JP6420637B2 - 放射線計測装置及びその計測方法 - Google Patents

Description

本発明は放射線計測装置及びその計測方法に係り、放射線照射中の光刺激ルミネセンス（ＯＳＬ：Optically Stimulated Luminescence)素子に、光源からの光を連続して照射することで発する蛍光を光ファイバで伝送し、計数率計で光強度の時刻推移として計測し、この光強度から線量率を換算することで線量率計測を実現する放射線計測装置及びその計測方法に関する。

放射線による照射線量率を計測する放射線検出器として、電離箱、ＧＭ（ガイガーミュラー）計数管、シンチレーション検出器、半導体検出器等の検出器がエリアモニタ、プロセスモニタ、サーベイメータ等の線量率モニタとして広く利用されている。また、蛍光ガラス線量計、熱ルミネセンス線量計、光刺激ルミネセンス（ＯＳＬ）線量計が個人被曝管理やイメージングプレートとして利用されている。

これらの線量率モニタ、個人線量計及びイメージングプレートは、主に原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等で利用されている。

上述の電離箱、ＧＭ計数管、シンチレーション検出器、半導体検出器を動作させるには、数Ｖから数１、０００Ｖの印加電圧を供給し、放射線と検出器との相互作用に伴って生じる電気信号を後段の計測装置で計測する必要がある。また、上記した各種施設においては、通常の運転状況でこれらの検出器による線量モニタリングは問題ないが、停電等によって電源供給ができなくなくなる場合、線量率を計測することは困難である。

検出部への電源供給が不要な放射線計測手段として、シンチレーション素子やＯＳＬ素子と光ファイバを利用した線量率モニタがある。これは、光ファイバの先端にシンチレーション素子を接続し、光ファイバを介して後段の光検出器で電気信号に変換、分析するものである。代表的なシンチレーション素子はＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＧＳＯ等があり、放射線との相互作用が起こった直後に放射する光の強度を計測することで、線量率や放射線エネルギー等を分析可能である。

ＯＳＬ素子は、カラーセンタの形成量が積算線量と比例関係であることを利用し、光源による刺激光で励起状態から基底状態に遷移する際に放射するＯＳＬ光の強度を計測することで、照射された線量を分析可能である。高感度の線量率計測を実現する場合は、照射線量を蓄積可能なＯＳＬ素子がＳＮ比の観点で有利である。

これら光ファイバを利用した線量率モニタを各施設で適用するには、１分程度の計測周期で６桁以上の広い線量率レンジを計測する必要がある。これを実現する方法として、２種類の感度を有する素子を同じ測定点に設ける手段がある。

しかしながら、この２種類の感度を有する素子を同じ測定点に設ける方式では、検出器部分の容量が大きくなってしまい、設置スペース等の関係から各施設での適用が困難となる。

これらの背景から、光ファイバを用いるモニタ構成で、かつ、簡素な検出器構成で、しかも広いダイナミックレンジに対応可能な構成で線量率が計測できる放射線計測装置及びその方法が要求される。

特許文献１には、線量率計測システム及び線量率計測方法が記載され、ＯＳＬ素子を光ファイバの先端に接続し、放射線照射中のＯＳＬ素子に任意のタイミングで刺激光を照射することでＯＳＬ由来の蛍光を発生させ、後段の計測装置で得られた時刻情報及び波高情報、計数値を利用して線量及び線量率を換算することを特徴としている。

一方、特許文献２には、放射線計測方法が記載され、放射線が照射されたＯＳＬ素子に長波長の励起光と白色可視光又は短波長の励起光を照射し、ＯＳＬ素子からの蛍光強度とＯＳＬ素子から発生する光子数を測定することで、広ダイナミックレンジで照射線量を計測することを特徴としている。

特開２０１３−１３４１５７号公報 特許５４１４０２８号公報

上述した如く、光ファイバを用いた放射線検出器であって、広いダイナミックレンジでの線量率計測を実現する放射線計測装置及びその方法が必要である。

ところが、特許文献１では、刺激光照射直後のＯＳＬ素子の蛍光による計数値ピークにおいて、任意の時刻指定領域及び波高指定領域における計数値を測定値とするものであり、高線量率下での測定時に、特許文献１の測定方法を適用する場合、計数値ピークのピーク値が計測装置の計数率上限を瞬間的に超え、数え落としが発生する可能性がある。このため、線量率レンジの上限値の向上が困難となる。

