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特開2018-185199放射線測定装置および放射線探査装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-185199(P2018-185199A)
(43)【公開日】2018年11月22日
(54)【発明の名称】放射線測定装置および放射線探査装置
(51)【国際特許分類】
   G01T 1/16 20060101AFI20181026BHJP
【FI】
   G01T1/16 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2017-86411(P2017-86411)
(22)【出願日】2017年4月25日
(71)【出願人】
【識別番号】399030060
【氏名又は名称】学校法人 関西大学
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100081422
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 光雄
(72)【発明者】
【氏名】倉田 純一
【テーマコード(参考)】
2G188
【Fターム(参考)】
2G188AA08
2G188AA09
2G188AA19
2G188BB04
2G188BB05
2G188BB06
2G188BB18
2G188CC01
2G188CC08
2G188CC21
2G188CC28
2G188CC29
2G188DD02
2G188DD09
2G188DD24
2G188DD30
2G188DD45
2G188EE29
2G188EE36
2G188EE39
2G188GG01
2G188GG02
2G188GG09
(57)【要約】
【課題】指向性放射線検出器を備えた放射線測定装置において、1つのホットスポットを少ない探索回数で検出する。
【解決手段】放射線測定装置は、第1方向に延びる中心軸を有し、第1〜第6側面を有する六角柱形状または六角錐台形状のベースと、ベースの第1〜第6側面に設けられ、それぞれ所定方向に指向性を有する第1〜第6の放射線検出器と、ベースの第1〜第6側面に設けられ、それぞれ第1〜第6の放射線検出器と逆向きに指向性を有する第7〜第12の放射線検出器とを備えている。ベースの頂面および底面では、対向する辺同士が互いに非平行である。第1〜第6の放射線検出器は、協働して、前記第1方向側から到来する放射線を検出する第1検出器群を構成する。第7〜第12の放射線検出器は、協働して、第1方向とは反対の第2方向側から到来する放射線を検出する第2検出器群を構成する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1方向に延びる中心軸を有し、頂面、底面および第1〜第6側面を有する六角柱形状または六角錐台形状のベースと、
前記ベースの第1〜第6側面に設けられ、それぞれ所定方向に指向性を有する第1〜第6の放射線検出器と、
前記ベースの第1〜第6側面に設けられ、それぞれ前記第1〜第6の放射線検出器と逆向きに指向性を有する第7〜第12の放射線検出器とを備え、
前記ベースの頂面および底面では、対向する辺同士が互いに非平行であり、
前記第1〜第6の放射線検出器は、協働して、前記第1方向側から到来する放射線を検出する第1検出器群を構成し、
前記第7〜第12の放射線検出器は、協働して、前記第1方向とは反対の第2方向側から到来する放射線を検出する第2検出器群を構成する、
放射線測定装置。
【請求項2】
前記ベースは、前記頂面および前記底面をそれぞれ構成する第1および第2のフレーム部材と、前記第1のフレーム部材と前記第2のフレーム部材とを接続する1つ以上の柱部材とを有する、
請求項1に記載の放射線測定装置。
【請求項3】
魚眼レンズを有する撮像装置をさらに備え、
前記撮像装置は、前記魚眼レンズの光軸が前記第1方向に一致するように配置されている、
請求項1または2に記載の放射線測定装置。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか1項に記載の放射線測定装置と、
前記放射線測定装置が搭載される移動体とを備えた、
放射線探索装置。
【請求項5】
前記移動体は無人航空機である、
請求項4に記載の放射線探索装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線測定装置、および、当該放射線測定装置が搭載された移動体を備えた放射線探索装置に関する。
【背景技術】
【0002】
放射性物質が環境中に散逸した場合、放射性物質が付着した放射線汚染物質を除去する除染作業が行われる。除染作業は、放射性物質から放射される放射線強度が大きい場所(ホットスポット)を探索することにより、効率的に進めることができる。
【0003】
放射性物質から放出された放射線を検出するための放射線検出器(例えばシンチレーション検出器)は、ほぼ全方向から到来する放射線に感度を有する。そこで、放射線が到来する方向を決定するため、一般的に、前方方向のみに指向性を有する放射線検出器が用いられる。しかし、1つの放射線検出器を用いてホットスポットを高精度に検出しようとする場合、1つのホットスポットにつき複数回、例えば同じ場所で放射線検出器の検出面をあらゆる角度に向けて走査して測定を行う必要が生じる。
