(57)【要約】【課題】  放射線の検出精度を向上させるとともに、製造コストを抑えつつ実用的な大面積化を可能にすることのできるシンチレータプレート、放射線計測装置、放射線イメージング装置およびシンチレータプレート製造方法を提供する。【解決手段】  入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータ２を有するシンチレータプレート１であって、測定対象となる前記放射線がα線、電子線およびイオンビームのいずれかである場合、前記シンチレータ２内における前記放射線の飛程以上の平均粒径からなるシンチレータ粉末２１を敷き詰めたシンチレータ層２２を有する。
2012133796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線がα線、電子線およびイオンビームのいずれかである場合、前記シンチレータ内における前記放射線の飛程以上の平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有するシンチレータプレート。
【請求項２】
前記シンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを２０μｍ以上１００μｍ以下にした請求項１に記載のシンチレータプレート。
【請求項３】
入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線が中性子線である場合、前記シンチレータ内における前記中性子線の平均自由行程以上の平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有するシンチレータプレート。
【請求項４】
前記シンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを３０μｍ以上１５０μｍ以下にした請求項３に記載のシンチレータプレート。
【請求項５】
入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線がＸ線である場合、３００μｍより大きい平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有しており、このシンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを３００μｍ以上５００μｍ以下にしたシンチレータプレート。
【請求項６】
前記シンチレータ層が、前記シンチレータ粉末を一段で敷き詰めてなる単層状に形成されている請求項１から請求項５のいずれかに記載のシンチレータプレート。
【請求項７】
単層状に敷き詰められた前記シンチレータ粉末とこれに隣接する他の前記シンチレータ粉末との間に生じる隙間には、前記放射線の種類によって定められる前記シンチレータ粉末の平均粒径以上の平均粒径を有する前記シンチレータ粉末が埋設されて前記シンチレータ層が構成されているとともに、このシンチレータ層の片面または両面を研磨されてなる請求項６に記載のシンチレータプレート。
【請求項８】
前記シンチレータが、ＧＰＳシンチレータ、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ、ＹＡＰシンチレータおよびＣｓＩシンチレータのいずれかから選択される請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシンチレータプレート。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の前記シンチレータプレートを備えた放射線計測装置であって、
前記シンチレータプレートと、
このシンチレータプレートから発せられるシンチレーション光を電気的信号に変換する信号変換部と、
測定対象となる放射線の種類に応じて設定される前記電気的信号の強度の上限値および下限値を基準として前記測定対象となる放射線と測定対象外の放射線とを弁別する放射線弁別部と、
弁別された前記測定対象である放射線の電気的信号を計数する計数部と、
前記計数部により計測された数値と所定の閾値とを比較して測定対象の放射線の有無を判別する放射線判別部と
を有する放射線計測装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の前記シンチレータプレートを備えた放射線イメージング装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のシンチレータプレートを製造するシンチレータプレート製造方法であって、
粘着性物質の表面に所定の平均粒径のシンチレータ粉末を敷き詰めて接着することによりシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、
前記シンチレータ層の片面または両面を当該シンチレータ層が所定の厚さになるまで研磨するシンチレータ層研磨工程と
