放射線検出装置の効率較正方法および放射線検出装置
【課題】放射線検出装置の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなう。
【解決手段】放射線計測系での放射線の輸送をモンテカルロ法のシミュレーションにより演算し、輸送の演算結果に基づき放射線検出器のγ線に対する効率較正用の全吸収ピーク効率を算出する際に、放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、シミュレーションの実行を許可する放射線の下限エネルギー閾値であるカットオフエネルギーを、放射線の種類毎および演算対象領域毎に設定する。
【解決手段】放射線計測系での放射線の輸送をモンテカルロ法のシミュレーションにより演算し、輸送の演算結果に基づき放射線検出器のγ線に対する効率較正用の全吸収ピーク効率を算出する際に、放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、シミュレーションの実行を許可する放射線の下限エネルギー閾値であるカットオフエネルギーを、放射線の種類毎および演算対象領域毎に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射線検出装置の効率較正方法および放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば放射線の線源および放射線検出装置からなる放射線計測系での放射線の挙動をモンテカルロ法のシミュレーションにより追跡して、ゲルマニウム半導体放射線検出装置のγ線に対する全吸収ピーク効率を算出する効率較正方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る効率較正方法において、全吸収ピーク効率の算出精度を向上させるためには、シミュレーションの試行回数を増大させることに加えて、γ線のパルス波高スペクトルにおいて全エネルギーピークおよび全エネルギーピーク周辺のエネルギー領域に寄与する事象について、例えば線源から発生したγ線がゲルマニウム半導体放射線検出装置の有感領域にエネルギーを付与してほぼ全てのエネルギーを失うまでの期間に亘って、γ線の挙動を詳細に追跡することが必要となる。
しかしながら、放射線計測系でのγ線の挙動を詳細に追跡するために、例えばシミュレーションのカットオフエネルギー（つまり物質との各種の相互作用によりエネルギーが減少するγ線に対して挙動の追跡を継続する下限エネルギー閾値）を単に小さくしたり、あるいは、各種の相互作用をおこないつつエネルギーを失うγ線に対して、相互作用の追跡を継続する物質の領域を、単に、放射線計測系の全領域に設定すると、シミュレーションに要する演算負荷が嵩み、演算時間が長くなってしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、放射線検出装置の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことが可能な放射線検出装置の効率較正方法およびこの効率較正方法により迅速かつ精度良く効率較正されることが可能な放射線検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行を許可する前記放射線の下限エネルギー閾値であるカットオフエネルギーを、前記演算対象領域毎に設定する。
【０００７】
さらに、本発明の第２態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、複数の前記演算対象領域のうち前記放射線に対する前記放射線検出装置の検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーに比べて、より大きい値に設定する。
【０００８】
さらに、本発明の第３態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記放射線の初期エネルギー以上の値に設定する。
【０００９】
さらに、本発明の第４態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定する。
【００１０】
さらに、本発明の第５態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、増大傾向に変化するように設定する。
【００１１】
さらに、本発明の第６態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記カットオフエネルギーを、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行前または実行中に演算する。
【００１２】
さらに、本発明の第７態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域毎に設定する。
【００１３】
さらに、本発明の第８態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行時に設定する
【００１４】
また、本発明の第９態様に係る放射線検出装置は、第１態様から第８態様の何れか１つの放射線検出装置の効率較正方法により効率較正されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、放射線の線源および放射線検出装置からなる放射線計測系において、各演算対象領域毎に検出効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてカットオフエネルギーを設定することで、放射線検出装置の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００１６】
さらに、本発明の第２態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、例えば、放射線検出装置の検出対象領域（例えば、ゲルマニウム半導体検出器でのゲルマニウム結晶など）以外の領域での放射線の相互作用およびエネルギー付与によって放射線のエネルギーが初期エネルギーから減少した場合、この放射線は検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与することはできない。つまり、検出対象領域以外の領域での放射線の相互作用は、検出対象領域での放射線の相互作用に比べて、検出効率の算出精度の向上に対する寄与が小さい。このため、検出対象領域に比べて、検出対象領域以外の領域では、検出効率の所望の算出精度を確保しつつ、放射線のエネルギーがより大きい状態で放射線の挙動の追跡を停止することができ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
さらに、例えば、検出対象領域でのカットオフエネルギーを極めて小さい値とし、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを極めて大きい値とすることによって、検出効率の算出精度を向上させつつ、効率較正に要する演算負荷をより一層低減することができる。
【００１７】
さらに、本発明の第３態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与しない放射線の挙動の追跡を停止することができ、検出効率の所望の算出精度を確保しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００１８】
さらに、本発明の第４態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、放射線が検出対象領域以外の領域を通過してから検出対象領域に到達する場合には、放射線発生点と検出対象領域以外の領域について検出器までの距離が短くなることに伴い、放射線が検出対象領域に到達した時点で初期エネルギーを保持している確率が増大する。すなわち、検出対象領域以外の領域での放射線の相互作用は、この領域の検出対象領域からの距離が減少することに伴い、検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収、つまり検出効率の算出精度の向上に対する寄与が増大する。このため、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動を、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、より詳細に追跡することで、検出効率の所望の算出精度を確保することができる。そして、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域からの距離が増大することに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することにより、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００１９】
