JP2007139435A - 放射線モニタ - Google Patents

Abstract

【課題】微細局所における放射線量（線量率）計測が可能な放射線モニタを提供する。
【解決手段】この発明による放射線モニタは、放射線入射を受けて蛍光を発し、可撓性を有するシンチレーションファイバ１１を放射線の検出部に用いている。シンチレーションファイバ１１において放射線を受け、蛍光を発すると、その光は後段の光ファイバ４によって伝送され、さらに後段の光電気変換装置２へ入力される、光電気変換装置２において光を電気信号に変換し、その電気信号をさらに後段の演算装置３に入力する。演算装置３において電気信号から、検出部に入射した放射線の線量率を算出し、表示装置１０においてその数値を表示する。
【選択図】図２

Description

この発明は、原子力炉施設、核燃料施設、核燃料再処理施設、放射性同位元素使用施設、放射線発生装置使用施設、医療施設等において、放射線物質を扱う際の放射線管理に供する放射線モニタに関するものである。

従来、例えば指先等の局所細部の線量率測定には半導体検出器を用いてユニットを指の上に装着する必要があった（例えば、特許文献１参照。）。
また、指を検出部の中に挿入する必要もあった（例えば、特許文献２参照）。
また、保存蛍光体を利用した検出器が開示されている。保存蛍光体に放射線が入射した後、この保存蛍光体に刺激を与えて発光させ、被ばく線量を計測することが示されている。この保存蛍光体を、物理的柔軟性を持つ物質と組み合わせて手袋に取り付けることについても言及されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平６−２３５７６７号公報 特開平９−１７３３２２号公報 特表２００１−５１１５２８号公報

従来では、指先等の局所細部での線量率測定においては、検出器部分を指に装着したり指を入れ込んだりしなくてはならず、指先の作業性が確保しにくいという問題があった。
また、保存蛍光体を利用する検出器の場合、放射線が照射された後の段階での線量検出となるため、リアルタイムでの線量計測には適しておらず、また保存蛍光体に刺激を与えるための手段（装置）等を必要としていた。また保存蛍光体を物理的柔軟性と組み合わせること、手袋に装着することが示されているが、直方体やコイル状の小型の保存蛍光体を手袋に装着する手間が発生し、またその保存蛍光体に可撓性がない場合や指先に比べて大きい場合は、指先の作業性が確保しにくいという問題もあった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡便な装置で、指先の作業性を確保でき、放射線環境下におけるリアルタイムでの線量計測が可能な放射線モニタを提供することを目的とする。

この発明に係わる放射線モニタは、放射線入射を受けて蛍光を発するシンチレーションファイバと、前記シンチレーションファイバからの蛍光を受けて電気信号に変換する光電気変換装置と、上記光電気変換装置からの電気信号を受け、上記シンチレーションファイバに入射した放射線の線量率を算出する演算装置を備えたものである。

この発明の放射線モニタによれば、可撓性がある線状のシンチレーションファイバを、放射線を検出する検出器として用いているため、シンチレーションファイバを線量検出が必要である箇所に装着した状態で、当該箇所での線量率を算出することが可能となり、また、シンチレーションファイバに可撓性があるため、動作を伴う箇所における放射線量の検出においても、その動作を妨げることがないという効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、放射線モニタの検出器部分の基本構成を示す図である。放射線モニタは、放射線が入射すると蛍光を発するシンチレーションファイバ１と、そのシンチレーションファイバ１からの蛍光を受けて電気信号に変換する光電気変換装置２と、その光電気変換装置２からの電気信号を受け、シンチレーションファイバ１に入射した放射線の線量を算出する演算装置３を備えており、さらに、演算装置３の後段には、放射線量を、例えば線量率として表示する表示装置１０を具備している。ここで、放射線モニタの可撓性を有さない部分（この実施の形態１では光電気変換装置２、演算装置３、表示装置１０よりなる部分。）を計測表示部１２と称する。