を有するシンチレータプレート製造方法。
【請求項１２】
前記シンチレータ層形成工程において、前記粘着性物質の表面に接着されていないシンチレータ粉末を除去するとともに、接着されている各前記シンチレータ粉末の隙間に所定の平均粒径の前記シンチレータ粉末を敷き詰める工程を少なくとも一回以上繰り返す、請求項１１に記載のシンチレータプレート製造方法。
【請求項１３】
前記シンチレータ層形成工程前に、微粉粒子が付着しているシンチレータ粉末を液体に浸して攪拌し、所定の時間経過後に前記微粉粒子上澄みを除去することにより使用するシンチレータ粉末から前記微粉粒子を除去する微粉粒子除去工程を有する、請求項１２に記載のシンチレータプレート製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線によって励起されてシンチレーション光を発するシンチレータプレート、放射線計測装置、放射線イメージング装置およびシンチレータプレート製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プルトニウム汚染を監視するためにダストモニターのα線を測定する装置として非常に優れたエネルギー分解能を有するＳｉ半導体検出器が幅広く使用されている。しかし、Ｓｉ半導体検出器は、空気中の水分によって電極が腐食し易いという問題がある。また、電気ノイズを拾い易く誤報を発令するトラブルが発生していた。【０００３】
そこで、本願発明者である井崎らは、上述のようなＳｉ半導体検出器の問題点を改善すべく、特許第４０６１３６７号公報において、α線の測定装置として、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータの粒径を５μｍとし、厚さ１０ｍｇ／ｃｍ２となるように多層状に満遍なく充填させたＺｎＳ（Ａｇ）シンチレーション検出器を提案している（特許文献１）。【０００４】
また、シンチレーション検出器は、核医学画像診断法における陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ：Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等に用いられている。【０００５】
例えば、特開２００６−１９９７２７号公報では、陽電子放射断層撮影装置に用いられるＸ線の検出器として、セリウム活性化ランタノイドケイ酸塩の単結晶からなるシンチレータを用いた放射線検出器が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０６１３６７号公報
【特許文献２】特開２００６−１９９７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、α線により発光したシンチレーション光がシンチレータ粒子の表面において反射や拡散を繰り返し、シンチレーション光が当該シンチレーション光を受信する光電子増倍管等に十分に伝わらないという問題があった。そのため、Ｓｉ半導体検出器と比較した場合、α線に対する波高弁別性能が低く、改善の余地があった。すなわち、特許文献１に記載された発明では、α線の検出は可能であるが、プルトニウムやラドン子孫核種等の複数の核種から発生した、それぞれエネルギーの異なるα線同士を弁別できるほどのエネルギー弁別性能を有していなかった。【０００８】
また、特許文献２に記載された発明のような、シンチレータの単結晶を用いる放射線検出器の場合、単結晶の大型化には限界があるし、単結晶から厚さの薄い大面積のシンチレータプレートを作製することは難しく、コスト的にも実用化できる状況にない。また、単結晶によるシンチレータは、上述の通り、大面積を維持したまま薄くすることが困難であることから、γ線の影響を受けやすいという問題もあった。【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、放射線の検出精度を向上させるとともに、製造コストを抑えつつ実用的な大面積化が可能なシンチレータプレートおよびその製造方法を提供するとともに、これを利用した放射線計測装置ならびに放射線イメージング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るシンチレータプレートは、入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線がα線、電子線およびイオンビームのいずれかである場合、前記シンチレータ内における前記放射線の飛程以上の平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有する。【００１１】
また、本発明の一態様として、前記シンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを２０μｍ以上１００μｍ以下に構成してもよい。【００１２】
