放射線および中性子イメージ検出器
【課題】
放射線の2次元イメージを効率的に得る。
【解決手段】
長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す2次元放射線イメージ検出器において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバの一端に放出される蛍光を光学系を通してからポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る。
放射線の2次元イメージを効率的に得る。
【解決手段】
長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す2次元放射線イメージ検出器において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバの一端に放出される蛍光を光学系を通してからポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線検出体としてシンチレータあるいは蛍光体を用いて2次元放射線あるいは2次元中性子イメージを得る検出器とイメージングプレートを用いて2次元放射線あるいは2次元中性子イメージを得る高位置分解能イメージ検出器に関するものである。最終的には、積分型検出器であるイメージプレートと微分型検出器である蛍光体あるいはシンチレータを用いたイメージング検出器とを組み合わせたハイブリッド型イメージ検出器を構成することにより、放射線あるいは中性子が高い入射率で入った場合でも検出器を飽和することなく、効率良くかつ高位置分解能で2次元放射線あるいは2次元中性子イメージを高速に取得できることを特長としている。
【0002】
特に、イメージングプレートと中性子コンバータと組み合わせた2次元中性子イメージングも可能としているため、大強度陽子加速器を用いて発生するパルス中性子を用い飛行時間法(TOF)を適用した中性子散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展に寄与することが大きい。中性子源として原子炉を用いた同種の研究にも利用できる。また、大強度放射光を用いたX線散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展にも寄与することが大きい。
【0003】
一方、X線発生装置や加速器を用いた医療X線診断、X線あるいは中性子を用いたオートラジオグラフィなどに使用される。さらに、加速器を用いた高エネルギー物理研究用の放射線イメージ検出器やラジオグラフィ等の高速処理及び実時間放射線イメージ検出を用いた動的な事象の把握に使用可能であるとともに原子炉や核融合炉における中性子を含めた放射線の高機能な分布モニタ装置などにも使用される。
【背景技術】
【0004】
従来、X線管を用いたX線源あるいは原子炉を用いた中性子源などを用いたX線あるいは中性子散乱実験に使用される高位置分解能を有する放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器としては、蛍光体あるいはシンチレータ及びこれらと中性子コンバータを組み合わせた放射線及び中性子イメージ検出器が使用されてきた[Nucl. Instr. and Meth., A430(1999)311-320、特願平10-366679、特願2000-259443]。図39に示すように蛍光体シートあるいシンチレータ板の上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得している。この方法では、放射線あるいは中性子が入射し蛍光が放出された際、その蛍光が入射点に近い何本かの波長シフトファイバに入射するため、各波長シフトファイバの蛍光強度の差を利用して、最も近い波長シフトファイバを決定する方法などを用いて位置分解能を確保してきた。従って、これらの方法では蛍光強度の差を求めるための回路が複雑になり、かつ高計数率に対応することは困難であった。
【0005】
高計数率に対応する方法としては、図40に示すように波長シフトファイバの間に金属ワイヤを配置し、最初から位置分解能を犠牲にして形で入射位置を決定する方法などが用いられてきた[J. Neutron Research, Vol. 4(1996)123-127]。また、蛍光体に中性子コンバータとして6LiFを混合し、図39と同様な方法によって中性子イメージを取得している。
【0006】
また、積分型の高位置分解能イメージ検出器として、放射線検出媒体として輝尽性蛍光体を用いたイメージングプレートあるいは中性子用イメージングプレートが使用されてきた[Nucl. Instr. and Meth. A349(1994)521-525]。現在、富士フィルムから市販されているイメージングプレートはBaFBr:Eu2+を主とした構成の輝尽性蛍光体が使用されている。また、中性子用イメージングプレートとしては、図41に示すような輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+にGd2O3を混合した材料を用い同じく富士フィルムからBAS NDとして市販されている[Nucl. Instr. and Meth. A377(1996)119-122]。中性子コンバータとして6Liを含んだ材料、たとば6LiFなどを用いた中性子用イメージングプレートも試作されている[Nucl. Instr. and Meth.,A349(1994)521-525]。
【0007】
これらのイメージングプレートの読み取り装置は、一般には図42に示すような装置により以下のように動作して読み取りを行う。放射線を照射したイメージングプレートは搬送用ベルトに装着した後、移動しながら、励起用光源から発生した励起光を細く絞りガルバノミラーにより反射させイメージングプレートの面上を走査する。通常、励起光としてはレーザー光を用いている。励起光の照射により発生した輝尽性蛍光は、光ファイバ等を束ねた集光用ガイドにより導かれ、輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、光電子増倍管で検出される。その後、信号処理装置によりその強度に応じてデジタル信号化し、放射線イメージとして構成することによりイメージングプレート内に2次元的に記録された放射線イメージを読み出している[Nucl. Instr. and Meth., A246, p572-578(1986), 現代科学、No.223,p29-36(1989)]。
【0008】
また、イメージングプレートの搬送方法として、イメージングプレートをドラムに巻き付けて回転させ移動する方法も使用されている[Nucl. Instr. and Meth., A310, p366-368(1991), 放射線,Vol.23, No.2, p43-51(1995)]。
【0009】
しかし、イメージングプレートは積分型の検出器であること、イメージングプレート内に蓄積された放射線量を読み取るには上記で説明したように読み取り装置を必要とし、オフラインで使用されるため、実時間での実験には使用不可能であった。このため、イメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法が考案された[特開2000-162724]。
【0010】
本読み取り法においては、図43に示すように励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、長方形状の励起光を用いて、イメージングプレートの縦方向に移動させてイメージングプレートを走査する。イメージングプレートの後面から放出される輝尽性蛍光は、イメージングプレートの後面に配置した輝尽性蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、長方形状の励起光に直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導かれ、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光が波長シフトされる。波長シフトした蛍光を励起光の走査と同期して並列にマルチチャネル光検出器で検出することによりイメージングプレート内に記録された放射線イメージを読み取ることができる。
【0011】
マルチチャンネル検出器としては、光電子増倍管を多数個並べる方式が一般的な検出器であるが、その後の増幅器および信号処理回路を考慮すると大規模な光検出システムとなってしまう。
【0012】
このため、図44に示すようにレンズなどの光学系を通した後、ストリーク管の横軸に入射し、時間により掃引するストリーク管の縦軸をイメージングプレートの縦方向の読み出し位置に対応して掃引させることによって、ストリーク管の蛍光面に得られるストリーク像を、CCD素子で検出し蓄積し、蓄積された信号を信号処理装置により読み出しデジタル化し放射線イメージとして構成することによりイメージングプレート内に2次元的に記録された放射線イメージを読み出すストリークカメラ方式が考案された[特開2000-162724]。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
放射光を用いた大強度X線あるいは大強度陽子加速器を用いた大強度パルス中性子源が最近使用されるようになり、X線の強度およびエネルギーが上がるにつれ、またパルス中性子の強度および発生する中性子エネルギー範囲が広がるにつれ、高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、検出器を飽和させることなく、かつ簡便に2次元X線あるいは2次元中性子イメージを読み出すことが可能な放射線および中性子イメージ検出器の開発が不可欠である。
【0014】
それに加えて、パルス中性子の場合、エネルギー弁別を行いながらイメージングを行うには通常飛行時間(TOF)法が用いられるため、幅広い中性子エネルギー範囲にわたって中性子イメージを検出する必要がある。
【0015】
さらに、中性子イメージングを行う際には、蛍光体及び中性子コンバータ自身の蛍光に対する透過度の問題があるため中性子検出媒体の厚さをできるだけ薄くする必要があり、中性子に対して捕獲断面積が大きくかつ透過度の良い中性子コンバータが要求されている。
【0016】
また、中性子イメージングを行う際には中性子検出媒体自身が発生するガンマ線あるいは周囲から来るガンマ線がバックグラウンドとなるため、中性子/ガンマ線比をできるだけ低減することが要求される。また、その他の電気的雑音も低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明は、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す2次元放射線イメージ検出器において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバの一端に放出される蛍光を光学系を通してからポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長として構成したものである。
好ましくは、上記2次元放射線イメージ検出器において、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる。更に好ましくは、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、1つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけることにより読み出し間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る。
【0018】
また、上記2次元放射線イメージ検出器において、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導き、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、集束用光学系を通した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通してから等間隔用光学系を通した後、2つの面状のCCD素子で検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージを信号処理装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得る。
【0019】
また、CCD素子の前にイメージインテンシファイアなどの光イメージ増幅素子を配置してもよい。更に、前記イメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることにより、上記装置を2次元中性子イメージ検出器として構成してもよい。
【0020】
高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、かつ簡便に2次元X線あるいは2次元中性子イメージを読み出すことが可能な放射線および中性子イメージ検出器に関しては、従来の蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバから構成する検出器の新しい構造を考案すると共に、入射位置を決定する方法とし横に並んだ隣接する波長シフトファイバについて同時計数法を適用する方法を考案し、高速にかつ簡便に位置決定を行うことを可能とした。
【0021】
中性子イメージングに不可欠な中性子/ガンマ線比の低減に関しては、真の信号とガンマ線バックグラウンド信号との蛍光強度の差を同時計数法を用いることにより拡大し低減する方法を考案した。
【0022】
高位置分解能、広いダイナミックレンジ、広い検出面積を持つイメージングプレートを用いて実時間計測を可能としたイメージングプレート高速読み取り法について、価格が高価なストリークカメラに代わるマルチチャンネル光検出器として、ポリゴンミラーと高感度CCD素子から構成されるイメージングプレート読み取り用マルチチャンネル光検出器システムを考案し、簡単化及び低コスト化を可能とした。
【0023】
また、上記イメージングプレート高速読み取り法に必要な裏面読み取り型イメージングプレートを考案し、位置分解能の向上を図った。
さらに、中性子イメージ検出器を用いて、パルス中性子イメージングを行うには通常飛行時間(TOF)法が用いられるため、幅広いエネルギー範囲にわたって中性子イメージを計測する必要がある問題に対しては、複数の中性子コンバータを用いることにより、この問題を解決した。
【0024】
現在、富士フィルムから市販されている中性子イメージングプレートには、中性子コンバータとしてGdが使用されているが、Gdの場合、熱中性子領域を過ぎたあたりから急激に中性子の捕獲断面積が小さくなることから、エネルギーが高くなるにつれて検出効率が減少する。このため、イメージングプレートの背後に置く中性子イメージ検出器で使用する中性子コンバータとして、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ材料を用いることによりこの欠点を補うことができる。つまり、中性子用イメージングプレートをほとんど透過してきてしまう中性子を蛍光体あるいはシンチレータと中性子コンバータを組み合わせた中性子イメージ検出器を用いることにより検出する。
【0025】
陽子加速器を用いて核破砕により発生するパルス中性子のエネルギー分布は、核破砕用ターゲットの周囲に配置されるモデレータの種類に依存するがどのようなモデレータを用いても熱中性子エネルギーより高いエネルギーになると急激にその強度が弱まるため、計数方式である蛍光体あるいはシンチレータを用いても十分中性子イメージを計測することが可能である。
【0026】
また、中性子イメージングを行う際には、蛍光体及び中性子コンバータ自身の蛍光に対する透過度の問題があるため中性子検出媒体の厚さをできるだけ薄くする必要があり、中性子に対して捕獲断面積が大きくかつ透過度の良い中性子コンバータが要求される。このため、10B元素を含み蛍光に対する透過度が優れかつ捕獲断面積が大きLBOを中性子コンバータとして用いることとした。
【0027】
本発明の最終目的である非常に高い計数率でX線あるいは中性子が検出器に入射する場合に対処する方法として、積分型イメージ検出器と微分型イメージ検出器をハイブリッド化する方法を考案した。
【0028】
イメージングプレートが積分型イメージ検出器であることから、入射してくる放射線あるいは中性子の計数率が非常に高い場合でも計測可能であることを利用し、最初にイメージングプレートで入射してくる放射線あるいは中性子イメージを検出する。次に、イメージングプレートを透過し減衰して出て来る放射線あるいは中性子を蛍光体あるいはシンチレータ及びこれらと中性子コンバータを組み合わせた放射線及び中性子イメージ検出器で計測する検出するシステムを構築する。
【0029】
つまり、非常に強い放射線あるいは中性子が入っても計測可能なイメージングプレートで計測すると共に放射線あるいは中性子の強度を減衰させ、減衰した放射線あるいは中性子イメージを計数方式である蛍光体あるいはシンチレータ及びこれらと中性子コンバータを組み合わせた放射線及び中性子イメージ検出器などで計測する。同時に、イメージングプレートの検出媒体として輝尽性蛍光体が使用されているが蛍光の透過度が小さく励起光を照射して輝尽性蛍光を効率良く検出するにはあまり厚くすることができず、必ず放射線あるいは中性子が透過してしまい検出効率をロスする欠点を本方式を用いることにより補うことができる。
【発明の効果】
【0030】
放射線のイメージングを行う放射線イメージ検出部を、放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体が一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器と、蛍光体あるいはシンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成し、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置して2次元放射線イメージ検出器を作り出すことにより、強い放射線が入射しても、飽和することなく、かつ高い検出効率で放射線イメージを取得できるようになった。
【0031】
中性子イメージングを行うイメージ検出部を、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器と蛍光体あるいはシンチレータにGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合しあるいは含んだ中性子検出媒体を用いたイメージ検出器とから構成し、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置して2次元中性子イメージ検出器を作り出すことにより、強い中性子が入射しても、飽和することなく、かつ高い検出効率で中性子イメージを取得できるようになった。また、このように構成することにより幅広い中性子エネルギー範囲の中性子を効率良く検出することが可能となった。
【0032】
また、マルチチャンネル光検出器としてポリゴンミラーとCCD素子から構成される光検出器を用いたイメージングプレート高速読み取り装置の考案により、安価でかつ簡便な装置で、非常に高速かつ実時間でイメージングプレートを読み出すことが可能となった。
【0033】
また、上記高速読み取り装置に用いられるイメージングプレートとして、輝尽性蛍光体を直接光バンドバスフィルタの上に塗布したイメージングプレートを用いることにより位置分解能を向上させることができた。
【0034】
新しい中性子コンバータの考案により、中性子の検出効率を向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】中性子イメージングシートと波長シフトファイバを用いた2次元中性子イメージ検出体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する2次元中性子イメージ検出器を示すずである。
【図2】位置検出に2本の波長シフトファイバをまとめて1つの検出用ファイバとした2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図3】2次元中性子イメージ検出器の冷中性子を用いた位置分解能確認試験の概要図を示す図である。
【図4】2次元中性子イメージ検出器の冷中性子を用いた位置分解能確認試験の試験結果を示す図である。
【図5】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に透明シートを入れた2次元中性子イメージ体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図6】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間にフィルム状減光フィルタを入れた2次元中性子イメージ検出体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図7】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に光コリメータを入れた2次元中性子イメージ検出体に同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図8】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に光コリメータを入れて、中性子入射位置を決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図9】中性子イメージングシートの上面に波長シフトファイバを並列に配置し、1本ごと交互にそれぞれまとめた波長シフトファイバ束を用いて2信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器の実施例を示す図である。
【図10】中性子イメージングシート検出器を用いた1次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図11】中性子イメージングシートの上面に波長シフトファイバを並列に配置し、1本ごと交互にそれぞれまとめた波長シフトファイバ束を用いて4信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図12】中性子イメージングシートの上面と下面に波長シフトファイバを並列に1本ごと交互にそれぞれまとめて配置し、2信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図13】中性子イメージングシートの上面と下面に波長シフトファイバを並列に1本ごと交互にそれぞれまとめて配置し、4信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図14】ポリゴンミラーと面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子を用いて、イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図15】励起光源用と蛍光検出用の2つの同期して回転するポリゴンミラーを用いて、イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図16】励起光源用と蛍光検出用の2つの同期して回転するポリゴンミラーの1つの面おきにポリゴンミラーの面を光を反射できない面とし、時間間隔をあけて面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で蛍光を検出し、イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図17】2つの面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子を用いて、イメージングプレートに記録された2次元放射線イメージを交互に読み出し、2次元イメージを連続的に読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図18】CCD(チャージカップルドデバイス)素子の前にイメージインテンシファイアを配置することを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図19】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光を最初に、532nmの波長の励起を後に照射した場合と532nmの波長の励起光を最初に、635nmの波長の励起光を後に照射した場合の輝尽性蛍光の測定実験結果を示す図である。
【図20】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光を最初に、時間間隔を変えて532nmの波長の励起光を後に照射した場合の輝尽性蛍光の測定実験結果を示す図である。
【図21】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光を最初に、532nmの波長の励起光を直後に照射し、イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことを特長とする2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図22】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光で最初にスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出し、次に532nmの波長の励起光でスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出すことを特長とする2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図23】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光で最初にスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出した後、イメージングプレートを90度回転して後、次に635nmの波長の励起光でスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出すことを特長した2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図24】BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに、635nmの波長の励起光と532nmの波長の励起光をあらかじめ決められたタイミングで照射し記録された放射線の量を連続的に読み出すことを特長とする放射線検出器を示す図である。
【図25】635nmの波長の励起光を最初に、532nmの波長の励起光を後に照射し、BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す場合の各励起と輝尽性蛍光の読み出しのタイミングを示す図である。
【図26】ポリゴンミラーと面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子を用いて中性子用イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図27】輝尽性蛍光体を構成する元素として10B元素を含んだ輝尽性蛍光体とGdを含む材料を中性子コンバータとして混合して一様な厚さを持った構造とした中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図28】輝尽性蛍光体を一様に塗布する基板として、輝尽性蛍光の波長を中心波長とするフィルム状バンドパス光学フィルタを用いたイメージングプレートを示す図である。
【図29】輝尽性蛍光体SrBPO5とフィルム状バンドパス光学フィルタの輝尽性蛍光特性とバンドパス特性を示す図である。
