高エネルギー線源方向判別環状システム
【課題】高エネルギー線の飛来方向を特定する。
【解決手段】コリメータは２重のリングからなり内側のリング２ａと外側のリング２ｂとはスペースＤaがとってあり、内側のリング２ａとリング状一次元センサー１との間にもスペースＤbがとってある。この間隔を調整することにより信号の分布関数を調節する。１８０度に位置する単位センサーの両隣のセンサーに入射を許す程度のコリメーションとするとき、単位センサーの間隔による不感入射角度をなくすることができる。リング状一次元センサー１を複数個積み重ね、外周のコリメータの開口部３を閉じた状態で延長する構造とし、リング平面に対しての上下方向からの飛来方向を判別する。
【解決手段】コリメータは２重のリングからなり内側のリング２ａと外側のリング２ｂとはスペースＤaがとってあり、内側のリング２ａとリング状一次元センサー１との間にもスペースＤbがとってある。この間隔を調整することにより信号の分布関数を調節する。１８０度に位置する単位センサーの両隣のセンサーに入射を許す程度のコリメーションとするとき、単位センサーの間隔による不感入射角度をなくすることができる。リング状一次元センサー１を複数個積み重ね、外周のコリメータの開口部３を閉じた状態で延長する構造とし、リング平面に対しての上下方向からの飛来方向を判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高エネルギー線の飛来方向を識別し、線源方向を特定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、放射線をモニターするために電離チャンバーをもちいて、放射線の飛来をモニターしていた。しかしながら、飛来方向の区別がつかないもの、または、多数の飛来に対して、放電が持続し、または区別が不能になるなど、飛来方向の特定には問題点が多かった。
電離チャンバーに代えて、センサーの前面にコリメータを配置して、コリメータの方向から、飛来方向を特定するものはこれまでもあったが、コリメータを線源の方向に向ける必要があるなど、線源の方向を特定するには使いづらいものであった。
また、 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】
本発明は一次元センサーをリング状または多角形状にすることにより、その出力分布から放射線の飛来方向を特定しようとするものであり、高エネルギーの放射線は入射側のセンサーを貫通し、出射側のセンサーからも信号出力が得られ、一入射側と出射側の直線を結ぶ方向として線源方向を特定出来るので高い精度が得られる。
一次元センサーをリング状にすることから、一次元センサーの回路構成をそのまま使用できること、生産方法も同じ方法が採れることにより、生産コストが安価に出来る、等の特徴を有する。
図１(ａ)は一次元センサー(１)をリング状にしたものに、Ｒの方向から放射線が入射することを示している。図１(ｂ)はそのときのセンサーからの出力信号強度分布を示している。
【実施例１】
【０００４】
リング状または多角形状にセンサー(１)のユニットを配置するとき、入射角度によって感光面に入射する実効面積が変化する。図１のように入射線Ｒを基点として角度を取ると、実効面積はＣosθの関数となり、０度と１８０度で極大となる。したがって、極大となる０度と１８０度の点を結んだ直線上でピークの信号強度が大きい方が入射の方向となる。
Ｃosθの０度と１８０度近傍は角度に対する関数の変化が少なく、分解能を高く取ることが出来ない。したがって、センサーの前面にコリメータを配置して、センサに対する傾き入射に対する制限を設けることにより、０度と１８０度の点で鋭いピークをもつ関数とすることができ、分解能を高く出来る。このとき、コリメータは１８０度のところの単位センサーの両隣の単位センサーにも多少入射が可能な程度のコリメーションとする。図２(ａ)は一次元センサー(１)をリング状にしたものの外周にコリメータ(２)を配置したものに、Ｒの方向から放射線が入射することを示している。図２(ｂ)はそのときのセンサーからの出力信号強度分布を示している。このときの信号強度分布はシャープなものとなる。コリメータは鉛、又は錫などの重金属で出来ていて、放射線の阻止効果の大きい材料の物とする。図３にその拡大図を示す。
【０００５】
図３はセンサー(１)とコリメータ(２)との構成上の詳細を示している。内側と外側のコリメータの間隔Da、内側コリメータとセンサーとの間隔Db、これらを調節することにより信号の分布関数を調節でき、素子の間隔による不感角度をなくすることが出来る。なお、開口部(３)は全周に存在するが、図３では一部省略してある。
