JP7085964B2 - Radiation detector - Google Patents
Radiation detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP7085964B2 JP7085964B2 JP2018204927A JP2018204927A JP7085964B2 JP 7085964 B2 JP7085964 B2 JP 7085964B2 JP 2018204927 A JP2018204927 A JP 2018204927A JP 2018204927 A JP2018204927 A JP 2018204927A JP 7085964 B2 JP7085964 B2 JP 7085964B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scintillator
- neutrons
- neutron
- dose
- gamma rays
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
本願は、放射線検出器に関するものである。 The present application relates to a radiation detector.
原子力発電所および加速器施設などにおいては、中性子とガンマ線が混在して発生している。被ばく線量を正確に把握するためには、ガンマ線に限らず中性子による被ばく線量も測定する必要がある。中性子およびガンマ線などの放射線は、放射線と物質の相互作用を利用して被ばく線量の測定が行われる。ガンマ線と中性子とでは物質との相互作用が異なるため、一般的に異なる放射線検出器により測定が行われる。ガンマ線による線量率測定においては、半導体検出器またはヨウ化ナトリウムなどのシンチレータが用いられる。これらの検出器の感度のエネルギー特性が、ガンマ線による線量率のエネルギー依存性に一致するように調整することで、検出器出力を線量率に換算している。一方、中性子による被ばく線量測定では、熱中性子領域から高速中性子領域までの広いエネルギー範囲の中性子を検出する必要があるため、BF3比例計数管などの減速体を設けた熱中性子検出器を利用することが一般的である。このため、種類の異なる放射線についての線量率を測定するためには、異なる放射線検出器を用意しなければならないという課題があった。 Neutrons and gamma rays are mixed and generated in nuclear power plants and accelerator facilities. In order to accurately grasp the exposure dose, it is necessary to measure not only gamma rays but also neutron exposure doses. For radiation such as neutrons and gamma rays, the exposure dose is measured using the interaction between radiation and matter. Since gamma rays and neutrons interact differently with substances, measurements are generally made with different radiation detectors. In the dose rate measurement by gamma rays, a semiconductor detector or a scintillator such as sodium iodide is used. The detector output is converted to the dose rate by adjusting the energy characteristics of the sensitivity of these detectors to match the energy dependence of the dose rate due to gamma rays. On the other hand, in neutron exposure dose measurement, it is necessary to detect neutrons in a wide energy range from the thermal neutron region to the fast neutron region. Is common. Therefore, in order to measure the dose rate for different types of radiation, there is a problem that different radiation detectors must be prepared.
この課題を解決するために、中性子検出器のうちガンマ線にも感度を持つもの、また逆にガンマ線検出器で中性子に感度を持つものもあるため、これらを利用することでガンマ線と中性子の線量率を1つの検出器で測定する技術が検討されている。例えば、中性子とガンマ線に感度を有する有機シンチレータ中に、中性子を捕獲する無機シンチレータを均一混合させたシンチレータを用い、中性子とガンマ線を検出した際のシンチレータのパルス波形の違いを利用して中性子とガンマ線を弁別して測定する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve this problem, some neutron detectors are sensitive to gamma rays, and some gamma ray detectors are sensitive to neutrons. By using these, the dose rates of gamma rays and neutrons are used. A technique for measuring with one detector is being studied. For example, using a scintillator in which an inorganic scintillator that captures neutrons is uniformly mixed with an organic scintillator that is sensitive to neutrons and gamma rays, neutrons and gamma rays are used by utilizing the difference in the pulse waveform of the scintillator when neutrons and gamma rays are detected. (For example, see Patent Document 1).
また、ガンマ線検出器の周囲を中性子吸収材が含まれた中性子減速材で囲み、中性子は中性子吸収材においての中性子吸収反応で生じたガンマ線で検出し、ガンマ線は中性子減速材を透過するためガンマ線も検出可能であり、中性子吸収材と中性子減速材の量をガンマ線束あたりの線量率と中性子束あたりの線量率が同じになる様に調整して、ガンマ線と中性子の線量率を1台の検出器で測定する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, the gamma ray detector is surrounded by a neutron decelerating material containing a neutron absorber, neutrons are detected by gamma rays generated by the neutron absorption reaction in the neutron absorber, and gamma rays pass through the neutron decelerating material, so gamma rays are also present. It is detectable, and the amount of neutron absorber and neutron decelerator is adjusted so that the dose rate per gamma ray bundle and the dose rate per neutron flux are the same, and the dose rate of gamma ray and neutron is one detector. (For example, see Patent Document 2).
