高エネルギー線源方向判別システム
【課題】高エネルギー放射線の飛来方向を広い範囲で検出することを目的とする。
【解決手段】センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)とがＤ２の間隔で置かれている。さらに、コリメータＳ(３)がセンサーＡ(１)の上面にＤ１の間隔を保って、またコリメータＴ(４)がセンサーＢ(２)の下面にＤ１の間隔を保って置かれている。センサーの感光面とコリメータの開口は同じ寸法となっている。線源がＥ２の遠方向にあり、Ｅ２のベクトルにより放射線が来る場合、コリメータの影がセンサーＡ，Ｂ上に生ずる。コリメータの影の長さを測定することにより、線源の方向を求めることができる。
【解決手段】センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)とがＤ２の間隔で置かれている。さらに、コリメータＳ(３)がセンサーＡ(１)の上面にＤ１の間隔を保って、またコリメータＴ(４)がセンサーＢ(２)の下面にＤ１の間隔を保って置かれている。センサーの感光面とコリメータの開口は同じ寸法となっている。線源がＥ２の遠方向にあり、Ｅ２のベクトルにより放射線が来る場合、コリメータの影がセンサーＡ，Ｂ上に生ずる。コリメータの影の長さを測定することにより、線源の方向を求めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギー放射線の飛来方向を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚以上の２次元センサーを重ねて放射線入射の信号出力の相互位置関係を計算することにより、放射線の入射方向を検出するもの(特許文献１参照)がある。しかし、これは、単一の放射線が各層の特定の画素に相当する位置に信号を出力することから計算出来るものであり、入射放射線の個数が増加すると、区別が困難となる。一定の時間内に多数の放射線が一定の方向から飛来するとき・各層の各画素の積分値は平均化され、方向の判別は出来なくなる。
【特許文献１】特公平６−１０５３０３号公報
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
本発明では、放射線の飛来方向によって、コリメータの陰が形成されて、その陰の出来る位置関係によって、出力信号の分布関係を計算することにより飛来方向を判定できる特徴を有する。従来コリメータは出来る限り一方向のみの放射線の入射を許すように設計され、傾斜角度での入射を避けるように作られていた。本発明は、傾斜角度での入射に対する、コリメータの陰を利用して放射線の飛来方向を特定する新しい考えによるものである。
【実施例１】
【０００４】
１次元センサーＡ，Ｂの２個を空間的に離して配置した例について説明する。センサーの感度面の長さＭの２分の１の距離Ｄ１だけ離して、センサーをはさむ形でコリメータが置かれている。コリメータの材質は高エネルギー線に対し遮蔽機能を有すもの(鉛など)とし、コリメータの開口はセンサーの感度面の大きさと同じとする。また、Ｄ１＝Ｄ２とする。
図１に示されるように、センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)とがＤ２の間隔で置かれている。さらに、コリメータＳ(３)がセンサーＡ(１)の上面にＤ１の間隔を保って、またコリメータＴ(４)がセンサーＢ(２)の下面にＤ１の間隔を保って置かれている。センサーの感光面とコリメータの開口は同じ寸法となっている。ここでの寸法は例示であって、受光角に留意しながら任意に設定できる。
図２の最上段は、図１におけるＥ１の方向、即ち、センサーの鉛直方向から放射線が入射した場合のセンサーＡ(１)とセンサーＢ(２)の信号分布を示す。図２の２段目は、図１におけるＥ２の方向から放射線が入射した場合の信号分布を示し、図２の３段目は、図１におけるＥ３、図２の最下段は図１におけるＥ４のそれぞれの方向から放射線が入射した場合の各センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)の信号分布を示す。
【０００５】