【0004】
例えば特許文献1には、シンチレータと、シンチレータを部分的に覆うコリメータ(鉛などの放射線遮蔽材)とを有する指向性放射線検出器を用いることが記載されている。しかし、指向性放射線検出器は限られた角度範囲から到来する放射線しか検出できないことから、1)この検出器を用いて異なる方向について複数回、測定を行っても、ホットスポットから到来する放射線が検出範囲に入らない可能性があり、2)測定回数を増やせばこの問題は解消されるものの、作業に時間がかかってしまう。
【0005】
そこで、特許文献1に記載の装置では、指向性放射線検出器の検知角度ごとに切り替えて複数の方向から到来する放射線の強度を測定することにより、隣接する測定範囲との隙間をなくし、最小限の回数でホットスポットを検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2015−148590号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に記載の装置では、1つのホットスポットにつき、指向性を有しない放射線検出器を用いた場合と比べると測定回数を減らすことができるものの、検出器の指向性を高めるほどにやはり測定回数が多くなるという問題がある。
【0008】
本発明は、指向性放射線検出器を備えた放射線測定装置において、1つのホットスポットを少ない測定回数で検出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述の課題を解決するため、本発明に係る放射線測定装置は、
第1方向に延びる中心軸を有し、第1〜第6側面を有する六角柱形状または六角錐台形状のベースと、
前記ベースの第1〜第6側面に設けられ、それぞれ所定方向に指向性を有する第1〜第6の放射線検出器と、
前記ベースの第1〜第6側面に設けられ、それぞれ前記第1〜第6の放射線検出器と逆向きに指向性を有する第7〜第12の放射線検出器とを備え、
前記ベースの頂面および底面では、対向する辺同士が互いに非平行であり、
前記第1〜第6の放射線検出器は、協働して、前記第1方向側から到来する放射線を検出する第1検出器群を構成し、
前記第7〜第12の放射線検出器は、協働して、前記第1方向とは反対の第2方向側から到来する放射線を検出する第2検出器群を構成する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、第1検出器群と第2検出器群によりあらゆる方向から到来する放射線を検出できるので、1つのホットスポットを少ない測定回数で検出できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の実施形態1に係る放射線測定装置を示す斜視図である。
図2】本発明の実施形態1に係る放射線測定装置を示す平面図である。
図3】ベースの形状を説明する図である。
図4】本発明の実施形態1に係る放射線測定装置の一部を示す側面図である。
図5図1,2の放射線測定装置に備えられた放射線検出器を示す図である。
図6図1,2の放射線測定装置における信号処理を示すブロック図である。
図7】本発明の実施形態2に係る放射線探索装置を示す図である。
図8図1に示す放射線測定装置の変形例を示す斜視図である。
図9図1に示す放射線測定装置の変形例を示す斜視図である。
図10図7に示す放射線探索装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向を示す用語を用いるが、これらは本発明の理解を容易にするために用いているのであって、本発明の範囲を限定する目的で用いていると理解するべきではない。
【0013】
[実施形態1]
本発明の実施形態1は、環境中に存在する放射性物質から到来する放射線の強度を測定するための放射線測定装置1に関する。「放射線」は、α線、β線、γ線のいずれであってもよい。図1図2に示すように、放射線測定装置1は、ベース10、放射線検知部20、撮像装置30、などを備えている。放射線測定装置1は、放射線探索を行うユーザが持ち運んでもよいし、原子力発電所など放射能汚染が発生しうる場所に配備されてもよいし、実施形態2で説明するように移動体に搭載されてもよい。
【0014】
(ベース10)
ベース10は、六角柱形状であり、図1のZ方向に延びる中心軸101を有する。ベース10は、任意の材料から作られていてよく、好ましくは、放射線検知部20に対する放射線遮蔽率が小さい材料で作られている。以下、+Z方向を「前」または「第1方向」、−Z方向を「後」または「第2方向」ということがある。ベース10は、第1〜第6側面11〜16、頂面17および底面18を有する。ベース10の頂面17および底面18では、対向する辺同士が互いに非平行である。したがって、第1〜第6側面11〜16では、対向する側面同士がそれぞれ非平行に配置されている。なお、本明細書において「対向する辺同士」とは、頂面17および底面18においてそれぞれ6つある辺のうち、2つの辺を挟んだ辺同士をいう。また、「対向する側面同士」とは、第1〜第6側面11〜16において、2つの側面を挟んだ面同士をいう。具体的に言うと、第1側面11と第4側面14、第2側面12と第5側面15、第3側面13と第6側面16がそれぞれ非平行に配置されている。