【図30】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータであるLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図31】中性子コンバータであるLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の波長200nmから700nmまでの透過率特性を示す図である。
【図32】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータであるLi10B3O5あるいはLi10B4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図33】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータである6LiB3O5あるいは6LiB4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図34】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータである7LiB3O5あるいは7LiB4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図35】イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、蛍光体を放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器を配置したハイブリッド型放射線イメージ検出器を示す図である。
【図36】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器を配置したハイブリッド型中性子イメージ検出器を示す図である。
【図37】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器を配置したハイブリッド型中性子イメージ検出器において、用いる信号読み出し系の一部を共用して用いることを特長とするハイブリッド型中性子イメージ検出器を示す図である。
【図38】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、多数の中性子シンチレータブロックを用いた中性子イメージ検出器を配置し、さらに中性子シンチレータのブロックの背面にイメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバを配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図39】蛍光体シートの上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し同時計数法を適用して、放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得する従来方法の例を示す図である。
【図40】蛍光体シートの上面と下面に波長シフトファイバの間に金属ワイヤを配置した構成の波長シフトファイバを並べて配置し、放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得する従来方法の例を示す図である。
【図41】輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+にGd2O3を混合した材料を用いてBAS―NDとして市販されている中性子イメージングプレートの例を示す図である。
【図42】市販されている従来のイメージングプレート読み取り装置の例
【図43】マルチチャンネル光検出器を光検出器として用いたイメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法の従来例を示す図である。
【図44】ストリークカメラを光検出器として用いたイメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法の従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
(実施例1)
実施例1として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図1を参照して述べる。本実施例では中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。中性子イメージングシートの上面と下面に、図1に示すようにそれぞれ縦軸と横軸として直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。
【0037】
波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、中性子検出媒体の厚さが0.4mmであることからほぼ同じ大きさとすることとし、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバを1本ごとに光検出器に接続する。
【0038】
光検出器としては、16チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製H6568を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。なお、蛍光体から放出される蛍光は、光子1個づつを計数する光子計数(フォトンカウンテイング)法を用いて検出する。ただし、光電子増倍管及び増幅器の性能により、10ns以下の寿命を持つ蛍光体については、従来の積分時定数が入って計数する蛍光計数になるが、この場合でも光子計数(フォトンカウンテイング)法と同じ性能が得られる。
【0039】
また、上記では一片の長さが0.5mmの正方形波長シフトファイバを位置分解能に対応して1本を1つの光検出器に接続しているが、図2に示すように2本の一片の長さが0.25mmの正方形波長シフトファイバをまとめて0.5mmの幅の波長シフトファイバとし、1つの光検出器に接続して使用しても良い。この場合、上面に配置した波長シフト光ファイバの厚さが半分になり、中性子入射面における波長シフトファイバの影響を軽減することができる。
【0040】
中性子が入射すると、図1に示すように蛍光が全方位にわたって放出される。中性子イメージングシートは透明ではないので放出される蛍光に対して吸収体としても働く。このため、放出された蛍光は、中性子の入射位置と波長シフトファイバとの幾何学条件とその間の距離に対応した蛍光吸収率により依存した数が入射した位置の近辺の各波長シフトファイバに入射する。
【0041】
1本以上の波長シフトファイバに同時に蛍光が入射すると入射位置の決定は困難であり、従来法で述べた最も蛍光強度が強いものを波高分析して決定する方法が用いられる。この方法では、波高分析と比較に時間がかかりかつ回路が複雑でありコストもかかることになる。
【0042】
理想的には中性子検出媒体の厚さを波長シフトファイバの大きさより数分の1に小さくすれば蛍光はほとんど最も近いところに配置した波長シフトファイバのみに入るため、1本の波長シフトファイバの信号を用いて位置信号とすることができる。しかし、中性子コンバータである6Liの中性子捕獲断面積を考慮すると中性子検出媒体の厚さは0.4mm程度は必要となりこれ以上薄くすることは得策ではない。
【0043】
逆に、波長シフトファイバの太さを中性子検出媒体の厚さよりも数倍大きくすれば良いがこの場合位置分解能を良くすることはできない。
このため、本発明の実施例では、各検出場所に対応したデジタルパルス信号とその信号の両隣の2つのデジタルパルス信号とについて、3信号同時計数回路を用いて同時計数測定し、同時計数した場合には真ん中に対応した場所に中性子が入射した位置パルス信号とする。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
【0044】
20mmx20mmの面積で厚さ0.4mmの中性子検出媒体の上面に配置した5本の波長シフトを用いて、本発明の有効性確認試験を行った。Am−Li中性子線源(74GBq)を用いてこの中性子検出媒体に中性子を照射した。その結果、並んだ3つの波長シフトファイバの同時計数の計数割合を1とした場合、4つの波長シフトファイバの同時計数割合(入射決定位置の隣の位置にも信号が出る割合に対応)は0.28、5つの波長シフトファイバの同時計数割合(入射決定位置の1つおいた隣の位置にも信号が出る割合に対応)は0.05となり、本発明により入射位置を決定できることを確認した。
【0045】
さらに、原子炉から発生する冷中性子を用いて位置分解能確認試験を行った。試験の概要を図3に示す。原子炉から発生した波長5Åの冷中性子ビームは導管を通り中性子コリメータに入る。中性子コリメータは、厚さ0.5mmのCdの板であり、直径1mmの穴があいた構造である。コリメートされて出てくる冷中性子ビームの直径は1mmである。この中性子ビームをXY位置設定器のマウント台に取り付けた上記実施例で述べたイメージ検出部に照射し、位置を変化させてイメージング検出部の1つ中心波長シフトファイバ(3同時計数結果)の計数変化を測定した。横(X)軸方向の位置を0.2mm間隔で動かして測定した結果を図4に示す。測定された中性子ビーム幅は1.2mmであり、コリメートされた中性子ビームの幅を測定できることを確認した。試験目的である検出器位置分解は、計数変化の立ち上がりあるいは立ち下がりデータに対応するが、0.5mmが得られた。この値は波長シフトファイバの太さにあたっており、高位置分解能で中性子イメージを検出できることが確認された。また、0.5mmx0.5mmピクセルに対する検出効率は、12.8%であった。
【0046】
(実施例2)
実施例2として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図5を参照して述べる。本実施例の構成は、実施例1で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの透明なシートあるいは板を配置し、そのシートあるいは板の上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。
【0047】
本実施例の場合には、透明シートとしてプラスチックシートを用いることとし、その厚さは、中性子イメージングシートの厚さが0.4mmであることを考慮し0.1mmとする。本構成とすることにより、中性子が波長シフトファイバの直下でかつ非常に中性子イメージングシートの表面に近い場所に入射した場合でも両隣の波長シフトファイバに蛍光が入射することができるようになる。この結果、波長シフトファイバの直下に中性子が入射した場合にも、両隣の波長シフトファイバに蛍光が入射可能となり、3信号同時計数回路を用いて同時計数測定することにより中性子が入射した位置パルス信号と得ることができる。
【0048】
(実施例3)
実施例3として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図6を参照して述べる。本実施例の構成は、実施例1で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの蛍光波長に対して吸収特性を示すシート状減光フィルタを配置し、そのシート状減光フィルタの上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。本実施例の場合には、シート状減光フィルタとしてフィルム減光フィルタを用いることとする。透過率としては蛍光体ZnS:Agの蛍光波長である450nmにおいて25%の性能のものとし、その厚さは中性子イメージングシートの厚さが0.4mmであることを考慮し0.1mmとする。本構成とすることにより、中性子イメージングシート内で中性子により放出された蛍光が波長シフトファイバに入射する量を調整し、3本の波長シフトファイバとそれ以外の波長シフトファイバに入射する蛍光の割合の差を大きくし、同時計数の確率の差を上げることができる。また、中心から離れた波長シフトファイバに蛍光が入射する場合、斜めに入射するため離れるに従い蛍光の透過率が急速に減少することを利用して同時計数の確率の差を上げることができる。このように減光フィルタを用いることにより、中性子入射位置の決定精度を上げることができる。
【0049】
(実施例4)
実施例4として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図7を参照して述べる。本実施例の構成は、実施例1で述べた中性子イメージングシートと同じものを使用する。中性子イメージングシートの大きさは、128mmx128mmの大きさのものを用いることとする。中性子イメージングシートの上面に256本の波長シフトファイバ、下面に256本波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とする。波長シフトファイバ束はそれぞれ多チャンネル光電子増倍管に接続され、増幅器及び波高弁別器及び3信号同時計数回路を用いて位置パルス信号を生成する。縦軸及び横軸から発生する位置パルス信号の同時計数測定を行うため、上面と下面に配置された256本の波長シフトファイバからの位置パルス信号は、それぞれ8ビット信号変換回路に入力され、それぞれ8ビット出力信号に変換される。この2つの8ビット出力信号は、縦軸と横軸の8ビット信号の同時計数をとることができる8 X 8ビット2次元同時計数システムに入力される。8 X 8ビット2次元同時計数システムとしては、ドイツFASTCOMTEC社製デュアルマルチパラメータシステムMPA 3
2型などが使用できる。この二次元同時計数システムにより同時計数が行われ
、256チャネルx256チャネルの中性子イメージを得ることができる。
【0050】
(実施例5)
実施例5として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図8を参照して述べる。本実施例では、中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。ZnS:Ag中性子イメージングシートの上面と下面に、図8に示すように、横軸及び縦軸方向に等間隔に位置分解能に相当する開口部の光コリメータを配列したコリメータ板を置く。光コリメータはコリメータ開口部が0.5mmx0.5mm、コリメータ構成材の薄さ0.3mm、そしてコリメータの厚さ0.3mmと正方形光コリメータとする。構成材はアルミニウムとする。縦軸と横軸に、各開口部に合わせて、それぞれ直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、光コリメータの開口部に合わせて、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバを1本ごとに光検出器に接続する。光検出器としては、16チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製H6568を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。
【0051】
中性子が入射すると蛍光が全方位にわたって放出されるが、光コリメータを用いることにより、放出された蛍光は、中性子の入射位置に近い波長シフトファイバに最も強い強度で入射するため、中性子の入射位置を決定することができる。
【0052】
(実施例6)
実施例6においては、実施例5で述べた中性子イメージング検出部に上記で述べた実施例1と全く同じ構成の信号処理回路を用い、3信号同時計数処理を行うことにより、さらに精度良く中性子の入射位置を決定することができる。
【0053】
(実施例7)
実施例7として、本発明による中性子イメージ検出器について、図9を参照して述べる。本実施例では中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。大きさは、横10mm、縦100mmとする。この中性子イメージングシートの上面に10本の波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごと交互にそれぞれまとめ、5本の波長シフトファイバから構成される2つの波長シフトファイバブロックを構成する。波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。
【0054】
配置された2つの波長シフトファイバブロックの一端を光検出器に接続する。光検出器としては、光電子増倍管である浜松ホトニクスR647Pを用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。2つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
【0055】
このように2つの光電子増倍管から構成とすることにより、同一の光電子増倍管を用いた時に問題となる光電子増倍管に起因する雑音によるバックグラウンドの低減を行うと同時に、蛍光を検出する場合に光子毎に検出する検出法を適用することにより、ガンマ線が入射した場合には蛍光の強度が弱い、すなわち光子の放出確率が中性子に比較して小さいことを利用して、同時計数法を適用し中性子/ガンマ線(n/γ)比を大きくすることができる。この際、中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に、蛍光波長に対して吸収特性を示す減光フィルタシートを挿入することにより光子に対する波長シフトファイバの検出確率を下げることにより、この比を上げることは実施例3でも述べているので自明である。
【0056】
原子炉から発生する冷中性子を用いて中性子に対する検出効率の確認試験を行った。原子炉から発生した波長5Åで直径5mmの冷中性子ビームを上記実施例の中性子イメージングシートを用いた中性子検出器に照射した。その結果、本検出器は波長5Åの検出器に対して80%以上の検出効率を有することが確認できた。
【0057】
また、ガンマ線に対しての検出効率について152Euの7.4MBqのガンマ線線源を用いて評価試験を行った。この結果、同時計数法を適用しない場合には、3.2x10 3%であったものが2同時計数法を用いた場合7.3x10 4%
となり約5分の1減少することが確認できた。従って、後の実施例8で述べる4同時計数法を用いた場合には、約2桁減少させることが可能と推定できる。
【0058】
この中性子イメージングシートを用いた中性子検出ブロックを図10に示すように2個以上並べて用いることにより、中性子の1次元イメージを得ることができる。図10の例では中性子イメージングシートが平面ではなく、3角形及び逆3角形に互い違いに並べられているが、これは中性子を角度αつけて入射することにより、実質では1/sin(α)だけ厚くすることになり中性子に対する検出効率を上げることとなる。
【0059】
(実施例8)
実施例8として、本発明による中性子イメージ検出器について、図11を参照して述べる。本実施例の中性子イメージングシートについては同じ構成する。構成された2つの波長シフトファイバブロックの両端にそれぞれ光検出器を接続する。光検出器としては、光電子増倍管である浜松ホトニクスR647Pを用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、それそれ波高弁別器に入力する。検出された4つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、4つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。本実施例の場合、4つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行うため、実施例7の2つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行う場合に比較し、光電子増倍管に起因する雑音によるバックグラウンドの低減と中性子/ガンマ線(n/γ)比をさらに大きくすることができる。
【0060】
(実施例9)
実施例9として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図12を参照して述べる。本実施例の構成は、上記実施例7と中性子イメージングシートの厚さを0.4mmから0.6mmに厚くすることを除いて同じ構成とする。構成する際に、中性子イメージングシートの両面に波長シフトファイバブロックを配置し、それぞれの面について上記実施例7の同じ同時計数測定を行い、両面のどちらか1つあるいは両方から同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
【0061】
両面から信号を検出するため、中性子イメージングシートの厚さがその蛍光波長に対する透過率が悪いことに起因して大きくできなかったことを改善すると共に、同じ厚さとしても下面から近い部分に中性子が入射した場合の検出効率を上げることができる。
【0062】
また、図13に中性子イメージングシートの両面に波長シフトファイバブロックを配置し、それぞれの面について上記実施例8と同じく4同時計数測定を行う実施例を示す。この場合にも、両面のどちらか1つあるいは両方から同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。
【0063】
(実施例10)
実施例10として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図14を参照して述べる。本実施例では、イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出部は、従来技術で述べた実時間計測が可能な高速信号読み出し系と同じ構成とする。
【0064】
この信号読み出し系は、輝尽性蛍光体を励起可能な波長の光を発生する長方形励起光源、励起光源から出力された励起光をイメージングプレートの信号読み出し位置に長方形状に照射するためのスキャンニング機構、長方形状の励起光、前面及び後面を光の透過できる構造とした輝尽性蛍光体を検出媒体とするイメージングプレート、輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタ、輝尽性蛍光により励起可能な波長シフトファイバ束から構成される。
【0065】
実施例では、測定対象の放射線としてX線とし、読み取りの対象となるイメージングプレートを市販されている富士写真フィルム製BASシリーズのイメージングプレートとする。但し、市販品のイメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、BaFBr:Eu2+である。この輝尽性蛍光体の励起可能な波長帯は490nmから680nm(最大効率の半分の効率以上を示す波長帯)である。また、励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は390nmである。他の輝尽性蛍光体としてSrBPO3:Eu2+、RbBr:Tl、Y2SiO5:Ce、Sm等を検出媒体としたイメージングプレートについても条件を変えることにより読み取り対象となりうる。
【0066】
励起光を作り出す長方形励起光源としてはレーザー光源を用いる。必要な出力は、従来の1画素を読み取る場合に比較して長方形状となることから一度に読み取る画素数に応じて増加する必要がある。短時間での読み出しを考慮した場合、200画素の場合には数W程度の出力が必要となる。高出力が容易に得られるこの波長帯のレーザーとしては半導体レーザー(635nm)あるいは、半導体レーザー励起のグリーンレーザー(532nm)等が使用可能である。
【0067】
励起光の長方形状の大きさは、走査するイメージングプレートの大きさと必要とする位置分解能に大きく依存する。実施例では、読み取るイメージングプレートの大きさを横10cm、縦10cmとし、位置分解能を0.5mmとする。この場合、必要とする長方形状の励起光の大きさは10cmx0.5mmである。
【0068】
作製された長方形状の励起光を ポリゴンミラーにより反射させイメージングプレートの前面から照射する。この時、ポリゴンミラーの回転数を調整し、長方形状の励起光によりイメージングプレートの信号を読み出せるような走査速度で縦方向に移動させてイメージングプレートを走査する。走査速度は、励起光により読み取り対象とする画素から輝尽性蛍光をほぼ読み出すことができる時間に依存する。また、この読み取り時間は画素の大きさ、つまり位置分解能と励起光の強度に依存する。市販のイメージンクプレートの場合、0.5mmx0.5mmの画素あたり12.5mWの励起光を照射した場合、10μs程度の時間読み取りにかかる。このため、一定速度で走査する場合、走査速度は10m/sとなり非常に高速に走査することができる。この場合、イメージングプレートの全面を走査し放射線イメージを検出する時間は40msと非常に短時間である。また、輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+の輝尽性蛍光の寿命は0.8μsと非常に短い。このため、読み取り時間は原理的には1μs程度まで短くすることが可能なため、励起光源の出力増強等を行うことにより全面を走査し放射線イメージを検出する時間は本実施例より一桁以上短くすることも可能である。
【0069】
イメージングプレートの後面から放出された輝尽性蛍光は、イメージングプレートの後に配置した輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを用いて通過させ励起光の散乱光を除去する。実施例の場合、輝尽性蛍光の波長は390nmであるので、このバンドパス光学フィルタは中心波長が390nmであるB390光学フィルタを使用する。
【0070】
次に、波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径はイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅とするため0.5mmとし、その長さはイメージングプレートの縦幅が10cmであること及び光検出器までの距離を考慮して50cmとする。イメージングプレートの横幅に当たる10cmの長さの検出領域を確保するため、この波長シフトファイバを200本束ねて横方向に面状に並べた波長シフトファイバ束とする。この波長シフトファイバを長方形状の励起光に直角に配置して各蛍波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトする。
【0071】
一方、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光は、本発明のポリゴンミラーと面状のCCD素子からなるマルチチャンネル光検出器で検出される。
まず、波長シフトされた蛍光は集束用光学系により集束される。スキャンニング機構でイメージングプレートの全面を走査する時間と、ポリゴンミラーの1つの面で集束される蛍光を反射する時間を一致させるように、スキャンニング機構と同期してポリゴンミラーを回転させる。反射された蛍光は、蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、反射された蛍光を等間隔にする等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出する。等間隔用光学系としては、fθレンズなどが使用できる。CCD素子の縦軸は、イメージングプレートから放出される長方形状の輝尽性蛍光に対応し横軸は走査する時間軸に対応する。CCD素子制御装置で信号処理してデジタル化した後、信号処理装置で放射線イメージとして構成する。
【0072】
(実施例11)
実施例11として、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光をポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器について図15をもとに説明する。
【0073】
