JP2018179800A - 放射線検出器および放射線の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子または中性子を計測する放射線モニタに係り、高線量率環境下においても計測可能な放射線検出器および放射線の測定方法を提供する。【解決手段】放射線検出器１００は、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなるピクセル型検出素子１と、ピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａ１つに対して１本接続され、ピクセル型検出素子１で発生した光子を伝送する光ファイバ１０と、光ファイバ１０によって伝送された光子を電気信号に変換する光検出部２０と、光検出部２０で変換された電気信号の計数率を求める測定装置３０と、測定装置３０で求めた計数率に基づいて放射線の線量率を求める解析・表示装置４０と、を備え、ピクセル型検出素子１で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、荷電粒子または中性子を計測することが可能な放射線検出器および放射線の測定方法に関する。

小型かつ極めて安価であると同時に、中性子イメージ作成の処理速度が極めて高速である中性子イメージ検出器として、特許文献１には、中性子入射によって生じた蛍光を、一定の間隔で１次元的にまたは２次元的に収集し、収集した蛍光を検出して、中性子の入射位置を決定する中性子イメージ検出方法であって、蛍光を検出する際、フォトン計測法を用いて検出し、出力された各フォトンにより生成されたパルス信号を、フォトン一個により生成されるパルス信号の時間幅と同一の間隔幅で発生させたクロック信号を基に取り出し、出力されたパルス信号を計数し、１つの中性子が入射した際得られる入射位置を変数とした計数分布を求め、得られた計数分布に基づき重心計算を行い中性子の入射位置を決定する技術が記載されている。

特開２０１１−１７９８６３号公報

従来から存在する、荷電粒子（アルファ線、ベータ線等）を検出する放射線検出器としては、ガス検出器やシンチレーション検出器、半導体検出器がある。

ガス検出器は、ガスを封入した容器内に金属ワイヤーを設置した構造のもので、荷電粒子が検出器内のガスを電離することによって電子が生成され、その電子を金属ワイヤー近傍の高電界領域で増幅することによって電気信号として計測する検出器である。

しかし、高線量率環境下においては、ガス検出器では、入射してくるガンマ線と、封入したガスや検出器容器材料とのコンプトン散乱による電子を数多く計測してしまうことから、荷電粒子との弁別が困難である、との問題がある。

シンチレーション素子を用いた荷電粒子検出器では、シンチレーション素子に荷電粒子が入射するとシンチレーション素子が発光する。そしてその発光を光電子増倍管等を用いて電気信号に変換し、その電気信号をもとに荷電粒子を計測する。荷電粒子が１個入射した時に多数の光子が生成されるが、生成される光子の個数は入射した荷電粒子のエネルギに比例することから、生成した光子の個数に比例するパルス状の電気信号の波高値を測定することで、入射した荷電粒子のエネルギを測定することが可能である。

しかし、シンチレーション検出器では、高線量率環境下においては、多数のガンマ線が同時にシンチレーション素子に入射してしまい、パルス状の電気信号が重なり合ってしまうことから、荷電粒子を正しく測定することが困難である、との問題がある。それを防ぐために、シンチレーション素子の周囲を鉛等の放射線遮蔽体で覆ってしまうことが考えられるが、荷電粒子が検出器内に入射することができず、検出に必要な発光自体がなくなってしまうため、高線量率環境下では使用が困難である、との問題がある。

半導体素子を用いた荷電粒子検出器は、ｐ型とｎ型の半導体を接合した接合面を中心に形成される電子や正孔がほとんど存在しない領域（空乏層）において、荷電粒子による電離によって生じた電子正孔対が、それぞれｐ型、ｎ型に移動することによって生じる電気信号をもとに荷電粒子を検出する検出器である。荷電粒子が１個入射した時に、多数の電子正孔対が生成される。この生成された電子正孔対の個数が入射した荷電粒子のエネルギに比例することから、生成された電子正孔対の個数に比例するパルス状の電気信号の波高値を測定することで、入射した荷電粒子のエネルギを測定することが可能である。

