本發(fā)明涉及放射線測定裝置，尤其涉及基于增益控制信號來補償波高值的溫度特性的放射線測定裝置。

背景技術(shù)：

放射線測定裝置用于原子爐設(shè)施、乏燃料再處理設(shè)施等的排放管理、上述設(shè)施周邊的放射線管理、或上述設(shè)施周邊的環(huán)境放射線測定。放射線檢測器具有溫度特性，因此從放射線測定裝置檢測到的放射線的波高對應(yīng)于溫度的變化而變動(例如專利文獻(xiàn)1～3)。為了對波高的溫度變動進(jìn)行補償，提出了具備閃爍體、光電倍增管、放射線檢測器、脈沖放大器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器、測定部的放射線監(jiān)視器(例如專利文獻(xiàn)4)。

閃爍體配備有NaI(Tl)結(jié)晶，若檢測到放射線則發(fā)出螢光。光電倍增管將該螢光轉(zhuǎn)換成電子，進(jìn)行放大并輸出電流脈沖。放射線檢測器具備前置放大器，將該電流脈沖轉(zhuǎn)換成模擬電壓脈沖并進(jìn)行輸出。脈沖放大器輸入有該模擬電壓脈沖進(jìn)行放大，并且去除疊加在該模擬電壓脈沖上的高頻噪聲。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入有該放大后的模擬電壓脈沖，將模擬電壓脈沖的波高轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并輸出波高數(shù)據(jù)。

溫度傳感器檢測放射線檢測器的溫度并輸出溫度信號。測定部輸入有波高數(shù)據(jù)及溫度信息，通過對該波高數(shù)據(jù)進(jìn)行劑量的加權(quán)來計算劑量率并進(jìn)行輸出，并且生成基于溫度信號控制脈沖放大器的增益的增益控制信號并進(jìn)行輸出。在該放射線監(jiān)視器中，由脈沖放大器放大后的模擬電壓脈沖的波高由于放射線檢測器的溫度特性而變動，對此，控制脈沖放大器的增益，使得這些變動得到補償。

此外，提出了關(guān)注無機閃爍體的發(fā)光衰減時間隨著溫度上升而變小的特性的放射線監(jiān)視器(例如專利文獻(xiàn)5)。該放射線監(jiān)視器具備上升時間/溫度轉(zhuǎn)換部，以取代測定部，該上升時間/溫度轉(zhuǎn)換部輸入有放射線檢測器的輸出脈沖并根據(jù)輸出脈沖的上升時間來測定溫度?；谏仙龝r間/溫度轉(zhuǎn)換部的溫度信息來控制脈沖放大器的增益，同樣地對放射線檢測器的溫度特性進(jìn)行補償。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開昭63-95376號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利實開昭63-47285號公報

專利文獻(xiàn)3：日本專利特開平10-221452號公報

專利文獻(xiàn)4：日本專利特開2005-77230號公報

專利文獻(xiàn)5：日本專利特開平6-258446號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

放射線檢測器的熱容量比溫度傳感器大非常多，因此若采用利用溫度傳感器的溫度信號來控制脈沖放大器的增益，對放射線檢測器的溫度特性進(jìn)行補償?shù)姆椒?，會發(fā)生補償功能的效果顯著降低的情況。例如，在室外暴露于日照中來測定環(huán)境放射線的情況下、或在設(shè)施內(nèi)將過程流體(process fluid)作為試料來測定放射能的情況下，特別是將熱容量較大、溫度在短時間內(nèi)產(chǎn)生較大變化的水作為試料來測定水中的放射能的水監(jiān)視器的情況下，瞬態(tài)響應(yīng)中會產(chǎn)生較大的差。

此外，根據(jù)放射線檢測器的輸出脈沖的上升時間測定溫度的方法中，由于上升時間較短且波高參差不齊，因此上升時間的測定誤差較大。其結(jié)果是，若根據(jù)上升時間/溫度轉(zhuǎn)換部的上升時間求出溫度并進(jìn)行波高值的溫度補償，則測定誤差出現(xiàn)偏差，補償誤差變大。