さらに、本発明の第５態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、放射線が検出対象領域の外部にエスケープ（逃散）する確率は低下し、検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収、つまり検出効率の算出精度の向上に対する寄与が増大する。このため、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することにより、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。そして、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の内部から外部に向うことに伴い、より詳細に追跡することで、検出効率の所望の算出精度を確保することができる。
【００２０】
さらに、本発明の第６態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、カットオフエネルギーを、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じて、前記シミュレーションの実行前または実行中に演算することにより、カットオフエネルギーを詳細に設定することができ、検出効率の算出精度を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の第７態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、放射線の線源および放射線検出装置からなる放射線計測系において、各演算対象領域毎に検出効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてシミュレーションの実行の許可または禁止を設定することで、放射線検出装置の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００２２】
さらに、本発明の第８態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、シミュレーションの実行の許可または禁止を、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じて、シミュレーションの実行時に設定することにより、検出効率の算出精度を向上させることができる。
【００２３】
さらに、本発明の第９態様に係る放射線検出装置によれば、放射線源を用いる必要無しに迅速かつ精度良く効率較正されることで、定量（さらに、場合によっては定性）結果を迅速に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る計測系をなす放射線検出器をモデル化して示す断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の電源の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る単一エネルギーのγ線に対して放射線検出器により得られるエネルギースペクトルの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の動作、特に、放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法において、放射線計測系でのモンテカルロ法のシミュレーションを実行する処理のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の変形例に係る計測系をなす放射線検出器をモデル化して示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置および放射線検出装置の効率較正方法について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による放射線検出装置１０は、例えば図１に示すように、入力装置１１と、出力装置１２と、処理装置１３と、波高分析装置１４と、放射線検出器１５と、電源１６とを備えて構成されている。
【００２６】
入力装置１１は、例えば操作者の入力操作に応じた信号を出力する各種のスイッチおよびキーボードなどを備えて構成され、操作者の入力操作に応じた各種の指令信号を処理装置１３へ出力する。
出力装置１２は、例えばスピーカおよび表示装置などを備えて構成され、処理装置１３から出力される各種の情報を出力する。
【００２７】
波高分析装置１４は、例えばマルチチャンネルアナライザであって、放射線検出器１５から出力される出力信号パルスの波高分布、つまり波高値に応じて設定された複数のチャンネル毎の計数値を算出する。例えば放射線のエネルギーに応じた波高値を有する出力信号パルスが放射線検出器１５から出力されると、波高分析装置１４は放射線検出器１５の出力信号パルスの波高分布として、エネルギースペクトルを作成する。
【００２８】
放射線検出器１５は、例えばクローズドエンド同軸型のゲルマニウム半導体検出器であって、図２に示すように、ゲルマニウム結晶４０に形成された第１結晶電極４１および第２結晶電極４２と、第２結晶電極４２と波高分析装置１４との間に接続された電荷型前置増幅器４３と、エンドキャップハウジング５１と、エンドキャップハウジング５１内部の真空領域５２と、真空領域５２内にてゲルマニウム結晶４０を保持するクリスタルホルダ５３と、クリスタルホルダ５３に設けられた樹脂フィルム５４とを備えて構成されている。
【００２９】
ゲルマニウム結晶４０は、放射線に対する有感領域５５と表面不感層５６とを備えている。有底の円筒形に形成されたゲルマニウム結晶４０に対して、第１結晶電極４１は円筒形内面に接続され、第２結晶電極４２は円筒形外面に接続されている。
そして、例えば図３に示すように、第１結晶電極４１は電源１６のバイアス電源１６ａから高電圧が印加され、第２結晶電極４２は、並列に接続された帰還抵抗４３ａおよび帰還コンデンサ４３ｂとディプリーション型ＭＯＳＦＥＴ４３ｃとに接続されている。そして、帰還抵抗４３ａおよび帰還コンデンサ４３ｂとディプリーション型ＭＯＳＦＥＴ４３ｃとは、前置増幅器４３ｄに接続され、この前置増幅器４３ｄは、電源１６の前置増幅器電源１６ｂから電力が供給されている。
【００３０】
クリスタルホルダ５３により保持されたゲルマニウム結晶４０および各電極４１，４２と電荷型前置増幅器４３とは、例えば放射線の入射窓（図示略）を有するエンドキャップハウジング５１の内部に収容され、このエンドキャップハウジング５１の内部は真空状態とされている。
クリスタルホルダ５３は開口部を有する箱型に形成され、クリスタルホルダ５３の内部にゲルマニウム結晶４０が収容された状態で、開口部は樹脂フィルム５４により閉塞されている。そして、樹脂フィルム５４により閉塞された開口部がエンドキャップハウジング５１の入射窓に臨んで対向するようにして配置されている。
【００３１】
処理装置１３は、例えば通信部２１と、記憶部２２と、演算部２３とを備えて構成されている。
通信部２１は、処理装置１３と波高分析装置１４との間の各種の信号の送受信をおこなう。
記憶部２２は、例えば、予め設定された各種のデータと、演算部２３の演算結果のデータと、波高分析装置１４から出力されるデータとなどを記憶する。
【００３２】
演算部２３は、例えば操作者の入力操作により入力装置１１から出力される指令信号などに応じて、波高分析装置１４から出力される波高分布のデータに基づく各種の演算処理をおこなう。
また、演算部２３は、放射線の線源および放射線検出器１５からなる放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、この演算結果に基づき放射線検出器１５の効率較正用の検出効率を算出する。
【００３３】
演算部２３は、例えば放射線検出器１５のγ線に対する全吸収ピーク効率をシミュレーションに基づき算出する際には、図２に示すように、γ線源６１と放射線検出器１５とが所定の配置状態で配置された放射線計測系６０を、各種の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、相対位置など）に基づきモデル化して、少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定する。
少なくとも１つ以上の演算対象領域は、例えば、γ線源６１と、放射線検出器１５と、γ線源６１と放射線検出器１５との間の領域となどである。さらに、放射線検出器１５に対して設定される演算対象領域は、下記表１に示すように、エンドキャップハウジング５１と、真空領域５２と、クリスタルホルダ５３と、樹脂フィルム５４と、ゲルマニウム結晶４０の有感領域５５および表面不感層５６となどである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
そして、演算部２３は、放射線計測系６０においてγ線源６１から発生するγ線の挙動を、例えばモンテカルロ法のシミュレーションにより追跡する。
このモンテカルロ法のシミュレーションにおいて、演算部２３は、例えば上記表１に示す一例のように、挙動の追跡対象となる放射線（つまり、γ線源６１から発生するγ線に加えて、γ線と物質との相互作用によって２次的に発生した電子および電子と物質との相互作用によって２次的に発生した光子など）のエネルギーの下限値、つまりカットオフエネルギーを、放射線の種類毎および演算対象領域毎に設定する。
【００３６】