長方形状の励起光をイメージングプレート上をスキャンニング機構としてポリゴンミラーを使って走査し波長シフトファイバで放出される輝尽性蛍光を検出し波長シフトするまでは、実施例11の信号読み出し系と同じ構成のものが使用できる。
【0074】
本発明では、光源用ポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射し走査すると同時に、イメージングプレートの全面を走査する時間と、蛍光用ポリゴンミラーの1つの面で励起光を反射する時間を一致させるように、スキャンニング機構と同期してポリゴンミラーを回転させる。同期する方法としては、メカニカルに2つのポリゴンミラーを結合し同期する方法と、電子的に回転数を合わせ同期を取る方法がある。光源用ポリゴンミラー及び蛍光用ポリゴンミラーの回転数は、イメージングプレート及びCCD素子をポリゴンミラーのミラー面の数と全面走査する時間に依存し、8面のポリゴンミラーを用い全面走査時間を4ms及び前後のロスの走査時間を1msとし総合で1面当たり5msとした場合、25回転/秒となる。
【0075】
反射された蛍光は、蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、反射された蛍光を等間隔にする等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出する。等間隔用光学系としては、fθレンズなどが使用できる。CCD素子の縦軸は、イメージングプレートから放出される長方形状の輝尽性蛍光に対応し横軸は走査する時間軸に対応する。CCD素子制御装置で信号処理してデジタル化した後、信号処理装置で放射線イメージとして構成する。ここで、CCD(チャージカップルドデバイス)素子としては400x400以上の画素数を持ち高感度型CCD素子である浜松ホトニクス製エレクトロンボンバード型CCD(EB―CCD)素子あるいは冷却型CCD素子などが使用できる。
【0076】
(実施例12)
実施例12として、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を光学系を通してから反射する蛍光用ポリゴンミラーと同期する光源用ポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、1つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器について図16を用いて説明する。
【0077】
上記実施例11では、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を光学系を通してから蛍光用ポリゴンミラーで反射し、光学系を通してから、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、波長シフトした蛍光を面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、放射線の2次元イメージを得ている。しかし、CCD素子に記録された放射線イメージに対応した画像イメージ全体をCCD素子から信号処理装置に転送する場合、CCD素子は光イメージの検出を停止する必要があるため、その間、長方形状の励起光の走査動作およびCCD素子の検出動作を行わないでおく必要がある。
【0078】
このため、本実施例では光源用ポリゴンミラーと蛍光用ポリゴンミラーに1つの面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない黒色の面に加工する。8面の励起光源用ポリゴンミラー及び蛍光用ポリゴンミラーを用い、その回転数として実施例2と同じ条件で動作させ25回転/秒の場合、全面走査時間を4ms及び前後のロスの走査時間を5msでそれぞれイメージングプレート及びCCD素子を走査した後、5msのCCD素子から信号処理装置までの全画素の転送時間が確保できる。
【0079】
(実施例13)
実施例13として、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導き、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じ蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、光学系を通した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、2つの面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージをイメージ収録装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得る2次元放射線イメージ検出器について、図17をもとに説明する。
【0080】
上記実施例12において説明したように、CCD素子に記録された放射線イメージに対応した画像イメージ全体をCCD素子から信号処理装置に転送する場合、CCD素子は光イメージの検出を停止する必要があるため、その間、長方形状の励起光の走査動作およびCCD素子の検出動作を行わないでおく必要があり、連続した計測ができない。このため、本発明では、励起光によりイメージングプレートから放出される輝尽性蛍光が波長シフトファイバの両端から放出されることに着目し、波長シフトとされた蛍光を交互に検出することにより連続して計測するシステムとする。図17に示すように、輝尽性蛍光を検出し波長シフトするまでは、実施例11の信号読み出し系と同じ構成のものが使用できる。波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光は、それぞれ蛍光の広がりを縮小する集束用光学系を通してから、本実施例では、図17に示すように蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させる。反射された蛍光は、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、蛍光用ポリゴンミラーにより走査された蛍光を面状のCCD素子1で検出し、CCD素子1で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子2に記録されたイメージをイメージ収録装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返すことにより連続して計測することが可能となる。
【0081】
(実施例14)
実施例14として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図18を参照して述べる。本実施例では、上記実施例11の2次元放射線イメージ検出器の構成を用いることとし、CCD素子の前にイメージインテンシファイアなどの光増幅素子を配置する。イメージインテンシファイアとして浜松ホトニクス製V3346Uを用いる。本イメージインテンシファイアにより光子を約100倍から3000倍増やすことができるため、高感度で2次元放射線イメージを得ることができる。
【0082】
(実施例15)
実施例15として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図19、20、21及び22を参照して述べる。本実施例では、検出媒体である輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートを用いることとする。本イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す励起光源として、635nmの波長の半導体レーザー赤色励起光源と、532nmの波長の半導体励起緑色レーザー励起光源を用いる。632nmの波長の励起光を最初に照射して記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射して記録された放射線の量を読み出した場合と、その逆の順序で読み出した場合の蛍光強度の時間分布に関する実験結果を図19に示す。実験結果により、635nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、532nmの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができることがわかる。つまり、632nmの波長の励起光では、読み出せない記録された情報があることがわかる。一方、逆に532nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後632nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、632nmの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができないことがわかる。
【0083】
次に、632nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合について、635nmの波長の励起光の照射から後532nmの波長の励起光の照射までの時間間隔を変えた場合の実験結果を図20に示す。時間間隔を変えて読み出した場合の、635nmの波長の励起光と532nmの波長の励起光でイメージングプレートを読み出した場合の両者の場合に放出される輝尽性蛍光の和はほぼ一定であり、赤色光のみで励起した場合の約1.8倍となった。
【0084】
本実験結果を適用したイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器の実施例を図21に示す。
基本となる2次元放射線イメージ検出器の構成については実施例11で述べた図15と同じである。イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いている富士フィルム製BASシリーズのイメージングプレートなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構として図21に示すように、波長635nmの赤色長方形励光源と波長532nmの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体励起グリーンレーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。本発明を実施するためには図21の拡大図で示すように赤色光が先にイメージングプレートに照射され、その後、緑色光が照射されるようにミラーに照射するように赤色長方形励光源と緑色長方形励光源の位置などを決定する。赤色光、緑色光の順に励起光が照射されるため、イメージングプレートから放出される輝尽性蛍光の量は、赤色光のみで励起した場合の約1.8倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。
【0085】
また、本実験結果を適用したもう一つの例としてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器の実施例を図22に示す。基本となる2次元放射線イメージ検出器の構成については上記実施例で述べた図21と同じである。
【0086】
イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いている富士フィルム製BAS−MPなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構を図に示すように、波長635nmの赤色長方形励光源と波長532nmの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体グリーン励起レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。赤色長方形励光源と緑色長方形励光源は、赤色・緑色切り替え機構を用いて、最初に赤色長方形励光源を選択し、635nmの波長の赤色励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。その後、ミラーの面が切り替わる際に、同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて緑色長方形励光源を選択し、532nmの波長の励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。このように、赤色長方形励光源と緑色長方形励光源を切り替えてイメージングプレートに記録された放射線イメージを読み出し、後に赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを加え合わせることにより、各ピクセルから放出される輝尽性蛍光の量は約1.8倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。また、赤色励起光と緑色励起光の励起光波長が異なっていることを利用した放射線の種類の弁別などにも利用できる。
【0087】
(実施例16)
実施例16として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図23を参照して述べる。基本となる構成については上記実施例15で述べた図22と同じである。
【0088】
イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いている富士フィルム製BASシリーズイメージングプレートなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構を図23に示すように、波長635nmの赤色長方形励光源と波長532nmの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体励起レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。
【0089】
また、波長シフトファイバを用いた軸については、波長シフトファイバの太さで位置分解能が決定される。このため、プラスチック素材とする波長シフトファイバの太さは強度の問題などのため0.2mmが現在の技術では限界であり、この軸の位置分解能を0.2mm以下にすることは困難である。しかし、長方形状の励起光で走査する軸については、長方形励起光の太さを細くし、走査に際して少ない時間間隔で各ラインの走査をすればその分解能は、長方形励起光の太ささに依存する。このため、この太さを0.05mmとてしてこの軸の位置分解能を上げることとする。
【0090】
赤色長方形励光源と緑色長方形励光源は赤色・緑色切り替え機構を用いて、最初に、赤色長方形励光源を選択し635nmの波長の赤色励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。その後、ミラーの面が切り替わる際に同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて90度回転機構を操作してイメージングプレートを90度回転する。この時、90度回転機構による回転操作には時間がかかるため、この間は、赤色長方形励光源と緑色長方形励光源からの励起光が発生しないようにする。90度回転が終了した後、緑色長方形励光源に切り替え、ミラーの面が切り替わる際に同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて緑色長方形励光源から励起光を発生するようにする。発生した緑色励起光を用いて、イメージングプレートに記録された放射線イメージを読み出す。
【0091】
前記した長方形状の励起光で走査する軸の位置分解能が長方形励起光の太ささに依存し0.05mm程度の位置分解能となることを利用して、赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを解析・合成することにより、横軸と縦軸方向について位置分解能を上げたイメージングプレートの放射線イメージを取得することができる。
【0092】
(実施例17)
実施例17として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図24及び25を参照して述べる。
【0093】
本実施例では、X線イメージング用に市販されている富士写真フィルム製BASシリーズのイメージングプレートを使用する。但し、市販品のイメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、BaFBr:Eu2+である。励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は390nmである。励起光を作り出す機構を図24に示すように、波長635nmの赤色励起光源と波長532nmの緑色励起光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーで構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体励起グリーンレーザーで構成することができる。必要な出力は、読み出す速度とシート状の輝尽性蛍光体であるイメージングプレートの読み出し面積に依存する。直径5mmの検出面積の場合、数mW以上の最大出力が必要である。
【0094】
シート状の輝尽性蛍光体であるイメージングプレートの後面から放出される輝尽性蛍光はイメージングプレートの後に配置した輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを用いて通過させ、励起光の散乱光を除去する。実施例の場合、輝尽性蛍光の波長は390nmであるので、この光学フィルタは中心波長が390nmのものが使用できる。
【0095】
次に、輝尽性蛍光の検出機構について説明する。光検出器としては、輝尽性蛍光の波長である390nmの近くで感度の大きい光電子増倍管を使用することができる。光電子増倍管として浜松ホトニクス製R647Pなどが使用できる。
【0096】
光電子増倍管により検出された光信号は、信号処理回路により増幅され信号処理がなされる。実施例として、光信号処理方法としては計数方式を用いる。この場合、信号処理としては、光信号を信号増幅した後、波高弁別器で雑音との弁別を行いパルス信号として取り出す。また、この光信号処理方法の他にも従来よりイメージングプレートの画像イメージの読み取りに使用されている輝尽性蛍光の信号列を積分回路で積分し放射線量を読みとる方法も使用することが可能である。
【0097】
信号処理回路により処理され出力されるパルス信号はモード切替回路に入力する。この回路では制御回路からのモード切替信号を用いて、パルス信号を赤色励起モードの場合は赤色励起モード収集回路に、緑色励起モードの場合は緑色励起モード収集回路に振り分ける。本実施例の場合、2つのデータ収集回路は計数回路から構成される。
【0098】
赤色励起モードと緑色励起モードのモード切替は、制御回路により行い、図25に示すタイミングによって切り換える。つまり、赤色励起モードを5回繰り返して測定した後、その間蓄積された緑色励起で読み出し可能な放射線量を532nmの波長の緑色励起光源を用い読み出す。このようにすることにより、時間とともに変化する放射線の量は赤色モードで検出し、その間積算された放射線量を緑色モードで検出することにより、放射線量の時間分布を監視しながら、それまでにその間蓄積された放射能量を感度良く、かつ確実に取得することができる。
【0099】
また、赤色励起モードと緑色励起モードの両方が使用できるため、非常に高強度の放射線が入射し赤色モードで輝尽性蛍光を検出した際、蛍光強度が強く検出回路が飽和し、正確な入射放射線量が測定できなかった場合でも、緑色励起光の励起光強度を非常に弱くして緑色励起モードで蓄積された放射線量を正確に計測することが可能である。
【0100】
(実施例18)
実施例18として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図26を参照して述べる。本実施例は、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器である。
【0101】
基本的な中性子用イメージングプレートを用いた2次元中性子イメージ検出器の構成は、実施例11において述べた図21と同じである。放射線検出媒体であったイメージングプレートの代わりに、本実施例では電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートを用いている。中性子用イメージングプレートとしては、富士写真フィルムから市販されているBAS NDシリーズを用いることができる。ただし、中性子イメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このようにすることにより中性子イメージを照射しながら連続して測定することが可能となる。
【0102】
(実施例19)
実施例19として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について図27を参照して述べる。本実施例では、図27に示すように、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を構成する元素として10B元素を含んだ輝尽性蛍光体SrBPO5:Eu2+とGdを含む中性子コンバータとしてGd2O3を混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いる。
【0103】
Gdの中性子による中性子捕獲断面積は、熱中性子領域を越えると急速に小さくなる。一方10Bは中性子の速度に対して速度分の1に比例して減少する。このため、熱中性子領域を越えると10Bの方がGdによりも中性子捕獲断面積は大きくなる。従って、本実施例のように、Gdと10Bを組み合わせて使うことにより、熱中性子領域より低エネルギー側をGdで中性子コンバートし、それ以上のエネルギーを10Bで中性子コンバートすることにより、核破砕パルス中性子源などから発生する冷中性子から熱外中性子領域までの幅広いエネルギーを持った中性子を中性子用イメージングプレートにより計測が可能となる。
【0104】
(実施例20)
実施例20として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図28及び29を参照して述べる。本実施例として、図28に示す中性子用イメージングプレートを用いる。
【0105】
本実施例の中性子用イメージングプレートは、励起光を透過する透明なシート、輝尽性蛍光と中性子コンバータを混合した中性子検出媒体及び輝尽性蛍光の波長を中心波長とする板あるいはシート状のバンドパス光学フィルタから構成される。
【0106】
輝尽性蛍光体として10B元素を含んだ輝尽性蛍光体SrBPO5:Eu2+を用い、Gdを含む材料を中性子コンバータとしてGd2O3を用い、これらを混合して透明シートに一様な厚さで塗布する。透明シートとしては厚さ0.1mmのプラスチックシートを用いる厚さは約200μmとする。シート状のバンドパス光学フィルタとしては、輝尽性蛍光の波長を中心波長とするフィルム状のバンドパス光学フィルタを用いる。バンドパス光学フィルタとしては米国ROSCO社製ROSCOLUX 80が使用できる。図29に示すようにROSCOLUX 80は、輝尽性蛍光の波長200nmを通し励起光の波長670を通さないバンドパス光学フィルタである。フィルムの厚さは0.05mmである。
【0107】
このようにすることにより、実施例10から18で述べたようなイメージングプレートをイメージングプレートの後面から輝尽性蛍光を読み出し放射線あるいは中性子イメージを得る場合に、波長シフトファイバとの間隔をあけることにより生ずる位置分解能の劣化を防ぐことができる。
【0108】
(実施例21)
実施例21として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図30及び31を参照して述べる。本実施例では、中性子コンバータとしてLiB4O7(LBO)を用い、蛍光体としては輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+を用いて混合して基板に一様に塗布して作製した中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器について示す。
【0109】
図30に作製した中性子用イメージングプレートを示す。中性子コンバータとしてはLiB4O7(LBO)を用いることとし、粒径を2μm以下に粉砕する。あるいは、LiB4O7(LBO)が水溶液に溶解し、かつ温度により溶解度に差があることを利用して水溶液に溶解させて温度を下げることにより粒径の小さいLiB4O7(LBO)を作製することができる。
【0110】
なお、バルクのLiB4O7(LBO)の透過率特性を図31に示す。従来から中性子用イメージングプレートなどに用いられてきたLiFと比較すると必要とする390nm及び635nm近辺については全く同等の特性を示すことがわかる。また、BaFBr:Eu2+についても粒径を5μm以下とする。比率としては重量比でLiB4O7(LBO)を50%、BaFBr:Eu2+を50%とする。厚さは150μmとする。このような中性子用イメージングプレートを作製することにより、核破砕パルス中性子源などから発生する冷中性子から熱外中性子領域までの幅広いエネルギーを持った中性子を中性子用イメージングプレートにより計測が可能となる。
【0111】
(実施例22)
実施例22として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図32を参照して述べる。本実施例では、実施例21で述べたLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の構成材料であるボロン(B)として、10Bの含有量を多くした材料を用いることを特長としている。10Bの含有量としては、95%程度のものが製造可能である。自然に存在する10Bの含有量は20%であるので約5倍中性子捕獲断面積が増加する。このため、実施例21の場合に比較して中性子検出媒体の厚さを減少させることが可能であり、かつ中性子に対して検出効率を上げることができる。また、ガンマ線に対する検出感度が相対的に高くなるため、バックグラウンドの指標となる中性子/ガンマ線比を上げることができる。
【0112】
(実施例23)
実施例23として、図33及び図34を用いて説明する。本実施例では、Li10B4O7(LBO)の構成材料であるリチウム(Li)として、6Liの含有量を多くした材料を用いた中性子検出媒体を用いた中性子用イメージングプレートについて述べる。6Liの含有量を多くした場合、6Liの中性子に対する捕獲断面積の分だけ中性子に対する検出感度が増加する。6Liの含有量が95%のものは容易に製作が可能であるので、これを用いた6Li10B4O7(6LBO)を用いる。その他の作製方法については、実施例22と同じである。
【0113】
一方、7Liの含有量を95%まで多くした材料を用いた場合、自然に存在する6Liの含有量7.5%の分だけ中性子に対する検出感度は減少するしかし、6Liの中性子捕獲反応により生成する電離放射線のエネルギーと10Bの中性子捕獲反応により生成する電離放射線のエネルギーが異なり輝尽性蛍光体に与える効果が異なるため、中性子の入射量が小さいばあいには量子効率が平均化されない。従って、本実施例のように7Li10B4O7(7L10BO)を用いることにより、中性イメージングプレート内で6Liと中性子捕獲反応するのか10Bで中性子捕獲反応するのかで蛍光量が異なるという問題を回避することができる。
【0114】
(実施例24)
実施例24として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図35を参照して述べる。本実施例では、放射線イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器と、シンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成され、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置することを特長としたハイブリッド型2次元放射線イメージ検出器について述べる。