しかし、半導体検出器においても、高線量率環境下では、多数のガンマ線が同時に半導体素子に入射してしまい、パルス状の電気信号が重なり合ってしまうことから、荷電粒子を正しく測定することが困難である、との問題がある。それを防ぐために、半導体素子の周囲を鉛等の放射線遮蔽体で覆ってしまうと、シンチレーション検出器と同様に荷電粒子が検出器内に入射することができず、使用は困難である、との問題がある。

中性子検出器に関しては、荷電粒子検出器と同様に、ガス検出器やシンチレーション検出器、半導体検出器があるが、やはり、荷電粒子検出器と同様に、高線量率環境下における測定が困難だった。

本発明の目的は、荷電粒子や中性子を計測する放射線モニタに係り、高線量率環境下においても計測可能な放射線検出器および放射線の測定方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、少なくとも１つ以上のピクセル素子からなるピクセル型検出素子と、前記ピクセル型検出素子の各ピクセル素子１つに対して１本接続され、前記ピクセル型検出素子で発生した光子を伝送する光ファイバと、前記光ファイバによって伝送された光子を電気信号に変換する光検出部と、前記光検出部で変換された電気信号の計数率を求める測定装置と、前記測定装置で求めた計数率に基づいて放射線の線量率を求める解析装置と、を備え、前記ピクセル型検出素子で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定することを特徴とする。

本発明によれば、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外、サプレッションプール内外、原子炉建屋内外、および、再処理施設等において、高線量率環境下においても荷電粒子や中性子を計測可能な放射線検出器および放射線の測定方法を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明に好適な一実施例である実施例１の放射線検出器の構成の一例を示す図である。 実施例１の放射線検出器の構成の他の一例を示す図である。 実施例１に適用する検出素子の吸収線量率に対する光子放出特性の関係を示す図である。 実施例１における放射線検出器による放射線の測定結果の一例を示す図である。 実施例１の検出素子に入射する荷電粒子およびガンマ線の様子を示す図である。 本発明に好適な一実施例である実施例２の放射線検出器の構成の一例を示す図である。 実施例２の放射線検出器の構成の他の一例を示す図である。 実施例２の検出素子に入射する中性子、ガンマ線および中性子との核反応で生成する荷電粒子の様子を示す図である。 本発明に好適な一実施例である実施例３の放射線検出器の構成の一例を示す図である。 実施例３の放射線検出器の構成の他の一例を示す図である。

以下に本発明の放射線検出器および放射線の測定方法の実施例を、図面を用いて説明する。

最初に、放射線検出器および放射線の測定方法の概略を説明する。

本発明の放射線検出器は、ピクセル型検出素子、光ファイバ、光検出部、測定装置、および、解析・表示装置で構成されるものであり、ピクセル型検出素子のそれぞれに光ファイバが接続されており、解析・表示装置において検出素子で生成された１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定するものである。

例えば、個々のピクセルに相当し、セラミック母材に希土類元素を添加したピクセル素子を一つ以上有するピクセル型検出素子を測定エリアに設置する。

このようなピクセル型検出素子に荷電粒子が入射すると、検出素子内の電子または希土類原子がエネルギの高い励起状態となる。その高い励起状態から、低い励起状態または基底状態に遷移するときに光子が生成される。

生成された光子１個１個を、光ファイバを通して、光電子増倍管またはフォトダイオード等の光検出部で検出する。光検出部では、光子１個１個を検出し、電気信号に変換する。光検出部で変換した電気信号の計数率を測定装置で計数する。

