放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法
【課題】高バックグラウンドでの微量放射能測定を実現するための放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法を提供する。
【解決手段】２台の放射線検出器と、２つの異なるゲート時間幅を備える同時計数回路と、２つの同時計数回路から同時計数値を導出する同時計数処理装置を備え、測定対象であるカスケードγ線が計測回路から見て同時に放射されるとみなすことができ、同時計数ゲート時間幅の長短に依らず同時計数値が一定であること、及び同時計数ゲート時間幅の長短で線形的に偶発同時計数が変動することを利用して、２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、２つの同時計数ゲート時間幅に基づき、２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分することで、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて、偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出する。
【解決手段】２台の放射線検出器と、２つの異なるゲート時間幅を備える同時計数回路と、２つの同時計数回路から同時計数値を導出する同時計数処理装置を備え、測定対象であるカスケードγ線が計測回路から見て同時に放射されるとみなすことができ、同時計数ゲート時間幅の長短に依らず同時計数値が一定であること、及び同時計数ゲート時間幅の長短で線形的に偶発同時計数が変動することを利用して、２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、２つの同時計数ゲート時間幅に基づき、２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分することで、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて、偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線核種分析装置を用いて複数の放射線検出器から出力されるパルス信号から放射性核種を分析する際に、偶発同時計数を抑制する放射線核種分析装置及び偶発同時計数抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性核種分析装置では、放射性核種が放射する放射線エネルギーを計測し、その放射性核種を同定及び定量している。放射線エネルギー計測のためには、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器、Ｇｅ（Ｌｉ）半導体検出器等の汎用の放射線検出器を用いて放射線を電気信号に変換し、光電子増倍管、電荷有感型前置増幅器、パルス整形アンプ、台形フィルタを適用したＤＳＰ（Digital Signal Processor）及び多チャンネル波高分析装置等の汎用の放射線計測装置で放射線エネルギー分布を生成し、放射線エネルギー分析を実施している。
【０００３】
原子力施設、加速器もしくは放射性同位元素を使用する医療施設、研究用加速器施設及び宇宙環境は雰囲気線量率が非常に高いレベルになる状況及び箇所があり、非常に厳しい高バックグラウンド環境において測定対象の微量放射能計測が必要となる場合がある。
【０００４】
一例として、原子力プラント運転中の原子炉格納容器内において、原子炉格納容器内の線量率は原子力プラント運転中のみ存在する短半減期核種［Ｎ−１６、Ｎ−１３、Ｆ−１８、Ｏ−１９等］によって数ｍＳｖ／ｈから数１００ｍＳｖ／ｈとなっており、定期検査時の配管内壁に付着した測定対象核種［Ｃｏ−６０、Ｃｏ−５８等］による数μＳｖ／ｈから数ｍＳｖ／ｈ程度の線量率と比較して非常に高いことが知られている。
【０００５】
この環境下で測定対象核種を測定するため、測定対象核種がカスケードγ線を放射することを利用して、２台の放射線検出器と、同時計数方式と、エネルギー弁別方式を合わせたモニタリング方法がある（特許文献１）。しかし、同時計数方式を用いる場合、２つの光子が偶然に２つの検出器に入射する事象や１つの光子がある検出器で散乱してもう１つの検出器で検知される偶発同時計数事象が起こり、信号処理で誤計数が生じてしまう。偶発同時計数は一定の確率で起こるために高い雰囲気線量率では誤計数が多くなる。したがって、従来の同時計数装置では、原子力プラント等の高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能測定はＳＮ比が劣化し、測定が困難である。
【０００６】
偶発同時計数を抑制できれば、高バックグラウンドでのカスケードγ線同時計数法による微量放射能測定が可能となり、従来測定できなかった測定対象の定量化が実現できる。
【０００７】
特許文献２は、核医学診断装置に関する放射線計測技術において、同時計数回路を備えた核医学診断装置におけるγ線同時計数方式であって、被検体に投与した放射性薬剤の量に対応させて、同時計数回路のゲート時間窓の長さを変動させている。
【０００８】
特許文献３は、核医学診断装置に関する放射線計測技術で、３つの信号が入力される第１の同時計数回路と、上記３つの信号のうちの２つを異なる遅延時間で遅延させた後に３つの信号が入力される第２の同時計数回路とを有し、２つの同時計数回路の計数の差分を真の計数としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１０１２７５号公報
【特許文献２】特許４６８１４８７号公報
【特許文献３】特許２６２９８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高バックグラウンドでカスケードγ線を放射する微量放射能計測を実現するには、偶発同時計数を抑制する新しい手段が必要である。
【００１１】
特許文献１では、主検出器とゲート用検出器を備え、ゲート用検出器の信号をエネルギー弁別して所定エネルギーγ線のみのゲート信号を非同時計数回路に入力する。しかし、高バックグラウンドでの計測精度向上については言及されていない。
【００１２】
特許文献２では被検体に投与させる放射性薬剤の量によって同時計数回路のゲート時間窓の長さを変動させる。しかし特許文献１等の構成を原子力プラント等の高バックグラウンドで動作させるには、ゲート時間窓を短くすることが必須であり、したがって、特許文献２のようにゲート時間窓を変動させる構成では高バックグラウンドでカスケードγ線を放射する微量放射能計測の実現は困難である。
【００１３】
特許文献３では２つの同時計数回路の計数の差分を真の計数とすることで、偶発的なトリプルコインシデンスを除去し、真のトリプルコインシデンスのみを計数する。しかし特許文献３は核医学診断装置で使用される３チャンネル以上の多チャンネル放射線検出器にのみ適用可能な技術であり、２台の放射線検出器を用いた装置には適用不可である。また、２台の放射線検出器における偶発同時計数を回避する手段についても言及していない。したがって、特許文献３では高バックグラウンドでカスケードγ線を放射する微量放射能計測の実現は困難である。
【００１４】
偶発同時計数を抑制できれば、高バックグラウンドでのカスケードγ線同時計数法による微量放射能測定が可能となり、従来測定できなかった測定対象の定量化が実現できる。
【００１５】
本発明の目的は、上述する課題を解決する高バックグラウンドでのカスケードγ線同時計数法による微量放射能測定を実現するための放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、特定の放射性核種から放射される複数の放射線から放射性核種を分析し、偶発同時計数を抑制して放射性核種から放射されるカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種分析装置において、放射性核種の放射線を検出する複数の放射線検出器と、複数の放射線検出器からの出力を全て計数する互いに異なる同時計数ゲート時間幅を備える複数の同時計数回路と、同時計数回路の処理結果から同時計数値を導出する同時計数の処理回路を備え、複数の同時計数回路のうち少なくとも２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、同時計数ゲート時間幅に基づき、処理回路で２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【００１７】
また、放射線核種分析装置において、同時計数回路の出力をカウントするカウンタを設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、放射線核種分析装置において、放射線検出器を３台以上とし、放射線検出器の出力の組合せを入力する同時計数回路を放射線検出器の後段に放射線検出器と同数だけ設けることを特徴とする。
