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公開番号2024074276
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-30
出願番号2023195680
出願日2023-11-17
発明の名称宇宙環境のための光ファイバ線量計及び線量測定方法
出願人エグゼル,サントルナシオナルデテュードスパシヤル,サントル・ナシオナル・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・シアンティフィーク,ユニヴェルシテジャンモネ、サンテティエンヌ,UNIVERSITE JEAN MONNET SAINT ETIENNE
代理人個人,個人,個人
主分類G01T 1/02 20060101AFI20240523BHJP(測定;試験)
要約【課題】宇宙環境のための光ファイバ線量計及び線量測定方法を提供する。
【解決手段】本発明は、光ビーム(10)を生成できる光源(1)と、光カプラ/スプリッタ(2)と、放射線感受性光ファイバ(3)と、放射線感受性光ファイバ(3)を通って伝送された光ビームのパワー測定値(21)を記録するように配置された第一の光検出器(5)と、参照光学アーム(4)と、参照光学アーム(4)を通って伝送された光ビームの参照パワー測定値(22)を記録するように配置された第二の光検出器(6)と、参照光学アーム(4)に関する放射線感受性光ファイバ(3)内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム(20)と、を含む線量計(100)に関する。本発明によれば、光ビーム(10)は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、光ビーム(10)は偏光であり、放射線感受性光ファイバ(3)は偏光保持ファイバである。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
－光ビーム（１０）を生成できる光源（１）と、
－前記光源（１）から発せられた前記光ビーム（１０）を受け取ることができ、前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）を別々に伝送するための光カプラ／スプリッタ（２）と、
－放射線感受性光ファイバ（３）であって、前記光ビームの第一の部分（１１）を受け取るように配置される放射線感受性光ファイバ（３）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するように配置された第一の光検出器（５）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長を有する参照光学アーム（４）であって、前記光ビームの第二の部分（１２）を受け取るように配置される参照光学アーム（４）と、
－前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するように配置された第二の光検出器（６）と、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取ることができる電子システム（２０）であって、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム（２０）と、
を含む線量計（１００）において、
－前記光ビーム（１０）は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、
－前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであることを特徴とする線量計（１００）。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記光源（１）は、増幅された誘導放射により光ビームを発生させる自然放射増幅光源を含み、前記光ビーム（１０）は無偏光化される、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項３】
前記光源（１）の下流に配置され、前記光ビーム（１０）を偏光解消するように構成された能動型又は受動型光学装置を含む、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項４】
前記受動型光学装置はデポラライザ、例えばＬｙｏｔデポラライザ、又は偏光コンバイナ及び長さの異なる２つの偏光保持光ファイバを含む、請求項３に記載の線量計（１００）。
【請求項５】
前記能動型光学装置は光位相変調器を含む、請求項３に記載の線量計（１００）。
【請求項６】
前記光源（１）はレーザダイオード又はスーパールミネッセントダイオードを含む、請求項３～５の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項７】
前記放射線感受性光ファイバ（３）は、シングルモード又はマルチモードファイバである、請求項１～６の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項８】
前記参照光学アーム（４）は光ファイバ区間を含む、請求項１～７の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項９】
前記電子システム（２０）は、前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取るように構成された対数増幅器（７）を含み、前記対数増幅器（７）は前記放射線感受性光ファイバ中の相対放射線誘起減衰測定値（２７）を抽出することができる、請求項１～８の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項１０】
