パルス発生源即ちシンチレーシ
ヨン検出器１からの出力パルスの基準ピーク波高
分布Ｐ内に設定された所定の波高値H₄以上のパ
ルスを計数して、この計数値n₃を予め設定された
基準計数値n₃₀と比較し、測定系のゲインを大ま
かに調整するための第１のゲイン調整用制御信号
を出力する第１の制御系を構成している。又、従
来の第１のシングルチヤンネルアナライザ５〜引
算器９は、基準ピーク波高分布Ｐ内に２つの波高
値領域を設定して、両波高値領域内のパルス計数
率の比較により測定系のゲインを調整するための
第２のゲイン調整用制御信号を出力する第２の制
御系を構成している。更に、比較器１４は、第１
のゲイン調整用制御信号が所定の範囲内にある場
合には第１のゲイン調整用制御信号を選択し、第
１のゲイン調整用制御信号が所定の範囲外にある
場合には第２のゲイン調整用制御信号を選択し、
第１又は第２のゲイン調整用制御信号に基づい
て、測定系の増幅器のゲイン又は放射線検出器に
印加されるバイアス電源の電圧を変えることによ
り、測定系のゲインを調整するための比較選択手
段を構成している。

この発明を実施するには、例えば241Amα線パ
ルスＰより高い波高値のパルスは無視できる程少
ないように241Amα線パルス波高値を設定するの
が好ましい。（241Amα線パルス波高値はNaI
（Tl）中に光学的に結合をとつて埋め込まれた
241AmをドープしたNaI（Tl）結晶小片中のTlの
量をコントロールすることにより変えることがで
きる）また、波高値の初期設定時には、第５図の
シングルチヤンネル５，６および波高弁別器１０
はそれぞれ、第２図に示されたH1〜H3間の波高
値、H2〜H5間の波高値、およびH4以上の波高
値をもつパルスに対してのみ出力を出すように設
定するのが一般的であるが、ここでは説明の便宜
のためH2＝H3＝H0および、H5＝H4とする。す
なわち、シングルチヤンネル５，６および波高弁
別器１０は、初期設定時の波高値を示す第６図ａ
のように、それぞれH1〜H0の波高値、H0〜H4
の波高値およびH4以上の波高値をもつパルスに
対してのみ出力を出すように設定される。従つて
第１、第２および第３の計数率計７，８および１
１の出力n1，n2およびn3は第６図ａ，ｂおよび
ｃ中のそれぞれn1，n2およびn3に対応する。第
６図ａに示す初期設定時ではH0，H1およびH4
はn1＝n2になるように設定され、その時のn3の
値をn3＝n30とする。基準計数率設定器１３の出
力はこのn30と等しく設定されている。

以上の構成において、第２の引算器１２の出力
端子１２ａから常時、出力Δn′＝n3−n30が比較
器１４に入力され、この比較器では次の条件 −αn3−n30＋β …(1) （α，βは０または正の数） 満たすかどうかにより次のように出力をコントロ
ールする。

(イ) 条件(1)を満す場合 比較器１４からの出力（ゲート信号）により引
算器１２の出力端子１２ｂのゲートを閉じその後
引算器９の出力ゲートを開けメインアンプ４のゲ
イン調整用として引算器９の出力を使用するよう
にする。

(ロ) 条件(1)に満たさない場合 比較器１４からの出力（ゲート信号）により引
算器９の出力ゲートを閉じその後引算器１２の出
力端子１２ｂのゲートを開けメインアンプ４のゲ
イン調整用として引算器１２の出力を使用するよ
うにする。