可撓性があるシンチレーションファイバ１は、断面が円形または正方形であり、直径または一辺が０．５〜１mmで、放射線が入射すると蛍光を発するプラスチックシンチレータで構成される。シンチレーションファイバ１部分の長さを１ｍ以内と、その長さを制限することで、シンチレーションファイバ１への放射線入射で発光する光（蛍光）の減衰を抑えた形で、後段に用意した光電気変換装置２に光を伝送することができる。
なお、シンチレーションファイバ１は、その全長において放射線を感知して蛍光を発するという特性を持っている。そのため、この実施の形態１のように、シンチレーションファイバ１がある程度以上の長さを持つように構成される場合、線量を計測したい箇所に沿ってシンチレーションファイバ１を巻き回す要領で配置し、計測を行うというように、計測場所を調整することが可能である。

光電気変換装置２では、シンチレーションファイバ１で発光した光の入射を受け、この光を電気信号に変換する。光電気変換装置２は、光電子増倍管、フォトダイオードなどの半導体素子にて構成される。光電気変換装置２にて変換された電気信号は、電流またはパルスとして、後段の演算装置３に入力される。

演算装置３では、入力パルスを計数し、単位時間あたりの計数率に変換、または電流値を測定する。測定された計数率または電流値に、検出器の校正結果としてあらかじめ演算装置３に与えておいた計数効率（単位計数率あたりの線量率、または単位電流あたりの線量率）を乗じて線量率に換算する。換算された線量率は演算装置３からの指令で、後段に設けられた表示装置１０にて表示され、線量（線量率）を読み取り可能とする。
ここで、表示装置１０は、計測表示部１２に対し一体となるよう組み込まれた構造を例示しているが、表示装置１０のみを演算装置３等から分離し、両者間を専用線または無線を用いて通信するように構成し、表示装置１０の位置を調整することも可能である。

なお、電源としては、電池を用いるものとし、その電源は、例えば演算装置３に内蔵するように構成する。
このような構成とすることで、可撓性がある細い線状のシンチレーションファイバ１からなる検出器部分を、放射線量検出が必要な箇所（例えば極細配管内部あるいは機械内部の狭所等）に装着または狭所に挿入して放射線検出に用い、リアルタイムで、当該箇所での線量率を測定し表示することが可能となる。
また、放射線モニタの構成としてシンチレーションファイバ１を用いることで、簡便な構造にでき、安価に製造することが可能である。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、放射線モニタの構成において、可撓性がある部分を全てシンチレーションファイバ１による構成としていた。この実施の形態２では、図２に示すように、放射線検出測定する部分を限定する形で測定したい箇所のみにシンチレーションファイバ１１を配置し、シンチレーションファイバ１１部分と光電気変換装置２との間に光伝送用光ファイバケーブル（以下、単に光ファイバと称する。）４を接続し、この光ファイバ４によって、シンチレーションファイバ１１において生じた蛍光を、後段の光電気変換装置２に伝送するように構成している。なお、光ファイバ４にも、シンチレーションファイバ１１と同様に可撓性があり、線量測定時の作業性を確保することができる。

実施の形態１と比べて、シンチレーションファイバ１１がより短く構成される実施の形態２の方は、下記のような理由により、測定したい箇所がより高線量になった場合でも、線量検出の対応ができるものとなる。例えば１ｃｍ長さのシンチレーションファイバ１１を想定すると、実施の形態１での１m長さのシンチレーションファイバ１を用いた放射線モニタに比べ同じ線量率場での放射線によるパルス発生数量が長さに比例するので１００分の１となる。そのため同じパルス数まで計数できる演算装置３を用いる場合、１００倍の放射線によるパルス数まで計数できることになり、結果として２桁高い線量まで測定が可能である。これにより測定レンジが拡大でき、より高線量までの測定が可能となる。
また、放射線入射で発光する光はシンチレーションファイバ１では減衰し伝送距離が制限されるが光ファイバ４では減衰を抑えることができるので、演算部と測定したい箇所が離れている場合でも、線量測定が可能となる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。図３（ａ）では、図２の表示装置１０の後段に、警報装置５を設けた例を示している。ここでは、警報装置５を含めた計測表示部１２が構成される。警報装置５は、警報の設定、警報発生時のランプなどにより視認させる表示部、警報発生時のブザーなどにより警報音を発する警報音発生部を備えており、演算装置３での演算結果である線量率（単位時間当たりの線量。）を警報装置５に入力させ、警報装置５で設定された警報設定値である線量率との大小を比較し、演算結果である線量率が警報設定値である線量率以上となった場合にランプやブザーで警報を知らしめるように構成し、線量率の状態監視を可能としている。
また、図３（ｂ）に示すように、表示装置１０の構成を省略し、演算装置３の後段に警報装置５を配置することもできる。