上記特許文献1においては、シンチレーションパルスの波形の違いからガンマ線と中性子を弁別することができる。しかしながら、高速中性子が有機シンチレータで散乱されるときに生じるシンチレーションパルスと散乱により減速された中性子が無機シンチレータに吸収されるときに生じるシンチレーションパルスの2つのパルスが一定時間内に生じた場合に、中性子減速より生じるパルスから入射した高速中性子のエネルギーを測定するため、入射する中性子のエネルギーが低く、減速によるシンチレーションパルスが検出限界以下となる場合には、入射する中性子のエネルギーを測定できないという課題があった。一般的に有機シンチレータの検出限界は数100kev程度となるため、この方式では低エネルギー領域の中性子による被ばく線量を正確に評価することは困難である。
In
また上記特許文献2においては、中性子とガンマ線のどちらが入射した場合でもガンマ線でのみ検出を行うため、中性子とガンマ線による事象を区別出来ず、線量率上昇の要因が、ガンマ線または中性子のいずれに起因するかを判断することが不可能であるという課題があった。さらに、ガンマ線のエネルギーによりガンマ線検出器の中心部の感度が異なるため、ガンマ線束あたりの線量率のエネルギー依存性が正確に考慮できておらず、被ばく線量を正確に評価することは困難であるという課題があった。
Further, in
本願は前記のような課題を解決するためになされたものであり、1台の放射線検出器により、中性子とガンマ線のそれぞれの線量率を分離して精度よく測定することを目的としている。 The present application has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to separate the dose rates of neutrons and gamma rays by one radiation detector and measure them accurately.
本願に開示される放射線検出器は、中性子とガンマ線のそれぞれの線量率を分離して検出する放射線検出器であって、入射した中性子もしくはガンマ線に基づいて異なるパルス波形であるシンチレーション光を発生するシンチレータと、シンチレーション光をパルス信号に光電変換する光センサと、パルス信号の波形から中性子と前記ガンマ線のパルス波形弁別パラメータを算出し、中性子とガンマ線とを判別する粒子弁別回路と、パルス信号と予め定められた閾値とを比較する波高弁別回路と、波高弁別回路で閾値以上と弁別されたパルス信号の波高値とパルス波形弁別パラメータとに基づいて、中性子とガンマ線とを分離してそれぞれの線量率を算出する線量演算装置と、シンチレータの周囲に、中性子のうち高速中性子を熱中性子に減速する減速体とを備え、シンチレータは、シンチレータを構成する物質に熱中性子との相互作用確率を高める物質が混合されており、線量演算装置は、減速体により生じた、熱中性子との相互作用に起因する中性子のエネルギースペクトルのピーク部分の計数率に、シンチレータの物性、中性子のエネルギー、および減速体の構造に応じて予め定められた感度係数を乗じることで中性子の線量率を算出するものである。 The radiation detector disclosed in the present application is a radiation detector that separately detects the dose rates of neutrons and gamma rays, and is a scintillator that generates scintillation light having a different pulse waveform based on the incident neutrons or gamma rays. An optical sensor that photoelectrically converts scintillation light into a pulse signal, a particle discrimination circuit that calculates pulse waveform discrimination parameters for neutrons and the gamma ray from the waveform of the pulse signal, and discriminates between neutrons and gamma rays, and a pulse signal. Based on the peak value and pulse waveform discrimination parameters of the pulse signal discriminated from the threshold value or higher by the wave height discrimination circuit that compares the threshold values, neutrons and gamma rays are separated to determine the respective dose rates. A dose calculation device for calculation and a decelerating body that slows down high-speed neutrons to thermal neutrons among neutrons are provided around the scintillator. The dose calculator is based on the count rate of the peak part of the neutron energy spectrum caused by the interaction with thermal neutrons caused by the decelerator, the physical properties of the scintillator, the neutron energy, and the structure of the decelerator. The neutron dose rate is calculated by multiplying it by a predetermined sensitivity coefficient .
本願に開示される放射線検出器によれば、1台の放射線検出器により、中性子とガンマ線のそれぞれの線量率を分離して精度よく測定することができる。 According to the radiation detector disclosed in the present application, the dose rates of neutrons and gamma rays can be separated and measured accurately by one radiation detector.
以下、実施の形態の放射線検出器を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。 Hereinafter, the radiation detector of the embodiment will be described with reference to the drawings, but the same or corresponding members and parts will be described with the same reference numerals in the drawings.