前記光源（１）は第一の波長及び前記第一の波長とは異なる第二の波長の前記光ビーム（１０）を発出でき、前記第一の光検出器（５）は、前記第一の波長及び前記第二の波長の、前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送される前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するようになされ、前記第二の光検出器（６）は、前記第一の波長及び前記第二の波長での前記参照パワー測定値（２１）を記録するようになされ、前記電子システム（２０）は、前記第一の波長及び前記第二の波長での前記相対放射線誘起減衰測定値を抽出することができる、請求項１～９の何れか１項に記載の線量計（１００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にイオン、陽子、電子、中性子、及び／又は光子を含む混合環境中で、グレイ（１Ｇｙ＝１Ｊ／ｋｇ）で表現される放射線量を測定するための線量測定器、装置、及び方法の技術分野に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【０００２】
より精密には、本発明はリアルタイムの高精度放射線量測定値を提供するためのポイント線量計に関する。本発明はまた、広いダイナミックレンジ及び／又は長時間にわたるトータルドーズ（ＴＩＤ：ｔｏｔａｌｉｏｎｉｚｉｎｇｄｏｓｅ）の測定値を提供するための線量計に関する。
【０００３】
特に、このような線量測定器、装置、及び方法は、宇宙分野において、あらゆる種類の宇宙放射性環境において、又は医学的及び科学的高エネルギ物理学分野においては他の線量計のための参照センサとして、又は核分野において利用されている。
【背景技術】
【０００４】
線量測定は、何れの種類の宇宙放射性環境においても、すなわち何れの種類のプラットフォームでも、及びあらゆる軌道上で行うことができることが重要である。実際に、有人飛行、月面若しくは惑星表面でのミッション、宇宙探査用ロケット、宇宙ミッション中に採取されたサンプル、又は成層圏気球フライトも、様々な放射性環境にさらされ、これは宇宙放射性環境と呼ばれる。例えば、宇宙ステーションで宇宙飛行士が受ける放射線量を、瞬間ごとに、及びミッション継続中累積して測定できることが重要である。時間分解線量測定は、太陽フレアを検出するため、又は月や惑星での船外ミッション中に受ける中性子をモニタするためにも使用できる。
【０００５】
各種の受動型又は能動型ポイント線量計がある。光学的に刺激可能な熱発光性材料に基づくか、又は電子常磁性共鳴による欠陥濃度測定を利用する受動型線量計が知られている。これらの受動型線量計は、照射後に読み取られるが、正確なリアルタイムでの線量測定は行えない。能動型線量計もあり、これは例えばマイクロエレクトロニックコンポーネントに基づく。
【０００６】
各種の放射線、すなわちイオン、陽子、電子、中性子、及び／又は光子の、放射線誘起損失測定とも呼ばれる放射線誘起減衰（ＲＩＡ：ｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）測定に基づく光ファイバ線量計を使用することも知られている。特に、放射線感受性光ファイバ、光源、及び光検出器を含む線量計を使用して、光ファイバを通じて伝送される光ビームの光パワー損失を時間に応じて測定し、そこから、プレキャリブレーションを行っておくことにより、光ファイバにおける放射線誘起減衰を推測することが知られている。光ファイバは、コア及び／又は光学外装に、例えば光ファイバに電離放射線に対する感度を付与するリンをドープすることによって、放射線感受性を有するものとなる。
【０００７】
光ファイバ内のＲＩＡ測定に基づく幾つかの線量計は、低放射線量での高い感度を提供し、例えばその感度は１ｄＢ．ｋｍ
－１
．Ｇｙ
－１
のオーダ、確度は２０％である。しかしながら、ＲＩＡは一般に、温度と線量率に依存し、放射線への曝露が終了すると大幅に減少する。さらに、光源の強度によって測定ダイナミクスが限定される。
【０００８】
多くの地上用途では、線量計は放射線曝露部分と、放射線から保護されるその他の部分を含み得る。それに反して、宇宙環境ではシステム全体が放射線にさらされる。宇宙環境では過酷な動作条件、すなわち小さい設置面積、低質量及び低エネルギ消費、衝撃と振動に対する機械的耐性、及び宇宙環境の激しい温度変化による影響を受けないこと、が課される。これらの条件から、正確な線量測定を行うために宇宙環境で光ファイバ線量計を使用することは非常に難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的の１つは、広いダイナミックレンジにわたり、特に非常に低放射線量及び線量率で高い精度を有する能動型線量計を提案することである。本発明の他の目的は、温度と線量率に依存しない応答を有する、特に宇宙環境で使用するためのポイント線量計を提案することである。本発明のまた別の目的は、電子、陽子、光子、中性子、及び／又はイオン放射に対する感度を有する線量計を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
その目的のために、本発明は、光ビームを生成できる光源と、光源から発せられた光ビームを受け取ることができ、光ビームの第一の部分と光ビームの第二の部分を別々に伝送するための光カプラ／スプリッタと、放射線感受性光ファイバであって、光ビームの第一の部分を受け取るように配置される放射線感受性光ファイバと、放射線感受性光ファイバを通って伝送された光ビームのパワー測定値を記録するように配置された第一の光検出器と、放射線感受性光ファイバより短い光路長を有する参照光学アームであって、光ビームの第二の部分を受け取るように配置される参照光学アームと、参照光学アームを通って伝送された光ビームの参照パワー測定値を記録するように配置された第二の光検出器と、第一の光検出器のパワー測定値と第二の光検出器の参照パワー測定値を同時に受け取ることができる電子システムであって、参照光学アームに関する放射線感受性光ファイバ内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システムと、を含む線量計に関する。
（【００１１】以降は省略されています）

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