放射線弁別測定装置
【課題】各光ファイバに取り付けられたシンチレータで波長別に発光する放射線の種類を色別に測定することができ、取付けや配置の自由度を向上させたもの。
【解決手段】放射線弁別測定装置は、伝送用の複数本の光ファイバ１５と、この各光ファイバ１５に取り付けられた波長別に発光するシンチレータ７ａ，８ａと、このシンチレータ７ａ，８ａの周りに目的とする放射線以外に対して設置された遮蔽材１６，１７とから構成され、前記各光ファイバ１５が直列あるいは並列に結合して構成されるものである。
【解決手段】放射線弁別測定装置は、伝送用の複数本の光ファイバ１５と、この各光ファイバ１５に取り付けられた波長別に発光するシンチレータ７ａ，８ａと、このシンチレータ７ａ，８ａの周りに目的とする放射線以外に対して設置された遮蔽材１６，１７とから構成され、前記各光ファイバ１５が直列あるいは並列に結合して構成されるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力産業、放射線医療および放射能取扱施設などの放射性物質を取り扱う産業および研究機関において適用されるものであり、α線、β線、Ｘ線、γ線あるいは中性子線のいずれかが混在している放射線から、各放射線を弁別かつ測定し、非破壊試験を行える放射線弁別測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線が物質を透過する際には、その構成物質の種類もしくは形状によって吸収および散乱が異なってくる。これを映像として写真やビデオ、デジタルファイル等として記録すれば、物質の破損状態、変化および充填状況等を把握することができる。これは一般にレントゲン写真で人体の内部状態を診察するのと同様の原理である。測定したい物体あるいは試料を破壊せずに内部の状態を測定するこの方法は、ラジオグラフィまたは非破壊放射線撮影法と呼ばれている。
【０００３】
従来からこのようなラジオグラフィとして、放射線のなかでもＸ線あるいはγ線を用いたものが良く知られている。Ｘ線あるいはγ線は、物をよく透過し軽い物ほど透過しやすいので、物体の内部のようすを調べるのに利用されている。しかし、Ｘ線あるいはγ線では軽い物ほど透過しやすいために、原子番号が小さい元素である軽元素を良く透過してしまうことから、金属材料中に隠された水素含有物質等を検査するのは困難であった。また、Ｘ線あるいはγ線では、硼（ほう）素と炭素のように原子番号が隣接した元素のように、微量の差を識別することは困難であった。
【０００４】
一方、Ｘ線あるいはγ線のかわりに中性子を用いたラジオグラフィが利用されている。このラジオグラフィでは、中性子の吸収が原子番号には依存せず、また重たい物質中をも透過するため、Ｘ線あるいはγ線では識別できなかった、金属中の軽元素の識別を行うことができる。また、中性子に対する吸収もしくは散乱断面積の値は、各元素によって固有であり、例えば、硼素に対しては中性子の吸収量が多いが、炭素に対しては多くない。このため、中性子を利用して軽元素までを識別する非破壊検査が行われるようになった。
【０００５】
現在では、このようなＸ線あるいはγ線を用いたラジオグラフィおよび中性子を用いたラジオグラフィの長所を生かして、両者を併用したラジオグラフィが用いられており、具体的には、加工品等の非破壊検査を行なっている。このＸ線、γ線あるいは中性子を併用したラジオグラフィによれば、同一試料についてそれぞれ異なったＸ線、γ線あるいは中性子による検査という２回の操作が必要となるため、測定時間および操作の面で煩雑であった。
【０００６】
このような欠点を解消する方法として、例えば、特開昭５８−１１３８４２号公報（例えば、特許文献１参照）等に掲載されているように、カリホルニウムＣｆ.252を中性子源とγ線源として用い、γ線画像検出器と中性子画像検出器とを並設させ、これらの各検出器にフィルムをセットして同時に画像を記録するという同時ラジオグラフィ手法が提案されている。しかし、このような方法においても、記録される画像であるフィルムが２枚となってしまうため、正確な位置合わせおよび画像処理上の煩雑さを有していた。
【０００７】
さらに、この同時ラジオグラフィ手法を改良して、例えば、特開昭６１−１８４４４４号公報（例えば、特許文献２参照）等に掲載されているように、色別でγ線画像と中性子画像とを測定する方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５８−１１３８４２号公報
【特許文献２】特開昭６１−１８４４４４号公報
【特許文献２】特開平４−２９０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような方法によれば、色別でγ線画像と中性子画像とを測定できる点において優れていたが、以下に示すような問題を有していた。
【０００９】
上述した特開昭６１−１８４４４４号公報における同時ラジオグラフィでは、１枚のフィルム上に赤色発光のγ線画像用のシンチレータと中性子用の青色あるいは緑色発光のシンチレータとを組合わせ、色別でγ線画像と中性子画像とを測定している。
【００１０】
実際には、γ線画像用のシンチレータとして、赤色光を発する蛍光材を重金属板上に塗布または蒸着したものを用いる。一方、中性子用のシンチレータとして、リチウム（Ｌｉ−６）あるいはボロン（Ｂ−１０）を含む物質に、青色または緑色で発光する蛍光材を混合または塗布あるいは蒸着したものを用い、中性子はリチウムまたはボロンと（ｎ，α）反応を起こし、これにより生じたアルファ（α）線によって青色発光蛍光材が青色に発色される。なお、この青色発光蛍光材として、蛍光体に銀で活性化した硫化亜鉛ＺｎＳ：Ａｇを用いている。
【００１１】
このように、１枚のフィルム上に中性子ラジオグラフィを青色で記録し、Ｘ線あるいはγ線ラジオグラフィを赤色で記録して色弁別する方法では、Ｘ線およびγ線によるかぶりを補正することが可能であった。またこの方法では、上記した銀で活性化した硫化亜鉛ＺｎＳ：Ａｇと組み合わせた蛍光材を用いることにより、Ｘ線あるいはγ線に対してかぶる量が少ないという長所を有していたが、感度を十分に満足するものではなかった。
【００１２】
