放射线检测装置、放射剂量测量处理方法、以及放射剂量测量处理程序

摘要

本发明的目的在于提供一种放射线检测装置、放射剂量测量处理方法、以及放射剂量测量处理程序，即使利用受光面积较小且光检测灵敏度较低的简易受光元件也能提高光检测灵敏度，从而能提高放射线检测灵敏度。为此，采用如下结构，具备：放射线检测部(2)，该放射线检测部(2)根据所入射的放射线(R)的能量生成放射线检测信号；随机共振部(7)，该随机共振部(7)使放射线检测部(2)所生成的放射线检测信号产生随机共振现象来对所述放射线检测信号进行波形恢复，并输出由此获得的波形恢复信号；以及运算部(8)，该运算部(8)基于随机共振部(7)所生成的波形恢复信号测量放射剂量。

说明书

技术领域

本发明涉及核设施等中测定放射剂量的放射线检测装置、放射剂量测 量处理方法、以及放射剂量测量处理程序。

背景技术

以往，核设施等中的检测放射性污染的放射线检测装置中，安装有具 有闪烁体的检测装置。作为该闪烁体的一种固体闪烁体，有通过在苯乙烯、 甲苯等有机溶剂中溶解蒽、二苯乙烯(stilbenzene)等荧光体来高分子化 而制造的聚苯乙烯、聚乙烯基甲苯等塑料闪烁体。

该塑料闪烁体与结晶性的无机闪烁体相比，容易成型加工成大面积的 薄膜形状或细长形状等，而且由于轻且具有柔性，因此抗冲击性优异，而 且成本低，容易获得，因此使用在各种放射线检测装置中。此外，塑料闪 烁体由于材料比重小，γ射线灵敏度较低，因此适用于以β射线为测定对 象的高灵敏度的放射线检测装置。

这里，专利文献1所记载的放射线检测装置包括：大面积薄型闪烁体， 其配置在检测器容器的内部上方，产生与从外部入射的放射剂量相对应量 的闪烁光；以及多个薄型聚光体，该多个薄型聚光体与大面积薄型闪烁体 平行地配置在检测器容器的内部，对由该大面积薄型闪烁体内产生的闪烁 光进行聚光。该放射线检测装置包括：贴附于大面积薄型闪烁体的检测器 外侧侧面上的遮光膜；以及多个受光元件，该多个受光元件以其受光面朝 向薄型聚光体的方式配置在多个薄型聚光体的聚光点上，并将接收到的光 转换为电信号输出到计数电路。通过采用这种结构，该放射线检测装置能 提高放射线的检测灵敏度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平8－248139号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在以往的放射线检测装置中，采用了设置光检测灵敏度较高的 大面积受光元件或设置多个对闪烁光进行接收的受光元件来提高光检测灵 敏度的结构，因此装置结构复杂且大型化，且所获得的灵敏度难以超过光 电倍增管的光检测灵敏度。

另一方面，在对闪烁光进行光引导从而采用受光面积较小的单个受光 元件的情况下，为了提高光检测灵敏度，使用光电倍增管来作为受光元件。 该情况下，存在装置成本变高的问题。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种放射线检测装置、 放射剂量测量处理方法、以及放射剂量测量处理程序，即使使用受光面积 较小、光检测灵敏度较低的简易的受光元件也能提高光检测灵敏度，从而 能提高放射线检测灵敏度。

用于解决问题的技术方案

为解决上述问题，实现发明目的，本发明的放射线检测装置的特征在 于，包括：放射线检测部，该放射线检测部根据所入射的放射线的能量生 成放射线检测信号；随机共振部，该随机共振部使所述放射线检测部所生 成的放射线检测信号产生随机共振现象来对所述放射线检测信号进行波形 恢复，并输出由此获得的波形恢复信号；以及运算部，该运算部基于所述 随机共振部所生成的波形恢复信号测量放射剂量。

此外，本发明的放射线检测装置的特征在于，在上述发明中，所述随 机共振部包括：噪音加法部，该噪音加法部使所述放射线检测部所生成的 放射线检测信号与噪音信号相加来生成噪音加法信号；阈值处理部，该阈 值处理部进行阈值处理，即，在所述噪音加法部所生成的噪音加法信号在 规定的阈值以上的情况下，输出高电平的脉冲信号；以及波形恢复部，该 波形恢复部输出对从所述阈值处理部输出的脉冲信号进行了平滑处理后得 到的波形恢复信号。

