JPS6122266B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射性同位元素から放出される中性子
およびガンマ線を１個の検出器で検出し、得られ
たパルスを波形弁別回路により中性子とガンマ線
に分離して各々を測定する中性子・ガンマ線測定
回路に係り、特に検出増幅系のリニアゲインなら
びに中性子・ガンマ線弁別特性を自動的に制御し
安定化する装置に関する。

１個の検出器で中性子とガンマ線の両者を測定
するには中性子とガンマ線の弁別が必要になる。
これを行う方法として波形弁別回路がある。例え
ば第１図に示すように、検出器に反跳陽子形有機
シンチレータ１を使用すると中性子とガンマ線に
よる発光の減衰時間に差が生じる。すなわち、第
３図に示すようにガンマ線の減衰時間は短かく、
中性子の減衰時間は長い。この発光を光電子増倍
管２で電気パルスに変換し、プリアンプ３および
リニアアンプ４を介して増幅し、波形弁別回路５
の積分回路で積分すると減衰時間の差はパルス波
高に変換される。したがつて、波形弁別回路５の
出力に対しパルスハイトチヤンネル６，７を設
け、それぞれ中性子とガンマ線のパルスが入るよ
うにチヤンネルの位置と幅を設定して各計数値が
得られる。８は光電子増倍管２を動作させるため
の高電圧を供給する高圧電源である。

以上の構成による測定において、中性子および
ガンマ線の計数は種々の要因により変動し測定誤
差を生じる。その変動は主として波形弁別回路５
までのリニアゲインの変化と、波形弁別特性の変
化にもとづく波形弁別回路５の出力パルスの波高
分布（または時間分布）のピーク・谷の位置変化
とによつて生じる。これを波形弁別回路５の出力
波高分布においてみたものを第２図に示す。第２
図の実線は変動前の波高分布であり、破線は光電
子増倍管などのリニアゲインの減少により波形弁
別回路の内部（入力部）にあるデイスクリミネー
タ通過パルスが減少した場合の波高分布を示す。
また一点鎖線は温度変化などに伴う波形弁別特性
の変化によつて波高分布が高い側へずれた場合を
示す。

このような現象に対し、従来第１には、データ
処理で対処してきた。すなわち、波形弁別回路５
の出力をマルチチヤンネルアナライザで測定し、
波高分布の谷の位置で中性子とガンマ線に分離し
て各計数値を得る。この場合リニアゲインに関し
ては標準線源を使つて測定のつどゲアン校正を行
なう。しかしこのような方法では連続測定に適さ
ないのは言うまでもない。第２には、、標準線源
としてガンマ線源をシンチレータ内または近くに
常時配置し、同線源によるガンマ線計数値ならび
に波形弁別回路出力ピーク位置をモニターするこ
とにより、リニアゲインおよび波形弁別特性を制
御する方法がある。この場合には中性子の連続測
定は可能であるが、標準線源からのガンマ線の存
在のために同時にガンマ線の測定をすることがで
きない。第３には有機シンチレータ、光電子増倍
管およびプリアンプから構成される検出器さらに
増幅器および波形弁別回路を一定温度に制御して
使用することである。この場合には各ユニツトの
温度影響はなくすることができるが光電子増倍管
などのゲインの経時変化は制御できない。

本発明の目的は、周囲温度その他の原因による
リニアゲインならびに中性子・ガンマ線弁別特性
の変動を打ち消すようそれらを自動制御しなが
ら、連続的に測定可能にする測定装置を提供する
ことにある。

本発明においては、まずリニアゲイン変化に対
しては波形弁別回路入力部に高レベルおよび低レ
ベルの２つのデイスクリミネータを設け、それぞ
れの通過パルスの計数比が一定になるように検出
器のゲインを制御する。検出器の出力パルスの波
高分布の例を第４図(a)に示すす。第４図(b)は(a)の
分布から中性子を、第４図(c)は(a)の分布からガン
マ線をとり出した波高分布であり、HLは高レベ
ルデイスクリ、LLは低レベルデイスクリを示
す。実際の測定においては、中性子およびガンマ
線の各強度すなわち計数値は大きく変わるが、そ
れぞれのエネルギースペクトルはほとんど変化し
ない。したがつて、それぞれのパルス波高分布は
ゲインが変わらないかぎり一定している。もし、
ゲインに変化が生じたときは、各波高分布は第４
図(c)に示すように伸縮され、波高レベル部分成分
の比率が変化する。このことを利用して高低２つ
のデイスクリミネータ通過パルス数の比が一定に
なるように検出器ゲインを制御する。この場合、
中性子・ガンマ線の計数値はゲインが一定でも測
定条件により変化するから、波形弁別後の中性子
およびガンマ線いずれか一方だけの波高分布に関
してこれを行う必要がある。他方、波形弁別特性
の変化に対しては、低レベルデイスクリミネータ
通過パルスを波形弁別したのちのパルス波高分布
（または時間分布）について、そのピーク位置の
変化を監視するよう、たとえばガンマ線のピーク
の片側半分の計数値と全ガンマ線の計数値との比
をとると、この比の値は波高分布の移動にともな
つて変化するので、その計数値の比が一定になる
ように波形弁別回路内の時間波高変換ゲインまた
はタイムデイレイを制御する。