また、この警報装置５は、実施の形態１において示した、図１の放射線モニタ（可撓性を有する部分が全てシンチレーションファイバ１で構成されるもの。）の後段側に設けることも可能であることは言うまでもない。
さらに、警報装置５を演算装置３あるいは表示装置１０の後段に配置する際に、専用線を接続し、演算装置３あるいは表示装置１０から離隔した任意の箇所に配置すること、表示装置１０と警報装置５を、演算装置３等から離隔した場所に配置することも可能である。

実施の形態４．
次に、この実施の形態４では、図４に示すように、図２（実施の形態２）において示した構成の放射線モニタのシンチレーションファイバ１１部分を、作業者の手袋６の指先部に組み込んだ形態を示す。なお、手袋６へのシンチレーションファイバ１１の組み込み方としては、手袋６の外側、内側のいずれに配置しても良く、また五本指のいずれの指に配置しても問題なく、必要と考えられるいずれかの指先部に配置するものとする。なお、シンチレーションファイバ１１及びそれに繋がる光ファイバ４の手袋６への保持は、手袋６にシンチレーションファイバ１１および光ファイバ４を装着できるよう、袋状の部分（ポケット部等）を付加しておくことで実現できる。

放射線入射により、シンチレーションファイバ１１において蛍光した光は、光ファイバ４にて後段に伝送され、図示しない計測表示部１２（光電気変換装置２、演算装置３、警報装置５）側に導かれ、線量率を演算、監視され、必要に応じて警報が表示または表音される。
図５に、作業者２０が、図４に示す放射線モニタを装着した例を示す。図５に示すように、手袋６に検出器となるシンチレーションファイバ１１を装着し、作業者の着用する衣服の胸ポケット２１に光電気変換装置２、演算装置３、表示装置１０、警報装置５が一体化された計測表示部１２を保持する。シンチレーションファイバ１１と、計測表示部１２との間は、光ファイバ４によって接続している。

放射線モニタ装着時において、作業者２０の手袋６には、シンチレーションファイバ１１および光ファイバ４のみが配置される状態であり、これらのファイバが可撓性のある軽量な線状の物質であることから、作業者２０の指先の動きに合わせてシンチレーションファイバ１１および光ファイバ４が撓んで動きに追従し、作業者は指先に検出器を装着したことによる違和感を覚えることがなく、指先の作業性を確保することができる。

なお、両手の手袋に放射線モニタを付ける場合には、例えば、後述する実施の形態６（図７）の要領で、シンチレーションファイバ１１に繋がる複数の光ファイバ４が、胸ポケット２１において集中するような構成とし、各検出器毎の計測表示を実施するように構成する。

実施の形態５．
上述の実施の形態４では１本のシンチレーションファイバ１１を手袋６の１本の指先部に配置する例を示したが、この実施の形態５では、図６に示すように、手袋６の５本指の各々へ、シンチレーションファイバ１１を配置した場合について示す。なお、手袋６への検出器の組み込み方としては、手袋６の外側、内側のいずれに取り付けることも可能である。手袋６にはシンチレーションファイバ１１および光ファイバ４が装着できる袋状の部分を付加しておくことで実現できる。放射線入射により５本指上に配置されたシンチレーションファイバ１１で蛍光した光は、それぞれのシンチレーションファイバ１１に接続された光ファイバ４にて伝送され、５本の光ファイバを束ねた形で光電気変換装置２（図示せず。）に接続し、さらに後段の図示しない演算装置３、警報装置５に導かれて演算処理等がなされ、警報状態監視される。なお、実施の形態４の図５に示す場合と同様に、計測表示部１２を胸ポケット２１に装着するように使用することができる。
従って、作業者は、指先に検出器部を装着したことを意識せずに手作業をすすめることができ、十分な作業性を確保することができ、さらに各指の線量の把握も可能となり、より詳細な線量検出・監視を実現できる。

なお、手袋６の５本指全ての指先部に、検出器となるシンチレーションファイバ１１を配置することについて示したが、放射線量監視が必要となる指に、選択的にシンチレーションファイバ１１を配置し、例えば、２本、３本または４本の任意の指先において放射線量を検出するように構成することも可能である。なお、指先のみに係わらず、手の甲や手首など、異なる箇所に検出器を配置し、特定の細部局所での線量を検出することも可能であることは言うまでもない。