【0115】
電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器については、実施例11と同じ構成を用いる。放射線イメージ検出器の放射線検出媒体としては、Liガラスシンチレータを用いる。検出面積は、実施例11で述べたイメージングプレートの大きさに合わせて10cmx10cmとする。LiガラスシンチレータとしてはBicron社製GS1を用いることができる。ブロックの大きさは、5mmx5mmとし、その厚さは測定対象の放射線を40keVのX線とし2mmとする。Liガラスシンチレータの蛍光寿命は60nsであり蛍光波長は390nmである。
【0116】
従って、Liガラスシンチレータの上面と下面に配置する波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いることができる。波長シフトファイバの直径は上記のイメージングプレートの信号読み出し系と同じく0.5mmとし、長さは50cmとする。この波長シフトファイバを面状にした波長シフトファイバ束を上面と下面で直角方向に配置する。上面の面状波長シフトファイバ束を縦軸、下面の面状波長シフトファイバ束を横軸とする。縦軸の面状波長シフトファイバ束の波長シフトファイバの位置は、イメージングプレートの信号読み出し系で用いる波長シフトファイバの位置と一致させる。これにより、両者の放射線イメージを一致させることが可能となる。これらの縦軸と横軸の波長シフトファイバはそれぞれマルチチャンネル光検出器に接続され、光電気信号として取り出される。この光電気信号は増幅器で増幅された後、波高弁別器を用いてタイミング信号となる。縦軸と横軸が交差した所が放射線入射部分であるため、マルチチャンネルの同時計数回路を用いて放射線入射位置を特定し放射線イメージを取得することができる。両者で発生する蛍光の影響を除くため、両方のイメージ検出器の間には遮光材として黒色シートを挿入する。
【0117】
大強度の放射線が入射した場合でも、積分型検出器であるイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器で最初に検出することにより、非常に高計数率のX線が入射しても、問題なく放射線イメージを得ることができる。この際、イメージングプレートの厚さを調整し、20−30%のX線が通過するようにする。その後に、イメージングプレートで減衰し通過してくる放射線をシンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器により検出する。
【0118】
このような構成でハイブリッド型放射線イメージ検出器を構築することにより、放射線イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【0119】
(実施例25)
実施例25として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図36を参照して述べる。本実施例として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器と、蛍光体と6Liを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体を用いた中性子イメージングプレート検出器とから構成され、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器について述べる。
【0120】
輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器については実施例11と同じ構成を用いる。
【0121】
蛍光体と6Liを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体を用いた中性子イメージ検出器については、実施例1と同じ構成を用いる。両者で発生する蛍光の影響を除くため、両方のイメージ検出器の間には遮光材として黒色シートを挿入する。
【0122】
大強度のパルス中性子が入射した場合でも、積分型検出器である中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器で最初に検出することにより、非常に高計数率のパルス中性子が入射しても、問題なく中性子イメージを得ることができる。この際、中性子用イメージングプレートの厚さを調整し、20−30%の中性子が通過するようにする。その後に、中性子用イメージングプレートで減衰し通過してくる中性子を、蛍光体と6Liを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器により検出する。
【0123】
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【0124】
(実施例26)
実施例26として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図37を参照して述べる。本実施例として、上記実施例25において、中性子用イメージングプレートに記録された中性子の量を読み出す信号読み出し系と中性子イメージング検出器において、用いる信号読み出し系が一部が中性子用イメージングプレートと中性子イメージ検出器で共用していることを特長とするハイブリッド型中性子イメージ検出器について述べる。
【0125】
最初に、長方形状励起光をポリゴンミラーにより中性子用イメージングプレートの前面に照射することにより、中性子用イメージングプレートの後面から長方形状に放出される輝尽性蛍光を、輝尽性蛍光により励起可能な波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を長方形状の励起光に直角に配置して検出する。中性子用イメージングプレートとしては、富士写真フィルムのBAS ND中性子イメージングプレートを使用する。本中性子イメージングプレ
ートの輝尽性蛍光体はBaFBr:Eu2+であるため、輝尽性蛍光の波長は390nmである。このため、波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径はイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅とするため0.5mmとし、その長さはイメージングプレートの縦幅が10cmであること及び光検出器までの距離を考慮して50cmとする。イメージングプレートの横幅に当たる10cmの長さの検出領域を確保するため、この波長シフトファイバを200本束ねて横方向に面状に並べた波長シフトファイバ束とする。この波長シフトファイバを長方形状の励起光に直角に配置して各蛍波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を検出する。
【0126】
一方、この波長シフトファイバ束は、図37に示すように中性子用中性子イメージ検出器の横軸用の蛍光検出にも使用される。そして、波長シフトファイバ束の後に中性子用中性子イメージ検出器の中性子検出媒体である蛍光体と中性子コンバータから構成される中性子イメージングシートが配置される。蛍光体としては、中性子イメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体の輝尽性蛍光波長に近く波長シフトファイバとしては、励起波長帯に入る必要があるので、Y2SiO5:Ceを用いる。Y2SiO5:Ceの蛍光波長は420nmであり、バイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mと一致する。中性子コンバータとしては、実施例22で述べたLi10B4O7(L10BO)の粉末を用いる。中性子イメージングシートの厚さは200μmとする。この中性子イメージングシートの後に、縦軸用の波長シフトファイバ束が配置される。
【0127】
本実施例の場合、中性子用イメージングプレートを読み取り中には、中性子イメージ検出器は読み取りができないので、それぞれのモードを切り替えて用いることとなる。
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【0128】
(実施例27)
実施例27として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図38を参照して述べる。本実施例として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体の背面に6Liを含んだ複数の中性子シンチレータのブロックとを組み合わせた中性子イメージ検出器を配置し、その背面に中性子用イメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバ束を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器について述べる。
【0129】
中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体としては、富士写真フィルム製中性子イメージングプレートBAS N
Dが使用できる。但し、市販品の中性子イメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、BaFBr:Eu2+である。励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は390nmである。また、励起可能な波長帯は490nmから680nm(最大効率の半分の効率以上を示す波長帯)である。
【0130】
6Liを含んだ複数の中性子シンチレータブロックとしては、6Liガラスシンチレータを用いる。6LiガラスシンチレータとしてはBicron社製GS20を用いることができる。ブロックの大きさは、5mmx5mmで厚さ2mmとする。Liガラスシンチレータの蛍光寿命は60nsであり蛍光波長は390nmである。
【0131】
中性子用イメージングプレートとLiガラスシンチレータの蛍光波長は同じ390nmであるため、縦軸用波長シフトファイバ、横軸用波長シフトファイバ及び中性子用イメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバは、従って、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径は0.5mmとし、その長さは光検出器までの距離を考慮して50cmとする。
【0132】
中性子が本発明のイメージ検出器に入射すると、まず、中性子用イメージングプレートで捕獲され、即発の蛍光を発生する。この蛍光を中性子シンチレータブロックを介して、2次元中性子イメージングが行われる。中性子用イメージングプレートで捕獲されず透過してくる中性子は中性子用イメージングプレートの背面に置かれた6Liガラスシンチレータに捕獲され蛍光が発生し、2次元中性子イメージングが行われる。この間に中性子の入射により中性子用イメージングプレート内に蓄積された中性子イメージは、長方形励起光レーザーとポリゴンミラーにより励起光を照射し、放出される輝尽性蛍光を、中性子シンチレータブロックの背面に配置された波長ファイバ束を用いて読み出すことにより得ることができる。
【0133】
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。また、積分検出器である中性子イメージングプレート検出器と中性子シンチレータブロックを用いた中性子イメージ検出器とを使い分けて読み出すことにより、高機能な中性子イメージングが可能となる。
【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線検出体としてシンチレータあるいは蛍光体を用いて2次元放射線あるいは2次元中性子イメージを得る検出器とイメージングプレートを用いて2次元放射線あるいは2次元中性子イメージを得る高位置分解能イメージ検出器に関するものである。最終的には、積分型検出器であるイメージプレートと微分型検出器である蛍光体あるいはシンチレータを用いたイメージング検出器とを組み合わせたハイブリッド型イメージ検出器を構成することにより、放射線あるいは中性子が高い入射率で入った場合でも検出器を飽和することなく、効率良くかつ高位置分解能で2次元放射線あるいは2次元中性子イメージを高速に取得できることを特長としている。
【0002】
特に、イメージングプレートと中性子コンバータと組み合わせた2次元中性子イメージングも可能としているため、大強度陽子加速器を用いて発生するパルス中性子を用い飛行時間法(TOF)を適用した中性子散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展に寄与することが大きい。中性子源として原子炉を用いた同種の研究にも利用できる。また、大強度放射光を用いたX線散乱等による物性物理研究や構造生物学の研究の進展にも寄与することが大きい。
【0003】
一方、X線発生装置や加速器を用いた医療X線診断、X線あるいは中性子を用いたオートラジオグラフィなどに使用される。さらに、加速器を用いた高エネルギー物理研究用の放射線イメージ検出器やラジオグラフィ等の高速処理及び実時間放射線イメージ検出を用いた動的な事象の把握に使用可能であるとともに原子炉や核融合炉における中性子を含めた放射線の高機能な分布モニタ装置などにも使用される。
【背景技術】
【0004】
従来、X線管を用いたX線源あるいは原子炉を用いた中性子源などを用いたX線あるいは中性子散乱実験に使用される高位置分解能を有する放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器としては、蛍光体あるいはシンチレータ及びこれらと中性子コンバータを組み合わせた放射線及び中性子イメージ検出器が使用されてきた[Nucl. Instr. and Meth., A430(1999)311-320、特願平10-366679、特願2000-259443]。図39に示すように蛍光体シートあるいシンチレータ板の上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し、同時計数法により放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得している。この方法では、放射線あるいは中性子が入射し蛍光が放出された際、その蛍光が入射点に近い何本かの波長シフトファイバに入射するため、各波長シフトファイバの蛍光強度の差を利用して、最も近い波長シフトファイバを決定する方法などを用いて位置分解能を確保してきた。従って、これらの方法では蛍光強度の差を求めるための回路が複雑になり、かつ高計数率に対応することは困難であった。
【0005】
高計数率に対応する方法としては、図40に示すように波長シフトファイバの間に金属ワイヤを配置し、最初から位置分解能を犠牲にして形で入射位置を決定する方法などが用いられてきた[J. Neutron Research, Vol. 4(1996)123-127]。また、蛍光体に中性子コンバータとして6LiFを混合し、図39と同様な方法によって中性子イメージを取得している。
【0006】
また、積分型の高位置分解能イメージ検出器として、放射線検出媒体として輝尽性蛍光体を用いたイメージングプレートあるいは中性子用イメージングプレートが使用されてきた[Nucl. Instr. and Meth. A349(1994)521-525]。現在、富士フィルムから市販されているイメージングプレートはBaFBr:Eu2+を主とした構成の輝尽性蛍光体が使用されている。また、中性子用イメージングプレートとしては、図41に示すような輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+にGd2O3を混合した材料を用い同じく富士フィルムからBAS NDとして市販されている[Nucl. Instr. and Meth. A377(1996)119-122]。中性子コンバータとして6Liを含んだ材料、たとば6LiFなどを用いた中性子用イメージングプレートも試作されている[Nucl. Instr. and Meth.,A349(1994)521-525]。
【0007】
これらのイメージングプレートの読み取り装置は、一般には図42に示すような装置により以下のように動作して読み取りを行う。放射線を照射したイメージングプレートは搬送用ベルトに装着した後、移動しながら、励起用光源から発生した励起光を細く絞りガルバノミラーにより反射させイメージングプレートの面上を走査する。通常、励起光としてはレーザー光を用いている。励起光の照射により発生した輝尽性蛍光は、光ファイバ等を束ねた集光用ガイドにより導かれ、輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、光電子増倍管で検出される。その後、信号処理装置によりその強度に応じてデジタル信号化し、放射線イメージとして構成することによりイメージングプレート内に2次元的に記録された放射線イメージを読み出している[Nucl. Instr. and Meth., A246, p572-578(1986), 現代科学、No.223,p29-36(1989)]。
【0008】
また、イメージングプレートの搬送方法として、イメージングプレートをドラムに巻き付けて回転させ移動する方法も使用されている[Nucl. Instr. and Meth., A310, p366-368(1991), 放射線,Vol.23, No.2, p43-51(1995)]。
【0009】
しかし、イメージングプレートは積分型の検出器であること、イメージングプレート内に蓄積された放射線量を読み取るには上記で説明したように読み取り装置を必要とし、オフラインで使用されるため、実時間での実験には使用不可能であった。このため、イメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法が考案された[特開2000-162724]。
【0010】
本読み取り法においては、図43に示すように励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、長方形状の励起光を用いて、イメージングプレートの縦方向に移動させてイメージングプレートを走査する。イメージングプレートの後面から放出される輝尽性蛍光は、イメージングプレートの後面に配置した輝尽性蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、長方形状の励起光に直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導かれ、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光が波長シフトされる。波長シフトした蛍光を励起光の走査と同期して並列にマルチチャネル光検出器で検出することによりイメージングプレート内に記録された放射線イメージを読み取ることができる。
【0011】
マルチチャンネル検出器としては、光電子増倍管を多数個並べる方式が一般的な検出器であるが、その後の増幅器および信号処理回路を考慮すると大規模な光検出システムとなってしまう。
【0012】
このため、図44に示すようにレンズなどの光学系を通した後、ストリーク管の横軸に入射し、時間により掃引するストリーク管の縦軸をイメージングプレートの縦方向の読み出し位置に対応して掃引させることによって、ストリーク管の蛍光面に得られるストリーク像を、CCD素子で検出し蓄積し、蓄積された信号を信号処理装置により読み出しデジタル化し放射線イメージとして構成することによりイメージングプレート内に2次元的に記録された放射線イメージを読み出すストリークカメラ方式が考案された[特開2000-162724]。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
放射光を用いた大強度X線あるいは大強度陽子加速器を用いた大強度パルス中性子源が最近使用されるようになり、X線の強度およびエネルギーが上がるにつれ、またパルス中性子の強度および発生する中性子エネルギー範囲が広がるにつれ、高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、検出器を飽和させることなく、かつ簡便に2次元X線あるいは2次元中性子イメージを読み出すことが可能な放射線および中性子イメージ検出器の開発が不可欠である。
【0014】
それに加えて、パルス中性子の場合、エネルギー弁別を行いながらイメージングを行うには通常飛行時間(TOF)法が用いられるため、幅広い中性子エネルギー範囲にわたって中性子イメージを検出する必要がある。
【0015】
さらに、中性子イメージングを行う際には、蛍光体及び中性子コンバータ自身の蛍光に対する透過度の問題があるため中性子検出媒体の厚さをできるだけ薄くする必要があり、中性子に対して捕獲断面積が大きくかつ透過度の良い中性子コンバータが要求されている。
【0016】
また、中性子イメージングを行う際には中性子検出媒体自身が発生するガンマ線あるいは周囲から来るガンマ線がバックグラウンドとなるため、中性子/ガンマ線比をできるだけ低減することが要求される。また、その他の電気的雑音も低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明は、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す2次元放射線イメージ検出器において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバの一端に放出される蛍光を光学系を通してからポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長として構成したものである。
好ましくは、上記2次元放射線イメージ検出器において、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる。更に好ましくは、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、1つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけることにより読み出し間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る。
【0018】
また、上記2次元放射線イメージ検出器において、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導き、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、集束用光学系を通した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通してから等間隔用光学系を通した後、2つの面状のCCD素子で検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージを信号処理装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得る。
【0019】
また、CCD素子の前にイメージインテンシファイアなどの光イメージ増幅素子を配置してもよい。更に、前記イメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることにより、上記装置を2次元中性子イメージ検出器として構成してもよい。
【0020】
高位置分解能を維持したまま高計数率に対応し、かつ簡便に2次元X線あるいは2次元中性子イメージを読み出すことが可能な放射線および中性子イメージ検出器に関しては、従来の蛍光体あるいはシンチレータと波長シフトファイバから構成する検出器の新しい構造を考案すると共に、入射位置を決定する方法とし横に並んだ隣接する波長シフトファイバについて同時計数法を適用する方法を考案し、高速にかつ簡便に位置決定を行うことを可能とした。
【0021】
中性子イメージングに不可欠な中性子/ガンマ線比の低減に関しては、真の信号とガンマ線バックグラウンド信号との蛍光強度の差を同時計数法を用いることにより拡大し低減する方法を考案した。
【0022】
高位置分解能、広いダイナミックレンジ、広い検出面積を持つイメージングプレートを用いて実時間計測を可能としたイメージングプレート高速読み取り法について、価格が高価なストリークカメラに代わるマルチチャンネル光検出器として、ポリゴンミラーと高感度CCD素子から構成されるイメージングプレート読み取り用マルチチャンネル光検出器システムを考案し、簡単化及び低コスト化を可能とした。
【0023】
また、上記イメージングプレート高速読み取り法に必要な裏面読み取り型イメージングプレートを考案し、位置分解能の向上を図った。
さらに、中性子イメージ検出器を用いて、パルス中性子イメージングを行うには通常飛行時間(TOF)法が用いられるため、幅広いエネルギー範囲にわたって中性子イメージを計測する必要がある問題に対しては、複数の中性子コンバータを用いることにより、この問題を解決した。
【0024】
現在、富士フィルムから市販されている中性子イメージングプレートには、中性子コンバータとしてGdが使用されているが、Gdの場合、熱中性子領域を過ぎたあたりから急激に中性子の捕獲断面積が小さくなることから、エネルギーが高くなるにつれて検出効率が減少する。このため、イメージングプレートの背後に置く中性子イメージ検出器で使用する中性子コンバータとして、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ材料を用いることによりこの欠点を補うことができる。つまり、中性子用イメージングプレートをほとんど透過してきてしまう中性子を蛍光体あるいはシンチレータと中性子コンバータを組み合わせた中性子イメージ検出器を用いることにより検出する。
【0025】
陽子加速器を用いて核破砕により発生するパルス中性子のエネルギー分布は、核破砕用ターゲットの周囲に配置されるモデレータの種類に依存するがどのようなモデレータを用いても熱中性子エネルギーより高いエネルギーになると急激にその強度が弱まるため、計数方式である蛍光体あるいはシンチレータを用いても十分中性子イメージを計測することが可能である。
【0026】
また、中性子イメージングを行う際には、蛍光体及び中性子コンバータ自身の蛍光に対する透過度の問題があるため中性子検出媒体の厚さをできるだけ薄くする必要があり、中性子に対して捕獲断面積が大きくかつ透過度の良い中性子コンバータが要求される。このため、10B元素を含み蛍光に対する透過度が優れかつ捕獲断面積が大きLBOを中性子コンバータとして用いることとした。
【0027】
本発明の最終目的である非常に高い計数率でX線あるいは中性子が検出器に入射する場合に対処する方法として、積分型イメージ検出器と微分型イメージ検出器をハイブリッド化する方法を考案した。
【0028】
イメージングプレートが積分型イメージ検出器であることから、入射してくる放射線あるいは中性子の計数率が非常に高い場合でも計測可能であることを利用し、最初にイメージングプレートで入射してくる放射線あるいは中性子イメージを検出する。次に、イメージングプレートを透過し減衰して出て来る放射線あるいは中性子を蛍光体あるいはシンチレータ及びこれらと中性子コンバータを組み合わせた放射線及び中性子イメージ検出器で計測する検出するシステムを構築する。
【0029】
つまり、非常に強い放射線あるいは中性子が入っても計測可能なイメージングプレートで計測すると共に放射線あるいは中性子の強度を減衰させ、減衰した放射線あるいは中性子イメージを計数方式である蛍光体あるいはシンチレータ及びこれらと中性子コンバータを組み合わせた放射線及び中性子イメージ検出器などで計測する。同時に、イメージングプレートの検出媒体として輝尽性蛍光体が使用されているが蛍光の透過度が小さく励起光を照射して輝尽性蛍光を効率良く検出するにはあまり厚くすることができず、必ず放射線あるいは中性子が透過してしまい検出効率をロスする欠点を本方式を用いることにより補うことができる。
【発明の効果】
【0030】