図３に示すように、コリメータの開口は単位センサーの感光面積と同じとするが、複数の単位センサーで受光するようにしてもよい。コリメータ(２)は２重のリングからなり内側のリング(２ａ)と外側のリング(２ｂ)とはスペースＤaがとってあり、内側のリング(２ａ)とセンサー(１)との間にもスペースＤbがとってある。この間隔を調整することにより上記のコリメーションの強さを調節することができる。
【０００６】
上記１８０度に位置する単位センサーの両隣のセンサーに入射を許す程度のコリメーションとするとき、単位センサーの間隔による不感入射角度をなくすることが出来る。ここでいう単位センサーとは放射線を受けて信号を発生する最小のユニット、すなわち検出素子を指しており、分解能を決定する。
ここでのコリメータは２重のリングとなっているが、１重のリングであっても信号強度分布は十分シャープであり、１重のリングの実施形態を排除するものではない。また、コリメータの開口部(３)の数を奇数個とすると前後の感度比が大となり、線源位置の前方後方の識別が容易となる。なお、単位センサーはリング全周にわたって設けられるものであるが、開口部(３)に面する箇所にのみ設けるものであってもよい。
【実施例２】
【０００７】
リング状一次元センサーを積層して、リング状にセンサーが配置された仮想的な平面に対して、上下方向の角度に対する感度変化を持たせる実施例について説明する。図４に示すように、リング状一次元センサー(1a,1b,1c,1d)を上から第１のセンサー(1a)，第２のセンサー(1b)，第３のセンサー(1c)及び第４のセンサー(1d)を積み重ねる。これらセンサー間の空隙はあってもよいし、密着するものであってもよい。このとき、積み重ねるリング間のスペースＤc、コリメータとセンサーの上下のスペースＤdを変化させることにより、上下方向の検出範囲を設定することが出来る。
【０００８】
図４において、内側のコリメータ(２ａ)，外側のコリメータ(２ｂ)はいずれも円筒形状であり、図４の上下方向に延びている。図４の右方向から放射線Ｒ１が飛来するとき、各リング状センサーの第１乃至第４のすべてにおいて検出され、その強度は放射線Ｒ１に対して０度に位置するセンサーの出力が最強であり、それに次いで１８０度に位置するセンサーの出力が大である(図５上段)。同様に、図４の右方向やや下方から放射線Ｒ２が飛来したときのセンサーの信号出力の例を図５中段に示す。この場合には、第４のセンサー(1d)の０度位置のセンサーはコリメータ(2a,2b)により放射線Ｒ２が阻止されるため、信号出力がない。また、第３及び第４のセンサー(1c,1d)の１８０度位置のセンサーも同じくコリメータ(2a,2b)により放射線Ｒ２が阻止されており、信号出力がない。
【０００９】
また、図４の右方向やや上方から放射線Ｒ３が飛来したときの信号出力は、図５の下段に示されるように現れる。いずれの図においても、放射線の飛来方向を０度とし、飛来方向からのずれをθとして各センサーのリング上の位置を横軸にとっている。
この構成によれば、リング状(あるいは多角形状)一次元センサーの配置される仮想的な平面に対する線源の傾き角度が測定可能である。
なお、この実施例においてもコリメータは２重のリングとなっているが、１重のリングであっても信号強度分布は十分シャープであり、１重のリングの実施形態を排除するものではない。
【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。
特に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】リング状一次元センサーに放射線が入射した際の信号強度を示す図
【図２】リング状一次元センサーにコリメータをつけた構成例及び信号強度を示す図
【図３】センサーとコリメータとの位置関係を示す拡大図
【図４】リング状一次元センサーを積層した構成を示す図
【図５】積層状態における信号強度を示す図
【符号の説明】
【００１２】
１ リング状一次元センサー
２ コリメータ
２ａ 内側コリメータ
２ｂ 外側コリメータ
３ 開口部
Ｒ 線源からの放射線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高エネルギー線の飛来方向を識別し、線源方向を特定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、放射線をモニターするために電離チャンバーをもちいて、放射線の飛来をモニターしていた。しかしながら、飛来方向の区別がつかないもの、または、多数の飛来に対して、放電が持続し、または区別が不能になるなど、飛来方向の特定には問題点が多かった。
電離チャンバーに代えて、センサーの前面にコリメータを配置して、コリメータの方向から、飛来方向を特定するものはこれまでもあったが、コリメータを線源の方向に向ける必要があるなど、線源の方向を特定するには使いづらいものであった。
また、 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】
本発明は一次元センサーをリング状または多角形状にすることにより、その出力分布から放射線の飛来方向を特定しようとするものであり、高エネルギーの放射線は入射側のセンサーを貫通し、出射側のセンサーからも信号出力が得られ、一入射側と出射側の直線を結ぶ方向として線源方向を特定出来るので高い精度が得られる。
一次元センサーをリング状にすることから、一次元センサーの回路構成をそのまま使用できること、生産方法も同じ方法が採れることにより、生産コストが安価に出来る、等の特徴を有する。
図１(ａ)は一次元センサー(１)をリング状にしたものに、Ｒの方向から放射線が入射することを示している。図１(ｂ)はそのときのセンサーからの出力信号強度分布を示している。
【実施例１】
【０００４】
リング状または多角形状にセンサー(１)のユニットを配置するとき、入射角度によって感光面に入射する実効面積が変化する。図１のように入射線Ｒを基点として角度を取ると、実効面積はＣosθの関数となり、０度と１８０度で極大となる。したがって、極大となる０度と１８０度の点を結んだ直線上でピークの信号強度が大きい方が入射の方向となる。
Ｃosθの０度と１８０度近傍は角度に対する関数の変化が少なく、分解能を高く取ることが出来ない。したがって、センサーの前面にコリメータを配置して、センサに対する傾き入射に対する制限を設けることにより、０度と１８０度の点で鋭いピークをもつ関数とすることができ、分解能を高く出来る。このとき、コリメータは１８０度のところの単位センサーの両隣の単位センサーにも多少入射が可能な程度のコリメーションとする。図２(ａ)は一次元センサー(１)をリング状にしたものの外周にコリメータ(２)を配置したものに、Ｒの方向から放射線が入射することを示している。図２(ｂ)はそのときのセンサーからの出力信号強度分布を示している。このときの信号強度分布はシャープなものとなる。コリメータは鉛、又は錫などの重金属で出来ていて、放射線の阻止効果の大きい材料の物とする。図３にその拡大図を示す。
【０００５】
図３はセンサー(１)とコリメータ(２)との構成上の詳細を示している。内側と外側のコリメータの間隔Da、内側コリメータとセンサーとの間隔Db、これらを調節することにより信号の分布関数を調節でき、素子の間隔による不感角度をなくすることが出来る。なお、開口部(３)は全周に存在するが、図３では一部省略してある。
図３に示すように、コリメータの開口は単位センサーの感光面積と同じとするが、複数の単位センサーで受光するようにしてもよい。コリメータ(２)は２重のリングからなり内側のリング(２ａ)と外側のリング(２ｂ)とはスペースＤaがとってあり、内側のリング(２ａ)とセンサー(１)との間にもスペースＤbがとってある。この間隔を調整することにより上記のコリメーションの強さを調節することができる。
【０００６】
上記１８０度に位置する単位センサーの両隣のセンサーに入射を許す程度のコリメーションとするとき、単位センサーの間隔による不感入射角度をなくすることが出来る。ここでいう単位センサーとは放射線を受けて信号を発生する最小のユニット、すなわち検出素子を指しており、分解能を決定する。
ここでのコリメータは２重のリングとなっているが、１重のリングであっても信号強度分布は十分シャープであり、１重のリングの実施形態を排除するものではない。また、コリメータの開口部(３)の数を奇数個とすると前後の感度比が大となり、線源位置の前方後方の識別が容易となる。なお、単位センサーはリング全周にわたって設けられるものであるが、開口部(３)に面する箇所にのみ設けるものであってもよい。
【実施例２】
【０００７】
リング状一次元センサーを積層して、リング状にセンサーが配置された仮想的な平面に対して、上下方向の角度に対する感度変化を持たせる実施例について説明する。図４に示すように、リング状一次元センサー(1a,1b,1c,1d)を上から第１のセンサー(1a)，第２のセンサー(1b)，第３のセンサー(1c)及び第４のセンサー(1d)を積み重ねる。これらセンサー間の空隙はあってもよいし、密着するものであってもよい。このとき、積み重ねるリング間のスペースＤc、コリメータとセンサーの上下のスペースＤdを変化させることにより、上下方向の検出範囲を設定することが出来る。
【０００８】
図４において、内側のコリメータ(２ａ)，外側のコリメータ(２ｂ)はいずれも円筒形状であり、図４の上下方向に延びている。図４の右方向から放射線Ｒ１が飛来するとき、各リング状センサーの第１乃至第４のすべてにおいて検出され、その強度は放射線Ｒ１に対して０度に位置するセンサーの出力が最強であり、それに次いで１８０度に位置するセンサーの出力が大である(図５上段)。同様に、図４の右方向やや下方から放射線Ｒ２が飛来したときのセンサーの信号出力の例を図５中段に示す。この場合には、第４のセンサー(1d)の０度位置のセンサーはコリメータ(2a,2b)により放射線Ｒ２が阻止されるため、信号出力がない。また、第３及び第４のセンサー(1c,1d)の１８０度位置のセンサーも同じくコリメータ(2a,2b)により放射線Ｒ２が阻止されており、信号出力がない。
【０００９】
また、図４の右方向やや上方から放射線Ｒ３が飛来したときの信号出力は、図５の下段に示されるように現れる。いずれの図においても、放射線の飛来方向を０度とし、飛来方向からのずれをθとして各センサーのリング上の位置を横軸にとっている。
この構成によれば、リング状(あるいは多角形状)一次元センサーの配置される仮想的な平面に対する線源の傾き角度が測定可能である。
なお、この実施例においてもコリメータは２重のリングとなっているが、１重のリングであっても信号強度分布は十分シャープであり、１重のリングの実施形態を排除するものではない。
【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。
特に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】リング状一次元センサーに放射線が入射した際の信号強度を示す図
【図２】リング状一次元センサーにコリメータをつけた構成例及び信号強度を示す図
【図３】センサーとコリメータとの位置関係を示す拡大図
【図４】リング状一次元センサーを積層した構成を示す図
【図５】積層状態における信号強度を示す図
【符号の説明】
【００１２】
１ リング状一次元センサー
２ コリメータ
２ａ 内側コリメータ
２ｂ 外側コリメータ
３ 開口部
Ｒ 線源からの放射線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元センサーをリング状または多角形状に配置して、前記一次元センサーの出力信号分布から線源の方向を推定する高エネルギー線源方向判別環状システム。
【請求項２】
前記一次元センサーの外周にコリメータを配置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環状システム。
【請求項３】
前記コリメータの開口は該コリメータ直後の単位センサーに入射して透過した放射線が前記リング状または多角形状の中心に対し反対側１８０度の位置にある単位センサーの両隣の単位センサーを照射可能なコリメーションとすることを特徴とする請求項２記載の高エネルギー線源方向判別環状システム。
【請求項４】
前記リング状または多角形状に配置された一次元センサーを複数個適当な間隔で積層して配置して、前記一次元センサーの出力信号分布からリング状または多角形状の配置平面に対する線源の傾き角度を推定することを特徴とする請求項２記載の高エネルギー線源方向判別環状システム。
【請求項１】
一次元センサーをリング状または多角形状に配置して、前記一次元センサーの出力信号分布から線源の方向を推定する高エネルギー線源方向判別環状システム。
【請求項２】
前記一次元センサーの外周にコリメータを配置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環状システム。
【請求項３】
前記コリメータの開口は該コリメータ直後の単位センサーに入射して透過した放射線が前記リング状または多角形状の中心に対し反対側１８０度の位置にある単位センサーの両隣の単位センサーを照射可能なコリメーションとすることを特徴とする請求項２記載の高エネルギー線源方向判別環状システム。
【請求項４】
前記リング状または多角形状に配置された一次元センサーを複数個適当な間隔で積層して配置して、前記一次元センサーの出力信号分布からリング状または多角形状の配置平面に対する線源の傾き角度を推定することを特徴とする請求項２記載の高エネルギー線源方向判別環状システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２１４９０８（Ｐ２００６−２１４９０８Ａ）
【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２００５−２８８６６（Ｐ２００５−２８８６６）
【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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