JP6031857B2 - 放射線測定方法 - Google Patents

Description

本発明は放射線（例えばＸ線、ベータ線、ガンマ線、赤外線等）を用いた放射線測定方法に関し、特に放射線源と放射線測定器の間に介在する大気の影響による被測定物（以下、試料という）の坪量の測定精度の改善を図った放射線測定方法に関するものである。

放射線が物質層を通過すると，電離作用や励起作用等によって次第にエネルギ―を失って減衰し，更にこの様な非弾性散乱を多数回受けて進行方向が変化する。従って試料の物理量（例えば坪量）が増すに伴い透過する放射線の数は減少する。この様な原理を応用し，シ―ト状の種々の試料の物理量を測定する装置が知られている。

放射線を用いた例えば坪量測定では、放射線源と検出器の間にシート状の試料を置き、その透過率から例えば放射線の強度を検出して信号分布を得るのが一般的である。このため、放射線源と検出器の間に存在する大気の変化は検出画像（検出精度）に直接影響する。即ち、気温や気圧が変化して密度変化が起きるとそれがそのまま測定誤差につながることになる。

放射線源を安定駆動するフィードバック制御や温度制御による放射線量のモニタが行われている。温度や気圧などの変動を監視して測定系にフィードバックし測定対象物を精度良く測定する先行技術として、特開平４−１５８２０９や特開２００１−２２７９１８に開示されたものがある。

図３はＸ線、β線、γ線、赤外線などの放射線を用いた透過特性によりシート状の試料の坪量（厚さ）や塗工量測定を行うインライン測定器の一例を示す斜視図である。
シート状の試料１は右から左方向へ一定速度で流れており、この試料を略直行するように放射線源ヘッド（下側・・・以下線源という）２と電離箱等の検出器ヘッド（上側・・・以下検出器という）３が一対となって試料１を走査する形態で測定を行っている。

夫々のヘッドは門型と呼ばれるＯ型フレーム４に支持され、対向する上下ヘッドの位置関係を保持して上下夫々駆動される。夫々のヘッド２，３は、試料の端部付近で折り返しを繰り返してジグザグに測定を繰り返す。更に夫々のヘッドはＯ型フレーム４の右側に待避位置Ａが設けられている。

これは、試料をセットする場合や放射線源ヘッド２や検出器ヘッド３のメンテナンス、校正などの際に試料の無い位置に移動する必要があるためである。厚さ測定においては、予め厚さ（坪量）と材質が既知の複数の標準サンプルを測定しておき、その坪量に対する透過特性として検量線を求めている。

その検量線と試料の透過出力値から逆引きして坪量（厚さ）を換算する。塗工量については図３に示す厚さ測定装置５を２本乃至３本生産ライン内に設置し、塗工工程前後にその透過特性を測定し、夫々の差分を求めることで塗工量を知ることが出来る。

図３に示すような方式では高速に流れる試料１に対してヘッド２、３が幅方向に走査するため、ジグザグのライン上を部分的にしか測定出来ない。このため近年では全面測定の要望もある。

図４は複数の検出素子（図示省略）が狭ピッチで列状に隙間無く並んだライン型検出器３ａを設置し、所定の距離はなれた放射線源から放射状に放射線を出射させて全面を測定している状態を示す斜視図である。２ａは放射線源、３ａは放射線測定器（ラインカメラ）である。
ここで、図３に示す走査型測定器であっても、図４に示す全面測定型測定器であっても校正の際には試料１を一旦取り除いて行わなければならない。

即ち、経時変化による線源の劣化、検出器の感度変化、大気の温度・湿度変化（生産ライン内の空調が悪く季節的または朝晩などの周期的な変動）に対して校正を行う場合は、試料１が無い状態（＝大気）を測定して校正を行う。

また、ある程度長期的には標準サンプルを測定して検量線を求め直すことも行われる。図３に示す走査形測定器では、従来リアルタイムにセンサヘッド間の温度を測定して大気温度の補償を行なうと共に、数十分乃至数時間単位程度の間隔で大気の測定を行ない、この値を用いて測定値の補償演算を行っている。

特開平４−１５８２０９ 特開２００１−２２７９１８

ところで、短期−中期にかけての測定精度に一番影響を与える大気の変化に対して、数時間おきに退避・校正動作を行う事で、通常測定では、大きな問題は無い。但し、工場のコールドスタート時や台風通過等による短時間での大気変動が生じる場合には、数時間単位での校正動作では精度維持が難しい場合がある。

校正動作の間隔を短くする事は解決策の一つであるが、退避位置での校正動作中は試料の測定ができなくなるというデメリットが存在する。また図４に示すような全面測定型の場合には、試料から外れるまで装置を引き出す必要があるため、装置自体の幅（Ｗ）に対して２．５倍程度の幅が必要となり、また、退避動作そのものが行い難いと言う状況がある。また、大気の変動が測定値に与える影響は、試料の材質や坪量の変化に伴って変化する性質のものである事と合わせ、このような測定系では試料の坪量に対する大気坪量の割合が大きく、大気変動による坪量変動を単純な係数で補償しても誤差を少なくすることが難しい。

比較的測定値に影響を与え易い温度変化を小さくするために測定ギャップの大気に恒温化した空気を吹き付ける等の対策も行なわれているが、空気消費が多く恒温化のためのヒータ電力が掛かる等の問題がある。

したがって本発明の目的は、温度、湿度、気圧などの大気変動を由来として生じる測定信号の変動をリアルタイムに補償することにより、坪量（厚さ）測定の精度安定性を向上させることを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の放射線測定方法の発明は、
放射線源から放射され、試料を透過してくる放射線を放射線測定器により検出し、大気変動による検出感度の補償を行って坪量の測定を行う放射線測定方法において、大気変動による検出感度の補償を行うに際しては、測定試料の種類と坪量に合わせた感度補正を行うようにしたことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の放射線測定方法において、
前記大気変動による検出感度の補償を行うに際しては、大気変動に対する測定試料の補償感度を既知の他の試料に対する感度を介在させることにより、大気変動に対して感度補正された坪量補正を行うことを特徴とする。

請求項３においては、請求項２に記載の放射線測定方法において、
既知の他の試料を用いた感度補正には、下記の式を用いることを特徴とする。
感度補正値＝測定試料／大気＝（測定試料／既知の他の試料）×（既知の他の試料）／大気）

請求項４においては、請求項１〜３のいずれかに記載の放射線測定方法において、
前記大気変動の検出は、同一線源による大気層の測定信号または、大気の密度、重さを測定または推定できる他の検出器からの測定値を用いて行うことを特徴とする。

請求項５においては、請求項１〜４のいずれかに記載の放射線測定方法において、
放射線測定器は、複数の素子が列状に形成されていることを特徴とする。

請求項６においては、請求項１〜５のいずれかに記載の放射線測定方法において、
前記放射線源は、Ｘ線、β線、γ線、赤外線、マイクロ波、可視光線、紫外線、超音波のいずれかを用いることを特徴とする。

本発明によれば以下のような効果がある。
未知な測定試料であっても、大気の坪量変化による感度補正を適切に行うことができるので、坪量測定値の測定精度を向上させることができる。
また、測定試料の坪量が変化した場合にも感度補正を行うことで適切な補正値を与えることができるので、坪量測定値の測定精度を向上させることができる。

測定試料の坪量違いによる大気に対する感度変化を示す図である。 アルミ試料に対する既知の他の試料の感度比を示す図である。 補償感度を用いて大気坪量感度による変化分を減算するためのフローチャートである。 従来例を示す斜視図である。 他の従来例を示す斜視図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。
一般に、大気の坪量変動に対して、測定対象の試料の種類と坪量によって補償感度が異なる。各測定試料と坪量による感度比について図１（ａ，ｂ）を用いて簡単に説明する。

図１（ａ）は発明者らがシミュレーションにより作成した、測定試料の坪量の違いによる大気に対する感度変化を示すもので、縦軸は大気に対する感度比、横軸は試料の坪量（ｇ／ｍ³）であり、イで示す曲線はアルミ （Ａｌ）、ロで示す曲線はニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂）、ハで示す曲線はマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ₄）である。
図において、例えば４００ｇ／ｍ³の坪量を持つＬｉＭｎ₂Ｏ₄では大気の変動に対する測定試料の感度比は１．２程度であるのに対し、ＬｉＮｉＯ₂では０．１５程度の感度の感度比になっている。

図１（ｂ）は既知の１次試料（アルミ）に対する他の試料（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄及びＬｉＮｉＯ₂）の測定試料感度比を現すものであり、この関係は図１（ａ）に示すＡｌを基準として計算することによって求めている。
この補償感度を下記１式の様に組み合わせることで、組成が未知である測定試料であっても、大気変動に対する測定試料の補償感度を求める事ができる。
測定試料の補償感度値＝測定試料／大気＝
（測定試料／既知の他の試料）×（既知の他の試料）／大気）・・・式１
上記式１の右辺は各々の測定値または推定値である。