放射線のイメージングを行う放射線イメージ検出部を、放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体が一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器と、蛍光体あるいはシンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成し、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置して2次元放射線イメージ検出器を作り出すことにより、強い放射線が入射しても、飽和することなく、かつ高い検出効率で放射線イメージを取得できるようになった。
【0031】
中性子イメージングを行うイメージ検出部を、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器と蛍光体あるいはシンチレータにGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合しあるいは含んだ中性子検出媒体を用いたイメージ検出器とから構成し、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置して2次元中性子イメージ検出器を作り出すことにより、強い中性子が入射しても、飽和することなく、かつ高い検出効率で中性子イメージを取得できるようになった。また、このように構成することにより幅広い中性子エネルギー範囲の中性子を効率良く検出することが可能となった。
【0032】
また、マルチチャンネル光検出器としてポリゴンミラーとCCD素子から構成される光検出器を用いたイメージングプレート高速読み取り装置の考案により、安価でかつ簡便な装置で、非常に高速かつ実時間でイメージングプレートを読み出すことが可能となった。
【0033】
また、上記高速読み取り装置に用いられるイメージングプレートとして、輝尽性蛍光体を直接光バンドバスフィルタの上に塗布したイメージングプレートを用いることにより位置分解能を向上させることができた。
【0034】
新しい中性子コンバータの考案により、中性子の検出効率を向上させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】中性子イメージングシートと波長シフトファイバを用いた2次元中性子イメージ検出体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する2次元中性子イメージ検出器を示すずである。
【図2】位置検出に2本の波長シフトファイバをまとめて1つの検出用ファイバとした2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図3】2次元中性子イメージ検出器の冷中性子を用いた位置分解能確認試験の概要図を示す図である。
【図4】2次元中性子イメージ検出器の冷中性子を用いた位置分解能確認試験の試験結果を示す図である。
【図5】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に透明シートを入れた2次元中性子イメージ体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図6】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間にフィルム状減光フィルタを入れた2次元中性子イメージ検出体の中性子入射位置を同時計数法を用いて決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図7】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に光コリメータを入れた2次元中性子イメージ検出体に同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図8】中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に光コリメータを入れて、中性子入射位置を決定する2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図9】中性子イメージングシートの上面に波長シフトファイバを並列に配置し、1本ごと交互にそれぞれまとめた波長シフトファイバ束を用いて2信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器の実施例を示す図である。
【図10】中性子イメージングシート検出器を用いた1次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図11】中性子イメージングシートの上面に波長シフトファイバを並列に配置し、1本ごと交互にそれぞれまとめた波長シフトファイバ束を用いて4信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図12】中性子イメージングシートの上面と下面に波長シフトファイバを並列に1本ごと交互にそれぞれまとめて配置し、2信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図13】中性子イメージングシートの上面と下面に波長シフトファイバを並列に1本ごと交互にそれぞれまとめて配置し、4信号同時計数法を適用し、中性子入射位置を決定する中性子イメージ用検出器を示す図である。
【図14】ポリゴンミラーと面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子を用いて、イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図15】励起光源用と蛍光検出用の2つの同期して回転するポリゴンミラーを用いて、イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図16】励起光源用と蛍光検出用の2つの同期して回転するポリゴンミラーの1つの面おきにポリゴンミラーの面を光を反射できない面とし、時間間隔をあけて面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で蛍光を検出し、イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図17】2つの面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子を用いて、イメージングプレートに記録された2次元放射線イメージを交互に読み出し、2次元イメージを連続的に読み出すことを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図18】CCD(チャージカップルドデバイス)素子の前にイメージインテンシファイアを配置することを特長とした2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図19】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光を最初に、532nmの波長の励起を後に照射した場合と532nmの波長の励起光を最初に、635nmの波長の励起光を後に照射した場合の輝尽性蛍光の測定実験結果を示す図である。
【図20】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光を最初に、時間間隔を変えて532nmの波長の励起光を後に照射した場合の輝尽性蛍光の測定実験結果を示す図である。
【図21】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光を最初に、532nmの波長の励起光を直後に照射し、イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことを特長とする2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図22】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光で最初にスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出し、次に532nmの波長の励起光でスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出すことを特長とする2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図23】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す際に、635nmの波長の励起光で最初にスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出した後、イメージングプレートを90度回転して後、次に635nmの波長の励起光でスキャンニングしイメージングプレート全面を読み出すことを特長した2次元放射線イメージ検出器を示す図である。
【図24】BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに、635nmの波長の励起光と532nmの波長の励起光をあらかじめ決められたタイミングで照射し記録された放射線の量を連続的に読み出すことを特長とする放射線検出器を示す図である。
【図25】635nmの波長の励起光を最初に、532nmの波長の励起光を後に照射し、BaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す場合の各励起と輝尽性蛍光の読み出しのタイミングを示す図である。
【図26】ポリゴンミラーと面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子を用いて中性子用イメージングプレートに記録された放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図27】輝尽性蛍光体を構成する元素として10B元素を含んだ輝尽性蛍光体とGdを含む材料を中性子コンバータとして混合して一様な厚さを持った構造とした中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図28】輝尽性蛍光体を一様に塗布する基板として、輝尽性蛍光の波長を中心波長とするフィルム状バンドパス光学フィルタを用いたイメージングプレートを示す図である。
【図29】輝尽性蛍光体SrBPO5とフィルム状バンドパス光学フィルタの輝尽性蛍光特性とバンドパス特性を示す図である。
【図30】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータであるLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図31】中性子コンバータであるLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の波長200nmから700nmまでの透過率特性を示す図である。
【図32】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータであるLi10B3O5あるいはLi10B4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図33】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータである6LiB3O5あるいは6LiB4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図34】輝尽性蛍光体BaFBr:Eu2+と中性子コンバータである7LiB3O5あるいは7LiB4O7(LBO)を混合して作った中性子用イメージングプレートを示す図である。
【図35】イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、蛍光体を放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器を配置したハイブリッド型放射線イメージ検出器を示す図である。
【図36】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器を配置したハイブリッド型中性子イメージ検出器を示す図である。
【図37】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器を配置したハイブリッド型中性子イメージ検出器において、用いる信号読み出し系の一部を共用して用いることを特長とするハイブリッド型中性子イメージ検出器を示す図である。
【図38】中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器の後に、多数の中性子シンチレータブロックを用いた中性子イメージ検出器を配置し、さらに中性子シンチレータのブロックの背面にイメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバを配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器を示す図である。
【図39】蛍光体シートの上面と下面に波長シフトファイバ束を面状に直角方向に配置し同時計数法を適用して、放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得する従来方法の例を示す図である。
【図40】蛍光体シートの上面と下面に波長シフトファイバの間に金属ワイヤを配置した構成の波長シフトファイバを並べて配置し、放射線入射位置を決定し放射線イメージを取得する従来方法の例を示す図である。
【図41】輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+にGd2O3を混合した材料を用いてBAS―NDとして市販されている中性子イメージングプレートの例を示す図である。
【図42】市販されている従来のイメージングプレート読み取り装置の例
【図43】マルチチャンネル光検出器を光検出器として用いたイメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法の従来例を示す図である。
【図44】ストリークカメラを光検出器として用いたイメージングプレートを高速で読み取り実時間で用いることを可能としたイメージングプレート高速読み取り法の従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
(実施例1)
実施例1として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図1を参照して述べる。本実施例では中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。中性子イメージングシートの上面と下面に、図1に示すようにそれぞれ縦軸と横軸として直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。
【0037】
波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、中性子検出媒体の厚さが0.4mmであることからほぼ同じ大きさとすることとし、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバを1本ごとに光検出器に接続する。
【0038】
光検出器としては、16チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製H6568を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。なお、蛍光体から放出される蛍光は、光子1個づつを計数する光子計数(フォトンカウンテイング)法を用いて検出する。ただし、光電子増倍管及び増幅器の性能により、10ns以下の寿命を持つ蛍光体については、従来の積分時定数が入って計数する蛍光計数になるが、この場合でも光子計数(フォトンカウンテイング)法と同じ性能が得られる。
【0039】
また、上記では一片の長さが0.5mmの正方形波長シフトファイバを位置分解能に対応して1本を1つの光検出器に接続しているが、図2に示すように2本の一片の長さが0.25mmの正方形波長シフトファイバをまとめて0.5mmの幅の波長シフトファイバとし、1つの光検出器に接続して使用しても良い。この場合、上面に配置した波長シフト光ファイバの厚さが半分になり、中性子入射面における波長シフトファイバの影響を軽減することができる。
【0040】
中性子が入射すると、図1に示すように蛍光が全方位にわたって放出される。中性子イメージングシートは透明ではないので放出される蛍光に対して吸収体としても働く。このため、放出された蛍光は、中性子の入射位置と波長シフトファイバとの幾何学条件とその間の距離に対応した蛍光吸収率により依存した数が入射した位置の近辺の各波長シフトファイバに入射する。
【0041】
1本以上の波長シフトファイバに同時に蛍光が入射すると入射位置の決定は困難であり、従来法で述べた最も蛍光強度が強いものを波高分析して決定する方法が用いられる。この方法では、波高分析と比較に時間がかかりかつ回路が複雑でありコストもかかることになる。
【0042】
理想的には中性子検出媒体の厚さを波長シフトファイバの大きさより数分の1に小さくすれば蛍光はほとんど最も近いところに配置した波長シフトファイバのみに入るため、1本の波長シフトファイバの信号を用いて位置信号とすることができる。しかし、中性子コンバータである6Liの中性子捕獲断面積を考慮すると中性子検出媒体の厚さは0.4mm程度は必要となりこれ以上薄くすることは得策ではない。
【0043】
逆に、波長シフトファイバの太さを中性子検出媒体の厚さよりも数倍大きくすれば良いがこの場合位置分解能を良くすることはできない。
このため、本発明の実施例では、各検出場所に対応したデジタルパルス信号とその信号の両隣の2つのデジタルパルス信号とについて、3信号同時計数回路を用いて同時計数測定し、同時計数した場合には真ん中に対応した場所に中性子が入射した位置パルス信号とする。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
【0044】
20mmx20mmの面積で厚さ0.4mmの中性子検出媒体の上面に配置した5本の波長シフトを用いて、本発明の有効性確認試験を行った。Am−Li中性子線源(74GBq)を用いてこの中性子検出媒体に中性子を照射した。その結果、並んだ3つの波長シフトファイバの同時計数の計数割合を1とした場合、4つの波長シフトファイバの同時計数割合(入射決定位置の隣の位置にも信号が出る割合に対応)は0.28、5つの波長シフトファイバの同時計数割合(入射決定位置の1つおいた隣の位置にも信号が出る割合に対応)は0.05となり、本発明により入射位置を決定できることを確認した。
【0045】
さらに、原子炉から発生する冷中性子を用いて位置分解能確認試験を行った。試験の概要を図3に示す。原子炉から発生した波長5Åの冷中性子ビームは導管を通り中性子コリメータに入る。中性子コリメータは、厚さ0.5mmのCdの板であり、直径1mmの穴があいた構造である。コリメートされて出てくる冷中性子ビームの直径は1mmである。この中性子ビームをXY位置設定器のマウント台に取り付けた上記実施例で述べたイメージ検出部に照射し、位置を変化させてイメージング検出部の1つ中心波長シフトファイバ(3同時計数結果)の計数変化を測定した。横(X)軸方向の位置を0.2mm間隔で動かして測定した結果を図4に示す。測定された中性子ビーム幅は1.2mmであり、コリメートされた中性子ビームの幅を測定できることを確認した。試験目的である検出器位置分解は、計数変化の立ち上がりあるいは立ち下がりデータに対応するが、0.5mmが得られた。この値は波長シフトファイバの太さにあたっており、高位置分解能で中性子イメージを検出できることが確認された。また、0.5mmx0.5mmピクセルに対する検出効率は、12.8%であった。
【0046】
(実施例2)
実施例2として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図5を参照して述べる。本実施例の構成は、実施例1で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの透明なシートあるいは板を配置し、そのシートあるいは板の上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。
【0047】
本実施例の場合には、透明シートとしてプラスチックシートを用いることとし、その厚さは、中性子イメージングシートの厚さが0.4mmであることを考慮し0.1mmとする。本構成とすることにより、中性子が波長シフトファイバの直下でかつ非常に中性子イメージングシートの表面に近い場所に入射した場合でも両隣の波長シフトファイバに蛍光が入射することができるようになる。この結果、波長シフトファイバの直下に中性子が入射した場合にも、両隣の波長シフトファイバに蛍光が入射可能となり、3信号同時計数回路を用いて同時計数測定することにより中性子が入射した位置パルス信号と得ることができる。
【0048】
(実施例3)
実施例3として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図6を参照して述べる。本実施例の構成は、実施例1で示した構成と中性子イメージングシートの面に検出媒体の厚さ以下の厚さの蛍光波長に対して吸収特性を示すシート状減光フィルタを配置し、そのシート状減光フィルタの上に波長シフトファイバを並列に配置することが異なる。本実施例の場合には、シート状減光フィルタとしてフィルム減光フィルタを用いることとする。透過率としては蛍光体ZnS:Agの蛍光波長である450nmにおいて25%の性能のものとし、その厚さは中性子イメージングシートの厚さが0.4mmであることを考慮し0.1mmとする。本構成とすることにより、中性子イメージングシート内で中性子により放出された蛍光が波長シフトファイバに入射する量を調整し、3本の波長シフトファイバとそれ以外の波長シフトファイバに入射する蛍光の割合の差を大きくし、同時計数の確率の差を上げることができる。また、中心から離れた波長シフトファイバに蛍光が入射する場合、斜めに入射するため離れるに従い蛍光の透過率が急速に減少することを利用して同時計数の確率の差を上げることができる。このように減光フィルタを用いることにより、中性子入射位置の決定精度を上げることができる。
【0049】
(実施例4)
実施例4として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図7を参照して述べる。本実施例の構成は、実施例1で述べた中性子イメージングシートと同じものを使用する。中性子イメージングシートの大きさは、128mmx128mmの大きさのものを用いることとする。中性子イメージングシートの上面に256本の波長シフトファイバ、下面に256本波長シフトファイバを配置し、縦軸と横軸の波長シフトファイバ束とする。波長シフトファイバ束はそれぞれ多チャンネル光電子増倍管に接続され、増幅器及び波高弁別器及び3信号同時計数回路を用いて位置パルス信号を生成する。縦軸及び横軸から発生する位置パルス信号の同時計数測定を行うため、上面と下面に配置された256本の波長シフトファイバからの位置パルス信号は、それぞれ8ビット信号変換回路に入力され、それぞれ8ビット出力信号に変換される。この2つの8ビット出力信号は、縦軸と横軸の8ビット信号の同時計数をとることができる8 X 8ビット2次元同時計数システムに入力される。8 X 8ビット2次元同時計数システムとしては、ドイツFASTCOMTEC社製デュアルマルチパラメータシステムMPA 3
2型などが使用できる。この二次元同時計数システムにより同時計数が行われ
、256チャネルx256チャネルの中性子イメージを得ることができる。
【0050】
(実施例5)
実施例5として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図8を参照して述べる。本実施例では、中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。ZnS:Ag中性子イメージングシートの上面と下面に、図8に示すように、横軸及び縦軸方向に等間隔に位置分解能に相当する開口部の光コリメータを配列したコリメータ板を置く。光コリメータはコリメータ開口部が0.5mmx0.5mm、コリメータ構成材の薄さ0.3mm、そしてコリメータの厚さ0.3mmと正方形光コリメータとする。構成材はアルミニウムとする。縦軸と横軸に、各開口部に合わせて、それぞれ直角に波長シフトファイバを並列に配置する。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、光コリメータの開口部に合わせて、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。配置された波長シフトファイバを1本ごとに光検出器に接続する。光検出器としては、16チャンネル光電子増倍管である浜松ホトニクス製H6568を用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。
【0051】
中性子が入射すると蛍光が全方位にわたって放出されるが、光コリメータを用いることにより、放出された蛍光は、中性子の入射位置に近い波長シフトファイバに最も強い強度で入射するため、中性子の入射位置を決定することができる。
【0052】
(実施例6)
実施例6においては、実施例5で述べた中性子イメージング検出部に上記で述べた実施例1と全く同じ構成の信号処理回路を用い、3信号同時計数処理を行うことにより、さらに精度良く中性子の入射位置を決定することができる。
【0053】
(実施例7)
実施例7として、本発明による中性子イメージ検出器について、図9を参照して述べる。本実施例では中性子検出媒体として、蛍光体ZnS:Agと中性子コンバータ6LiFを混合して作製した厚さ0.4mmの中性子イメージングシートを用いる。ZnS:Agの蛍光波長は450nmであり、蛍光寿命は200nsである。大きさは、横10mm、縦100mmとする。この中性子イメージングシートの上面に10本の波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごと交互にそれぞれまとめ、5本の波長シフトファイバから構成される2つの波長シフトファイバブロックを構成する。波長シフトファイバとしては、450nmの蛍光に感度があり、490nmの蛍光に波長変換するBicron社製BCF−91Aを用いる。波長シフトファイバの太さについては、一片の長さが0.5mmの正方形ファイバを用いる。
【0054】
配置された2つの波長シフトファイバブロックの一端を光検出器に接続する。光検出器としては、光電子増倍管である浜松ホトニクスR647Pを用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、波高弁別器によりデジタルパルス信号に変換する。2つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
【0055】
このように2つの光電子増倍管から構成とすることにより、同一の光電子増倍管を用いた時に問題となる光電子増倍管に起因する雑音によるバックグラウンドの低減を行うと同時に、蛍光を検出する場合に光子毎に検出する検出法を適用することにより、ガンマ線が入射した場合には蛍光の強度が弱い、すなわち光子の放出確率が中性子に比較して小さいことを利用して、同時計数法を適用し中性子/ガンマ線(n/γ)比を大きくすることができる。この際、中性子イメージングシートと波長シフトファイバの間に、蛍光波長に対して吸収特性を示す減光フィルタシートを挿入することにより光子に対する波長シフトファイバの検出確率を下げることにより、この比を上げることは実施例3でも述べているので自明である。
【0056】
