WO2006077752A1 - 放射線方向性検出器及び放射線モニタリング方法、装置 - Google Patents

放射線方向性検出器及び放射線モニタリング方法、装置 Download PDF

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Yoshiyuki Shirakawa
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    • G01T1/2907—Angle determination; Directional detectors; Telescopes

Definitions

  • Radiation direction detector Radiation direction detector, radiation monitoring method and apparatus
  • the present invention relates to the direction of incidence of radiation such as gamma rays and beta rays that enter from the circumferential direction in fields that use radioactive materials and radiation, such as the nuclear power industry, radiology, radiation industry measurement, and nondestructive inspection.
  • the present invention relates to a radiation direction detector, a radiation monitoring method, and an apparatus for detecting a radiation.
  • a radiation direction detector having a wide directivity suitable for use in a monitoring post for detecting leakage of radiation to the environment around a nuclear facility such as a nuclear power plant, and the detector is used.
  • a conventional gamma ray detector used as a survey meter or a monitoring post calculates a count rate that is a count per unit time or a dose rate that is a dose per unit time.
  • a CsI (Tl) scintillator 34 is joined to the rear side, and radiation detector 30 that generates directivity is also developed based on the relationship between the shape of the electric pulse generated when gamma rays are incident and the shape characteristics such as rise and fall.
  • 36 is a photoelectric conversion element
  • 38 is a light shielding case.
  • the plastic scintillator 32 has a low density.
  • the probability that the plastic scintillator 32 reacts when 2 keV gamma rays are also incident is, for example, about 5% at most in the calculation result using the public code EGS4 of the Monte Carlo simulation method, and 95% has no reaction. It does not start and enters the rear CsI (Tl) scintillator 34 and is incapable of calculation in principle. That is, the problem of low gamma ray detection efficiency arises.
  • the sensitivity of response varies greatly depending on the incident angle.
  • the sensitivity is high in the forward direction facing the plastic scintillator 32, but the sensitivity decreases sharply in the horizontal direction at 20 degrees or more, so it is not suitable for monitoring bosses that require wide directivity. Furthermore, (3) when setting the directivity, a separate operation for recognizing complicated elements such as the size and shape of the electric pulse is required. (4) There is no sensitivity behind the detector. In addition, (5) there was a problem that the counting rate and dose rate of radiation on the spot could not be obtained.
  • the present invention reduces the weight of the detector, improves the radiation detection efficiency, refines the detection information by measurement in the half or full circumference direction, and improves the operability by simplifying the settings.
  • the task is to plan.
  • the present invention is a radiation direction detector for detecting the incident direction of radiation, and at least a part of the detector is overlapped in the circumferential direction so as to form a shadow with respect to the radiation incident from the circumferential direction.
  • a plurality of scintillators made of the same material and arranged so that light emitted from one scintillator does not enter another scintillator, and a light receiving element optically joined to each scintillator.
  • two scintillators are used to detect the incident direction over a half circumference of 0 to 180 degrees.
  • the number of scintillators is three or more, and the incident direction covers the entire circumference from 0 degrees to 360 degrees. Can be detected.
  • the scintillator is formed by dividing a single scintillator into a plurality of parts in the circumferential direction so that the characteristics are uniform and the manufacture is facilitated.
  • each scintillator is connected to an amplifier having a different amplification factor, a single A / D conversion is connected to the amplifier, and the wave height analyzer corresponding to each scintillator is connected to the AZD conversion. Can be analyzed at low cost.
  • an amplifier is connected to each scintillator, AZD conversions having different conversion rates are connected to each amplifier, and a pulse height analyzer corresponding to each scintillator is connected to the AZD conversion. It is also possible to analyze at low cost.
  • each scintillator is connected to an amplifier, each amplifier is connected to an AZD transformation, and each A, D transformation and a wave height analyzer are connected to each of the scintillators to achieve high accuracy. Analysis is possible.
  • the present invention also provides a radiation monitoring method using the above-mentioned radiation direction detector.
  • the present invention provides a radiation monitoring apparatus comprising the radiation direction detector.
  • the incident direction can be directly obtained as a numerical value in a half-round of 0 to 180 degrees or in the entire circumferential range of 0 to 360 degrees, and both the force and the sensitivity depending on the direction are stable.
  • a detector can be obtained.
  • by setting the ratio it can be given any directivity, and a survey meter with alarm can be realized.
  • since a lead collimator is not required it is lightweight and excellent in portability.
  • the position of the radiation source can be specified by knowing the incident directions with respect to a plurality of detectors. Therefore, from the viewpoint of radiation management, protection, and monitoring, it can be a detection device that is effective during normal times and emergencies. In particular, when the same scintillator is used, dose evaluation is easy.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a radiation detector described in Patent Document 1.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 Similarly, (A) a plan view and (B) a sectional view.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the scintillator portion.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the measurement apparatus.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the control device.
  • FIG. 7 is a plan view for explaining the measurement principle of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the incident direction and the ratio.
  • FIG. 10 is a plan view showing a modified example of the joining scintillator.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the measurement apparatus of the third embodiment.
  • FIG. 13A is a plan view and FIG. 13B is a cross-sectional view showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a spectrum diagram of an example of the first embodiment.
