放射線計測装置及びその方法
【課題】放射線検出器が有する時間分解能を維持しつつ、放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる放射線計測装置を提供する。
【解決手段】半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号をアナログデジタル変換器２により複数のデジタル信号に変換する。これらのデジタル信号が入力されるスレッショルド回路３は、スレッショルド値を超えるデジタル信号を弁別する。デジタル信号加算回路４は、弁別された複数のデジタル信号をアナログパルス信号ごとに加算してアナログパルス信号ごとに加算値を求める。それぞれの加算値を入力するスペクトル生成回路５は、それらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、放射線エネルギースペクトルを用いて放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行う。
【解決手段】半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号をアナログデジタル変換器２により複数のデジタル信号に変換する。これらのデジタル信号が入力されるスレッショルド回路３は、スレッショルド値を超えるデジタル信号を弁別する。デジタル信号加算回路４は、弁別された複数のデジタル信号をアナログパルス信号ごとに加算してアナログパルス信号ごとに加算値を求める。それぞれの加算値を入力するスペクトル生成回路５は、それらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、放射線エネルギースペクトルを用いて放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線計測装置及びその方法に係り、特に、放射線検出器から出力されるパルス信号を基に放射線エネルギー分布を生成し、放射性核種を分析するのに好適な放射線計測装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線核種を分析する方法の１つ押して、放射線検出器及び放射線計測回路を含む放射線計測装置を用い、放射線検出器で放射線核種が放射する放射線エネルギーを計測し、放射線計測回路でその放射性核種を同定及び定量している。具体的には、放射線エネルギーを計測するためには、ＮａＩ（ＴＩ）シンチレーション検出器、及びＧｅ（Ｌｉ）半導体検出器等の汎用の放射線検出器いて放射線を電荷等の信号に変換し、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デジタル信号処理（ＤＳＰ）及び多チャンネル波高分析装置等の汎用の放射線計測回路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る。一例として、原子力施設では、原子力プラント運転中での原子力格納容器内、医療施設では加速器運転中のビーム照射室及び放射性同位元素使用室がある。宇宙環境は、地上と比較して非常に高い線量場となる。
【０００４】
これらの環境における線量もしくは放射性核種のモニタリングは、リアルタイムで行われる。その理由として、例えば、原子力施設では、原子力施設の安全性を確保するために、高計数率及び高線量率であっても放射性核種の漏えいをいち早く検出できる放射線計測装置が必要である。また、医療施設においては、陽子線治療等の患者への放射線照射、及び陽電子断層法（ＰＥＴ）の患者への放射性薬剤の投与が実施されている。
【０００５】
放射線計測装置の例が、特開平８−１８９９７４号公報及び特開２００２−５５１７１号公報に記載されている。
【０００６】
特開平８−１８９９７４号公報に記載された放射線計測装置は、入射された放射線に対応して電荷を発生する放射線検出器を有し、プリアンプ、信号検出器、ランプ信号発生器、信号処理部及びスペクトル表示器を有する。プリアンプは放射線検出器で発生した電荷量を電気信号に変換し、この電気信号を出力する。信号検出器はプリアンプの出力信号を検出し、ランプ信号発生器は信号検出器がその出力信号を検出したときに所定のランプ信号を発生する。加算器はプリアンプの出力信号とランプ信号を加算し、ＡＤ変換器はアナログ／デジタル変換により加算器で得られた加算結果をデジタル信号に変換する。信号処理部は、ＡＤ変換器の出力であるデジタル値を積分して得られた積分値を時間平均し、この時間平均値をチャンネル変換する。このような放射線計測装置は、放射線エネルギースペクトルを容易にかつ高精度に求めることができる。
【０００７】
特開２００２−５５１７１号公報は、放射線計測装置を記載している。この放射線計測装置は、半導体放射線検出器、プリアンプ、整形アンプ、バンドパスフィルタ、ピーク検出回路、ピークホールド回路、Ａ／Ｄ変換器及びマルチチャンネルアナライザ（ＭＣＡ）を有する。整形アンプは直列に接続された微分回路、増幅器及び積分器を含んでいる。
【０００８】
プリアンプは、放射線を検出した半導体放射線検出器から出力された放射線検出信号である微小な電荷パルスを積分して電圧パルスに変換し、増幅する。微分回路はこの電圧パルスの減衰時間を短くし、増幅器は微分回路の出力信号を増幅してパルス波形整形を行う。積分器は、増幅器の出力波形をガウス関数状のパルス波形に整形する。バンドパスフィルタは、増幅器の出力波形から放射線検出信号による信号を強調して取り出す。ピーク検出回路は、バンドパスフィルタから出力された信号のうち閾値以上の信号をピーク検出する。ピークホールド回路は、ピーク検出回路から出力された信号によって、積分器から出力された、ガウス関数状のパルス波形に整形された出力信号をピークホールドする。Ａ／Ｄ変換器は、ピークホールド回路でピークホールドされた信号の波高値を、ピーク検出回路からのタイミング信号でＡ／Ｄ変換し、デジタル信号に変換する。ＭＣＡは、そのデジタル信号を統計的に解析し、マルチチャンネル波高分析及び時間分布測定を行う。
【０００９】
特開平７−２９１９号公報は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）が有するランダムな変換誤差を一様にする放射線エネルギースペクトル測定装置を記載している。この放射線エネルギースペクトル測定装置では、プリアンプから出力される矩形状の出力信号にランプ信号を加算し、この加算結果をデジタル変換してサンプリング時間で平均化することによって放射線エネルギースペクトルを導出する。
【００１０】
特許第２５７７３８６号公報は、放射線検出器の出力信号を基に放射線エネルギースペクトルを求める放射線エネルギースペクトル測定装置を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−１８９９７４号公報
【特許文献２】特開２００２−５５１７１号公報
【特許文献３】特開平７−２９１９号公報
【特許文献４】特許第２５７７３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
汎用の放射線検出器及び放射線計測回路を有する放射線計測装置を用いて放射性核種の定量分析及びエネルギー分析をリアルタイムで容易に実施するためには、その放射線計測装置としての最大計数率の上限を１０４〜１０５個／秒（ｃｐｓ）程度として測定及び分析する必要がある。最大計数率の範囲は、使用する放射線検出器及び放射線計測回路に依存する。しかし、後段の放射線計測回路は、信号処理におけるＳ／Ｎ比の向上と引き換えに、放射線検出器が有する時間分解能（例えば、シンチレータでは発光減衰時間及び半導体放射線検出器では電荷収集時間）を劣化させた放射線検出信号の処理を行っている。したがって、従来の放射線計測装置では、放射線検出器が有する時間分解能を劣化させており、最大計数率を超える範囲で放射線測定及び分析を行うためには、信号成分のパイルアップ及び数え落としが深刻になり、リアルタイムにおける放射線の測定ではその測定精度を維持することができない。
【００１３】
特開２００２−５５１７１号に記載された放射線計測装置は、低エネルギー成分を効果的に計測するために整形アンプの増幅器出力部分で分岐した信号を用いてピーク検出、つまり検出しきい値を決定している。この装置は前記検出しきい値の精度向上で、低エネルギー成分を計測できることが特徴で、全エネルギーを対象としたスループット向上装置ではない。つまり放射線計測装置としての最大計数率は１０５ｃｐｓ程度である。
【００１４】
特許第２５７７３８６号に記載された放射線エネルギースペクトル測定装置は、Ｇｅ半導体検出器等を高エネルギー分解能で動作させるための手段であり、スループットを向上するための記述はない。
【００１５】
特開平７−２９１９号公報に記載された放射線エネルギースペクトル測定装置は、Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差を低減するために、全チャンネルの誤差を加えると全体として誤差がゼロになることを利用している。このため、加算器に入力するプリアンプ信号は、特開平７−２９１９号公報の一例で示される振幅Ｐの一定出力にしなければならず、放射線検出器の時間分解能を劣化させることになる。したがって、最大計数率は、１０５ｃｐｓ程度が限界である。特開平８−１８９９７４号公報も、特開平７−２９１９号公報と同じ課題を有する。
【００１６】
放射線計測装置で制限される最大計数率の上限を上げることができれば、放射線検出器が有する時間分解能を活かすことができ、高線量率及び高計数率環境下であっても、リアルタイムで容易に放射線の定量分析及びエネルギー分析が可能になる。さらに、放射線計測装置の放射線遮へい体の厚みを薄くすることができ、放射線遮へい体を含む放射線計測装置の小型軽量化が可能になる。さらに、高計数率での性能維持に伴って、高速の放射線監視装置及び放射線計測装置として利用できるので、放射線の測定時間を短縮することができる。
【００１７】
本発明の目的は、放射線検出器が有する時間分解能を維持しつつ、放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる放射線計測装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、放射線を検出して放射線検出信号であるアナログパルス信号を出力する放射線検出器と、放射線検出器から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換装置と、アナログデジタル変換装置から出力される複数のデジタル信号をアナログパルス信号ごとに加算してアナログパルス信号ごとに加算値を求めるデジタル信号加算装置と、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、この放射線エネルギースペクトルの情報を用いて放射線検出器で検出される前記放射線を放出する放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を行うスペクトル生成装置とを備えたことにある。
【００１９】
放射線検出器から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換し、複数のデジタル信号をアナログパルス信号ごとに加算してアナログパルス信号ごとに加算値を求め、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成するので、放射線検出器が有する時間分解能を維持しつつ、放射線検出器から出力された各アナログパルス信号が有している放射線エネルギー情報を得ることができ、放射線エネルギー情報を用いることにより、放射線エネルギースペクトルの情報をリアルタイムで作成することができて、放射線を放出する放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる。
【００２０】
従来技術は、アナログパルス信号から整形アンプを介して、アナログパルス信号と比較して長い時間分解能を有するピークホールド回路でエネルギー分析するため、不感時間が生じてスループットが抑制される。これに対し、本発明は、アナログパルス信号を複数のデジタル信号とし、デジタル的に加算処理するので、放射線検出器が有する時間分解能を維持でき、放射線検出器が有するスループットを活かす（例えば、最大限に活かす）ことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、放射線検出器が有する時間分解能を維持しつつ、放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線計測装置の構成図である。
【図２】図１に示す放射線検出器から出力された放射線検出信号であるパルス信号の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示すアナログデジタル変換器でデジタル変換された、図２に示すパルス信号の一例を示す説明図である。
【図４】図１に示すデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の加算方法の一例を示す説明図である。
【図５】放射線検出器から出力された放射線検出信号であるパルス信号の１つのパルスにおける、デジタル信号加算回路での加算処理において加算するサンプル点の数を示す説明図である。
【図６】図１に示すスペクトル生成回路で生成された放射線エネルギースペクトルの一例を示す説明図である。
【図７】図１に示す表示装置に表示される表示情報の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の放射線計測装置の構成図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例３の放射線計測装置の構成図である。
【図１０】本発明の他の実施例である実施例４の放射線計測装置の構成図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例５の放射線計測装置のデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の加算方法の一例を示す説明図である。
【図１２】実施例５のデジタル信号加算回路でのデジタル変換後のパルス信号の加算時におけるパイルアップ除去方法の一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の他の実施例である実施例６の放射線計測装置のスレッショルド回路及びデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の処理の一例を示す説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例である実施例７の放射線計測装置のスレッショルド回路及びデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の処理の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の他の実施例である実施例８の放射線計測装置の前置増幅器における、デジタル変換後のパルス信号の処理の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施例を、以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線計測装置を、図１を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８は、半導体放射線検出器１、前置増幅器１７、放射線計測回路７及び表示装置６を備えている。放射線計測回路７は、アナログデジタル変換器（アナログデジタル変換装置）２、スレッショルド回路（スレッショルド装置）３、デジタル信号加算回路（デジタル信号加算装置）４及びスペクトル生成回路（スペクトル生成装置）５を有する。半導体放射線検出器１としては、Ｓｉ放射線検出器、Ｇｅ放射線検出器、ＣｄＴｅ放射線検出器、ＧａＡｓ放射線検出器、ＴｌＢｒ放射線検出器、ＨｇＩ２放射線検出器、またはＣＺＴ放射線検出器を用いる。
【００２５】
半導体放射線検出器１は前置増幅器１７に接続され、前置増幅器１７はアナログデジタル変換器２に接続される。アナログデジタル変換器２はスレッショルド回路３に接続され、スレッショルド回路３はデジタル信号加算回路４される。デジタル信号加算回路４はスペクトル生成回路５に接続され、スペクトル生成回路５は表示装置６に接続される。
【００２６】
半導体放射線検出器１は、放射性核種９から放出された放射線１０を検出する。本実施例では、半導体放射線検出器１は放射性核種９から放出された放射線１０を検出しているが、この半導体放射線検出器１によって、加速器等で発生する放射線及び宇宙線を検出することができる。また、半導体放射線検出器１で検出できる放射線は、α線、β線、γ線、Ｘ線、中性子線、陽子線、重粒子線及び宇宙線である。