第５図に本発明の実施例を示す。有機シンチレ
ータ１１に生じた中性子またはガンマ線のパルス
は光電子増倍管１２、プリアンプ１３、リニアア
ンプ１４を通つて波形弁別回路１５に入る。波形
弁別回路１５には入力パルスに対するデイスクリ
ミネータが内蔵されているので、これを低レベル
デイスクリミネータとして調整する。時間波高変
換部を内蔵する波形弁別回路１５の出力波高分布
に対し、パルスハイトチヤンネル１７，１８，１
９の位置と幅を次のように設定する。すなわちパ
ルスハイトチヤンネル１７はガンマ線の全計数、
パルスハイトチヤンネル１８はガンマ線のピーク
位置で分割した低波高側半分の計数、パルスハイ
トチヤンネル１９は中性子の全計数が得られるよ
うに設定する。以上のパルス波高分布に対する各
チヤンネルの位置を第６図に示す。波形弁別回路
１５と並列に設けられた波形弁別回路１６のデイ
スクリミネータは高レベルデイスクリミネータと
して調整し、パルスハイトチヤンネル２０は波形
弁別回路１６の出力波高分布に対してガンマ線の
全計数が得られるようにそのチヤンネルの位置と
幅を設定する。以上の４チヤンネルのうち、パル
スハイトチヤンネル１７と１９からそれぞれ測定
しようとするガンマ線および中性子の計数値が得
られる。

次にパルスハイトチヤンネル１７から得られる
低レベルデイスクリミネータ通過ガンマ線の全計
数とパルスハイトチヤンネル２０から得られる高
レベルデイスクリミネータ通過ガンマ線の全計数
の比率を比率変換器２２において直流電圧に変換
し、この直流電圧で高圧電源２３の出力高電圧を
次のように制御する。高レベルデイスクリミネー
タ通過計数／低レベルデイスクリミネータ通過計
数の比の値が設定値より大きくなつたときは高圧
電源２３の出力高電圧を下げ、逆に小さくなつた
ときは高電圧を上げるように比率変換器２２と高
圧電源２３を接続する。次にパルスハイトチヤン
ネル１７の低レベルデイスクリミネータ通過ガン
マ線の全計数とパルスハイトチヤンネル１８の低
レベルデイスクリミネータ通過ガンマ線の一部
（ピーク下側）の計数との比率を比率変換器２１
において直流電圧に変換し、この直流電圧で波形
弁別回路１５の時間波高変換回路の変換ゲインを
次のように制御する。ピーク下側計数／全計数の
比の値が設定値より大きくなつたときは、波形弁
別回路１５の変換ゲインを上げ、逆に小さくなつ
たときは変換ゲインを下げるように接続する。

この実施例において温度変化などにより光電子
増倍管１２のゲインが上つた場合を考えると、高
低レベルデイスクリミネータ通過計数ともに増加
するが、リニアゲインの増加に伴うパルス波高値
の増加は当然パルス波高に比例して大きいため、
通常高レベルデイスクリミネータ通過計数の増大
率の方が低レベルデイスクリミネータ通過計数の
増大率より大きい。したがつて高レベルデイスク
リミネータ通過計数／低レベルデイスクリミネー
タ通過計数の比の値はリニアゲインの増加ととも
に増大する。このとき比率変換器２２の出力電圧
が上り、高圧電源２３の高電圧を下げるように制
御が働らく、リニアゲインが下つた場合は逆の動
作が行なわれ常に一定のゲインになるようにゲイ
ン制御が行なわれる。ここで２つのデイスクリミ
ネータの比をとるに際してガンマ線または中性子
の分離後の計数を用いるのは、ガンマ線と中性子
の各計数は測定ごとに変りしたがつて両者を分離
しないときのリニアパルス波高分布は測定ごとに
変るのに対して、ガンマ線のみまたは中性子のみ
のリニアパルス波高分布は限られた測定範囲にあ
つては事実上ほとんど変わらないものとみなしう
ることを前提としている。同じ第５図の実施例に
おいて温度変化などにより波形弁別回路１５の出
力の波高分布が高い方へ移動した場合を考える
と、ピークの低波高側半分のガンマ線計数値（パ
ルスハイトチヤンネル１８）はピーク部分の大き
い計数が離脱するので著しく減少するのに対し、
ガンマ線の全計数値（パルスハイトチヤンネル１
７）は波高分布の谷の位置で中性子計数と区別し
ているので大して変わらない。したがつてピーク
下側計数／全計数の比の値は減少し比率変換器２
１の出力電圧も小さくなつて波形弁別回路１５の
時間波高変換ゲインを下げるように制御が働らく
ため、波高分布は元の位置に引き戻される。逆の
場合も同様な補償が行なわれ中性子・ガンマ線の
ピーク位置および谷の位置が動かないように弁別
特性の制御が行なわれる。