【0015】
図3に示すように、ベース10の頂面17(底面18も同様)は、平面視で(Z方向から見て)、2つの正三角形102,103を重ね合わせ、正三角形の重心を中心に所定角度θ、回転させてできる六角形に形成されていてもよい。図3では、所定角度θを99.24°としている。
【0016】
例えば放射線測定装置1が、ユーザが持ち運ぶものである場合、持ち運びが容易になるようにベース10に把持部が設けられていてもよい。また、例えば放射線測定装置1が原子力発電所などに配備されるものである場合、ベース10をターンテーブルの上に固定して、回転できるようにしてもよい。
【0017】
(放射線検知部20)
放射線検知部20は、第1検出器群21と第2検出器群22とを有する。第1検出器群21は、ベース10の第1〜第6側面11〜16にそれぞれ固定された第1〜第6の放射線検出器23を有する。放射線検出器23は、第1〜第6側面11〜16の前側に配置されている。6つの放射線検出器23は、それぞれ異なる方向に指向性を有するように配置されている。第2検出器群22は、ベース10の第1〜第6側面11〜16にそれぞれ固定された第7〜第12の放射線検出器24を有する。放射線検出器24は、第1〜第6側面11〜16の後側に配置されている。6つの放射線検出器24は、それぞれ第1〜第6の放射線検出器23と逆向きに指向性を有するように配置されている。
【0018】
放射線検出器23,24は、放射線を受信して光や電流などに変換する検出素子を有する。第1検出器群21を構成する6つの放射線検出器23の検出素子は、好ましくは、それぞれ第1方向において同じ位置にある。また、第2検出器群22を構成する6つの放射線検出器24の検出素子は、好ましくは、第1方向において同じ位置にある。
【0019】
実施形態では、図4に示すように、放射線検出器23,24は、第1〜第6側面11〜16の略中央部において、それぞれ前方(+Z方向)、後方(−Z方向)から面内で左右方向(図中のX方向)に所定角度φ(<90°)傾斜して配置されている。なお、Z方向とX方向は互いに垂直である。図4において、+Z方向から+X方向への回転方向を時計回りという。所定角度φは45°であってもよい。第1、第3、第5側面11,13,15に配置された放射線検出器23,24は、前後方向に対して時計回りに傾斜して配置されている。第2、第4、第6側面12,14,16に配置された放射線検出器23,24は、前後方向に対して半時計回りに傾斜して配置されている。
【0020】
第1検出器群21を構成する6つの放射線検出器23は、協働して、前側(第1方向側)から到来する放射線を検出する。第2検出器群22を構成する6つの放射線検出器24は、協働して、後側(第2方向側)から到来する放射線を検出する。なお、放射線検出器23,24の検出範囲は、中心軸101上の点を頂点とする錐体(理想的には頂角が180度)領域内である。前記頂点の第1方向における位置は、放射線検出器23,24の検出素子の位置に一致する。放射線検出器23,24の検出素子の第1方向における位置にばらつきがあれば、その平均の位置に一致する。放射線の検出範囲について用いる「前側」、「後側」は、前記頂点から錐体内の任意の点を指す方向であってよい。例えば、錐体の頂角が180度である場合、「前側」、「後側」は、+Z方向、−Z方向から左右方向(+X方向、−X方向)までの角度範囲を包含する。
【0021】
放射線検出器23は、実施形態では、シンチレーション検出器である。図5に示すように、放射線検出器23は、矢印104の方向から到来する放射線(γ線)を吸収して光(シンチレーション光)を放出する検出素子としてのシンチレータ25、シンチレーション光を増幅して出力する光電子増倍管26、光電子増倍管26の出力(パルス電圧)を処理する処理回路部27、および、シンチレータ25と光電子増倍管26と処理回路部27を収納する筐体28を有する。筐体28は放射線不透過材料、例えば鉛で作られており、シンチレータ25に近接した位置に開口部を有する。当該開口部には、ガラスなどの放射線透過材料で作られた入射窓29が配置されている。このように、放射線検出器23では、入射窓29に入射するものを除いて筐体28に入射する放射線を遮断し、これにより放射線検出器23の指向性(単一指向性)を実現している。筐体28の処理回路部27側には孔部が形成されており、この孔部に固定されたリード線28aにより、放射線検出器23は後述する制御装置40に接続されている。
【0022】
シンチレータ25は、NaI(Ti)シンチレータ、CsI(Ti)シンチレータまたはLaBr(Ce)シンチレータであってもよい。光電子増倍管26は、その図示しない入射窓から入射する光に対して光電変換を行う光電面26a、光電面26aから放出された光電子を収束させる集束電極26b、電子を増倍するダイノード26c、および、ダイノード26cから放出された電子を取り出すための陽極26dを有する。処理回路部27は、光電子増倍管26から出力されるパルス電圧を、光子計数法を用いて処理するように構成されており、増幅器、波高弁別器、波形整形回路、カウンタなどを含んでいてもよい。