一方、特許文献２では、２種類の波長帯を有する２種類の光源と計測装置を用いることで、高い照射線量での測定を実現するものであるが、特許文献２の構成では、全ての機器を施設の測定点に設置する必要があり、更に、高線量率下にこれらの機器を設置した場合、放射線影響によってデータ信頼性を確保することが困難となる。また、特許文献２は、ＯＳＬ素子に照射されている線量率をリアルタイムで計測することは想定されておらず、測定データから線量率を導出する手法に関する記載は見当たらない。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、光ファイバを用いた放射線検出器であって、広いダイナミックレンジでの線量率計測を実現することができる放射線計測装置及びその計測方法を提供することにある。

本発明の放射線計測装置は、上記目的を達成するために、放射線を検出する光輝尽蛍光素子と、該光輝尽蛍光素子から発せられる蛍光及び該光輝尽蛍光素子の刺激光を伝送する光ファイバと、前記蛍光と前記光輝尽蛍光素子の刺激光を弁別する光弁別器と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光を連続して前記光輝尽蛍光素子に照射可能な光源と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光の波長を減衰させ前記光輝尽蛍光素子の蛍光波長を透過するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した光を電気信号に変換し、その電気信号をパルス形状或いは電流値として出力する光検出器と、該光検出器のパルス出力を計数し、計数率の時刻推移データを導出する計数率計と、該計数率計で導出した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部を判定する波形解析装置と、該波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率から線量率を算出する線量率演算装置とを備え、放射線照射中の前記光輝尽蛍光素子に前記光源から前記刺激光を連続して照射し、前記刺激光照射中で、かつ、前記波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの前記出力平坦部の前記測定計数率と、予め設定した線量率換算係数とに基づいて前記線量率を前記線量率演算装置で算出することを特徴とする。

また、本発明の放射線計測方法は、上記目的を達成するために、放射線を検出する光輝尽蛍光素子と、該光輝尽蛍光素子から発せられる蛍光及び該光輝尽蛍光素子の刺激光を伝送する光ファイバと、前記蛍光と前記光輝尽蛍光素子の刺激光を弁別する光弁別器と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光を連続して前記光輝尽蛍光素子に照射可能な光源と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光の波長を減衰させ前記光輝尽蛍光素子の蛍光波長を透過するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した光を電気信号に変換し、その電気信号をパルス形状或いは電流値として出力する光検出器と、該光検出器のパルス出力を計数し、計数率の時刻推移データを導出する計数率計と、該計数率計で導出した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部を判定する波形解析装置と、該波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率から線量率を算出する線量率演算装置とを備えた放射線計測装置で放射線を計測する際に、放射線照射中の前記光輝尽蛍光素子に前記光源から前記刺激光を連続して照射すると共に、前記刺激光照射中で、かつ、前記波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの前記出力平坦部の前記測定計数率と、予め設定した線量率換算係数とに基づいて前記線量率演算装置で前記線量率を算出することを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバを用いた放射線検出器であって、広いダイナミックレンジでの線量率計測を実現することができる。

本発明の放射線計測装置の実施例１を示す構成図である。 本発明の放射線計測装置の実施例１に採用される放射線検出部を示す図である。 本発明の放射線計測装置の実施例１における線量率演算フローを示す図である。 本発明の放射線計測装置の実施例１における光検出器の出力信号を示す特性図である。 本発明の放射線計測装置の実施例１における刺激光照射開始時及び終了時の計数率の時刻推移を示す特性図である。 本発明の放射線計測装置の実施例１における線量率測定結果の時刻推移を示す特性図である。 本発明の放射線計測装置の実施例２における線量率演算フローを示す図である。 本発明の放射線計測装置の実施例２における計数率の時刻推移を示す特性図である。 本発明の放射線計測装置の実施例２における線量率測定結果の時刻推移を示す特性図である。 本発明の放射線計測装置の実施例３を示す構成図である。 本発明の放射線計測装置の実施例３における微分波形を用いた出力平坦部の判定方法を示す図である。 本発明の放射線計測装置の実施例４を示す構成図である。 本発明の放射線計測装置の実施例４における刺激光照射開始時の計数率の時刻推移を示す特性図である。 本発明の放射線計測装置の実施例４における各方式で得られた測定線量率の線形性データを示す特性図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の放射線計測装置及びその計測方法を説明する。なお、各実施例において同一構成部品には同符号を使用ずる。