演算部２３は、複数の演算対象領域のうち放射線検出器１５の検出対象領域（例えば、ゲルマニウム結晶４０）以外の領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域でのカットオフエネルギーに比べて、より大きい値に設定する。
そして、演算部２３は、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定する。
【００３７】
また、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーは、演算対象領域および放射線の種類に応じて、放射線の初期エネルギー（つまり、線源から発生した時点でのエネルギー）以上の値に設定されてもよい。つまり、検出対象領域以外の領域での相互作用およびエネルギー付与によって放射線のエネルギーが初期エネルギーから減少した場合、この放射線は検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与せず、全吸収ピーク効率の算出精度の向上に対する寄与が小さい。
【００３８】
すなわち、演算部２３は、例えば図４に示すような、単一エネルギーのγ線に対して放射線検出器１５により得られるエネルギースペクトルにおいて、全エネルギー吸収ピークＦＰおよび全エネルギー吸収ピークＦＰ近傍の領域（例えば、全エネルギー吸収ピークから放射線検出器１５のエネルギー分解能の数倍のエネルギー範囲など）の計数となる寄与度に応じて、放射線の種類毎および演算対象領域毎にカットオフエネルギーを設定する。
【００３９】
例えば、γ線源６１および放射線検出器１５の外部領域などのように、γ線のコンプトン散乱などの相互作用によって発生した電子がエネルギー損失無しに放射線検出器１５のゲルマニウム結晶４０まで到達することが困難であると判定される領域では、電子に対するカットオフエネルギーは極めて大きい値、例えばγ線の初期エネルギー以上の値などに設定される。このような、極めて大きい値のカットオフエネルギーの設定は、放射線の輸送のシミュレーションを実行しないことに相当する。
【００４０】
また、例えばゲルマニウム結晶４０では、エネルギースペクトルの全エネルギー吸収ピークＦＰおよび全エネルギー吸収ピークＦＰ近傍の領域の計数に相当するγ線の多重コンプトン散乱などの相互作用を詳細に追跡するために、電子およびγ線に対するカットオフエネルギーは極めて小さい値、例えばゲルマニウム結晶４０の有感領域５５からのエスケープ（逃散）が無視できる程度の値などに設定される。
【００４１】
例えばγ線源６１から発生する１．３３ＭｅＶのγ線に対して、１回のコンプトン散乱では、散乱γ線のエネルギーは０．２１４ＭｅＶ〜１．３３ＭｅＶ間の値となり、反跳電子のエネルギーは０〜１．１１７ＭｅＶ間のエネルギーとなる。
このため、例えば金属により密封されたγ線源６１などにおいてγ線のコンプトン散乱が生じると、反跳電子はγ線源６１中でほぼ吸収されることから、電子に対するカットオフエネルギーは極めて大きい値に設定され、輸送のシミュレーションは実行されない。そして、γ線に対するカットオフエネルギーは、初期エネルギー（１．３３ＭｅＶ）から僅かに小さい値（例えば、１ＭｅＶ程度）に設定される。
【００４２】
一方、ゲルマニウム結晶４０では、１回以上のコンプトン散乱の後に外部にエスケープ（逃散）するγ線によって、エネルギースペクトルの全エネルギー吸収ピークＦＰ近傍の計数が構成されるため、γ線に対するカットオフエネルギーは極めて小さい値（例えば、０．００５ＭｅＶなど）に設定される。また、電子はゲルマニウム結晶４０の表層部から外部にエスケープ（逃散）する場合があることから、γ線と同様に、電子に対するカットオフエネルギーは極めて小さい値（例えば、０．００５ＭｅＶなど）に設定される。
【００４３】
なお、演算部２３は、上記表１に示すような予め設定されたカットオフエネルギーのデータを記憶部２２から取得してもよいし、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じてシミュレーションの実行時に演算してもよい。
例えば、γ線源６１および放射線検出器１５を構成する各物質中での放射線の飛程（例えば、自由行程など）、減弱係数などのエネルギー依存性のデータを予め記憶部２２に記憶しておき、このデータと各演算対象領域の寸法にデータとを比較して、カットオフエネルギーを設定する。例えば検出対象領域以外の演算対象領域において、１００ｋｅＶのエネルギーの電子の最大飛程が演算対象領域の寸法よりも小さい場合には、この電子は検出対象領域に到達し得ないと判定されて、この電子のカットオフエネルギーは１００ｋｅＶに設定される。
【００４４】
演算部２３は、放射線計測系６０でのモンテカルロ法のシミュレーションを、所定のエネルギー範囲の複数の初期エネルギーのγ線に対して実行することで、放射線検出器１５のγ線に対する全吸収ピーク効率のエネルギー依存性を演算する。そして、この演算結果を記憶部２２に記憶する。
【００４５】
本実施の形態による放射線検出装置１０は上記構成を備えており、次に、この放射線検出装置１０の動作、特に、放射線検出装置１０の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法において、放射線計測系６０でのモンテカルロ法のシミュレーションを実行する処理について説明する。
【００４６】
先ず、例えば図５に示すステップＳ０１においては、シミュレーションの初期条件として、例えばモデル化する放射線計測系６０の各種の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、相対位置など）のデータと、γ線源６１から発生するγ線の初期エネルギーと、シミュレーションの試行上限回数（つまり、γ線源６１から発生するγ線の数）となどを取得する。
【００４７】
次に、ステップＳ０２においては、γ線源６１から発生したγ線に関係する演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、位置など）と、γ線源６１から発生したγ線のエネルギーおよび副次的に発生する放射線の状態量（例えば、放射線の種類およびエネルギーなど）に応じて、放射線の種類毎および演算対象領域毎にカットオフエネルギーを算出する。
【００４８】
そして、ステップＳ０３においては、γ線源６１から発生したγ線のエネルギーがカットオフエネルギー以上、かつ、γ線の位置が演算対象領域内か否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、例えば検出対象領域内でγ線のエネルギーがカットオフエネルギー未満になった場合には、γ線のエネルギーは検出対象領域に付与され、放射線検出器１５の全エネルギー吸収に寄与したと設定する。また、例えば検出対象領域以外の領域でγ線のエネルギーがカットオフエネルギー未満になった場合には、放射線のエネルギーは放射線検出器１５の全エネルギー吸収に寄与せずに失われたと設定する。そして、エンドに進み、処理を終了する。
そして、ステップＳ０４においては、後述するシミュレーション処理を実行する。
そして、ステップＳ０５においては、後述するシミュレーション処理の処理結果を記憶し、エンドに進み、処理を終了する。
【００４９】
上述したステップＳ０４にて実行されるシミュレーション処理では、γ線源６１から発生したγ線に加えて、このγ線と物質との相互作用によって副次的に発生する放射線（例えば、γ線と物質との相互作用によって発生する電子、さらに、電子と物質との相互作用によって発生する光子など）の挙動を追跡する。
そして、この追跡は、各放射線のエネルギーがカットオフエネルギー未満に低下するまで、あるいは、各放射線が演算対象領域の外部にエスケープ（逃散）するまで、実行される。
【００５０】
例えば、演算対象領域内でカットオフエネルギー以上のエネルギーを有する放射線に対しては、先ず、自由行程（つまり、現在の位置から新たな相互作用が発生する位置までの距離）を算出する。
次に、この放射線が新たな相互作用が発生する位置まで到達したときに発生する相互作用を算出する。
次に、相互作用の発生後における放射線のエネルギーおよび方向を算出し、この放射線のエネルギーがカットオフエネルギー以上であれば、再度、自由行程の算出と、新たに発生する相互作用の算出と、放射線のエネルギーがカットオフエネルギー以上であるか否かの判定とを、繰り返し実行する。
一方、この放射線のエネルギーがカットオフエネルギー未満であり、かつ放射線の位置が検出対象領域内の場合には放射線のエネルギーは検出対象領域に付与されたと設定する。また、この放射線のエネルギーがカットオフエネルギー未満であり、かつ放射線の位置が検出対象領域以外の場合には放射線のエネルギーは失われたと設定する。
【００５１】
上述したように、本実施の形態による放射線検出装置１０の効率較正方法によれば、放射線計測系６０の各演算対象領域毎に、放射線検出器１５のγ線に対する全吸収ピーク効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてカットオフエネルギーを設定することで、放射線検出器１５の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００５２】