【００１９】
また、放射線核種分析装置において、測定対象の放射線核種からの放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする。
【００２０】
また、放射線核種分析装置において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする。
【００２１】
また、放射線核種分析装置において、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下とすることを特徴とする。
【００２２】
また、放射線核種分析装置において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする。
【００２３】
また、放射線核種分析装置において、放射線検出器として半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴのいずれかを用いることを特徴とする。
【００２４】
また、放射線核種分析装置において、放射線検出器としてγ線用のシンチレータとして用いられるＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）のいずれかを用いることを特徴とする。
【００２５】
また、放射線核種分析装置において、複数の同時計数回路をエネルギー弁別型同時計数回路から構成し、エネルギー弁別型同時計数回路の出力を放射線計数毎のγ線エネルギーを算出するエネルギー分析回路に入力し、複数のエネルギー弁別型同時計数回路のうち少なくとも２つのエネルギー弁別型同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、エネルギー分析回路で生成した同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２におけるエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、処理回路によりすくなくとも２つのエネルギー弁別型同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【００２６】
さらに、放射線を検出した複数の放射線検出器から出力されるパルス信号から放射性核種を分析し、放射線の偶発同時計数を抑制してカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、放射性核種の出力する複数の放射線を異なる同時計数ゲート時間幅で計数し、計数結果から同時計数値を導出し、少なくとも２つの同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、同時計数ゲート時間幅に基づき、２つのの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【００２７】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、測定対象の放射線核種の放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする。
【００２８】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする。
【００２９】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることを特徴とする。
【００３０】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする。
【００３１】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で生成されたエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、上記のように特定の放射性核種から放射される複数の放射線から放射性核種を分析し、偶発同時計数を抑制して放射性核種から放射されるカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種分析装置において、放射性核種の放射線を検出する複数の放射線検出器と、複数の放射線検出器からの出力を全て計数する互いに異なる同時計数ゲート時間幅を備える複数の同時計数回路と、同時計数回路の処理結果から同時計数値を導出する同時計数の処理回路を備え、複数の同時計数回路のうち少なくとも２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、同時計数ゲート時間幅に基づき、処理回路で２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することにより、同時計数ゲート時間幅の長い同時計数回路で偶発同時計数のみを計数することが可能であるため、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出することが可能となる。したがって原子力プラント等における高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能計測を高精度で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１の放射線核種分析装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例１の同時計数回路３における信号を示すタイムチャート。
【図３】実施例１のゲート時間窓と同時計数の関係を示すグラフ。
【図４】実施例２のエネルギー弁別型放射線核種分析装置の構成を示すブロック図。
【図５】実施例２の同時計数後のエネルギースペクトルを示すグラフ。
【図６】実施例２の異なるゲート時間窓によるエネルギースペクトルを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、発明者らが高バックグラウンドでの微量放射能を測定するための放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法について、原子力プラント等の高バックグラウンドであっても実現できる方法を種々検討して得た新たな知見に基づいてなされたものである。
【００３５】
この知見では、測定対象であるカスケードγ線が計測回路から見て同時に放射されるとみなすことができ、同時計数ゲート時間幅の長短に依らず同時計数値が一定であること、及び同時計数ゲート時間幅の長短で線形的に偶発同時計数が変動することを利用して、同時計数ゲート時間幅の短い同時計数回路でカスケードγ線による同時計数成分及び偶発同時計数をカウントし、同時計数ゲート時間幅の長い同時計数回路で偶発同時計数と比較してカスケードγ線による同時計数成分が相対的に無視でき、偶発同時計数のみを計数するとみなすことが可能であるため、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて、偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出することが可能となる。したがって原子力プラント等における高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能計測を実現できる。
【００３６】
以下、本発明に係る放射線計測装置及びその方法の好適な実施例を、図面を参照して、新たな知見の内容を具体的に説明する。
【実施例１】
【００３７】
本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法を、図１から図３を用いて説明する。実施例１の放射線核種分析装置ＲＡは放射線検出器１及び２、同時計数回路３及び４、カウンタ５及び６、処理回路７を備えている。放射線検出器１の出力は分岐されて同時計数回路３及び４に接続される。放射線検出器２の出力も分岐されて同時計数回路３及び４に接続される。同時計数回路３は放射線検出器１及び２と接続され、後段のカウンタ５に接続される。同時計数回路４は放射線検出器１及び２と接続され、後段のカウンタ６に接続される。処理回路７はカウンタ５及びカウンタ６と接続される。
【００３８】
放射線検出器１及び２は、放射性核種８から放射される放射線を検知する。放射性核種８はカスケードγ線９及び９’を同時に放射するものとする。放射線検出器１及び２は、放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を実施する場合、シンチレーション検出器及び半導体検出器が一般的に使用される。カウンタ用検出器としては、上記検出器の他に有機シンチレーション検出器及びガス検出器が使用される。
【００３９】