図１乃至図６に、本発明の放射線計測装置及びその計測方法の実施例１を示す。

まず、図１及び図２を用いて放射線計測装置の構成を説明する。該図に示す如く、本実施例の放射線計測装置は、放射線検出部１の内部に備えられている光輝尽蛍光素子であるＯＳＬ素子１３と、このＯＳＬ素子１３から発せられる蛍光１４及びＯＳＬ素子１３の刺激光を伝送する光ファイバ２と、蛍光１４とＯＳＬ素子１３の刺激光を弁別する光弁別器３と、ＯＳＬ素子１３の刺激光を連続してＯＳＬ素子１３に照射可能な光源４と、この光源４を制御する光源用制御装置５と、ＯＳＬ素子１３の刺激光の波長を減衰させＯＳＬ素子１３の蛍光波長を透過するバンドパスフィルタ６と、このバンドパスフィルタ６を透過した光を電気信号に変換し、その電気信号をパルス形状或いは電流値として出力する光検出器７と、この光検出器７のパルス出力を計数し、計数率の時刻推移データを導出する計数率計８と、この計数率計８で導出した計数率の時刻推移データの出力平坦部を判定する波形解析装置９と、この波形解析装置９で判定した計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率から線量率を算出する線量率演算装置１１と、この線量率演算装置１１で得られた線量率データを表示する表示モニタ１２とから概略構成されている。

そして、本実施例の放射線計測装置は、放射線照射中のＯＳＬ素子１３に光源４から刺激光を連続して照射し、刺激光照射中で、かつ、波形解析装置９で判定した計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率と、予め設定した線量率換算係数とに基づいて線量率演算装置１１で線量率を算出するものである。

更に、具体的に説明する。図２に示す如く、放射線検出部１の内部には、光輝尽蛍光素子であるＯＳＬ素子１３が備えられている。このＯＳＬ素子１３の蛍光１４は、光ファイバ２を介して伝送された刺激光の入射によって等方的に放射する。この蛍光１４の一部が光ファイバ２に入射し、光弁別器３まで伝送する。図２では一例として、ＯＳＬ素子１３と光ファイバ２との設置距離を一定の距離で離れて設置しているが、光ファイバ２に対してＯＳＬ素子１３が光学接着する構成も実施可能である。

本実施例でのＯＳＬ素子１３には、ＯＳＬ素子１３として広く知られているＢａＦＢｒ：Ｅｕ、ＢａＦＢｒＩ：Ｅｕ、Ａｌ_２Ｏ_３：Ｃ、ＢａＦｌ：Ｅｕ、ＮａＣｌ：Ｃｕ、ＫＣｌ：Ｅｕ、ＫＢｒ：Ｅｕ、ＲｂＢｒ：Ｔｌ、ＳｒＳ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＣｓＳ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＣａＳ：Ｃｅ，Ｓｍ、ＭｇＳ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＭｇＳ：Ｃｅ，Ｓｍ、ＭｇＯ：Ｆｅ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、Ｂａ_６（ＰＯ_４）_３Ｏ：Ｅｕ、２５Ｎａ_２Ｏ、７５Ｂ_２Ｏ_３：Ｅｕ等のいずれかを用いる。

また、光源４は、使用するＯＳＬ素子１３特有の刺激光の波長を含むものとし、かつ、１秒以上連続して光を照射可能なものとする。光弁別器３は、ＯＳＬ素子１３の蛍光１４の波長と刺激光の波長を弁別可能な光ミラーを備え、光検出器７にＯＳＬ素子１３の蛍光１４を伝送可能な組合せとする。バンドパスフィルタ６は、ＯＳＬ素子１３の蛍光１４の波長を光検出器７に透過し、刺激光の波長等のバックグラウンドとなる光の透過を低減する機能を備える。光検出器７は、バンドパスフィルタ６を透過した光を電気信号に変換する機能を備え、電気信号をパルス形状や電流値として出力する。この光検出器７としては、例えば、光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等の一般的な光検出器を使用する。以降の説明では、一例として光検出器７の出力信号はパルス形状として説明するが、電流値計測としても後段の計数率計８を電流計とすることで同様の効果が得られる。

計数率計８は、光検出器７で出力されたパルス信号を計数し、計数率の時刻推移を導出する機能を備える。計数率計８での計数方法として、光検出器７の出力パルスの各々のパルスの検出時刻、パルス波高値をオンラインで測定する方式がある。以降では一例として、この方法で計数率のデータ収集を実施するものとするが、任意の測定時間で積算した計数値から計数率を算出し、これを繰り返して計数率の時刻推移を導出する等、一般的な計数率の時刻推移の導出方法ならば本発明を実現できる。