本発明に係るシンチレータプレートは、入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線が中性子線である場合、前記シンチレータ内における前記中性子線の平均自由行程以上の平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有する。【００１３】
また、本発明の一態様として、前記シンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを３０μｍ以上１５０μｍ以下に構成してもよい。【００１４】
本発明に係るシンチレータプレートは、入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線がＸ線である場合、３００μｍより大きい平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有しており、このシンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを３００μｍ以上５００μｍ以下に構成されている。【００１５】
また、本発明の一態様として、前記シンチレータ層が、前記シンチレータ粉末を一段で敷き詰めてなる単層状に形成されている構成が好ましい。【００１６】
さらに、本発明の一態様として、単層状に敷き詰められた前記シンチレータ粉末とこれに隣接する他の前記シンチレータ粉末との間に生じる隙間には、前記放射線の種類によって定められる前記シンチレータ粉末の平均粒径以上の平均粒径を有する前記シンチレータ粉末が埋設されて前記シンチレータ層が構成されているとともに、このシンチレータ層の片面または両面を研磨されてなる構成でもよい。【００１７】
さらにまた、本発明の一態様として、前記シンチレータが、ＧＰＳシンチレータ、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ、ＹＡＰシンチレータおよびＣｓＩシンチレータのいずれかから選択されてもよい。【００１８】
また、本発明に係る放射線計測装置は、前記シンチレータプレートと、このシンチレータプレートから発せられるシンチレーション光を電気的信号に変換する信号変換部と、測定対象となる放射線の種類に応じて設定される前記電気的信号の強度の上限値および下限値を基準として前記測定対象となる放射線と測定対象外の放射線とを弁別する放射線弁別部と、弁別された前記測定対象である放射線の電気的信号を計数する計数部と、前記計数部により計測された数値と所定の閾値とを比較して測定対象の放射線の有無を判別する放射線判別部とを有する。【００１９】
また、本発明に係る放射線イメージング装置は、前記シンチレータプレートを備えている。【００２０】
また、本発明に係るシンチレータプレート製造方法は、粘着性物質の表面に所定の平均粒径のシンチレータ粉末を敷き詰めて接着することによりシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、前記シンチレータ層の片面または両面を当該シンチレータ層が所定の厚さになるまで研磨するシンチレータ層研磨工程とを有する。【００２１】
さらに、本発明の一態様として、前記シンチレータ層形成工程において、前記粘着性物質の表面に接着されていないシンチレータ粉末を除去するとともに、接着されている各前記シンチレータ粉末の隙間に所定の平均粒径の前記シンチレータ粉末を敷き詰める工程を少なくとも一回以上繰り返すようにしてもよい。【００２２】
さらにまた、本発明の一態様として、前記シンチレータ層形成工程前に、微粉粒子が付着しているシンチレータ粉末を液体に浸して攪拌し、所定の時間経過後に前記微粉粒子上澄みを除去することにより使用するシンチレータ粉末から前記微粉粒子を除去する微粉粒子除去工程を有してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、放射線の検出精度を向上させるとともに、シンチレータプレートの製造コストを抑えつつ実用的な大面積化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るシンチレータプレートの一実施形態を示す拡大断面図である。
【図２】本実施形態における単層状としたシンチレータ層を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態における単層状の各シンチレータ粉末の隙間を他のシンチレータ粉末で敷き詰めたシンチレータ層を示す（ａ）平面図および（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。
【図４】単層状の各シンチレータ粉末の隙間を所定の平均粒径を有する他のシンチレータ粉末で埋めたシンチレータ層を示す拡大断面図である。