  • FIG. 15A is a plan view and FIG. 15B is a front view showing a configuration of an application example of the present invention.
  • the detection unit 40 of the gamma-ray directionality detector according to the first embodiment of the present invention is shown in Fig. 2 (perspective view), Fig. 3 (A) (plan view), and Fig. 3 (B) (see also the front force).
  • Cross-sectional view) and Fig. 4 (exploded perspective view of bonded scintillator) are formed into a cylindrical shape by joining fan-shaped scintillators 41, 42, 43 with a high vertical angle of 120 degrees with high luminous efficiency as shown in Fig. 4 And a light receiving element 51, 52, 53 having a light receiving surface optically coupled to the joint scintillator 44.
  • Reflective members 45 and 46 for preventing the light emission power of one scintillator from entering other scintillators are interposed at the boundary surfaces of the respective fan-shaped scintillators 41, 42 and 43.
  • a reflective material is used in this way, light emitted from a scintillator can be reflected back into the scintillator and detection efficiency is high.
  • the method for preventing the interference between the scintillators is not limited to this.
  • an absorbing material may be used, or air may be interposed between the scintillators to totally reflect the inner surface of the scintillator.
  • the detector 40 includes a detector 61 including the scintillator 41 and a light receiving element 51, a detector 62 including the scintillator 42 and the light receiving element 52, and the scintillator.
  • a detector 63 composed of 43 and a light receiving element 53 is built in.
  • the power supply 60 that supplies power to each detector 61, 62, 63 and the output signal of each detector 61, 62, 63 are input and amplified.
  • the range of An alarm setting device 91 for setting by the rate R and an alarm device 92 for generating an alarm when the ratio R enters the range are connected.
  • the control device 70 includes, for example, three amplifiers 71, 72, 73 having different amplification factors as shown in FIG. 6, the same as the scintillator, a single AZD variable ⁇ 74, and the same number of scintillators 3 A multi-channel wave height analyzer 77 with more channels is provided.
  • one type of scintillator is divided into three scintillators 41, 42, 43 having an apex angle of 120 degrees, and reflectors 45, 46 are applied to the divided surfaces and connected to each other to form one A joint scintillator 44 is formed, and the scintillators 41, 42, and 43 are optically coupled to the light receiving surfaces of the light receiving elements 51, 52, and 53, respectively, to form a detection unit 40.
  • High-density fan scintillators 41, 42, 43 for example, high detection efficiency with respect to gamma rays, NaI (T1) scintillator is used, and the circumferential direction from 0 degrees to 360 degrees is used.
  • a detector having effective directivity can be configured.
  • the circumferential position of the joining scintillator 44 in the plan view of FIG. 7 (A) is defined as 0 degree in the left direction of the joining scintillator 44 and 180 degrees in the right direction by turning counterclockwise. 360 degrees in the direction of the circumference.
  • the gun is seen from the 60 degree direction of the joining scintillator 44.
  • a certain object causes a photoelectric effect in the scintillator 41, and a certain object passes through the scintillator 41 without reacting, and the scintillators 42 and 43 cause a photoelectric effect.
  • Light pulses due to the photoelectric effect of the scintillators 41, 42, 43 are converted into charge pulses by the corresponding light receiving elements 51, 52, 53, and output to the control device 70.
  • step 1000 When radiation such as gamma rays or beta rays enters the scintillators 41, 42, and 43, light is emitted and light pulses are generated (step 1000).
  • This light pulse is detected by the light receiving elements 51, 52, and 53 and converted into electricity (step 1010), and the weak analog electrical output signal is amplified by the amplifiers 71, 72, and 73 at a predetermined amplification factor (step 1020). Further, the amplified signal is AZD converted by the AZD converter 74 to obtain a digital signal corresponding to the intensity of the optical pulse (step 1030), and the digital signal is analyzed by the multi-channel pulse height analyzer 77 to obtain a peak. 41P, 42P, and 43P are obtained (step 1040).
  • the light receiving element is not limited to a single photomultiplier tube, but is composed of a large number of photomultiplier tubes, and simultaneously detects the light emission of a large number of scintillators.
  • a multi-anode photomultiplier tube that outputs an electrical signal indicating the position of the optical element is also included.
  • the scintillators 41, 42, 43 are all the same material, they cannot be identified by the wave height analyzer 77 in the subsequent stage. Therefore, in this embodiment, by changing the amplification factors of the amplifiers 71, 72, 73 in the control device 70 as shown in FIG. 6, after the AZD conversion by the AZD conversion 74, a single multichannel wave height analyzer is obtained. 77 makes it possible to identify them and reduce costs. In place of a single multi-channel pulse height analyzer, a number of single-channel pulse height analyzers corresponding to the scintillator may be used.
  • each charge pulse enters the amplifiers 71, 72, and 73, and assuming that the amplification factor ratio of the amplifier 71 is 100%, the amplifier 72 is 50% and the amplifier 73 is 25%, for example. to go into.
  • the wave height analyzer 77 shown in FIG. 6 displays the spectrum obtained as a result of the wave height analysis for easy understanding. However, the wave height analyzer 77 does not actually have a function for displaying the spectrum. Also good.