また、波形解析装置９は、刺激光照射中に計数率計８で得られた計数率の時刻推移データの出力平坦部を判定する機能を備える。線量率演算装置１１は、制御信号ケーブル１０を介して光源用制御装置５と接続されており、光源４における刺激光照射開始及び終了タイミングの情報を認識する機能を有する。また、線量率演算装置１１は、刺激光照射開始及び終了タイミングの情報に基づいて得られた測定計数率と線量率換算係数を用いることで線量率を算出する機能を備える。ここでの線量率換算係数は、放射線計測装置で使用する機材の仕様に依存しており、線量率を導出するための校正値としての機能を備える。表示モニタ１２は、線量率演算装置１１で得られた線量率データを表示する機能を有する。

図３に、本発明の放射線計測装置の実施例１における線量率演算フローを示す。

該図に示す如く、放射線検出器１を放射線照射環境に設置後、放射線照射が開始される（Ｓ１）。任意のタイミングで刺激光の照射を開始し（Ｓ２）、計数率時刻推移データを収集する（Ｓ３）。刺激光照射終了（Ｓ４）後に計数値ピークを演算し（Ｓ５）、出力平坦部の開始点を判定する（Ｓ６）。この判定に基づき、計数率の算出領域を決定し（Ｓ７）、計数率を算出する（Ｓ８）。この計数率から線量率を算出する（Ｓ９）。その後、再び刺激光を照射することで線量率の算出を開始する。

図４に、本発明の放射線計測装置の実施例１における光検出器の出力信号を示す。

該図に示す如く、ＯＳＬ素子１３に刺激光を照射することで、ランダムにパルス出力１６が生じる。これらのパルス出力１６の内、計数率計８において波高弁別レベル１５を超えるパルス出力１６の検出タイミング１７（ｔ_ｎ、ｔ_ｎ＋１、ｔ_ｎ＋２、・・・）及び波高値１８（Ｖ_ｎ、Ｖ_ｎ＋１、Ｖ_ｎ＋２、・・・）がデータとして収集される。

図５に、本発明の放射線計測装置の実施例１における刺激光照射開始時及び終了時の計数率の時刻推移を示す。図５では、横軸を時刻、縦軸を単位時間当たりの計数率とすると共に２種類の計数率データとし、これは計数率計８で取得されるものである。

図５に示す計数率データ２４は高線量率下での測定結果、計数率データ２５は低線量率下での測定結果である。刺激光照射開始タイミング２０の前にバックグラウンド計数率１９を測定する。刺激光照射開始タイミング２０の後に刺激光照射に伴う計数率ピーク２３が発生し、計数率ピーク２３は減衰を開始する。ここでの刺激光は、刺激光照射終了タイミング４３までＯＳＬ素子１３に照射される。出力平坦部開始タイミング２６は、波形解析装置９において算出される。ここでは一例として、出力平坦部開始タイミング２６を計数率ピーク２３のピーク値から９５％以上低下した測定点以降とする。出力平坦部開始タイミング２６以降において、測定領域２１が設けられる。

線量率演算装置１１において、測定領域２１における計数率データ２４とバックグラウンド計数率１９からネット計数率２２が算出される。ここでネット計数率２２をｎ、測定領域２１における計数率データ２４から算出された測定計数率をｎ_ｍ、バックグラウンド計数率１９をｎ_ＢＧとすると、ネット計数率ｎは式（１）で算出される。

ｎ＝ｎ_ｍ−ｎ_ＢＧ ・・・（１）
更に、得られたネット計数率ｎから線量率Ｄが算出される。線量率換算係数をαとすると、線量率Ｄは式（２）で算出される。

Ｄ=α×ｎ ・・・（２）
図６に、本発明の放射線計測装置の実施例１における線量率測定結果の時刻推移を示す。

上記式（２）で導出された線量率データ２７は、図６に示す測定時間間隔２８で算出される。この時刻推移データは表示モニタ１２で表示され、リアルタイムに測定データを観測することが可能である。