【図５】本実施形態のＧＰＳシンチレータ内のα線の飛程を示すグラフである。
【図６】本実施形態のＧＰＳシンチレータにおけるシンチレータ層の厚さとエネルギーの吸収とを示すグラフである。
【図７】本実施形態のシンチレータプレートの製造方法の各工程を示す模式図である。
【図８】本実施形態のシンチレータプレートの製造方法の各工程の手順を示すフローチャートである。
【図９】本願発明に係る放射線計測装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図１０】本願発明に係る放射線イメージング装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図１１】本実施例１において作成したＧＰＳシンチレータの写真である。
【図１２】本実施例１において、ＺｎＳシンチレータ、ＧＰＳシンチレータの単結晶および本発明に係るＧＰＳシンチレータプレートを用いてα線の計測を行った計測結果を示すグラフである。
【図１３】本実施例１において、平均粒径の異なるＧＰＳシンチレータプレートを用いてα線の計測を行った計測結果を示すグラフである。
【図１４】本実施例１におけるＧＰＳシンチレータのγ線の計測結果と、ＧＰＳシンチレータの厚さとの関係を示すグラフである。
【図１５】本実施例１において、本発明に係るＧＰＳシンチレータプレートを用いてα線として２４１Ａｍ（アメリシウム）線源とγ線として１３７Ｃｓ（セシウム）線源とを計測した計測結果を示すグラフである。
【図１６】本実施例２における各シンチレータプレートにより計測されたα線の集光強度と計数の関係を示すグラフである。
【図１７】本実施例２における各シンチレータプレートにより計測されたα線の集光強度と計数との関係に基づいて求められたピークトータル比と分解能の逆数の関係を示すグラフである。
【図１８】本実施例２におけるピークトータル比および分解能の逆数の算出方法を示す模式図である。
【図１９】本実施例２における試験片ｄ）の研磨面の光学顕微鏡写真である。
【図２０】本実施例２における試験片ｅ）の研磨面の光学顕微鏡写真である。
【図２１】本実施例２における試験片ｉ）の研磨面の光学顕微鏡写真である。
【図２２】本実施例３における放射線イメージング装置を示す写真である。
【図２３】本実施例３における放射線イメージング装置により計測した放射能強度分布を示す３次元グラフである。
【図２４】本実施例４における測定試料の設置状態を示す写真である。
【図２５】本実施例４において、従来品のＺｎＳシンチレータにより計測された中性子の分布を示す放射線イメージング装置の出力画像である。
【図２６】本実施例４において、従来品のＬｉ６ガラスシンチレータにより計測された中性子の分布の一部を抜き出した放射線イメージング装置の出力画像である。
【図２７】本実施例４において、従来品のＺｎＳシンチレータにより計測された中性子の分布の一部を抜き出した放射線イメージング装置の出力画像である。
【図２８】本実施例４において、本発明に係るＧＰＳシンチレータにより計測された中性子の分布の一部を抜き出した放射線イメージング装置の出力画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係るシンチレータプレート、放射線計測装置、放射線イメージング装置およびシンチレータプレート製造方法の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００２６】
まず、シンチレータプレートの一実施形態について説明する。図１は、本実施形態のシンチレータプレート１を示す断面拡大図である。本実施形態のシンチレータプレート１は、放射線により励起するシンチレータ２からなるシンチレータ粉末２１と、このシンチレータ粉末２１を敷き詰めて形成されるシンチレータ層２２と、このシンチレータ層２２を固定する基板３とから構成されている。また、本実施形態では、シンチレータ粉末２１を基板３に固定して前記シンチレータ層２２を形成するために適当な接着剤４が使用されている。
【００２７】
前記シンチレータ２は、入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発する物質からなる。例えば、Ｇｄ２Ｓｉ２Ｏ７シンチレータ（ＧＰＳシンチレータ）、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ、ＹＡＰシンチレータ、ＣｓＩシンチレータ等が挙げられる。
【００２８】
前記ＧＰＳシンチレータは、Ｇｄ２Ｓｉ２Ｏ７からなる物質であり、活性物質としてＣｅを添加する場合がある。本実施形態では、Ｇｄ２ＳｉＯ３、ＣｅＯ２およびＳｉＯ２の粉末をＴＳＳＧ（Top seeded solution growth）法を用いて結晶化させることにより製造している。なお、ＧＰＳシンチレータの製造方法は、ＴＳＳＧ法に限定されるものではなく、固相反応法やゾル・ゲル法等から適宜選択することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、このシンチレータ２を粉末状にして使用される。そのシンチレータ粉末２１の平均粒径ｄは、シンチレータ２の種類と測定対象となる放射線の種類とに基づいて、以下に説明するように所定の大きさが選択される。
