JPH04332895A - 放射線計数方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放射線検出器により検出
された放射線エネルギを弁別計測する放射線計数方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光子、あるいはその他の放射線の発生は
、ある確率分布に従うランダムな現象であるため、その
計数値にはばらつきを持っている。このため、放射線の
強度測定においては、計数値に対する計数値のばらつき
の割合を求める精度に応じて小さくするため、ある一定
以上計数する必要がある。

【０００３】そこで、放射線の強度測定を短時間で行う
には、単位時間当りの放射線の計数値を上げる必要があ
り、そのためには放射線発生装置の出力を上げたり、測
定対象と放射線検出器との間の距離を小さくする等の手
段が考えられる。しかし、放射線検出器により放射線の
強さを計数するだけでなくエネルギの弁別をも行う場合
には、放射線検出器に入る放射線の頻度が高くなると、
つまり強度が増すと計数値の数え落としという現象が問
題になる。

【０００４】ところで、放射線検出器により検出される
光子やその他の放射線粒子は電荷パルスに変換されると
共に波形成形され、その波高値からエネルギが求められ
、またそのパルスの個数から放射線の数が求められる。 しかし、放射線検出器への放射線の入射頻度が高くなる
とパルスの発生も頻繁になり、図６に示すように複数の
別々の光子によって発生したパルス２と３とが重なり合
って一つの大きなパルス４のようになってしまう。 このようにパルスが重なると、放射線の個数は実数より
も少なく計数されることになり（数え落とし）、また波
高値も変化するため（パイルアップ）、エネルギも正確
に測定できなくなる。

【０００５】このパルスの重なりを防ぐためには、波形
整形の際、パルス幅が小さくなるように波形整形の時定
数（以下時定数と呼ぶ）を小さく選んでやれば良いが、
このようにすると波形整形時の積分による雑音除去が不
十分となり、波高値の誤差、すなわちエネルギ測定の誤
差が大きくなってしまうと（エネルギ分解能の劣化）い
う問題があった。

【０００６】従来、これらの問題を解決する手法として
次のような方法が考えられていた。 （１）放射線検出器の検出信号が入力される波高値測定
回路と並列に放射検出器への入射タイミングおよび個数
を高速に測定する測定回路を設け、この測定回路により
パルスの重なりを検知して計数値の補正を行い、見掛上
のパルス個数の数え落としを小さくする方法。

【０００７】（２）放射線検出器とそれに付属する信号
処理回路をそれぞれ複数個使用することによって単位時
間に１個の放射線検出器当りに入る放射線の数を増やす
ことなく、システム全体の計数率を上げる方法（特開昭
６２−１２１３８２号公報）。 （３）複数のパルスが重なっているときは、これらを１
つのパルスと見なした場合のパルス幅が長くなるという
ことを利用して、パルス幅から計数率の補正を行い、見
掛上パルス個数の数え落としを小さくする方法（特開昭
６３−１０８３０２号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では次のような不具合がある。

【０００９】上記（１）の方法は、入射する全放射線の
個数に関しては数え落としが少なく計数できるが、必ず
しも放射線の一つ一つのエネルギを測定しているわけで
はないので、複数のエネルギの放射線を計測する場合に
は見掛上計数値が多くなるが、計数値のばらつきについ
ては全く改善されないという問題がある。

【００１０】また上記（２）の方法は、放射線発生装置
の出力を上げたり、測定対象と放射線検出器との間の距
離を小さくする等の計数率向上のための入射条件の変更
を行わずに計数率を向上できるので、最も単純で簡便な
方法であるが、高価な放射線検出器（半導体検出器）に
よるシステムを追加しなければならず、また複数個の放
射線検出器を限られたスペースに設置するには限度があ
り、必ずしも現実的とはいえない。

【００１１】さらに上記（３）の方法は、（１）の場合
と同様に複数のエネルギを持つ放射線を計測する際、仮
に全放射線の計数値の補正はできても、エネルギの測定
については放射線検出器に入射する一つ一つの放射線全
てについて行うわけにはいかないため、結果的に計数値
の測定精度が改善されない。

【００１２】本発明の目的は、新たに放射線検出器シス
テムを追加することなく、またエネルギの測定精度を劣
化させることなく、しかも実質的にパルスの個数の数え
落としを少なくして計数率の向上を図ることができる放
射線計数方法を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、放射線検出器を用いて放射線の計数とエネル
ギの弁別とを行う放射線計数方法において、放射線によ
って生じた電圧パルス波形を整形し、この整形後の電圧
パルスのピーク近傍から複数電圧値をサンプリングして
それぞれのサンプリング値を重み付けで加算することに
より、放射線のエネルギを求めるものである。

【００１４】また、整形後の電圧パルスのピーク近傍か
ら複数電圧値をサンプリングするタイミングと、それぞ
れのサンプリング値を重み付けで加算する際の係数を、
サンプリングタイミングが全体的にずれた場合にも重み
付け加算値の変動が少なくなるように予め規定したパル
ス波形に基づき設定するようにするものである。

【００１５】

【作用】このような本発明方法にあっては、従来のよう
にピークの１点のみをサンプリングするのではなく、ピ
ークの周辺の複数点をあるタイミングでサンプリングし
てそれらの値の加重和を取り出力することにより、波形
整形時の積分によるノイズ除去の不足を、波高値のサン
プリング段階で補うことができ、パルス幅を小さくしな
がらもエネルギ分解能を劣化させずに済むことになる。

【００１６】また、波形整形後のパルスのピーク付近の
ピークを挟んだ両側を複数点サンプリングし、重み付け
をして加算することにより、ジッタにより各サンプリン
グ点のサンプリング開始時間が全体的に多少ずれても、
各サンプリング値に重み付け係数をかけた値の増減が各
サンプリング値を加算することで相殺されるため、重み
付け加算値に対する影響を低減することができ、よりエ
ネルギ分解能を向上させることができる効果が得られる
。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１８】図１は放射線検出器として半導体検出器を
用いて亜鉛メッキ鋼板の蛍光Ｘ線分析を行って製造ライ
ンにフィードバックするシステムに本発明方法を適用し
た場合の構成例を示すものである。図１に示すように、
Ｘ線が半導体検出器５に入射すると、このＸ線は半導体
検出器５によって電気的なパルスに変換され、前置増幅
器６を経て波形整形増幅器７およびサンプリングタイミ
ング設定器８に入力する。波形整形増幅器７は前置増幅
器６の出力信号を波形整形すると共に増幅して詳細を後
述する波高弁別器９に送出し、またサンプリングタイミ
ング設定器８は波高弁別器９に入力される波形整形増幅
器７からの信号波形をサンプリングするタイミングを設
定するものである。そして、この波高弁別器９により波
高弁別された出力信号はカウンタ１０により計数される
。

【００１９】次に本実施例の作用について説明する。ま
ず、放射線検出器５に入射されるＸ線は、ＺｎおよびＦ
ｅのｋα線、ｋβ線等である。このうち、測定したいの
はＺｎｋα線であるとすれば、最もエネルギの近いＺｎ
ｋβとエネルギ的に分離して計数可能なエネルギ分解能
が必要である。また、測定時間を短くするには高計数率
での測定が要求される。この場合、単にＸ線管球の強度
を上げる等して半導体検出器５に入射するＸ線を多くす
るだけでは数え落としが生じて十分な効果が得られない
ばかりでなく、強くしすぎるとかえって計数率の低下を
招くことにもなりかねない。また、このことを回避する
ために単純に時定数を小さくするだけではエネルギ分解
能の低下を招き、Ｚｎｋα線とｋβとの分離が不十分に
なってしまう。

【００２０】そこで、時定数を短くすると同時にエネル
ギ分解能の劣化を抑えるため、波形整形増幅器７より波
高弁別器９に入力される図２に示すような波形整形パル
ス１に対してサンプリングタイミング設定器８により設
定された８点（ｔ＝ｔｉ，ｉ＝１〜８）で波形弁別器９
によりサンプリングを行い、ノイズが小さくなるように
重み付けして加算する。ここで、重み付け係数をａｉ（
ｉ＝１〜８）とすると、波高弁別器９では以下のような
演算が行われるわけである。 Ｓ＝Σａｉ・Ｖ（ｔｉ）

【００２１】Ｓは入射したＸ線のエネルギに比例した値
である。そして、波高弁別器９は、あらかじめ設定され
たエネルギ範囲に対応する値にＳが該当する場合、カウ
ンタぬわに対しパルスを出力する。

【００２２】この場合、各サンプリング点でのＳ／Ｎ比
が悪くなり過ぎないようにサンプリングはピークの半分
よりも大きな値となるところで行い、重み付け係数を波
形整形回路の定数から計算される各サンプリング点での
相対的な理論強度に比例する値としている。具体例とし
ては図３に示すような波形整形回路において、Ｃ×Ｒ＝
Ｔ　　　　　　Ｔ：時定数 Ｃ２　＝２Ｃ１ 　　Ｃ１　（Ｒ１　＋Ｒ２　）＝Ｔ Ｒ１　＝Ｒ２ としたものを用いるとすると、この回路のステップ入力
に対する応答Ｆｓは、ｔを時間として、　　Ｆｓ＝Ａ０
　［ｔ／Ｔ＋１＋２１／２　ｓｉｎ（ｔ−０．７５π）
］ｅｘｐ（ｔ／Ｔ）となる。ただし、Ａ０　は定数であ
る。

【００２３】この式により、サンプリングタイミングに
対応したパルスの大きさが理論的に求まる。そして、実
測した各サンプリング点でのパルスの大きさに、各サン
プリングタイミングでのパルスから理論的に求めた大き
さを重み付け係数として掛けてやり、それを加算する。

【００２４】また、サンプリング開始のタイミング（最
初のサンプリング点の時間）は、波形整形増幅器７およ
び波高弁別器８と並列に設けた高速なパルス処理回路で
あるサンプリングタイミング設定器８によって設定され
る。このようにして波高弁別器９より出力される信号は
カウンタ１０に送られ、計数される。

【００２５】ここで、波形整形増幅器７の時定数を０．
８μｓｅｃ　として本発明を適用した場合と、時定数を
２．２μｓｅｃ　として従来法を採用した場合との計数
効率の比較を図４に示す。この場合、エネルギ分解能は
、Ｚｎｋαに対し、どちらも３１５ｅＶ程度である。

【００２６】このように、エネルギ分解能を従来法と同
程度に保ちながらも、本発明方法においては時定数を上
記のように従来法の１／３程度（２．２μｓｅｃ　から
０．８μｓｅｃ　）に短くでき、図４に示すように実際
の計数値と数え落としがない場合の真の計数値の比であ
る計数効率を大きく向上させることができた。また、入
射Ｘ線が３０Ｋｃｐｓのとき、従来法では計数効率が約
５０％であるのに対し、本発明方法においては約９０％
である。 これは従来法に比べてある一定数のＸ線光子を数えるの
にかかる時間が約半分になることを示している。また、
測定時間を一定とすると、統計誤差が約０．７倍になる
ことを示している。次に本発明方法による他の実施例に
ついて述べる。

【００２７】この実施例では、上記の内容に加えてサン
プリングタイミング設定器８のジッタによる全サンプリ
ング点のサンプリングタイミングの全体的なずれのサン
プリング値の加重和に対する影響が小さくなるような工
夫を施すようにしたものである。具体的にはパルス形状
がピーク点に関してほぼ対称である範囲で、ピークの前
後に４点ずつ、ジッタによる８個のサンプリング値に重
み付け係数をかけた値の増減が、加算することにより相
殺されるように波形整形回路の定数から計算されるパル
スの各サンプリング点での相対的な理論強度から、各サ
ンプリング点間の時間を設定するものである。