本発明者らは、光子１個１個の計数率と、検出素子における吸収線量率が１対１の関係があることを実験により見出した。また、ピクセル型検出素子を用いる場合に、ガンマ線による吸収線量率を、荷電粒子による吸収線量率よりも数桁以上小さくすることが可能なことも見出した。更に、高線量率環境下では、線量率が一定の場合、計数率の時刻変化が殆ど無く、ほぼ一定の計数率となるが、荷電粒子が入射した場合、吸収線量率が急激に増加することから、計数率が急激に増加し、検出素子の光減衰時定数の数倍程度の時間で入射する前の計数率に戻ることを見出した。そして、この増加と減少の時刻変化を測定することで、荷電粒子１つ１つを測定することが可能となることを発想し、本発明に至った。

また、中性子を測定する場合は、検出素子の中性子が入射してくる方向側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料を設置し、反対側を光ファイバに接続することで、中性子との核反応により生成した荷電粒子を、上述の荷電粒子を検出する場合と同様に検出することができ、これにより高線量率環境下においても中性子を測定することが可能となることを見出した。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

＜実施例１＞
本発明に好適な一実施例である実施例１の放射線検出器および放射線の測定方法の一例を図１〜図５に基づいて説明する。最初に、放射線検出器の構成について図１および図２を用いて説明する。図１に本実施例の放射線検出器の構成の一例を、図２に本実施例の放射線検出器の構成の他の一例を示す。

図１において、放射線検出器１００は、ピクセル型検出素子１、光ファイバ１０、光検出部２０、測定装置３０、および解析・表示装置（解析装置）４０を備えている。

ピクセル型検出素子１は、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなる素子であり、各々のピクセル素子１ａが入射した放射線の線量率に対応する強度の光子を発生させる材料で構成されている。そのため、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａに荷電粒子が入射すると、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａ内の電子または希土類原子がエネルギの高い励起状態となる。その高い励起状態から、低い励起状態または基底状態に遷移するときに光子が生成される。

光ファイバ１０は、ピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａ１つに対して１本接続されており、ピクセル素子１ａと同数設けられている。光ファイバ１０は、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａで生成された光子を後述する光検出部２０に伝送する。

光検出部２０は、ピクセル素子１ａで生成され、光ファイバ１０を介して伝送された光子を１個１個検出し、電気信号に変換する。また、変換した電気信号を後述する測定装置３０に対して出力する。この光検出部２０は、光電子増倍管や、アバランシェフォトダイオード等のフォトダイオードを採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、電流増幅された一つの電気信号として単一光子を検出することができる。

測定装置３０は、光検出部２０に接続されており、光検出部２０で変換された電気信号の計数率を求める装置である。測定装置３０は、求めた計数率を後述する解析・表示装置４０に対して出力する。測定装置３０としては、例えば、デジタルシグナルプロセッサ等を採用することができる。

解析・表示装置４０は、測定装置３０で求めた電気信号の計数率を放射線の線量率に換算し、その値を表示する装置である。解析・表示装置４０は、単一光子の電気信号の計数率と放射線の線量率とを対応付けるデータベースを保有している記憶部４０ａと、記憶部４０ａのデータベースを用いて電気信号の計数率から放射線の線量率を換算する演算部４０ｂと、換算した放射線の線量率を表示する表示部４０ｃを有している。また、本実施例の解析・表示装置４０の演算部４０ｂでは、ピクセル型検出素子１で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線、特に荷電粒子の線量率を演算する。具体的には、解析・表示装置４０は、ピクセル型検出素子１で発生する光子の計数率がパルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子１ａに入射したと判断する。その理由は後述する。

解析・表示装置４０としては、例えば、上述した機能を有するパーソナルコンピュータ等を採用することができる。なお、本明細書において「電気信号の計数率」とは、単位時間あたりに測定された電気信号の数を意味する。

なお、図２に示す放射線検出器１００Ａのように、ピクセル型検出素子は、ピクセル素子１ａ１つからなるものであっても良い。

ここで、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさは、ピクセル型検出素子１を設置する場所における放射線の線量率によってピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率が、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した時にピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにすることが望ましい。以下その理由について図３および図４を用いて説明する。図３に検出素子の吸収線量率に対する光子放出特性の関係を、図４に測定結果の一例を示す。