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る放射線検出器1の構成図である。放射線検出器1は、中性子2とガンマ線3が入射されるシンチレータ4と、中性子2またはガンマ線3との相互作用によりシンチレータ4が発する微弱なシンチレーション光を測定する光センサ5と、シンチレータ4の周囲に設置される減速体6と、光センサ5から出力された信号を処理する増幅回路11、波高弁別回路12、粒子弁別回路13、および線量演算装置14と、処理した結果得られた線量率を表示する表示器15と、線量率を記録する記録装置16とから構成される。
FIG. 1 is a block diagram of the
まず、放射線の検出部であるシンチレータ4、減速体6、光センサ5について説明する。シンチレータ4は、中性子2とガンマ線3のどちらにも感度を有し、入射した中性子2またはガンマ線3から付与されたエネルギーにより構成分子が励起され、基底状態に戻る際に中性子もしくはガンマ線に基づいて異なるパルス波形であるシンチレーション光を発生する。また、熱中性子との相互作用確率を高めるために、熱中性子との相互作用確率が大きい物質、例えば、リチウムの同位体であるリチウム-6、ホウ素の同位体であるホウ素-10、ガドリニウム、カドミウムがシンチレータ4には混合されており、これらはガンマ線に対しても感度を有している。シンチレータ4は、図2のシンチレータ4における中性子2とガンマ線3のパルス波形の違いを示す模式図からわかるように、中性子2またはガンマ線3により発生するシンチレーション光の発光減衰時間が異なる。シンチレータ4には、例えばアントラセンまたは有機液体シンチレータ、およびフッ化カルシウム等の無機シンチレータを使用する。なお、ここでは線量率の測定精度をさらに向上させるために熱中性子との相互作用確率を高める物質をシンチレータに混合しているが、混合しなくても中性子とガンマ線の線量率をそれぞれ分離して精度よく測定することはできる。
First, a
中性子2のうちエネルギーの高い高速中性子は、質量数の小さな軽元素との散乱によりエネルギーを失いやすい。そのため、この高速中性子の減速を目的として設置される減速体6は、ポリエチレン等の軽元素を主要材料として構成される。減速体6を設けることで、中性子2のエネルギースペクトルには、減速した高速中性子である熱中性子との相互作用に起因するピークが発生する。一方、ガンマ線3は原子番号の大きい元素との相互作用確率が大きいため、軽元素から成る減速体6との相互作用の発生確率は小さくなり、ガンマ線3は減衰することなくシンチレータ4に入射する。
Of the
光センサ5はシンチレータ4が発したパルス波形であるシンチレーション光を受光して光電変換を行い、電気信号として微小パルス信号を出力する。光センサ5とシンチレータ4とは、空気層を挟まないように接着剤等を介して密着させて光学的に結合している。光センサ5としては、例えば光電子増倍管、光ダイオード、またはアバランシェ光ダイオードが用いられるがこれらに限るものではない。
The
放射線検出器1の波高弁別回路12と粒子弁別回路13と線量演算装置14は、ハードウエアの一例を図3に示すように、プロセッサ111と記憶装置112から構成される。記憶装置112は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ111は、記憶装置112から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ111にプログラムが入力される。また、プロセッサ111は、演算結果等のデータを記憶装置112の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
The wave
次に放射線検出器1の動作について説明する。
中性子2は減速体6を通過する際に散乱し、高速中性子はエネルギーの低い中性子である熱中性子の領域まで十分に減速された後にシンチレータ4に入射される。熱中性子はシンチレータ4を構成する原子核と核反応を起こし、核反応前後の質量欠損である反応のQ値に相当する荷電粒子が生成される。生成された荷電粒子は、シンチレータ4に全エネルギーを付与してシンチレーション光を発生する。一方、ガンマ線3は減速体6通過時に減衰することなくシンチレータ4に入射され、シンチレータ4との相互作用によりシンチレーション光を発生する。シンチレーション光は、中性子とガンマ線とで異なる発光減衰時間を有したパルス波形である。シンチレータ4の内部を伝搬した中性子とガンマ線のシンチレーション光は光センサ5に入射され、光センサ5は微小パルス信号を増幅回路11に出力する。
Next, the operation of the
図4は出力された微小パルス信号から線量率を算出するまでの処理フローを説明する図である。増幅回路11は入力された微小パルス信号を増幅し、後段で利用可能なパルス信号として出力する(ステップS11)。出力されたパルス信号は、波高弁別回路12と粒子弁別回路13に入力される。
FIG. 4 is a diagram illustrating a processing flow from the output minute pulse signal to the calculation of the dose rate. The