このような本実施例によれば、ＯＳＬ素子１３を備えることで低線量率環境下であっても、照射時間を調整することで高感度に線量率を計測することができる。また、光ファイバ２を備えることで、各施設における線量率測定箇所が線量率監視エリアから遠方であっても、ＯＳＬ素子１３から蛍光１４を効率良く伝送することができる。また、光弁別器３及びバンドパスフィルタ６を備えることで、ＯＳＬ素子１３の蛍光波長と刺激光の波長を効率良く弁別できるため、蛍光１４を高感度に計測することができる。また、光源４を備えることで、放射線照射中のＯＳＬ素子１３に連続して刺激光を照射することができ、本実施例における放射線計測方法が実現できる。また、光検出器７を備えることで、光弁別器３及びバンドパスフィルタ６を透過した光を高感度に検出できる。また、計数率計８を備えることで、光検出器７の出力パルスを計数でき、更に、計数率の時刻推移データを収集できる。また、波形解析装置９を備えることで、放射線照射中、かつ、刺激光照射中に計数率計８で得られた計数率の時刻推移データの出力平坦部を判定できる。また、線量率演算装置１１を備えることで、出力平坦部の測定計数率から線量率を算出できる。更に、放射線照射中のＯＳＬ素子１３に刺激光を連続して照射し、刺激光照射中の計数率の時刻推移データにおける出力平坦部の測定計数率と、予め設定した線量率換算係数とを用いることで、測定線量率を算出できる。また、表示モニタ１２に、線量率の時刻推移を表示できる。

これらの構成を有機的に組み合わせることによって、検出器への電源供給が不要で、かつ、簡素な検出器構成で、広ダイナミックレンジに対応できる線量率モニタが実現できる。

これらの効果から、原子力発電プラントや核燃料再処理施設、放射性同位元素を使用する医療施設、産業施設、研究用加速器施設、一般環境モニタリング装置等に本発明の放射線計測装置及びその計測方法が適用できる。

また、刺激光照射前の計数率をバックグラウンドとして取り扱い、測定計数率から差し引き、ネット計数率を導出することで、測定計数率のノイズ成分を除去できるため、高感度で、かつ、高精度の線量率測定が実現できる。

また、光検出器７の出力パルスの各々のパルスの検出時刻、パルス波高値を測定する計数率計８を備えることで、ＯＳＬ素子１３の蛍光１４の検知タイミングを高精度に検出でき、高精度の計数率測定が実現できる。更に、パルス波高値を測定することで、低い波高値の出力パルスをノイズ成分として取り扱うことができるため、高精度の計数率測定が実現できる。

また、ＯＳＬ素子１３として、ＢａＦＢｒ：Ｅｕ、ＢａＦＢｒＩ：Ｅｕ、Ａｌ_２Ｏ_３：Ｃ、ＢａＦｌ：Ｅｕ、ＮａＣｌ：Ｃｕ、ＫＣｌ：Ｅｕ、ＫＢｒ：Ｅｕ、ＲｂＢｒ：Ｔｌ、ＳｒＳ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＣｓＳ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＣａＳ：Ｃｅ，Ｓｍ、ＭｇＳ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＭｇＳ：Ｃｅ，Ｓｍ、ＭｇＯ：Ｆｅ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、Ｂａ_６（ＰＯ_４）_３Ｏ：Ｅｕ、２５Ｎａ_２Ｏ、７５Ｂ_２Ｏ_３：Ｅｕ等のいずれかを用いることで、高感度の線量率測定が実現できる。

また、波形解析装置９における判定方法として、出力平坦部の開始点を、刺激光照射直後に生じる蛍光１４による計数率ピークのピーク値から９５％以上低下した測定点以降とすることで、計数値の変動による計測誤差の増加を低減することができるため、高精度の線量率測定が実現できる。

また、光検出器７として、光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等のいずれかを用いることで、ＯＳＬ素子１３の蛍光１４を高感度に検出でき、高感度の線量率測定が実現できる。更に、これらの光検出器７でフォトンカウンティングすれば、超高感度の線量率計測が実現できる。

また、特に図示しないが光検出器７の前段に光分光器を備え、光検出器７において検出する光の波長スペクトルを光分光器で計測することで、ＯＳＬ素子１３の蛍光１４や刺激光、バックグラウンドとなる光を波長成分で分析することができ、ＯＳＬ素子１３の蛍光１４の波長領域で選択的に計数することができるため、高精度の線量率計測が実現できる。

従って、本実施例で説明した装置を用いることで、放射線検出器への電源供給が不要且つ簡素な検出器構成で、広ダイナミックレンジに対応でき、かつ、高感度、高精度の線量率モニタが実現できる。