さらに、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを検出対象領域でのカットオフエネルギーに比べてより大きい値に設定することで、検出対象領域に比べて、検出対象領域以外の領域では、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保しつつ、放射線のエネルギーがより大きい状態で放射線の挙動の追跡を停止することができ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
【００５３】
さらに、検出対象領域以外の領域での電子のカットオフエネルギーを、γ線の初期エネルギー以上の値に設定することで、検出対象領域でのγ線の初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与しない放射線の挙動の追跡を早期に停止することができ、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保しつつ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
【００５４】
さらに、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定することで、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動を、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、より詳細に追跡し、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保することができる。そして、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域からの距離が増大することに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することができ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
【００５５】
さらに、カットオフエネルギーを、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じて、シミュレーションの実行前または実行中に演算することにより、カットオフエネルギーを詳細に設定することができ、全吸収ピーク効率の算出精度を向上させることができる。
【００５６】
また、本実施の形態による効率較正方法により効率較正された放射線検出装置１０によれば、放射線源を用いる必要無しに迅速かつ精度良く効率較正されることで、定量（さらに、場合によっては定性）結果を迅速に得ることができる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態において、演算部２３は、検出対象領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、増大傾向に変化するように設定してもよい。
例えば図６に示すように、ゲルマニウム結晶４０の有感領域５５が、表層の有感領域５５ａと、内部の有感領域５５ｂとに区分された場合には、例えば下記表２に示すように、ゲルマニウム結晶４０において、順次、表面不感層５６から有感領域（表層）５５ａへと、有感領域（表層）５５ａから有感領域（内部）５５ｂへと向うことに伴い、カットオフエネルギーが増大傾向に変化するように設定される。
【００５８】
【表２】
【００５９】
つまり、有感領域（内部）５５ｂでγ線のコンプトン散乱などにより発生した電子および電子の制動放射により発生した光子などは、有感領域（内部）５５ｂを透過してから有感領域（表層）５５ａに到達することから、有感領域（内部）５５ｂでの光子および電子に対するカットオフエネルギーは、有感領域（表層）５５ａでの光子および電子に対するカットオフエネルギーよりも大きな値とされる。
【００６０】
この場合には、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することにより、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。そして、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の内部から外部に向うことに伴い、より詳細に追跡することで、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保することができる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態において、演算部２３は、単に、放射線計測系６０の各演算対象領域毎にシミュレーションの実行の許可または禁止を設定してもよい。
例えば、演算部２３は、検出対象領域以外の領域では、光子の輸送のシミュレーションの実行を許可し、電子の輸送のシミュレーションの実行を禁止し、検出対象領域では、光子および電子の輸送のシミュレーションの実行を許可する。このような設定は、例えば上記表１において、電子のカットオフエネルギーが１００ｋｅＶ以上となる演算対象領域において電子の輸送のシミュレーションの実行を禁止することに相当する。
【００６２】
この場合には、各演算対象領域毎に全吸収ピーク効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてシミュレーションの実行の許可または禁止を設定することで、放射線検出器１５の全吸収ピーク効率の算出精度が低下してしまうことを防止しつつ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
なお、演算部２３は、各演算対象領域毎のシミュレーションの実行の許可または禁止のデータを記憶部２２から取得してもよいし、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じてシミュレーションの実行時に演算してもよい。
【００６３】
なお、上述した実施の形態において、放射線検出装置１０は、放射線の検出に限定されず、放射能の測定が可能とされてもよい。
また、上述した実施の形態において、カットオフエネルギーを、シミュレーションの実行前に限らず、シミュレーションの実行中に演算してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 放射線検出装置
１３ 処理装置
１４ 波高分析装置
１５ 放射線検出器
２２ 記憶部
２３ 演算部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射線検出装置の効率較正方法および放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば放射線の線源および放射線検出装置からなる放射線計測系での放射線の挙動をモンテカルロ法のシミュレーションにより追跡して、ゲルマニウム半導体放射線検出装置のγ線に対する全吸収ピーク効率を算出する効率較正方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８３０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る効率較正方法において、全吸収ピーク効率の算出精度を向上させるためには、シミュレーションの試行回数を増大させることに加えて、γ線のパルス波高スペクトルにおいて全エネルギーピークおよび全エネルギーピーク周辺のエネルギー領域に寄与する事象について、例えば線源から発生したγ線がゲルマニウム半導体放射線検出装置の有感領域にエネルギーを付与してほぼ全てのエネルギーを失うまでの期間に亘って、γ線の挙動を詳細に追跡することが必要となる。
しかしながら、放射線計測系でのγ線の挙動を詳細に追跡するために、例えばシミュレーションのカットオフエネルギー（つまり物質との各種の相互作用によりエネルギーが減少するγ線に対して挙動の追跡を継続する下限エネルギー閾値）を単に小さくしたり、あるいは、各種の相互作用をおこないつつエネルギーを失うγ線に対して、相互作用の追跡を継続する物質の領域を、単に、放射線計測系の全領域に設定すると、シミュレーションに要する演算負荷が嵩み、演算時間が長くなってしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、放射線検出装置の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことが可能な放射線検出装置の効率較正方法およびこの効率較正方法により迅速かつ精度良く効率較正されることが可能な放射線検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行を許可する前記放射線の下限エネルギー閾値であるカットオフエネルギーを、前記演算対象領域毎に設定する。
【０００７】
さらに、本発明の第２態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、複数の前記演算対象領域のうち前記放射線に対する前記放射線検出装置の検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーに比べて、より大きい値に設定する。