【００３０】
例えば、測定対象となる放射線が電荷を有する荷電粒子であって、シンチレータ２に入射することでその荷電粒子によって励起してシンチレーション光を生じさせる直接電離放射線である場合、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄは、シンチレーション光の発生効率を上げるため、当該シンチレータ２内における飛程以上に形成されていることが好ましい。直接電離放射線の例としては、α線、電子線、イオンビーム等がある。本発明における電子線は、β線を含む概念である。なお、飛程とは、直接電離を起こさせることのできる電荷を備えたα線等の放射線が、ある物質に入射した場合に進むことのできる距離のことであって、本実施形態では、シンチレータ２の種類と放射線の種類との組み合わせにより定まる値である。したがって、直接電離放射線を測定対象とする場合には、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄを飛程以上に形成してシンチレーション光を発生させる確率を高めることが好ましい。また、測定対象となる放射線が電子である場合は、正面方向に飛んだ投影飛程を用いることが好ましい。
【００３１】
一方、放射線が電荷を備えた直接電離放射線ではなく、間接電離放射線の場合、つまり、シンチレータ２に入射することで前記放射線がシンチレータ２内での原子もしくは原子核に衝突等する相互作用により荷電粒子を発し、その荷電粒子により励起されたシンチレーション光を生じさせる間接電離放射線の場合、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄは、シンチレーション光の発生効率を上げるため、シンチレータ２内における前記間接電離放射線の平均自由行程以上に形成されることが好ましい。間接電離放射線の例としては、中性子線、γ線等がある。平均自由行程とは、電荷を備えない中性子線等の間接電離放射線が、ある物質に入射した場合に相互作用により反応を起こすまでの平均距離のことであり、本実施形態ではシンチレータ２の種類と放射線の種類とにより定まる値である。したがって、間接電離放射線を測定対象とする場合には、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄを少なくとも平均自由行程以上に形成してシンチレーション光を発生させる確率を高めることが好ましい。
【００３２】
なお、所定の平均粒径を備えたシンチレータ粉末２１の選別方法は、特に限定されるものではなく、例えば、篩を用いる方法や粒径の違いによる沈殿速度の差を用いる方法等から適宜選択される。また、後述の微粉粒子除去行程で説明するように、選別後にリン酸液やアルコール、または水等の液体に浸して攪拌し、シンチレータ粉末２１と、このシンチレータ粉末２１に付着したシンチレータ２の微粉粒子をそれぞれ拡散させて、その上澄みを捨てることで、シンチレータ粉末２１から前記微粉粒子を除去してもよい。
【００３３】
シンチレータ層２２は、シンチレータ粉末２１を敷き詰めて接着材等により固定されることにより形成される。このとき、シンチレータ層２２は、シンチレータ粉末２１を複数段に重ねて多段状（多層状）に形成してもよいが、後述するようにシンチレータ層２２の所定の最大厚さよりも薄くする必要がある。さらに、多段状（多層状）にした場合、発光したシンチレーション光が粉末間で反射や拡散を生じてしまうため、これを抑制すべく、図２に示すように、前記シンチレータ粉末２１を一段で敷き詰めた単層状に形成することが好ましい。但し、この単層状のシンチレータ層２２は本発明において厳密に解する必要はなく、例えば隣接するシンチレータ粉末２１間の隙間を埋めるようにして他のシンチレータ粉末２１が積載されていたとしても、所望の作用効果を生じる限り単層状に形成されているものに含まれる。
【００３４】
また、シンチレータ層２２は、シンチレータ粉末２１の充填率を高める方が検出精度の点からより好ましい。よって、所定の平均粒径ｄのシンチレータ粉末２１を敷き詰める際には、シンチレータ粉末２１同士の隙間を少なくするためにある程度押し固めるとよい。また、必要に応じて、図３に示すように、単層状に敷き詰められた前記各シンチレータ粉末２１の間に生じる隙間に、前記放射線の種類によって定められる前記シンチレータ粉末２１の平均粒径以上の平均粒径を有する他の前記シンチレータ粉末２１を埋設するのが好ましい。なお、各シンチレータ粉末の間に生じる隙間を埋める処理は、図３に示すように、各シンチレータ粉末２１が離れて接着されることにより生じる隙間のみならず、図４に示すように、前記シンチレータ粉末２１と隣接する他の前記シンチレータ粉末２１の間に生じる上方側の隙間を埋める処理も好ましい。