線源がＥ１の遠方向にあり、Ｅ１なるベクトルをもって入射する場合すなわち鉛直(θ１＝０)の方向から来る場合には、センサーＡ及びＢの出力はセンサーの全体から出力が得られる。すなわち、信号の欠けたところは存在しない。線源がＥ２の遠方向にあり、Ｅ２のベクトルにより放射線が来る場合、コリメータの影がセンサーＡ，Ｂ上に生ずる。この場合線源の方向は、以下のような簡単な関係から求められる。ただし、センサーＡの感度面の長さをＭとし、信号の欠けたところの長さをｍとする。
センサーに対する放射線の入射角を鉛直線からθ１とすると
Ｄ１・Ｔanθ１＝ｍ …(１)
であるから
Ｔanθ１＝ｍ／Ｄ１＝２ｍ／Ｍ …(２)
【０００６】
このときセンサーＢは、センサーＡとＤ２の距離だけ離して、ほぼ平行に配置してあるとし、センサーに対する放射線の入射角を鉛直線からθ２とすると
(Ｄ１＋Ｄ２)Ｔanθ2＝ｎ …(３)
であるから
Ｔanθ２＝ｎ／(Ｄ１＋Ｄ２)＝ｎ／Ｎ …(４)
ただし、Ｂのセンサーの感度面の長さをＮ(＝Ｍ)とし、信号の欠けたところの長さをｎとする。なお、センサー及びコリメータの厚みは無視できるものとした。
また、この例では線源が上の方向から到来するとしているが、もし、下の方向から来る場合、ｍとｎを比較して、小さい側から到来するものと判断する。または、Ｍ−ｍとＮ−ｎを比較して大きい方から到来するものとする。鉛直の場合でも、信号量としては放射線の到来方向の側のセンサーの信号量が大きいから判断が容易に得られる。
センサーＡとセンサーＢの両方で放射線を検出できる場合には、
Ｄ２・Ｔanθ3＝｜ｎ｜−｜ｍ｜ …(５)
ただし、｜ｎ｜＞｜ｍ｜のとき、−４５°≦θ3≦４５°
｜ｎ｜＜｜ｍ｜のとき、１３５°≦θ3≦２２５°
としても求めることができる。センサーＡとセンサーＢを同一のセンサーとせずに、異なる周波数−感度特性を持つものにすると、広帯域とすることも可能である。
さらに、角度を変えて第３，第４のセンサー及びコリメータを設ければ、信号量の差によらずとも鉛直時における方向の判定が可能となる。
【実施例２】
【０００７】
図３に２次元センサーＡ，Ｂを２個離して配置した場合についての、コリメータの影の出来方について示す。図３には、センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)とが２次元センサーとなった場合について示している。この場合は、前記の一次元の場合を二次元に拡張したもので、考え方は同じものである。横の断面は図１と同じであるから省略してある。図３(ａ)は、センサーＡ(１)のある上側から見た図である。手前にコリメータＳ(３)があり、その開口部からセンサーＡ(１)が見えている。センサーＢ(２)は、センサーＡ(１)の陰になっており見えない。コリメータＴ(４)も同様にコリメータＳ(３)の陰になり見えない。なお、コリメータＳ(３)の周辺は省略している。外部からの放射線はＥ５の方向性をもって入射した場合の例である。
【０００８】
図３(ｂ)，図３(ｃ)は、センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)の信号検出エリアを示してあるが、斜線の部分はコリメータの陰により信号のないエリヤを示している。センサーＡ(１)においては放射線の検出できないエリアとして信号のないエリア(５)と、放射線が検出できる信号のあるエリア(６)とに区別される。センサーＢ(２)においても、同様に放射線の検出できないエリアとして信号のないエリア(７)と、放射線が検出できる信号のあるエリア(８)とに区別される。
この場合も、上記の一次元の場合と同じように、縦横についてそれぞれ、到来方向の角度が求められるので、２次元の面上での角度が求められる。
【０００９】
上記の１次元、または２次元の方向を検出できるものを、複数配置することにより、全
方向の線源の方向を特定できる。このシステムは、必要に応じて１次元状のセンサーの長
さを調節し、または２次元の長さの対称性を変形して、目的にあわせたものとすることが
出来る。
また、変形の一例としてセンサーを球面状に配置し全方位からの放射線の検出を可能とすることが考えられる。これは、センサーとして２次元センサーを用いることとし、略球面状に配置する。そのセンサーの集合体の外殻として放射線遮蔽効果を有する材質により球体を形成する。各２次元センサーのほぼ中央に対応する位置にコリメータとしての穴を穿ち、飛来する放射線の影が、個々の２次元センサーに投影するように構成する。ここでは、２次元センサーが離散的に配置されるものとして、各２次元センサーのほぼ中央に対応する位置に穴を穿つものとしたが、球面状に連続して２次元センサーを配置した場合においては、外殻の任意の場所に穴を穿つこととする。好ましくは、球面上を等分するいくつかの点に穴を穿つものとする。また、２次元センサーの配置を略球面状としたが、製造上からは多面立体とすることも考慮されるべきである。たとえば、正１２面体とし１２個の２次元センサーを各面に固着させ、外殻に１２個の穴を穿つ構造とすれば製作しやすいであろう。また、外殻を球体とするか、多面立体とするかは任意である。