また、使用するシンチレータは、γ線と中性子との互いの波長に対して透過する材料から構成されていないため、γ線画像用のシンチレータと中性子用のシンチレータとの間にフィルムを挟む構成とし、シンチレータを配置しなければならなかった。このため３つのシンチレータを配置して、３色以上の組合わせの発光を行わせるのは実質上難しかった。
【００１３】
さらに、フィルムをはさんで配置する場合には、−般のカラーフィルムではハレーション防止層があり、裏面からの光は正確に記録されない。このため特殊なカラーフィルムを使用しなければならず、コスト的に高くなるという問題を有していた。
【００１４】
また、一方において、近年、中性子における感度を向上させる方法が開発されており、例えば、特開平４−２９０９８５号公報等に掲載されているように、従来のリチウム（Ｌｉ−６）またはボロン（Ｂ−１０）を用いたタイプに比べて、中性子に対する感度を高くした中性子用のイメージングプレートが開発されている。これは、電子線および放射線などの照射後、熱および光などの刺激で発光する現象である、蛍光体の輝尽発光を利用して開発されたものであり、このイメージングプレートは、輝尽蛍光体を塗布したものから構成される。具体的にこのイメージングプレートは、中性子との反応にガドリニウム（Ｇｄ）を用い、付活剤にプラセオジム（Ｐｒ）、テルビウム（Ｔｂ）あるいはユウロピウム（Ｅｕ）を含有した焼結体からなるものである。
【００１５】
上記したイメージングプレートは、さらに改良が進み、Χ線用のイメージングプレートおよび中性子と反応するリチウム（Ｌｉ−６）と、ボロン（Ｂ−１０）またはガドリニウム（Ｇｄ）とからなる中性子用のイメージングプレートを組み合わせたものも開発されている。
【００１６】
このような中性子用のイメージングプレートは、輝尽性蛍光体を用い電離放射線による信号をカラーセンターとして捕獲記憶し、読取り器のレーザー光で蛍光を発光させて画像化するものであるため、中性子に対する感度が高く、明るいところで作業できる点で優れているが、中性子照射後に読取り作業を別に行わなくてはならない点でリアルタイム性において問題がある。またこの技術は、元々Ｘ線用に開発されたものであるため、Ｘ線およびγ線に対する感度が高く、中性子画像にＸ線およびγ線の画像がかぶり区別できないという問題を有していた。この場合においても、中性子を遮断して、Ｘ線やγ線の画像を別に撮って画像処理しなければならないが、このような方法は、未だに開発されていないのが現状であった。
【００１７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、工業用測定対象物の内部を調査するために非破壊試験を行う際、測定対象物に放射して得られる放射線に含まれるα線、β線、γ線、中性子線およびＸ線などのいずれかから構成される放射線から、各個別の放射線として弁別するとともに、弁別した各放射線をタイムラグなしに、直接撮像して画像化できる放射線弁別測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る放射線弁別測定装置は、上述した課題を解決するために、伝送用の複数の光ファイバと、この各光ファイバに取り付けられた波長別に発光するシンチレータと、このシンチレータの周りに目的とする放射線以外に対して設置された遮蔽材とから構成され、前記各光ファイバが直列あるいは並列に結合して構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、シンチレータを一つにまとめて一個所から発光させて測定するという構成ではなく、波長別に発光するシンチレータを個別に光ファイバに取り付けた構成としている。個々のシンチレータの周りには目的とする放射線以外に対して遮蔽材を設け、更に伝送用の光ファイバを直列または並列に結合させて、放射線の種類を色別で測定する構成としてある。このため、本発明によれば、光ファイバを束ねる構成としたり、別々に配置する構成とすることができ、配置する応用範囲が広くなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る放射線弁別測定装置は、波長別に発光するシンチレータを各光ファイバに取り付け、目的とする放射線以外を遮蔽材で遮蔽したので、光ファイバで放射線の種類を色別に伝送させて測定することができ、各シンチレータの取付けや配置の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は原子力産業で使用される放射性物質の測定例についてのものであり、例えば放射線の種類Ａを中性子、ＢをＸ線、およびＣをγ線とし、その弁別測定を行うための中性子ラジオグラフィについて説明する。
【００２２】
［第１実施形態（図１，図２）］
図１は、本実施形態による中性子ラジオグラフィの基本構成を示し、図２はその中の撮像手段の要部を示している。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態では放射線源を中性子源１とし、この中性子源１を減速材としてのモデレータ２内に収納している。この中性子源１から照射される中性子ビームにΧ線またはγ線が含まれている場合がある。モデレータ２内には、中性子ビームの照射部位にコリメータ３を設置し、このコリメータ３によって収束された中性子ビームを、工業用測定対象物４に照射するようにし、その測定対象物４の後方に、撮像手段としての撮像カセッテ５を配置している。これにより、測定対象物４を透過した放射線（中性子、Ｘ線またはγ線）が、撮像カセッテ５で放射線の信号として検出され映像化されるようにしてある。測定対象物４は工業用を想定しており、人体を含むものではない。
【００２４】
そして本実施形態では、撮像カセッテ５を、図２に拡大して示すように、記録媒体として着脱可能なカラーフィルム６を用いた構成としてあり、このカラーフィルム６に、第１シンチレータ７、第２シンチレータ８および第３シンチレータ９が順次に配置されるようにしてある。これらの各シンチレータ７，８，９は、薄い構成とすることにより各発光が相互に透過できるようになっている。
【００２５】