本発明の実施例２の放射線計測装置について、図７、図８及び図９を用いて説明する。

実施例２は、刺激光を照射しながら線量率を算出するものであり、図７に、本発明の放射線計測装置の実施例２における線量率演算フローを示す。

図７において、放射線照射開始（Ｓ１）から計数率時刻推移データの収集（Ｓ３）までは、実施例１で説明した図３と同様である。実施例２では、刺激光照射を終了せずに、計数率ピークの演算（Ｓ５）から線量率の算出（Ｓ９）までのフローを実施する。ここまでにおける各項目における実施内容は実施例１と同様である。その後、繰返し測定を実施するが、刺激光は照射し続けているため、直ちに計数率時刻推移データの収集（Ｓ３´）を開始する。その後、計数率の算出領域の決定（Ｓ７）から線量率の算出（Ｓ９）までを実施する。

図８に、実施例２における計数率の時刻推移を示す。

該図に示す如く、刺激光照射開始タイミング２０から刺激光の照射を開始し、計数率データ２９を測定する。ここで得られた計数率データ２９と線量率換算係数を用いることで、線量率を算出する。

図９に、本発明の放射線計測装置の実施例２における線量率測定結果の時刻推移を示す。

該図に示す線量率データ３０は、計数率データ２９に従い算出される。ここで刺激光が常に照射されているため、計数率データ２９と線量率データ３０の応答はほぼ同期して変動する。このため、線量率データ３０は、ＯＳＬ素子１３に照射された放射線による線量率をリアルタイムに測定することとなる。

以上の本実施例で説明した装置を用いることで、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、リアルタイム性に優れた線量率モニタが実現できる効果がある。

本発明の実施例３の放射線計測装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。

実施例３は、実施例１における波形解析装置９の前段にディスクリミネータまたは微分型ディスクリミネータを備えることで、出力平坦部開始タイミング２６を判定するものである。

図１０に、実施例３における放射線計測装置の構成を示す。図１０では、実施例１の図１で示した放射線計測装置の構成に対して、計数率計８と波形解析装置９の間に微分型ディスクリミネータ３２を加えたものである。他の構成は、実施例１と同様である。

図１１に、本発明の放射線計測装置の実施例３における微分波形を用いた出力平坦部の判定方法を示す。

該図に示す計数率データ２４は、刺激光照射開始タイミング２０で刺激光を照射されることで得られたデータである。この計数率データ２４に対して、微分処理が行われる。計数率データ２４がパルス状であるため、刺激光照射開始タイミング２０以降の微分波形３３の微分計数率は、プラス側に変動する。計数率のピーク点に差し掛かる位置で微分波形３３の微分計数率はゼロ点３４を通過し、プラス側からマイナス側に変動する。その後、計数率の変動は小さくなるため、微分波形３３の微分計数率はゼロ近傍に推移する。ゼロ点３４を通過し、かつ、微分計数率がゼロ近傍に収束する微分波形３３において、微分波形用しきい値３５との交点を出力平坦部開始タイミング３１とする。この出力平坦部開始タイミング３１に基づいて、実施例１等で実施される線量率の算出を実施する。

以上の本実施例で説明した装置を用いることで、実施例１とどうような効果が得られることは勿論、計数値の変動による計測誤差の増加を低減することができるため、高精度の線量率モニタが実現できる。

特に、波形解析装置９における判定方法として、刺激光照射直後において、時刻推移データの微分値がゼロ点を交差した後に、予め設定したしきい値と交差した点を出力平坦部の開始点とすることで、計数値の変動による計測誤差の増加を低減することができるため、高精度の線量率測定が実現できる。

本発明の実施例４の放射線計測装置について、図１２、図１３及び図１４を用いて説明する。

実施例４は、実施例１における波形解析装置９と並列に計数値ピーク解析装置３７を備え、これらの後段に線量率解析装置３８を備えることで、線量率を算出するものである。

図１２に、本発明の放射線計測装置の実施例４を示す。

該図に示す計数値ピーク解析装置３７は、計数率計８と線量率演算装置３８の間に備えられ、波形解析装置９と並列に備えられる。ここで計数値ピーク解析装置３７は、計数値ピークにおける計数値を算出するもので、線量率演算装置３８は、波形解析装置９と計数値ピーク解析装置３７で得られた計数率から線量率を算出するものである。

図１３に、本発明の放射線計測装置の実施例４における刺激光照射開始時の計数率の時刻推移を示す。

波形解析装置９では実施例１で示したように、測定領域２１における計数率データ２４とバックグラウンド計数率１９からネット計数率２２を算出する。計数値ピーク解析装置３７では、刺激光照射開始タイミング２０から照射された刺激光によって生じた計数率ピーク部分の計数率データ２４とバックグラウンド計数率１９から計数値ピーク面積３９を算出する。これらの計数率から線量率演算装置３８を用いて線量率を算出する。