  • the count value of each peak is obtained by the peak calculation software 81 already in practical use, for example, the count of the peak 41P by the scintillator 41, the peak 42P by the scintillator 42, and the peak 43P by the scintillator 43 is obtained.
  • R 3/5, 1/5, 1Z5) is obtained.
  • each ratio R is in the range of 1/5 to 3/5 in this example.
  • the ratio of direct incidence and indirect incidence changes from the 0 degree direction to the 360 degree direction, and accordingly, the ratio scales change as shown in the graphs 41G, 42G, and 43G in FIG. Therefore, conversely, by obtaining the combination of the ratios R, the incident direction of gamma rays can be known.
  • an alarm can be generated from the alarm device 92 when gamma rays are incident from that direction.
  • the number of scintillators is assumed to be 3! /, So detection in the circumferential direction from 0 degrees to 360 degrees is possible. Note that the number of scintillators is not limited to three, and the number of scintillators may be two if detection in the half-circumferential direction from 0 degrees to 180 degrees is sufficient. It may be 4 or more.
  • the shape of the joining scintillator 44 is not limited to a cylindrical shape, and FIG.
  • a polygonal column such as a hexagonal column as illustrated in (A), an elliptical column, or a hollow donut shape as illustrated in Fig. 10 (B), and light receiving elements 51, 52, and 53 arranged inside It may be.
  • the gamma-ray directionality detector according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • the power obtained by changing the amplification factors of the amplifiers 71, 72, and 73 In the embodiment, a single multichannel wave height analyzer 77 is used after performing AZD conversion by changing the conversion rate of the AZD converters 74, 75, and 76 as shown in FIG. Make identification possible and reduce costs.
  • the incident direction of gamma rays can be known, and an alarm can be set.
  • the detection unit 100 is shown in Fig. 13 (A) (plan view) and Fig. 13 (B) (viewed from the front).
  • a light receiving element 111 having a light receiving surface optically coupled to the cylindrical scintillator 101 and an optically coupled light receiving surface 111 and the cylindrical scintillator 102 are optically arranged.
  • the light receiving element 112 having a light receiving surface coupled to the light receiving element 112 and the cylindrical scintillator 103 are arranged in a direction perpendicular to the light receiving element 113 having an optically coupled light receiving surface and arranged in the circumferential direction.
  • a thin aluminum foil is reflected on the Nal (Tl) scintillators 41, 42, and 43 of a fan-shaped column with a diameter of 75 mm and a thickness of 50 mm and a vertical angle of 120 degrees.
  • the detection unit 40 is configured by using the multiplier tube as the light receiving elements 51, 52, and 53.
  • the material of the case of the detection unit 40 is an anoromium that shields visible light and ultraviolet rays that disturb the light emitted by the scintillator, or stainless steel.
  • a high voltage of about 800 V was supplied from the power supply device 60 to the detectors 61, 62, and 63.
  • Cs 137 which is a typical gamma ray source used for calibration of general survey meters and the like and used in industrial measurement devices, non-destructive inspection devices, etc., was prepared.
  • the radioactivity intensity was weak 3.7MBq.
  • the radiation source was installed at a position 100 cm from the center of the scintillator joint surface, rotated from 0 degrees to 360 degrees in the circumferential direction with respect to the cylinder axis, and counted for 300 seconds in each direction.
  • this condition is that a normal 37 GBq source is 10 m away, and the number of gamma rays incident on the junction scintillator 44 is the same as when counting for 3 seconds.
  • the general-purpose peak calculation software 81 built in the CPU 80 can recognize the peaks and obtain the count values of these peaks. Then, the ratio R is calculated by the ratio calculation software 81 built in the CPU 80.
  • the ratio R is included in the range.
  • Alarm is generated by alarm device 92.
  • the incident direction is obtained numerically and has a function of generating an alarm.
  • the Nal (T1) scintillator is used! /, But Csl (T1) scintillator, some! / ⁇ can be replaced with a BGO scintillator or another scintillator.
  • the diameter of the coupling scintillator 44 is set to 75 mm as in the embodiment.
  • each scintillator and the light receiving surface of the light receiving element is structurally easy to directly join, but can be indirectly joined via an optical fiber or the like. is there.
  • the detector of the present invention is mounted on a fixing means 202 such as a tripod or a pole as shown in Fig. 15 (A) (plan view) and Fig. 15 (B) (front view). It can be used as a wide directivity gamma ray monitoring post 204 provided around the periphery. It can also be used as a wide directivity gamma ray survey meter.
  • a fixing means 202 such as a tripod or a pole as shown in Fig. 15 (A) (plan view) and Fig. 15 (B) (front view). It can be used as a wide directivity gamma ray monitoring post 204 provided around the periphery. It can also be used as a wide directivity gamma ray survey meter.
  • the detection target is not limited to gamma rays, and can be applied to detection of the direction of beta rays by using My force or the like. In this case, the location of surface contamination can be detected quickly.
  • the present invention relates to gamma rays and beta rays incident from the circumferential direction in fields where radioactive materials and radiation are used, such as in the nuclear industry, radiology, radiation industry measurement, and nondestructive inspection. It can be used to detect the incident direction.