第１シンチレータ７は、中性子放射線に対して感度が高い赤色発光体、例えばユウロピウム（Ｅｕ）で活性化した酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２０２Ｓ）によって構成し、厚さは、例えば４０μｍとしてある。
【００２６】
第２シンチレータ８は、Ｘ線に対して感度が高い緑色発光体、例えばテルビウム（Ｔｂ）で活性化した酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２０２Ｓ）によって構成し、厚さは数十μｍとしてある。
【００２７】
第３シンチレータ９は、γ線に対して感度が高い青色発光体、例えば銀（Ａｇ）で活性化した硫化亜鉛（ＺｎＳ）によって構成し、厚さは数十μｍとしてある。
【００２８】
なお、これら第１、第２、第３シンチレータ７，８，９としては、前述した他の各種発光体を適用することが可能であり、その場合も本実施形態と同様の機能を得ることができる。また、発行色は、赤色、青色、緑色の組合わせを前述のように、種々変更することができる。
【００２９】
本実施形態では、第２、第３シンチレータ８，９で発生した緑色および青色光が、第１、第２シンチレータ７，８を透過してフィルム状に照射される際に、各シンチレータの情報が減算された状態で感光される。
【００３０】
なお、図２では、カラーフィルム６を各シンチレータ７，８，９に対して、矢印で示した放射線の入射側である左側にセットしたものとして示したが、カラーフィルム６は各シンチレータ７，８，９に対して、放射線透過後の方向、つまり図の右側にセットしても良い。
【００３１】
本実施形態においては、カラーフィルム６をは現像して観察し、あるいはスキャナー等でデジタル的に処理して波長別に放射線の画像として見ることが河能になる。したがって、異なる放射線により発光する第１、第２、第３シンチレータ７，８，９の組合せ構成によって、従来できなかった１枚のカラー写真に短時間で記録するで、瞬時にカラー画像として放射線別の画像観察を行え、これにより測定対象物４への放射線の照射量を減少して検査できるようになり、被爆量の低減や測定時間の短縮等が図れる。
【００３２】
［第２実施形態（図３〜図５）］
本実施形態は、第１実施形態で示したカラーフィルムに代えてカメラおよび光学レンズを用い、画像を直接観測する構成としたものである。図３は装置の全体構成を示し、図４は、要部を拡大して示している。
【００３３】
これらの図３および図４に示すように、本実施形態では、３板式ＣＣＤカメラ１４を用い、異なる放射線により発光する第１、第２、第３シンチレータ７，８，９の情報を画像信号として得るとともに、この画像信号を３板式ＣＣＤカメラ１４に接続された遠隔操作装置２１でモニタできるようになっている。この遠隔操作手段２１は、３種の着色光の情報から減算処理等を行う演算手段２２、演算結果を表示できるモニタテレビ２３および操作用の入力手段２４等によって構成されている。
【００３４】
本実施形態においては、遠隔操作で測定することができるので、被爆なく測定できるとともに、時間の短縮等が図れる。また、観測された信号がＲＧＢ信号として取り込まれるため、瞬時に画像処理してΧ線やγ線等のかぶりや照射エリアの照射むらを補正することができる。さらに、モニタテレビ２３上で各色毎にそれぞれ分けて観察できるので、波長の異なる画像の位置合せが不要となる利点が得られる。
【００３５】
図５は本実施形態の変形例を示したものである。
【００３６】
この例では、単色の高感度ＣＣＤカメラ１２を３台使用し、シンチレータ７，８，９で発光した異なる波長の光を、特定の波長のみを厳密に分ける第１、第２のダイクロイックミラー１０，１１で分光して観察できるようにしてある。
【００３７】
すなわち、第１のダイクロイックミラー１０では第１シンチレータ７の光が反射されるとともに、第２、第３シンチレータ８，９の光が透過する。また、第２のダイクロイックミラー１１では、第２シンチレータ８の光が反射するとともに、第３シンチレータ９の光が透過する。これら異なる光による映像を第３のＣＣＤカメラ１２で別々に得ることができるようになっている。
【００３８】
このような構成によれば、各ＣＣＤカメラ１２で得られた映像を、それぞれ独立して観測することができ、また瞬時に画像処理してΧ線やγ線等のかぶりや照射エリアの照射むらを補正することも可能である。しかも、特定の波長のみを厳密に分けるダイクロイックミラーを使用する構成によって、信号に対するノイズの比率（ＳＩＮ）を良好とすることができる。
【００３９】
［第３実施形態（図６）］
上述した第２実施形態では、ＣＣＤカメラおよび光学レンズを用いた構成であったが、本実施形態は、光学レンズに代えて光ファイバを用いた構成としたものである。図６は、その要部構成を示している。
【００４０】
この図６に示すように、本実施形態では、多数本の光ファイバ、例えば光入口側が光出口側よりも断面積が大きいテーパーファイバ１３がバンドルされており、このテーパーファイバ１３のバンドルによって、第３シンチレータ９と３板式ＣＣＤカメラ１４の受光面とが、直接接続されている。
【００４１】
このような構成によっても前記第２実施形態とほぼ同様の効果が奏される。
【００４２】
［第４実施形態（図７，図８）］
本実施形態は、波長別に発光する複数のシンチレータを１本または複数本の光ファイバに取付け、その光ファイバ上の各シンチレータ部位から直接的に放射線を入力し、波長別の光情報を分光器によって分光することで放射線別の情報を得るようにしたものである。
【００４３】
図７は、第１の構成例を示している。
【００４４】
この第１の構成例では図７に示すように、１本の光ファイバ１５に複数、感応する放射線および発光波長が互いに異なる第１，第２の二つのシンチレータ７ａ，８ａが隣接位置に組込んである。
【００４５】
第１シンチレータ７ａは例えばγ線に感応するものであり、外周側に熱中性子をカットする所定厚さのＣｄ遮蔽体１６が被覆してある。また、第２シンチレータ８ａは、逆に中性子に感応するものであり、外周側にγ線をカットする所定厚さのＰｂ遮蔽体１７が被覆してある。そして、光ファイバ１５の両端は、図示しない分光器に接続されている。
【００４６】