実施の形態６．
上述の実施の形態５では、図６に示したように、５本指のそれぞれの指先から繋がる光ファイバ４が、手の甲部分（あるいは手のひら部分）にて束ねられ、後段の計測表示部１２側に接続されている例を示した。この実施の形態６では実施の形態５の応用で、複数の検出器（シンチレーションファイバ１１）を作業者の衣服上の離隔した位置に配置した例を図７に示す。
図７に示すように、マジックテープ（登録商標）、両面テープやバインダーなどの装着具（シンチレーションファイバ１１を衣服８等に保持させるための冶具。）７にて衣服８、または人体にシンチレーションファイバ１１からなる検出器を装着させることで衣服８を着る作業者が、着用時に違和感を覚えることなく、作業性を保持した状態で、必要となる特定の細部局所の線量率を測定することができる。

この時、シンチレーションファイバ１１に繋がる光ファイバ４は、胸ポケット２１等に納められた計測表示部１２まで、それぞれ配線されて接続された状態となる。衣服８のズボン裾部分に配置されたシンチレーションファイバ１１ａは、胸元の計測表示部１２までの距離が長くなり、他の検出器よりも光ファイバ４が長く必要になるが、先述した通り、光ファイバ４は光の減衰を抑えることができるため、線量検出精度を確保することが可能である。なお、図７に示すように、衣服８の正面側のみではなく、光ファイバ４を任意の方向の伸ばすことで衣服の背面側にもシンチレーションファイバ１１ｂを配置し、線量検出を行うことも可能である。

また、上述した放射線モニタの装着箇所としては、衣服８、人体（体表面）に限らず、疾病者、傷病者を運ぶ寝袋、担架等にも応用させることが可能である。さらに、人体、衣服（手袋含む。）以外にも、図８に示すように動物９に放射線モニタを装着させることも可能である。動物９の体表面に放射線モニタを装着させることで、局所的な放射線量検出が可能となり、動物に対しての放射線を用いた治療を行う場合においても、正確な治療を施すことが可能になるという効果が得られる。

この発明の実施の形態１に係わる放射線モニタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係わる放射線モニタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係わる放射線モニタの構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係わる放射線モニタを手袋に組み込んだ様子を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態４、５に係わる放射線モニタの使用例を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態５に係わる放射線モニタを手袋に組み込んだ様子を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態６に係わる放射線モニタを人体衣服に装着した様子を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態６に係わる放射線モニタを動物に装着した様子を模式的に示す図である。

符号の説明

１、１１、１１ａ、１１ｂ シンチレーションファイバ
２ 光電気変換装置 ３ 演算装置
４ 光伝送用光ファイバ ５ 警報装置
６ 手袋 ７ 装着具
８ 衣服 ９ 動物
１０ 表示装置 １２ 計測表示部
２０ 作業者 ２１ 胸ポケット。

Claims (6)

1. 放射線入射を受けて蛍光を発するシンチレーションファイバと、上記シンチレーションファイバからの蛍光を受けて電気信号に変換する光電気変換装置と、上記光電気変換装置からの電気信号を受け、上記シンチレーションファイバに入射した放射線の線量率を算出する演算装置を備えた放射線モニタ。
2. 上記シンチレーションファイバと上記光電気変換装置との間に、光ファイバを接続し、上記シンチレーションファイバにおいて放射線入射により発せられる蛍光を、上記光ファイバを介して、上記光電気変換装置に伝送することを特徴とする請求項１記載の放射線モニタ。
3. 上記演算装置において算出された上記放射線の線量率が、警報設定値以上である場合に、警報発信を表示または表音する警報装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の放射線モニタ。
4. 上記シンチレーションファイバを、手袋の指先部に位置するように配置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線モニタ。
5. 上記手袋の５本指の指先部にそれぞれ上記シンチレーションファイバを配置し、各指先部ごとに、上記シンチレーションファイバに入射した放射線の線量率を算出することを特徴とする請求項４記載の放射線モニタ。
6. 人体もしくは動物の体表面又は衣服に装着される上記シンチレーションファイバに入射する放射線の線量率検出を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線モニタ。

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