図１４に、本発明の放射線計測装置の実施例４における各方式で得られた測定線量率の線形性データを示す。図１４では、横軸をＯＳＬ素子１３を設置した環境における照射線量率、縦軸を本実施例で得られた測定線量率とする。

該図に示す如く、測定線量率は、波形解析装置９で得られた出力平坦部から導出した測定線量率４０と、計数値ピークから導出した測定線量率４１から構成される。計数値ピークから導出した測定線量率４１は、ＯＳＬ素子１３に蓄積されたエネルギーを瞬間的に解放してピークを形成するために、出力平坦部から導出した測定線量率４０に対して感度が高いと言える。

ここで、低線量率領域における線量率測定を計数値ピークから導出した測定線量率４１、高線量率領域における線量率測定を出力平坦部から導出した測定線量率４０とし、中間の重複領域４２で出力平坦部から導出した測定線量率４０及び計数値ピークから導出した測定線量率４１の線量率測定手段を適用するとき、広いダイナミックレンジで高精度の線量率測定が実現できる。

以上の本実施例で説明した装置を用いることで、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、広いダイナミックレンジを高精度に測定可能な線量率モニタが実現できる。

また、激光照射直後に生じる蛍光１４による計数率ピークの測定計数値から線量率を算出する線量率解析装置３８を備えることで、ＯＳＬ素子１３への照射線量と相関がある測定計数値と放射線照射時間から線量率を導出することができる。更に、低線量率領域の線量率測定を測定計数値、高線量率領域での線量率測定を測定計数率とし、中間の線量率領域で上記２方式の線量率測定手段を適用することで、広いダイナミックレンジで線量率を測定できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１…放射線検出部、２…光ファイバ、３…光弁別器、４…光源、５…光源用制御装置、６…バンドパスフィルタ、７…光検出器、８…計数率計、９…波形解析装置、１０…制御信号ケーブル、１１、３８…線量率演算装置、１２…表示モニタ、１３…ＯＳＬ素子、１４…蛍光、１５…波高弁別レベル、１６…パルス出力、１７…検出タイミング、１８…波高値、１９…バックグラウンド計数率、２０…刺激光照射開始タイミング、２１…測定領域、２２…ネット計数率、２３…計数率ピーク、２４、２５、２９…計数率データ、２６、３１…出力平坦部開始タイミング、２７、３０…線量率データ、２８…測定時間間隔、３２…微分型ディスクリミネータ、３３…微分波形、３４…ゼロ点、３５…微分波形用しきい値、３７…計数値ピーク解析装置、３９…計数値ピーク面積、４０…出力平坦部から導出した測定線量率、４１…計数値ピークから導出した測定線量率、４２…重複領域、４３…刺激光照射終了タイミング。

Claims (16)