そして、第１のシンチレータ７ａで得られた光は、Ｃｄ遮蔽体１６によって熱中性子がカットされ、主にγ線による光信号となり、光ファイバ１５の一端側（例えば図の左端側）を介して図示しない分光器に送られる。また、第２のシンチレータ８ａで得られた光は、Ｐｂ遮蔽体１７でγ線がカットされ、主に熱中性子による光信号となり、光ファイバ１５の他端側（例えば右端側）を介して図示しない分光器にされる。
【００４７】
このような構成によると、光ファイバ１５を例えばループ状に構成しておき、シンチレータ７ａ，８ａ部分を放射線領域に配置しておく等の手段によって、その放射線領域から離間した位置で遠隔的に放射線観察を行うことができる。この場合、図示しないが、第３のシンチレータを前記第１第２シンチレータ７ａ，８ａとともに組込んでおけば、さらに別の放射線情報を得ることができる。このとき、１本の光ファイバ１５内で複数の光情報が伝送されることになるが、前記各実施形態と同様の補正を行うことによって、弁別することができる。なお、シンチレータは、１本の光ファイバの一個所に限らず、複数か所に離間して配置することも可能であり、その場合には複数の領域についての放射線観察を行うことができる。
【００４８】
図８は、本実施形態の他の構成例を示している。
【００４９】
この構成例では、図８に示すように、複数本、例えば３本の光ファイバ１５の各先端に、それぞれ感応する放射線および発光波長が互いに異なる第１，第２，第３のシンチレータ７ｂ，８ｂ，９ｂが組込んである。各光ファイバ１５の他端は、図示しない光検出器に接続してある。
【００５０】
第１，第２シンチレータ７ｂ，８ｂは、図７に示したものとほぼ同様の構成で、それぞれＣｄ遮蔽体１６およびＰｂ遮蔽体１７で被覆されているが、第３シンチレータ９ｂは、内部に水素を含む樹脂を充填したＣｄカバー１８で被覆してある。これにより、Ｃｄカバー１８で熱中性子をカットするとともに、水素を含む樹脂で速中性子を熱中性子化するようになっている。
【００５１】
このような構成によると、３種の光を各光ファイバの一端側で取得し、それぞれ他端側の光検出器で検出することで、複数の放射線情報を得ることができる。この場合、第１，第２，第３シンチレータ７ｂ，８ｂ，９ｂで得られる情報にかぶりがある場合、前記第１実施形態と同様の補正を行うことによって、正確な情報とすることができる。
【００５２】
この構成例の場合には、シンチレータ７ｂ，８ｂ，９ｂをそれぞれ設けた各光ファイバ１５の先端を任意の放射線領域に配置することで、遠隔観察を行うことができ、その際に複数光の補正を行うことによって正確な情報を得ることができるという効果が奏される。
【００５３】
なお、図８では３本の光ファイバを用いた例を示したが、場合によっては２本でもよく、また４本以上として実施することもできる。
【００５４】
［他の実施形態］
なお、以上の各実施形態では、シンチレータと受光素子との間にイメージインテンシファイヤを入れて感度を上げて使用することが可能である。
【００５５】
また、各実施形態の構成を相互に組合せる構成等も可能である。例えば、図８に示した樹脂層を、図２，図４，図５，図６等に示した第２シンチレータ８と第３シンチレータ９との間に挿入する等の構成である。このような構成としても前記同様の機能が得られる。
【００５６】
さらに、以上の各実施形態の他、本発明は前述した各シンチレータ材料等を適宜に利用して対象あるいは環境等に応じて種々実施することができるものである。
【００５７】
本発明による放射線弁別測定装置によれば、異なる放射線により発光する第１、第２および第３のシンチレータとして、同じ主成分を持つシンチレータを組合わせることにより、１枚のカラー写真に短時間で記録したり、またＣＣＤカメラで観測して瞬時にカラー画像で放射線別に画像化して見ることを可能にした。これにより測定対象物への放射線の照射量を減らした検査ができ、被爆量の低減および測定時間の短縮が可能となる。また、一回の測定でＸ線およびγ線による画像と中性子による画像とを同時に、または別々にも観測できるため、従来のＸ線撮影では適用できなかった、プラスチック製の爆弾等についても導火線とプラスチックの本体とを中性子ラジオグラフィで観測できるため、検査の質および精度向上の効果を得られる。さらに、放射線測定器として考えた場合、従来の放射線弁別方法に加えて新たに波長による弁別方法が加わるため弁別の組合せ方が多くなり、多くの検出器を一つにまとめて測定できるシステムを構築することにより、信頼性の向上とシステム簡素化の効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】放射線弁別装置の第１実施形態を示すもので、中性子ラジオグラフィの基本構成を示すシステム構成図。
【図２】図１の撮像カセッテ内の構成の一例を示す拡大図。
【図３】放射線弁別装置の第２実施形態を示すもので、中性子ラジオグラフィの基本構成を示すシステム構成図。
【図４】図３の撮像カセッテ内の構成の一例を示す拡大図。
【図５】図４の変形例を示す図。
【図６】本発明の第３実施形態を示す図。
【図７】本発明の第４実施形態による第１構成例を示す図。
【図８】本発明の第４実施形態による第２構成例を示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１ 中性子源
２ モデレータ
３ コリメータ
４ 測定対象物
５ 撮像カセッテ
６ カラーフィルム
７，７ａ，７ｂ 第１シンチレータ
８，８ａ，８ｂ 第１シンチレータ
９，９ａ，９ｂ 第１シンチレータ
１０，１１ ダイクロイックミラー
１２ 高感度ＣＣＤカメラ
１３ テーパーファイバ
１４ ３板式ＣＣＤカメラ
１５ 光ファイバ
１６ Ｃｄ遮蔽体
１７ Ｐｂ遮蔽体
１８ Ｃｄカバー
２１ 遠隔操作装置
２２ 演算手段
２３ モニタテレビ