此外，本发明的放射线检测装置的特征在于，在上述发明中，所述随 机共振部并联配置有多个随机共振基本部，该多个随机共振基本部包括： 噪音加法部，该噪音加法部使所述放射线检测部所生成的放射线检测信号 与噪音信号相加来生成噪音加法信号；以及阈值处理部，该阈值处理部进 行阈值处理，即，在所述噪音加法部所生成的噪音加法信号在规定的阈值 以上的情况下，输出高电平的脉冲信号，该放射线检测装置还包括：脉冲 加法部，该脉冲加法部输出对从各随机振动基本部输出的脉冲信号求和后 得到的脉冲加法信号；以及波形恢复部，该波形恢复部输出对所述脉冲加 法部输出的脉冲加法信号进行了平滑处理后得到的波形恢复信号。

此外，本发明的放射剂量测量处理方法的特征在于，使根据所入射的 放射线的能量而生成的放射线检测信号产生随机共振现象来对所述放射线 检测信号进行波形恢复，并输出由此获得的波形恢复信号，基于所述波形 恢复信号测量放射剂量。

此外，本发明的放射剂量测量处理程序的特征在于，使处理器执行如 下处理：使根据所入射的放射线的能量而生成的放射线检测信号产生随机 共振现象来对所述放射线检测信号进行波形恢复，并输出由此获得的波形 恢复信号，基于所述波形恢复信号测量放射剂量。

发明效果

根据本发明，由于随机共振部使放射线检测部所生成的放射线检测信 号产生随机共振现象来对所述放射线检测信号进行波形恢复，并输出由此 获得的波形恢复信号，因此即使使用受光面积较小且光检测灵敏度较低的 简易受光元件也能提高光检测灵敏度，从而能提高放射线检测灵敏度。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的放射线检测装置的整体结构的示意 图。

图2是表示随机共振部的详细结构的框图。

图3是表示输入到随机共振部的放射线检测信号即输入信号的时域波 形的图。

图4是表示噪音加法器所输出的噪音加法信号的时域波形的图。

图5是表示比较器所输出的阈值处理信号的时域波形的图。

图6是表示利用加法部对所有阈值处理信号求和后得到的加法信号的 时域波形的图。

图7是表示从波形恢复部输出的波形恢复信号即输出信号的时域波形 的图。

图8是表示本发明的实施方式2的随机共振部的结构的电路图。

图9是表示本发明实施方式3的放射剂量测量处理程序所涉及的放射剂 量测量处理步骤的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。

(实施方式1)

[整体结构]

图1是表示本发明的实施方式1的放射线检测装置的整体结构的示意 图。如图1所示，放射线检测装置1具有放射线检测部2和信号处理部3。放 射线检测部2具有闪烁体4、光导5、以及受光元件6。信号处理部3具有随机 共振部7以及运算部8。

闪烁体4在放射线R从外部入射后，产生与放射线R的能量相对应的闪烁 光，使闪烁光入射到对闪烁体4进行支承的光导5。光导5呈锥形，其面积较 大的一端面上配置有闪烁体4，而面积较小的另一端面上配置有受光元件6。 入射到光导5的闪烁光经多次反射到达受光面积较小的受光元件6。受光元 件6根据闪烁光的入射光量输出经光电转换后的受光信号，并将该输出信号 作为对随机共振部7的输入信号Vin输出到信号处理部3的随机共振部7。该 输入信号Vin是放射线检测部2所检测出的放射线检测信号。

随机共振部7能通过随机共振处理对以往无法检测的、混在噪音中的微 弱的输入信号Vin进行高灵敏度的波形恢复。随机共振是指如下这种现象： 若对潜在地具有弱节拍(微弱信号)的非线性系统施加某一合适的噪音， 则之前所隐藏的节拍(微弱信号)反而变得明显，从而能以良好的灵敏度 检测出。随机共振部7使从受光元件6输入的输入信号Vin产生随机共振现象 来对放射线检测信号进行波形恢复，生成波形恢复信号、即输出信号Vout， 并将输出信号Vout输出到运算部8。这里，通常，放射线R的放射线检测信 号(输入信号Vin)是脉冲状的信号，输出信号Vout也是脉冲状信号。运算 部8基于脉冲状信号即输出信号Vout的大小和数量来进行测量放射剂量的 运算。另外，作为运算结果的放射剂量被输出到未图示的显示部、通信部 等。

[随机共振部的结构]

图2是表示随机共振部7的详细结构的框图。如图2所示，随机共振部7 具有四个随机共振基本部40a～40d、加法部30、以及波形恢复部50。四个 随机共振基本部40a～40d并联连接，并分别输入有输入信号Vin。

各随机共振基本部40a～40d分别具有噪音加法部10a～10d以及阈值处 理部20a～20d。噪音加法部10a～10d分别具有噪音加法部11a～11d以及噪 音源12a～12d。另外，阈值处理部20a～20d分别具有阈值电压源21a～21d 以及比较器22a～22d。