ここで放射線検出器１及び２で使用される検出器の一例を挙げる。代表的なシンチレータとしてＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＧＳＯ、ＬＳＯ、ＹＡＰ、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＣｓＩ、ＰＷＯ等がある。特に高計数率及び高線量率環境下で使用する場合は、発光減衰時間が短いシンチレータが必要で、１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータとしてＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）等がある。また代表的な半導体素子としてＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴ等がある。半導体ではないが同様の挙動を示すダイヤモンド検出器もある。
【００４０】
図２に同時計数回路３における信号処理を示す。同時計数回路３は連続する２つの入力が各々のゲート時間窓１０の重なる範囲内であった場合に、後段にロジック信号を伝送するものである。ここで同時計数回路３において放射線検出器１及び２の信号入力により所定時間開放されるゲート時間窓１０のゲート時間幅をδｔ１とする。
【００４１】
同時計数回路４も同様に、ゲート時間窓の時間幅δｔ２を有し、同様のロジックで同時計数をカウントする。本発明ではδｔ１及びδｔ２を異なる値に設定しており、本実施例１では簡単のためにδｔ１＜δｔ２として説明する。
【００４２】
図３にゲート時間窓と同時計数の関係を示す。ここで偶発同時計数は２つの別由来のγ線が２つの放射線検出器に入射した場合の計数とすると、偶発同時計数ＮＢＧは計数率ｎ及び測定時間ｔｍの積で表される。ここでδｔを同時計数回路３または４のゲート時間幅とし、放射線検出器１及び２の信号のうち同時計数回路に早く入力した信号をスタート信号とした場合に、ゲート開放時間は２×δｔで表せる。そのゲート開放時間内に、放射線検出器１及び２のそれぞれの計数率φ１及びφ２が入力されるため、偶発同時計数ＮＢＧは次式で表せる。
【００４３】
【数１】
【００４４】
カスケードγ線の放射時間間隔は非常に短いために同時計数回路からみてほぼ同時に放射していると考えてよく、その発生頻度もすくないので、ゲート時間幅による計数値の変化はない。これより、偶発同時計数を抑制するにはできる限り小さいゲート時間窓を設定し、カスケードγ線による同時計数値と偶発同時計数によるＳＮ比を最適化することが望ましい。
【００４５】
一方、ゲート時間窓を長く設定した場合には、カスケードγ線による同時計数が偶発同時計数と比較して相対的に少なくなり無視できるため、その計数値を偶発同時計数とみなすことが可能である。
【００４６】
カウンタ５及び６は所定の測定時間における同時計数回路３及び４における計数値を出力する。処理回路７では、カウンタ５及び６から入力された計数値に基づいて、偶発同時計数の低減処理を行う。ゲート時間幅δｔ１を有する同時計数回路３において、δｔ１をカスケードγ線による同時計数値及び偶発同時計数のＳＮ比が最適となるゲート時間幅に設定する。また、ゲート時間幅δｔ２を有する同時計数回路３において、δｔ２をカスケードγ線による同時計数値及び偶発同時計数のＳＮ比が最も悪くなるゲート時間幅に設定する。所定の測定時間においてδｔ１及びδｔ２で得られた計数値Ｎ１、Ｎはを式（２）及び（３）で表される。
Ｎ１＝Ｎｓ＋ＮＢＧ１ ・・・・・・（２）
Ｎ２＝Ｎｓ＋ＮＢＧ２ ・・・・・・（３）
Ｎ１は同時計数回路３で得られた同時計数値で、Ｎｓはカスケードγ線による同時計数値、ＮＢＧ１は偶発同時計数である。同様に、Ｎ２は同時計数回路４で得られた同時計数値で、Ｎｓはカスケードγ線による同時計数値、ＮＢＧ２は偶発同時計数である。これらＮ１、Ｎ２を規格化して比較するため、δｔ２で得られた同時計数値Ｎ２にδｔ１／δｔ２を乗ずる。これは偶発同時計数の割合が図３に示すようにゲート時間幅と比例関係にあるためである。
【００４７】
この処理によって得られた２つの同時計数値を差分した同時計数値Ｎは、式（４）に示すようにカスケードγ線による同時計数値Ｎｓ、δｔ１及びδｔ２で表現することが可能である。
【００４８】
Ｎ＝Ｎ１−Ｎ２×δｔ１／δｔ２
＝（Ｎｓ＋ＮＧＢ１）−（Ｎｓ＋ＮＧＢ２×δｔ１／δｔ２）
＝（１−δｔ１／δｔ２）Ｎｓ＋（ＮＧＢ１−ＮＧＢ２×δｔ１／δｔ２）
・・・・・・（４）
式（４）の第１項はカスケードγ線同時計数成分を表し、第２項は偶発同時計数成分を表し、最終的に０に収束する。したがって、式（４）からカスケードγ線による同時計数値Ｎｓを抽出可能である。
【００４９】
以上のように、実施例１の放射線核種分析装置ＲＡにおいて、放射線検出器１及び２、同時計数回路３及び４、カウンタ５及び６、処理回路７を効果的に適用することで、放射線核種分析装置の偶発同時計数抑制が実現でき、原子力プラント等の高バックグラウンドでの正確な微量放射能検出が実現できる。
【実施例２】
【００５０】
本発明の他の実施例である実施例２の放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法について説明する。実施例２では同時計数による時刻情報に、γ線エネルギー情報を加えて効果的に偶発同時計数を抑制するものである。
【００５１】
図４にエネルギー弁別型の放射線核種分析装置ＲＡ２の構成図を示す。エネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３は入力された電気信号の波高値レベル及び積分値レベルに基づいて、任意範囲の放射線エネルギーレベルを弁別可能な同時計数回路とする。
【００５２】
エネルギー分析回路１４及び１５は計数毎のγ線エネルギーを算出する回路であり、一般的にはマルチチャンネルアナライザが用いられている。処理回路１６は時刻情報及びエネルギー情報を合わせて偶発同時計数の除去を行うアルゴリズムを導入し、出力する。
【００５３】
図５に同時計数後のエネルギースペクトルを示す。ここで測定対象とするγ線源はＣｏ−６０とし、１．１７ＭｅＶ及び１．３３ＭｅＶのカスケードγ線を検出する構成とする。エネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３で設定するエネルギー弁別領域１７は上記２つのカスケードγ線による光電ピークの範囲内とする。
【００５４】
高バックグラウンド環境下では妨害核種２０によるエネルギースペクトルが存在する。ここでは一例として、Ｃｏ−６０カスケードγ線のエネルギーと比較して高エネルギーレベル及び低エネルギーレベルに妨害核種２０が存在するものとする。原子力プラントにおける高エネルギーのバックグラウンド成分として、６．１３ＭｅＶのγ線を放射するＮ−１６等がある。低エネルギーのバックグラウンド成分として、５１１ｋｅＶのγ線を放射するＮ−１３等がある。
【００５５】
エネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３によってエネルギー弁別領域１７の範囲外の計数に基づく同時計数は除去されるため、エネルギー弁別後スペクトル１９はＣｏ−６０による同時計数成分を効果的に抽出可能である。
【００５６】
図６にエネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３の異なるゲート時間幅δｔ１、δｔ２によるエネルギースペクトルを示す。高バックグラウンド環境下、特に妨害核種のγ線エネルギーが測定対象のγ線エネルギーより高い場合には、妨害核種によるコンプトン成分がエネルギー弁別領域１７で計数されてしまうため、処理回路１６に備えたアルゴリズムによる偶発同時計数低減が必要となる。ここでは一例として、測定対象をＣｏ−６０、妨害核種をＮ−１６とする。
【００５７】
図６において、２１はエネルギー分析回路１４から出力されたゲート時間幅δｔ１に関するエネルギー分布である。また、２２はエネルギー分析回路１５から出力されたゲート時間幅δｔ２に関するエネルギー分布である。
【００５８】
バックグラウンドが強い環境（数１０μＳｖ／ｈ以上）で微量放射能（数１０ｎＳｖ／ｈ）を計測する場合、ゲート時間幅δｔ１を適用して得られたエネルギー分布（δｔ１）２１だけではＣｏ−６０同時計数による光電ピークの判別が困難である。そこでゲート時間幅δｔ２で得られた偶発同時計数によるエネルギー分布（δｔ２）２２を用いる。差分適用前のエネルギー分布２３は、エネルギー分布（δｔ２）２２をδｔ１／δｔ２で乗じたエネルギー分布とエネルギー分布（δｔ１）２１の比較を示す。この２つの分布を差分すれば、差分適用後のエネルギー分布２４を用いて、効果的にＣｏ−６０のカスケードγ線による同時計数成分の抽出が可能である。
【００５９】
実施例２を適用することで、同時計数回路による時刻情報と、エネルギー分析回路によるγ線エネルギー情報を合わせて、放射線核種分析装置において効果的な偶発同時計数抑制が実現できる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の他の実施例である実施例３の放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法について説明する。