【0023】
放射線検出器24は、図5で説明した放射線検出器23と同じ構造を有していてよい。
【0024】
(撮像装置30)
撮像装置30は、図1に示すように、放射線測定装置1に対して前方(第1方向側)の画像を撮影する。撮像装置30は、固体撮像素子(CCDカメラ、CMOSカメラなど)であってもよい。撮像装置30は、ベース10の頂面17の上にブラケット32とボルト33を用いて固定されている。
【0025】
実施形態では、撮像装置30は、魚眼レンズ31を有するカメラである。実施形態では、撮像装置30は、魚眼レンズ31の光軸がベース10の中心軸101に一致するように配置されている。「一致する」には、魚眼レンズ31の光軸がベース10の中心軸101から少しずれている場合も含まれるものとする。一例では、魚眼レンズ31の画角は185度である。撮像装置30は、前記放射線検出器23の検出範囲である、中心軸101上の点を頂点とする錐体内の領域を撮影する。なお、ここでは、魚眼レンズ31の画角が180度以上であるものについても、撮像装置30の撮影範囲を便宜的に「錐体」と表現している。
【0026】
魚眼レンズ31の撮像形式は等距離射影方式であり、レンズ主軸(実施形態では、ベース10の中心軸101に一致する)からの天頂角と円形画像の中心から撮像点までの距離(像高)とが比例するため、撮像装置30を用いて撮影した画像に基づいて、ホットスポットの位置を視覚的に確認できる。このように、魚眼レンズ31は、レンズ主点からの方向ベクトルに沿った画像取得に優れている。また、魚眼レンズ31は、ほぼすべての点にピントが合う特性を有するので、焦点を調節しなくても一定の画質が得られるという利点がある。
【0027】
(制御装置40)
図6に示すように、撮像装置30は制御装置40に図示しないリード線を介して電気的に接続されており、撮像装置30が撮影した画像は制御装置40に送信される。各放射線検出器23(24)も、それぞれ制御装置40にリード線28aを介して電気的に接続されている。制御装置40は、ベース10内に固定されていてもよい。制御装置40は、マイクロコンピュータ、メモリなどで構成されている。
【0028】
制御装置40は、メモリに記憶されたプログラムをマイクロコンピュータで呼び出して、第1検出器群21を構成する放射線検出器23の出力を処理し、検出範囲の頂点から見た方向と放射線の強度とをパラメータとして二次元マップを作成する。そして、制御装置40は、作成した二次元マップと、撮像装置30が撮影した画像(放射線測定装置1の前方の画像)とを組み合わせる処理を行い、モニタ41に送信する。モニタ41は、放射線測定装置1に有線接続されていてもよいし、無線接続されていてもよい。ユーザは、モニタ41に表示された画像を確認することにより、放射線測定装置1の前方にあるホットスポットの位置を容易に把握できる。
【0029】
なお、モニタ41に表示されない放射線検出器24の出力については、放射線検出器23の出力と同様に、二次元マップが作成される。放射線検出器24の出力に基づく二次元マップにおいて、放射線強度が大きい領域がある場合(つまり、放射線測定装置1の後方にホットスポットがある場合)、例えば放射線測定装置1をユーザが持ち運んでいるときには、モニタ41を介してユーザに当該情報を知らせてもよい。これにより、ユーザは、放射線測定装置1の後方にホットスポットがあるとわかるので、放射線測定装置1の向きを変えて、モニタ41に表示された前方の画像を確認することにより、ホットスポットの位置を把握できる。一方、上述のとおり例えばベース10がターンテーブルの上に固定されているときには、ターンテーブルを回転させて放射線測定装置1の向きを変えてもよい。
【0030】
以上、本実施形態1によれば、第1検出器群21により前側(第1方向側)から放射線測定装置1に到来する放射線が検出され、第2検出器群22により後側(第2方向側)から放射線測定装置1に到来する放射線が検出される。これにより、あらゆる方向から放射線測定装置1に到来する放射線を検出できるので、1つのホットスポットを少ない測定回数で検出できる。
【0031】
[実施形態2]
図7に示すように、本発明の実施形態2は、実施形態1に係る放射線測定装置1と、放射線測定装置1が搭載される移動体とを備えた放射線探索装置50に関する。実施形態では、移動体は無人航空機(ドローン)51であり、放射線測定装置1は例えば無人航空機51の下部にアーム52を用いて固定されている。実施形態では、放射線測定装置1は、撮像装置30が正面に位置するように配置されている。
【0032】
無人航空機51は図示しないリモートコントローラを用いてユーザにより操縦される。放射線測定装置1の前方の画像を表示するモニタ41は、このリモートコントローラに設けられていてもよい。既に説明したように、放射線測定装置1の後方にホットスポットがある場合、モニタ41を介してユーザに当該情報を知らせてもよい。これにより、ユーザは、放射線測定装置1の後方にホットスポットがあることがわかるので、リモートコントローラを用いて無人航空機51の向きを変えることができる。