【０００８】
さらに、本発明の第３態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記放射線の初期エネルギー以上の値に設定する。
【０００９】
さらに、本発明の第４態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定する。
【００１０】
さらに、本発明の第５態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、増大傾向に変化するように設定する。
【００１１】
さらに、本発明の第６態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記カットオフエネルギーを、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行前または実行中に演算する。
【００１２】
さらに、本発明の第７態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域毎に設定する。
【００１３】
さらに、本発明の第８態様に係る放射線検出装置の効率較正方法は、前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行時に設定する
【００１４】
また、本発明の第９態様に係る放射線検出装置は、第１態様から第８態様の何れか１つの放射線検出装置の効率較正方法により効率較正されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、放射線の線源および放射線検出装置からなる放射線計測系において、各演算対象領域毎に検出効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてカットオフエネルギーを設定することで、放射線検出装置の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００１６】
さらに、本発明の第２態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、例えば、放射線検出装置の検出対象領域（例えば、ゲルマニウム半導体検出器でのゲルマニウム結晶など）以外の領域での放射線の相互作用およびエネルギー付与によって放射線のエネルギーが初期エネルギーから減少した場合、この放射線は検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与することはできない。つまり、検出対象領域以外の領域での放射線の相互作用は、検出対象領域での放射線の相互作用に比べて、検出効率の算出精度の向上に対する寄与が小さい。このため、検出対象領域に比べて、検出対象領域以外の領域では、検出効率の所望の算出精度を確保しつつ、放射線のエネルギーがより大きい状態で放射線の挙動の追跡を停止することができ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
さらに、例えば、検出対象領域でのカットオフエネルギーを極めて小さい値とし、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを極めて大きい値とすることによって、検出効率の算出精度を向上させつつ、効率較正に要する演算負荷をより一層低減することができる。
【００１７】
さらに、本発明の第３態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与しない放射線の挙動の追跡を停止することができ、検出効率の所望の算出精度を確保しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００１８】
さらに、本発明の第４態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、放射線が検出対象領域以外の領域を通過してから検出対象領域に到達する場合には、放射線発生点と検出対象領域以外の領域について検出器までの距離が短くなることに伴い、放射線が検出対象領域に到達した時点で初期エネルギーを保持している確率が増大する。すなわち、検出対象領域以外の領域での放射線の相互作用は、この領域の検出対象領域からの距離が減少することに伴い、検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収、つまり検出効率の算出精度の向上に対する寄与が増大する。このため、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動を、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、より詳細に追跡することで、検出効率の所望の算出精度を確保することができる。そして、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域からの距離が増大することに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することにより、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００１９】
さらに、本発明の第５態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、放射線が検出対象領域の外部にエスケープ（逃散）する確率は低下し、検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収、つまり検出効率の算出精度の向上に対する寄与が増大する。このため、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することにより、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。そして、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の内部から外部に向うことに伴い、より詳細に追跡することで、検出効率の所望の算出精度を確保することができる。
【００２０】
さらに、本発明の第６態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、カットオフエネルギーを、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じて、前記シミュレーションの実行前または実行中に演算することにより、カットオフエネルギーを詳細に設定することができ、検出効率の算出精度を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明の第７態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、放射線の線源および放射線検出装置からなる放射線計測系において、各演算対象領域毎に検出効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてシミュレーションの実行の許可または禁止を設定することで、放射線検出装置の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００２２】
さらに、本発明の第８態様に係る放射線検出装置の効率較正方法によれば、シミュレーションの実行の許可または禁止を、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じて、シミュレーションの実行時に設定することにより、検出効率の算出精度を向上させることができる。
【００２３】
さらに、本発明の第９態様に係る放射線検出装置によれば、放射線源を用いる必要無しに迅速かつ精度良く効率較正されることで、定量（さらに、場合によっては定性）結果を迅速に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る計測系をなす放射線検出器をモデル化して示す断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の電源の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る単一エネルギーのγ線に対して放射線検出器により得られるエネルギースペクトルの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の動作、特に、放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法において、放射線計測系でのモンテカルロ法のシミュレーションを実行する処理のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の変形例に係る計測系をなす放射線検出器をモデル化して示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置および放射線検出装置の効率較正方法について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による放射線検出装置１０は、例えば図１に示すように、入力装置１１と、出力装置１２と、処理装置１３と、波高分析装置１４と、放射線検出器１５と、電源１６とを備えて構成されている。