并且，對于這兩種方法，在有噪聲侵入的情況下，補償功能均有可能失去控制，因此穩(wěn)定性不足。本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種使放射線測定裝置(或放射線監(jiān)視器)的放射線檢測器的溫度特性和與該溫度特性對應(yīng)的補償功能的響應(yīng)相一致的、穩(wěn)定性良好的高精度的放射線測定裝置。

解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

本發(fā)明所涉及的放射線測定裝置包括：閃爍體，若有放射線入射，則該閃爍體發(fā)出螢光；光電倍增管，該光電倍增管將螢光轉(zhuǎn)換成電流脈沖；前置放大器，該前置放大器將電流脈沖轉(zhuǎn)換成模擬電壓脈沖；脈沖放大器，該脈沖放大器基于增益控制值對模擬電壓脈沖進(jìn)行放大；放射劑量測定部，該放射劑量測定部基于脈沖放大器的輸出來測定放射劑量；平均半值寬度測定部，該平均半值寬度測定部對于脈沖放大器的輸出中具有設(shè)定的波高的電壓脈沖測定半值寬度，通過處理既定的數(shù)據(jù)數(shù)量的該測定得到的半值寬度來求出半值寬度偏差；以及增益控制部，該增益控制部若從平均半值寬度測定部接收半值寬度偏差，則使用對半值寬度偏差與溫度校正系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)的表格來決定增益控制值。

發(fā)明效果

本發(fā)明所涉及的放射線測定裝置能解決瞬態(tài)響應(yīng)中產(chǎn)生較大的間隙且溫度補償產(chǎn)生誤差的問題，能使溫度特性與補償特性的時間響應(yīng)相一致，且能高穩(wěn)定性、高精度地測定放射線。

附圖說明

圖1是表示實施方式1所涉及的放射線測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示實施方式1所涉及的半值寬度數(shù)據(jù)列與恒定周期更新的關(guān)系的圖。

圖3是表示因放射線檢測器的溫度特性而在脈沖放大器輸出中產(chǎn)生的電壓脈沖的波高值及半值寬度的溫度依賴性的圖。

圖4是表示與半值寬度偏差相對應(yīng)的脈沖放大器的增益補償量的關(guān)系的表格的圖。

圖5是表示脈沖放大器的增益補償量與溫度的關(guān)系的圖。

圖6是表示補償前的波高值偏差與補償后的波高值偏差的溫度依賴性的圖。

圖7是表示與K-40的γ射線相對應(yīng)的峰值波高值與窗寬度的圖。

圖8是表示實施方式3所涉及的噪聲侵入判定與噪聲侵入時的處理流程的圖。

圖9是表示實施方式4所涉及的放射線測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。

具體實施方式

下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所涉及的放射線測定裝置的實施方式。此外，本發(fā)明不限于以下的敘述，可在不脫離本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?/p>

實施方式1.

下面，基于附圖對本發(fā)明的實施方式1進(jìn)行說明。圖1是表示實施方式1所涉及的放射線測定裝置100的結(jié)構(gòu)的框圖。放射線測定裝置100由放射線檢測器1和測定部2構(gòu)成。放射線檢測器1包括閃爍體11、光電倍增管(光電倍增部)12、前置放大器13。閃爍體11配備有NaI(Tl)結(jié)晶，若有放射線入射則發(fā)出螢光。螢光通過光電倍增管12被轉(zhuǎn)換成電流脈沖。若有螢光入射，則光電倍增管12將其轉(zhuǎn)換成電子，進(jìn)行倍增并輸出電流脈沖。前置放大器13將該電流脈沖轉(zhuǎn)換成模擬電壓脈沖并進(jìn)行輸出。

測定部2包括脈沖放大器21、放射劑量測定部22、工程值計算部23、平均半值寬度測定部24、增益控制部25、顯示操作部26。脈沖放大器21輸入有從前置放大器13輸出的模擬電壓脈沖，基于增益控制值(或增益控制信號)進(jìn)行放大，并且去除疊加于該模擬電壓脈沖上的高頻噪聲。放射劑量測定部22輸入有基于該增益控制值而放大后的模擬電壓脈沖，并測定放射劑量。工程值計算部23基于該放射劑量計算作為工程值的每單位時間的放射劑量，并進(jìn)行輸出。放射劑量測定部22具備例如波高鑒別器221和計數(shù)部222。

波高鑒別器221為了去除波高水平較低的噪聲，設(shè)定有波高鑒別水平。波高鑒別器221輸入有經(jīng)脈沖放大器21放大后的模擬電壓脈沖，僅對波高鑒別水平以上的模擬電壓脈沖輸出數(shù)字脈沖。計數(shù)部222以恒定周期對該數(shù)字脈沖進(jìn)行計數(shù)，并輸出計數(shù)值。工程值計算部23基于該計數(shù)值進(jìn)行例如用于抑制變動的時間常數(shù)處理以求出計數(shù)率，并進(jìn)行輸出。工程值計算部23根據(jù)需要例如對計數(shù)率乘上劑量率轉(zhuǎn)換系數(shù)以轉(zhuǎn)換為劑量率，并進(jìn)行輸出。

平均半值寬度測定部24對經(jīng)脈沖放大器21放大后的模擬電壓脈沖中、具有設(shè)定的波高的電壓脈沖測定半值寬度，通過對該半值寬度進(jìn)行移動平均來求出平均半值寬度及半值寬度偏差。移動平均使用既定的數(shù)據(jù)數(shù)量的半值寬度。增益控制部25根據(jù)與平均半值寬度的基準(zhǔn)值的偏差(半值寬度偏差)、與放射線檢測器1的溫度的基準(zhǔn)值的偏差、及與系統(tǒng)增益的基準(zhǔn)值的偏差的關(guān)系，決定增益控制值(或溫度校正系數(shù))，并將增益控制信號輸出至脈沖放大器21。脈沖放大器21輸入有該增益控制信號，并使增益變化，對放射線檢測器1的溫度特性進(jìn)行補償。

系統(tǒng)增益的偏差因溫度偏差而產(chǎn)生，最終呈現(xiàn)于脈沖放大器21輸出的模擬電壓脈沖的波高。增益控制值(溫度校正系數(shù))由增益控制部25決定，以使得基于由平均半值寬度測定部24求得的平均半值寬度的偏差來抵消脈沖放大器21的系統(tǒng)增益偏差。顯示操作部26設(shè)有顯示畫面。該顯示畫面中顯示從工程值計算部23輸出的工程值，并且邊觀察該顯示畫面邊進(jìn)行測定部2的各種設(shè)定。高壓電源27提供用于使放射線檢測器1進(jìn)行動作的高電壓。由平均半值寬度測定部24求得的半值寬度偏差每隔固定周期被發(fā)送至增益控制部25。

平均半值寬度測定部24包括：脈沖寬度/電壓轉(zhuǎn)換部241、設(shè)定波高脈沖檢測部242、平均半值寬度計算部243。脈沖寬度/電壓轉(zhuǎn)換部241輸入有經(jīng)脈沖放大器21放大后的模擬電壓脈沖，在設(shè)定的波高水平上施加觸發(fā)器，將該設(shè)定的波高水平的脈沖寬度轉(zhuǎn)換成電壓值。同樣，設(shè)定波高脈沖檢測部242輸入有經(jīng)脈沖放大器21放大后的模擬電壓脈沖，在設(shè)定波高的脈沖的情況下，將單脈沖輸出至脈沖寬度/電壓轉(zhuǎn)換部241。脈沖寬度/電壓轉(zhuǎn)換部241若輸入有該單脈沖，則作為具有設(shè)定的波高值的輸入的情況，將作為與該脈沖相對應(yīng)的半值寬度的電壓值輸出至平均半值寬度計算部243。

觀測數(shù)據(jù)的計算每隔固定周期進(jìn)行。若在某一時間對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量，則在測量下一次的觀測數(shù)據(jù)之前經(jīng)過多個恒定周期。該期間的經(jīng)過時間通常短得可無視溫度的變化。平均半值寬度計算部243保留有將測定得到的半值寬度按時間序列排列得到的半值寬度數(shù)據(jù)列，每隔恒定周期確認(rèn)是否有半值寬度的數(shù)據(jù)輸入。圖2對于具有設(shè)定的波高的電壓脈沖示出半值寬度數(shù)據(jù)列的示例。半值寬度數(shù)據(jù)列是從新到舊依次排列所設(shè)定的數(shù)據(jù)數(shù)量的半值寬度數(shù)據(jù)而得到的。此處，將對半值寬度數(shù)據(jù)列設(shè)定的數(shù)據(jù)數(shù)量設(shè)為5。

平均半值寬度計算部243從所設(shè)定數(shù)據(jù)數(shù)量的半值寬度數(shù)據(jù)列中按從舊到新的順序刪除數(shù)據(jù)，并按輸入順序追加最新數(shù)據(jù)，對于最新化后的半值寬度數(shù)據(jù)列求出平均半值寬度及半值寬度偏差，并進(jìn)行輸出。圖中示出觀測數(shù)據(jù)A～觀測數(shù)據(jù)F如何通過移動平均被取入半值寬度數(shù)據(jù)列。最初，作為平均對象的半值寬度數(shù)據(jù)列，取入觀測數(shù)據(jù)A～觀測數(shù)據(jù)E。之后，若測量觀測數(shù)據(jù)F，則舍去觀測數(shù)據(jù)A，并更新半值寬度數(shù)據(jù)列。將觀測數(shù)據(jù)B～F作為平均對象取入最新的半值寬度數(shù)據(jù)列。

圖3示出因放射線檢測器1的溫度特性而在脈沖放大器21的輸出產(chǎn)生的與模擬電壓脈沖的基準(zhǔn)值的波高值偏差、及與模擬電壓脈沖的基準(zhǔn)值的半值寬度偏差。兩個曲線表示以20℃為基準(zhǔn)時平均波高值相對于溫度的偏差及以20℃為基準(zhǔn)時平均半值寬度相對于溫度的偏差。半值寬度偏差隨著溫度升高而變小。與此相對，波高值偏差在0～20℃中大致平坦，若達(dá)到20℃以上，則隨著溫度升高波高值偏差變小。根據(jù)圖可知，波高值偏差相對于半值寬度偏差唯一確定。

可根據(jù)該實測數(shù)據(jù)求出相對于半值寬度偏差的溫度校正系數(shù)(或溫度補正系數(shù))。圖4表示示出半值寬度偏差與溫度校正系數(shù)的溫度依賴性的表格。增益控制部25從平均半值寬度計算部243以恒定周期接收平均半值寬度數(shù)據(jù)，通過圖4所示的半值寬度偏差和溫度校正系數(shù)的表格決定增益控制值(溫度校正系數(shù))，并輸出增益控制信號。脈沖放大器21基于該增益控制信號控制增益。

圖5是表示溫度校正系數(shù)(或溫度補正系數(shù))的溫度依賴性的圖。放射線檢測器1的溫度校正系數(shù)在0℃到20℃的范圍內(nèi)等于1，從20℃開始逐漸增加。脈沖放大器21中，使用該溫度校正系數(shù)對增益進(jìn)行補償，以抵消波高值偏差。圖6表示補償前的波高值偏差與補償后的波高值偏差的溫度依賴性。示出了在該增益補償后、較寬的溫度范圍內(nèi)波高值偏差呈平坦的情況。

放射線檢測器1的前置放大器13包括對電荷進(jìn)行積分的電容器C和對積分后的電荷進(jìn)行放電的電阻R。從前置放大器13輸出的模擬電壓脈沖的上升時間及下降時間被由電容器C和電阻R決定的電路時間常數(shù)CR、及閃爍體11的螢光的衰減時間τ所支配。在電路時間常數(shù)CR＞衰減時間τ的情況下，上升時間依賴于衰減時間τ，下降時間依賴于電路時間常數(shù)CR。在該情況下，相比電路時間常數(shù)CR＜衰減時間τ的情況可獲得相對較大的波高值，但脈沖寬度變長，因此高計數(shù)率下的線性度較低。在電路時間常數(shù)CR＜衰減時間τ的情況下，上升時間依賴于電路時間常數(shù)CR，下降時間依賴于衰減時間τ。相比電路時間常數(shù)CR＞衰減時間τ的情況波高值相對變低，但脈沖寬度變短，因此高計數(shù)率下的線性度較高。

作為放射線測量的計數(shù)率的上限，一般要求1×10⁷cpm左右。通過將電路時間常數(shù)CR和衰減時間τ設(shè)為大致相等，從而獲得波高值與高計數(shù)率均取得平衡的優(yōu)選的特性。若將電路時間常數(shù)CR和衰減時間τ設(shè)為大致相等，則閃爍體的衰減時間與上升及下降雙方相關(guān)。由于閃爍體的衰減時間與溫度的相關(guān)性被延續(xù)到半值寬度與溫度的相關(guān)性，因此通過測定半值寬度能實現(xiàn)優(yōu)選的溫度補償。

本申請所涉及的放射線測定裝置基于放射線檢測器1的放射線檢測脈沖信號的半值寬度與溫度的良好的相關(guān)性來補償放射線檢測器的溫度特性，因此能獲得良好的補償精度。能使得溫度特性與補償特性的時間響應(yīng)相一致，從而放射線測定裝置的輸出穩(wěn)定，精度提高。在利用溫度傳感器的溫度信號來控制脈沖放大器的增益并對放射線檢測器的溫度特性進(jìn)行補償?shù)姆椒ㄖ?，由于溫度傳感器與構(gòu)成放射線檢測器的閃爍體的熱容量不同，因此在各自的瞬態(tài)響應(yīng)中會產(chǎn)生較大的間隙，溫度補償會產(chǎn)生誤差，但本實施方式所涉及的放射線測量裝置能解決這一點。

實施方式2.

實施方式1中，平均半值寬度測定部24在本底譜線的計數(shù)率較高的任意的能量位置設(shè)定了測定半值寬度的波高值。實施方式2中，將與構(gòu)成放射線檢測器的構(gòu)件所包含的K-40的γ射線能量1461keV對應(yīng)的峰值波高值設(shè)定作為半值寬度測定的波高值。

圖7表示從光電倍增管12輸出的電流脈沖。測定的光譜具有本底譜線以及來自伽馬射線(K-40)的峰值光譜。圓內(nèi)的峰值光譜表示1461keV(γ射線能量)的峰值位置。峰值光譜中，P-ΔP表示半值寬度測定的下限波高值，P+ΔP表示半值寬度測定的上限波高值。例如若±ΔP/P＝0.05，則該范圍的計數(shù)值在一分鐘可獲得一次計數(shù)左右，利用五分鐘左右的移動平均獲得精度較高的平均半值寬度，因此能進(jìn)行精度較高且穩(wěn)定的溫度補償。

實施方式3.

實施方式3中，在平均半值寬度測定部24的平均半值寬度計算部243中，判定滿足了波高條件的各個輸入脈沖的半值寬度W是否位于基準(zhǔn)值Ws的允許范圍±ΔWs。在判定為半值寬度W脫離了允許范圍的情況下，將輸入的電壓脈沖的半值寬度視作噪聲，并廢棄該數(shù)據(jù)，以排除噪聲的影響。即，若本次計算周期的平均半值寬度與前次計算周期的平均半值寬度的比脫離了所設(shè)定的允許范圍，則平均半值寬度測定部24廢棄本次計算周期的半值寬度數(shù)據(jù)，在輸出前次計算周期的平均半值寬度的新的半值寬度數(shù)據(jù)脫離允許范圍的情況下，輸出前次計算周期的平均半值寬度。