波高弁別回路12は、入力されたパルス信号を閾値により弁別する(ステップS12)。閾値は、測定回路系全体のノイズレベルにより、ノイズレベルの波高が含まれない波高に決定される。パルス信号は論理信号と共に線量演算装置14に出力される(ステップS13、S14)。論理信号は、閾値以上のパルス信号は「HIGH」、閾値を下回る場合は「LOW」を出力する。
The wave
粒子弁別回路13は、シンチレータ4を通過した中性子の発光減衰時間がガンマ線の発光減衰時間よりも長いことに基づいて中性子とガンマ線とを判別するために、PSDパラメータを算出する(ステップS15)。PSDとは、パルス波形弁別(Pulse Shape Discrimination)と呼ばれるパルス信号の波形から放射線の種類を判別する方法であり、時間測定、電荷積分という2つの方法がある。時間測定の場合、判別に用いるPSDパラメータは、(パルス波形の立ち下がり時間ないしパルス幅)/(パルス波形の立ち上がり時間)と定義される。電荷積分の場合、PSDパラメータは、(パルス波形の立ち下がり部分ないしパルス全体の電荷)/(パルス波形の立ち上がり部分の電荷)と定義される。例えば図2に示したパルス波形において、中性子とガンマ線の発光減衰時間は中性子で長くガンマ線で短いため、時間測定と電荷積分のいずれの方法で算出してもPSDパラメータは中性子の方がガンマ線よりも大きくなる。粒子弁別回路13において、何れの方法でPSDパラメータを算出しても構わない。粒子弁別回路13は、算出した中性子とガンマ線のPSDパラメータを後段の線量演算装置14に出力する。
The
線量演算装置14は、中性子とガンマ線のそれぞれの線量率を算出する。算出の工程を順に説明する。線量演算装置14は、まず1パルス毎に「HIGH」の状態の論理信号が付与されたパルス信号の波高値(以下、パルス波高と示す)とPSDパラメータのデジタル変換した値を予め定めた時間の幅で保存して、図5に示すような2次元ヒストグラムを作成する(ステップS16)。「LOW」が付与されたパルス信号は、ノイズとみなし処理は行わない。シンチレーション光の発光減衰時間は、発生したシンチレーション光のパルス波高に依らないため、図5に示すように中性子とガンマ線のそれぞれの検出事象は精度よく確実に分離される。
The dose
図6は、図5において分離された中性子事象とガンマ線事象のそれぞれをエネルギー軸に写像して作成したエネルギースペクトルの例を示す模式図である。縦軸の計数率は、単位時間あたりに入射した中性子およびガンマ線の計数値を示す。図6に示すように、中性子とガンマ線を分離して、エネルギースペクトルが作成される(ステップS17)。それぞれのエネルギースペクトルを用いて、中性子とガンマ線の線量率を算出する(ステップS18、S19)。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of an energy spectrum created by mapping each of the neutron event and the gamma ray event separated in FIG. 5 on the energy axis. The counting rate on the vertical axis indicates the counting value of neutrons and gamma rays incident on each unit time. As shown in FIG. 6, neutrons and gamma rays are separated to create an energy spectrum (step S17). The dose rates of neutrons and gamma rays are calculated using the respective energy spectra (steps S18 and S19).
まず中性子の線量率の算出について説明する。熱中性子とシンチレータ4との核反応の結果生じる荷電粒子のエネルギーが反応のQ値にほぼ一致するため、図6に示すように、エネルギースペクトルにQ値に相当するピークが現れる。このピーク部分の計数率が、シンチレータ4で検出した中性子の計数率となる。この計数率に予め定められた感度係数を乗じることで、中性子の線量率が算出される(ステップS18)。感度係数の決定手法については後述する。
First, the calculation of the neutron dose rate will be described. Since the energy of the charged particles generated as a result of the nuclear reaction between the thermal neutron and the
次にガンマ線の線量率の算出について説明する。ガンマ線は、次に示す何れかの方法を適用することで容易に線量率を算出することができる(ステップS19)。 Next, the calculation of the gamma ray dose rate will be described. For gamma rays, the dose rate can be easily calculated by applying any of the following methods (step S19).