他の変形例として、２次元センサーと放射線遮蔽効果を有する材質からなるコリメータ部とを一体化してなるユニットを略球面状に配置することも考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明によれば、多数飛来する放射線を積分強度分布として計測し、かつ、適当な時間
間隔で、任意にその時間内で入射した放射線量と飛来方向を求められるので、計算方法も簡単であり、また、回路構成も極めて簡単化できる。
核利用施設のモニタリング、核廃棄物のモニタリングにおいて、その線源方向の特定において極めて、有効に機能するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】センサーとコリメータの配置を横から見た図
【図２】各線源に対するセンサー出力を示す図
【図３】２次元センサーにおける配置とコリメータの影を示す正面図
【符号の説明】
【００１２】
１ センサーＡ
２ センサーＢ
３ コリメータＳ
４ コリメータＴ
５，７ 信号のないエリア
６，８ 信号のあるエリア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギー放射線の飛来方向を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚以上の２次元センサーを重ねて放射線入射の信号出力の相互位置関係を計算することにより、放射線の入射方向を検出するもの(特許文献１参照)がある。しかし、これは、単一の放射線が各層の特定の画素に相当する位置に信号を出力することから計算出来るものであり、入射放射線の個数が増加すると、区別が困難となる。一定の時間内に多数の放射線が一定の方向から飛来するとき・各層の各画素の積分値は平均化され、方向の判別は出来なくなる。
【特許文献１】特公平６−１０５３０３号公報
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
本発明では、放射線の飛来方向によって、コリメータの陰が形成されて、その陰の出来る位置関係によって、出力信号の分布関係を計算することにより飛来方向を判定できる特徴を有する。従来コリメータは出来る限り一方向のみの放射線の入射を許すように設計され、傾斜角度での入射を避けるように作られていた。本発明は、傾斜角度での入射に対する、コリメータの陰を利用して放射線の飛来方向を特定する新しい考えによるものである。
【実施例１】
【０００４】
１次元センサーＡ，Ｂの２個を空間的に離して配置した例について説明する。センサーの感度面の長さＭの２分の１の距離Ｄ１だけ離して、センサーをはさむ形でコリメータが置かれている。コリメータの材質は高エネルギー線に対し遮蔽機能を有すもの(鉛など)とし、コリメータの開口はセンサーの感度面の大きさと同じとする。また、Ｄ１＝Ｄ２とする。
図１に示されるように、センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)とがＤ２の間隔で置かれている。さらに、コリメータＳ(３)がセンサーＡ(１)の上面にＤ１の間隔を保って、またコリメータＴ(４)がセンサーＢ(２)の下面にＤ１の間隔を保って置かれている。センサーの感光面とコリメータの開口は同じ寸法となっている。ここでの寸法は例示であって、受光角に留意しながら任意に設定できる。
図２の最上段は、図１におけるＥ１の方向、即ち、センサーの鉛直方向から放射線が入射した場合のセンサーＡ(１)とセンサーＢ(２)の信号分布を示す。図２の２段目は、図１におけるＥ２の方向から放射線が入射した場合の信号分布を示し、図２の３段目は、図１におけるＥ３、図２の最下段は図１におけるＥ４のそれぞれの方向から放射線が入射した場合の各センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)の信号分布を示す。
【０００５】