第７図は本発明の他の実施例を示すもので、第
５図と異なつているのは、第５図では波形弁別回
路を２個、パルスハイトチヤンネルを４個使用す
るのに対し、第７図では波形弁別回路を１個、パ
ルスハイトチヤンネルを２個とガンマ用タイムチ
ヤンネルを２個用いている。低レベルデイスクリ
ミネータ（LLD）３１と高レベルデイスクリミ
ネータ（ULD）３２とを備えた波形弁別回路ユ
ニツト３０を改造し、LLD通過パルスに対して
は第３図の実施例同様の波形弁別および時間波高
変換を行つてパルスハイトチヤンネル（中性子計
数およびガンマ線一部計数用）を設定するが一
方、ガンマ線LLD３１およびULD３２通過パル
ス全計数を得るには、波形弁別回路およびパルス
ハイトチヤンネルを設けることなく、中性子計数
でないものはガンマ線計数であるという前提に基
づき、時間領域において中性子パルスによるアン
チコインシデンスゲートを設けるようにしたもの
である。すなわち、LLD３１を通過したパルス
は波形弁別および波高変換されたパルスハイトチ
ヤンネル３４，３５に入る。パルスハイトチヤン
ネル３４は中性子計数を得るべくチヤンネルの位
置、幅を設定され、パルスハイトチヤンネル３５
はガンマ線のピーク位置で分割した低波高側半分
の計数を得るべく設定される。次にLLD３１通
過パルスのうちのガンマ線の全計数を得るために
LLD３１通過パルスとパルスハイトチヤンネル
３４の出力とのアンチコインシデンスをとる。

パルスハイトチヤンネル３４の出力はフリツプ
フロツプ３６をセツトし、一方LLD３１を通つ
た全パルスは遅延回路３７に送られ一定時間遅延
された後ユニツトバイブレータ３８を駆動し、さ
らにリセツトジエネレータ３９を駆動してフリツ
プフロツプ３６をリセツトする。このフリツプフ
ロツプ３６とユニバイブレータ３８の出力は
NANDゲート４０に入力する。ただし、フリツプ
フロツプ３６の出力は反転出力を使う。以上の回
路の動作を第８図のタイムチヤートで説明する
と、いま、LLD３１を通過したパルスが中性子
によるものとすると、パルスハイトチヤンネル３
４の出力によりフリツプフロツプ３６はセツトさ
れる。ユニバイブレータ３８からも出力が出るの
で、NANDゲート４０の出力はＨレベルのまま変
化しない。次に、LLD３１を通過したパルスが
ガンマ線のときはフリツプフロツプ３６はセツト
されない。ユニバイブレータ３８からは出力が出
るのでNANDゲート４０の出力はＨレベルからＬ
レベルに変化し出力が得られる。すなわち、
NANDゲート４０の出力はガンマ線の計数であ
る。

NANDゲート４０の出力はインバータ４１で反
転され、比率変換器２１を駆動する。なお、遅延
回路３７はパルスハイトチヤンネル３４からのパ
ルスは波形弁別のため時間的に遅れるので、
LLD３１を通つたパルスも同程度遅らせてタイ
ミングを合わせるためである。また、リセツトジ
エネレータ３９でフリツプフロツプ３６をリセツ
トするのは次のパルスにそなえるためである。次
に高レベルデイスクリミネータを通過したガンマ
線の計数を得るために、ULD３２を通過したパ
ルスのうち中性子以外はガンマ線であるから、パ
ルスハイトチヤンネル３４の出力の中性子パルス
とULD３２を通過したパルスのアンチコインシ
デンスをとる。ULD３２の通過パルスは遅延回
路４２で遅延されたのちユニバイブレータ４３を
駆動し、NANDゲート４４に入る。ここでフリツ
プフロツプ３６の出力とのアンチコインシデンス
がとられガンマ線の計数が得られる。この場合
ULD３２を通過するパルスは必らずLLD３２を
も通過するので、フリツプフロツプ３６のリセツ
トはLLD３１を通過したパルスで行なわれる。
したがつてULP３２側にはリセツトジエネレー
タは必要としない。以上で必要とする計数はすべ
て得られたので、それらを用いてリニアゲインお
よび波形弁別特性の制御を行なうことができる。
すなわち、比率変換器２２においてインバータ４
１の低レベルデイスクリミネータ通過ガンマ線全
計数とインバータ４５の高レベルデイスクリミネ
ータ通過ガンマ線全計数との比をとりゲイン制御
を行なう。比率変換器２１においてはパルスハイ
トチヤンネル３５のガンマ線の一部の計数とイン
バータ４１のガンマ線全計数との比をとつて波形
弁別特性の制御を行なう。これらの制御の方法は
第５図の実施例と同じである。