1. 放射線を検出する光輝尽蛍光素子と、該光輝尽蛍光素子から発せられる蛍光及び該光輝尽蛍光素子の刺激光を伝送する光ファイバと、前記蛍光と前記光輝尽蛍光素子の刺激光を弁別する光弁別器と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光を連続して前記光輝尽蛍光素子に照射可能な光源と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光の波長を減衰させ前記光輝尽蛍光素子の蛍光波長を透過するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した光を電気信号に変換し、その電気信号をパルス形状或いは電流値として出力する光検出器と、該光検出器のパルス出力を計数し、計数率の時刻推移データを導出する計数率計と、該計数率計で導出した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部を判定する波形解析装置と、該波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率から線量率を算出する線量率演算装置とを備え、
   放射線照射中の前記光輝尽蛍光素子に前記光源から前記刺激光を連続して照射し、前記刺激光照射中で、かつ、前記波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの前記出力平坦部の前記測定計数率と、予め設定した線量率換算係数とに基づいて前記線量率を前記線量率演算装置で算出することを特徴とする放射線計測装置。
2. 請求項１に記載の放射線計測装置において、
   前記計数率計は、前記光検出器の出力パルスの各々のパルスの検出時刻、パルス波高値を測定することで前記光検出器のパルス出力を計数することを特徴とする放射線計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の放射線計測装置において、
   前記線量率演算装置は光源用制御装置と接続され、前記光源における前記刺激光の照射開始及び終了タイミングの情報を前記線量率演算装置が認識していることを特徴とする放射線計測装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線計測装置において、
   前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率から前記刺激光照射前の計数率を差し引いた計数率をネット計数率とし、該ネット計数率から測定線量率を算出することを特徴とする放射線計測装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線計測装置において、
   前記波形解析装置における前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の判定は、前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の開始点を、前記刺激光照射の直後に生じる前記蛍光による計数率ピークのピーク値から９５％以上低下した測定点以降とすることを特徴とする放射線計測装置。
6. 請求項１に記載の放射線計測装置において、
   前記波形解析装置における前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の判定は、前記刺激光照射の直後において、前記波形解析装置の前段に設置された微分型ディスクリミネータによる前記時刻推移データの微分値がゼロ点を交差した後に、予め設定した閾値と交差した点を前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の開始点とすることを特徴とする放射線計測装置。
7. 請求項１に記載の放射線計測装置において、
   前記波形解析装置と並列に計数値ピークにおける計数値を算出する計数値ピーク解析装置を備えると共に、該計数値ピーク解析装置の後段に、該計数値ピーク解析装置で算出された前記刺激光照射の直後に生じる前記蛍光による計数率ピークの測定計数値から線量率を算出する線量率解析装置を備えていることを特徴とする放射線計測装置。
8. 請求項１に記載の放射線計測装置において、
   前記光検出器の前段に光分光器を備え、前記光検出器において検出する光の波長スペクトルを計測することを特徴とする放射線計測装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線計測装置において、
   前記光検出器として光電子増倍管、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードのいずれかを用いることを特徴とする放射線計測装置。
10. 放射線を検出する光輝尽蛍光素子と、該光輝尽蛍光素子から発せられる蛍光及び該光輝尽蛍光素子の刺激光を伝送する光ファイバと、前記蛍光と前記光輝尽蛍光素子の刺激光を弁別する光弁別器と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光を連続して前記光輝尽蛍光素子に照射可能な光源と、前記光輝尽蛍光素子の刺激光の波長を減衰させ前記光輝尽蛍光素子の蛍光波長を透過するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した光を電気信号に変換し、その電気信号をパルス形状或いは電流値として出力する光検出器と、該光検出器のパルス出力を計数し、計数率の時刻推移データを導出する計数率計と、該計数率計で導出した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部を判定する波形解析装置と、該波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率から線量率を算出する線量率演算装置とを備えた放射線計測装置で放射線を計測する際に、
    放射線照射中の前記光輝尽蛍光素子に前記光源から前記刺激光を連続して照射すると共に、前記刺激光照射中で、かつ、前記波形解析装置で判定した前記計数率の時刻推移データの前記出力平坦部の前記測定計数率と、予め設定した線量率換算係数とに基づいて前記線量率演算装置で前記線量率を算出することを特徴とする放射線計測方法。
11. 請求項１０に記載の放射線計測方法において、
    前記光検出器の出力パルスの各々のパルスの検出時刻、パルス波高値を測定することで前記光検出器のパルス出力を前記計数率計で計数することを特徴とする放射線計測方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の放射線計測方法において、
    前記光源における前記刺激光の照射開始及び終了タイミングの情報を、光源用制御装置に接続されている前記線量率演算装置が認識していることを特徴とする放射線計測方法。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の放射線計測方法において、
    前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の測定計数率から前記刺激光照射前の計数率を差し引いた計数率をネット計数率とし、該ネット計数率から測定線量率を算出することを特徴とする放射線計測方法。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の放射線計測方法において、
    前記波形解析装置における前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の判定は、前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の開始点を、前記刺激光照射の直後に生じる前記蛍光による計数率ピークのピーク値から９５％以上低下した測定点以降とすることを特徴とする放射線計測方法。
15. 請求項１０に記載の放射線計測方法において、
    前記波形解析装置における前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の判定は、前記刺激光照射の直後において、前記波形解析装置の前段に設置された微分型ディスクリミネータによる前記時刻推移データの微分値がゼロ点を交差した後に、予め設定した閾値と交差した点を前記計数率の時刻推移データの出力平坦部の開始点とすることを特徴とする放射線計測方法。
16. 請求項１０に記載の放射線計測方法において、
    前記波形解析装置と並列に配置されている計数値ピーク解析装置で計数値ピークにおける計数値を算出すると共に、前記計数値ピーク解析装置の後段に配置されている線量率解析装置で、前記計数値ピーク解析装置で算出された前記刺激光照射の直後に生じる前記蛍光による計数率ピークの測定計数値から線量率を算出することを特徴とする放射線計測方法。

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