【００３５】
次に、シンチレータ層２２の厚さについて規定する。シンチレータ層２２の厚さは、測定対象となる放射線を入射させてシンチレーション光を励起させるとともに、測定対象外の放射線により励起されるシンチレーション光を抑制し、測定対象の放射線と測定対象外の放射線とを弁別可能にする必要がある。以下、測定対象となる放射線に対するシンチレータ層の厚さの設定方法について具体例を挙げて説明する。
【００３６】
まず、測定対象となる放射線がα線である場合について説明する。図５に示すように、測定対象となる放射線が２３９Ｐｕ（プルトニウム）から発せられる５．５ＭｅＶのα線であって、シンチレータ２がＧＰＳシンチレータである場合、その飛程は約１７μｍである。一方、自然界に存在してα線を発するラドン子孫核種が発する７．７ＭｅＶのα線である場合の飛程は約２７μｍである。よって、測定対象となる放射線がプルトニウム２３８から発せられるα線である場合、測定誤差を考慮して、シンチレータ粉末２１の厚さは２０μｍ以上とすることが好ましい。
【００３７】
一方、自然界にはβ線やγ線等の測定対象外の放射線が存在しており、例えば、ラドン子孫核種は、α線より多くのβ線やγ線を放出している。このようなβ線やγ線がシンチレータ２に入射すれば、α線と同様、シンチレーション光を発してしまう。この場合、後述する実施例１３の結果（図１４参照）が示すように、例えば測定対象外となる放射線がγ線である場合、シンチレータ２の厚さが大きくなるにつれて、シンチレータ２内でのγ線のエネルギー付与が増大し、シンチレーション光を計数する集光強度の範囲が広くなる傾向にある。このような傾向はβ線でも同様である。よって、シンチレータ２の厚さは、測定対象外の放射線によるシンチレータ２へのエネルギー付与を小さくして、α線によるシンチレーション光と弁別できる程度に厚さを小さくすることが好ましい。すなわち、本発明に係るシンチレータプレート１では、シンチレータ２の厚みを可能な限り薄くすることで、測定対象外の放射線をできる限り透過させてシンチレータ２へのエネルギー付与を小さくし、シンチレーション光の発光を抑えて測定対象の放射線と測定対象外の放射線とを弁別し易くしている。
【００３８】
よって、測定対象となる放射線による飛程や測定対象外の放射線との弁別から考慮すると、測定対象となる放射線がプルトニウムから発せられるα線である場合は、シンチレータ層２２の厚さは２０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。
【００３９】
次に、測定対象となる放射線が中性子線である場合について説明する。図６は、ＧＰＳシンチレータにおけるシンチレータ層２２の厚さとエネルギーの吸収とを示すグラフである。ここで、エネルギーの吸収とは、シンチレータに入射した放射線が相互作用により反応する確率を示すものであり、エネルギーの吸収の値が１になると放射線のすべてが反応したことを示している。また、平均自由行程は、エネルギーの吸収が（１−１／ｅ）となる厚さと定義される。ここでｅは、ネイピアの数である。よって、平均自由行程は、エネルギーの吸収が約０．６３、すなわちシンチレータ２内において反応を起こす確率が約６３％になる厚さであり、図６に示すように、ＧＰＳシンチレータ場合の平均自由行程は約３０μｍである。
【００４０】
また、シンチレータ層２２の厚さは、α線等と同様に、弁別できる程度に測定対象外の放射線によるシンチレータ２へのエネルギー付与を低くする厚さ以下にすることが好ましい。図６に示すように、中性子線の場合、平均自由行程の５倍となる約１５０μｍの厚さで反応を起こす確率は約９９．３％となる。一方、５９ＫｅＶより弱いエネルギーを持つγ線の場合、シンチレータ層２２の厚さが増す毎にエネルギーの吸収が高くなるが、シンチレータ層２２の厚さが約１５０μｍでは反応を起こす確率が５０％程度に押さえることができる。よって、シンチレータ層２２の厚さが約１５０μｍ以下の場合では、γ線の有するエネルギーよりも、中性子線の有するエネルギーの多くがシンチレーション光に変換されることになる。
【００４１】
よって、測定対象となる放射線が中性子線である場合、シンチレータ層２２の厚さは測定誤差などを考慮して３０μｍ以上１５０μｍ以下であることが望ましい。
【００４２】
さらに、測定対象となる放射線がＸ線である場合、核医学画像診断法の陽電子放射断層撮影装置等で用いられることを考慮すると、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄは、３００μｍより大きく形成されることが好ましく、シンチレータ層２２の厚さは３００μｍ以上５００μｍ以下であることが望ましい。
【００４３】