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Abstract

　放射線の入射方向を検出するための放射線方向性検出器であって、周方向から入射する放射線に対して互いに影を形成するよう、周方向に少なくとも一部を重ねて配設された、同じ材質からなり、あるシンチレータの発光が他のシンチレータに入射しないようにされた複数のシンチレータ（４１、４２、４３）（１０１、１０２、１０３）と、各シンチレータと光学的に接合された受光面を有する受光素子（５１、５２、５３）（１１１、１１２、１１３）とを備え、各シンチレータにおける、直接入射する放射線と他のシンチレータの影になって間接的に入射する放射線の割合の組合せが、周方向における入射方向により異なるようにして、検出器の軽量化、放射線の検出効率の向上、半周又は全周方向の計測による検出情報の精緻化、設定の簡易化による操作性の向上を図る。

Description

明 細 書
放射線方向性検出器及び放射線モニタリング方法、装置
技術分野
[0001] 本発明は、原子力産業、放射線医療、放射線工業計測、非破壊検査等のように、 放射性物質や放射線を使用する分野で、周方向から入射するガンマ線やベータ線 等の放射線の入射方向を検出するための放射線方向性検出器、及び、放射線モ- タリング方法、装置に係る。特に、原子力発電所等の原子力設備の周囲で環境への 放射線の漏れを検知するモニタリングポストに用いるのに好適な、広い指向性を有す る放射線方向性検出器、及び、該検出器を用いた放射線モニタリング方法、装置に 関する。
背景技術
[0002] サーベイメータやモニタリングポストとして用いる従来のガンマ線検出器は、単位時 間当たりの計数である計数率、あるいは、単位時間当たりの線量である線量率を求め るものであった。
[0003] そこで、放射線の飛来する方向と!/、う重要な情報を計測するためには、ガンマ線検 出器に大きく重い鉛製のコリメータを装着し、該鉛コリメータを通過した一方向からの ガンマ線のみに感度を得る方法が採られていた。し力しながら、この方法では、鉛製 のコリメータが重量物となり、検出器が大きくなつて、可搬性が損なわれるという問題 があった。又、検出器の一部からしかガンマ線が入射しないため、その場の（全方向 から入射する)放射線の計数率、線量率が求まらな 、と 、う問題もあった。
[0004] このような問題を解決する目的で、例えば特開平 5— 66275号公報に記載されて いるように、図 1に示す如ぐ前方に 5mm等の平板状の薄いプラスチックシンチレ一 タ 32、その後方に CsI (Tl)シンチレータ 34を接合し、ガンマ線が入射した時に生じる 電気パルスの大きさや、立上り、立下り等の形状特性の関係から、指向性を生じさせ る放射線検出器 30も開発されている。図 3において、 36は光電変換素子、 38は遮 光ケースである。
[0005] しかしながら、（1)プラスチックシンチレータ 32は密度が小さぐ例えば Csl37の 66 2keVのガンマ線が前方力も入射した場合、前記プラスチックシンチレータ 32が反応 する確率は、例えばモンテカルロシミュレーション法の公開コード EGS4を用いた計 算結果では、高々 5%程度であり、 95%は何の反応も起さず後方の CsI (Tl)シンチ レータ 34に入り、原理的に計算できない状態となる。即ち、ガンマ線の検出効率が小 さいという問題が発生する。又、（2)入射角度によって応答の感度が大きく異なる。即 ち、プラスチックシンチレータ 32と対面する前方方向には感度が高いが、 20度以上 、横方向になると急激に感度が低下するため、広い指向性が必要なモニタリングボス ト等には向かない。更に、（3)指向性設定の際には、電気パルスの大きさや形状とい う複雑な要素を認識する別途操作が必要である。又、（4)検出器の後方には全く感 度が無い。更に、（5)その場の放射線の計数率、線量率が求まらないという問題もあ つた o
発明の開示
[0006] このような問題を解決するべぐ発明者は、放医研 NEWS 9月号、 No. 94、 2004 年 (以下参考文献)に示すような放射線検出器を開発した。本発明は、同一課題に 対して参考文献とは別方法の装置によって解決を図ったものである。
[0007] 本発明は、参考文献と同様に、検出器の軽量化、放射線の検出効率の向上、半周 又は全周方向の計測による検出情報の精緻化、設定の簡易化による操作性の向上 を図ることを課題とする。
[0008] 本発明は、放射線の入射方向を検出するための放射線方向性検出器であって、周 方向から入射する放射線に対して互いに影を形成するよう、周方向に少なくとも一部 を重ねて配設された、同じ材質からなり、あるシンチレータの発光が他のシンチレ一 タに入射しな 、ようにされた複数のシンチレータと、各シンチレータと光学的に接合さ れた受光面を有する受光素子とを備え、各シンチレータにおける、直接入射する放 射線と他のシンチレータの影になって間接的に入射する放射線の割合の組合せ力 周方向における入射方向により異なるようにして、前記課題を解決したものである。
[0009] 又、前記シンチレータを 2つとし、 0度から 180度の半周に亘る入射方向を検出可 能としたものである。
[0010] あるいは、前記シンチレータを 3つ以上とし、 0度から 360度の全周に亘る入射方向 を検出可能としたものである。
[0011] 又、前記シンチレータを、単一のシンチレ一タを周方向に複数に分割して形成した ものとして、特性を揃えると共に、製造を容易としたものである。