図３に示すように、光子１個１個の放出率（従って計数率）と、検出素子における吸収線量率が１対１の関係があることを本発明者らは発見した。この知見から、光子１個１個の計数率を測定することでピクセル型検出素子１内の吸収線量率を測定できることが分かる。

また、ピクセル型検出素子１が一定の線量率環境にある場合は、線量率の測定結果である光計数率についても同様に一定の値を示す。更に、上述のように、ガンマ線が入射した場合は、そのエネルギをほとんどピクセル型検出素子１内部に付与しないことから、図４に示すように、高ガンマ線環境下（従って高線量率環境下）においても、ガンマ線による光子計数率は、比較的低い値を示すことになる。

これに対し、高線量率環境下のピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した場合、上述のように荷電粒子はそのエネルギのほとんどをピクセル素子１ａの内部に付与することから、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に高い値となる。従って、図４に示すように、荷電粒子の入射により計数率が急激に増加し、検出素子の光減衰時定数の数倍程度の時間で入射する前の計数率に戻る。すなわち、光子の計数率の時刻変化をみると、荷電粒子の入射はパルス状の波形となって表れる。このようなパルス状の増加と減少の時刻変化を測定することで、荷電粒子１つ１つを測定することが可能となる。

そのために、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさは、ピクセル型検出素子１を設置する場所における放射線の線量率によってピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率が、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した時にピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにすることが望まれる。

ピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａは、その大きさがピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることが望ましい。以下その理由について図５を用いて説明する。図５に、本実施例の放射線検出器のピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子およびガンマ線の様子の一例を示す。

ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａの大きさがピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下である場合を考える。荷電粒子は基本的に質量が高く、また電荷を帯びていることから透過力が低いため、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射すると、図５に示すように、ピクセル素子１ａを構成する材料と入射した荷電粒子との作用により、荷電粒子のエネルギのほとんどがピクセル素子１ａ内部に付与される。このため、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に高い値となる。

一方、ガンマ線は透過力が高く、ピクセル素子１ａを構成する材料に対する透過力も高い。そのため、ピクセル型検出素子１にガンマ線が入射しても、図５に示すように、ガンマ線はそのエネルギをほとんど失うことなく透過してしまい、そのエネルギはほとんどがピクセル素子１ａ内部に付与されない。このことから、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に低い値となる。

これらのことから、荷電粒子の吸収線量率を高めるために、ピクセル素子１ａの大きさをピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることが望ましい。

これらのように、ピクセル型検出素子１の設置位置における放射線の線量率に応じて、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａの大きさを設定することが望ましい。そのために、予め測定環境における放射線の線量率の暫定的な値を本実施例の放射線検出器１００，１００Ａとは異なる検出器で測定しておき、他の検出器で測定した暫定的な線量率の値に基づいてピクセル素子１ａの大きさを設定することが望ましい。

なお、線量率環境が、上述したパルス状の増加と減少の時刻変化の時間内で変化する場合は、荷電粒子の測定が容易でない場合があると考えられる。しかし、ピクセル型検出素子１の一例として、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミ・ガーネットを用いた場合、その光減衰時定数は、２３０マイクロ秒程度であることから、１ミリ秒程度以内に、次の荷電粒子が入射しない、または、線量率環境が急激に変化しない場合は、荷電粒子１個１個を高精度に計測することが可能である。

また、高線量率環境下では、光ファイバ１０の放射線劣化が生じる可能性があり、この劣化により、光子の透過性能が劣化することが考えられる。しかし、ピクセル型検出素子１で生成される光子が８００ｎｍ以上の波長の光子の場合、ガンマ線による光ファイバの劣化はほとんど問題にならない水準でしか生じない。このことから、ピクセル型検出素子１の材料としては、ガンマ線または荷電粒子の入射によって、８００ｎｍ以上の波長の光子を放出する材料が望ましい。このような材料としては、イットリウム・アルミ・ガーネットを含むセラミックス母材にイットリビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムのうち少なくともいずれか一つ以上の希土類元素を添加したが挙げられる。一例として、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミ・ガーネットを用いた場合、ガンマ線または荷電粒子の入射により、１０６４ｎｍの光子を放出することから、ピクセル型検出素子１の材料として望ましい。