原子炉から発生する冷中性子を用いて中性子に対する検出効率の確認試験を行った。原子炉から発生した波長5Åで直径5mmの冷中性子ビームを上記実施例の中性子イメージングシートを用いた中性子検出器に照射した。その結果、本検出器は波長5Åの検出器に対して80%以上の検出効率を有することが確認できた。
【0057】
また、ガンマ線に対しての検出効率について152Euの7.4MBqのガンマ線線源を用いて評価試験を行った。この結果、同時計数法を適用しない場合には、3.2x10 3%であったものが2同時計数法を用いた場合7.3x10 4%
となり約5分の1減少することが確認できた。従って、後の実施例8で述べる4同時計数法を用いた場合には、約2桁減少させることが可能と推定できる。
【0058】
この中性子イメージングシートを用いた中性子検出ブロックを図10に示すように2個以上並べて用いることにより、中性子の1次元イメージを得ることができる。図10の例では中性子イメージングシートが平面ではなく、3角形及び逆3角形に互い違いに並べられているが、これは中性子を角度αつけて入射することにより、実質では1/sin(α)だけ厚くすることになり中性子に対する検出効率を上げることとなる。
【0059】
(実施例8)
実施例8として、本発明による中性子イメージ検出器について、図11を参照して述べる。本実施例の中性子イメージングシートについては同じ構成する。構成された2つの波長シフトファイバブロックの両端にそれぞれ光検出器を接続する。光検出器としては、光電子増倍管である浜松ホトニクスR647Pを用いることができる。光電子増倍管から出力された各光電気信号は増幅器で増幅した後、それそれ波高弁別器に入力する。検出された4つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、4つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。本実施例の場合、4つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行うため、実施例7の2つのデジタルパルス信号を用いた同時計数を行う場合に比較し、光電子増倍管に起因する雑音によるバックグラウンドの低減と中性子/ガンマ線(n/γ)比をさらに大きくすることができる。
【0060】
(実施例9)
実施例9として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図12を参照して述べる。本実施例の構成は、上記実施例7と中性子イメージングシートの厚さを0.4mmから0.6mmに厚くすることを除いて同じ構成とする。構成する際に、中性子イメージングシートの両面に波長シフトファイバブロックを配置し、それぞれの面について上記実施例7の同じ同時計数測定を行い、両面のどちらか1つあるいは両方から同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。同時計数時間については、蛍光体であるZnS:Agの蛍光寿命である200nsを用いることとする。
【0061】
両面から信号を検出するため、中性子イメージングシートの厚さがその蛍光波長に対する透過率が悪いことに起因して大きくできなかったことを改善すると共に、同じ厚さとしても下面から近い部分に中性子が入射した場合の検出効率を上げることができる。
【0062】
また、図13に中性子イメージングシートの両面に波長シフトファイバブロックを配置し、それぞれの面について上記実施例8と同じく4同時計数測定を行う実施例を示す。この場合にも、両面のどちらか1つあるいは両方から同時計数した信号が出力された場合、中性子イメージングシートに中性子が入射したこととなる。
【0063】
(実施例10)
実施例10として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図14を参照して述べる。本実施例では、イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出部は、従来技術で述べた実時間計測が可能な高速信号読み出し系と同じ構成とする。
【0064】
この信号読み出し系は、輝尽性蛍光体を励起可能な波長の光を発生する長方形励起光源、励起光源から出力された励起光をイメージングプレートの信号読み出し位置に長方形状に照射するためのスキャンニング機構、長方形状の励起光、前面及び後面を光の透過できる構造とした輝尽性蛍光体を検出媒体とするイメージングプレート、輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタ、輝尽性蛍光により励起可能な波長シフトファイバ束から構成される。
【0065】
実施例では、測定対象の放射線としてX線とし、読み取りの対象となるイメージングプレートを市販されている富士写真フィルム製BASシリーズのイメージングプレートとする。但し、市販品のイメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、BaFBr:Eu2+である。この輝尽性蛍光体の励起可能な波長帯は490nmから680nm(最大効率の半分の効率以上を示す波長帯)である。また、励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は390nmである。他の輝尽性蛍光体としてSrBPO3:Eu2+、RbBr:Tl、Y2SiO5:Ce、Sm等を検出媒体としたイメージングプレートについても条件を変えることにより読み取り対象となりうる。
【0066】
励起光を作り出す長方形励起光源としてはレーザー光源を用いる。必要な出力は、従来の1画素を読み取る場合に比較して長方形状となることから一度に読み取る画素数に応じて増加する必要がある。短時間での読み出しを考慮した場合、200画素の場合には数W程度の出力が必要となる。高出力が容易に得られるこの波長帯のレーザーとしては半導体レーザー(635nm)あるいは、半導体レーザー励起のグリーンレーザー(532nm)等が使用可能である。
【0067】
励起光の長方形状の大きさは、走査するイメージングプレートの大きさと必要とする位置分解能に大きく依存する。実施例では、読み取るイメージングプレートの大きさを横10cm、縦10cmとし、位置分解能を0.5mmとする。この場合、必要とする長方形状の励起光の大きさは10cmx0.5mmである。
【0068】
作製された長方形状の励起光を ポリゴンミラーにより反射させイメージングプレートの前面から照射する。この時、ポリゴンミラーの回転数を調整し、長方形状の励起光によりイメージングプレートの信号を読み出せるような走査速度で縦方向に移動させてイメージングプレートを走査する。走査速度は、励起光により読み取り対象とする画素から輝尽性蛍光をほぼ読み出すことができる時間に依存する。また、この読み取り時間は画素の大きさ、つまり位置分解能と励起光の強度に依存する。市販のイメージンクプレートの場合、0.5mmx0.5mmの画素あたり12.5mWの励起光を照射した場合、10μs程度の時間読み取りにかかる。このため、一定速度で走査する場合、走査速度は10m/sとなり非常に高速に走査することができる。この場合、イメージングプレートの全面を走査し放射線イメージを検出する時間は40msと非常に短時間である。また、輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+の輝尽性蛍光の寿命は0.8μsと非常に短い。このため、読み取り時間は原理的には1μs程度まで短くすることが可能なため、励起光源の出力増強等を行うことにより全面を走査し放射線イメージを検出する時間は本実施例より一桁以上短くすることも可能である。
【0069】
イメージングプレートの後面から放出された輝尽性蛍光は、イメージングプレートの後に配置した輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを用いて通過させ励起光の散乱光を除去する。実施例の場合、輝尽性蛍光の波長は390nmであるので、このバンドパス光学フィルタは中心波長が390nmであるB390光学フィルタを使用する。
【0070】
次に、波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径はイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅とするため0.5mmとし、その長さはイメージングプレートの縦幅が10cmであること及び光検出器までの距離を考慮して50cmとする。イメージングプレートの横幅に当たる10cmの長さの検出領域を確保するため、この波長シフトファイバを200本束ねて横方向に面状に並べた波長シフトファイバ束とする。この波長シフトファイバを長方形状の励起光に直角に配置して各蛍波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトする。
【0071】
一方、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光は、本発明のポリゴンミラーと面状のCCD素子からなるマルチチャンネル光検出器で検出される。
まず、波長シフトされた蛍光は集束用光学系により集束される。スキャンニング機構でイメージングプレートの全面を走査する時間と、ポリゴンミラーの1つの面で集束される蛍光を反射する時間を一致させるように、スキャンニング機構と同期してポリゴンミラーを回転させる。反射された蛍光は、蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、反射された蛍光を等間隔にする等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出する。等間隔用光学系としては、fθレンズなどが使用できる。CCD素子の縦軸は、イメージングプレートから放出される長方形状の輝尽性蛍光に対応し横軸は走査する時間軸に対応する。CCD素子制御装置で信号処理してデジタル化した後、信号処理装置で放射線イメージとして構成する。
【0072】
(実施例11)
実施例11として、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光をポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器について図15をもとに説明する。
【0073】
長方形状の励起光をイメージングプレート上をスキャンニング機構としてポリゴンミラーを使って走査し波長シフトファイバで放出される輝尽性蛍光を検出し波長シフトするまでは、実施例11の信号読み出し系と同じ構成のものが使用できる。
【0074】
本発明では、光源用ポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射し走査すると同時に、イメージングプレートの全面を走査する時間と、蛍光用ポリゴンミラーの1つの面で励起光を反射する時間を一致させるように、スキャンニング機構と同期してポリゴンミラーを回転させる。同期する方法としては、メカニカルに2つのポリゴンミラーを結合し同期する方法と、電子的に回転数を合わせ同期を取る方法がある。光源用ポリゴンミラー及び蛍光用ポリゴンミラーの回転数は、イメージングプレート及びCCD素子をポリゴンミラーのミラー面の数と全面走査する時間に依存し、8面のポリゴンミラーを用い全面走査時間を4ms及び前後のロスの走査時間を1msとし総合で1面当たり5msとした場合、25回転/秒となる。
【0075】
反射された蛍光は、蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した後、反射された蛍光を等間隔にする等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出する。等間隔用光学系としては、fθレンズなどが使用できる。CCD素子の縦軸は、イメージングプレートから放出される長方形状の輝尽性蛍光に対応し横軸は走査する時間軸に対応する。CCD素子制御装置で信号処理してデジタル化した後、信号処理装置で放射線イメージとして構成する。ここで、CCD(チャージカップルドデバイス)素子としては400x400以上の画素数を持ち高感度型CCD素子である浜松ホトニクス製エレクトロンボンバード型CCD(EB―CCD)素子あるいは冷却型CCD素子などが使用できる。
【0076】
(実施例12)
実施例12として、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を光学系を通してから反射する蛍光用ポリゴンミラーと同期する光源用ポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、1つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器について図16を用いて説明する。
【0077】
上記実施例11では、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を光学系を通してから蛍光用ポリゴンミラーで反射し、光学系を通してから、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、波長シフトした蛍光を面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、放射線の2次元イメージを得ている。しかし、CCD素子に記録された放射線イメージに対応した画像イメージ全体をCCD素子から信号処理装置に転送する場合、CCD素子は光イメージの検出を停止する必要があるため、その間、長方形状の励起光の走査動作およびCCD素子の検出動作を行わないでおく必要がある。
【0078】
このため、本実施例では光源用ポリゴンミラーと蛍光用ポリゴンミラーに1つの面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない黒色の面に加工する。8面の励起光源用ポリゴンミラー及び蛍光用ポリゴンミラーを用い、その回転数として実施例2と同じ条件で動作させ25回転/秒の場合、全面走査時間を4ms及び前後のロスの走査時間を5msでそれぞれイメージングプレート及びCCD素子を走査した後、5msのCCD素子から信号処理装置までの全画素の転送時間が確保できる。
【0079】
(実施例13)
実施例13として、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導き、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じ蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、光学系を通した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、2つの面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージをイメージ収録装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得る2次元放射線イメージ検出器について、図17をもとに説明する。
【0080】
上記実施例12において説明したように、CCD素子に記録された放射線イメージに対応した画像イメージ全体をCCD素子から信号処理装置に転送する場合、CCD素子は光イメージの検出を停止する必要があるため、その間、長方形状の励起光の走査動作およびCCD素子の検出動作を行わないでおく必要があり、連続した計測ができない。このため、本発明では、励起光によりイメージングプレートから放出される輝尽性蛍光が波長シフトファイバの両端から放出されることに着目し、波長シフトとされた蛍光を交互に検出することにより連続して計測するシステムとする。図17に示すように、輝尽性蛍光を検出し波長シフトするまでは、実施例11の信号読み出し系と同じ構成のものが使用できる。波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光は、それぞれ蛍光の広がりを縮小する集束用光学系を通してから、本実施例では、図17に示すように蛍光用ポリゴンミラーの異なった場所で反射させる。反射された蛍光は、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通し、等間隔にする等間隔用光学系を通した後、蛍光用ポリゴンミラーにより走査された蛍光を面状のCCD素子1で検出し、CCD素子1で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子2に記録されたイメージをイメージ収録装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返すことにより連続して計測することが可能となる。
【0081】
(実施例14)
実施例14として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図18を参照して述べる。本実施例では、上記実施例11の2次元放射線イメージ検出器の構成を用いることとし、CCD素子の前にイメージインテンシファイアなどの光増幅素子を配置する。イメージインテンシファイアとして浜松ホトニクス製V3346Uを用いる。本イメージインテンシファイアにより光子を約100倍から3000倍増やすことができるため、高感度で2次元放射線イメージを得ることができる。
【0082】
(実施例15)
実施例15として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図19、20、21及び22を参照して述べる。本実施例では、検出媒体である輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いたイメージングプレートを用いることとする。本イメージングプレートに記録された放射線の量を読み出す励起光源として、635nmの波長の半導体レーザー赤色励起光源と、532nmの波長の半導体励起緑色レーザー励起光源を用いる。632nmの波長の励起光を最初に照射して記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射して記録された放射線の量を読み出した場合と、その逆の順序で読み出した場合の蛍光強度の時間分布に関する実験結果を図19に示す。実験結果により、635nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、532nmの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができることがわかる。つまり、632nmの波長の励起光では、読み出せない記録された情報があることがわかる。一方、逆に532nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後632nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合、632nmの波長の励起光によりイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことができないことがわかる。
【0083】
次に、632nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後532nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出した場合について、635nmの波長の励起光の照射から後532nmの波長の励起光の照射までの時間間隔を変えた場合の実験結果を図20に示す。時間間隔を変えて読み出した場合の、635nmの波長の励起光と532nmの波長の励起光でイメージングプレートを読み出した場合の両者の場合に放出される輝尽性蛍光の和はほぼ一定であり、赤色光のみで励起した場合の約1.8倍となった。
【0084】
本実験結果を適用したイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器の実施例を図21に示す。
基本となる2次元放射線イメージ検出器の構成については実施例11で述べた図15と同じである。イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いている富士フィルム製BASシリーズのイメージングプレートなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構として図21に示すように、波長635nmの赤色長方形励光源と波長532nmの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体励起グリーンレーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。本発明を実施するためには図21の拡大図で示すように赤色光が先にイメージングプレートに照射され、その後、緑色光が照射されるようにミラーに照射するように赤色長方形励光源と緑色長方形励光源の位置などを決定する。赤色光、緑色光の順に励起光が照射されるため、イメージングプレートから放出される輝尽性蛍光の量は、赤色光のみで励起した場合の約1.8倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。
【0085】
また、本実験結果を適用したもう一つの例としてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得る2次元放射線イメージ検出器の実施例を図22に示す。基本となる2次元放射線イメージ検出器の構成については上記実施例で述べた図21と同じである。
【0086】
イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いている富士フィルム製BAS−MPなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構を図に示すように、波長635nmの赤色長方形励光源と波長532nmの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体グリーン励起レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。赤色長方形励光源と緑色長方形励光源は、赤色・緑色切り替え機構を用いて、最初に赤色長方形励光源を選択し、635nmの波長の赤色励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。その後、ミラーの面が切り替わる際に、同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて緑色長方形励光源を選択し、532nmの波長の励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。このように、赤色長方形励光源と緑色長方形励光源を切り替えてイメージングプレートに記録された放射線イメージを読み出し、後に赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを加え合わせることにより、各ピクセルから放出される輝尽性蛍光の量は約1.8倍となり、イメージングプレートの放射線検出感度を上ることができる。また、赤色励起光と緑色励起光の励起光波長が異なっていることを利用した放射線の種類の弁別などにも利用できる。
【0087】
(実施例16)
実施例16として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図23を参照して述べる。基本となる構成については上記実施例15で述べた図22と同じである。
【0088】
イメージングプレートとしては輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+を用いている富士フィルム製BASシリーズイメージングプレートなどを使用する。長方形状の励起光を作り出す機構を図23に示すように、波長635nmの赤色長方形励光源と波長532nmの緑色長方形励光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体励起レーザーとレーザーラインジェネレータにより構成することができる。
【0089】
また、波長シフトファイバを用いた軸については、波長シフトファイバの太さで位置分解能が決定される。このため、プラスチック素材とする波長シフトファイバの太さは強度の問題などのため0.2mmが現在の技術では限界であり、この軸の位置分解能を0.2mm以下にすることは困難である。しかし、長方形状の励起光で走査する軸については、長方形励起光の太さを細くし、走査に際して少ない時間間隔で各ラインの走査をすればその分解能は、長方形励起光の太ささに依存する。このため、この太さを0.05mmとてしてこの軸の位置分解能を上げることとする。
【0090】
赤色長方形励光源と緑色長方形励光源は赤色・緑色切り替え機構を用いて、最初に、赤色長方形励光源を選択し635nmの波長の赤色励起光を用いてイメージングプレートの全面を走査して記録された放射線の量を読み出す。その後、ミラーの面が切り替わる際に同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて90度回転機構を操作してイメージングプレートを90度回転する。この時、90度回転機構による回転操作には時間がかかるため、この間は、赤色長方形励光源と緑色長方形励光源からの励起光が発生しないようにする。90度回転が終了した後、緑色長方形励光源に切り替え、ミラーの面が切り替わる際に同期信号発生回路から発生する切り替え信号を用いて緑色長方形励光源から励起光を発生するようにする。発生した緑色励起光を用いて、イメージングプレートに記録された放射線イメージを読み出す。
【0091】
前記した長方形状の励起光で走査する軸の位置分解能が長方形励起光の太ささに依存し0.05mm程度の位置分解能となることを利用して、赤色励起光と緑色励起光を用いて読み出した放射線イメージを解析・合成することにより、横軸と縦軸方向について位置分解能を上げたイメージングプレートの放射線イメージを取得することができる。
【0092】
(実施例17)
実施例17として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図24及び25を参照して述べる。
【0093】
本実施例では、X線イメージング用に市販されている富士写真フィルム製BASシリーズのイメージングプレートを使用する。但し、市販品のイメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、BaFBr:Eu2+である。励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は390nmである。励起光を作り出す機構を図24に示すように、波長635nmの赤色励起光源と波長532nmの緑色励起光源を用いる。赤色長方形励光源は、635nm半導体レーザーで構成することができる。緑色長方形励光源は、532nm半導体励起グリーンレーザーで構成することができる。必要な出力は、読み出す速度とシート状の輝尽性蛍光体であるイメージングプレートの読み出し面積に依存する。直径5mmの検出面積の場合、数mW以上の最大出力が必要である。
【0094】
シート状の輝尽性蛍光体であるイメージングプレートの後面から放出される輝尽性蛍光はイメージングプレートの後に配置した輝尽性蛍光波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを用いて通過させ、励起光の散乱光を除去する。実施例の場合、輝尽性蛍光の波長は390nmであるので、この光学フィルタは中心波長が390nmのものが使用できる。
【0095】
次に、輝尽性蛍光の検出機構について説明する。光検出器としては、輝尽性蛍光の波長である390nmの近くで感度の大きい光電子増倍管を使用することができる。光電子増倍管として浜松ホトニクス製R647Pなどが使用できる。
【0096】