[0012] 又、前記各シンチレータに、それぞれ増幅率が互いに異なる増幅器を接続し、該 増幅器に単一の A/D変翻を接続し、該 AZD変翻に、各シンチレータに対応 した波高分析器を接続して、安価に分析可能としたものである。
[0013] 又、前記各シンチレータに、それぞれ増幅器を接続し、各増幅器に、変換率が互い に異なる AZD変翻を接続し、該 AZD変翻に、各シンチレータに対応した波高 分析器を接続して、同じく安価に分析可能としたものである。
[0014] あるいは、前記各シンチレータに、それぞれ増幅器を接続し、各増幅器に、それぞ れ AZD変翻を接続し、各 A,D変翻、それぞれ波高分析器を接続して、高精 度の分析を可能としたものである。
[0015] 本発明は、又、前記の放射線方向性検出器を用いることを特徴とする放射線モニタ リング方法を提供するものである。
[0016] 又、前記の放射線方向性検出器を備えたことを特徴とする放射線モニタリング装置 を提供するものである。
[0017] 本発明によれば、 0度から 180度の半周あるいは 0度から 360度の全周範囲におい て、入射方向を直接数値で得ることができ、し力も方向による感度も安定している検 出器を得ることができる。又、比率を設定することにより任意の指向性を持たせること ができ、警報付のサーベイメータを実現できる。更に、鉛製のコリメータが不要である ため、軽量ィ匕でき可搬性に優れている。又、複数の検出器に対する入射方向を知る ことにより、線源の位置を特定することもできる。従って、放射線管理、防護、モニタリ ングの観点から、平常時、非常時において有効な検出装置となり得る。特に、同じシ ンチレータを用いた場合には、線量評価も容易である。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]特許文献 1に記載された放射線検出器を示す断面図である。
[図 2]本発明の第 1実施形態の構成を示す斜視図である。
[図 3]同じく (A)平面図及び (B)断面図である。 [図 4]同じくシンチレータ部分の分解斜視図である。
[図 5]同じく測定装置の構成を示すブロック図である。
[図 6]同じく制御装置の構成を示すブロック図である。
[図 7]本発明の測定原理を説明するための平面図である。
[図 8]第 1実施形態の作用を示すフローチャートである。
[図 9]同じく入射方向と比率の関係の例を示す線図である。
[図 10]接合シンチレータの変形例を示す平面図である。
[図 11]本発明の第 2実施形態の測定装置の構成を示すブロック図である。
[図 12]同じく第 3実施形態の測定装置の構成を示すブロック図である。
[図 13]本発明の第 4実施形態の構成を示す (A)平面図及び (B)断面図である。
[図 14]第 1実施形態の実施例のスペクトル図である。
[図 15]本発明の応用例の構成を示す (A)平面図及び (B)正面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
[0020] 本発明の第 1実施形態に力かるガンマ線方向性検出器の検出部 40は、図 2 (斜視 図）、図 3 (A) (平面図）、図 3 (B) (正面力も見た断面図）及び図 4 (接合シンチレータ の分解斜視図）に示す如ぐ高密度で発光効率の高い 120度の頂角を持つ扇形シ ンチレータ 41、 42、 43を接合して円柱状に形成された接合シンチレータ 44と、該接 合シンチレータ 44と直角方向に配設され、光学的に結合された受光面を有する受光 素子 51、 52、 53を備えている。
[0021] 各扇形シンチレータ 41、 42、 43の境界面には、あるシンチレータの発光力 他の シンチレータに入射するのを防止するための反射材 45、 46が介装されている。この ように反射材を用いた場合は、あるシンチレータの発光を、そのシンチレータ内に反 射して戻すことができ、検出効率が高い。なお、シンチレータ間の干渉を防止する方 法は、これに限定されず、例えば吸収材を用いたり、間を空けて空気を介在させ、シ ンチレータ内面で全反射するようにしても良い。
[0022] 前記検出部 40の外周は、ガンマ線は透過するが光を通さない筒状ケース（図示省 略)で覆われている。 [0023] 前記検出部 40には、図 5に詳細に示す如ぐ前記シンチレータ 41と受光素子 51で 構成される検出器 61、前記シンチレータ 42と受光素子 52で構成される検出器 62、 前記シンチレータ 43と受光素子 53で構成される検出器 63が内蔵され、各検出器 61 、 62、 63に電力を供給する電源装置 60と、各検出器 61、 62、 63の出力信号を入力 し、増幅の後、 AZD変換してスペクトルを得る制御装置 70と、前記スペクトルから光 電ピークを計数するピーク計算ソフト 81、及び、それぞれのシンチレータ 41、 42、 43 に起因する光電ピークの計数値の比率 Rを求め、入射方向を出力する比率計算ソフ ト 82がインストールされたコンピュータ（CPU) 80と、該 CPU80により計算された入 射方向を表示する入射方向表示器 90と、予め警報を発生する入射方向の範囲を前 記比率 Rにより設定するための警報設定器 91と、前記比率 Rが該範囲に入ったとき に警報を発生する警報器 92とが接続されて ヽる。
[0024] 前記制御装置 70は、例えば図 6に示す如ぐ増幅率が互いに異なる、シンチレータ と同じ 3つの増幅器 71、 72、 73と、単一の AZD変^^ 74と、シンチレータ数と同じ 3チャネル以上のマルチチャネル波高分析器 77を備えている。