次に、本実施例に係る放射線の測定方法の一例について説明する。

本実施例に係る放射線の測定の前には、予め、測定環境における放射線の線量率の暫定的な値を本実施例の放射線検出器１００，１００Ａとは異なる検出器で測定しておき、他の検出器で測定した線量率に基づいてピクセル素子１ａの大きさを設定することが望ましい。

最初に、測定環境に放射線検出器１００，１００Ａのうち、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなるピクセル型検出素子１を設置する。そして、ピクセル型検出素子１に入射した放射線によって発生した１個１個の光子を光ファイバ１０により光検出部２０に伝送する。そして光検出部２０において光子を１個１個検出し、電気信号に変換する。

その後、変換された電気信号の計数率を測定装置３０等により求め、求めた１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線の線量率を求める。

次に、本実施例の効果について説明する。

上述した本発明の実施例１の放射線検出器１００，１００Ａは、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなるピクセル型検出素子１と、ピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａ１つに対して１本接続され、ピクセル型検出素子１で発生した光子を伝送する光ファイバ１０と、光ファイバ１０によって伝送された光子を電気信号に変換する光検出部２０と、光検出部２０で変換された電気信号の計数率を求める測定装置３０と、測定装置３０で求めた計数率に基づいて放射線の線量率を求める解析・表示装置４０と、を備え、ピクセル型検出素子１で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定するものである。また、本発明の実施例１の放射線の測定方法は、少なくとも１つ以上のピクセル素子１ａからなるピクセル型検出素子１に入射した放射線によって発生した１個１個の光子を電気信号に変換し、変換された電気信号を計数して光子の計数率を求め、求めた１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線の線量率を求めるものである。

これによって、従来の検出器では検出が困難であった高線量率環境下においても荷電粒子の検出が可能となり、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外、サプレッションプール内外、原子炉建屋内外、再処理施設、病院および研究所等において好適に用いられる放射線検出器を提供することができる。

また、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさを、ピクセル型検出素子１の設置位置における放射線の線量率によってピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率が、ピクセル型検出素子１に荷電粒子が入射した時にピクセル型検出素子１で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにすることにより、荷電粒子による吸収線量率をガンマ線による吸収線量率に比べて確実に高めることができ、荷電粒子の検出効率をより向上させることができる。

更に、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａのそれぞれの大きさを、ピクセル型検出素子１に入射する荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることで、ガンマ線による吸収線量率に対する荷電粒子による吸収線量率を最大にすることができ、荷電粒子の検出性能をより向上させることができる。

また、ピクセル型検出素子１の設置位置における放射線の線量率に応じて、ピクセル型検出素子１のピクセル素子１ａの大きさを設定することにより、荷電粒子による吸収線量率をガンマ線による吸収線量率に比べて確実に高めることができ、荷電粒子の検出効率の更なる向上を図ることができる。

更に、解析・表示装置４０は、ピクセル型検出素子１で発生する光子の計数率が、パルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子１ａに入射したと判断することで、荷電粒子１個１個のピクセル型検出素子１への入射をより高精度に検出することでき、荷電粒子の検出性能をより向上することができる。

また、ピクセル型検出素子１は、イットリウム・アルミ・ガーネットを含むセラミックス母材にイットリビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムのうち少なくともいずれか一つ以上の希土類元素を添加した放射線発光素子が用いられていることにより、光減衰時定数を検出精度を高く保つのに十分短いものとすることができ、荷電粒子の高精度な検出を図ることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明に好適な一実施例である実施例２の放射線検出器および放射線の測定方法の一例を図６乃至図８に基づいて説明する。実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。

