JP3709340B2

JP3709340B2 - 放射線測定装置

Info

Publication number: JP3709340B2
Application number: JP2000384604A
Authority: JP
Inventors: 賢一矢野; 勉秋山; 武志秋本; 浩志川口
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP2002181947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線測定装置に関し、特に放射線測定装置のエネルギー校正処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線測定装置に用いられる検出器の中には、入射放射線が検出器内で失ったエネルギーに比例する検出パルス信号を出力するものがある。例えばシンチレータ検出器や半導体検出器などはその代表である。この種の検出器を用いた放射線測定装置には、マルチチャネルアナライザを用いて検出パルスの波高分析を行うことにより検出した放射線のエネルギースペクトルを求めたり、検出パルスをその波高に応じた重み付けで計数することにより線量率や線量当量率を求めたりするものがある。
【０００３】
しかしながら、この種の装置では、温度変化や経年変化に伴う検出器等の特性の変化により、同じエネルギーの入射放射線に対する検出パルスの波高が変わってくる場合がある。例えば、屋外に設置される環境用監視装置では、気温変化や日射状況の変化などに応じて装置温度が変化するが、この温度変化により検出器に用いられるＮａＩシンチレータや光電子増倍管の特性が変化し、パルス波高に変化をもたらす。このようなパルス波高の変化は、検出放射線のエネルギー評価のずれを招き、エネルギースペクトルや線量当量率などの算出結果に誤りをもたらすおそれがあった。
【０００４】
このため、この種の装置では、従来よりエネルギー校正処理が行われている。従来一般的なエネルギー校正処理では、その装置で校正用線源を測定し、得られたエネルギースペクトル上でのその線源に対応する光電ピークやコンプトン端を検出し、それらピーク等がその線源の正しいエネルギー値（チャネル）に位置するよう、アンプのゲインや検出器への印加電圧を調節していた。しかしながら、この方法では、校正用線源の保持・管理や、校正の都度その線源を装置にセットするために人手や専用の機構が必要になるという問題があった。特に長期間にわたって自動測定を行う環境用エリアモニタなどでは、校正用線源を用いる方式は現実的ではなかった。
【０００５】
この問題を解決しようとする装置としては、本出願人による特開平９−３０４５４２号公報に開示された装置がある。この装置は、環境中に広く存在する⁴⁰Ｋ自然放射性核種の光電ピークやコンプトン端を基準にエネルギー校正を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自然放射性核種の放射線の検出量は、環境条件の変化に応じて動的に変化するので、エネルギースペクトル上にその核種のピークやコンプトン端が常に顕著に現れるとは限らない。例えばエネルギースペクトル上での光電ピークは、周知の平滑化２次微分法を用いて自動検出することができるが、注目する自然放射性核種の計数が充分でないとその手法による自動検出は不可能になる。例えば環境用監視装置では、雪が積もった場合には、土壌から放射される⁴⁰Ｋのγ線が積雪により遮られ、計数が低下して自動ピーク検出が不可能になる。従来、光電ピークやコンプトン端の自動検出ができない場合は、ピーク等に基づくエネルギー校正は不可能であり、装置温度に基づく校正など、精度で劣る他の校正方法を用いて自動エネルギー校正を行っていた。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、従来光電ピーク等の自動検出ができなかったような場合でも、できるだけ光電ピーク等の指標点に基づくエネルギー校正を可能とした放射線測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
また、本発明に係る装置は、放射線を検出し、単位測定期間ごとに検出放射線のエネルギースペクトルを求めるスペクトル測定手段と、単位測定期間ごとのエネルギースペクトルのデータを時系列順に保管するスペクトル保管手段と、前記スペクトル測定手段で求めた今回のエネルギースペクトル上で所定の指標点の有無を判定し、その指標点が検出できればそのエネルギー値を特定する基本判定手段と、前記基本判定手段において今回のエネルギースペクトル上で前記指標点が検出できなかった場合、その所定点が検出されるまで、今回のエネルギースペクトルに対して、前記スペクトル保管手段に保管されたエネルギースペクトルを過去に遡って順次積算し、得られた積算スペクトル上で前記指標点のエネルギー値を特定する拡張判定手段と、前記指標点のエネルギー値に基づいて装置のエネルギー校正を行う校正手段とを備える。
【００１１】
この装置では、単位測定期間のエネルギースペクトル上で指標点が検出できない場合、保管している過去のエネルギースペクトルを所定期間分だけ今回のスペクトルに足し込み、得られた積算スペクトルに対して指標点の検出処理を行う。その積算スペクトルでも指標点が検出できない場合は、更に過去に遡って所定期間分のスペクトルを足し込み、指標点検出を繰り返す。そして、指標点が検出できれば、それに基づいてエネルギー校正処理を行う。この構成によれば、指標点を検出するのに必要最小限のスペクトル積算しか行わなくて済むので、できるだけ現在に近い測定結果をベースにして校正処理を行うことができる。
【００１２】
そして本発明では、前記拡張判定手段において、所定の遡及上限まで過去に遡ってエネルギースペクトルを積算しても前記指標点が検出できない場合、前記校正手段による前記指標点に基づくエネルギー校正を取りやめる。この態様では、スペクトルの積算の際の過去への遡及の上限を設定することができ、古すぎるデータを用いて校正を行うことを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明が適用される放射線測定装置のハードウエア構成の一例を示すブロック図である。この例は、放射線測定装置の一例として、環境用の監視装置を例示したものである。この環境用監視装置の検出器１０は、放射線（主としてγ線）の入射に応じて発光するＮａＩシンチレータ１０ａ、その発光を電気的な検出パルス信号に変換する光電子増倍管１０ｂ、及び光電子増倍管１０ｃの出力を増幅するプリアンプ１０ｃを含んでいる。プリアンプ１０ｃから出力される検出パルス信号は、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１２でそのパルス波高に応じた値のディジタル信号に変換され、マルチ・チャネル・アナライザ・コントローラ（ＭＣＡＣ）１４及びディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）２８に入力される。
【００１５】
ＤＳＰ２８は、あらかじめ実装された演算アルゴリズム又は変換テーブルにより、そのディジタル信号のレベル（検出パルス波高に対応）に応じた重み値を求めて出力する。この重み値は、後段に接続される線量測定装置に供給される。線量測定装置は、この重み値を加算処理することにより、線量率や線量当量率などの諸測定値を計算する。
【００１６】
一方、ＭＣＡＣ１４は、入力されるディジタル信号をスペクトルメモリ１６ａ又は１６ｂに入力して、それらメモリ１６ａ又は１６ｂ上にエネルギースペクトルを作成するための制御を行う。すなわち、スペクトルメモリ１６ａ、１６ｂは、各波高レベルに対応した複数のチャネルを有した同じ構造のメモリである。ＭＣＡＣ１４は、各検出パルスに対応するディジタル信号がＡＤＣ１２から入力されるごとに、スペクトルメモリ１６ａ又は１６ｂにおいて、そのディジタル信号の値に対応するチャネルの計数を増加させる。この処理を所定の単位測定期間（以下単に「測定期間」という）にわたって行うことにより、スペクトルメモリ１６ａ又は１６ｂには、検出器１０に入射した放射線の波高分布、すなわちエネルギースペクトルが形成される。なお、この構成において、スペクトルメモリを２つ設けているのは、ある測定期間のエネルギースペクトルを一方のスペクトルメモリ１６ａ又は１６ｂに形成している間に、並行して、もう一方のスペクトルメモリ１６ｂ又は１６ａに既に形成されている前回の測定期間のエネルギースペクトルを用いて各種の処理が行えるようにするためである。
【００１７】
プロセッサ１８は、スペクトルメモリ１６ａ、１６ｂに格納されたエネルギースペクトルをＲＡＭディスク２６に格納するための処理や、本装置のエネルギー校正処理を実行する。これらの処理のためのプログラムやデータはＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２０に格納されている。図では、プロセッサ１８の処理のための各種プログラム、データのうち、エネルギー校正のための校正処理プログラム２２と、その校正に用いる基準値２４のデータを例示している。基準値２４は、原理的にはエネルギー校正の基準に用いる自然放射性核種の発する放射線（γ線）の光電ピークのエネルギー値であり、実際的にはエネルギースペクトル上でのそのエネルギー値に対応するチャネルの番号を用いる。例えば、土壌中などに比較的広く存在する⁴⁰Ｋ（カリウム４０）を校正基準に選んだ場合、⁴⁰Ｋの発するγ線のエネルギー１．４６２ＭｅＶに対応するチャネルの番号が基準値２４としてＲＯＭ２０に記憶される。なお、ＲＯＭ２０の代わりにＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能な記録媒体を用いてもよいことはいうまでもない。
【００１８】
ＲＡＭディスク２６は、エネルギースペクトルの保存等に利用される半導体メモリである。ＲＡＭディスク２６は、例えば、１０分の測定期間ごとに形成されるエネルギースペクトルのデータを数ヶ月分にわたって蓄積する容量を備えている。なお、ＲＡＭディスク２６の代わりに、ハードディスクなどの他の記録媒体を用いることも可能である。
【００１９】
プロセッサ１８は、１つの測定期間が終わるごとに、その間に形成されたエネルギースペクトルの値をスペクトルメモリ１６ａ又は１６ｂから読み出し、それを時系列順にＲＡＭディスク２６に蓄積していく。ＲＡＭディスク２６に蓄積された各測定期間のエネルギースペクトルは、定期的にあるいは必要に応じて読み出し、分析に供することができる。
【００２０】
また、プロセッサ１８は、１つの測定期間が終わるごとに、校正処理プログラム２２を実行してエネルギー校正処理を行う。例えば測定期間が１０分であれば、１０分ごとにエネルギー校正が行われる。本実施形態では、エネルギー校正は、プリアンプ１０ｃのゲインを調整することにより行われる。測定期間ごとに行われるこのエネルギー校正処理の処理手順の一例を図２を参照して説明する。
【００２１】
１つの測定期間が完了し、その期間での検出放射線のエネルギースペクトルがスペクトルメモリ１６ａ又は１６ｂに形成されると、プロセッサ１８は、そのスペクトルメモリ１６ａ又は１６ｂから、作業領域として用いるＲＡＭ（図示省略）上にエネルギースペクトルのデータを読み込む（Ｓ１０）。次に、そのエネルギースペクトルから、⁴⁰Ｋの光電ピーク検出のためのＲＯＩ（Region Of Interest：注目領域）内のスペクトルを切り出し、その部分の計数値（又は計数率）が所定の許容範囲を超えているか否かを判定する（Ｓ１２）。
【００２２】
ここで用いるＲＯＩは、⁴⁰Ｋのγ線のエネルギー値に対応する正しいチャネル（即ち基準値２４）を中心とした所定チャネル幅の領域である。このようにピーク検出の対象範囲（ＲＯＩ）を限定することで、誤ったピークを⁴⁰Ｋの光電ピークとして検出することを防止する。例えば、人工放射性核種である⁶⁰Ｃｏは１．３３ＭｅＶのγ線を放射するので、⁶⁰Ｃｏが仮に環境中に存在すると、⁴⁰Ｋの光電ピークに極めて近いところに⁶⁰Ｃｏのピークが現れるが、後者を⁴⁰Ｋのピークと誤認識するおそれがあるが、⁶⁰Ｃｏのピークを含まないようにＲＯＩを設定することでそのような誤認識を防止できる。
【００２３】
このＲＯＩ中の計数値（又は計数率）が多すぎる場合（すなわちＳ１２の判定結果がＹ）、何らかの異常が起こって環境中の放射線が増大している可能性がある。このようなデータから求めたピークはエネルギー校正に用いることはできない。そこで、このような場合は、⁴⁰Ｋの光電ピークに基づくエネルギー校正は取りやめて、装置温度に基づく校正処理を行う（Ｓ３０）。この装置温度に基づく校正処理は従来から公知の技術なので、ここでは概略を簡単に説明するのみにとどめる。すなわち、Ｓ３０では、プロセッサ１８は、検出器１０近傍に設けられた温度センサ（図示省略）の検出温度に応じたゲイン指令をプリアンプ１０ｃに送ってそのゲインを調整する。このため、例えば各温度ごとの適切なゲインがＲＯＭ２０に記憶されている。ただし、この記憶情報は、工場出荷時などの特定の時点の特定の環境での検査結果に基づく値であり、現時点の最適値とは少し異なっている可能性が高い。したがって、このような温度に基づく校正処理は、現在の実測データに基づく⁴⁰Ｋのピーク基準の校正処理の方が正確さの点で劣っているが、全く校正を行わないよりも温度基準の校正を行った方が良い場合が多いので、ここでは温度基準の校正を行う。
【００２４】
Ｓ１２の判定結果がＮの場合、次に⁴⁰ＫのＲＯＩの計数値（又は計数率）が許容範囲未満であるか否かを判定する（Ｓ１４）。ＲＯＩ中の計数値（又は計数率）が少なすぎる場合、そのデータから求められる光電ピークは統計的な信頼性が低いものになるので、ここではＲＯＩの計数がピーク判定に充分なだけあるかどうかを検査している。
【００２５】
Ｓ１４の判定の結果がＮの場合、ＲＯＩの計数値（又は計数率）が、⁴⁰Ｋの光電ピークの検出のための許容範囲内にあることになる。この場合、プロセッサ１８は、そのＲＯＩ内のエネルギースペクトルのデータに対し、ピーク検出のための演算処理を行う。この演算処理には、平滑化２次微分法などの公知のアルゴリズムが利用できる。
【００２６】
次に、このピーク検出処理で⁴⁰Ｋの光電ピークが検出できたか否かを判定し（Ｓ１８）、検出できた場合には、そのピークに基づくエネルギー校正を実行する（Ｓ２０）。すなわち、プロセッサ１８は、その光電ピークのチャネル（エネルギー値に対応）を求め、そのチャネルが基準値（すなわちそのピークの本来あるべきチャネル）よりも大きければプリアンプ１０ｃのゲインを下げるように指令を出し（これによりパルス波高が小さくなる）、そのチャネルが基準値よりも小さければプリンアンプのゲインを上げるように指令を出す。このとき、求めたピークのチャネルと基準値との差に応じてゲイン調整量を決定する。
【００２７】
さて、Ｓ１４の判定でＲＯＩの計数値（又は計数率）が許容範囲未満だった場合、及びＳ１８でピーク検出できなかったと判定された場合、本実施形態では、ＲＡＭディスク２６に保存してある１つ前の測定期間のエネルギースペクトルを取り出し（Ｓ２４）、これを今回の測定期間のエネルギースペクトルに対して積算した上で（Ｓ２８）、Ｓ１４以下の処理を繰り返す。
【００２８】
スペクトルの積算により、より長い期間についてのエネルギースペクトルが得られ、統計的に⁴⁰Ｋの光電ピークが顕著になってくる。例えば今回の測定期間で⁴⁰Ｋの光電ピークの近傍の計数が偶然多くピーク検出ができなかったなどの場合でも、直前のスペクトルとの加算により、統計的変動の部分が平準化され、⁴⁰Ｋの光電ピークが際立ってくる。例えば図３（ａ）に示す１測定期間（１０分）のエネルギースペクトルでは、⁴⁰Ｋの光電ピークの計数が少なく、前後の各チャネルとの計数の差が統計的に見て充分ではないので、平滑化２次微分法などの自動ピーク検出手法でその光電ピークを検出することはできない。一方、図３（ｂ）は、今回のエネルギースペクトルに過去５０分のスペクトルを積算した合計１時間のエネルギースペクトルを示している。この１時間のエネルギースペクトルでは、⁴⁰Ｋの光電ピークが周囲から明確に立ち上がっており、自動ピーク検出手法で検出することができる。
【００２９】
ここでは、エネルギースペクトルは、時系列順に新しいものから順に積算していく。そして、積算（Ｓ２８）の結果得られたエネルギースペクトル（積算スペクトルと呼ぶ）に対してＳ１４やＳ１６、Ｓ１８の処理を行う。積算してもＲＯＩの計数が許容範囲に達しなかったり（Ｓ１４の結果がＹ）、あるいは光電ピークの検出ができなかった場合（Ｓ１８の結果がＮ）は、更に過去に遡ってエネルギースペクトルを積算する（Ｓ２８）。図２では、１測定期間分ずつエネルギースペクトルを積算していく例を示しているが、複数測定期間分ずつ積算することも可能である。積算を繰り返していくうちにいずれかの時点の積算スペクトル上で⁴⁰Ｋの光電ピークが見つかれば、Ｓ２０にて光電ピークに基づく自動エネルギー校正処理が行われる。
【００３０】
なお、スペクトルの積算は、光電ピークを際立たせるというメリットはあるものの、その反面、積算により過去のデータの影響が強まってしまうというデメリットがある。したがって、あまり遠い過去まで積算してしまうと、仮に光電ピークが得られたとしても、それは現在の装置状況よりもむしろ過去の状況の影響が強いものとなってしまい、現状に基づく装置校正の意義が薄れる可能性がある。そこで、本実施形態では、Ｓ２２でスペクトルの積算数が所定数に達したかを検査し、光電ピークが見つからない場合でも、あらかじめ設定したところで積算をうち切って温度に基づく校正処理を行うようにする（Ｓ３０）。これにより、できるだけ現在に近い情報に基づいてエネルギー校正を行うことができる。これにより、例えば積算は今回の測定期間からみて４０分以内の過去データに限定するなどという制限を実現することができる。
【００３１】
また、ＲＡＭディスク２６から取り出したエネルギースペクトルの⁴⁰ＫのＲＯＩの計数値（又は計数率）が許容範囲より大きい場合、そのスペクトルは前述の理由でピーク検出（及びそれに基づくエネルギー校正）に適さないので、その場合にはＳ２８をスキップしてそのスペクトルを積算しないようにする（Ｓ２６）。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明した。以上説明したように、本実施形態によれば、測定により得られたエネルギースペクトルで⁴⁰Ｋの光電ピークが自動検出できない場合でも、スペクトルの積算によりそのピークを検出できる可能性を高めることができ、精度の良い実測光電ピークに基づくエネルギー校正処理を実行できる機会を増大させることができる。また、本実施形態では、スペクトルの積算（どこまで過去に遡るか）に上限を設けることにより、古すぎるデータに基づいて自動校正を行ってしまうことを防止できる。
【００３３】
なお、以上の実施形態では、実測エネルギースペクトルに基づく校正の際の指標点として⁴⁰Ｋの光電ピークを用いたが、光電ピークの代わりにコンプトン端を指標点としてもよいし、⁴⁰Ｋ以外の自然放射性核種を用いてもよい。例えば、検出器にプラスティックシンチレータを用いる場合は、光電ピークよりもコンプトン端を用いる方が好適である。また、どの自然放射性核種を用いるかは、装置の設置場所の環境条件に応じて定めればよい。
【００３４】
また、以上の例では、エネルギー校正のためにプリアンプ１０ｃのゲインを調節する例を示したが、もちろんこれ以外にも例えば光電子増倍管１０ｂに印加する高圧電源の電圧を調節してもよい。また、プリアンプ１０ｃとＡＤＣ１２の間にメインアンプを配置する構成の場合、メインアンプのゲインを調節することでエネルギー校正を行うようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単位測定期間のエネルギースペクトルから光電ピーク等の指標点が見つからなかった場合には、過去のスペクトルを加算するなどしてより長い期間のスペクトル上で指標点を探すようにしたので、指標点が見つかる可能性がより向上する。これにより、実測スペクトルの指標点に基づく精度の高いエネルギー校正を実行できる機会が増大するという効果が得られる。また、本発明では、積算スペクトルから指標点が検出できなければ更に過去に遡ってスペクトルを積算し、指標点が検出できたところで処理をうち切るという方式により、できるだけ現在に近い時点のスペクトルデータに基づいてエネルギー校正が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される放射線測定装置のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図２】実施形態におけるエネルギー校正処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】エネルギースペクトルの積算の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１０検出器、１０ａＮａＩシンチレータ、１０ｂ光電子増倍管、１０ｃプリアンプ、１２ＡＤＣ（アナログディジタル変換器）、１４ＭＣＡＣ（マルチ・チャネル・アナライザ・コントローラ）、１６ａ，１６ｂスペクトルメモリ、１８プロセッサ、２０ＲＯＭ、２２校正処理プログラム、２４基準値、２６ＲＡＭディスク、２８ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）。

Claims

環境中に存在する自然放射性核種からの放射線を検出し、単位測定期間ごとに検出放射線のエネルギースペクトルを求めるスペクトル測定手段と、
単位測定期間ごとのエネルギースペクトルのデータを時系列順に保管するスペクトル保管手段と、
前記スペクトル測定手段で求めた今回のエネルギースペクトル上で所定の指標点の有無を判定し、その指標点が検出できればそのエネルギー値を特定する基本判定手段と、
前記基本判定手段において今回のエネルギースペクトル上で前記指標点が検出できなかった場合、その指標点が検出されるまで、今回のエネルギースペクトルに対して、前記スペクトル保管手段に保管されたエネルギースペクトルを過去に遡って順次積算し、得られた積算スペクトル上で前記指標点のエネルギー値を特定する拡張判定手段と、
前記指標点のエネルギー値に基づいて装置のエネルギー校正を行う校正手段と、
を備え、
前記拡張判定手段において、所定の遡及上限まで過去に遡ってエネルギースペクトルを積算しても前記指標点が検出できない場合、前記校正手段による前記指標点に基づくエネルギー校正を取りやめることを特徴とする放射線測定装置。
請求項１記載の放射線測定装置において、
前記拡張判定手段は、前記スペクトル保管手段に保管されたエネルギースペクトルを過去に遡って順次積算して際、積算のために前記スペクトル保管手段から取り出したエネルギースペクトルにおける、検出対象の指標点に対応する所定の注目範囲の計数値が許容範囲を超える場合、その取り出したエネルギースペクトルについては積算を取りやめることを特徴とする放射線測定装置。