[0025] 以下、第 1実施形態の作用を説明する。
[0026] 本実施形態では、 1種類のシンチレータを 120度の頂角を持つ 3つのシンチレータ 41、 42、 43に分割し、分割面に反射材 45、 46を塗布し、互いに接続して 1つの接 合シンチレータ 44を形成し、且つ、各シンチレータ 41、 42、 43をそれぞれ受光素子 51、 52、 53の受光面と光学的に結合して検出部 40を構成している。
[0027] 前記高密度の扇形シンチレータ 41、 42、 43としては、例えば、ガンマ線に対して検 出効率の高 、NaI (T1)シンチレータを用いて、 0度から 360度の全周方向に対して 有効に指向性を有する検出器を構成することができる。
[0028] このように、シンチレータ 41、 42、 43に、 Nal (Tl)シンチレータを用いれば、プラス チックシンチレータと比較してガンマ線に対して検出効率が高ぐ光電効果の確率も 高くなる。
[0029] 今、図 7 (A)の平面図における接合シンチレータ 44の周方向の位置を、接合シン チレータ 44の左方向を 0度とし、反時計周りに廻って同右方向を 180度と、 1周した 方向を 360度する。図 7 (A)に示す如ぐ接合シンチレータ 44の 60度方向からガン マ線が入射すると、あるものはシンチレータ 41で光電効果を起し、あるものはシンチ レータ 41では反応せずに透過し、シンチレータ 42、 43で光電効果を起す。各シンチ レータ 41、 42、 43の光電効果による光パルスは、対応する受光素子 51、 52、 53で それぞれ電荷パルスに変換され、制御装置 70に出力される。
[0030] 制御装置 70を構成する、増幅器 71、 72、 73と、 AZD変翻 74と、波高分析器 7 7を含む全体の処理手順を、図 8に示すフローチャートを用いて説明する。
[0031] ガンマ線やベータ線等の放射線がシンチレータ 41、 42、 43に入射すると発光し光 パルスを生じる（ステップ 1000)。この光パルスを受光素子 51、 52、 53で検出して光 電変換し (ステップ 1010)、その微弱なアナログ電気出力信号を増幅器 71、 72、 73 で所定の増幅率で増幅し (ステップ 1020)、更に、その増幅信号を AZD変換器 74 で AZD変換することで光パルスの強度に対応したデジタル信号を得 (ステップ 103 0)、そのデジタル信号をマルチチャネル波高分析器 77で分析して、ピーク 41P、 42 P、 43Pを得る（ステップ 1040)。
[0032] ここで、受光素子は、一つの光電子増倍管で構成されたものに限らず、多数の光 電子増倍管で構成されていて多数のシンチレータの発光を同時に検出し、その各受 光素子位置を示す電気信号を出力するマルチアノード光電子増倍管等も含む。
[0033] 前記シンチレータ 41、 42、 43は全て同じ材質なので、そのままでは後段の波高分 析器 77で識別できない。そこで、本実施形態では、図 6に示した如ぐ制御装置 70 内の増幅器 71、 72、 73の増幅率を変えることで、 AZD変 74で AZD変換した 後に、単一のマルチチャネル波高分析器 77で識別を可能とし、コストダウンを図って いる。なお、単一のマルチチャネル波高分析器の代わりに、シンチレータに対応する 数のシングルチャネル波高分析器を用いても良 、。
[0034] 即ち、それぞれの電荷パルスは増幅器 71, 72, 73に入り、増幅器 71の増幅率の 比率を 100%とすると、増幅器 72は例えば 50%、増幅器 73は例えば 25%として、 A ZD変 に入る。ここで、増幅器における電荷パルス量と波高値の関係（=増 幅率)、及び、 AZD変換器における波高値とデジタル数値の関係（=変換率）は、 いずれも任意に設定可能とすることができる。
[0035] 次に AZD変浦 74でデジタルィ匕されて、波高分析器 77でスペクトル 77Sが得ら れる。なお、図 6に示した波高分析器 77では、理解を容易とするため波高分析した 結果のスペクトルを表示しているが、実際には、波高分析器 77でスペクトルを表示す る機能は無くても良い。
[0036] 次に、既に実用化されているピーク計算ソフト 81で各ピークの計数値を求め、例え ばシンチレータ 41によるピーク 41P、シンチレータ 42によるピーク 42P、シンチレータ 43によるピーク 43Pの計数を求める。その計数値を A、 B、 Cとして、比率計算ソフト 8 2でその合計値を求め、比率 R= (A/T, B/T, CZT)を計算する。図 7 (A)に示し た如ぐ入射方向 60度力もガンマ線が入射すると、シンチレータ 41に対して影となる もの、即ち遮蔽材になるものは無ぐガンマ線が直接入射するため、ピーク 41Pの計 数値は最も大きくなり、シンチレータ 41の影になるシンチレータ 42、 43のピーク 42P 、 43Pの計数値は小さくなる。例えば R= (3/5, 1/5, 1Z5)が得られる。
[0037] 次に図 7 (B)のように、入射方向 300度からガンマ線が入射すると、シンチレータ 43 に対して影となるもの、即ち遮蔽材になるものは無ぐガンマ線が直接入射するため のピーク 43Pの計数値は最も大きくなり、シンチレータ 43の影になるシンチレータ 41 、 42で計数されるピーク 41P、 42Pの計数値は小さくなつて、例えば R= (1/5, 1/ 5、 3/5)が得られる。