光電子増倍管により検出された光信号は、信号処理回路により増幅され信号処理がなされる。実施例として、光信号処理方法としては計数方式を用いる。この場合、信号処理としては、光信号を信号増幅した後、波高弁別器で雑音との弁別を行いパルス信号として取り出す。また、この光信号処理方法の他にも従来よりイメージングプレートの画像イメージの読み取りに使用されている輝尽性蛍光の信号列を積分回路で積分し放射線量を読みとる方法も使用することが可能である。
【0097】
信号処理回路により処理され出力されるパルス信号はモード切替回路に入力する。この回路では制御回路からのモード切替信号を用いて、パルス信号を赤色励起モードの場合は赤色励起モード収集回路に、緑色励起モードの場合は緑色励起モード収集回路に振り分ける。本実施例の場合、2つのデータ収集回路は計数回路から構成される。
【0098】
赤色励起モードと緑色励起モードのモード切替は、制御回路により行い、図25に示すタイミングによって切り換える。つまり、赤色励起モードを5回繰り返して測定した後、その間蓄積された緑色励起で読み出し可能な放射線量を532nmの波長の緑色励起光源を用い読み出す。このようにすることにより、時間とともに変化する放射線の量は赤色モードで検出し、その間積算された放射線量を緑色モードで検出することにより、放射線量の時間分布を監視しながら、それまでにその間蓄積された放射能量を感度良く、かつ確実に取得することができる。
【0099】
また、赤色励起モードと緑色励起モードの両方が使用できるため、非常に高強度の放射線が入射し赤色モードで輝尽性蛍光を検出した際、蛍光強度が強く検出回路が飽和し、正確な入射放射線量が測定できなかった場合でも、緑色励起光の励起光強度を非常に弱くして緑色励起モードで蓄積された放射線量を正確に計測することが可能である。
【0100】
(実施例18)
実施例18として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図26を参照して述べる。本実施例は、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器である。
【0101】
基本的な中性子用イメージングプレートを用いた2次元中性子イメージ検出器の構成は、実施例11において述べた図21と同じである。放射線検出媒体であったイメージングプレートの代わりに、本実施例では電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートを用いている。中性子用イメージングプレートとしては、富士写真フィルムから市販されているBAS NDシリーズを用いることができる。ただし、中性子イメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このようにすることにより中性子イメージを照射しながら連続して測定することが可能となる。
【0102】
(実施例19)
実施例19として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について図27を参照して述べる。本実施例では、図27に示すように、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を構成する元素として10B元素を含んだ輝尽性蛍光体SrBPO5:Eu2+とGdを含む中性子コンバータとしてGd2O3を混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いる。
【0103】
Gdの中性子による中性子捕獲断面積は、熱中性子領域を越えると急速に小さくなる。一方10Bは中性子の速度に対して速度分の1に比例して減少する。このため、熱中性子領域を越えると10Bの方がGdによりも中性子捕獲断面積は大きくなる。従って、本実施例のように、Gdと10Bを組み合わせて使うことにより、熱中性子領域より低エネルギー側をGdで中性子コンバートし、それ以上のエネルギーを10Bで中性子コンバートすることにより、核破砕パルス中性子源などから発生する冷中性子から熱外中性子領域までの幅広いエネルギーを持った中性子を中性子用イメージングプレートにより計測が可能となる。
【0104】
(実施例20)
実施例20として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図28及び29を参照して述べる。本実施例として、図28に示す中性子用イメージングプレートを用いる。
【0105】
本実施例の中性子用イメージングプレートは、励起光を透過する透明なシート、輝尽性蛍光と中性子コンバータを混合した中性子検出媒体及び輝尽性蛍光の波長を中心波長とする板あるいはシート状のバンドパス光学フィルタから構成される。
【0106】
輝尽性蛍光体として10B元素を含んだ輝尽性蛍光体SrBPO5:Eu2+を用い、Gdを含む材料を中性子コンバータとしてGd2O3を用い、これらを混合して透明シートに一様な厚さで塗布する。透明シートとしては厚さ0.1mmのプラスチックシートを用いる厚さは約200μmとする。シート状のバンドパス光学フィルタとしては、輝尽性蛍光の波長を中心波長とするフィルム状のバンドパス光学フィルタを用いる。バンドパス光学フィルタとしては米国ROSCO社製ROSCOLUX 80が使用できる。図29に示すようにROSCOLUX 80は、輝尽性蛍光の波長200nmを通し励起光の波長670を通さないバンドパス光学フィルタである。フィルムの厚さは0.05mmである。
【0107】
このようにすることにより、実施例10から18で述べたようなイメージングプレートをイメージングプレートの後面から輝尽性蛍光を読み出し放射線あるいは中性子イメージを得る場合に、波長シフトファイバとの間隔をあけることにより生ずる位置分解能の劣化を防ぐことができる。
【0108】
(実施例21)
実施例21として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図30及び31を参照して述べる。本実施例では、中性子コンバータとしてLiB4O7(LBO)を用い、蛍光体としては輝尽性蛍光体であるBaFBr:Eu2+を用いて混合して基板に一様に塗布して作製した中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器について示す。
【0109】
図30に作製した中性子用イメージングプレートを示す。中性子コンバータとしてはLiB4O7(LBO)を用いることとし、粒径を2μm以下に粉砕する。あるいは、LiB4O7(LBO)が水溶液に溶解し、かつ温度により溶解度に差があることを利用して水溶液に溶解させて温度を下げることにより粒径の小さいLiB4O7(LBO)を作製することができる。
【0110】
なお、バルクのLiB4O7(LBO)の透過率特性を図31に示す。従来から中性子用イメージングプレートなどに用いられてきたLiFと比較すると必要とする390nm及び635nm近辺については全く同等の特性を示すことがわかる。また、BaFBr:Eu2+についても粒径を5μm以下とする。比率としては重量比でLiB4O7(LBO)を50%、BaFBr:Eu2+を50%とする。厚さは150μmとする。このような中性子用イメージングプレートを作製することにより、核破砕パルス中性子源などから発生する冷中性子から熱外中性子領域までの幅広いエネルギーを持った中性子を中性子用イメージングプレートにより計測が可能となる。
【0111】
(実施例22)
実施例22として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図32を参照して述べる。本実施例では、実施例21で述べたLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の構成材料であるボロン(B)として、10Bの含有量を多くした材料を用いることを特長としている。10Bの含有量としては、95%程度のものが製造可能である。自然に存在する10Bの含有量は20%であるので約5倍中性子捕獲断面積が増加する。このため、実施例21の場合に比較して中性子検出媒体の厚さを減少させることが可能であり、かつ中性子に対して検出効率を上げることができる。また、ガンマ線に対する検出感度が相対的に高くなるため、バックグラウンドの指標となる中性子/ガンマ線比を上げることができる。
【0112】
(実施例23)
実施例23として、図33及び図34を用いて説明する。本実施例では、Li10B4O7(LBO)の構成材料であるリチウム(Li)として、6Liの含有量を多くした材料を用いた中性子検出媒体を用いた中性子用イメージングプレートについて述べる。6Liの含有量を多くした場合、6Liの中性子に対する捕獲断面積の分だけ中性子に対する検出感度が増加する。6Liの含有量が95%のものは容易に製作が可能であるので、これを用いた6Li10B4O7(6LBO)を用いる。その他の作製方法については、実施例22と同じである。
【0113】
一方、7Liの含有量を95%まで多くした材料を用いた場合、自然に存在する6Liの含有量7.5%の分だけ中性子に対する検出感度は減少するしかし、6Liの中性子捕獲反応により生成する電離放射線のエネルギーと10Bの中性子捕獲反応により生成する電離放射線のエネルギーが異なり輝尽性蛍光体に与える効果が異なるため、中性子の入射量が小さいばあいには量子効率が平均化されない。従って、本実施例のように7Li10B4O7(7L10BO)を用いることにより、中性イメージングプレート内で6Liと中性子捕獲反応するのか10Bで中性子捕獲反応するのかで蛍光量が異なるという問題を回避することができる。
【0114】
(実施例24)
実施例24として、本発明による2次元放射線イメージ検出器について、図35を参照して述べる。本実施例では、放射線イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器と、シンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成され、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置することを特長としたハイブリッド型2次元放射線イメージ検出器について述べる。
【0115】
電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さを持った構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器については、実施例11と同じ構成を用いる。放射線イメージ検出器の放射線検出媒体としては、Liガラスシンチレータを用いる。検出面積は、実施例11で述べたイメージングプレートの大きさに合わせて10cmx10cmとする。LiガラスシンチレータとしてはBicron社製GS1を用いることができる。ブロックの大きさは、5mmx5mmとし、その厚さは測定対象の放射線を40keVのX線とし2mmとする。Liガラスシンチレータの蛍光寿命は60nsであり蛍光波長は390nmである。
【0116】
従って、Liガラスシンチレータの上面と下面に配置する波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いることができる。波長シフトファイバの直径は上記のイメージングプレートの信号読み出し系と同じく0.5mmとし、長さは50cmとする。この波長シフトファイバを面状にした波長シフトファイバ束を上面と下面で直角方向に配置する。上面の面状波長シフトファイバ束を縦軸、下面の面状波長シフトファイバ束を横軸とする。縦軸の面状波長シフトファイバ束の波長シフトファイバの位置は、イメージングプレートの信号読み出し系で用いる波長シフトファイバの位置と一致させる。これにより、両者の放射線イメージを一致させることが可能となる。これらの縦軸と横軸の波長シフトファイバはそれぞれマルチチャンネル光検出器に接続され、光電気信号として取り出される。この光電気信号は増幅器で増幅された後、波高弁別器を用いてタイミング信号となる。縦軸と横軸が交差した所が放射線入射部分であるため、マルチチャンネルの同時計数回路を用いて放射線入射位置を特定し放射線イメージを取得することができる。両者で発生する蛍光の影響を除くため、両方のイメージ検出器の間には遮光材として黒色シートを挿入する。
【0117】
大強度の放射線が入射した場合でも、積分型検出器であるイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造のイメージングプレート検出器で最初に検出することにより、非常に高計数率のX線が入射しても、問題なく放射線イメージを得ることができる。この際、イメージングプレートの厚さを調整し、20−30%のX線が通過するようにする。その後に、イメージングプレートで減衰し通過してくる放射線をシンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器により検出する。
【0118】
このような構成でハイブリッド型放射線イメージ検出器を構築することにより、放射線イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【0119】
(実施例25)
実施例25として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図36を参照して述べる。本実施例として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器と、蛍光体と6Liを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体を用いた中性子イメージングプレート検出器とから構成され、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器について述べる。
【0120】
輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さを持った構造の中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器については実施例11と同じ構成を用いる。
【0121】
蛍光体と6Liを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体を用いた中性子イメージ検出器については、実施例1と同じ構成を用いる。両者で発生する蛍光の影響を除くため、両方のイメージ検出器の間には遮光材として黒色シートを挿入する。
【0122】
大強度のパルス中性子が入射した場合でも、積分型検出器である中性子用イメージングプレートに信号読み出し系を付加した構造の中性子イメージングプレート検出器で最初に検出することにより、非常に高計数率のパルス中性子が入射しても、問題なく中性子イメージを得ることができる。この際、中性子用イメージングプレートの厚さを調整し、20−30%の中性子が通過するようにする。その後に、中性子用イメージングプレートで減衰し通過してくる中性子を、蛍光体と6Liを含ん中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子イメージングシートを用いた中性子イメージ検出器により検出する。
【0123】
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【0124】
(実施例26)
実施例26として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図37を参照して述べる。本実施例として、上記実施例25において、中性子用イメージングプレートに記録された中性子の量を読み出す信号読み出し系と中性子イメージング検出器において、用いる信号読み出し系が一部が中性子用イメージングプレートと中性子イメージ検出器で共用していることを特長とするハイブリッド型中性子イメージ検出器について述べる。
【0125】
最初に、長方形状励起光をポリゴンミラーにより中性子用イメージングプレートの前面に照射することにより、中性子用イメージングプレートの後面から長方形状に放出される輝尽性蛍光を、輝尽性蛍光により励起可能な波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を長方形状の励起光に直角に配置して検出する。中性子用イメージングプレートとしては、富士写真フィルムのBAS ND中性子イメージングプレートを使用する。本中性子イメージングプレ
ートの輝尽性蛍光体はBaFBr:Eu2+であるため、輝尽性蛍光の波長は390nmである。このため、波長シフトファイバとしては、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径はイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅とするため0.5mmとし、その長さはイメージングプレートの縦幅が10cmであること及び光検出器までの距離を考慮して50cmとする。イメージングプレートの横幅に当たる10cmの長さの検出領域を確保するため、この波長シフトファイバを200本束ねて横方向に面状に並べた波長シフトファイバ束とする。この波長シフトファイバを長方形状の励起光に直角に配置して各蛍波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を検出する。
【0126】
一方、この波長シフトファイバ束は、図37に示すように中性子用中性子イメージ検出器の横軸用の蛍光検出にも使用される。そして、波長シフトファイバ束の後に中性子用中性子イメージ検出器の中性子検出媒体である蛍光体と中性子コンバータから構成される中性子イメージングシートが配置される。蛍光体としては、中性子イメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体の輝尽性蛍光波長に近く波長シフトファイバとしては、励起波長帯に入る必要があるので、Y2SiO5:Ceを用いる。Y2SiO5:Ceの蛍光波長は420nmであり、バイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mと一致する。中性子コンバータとしては、実施例22で述べたLi10B4O7(L10BO)の粉末を用いる。中性子イメージングシートの厚さは200μmとする。この中性子イメージングシートの後に、縦軸用の波長シフトファイバ束が配置される。
【0127】
本実施例の場合、中性子用イメージングプレートを読み取り中には、中性子イメージ検出器は読み取りができないので、それぞれのモードを切り替えて用いることとなる。
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。
【0128】
(実施例27)
実施例27として、本発明による2次元中性子イメージ検出器について、図38を参照して述べる。本実施例として、中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体の背面に6Liを含んだ複数の中性子シンチレータのブロックとを組み合わせた中性子イメージ検出器を配置し、その背面に中性子用イメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバ束を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器について述べる。
【0129】
中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGdを含んだ中性子コンバータとを混合し一様な厚さにした中性子検出媒体としては、富士写真フィルム製中性子イメージングプレートBAS N
Dが使用できる。但し、市販品の中性子イメージングプレートの後面は透明ではないが、透明なものを作製することは容易である。このイメージングプレートに使用されている輝尽性蛍光体は、BaFBr:Eu2+である。励起光の照射により放出される輝尽性蛍光の波長は390nmである。また、励起可能な波長帯は490nmから680nm(最大効率の半分の効率以上を示す波長帯)である。
【0130】
6Liを含んだ複数の中性子シンチレータブロックとしては、6Liガラスシンチレータを用いる。6LiガラスシンチレータとしてはBicron社製GS20を用いることができる。ブロックの大きさは、5mmx5mmで厚さ2mmとする。Liガラスシンチレータの蛍光寿命は60nsであり蛍光波長は390nmである。
【0131】
中性子用イメージングプレートとLiガラスシンチレータの蛍光波長は同じ390nmであるため、縦軸用波長シフトファイバ、横軸用波長シフトファイバ及び中性子用イメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバは、従って、励起波長の中心が395nmで、蛍光波長の中心波長が480nmのバイクロン社製波長シフトファイバBCF―92Mを用いる。同等の性能を持つ他社製品も使用可能である。本ファイバの直径は0.5mmとし、その長さは光検出器までの距離を考慮して50cmとする。
【0132】
中性子が本発明のイメージ検出器に入射すると、まず、中性子用イメージングプレートで捕獲され、即発の蛍光を発生する。この蛍光を中性子シンチレータブロックを介して、2次元中性子イメージングが行われる。中性子用イメージングプレートで捕獲されず透過してくる中性子は中性子用イメージングプレートの背面に置かれた6Liガラスシンチレータに捕獲され蛍光が発生し、2次元中性子イメージングが行われる。この間に中性子の入射により中性子用イメージングプレート内に蓄積された中性子イメージは、長方形励起光レーザーとポリゴンミラーにより励起光を照射し、放出される輝尽性蛍光を、中性子シンチレータブロックの背面に配置された波長ファイバ束を用いて読み出すことにより得ることができる。
【0133】
このような構成でハイブリッド型中性子イメージ検出器を構築することにより、中性子イメージ検出器の高計数率検出の問題を解決すると共に総合的に検出効率を上げることができる。また、積分検出器である中性子イメージングプレート検出器と中性子シンチレータブロックを用いた中性子イメージ検出器とを使い分けて読み出すことにより、高機能な中性子イメージングが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数個まとめて1つの光ファイバ束として、光検出器で放射線あるいは中性子入射による蛍光を検出し、出力された光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、隣接した検出箇所の2つ以上のデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した場合に、用いた信号の丁度真ん中の箇所に放射線あるいは中性子が入射した位置パルス信号とし、この位置パルス信号を用いて、放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項2】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、検出媒体の厚さ以下の厚さの透明なシートあるいは透明な板を配置し、その透明なシートあるいは透明な板の上に波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数個まとめて1つの光ファイバ束とし、光検出器で放射線あるいは中性子入射による蛍光を検出し、出力された光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、隣接した検出箇所の2つ以上のデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した場合に、用いた信号の丁度真ん中の箇所に放射線あるいは中性子が入射した位置パルス信号とし、この位置パルス信号を用いて、放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項3】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、検出媒体の厚さ以下の厚さの蛍光体あるいはシンチレータの蛍光波長に対して吸収特性を示すシート状あるいは板状の減光フィルタを配置し、その減光フィルタの上に波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数個まとめて1つの光ファイバ束とし光検出器で放射線あるいは中性子入射による蛍光を検出し、出力された光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、隣接した検出箇所の2つ以上のデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した場合に、用いた信号の丁度真ん中の箇所に放射線あるいは中性子が入射した位置パルス信号とし、この位置パルス信号を用いて、放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項4】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの上部の面に波長シフトファイバを並列に配置し、下部の面にこれらの波長シフトファイバと直角に波長シフトファイバを並列に配置した2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器を構成し、上記請求項1乃至請求項3のいずれかを適用して、上部との下面に配置された波長シフトファイバについて横軸及び縦軸の1次元の入射位置を決定し、それぞれの位置パルス信号とし、上部の面と下部の面から得られた横軸及び縦軸の位置パルス信号の同時計数測定を行うことにより、放射線あるいは中性子の2次元入射位置を決定することを特長とした2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項5】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの上部の面に、横軸及び縦軸方向に等間隔に位置分解能に相当する開口部の光コリメータを配列したコリメータ板を配置しその上部に波長シフトファイバを並列に配置し、中性子イメージングシートあるいは中性子用シンチレータの下部の面に、上記コリメータ板と同じ構造のコリメータ板を上記コリメータ板の配置位置と一致するように配置し、上記で並列に配置した波長シフトファイバと直角に波長シフトファイバを並列に配置し、上部の面と下部の面に配置された波長シフトファイバから得られたパルス信号の同時計数測定を行うことにより放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項6】
上記請求項5に上記請求項1の同時計数測定法を適用して放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項7】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ又は中性子用シンチレータの面に2つ以上の波長シフトファイバを並列に配置した検出ブロックを構成し、配置された波長シフトファイバを1本ごとにあるいは並べた順に複数個まとめて1つとした波長シフトファイバ束ごと交互にそれぞれまとめて、2つの波長シフトファイバブロックを構成し、これらの2つの波長シフトファイバブロックの1つの端をそれぞれ光検出器に接続し、検出された2つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、2つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号をこの検出ブロックの検出パルス信号とし、この検出ブロックを2個以上用いて放射線あるいは中性子のイメージを得ることを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項8】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、2つ以上の波長シフトファイバを並列に配置した検出ブロックを構成し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数本まとめて1つとした波長シフトファイバ束ごとに交互にそれぞれまとめて、2つの波長シフトファイバブロックを構成し、これらの2つの波長シフトファイバブロックの両端をそれぞれ光検出器に接続し、検出された4つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、4つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号をこの検出ブロックのパルス信号として、この検出ブロックを2個以上用いて放射線あるいは中性子のイメージを得ることを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項9】