２４ 入力手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力産業、放射線医療および放射能取扱施設などの放射性物質を取り扱う産業および研究機関において適用されるものであり、α線、β線、Ｘ線、γ線あるいは中性子線のいずれかが混在している放射線から、各放射線を弁別かつ測定し、非破壊試験を行える放射線弁別測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線が物質を透過する際には、その構成物質の種類もしくは形状によって吸収および散乱が異なってくる。これを映像として写真やビデオ、デジタルファイル等として記録すれば、物質の破損状態、変化および充填状況等を把握することができる。これは一般にレントゲン写真で人体の内部状態を診察するのと同様の原理である。測定したい物体あるいは試料を破壊せずに内部の状態を測定するこの方法は、ラジオグラフィまたは非破壊放射線撮影法と呼ばれている。
【０００３】
従来からこのようなラジオグラフィとして、放射線のなかでもＸ線あるいはγ線を用いたものが良く知られている。Ｘ線あるいはγ線は、物をよく透過し軽い物ほど透過しやすいので、物体の内部のようすを調べるのに利用されている。しかし、Ｘ線あるいはγ線では軽い物ほど透過しやすいために、原子番号が小さい元素である軽元素を良く透過してしまうことから、金属材料中に隠された水素含有物質等を検査するのは困難であった。また、Ｘ線あるいはγ線では、硼（ほう）素と炭素のように原子番号が隣接した元素のように、微量の差を識別することは困難であった。
【０００４】
一方、Ｘ線あるいはγ線のかわりに中性子を用いたラジオグラフィが利用されている。このラジオグラフィでは、中性子の吸収が原子番号には依存せず、また重たい物質中をも透過するため、Ｘ線あるいはγ線では識別できなかった、金属中の軽元素の識別を行うことができる。また、中性子に対する吸収もしくは散乱断面積の値は、各元素によって固有であり、例えば、硼素に対しては中性子の吸収量が多いが、炭素に対しては多くない。このため、中性子を利用して軽元素までを識別する非破壊検査が行われるようになった。
【０００５】
現在では、このようなＸ線あるいはγ線を用いたラジオグラフィおよび中性子を用いたラジオグラフィの長所を生かして、両者を併用したラジオグラフィが用いられており、具体的には、加工品等の非破壊検査を行なっている。このＸ線、γ線あるいは中性子を併用したラジオグラフィによれば、同一試料についてそれぞれ異なったＸ線、γ線あるいは中性子による検査という２回の操作が必要となるため、測定時間および操作の面で煩雑であった。
【０００６】
このような欠点を解消する方法として、例えば、特開昭５８−１１３８４２号公報（例えば、特許文献１参照）等に掲載されているように、カリホルニウムＣｆ.252を中性子源とγ線源として用い、γ線画像検出器と中性子画像検出器とを並設させ、これらの各検出器にフィルムをセットして同時に画像を記録するという同時ラジオグラフィ手法が提案されている。しかし、このような方法においても、記録される画像であるフィルムが２枚となってしまうため、正確な位置合わせおよび画像処理上の煩雑さを有していた。
【０００７】
さらに、この同時ラジオグラフィ手法を改良して、例えば、特開昭６１−１８４４４４号公報（例えば、特許文献２参照）等に掲載されているように、色別でγ線画像と中性子画像とを測定する方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５８−１１３８４２号公報
【特許文献２】特開昭６１−１８４４４４号公報
【特許文献２】特開平４−２９０９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような方法によれば、色別でγ線画像と中性子画像とを測定できる点において優れていたが、以下に示すような問題を有していた。
【０００９】
上述した特開昭６１−１８４４４４号公報における同時ラジオグラフィでは、１枚のフィルム上に赤色発光のγ線画像用のシンチレータと中性子用の青色あるいは緑色発光のシンチレータとを組合わせ、色別でγ線画像と中性子画像とを測定している。
【００１０】
実際には、γ線画像用のシンチレータとして、赤色光を発する蛍光材を重金属板上に塗布または蒸着したものを用いる。一方、中性子用のシンチレータとして、リチウム（Ｌｉ−６）あるいはボロン（Ｂ−１０）を含む物質に、青色または緑色で発光する蛍光材を混合または塗布あるいは蒸着したものを用い、中性子はリチウムまたはボロンと（ｎ，α）反応を起こし、これにより生じたアルファ（α）線によって青色発光蛍光材が青色に発色される。なお、この青色発光蛍光材として、蛍光体に銀で活性化した硫化亜鉛ＺｎＳ：Ａｇを用いている。
【００１１】
このように、１枚のフィルム上に中性子ラジオグラフィを青色で記録し、Ｘ線あるいはγ線ラジオグラフィを赤色で記録して色弁別する方法では、Ｘ線およびγ線によるかぶりを補正することが可能であった。またこの方法では、上記した銀で活性化した硫化亜鉛ＺｎＳ：Ａｇと組み合わせた蛍光材を用いることにより、Ｘ線あるいはγ線に対してかぶる量が少ないという長所を有していたが、感度を十分に満足するものではなかった。
【００１２】
また、使用するシンチレータは、γ線と中性子との互いの波長に対して透過する材料から構成されていないため、γ線画像用のシンチレータと中性子用のシンチレータとの間にフィルムを挟む構成とし、シンチレータを配置しなければならなかった。このため３つのシンチレータを配置して、３色以上の組合わせの発光を行わせるのは実質上難しかった。
【００１３】
さらに、フィルムをはさんで配置する場合には、−般のカラーフィルムではハレーション防止層があり、裏面からの光は正確に記録されない。このため特殊なカラーフィルムを使用しなければならず、コスト的に高くなるという問題を有していた。
【００１４】
また、一方において、近年、中性子における感度を向上させる方法が開発されており、例えば、特開平４−２９０９８５号公報等に掲載されているように、従来のリチウム（Ｌｉ−６）またはボロン（Ｂ−１０）を用いたタイプに比べて、中性子に対する感度を高くした中性子用のイメージングプレートが開発されている。これは、電子線および放射線などの照射後、熱および光などの刺激で発光する現象である、蛍光体の輝尽発光を利用して開発されたものであり、このイメージングプレートは、輝尽蛍光体を塗布したものから構成される。具体的にこのイメージングプレートは、中性子との反応にガドリニウム（Ｇｄ）を用い、付活剤にプラセオジム（Ｐｒ）、テルビウム（Ｔｂ）あるいはユウロピウム（Ｅｕ）を含有した焼結体からなるものである。