【００６１】
実施例３では、実施例１、実施例２における同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることで、カスケードγ線による同時計数成分の抽出を最適化するものである。式（５）は統計誤差を示しており、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることで、式（４）で得られる同時計数値Ｎとσ（Ｎ）に基づいた相対標準誤差の劣化を１％以下に低減することができる。一例として、δｔ１＝２００ｎｓ、δｔ２＝３０μｓと設定すれば良い。この方式を用いることで、効果的な偶発同時計数の低減が実現できる。
【００６２】
【数２】
【００６３】
上記した実施例１から実施例３を適切に組合せることで、高バックグラウンド環境下でのカスケードγ線による、最適な微量放射能計測が実現できる。
【００６４】
本発明は上記のように、測定対象であるカスケードγ線が計測回路から見て同時に放射されるとみなせるため同時計数ゲート時間幅の長短に依らず同時計数値が一定であること、及びゲート時間幅の長短で線形的に偶発同時計数が変動することを利用して、ゲート時間幅の短い同時計数回路でカスケードγ線による同時計数成分及び偶発同時計数をカウントし、ゲート時間幅の長い同時計数回路で偶発同時計数と比較してカスケードγ線による同時計数成分が相対的に無視でき偶発同時計数のみを計数することとすることが可能であるため、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出することが可能となる。したがって原子力プラント等における高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能計測を高精度で実現できる。
【００６５】
また、放射線検出器を３台以上とし、放射線検出器の組合せに合わせた後段の計測回路を設けることで、多チャンネル化による検出効率の向上及び測定時間の短縮が可能である。
【００６６】
また、ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で生成されたエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて２つのエネルギー弁別型同時計数回路による２つの同時計数値を差分することで、カスケードγ線のエネルギーと比較して十分高いエネルギー成分もしくは低いエネルギー成分による同時計数成分を除去可能である。したがって測定対象のγ線エネルギーに基づいた高精度の同時計数が実現できる。
【００６７】
また、測定対象の放射線を対消滅γ線とすることで、対消滅γ線は５１１ｋｅＶのエネルギーを持ったγ線を１８０°方向に放射するので、偶発同時計数を抑制するための情報である時刻情報とエネルギー情報の他に、放射方向情報に基づいた偶発同時計数の抑制が実現できる。
【００６８】
また、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることで、高バックグラウンドでの偶発同時計数を効果的に抑制可能である。
【００６９】
また、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることで、δｔ２を持つ同時計数回路におけるカスケードγ線による同時計数値が偶発同時計数値と比較して無視できるので、効果的な偶発同時計数の抑制が実現できる。
【００７０】
また、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことで、偶発同時計数による寄与を抑制した同時計数値の導出が実現できる。
【００７１】
さらに、放射線検出器として半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴを用いることで、検出器部分の小型化及び多チャンネル化が容易に実現できる。
【００７２】
さらに、放射線検出器としてγ線用のシンチレータとして用いられるＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）等を用いることで、検出感度の向上及び多チャンネル化が容易に実現できる。
【符号の説明】
【００７３】
１、２…放射線検出器
３、４…同時計数回路
５、６…カウンタ
７、１６…処理回路
８…放射性核種
９、９’…カスケードγ線
１０…ゲート時間窓
１２、１３…エネルギー弁別型同時計数回路
１４、１５…エネルギー分析回路
１７…エネルギー弁別領域
１８…エネルギー弁別前スペクトル
１９…エネルギー弁別後スペクトル
２０…妨害核種
２１…エネルギー分布（δｔ１）
２２…エネルギー分布（δｔ２）
２３…差分適用前の分布
２４…差分適用後の分布
ＲＡ、ＲＡ２：放射線核種分析装置
δｔ１、δｔ２：ゲート時間幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線核種分析装置を用いて複数の放射線検出器から出力されるパルス信号から放射性核種を分析する際に、偶発同時計数を抑制する放射線核種分析装置及び偶発同時計数抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性核種分析装置では、放射性核種が放射する放射線エネルギーを計測し、その放射性核種を同定及び定量している。放射線エネルギー計測のためには、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器、Ｇｅ（Ｌｉ）半導体検出器等の汎用の放射線検出器を用いて放射線を電気信号に変換し、光電子増倍管、電荷有感型前置増幅器、パルス整形アンプ、台形フィルタを適用したＤＳＰ（Digital Signal Processor）及び多チャンネル波高分析装置等の汎用の放射線計測装置で放射線エネルギー分布を生成し、放射線エネルギー分析を実施している。
【０００３】
原子力施設、加速器もしくは放射性同位元素を使用する医療施設、研究用加速器施設及び宇宙環境は雰囲気線量率が非常に高いレベルになる状況及び箇所があり、非常に厳しい高バックグラウンド環境において測定対象の微量放射能計測が必要となる場合がある。
【０００４】
一例として、原子力プラント運転中の原子炉格納容器内において、原子炉格納容器内の線量率は原子力プラント運転中のみ存在する短半減期核種［Ｎ−１６、Ｎ−１３、Ｆ−１８、Ｏ−１９等］によって数ｍＳｖ／ｈから数１００ｍＳｖ／ｈとなっており、定期検査時の配管内壁に付着した測定対象核種［Ｃｏ−６０、Ｃｏ−５８等］による数μＳｖ／ｈから数ｍＳｖ／ｈ程度の線量率と比較して非常に高いことが知られている。
【０００５】
この環境下で測定対象核種を測定するため、測定対象核種がカスケードγ線を放射することを利用して、２台の放射線検出器と、同時計数方式と、エネルギー弁別方式を合わせたモニタリング方法がある（特許文献１）。しかし、同時計数方式を用いる場合、２つの光子が偶然に２つの検出器に入射する事象や１つの光子がある検出器で散乱してもう１つの検出器で検知される偶発同時計数事象が起こり、信号処理で誤計数が生じてしまう。偶発同時計数は一定の確率で起こるために高い雰囲気線量率では誤計数が多くなる。したがって、従来の同時計数装置では、原子力プラント等の高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能測定はＳＮ比が劣化し、測定が困難である。
【０００６】
偶発同時計数を抑制できれば、高バックグラウンドでのカスケードγ線同時計数法による微量放射能測定が可能となり、従来測定できなかった測定対象の定量化が実現できる。
【０００７】
特許文献２は、核医学診断装置に関する放射線計測技術において、同時計数回路を備えた核医学診断装置におけるγ線同時計数方式であって、被検体に投与した放射性薬剤の量に対応させて、同時計数回路のゲート時間窓の長さを変動させている。
【０００８】
特許文献３は、核医学診断装置に関する放射線計測技術で、３つの信号が入力される第１の同時計数回路と、上記３つの信号のうちの２つを異なる遅延時間で遅延させた後に３つの信号が入力される第２の同時計数回路とを有し、２つの同時計数回路の計数の差分を真の計数としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１０１２７５号公報
【特許文献２】特許４６８１４８７号公報
【特許文献３】特許２６２９８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高バックグラウンドでカスケードγ線を放射する微量放射能計測を実現するには、偶発同時計数を抑制する新しい手段が必要である。
【００１１】