次に、基板３について説明する。シンチレータ層２２を固定する基板３は、素材や大きさについて特に限定されるものではないが、硬くて平坦な面を形成可能な素材により形成されていることが好ましく、例えばシンチレーション光の透過を妨げないように透明なガラスや化学合成樹脂等が挙げられる。また、測定対象となる放射線が中性子の場合、α線等と比較して透過性が高いため、基板３には様々な素材を用いることができる。例えば、アルミニウム板、シリコン板、アルミナ板等が使用可能であり、シンチレータ層２２側を後述する光電子増倍管５１等のシンチレーション光の受信部に密着させる構成にしてもよい。さらに、必要に応じてシンチレータ層２２と基板３との間に反射面を形成してもよい。また、シンチレータ粉末２１を層状に接着させてシンチレータ層２２を形成するための接着剤４は、特に限定されるものではないが、耐放射能の性質を有するものを用いることが好ましい。
【００４４】
なお、シンチレータプレート１は、シンチレータ層２２を基板３に固定したものに限定されるものではなく、所定の強度を維持できるのであれば基板３に固定せずにシンチレータ層２２それ自体をシンチレータプレート１として用いてもよい。
【００４５】
次に、本発明に係るシンチレータプレート製造方法の一実施形態について説明する。図７は、本実施形態のシンチレータプレートの製造方法の各工程を示す模式図である。また、図８は、各工程の手順を示すフローチャートである。
【００４６】
本実施形態のシンチレータプレート製造方法は、図７および図８に示すように、使用するシンチレータ粉末２１から前記微粉粒子を除去する微粉粒子除去工程Ｓ１と、粘着性物質の表面に使用する前記シンチレータ粉末２１を敷き詰めて接着することによりシンチレータ層２２を形成するシンチレータ層形成工程Ｓ２と、このシンチレータ層を基板に固定する基板固定工程Ｓ３と、前記粘着性物質を除去する粘着性物質除去工程Ｓ４と、前記シンチレータ層の表面を当該シンチレータ層が所定の厚さになるまで研磨するシンチレータ層研磨工程Ｓ５とを有する。以下、各工程について詳細に説明する。
【００４７】
シンチレータ粉末２１は、単結晶状のシンチレータ２を粉砕し、篩等を使用し絵予め所定の平均粒径に選別されている。ただし、篩等による選別では、シンチレータ粉末２１に付着したシンチレータ２の微粉粒子までは選別できない場合がある。そこで、本実施形態では、微粉粒子除去工程Ｓ１により、微粉粒子の除去を行っている。
【００４８】
微粉粒子除去工程Ｓ１は、使用するシンチレータ粉末２１をリン酸液やアルコール、または水等の液体に浸して超音波洗浄装置等を使って攪拌することにより、シンチレータ粉末２１に付着している微粉粒子を引き離し、それぞれを液体中に拡散させる。そして、粒子径の違いによる沈降速度の差を利用して、所定の時間経過後に上澄みを除去することにより前記シンチレータ粉末から前記微粉粒子を除去するようになっている。つまり、微粉粒子の重量に対する表面積が大きく、その微粉粒子が受ける浮力や運動速度に比例して運動を妨げる抵抗力により、シンチレータ粉末２１よりも前記微粉粒子の沈降速度が遅い現象を利用して除去する。
【００４９】
シンチレータ層形成工程Ｓ２は、粘着シート等の粘着性物質の表面に所定の平均粒径のシンチレータ粉末２１を敷き詰めて接着し、シンチレータ層２２を形成する工程である。本実施形態では、図７に示すように、シート状の粘着性物質を用いているがこれに限るものではなく、別途、接着材を塗布して接着させてもよい。
【００５０】
また、本実施形態におけるシンチレータ層形成工程では、シンチレータ層２２におけるシンチレータ粉末２１のムラを無くして充填率を高めるとともに、シンチレータ粉末２１を単層状に敷き詰めることが好ましい。このため、粘着性物質の表面にシンチレータ粉末２１を一旦敷き詰めた後に、刷毛によりシンチレータ層２２の表面を掃いたり、粘着性物質に衝撃を加えて落とす等の処理を行う。これにより前記粘着性物質に接着されていないシンチレータ粉末２１を除去するとともに、接着されている各前記シンチレータ粉末の隙間に所定の平均粒径の前記シンチレータ粉末２１を再び敷き詰めるようになっている。本実施形態では、このような工程を少なくとも一回以上繰り返している。
【００５１】
また、本実施形態におけるシンチレータ層形成工程Ｓ２では、シンチレータ粉末２１を粘着性物質の表面に敷き詰めた後で、エポキシ樹脂等の適当な接着剤４を用いてシンチレータ粉末２１を固定してシンチレータ層２２を形成している。
【００５２】
基板固定工程Ｓ３は、前記シンチレータ層２２を基板３に固定する工程である。本実施形態では、図７に示すように、粘着性物質の表面に形成されたシンチレータ層２２の上に基板３を接着剤４等により貼り付けて固定している。なお、基板３を用いずにシンチレータプレート１を形成する場合は本工程を省略すればよい。この場合、粘着性物質に基板３の役割を持たせてもよいし、前記粘着性物質も剥がしてシンチレータ層２２のみで構成してもよい。また、シンチレータ層２２の両面を研磨する場合は、基板３を固定する前にその表面を研磨し、その研磨された面に基板３を固定すればよい。