【００１５】
上記したイメージングプレートは、さらに改良が進み、Χ線用のイメージングプレートおよび中性子と反応するリチウム（Ｌｉ−６）と、ボロン（Ｂ−１０）またはガドリニウム（Ｇｄ）とからなる中性子用のイメージングプレートを組み合わせたものも開発されている。
【００１６】
このような中性子用のイメージングプレートは、輝尽性蛍光体を用い電離放射線による信号をカラーセンターとして捕獲記憶し、読取り器のレーザー光で蛍光を発光させて画像化するものであるため、中性子に対する感度が高く、明るいところで作業できる点で優れているが、中性子照射後に読取り作業を別に行わなくてはならない点でリアルタイム性において問題がある。またこの技術は、元々Ｘ線用に開発されたものであるため、Ｘ線およびγ線に対する感度が高く、中性子画像にＸ線およびγ線の画像がかぶり区別できないという問題を有していた。この場合においても、中性子を遮断して、Ｘ線やγ線の画像を別に撮って画像処理しなければならないが、このような方法は、未だに開発されていないのが現状であった。
【００１７】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、工業用測定対象物の内部を調査するために非破壊試験を行う際、測定対象物に放射して得られる放射線に含まれるα線、β線、γ線、中性子線およびＸ線などのいずれかから構成される放射線から、各個別の放射線として弁別するとともに、弁別した各放射線をタイムラグなしに、直接撮像して画像化できる放射線弁別測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る放射線弁別測定装置は、上述した課題を解決するために、伝送用の複数の光ファイバと、この各光ファイバに取り付けられた波長別に発光するシンチレータと、このシンチレータの周りに目的とする放射線以外に対して設置された遮蔽材とから構成され、前記各光ファイバが直列あるいは並列に結合して構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、シンチレータを一つにまとめて一個所から発光させて測定するという構成ではなく、波長別に発光するシンチレータを個別に光ファイバに取り付けた構成としている。個々のシンチレータの周りには目的とする放射線以外に対して遮蔽材を設け、更に伝送用の光ファイバを直列または並列に結合させて、放射線の種類を色別で測定する構成としてある。このため、本発明によれば、光ファイバを束ねる構成としたり、別々に配置する構成とすることができ、配置する応用範囲が広くなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る放射線弁別測定装置は、波長別に発光するシンチレータを各光ファイバに取り付け、目的とする放射線以外を遮蔽材で遮蔽したので、光ファイバで放射線の種類を色別に伝送させて測定することができ、各シンチレータの取付けや配置の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は原子力産業で使用される放射性物質の測定例についてのものであり、例えば放射線の種類Ａを中性子、ＢをＸ線、およびＣをγ線とし、その弁別測定を行うための中性子ラジオグラフィについて説明する。
【００２２】
［第１実施形態（図１，図２）］
図１は、本実施形態による中性子ラジオグラフィの基本構成を示し、図２はその中の撮像手段の要部を示している。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態では放射線源を中性子源１とし、この中性子源１を減速材としてのモデレータ２内に収納している。この中性子源１から照射される中性子ビームにΧ線またはγ線が含まれている場合がある。モデレータ２内には、中性子ビームの照射部位にコリメータ３を設置し、このコリメータ３によって収束された中性子ビームを、工業用測定対象物４に照射するようにし、その測定対象物４の後方に、撮像手段としての撮像カセッテ５を配置している。これにより、測定対象物４を透過した放射線（中性子、Ｘ線またはγ線）が、撮像カセッテ５で放射線の信号として検出され映像化されるようにしてある。測定対象物４は工業用を想定しており、人体を含むものではない。
【００２４】
そして本実施形態では、撮像カセッテ５を、図２に拡大して示すように、記録媒体として着脱可能なカラーフィルム６を用いた構成としてあり、このカラーフィルム６に、第１シンチレータ７、第２シンチレータ８および第３シンチレータ９が順次に配置されるようにしてある。これらの各シンチレータ７，８，９は、薄い構成とすることにより各発光が相互に透過できるようになっている。
【００２５】
第１シンチレータ７は、中性子放射線に対して感度が高い赤色発光体、例えばユウロピウム（Ｅｕ）で活性化した酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２０２Ｓ）によって構成し、厚さは、例えば４０μｍとしてある。
【００２６】
第２シンチレータ８は、Ｘ線に対して感度が高い緑色発光体、例えばテルビウム（Ｔｂ）で活性化した酸硫化ガドリニウム（Ｇｄ２０２Ｓ）によって構成し、厚さは数十μｍとしてある。
【００２７】
第３シンチレータ９は、γ線に対して感度が高い青色発光体、例えば銀（Ａｇ）で活性化した硫化亜鉛（ＺｎＳ）によって構成し、厚さは数十μｍとしてある。
【００２８】
なお、これら第１、第２、第３シンチレータ７，８，９としては、前述した他の各種発光体を適用することが可能であり、その場合も本実施形態と同様の機能を得ることができる。また、発行色は、赤色、青色、緑色の組合わせを前述のように、種々変更することができる。
【００２９】
本実施形態では、第２、第３シンチレータ８，９で発生した緑色および青色光が、第１、第２シンチレータ７，８を透過してフィルム状に照射される際に、各シンチレータの情報が減算された状態で感光される。
【００３０】