特許文献１では、主検出器とゲート用検出器を備え、ゲート用検出器の信号をエネルギー弁別して所定エネルギーγ線のみのゲート信号を非同時計数回路に入力する。しかし、高バックグラウンドでの計測精度向上については言及されていない。
【００１２】
特許文献２では被検体に投与させる放射性薬剤の量によって同時計数回路のゲート時間窓の長さを変動させる。しかし特許文献１等の構成を原子力プラント等の高バックグラウンドで動作させるには、ゲート時間窓を短くすることが必須であり、したがって、特許文献２のようにゲート時間窓を変動させる構成では高バックグラウンドでカスケードγ線を放射する微量放射能計測の実現は困難である。
【００１３】
特許文献３では２つの同時計数回路の計数の差分を真の計数とすることで、偶発的なトリプルコインシデンスを除去し、真のトリプルコインシデンスのみを計数する。しかし特許文献３は核医学診断装置で使用される３チャンネル以上の多チャンネル放射線検出器にのみ適用可能な技術であり、２台の放射線検出器を用いた装置には適用不可である。また、２台の放射線検出器における偶発同時計数を回避する手段についても言及していない。したがって、特許文献３では高バックグラウンドでカスケードγ線を放射する微量放射能計測の実現は困難である。
【００１４】
偶発同時計数を抑制できれば、高バックグラウンドでのカスケードγ線同時計数法による微量放射能測定が可能となり、従来測定できなかった測定対象の定量化が実現できる。
【００１５】
本発明の目的は、上述する課題を解決する高バックグラウンドでのカスケードγ線同時計数法による微量放射能測定を実現するための放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、特定の放射性核種から放射される複数の放射線から放射性核種を分析し、偶発同時計数を抑制して放射性核種から放射されるカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種分析装置において、放射性核種の放射線を検出する複数の放射線検出器と、複数の放射線検出器からの出力を全て計数する互いに異なる同時計数ゲート時間幅を備える複数の同時計数回路と、同時計数回路の処理結果から同時計数値を導出する同時計数の処理回路を備え、複数の同時計数回路のうち少なくとも２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、同時計数ゲート時間幅に基づき、処理回路で２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【００１７】
また、放射線核種分析装置において、同時計数回路の出力をカウントするカウンタを設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、放射線核種分析装置において、放射線検出器を３台以上とし、放射線検出器の出力の組合せを入力する同時計数回路を放射線検出器の後段に放射線検出器と同数だけ設けることを特徴とする。
【００１９】
また、放射線核種分析装置において、測定対象の放射線核種からの放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする。
【００２０】
また、放射線核種分析装置において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする。
【００２１】
また、放射線核種分析装置において、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下とすることを特徴とする。
【００２２】
また、放射線核種分析装置において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする。
【００２３】
また、放射線核種分析装置において、放射線検出器として半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴのいずれかを用いることを特徴とする。
【００２４】
また、放射線核種分析装置において、放射線検出器としてγ線用のシンチレータとして用いられるＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）のいずれかを用いることを特徴とする。
【００２５】
また、放射線核種分析装置において、複数の同時計数回路をエネルギー弁別型同時計数回路から構成し、エネルギー弁別型同時計数回路の出力を放射線計数毎のγ線エネルギーを算出するエネルギー分析回路に入力し、複数のエネルギー弁別型同時計数回路のうち少なくとも２つのエネルギー弁別型同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、エネルギー分析回路で生成した同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２におけるエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、処理回路によりすくなくとも２つのエネルギー弁別型同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【００２６】
さらに、放射線を検出した複数の放射線検出器から出力されるパルス信号から放射性核種を分析し、放射線の偶発同時計数を抑制してカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、放射性核種の出力する複数の放射線を異なる同時計数ゲート時間幅で計数し、計数結果から同時計数値を導出し、少なくとも２つの同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、同時計数ゲート時間幅に基づき、２つのの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【００２７】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、測定対象の放射線核種の放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする。
【００２８】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする。
【００２９】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることを特徴とする。
【００３０】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする。
【００３１】
さらに、放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で生成されたエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、上記のように特定の放射性核種から放射される複数の放射線から放射性核種を分析し、偶発同時計数を抑制して放射性核種から放射されるカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種分析装置において、放射性核種の放射線を検出する複数の放射線検出器と、複数の放射線検出器からの出力を全て計数する互いに異なる同時計数ゲート時間幅を備える複数の同時計数回路と、同時計数回路の処理結果から同時計数値を導出する同時計数の処理回路を備え、複数の同時計数回路のうち少なくとも２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、同時計数ゲート時間幅に基づき、処理回路で２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することにより、同時計数ゲート時間幅の長い同時計数回路で偶発同時計数のみを計数することが可能であるため、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出することが可能となる。したがって原子力プラント等における高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能計測を高精度で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１の放射線核種分析装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例１の同時計数回路３における信号を示すタイムチャート。
【図３】実施例１のゲート時間窓と同時計数の関係を示すグラフ。
【図４】実施例２のエネルギー弁別型放射線核種分析装置の構成を示すブロック図。
【図５】実施例２の同時計数後のエネルギースペクトルを示すグラフ。