【００２７】
半導体放射線検出器１は、放射線１０を検出するたびに、放射線検出信号であるパルス信号１５を出力する。このパルス信号１５は、アナログ信号であり、パルス信号の例が図２に示されている。図２に示された各ピークがパルス信号（放射線検出信号）１５である。図２の縦軸は電圧であり、横軸は時刻（時間）である。各パルス信号１５の波高値は、半導体放射線検出器１で検出されたそれぞれの放射線のエネルギーと相関を有している。
【００２８】
半導体放射線検出器１から出力された各パルス信号１５は、前置増幅器１７で増幅された後に、アナログデジタル変換器２に入力される。アナログデジタル変換器２は、入力したアナログ信号であるパルス信号１５をデジタル信号に変換する。なお、アナログ信号であるパルス信号１５をアナログパルス信号と称する。アナログデジタル変換器２から出力されたアナログ／デジタル変換後におけるパルス信号は、図３において黒丸で示される。この黒丸を、デジタルパルス信号と称し、「デジタルパルス信号４６」で表している。図３に示す実線は、アナログのパルス信号である。
【００２９】
アナログデジタル変換器２は、入力した、連続量であるアナログパルス信号１５ごとに離散値であるデジタル信号（デジタルパルス信号）４６に変換する（図４の上段参照）。アナログデジタル変換器２としては、フラッシュ型、パイプライン型、逐次変換型、デルタシグマ型、または二重積分型のアナログデジタル変換器を用いることができる。放射線計測装置８を高計数率（１０４ｃｐｓ以上の計数率の範囲）及び高線量率環境（計数率が１０４ｃｐｓ以上となる環境）下で使用する場合には、半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号１５が高速になるため、アナログデジタル変換器２としては、高速のサンプリング周期の機能を有するアナログデジタル変換器を用いる必要がある。具体的には、半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号１５が高速になると、出力されるアナログパルス信号の数が増加して半導体放射線検出器１からアナログパルス信号が出力される間隔が短くなるため、アナログデジタル変換器２としてサンプリング周期の短いアナログデジタル変換器を用いる。例えば、半導体放射線検出器１として、Ｇｅ放射線検出器を用いた場合には、通常、１２ｂｉｔ以上の分解能で放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を実施する。
【００３０】
アナログデジタル変換器２は、１つのアナログパルス信号１５に対して、５つのサンプル点でデジタルパルス信号４６を出力する（図５の上段参照）。図５の下段は、１つのアナログパルス信号１５における、３つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６を示している。図５の上段及び下段の各実線は、アナログパルス信号１５を示している。アナログデジタル変換器２のアナログ／デジタル変換により、連続したアナログパルス信号１５のデータを離散値（各デジタルパルス信号４６の電圧）として取り扱うため、１つのアナログパルス信号１５のサンプル点の数により、後述する放射線エネルギーの算出値（例えば、図４に示す加算値２３）に誤差が生じる。規格化した連続データ（アナログデジタル信号１５）に対する離散データ（各デジタルパルス信号４６）の誤差を０．１％以下にするためには、デジタルパルス信号４６を生成するサンプル点の数を５点以上にする必要がある。これにより、あるアナログパルス信号１５の放射線エネルギーに対する、そのアナログ信号１５に対する５以上のサンプル点でのデジタルパルス信号４６の加算により求めた放射線エネルギーの誤差を、０．１％以下にすることができる。
【００３１】
半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５の各サンプル点の電圧値は、半導体放射線検出器１で検出された放射線１０のエネルギーと相関を有するので、半導体放射線検出器１に入射される放射線１０のエネルギーが既知であれば、１つのアナログパルス信号１５当たりのサンプル点の数の制御は容易に可能である。サンプル点の周期はデジタル処理回路（スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５）で決定されているので、１つのアナログパルス信号の処理時間を固定することで、サンプル点の数の制御が可能である。サンプル点の数の制御は、例えば、決定されたサンプル点の周期に基づいて、アナログデジタル変換器２で行われる。１つのアナログパルス信号１５当たりのサンプル点の数を５以上にすることによって、放射線核種９の高精度の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。本実施例におけるサンプル点の数は５である（図４の上段参照）。
【００３２】
スレッショルド回路の代表的な方式として、リーディングエッジタイミング方式及びコンスタントフラクションタイミング方式がある。本実施例で使用するスレッショルド回路３は、リーディングエッジタイミング方式を適用したスレッショルド回路である。このスレッショルド回路３は、スレッショルド値１９を設定している（図３及び図４参照）。アナログデジタル変換器２から出力されたデジタルパルス信号４６を入力したスレッショルド回路３は、そのスレッショルド値１９を超えた電圧を有するデジタルパルス信号４６を、弁別してデジタル信号加算回路４に出力する（図４の上段参照）。
【００３３】
リーディングエッジタイミング方式を適用したスレッショルド回路は、放射線検出器から出力された放射線検出信号の波高値が閾値を超えたか否かで弁別する最も簡単な弁別方式であり、放射線計測以外の多数の分野の計測装置に一般的に用いられている。また、コンスタントフラクションタイミング方式を適用したスレッショルド回路は、放射線検出器から出力された放射線検出信号のパルス波高の立ち上がり時間が異なる場合に用いられる。コンスタントフラクションタイミング方式を適用したスレッショルド回路によって、放射線検出信号に入力される放射線のエネルギーに依存しない放射線検出信号の波高弁別が可能になる。
【００３４】
デジタル信号加算回路である、デジタルパルス信号４６を加算するデジタル信号加算回路４の作用について説明する。デジタル信号加算回路４は、スレッショルド回路３から出力された各デジタルパルス信号４６（図４の上段参照）を入力し、各デジタルパルス信号４６のそれぞれの電圧を加算して加算値２３を算出する（図４の下段参照）。この加算値２３の算出は以下のように行われる。
【００３５】
図４において、加算開始時間（積分開始時間）２１はこの１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの時刻であり、加算時間（積分時間）２２は、この時刻から、その１つのアナログパルス信号１５に対する最も大きなデジタルパルス信号の後でデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９に低下するまでの時間である。１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの第１時刻（加算開始時間２１）、及びその１つのアナログパルス信号１５に対する最も大きなデジタルパルス信号の後でデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９に低下した第２時刻が、スレッショルド回路３からデジタル信号加算回路４に入力される。第２時刻と第１時刻の差（１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号がスレッショルド値以上になっている時間にほぼ等しい）が加算時間２２である。
【００３６】
デジタル信号加算回路４は、１つのアナログパルス信号１５に対して、加算開始時間２１以降で加算時間２２の間に入力した５点のデジタルパルス信号４６のそれぞれの電圧を加算することによって、加算値２３を算出する。図４の下段に示された実線１６は、加算時間２２内に存在する５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６の各電圧が加算された状態において、これらのデジタルパルス信号４６を結んだ線である。加算値２３の算出は、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５のうち、スレッショルド値１９を超える電圧を有する各アナログパルス信号１５に対して行われる。加算値２３は、グラウンドレベル２０との差分である。なお、算出された加算値２３は、半導体放射線検出器１から１つのアナログパルス信号１５を出力させる、半導体放射線検出器１に入射された放射線１０のエネルギーに相当する。
【００３７】
デジタル信号加算回路４は、アナログパルス信号１５において５点のサンプル点でデジタルパルス信号４６を生成し、これらのデジタルパルス信号を加算して加算値２３を求めている。このため、デジタル信号加算回路４は、近似的に、それぞれのアナログパルス信号１５の積分値を求めていることになる。アナログデジタル変換器２において各アナログパルス信号１５をデジタルパルス信号４６に変換するサンプル点の数を６以上にすることによって、上記の積分値は、アナログパルス信号１５の積分値により近くなる。
【００３８】
デジタル信号加算回路４で算出された、それぞれのアナログパルス信号１５に対する５点のデジタルパルス信号４６の電圧の加算値２３が、スペクトル生成回路５に入力される。スペクトル生成回路５は、放射性核種９から放出される放射線１０を測定する所定の測定時間の間に半導体放射線検出器１から出力されたそれぞれのアナログパルス信号１５に対する加算値２３を、１つのアナログパルス信号に対する加算値２３を一個として、加算値２３の値ごとにカウントする。加算値２３のカウント値（計数値）は、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５の計数値、すなわち、半導体放射線検出器１に入射された放射線１０の計数値を示している。加算値２３を加算値２３の値ごとにカウントすることは、半導体放射線検出器１に入射された放射線１０、具体的には、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５を、入射した放射線１０のエネルギーごとにカウントすることに該当する。
【００３９】
スペクトル生成回路５は、１つのアナログパルス信号に対する加算値２３を一個として、算出された加算値２３（半導体放射線検出器１に入射された放射線１０のエネルギー）ごとにカウントした加算値２３の計数値に基づいて、放射線エネルギースペクトルの情報（図６参照）を作成する。図６に示された放射線エネルギースペクトルの例は、光電ピーク２４及びコンプトン分布２６を有している。図６の縦軸は計数値を示し、横軸は加算値（半導体放射線検出器１に入射した放射線１０のエネルギーに相当）２３を示している。
【００４０】
放射線エネルギースペクトルの情報を用いてスペクトル生成回路５で実行される放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析について、説明する。
【００４１】
まず、エネルギー分析について説明する。放射線エネルギースペクトルにおいて、光電ピーク２４、及びコンプトン分布２６のコンプトン端２５は、半導体放射線検出器１に入射した放射線１０のエネルギーと相関がある。このため、光電ピーク２４のピーク中心エネルギー２８は、半導体放射線検出器１に入射した放射線１０の全エネルギーであると近似でき、コンプトン端２５のコンプトン端エネルギー２９に基づいて放射線１０の全エネルギーを評価することができる。
【００４２】
複数の光電ピーク２４及び複数のコンプトン端２５が放射線エネルギースペクトルに存在する場合には、いずれかの光電ピーク２４またはいずれかのコンプトン端２５が既知であれば、一般に実施されている一次関数もしくは二次関数によるフィティングによって、ピーク中心エネルギー２８及びコンプトン端エネルギー２９を、スペクトル生成回路５において算出することができる。
【００４３】
次に、スペクトル生成回路５で実行される放射性核種９の定量分析について説明する。また、ピーク中心エネルギー２８に基づいて半導体放射線検出器１に入射された放射線１０を放出する放射性核種９の種類が同定される。さらに、同定された放射性核種９に対するネット計数値２７を、光電ピーク２４に基づいて、知られている一般的な手法を用いて算出する。さらに、この算出されたネット計数値領域２７の面積を、放射性核種９が放射する各エネルギー放射線の放射率、及び半導体放射線検出器１の幾何効率、半導体放射線検出器１の放射線１０の検出効率、放射線核種９の放射線放射率及び半導体放射線検出器１の放射線遮へい条件等の補正効率を加えることによって、同定された放射性核種９を定量化することができる。
【００４４】
スペクトル生成回路５は、得られた放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析の結果の情報等を表示装置６に出力する。表示装置６はこれらの情報等を表示する。表示装置６に表示された表示情報の一例を図７に示す。この表示情報は、ディスクリミネータ条件、及び加算時間等の加算処理設定パラメータ、エネルギースペクトルで取得できる光電ピーク等のＲＯＩ（Region of Interest：関心領域）を設定するＲＯＩ設定パラメータ、測定時間及び測定回数等を設定する測定設定パラメータ、半導体放射線検出器１の幾何効率、放射線１０の検出効率及び半導体放射線検出器１の放射線遮へい条件等の補正効率を設定する定量分析設定パラメータ、及び測定結果であるインプット計数率、スループット計数率、各ＲＯＩのピーク中心エネルギー、エネルギー分解能、ネット計数率、定量分析結果及び放射線エネルギースペクトルの情報を含んでいる。
【００４５】
本実施例によれば、アナログパルス信号１５ごとに、スレッショルド回路３から出力された、スレッショルド値１９を超えた各サンプル点のデジタルパルス信号４６を、デジタル信号加算回路４において、加算するので、半導体放射線検出器１が有する時間分解能を維持しつつ、半導体放射線検出器１から出力された各アナログパルス信号１５が有している放射線エネルギー情報（加算値２３）を得ることができる。さらに、本実施例は、スペクトル生成回路５において、デジタル信号加算回路４で得られた放射線エネルギー情報（加算値２３）を用いることにより、放射線エネルギースペクトルの情報を、放射線を測定しながら作成する、すなわち、リアルタイムで作成することができ、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を容易にかつ精度良く行うことができる。
【００４６】
上記した効果を得ることができる本実施例の放射線計測装置８は、半導体放射線検出器１が有する時間分解能等の性能を最大限に生かして、高計数率環境での放射線１０の測定を行うことができ、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を精度良くかつ短時間に行うことができる。このため、本実施例の放射線計測装置８は、放射線１０の測定時間を短縮することができる。また、放射線計測装置８が高計数率環境での放射線１０の測定ができるので、半導体放射線検出器１の放射線遮へい体の厚みを薄くすることができる。このため、放射線遮へい体を含む半導体放射線検出器１の小型化及び軽量化を図ることができる
本実施例は、デジタル信号加算回路４の前段にアナログデジタル変換器２を配置し、デジタル信号加算回路４がアナログデジタル変換器２で生成されたデジタルパルス信号４６を入力するので、デジタル信号加算回路４及びこれよりも後段の各回路における信号処理をデジタル処理にすることができ、他機器、例えば、表示装置との接続、すなわち情報の受け渡しが容易になる。また、デジタル信号加算回路４の前段にアナログデジタル変換器２を配置することによって、アナログパルス信号を早い段階でデジタル化することができ、誘導ノイズ等の電気ノイズに対する耐ノイズ性能が向上する。
【００４７】
本実施例では、１つのアナログパルス信号１５において、デジタルパルス信号４６を生成するサンプル点の数を５点にしているので、連続したアナログパルス信号１５に対して、離散値である各デジタルパルス信号４６の電圧を用いて求めたそのアナログパルス信号１５の放射線エネルギー（加算値２３）の誤差を、０．１％以下に抑えることができる。
【００４８】