[0038] 0度から 360度の範囲で、各比率 Rは、この例では 1/5から 3/5の範囲となる。
[0039] このように 0度方向から 360度方向に対して直接入射と間接入射の割合が変わり、 それに伴い、各比率尺が、図 9のグラフ 41G、 42G、 43Gのように変化する。従って、 逆に、この比率 Rの組合せを求めることによって、ガンマ線の入射方向を知ることがで きる。
[0040] 更に、警報設定器 91で警報を発生する比率 Rの範囲を設定すれば、その方向から ガンマ線が入射した場合に、警報器 92から警報を発生することが可能である。
[0041] 本実施形態にぉ 、ては、シンチレ一タの数を 3として!/、るので、 0度から 360度の全 周方向の検出が可能である。なお、シンチレ一タ数は 3に限定されず、 0度から 180 度の半周方向の検出で良い場合は、シンチレ一タの数は 2でも良い。又、 4以上とし ても良い。
[0042] 接合シンチレータ 44の形状も、円柱形状に限定するものではなぐ四角柱や、図 1 0 (A)に例示する六角柱等の多角柱、楕円柱、又は、図 10 (B)に例示するような中 空のドーナッツ状とし、その内側に受光素子 51、 52、 53を配置したものであってもよ い。
[0043] 次に、本発明の第 2実施形態に係るガンマ線方向性検出器を説明すると、第 1実施 形態に係るガンマ線方向性検出器では増幅器 71、 72、 73の増幅率を変えた力 本 実施形態では、図 11に示す如ぐ一定 (例えば全て 100%)とし、 AZD変換器 74、 75、 76の変換率を変えることで AZD変換した後に、単一のマルチチャネル波高分 析器 77で識別を可能とし、コストダウンを図って 、る。
[0044] 次に、図 12を用いて信号処理の更に他の方法が採用された第 3実施形態を説明 すると、受光素子 41、 42、 43で電荷パルスが作られ、それぞれの電荷パルスは、図 12に示す如ぐ同じ増増率 (例えば 100%)の増幅器 71、 72、 73に入り、それぞれ 独立した AZD変換器 74、 75、 76に入る。次にデジタル化されたシングルチャネル 波高分析器 77、 78、 79でスペクトルが得られる。次に、既に実用化されているピーク 計算ソフト 82でその合計値 Tを求め、比率 R= (AZT、 BZT、 CZT)を計算する。 以下、前述のようにガンマ線入射方向が分かり、警報設定が可能である。
[0045] 次に、本発明の第 4実施形態に係るガンマ線方向性検出器を説明すると、その検 出部 100は、図 13 (A) (平面図）及び図 13 (B) (正面から見た断面図）に示す如ぐ 円柱状シンチレータ 101と直角方向に配設され、光学的に結合された受光面を有す る受光素子 111、円柱状シンチレータ 102と直角方向に配設され、光学的に結合さ れた受光面を有する受光素子 112、円柱状シンチレータ 103と直角方向に配設され 、光学的に結合された受光面を有する受光素子 113を周方向に配置したものである
[0046] 作用は、図 9の曲線形状が複雑ィ匕する他は第 1実施形態と同じであるので、詳細な 説明は省略する。
実施例
[0047] 図 1、図 4に示した第 1実施形態において、直径 75mmで厚さ 50mmの頂角 120度 の扇形柱の Nal (Tl)シンチレータ 41、 42、 43に薄いアルミ箔を光の反射材 45、 46 として貼り、各シンチレータを結合し、接合シンチレータ 44とし、 25mm径の光電子 増倍管を受光素子 51、 52、 53として検出部 40を構成した。検出部 40のケースの材 質は、シンチレータが発した光に対して外乱となる可視光線や紫外線を遮蔽するァ ノレミニゥム、あるいはステンレス等である。
[0048] 電源装置 60から検出部 61、 62、 63に 800V程度の高電圧を供給した。
[0049] ここで、一般のサーベイメータ等の校正に使用したり、工業計測装置、非破壊検査 装置等で使用される代表的なガンマ線源である Cs 137を用意した。放射能強度は 微弱な 3. 7MBqとした。
[0050] 前記線源をシンチレータ接合面中心から 100cmの位置に設置し、円柱軸に対する 周方向において、 0度から 360度まで回転させ、各方向につき 300秒間計数した。こ の条件は、実際的には、通常の強度 37GBqの線源が 10m離れた位置にあり、 3秒 間計数する場合と、接合シンチレータ 44に入射するガンマ線数は同じとなる。
[0051] 60度力もガンマ線が入射した場合について動作を説明する。同時に飛来するガン マ線の多くは Nal (T1)シンチレータ 41で反応し、その反応の中で光電効果によって 一定の強度の光パルスが発生する。該光パルスは、受光素子である光電子増倍管 5 1でその強度に比例した電荷パルスに変換され出力される。この出力は制御装置 70 内の増幅器 71で比例増幅される。該増幅器 71からの出力は、図 14に示すスぺタト ル中の高チャネル領域にピーク 41Pを作る。一方、ガンマ線のあるものはシンチレ一 タ 41を透過し、シンチレータ 42、 43において、前述の光電効果を起し、スペクトルの 中、低チャネル領域にピーク 42P、 43Pを作る。従って、 CPU80に内蔵された汎用 のピーク計算ソフト 81によって、ピークを認識し、これらのピークの計数値を求めるこ とができる。そして、該 CPU80に内蔵された比率計算ソフト 81によって、比率 Rを計 算する。