まず、G(E)関数法の適用について説明する。G(E)関数法は、G(E)関数を使用して線量率を算出する方法である。図7はガンマ線のエネルギーと荷重計数の関係を示すG(E)関数の模式図である。図6のように作成されたエネルギースペクトルに予め定められたエネルギー換算計数であるG(E)関数を荷重し、線量率を算出することができる。次に逆問題解法について説明する。ガンマ線のエネルギースペクトルに対して予め求めておいたガンマ線3に対するシンチレータ4の応答関数を用いて、アンフォールディングまたはデコンボリューション等の逆問題演算によりガンマ線のエネルギースペクトルを算出し、ガンマ線束に対する線量率換算係数を乗じて線量率を算出することができる。
First, the application of the G (E) function method will be described. The G (E) function method is a method of calculating the dose rate using the G (E) function. FIG. 7 is a schematic diagram of the G (E) function showing the relationship between the energy of gamma rays and the load count. The dose rate can be calculated by loading the energy spectrum created as shown in FIG. 6 with the G (E) function, which is a predetermined energy conversion count. Next, the inverse problem solving method will be described. Using the response function of the
線量演算装置14で演算された中性子とガンマ線のそれぞれの線量率は、表示器15および記録装置16に出力される。表示器15はそれぞれの線量率を表示し、記録装置16はそれぞれの線量率を記録する。
The respective dose rates of the neutron and the gamma ray calculated by the
ここで、感度係数の決定手法について説明する。図8は中性子束に対する計数率および中性子束に対する線量率の中性子エネルギー依存性の例を示す模式図、図9は線量率に対する計数率の中性子エネルギー依存性の例を示す模式図である。減速体6により熱中性子領域まで減速された後にシンチレータ4で検出される中性子2の割合(以下、中性子2に対するシンチレータ4の感度として示す)は、シンチレータ4の物性、中性子2のエネルギーおよび減速体6の構造で決定される。中性子2に対するシンチレータ4の感度は、中性子のエネルギーにより変化するため、シンチレータ4の物性、中性子2のエネルギーおよび減速体6の構造に依存して、中性子束に対する計数率は例えば図8の実線のように示される。この特性は放射線検出器1の設計において決定されるものである。一方、中性子束に対する線量率も中性子のエネルギーにより変化するため、同様にシンチレータ4の物性、中性子2のエネルギーおよび減速体6の構造に依存して、中性子束に対する線量率は例えば図8の破線のように示される。このとき実線と破線の比率がすべての中性子のエネルギーの値で図8に示すように一定であれば、図9に示すように計数率と線量率の比率は一定となる。減速体6の厚みなどの構造を調整することで、計数率と線量率の比率を一定にすることができる。このようにして、計数率と線量率の比例計数である感度係数が決定される。
Here, a method for determining the sensitivity coefficient will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the neutron energy dependence of the counting rate on the neutron flux and the dose rate on the neutron flux, and FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the neutron energy dependence of the counting rate on the dose rate. The ratio of
以上のように、この放射線検出器1では、中性子のパルス波形の発光減衰時間がガンマ線の発光減衰時間よりも長いことに基づいて中性子とガンマ線を分離してそれぞれのエネルギースペクトルを作成するため、中性子はエネルギースペクトルに現れるピークから線量率を求めることができ、ガンマ線はG(E)関数法または逆問題解法にて線量率を求めることができ、1台の放射線検出器1により、中性子とガンマ線の線量率をそれぞれ分離して精度よく測定することができる。また、減速体6の構造を調整することで計数率と線量率の比率を一定にして感度係数を決定したため、中性子2のエネルギーに依存することなく、どのようなエネルギーの中性子が入射したとしても計数率から線量率を精度よく算出することができる。
As described above, in this
実施の形態2.
実施の形態2に係る放射線検出器1について説明する。図10は放射線検出器1の構成図である。実施の形態1ではシンチレータ4を取り囲む減速体6が設けられていたが、実施の形態2ではシンチレータ4を取り囲む減速体6を設けないものである。なお、他の構成については、実施の形態1の記載と同様であるため同一の符号を付して説明を省略する。また、ガンマ線3の線量率測定については実施の形態1と同様であり説明を省略する。
The
図11は線量率を算出するまでの処理フローを説明する図である。なお、処理フローにおいて、エネルギースペクトルを作成するステップS17までの処理、およびガンマ線の線量率算出(ステップS19)については実施の形態1と同様のため説明を省略する。 FIG. 11 is a diagram illustrating a processing flow until the dose rate is calculated. In the processing flow, the processing up to step S17 for creating the energy spectrum and the gamma ray dose rate calculation (step S19) are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
まず、中性子2のうちエネルギーが高い高速中性子の場合について説明する。図10に示すように、放射線検出器1には減速体6が設けられていないため、高速中性子は熱中性子領域のエネルギーまで減速されずにシンチレータ4に入射する。熱中性子においては図4に示したようにエネルギースペクトルに熱中性子の相互作用に起因したピークが現れたが、高速中性子においてはエネルギースペクトルにピークは現れない。線量演算装置14は、予め求めておいた高速中性子に対するシンチレータ4の応答関数を用いて、エネルギースペクトルに対してアンフォールディングまたはデコンボリューション等の逆問題演算を実施し(ステップS21)、シンチレータ4に入射した中性子2のエネルギースペクトルを作成する。その後、得られた中性子2のエネルギースペクトルに中性子束あたりの線量率換算係数を乗じて(ステップS22)、線量率を算出する(ステップS24)。