【図６】実施例２の異なるゲート時間窓によるエネルギースペクトルを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、発明者らが高バックグラウンドでの微量放射能を測定するための放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法について、原子力プラント等の高バックグラウンドであっても実現できる方法を種々検討して得た新たな知見に基づいてなされたものである。
【００３５】
この知見では、測定対象であるカスケードγ線が計測回路から見て同時に放射されるとみなすことができ、同時計数ゲート時間幅の長短に依らず同時計数値が一定であること、及び同時計数ゲート時間幅の長短で線形的に偶発同時計数が変動することを利用して、同時計数ゲート時間幅の短い同時計数回路でカスケードγ線による同時計数成分及び偶発同時計数をカウントし、同時計数ゲート時間幅の長い同時計数回路で偶発同時計数と比較してカスケードγ線による同時計数成分が相対的に無視でき、偶発同時計数のみを計数するとみなすことが可能であるため、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて、偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出することが可能となる。したがって原子力プラント等における高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能計測を実現できる。
【００３６】
以下、本発明に係る放射線計測装置及びその方法の好適な実施例を、図面を参照して、新たな知見の内容を具体的に説明する。
【実施例１】
【００３７】
本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法を、図１から図３を用いて説明する。実施例１の放射線核種分析装置ＲＡは放射線検出器１及び２、同時計数回路３及び４、カウンタ５及び６、処理回路７を備えている。放射線検出器１の出力は分岐されて同時計数回路３及び４に接続される。放射線検出器２の出力も分岐されて同時計数回路３及び４に接続される。同時計数回路３は放射線検出器１及び２と接続され、後段のカウンタ５に接続される。同時計数回路４は放射線検出器１及び２と接続され、後段のカウンタ６に接続される。処理回路７はカウンタ５及びカウンタ６と接続される。
【００３８】
放射線検出器１及び２は、放射性核種８から放射される放射線を検知する。放射性核種８はカスケードγ線９及び９’を同時に放射するものとする。放射線検出器１及び２は、放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を実施する場合、シンチレーション検出器及び半導体検出器が一般的に使用される。カウンタ用検出器としては、上記検出器の他に有機シンチレーション検出器及びガス検出器が使用される。
【００３９】
ここで放射線検出器１及び２で使用される検出器の一例を挙げる。代表的なシンチレータとしてＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＧＳＯ、ＬＳＯ、ＹＡＰ、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＣｓＩ、ＰＷＯ等がある。特に高計数率及び高線量率環境下で使用する場合は、発光減衰時間が短いシンチレータが必要で、１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータとしてＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）等がある。また代表的な半導体素子としてＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴ等がある。半導体ではないが同様の挙動を示すダイヤモンド検出器もある。
【００４０】
図２に同時計数回路３における信号処理を示す。同時計数回路３は連続する２つの入力が各々のゲート時間窓１０の重なる範囲内であった場合に、後段にロジック信号を伝送するものである。ここで同時計数回路３において放射線検出器１及び２の信号入力により所定時間開放されるゲート時間窓１０のゲート時間幅をδｔ１とする。
【００４１】
同時計数回路４も同様に、ゲート時間窓の時間幅δｔ２を有し、同様のロジックで同時計数をカウントする。本発明ではδｔ１及びδｔ２を異なる値に設定しており、本実施例１では簡単のためにδｔ１＜δｔ２として説明する。
【００４２】
図３にゲート時間窓と同時計数の関係を示す。ここで偶発同時計数は２つの別由来のγ線が２つの放射線検出器に入射した場合の計数とすると、偶発同時計数ＮＢＧは計数率ｎ及び測定時間ｔｍの積で表される。ここでδｔを同時計数回路３または４のゲート時間幅とし、放射線検出器１及び２の信号のうち同時計数回路に早く入力した信号をスタート信号とした場合に、ゲート開放時間は２×δｔで表せる。そのゲート開放時間内に、放射線検出器１及び２のそれぞれの計数率φ１及びφ２が入力されるため、偶発同時計数ＮＢＧは次式で表せる。
【００４３】
【数１】
【００４４】
カスケードγ線の放射時間間隔は非常に短いために同時計数回路からみてほぼ同時に放射していると考えてよく、その発生頻度もすくないので、ゲート時間幅による計数値の変化はない。これより、偶発同時計数を抑制するにはできる限り小さいゲート時間窓を設定し、カスケードγ線による同時計数値と偶発同時計数によるＳＮ比を最適化することが望ましい。
【００４５】
一方、ゲート時間窓を長く設定した場合には、カスケードγ線による同時計数が偶発同時計数と比較して相対的に少なくなり無視できるため、その計数値を偶発同時計数とみなすことが可能である。
【００４６】
カウンタ５及び６は所定の測定時間における同時計数回路３及び４における計数値を出力する。処理回路７では、カウンタ５及び６から入力された計数値に基づいて、偶発同時計数の低減処理を行う。ゲート時間幅δｔ１を有する同時計数回路３において、δｔ１をカスケードγ線による同時計数値及び偶発同時計数のＳＮ比が最適となるゲート時間幅に設定する。また、ゲート時間幅δｔ２を有する同時計数回路３において、δｔ２をカスケードγ線による同時計数値及び偶発同時計数のＳＮ比が最も悪くなるゲート時間幅に設定する。所定の測定時間においてδｔ１及びδｔ２で得られた計数値Ｎ１、Ｎはを式（２）及び（３）で表される。
Ｎ１＝Ｎｓ＋ＮＢＧ１ ・・・・・・（２）
Ｎ２＝Ｎｓ＋ＮＢＧ２ ・・・・・・（３）
Ｎ１は同時計数回路３で得られた同時計数値で、Ｎｓはカスケードγ線による同時計数値、ＮＢＧ１は偶発同時計数である。同様に、Ｎ２は同時計数回路４で得られた同時計数値で、Ｎｓはカスケードγ線による同時計数値、ＮＢＧ２は偶発同時計数である。これらＮ１、Ｎ２を規格化して比較するため、δｔ２で得られた同時計数値Ｎ２にδｔ１／δｔ２を乗ずる。これは偶発同時計数の割合が図３に示すようにゲート時間幅と比例関係にあるためである。
【００４７】
この処理によって得られた２つの同時計数値を差分した同時計数値Ｎは、式（４）に示すようにカスケードγ線による同時計数値Ｎｓ、δｔ１及びδｔ２で表現することが可能である。
【００４８】
Ｎ＝Ｎ１−Ｎ２×δｔ１／δｔ２
＝（Ｎｓ＋ＮＧＢ１）−（Ｎｓ＋ＮＧＢ２×δｔ１／δｔ２）
＝（１−δｔ１／δｔ２）Ｎｓ＋（ＮＧＢ１−ＮＧＢ２×δｔ１／δｔ２）
・・・・・・（４）
式（４）の第１項はカスケードγ線同時計数成分を表し、第２項は偶発同時計数成分を表し、最終的に０に収束する。したがって、式（４）からカスケードγ線による同時計数値Ｎｓを抽出可能である。
【００４９】
以上のように、実施例１の放射線核種分析装置ＲＡにおいて、放射線検出器１及び２、同時計数回路３及び４、カウンタ５及び６、処理回路７を効果的に適用することで、放射線核種分析装置の偶発同時計数抑制が実現でき、原子力プラント等の高バックグラウンドでの正確な微量放射能検出が実現できる。
【実施例２】
【００５０】
本発明の他の実施例である実施例２の放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法について説明する。実施例２では同時計数による時刻情報に、γ線エネルギー情報を加えて効果的に偶発同時計数を抑制するものである。
【００５１】
図４にエネルギー弁別型の放射線核種分析装置ＲＡ２の構成図を示す。エネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３は入力された電気信号の波高値レベル及び積分値レベルに基づいて、任意範囲の放射線エネルギーレベルを弁別可能な同時計数回路とする。
【００５２】
エネルギー分析回路１４及び１５は計数毎のγ線エネルギーを算出する回路であり、一般的にはマルチチャンネルアナライザが用いられている。処理回路１６は時刻情報及びエネルギー情報を合わせて偶発同時計数の除去を行うアルゴリズムを導入し、出力する。
【００５３】
図５に同時計数後のエネルギースペクトルを示す。ここで測定対象とするγ線源はＣｏ−６０とし、１．１７ＭｅＶ及び１．３３ＭｅＶのカスケードγ線を検出する構成とする。エネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３で設定するエネルギー弁別領域１７は上記２つのカスケードγ線による光電ピークの範囲内とする。