各噪音加法器11a～11d将分别从噪音源12a～12d输出的噪音信号 Vn1～Vn4分别与所输入的输入信号Vin相加，从而作为噪音加法信号Va1～ Va4分别输出到比较器22a～22d。另外，噪音信号Vn1～Vn4是互不相关的信 号。此外，噪音信号Vn1～Vn4优选为白噪音信号，但并不限于此，也可以 是其它种类的噪音信号。

各比较器22a～22d分别输入有上述噪音加法信号Va1～Va4、以及从各 阈值电压源21a～21d输出的阈值信号Vth1～Vth4。各比较器22a～22d在分 别输入的噪音加法信号Va1～Va4分别在阈值信号Vth1～Vth4以上的情况 下，输出高电平脉冲信号的阈值处理信号Vc1～Vc4，在噪音加法信号Va1～ Va4分别低于阈值信号Vth1～Vth4的情况下，输出低电平脉冲信号的阈值处 理信号Vc1～Vc4。该阈值处理信号Vc1～Vc4被输入到加法部30。另外，阈 值信号Vth1～Vth4的值设定为比输入信号Vin所包含的噪音电平以及噪音 信号Vn1～Vn4的信号电平要大的值。

加法部30对从各比较器22a～22d输入的四个阈值处理信号Vc1～Vc4进 行求和，并作为加法信号Vad输出到波形恢复部50。波形恢复部50对所输入 的加法信号Vad进行平滑处理，输出对原始的输入信号Vin进行波形恢复后 的输出信号Vout。

这里，各随机共振基本部40a～40d使输入信号Vin的S/N提高，产生能 提高检测灵敏度的随机共振现象。通常，阈值信号Vth1～Vth4的值以下的 微弱信号是无法检测的，但若使用该随机共振基本部40a～40d，则能利用 随机共鸣现象，从而即使是阈值信号Vth1～Vth4的值以下的微弱信号(输 入信号Vin)，也能仅将混在噪音中的输入信号Vin突显出来进行输出。

[随机共振部内的信号波形]

接着，基于随机共振部7内的信号波形对随机共振部7的处理进行说明。 首先，图3是表示输入信号Vin的时域波形的图。如图3所示，虽然输入信号 Vin中混入了噪音，但在期间ta内存在受光元件6检测到的脉冲状放射线检 测信号P。由于该脉冲状放射线检测信号P是混在噪音中的微弱信号，因此 以往无法进行检测。

图4是表示噪音加法器11a所输出的噪音加法信号Va1的时域波形的图。 如图4所示，噪音加法信号Va1通过将输入信号Vin与噪音信号Vn1相加后得 到。通过施加该噪音信号Vn1，使得期间ta内的噪音信号Vn1达到阈值信号 Vth1以上。

图5是表示比较器22a所输出的阈值处理信号Vc1的时域波形的图。如图 5所示，在期间ta内，由于随机共振现象，使得与脉冲状放射线检测信号P 相对应的脉冲状信号P1被输出。

图6是表示通过加法部30将所有阈值处理信号Vc1～Vc4相加后得到的 加法信号Vad的时域波形的图。若采用该加法信号Vad，则在期间ta输出接 近脉冲状放射线检测信号P的波形、即阶梯状信号P2。

图7是表示从波形恢复部50输出的输出信号Vout的时域波形的图。波形 恢复部50具体而言是频率滤波器电路，是将阶梯状的高频分量去除的低通 滤波器。另外，低通滤波器的截止频率需要设定为与根据脉冲状放射线检 测信号P的脉冲宽度算出的信号频率相比足够大的值。图7中，在期间ta出 现的波形恢复信号P3与图6所示的加法信号Vad相比较为平滑，且恢复出了 与脉冲状放射线检测信号P的信号波形大致相同的波形。

另外，在随机共振现象中，由于噪音信号Vn1～Vn4是互不相关的信号， 因此能通过增加随机共振基本部40a～40d的并联数来进行更接近脉冲状放 射线检测信号P的波形恢复。另外，图2中将随机共振基本部40a～40d的并 联数设为4，但该数字仅仅示出了一个例子。

本实施方式1中，利用简易结构的随机共振部7产生随机共振现象，能 从输入信号Vin中去除不需要的噪音，从而能大幅提高脉冲状放射线检测信 号P的S/N比，因此能以简易的结构提高放射线检测灵敏度。

此外，本实施方式1中，例如即使不使用光电倍增管等昂贵的受光元件， 也能利用雪崩光电二极管等低成本半导体受光元件来提高放射线检测灵敏 度。

此外，上述信号处理部3可以进行模拟信号处理，也可以对输入信号Vin 进行A/D转换来进行数字信号处理。在进行数字信号处理的情况下，优选利 用FPGA来集成信号处理部3。