First, the case of fast neutrons having high energy among
次に、中性子2のうちエネルギーが低い中性子の場合について説明する。エネルギーが低くなると、中性子とシンチレータ4の散乱によって生じる反跳イオンのエネルギーも低くなるため、シンチレータ4の出力が波高弁別回路12においてノイズと判定される波高値よりも低くなり、先に示した逆問題演算により中性子のエネルギースペクトルを求めることはできない。しかしながら、シンチレータ4に入射した中性子の一部は、シンチレータ4の内部で散乱を繰り返して熱中性子領域まで減速する。シンチレータ4は熱中性子との相互作用確率が大きい物質を含むため、減速して生じた熱中性子はシンチレータ4と核反応を起こす。これに対する増幅されたパルス信号は、ステップS17で作成されるエネルギースペクトルにおいて熱中性子との核反応に起因するピークが出現する。このピーク部分の計数率が、シンチレータ4で検出した中性子の計数率となる。この計数率に予め定められた感度係数を乗じることで(ステップS23)、線量率を算出することができる(ステップS24)。
Next, the case of a neutron having a low energy among the
ここで、感度係数の決定手法について説明する。減速体6を備えていない放射線検出器1においては、シンチレータ4に入射した比較的低エネルギーの中性子がシンチレータ4の内部で減速され核反応を起こして検出される確率は、中性子のエネルギーとシンチレータ4の物性およびシンチレータ4の大きさによって決定される。そのため、中性子がシンチレータ4の内部で減速され核反応を起こして検出されるエネルギー特性と、中性子束あたりの線量率のエネルギー依存性が一致するように寸法調整されたシンチレータ4を備えることで、計数率と線量率の比例計数である感度係数が決定される。
Here, a method for determining the sensitivity coefficient will be described. In the
以上のように、この放射線検出器1では、シンチレータ4を取り囲む減速体6を設けていないため、中性子のエネルギーが高い場合は逆問題演算により中性子のエネルギースペクトルを算出して線量率が求められ、中性子のエネルギーが低い場合は中性子の計数率から線量率が求められるので、中性子の線量率をガンマ線の線量率とは分離して精度よく測定することができる。また、減速体6を設けていないため、放射線の検出部の構成を単純化でき、容易に設計することができる。また、シンチレータ4の寸法を調整することで、計数率と線量率の比率を一定にして感度係数を決定したため、中性子のエネルギーに依存することなく、どのようなエネルギーの中性子が入射したとしても計数率から線量率を精度よく算出することができる。
As described above, since the
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1 放射線検出器、2 中性子、3 ガンマ線、4 シンチレータ、5 光センサ、6 減速体、11 増幅回路、12 波高弁別回路、13 粒子弁別回路、14 線量演算装置、15 表示器、16 記録装置 1 Radiation detector, 2 Neutron, 3 Gamma ray, 4 Scintillator, 5 Optical sensor, 6 Decelerator, 11 Amplifier circuit, 12 Wave height discrimination circuit, 13 Particle discrimination circuit, 14 Dose calculator, 15 Display, 16 Recording device
Claims (7)
入射した中性子もしくはガンマ線に基づいて異なるパルス波形であるシンチレーション光を発生するシンチレータと、
前記シンチレーション光をパルス信号に光電変換する光センサと、
前記パルス信号の波形から前記中性子と前記ガンマ線のパルス波形弁別パラメータを算出し、中性子とガンマ線とを判別する粒子弁別回路と、
前記パルス信号と予め定められた閾値とを比較する波高弁別回路と、
前記波高弁別回路で前記閾値以上と弁別されたパルス信号の波高値と前記パルス波形弁別パラメータとに基づいて、前記中性子と前記ガンマ線とを分離してそれぞれの線量率を算出する線量演算装置と、
前記シンチレータの周囲に、前記中性子のうち高速中性子を熱中性子に減速する減速体と、を備え、
前記シンチレータは、前記シンチレータを構成する物質に前記熱中性子との相互作用確率を高める物質が混合されており、
前記線量演算装置は、前記減速体により生じた、前記熱中性子との相互作用に起因する前記中性子のエネルギースペクトルのピーク部分の計数率に、前記シンチレータの物性、前記中性子のエネルギー、および前記減速体の構造に応じて予め定められた感度係数を乗じることで前記中性子の線量率を算出することを特徴とする放射線検出器。 A radiation detector that separates and detects the dose rates of neutrons and gamma rays.
A scintillator that generates scintillation light with different pulse waveforms based on incident neutrons or gamma rays,
An optical sensor that photoelectrically converts the scintillation light into a pulse signal,
A particle discrimination circuit that calculates pulse waveform discrimination parameters for neutrons and gamma rays from the pulse signal waveform and discriminates between neutrons and gamma rays.
A wave height discrimination circuit that compares the pulse signal with a predetermined threshold value,
A dose calculation device that separates the neutron and the gamma ray and calculates the respective dose rates based on the peak value of the pulse signal discriminated from the threshold value or higher by the wave height discrimination circuit and the pulse waveform discrimination parameter .
Around the scintillator, a decelerating body that slows down fast neutrons to thermal neutrons among the neutrons is provided .
The scintillator is a mixture of a substance constituting the scintillator and a substance that increases the probability of interaction with the thermal neutron.