【００２６】
入力装置１１は、例えば操作者の入力操作に応じた信号を出力する各種のスイッチおよびキーボードなどを備えて構成され、操作者の入力操作に応じた各種の指令信号を処理装置１３へ出力する。
出力装置１２は、例えばスピーカおよび表示装置などを備えて構成され、処理装置１３から出力される各種の情報を出力する。
【００２７】
波高分析装置１４は、例えばマルチチャンネルアナライザであって、放射線検出器１５から出力される出力信号パルスの波高分布、つまり波高値に応じて設定された複数のチャンネル毎の計数値を算出する。例えば放射線のエネルギーに応じた波高値を有する出力信号パルスが放射線検出器１５から出力されると、波高分析装置１４は放射線検出器１５の出力信号パルスの波高分布として、エネルギースペクトルを作成する。
【００２８】
放射線検出器１５は、例えばクローズドエンド同軸型のゲルマニウム半導体検出器であって、図２に示すように、ゲルマニウム結晶４０に形成された第１結晶電極４１および第２結晶電極４２と、第２結晶電極４２と波高分析装置１４との間に接続された電荷型前置増幅器４３と、エンドキャップハウジング５１と、エンドキャップハウジング５１内部の真空領域５２と、真空領域５２内にてゲルマニウム結晶４０を保持するクリスタルホルダ５３と、クリスタルホルダ５３に設けられた樹脂フィルム５４とを備えて構成されている。
【００２９】
ゲルマニウム結晶４０は、放射線に対する有感領域５５と表面不感層５６とを備えている。有底の円筒形に形成されたゲルマニウム結晶４０に対して、第１結晶電極４１は円筒形内面に接続され、第２結晶電極４２は円筒形外面に接続されている。
そして、例えば図３に示すように、第１結晶電極４１は電源１６のバイアス電源１６ａから高電圧が印加され、第２結晶電極４２は、並列に接続された帰還抵抗４３ａおよび帰還コンデンサ４３ｂとディプリーション型ＭＯＳＦＥＴ４３ｃとに接続されている。そして、帰還抵抗４３ａおよび帰還コンデンサ４３ｂとディプリーション型ＭＯＳＦＥＴ４３ｃとは、前置増幅器４３ｄに接続され、この前置増幅器４３ｄは、電源１６の前置増幅器電源１６ｂから電力が供給されている。
【００３０】
クリスタルホルダ５３により保持されたゲルマニウム結晶４０および各電極４１，４２と電荷型前置増幅器４３とは、例えば放射線の入射窓（図示略）を有するエンドキャップハウジング５１の内部に収容され、このエンドキャップハウジング５１の内部は真空状態とされている。
クリスタルホルダ５３は開口部を有する箱型に形成され、クリスタルホルダ５３の内部にゲルマニウム結晶４０が収容された状態で、開口部は樹脂フィルム５４により閉塞されている。そして、樹脂フィルム５４により閉塞された開口部がエンドキャップハウジング５１の入射窓に臨んで対向するようにして配置されている。
【００３１】
処理装置１３は、例えば通信部２１と、記憶部２２と、演算部２３とを備えて構成されている。
通信部２１は、処理装置１３と波高分析装置１４との間の各種の信号の送受信をおこなう。
記憶部２２は、例えば、予め設定された各種のデータと、演算部２３の演算結果のデータと、波高分析装置１４から出力されるデータとなどを記憶する。
【００３２】
演算部２３は、例えば操作者の入力操作により入力装置１１から出力される指令信号などに応じて、波高分析装置１４から出力される波高分布のデータに基づく各種の演算処理をおこなう。
また、演算部２３は、放射線の線源および放射線検出器１５からなる放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、この演算結果に基づき放射線検出器１５の効率較正用の検出効率を算出する。
【００３３】
演算部２３は、例えば放射線検出器１５のγ線に対する全吸収ピーク効率をシミュレーションに基づき算出する際には、図２に示すように、γ線源６１と放射線検出器１５とが所定の配置状態で配置された放射線計測系６０を、各種の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、相対位置など）に基づきモデル化して、少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定する。
少なくとも１つ以上の演算対象領域は、例えば、γ線源６１と、放射線検出器１５と、γ線源６１と放射線検出器１５との間の領域となどである。さらに、放射線検出器１５に対して設定される演算対象領域は、下記表１に示すように、エンドキャップハウジング５１と、真空領域５２と、クリスタルホルダ５３と、樹脂フィルム５４と、ゲルマニウム結晶４０の有感領域５５および表面不感層５６となどである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
そして、演算部２３は、放射線計測系６０においてγ線源６１から発生するγ線の挙動を、例えばモンテカルロ法のシミュレーションにより追跡する。
このモンテカルロ法のシミュレーションにおいて、演算部２３は、例えば上記表１に示す一例のように、挙動の追跡対象となる放射線（つまり、γ線源６１から発生するγ線に加えて、γ線と物質との相互作用によって２次的に発生した電子および電子と物質との相互作用によって２次的に発生した光子など）のエネルギーの下限値、つまりカットオフエネルギーを、放射線の種類毎および演算対象領域毎に設定する。
【００３６】
演算部２３は、複数の演算対象領域のうち放射線検出器１５の検出対象領域（例えば、ゲルマニウム結晶４０）以外の領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域でのカットオフエネルギーに比べて、より大きい値に設定する。
そして、演算部２３は、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定する。
【００３７】
また、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーは、演算対象領域および放射線の種類に応じて、放射線の初期エネルギー（つまり、線源から発生した時点でのエネルギー）以上の値に設定されてもよい。つまり、検出対象領域以外の領域での相互作用およびエネルギー付与によって放射線のエネルギーが初期エネルギーから減少した場合、この放射線は検出対象領域での初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与せず、全吸収ピーク効率の算出精度の向上に対する寄与が小さい。
【００３８】
すなわち、演算部２３は、例えば図４に示すような、単一エネルギーのγ線に対して放射線検出器１５により得られるエネルギースペクトルにおいて、全エネルギー吸収ピークＦＰおよび全エネルギー吸収ピークＦＰ近傍の領域（例えば、全エネルギー吸収ピークから放射線検出器１５のエネルギー分解能の数倍のエネルギー範囲など）の計数となる寄与度に応じて、放射線の種類毎および演算対象領域毎にカットオフエネルギーを設定する。
【００３９】
例えば、γ線源６１および放射線検出器１５の外部領域などのように、γ線のコンプトン散乱などの相互作用によって発生した電子がエネルギー損失無しに放射線検出器１５のゲルマニウム結晶４０まで到達することが困難であると判定される領域では、電子に対するカットオフエネルギーは極めて大きい値、例えばγ線の初期エネルギー以上の値などに設定される。このような、極めて大きい値のカットオフエネルギーの設定は、放射線の輸送のシミュレーションを実行しないことに相当する。
【００４０】
また、例えばゲルマニウム結晶４０では、エネルギースペクトルの全エネルギー吸収ピークＦＰおよび全エネルギー吸収ピークＦＰ近傍の領域の計数に相当するγ線の多重コンプトン散乱などの相互作用を詳細に追跡するために、電子およびγ線に対するカットオフエネルギーは極めて小さい値、例えばゲルマニウム結晶４０の有感領域５５からのエスケープ（逃散）が無視できる程度の値などに設定される。
【００４１】
例えばγ線源６１から発生する１．３３ＭｅＶのγ線に対して、１回のコンプトン散乱では、散乱γ線のエネルギーは０．２１４ＭｅＶ〜１．３３ＭｅＶ間の値となり、反跳電子のエネルギーは０〜１．１１７ＭｅＶ間のエネルギーとなる。
このため、例えば金属により密封されたγ線源６１などにおいてγ線のコンプトン散乱が生じると、反跳電子はγ線源６１中でほぼ吸収されることから、電子に対するカットオフエネルギーは極めて大きい値に設定され、輸送のシミュレーションは実行されない。そして、γ線に対するカットオフエネルギーは、初期エネルギー（１．３３ＭｅＶ）から僅かに小さい値（例えば、１ＭｅＶ程度）に設定される。
【００４２】
一方、ゲルマニウム結晶４０では、１回以上のコンプトン散乱の後に外部にエスケープ（逃散）するγ線によって、エネルギースペクトルの全エネルギー吸収ピークＦＰ近傍の計数が構成されるため、γ線に対するカットオフエネルギーは極めて小さい値（例えば、０．００５ＭｅＶなど）に設定される。また、電子はゲルマニウム結晶４０の表層部から外部にエスケープ（逃散）する場合があることから、γ線と同様に、電子に対するカットオフエネルギーは極めて小さい値（例えば、０．００５ＭｅＶなど）に設定される。