図６に示す放射線検出器１００Ｂや図７に示す放射線検出器１００Ｃは、基本的には、図１に示す実施例１の放射線検出器１００や図２に示す放射線検出器１００Ａとそれぞれ同様の構成である。

本実施例の放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃは、更に、単数または複数のピクセル素子１ａから構成されるピクセル型検出素子１の光ファイバ１０と接続された側とは反対側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料２が設置されたものである。このような放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃでは、材料２側の反対側を光ファイバ１０に接続する。なお、材料２の設置位置はこれに限られず、光ファイバ１０の接続部のみ材料２を設置せずに、ピクセル型検出素子１の他の部分の周囲全てに材料２を設置することができる。

本実施例の放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃのピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａの大きさは、中性子との核反応により材料２で生成された荷電粒子のピクセル素子１ａ内での飛程以下とすることが望ましい。以下その理由について図８を用いて説明する。図８に、検出素子に入射する中性子、ガンマ線および中性子との核反応で生成する荷電粒子の様子の一例を示す。

上述のように、中性子９０が材料２中に入射すると、図８に示すように、中性子と材料２との反応により荷電粒子７０が生成される。生成した荷電粒子７０がピクセル型検出素子１内に入射すると、実施例１の場合と同様に、そのエネルギのほとんどがピクセル素子１ａ内部に付与されることから、ピクセル型検出素子１の吸収線量率は非常に高い値となる。これに対し、ガンマ線８０に付いては、実施例１と同様に、そのエネルギをほとんどピクセル型検出素子１内部に付与せず、光子計数率は、比較的低い値を示す。

従って、荷電粒子の入射により計数率が急激に増加し、検出素子の光減衰時定数の数倍程度の時間で入射する前の計数率に戻る。この増加と減少の時刻変化を測定することで、荷電粒子１つ１つを測定することが可能となることから、間接的に中性子１個１個を測定することが可能となる。

材料２を構成する、中性子との核反応によって荷電粒子を生成する核種としては、リチウムの同位体であるリチウム６やホウ素の同位体であるホウ素１０が挙げられる。リチウム６は、中性子を吸収して、トリチウムとアルファ線といった荷電粒子を生成する。ホウ素１０は、リチウム６と同様に中性子を吸収して、リチウム７とアルファ線といった荷電粒子を生成する。そこで、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料２としては、これらの核種、または、これらの核種を含む化合物を用いることが望ましい。

前述の材料２の厚さとしては、荷電粒子を生成する材料２の通過前後で、入射する中性子が核反応による荷電粒子の生成、吸収、または、他の反応により全量が無くなる厚さ以下とすることが望ましい。

ここで、前述の材料２中で生成した荷電粒子は、前述の材料２中でもエネルギを付与してしまう。このため、できるだけ多くのエネルギをピクセル型検出素子１に付与させるためには、前述の材料２の厚さは、入射する中性子が材料２との反応により全量が無くなる厚さ以下であり、かつできるだけ薄い方が望ましい。

その他の構成・動作は前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ｂと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例２の放射線検出器１００Ｂ，１００Ｃによれば、ピクセル型検出素子１の光ファイバ１０と接続された側とは反対側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料２が設けられたことにより、高線量率環境下においても中性子の検出が可能となり、前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ａおよび放射線の測定方法とほぼ同様に、原子力発電所内の使用済み燃料貯蔵プール、原子炉圧力容器内外、原子炉格納容器内外、サプレッションプール内外、原子炉建屋内外、再処理施設、病院および研究所等において好適に用いられる放射線検出器を提供することができる。

また、材料２の厚さを、材料２の通過前後で、入射する中性子が材料２との反応により全量が無くなる厚さ以下とすることで、材料２に入射する中性子による荷電粒子の生成効率を高いものとすることができ、その荷電粒子の検出をより高精度に行うことができることから、高線量率環境下における中性子の検出精度をより向上させることができる。