【００５４】
高バックグラウンド環境下では妨害核種２０によるエネルギースペクトルが存在する。ここでは一例として、Ｃｏ−６０カスケードγ線のエネルギーと比較して高エネルギーレベル及び低エネルギーレベルに妨害核種２０が存在するものとする。原子力プラントにおける高エネルギーのバックグラウンド成分として、６．１３ＭｅＶのγ線を放射するＮ−１６等がある。低エネルギーのバックグラウンド成分として、５１１ｋｅＶのγ線を放射するＮ−１３等がある。
【００５５】
エネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３によってエネルギー弁別領域１７の範囲外の計数に基づく同時計数は除去されるため、エネルギー弁別後スペクトル１９はＣｏ−６０による同時計数成分を効果的に抽出可能である。
【００５６】
図６にエネルギー弁別型同時計数回路１２及び１３の異なるゲート時間幅δｔ１、δｔ２によるエネルギースペクトルを示す。高バックグラウンド環境下、特に妨害核種のγ線エネルギーが測定対象のγ線エネルギーより高い場合には、妨害核種によるコンプトン成分がエネルギー弁別領域１７で計数されてしまうため、処理回路１６に備えたアルゴリズムによる偶発同時計数低減が必要となる。ここでは一例として、測定対象をＣｏ−６０、妨害核種をＮ−１６とする。
【００５７】
図６において、２１はエネルギー分析回路１４から出力されたゲート時間幅δｔ１に関するエネルギー分布である。また、２２はエネルギー分析回路１５から出力されたゲート時間幅δｔ２に関するエネルギー分布である。
【００５８】
バックグラウンドが強い環境（数１０μＳｖ／ｈ以上）で微量放射能（数１０ｎＳｖ／ｈ）を計測する場合、ゲート時間幅δｔ１を適用して得られたエネルギー分布（δｔ１）２１だけではＣｏ−６０同時計数による光電ピークの判別が困難である。そこでゲート時間幅δｔ２で得られた偶発同時計数によるエネルギー分布（δｔ２）２２を用いる。差分適用前のエネルギー分布２３は、エネルギー分布（δｔ２）２２をδｔ１／δｔ２で乗じたエネルギー分布とエネルギー分布（δｔ１）２１の比較を示す。この２つの分布を差分すれば、差分適用後のエネルギー分布２４を用いて、効果的にＣｏ−６０のカスケードγ線による同時計数成分の抽出が可能である。
【００５９】
実施例２を適用することで、同時計数回路による時刻情報と、エネルギー分析回路によるγ線エネルギー情報を合わせて、放射線核種分析装置において効果的な偶発同時計数抑制が実現できる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の他の実施例である実施例３の放射線核種分析装置及びその偶発同時計数抑制方法について説明する。
【００６１】
実施例３では、実施例１、実施例２における同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることで、カスケードγ線による同時計数成分の抽出を最適化するものである。式（５）は統計誤差を示しており、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることで、式（４）で得られる同時計数値Ｎとσ（Ｎ）に基づいた相対標準誤差の劣化を１％以下に低減することができる。一例として、δｔ１＝２００ｎｓ、δｔ２＝３０μｓと設定すれば良い。この方式を用いることで、効果的な偶発同時計数の低減が実現できる。
【００６２】
【数２】
【００６３】
上記した実施例１から実施例３を適切に組合せることで、高バックグラウンド環境下でのカスケードγ線による、最適な微量放射能計測が実現できる。
【００６４】
本発明は上記のように、測定対象であるカスケードγ線が計測回路から見て同時に放射されるとみなせるため同時計数ゲート時間幅の長短に依らず同時計数値が一定であること、及びゲート時間幅の長短で線形的に偶発同時計数が変動することを利用して、ゲート時間幅の短い同時計数回路でカスケードγ線による同時計数成分及び偶発同時計数をカウントし、ゲート時間幅の長い同時計数回路で偶発同時計数と比較してカスケードγ線による同時計数成分が相対的に無視でき偶発同時計数のみを計数することとすることが可能であるため、２つの同時計数ゲート時間幅で得られた同時計数値に基づいて偶発同時計数の寄与を抑制し、カスケードγ線による同時計数成分を抽出することが可能となる。したがって原子力プラント等における高バックグラウンドでのカスケードγ線を放射する微量放射能計測を高精度で実現できる。
【００６５】
また、放射線検出器を３台以上とし、放射線検出器の組合せに合わせた後段の計測回路を設けることで、多チャンネル化による検出効率の向上及び測定時間の短縮が可能である。
【００６６】
また、ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で生成されたエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて２つのエネルギー弁別型同時計数回路による２つの同時計数値を差分することで、カスケードγ線のエネルギーと比較して十分高いエネルギー成分もしくは低いエネルギー成分による同時計数成分を除去可能である。したがって測定対象のγ線エネルギーに基づいた高精度の同時計数が実現できる。
【００６７】
また、測定対象の放射線を対消滅γ線とすることで、対消滅γ線は５１１ｋｅＶのエネルギーを持ったγ線を１８０°方向に放射するので、偶発同時計数を抑制するための情報である時刻情報とエネルギー情報の他に、放射方向情報に基づいた偶発同時計数の抑制が実現できる。
【００６８】
また、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることで、高バックグラウンドでの偶発同時計数を効果的に抑制可能である。
【００６９】
また、同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることで、δｔ２を持つ同時計数回路におけるカスケードγ線による同時計数値が偶発同時計数値と比較して無視できるので、効果的な偶発同時計数の抑制が実現できる。
【００７０】
また、同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことで、偶発同時計数による寄与を抑制した同時計数値の導出が実現できる。
【００７１】
さらに、放射線検出器として半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴを用いることで、検出器部分の小型化及び多チャンネル化が容易に実現できる。
【００７２】
さらに、放射線検出器としてγ線用のシンチレータとして用いられるＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）等を用いることで、検出感度の向上及び多チャンネル化が容易に実現できる。
【符号の説明】
【００７３】
１、２…放射線検出器
３、４…同時計数回路
５、６…カウンタ
７、１６…処理回路
８…放射性核種
９、９’…カスケードγ線
１０…ゲート時間窓
１２、１３…エネルギー弁別型同時計数回路
１４、１５…エネルギー分析回路
１７…エネルギー弁別領域
１８…エネルギー弁別前スペクトル
１９…エネルギー弁別後スペクトル
２０…妨害核種
２１…エネルギー分布（δｔ１）
２２…エネルギー分布（δｔ２）
２３…差分適用前の分布
２４…差分適用後の分布
ＲＡ、ＲＡ２：放射線核種分析装置
δｔ１、δｔ２：ゲート時間幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の放射性核種から放射される複数の放射線から放射性核種を分析し、偶発同時計数を抑制して前記放射性核種から放射されるカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種分析装置において、