なお、図２では、カラーフィルム６を各シンチレータ７，８，９に対して、矢印で示した放射線の入射側である左側にセットしたものとして示したが、カラーフィルム６は各シンチレータ７，８，９に対して、放射線透過後の方向、つまり図の右側にセットしても良い。
【００３１】
本実施形態においては、カラーフィルム６をは現像して観察し、あるいはスキャナー等でデジタル的に処理して波長別に放射線の画像として見ることが河能になる。したがって、異なる放射線により発光する第１、第２、第３シンチレータ７，８，９の組合せ構成によって、従来できなかった１枚のカラー写真に短時間で記録するで、瞬時にカラー画像として放射線別の画像観察を行え、これにより測定対象物４への放射線の照射量を減少して検査できるようになり、被爆量の低減や測定時間の短縮等が図れる。
【００３２】
［第２実施形態（図３〜図５）］
本実施形態は、第１実施形態で示したカラーフィルムに代えてカメラおよび光学レンズを用い、画像を直接観測する構成としたものである。図３は装置の全体構成を示し、図４は、要部を拡大して示している。
【００３３】
これらの図３および図４に示すように、本実施形態では、３板式ＣＣＤカメラ１４を用い、異なる放射線により発光する第１、第２、第３シンチレータ７，８，９の情報を画像信号として得るとともに、この画像信号を３板式ＣＣＤカメラ１４に接続された遠隔操作装置２１でモニタできるようになっている。この遠隔操作手段２１は、３種の着色光の情報から減算処理等を行う演算手段２２、演算結果を表示できるモニタテレビ２３および操作用の入力手段２４等によって構成されている。
【００３４】
本実施形態においては、遠隔操作で測定することができるので、被爆なく測定できるとともに、時間の短縮等が図れる。また、観測された信号がＲＧＢ信号として取り込まれるため、瞬時に画像処理してΧ線やγ線等のかぶりや照射エリアの照射むらを補正することができる。さらに、モニタテレビ２３上で各色毎にそれぞれ分けて観察できるので、波長の異なる画像の位置合せが不要となる利点が得られる。
【００３５】
図５は本実施形態の変形例を示したものである。
【００３６】
この例では、単色の高感度ＣＣＤカメラ１２を３台使用し、シンチレータ７，８，９で発光した異なる波長の光を、特定の波長のみを厳密に分ける第１、第２のダイクロイックミラー１０，１１で分光して観察できるようにしてある。
【００３７】
すなわち、第１のダイクロイックミラー１０では第１シンチレータ７の光が反射されるとともに、第２、第３シンチレータ８，９の光が透過する。また、第２のダイクロイックミラー１１では、第２シンチレータ８の光が反射するとともに、第３シンチレータ９の光が透過する。これら異なる光による映像を第３のＣＣＤカメラ１２で別々に得ることができるようになっている。
【００３８】
このような構成によれば、各ＣＣＤカメラ１２で得られた映像を、それぞれ独立して観測することができ、また瞬時に画像処理してΧ線やγ線等のかぶりや照射エリアの照射むらを補正することも可能である。しかも、特定の波長のみを厳密に分けるダイクロイックミラーを使用する構成によって、信号に対するノイズの比率（ＳＩＮ）を良好とすることができる。
【００３９】
［第３実施形態（図６）］
上述した第２実施形態では、ＣＣＤカメラおよび光学レンズを用いた構成であったが、本実施形態は、光学レンズに代えて光ファイバを用いた構成としたものである。図６は、その要部構成を示している。
【００４０】
この図６に示すように、本実施形態では、多数本の光ファイバ、例えば光入口側が光出口側よりも断面積が大きいテーパーファイバ１３がバンドルされており、このテーパーファイバ１３のバンドルによって、第３シンチレータ９と３板式ＣＣＤカメラ１４の受光面とが、直接接続されている。
【００４１】
このような構成によっても前記第２実施形態とほぼ同様の効果が奏される。
【００４２】
［第４実施形態（図７，図８）］
本実施形態は、波長別に発光する複数のシンチレータを１本または複数本の光ファイバに取付け、その光ファイバ上の各シンチレータ部位から直接的に放射線を入力し、波長別の光情報を分光器によって分光することで放射線別の情報を得るようにしたものである。
【００４３】
図７は、第１の構成例を示している。
【００４４】
この第１の構成例では図７に示すように、１本の光ファイバ１５に複数、感応する放射線および発光波長が互いに異なる第１，第２の二つのシンチレータ７ａ，８ａが隣接位置に組込んである。
【００４５】
第１シンチレータ７ａは例えばγ線に感応するものであり、外周側に熱中性子をカットする所定厚さのＣｄ遮蔽体１６が被覆してある。また、第２シンチレータ８ａは、逆に中性子に感応するものであり、外周側にγ線をカットする所定厚さのＰｂ遮蔽体１７が被覆してある。そして、光ファイバ１５の両端は、図示しない分光器に接続されている。
【００４６】
そして、第１のシンチレータ７ａで得られた光は、Ｃｄ遮蔽体１６によって熱中性子がカットされ、主にγ線による光信号となり、光ファイバ１５の一端側（例えば図の左端側）を介して図示しない分光器に送られる。また、第２のシンチレータ８ａで得られた光は、Ｐｂ遮蔽体１７でγ線がカットされ、主に熱中性子による光信号となり、光ファイバ１５の他端側（例えば右端側）を介して図示しない分光器にされる。
【００４７】
このような構成によると、光ファイバ１５を例えばループ状に構成しておき、シンチレータ７ａ，８ａ部分を放射線領域に配置しておく等の手段によって、その放射線領域から離間した位置で遠隔的に放射線観察を行うことができる。この場合、図示しないが、第３のシンチレータを前記第１第２シンチレータ７ａ，８ａとともに組込んでおけば、さらに別の放射線情報を得ることができる。このとき、１本の光ファイバ１５内で複数の光情報が伝送されることになるが、前記各実施形態と同様の補正を行うことによって、弁別することができる。なお、シンチレータは、１本の光ファイバの一個所に限らず、複数か所に離間して配置することも可能であり、その場合には複数の領域についての放射線観察を行うことができる。
【００４８】
図８は、本実施形態の他の構成例を示している。
【００４９】