更に、材料２として、リチウムの同位体またはホウ素の同位体、または、リチウムの同位体またはホウ素の同位体を含む化合物を用いることにより、中性子との反応効率が高い元素によって材料２を構成することができ、中性子の検出精度の更なる向上を図ることができる。

＜実施例３＞
次に、本発明に好適な一実施例である実施例３の放射線検出器およびその測定方法の一例を図９および図１０に基づいて説明する。

図９に示す放射線検出器１００Ｄや図１０に示す放射線検出器１００Ｄは、それぞれ、図１に示す実施例１の放射線検出器１００や図２に示す放射線検出器１００Ａと同様の構成である。

本実施例の放射線検出器１００Ｄ，１００Ｅは、更に、ピクセル型検出素子１と光検出部２０の間の光ファイバ１０の部分に、波長選択フィルタ５０ａまたは波長減衰フィルタ５０ｂからなるフィルタが設置されたものである。

高線量率環境下にピクセル型検出素子１を設置した場合、そのピクセル型検出素子１の各ピクセル素子１ａに接続された光ファイバ１０も少なくともその一部が同様に高線量率環境下に設置される。このような場合、ガンマ線のコンプトン散乱による電子が光ファイバ１０に多量に入射することから、光ファイバ１０内でこの電子によるチェレンコフ光が生成し、それが測定のバックグラウンドになる可能性がある。

ここで、生成されるチェレンコフ光は、３００〜４００ｎｍのところにピークを持ち、波長が長くなるに従って減少する、との特性がある。一方、ピクセル型検出素子１では、ガンマ線および荷電粒子の入射により、通常、一定の波長の光子が生成されることから、ピクセル型検出素子１から放出される光子の波長のみ透過させて光検出部２０に対して伝送できるようにする波長選択フィルタ５０ａを光ファイバ１０のうち光検出部２０の直前に設置することで、チェレンコフ光によるバックグラウンドを低減することができ、より高い精度でのピクセル型検出素子１で生成された光子１個１個の検出と、それに伴う計数率の精度の更なる向上を図ることができる。

ピクセル型検出素子１の一例として、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミ・ガーネットを用いた場合、ガンマ線または荷電粒子の入射により、１０６４ｎｍの光子が放出される。このことから、１０６４ｎｍの光子を透過させる波長選択フィルタ５０ａを用いることで、チェレンコフ光によるバックグラウンドをより効果的に低減することができる。

また、ガンマ線および荷電粒子のピクセル型検出素子１への入射率が大きい場合、光子の計数率が光検出部２０の計数能力を超えてしまうことが予想される。その場合、ピクセル型検出素子１と光検出部２０の間の光ファイバ１０の部分に波長減衰フィルタ５０ｂを設置することで、ガンマ線による光子の計数率と荷電粒子による光子の計数率の比を変えること無しに、光検出部２０に入射する光子を光検出部２０の計数能力以下にすることができ、ガンマ線および荷電粒子の検出素子への入射率が大きい場合においても、高精度な放射線の測定が可能となる、との効果が得られる。

その他の構成・動作は前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ａと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例３の放射線検出器１００Ｄ，１００Ｅおよび放射線の測定方法においても、前述した実施例１の放射線検出器１００，１００Ａおよび放射線の測定方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、ピクセル型検出素子１と光検出部２０の間の光ファイバ１０の部分に、波長選択フィルタ５０ａを更に備えたことにより、より高精度な光子１個１個の検出が可能となる。また、波長減衰フィルタ５０ｂを更に備えたことにより、極めて線量率の高い環境下においても、荷電粒子や荷電粒子の検出を利用した中性子の検出が可能となる。

なお、極めて線量率の高い領域である場合においては、波長選択フィルタ５０ａと波長減衰フィルタ５０ｂとを併用することができる。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の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。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に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、また、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…ピクセル型検出素子
１ａ…ピクセル素子
２…中性子との核反応により荷電粒子を放出する核種を含む材料
１０…光ファイバ
２０…光検出部
３０…測定装置
４０…解析・表示装置（解析装置）
５０ａ…波長選択フィルタ
５０ｂ…波長減衰フィルタ
７０…荷電粒子
８０…ガンマ線
９０…中性子
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…放射線検出器