[0052] 次に 300度力もガンマ線が入射した場合を考える。この場合、シンチレータ 43に直 接ガンマ線が入射するため、大きなピーク 43Pが生じ、大きな計数値となる。逆に、シ ンチレータ 41、 42には間接的にガンマ線が入射するためピーク 41P、 42Pは小さく なる。同様に比率 Rを計算することができる。
[0053] このような比率 Rと入射方向の関係は図 9に示した如ぐグラフ 41G、 42G、 43Gが 得られる。測定によって比率 R= (AZT、 BZT、 C/T)が求まるので、グラフより入 射方向が特定できる。
[0054] 又、警報設定器 91で比率 Rの範囲を設定すれば、その範囲に比率 Rが入った場合
、警報器 92で警報を発生する。
[0055] このように、入射方向を数値で得ると共に、警報を発生する機能を有する。
[0056] 本実施例では Nal (T1)シンチレータを用いて!/、るが、 Csl (T1)シンチレータ、ある!/ヽ は、 BGOシンチレータゃ他のシンチレータで置き換えることも可能である。
[0057] 前記結合シンチレータ 44の直径は、実施例のように 75mmとするのが、 662keVの
137CSを中心とする 50〜2000keVの広範囲のエネルギを検出できて望ましいが、 高工ネルギ（1333keV)の 60Co等を検出する場合は、大径の 100mmとし、逆に低 エネルギ（60keV)の 241 Am等を検出する場合は、小径の 50mmとすること力 図 9 に示したグラフの振幅を大きくできて望ま 、。
[0058] 又、各シンチレ一タと受光素子の受光面との光学的な接合は、直接接合する構成 が構造的には容易であるが、光ファイバ等を介して間接接合することも可能である。
[0059] 本発明の検出器は、図 15 (A) (平面図)及び図 15 (B) (正面図）に示す如ぐ三脚 やポール等の固定手段 202の上に取り付け、原子力設備 210の周囲に多数設ける 広指向性のガンマ線モニタリングポスト 204として使用することができる。又、やはり広 指向性のガンマ線サーベイメータとして使用することもできる。
[0060] なお、検出対象はガンマ線に限定されず、マイ力等を用いることによって、ベータ線 の方向検出にも適用できる。この場合には、表面汚染の場所を迅速に検出できる。 産業上の利用の可能性
[0061] 本発明は、原子力産業、放射線医療、放射線工業計測、非破壊検査等のように、放 射性物質や放射線を使用する分野で、周方向から入射するガンマ線やベータ線等 の放射線の入射方向を検出するために用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 放射線の入射方向を検出するための放射線方向性検出器であって、
周方向から入射する放射線に対して互いに影を形成するよう、周方向に少なくとも 一部を重ねて配設された、同じ材質からなり、あるシンチレータの発光が他のシンチ レータに入射しな 、ようにされた複数のシンチレータと、
各シンチレータと光学的に接合された受光面を有する受光素子とを備え、 各シンチレータにおける、直接入射する放射線と他のシンチレ一タの影になって間 接的に入射する放射線の割合の組合せが、周方向における入射方向により異なるよ うにされていることを特徴とする放射線方向性検出器。
[2] 前記シンチレータが 2つとされ、 0度から 180度の半周に亘る入射方向を検出する ようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の放射線方向性検出器。
[3] 前記シンチレータが 3つ以上とされ、 0度から 360度の全周に亘る入射方向を検出 するようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の放射線方向性検出器。
[4] 前記シンチレータが、単一のシンチレ一タを周方向に複数に分割して形成されたも のであることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の放射線方向性検出器
[5] 前記各シンチレータに、それぞれ増幅率が互いに異なる増幅器が接続され、該増 幅器に単一の AZD変換器が接続され、該 AZD変換器に、各シンチレータに対応 した波高分析器が接続されていることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか〖こ記載 の放射線方向検出器。
[6] 前記各シンチレータに、それぞれ増幅器が接続され、各増幅器に、変換率が互い に異なる AZD変^^が接続され、該 AZD変 に、各シンチレータに対応した波 高分析器が接続されて ヽることを特徴とする請求項 1乃至 4の ヽずれかに記載の放 射線方向検出器。
[7] 前記各シンチレータに、それぞれ増幅器が接続され、各増幅器に、それぞれ AZD 変 が接続され、各 AZD変 に、それぞれ波高分析器が接続されていること を特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の放射線方向検出器。
[8] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載の放射線方向性検出器を用いることを特徴とす る放射線モニタリング方法。
請求項 1乃至 7のいずれかに記載の放射線方向性検出器を備えたことを特徴とす る放射線モニタリング装置。
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