この構成例では、図８に示すように、複数本、例えば３本の光ファイバ１５の各先端に、それぞれ感応する放射線および発光波長が互いに異なる第１，第２，第３のシンチレータ７ｂ，８ｂ，９ｂが組込んである。各光ファイバ１５の他端は、図示しない光検出器に接続してある。
【００５０】
第１，第２シンチレータ７ｂ，８ｂは、図７に示したものとほぼ同様の構成で、それぞれＣｄ遮蔽体１６およびＰｂ遮蔽体１７で被覆されているが、第３シンチレータ９ｂは、内部に水素を含む樹脂を充填したＣｄカバー１８で被覆してある。これにより、Ｃｄカバー１８で熱中性子をカットするとともに、水素を含む樹脂で速中性子を熱中性子化するようになっている。
【００５１】
このような構成によると、３種の光を各光ファイバの一端側で取得し、それぞれ他端側の光検出器で検出することで、複数の放射線情報を得ることができる。この場合、第１，第２，第３シンチレータ７ｂ，８ｂ，９ｂで得られる情報にかぶりがある場合、前記第１実施形態と同様の補正を行うことによって、正確な情報とすることができる。
【００５２】
この構成例の場合には、シンチレータ７ｂ，８ｂ，９ｂをそれぞれ設けた各光ファイバ１５の先端を任意の放射線領域に配置することで、遠隔観察を行うことができ、その際に複数光の補正を行うことによって正確な情報を得ることができるという効果が奏される。
【００５３】
なお、図８では３本の光ファイバを用いた例を示したが、場合によっては２本でもよく、また４本以上として実施することもできる。
【００５４】
［他の実施形態］
なお、以上の各実施形態では、シンチレータと受光素子との間にイメージインテンシファイヤを入れて感度を上げて使用することが可能である。
【００５５】
また、各実施形態の構成を相互に組合せる構成等も可能である。例えば、図８に示した樹脂層を、図２，図４，図５，図６等に示した第２シンチレータ８と第３シンチレータ９との間に挿入する等の構成である。このような構成としても前記同様の機能が得られる。
【００５６】
さらに、以上の各実施形態の他、本発明は前述した各シンチレータ材料等を適宜に利用して対象あるいは環境等に応じて種々実施することができるものである。
【００５７】
本発明による放射線弁別測定装置によれば、異なる放射線により発光する第１、第２および第３のシンチレータとして、同じ主成分を持つシンチレータを組合わせることにより、１枚のカラー写真に短時間で記録したり、またＣＣＤカメラで観測して瞬時にカラー画像で放射線別に画像化して見ることを可能にした。これにより測定対象物への放射線の照射量を減らした検査ができ、被爆量の低減および測定時間の短縮が可能となる。また、一回の測定でＸ線およびγ線による画像と中性子による画像とを同時に、または別々にも観測できるため、従来のＸ線撮影では適用できなかった、プラスチック製の爆弾等についても導火線とプラスチックの本体とを中性子ラジオグラフィで観測できるため、検査の質および精度向上の効果を得られる。さらに、放射線測定器として考えた場合、従来の放射線弁別方法に加えて新たに波長による弁別方法が加わるため弁別の組合せ方が多くなり、多くの検出器を一つにまとめて測定できるシステムを構築することにより、信頼性の向上とシステム簡素化の効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】放射線弁別装置の第１実施形態を示すもので、中性子ラジオグラフィの基本構成を示すシステム構成図。
【図２】図１の撮像カセッテ内の構成の一例を示す拡大図。
【図３】放射線弁別装置の第２実施形態を示すもので、中性子ラジオグラフィの基本構成を示すシステム構成図。
【図４】図３の撮像カセッテ内の構成の一例を示す拡大図。
【図５】図４の変形例を示す図。
【図６】本発明の第３実施形態を示す図。
【図７】本発明の第４実施形態による第１構成例を示す図。
【図８】本発明の第４実施形態による第２構成例を示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１ 中性子源
２ モデレータ
３ コリメータ
４ 測定対象物
５ 撮像カセッテ
６ カラーフィルム
７，７ａ，７ｂ 第１シンチレータ
８，８ａ，８ｂ 第１シンチレータ
９，９ａ，９ｂ 第１シンチレータ
１０，１１ ダイクロイックミラー
１２ 高感度ＣＣＤカメラ
１３ テーパーファイバ
１４ ３板式ＣＣＤカメラ
１５ 光ファイバ
１６ Ｃｄ遮蔽体
１７ Ｐｂ遮蔽体
１８ Ｃｄカバー
２１ 遠隔操作装置
２２ 演算手段
２３ モニタテレビ
２４ 入力手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送用の複数本の光ファイバと、
この各光ファイバに取り付けられた波長別に発光するシンチレータと、
このシンチレータの周りに目的とする放射線以外に対して設置された遮蔽材とから構成され、
前記各光ファイバが直列あるいは並列に結合して構成されることを特徴とする放射線弁別測定装置。
【請求項１】
伝送用の複数本の光ファイバと、
この各光ファイバに取り付けられた波長別に発光するシンチレータと、
このシンチレータの周りに目的とする放射線以外に対して設置された遮蔽材とから構成され、
前記各光ファイバが直列あるいは並列に結合して構成されることを特徴とする放射線弁別測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３２７９６７（Ｐ２００７−３２７９６７Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９７３８３（Ｐ２００７−１９７３８３）
【出願日】平成１９年７月３０日（２００７．７．３０）
【分割の表示】特願平１０−９８４１０の分割
【原出願日】平成１０年３月２５日（１９９８．３．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３０日（２００７．７．３０）
【分割の表示】特願平１０−９８４１０の分割
【原出願日】平成１０年３月２５日（１９９８．３．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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