上記請求項7又は請求項8の検出ブロックを構成する際に、放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの両面に波長シフトファイバを配置し、それぞれの面について上記請求項7に記載の同時計数測定を行い、両面から出力されるパルス信号をこの検出ブロックからの出力信号とすることを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項10】
長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバの一端に放出される蛍光を光学系を通してからポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項11】
請求項10において、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いることを特長としたイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項12】
請求項11において、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、1つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけることにより読み出し間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項13】
請求項11又は請求項12において、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導き、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、集束用光学系を通した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通してから等間隔用光学系を通した後、2つの面状のCCD素子で検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージを信号処理装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項14】
上記請求項10乃至請求項13のいずれかにおいて、CCD素子の前にイメージインテンシファイアなどの光イメージ増幅素子を配置することを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項15】
検出媒体である輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+、BaFI:Eu2+、あるいはBaFCl:Eu2+のうち、1つあるいは2つ以上用いたイメージングプレートにおいて、記録された放射線の量を読み出す励起光源として、630−640nmの波長の励起光源と、530−535nmの波長の励起光源を用い、630−640nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後530―535nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出すことを特長とする2次元放射線イメージ検出器。
【請求項16】
上記請求項15を、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置に適用する場合に、630−640nmの波長の長方形状の励起光を用いてイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出した後、イメージングプレートを90度回転した後、530−535nmの波長の長方形状の励起光を用いてイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことを特長した2次元放射線イメージ検出器。
【請求項17】
検出媒体である輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+、BaFI:Eu2+、あるいはBaFCl:Eu2+のうち、1つあるいは2つ以上用いたイメージングプレートにおいて、記録された放射線の量を読み出す励起光源として、630−640nmの波長の励起光源と、530―535nmの波長の励起光源を用い、630−640nmの波長の励起光をあらかじめ決められた時間間隔でイメージングプレートに照射し、その時間間隔の間に蓄積された放射線あるいは中性子の量を読み出すとともに、異なった時間間隔で530−535nmの波長の励起光を照射し蓄積された放射線の量を読み出すことを特長とする放射線検出器。
【請求項18】
上記請求項10乃至請求項17のいずれかにおいて、イメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項19】
電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を構成する元素として、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体とGdを含む材料を中性子コンバータとして混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項20】
励起光を透過する透明な板あるいは透明なシートと、輝尽性蛍光体あるいは輝尽性蛍光と中性子コンバータを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体と、輝尽性蛍光の波長を中心波長とする板あるいはシート状のバンドパス光学フィルタと、から構成される、イメージングプレートあるいは中性子用イメージングプレートを用いることを特長とする2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項21】
中性子コンバータとしてLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)を用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項22】
上記請求項21において、LiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の構成材料であるボロン(B)として、10Bの含有量を多くした材料を用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項23】
上記請求項21又は請求項22において、LiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の構成材料であるリチウム(Li)として、6Liの含有量を多くした材料あるいは7Liの含有量を多くした材料を用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項24】
放射線イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さとした構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構成のイメージングプレート検出器と、蛍光体あるいはシンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成され、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート検出器、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置することを特長としたハイブリッド型2次元放射線イメージ検出器。
【請求項25】
中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートに、信号読み出し系を付加した構成の中性子イメージングプレート検出器と、Gd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子検出媒体を用いた中性子イメージ検出器とから構成され、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器。
【請求項26】
上記請求項24又は請求項25において、イメージングプレート検出器あるいは中性子イメージングプレート検出器と、放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器において、両者で用いる信号読み出し系の一部が共用していることを特長とするハイブリッド型2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項27】
中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体の背面に、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ複数の中性子シンチレータのブロックを組み合わせた中性子イメージ検出器を配置し、その背面にイメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバを配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器。
【請求項1】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数個まとめて1つの光ファイバ束として、光検出器で放射線あるいは中性子入射による蛍光を検出し、出力された光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、隣接した検出箇所の2つ以上のデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した場合に、用いた信号の丁度真ん中の箇所に放射線あるいは中性子が入射した位置パルス信号とし、この位置パルス信号を用いて、放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項2】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、検出媒体の厚さ以下の厚さの透明なシートあるいは透明な板を配置し、その透明なシートあるいは透明な板の上に波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数個まとめて1つの光ファイバ束とし、光検出器で放射線あるいは中性子入射による蛍光を検出し、出力された光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、隣接した検出箇所の2つ以上のデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した場合に、用いた信号の丁度真ん中の箇所に放射線あるいは中性子が入射した位置パルス信号とし、この位置パルス信号を用いて、放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項3】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、検出媒体の厚さ以下の厚さの蛍光体あるいはシンチレータの蛍光波長に対して吸収特性を示すシート状あるいは板状の減光フィルタを配置し、その減光フィルタの上に波長シフトファイバを並列に配置し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数個まとめて1つの光ファイバ束とし光検出器で放射線あるいは中性子入射による蛍光を検出し、出力された光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、隣接した検出箇所の2つ以上のデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した場合に、用いた信号の丁度真ん中の箇所に放射線あるいは中性子が入射した位置パルス信号とし、この位置パルス信号を用いて、放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項4】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの上部の面に波長シフトファイバを並列に配置し、下部の面にこれらの波長シフトファイバと直角に波長シフトファイバを並列に配置した2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器を構成し、上記請求項1乃至請求項3のいずれかを適用して、上部との下面に配置された波長シフトファイバについて横軸及び縦軸の1次元の入射位置を決定し、それぞれの位置パルス信号とし、上部の面と下部の面から得られた横軸及び縦軸の位置パルス信号の同時計数測定を行うことにより、放射線あるいは中性子の2次元入射位置を決定することを特長とした2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項5】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの上部の面に、横軸及び縦軸方向に等間隔に位置分解能に相当する開口部の光コリメータを配列したコリメータ板を配置しその上部に波長シフトファイバを並列に配置し、中性子イメージングシートあるいは中性子用シンチレータの下部の面に、上記コリメータ板と同じ構造のコリメータ板を上記コリメータ板の配置位置と一致するように配置し、上記で並列に配置した波長シフトファイバと直角に波長シフトファイバを並列に配置し、上部の面と下部の面に配置された波長シフトファイバから得られたパルス信号の同時計数測定を行うことにより放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項6】
上記請求項5に上記請求項1の同時計数測定法を適用して放射線あるいは中性子の入射位置を決定することを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項7】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ又は中性子用シンチレータの面に2つ以上の波長シフトファイバを並列に配置した検出ブロックを構成し、配置された波長シフトファイバを1本ごとにあるいは並べた順に複数個まとめて1つとした波長シフトファイバ束ごと交互にそれぞれまとめて、2つの波長シフトファイバブロックを構成し、これらの2つの波長シフトファイバブロックの1つの端をそれぞれ光検出器に接続し、検出された2つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、2つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号をこの検出ブロックの検出パルス信号とし、この検出ブロックを2個以上用いて放射線あるいは中性子のイメージを得ることを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項8】
蛍光体あるいは粒子状にしたシンチレータからなる放射線検出媒体、若しくはこれら検出媒体と中性子コンバータであるGd、6Li、10B元素のうち1つ以上含んだ材料とを混合した中性子検出媒体を、一様な厚さにした構造の放射線イメージングシート(a)若しくは中性子イメージングシート(b)、放射線検出媒体であるシンチレータ(c)、又はシンチレータの構成材料の中に中性子コンバータであるGd、6Liあるいは10B元素のうち1つ以上含んだ中性子用シンチレータ(d)を用いた、放射線あるいは中性子イメージ検出器において、
放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの面に、2つ以上の波長シフトファイバを並列に配置した検出ブロックを構成し、配置された波長シフトファイバを1本ごとあるいは並べた順に複数本まとめて1つとした波長シフトファイバ束ごとに交互にそれぞれまとめて、2つの波長シフトファイバブロックを構成し、これらの2つの波長シフトファイバブロックの両端をそれぞれ光検出器に接続し、検出された4つの光電気信号を波高弁別器によりデジタルパルス信号にした後、4つのデジタルパルス信号を同時計数回路により同時計数測定し、同時計数した信号をこの検出ブロックのパルス信号として、この検出ブロックを2個以上用いて放射線あるいは中性子のイメージを得ることを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項9】
上記請求項7又は請求項8の検出ブロックを構成する際に、放射線イメージングシート、中性子イメージングシート、放射線用シンチレータ、又は中性子用シンチレータの両面に波長シフトファイバを配置し、それぞれの面について上記請求項7に記載の同時計数測定を行い、両面から出力されるパルス信号をこの検出ブロックからの出力信号とすることを特長とした放射線あるいは中性子イメージ検出器。
【請求項10】
長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置において、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバの一端に放出される蛍光を光学系を通してからポリゴンミラーで反射した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通した等間隔用光学系を通した後、面状のCCD(チャージカップルドデバイス)素子で検出し、イメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項11】
請求項10において、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いることを特長としたイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項12】
請求項11において、励起光源から出力された励起光を照射・走査機構を用いてイメージングプレートの前面から照射し走査する際に、波長シフトファイバ束の各波長シフトファイバ毎に放出される蛍光を反射するポリゴンミラーと同期するポリゴンミラーを用いて励起光をイメージングプレートに照射・走査する機構を用いる際、1つの面あるいはそれ以上の面おきにポリゴンミラーの面を励起光を反射できない面に加工し、励起光の照射間隔をあけることにより読み出し間隔をあけてイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項13】
請求項11又は請求項12において、長方形状の励起光に直角に配置したイメージングプレートの横方向の読み出し位置分解能に相当する幅で長さがイメージングプレートの縦幅あるいはそれ以上の長さのファイバ状の波長シフトファイバを面状に並べた構造の波長シフトファイバ束に導き、波長シフトファイバ毎に輝尽性蛍光を波長シフトした後、波長シフトファイバの両端から放出されるシフトとされた蛍光をそれぞれ光学系を通してから同じポリゴンミラーの異なった場所で反射させ、集束用光学系を通した後、波長シフトファイバにより波長シフトされた蛍光の波長を中心波長とするバンドパス光学フィルタを通してから等間隔用光学系を通した後、2つの面状のCCD素子で検出し、1つのCCD素子で蛍光を検出している間に、残りのCCD素子に記録されたイメージを信号処理装置に転送することとし、交互にこの動作を繰り返してイメージングプレートを用いて放射線の2次元イメージを連続的に得ることを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項14】
上記請求項10乃至請求項13のいずれかにおいて、CCD素子の前にイメージインテンシファイアなどの光イメージ増幅素子を配置することを特長とした2次元放射線イメージ検出器。
【請求項15】
検出媒体である輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+、BaFI:Eu2+、あるいはBaFCl:Eu2+のうち、1つあるいは2つ以上用いたイメージングプレートにおいて、記録された放射線の量を読み出す励起光源として、630−640nmの波長の励起光源と、530−535nmの波長の励起光源を用い、630−640nmの波長の励起光を最初に照射し、記録された放射線の量を読み出し、その後530―535nmの波長の励起光を照射し記録された放射線の量を読み出すことを特長とする2次元放射線イメージ検出器。
【請求項16】
上記請求項15を、長方形状の励起光とそれに直角に配置した面状に並べた構造の波長シフトファイバ束を用いてイメージングプレートに記録された放射線量を読み出す装置に適用する場合に、630−640nmの波長の長方形状の励起光を用いてイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出した後、イメージングプレートを90度回転した後、530−535nmの波長の長方形状の励起光を用いてイメージングプレートに記録された放射線の量を読み出すことを特長した2次元放射線イメージ検出器。
【請求項17】
検出媒体である輝尽性蛍光体としてBaFBr:Eu2+、BaFI:Eu2+、あるいはBaFCl:Eu2+のうち、1つあるいは2つ以上用いたイメージングプレートにおいて、記録された放射線の量を読み出す励起光源として、630−640nmの波長の励起光源と、530―535nmの波長の励起光源を用い、630−640nmの波長の励起光をあらかじめ決められた時間間隔でイメージングプレートに照射し、その時間間隔の間に蓄積された放射線あるいは中性子の量を読み出すとともに、異なった時間間隔で530−535nmの波長の励起光を照射し蓄積された放射線の量を読み出すことを特長とする放射線検出器。
【請求項18】
上記請求項10乃至請求項17のいずれかにおいて、イメージングプレートの代わりに、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項19】
電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を構成する元素として、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体とGdを含む材料を中性子コンバータとして混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートを用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項20】
励起光を透過する透明な板あるいは透明なシートと、輝尽性蛍光体あるいは輝尽性蛍光と中性子コンバータを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体と、輝尽性蛍光の波長を中心波長とする板あるいはシート状のバンドパス光学フィルタと、から構成される、イメージングプレートあるいは中性子用イメージングプレートを用いることを特長とする2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項21】
中性子コンバータとしてLiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)を用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項22】
上記請求項21において、LiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の構成材料であるボロン(B)として、10Bの含有量を多くした材料を用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項23】
上記請求項21又は請求項22において、LiB3O5あるいはLiB4O7(LBO)の構成材料であるリチウム(Li)として、6Liの含有量を多くした材料あるいは7Liの含有量を多くした材料を用いることを特長とした2次元中性子イメージ検出器。
【請求項24】
放射線イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体を一様な厚さとした構造のイメージングプレートに信号読み出し系を付加した構成のイメージングプレート検出器と、蛍光体あるいはシンチレータを放射線検出媒体として用いた放射線イメージ検出器から構成され、放射線入射方向に対して最初にイメージングプレート検出器、その後部に放射線イメージ検出器の順で配置することを特長としたハイブリッド型2次元放射線イメージ検出器。
【請求項25】
中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体を、一様な厚さとした構造の中性子用イメージングプレートに、信号読み出し系を付加した構成の中性子イメージングプレート検出器と、Gd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子検出媒体を用いた中性子イメージ検出器とから構成され、中性子入射方向に対して最初に中性子イメージングプレート検出器、その後部に中性子イメージ検出器を配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器。
【請求項26】
上記請求項24又は請求項25において、イメージングプレート検出器あるいは中性子イメージングプレート検出器と、放射線イメージ検出器あるいは中性子イメージ検出器において、両者で用いる信号読み出し系の一部が共用していることを特長とするハイブリッド型2次元放射線あるいは2次元中性子イメージ検出器。
【請求項27】
中性子イメージングを行うイメージ検出部が、電離放射線の検出媒体である輝尽性蛍光体とGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ中性子コンバータとを混合した中性子検出媒体、又はGd、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ輝尽性蛍光体の背面に、6Liあるいは10B元素を1つ以上含んだ複数の中性子シンチレータのブロックを組み合わせた中性子イメージ検出器を配置し、その背面にイメージングプレート読み出し用の波長シフトファイバを配置することを特長としたハイブリッド型2次元中性子イメージ検出器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【公開番号】特開2010−164593(P2010−164593A)
【公開日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−106760(P2010−106760)
【出願日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【分割の表示】特願2001−19831(P2001−19831)の分割
【原出願日】平成13年1月29日(2001.1.29)
【出願人】(505374783)独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【分割の表示】特願2001−19831(P2001−19831)の分割
【原出願日】平成13年1月29日(2001.1.29)
【出願人】(505374783)独立行政法人 日本原子力研究開発機構 (727)
【Fターム(参考)】
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