(实施方式2)

上述实施方式1中采用了将四个随机共振基本部40a～40d并联的结构， 但也能仅利用一个随机共振基本部40a构成随机共振部7。

图8是表示本发明的实施方式2的随机共振部的结构的电路图。如图8 所示，随机共振部17具有配置在随机共振部7中的实施方式1所使用的一个 随机共振基本部40a、以及波形恢复部60。随机共振基本部40a将输入信号 Vin作为图5所示的阈值处理信号Vc1输出到波形恢复部60。波形恢复部60在 规定的采样期间内对与脉冲状放射线检测信号P相对应的脉冲状信号P1进 行移动平均，最终从脉冲状信号P1中恢复出脉冲状放射线检测信号P从而得 到并生成波形恢复信号P3。然后，波形恢复部60将波形恢复信号P3作为输 出信号Vout来输出。另外，移动平均是一种低通滤波处理。

(实施方式3)

上述实施方式1、2中的信号处理部3采用了电子回路等硬件结构，但本 实施方式3中，通过利用软件的数字信号处理来进行与信号处理部3相对应 的处理。此外，该数字信号处理通过放射剂量测量处理程序来执行。该情 况下，使用高速A/D转换元件等来直接对输入信号Vin进行A/D转换，并输入 到包含CPU以及存储器的运算装置中，CPU使用保存在存储器中的放射剂量 测量程序来执行一系列的放射剂量测量处理、即噪音加法处理、阈值处理、 加法处理、波形恢复处理、放射剂量测量处理等。另外，优选由包含CPU和 存储器在内的运算装置以及放射剂量测量处理程序构成为信号处理部3。此 外，CPU也可以利用程序仅执行随机共振部7的处理。

图9是表示本发明实施方式3的放射剂量测量处理程序所涉及的放射剂 量测量处理步骤的流程图。如图9所示，首先，CPU对与随机共振基本部40a～ 40d相对应的处理进行并行处理(步骤S101a、S102a、S101b、S102b、S101c、 S102c、S101d、S102d)。即，CPU对以下第一～第四处理进行并行处理： 在与噪音加法部10a相对应的加法处理(步骤S101a)后进行与阈值处理部 20a相对应的阈值处理(步骤S102a)的第一处理；在与噪音加法部10b相对 应的加法处理(步骤S101b)后进行与阈值处理部20b相对应的阈值处理(步 骤S102b)的第二处理；在与噪音加法部10c相对应的加法处理(步骤S101c) 后进行与阈值处理部20c相对应的阈值处理(步骤S102c)的第三处理；以 及在与噪音加法部10d相对应的加法处理(步骤S101d)后进行与阈值处理 部20d相对应的阈值处理(步骤S102d)的第四处理。

之后，CPU进行与加法部30相对应的加法处理(步骤S103)。之后，CPU 进行与波形恢复部50相对应的波形恢复处理(步骤S104)。另外，CPU还进 行与运算部8相对应的放射剂量的测量处理(步骤S105)。之后，CPU在每 个规定的采样期间内重复上述处理。另外，对输入信号Vin的每一个采样数 据进行整个上述处理。这里，步骤S104的波形恢复处理、步骤S105的放射 剂量的测量处理将过去的时间序列的采用数据保存到存储器中来进行处 理。

本实施方式3中，利用放射剂量测量处理程序来进行信号处理部3的处 理，因此能对各种放射线检测装置进行灵活的设计和设计变更，并能大幅 削减电路元器件。

另外，上述实施方式1～3中，放射线检测部2使用闪烁体4，由受光元 件6接收来自该闪烁体4的闪烁光，从而检测出脉冲状放射线检测信号P。但 并不限于此，也可以不使用闪烁体4，而利用直接检测放射线的放射线检测 元件来检测脉冲状放射线检测信号P。也就是说，只要放射线检测部2能生 成与入射的放射线R的能量相对应的输出信号(脉冲状放射线检测信号P) 即可。

标号说明

1放射线检测装置

2放射线检测部

3信号处理部

4闪烁体

5光导

6受光元件

7、17随机共振部

8运算部

10a～10d噪音加法部

11a～11d噪音加法部

12a～12d噪音源

20a～20d阈值处理部

21a～21d阈值电压源

22a～22d比较器

30加法部

40a～40d随机共振基本部

50、60波形恢复部

P脉冲状放射线检测信号

P1脉冲状信号

P2阶梯状信号

P3波形恢复信号

R放射线

ta期间

Va1～Va4噪音加法信号

Vad加法信号

Vc1～Vc4阈值处理信号

Vin输入信号

Vn1～Vn4噪音信号

Vout输出信号

Vth1～Vth4阈值信号