In the dose calculation device, the physical properties of the scintillator, the energy of the neutron, and the reducer are added to the count rate of the peak portion of the energy spectrum of the neutron caused by the interaction with the thermal neutron generated by the reducer. A radiation detector characterized in that the dose rate of the neutron is calculated by multiplying by a predetermined sensitivity coefficient according to the structure of the above .
入射した中性子もしくはガンマ線に基づいて異なるパルス波形であるシンチレーション光を発生するシンチレータと、
前記シンチレーション光をパルス信号に光電変換する光センサと、
前記パルス信号の波形から前記中性子と前記ガンマ線のパルス波形弁別パラメータを算出し、中性子とガンマ線とを判別する粒子弁別回路と、
前記パルス信号と予め定められた閾値とを比較する波高弁別回路と、
前記波高弁別回路で前記閾値以上と弁別されたパルス信号の波高値と前記パルス波形弁別パラメータとに基づいて、前記中性子と前記ガンマ線とを分離してそれぞれの線量率を算出する線量演算装置と、を備え、
前記シンチレータは、前記シンチレータを構成する物質に熱中性子との相互作用確率を高める物質が混合されており、
前記線量演算装置は、中性子のエネルギースペクトルに対して前記シンチレータの応答関数を用いて逆問題演算を実施し、前記シンチレータに入射した中性子のエネルギースペクトルを算出し、算出されたエネルギースペクトルに線量率換算係数を乗じて中性子の線量率を算出することを特徴とする放射線検出器。 A radiation detector that separates and detects the dose rates of neutrons and gamma rays.
A scintillator that generates scintillation light with different pulse waveforms based on incident neutrons or gamma rays,
An optical sensor that photoelectrically converts the scintillation light into a pulse signal,
A particle discrimination circuit that calculates pulse waveform discrimination parameters for neutrons and gamma rays from the pulse signal waveform and discriminates between neutrons and gamma rays.
A wave height discrimination circuit that compares the pulse signal with a predetermined threshold value,
A dose calculation device that separates the neutron and the gamma ray and calculates the respective dose rates based on the peak value of the pulse signal discriminated from the threshold value or higher by the wave height discrimination circuit and the pulse waveform discrimination parameter . Equipped with
The scintillator is a mixture of a substance constituting the scintillator and a substance that increases the probability of interaction with thermal neutrons.
The dose calculation device performs an inverse problem calculation on the neutron energy spectrum using the response function of the scintillator, calculates the energy spectrum of the neutron incident on the scintillator, and converts the dose rate into the calculated energy spectrum. A radiation detector characterized in calculating the dose rate of neutrons by multiplying by a coefficient.
入射した中性子もしくはガンマ線に基づいて異なるパルス波形であるシンチレーション光を発生するシンチレータと、
前記シンチレーション光をパルス信号に光電変換する光センサと、
前記パルス信号の波形から前記中性子と前記ガンマ線のパルス波形弁別パラメータを算出し、中性子とガンマ線とを判別する粒子弁別回路と、
前記パルス信号と予め定められた閾値とを比較する波高弁別回路と、
前記波高弁別回路で前記閾値以上と弁別されたパルス信号の波高値と前記パルス波形弁別パラメータとに基づいて、前記中性子と前記ガンマ線とを分離してそれぞれの線量率を算出する線量演算装置と、を備え、
前記シンチレータは、前記シンチレータを構成する物質に熱中性子との相互作用確率を高める物質が混合されており、
前記線量演算装置は、熱中性子との相互作用に起因する前記中性子のエネルギースペクトルのピーク部分の計数率に、前記シンチレータの物性、前記中性子のエネルギー、および前記シンチレータの大きさに応じて予め定められた感度係数を乗じることで前記中性子の線量率を算出することを特徴とする放射線検出器。 A radiation detector that separates and detects the dose rates of neutrons and gamma rays.
A scintillator that generates scintillation light with different pulse waveforms based on incident neutrons or gamma rays,
An optical sensor that photoelectrically converts the scintillation light into a pulse signal,
A particle discrimination circuit that calculates pulse waveform discrimination parameters for neutrons and gamma rays from the pulse signal waveform and discriminates between neutrons and gamma rays.
A wave height discrimination circuit that compares the pulse signal with a predetermined threshold value,
A dose calculation device that separates the neutron and the gamma ray and calculates the respective dose rates based on the peak value of the pulse signal discriminated from the threshold value or higher by the wave height discrimination circuit and the pulse waveform discrimination parameter . Equipped with
The scintillator is a mixture of a substance constituting the scintillator and a substance that increases the probability of interaction with thermal neutrons.