Claims (15)

1. 少なくとも１つ以上のピクセル素子からなるピクセル型検出素子と、
   前記ピクセル型検出素子の各ピクセル素子１つに対して１本接続され、前記ピクセル型検出素子で発生した光子を伝送する光ファイバと、
   前記光ファイバによって伝送された光子を電気信号に変換する光検出部と、
   前記光検出部で変換された電気信号の計数率を求める測定装置と、
   前記測定装置で求めた計数率に基づいて放射線の線量率を求める解析装置と、を備え、
   前記ピクセル型検出素子で発生した１個１個の光子の計数率の時刻変化を測定する
   ことを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率によって前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率が、前記ピクセル型検出素子に荷電粒子が入射した時に前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにする
   ことを特徴とする放射線検出器。
3. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子に入射する荷電粒子の検出素子内での飛程以下とする
   ことを特徴とする放射線検出器。
4. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率に応じて、前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子の大きさを設定する
   ことを特徴とする放射線検出器。
5. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記解析装置は、前記ピクセル型検出素子で発生する光子の計数率が、パルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子に入射したと判断する
   ことを特徴とする放射線検出器。
6. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記ピクセル型検出素子の前記光ファイバと接続された側とは反対側に、中性子との核反応により荷電粒子を生成する材料が設けられた
   ことを特徴とする放射線検出器。
7. 請求項６に記載の放射線検出器において、
   前記材料の厚さを、前記材料の通過前後で、入射する前記中性子が前記材料との反応により全量が無くなる厚さ以下とする
   ことを特徴とする放射線検出器。
8. 請求項６に記載の放射線検出器において、
   前記材料として、リチウムの同位体またはホウ素の同位体、または、リチウムの同位体またはホウ素の同位体を含む化合物を用いる
   こと特徴とする放射線検出器。
9. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記ピクセル型検出素子と前記光検出部の間の前記光ファイバの部分に、波長選択フィルタまたは波長減衰フィルタを更に備えた
   こと特徴とする放射線検出器。
10. 請求項１に記載の放射線検出器において、
    前記ピクセル型検出素子は、イットリウム・アルミ・ガーネットを含むセラミックス母材にイットリビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジウムのうち少なくともいずれか一つ以上の希土類元素を添加した放射線発光素子が用いられている
    ことを特徴とする放射線検出器。
11. 放射線の測定方法であって、
    少なくとも１つ以上のピクセル素子からなるピクセル型検出素子に入射した放射線によって発生した１個１個の光子を電気信号に変換し、
    前記変換された電気信号を計数して光子の計数率を求め、
    前記求めた１個１個の光子の計数率の時刻変化に基づいて放射線の線量率を求める
    ことを特徴とする放射線の測定方法。
12. 請求項１１に記載の放射線の測定方法において、
    前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率によって前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率が、前記ピクセル型検出素子に荷電粒子が入射した時に前記ピクセル型検出素子で発生する光子を計数したときの計数率以下となるようにする
    ことを特徴とする放射線の測定方法。
13. 請求項１１に記載の放射線の測定方法において、
    前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子のそれぞれの大きさを、前記ピクセル型検出素子に入射する荷電粒子の検出素子内での飛程以下とする
    ことを特徴とする放射線の測定方法。
14. 請求項１１に記載の放射線の測定方法において、
    前記ピクセル型検出素子の設置位置における放射線の線量率に応じて、前記ピクセル型検出素子の前記ピクセル素子の大きさを設定する
    ことを特徴とする放射線の測定方法。
15. 請求項１１に記載の放射線の測定方法において、
    前記ピクセル型検出素子で発生する光子の計数率が、パルス状に増減をした時に、荷電粒子がそのピクセル素子に入射したと判断する
    ことを特徴とする放射線の測定方法。

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