本実施例は、スレッショルド回路３を備えているため、このスレッショルド回路３により、電気ノイズ及び測定対象以外の放射性核種に起因した信号を除去することができる。このため、スレッショルド回路３から出力されたデジタルパルス信号４６を入力するデジタル信号加算回路４は、測定対象の放射線核種９から放出された放射線１０の放射線エネルギー（加算値２３）を精度良く求めることができる。また、シュレッショルド値１９を超えるデジタルパルス信号４６がスレッショルド回路３から出力されるので、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５に入力される不必要な情報が低減される。このため、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５に対する負荷が軽減される。
【００４９】
本実施例では、１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの第１時刻を、デジタル信号加算回路４におけるデジタルパルス信号４６の加算開始時間２１にしているので、デジタル信号加算回路４でのそのアナログパルス信号１５に対する各デジタルパルス信号４６の加算処理を、スレッショルド回路３におけるそれらのデジタルパルス信号４６の波高弁別処理と同期させて行うことができる。このため、本実施例では、より精度の高い放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００５０】
本実施例によれば、半導体放射線検出器１の出力であるアナログパルス信号１５を前置増幅器１７に入力しているので、アナログパルス信号１５のシグナルノイズ比（ＳＮ比）を改善することができ、分解能がより高い、放射線核種の定量分析及びエネンルギー分析が可能になる。
【００５１】
本実施例の放射線計測装置８のスペクトル生成回路５において、横軸が１つのアナログパルス信号１５に対する複数のデジタルパルス信号４６の加算値２３であって縦軸が計数値である放射線エネルギースペクトルの情報を作成するため、一般的な放射線エネルギースペクトルとして用いられる波高値スペクトル（横軸が放射線検出信号の波高値）と同等の放射線エネルギースペクトル情報を生成することができる。
【００５２】
本実施例では、スペクトル生成回路５で実行される放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析は、放射線エネルギースペクトルの情報に基づいて得られた光電ピーク２４のピーク中心エネルギー２８またはコンプトン端２５のコンプトン端エネルギー２９を用いて行われるため、放射線１０及び半導体放射線検出器１の相互作用に基づいた放射線核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【実施例２】
【００５３】
本発明の他の実施例である実施例２の放射線計測装置を、図８を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８Ａは、実施例１の放射線計測装置８において半導体放射線検出器１をシンチレーション検出器（放射線検出器）１３に替え、前置増幅器１７を削除した構成を有する。放射線計測装置８Ａの他の構成は実施例１の放射線計測装置８と同じである。
【００５４】
放射線計測装置８Ａは、シンチレーション検出器１３、放射線計測回路７及び表示装置６を備えている。シンチレーション検出器１３は、シンチレータ１１及び光検出器１２を有する。放射線１０を検出するシンチレータ１１が光検出器１２に光学接着され、光検出器１１がアナログデジタル変換器２に接続される。
【００５５】
放射線を検出してシンチレーション光を発生するシンチレータ１１として、ＮａＩ（Ｔｌ），ＢＧＯ，ＧＳＯ，ＬＳＯ，ＹＡＰ，ＬｕＡＧ（Ｐｒ），ＬａＢｒ３（Ｃｅ），ＣｓＩ，またはＰＷＯで作られたシンチレータが用いられる。特に、高計数率及び高線量率環境で使用する場合には、発光減衰時間が短いシンチレータが必要になる。発光減衰時間が１００ｎｓ以下のシンチレータとして、ＬａＢｒ３（Ｃｅ），ＬａＣｌ３（Ｃｅ），ＬＳＯ（Ｃｅ），ＹＡＧ，ＧＳＯ（Ｃｅ），ＰＷＯ，ＣｅＦ２，ＬｕＡＧ（Ｐｒ）またはＬｕＡｇ（Ｃｅ）で作られたシンチレータがある。
【００５６】
光検出器１２は、シンチレータ１１で発生したシンチレーション光を入力して、このシンチレーション光を電気信号に変換する。光検出器１２として、光電子増倍管、フォトダイオードまたはアパランシェフォトダイオードを用いる。
【００５７】
信号処理の高速性が要求される本実施例では、光検出器１２として光電子増倍管を用いており、光電子増倍管から出力されるアナログパルス信号１５の電圧が高いので、実施例１で用いた前置増幅器１７は不要である。光検出器１２として光電子増倍管を用いる場合でも、信号処理の高速性を少し犠牲にしてＳＮ比の向上を目指す場合には、光電子増倍管を、前置増幅器１７を介してアナログデジタル変換器２に接続しても良い。また、光検出器１２としてフォトダイオードを用いた放射線計測装置８Ａでは、フォトダイオードから出力されるアナログパルス信号１５の電圧が低いので、このフォトダイオードの出力端に前置増幅器１７を接続し、この前置増幅器１７をアナログデジタル変換器２に接続する必要がある。
【００５８】
放射性核種９から放出された放射線１０がシンチレータ１１に入射されたとき、シンチレータ１１はシンチレーション光を発する。このシンチレーション光が光検出器１２に入射され、光検出器１２はシンチレーション光を電気信号であるアナログパルス信号１５に変換してこのアナログパルス信号１５を出力する。出力されたアナログパルス信号１５は、放射線計測回路７のアナログデジタル変換器２に入力される。本実施例の放射線計測装置８Ａにおけるアナログデジタル変換器２、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれは、実施例１の放射線計測装置８におけるアナログデジタル変換器２、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれで実施される処理を実行する。
【００５９】
この結果、本実施例は、実施例１と同様に、デジタル信号加算回路４においてスレッショルド回路３から出力された各デジタルパルス信号４６の電圧を加算して加算値２３を算出し、スペクトル生成回路５はこれらの加算値２３を用いて放射線エネルギースペクトルの情報を作成して放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を実施する。
【００６０】
本実施例も、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００６１】
放射線計測装置８Ａを高計数率（１０４ｃｐｓ以上の計数率の範囲）及び高線量率環境下で使用する場合には、光検出器１２から出力されるアナログパルス信号１５が高速になるため、アナログデジタル変換器２としては、高速のサンプリング周期の機能を有するアナログデジタル変換器を用いる必要がある。例えば、１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いる場合には、アナログデジタル変換器２として、５０ＭＨｚ以上のサンプリング周期を有するアナログデジタル変換器を用いるとよい。５０ＭＨｚ以上のサンプリング周期を有するアナログデジタル変換器２を用いることによって、光検出器１２からアナログデジタル変換器２にアナログパルス信号１５を出力する周期を２０ｎｓにすることができるため、シンチレーション検出器１３に１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いた場合であっても、そのアナログデジタル変換器２は、光検出器１２から出力される１００ｎｓ以下のパルス時間幅を有する高速のアナログパルス信号１５を入力しても、デジタルパルス信号４６に変換することができる。したがって、１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いた場合であっても、１０ｂｉｔ以上の分解能で放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を実施することができる。１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いる場合には、アナログデジタル変換器２として、サンプリング周期が実現できる範囲である５０ＭＨｚ〜２ＧＨｚの範囲内でサンプリング周期を有するアナログデジタル変換器を用いることが望ましい。
【００６２】
シンチレーション検出器１３に１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いた場合には、１０５ｃｐｓ以上の高計数率環境または数ｍＳｖ／ｈ以上の高線量率環境下にある領域にシンチレーション検出器１３が配置されている放射線計測装置８Ａでも、精度の高い、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【実施例３】
【００６３】
本発明の他の実施例である実施例３の放射線計測装置を、図９を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８Ｂは、実施例１の放射線計測装置８において半導体放射線検出器１をダイヤモンド放射線検出器１４に替えた構成を有する。放射線計測装置８Ｂの他の構成は実施例１の放射線計測装置８と同じである。
【００６４】
ダイヤモンド放射線検出器１４は、検出素子に半導体を用いている半導体放射線検出器１と異なり、検出素子にダイヤモンドを用いている。しかし、ダイヤモンド放射線検出器１４は、半導体放射線検出器１と同様に、その検出素子に電圧を印加し、入射した放射線１０との相互作用で検出素子内に発生した電子を検出素子に設けた１つの電極に集め、その相互作用で検出素子内に発生した正孔をその検出素子に設けた他の電極に集め、それらの電極間に生じる電位をアナログパルス信号１５として出力する機能を有している。
【００６５】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例４】
【００６６】
本発明の他の実施例である実施例４の放射線計測装置を、図１０を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８Ｃは、実施例１の放射線計測装置８において放射線計測回路７を放射線計測回路７Ａに替えた構成を有する。放射線計測装置８Ｃの他の構成は実施例１の放射線計測装置８と同じである。
【００６７】
放射線計測回路７Ａは、アナログデジタル回路２及び書き換え可能なゲートアレイ（Field programmable gate array）３０を有する。書き換え可能なゲートアレイを、以下においてＦＰＧＡと称する。ＦＰＧＡ３０は、放射線計測回路７に用いられるスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５の各機能を有し、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５の各機能をそれぞれプログラムにより構築している。本実施例において、プログラムにより構築されたスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５の各機能を、便宜的に、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５と称する。
【００６８】
スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれにおける設定パラメータは、半導体放射線検出器１で測定する放射線１０の種類に応じて変更する必要がある。しかしながら、放射線計測装置８ＣはＦＰＧＡ３０を用いているので、半導体放射線検出器１で測定する放射線１０の種類を変える場合、例えば、γ線の測定をα線に変える場合には、ＦＰＧＡ３０におけるスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれのγ線の設定パラメータを、α線の設定パラメータに変更することにより、放射線計測装置８Ｃでα線を測定することができる。
【００６９】
放射線計測装置８Ｃでは、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５が、前置増幅器１７を介してアナログデジタル変換器２に入力されてデジタルパルス信号４６に変換される。このデジタルパルス信号４６がＦＰＧＡ３０に入力され、ＦＰＧＡ３０にいて、実施例１と同様に、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれの処理が順次実行される。表示装置６には、例えば、図７に示すそれぞれの表示情報が表示される。
【００７０】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、ＦＰＧＡ３０を備えているので、半導体放射線検出器１で測定する放射線１０の種類に応じて設定パラメータを変更することができる。このため、放射線計測装置８Ｃは、違う放射線１０を放出する放射線核種の定量分析及びエネルギー分析を容易に行うことができる。
【００７１】
実施例２の放射線計測装置８Ａ及び実施例３の放射線計測装置８Ｂにおいて、放射線計測回路７のスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５を、ＦＰＧＡ３０に置き換えてもよい。この場合には、それぞれのＦＰＧＡ３０において、シンチレーション検出器１３またはダイヤモンド放射線検出器１４に対する設定パラメータを容易に設定することができる。
【実施例５】
【００７２】
本発明の他の実施例である実施例５の放射線計測装置を、図１及び図１１を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置は、実施例１の放射線計測装置８と実質的に同じ構成を有する。本実施例の放射線計測装置は、放射線計測装置８とは、デジタル信号加算回路４の処理が異なっているだけである。
【００７３】
本実施例の放射線計測装置では、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５は、前置増幅器１７で増幅された後に、アナログデジタル変換器２に入力されてデジタルパルス信号４６に変換される。このデジタルパルス信号４６がスレッショルド回路３に入力される。スレッショルド回路３はスレッショルド値１９を超えるデジタルパルス信号４６を出力する。
【００７４】
本実施例で用いられるデジタル信号加算回路４は、実施例１において用いられるデジタル信号加算回路４と異なり、加算時間が加算時間３３に予め設定されている。本実施例で用いられるデジタル信号加算回路４は、スレッショルド回路３でアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの第１時刻を加算開始時間２１とし（図１１の上段参照）、この加算開始時間２１を起点として加算時間３３が経過するまでの間で、１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６をそれぞれ加算する。この加算により、１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６の加算値３４が、デジタル信号加算回路４で算出される（図１１の下段参照）。図１１の下段に示された実線１６Ａは、加算時間３３内に存在する５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６の各電圧が加算された状態において、これらのデジタルパルス信号４６を結んだ線である。
【００７５】
スペクトル生成回路５は、その加算値３４を入力し、加算値２３を入力する実施例１のスペクトル生成回路５と同様に、放射線エネルギースペクトルの情報を作成し、放射線１０を放出する放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行う。
【００７６】
本実施例で用いられるデジタル信号加算回路４に設定された加算時間３３は、常に一定であるため、実施例１に用いられるデジタル信号加算回路４で使用される加算時間２２と異なり、アナログデジタル信号１５のパイルアップを防ぐことができる。
【００７７】
このパイルアップについて説明する。半導体放射線検出器１に短時間の間に複数、例えば２つの放射線１０が入射された場合には、図１２に示すように、２つのアナログパルス信号が重なっている状態であるピークを２つ有するアナログパルス信号１５Ａが、半導体放射線検出器１から出力される。図１２において、アナログパルス信号１５Ａはパイルアップしている信号の一例を示し、アナログパルス信号１５Ｂ，１５Ｃはパイルアップしていない信号の例を示している。図１２の上段である（Ａ）に示されるように、実施例１では、アナログパルス信号１５Ａがスレッショルド値１９を超える第１時刻（加算開始時間２１）から、このアナログパルス信号１５Ａがスレッショルド値１９まで低下した第２時刻までの間の時間が、デジタル信号加算回路４で加算処理を行う加算時間２２になる。複数、例えば、２つのアナログパルス信号が重なってパイルアップが生じた場合には、加算時間２２が、図４に示される、ピークが１つ存在する１つのアナログパルス信号に対する加算時間２１よりも長くなる。
【００７８】
本実施例では、図１２の下段である（Ｂ）に示されるように、加算開始時間２１を起点とする加算時間３３がデジタル信号加算回路４に予め設定されている。このため、デジタル信号加算回路４で加算処理された、アナログパルス信号１５Ａに対する複数のデジタルパルス信号４６の加算値３４は、アナログパルス信号１５Ａの１つ目のピークのテイル部につながる２つ目のピークを形成する部分に対する複数のデジタルパルス信号４６を含んでいない。このように、本実施例は、パイルアップが生じても、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる。特に、パイルアップが生じやすい高計数率環境の領域に半導体放射線検出器１を配置しても、精度の高い、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００７９】
さらに、本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００８０】
実施例２〜４のそれぞれにおいて、本実施例と同様に、加算時間３３を予め設定してもよい。
【実施例６】
【００８１】
本発明の他の実施例である実施例６の放射線計測装置を、図１及び図１３を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置は、実施例１の放射線計測装置８と実質的に同じ構成を有する。本実施例の放射線計測装置は、放射線計測装置８とは、スレッショルド回路３及びデジタル信号加算回路４の各処理が異なっているだけである。
【００８２】
本実施例の放射線計測装置では、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５は、前置増幅器１７で増幅された後に、アナログデジタル変換器２に入力されてデジタルパルス信号４６に変換される。このデジタルパルス信号４６がスレッショルド回路３に入力される。
【００８３】
まず、本実施例の放射線計測装置におけるスレッショルド回路３の処理について説明する。スレッショルド回路３には、図１３の上段に示すアナログパルス信号１５ごとに５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６を入力する。スレッショルド回路３は、これらのデジタルパルス信号４６を用いて該当するアナログパルス信号１５の近似的な微分波形１８（図１３の中段参照）を求めるとともに、微分波形１８が微分スレッショルド値３０を超えたときの第３時刻（加算開始時間３６）と微分波形１８のグラウンドレベル２０と交差する２つ目のゼロクロス点３２での第４時刻の間の時間（後述の加算時間３４に相当）内に存在するデジタルパルス信号４６を弁別する。そして、スレッショルド回路３は、該当するアナログパルス信号１５において、第３時刻と第４時刻の間に存在して弁別された複数のデジタルパルス信号４６を、デジタル信号加算回路４に出力する。アナログパルス信号１５の近似的な微分波形は、例えば、該当するデジタルパルス信号４６を用いて、隣り合う２点のデジタルパルス信号４６の差分値を微分値として求めるとよい。
【００８４】
デジタル信号加算回路４は、第４時刻と第３時刻の差を加算時間３４とし、この加算時間３４内に存在する、スレッショルド回路３から入力した複数のデジタルパルス信号４６を加算して加算値３５を算出する（図１３の下段参照）。この加算値３５は、グラウンドレベル２０を基準にした値である。図１３の下段に示された実線１６Ｂは、加算時間３４内に存在する５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６の各電圧が加算された状態において、これらのデジタルパルス信号４６を結んだ線である。
【００８５】
スペクトル生成回路５は、その加算値３５を入力し、加算値２３を入力する実施例１のスペクトル生成回路５と同様に、放射線エネルギースペクトルの情報を作成し、放射線１０を放出する放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行う。
【００８６】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００８７】
本実施例は、各アナログパルス信号１５に対してスレッショルド回路３から入力した複数のデジタルパルス信号４６を用いて微分波形１８を求めるので、以下の効果を得ることができる。半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号１５は、図１４の上段に示すように、電気ノイズである高周波信号３７及び低周波信号３８を含んでいる。高周波信号３７及び低周波信号３８はアナログ信号である。スレッショルド回路３よって前述したようにアナログパルス信号１５に対する微分波形１８を求めるとき、高周波信号３７に対する微分波形４０及び低周波信号３８に対する微分波形４１も求められる。微分波形４０及び微分波形４１は、微分スレッショルド上限値４２及び微分スレッショルド下限値４３を用いてスレッショルド回路３で分離される。
【００８８】
微分スレッショルド上限値４２及び微分シュレッショルド下限値４３（図１４の下段参照）が、放射線１０を測定する前において、予めスレッショルド回路３に設定されている。スレッショルド回路３は、アナログパルス信号１５に対する微分波形１８のうち、微分スレッショルド上限値４２と部分シュレッショルド下限値４３の間に入る微分波形１８をデジタル信号加算回路４に出力する。アナログパルス信号１５に比べて立ち上がり時間及び立下り時間が短い高周波信号３７では、波高値レベルがアナログパルス信号１５と同等であっても、微分波形４０のレベルは、微分波形１８のレベルと比較して大きくなる。また、アナログパルス信号１５に比べて立ち上がり時間及び立下り時間が長い低周波信号３８では、波高値レベルがアナログパルス信号１５と同等であっても、微分波形４１のレベルは、微分波形１８のレベルと比較して小さくなる。このため、スレッショルド値１９によってアナログパルス信号１５と弁別できない高周波信号３７及び低周波信号３８は、立ち上がり時間及び立下り時間の長短によってアナログパルス信号１５と弁別することができる。したがって、高周波信号３７及び低周波信号３８を除去できる本実施例は、耐ノイズ性能に優れ、精度の高い放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００８９】
実施例２〜５のそれぞれにおいて、本実施例におけるスレッショルド回路３及びデジタル信号加算回路４の各処理を適用してもよい。
【実施例７】
【００９０】
本発明の他の実施例である実施例７の放射線計測装置を、図１及び図１５を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置は、実施例１の放射線計測装置８と実質的に同じ構成を有する。本実施例の放射線計測装置は、放射線計測装置８とは、前置増幅器１７の処理が異なっているだけである。
【００９１】
半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５（図１５参照）が、前置増幅器１７に入力される。このアナログパルス信号１５は、図１５に示す時間幅４６を有している。前置増幅器１７は、入力した、時間幅４６を有するアナログパルス信号１５を、立ち上がり時間４８を有するアナログパルス信号である前置増幅器出力信号４７に整形する。前置増幅器出力信号４７の立ち上がり時間４８は時間幅４６以下になっている。
【００９２】
アナログパルス信号である前置増幅器出力信号４７は、実施例１と同様に、アナログデジタル変換器２に入力され、５つのサンプル点でデジタルパルス信号１５Ａに変換される。各アナログ信号１５に対するそれぞれのデジタルパルス信号１５Ａが、スレッショルド回路４に入力されて実施例１のように弁別され、デジタル信号加算回路４で加算される。スペクトル生成回路５は、デジタル信号加算回路４から出力された加算値を用いて放射線エネルギースペクトル情報を作成し、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行う。
【００９３】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、前置増幅器出力信号４７の立ち上がり時間４８を時間幅４６以下にするので、半導体放射線検出器１の時間分解能を維持することができ、かつ前置増幅器１７の設置により前置増幅器出力信号４７の耐ノイズ性が向上してエネルギー分解能の維持が可能になる。このため、本実施例は、さらに高精度の放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００９４】
実施例４〜６のそれぞれにおいて、本実施例における前置増幅器１７の各処理を適用してもよい。
【００９５】
前述した実施例１〜７の各放射線計測装置は、原子力プラント等の放射性物質取扱施設、医療用装置、加速器装置及び宇宙用装置における放射線の計測に適用することができる。原子力プラントでは、それらの放射線計測装置は、炉心、原子炉格納容器、一次系配管蒸気発生器及び燃料プール等における放射線モニタとして用いられる。医療用装置では、それらの放射線計測装置は、荷電粒子線（陽子線または重粒子線）治療等の患者への荷電粒子線照射、陽電子断層撮影法（ＰＥＴ）及び単一光子放射断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）等の放射線計測システムに適用される。加速器装置では、それらの放射線計測装置は、粒子線計測用システム、中性子線計測用システム及びビームモニタ等に適用できる。宇宙用装置では、それらの放射線計測装置は、天体観測用システム等に適用される。
【符号の説明】
【００９６】
１…半導体放射線検出器、２…アナログデジタル変換器、３…スレッショルド回路、４…デジタル信号加算回路、５…スペクトル生成回路、７，７Ａ…放射線計測回路、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…放射線計測装置、９…放射線核種、１０…放射線、１１…シンチレータ、１２…光検出器、１３…シンチレーション検出器、１４…ダイヤモンド放射線検出器、３０…書き換え可能なゲートアレイ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線計測装置及びその方法に係り、特に、放射線検出器から出力されるパルス信号を基に放射線エネルギー分布を生成し、放射性核種を分析するのに好適な放射線計測装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線核種を分析する方法の１つ押して、放射線検出器及び放射線計測回路を含む放射線計測装置を用い、放射線検出器で放射線核種が放射する放射線エネルギーを計測し、放射線計測回路でその放射性核種を同定及び定量している。具体的には、放射線エネルギーを計測するためには、ＮａＩ（ＴＩ）シンチレーション検出器、及びＧｅ（Ｌｉ）半導体検出器等の汎用の放射線検出器いて放射線を電荷等の信号に変換し、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デジタル信号処理（ＤＳＰ）及び多チャンネル波高分析装置等の汎用の放射線計測回路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る。一例として、原子力施設では、原子力プラント運転中での原子力格納容器内、医療施設では加速器運転中のビーム照射室及び放射性同位元素使用室がある。宇宙環境は、地上と比較して非常に高い線量場となる。
【０００４】
これらの環境における線量もしくは放射性核種のモニタリングは、リアルタイムで行われる。その理由として、例えば、原子力施設では、原子力施設の安全性を確保するために、高計数率及び高線量率であっても放射性核種の漏えいをいち早く検出できる放射線計測装置が必要である。また、医療施設においては、陽子線治療等の患者への放射線照射、及び陽電子断層法（ＰＥＴ）の患者への放射性薬剤の投与が実施されている。
【０００５】
放射線計測装置の例が、特開平８−１８９９７４号公報及び特開２００２−５５１７１号公報に記載されている。
【０００６】
特開平８−１８９９７４号公報に記載された放射線計測装置は、入射された放射線に対応して電荷を発生する放射線検出器を有し、プリアンプ、信号検出器、ランプ信号発生器、信号処理部及びスペクトル表示器を有する。プリアンプは放射線検出器で発生した電荷量を電気信号に変換し、この電気信号を出力する。信号検出器はプリアンプの出力信号を検出し、ランプ信号発生器は信号検出器がその出力信号を検出したときに所定のランプ信号を発生する。加算器はプリアンプの出力信号とランプ信号を加算し、ＡＤ変換器はアナログ／デジタル変換により加算器で得られた加算結果をデジタル信号に変換する。信号処理部は、ＡＤ変換器の出力であるデジタル値を積分して得られた積分値を時間平均し、この時間平均値をチャンネル変換する。このような放射線計測装置は、放射線エネルギースペクトルを容易にかつ高精度に求めることができる。
【０００７】
特開２００２−５５１７１号公報は、放射線計測装置を記載している。この放射線計測装置は、半導体放射線検出器、プリアンプ、整形アンプ、バンドパスフィルタ、ピーク検出回路、ピークホールド回路、Ａ／Ｄ変換器及びマルチチャンネルアナライザ（ＭＣＡ）を有する。整形アンプは直列に接続された微分回路、増幅器及び積分器を含んでいる。
【０００８】
プリアンプは、放射線を検出した半導体放射線検出器から出力された放射線検出信号である微小な電荷パルスを積分して電圧パルスに変換し、増幅する。微分回路はこの電圧パルスの減衰時間を短くし、増幅器は微分回路の出力信号を増幅してパルス波形整形を行う。積分器は、増幅器の出力波形をガウス関数状のパルス波形に整形する。バンドパスフィルタは、増幅器の出力波形から放射線検出信号による信号を強調して取り出す。ピーク検出回路は、バンドパスフィルタから出力された信号のうち閾値以上の信号をピーク検出する。ピークホールド回路は、ピーク検出回路から出力された信号によって、積分器から出力された、ガウス関数状のパルス波形に整形された出力信号をピークホールドする。Ａ／Ｄ変換器は、ピークホールド回路でピークホールドされた信号の波高値を、ピーク検出回路からのタイミング信号でＡ／Ｄ変換し、デジタル信号に変換する。ＭＣＡは、そのデジタル信号を統計的に解析し、マルチチャンネル波高分析及び時間分布測定を行う。
【０００９】
特開平７−２９１９号公報は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）が有するランダムな変換誤差を一様にする放射線エネルギースペクトル測定装置を記載している。この放射線エネルギースペクトル測定装置では、プリアンプから出力される矩形状の出力信号にランプ信号を加算し、この加算結果をデジタル変換してサンプリング時間で平均化することによって放射線エネルギースペクトルを導出する。
【００１０】
特許第２５７７３８６号公報は、放射線検出器の出力信号を基に放射線エネルギースペクトルを求める放射線エネルギースペクトル測定装置を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−１８９９７４号公報
【特許文献２】特開２００２−５５１７１号公報
【特許文献３】特開平７−２９１９号公報
【特許文献４】特許第２５７７３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
汎用の放射線検出器及び放射線計測回路を有する放射線計測装置を用いて放射性核種の定量分析及びエネルギー分析をリアルタイムで容易に実施するためには、その放射線計測装置としての最大計数率の上限を１０４〜１０５個／秒（ｃｐｓ）程度として測定及び分析する必要がある。最大計数率の範囲は、使用する放射線検出器及び放射線計測回路に依存する。しかし、後段の放射線計測回路は、信号処理におけるＳ／Ｎ比の向上と引き換えに、放射線検出器が有する時間分解能（例えば、シンチレータでは発光減衰時間及び半導体放射線検出器では電荷収集時間）を劣化させた放射線検出信号の処理を行っている。したがって、従来の放射線計測装置では、放射線検出器が有する時間分解能を劣化させており、最大計数率を超える範囲で放射線測定及び分析を行うためには、信号成分のパイルアップ及び数え落としが深刻になり、リアルタイムにおける放射線の測定ではその測定精度を維持することができない。
【００１３】
特開２００２−５５１７１号に記載された放射線計測装置は、低エネルギー成分を効果的に計測するために整形アンプの増幅器出力部分で分岐した信号を用いてピーク検出、つまり検出しきい値を決定している。この装置は前記検出しきい値の精度向上で、低エネルギー成分を計測できることが特徴で、全エネルギーを対象としたスループット向上装置ではない。つまり放射線計測装置としての最大計数率は１０５ｃｐｓ程度である。
【００１４】
特許第２５７７３８６号に記載された放射線エネルギースペクトル測定装置は、Ｇｅ半導体検出器等を高エネルギー分解能で動作させるための手段であり、スループットを向上するための記述はない。
【００１５】
特開平７−２９１９号公報に記載された放射線エネルギースペクトル測定装置は、Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差を低減するために、全チャンネルの誤差を加えると全体として誤差がゼロになることを利用している。このため、加算器に入力するプリアンプ信号は、特開平７−２９１９号公報の一例で示される振幅Ｐの一定出力にしなければならず、放射線検出器の時間分解能を劣化させることになる。したがって、最大計数率は、１０５ｃｐｓ程度が限界である。特開平８−１８９９７４号公報も、特開平７−２９１９号公報と同じ課題を有する。
【００１６】
放射線計測装置で制限される最大計数率の上限を上げることができれば、放射線検出器が有する時間分解能を活かすことができ、高線量率及び高計数率環境下であっても、リアルタイムで容易に放射線の定量分析及びエネルギー分析が可能になる。さらに、放射線計測装置の放射線遮へい体の厚みを薄くすることができ、放射線遮へい体を含む放射線計測装置の小型軽量化が可能になる。さらに、高計数率での性能維持に伴って、高速の放射線監視装置及び放射線計測装置として利用できるので、放射線の測定時間を短縮することができる。
【００１７】
本発明の目的は、放射線検出器が有する時間分解能を維持しつつ、放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる放射線計測装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、放射線を検出して放射線検出信号であるアナログパルス信号を出力する放射線検出器と、放射線検出器から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換装置と、アナログデジタル変換装置から出力される複数のデジタル信号をアナログパルス信号ごとに加算してアナログパルス信号ごとに加算値を求めるデジタル信号加算装置と、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、この放射線エネルギースペクトルの情報を用いて放射線検出器で検出される前記放射線を放出する放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を行うスペクトル生成装置とを備えたことにある。
【００１９】
放射線検出器から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換し、複数のデジタル信号をアナログパルス信号ごとに加算してアナログパルス信号ごとに加算値を求め、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成するので、放射線検出器が有する時間分解能を維持しつつ、放射線検出器から出力された各アナログパルス信号が有している放射線エネルギー情報を得ることができ、放射線エネルギー情報を用いることにより、放射線エネルギースペクトルの情報をリアルタイムで作成することができて、放射線を放出する放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる。
【００２０】
従来技術は、アナログパルス信号から整形アンプを介して、アナログパルス信号と比較して長い時間分解能を有するピークホールド回路でエネルギー分析するため、不感時間が生じてスループットが抑制される。これに対し、本発明は、アナログパルス信号を複数のデジタル信号とし、デジタル的に加算処理するので、放射線検出器が有する時間分解能を維持でき、放射線検出器が有するスループットを活かす（例えば、最大限に活かす）ことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、放射線検出器が有する時間分解能を維持しつつ、放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線計測装置の構成図である。
【図２】図１に示す放射線検出器から出力された放射線検出信号であるパルス信号の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示すアナログデジタル変換器でデジタル変換された、図２に示すパルス信号の一例を示す説明図である。
【図４】図１に示すデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の加算方法の一例を示す説明図である。
【図５】放射線検出器から出力された放射線検出信号であるパルス信号の１つのパルスにおける、デジタル信号加算回路での加算処理において加算するサンプル点の数を示す説明図である。
【図６】図１に示すスペクトル生成回路で生成された放射線エネルギースペクトルの一例を示す説明図である。
【図７】図１に示す表示装置に表示される表示情報の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の放射線計測装置の構成図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例３の放射線計測装置の構成図である。
【図１０】本発明の他の実施例である実施例４の放射線計測装置の構成図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例５の放射線計測装置のデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の加算方法の一例を示す説明図である。
【図１２】実施例５のデジタル信号加算回路でのデジタル変換後のパルス信号の加算時におけるパイルアップ除去方法の一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の他の実施例である実施例６の放射線計測装置のスレッショルド回路及びデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の処理の一例を示す説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例である実施例７の放射線計測装置のスレッショルド回路及びデジタル信号加算回路における、デジタル変換後のパルス信号の処理の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の他の実施例である実施例８の放射線計測装置の前置増幅器における、デジタル変換後のパルス信号の処理の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施例を、以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の好適な一実施例である実施例１の放射線計測装置を、図１を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８は、半導体放射線検出器１、前置増幅器１７、放射線計測回路７及び表示装置６を備えている。放射線計測回路７は、アナログデジタル変換器（アナログデジタル変換装置）２、スレッショルド回路（スレッショルド装置）３、デジタル信号加算回路（デジタル信号加算装置）４及びスペクトル生成回路（スペクトル生成装置）５を有する。半導体放射線検出器１としては、Ｓｉ放射線検出器、Ｇｅ放射線検出器、ＣｄＴｅ放射線検出器、ＧａＡｓ放射線検出器、ＴｌＢｒ放射線検出器、ＨｇＩ２放射線検出器、またはＣＺＴ放射線検出器を用いる。
【００２５】
半導体放射線検出器１は前置増幅器１７に接続され、前置増幅器１７はアナログデジタル変換器２に接続される。アナログデジタル変換器２はスレッショルド回路３に接続され、スレッショルド回路３はデジタル信号加算回路４される。デジタル信号加算回路４はスペクトル生成回路５に接続され、スペクトル生成回路５は表示装置６に接続される。
【００２６】
半導体放射線検出器１は、放射性核種９から放出された放射線１０を検出する。本実施例では、半導体放射線検出器１は放射性核種９から放出された放射線１０を検出しているが、この半導体放射線検出器１によって、加速器等で発生する放射線及び宇宙線を検出することができる。また、半導体放射線検出器１で検出できる放射線は、α線、β線、γ線、Ｘ線、中性子線、陽子線、重粒子線及び宇宙線である。
【００２７】
半導体放射線検出器１は、放射線１０を検出するたびに、放射線検出信号であるパルス信号１５を出力する。このパルス信号１５は、アナログ信号であり、パルス信号の例が図２に示されている。図２に示された各ピークがパルス信号（放射線検出信号）１５である。図２の縦軸は電圧であり、横軸は時刻（時間）である。各パルス信号１５の波高値は、半導体放射線検出器１で検出されたそれぞれの放射線のエネルギーと相関を有している。
【００２８】
半導体放射線検出器１から出力された各パルス信号１５は、前置増幅器１７で増幅された後に、アナログデジタル変換器２に入力される。アナログデジタル変換器２は、入力したアナログ信号であるパルス信号１５をデジタル信号に変換する。なお、アナログ信号であるパルス信号１５をアナログパルス信号と称する。アナログデジタル変換器２から出力されたアナログ／デジタル変換後におけるパルス信号は、図３において黒丸で示される。この黒丸を、デジタルパルス信号と称し、「デジタルパルス信号４６」で表している。図３に示す実線は、アナログのパルス信号である。
【００２９】
アナログデジタル変換器２は、入力した、連続量であるアナログパルス信号１５ごとに離散値であるデジタル信号（デジタルパルス信号）４６に変換する（図４の上段参照）。アナログデジタル変換器２としては、フラッシュ型、パイプライン型、逐次変換型、デルタシグマ型、または二重積分型のアナログデジタル変換器を用いることができる。放射線計測装置８を高計数率（１０４ｃｐｓ以上の計数率の範囲）及び高線量率環境（計数率が１０４ｃｐｓ以上となる環境）下で使用する場合には、半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号１５が高速になるため、アナログデジタル変換器２としては、高速のサンプリング周期の機能を有するアナログデジタル変換器を用いる必要がある。具体的には、半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号１５が高速になると、出力されるアナログパルス信号の数が増加して半導体放射線検出器１からアナログパルス信号が出力される間隔が短くなるため、アナログデジタル変換器２としてサンプリング周期の短いアナログデジタル変換器を用いる。例えば、半導体放射線検出器１として、Ｇｅ放射線検出器を用いた場合には、通常、１２ｂｉｔ以上の分解能で放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を実施する。
【００３０】
アナログデジタル変換器２は、１つのアナログパルス信号１５に対して、５つのサンプル点でデジタルパルス信号４６を出力する（図５の上段参照）。図５の下段は、１つのアナログパルス信号１５における、３つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６を示している。図５の上段及び下段の各実線は、アナログパルス信号１５を示している。アナログデジタル変換器２のアナログ／デジタル変換により、連続したアナログパルス信号１５のデータを離散値（各デジタルパルス信号４６の電圧）として取り扱うため、１つのアナログパルス信号１５のサンプル点の数により、後述する放射線エネルギーの算出値（例えば、図４に示す加算値２３）に誤差が生じる。規格化した連続データ（アナログデジタル信号１５）に対する離散データ（各デジタルパルス信号４６）の誤差を０．１％以下にするためには、デジタルパルス信号４６を生成するサンプル点の数を５点以上にする必要がある。これにより、あるアナログパルス信号１５の放射線エネルギーに対する、そのアナログ信号１５に対する５以上のサンプル点でのデジタルパルス信号４６の加算により求めた放射線エネルギーの誤差を、０．１％以下にすることができる。
【００３１】
半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５の各サンプル点の電圧値は、半導体放射線検出器１で検出された放射線１０のエネルギーと相関を有するので、半導体放射線検出器１に入射される放射線１０のエネルギーが既知であれば、１つのアナログパルス信号１５当たりのサンプル点の数の制御は容易に可能である。サンプル点の周期はデジタル処理回路（スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５）で決定されているので、１つのアナログパルス信号の処理時間を固定することで、サンプル点の数の制御が可能である。サンプル点の数の制御は、例えば、決定されたサンプル点の周期に基づいて、アナログデジタル変換器２で行われる。１つのアナログパルス信号１５当たりのサンプル点の数を５以上にすることによって、放射線核種９の高精度の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。本実施例におけるサンプル点の数は５である（図４の上段参照）。
【００３２】
スレッショルド回路の代表的な方式として、リーディングエッジタイミング方式及びコンスタントフラクションタイミング方式がある。本実施例で使用するスレッショルド回路３は、リーディングエッジタイミング方式を適用したスレッショルド回路である。このスレッショルド回路３は、スレッショルド値１９を設定している（図３及び図４参照）。アナログデジタル変換器２から出力されたデジタルパルス信号４６を入力したスレッショルド回路３は、そのスレッショルド値１９を超えた電圧を有するデジタルパルス信号４６を、弁別してデジタル信号加算回路４に出力する（図４の上段参照）。
【００３３】
リーディングエッジタイミング方式を適用したスレッショルド回路は、放射線検出器から出力された放射線検出信号の波高値が閾値を超えたか否かで弁別する最も簡単な弁別方式であり、放射線計測以外の多数の分野の計測装置に一般的に用いられている。また、コンスタントフラクションタイミング方式を適用したスレッショルド回路は、放射線検出器から出力された放射線検出信号のパルス波高の立ち上がり時間が異なる場合に用いられる。コンスタントフラクションタイミング方式を適用したスレッショルド回路によって、放射線検出信号に入力される放射線のエネルギーに依存しない放射線検出信号の波高弁別が可能になる。
【００３４】
デジタル信号加算回路である、デジタルパルス信号４６を加算するデジタル信号加算回路４の作用について説明する。デジタル信号加算回路４は、スレッショルド回路３から出力された各デジタルパルス信号４６（図４の上段参照）を入力し、各デジタルパルス信号４６のそれぞれの電圧を加算して加算値２３を算出する（図４の下段参照）。この加算値２３の算出は以下のように行われる。
【００３５】
図４において、加算開始時間（積分開始時間）２１はこの１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの時刻であり、加算時間（積分時間）２２は、この時刻から、その１つのアナログパルス信号１５に対する最も大きなデジタルパルス信号の後でデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９に低下するまでの時間である。１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの第１時刻（加算開始時間２１）、及びその１つのアナログパルス信号１５に対する最も大きなデジタルパルス信号の後でデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９に低下した第２時刻が、スレッショルド回路３からデジタル信号加算回路４に入力される。第２時刻と第１時刻の差（１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号がスレッショルド値以上になっている時間にほぼ等しい）が加算時間２２である。
【００３６】
デジタル信号加算回路４は、１つのアナログパルス信号１５に対して、加算開始時間２１以降で加算時間２２の間に入力した５点のデジタルパルス信号４６のそれぞれの電圧を加算することによって、加算値２３を算出する。図４の下段に示された実線１６は、加算時間２２内に存在する５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６の各電圧が加算された状態において、これらのデジタルパルス信号４６を結んだ線である。加算値２３の算出は、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５のうち、スレッショルド値１９を超える電圧を有する各アナログパルス信号１５に対して行われる。加算値２３は、グラウンドレベル２０との差分である。なお、算出された加算値２３は、半導体放射線検出器１から１つのアナログパルス信号１５を出力させる、半導体放射線検出器１に入射された放射線１０のエネルギーに相当する。
【００３７】
デジタル信号加算回路４は、アナログパルス信号１５において５点のサンプル点でデジタルパルス信号４６を生成し、これらのデジタルパルス信号を加算して加算値２３を求めている。このため、デジタル信号加算回路４は、近似的に、それぞれのアナログパルス信号１５の積分値を求めていることになる。アナログデジタル変換器２において各アナログパルス信号１５をデジタルパルス信号４６に変換するサンプル点の数を６以上にすることによって、上記の積分値は、アナログパルス信号１５の積分値により近くなる。
【００３８】
デジタル信号加算回路４で算出された、それぞれのアナログパルス信号１５に対する５点のデジタルパルス信号４６の電圧の加算値２３が、スペクトル生成回路５に入力される。スペクトル生成回路５は、放射性核種９から放出される放射線１０を測定する所定の測定時間の間に半導体放射線検出器１から出力されたそれぞれのアナログパルス信号１５に対する加算値２３を、１つのアナログパルス信号に対する加算値２３を一個として、加算値２３の値ごとにカウントする。加算値２３のカウント値（計数値）は、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５の計数値、すなわち、半導体放射線検出器１に入射された放射線１０の計数値を示している。加算値２３を加算値２３の値ごとにカウントすることは、半導体放射線検出器１に入射された放射線１０、具体的には、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５を、入射した放射線１０のエネルギーごとにカウントすることに該当する。
【００３９】
スペクトル生成回路５は、１つのアナログパルス信号に対する加算値２３を一個として、算出された加算値２３（半導体放射線検出器１に入射された放射線１０のエネルギー）ごとにカウントした加算値２３の計数値に基づいて、放射線エネルギースペクトルの情報（図６参照）を作成する。図６に示された放射線エネルギースペクトルの例は、光電ピーク２４及びコンプトン分布２６を有している。図６の縦軸は計数値を示し、横軸は加算値（半導体放射線検出器１に入射した放射線１０のエネルギーに相当）２３を示している。
【００４０】
放射線エネルギースペクトルの情報を用いてスペクトル生成回路５で実行される放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析について、説明する。
【００４１】
まず、エネルギー分析について説明する。放射線エネルギースペクトルにおいて、光電ピーク２４、及びコンプトン分布２６のコンプトン端２５は、半導体放射線検出器１に入射した放射線１０のエネルギーと相関がある。このため、光電ピーク２４のピーク中心エネルギー２８は、半導体放射線検出器１に入射した放射線１０の全エネルギーであると近似でき、コンプトン端２５のコンプトン端エネルギー２９に基づいて放射線１０の全エネルギーを評価することができる。
【００４２】
複数の光電ピーク２４及び複数のコンプトン端２５が放射線エネルギースペクトルに存在する場合には、いずれかの光電ピーク２４またはいずれかのコンプトン端２５が既知であれば、一般に実施されている一次関数もしくは二次関数によるフィティングによって、ピーク中心エネルギー２８及びコンプトン端エネルギー２９を、スペクトル生成回路５において算出することができる。
【００４３】
次に、スペクトル生成回路５で実行される放射性核種９の定量分析について説明する。また、ピーク中心エネルギー２８に基づいて半導体放射線検出器１に入射された放射線１０を放出する放射性核種９の種類が同定される。さらに、同定された放射性核種９に対するネット計数値２７を、光電ピーク２４に基づいて、知られている一般的な手法を用いて算出する。さらに、この算出されたネット計数値領域２７の面積を、放射性核種９が放射する各エネルギー放射線の放射率、及び半導体放射線検出器１の幾何効率、半導体放射線検出器１の放射線１０の検出効率、放射線核種９の放射線放射率及び半導体放射線検出器１の放射線遮へい条件等の補正効率を加えることによって、同定された放射性核種９を定量化することができる。
【００４４】
スペクトル生成回路５は、得られた放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析の結果の情報等を表示装置６に出力する。表示装置６はこれらの情報等を表示する。表示装置６に表示された表示情報の一例を図７に示す。この表示情報は、ディスクリミネータ条件、及び加算時間等の加算処理設定パラメータ、エネルギースペクトルで取得できる光電ピーク等のＲＯＩ（Region of Interest：関心領域）を設定するＲＯＩ設定パラメータ、測定時間及び測定回数等を設定する測定設定パラメータ、半導体放射線検出器１の幾何効率、放射線１０の検出効率及び半導体放射線検出器１の放射線遮へい条件等の補正効率を設定する定量分析設定パラメータ、及び測定結果であるインプット計数率、スループット計数率、各ＲＯＩのピーク中心エネルギー、エネルギー分解能、ネット計数率、定量分析結果及び放射線エネルギースペクトルの情報を含んでいる。
【００４５】
本実施例によれば、アナログパルス信号１５ごとに、スレッショルド回路３から出力された、スレッショルド値１９を超えた各サンプル点のデジタルパルス信号４６を、デジタル信号加算回路４において、加算するので、半導体放射線検出器１が有する時間分解能を維持しつつ、半導体放射線検出器１から出力された各アナログパルス信号１５が有している放射線エネルギー情報（加算値２３）を得ることができる。さらに、本実施例は、スペクトル生成回路５において、デジタル信号加算回路４で得られた放射線エネルギー情報（加算値２３）を用いることにより、放射線エネルギースペクトルの情報を、放射線を測定しながら作成する、すなわち、リアルタイムで作成することができ、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を容易にかつ精度良く行うことができる。
【００４６】
上記した効果を得ることができる本実施例の放射線計測装置８は、半導体放射線検出器１が有する時間分解能等の性能を最大限に生かして、高計数率環境での放射線１０の測定を行うことができ、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を精度良くかつ短時間に行うことができる。このため、本実施例の放射線計測装置８は、放射線１０の測定時間を短縮することができる。また、放射線計測装置８が高計数率環境での放射線１０の測定ができるので、半導体放射線検出器１の放射線遮へい体の厚みを薄くすることができる。このため、放射線遮へい体を含む半導体放射線検出器１の小型化及び軽量化を図ることができる
本実施例は、デジタル信号加算回路４の前段にアナログデジタル変換器２を配置し、デジタル信号加算回路４がアナログデジタル変換器２で生成されたデジタルパルス信号４６を入力するので、デジタル信号加算回路４及びこれよりも後段の各回路における信号処理をデジタル処理にすることができ、他機器、例えば、表示装置との接続、すなわち情報の受け渡しが容易になる。また、デジタル信号加算回路４の前段にアナログデジタル変換器２を配置することによって、アナログパルス信号を早い段階でデジタル化することができ、誘導ノイズ等の電気ノイズに対する耐ノイズ性能が向上する。
【００４７】
本実施例では、１つのアナログパルス信号１５において、デジタルパルス信号４６を生成するサンプル点の数を５点にしているので、連続したアナログパルス信号１５に対して、離散値である各デジタルパルス信号４６の電圧を用いて求めたそのアナログパルス信号１５の放射線エネルギー（加算値２３）の誤差を、０．１％以下に抑えることができる。
【００４８】
本実施例は、スレッショルド回路３を備えているため、このスレッショルド回路３により、電気ノイズ及び測定対象以外の放射性核種に起因した信号を除去することができる。このため、スレッショルド回路３から出力されたデジタルパルス信号４６を入力するデジタル信号加算回路４は、測定対象の放射線核種９から放出された放射線１０の放射線エネルギー（加算値２３）を精度良く求めることができる。また、シュレッショルド値１９を超えるデジタルパルス信号４６がスレッショルド回路３から出力されるので、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５に入力される不必要な情報が低減される。このため、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５に対する負荷が軽減される。
【００４９】
本実施例では、１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの第１時刻を、デジタル信号加算回路４におけるデジタルパルス信号４６の加算開始時間２１にしているので、デジタル信号加算回路４でのそのアナログパルス信号１５に対する各デジタルパルス信号４６の加算処理を、スレッショルド回路３におけるそれらのデジタルパルス信号４６の波高弁別処理と同期させて行うことができる。このため、本実施例では、より精度の高い放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００５０】
本実施例によれば、半導体放射線検出器１の出力であるアナログパルス信号１５を前置増幅器１７に入力しているので、アナログパルス信号１５のシグナルノイズ比（ＳＮ比）を改善することができ、分解能がより高い、放射線核種の定量分析及びエネンルギー分析が可能になる。
【００５１】
本実施例の放射線計測装置８のスペクトル生成回路５において、横軸が１つのアナログパルス信号１５に対する複数のデジタルパルス信号４６の加算値２３であって縦軸が計数値である放射線エネルギースペクトルの情報を作成するため、一般的な放射線エネルギースペクトルとして用いられる波高値スペクトル（横軸が放射線検出信号の波高値）と同等の放射線エネルギースペクトル情報を生成することができる。
【００５２】
本実施例では、スペクトル生成回路５で実行される放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析は、放射線エネルギースペクトルの情報に基づいて得られた光電ピーク２４のピーク中心エネルギー２８またはコンプトン端２５のコンプトン端エネルギー２９を用いて行われるため、放射線１０及び半導体放射線検出器１の相互作用に基づいた放射線核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【実施例２】
【００５３】
本発明の他の実施例である実施例２の放射線計測装置を、図８を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８Ａは、実施例１の放射線計測装置８において半導体放射線検出器１をシンチレーション検出器（放射線検出器）１３に替え、前置増幅器１７を削除した構成を有する。放射線計測装置８Ａの他の構成は実施例１の放射線計測装置８と同じである。
【００５４】
放射線計測装置８Ａは、シンチレーション検出器１３、放射線計測回路７及び表示装置６を備えている。シンチレーション検出器１３は、シンチレータ１１及び光検出器１２を有する。放射線１０を検出するシンチレータ１１が光検出器１２に光学接着され、光検出器１１がアナログデジタル変換器２に接続される。
【００５５】
放射線を検出してシンチレーション光を発生するシンチレータ１１として、ＮａＩ（Ｔｌ），ＢＧＯ，ＧＳＯ，ＬＳＯ，ＹＡＰ，ＬｕＡＧ（Ｐｒ），ＬａＢｒ３（Ｃｅ），ＣｓＩ，またはＰＷＯで作られたシンチレータが用いられる。特に、高計数率及び高線量率環境で使用する場合には、発光減衰時間が短いシンチレータが必要になる。発光減衰時間が１００ｎｓ以下のシンチレータとして、ＬａＢｒ３（Ｃｅ），ＬａＣｌ３（Ｃｅ），ＬＳＯ（Ｃｅ），ＹＡＧ，ＧＳＯ（Ｃｅ），ＰＷＯ，ＣｅＦ２，ＬｕＡＧ（Ｐｒ）またはＬｕＡｇ（Ｃｅ）で作られたシンチレータがある。
【００５６】
光検出器１２は、シンチレータ１１で発生したシンチレーション光を入力して、このシンチレーション光を電気信号に変換する。光検出器１２として、光電子増倍管、フォトダイオードまたはアパランシェフォトダイオードを用いる。
【００５７】
信号処理の高速性が要求される本実施例では、光検出器１２として光電子増倍管を用いており、光電子増倍管から出力されるアナログパルス信号１５の電圧が高いので、実施例１で用いた前置増幅器１７は不要である。光検出器１２として光電子増倍管を用いる場合でも、信号処理の高速性を少し犠牲にしてＳＮ比の向上を目指す場合には、光電子増倍管を、前置増幅器１７を介してアナログデジタル変換器２に接続しても良い。また、光検出器１２としてフォトダイオードを用いた放射線計測装置８Ａでは、フォトダイオードから出力されるアナログパルス信号１５の電圧が低いので、このフォトダイオードの出力端に前置増幅器１７を接続し、この前置増幅器１７をアナログデジタル変換器２に接続する必要がある。
【００５８】
放射性核種９から放出された放射線１０がシンチレータ１１に入射されたとき、シンチレータ１１はシンチレーション光を発する。このシンチレーション光が光検出器１２に入射され、光検出器１２はシンチレーション光を電気信号であるアナログパルス信号１５に変換してこのアナログパルス信号１５を出力する。出力されたアナログパルス信号１５は、放射線計測回路７のアナログデジタル変換器２に入力される。本実施例の放射線計測装置８Ａにおけるアナログデジタル変換器２、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれは、実施例１の放射線計測装置８におけるアナログデジタル変換器２、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれで実施される処理を実行する。
【００５９】
この結果、本実施例は、実施例１と同様に、デジタル信号加算回路４においてスレッショルド回路３から出力された各デジタルパルス信号４６の電圧を加算して加算値２３を算出し、スペクトル生成回路５はこれらの加算値２３を用いて放射線エネルギースペクトルの情報を作成して放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を実施する。
【００６０】
本実施例も、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００６１】
放射線計測装置８Ａを高計数率（１０４ｃｐｓ以上の計数率の範囲）及び高線量率環境下で使用する場合には、光検出器１２から出力されるアナログパルス信号１５が高速になるため、アナログデジタル変換器２としては、高速のサンプリング周期の機能を有するアナログデジタル変換器を用いる必要がある。例えば、１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いる場合には、アナログデジタル変換器２として、５０ＭＨｚ以上のサンプリング周期を有するアナログデジタル変換器を用いるとよい。５０ＭＨｚ以上のサンプリング周期を有するアナログデジタル変換器２を用いることによって、光検出器１２からアナログデジタル変換器２にアナログパルス信号１５を出力する周期を２０ｎｓにすることができるため、シンチレーション検出器１３に１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いた場合であっても、そのアナログデジタル変換器２は、光検出器１２から出力される１００ｎｓ以下のパルス時間幅を有する高速のアナログパルス信号１５を入力しても、デジタルパルス信号４６に変換することができる。したがって、１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いた場合であっても、１０ｂｉｔ以上の分解能で放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を実施することができる。１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いる場合には、アナログデジタル変換器２として、サンプリング周期が実現できる範囲である５０ＭＨｚ〜２ＧＨｚの範囲内でサンプリング周期を有するアナログデジタル変換器を用いることが望ましい。
【００６２】
シンチレーション検出器１３に１００ｎｓ以下の発光減衰時間を有するシンチレータ１１を用いた場合には、１０５ｃｐｓ以上の高計数率環境または数ｍＳｖ／ｈ以上の高線量率環境下にある領域にシンチレーション検出器１３が配置されている放射線計測装置８Ａでも、精度の高い、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【実施例３】
【００６３】
本発明の他の実施例である実施例３の放射線計測装置を、図９を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８Ｂは、実施例１の放射線計測装置８において半導体放射線検出器１をダイヤモンド放射線検出器１４に替えた構成を有する。放射線計測装置８Ｂの他の構成は実施例１の放射線計測装置８と同じである。
【００６４】
ダイヤモンド放射線検出器１４は、検出素子に半導体を用いている半導体放射線検出器１と異なり、検出素子にダイヤモンドを用いている。しかし、ダイヤモンド放射線検出器１４は、半導体放射線検出器１と同様に、その検出素子に電圧を印加し、入射した放射線１０との相互作用で検出素子内に発生した電子を検出素子に設けた１つの電極に集め、その相互作用で検出素子内に発生した正孔をその検出素子に設けた他の電極に集め、それらの電極間に生じる電位をアナログパルス信号１５として出力する機能を有している。
【００６５】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例４】
【００６６】
本発明の他の実施例である実施例４の放射線計測装置を、図１０を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置８Ｃは、実施例１の放射線計測装置８において放射線計測回路７を放射線計測回路７Ａに替えた構成を有する。放射線計測装置８Ｃの他の構成は実施例１の放射線計測装置８と同じである。
【００６７】
放射線計測回路７Ａは、アナログデジタル回路２及び書き換え可能なゲートアレイ（Field programmable gate array）３０を有する。書き換え可能なゲートアレイを、以下においてＦＰＧＡと称する。ＦＰＧＡ３０は、放射線計測回路７に用いられるスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５の各機能を有し、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５の各機能をそれぞれプログラムにより構築している。本実施例において、プログラムにより構築されたスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５の各機能を、便宜的に、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５と称する。
【００６８】
スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれにおける設定パラメータは、半導体放射線検出器１で測定する放射線１０の種類に応じて変更する必要がある。しかしながら、放射線計測装置８ＣはＦＰＧＡ３０を用いているので、半導体放射線検出器１で測定する放射線１０の種類を変える場合、例えば、γ線の測定をα線に変える場合には、ＦＰＧＡ３０におけるスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれのγ線の設定パラメータを、α線の設定パラメータに変更することにより、放射線計測装置８Ｃでα線を測定することができる。
【００６９】
放射線計測装置８Ｃでは、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５が、前置増幅器１７を介してアナログデジタル変換器２に入力されてデジタルパルス信号４６に変換される。このデジタルパルス信号４６がＦＰＧＡ３０に入力され、ＦＰＧＡ３０にいて、実施例１と同様に、スレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５のそれぞれの処理が順次実行される。表示装置６には、例えば、図７に示すそれぞれの表示情報が表示される。
【００７０】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、ＦＰＧＡ３０を備えているので、半導体放射線検出器１で測定する放射線１０の種類に応じて設定パラメータを変更することができる。このため、放射線計測装置８Ｃは、違う放射線１０を放出する放射線核種の定量分析及びエネルギー分析を容易に行うことができる。
【００７１】
実施例２の放射線計測装置８Ａ及び実施例３の放射線計測装置８Ｂにおいて、放射線計測回路７のスレッショルド回路３、デジタル信号加算回路４及びスペクトル生成回路５を、ＦＰＧＡ３０に置き換えてもよい。この場合には、それぞれのＦＰＧＡ３０において、シンチレーション検出器１３またはダイヤモンド放射線検出器１４に対する設定パラメータを容易に設定することができる。
【実施例５】
【００７２】
本発明の他の実施例である実施例５の放射線計測装置を、図１及び図１１を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置は、実施例１の放射線計測装置８と実質的に同じ構成を有する。本実施例の放射線計測装置は、放射線計測装置８とは、デジタル信号加算回路４の処理が異なっているだけである。
【００７３】
本実施例の放射線計測装置では、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５は、前置増幅器１７で増幅された後に、アナログデジタル変換器２に入力されてデジタルパルス信号４６に変換される。このデジタルパルス信号４６がスレッショルド回路３に入力される。スレッショルド回路３はスレッショルド値１９を超えるデジタルパルス信号４６を出力する。
【００７４】
本実施例で用いられるデジタル信号加算回路４は、実施例１において用いられるデジタル信号加算回路４と異なり、加算時間が加算時間３３に予め設定されている。本実施例で用いられるデジタル信号加算回路４は、スレッショルド回路３でアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６がスレッショルド値１９を超えたときの第１時刻を加算開始時間２１とし（図１１の上段参照）、この加算開始時間２１を起点として加算時間３３が経過するまでの間で、１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６をそれぞれ加算する。この加算により、１つのアナログパルス信号１５に対するデジタルパルス信号４６の加算値３４が、デジタル信号加算回路４で算出される（図１１の下段参照）。図１１の下段に示された実線１６Ａは、加算時間３３内に存在する５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６の各電圧が加算された状態において、これらのデジタルパルス信号４６を結んだ線である。
【００７５】
スペクトル生成回路５は、その加算値３４を入力し、加算値２３を入力する実施例１のスペクトル生成回路５と同様に、放射線エネルギースペクトルの情報を作成し、放射線１０を放出する放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行う。
【００７６】
本実施例で用いられるデジタル信号加算回路４に設定された加算時間３３は、常に一定であるため、実施例１に用いられるデジタル信号加算回路４で使用される加算時間２２と異なり、アナログデジタル信号１５のパイルアップを防ぐことができる。
【００７７】
このパイルアップについて説明する。半導体放射線検出器１に短時間の間に複数、例えば２つの放射線１０が入射された場合には、図１２に示すように、２つのアナログパルス信号が重なっている状態であるピークを２つ有するアナログパルス信号１５Ａが、半導体放射線検出器１から出力される。図１２において、アナログパルス信号１５Ａはパイルアップしている信号の一例を示し、アナログパルス信号１５Ｂ，１５Ｃはパイルアップしていない信号の例を示している。図１２の上段である（Ａ）に示されるように、実施例１では、アナログパルス信号１５Ａがスレッショルド値１９を超える第１時刻（加算開始時間２１）から、このアナログパルス信号１５Ａがスレッショルド値１９まで低下した第２時刻までの間の時間が、デジタル信号加算回路４で加算処理を行う加算時間２２になる。複数、例えば、２つのアナログパルス信号が重なってパイルアップが生じた場合には、加算時間２２が、図４に示される、ピークが１つ存在する１つのアナログパルス信号に対する加算時間２１よりも長くなる。
【００７８】
本実施例では、図１２の下段である（Ｂ）に示されるように、加算開始時間２１を起点とする加算時間３３がデジタル信号加算回路４に予め設定されている。このため、デジタル信号加算回路４で加算処理された、アナログパルス信号１５Ａに対する複数のデジタルパルス信号４６の加算値３４は、アナログパルス信号１５Ａの１つ目のピークのテイル部につながる２つ目のピークを形成する部分に対する複数のデジタルパルス信号４６を含んでいない。このように、本実施例は、パイルアップが生じても、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を精度良く行うことができる。特に、パイルアップが生じやすい高計数率環境の領域に半導体放射線検出器１を配置しても、精度の高い、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００７９】
さらに、本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００８０】
実施例２〜４のそれぞれにおいて、本実施例と同様に、加算時間３３を予め設定してもよい。
【実施例６】
【００８１】
本発明の他の実施例である実施例６の放射線計測装置を、図１及び図１３を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置は、実施例１の放射線計測装置８と実質的に同じ構成を有する。本実施例の放射線計測装置は、放射線計測装置８とは、スレッショルド回路３及びデジタル信号加算回路４の各処理が異なっているだけである。
【００８２】
本実施例の放射線計測装置では、半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５は、前置増幅器１７で増幅された後に、アナログデジタル変換器２に入力されてデジタルパルス信号４６に変換される。このデジタルパルス信号４６がスレッショルド回路３に入力される。
【００８３】
まず、本実施例の放射線計測装置におけるスレッショルド回路３の処理について説明する。スレッショルド回路３には、図１３の上段に示すアナログパルス信号１５ごとに５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６を入力する。スレッショルド回路３は、これらのデジタルパルス信号４６を用いて該当するアナログパルス信号１５の近似的な微分波形１８（図１３の中段参照）を求めるとともに、微分波形１８が微分スレッショルド値３０を超えたときの第３時刻（加算開始時間３６）と微分波形１８のグラウンドレベル２０と交差する２つ目のゼロクロス点３２での第４時刻の間の時間（後述の加算時間３４に相当）内に存在するデジタルパルス信号４６を弁別する。そして、スレッショルド回路３は、該当するアナログパルス信号１５において、第３時刻と第４時刻の間に存在して弁別された複数のデジタルパルス信号４６を、デジタル信号加算回路４に出力する。アナログパルス信号１５の近似的な微分波形は、例えば、該当するデジタルパルス信号４６を用いて、隣り合う２点のデジタルパルス信号４６の差分値を微分値として求めるとよい。
【００８４】
デジタル信号加算回路４は、第４時刻と第３時刻の差を加算時間３４とし、この加算時間３４内に存在する、スレッショルド回路３から入力した複数のデジタルパルス信号４６を加算して加算値３５を算出する（図１３の下段参照）。この加算値３５は、グラウンドレベル２０を基準にした値である。図１３の下段に示された実線１６Ｂは、加算時間３４内に存在する５つのサンプル点でのデジタルパルス信号４６の各電圧が加算された状態において、これらのデジタルパルス信号４６を結んだ線である。
【００８５】
スペクトル生成回路５は、その加算値３５を入力し、加算値２３を入力する実施例１のスペクトル生成回路５と同様に、放射線エネルギースペクトルの情報を作成し、放射線１０を放出する放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行う。
【００８６】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００８７】
本実施例は、各アナログパルス信号１５に対してスレッショルド回路３から入力した複数のデジタルパルス信号４６を用いて微分波形１８を求めるので、以下の効果を得ることができる。半導体放射線検出器１から出力されるアナログパルス信号１５は、図１４の上段に示すように、電気ノイズである高周波信号３７及び低周波信号３８を含んでいる。高周波信号３７及び低周波信号３８はアナログ信号である。スレッショルド回路３よって前述したようにアナログパルス信号１５に対する微分波形１８を求めるとき、高周波信号３７に対する微分波形４０及び低周波信号３８に対する微分波形４１も求められる。微分波形４０及び微分波形４１は、微分スレッショルド上限値４２及び微分スレッショルド下限値４３を用いてスレッショルド回路３で分離される。
【００８８】
微分スレッショルド上限値４２及び微分シュレッショルド下限値４３（図１４の下段参照）が、放射線１０を測定する前において、予めスレッショルド回路３に設定されている。スレッショルド回路３は、アナログパルス信号１５に対する微分波形１８のうち、微分スレッショルド上限値４２と部分シュレッショルド下限値４３の間に入る微分波形１８をデジタル信号加算回路４に出力する。アナログパルス信号１５に比べて立ち上がり時間及び立下り時間が短い高周波信号３７では、波高値レベルがアナログパルス信号１５と同等であっても、微分波形４０のレベルは、微分波形１８のレベルと比較して大きくなる。また、アナログパルス信号１５に比べて立ち上がり時間及び立下り時間が長い低周波信号３８では、波高値レベルがアナログパルス信号１５と同等であっても、微分波形４１のレベルは、微分波形１８のレベルと比較して小さくなる。このため、スレッショルド値１９によってアナログパルス信号１５と弁別できない高周波信号３７及び低周波信号３８は、立ち上がり時間及び立下り時間の長短によってアナログパルス信号１５と弁別することができる。したがって、高周波信号３７及び低周波信号３８を除去できる本実施例は、耐ノイズ性能に優れ、精度の高い放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００８９】
実施例２〜５のそれぞれにおいて、本実施例におけるスレッショルド回路３及びデジタル信号加算回路４の各処理を適用してもよい。
【実施例７】
【００９０】
本発明の他の実施例である実施例７の放射線計測装置を、図１及び図１５を用いて説明する。本実施例の放射線計測装置は、実施例１の放射線計測装置８と実質的に同じ構成を有する。本実施例の放射線計測装置は、放射線計測装置８とは、前置増幅器１７の処理が異なっているだけである。
【００９１】
半導体放射線検出器１から出力されたアナログパルス信号１５（図１５参照）が、前置増幅器１７に入力される。このアナログパルス信号１５は、図１５に示す時間幅４６を有している。前置増幅器１７は、入力した、時間幅４６を有するアナログパルス信号１５を、立ち上がり時間４８を有するアナログパルス信号である前置増幅器出力信号４７に整形する。前置増幅器出力信号４７の立ち上がり時間４８は時間幅４６以下になっている。
【００９２】
アナログパルス信号である前置増幅器出力信号４７は、実施例１と同様に、アナログデジタル変換器２に入力され、５つのサンプル点でデジタルパルス信号１５Ａに変換される。各アナログ信号１５に対するそれぞれのデジタルパルス信号１５Ａが、スレッショルド回路４に入力されて実施例１のように弁別され、デジタル信号加算回路４で加算される。スペクトル生成回路５は、デジタル信号加算回路４から出力された加算値を用いて放射線エネルギースペクトル情報を作成し、放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行う。
【００９３】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、前置増幅器出力信号４７の立ち上がり時間４８を時間幅４６以下にするので、半導体放射線検出器１の時間分解能を維持することができ、かつ前置増幅器１７の設置により前置増幅器出力信号４７の耐ノイズ性が向上してエネルギー分解能の維持が可能になる。このため、本実施例は、さらに高精度の放射性核種９の定量分析及びエネルギー分析を行うことができる。
【００９４】
実施例４〜６のそれぞれにおいて、本実施例における前置増幅器１７の各処理を適用してもよい。
【００９５】
前述した実施例１〜７の各放射線計測装置は、原子力プラント等の放射性物質取扱施設、医療用装置、加速器装置及び宇宙用装置における放射線の計測に適用することができる。原子力プラントでは、それらの放射線計測装置は、炉心、原子炉格納容器、一次系配管蒸気発生器及び燃料プール等における放射線モニタとして用いられる。医療用装置では、それらの放射線計測装置は、荷電粒子線（陽子線または重粒子線）治療等の患者への荷電粒子線照射、陽電子断層撮影法（ＰＥＴ）及び単一光子放射断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）等の放射線計測システムに適用される。加速器装置では、それらの放射線計測装置は、粒子線計測用システム、中性子線計測用システム及びビームモニタ等に適用できる。宇宙用装置では、それらの放射線計測装置は、天体観測用システム等に適用される。
【符号の説明】
【００９６】
１…半導体放射線検出器、２…アナログデジタル変換器、３…スレッショルド回路、４…デジタル信号加算回路、５…スペクトル生成回路、７，７Ａ…放射線計測回路、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…放射線計測装置、９…放射線核種、１０…放射線、１１…シンチレータ、１２…光検出器、１３…シンチレーション検出器、１４…ダイヤモンド放射線検出器、３０…書き換え可能なゲートアレイ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出して放射線検出信号であるアナログパルス信号を出力する放射線検出器と、前記放射線検出器から出力される前記アナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換装置と、前記アナログデジタル変換装置から出力される前記複数のデジタル信号を前記アナログパルス信号ごとに加算して前記アナログパルス信号ごとに加算値を求めるデジタル信号加算装置と、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、この放射線エネルギースペクトルの情報を用いて前記放射線検出器で検出される放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を行うスペクトル生成装置とを備えたことを特徴とする放射線計測装置。
【請求項２】
前記アナログパルス信号ごとに、前記アナログデジタル変換装置から出力される前記複数のデジタル信号のうち閾値を超える前記デジタル信号を弁別し、前記アナログパルス信号ごとに、弁別された複数のデジタル信号を前記デジタル信号加算装置に出力するシュレッショルド装置を備えた請求項１に記載の放射線計測装置。
【請求項３】
１つの前記アナログパルス信号においてこのアナログパルス信号の５つ以上のサンプル点を前記デジタル信号に変換する前記アナログデジタル変換装置を備えた請求項２に記載の放射線計測装置。
【請求項４】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、前記閾値を超えた前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める前記デジタル信号加算装置を備えた請求項３に記載の放射線計測装置。
【請求項５】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、予め設定された設定時間内に存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める前記デジタル信号加算装置を備えた請求項３に記載の放射線計測装置。
【請求項６】
前記アナログパルス信号ごとに、前記アナログデジタル変換装置から出力される前記複数のデジタル信号を用いて該当する前記アナログパルス信号の微分波形を求める前記シュレッショルド装置、及び前記微分波形が微分閾値を超えた時点から、前記微分波形がグラウンドレベルと交差する２つ目のクロス点の時点までに存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める前記デジタル信号加算装置を備えた請求項３に記載の放射線計測装置。
【請求項７】
前記スレッショルド装置、前記デジタル信号加算装置及び前記スペクトル生成装置を含む書き換え可能なゲートアレイを備えた請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放射線計測装置。
【請求項８】
前記放射線検出器から出力される前記アナログパルス信号を増幅し、増幅した前記アナログ信号を前記アナログデジタル変換装置に出力する前置増幅器を備え、前記前置増幅器が、入力する前記アナログパルス信号を、立ち上がり時間が前記アナログパルス信号の時間幅以下であるアナログパルス信号に整形する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放射線計測装置。
【請求項９】
前記放射線検出器が、半導体放射線検出器、シンチレーション検出器及びダイヤモンド放射線検出器のいずれかである請求項１ないし８のいずれか１項に記載の放射線計測装置。
【請求項１０】
前記放射線検出器が前記シンチレーション検出器であるとき、前記アナログデジタル変換装置が、５０ＭＨｚ〜２ＧＨｚの範囲内でサンプリング周期を有するアナログデジタル変換装置である請求項９に記載の放射線計測装置。
【請求項１１】
放射線を検出した放射線検出器から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換し、前記複数のデジタル信号を前記アナログパルス信号ごとに加算して前記アナログパルス信号ごとに加算値を求め、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、前記放射線エネルギースペクトルの情報を用いて前記放射線検出器で検出される前記放射線を放出する放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を行うことを特徴とする放射線測定方法。
【請求項１２】
前記アナログパルス信号ごとに、前記複数のデジタル信号のうち閾値を超える前記デジタル信号を弁別し、前記アナログパルス信号ごとに、弁別された複数のデジタル信号を用いて前記加算値を求める請求項１１に記載の放射線計測方法。
【請求項１３】
１つの前記アナログパルス信号においてこのアナログパルス信号の５つ以上のサンプル点を前記デジタル信号に変換する請求項１２に記載の放射線計測方法。
【請求項１４】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、前記閾値を超えた前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める請求項１３に記載の放射線計測方法。
【請求項１５】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、予め設定された設定時間内に存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める請求項１３に記載の放射線計測方法。
【請求項１６】
前記アナログパルス信号ごとに、前記複数のデジタル信号を用いて該当する前記アナログパルス信号の微分波形を求め、前記微分波形が微分閾値を超えた時点から、前記微分波形がグラウンドレベルと交差する２つ目のクロス点の時点までに存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める請求項１３に記載の放射線計測装置。
【請求項１７】
前記放射線検出器から出力される前記アナログパルス信号を増幅し、この増幅において、入力する前記アナログパルス信号を、立ち上がり時間が前記アナログパルス信号の時間幅以下であるアナログパルス信号に整形する請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の放射線計測方法。
【請求項１８】
前記放射線検出器として、半導体放射線検出器、シンチレーション検出器及びダイヤモンド放射線検出器のいずれかを用いる請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載の放射線計測方法。
【請求項１９】
前記放射線検出器として前記シンチレーション検出器を用いるとき、前記アナログパルス信号の前記複数のデジタル信号への変換が、５０ＭＨｚ〜２ＧＨｚの範囲内のサンプリング周期で行われる請求項１８に記載の放射線計測方法。
【請求項１】
放射線を検出して放射線検出信号であるアナログパルス信号を出力する放射線検出器と、前記放射線検出器から出力される前記アナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換装置と、前記アナログデジタル変換装置から出力される前記複数のデジタル信号を前記アナログパルス信号ごとに加算して前記アナログパルス信号ごとに加算値を求めるデジタル信号加算装置と、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、この放射線エネルギースペクトルの情報を用いて前記放射線検出器で検出される放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を行うスペクトル生成装置とを備えたことを特徴とする放射線計測装置。
【請求項２】
前記アナログパルス信号ごとに、前記アナログデジタル変換装置から出力される前記複数のデジタル信号のうち閾値を超える前記デジタル信号を弁別し、前記アナログパルス信号ごとに、弁別された複数のデジタル信号を前記デジタル信号加算装置に出力するシュレッショルド装置を備えた請求項１に記載の放射線計測装置。
【請求項３】
１つの前記アナログパルス信号においてこのアナログパルス信号の５つ以上のサンプル点を前記デジタル信号に変換する前記アナログデジタル変換装置を備えた請求項２に記載の放射線計測装置。
【請求項４】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、前記閾値を超えた前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める前記デジタル信号加算装置を備えた請求項３に記載の放射線計測装置。
【請求項５】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、予め設定された設定時間内に存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める前記デジタル信号加算装置を備えた請求項３に記載の放射線計測装置。
【請求項６】
前記アナログパルス信号ごとに、前記アナログデジタル変換装置から出力される前記複数のデジタル信号を用いて該当する前記アナログパルス信号の微分波形を求める前記シュレッショルド装置、及び前記微分波形が微分閾値を超えた時点から、前記微分波形がグラウンドレベルと交差する２つ目のクロス点の時点までに存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める前記デジタル信号加算装置を備えた請求項３に記載の放射線計測装置。
【請求項７】
前記スレッショルド装置、前記デジタル信号加算装置及び前記スペクトル生成装置を含む書き換え可能なゲートアレイを備えた請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放射線計測装置。
【請求項８】
前記放射線検出器から出力される前記アナログパルス信号を増幅し、増幅した前記アナログ信号を前記アナログデジタル変換装置に出力する前置増幅器を備え、前記前置増幅器が、入力する前記アナログパルス信号を、立ち上がり時間が前記アナログパルス信号の時間幅以下であるアナログパルス信号に整形する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放射線計測装置。
【請求項９】
前記放射線検出器が、半導体放射線検出器、シンチレーション検出器及びダイヤモンド放射線検出器のいずれかである請求項１ないし８のいずれか１項に記載の放射線計測装置。
【請求項１０】
前記放射線検出器が前記シンチレーション検出器であるとき、前記アナログデジタル変換装置が、５０ＭＨｚ〜２ＧＨｚの範囲内でサンプリング周期を有するアナログデジタル変換装置である請求項９に記載の放射線計測装置。
【請求項１１】
放射線を検出した放射線検出器から出力されるアナログパルス信号ごとに、このアナログパルス信号を複数のデジタル信号に変換し、前記複数のデジタル信号を前記アナログパルス信号ごとに加算して前記アナログパルス信号ごとに加算値を求め、これらの加算値を用いて放射線エネルギースペクトルを生成し、前記放射線エネルギースペクトルの情報を用いて前記放射線検出器で検出される前記放射線を放出する放射性核種の定量分析及びエネルギー分析を行うことを特徴とする放射線測定方法。
【請求項１２】
前記アナログパルス信号ごとに、前記複数のデジタル信号のうち閾値を超える前記デジタル信号を弁別し、前記アナログパルス信号ごとに、弁別された複数のデジタル信号を用いて前記加算値を求める請求項１１に記載の放射線計測方法。
【請求項１３】
１つの前記アナログパルス信号においてこのアナログパルス信号の５つ以上のサンプル点を前記デジタル信号に変換する請求項１２に記載の放射線計測方法。
【請求項１４】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、前記閾値を超えた前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める請求項１３に記載の放射線計測方法。
【請求項１５】
前記アナログパルス信号ごとに、前記デジタル信号が前記閾値を超えた時点から、予め設定された設定時間内に存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める請求項１３に記載の放射線計測方法。
【請求項１６】
前記アナログパルス信号ごとに、前記複数のデジタル信号を用いて該当する前記アナログパルス信号の微分波形を求め、前記微分波形が微分閾値を超えた時点から、前記微分波形がグラウンドレベルと交差する２つ目のクロス点の時点までに存在する前記弁別された複数のデジタル信号を加算して前記加算値を求める請求項１３に記載の放射線計測装置。
【請求項１７】
前記放射線検出器から出力される前記アナログパルス信号を増幅し、この増幅において、入力する前記アナログパルス信号を、立ち上がり時間が前記アナログパルス信号の時間幅以下であるアナログパルス信号に整形する請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の放射線計測方法。
【請求項１８】
前記放射線検出器として、半導体放射線検出器、シンチレーション検出器及びダイヤモンド放射線検出器のいずれかを用いる請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載の放射線計測方法。
【請求項１９】
前記放射線検出器として前記シンチレーション検出器を用いるとき、前記アナログパルス信号の前記複数のデジタル信号への変換が、５０ＭＨｚ〜２ＧＨｚの範囲内のサンプリング周期で行われる請求項１８に記載の放射線計測方法。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２３３７２７（Ｐ２０１２−２３３７２７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００８２４（Ｐ２０１１−１００８２４）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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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