第９図は本発明の他の実施例を示す。第５，第
７図の実施例では、波形弁別回路シンチレーシヨ
ンの減衰時間をパルス幅に変換するとともにそれ
をパルスハイトに変換して出力し、パルスハイト
チヤンネルで中性子およびガンマ線（またはガン
マ線の一部）の計数をとり出していた。これに対
し第９図の実施例ではパルスハイト変換をするこ
となく、中性子とガンマ線とでその幅の異なるパ
ルスに対し直接タイムチヤンネルを用いて目的と
する計数を得るものである。中性子による発光パ
ルスの減衰時間は長くガンマ線の場合は短いた
め、波形弁別回路５１の出力は第９図に示すよう
に中性子ではパルス幅が長くガンマ線はパルス幅
が短くなる。タイムチヤンネル５２，５３は入力
パルスの立上りから一定時間遅れてチヤンネルを
開くタムデイレイを持ち、この遅れ時間は外部制
御が可能で、チヤンネルの幅は任意に設定でき
る。タイムチヤンネル５２は入力パルスの立上り
からt₁時間遅れてチヤンネルt₂時間開き、タイム
チヤンネル５３は入力パルスの立上りからt₁＋t₂
時間遅れてチヤンネルをt₃時間開き、それぞれの
タイムチヤンネルは入力パルスの立下りを検出す
る。タイムチヤンネル５２，５３の出力はそれぞ
れガンマ線と中性子の計数になる。さらにタイム
デイレイとチヤンネル幅を調整してガンマ線のピ
ークで分割した一部の計数値も得られる。以上の
ようにタイムチヤンネルを使い必要とする各計数
値を得てゲイン制御と弁別特性の制御を行なう。
ゲイン制御の方法は前記の実施例と同じである
が、弁別特性の制御はタイムチヤンネル２，３の
デイレイタイムt₁を制御する。

本発明による中性子およびガンマ線の測定装置
によれば、実験室などで外乱を考慮することなく
長期的に安定した測定が可能となるだけでなく、
さらには周囲条件、使用条件の過酷に工業的利
用、あるいはポータブル化して野外の土質調査な
どへの利用も可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術を説明するブロツク図、第２
図は従来技術を説明する波高分布図、第３図は中
性子とガンマ線の減衰特性を示す図、第４図は検
出器の出力パルスの波高分布を示す図、第５図は
本発明の一実施例を示すブロツク図、第６図は各
チヤンネルとパルス波高分布との関係を示す図、
第７図は本発明の他の実施例を示すブロツク図、
第８図は第７図の実施例を説明するタイムチヤー
ト、第９図は本発明の他の実施例を示すブロツク
図である。 １１……有機シンチレータ、１２……光電子増
倍管、１３……プリアンプ、１４……リニアアン
プ、１５，１６……波形弁別回路、１７〜２０…
…パルスハイトチヤンネル、２１，２２……比率
変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中性子およびガンマ線の両方を検出する検出
   器、低レベルのデイスクリミネータを有し前記検
   出器からの出力パルスを中性子とガンマ線とに弁
   別する第１の波形弁別回路、高レベルのデイスク
   リミネータを有し前記検出器から出力パルスを中
   性子とガンマ線とに弁別する第２の波形弁別回
   路、前記第１の波形弁別回路からの中性子および
   ガンマ線の計数値を求める計数器、前記第１，第
   ２の波形弁別回路からの中性子あるいはガンマ線
   のどちらか一方の計数値の比を求め、この比が一
   定になるように前記検出器のゲインを制御する手
   段、前記第１の波形弁別回路から中性子およびガ
   ンマ線のどちらか一方のパルスについて２つの異
   なる部分の計数値を求め、この計数値の比が一定
   になるように前記第１の波形弁別回路を制御する
   手段とから構成したことを特徴とする中性子およ
   びガンマ線の測定装置。