線源がＥ１の遠方向にあり、Ｅ１なるベクトルをもって入射する場合すなわち鉛直(θ１＝０)の方向から来る場合には、センサーＡ及びＢの出力はセンサーの全体から出力が得られる。すなわち、信号の欠けたところは存在しない。線源がＥ２の遠方向にあり、Ｅ２のベクトルにより放射線が来る場合、コリメータの影がセンサーＡ，Ｂ上に生ずる。この場合線源の方向は、以下のような簡単な関係から求められる。ただし、センサーＡの感度面の長さをＭとし、信号の欠けたところの長さをｍとする。
センサーに対する放射線の入射角を鉛直線からθ１とすると
Ｄ１・Ｔanθ１＝ｍ …(１)
であるから
Ｔanθ１＝ｍ／Ｄ１＝２ｍ／Ｍ …(２)
【０００６】
このときセンサーＢは、センサーＡとＤ２の距離だけ離して、ほぼ平行に配置してあるとし、センサーに対する放射線の入射角を鉛直線からθ２とすると
(Ｄ１＋Ｄ２)Ｔanθ2＝ｎ …(３)
であるから
Ｔanθ２＝ｎ／(Ｄ１＋Ｄ２)＝ｎ／Ｎ …(４)
ただし、Ｂのセンサーの感度面の長さをＮ(＝Ｍ)とし、信号の欠けたところの長さをｎとする。なお、センサー及びコリメータの厚みは無視できるものとした。
また、この例では線源が上の方向から到来するとしているが、もし、下の方向から来る場合、ｍとｎを比較して、小さい側から到来するものと判断する。または、Ｍ−ｍとＮ−ｎを比較して大きい方から到来するものとする。鉛直の場合でも、信号量としては放射線の到来方向の側のセンサーの信号量が大きいから判断が容易に得られる。
センサーＡとセンサーＢの両方で放射線を検出できる場合には、
Ｄ２・Ｔanθ3＝｜ｎ｜−｜ｍ｜ …(５)
ただし、｜ｎ｜＞｜ｍ｜のとき、−４５°≦θ3≦４５°
｜ｎ｜＜｜ｍ｜のとき、１３５°≦θ3≦２２５°
としても求めることができる。センサーＡとセンサーＢを同一のセンサーとせずに、異なる周波数−感度特性を持つものにすると、広帯域とすることも可能である。
さらに、角度を変えて第３，第４のセンサー及びコリメータを設ければ、信号量の差によらずとも鉛直時における方向の判定が可能となる。
【実施例２】
【０００７】
図３に２次元センサーＡ，Ｂを２個離して配置した場合についての、コリメータの影の出来方について示す。図３には、センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)とが２次元センサーとなった場合について示している。この場合は、前記の一次元の場合を二次元に拡張したもので、考え方は同じものである。横の断面は図１と同じであるから省略してある。図３(ａ)は、センサーＡ(１)のある上側から見た図である。手前にコリメータＳ(３)があり、その開口部からセンサーＡ(１)が見えている。センサーＢ(２)は、センサーＡ(１)の陰になっており見えない。コリメータＴ(４)も同様にコリメータＳ(３)の陰になり見えない。なお、コリメータＳ(３)の周辺は省略している。外部からの放射線はＥ５の方向性をもって入射した場合の例である。
【０００８】
図３(ｂ)，図３(ｃ)は、センサーＡ(１)とセンサーＢ(２)の信号検出エリアを示してあるが、斜線の部分はコリメータの陰により信号のないエリヤを示している。センサーＡ(１)においては放射線の検出できないエリアとして信号のないエリア(５)と、放射線が検出できる信号のあるエリア(６)とに区別される。センサーＢ(２)においても、同様に放射線の検出できないエリアとして信号のないエリア(７)と、放射線が検出できる信号のあるエリア(８)とに区別される。
この場合も、上記の一次元の場合と同じように、縦横についてそれぞれ、到来方向の角度が求められるので、２次元の面上での角度が求められる。
【０００９】
上記の１次元、または２次元の方向を検出できるものを、複数配置することにより、全
方向の線源の方向を特定できる。このシステムは、必要に応じて１次元状のセンサーの長
さを調節し、または２次元の長さの対称性を変形して、目的にあわせたものとすることが
出来る。
また、変形の一例としてセンサーを球面状に配置し全方位からの放射線の検出を可能とすることが考えられる。これは、センサーとして２次元センサーを用いることとし、略球面状に配置する。そのセンサーの集合体の外殻として放射線遮蔽効果を有する材質により球体を形成する。各２次元センサーのほぼ中央に対応する位置にコリメータとしての穴を穿ち、飛来する放射線の影が、個々の２次元センサーに投影するように構成する。ここでは、２次元センサーが離散的に配置されるものとして、各２次元センサーのほぼ中央に対応する位置に穴を穿つものとしたが、球面状に連続して２次元センサーを配置した場合においては、外殻の任意の場所に穴を穿つこととする。好ましくは、球面上を等分するいくつかの点に穴を穿つものとする。また、２次元センサーの配置を略球面状としたが、製造上からは多面立体とすることも考慮されるべきである。たとえば、正１２面体とし１２個の２次元センサーを各面に固着させ、外殻に１２個の穴を穿つ構造とすれば製作しやすいであろう。また、外殻を球体とするか、多面立体とするかは任意である。
他の変形例として、２次元センサーと放射線遮蔽効果を有する材質からなるコリメータ部とを一体化してなるユニットを略球面状に配置することも考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明によれば、多数飛来する放射線を積分強度分布として計測し、かつ、適当な時間
間隔で、任意にその時間内で入射した放射線量と飛来方向を求められるので、計算方法も簡単であり、また、回路構成も極めて簡単化できる。
核利用施設のモニタリング、核廃棄物のモニタリングにおいて、その線源方向の特定において極めて、有効に機能するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】センサーとコリメータの配置を横から見た図
【図２】各線源に対するセンサー出力を示す図
【図３】２次元センサーにおける配置とコリメータの影を示す正面図
【符号の説明】
【００１２】
１ センサーＡ
２ センサーＢ
３ コリメータＳ
４ コリメータＴ
５，７ 信号のないエリア
６，８ 信号のあるエリア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元または２次元のセンサーを空間に配置し、前記センサーの前面にはコリメータとして、放射線に対し遮蔽機能をもつ鉛などの板に穴を開けたものを、前記センサーと一定の距離を置いて配置し、放射線の到来方向によって、コリメータの穴の影がセンサー面上の異なる位置に形成されることにより線源の到来方向を推定することを特徴とする高エネルギー線源方向判別システム
【請求項２】
前記センサーは１次元のセンサーを２個以上空間的に離して平行に配置したものであり、そこからの信号出力分布から、放射線・Ｘ線などの透過性の強い線源の到来方向を推定することを特徴とする請求項１記載の高エネルギー線源方向判別システム
【請求項３】
前記センサーは２次元のセンサーを２個以上空間的に離して平行に配置したものであり、そこからの信号出力分布から、放射線・Ｘ線などの透過性の強い線源の到来方向を推定することを特徴とする請求項１記載の高エネルギー線源方向判別システム。
【請求項１】
１次元または２次元のセンサーを空間に配置し、前記センサーの前面にはコリメータとして、放射線に対し遮蔽機能をもつ鉛などの板に穴を開けたものを、前記センサーと一定の距離を置いて配置し、放射線の到来方向によって、コリメータの穴の影がセンサー面上の異なる位置に形成されることにより線源の到来方向を推定することを特徴とする高エネルギー線源方向判別システム
【請求項２】
前記センサーは１次元のセンサーを２個以上空間的に離して平行に配置したものであり、そこからの信号出力分布から、放射線・Ｘ線などの透過性の強い線源の到来方向を推定することを特徴とする請求項１記載の高エネルギー線源方向判別システム
【請求項３】
前記センサーは２次元のセンサーを２個以上空間的に離して平行に配置したものであり、そこからの信号出力分布から、放射線・Ｘ線などの透過性の強い線源の到来方向を推定することを特徴とする請求項１記載の高エネルギー線源方向判別システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２１４９０７（Ｐ２００６−２１４９０７Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８８６５（Ｐ２００５−２８８６５）
【出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（３０４０２３３１８）国立大学法人静岡大学 (416)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（３０４０２３３１８）国立大学法人静岡大学 (416)
【Ｆターム（参考）】
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