【0033】
(変形例)
以上、複数の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。また、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、上述の実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよい。
【0034】
例えば、上述の実施形態では、ベース10が六角柱形状を有する例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、ベース10は六角錘台形状を有していてもよい。六角柱形状を有するベース10では、頂面17および底面18は同じ形状を有する。一方、六角錘台形状を有するベース10では、頂面17と底面18は互いに相似図形の関係にある。例えば、図8に示すように、頂面17は、底面18に対して一様に縮小された形状を有していてもよい。六角錘台形状を有するベース10では、頂面17および底面18の対向する辺同士が互いに非平行である。また、六角錘台形状を有するベース10では、第1〜第6側面11〜16の対向する側面の前後方向(Z方向)への射影平面同士がそれぞれ非平行に配置されている。
【0035】
また、上述の実施形態と変形例では、六角柱形状、六角錘台形状のベース10が頂面17、底面18および第1〜第6側面11〜16を有する例について説明した。本発明はこれに限定されることなく、本発明において「六角柱」、「六角錐台」は仮想的な六角柱、六角錐台であってもよい。例えば、図9に示すように、ベース10の頂面17および底面18はそれぞれ第1および第2のフレーム部材117,118により画定される仮想面であってもよい。このとき、ベース10は前後方向に開口する中空構造を有する。さらに、図9に示す例では、ベース10の第1〜第6側面11〜16は、第1のフレーム部材117と第2のフレーム部材118とを接続する6つの柱部材119により構成される仮想面であってもよい。第1のフレーム部材117と第2のフレーム部材118とを接続する柱部材の数は6つである必要はなく、1つ以上設けられていればよい。さらに、柱部材を設けることなく、第1のフレーム部材117と第2のフレーム部材118は放射線検出器23,24を介して互いに連結されていてもよい。図9には撮像装置30を示していないが、撮像装置30は任意の方法でベース10に固定されていてよい。
【0036】
また、上述の実施形態では、ベース10をターンテーブルの上に固定して、放射線測定装置1の全体を回転させる例について言及したが、本発明はこれに限定されることなく、ベース10が中空構造を有しているときに、撮像装置30のみが例えばヒンジ機構を用いて回転するようにしてもよい。
【0037】
また、上述の実施形態では、放射線検出器23,24としてシンチレーション検出器を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、放射線検出器23,24は、半導体検出器(例えば、CdTe/CdZnTe半導体検出器、Ge半導体検出器、またはSi(Li)など)、ガイガーミュラー計数管(GM管)などであってもよい。
【0038】
また、上述の実施形態では、撮像装置30が魚眼レンズ31を有するカメラである例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、撮像装置30は広角カメラであってもよい。広角カメラは、いわゆる360度カメラであってもよい。
【0039】
また、上述の実施形態では、ベース10の頂面17に撮像装置30を配置したが、本発明はこれに限定されることなく、例えばベース10の頂面17と底面18の両方に撮像装置30を配置してもよい。
【0040】
また、上述の実施形態では、放射線測定装置1が搭載される移動体として、無人航空機を用いたが、本発明はこれに限定されることなく、移動体は、車両、潜水艦などであってもよい。例えば移動体が車両である場合、車両は放射線防御されていてもよい。図10に示すように、放射線測定装置1は車両60のルーフ61に所定の取付け部材62を介して固定されていてもよい。撮像装置30により撮影された画像は、車両の車室内に設けられたモニタに表示されてもよい。モニタは、スマートフォン、タブレット機器などであってもよい。同画像は、モニタの代わりに、メータパネルに表示されてもよい。
【符号の説明】
【0041】
1 放射線測定装置
10 ベース
20 放射線検知部
11〜16 (ベースの)第1〜第6側面
17,18 (ベースの)頂面、底面
21 第1検出器群
22 第2検出器群
23,24 放射線検出器
25 シンチレータ
26 光電子増倍管
27 処理回路部
28 筐体
30 撮像装置
31 魚眼レンズ
40 制御装置
41 モニタ
50 放射線探索装置
51 無人航空機
60 車両
101 中心軸
117,118 第1、第2のフレーム部材
119 柱部材
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10