図２（ａ〜ｃ）は大気による坪量変化と測定された測定試料の坪量測定値に対して上記
の補償感度を用いて大気坪量感度による変化分を減算するためのフローチャートである。 図２（ａ）は試料の坪量を測定した信号処理の流れ、
図２（ａ〜ｃ）は大気による坪量変化と測定された測定試料の坪量測定値に対して上記
の補償感度を用いて大気坪量感度による変化分を減算するためのフローチャートである。 図２（ａ）は試料の坪量を測定した信号処理の流れ、
図２（ｂ）は坪量の大気変動による感度補正を行うための信号処理の流れ、
図２（ｃ）は大気と測定試料の感度比を演算するための流れを示している。

図２（ａ、ｂ）は坪量測定を開始した時点で同時に進行する。（ｃ）については、予め大気と測定試料の感度比を求めておき、試料種類と試料坪量に対応する感度比を適宜用いる様にすれば使い易い。
図２（ａ）において、
Ｓｔｅｐ１：試料を透過した放射線の信号を測定する。
Ｓｔｅｐ２：検量線を用い、
Ｓｔｅｐ３：厚さ（坪量）を求める。

図２（ｂ）において、
Ｓｔｅｐ１’：大気変動を測定し、
Ｓｔｅｐ２’：大気変動を坪量化する。

図２（ｃ）において、
Ｓｔｅｐ１”：既知他の試料（（イ）アルミ、（ロ）ＬｉＮｉＯ₂、（ハ）ＬｉＭｎＯ₄を例として）と大気の感度比を抽出する（図１ａ参照）。ここで、「既知」とは坪量と材質を含んだ表現である。
Ｓｔｅｐ２”：既知他の試料（アルミ）と測定試料の感度比を抽出する（図１ｂ参照）。
Ｓｔｅｐ３”：大気と測定試料の感度比を上記１式により演算する。

図２（ｂ）に戻り、
Ｓｔｅｐ３’：図２（ａ）のステップ３で計算した坪量と図２（ｃ）のＳｔｅｐ３”で
演算した大気と測定試料の感度比を入力し、測定試料の補償量を演算する。
次に、図２（ａ）に戻り、
Ｓｔｅｐ４：Ｓｔｅｐ３で計算した試料の坪量から図２（ｂ）のステップ３’で計算し
た測定試料の変動量を入力し大気坪量感度減算を行う。
Ｓｔｅｐ５：補正後の坪量を求め、
Ｓｔｅｐ６：補正された坪量を測定値として出力する。

上記の測定／演算を行う際、大気の坪量測定は、被測定物を放射線の照射経路に含まない素子での変動を採取しても良いし、温湿度・気圧の測定値から導出する等、適宜に求めたものでも良い。

本発明によれば、未知な測定試料であっても、大気の坪量変化による感度補正を適切に行うことができるので、坪量測定値の測定精度を向上させることができる。
また、測定試料の坪量が変化した場合にも感度補正を行うことで適切な補正値を与えることができるので、坪量測定値の測定精度を向上する。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば図１で示したアルミ、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₄以外のものであってもよい。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１ 試料
２、２ａ 放射線源
３ 検出器ヘッド（電離箱）
３ａ 放射線測定器（ラインカメラ）
４ Ｏ型フレーム
５ 厚さ（坪量）測定装置

Claims (4)

1. 放射線源から放射され、試料を透過してくる放射線を放射線測定器により検出し、大気
   変動による検出感度の補償を行って坪量の測定を行う放射線測定方法において、大気変動
   による検出感度の補償を行うに際しては、大気変動に対する測定試料の補償感度を既知の他の試料に対する感度を介在させることにより、大気変動に対して感度補正された坪量補正を行って測定試料の種類と坪量に合わせた感度補正を行うようにし、前記既知の他の試料を用いた感度補正には、下記の式を用いることを特徴とする放射線測定方法。
   感度補正値＝測定試料／大気＝
   （測定試料／既知の他の試料）×（既知の他の試料）／大気）
2. 前記大気変動の検出は、同一線源による大気層の測定信号または、大気の密度、重さを
   測定または推定できる他の検出器からの測定値を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線測定方法。
3. 放射線測定器は、複数の素子が列状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線測定方法。
4. 前記放射線源は、Ｘ線、β線、γ線、赤外線、マイクロ波、可視光線、紫外線、超音波
   のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載の放射線測定方法。