【００４３】
なお、演算部２３は、上記表１に示すような予め設定されたカットオフエネルギーのデータを記憶部２２から取得してもよいし、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じてシミュレーションの実行時に演算してもよい。
例えば、γ線源６１および放射線検出器１５を構成する各物質中での放射線の飛程（例えば、自由行程など）、減弱係数などのエネルギー依存性のデータを予め記憶部２２に記憶しておき、このデータと各演算対象領域の寸法にデータとを比較して、カットオフエネルギーを設定する。例えば検出対象領域以外の演算対象領域において、１００ｋｅＶのエネルギーの電子の最大飛程が演算対象領域の寸法よりも小さい場合には、この電子は検出対象領域に到達し得ないと判定されて、この電子のカットオフエネルギーは１００ｋｅＶに設定される。
【００４４】
演算部２３は、放射線計測系６０でのモンテカルロ法のシミュレーションを、所定のエネルギー範囲の複数の初期エネルギーのγ線に対して実行することで、放射線検出器１５のγ線に対する全吸収ピーク効率のエネルギー依存性を演算する。そして、この演算結果を記憶部２２に記憶する。
【００４５】
本実施の形態による放射線検出装置１０は上記構成を備えており、次に、この放射線検出装置１０の動作、特に、放射線検出装置１０の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法において、放射線計測系６０でのモンテカルロ法のシミュレーションを実行する処理について説明する。
【００４６】
先ず、例えば図５に示すステップＳ０１においては、シミュレーションの初期条件として、例えばモデル化する放射線計測系６０の各種の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、相対位置など）のデータと、γ線源６１から発生するγ線の初期エネルギーと、シミュレーションの試行上限回数（つまり、γ線源６１から発生するγ線の数）となどを取得する。
【００４７】
次に、ステップＳ０２においては、γ線源６１から発生したγ線に関係する演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、位置など）と、γ線源６１から発生したγ線のエネルギーおよび副次的に発生する放射線の状態量（例えば、放射線の種類およびエネルギーなど）に応じて、放射線の種類毎および演算対象領域毎にカットオフエネルギーを算出する。
【００４８】
そして、ステップＳ０３においては、γ線源６１から発生したγ線のエネルギーがカットオフエネルギー以上、かつ、γ線の位置が演算対象領域内か否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、例えば検出対象領域内でγ線のエネルギーがカットオフエネルギー未満になった場合には、γ線のエネルギーは検出対象領域に付与され、放射線検出器１５の全エネルギー吸収に寄与したと設定する。また、例えば検出対象領域以外の領域でγ線のエネルギーがカットオフエネルギー未満になった場合には、放射線のエネルギーは放射線検出器１５の全エネルギー吸収に寄与せずに失われたと設定する。そして、エンドに進み、処理を終了する。
そして、ステップＳ０４においては、後述するシミュレーション処理を実行する。
そして、ステップＳ０５においては、後述するシミュレーション処理の処理結果を記憶し、エンドに進み、処理を終了する。
【００４９】
上述したステップＳ０４にて実行されるシミュレーション処理では、γ線源６１から発生したγ線に加えて、このγ線と物質との相互作用によって副次的に発生する放射線（例えば、γ線と物質との相互作用によって発生する電子、さらに、電子と物質との相互作用によって発生する光子など）の挙動を追跡する。
そして、この追跡は、各放射線のエネルギーがカットオフエネルギー未満に低下するまで、あるいは、各放射線が演算対象領域の外部にエスケープ（逃散）するまで、実行される。
【００５０】
例えば、演算対象領域内でカットオフエネルギー以上のエネルギーを有する放射線に対しては、先ず、自由行程（つまり、現在の位置から新たな相互作用が発生する位置までの距離）を算出する。
次に、この放射線が新たな相互作用が発生する位置まで到達したときに発生する相互作用を算出する。
次に、相互作用の発生後における放射線のエネルギーおよび方向を算出し、この放射線のエネルギーがカットオフエネルギー以上であれば、再度、自由行程の算出と、新たに発生する相互作用の算出と、放射線のエネルギーがカットオフエネルギー以上であるか否かの判定とを、繰り返し実行する。
一方、この放射線のエネルギーがカットオフエネルギー未満であり、かつ放射線の位置が検出対象領域内の場合には放射線のエネルギーは検出対象領域に付与されたと設定する。また、この放射線のエネルギーがカットオフエネルギー未満であり、かつ放射線の位置が検出対象領域以外の場合には放射線のエネルギーは失われたと設定する。
【００５１】
上述したように、本実施の形態による放射線検出装置１０の効率較正方法によれば、放射線計測系６０の各演算対象領域毎に、放射線検出器１５のγ線に対する全吸収ピーク効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてカットオフエネルギーを設定することで、放射線検出器１５の効率較正の精度が低下してしまうことを防止しつつ、効率較正に要する演算負荷を低減し、迅速に効率較正をおこなうことができる。
【００５２】
さらに、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを検出対象領域でのカットオフエネルギーに比べてより大きい値に設定することで、検出対象領域に比べて、検出対象領域以外の領域では、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保しつつ、放射線のエネルギーがより大きい状態で放射線の挙動の追跡を停止することができ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
【００５３】
さらに、検出対象領域以外の領域での電子のカットオフエネルギーを、γ線の初期エネルギー以上の値に設定することで、検出対象領域でのγ線の初期エネルギーの全エネルギー吸収に寄与しない放射線の挙動の追跡を早期に停止することができ、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保しつつ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
【００５４】
さらに、検出対象領域以外の領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定することで、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動を、検出対象領域からの距離が減少することに伴い、より詳細に追跡し、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保することができる。そして、検出対象領域以外の領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域からの距離が増大することに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することができ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
【００５５】
さらに、カットオフエネルギーを、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じて、シミュレーションの実行前または実行中に演算することにより、カットオフエネルギーを詳細に設定することができ、全吸収ピーク効率の算出精度を向上させることができる。
【００５６】
また、本実施の形態による効率較正方法により効率較正された放射線検出装置１０によれば、放射線源を用いる必要無しに迅速かつ精度良く効率較正されることで、定量（さらに、場合によっては定性）結果を迅速に得ることができる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態において、演算部２３は、検出対象領域でのカットオフエネルギーを、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、増大傾向に変化するように設定してもよい。
例えば図６に示すように、ゲルマニウム結晶４０の有感領域５５が、表層の有感領域５５ａと、内部の有感領域５５ｂとに区分された場合には、例えば下記表２に示すように、ゲルマニウム結晶４０において、順次、表面不感層５６から有感領域（表層）５５ａへと、有感領域（表層）５５ａから有感領域（内部）５５ｂへと向うことに伴い、カットオフエネルギーが増大傾向に変化するように設定される。
【００５８】
【表２】
【００５９】
つまり、有感領域（内部）５５ｂでγ線のコンプトン散乱などにより発生した電子および電子の制動放射により発生した光子などは、有感領域（内部）５５ｂを透過してから有感領域（表層）５５ａに到達することから、有感領域（内部）５５ｂでの光子および電子に対するカットオフエネルギーは、有感領域（表層）５５ａでの光子および電子に対するカットオフエネルギーよりも大きな値とされる。