前記放射性核種の放射線を検出する複数の放射線検出器と、前記複数の放射線検出器からの出力を全て計数する互いに異なる同時計数ゲート時間幅を備える複数の同時計数回路と、該同時計数回路の処理結果から同時計数値を導出する同時計数の処理回路を備え、前記複数の同時計数回路のうち少なくとも２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、前記同時計数ゲート時間幅に基づき、前記処理回路で２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線核種分析装置において、前記同時計数回路の出力をカウントするカウンタを設けたことを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記放射線検出器を３台以上とし、前記放射線検出器の出力の組合せを入力する前記同時計数回路を前記放射線検出器の後段に前記放射線検出器と同数だけ設けることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、測定対象の放射線核種からの放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下とすることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記放射線検出器として半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴのいずれかを用いることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記放射線検出器としてγ線用のシンチレータとして用いられるＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）のいずれかを用いることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項１０】
請求項１に記載された放射線核種分析装置において、前記複数の同時計数回路をエネルギー弁別型同時計数回路から構成し、前記エネルギー弁別型同時計数回路の出力を放射線計数毎のγ線エネルギーを算出するエネルギー分析回路に入力し、前記複数のエネルギー弁別型同時計数回路のうち少なくとも２つのエネルギー弁別型同時計数回路における前記同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、前記エネルギー分析回路で生成した前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２におけるエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、前記処理回路によりすくなくとも２つの前記エネルギー弁別型同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項１１】
放射線を検出した複数の放射線検出器から出力されるパルス信号から放射性核種を分析し、前記放射線の偶発同時計数を抑制してカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、
前記放射性核種の出力する複数の放射線を異なる同時計数ゲート時間幅で計数し、計数結果から同時計数値を導出し、少なくとも２つの前記同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、前記同時計数ゲート時間幅に基づき、２つのの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、測定対象の前記放射線核種の放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で生成されたエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１】
特定の放射性核種から放射される複数の放射線から放射性核種を分析し、偶発同時計数を抑制して前記放射性核種から放射されるカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種分析装置において、
前記放射性核種の放射線を検出する複数の放射線検出器と、前記複数の放射線検出器からの出力を全て計数する互いに異なる同時計数ゲート時間幅を備える複数の同時計数回路と、該同時計数回路の処理結果から同時計数値を導出する同時計数の処理回路を備え、前記複数の同時計数回路のうち少なくとも２つの同時計数回路における同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、前記同時計数ゲート時間幅に基づき、前記処理回路で２つの同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線核種分析装置において、前記同時計数回路の出力をカウントするカウンタを設けたことを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記放射線検出器を３台以上とし、前記放射線検出器の出力の組合せを入力する前記同時計数回路を前記放射線検出器の後段に前記放射線検出器と同数だけ設けることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、測定対象の放射線核種からの放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下とすることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記放射線検出器として半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２及びＣＺＴのいずれかを用いることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載された放射線核種分析装置において、前記放射線検出器としてγ線用のシンチレータとして用いられるＮａＩ（Ｔｌ）、ＢＧＯ、ＬａＢｒ３（Ｃｅ）、ＬａＣｌ３（Ｃｅ）、ＬＳＯ（Ｃｅ）、ＹＡＧ、ＬＢＯ（Ｃｕ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）、ＰＷＯ、ＣｅＦ２、ＬｕＡＧ（Ｐｒ）、ＬｕＡＧ（Ｃｅ）のいずれかを用いることを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項１０】
請求項１に記載された放射線核種分析装置において、前記複数の同時計数回路をエネルギー弁別型同時計数回路から構成し、前記エネルギー弁別型同時計数回路の出力を放射線計数毎のγ線エネルギーを算出するエネルギー分析回路に入力し、前記複数のエネルギー弁別型同時計数回路のうち少なくとも２つのエネルギー弁別型同時計数回路における前記同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、前記エネルギー分析回路で生成した前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２におけるエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、前記処理回路によりすくなくとも２つの前記エネルギー弁別型同時計数回路による２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種分析装置。
【請求項１１】
放射線を検出した複数の放射線検出器から出力されるパルス信号から放射性核種を分析し、前記放射線の偶発同時計数を抑制してカスケードγ線による同時計数値を検出する放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、
前記放射性核種の出力する複数の放射線を異なる同時計数ゲート時間幅で計数し、計数結果から同時計数値を導出し、少なくとも２つの前記同時計数ゲート時間幅をδｔ１及びδｔ２（δｔ１＜δｔ２）とし、前記同時計数ゲート時間幅に基づき、２つのの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、測定対象の前記放射線核種の放射線を対消滅γ線とすることを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２を１０００ｎｓ以下とすることを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅の比δｔ１／δｔ２を１／１５０以下にすることを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で得られた同時計数値のいずれかを基準として、相対値として同時計数値の差分を行うことを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載された放射線核種の偶発同時計数抑制方法において、前記同時計数ゲート時間幅δｔ１及びδｔ２で生成されたエネルギー分布によるγ線エネルギー情報に基づいて、２つの同時計数値を差分してカスケードγ線による同時計数値を検出することを特徴とする放射線核種の偶発同時計数抑制方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６１２０６（Ｐ２０１３−６１２０６Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９０５６（Ｐ２０１１−１９９０５６）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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