以上の(イ)および(ロ)について第６図ｂおよびｃに
より具体的に説明する。第６図ｂは測定系のエネ
ルギー分解能の劣化が起こつている時にパルス波
高値の急激な増加があつた場合の１例を示す。こ
のように急激な波高値の変化によりシングルチヤ
ンネルアナライザ５，６の設定波高値H1，H0，
H4が241Amα線ピークから大きくはずれてしま
う場合は第６図ｂに示すようにピーク位置からは
ずれたところでn1＝n2となつたり、またゲイン
調整方向（増加または減少）を逆にしてしまつた
りすることがあり、従来のゲインスタビライザだ
けでは波高値変動補正能力が失なわれることがあ
るということは前述の通りである。しかしこのよ
うな場合は適当に選ばれたβ値に対しては常に
n3＞n30＋β（すなわちn3−n30＞β）が成立す
る。従つて条件(1)を満たさないため上記(ロ)に従つ
て引算器１２の出力信号（Δn′＝n3−n30）によ
りメインアンプ４のゲインを調整することにな
る。その結果Δn′値がβに等しくなると条件(1)が
満たされるようになり上記(イ)に従つて引算器９の
出力信号（Δn＝n1−n2）によりメインアンプ４
のゲインを調整することになる。その様子は第６
図ｃに示す通りである。第６図ｃではn1＝n2に
なつた後はn3＜n30＋βが満たされると共に分解
能が劣化しているという前提からn3＞n30n30
−αも満たされておりこの近くの波高値変動に対
しては引続き引算器９の出力信号によりゲインが
調整されることがわかる。もし分解能が向上した
状態で上記と同様な波高値の急激な増加があつた
としても基本的には上記と同様な動作によりゲイ
ンが調整される。たゞし、引算器９の出力により
n1＝n2の形にメインアンプ４のゲインが調整さ
れた場合を考えると分解能が向上しているため
n3＜n30になつているが、αを適当に選択してあ
らかじめ想定される分解能向上幅についてすべて
n3n30−αとすることができる。従つて条件(1)
を満たすことになり引続き引算器９の出力によ
り、ゲインが調整されることがわかる。波高値の
急激な減少が起こつた場合についても同様であ
る。

上述したα，βは引算器９の出力によるゲイン
調整により比較器１４のゲート信号の状態が変化
して引算器１２の出力によるゲイン調整に切換わ
ることにより両コントロール間にて振動を引き起
こすことがないようにするためにヒステリシス特
性をもたせて設定した数値であり、既述したよう
に241Amα線ピーク位置変動がない場合の想定さ
れる分解能の劣化または向上によるn3値の増減
幅を含む程に充分大きな値にとると共に条件(1)が
満たされた時に引算器９の出力信号によりゲイン
調整が正しくできるように設定されなければなら
ない。（あまりα，βが大きいと第６図ｂに示す
ような状況になつてもn3n30＋βとなり引算器
９の出力信号によるゲイン調整を継続し、この場
合n1＝n2なので波高値変動補正能力を喪失して
しまうことがある。） なお、上記実施例では引算器９または１２の信
号でメインアンプ４のゲインをコントロールする
場合について説明したが、メインアンプ４のゲイ
ンの代りに他のゲイン変化要素、例えばシンチレ
ーシヨン検出器においてはバイアス電源２の電圧
をコントロールしてもよい。また、上記実施例で
は波高弁別器１０を使用したが、実質的にこれと
同等の働きをするものであれば何でもよい。ま
た、上記実施例ではシングルチヤンネルアナライ
ザ５，６および波高弁別器１０に計数率計７，
８，１１を接続する構成にしたがこれをカウンタ
にして一定時間計数毎に引算器９または１２に読
み込ませ、かつ基準計数率設定器１３からの基準
出力をその一定時間計数値に相応するものとする
ことにより実施例と同様な操作を行わせるように
しても良い。このような変更は、カウンタや引算
器内部または基準計数率設定器への設定値を変え
るなどにより簡単に対処することができる。さら
に引算器９または１２、基準計数率設定器および
比較器１４等をコンピユータもしくはマイクロプ
ロセツサ等に代えて、上記実施例にて述べた演
算、制御をすべてソフトウエアで代行させてもよ
く上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では241Amドープ型NaI
（Tl）シンチレーシヨン検出器を例にとり説明し
たが、241Amα線による第１図に示すような波高
分布上のピークと同様、それ以上の波高値をもち
かつ強度の変化するパルスが存在しないようなピ
ークを波高分布上に形成するような強度一定の基
準波高値パルス発生源（適当なエネルギーのα線
を放出する核種で、長半減期のものであれば良
く、241Am以外に例えば238Puを上げることがで
きる。）を備えた検出系であればどのような検出
系であつてもよく上記実施例と同様の効果を奏す
る。このような検出系として例えば、NaI（Tl）
シンチレーシヨン検出器ではなく、CsI（Tl）、ア
ントラセン、プラスチツクシンチレータ、BGφ
等のシンチレーシヨン検出器に上記したような強
度一定の基準波高値パルス発生源をドープしたも
のを上げることができ、またガス比例計数管内部
壁面に241Am等のα線放出核種を塗布したもの
でも良く241Amをドープしたシンチレーシヨン
検出器の場合と同様なα線スペクトルを得られ
る。

以上のように、この発明によれば測定対象とす
る放射線によるパルス波高値よりも高い波高値を
有するパルスを測定に使用している放射線検出器
を経由して発生させうる強度一定の基準波高値パ
ルス発生源を備えた放射線検出器において基準波
高値パルス発生源に起因する検出器出力パルス波
高分布上の基準ピーク領域内に１点適当な波高値
を設定し、波高弁別器を使つてそれ以上の波高の
パルスのみを計測し、あらかじめ設定した値との
差もしくは比によりアンプゲイン、もしくはバイ
アス電圧等ゲイン変化要素を大まかに調整するこ
とによりパルス波高値の変動を大まかに補正し、
その後に従来のゲインスタビライザを使つて精度
よくパルス波高値の変動を補正するようにしたの
で次に示すような効果がえられる。

(1) 急激かつ大きな波高値の変動が起こつても波
高値変動補正能力を喪失することがなく正しく
補正できる。

(2) 測定系電源投入の際、波高値初期状態がどの
ようになつていようとも、設定どおりの波高値
に自動補正することができる。

(3) 測定系のエネルギ分解能が変化していくも、
項目(1)および(2)の補正ができる。

(4) 項目(1)，(2)および(3)よりパルス波高値の変動
補正を完全自動化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のゲインスタビライザーを概略的
に示すブロツク構成図、第２図は241Amドープ
型NaI（Tl）シンチレーシヨン検出器出力の波高
分布例を示す波形図、第３図ａおよびｂは第１図
に示す従来のゲインスタビライザーを使用した場
合の動作原理を説明するための波形図、第４図ａ
およびｂは第１図に示す従来のゲインスタビライ
ザの欠点を説明するための波形図、第５図はこの
発明の一実施例によるゲインスタビライザを概略
的に示すブロツク構成図、第６図ａ，ｂおよびｃ
は第５図の動作を説明するための波形図である。 図において、１は241Amドープ型NaI（Tl）シ
ンチレーシヨン検出器、２はバイアス電源、３は
プリアンプ、４はメインアンプ、５および６はそ
れぞれ第１および第２のシングルチヤンネルアナ
ライザー、７および８はそれぞれ第１および第２
の計数率計、９は引算器、１０は波高弁別器、１
１は第３の計数率計、１２は第２の引算器、１３
は基準計数率設定器、１４は比較器、１０１はゲ
インスタビライザである。なお、図中、同一符号
は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定対象とする放射線によるパルス波高値よ
   りも高い基準ピーク波高分布のパルスを発生する
   基準波高値パルス発生源からのパルスを、測定に
   使用している放射線検出器を経由して発生させ、
   これにより得た前記放射線検出器からの基準ピー
   ク波高分布出力を監視することにより測定系のゲ
   インを調整するようにしたゲインスタビライザに
   おいて、 前記基準波高値パルス発生源からの検出器出力
   パルスの基準ピーク波高分布内に設定された所定
   の波高値以上のパルスを計数して、この計数値を
   予め設定された基準計数値と比較し、前記測定系
   のゲインを大まかに調整するための第１のゲイン
   調整用制御信号を出力する第１の制御系と、 前記基準ピーク波高分布内に２つの波高値領域
   を設定して、両波高値領域内のパルス計数率の比
   較により前記測定系のゲインを調整するための第
   ２のゲイン調整用制御信号を出力する第２の制御
   系と、 前記第１のゲイン調整用制御信号が所定の範囲
   内にある場合には前記第１のゲイン調整用制御信
   号を選択し、前記第１のゲイン調整用制御信号が
   前記所定の範囲外にある場合には前記第２のゲイ
   ン調整用制御信号を選択し、前記第１又は第２の
   ゲイン調整用制御信号に基づいて、前記測定系の
   増幅器のゲイン又は前記放射線検出器に印加され
   るバイアス電源の電圧を変えることにより、前記
   測定系のゲインを調整するための比較選択手段と
   を備えたことを特徴とするゲインスタビライザ。