圖8示出了其過程。在步驟S1中，讀取新的半值寬度W，在步驟S2中，判定是否具有新的半值寬度數(shù)據(jù)。若判定為否，則前進(jìn)至步驟S6，利用前次的半值寬度數(shù)據(jù)列求出平均半值寬度及半值寬度偏差，并輸出至增益控制部25，或者返回至步驟S1。若判定為是，則在步驟S3中判定是否滿足Ws-ΔWs≤W≤W+Ws。若判定為是，則在步驟S4中對按時間序列排列的半值寬度數(shù)據(jù)列進(jìn)行最新化，并前進(jìn)至步驟S6。若判定為否，則在步驟S5中廢棄該數(shù)據(jù)并前進(jìn)至步驟S6，不使用最新的半值寬度數(shù)據(jù)而使用前次的半值寬度數(shù)據(jù)列來求出平均半值寬度及半值寬度偏差，或者在廢棄后返回至步驟S1。在步驟S6中求出平均半值寬度及半值寬度偏差并輸出至增益控制部25，返回至步驟S1。

在空中傳播的電磁噪聲對測定產(chǎn)生影響的電磁波是比檢測器信號脈沖的頻率高的10MHz以上的電磁波。從接地線或電源線侵入的噪聲是比檢測器信號脈沖要低的頻率。根據(jù)實施方式3所涉及的放射線測定裝置，通過對半值寬度設(shè)定允許范圍來識別并排除噪聲，從而能進(jìn)行可靠性更高的溫度補償。

實施方式4.

實施方式1中，基于平均半值寬度計算部243的半值寬度偏差并利用增益控制部25決定溫度校正系數(shù)，將其作用于脈沖放大器21的增益以補償放射線檢測器1的溫度特性。實施方式4中，如圖9所示那樣測定部2具備波高分析部28。波高分析部28輸入有經(jīng)脈沖放大器21放大后的模擬電壓脈沖并對波高進(jìn)行分析，求出來自K-40的γ射線(1461keV)的峰值波高位置，該K-40包含于構(gòu)成放射線檢測器1的閃爍體11及光電倍增管12的玻璃等構(gòu)件。

增益控制部25基于所求得的峰值波高位置的相對于基準(zhǔn)位置(1461keV)的偏差比來決定漂移補償系數(shù)，計算出對溫度校正系數(shù)(溫度補償用增益控制值)乘上偏移補償系數(shù)而得到的增益控制值。從增益控制部25輸出增益控制信號，將其作用于脈沖放大器21的增益來使放射線檢測器1的隨時間經(jīng)過而產(chǎn)生的變化得到補償。放射線檢測器1的隨時間經(jīng)過而產(chǎn)生的變化(漂移)緩慢推移，因此例如以一天一次的頻度來決定時刻并進(jìn)行峰值波高位置的校正。

如上所述，本實施方式所涉及的放射線測定裝置對放射線檢測器1的溫度特性進(jìn)行補償，并且利用波高分析部28以適當(dāng)?shù)拈g隔進(jìn)行漂移補償，以使得K-40的γ射線1461keV的峰值波高位置成為固定。由于使測定放射線檢測器1的構(gòu)成構(gòu)件所包含的γ射線的半值寬度的波高位置穩(wěn)定，因此能進(jìn)行可靠性較高的穩(wěn)定的溫度補償。

此外，本發(fā)明可以在該發(fā)明的范圍內(nèi)將實施方式自由地進(jìn)行組合，或?qū)Ω鲗嵤┓绞竭M(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃巍⑹÷浴?/p>

標(biāo)號說明

1 放射線檢測器、11 閃爍體、12 光電倍增管、

13 前置放大器、2 測定部、21 脈沖放大器、

22 放射劑量測定部、221 波高鑒別器、222 計數(shù)部、

23 工程值計算部、24 平均半值寬度測定部、

241 脈沖寬度/電壓轉(zhuǎn)換部、242 設(shè)定波高脈沖檢測部、

243 平均半值寬度計算部、25 增益控制部、

26 顯示操作部、27 高壓電源、28 波高分析部、

100 放射線測定裝置