【００６０】
この場合には、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、放射線のエネルギーがより大きい状態で停止することにより、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。そして、検出対象領域での放射線の挙動の追跡を、検出対象領域の内部から外部に向うことに伴い、より詳細に追跡することで、全吸収ピーク効率の所望の算出精度を確保することができる。
【００６１】
なお、上述した実施の形態において、演算部２３は、単に、放射線計測系６０の各演算対象領域毎にシミュレーションの実行の許可または禁止を設定してもよい。
例えば、演算部２３は、検出対象領域以外の領域では、光子の輸送のシミュレーションの実行を許可し、電子の輸送のシミュレーションの実行を禁止し、検出対象領域では、光子および電子の輸送のシミュレーションの実行を許可する。このような設定は、例えば上記表１において、電子のカットオフエネルギーが１００ｋｅＶ以上となる演算対象領域において電子の輸送のシミュレーションの実行を禁止することに相当する。
【００６２】
この場合には、各演算対象領域毎に全吸収ピーク効率の算出精度の向上に対する寄与などに応じてシミュレーションの実行の許可または禁止を設定することで、放射線検出器１５の全吸収ピーク効率の算出精度が低下してしまうことを防止しつつ、シミュレーションの実行に要する演算負荷を低減し、迅速に全吸収ピーク効率を演算することができる。
なお、演算部２３は、各演算対象領域毎のシミュレーションの実行の許可または禁止のデータを記憶部２２から取得してもよいし、演算対象領域の状態量（例えば、材質、密度、形状寸法、他の演算対象領域に対する相対位置など）および放射線の状態量（例えば、種類、エネルギーなど）に応じてシミュレーションの実行時に演算してもよい。
【００６３】
なお、上述した実施の形態において、放射線検出装置１０は、放射線の検出に限定されず、放射能の測定が可能とされてもよい。
また、上述した実施の形態において、カットオフエネルギーを、シミュレーションの実行前に限らず、シミュレーションの実行中に演算してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 放射線検出装置
１３ 処理装置
１４ 波高分析装置
１５ 放射線検出器
２２ 記憶部
２３ 演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、
前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行を許可する前記放射線の下限エネルギー閾値であるカットオフエネルギーを、前記演算対象領域毎に設定することを特徴とする放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項２】
複数の前記演算対象領域のうち前記放射線に対する前記放射線検出装置の検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーに比べて、より大きい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項３】
前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記放射線の初期エネルギー以上の値に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項４】
前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項５】
前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、増大傾向に変化するように設定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項６】
前記カットオフエネルギーを、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行前または実行中に演算することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項７】
放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、
前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域毎に設定することを特徴とする放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項８】
前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行時に設定することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法により効率較正されていることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項１】
放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、
前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行を許可する前記放射線の下限エネルギー閾値であるカットオフエネルギーを、前記演算対象領域毎に設定することを特徴とする放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項２】
複数の前記演算対象領域のうち前記放射線に対する前記放射線検出装置の検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーに比べて、より大きい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項３】
前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記放射線の初期エネルギー以上の値に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項４】
前記検出対象領域以外の領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域からの距離が減少することに伴い、減少傾向に変化するように設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項５】
前記検出対象領域での前記カットオフエネルギーを、前記検出対象領域の外部から内部に向うことに伴い、増大傾向に変化するように設定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項６】
前記カットオフエネルギーを、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行前または実行中に演算することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項７】
放射線計測系での放射線の輸送をシミュレーションにより演算し、前記輸送の演算結果に基づき放射線検出装置の効率較正用の検出効率を算出する放射線検出装置の効率較正方法であって、
前記放射線計測系をモデル化して少なくとも１つ以上の演算対象領域を設定し、前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域毎に設定することを特徴とする放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項８】
前記シミュレーションの実行の許可または禁止を、前記演算対象領域の状態量および前記放射線の状態量に応じて、前記シミュレーションの実行時に設定することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか１つに記載の放射線検出装置の効率較正方法により効率較正されていることを特徴とする放射線検出装置。
【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２０１０−１８５８５０（Ｐ２０１０−１８５８５０Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３１８５４（Ｐ２００９−３１８５４）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（７１０００２４６２）セイコー・イージーアンドジー株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（７１０００２４６２）セイコー・イージーアンドジー株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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