The dose calculation device is predetermined for the count rate of the peak portion of the energy spectrum of the neutron due to the interaction with the thermal neutron, according to the physical properties of the scintillator, the energy of the neutron, and the size of the scintillator. A radiation detector characterized in that the dose rate of the neutron is calculated by multiplying the sensitivity coefficient .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018204927A JP7085964B2 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Radiation detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018204927A JP7085964B2 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Radiation detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020071120A JP2020071120A (en) | 2020-05-07 |
| JP7085964B2 true JP7085964B2 (en) | 2022-06-17 |
Family
ID=70547605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018204927A Active JP7085964B2 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Radiation detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7085964B2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102185504B1 (en) * | 2020-07-07 | 2020-12-02 | 제주대학교 산학협력단 | Method for fusing a dual particle images using a device that fuses the dual particle image based on the coded-aperture |
| CA3184909A1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | Massimo Morichi | System and method for identifying nuclear threats |
| CN113219518A (en) * | 2021-05-08 | 2021-08-06 | 西北核技术研究所 | Radiation detection device and detection method based on perovskite scintillator |
| CN114545486A (en) * | 2021-12-31 | 2022-05-27 | 华北电力大学 | Neutron-gamma discrimination method based on pulse width |
| CN117590453A (en) * | 2023-10-10 | 2024-02-23 | 上海新漫传感科技有限公司 | Neutron gamma on-line monitoring device and monitoring method thereof |
| CN119556326B (en) * | 2024-11-21 | 2025-12-09 | 湖南大合新材料有限公司 | Method, device, computing equipment and storage medium for realizing positioning of incident neutrons by neutron detector |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275602A (en) | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Japan Atomic Energy Agency | Highly sensitive dosimetry for high energy neutrons, photons and muons |
| JP2007047066A (en) | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | Neutron / γ-ray non-discriminatory criticality detector |
| US20110114843A1 (en) | 2009-11-19 | 2011-05-19 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Radiation detector and method of using a radiation detector |
| JP2014524034A (en) | 2011-07-20 | 2014-09-18 | ザ・サイエンス・アンド・テクノロジー・ファシリティーズ・カウンシル | Neutron detection method and apparatus |
-
2018
- 2018-10-31 JP JP2018204927A patent/JP7085964B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275602A (en) | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Japan Atomic Energy Agency | Highly sensitive dosimetry for high energy neutrons, photons and muons |
| JP2007047066A (en) | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | Neutron / γ-ray non-discriminatory criticality detector |
| US20110114843A1 (en) | 2009-11-19 | 2011-05-19 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Radiation detector and method of using a radiation detector |
| JP2014524034A (en) | 2011-07-20 | 2014-09-18 | ザ・サイエンス・アンド・テクノロジー・ファシリティーズ・カウンシル | Neutron detection method and apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020071120A (en) | 2020-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7085964B2 (en) | Radiation detector | |
| US5514870A (en) | Fast CsI-phoswich detector | |
| US7388206B2 (en) | Pulse shape discrimination method and apparatus for high-sensitivity radioisotope identification with an integrated neutron-gamma radiation detector | |
| WO2013066882A1 (en) | Neutron spectrometer | |
| JP2013500480A (en) | Apparatus and method for neutron detection by capture gamma ray calorimetry | |
| CN112997102A (en) | Radiation detection system and method | |
| Madden et al. | An imaging neutron/gamma-ray spectrometer | |
| CN101629917B (en) | Method and device for measuring effective atomic number of substance | |
| Hausladen et al. | Induced-fission imaging of nuclear material | |
| Pozzi et al. | Comparative neutron detection efficiency in He-3 proportional counters and liquid scintillators | |
| JP4061367B2 (en) | ZnS (Ag) scintillation detector | |
| KR102313427B1 (en) | Method and apparatus for detecting radionuclides | |
| CN104754852A (en) | Nuclide identification method, nuclide identification system and photoneutron emitter | |
| RU2663683C1 (en) | Method for registration of neutrons and device for its implementation | |
| JP5450356B2 (en) | Radiation detection method | |
| RU2390800C2 (en) | Method and device for measuring spectral and integral density of neutron stream | |
| CN201266183Y (en) | Device for measuring substance effective atomic number | |
| JP2012242369A (en) | Radiation detector | |
| JP2013130418A (en) | Nuclear material detection device and nuclear material detection method | |
| Flaska et al. | Optimization of an offline pulse-shape discrimination technique for the liquid scintillator BC-501A | |
| Lapik et al. | Testing of Threshold SiO2 Aerogel Cherenkov Detectors Using Cosmic Rays: Simulation and Measurements | |
| JP7805472B2 (en) | Radioactivity analyzer and radioactivity analysis method | |
| JP7668980B1 (en) | Neutron detection devices, nuclear material detection devices | |
| Miller et al. | Effects of detector cell size on dose rate measurements using organic scintillators | |
| JP2025009223A (en) | Muon measurement device and muon measurement method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201127 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20201127 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211109 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211214 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220510 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220607 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7085964 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |