JP4525622B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は放射線検出器に関し、特に、放射線検出器の消費電流を低減させる方法に適用して好適なものである。

原子力発電所、加速器施設および放射線利用施設などにおいて、放射線業務従事者が被ばくした放射線の線量を検出したり管理したりするために、放射線業務従事者のポケットに収まる携帯用の放射線検出器が用いられている。
図５は放射線検出器の実装状態を示す図、図６は従来の放射線検出器の外観構成を示す斜視図である。
図５および図６において、放射線検出器１００は、放射線業務従事者の作業服の胸に収まるような大きさに設定され、概ね１００×５０×１０ｍｍの寸法を有している。この放射線検出器１００には、信号処理回路が搭載されたプリント基板１１５、プリント基板１１５を収納する筐体１０１、データ表示を行う液晶ディスプレイ１１３および放射線業務従事者に警報を行う警報部１１４が設けられている。ここで、放射線の検出方式としては、入射した放射線による電離作用を利用した半導体式が主流となっている。

図７は、従来の放射線検出器の概略構成を示すブロック図である。
図７において、放射線検出器には、放射線を検出する半導体検出部２、半導体検出部２に逆バイアスを印加する逆バイアス印加手段１、半導体検出部２にて検出された信号を増幅するアンプ回路３、アンプ回路３から出力された信号を閾値電圧と比較し、閾値電圧以上の信号をパルス信号として出力するコンパレータ４、コンパレータ４から出力されたパルス信号をカウントするカウンタ５、カウンタ５によるカウント結果に基づいて被ばく放射線量を算出するＣＰＵ１６、放射線量が規定値を超えた場合に警報を鳴らすブザー８、ＩＲＤＡなどによって外部と通信する通信手段９が設けられている。ここで、ＣＰＵ１６には、カウンタ５によるカウント結果を読み出すカウンタ読出し手段１６ａ、カウンタ５によるカウント結果に基づいて被ばく放射線量を算出する被ばく量演算手段１６ｂおよび通信手段９による受信の有無に基づいて通信処理を行う通信処理手段１６ｃが設けられている。

そして、放射線業務従事者が被ばくした放射線は筐体１０１を介して半導体検出部２に入射され、半導体検出部２にて放射線が検出される。そして、半導体検出部２にて検出された信号はアンプ回路３にて増幅された後、コンパレータ４にて閾値電圧と比較され、閾値電圧以上のレベルの信号がパルス信号としてカウンタ５に出力される。そして、コンパレータ４からのパルス信号はカウンタ５にてカウントされ、そのカウント結果がＣＰＵ１６に入力される。そして、ＣＰＵ１６は、カウンタ５からのカウント結果に基づいて、放射線業務従事者の被ばく放射線量を算出することができる。

そして、ＣＰＵ１６は、被ばく放射線量を算出すると、放射線業務従事者の現在の被ばく放射線量を液晶ディスプレイ１１３に表示する。また、ＣＰＵ１６は、放射線業務従事者の現在の被ばく放射線量が規定値を超えた場合、そのことを警報部１１４に通知する。そして、警報部１１４は、放射線業務従事者の現在の被ばく放射線量が規定値を超えたという通知をＣＰＵ１６から受けると、ブザー８を鳴らすことにより、その作業空間からの離脱を放射線業務従事者に促すことができる。

図８は、従来の放射線検出器の動作を示すフローチャートである。
図８において、放射線検出器の電源がオンされると（ステップＳ０）、ＣＰＵ１６は、初期設定を行った後（ステップＳ１）、カウンタ５によるカウント結果を読み出す（ステップＳ２）。そして、ＣＰＵ１６は、カウンタ５によるカウント結果に基づいて被ばく量の演算処理を行い、その演算結果に基づいて液晶ディスプレイ１１３による表示処理やブザー８による警報処理を行う（ステップＳ３）。

次に、ＣＰＵ１６は、例えば、パーソナルコンピュータなどの上位計算機から発信されたＩＲＤＡ通信信号の有無を判断し（ステップＳ４）、パーソナルコンピュータからのＩＲＤＡ通信信号がない場合には、電源スイッチのオン／オフ状態を確認する（ステップＳ６）。そして、電源スイッチがオンされている場合には、ＣＰＵ１６はスリープ状態に入り、ＣＰＵ１６の動作を停止する（ステップＳ８）。一方、電源スイッチがオフされた場合には、ＣＰＵ１６は放射線検出器の電源をオフさせる（ステップＳ７）。
一方、ステップＳ４において、パーソナルコンピュータが放射線検出器の近くにあってＩＲＤＡ通信信号を受信した場合には、ＣＰＵ１６は、パーソナルコンピュータとの間で通信処理を行う（ステップＳ５）。

図９は、従来のＣＰＵ１６のアクティブ時間とスリープ時間との関係を示すタイミングチャート、図１０は、図９のＣＰＵ１６のアクティブ時間を拡大して示すタイミングチャートである。
図９において、ＣＰＵ１６は、間欠動作時間Ｘ（ｍｓ）の周期でアクティブ時間Ｙ（ｍｓ）だけ動作し、スリープ時間（Ｘ−Ｙ）（ｍｓ）の間は動作を停止することにより、低消費電力化を図り、電源用の電池の長寿命化を実現している。

ここで、ＣＰＵ１６が動作するアクティブ時間Ｙは、図１０に示すように、（１）カウンタ５からのデータ読出し時間、（２）被ばく放射線量を算出するための被ばく量演算時間、（３）ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認時間から構成されている。
また、例えば、特許文献１には、分周器から発生するインターバル信号に基づいて、放射線計測系のカウンタの計測値を読み込むシングルチップコンピュータを間欠動作させることにより、個人被ばく線量計の低消費電力化を図る方法が開示されている。
特開平２−１９７８８号公報

しかしながら、従来の放射線検出器では、ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認するために、放射線業務従事者が放射線検出器をパーソナルコンピュータに近づけた時に待ち時間がないようにするために、間欠動作時間Ｘは短く設定され、間欠動作時間Ｘは１秒程度にする必要がある。このため、ＣＰＵ１６のスリープ時間（Ｘ−Ｙ）に対するアクティブ時間Ｙの割合が増大し、ＣＰＵ１６の消費電流が増加することから、放射線検出器の電源用の電池の寿命が短くなるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、通信信号の受信の有無の確認にかかる待ち時間を短縮しつつ、低消費電力化を図ることが可能な放射線検出器を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の放射線検出器によれば、放射線を検出する放射線検出手段と、前記放射線検出手段による放射線の検出信号と閾値との比較結果に基づいてパルス信号を出力する比較手段と、前記比較手段から出力されたパルス信号をカウントするカウント手段と、前記カウント手段によるカウント結果に基づいて被ばく放射線量を算出する演算処理手段と、前記演算処理手段にて算出された被ばく放射線量に関する情報についての通信処理を行う通信処理手段と、間欠動作時間周期のうち所定のタイミングで前記通信処理手段のみを間欠的に動作状態に移行させると共に、所定の間欠動作時間周期のうち前記所定のタイミング以外のタイミングで前記演算処理手段および前記通信処理手段を間欠的に動作状態に移行させるアクティブ制御手段とを備えることを特徴とする。

これにより、通信処理手段の間欠動作時間を短くすることを可能としつつ、演算処理手段の間欠動作時間を長くすることが可能となる。このため、通信信号の受信の有無の確認を頻繁に行うことを可能としつつ、演算処理手段の動作の停止時間を長くすることが可能となり、通信信号の受信の有無の確認にかかる待ち時間を短縮しつつ、低消費電力化を図ることが可能となる。

また、請求項２記載の放射線検出器によれば、単位時間当たりにおいて、前記演算処理手段および前記通信処理手段が動作状態に移行する回数よりも、前記通信処理手段のみが動作状態に移行する回数の方が多いことを特徴とする。
これにより、演算処理手段の動作の停止時間を長くした場合においても、通信信号の受信の有無の確認を頻繁に行うことが可能となり、通信信号の受信の有無の確認にかかる待ち時間を短縮しつつ、低消費電力化を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、通信信号の受信の有無の確認を頻繁に行うことを可能としつつ、演算処理手段の動作の停止時間を長くすることが可能となり、通信信号の受信の有無の確認にかかる待ち時間を短縮しつつ、低消費電力化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る放射線検出器について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る放射線検出器の概略構成を示すブロック図である。
図１において、放射線検出器には、放射線を検出する半導体検出部２、半導体検出部２に逆バイアスを印加する逆バイアス印加手段１、半導体検出部２にて検出された信号を増幅するアンプ回路３、アンプ回路３から出力された信号を閾値電圧と比較し、閾値電圧以上の信号をパルス信号として出力するコンパレータ４、コンパレータ４から出力されたパルス信号をカウントするカウンタ５、カウンタ５によるカウント結果に基づいて被ばく放射線量を算出するＣＰＵ６、放射線量が規定値を超えた場合に警報を鳴らすブザー８、ＩＲＤＡなどによって外部と通信する通信手段９が設けられている。

そして、ＣＰＵ６には、カウンタ５によるカウント結果を読み出すカウンタ読出し手段６ａ、カウンタ５によるカウント結果に基づいて被ばく放射線量を算出する被ばく量演算手段６ｂ、通信手段９による受信の有無に基づいて通信処理を行う通信処理手段６ｃ、ＣＰＵ６のアクティブ状態を制御するアクティブ制御手段６ｄが設けられている。ここで、アクティブ制御手段６ｄは、第１のタイミングに基づいてカウンタ読出し手段６ａ、被ばく量演算手段６ｂおよび通信処理手段６ｃを間欠的に動作状態に移行させるとともに、第２のタイミングに基づいて通信処理手段６ｃのみを間欠的に動作状態に移行させることができる。

そして、逆バイアス印加手段１にて半導体検出部２に逆バイアスが印加されると、電子はｎ側からｐ側に移動し、半導体検出部２に含まれるダイオード構造の空乏層はさらに広がる。そして、放射線業務従事者が被ばくした放射線が半導体検出部２の空乏層に入射すると、空乏層内で共有結合している電子が弾き飛ばされ、電子と正孔のペア（電子正孔対）が生成される。

そして、電子と正孔のペアが空乏層内で生成されると、逆バイアスされている電界に向かって電子は＋方向に移動するとともに、正孔は−方向に移動し、半導体検出部２に入射した放射線の線量に対応した電流が流れる。そして、半導体検出部２にて検出された信号は、アンプ回路３の前段に配置されたコンデンサにて直流成分が除去された後、アンプ回路３に入力される。そして、半導体検出部２にて検出された信号はアンプ回路３にて増幅された後、コンパレータ４にて閾値電圧と比較され、閾値電圧以上の信号がパルス信号としてカウンタ５に出力される。

そして、コンパレータ４からのパルス信号はカウンタ５にてカウントされ、そのカウント結果がＣＰＵ６に入力される。そして、ＣＰＵ６は、所定の周期でアクティブ状態に移行することにより、カウンタ５からのカウント結果を読み出す。そして、ＣＰＵ６は、カウンタ５からのカウント結果に基づいて、放射線業務従事者の被ばく放射線量を算出する。さらに、ＣＰＵ６は、アクティブ状態に移行している間にＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認し、ＩＲＤＡ通信信号を受信した場合には、ＣＰＵ６は外部計算機との間で通信処理を行う。

そして、ＣＰＵ６は、被ばく放射線量を算出すると、放射線業務従事者の現在の被ばく放射線量を液晶ディスプレイ１１３に表示することができる。また、ＣＰＵ６は、放射線業務従事者の現在の被ばく放射線量が規定値を超えた場合、ブザー８を鳴らすことにより、その作業空間からの離脱を放射線業務従事者に促すことができる。さらに、ＣＰＵ６は、無線通信手段９を介して被ばく放射線量を被ばく量集中管理システムに送信することができる。そして、被ばく量集中管理システムでは、放射線業務従事者の被ばく放射線量の推移や累積値を集中管理することができる。

ここで、ＣＰＵ６は、第１のタイミングでアクティブ状態に移行した場合には、カウンタ５からのカウント結果の読み出し処理および被ばく放射線量の算出処理を行いつつ、ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認を含む通信処理を行うとともに、第２のタイミングでアクティブ状態に移行した場合には、ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認を含む通信処理のみを行い、カウンタ５からのカウント結果の読み出し処理および被ばく放射線量の算出処理を休止することができる。

これにより、通信処理手段６ｃの間欠動作時間を短くすることを可能としつつ、カウンタ読出し手段６ａおよび被ばく量演算手段６ｂの間欠動作時間を長くすることが可能となる。このため、ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認を頻繁に行うことを可能としつつ、カウンタ読出し手段６ａおよび被ばく量演算手段６ｂの動作の停止時間を長くすることが可能となり、ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認にかかる待ち時間を短縮しつつ、低消費電力化を図ることが可能となる。

図２は、本発明の一実施形態に係る放射線検出器の動作を示すフローチャートである。
図２において、放射線検出器の電源がオンされると（ステップＳ０）、ＣＰＵ６は、初期設定を行った後（ステップＳ１）、所定のタイミングかどうかを判断し（ステップＳ９）、所定のタイミングでない場合、カウンタ５によるカウント結果を読み出す（ステップＳ２）。そして、ＣＰＵ６は、カウンタ５によるカウント結果に基づいて被ばく量の演算処理を行い、その演算結果に基づいて液晶ディスプレイ１１３による表示処理やブザー８による警報処理を行う（ステップＳ３）。

次に、ＣＰＵ６は、例えば、パーソナルコンピュータなどの上位計算機から発信されたＩＲＤＡ通信信号の有無を判断し（ステップＳ４）、パーソナルコンピュータからのＩＲＤＡ通信信号がない場合には、電源スイッチのオン／オフ状態を確認する（ステップＳ６）。そして、電源スイッチがオンされている場合には、ＣＰＵ６はスリープ状態に入り、ＣＰＵ６の動作を停止する（ステップＳ８）。一方、電源スイッチがオフされた場合には、ＣＰＵ６は放射線検出器の電源をオフさせる（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ４において、パーソナルコンピュータが放射線検出器の近くにあってＩＲＤＡ通信信号を受信した場合には、ＣＰＵ６は、パーソナルコンピュータとの間で通信処理を行う（ステップＳ５）。
一方、ステップＳ９において、所定のタイミングの場合、カウンタ５によるカウント結果の読み出し処理（ステップＳ２）および被ばく量の演算処理（ステップＳ３）をスキップし、ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認（ステップＳ４）を含む通信処理（ステップＳ５）のみを行ってから、ステップＳ６に進む。

図３は、本発明の一実施形態に係るＣＰＵ６のアクティブ時間とスリープ時間との関係を示すタイミングチャート、図４は、図３のタイミングＢにおけるＣＰＵ６のアクティブ時間Ｔ２を拡大して示すタイミングチャートである。
図３において、ＣＰＵ６は、間欠動作時間Ｘ（ｍｓ）の周期において、タイミングＡのアクティブ時間Ｔ１（ｍｓ）には、（１）カウンタ５からのデータ読出し処理、（２）被ばく放射線量の算出処理、（３）ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認を含む通信処理を行い、タイミングＢのアクティブ時間Ｔ２（ｍｓ）には、図４に示すように、（３）ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認を含む通信処理のみを行う。

ここで、単位時間当たりにおいて、アクティブ時間Ｔ１に移行する回数よりも、アクティブ時間Ｔ２に移行する回数の方が多いことが好ましい。これにより、カウンタ５からのデータ読出し処理および被ばく放射線量の算出処理の頻度を少なくした場合においても、３）ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認を含む通信処理を頻繁に行うことが可能となり、ＩＲＤＡ通信信号の受信の有無の確認にかかる待ち時間を短縮しつつ、低消費電力化を図ることが可能となる。

また、放射線業務従事者が高レベルの放射能エリアで作業する場合を除いて、放射線業務従事者が持つ放射線検出器は被ばくすることがないため、カウンタ５によるカウント値はほとんどの場合はゼロ計数となる。このため、カウンタ５からのデータ読出し処理および被ばく放射線量の算出処理を頻繁に行う必要がなくなり、カウンタ５からのデータ読出し処理および被ばく放射線量の算出処理の頻度を少なくした場合においても、これらの処理に支障をきたすことを回避することができる。

本発明の一実施形態に係る放射線検出器の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る放射線検出器の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るＣＰＵ１６のアクティブ時間とスリープ時間との関係を示すタイミングチャートである。 図３のタイミングＢにおけるＣＰＵ１６のアクティブ時間を拡大して示すタイミングチャートである。 放射線線量計の実装状態を示す図である。 従来の放射線線量計の外観構成を示す斜視図である。 従来の放射線検出器の概略構成を示すブロック図である。 従来の放射線検出器の動作を示すフローチャートである。 従来のＣＰＵ１６のアクティブ時間とスリープ時間との関係を示すタイミングチャートである。 図９のＣＰＵ１６のアクティブ時間を拡大して示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 逆バイアス印加手段
２ 半導体検出部
３ アンプ回路
４ コンパレータ
５ カウンタ
６ ＣＰＵ
６ａ カウンタ読出し手段
６ｂ 被ばく量演算手段
６ｃ 通信処理手段
６ｄ アクティブ制御手段
１１３ 液晶ディスプレイ
８ ブザー
９ 無線通信手段

Claims (2)

1. 放射線を検出する放射線検出手段と、
   前記放射線検出手段による放射線の検出信号と閾値との比較結果に基づいてパルス信号を出力する比較手段と、
   前記比較手段から出力されたパルス信号をカウントするカウント手段と、
   前記カウント手段によるカウント結果に基づいて被ばく放射線量を算出する演算処理手段と、
   前記演算処理手段にて算出された被ばく放射線量に関する情報についての通信処理を行う通信処理手段と、
   間欠動作時間周期のうち所定のタイミングで前記通信処理手段のみを間欠的に動作状態に移行させると共に、所定の間欠動作時間周期のうち前記所定のタイミング以外のタイミングで前記演算処理手段および前記通信処理手段を間欠的に動作状態に移行させるアクティブ制御手段とを備えることを特徴とする放射線検出器。
2. 単位時間当たりにおいて、前記演算処理手段および前記通信処理手段が動作状態に移行する回数よりも、前記通信処理手段のみが動作状態に移行する回数の方が多いことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。

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