【００２８】具体的には、ピークの波高値の１／２以上
の部分を端点を含めて８点とり、重み付け係数を上記実
施例の場合と同様に波形整形回路にパルスが入った場合
の各サンプリング点での波高値とした。これにより前述
と同様の効果に加え、ジッタのエネルギ測定値に対する
影響を小さくすることができる。

【００２９】この例では時定数を１μｓｅｃ　として上
記実施例のような工夫を行った場合Ａと、行わなかった
場合Ｂについてのサンプリングタイミングを表１に示す
ように設定した。

【００３０】

【表１】 また、サンプリング点を表１のように設定した場合の影
響低減効果を示すと図５のようになり、ジッタの加重和
に対する影響が小さいことが分かる。

【００３１】一方、上記各実施例では整形後の電圧パル
スのピーク近傍の複数電圧値をサンプリングしてそれぞ
れのサンプリング値を重み付き加算したが、整形前の電
圧パルス波形によりサンプリングのタイミングを設定し
、波形整形後のパルスについてサンプリングタイミング
によりサンプリングを行い、このサンプリングされた複
数個のデータについてピーク位置で最大となり、ピーク
位置から離れるに従い小さくなる係数により重み付きの
加算を行うようにしても前述同様の作用効果を得ること
ができる。

【００３２】また、上記各実施例では放射線としてＸ線
の場合について述べたが、他の放射線の計測にも適用可
能であることは言うまでもない。また、サンプリング点
数、サンプリング位置、重み付け係数なども上記の趣旨
を逸脱しない範囲で、上記とは異なるさまざまな条件に
設定してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、新た
に放射線検出器システムを追加することなく、またエネ
ルギの測定精度を劣化させることなく、しかも実質的に
パルスの個数の数え落としを少なくして計数率の向上を
図ることができる放射線計数方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放射線計数方法を説明するための
一実施例を示すブロック図。

【図２】同実施例において、波形整形後のパルスに対す
るサンプリング方法の説明図。

【図３】同実施例における波形整形回路の具体例を示す
構成図。

【図４】本発明方法と従来法とでの計数効率を比較して
示す図。

【図５】本発明の他の実施例における放射線計数方法に
よるジッタの影響低減効果を示す図。

【図６】従来の放射線計数方法で連続して検出器に入射
した２つのＸ線光子によって発生したパルスの重なりを
示す図。

【符号の説明】

１……波形整形後のパルス、５……半導体検出器、６…
…前置増幅器、７……波形整形増幅器、８……サンプリ
ングタイミング設定器、９……波高弁別器、１０……カ
ウンタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　放射線検出器を用いて放射線の計数と
   エネルギの弁別とを行う放射線計数方法において、放射
   線によって生じた電圧パルス波形を整形し、この整形後
   の電圧パルスのピーク近傍から複数電圧値をサンプリン
   グしてそれぞれのサンプリング値を重み付けで加算する
   ことにより、放射線のエネルギを求めることを特徴とす
   る放射線計数方法。
2. 【請求項２】　　整形後の電圧パルスのピーク近傍から
   複数電圧値をサンプリングするタイミングと、それぞれ
   のサンプリング値を重み付けで加算する際の係数を、サ
   ンプリングタイミングが全体的にずれた場合にも重み付
   け加算値の変動が少なくなるように予め規定したパルス
   波形に基づき設定することを特徴とする請求項１に記載
   の放射線計数方法。
3. 【請求項３】　　放射線検出器を用いて放射線の計数と
   エネルギの弁別とを行う放射線計数方法において、放射
   線によって生じた電圧パルス波形によりサンプリングの
   タイミングを設定し、且つ前記電圧パルス波形を整形し
   、この成形後のパルスについて前記サンプリングタイミ
   ングによりサンプリングを行い、サンプリングされた複
   数個のデータについてピーク位置で最大となり、このピ
   ーク位置から離れるに従い小さくなる係数により重み付
   きの加算を行うことを特徴とする放射線計数方法。