【００５３】
粘着性物質除去工程Ｓ４は、前記シンチレータ層２２に接着されている前記粘着性物質を除去する工程である。粘着性シートに接着しているのであれば、単に剥離すればよい。なお、粘着性物質がシンチレータ層２２への放射線の入射やシンチレーション光の透過に影響が無い場合は、本工程を省略して、粘着性物質を除去せずにシンチレータプレート１として使用してもよい。
【００５４】
シンチレータ層研磨工程Ｓ５は、前記シンチレータ層２２を当該シンチレータ層２２が所定の厚さになるまで研磨する工程である。本実施形態では、前記粘着性物質除去工程Ｓ４により前記粘着性物質を除去して露出した前記シンチレータ層の表面を耐水研磨紙を用いて研磨を行っている。なお、シンチレータ層２２の研磨に用いられるものは耐水研磨紙に限定されるものではなく、砥石や液状研磨材等から適宜選択してよい。
【００５５】
また、シンチレータ層２２の両面を研磨する場合は、シンチレータ層形成工程Ｓ２によりシンチレータ層２２を形成した後に、まず粘着性物質のない方の表面を研磨し、その研磨された面に基板３を固定し、その後、粘着性物質を除去して露出された面を研磨すればよい。
【００５６】
次に、本実施形態における放射線計測装置５について説明する。図９に示すように、本実施形態における放射線計測装置５は、主として、上述のシンチレータプレート１と、このシンチレータプレート１から発せられるシンチレーション光を電気的信号に変換する信号変換部５１と、前記電気的信号を増幅させる増幅器５２と、電気的信号の上限値と下限値を設定して測定対象となる放射線と測定対象外の放射線との弁別を行う放射線弁別部５３と、弁別された上限値から下限値の間の範囲における電気的パルス信号を計数する計数部５４と、その計数から測定対象となる放射線が入射したか否かを判別する放射線判別部５５とから構成される。以下、各構成について詳細に説明する。
【００５７】
信号変換部５１は、先端にシンチレータプレート１を備えており、このシンチレータプレート１に放射線が入射することにより励起されるシンチレーション光を受信し、このシンチレーション光を電気的信号に変換するものであって、本実施形態では光電子増倍管５１が用いられている。また、前記光電子増倍管５１からは、シンチレーション光を受信することでパルス状の電気的パルス信号に変換するようになっている。
【００５８】
増幅器５２は、前記光電子増倍管５１に接続されており、受信した前記電気的パルス信号を任意に増幅させるものである。なお、前記光電子増倍管５１からの電気的パルス信号が、弁別を十分に行われる程度に大きい場合には、この増幅器５２は設けなくともよい。
【００５９】
放射線弁別部５３は、前記増幅器５２に接続されており、上限値と下限値を設定して測定対象となる放射線と測定対象外の放射線との弁別を行うものである。本実施形態においては、いわゆるフィルターとして機能し、電気的パルス信号の上限値および下限値の間のシンチレーション光のみを計数部５４に送ることで、測定対象となる放射線を測定対象外の放射線と弁別するようになっている。
【００６０】
本実施形態では、プルトニウムからのα線とラドン子孫核種からのα線とを弁別するため、上限値はプルトニウムからのα線により得られるエネルギーの値より僅かに大きい値とした。また、測定環境中に存在する、例えばラドン子孫核種からのβ線やγ線と弁別させるため、下限値はβ線やγ線により得られるエネルギーの値より僅かに大きい値とした。
【００６１】
計数部５４は、放射線弁別部５３に接続されており、放射線弁別部５３により弁別された電気的パルス信号を計数するものである。本実施形態では、所定の間隔の集光強度毎に電気的パルス信号を計数するようになっている。
【００６２】
放射線判別部５５は、計数部５４に接続されており、前記計数部５４により計測された数値から測定対象となる放射線が入射したか否かを判別する。具体的には、閾値を設定し、計数値と閾値とを比較して、計数値がその閾値を越えたら放射線が検出されたと判断するようになっている。
【００６３】
また、本実施形態の放射線イメージング装置６について説明する。図１０に示すように、本実施形態の放射線イメージング装置６は、核医学画像診断法における陽電子放射断層撮影装置等に用いられるものであり、主として、任意の放射線を照射する線源装置６１と、上述のシンチレータプレート１と、前記線源装置６１から発せられる放射線がシンチレータプレート１に入射することにより発せられるシンチレーション光の分布を測定するシンチレーション光分布測定器６２と、このシンチレーション光分布測定器６２により受信されたシンチレーション光の分布を画像データとして出力する出力装置６３とから構成されている。また、放射線イメージング装置６は、陽電子放射断層撮影装置の他、物体表面に付着した放射性物質の汚染分布の測定装置等にも用いることができる。
【００６４】
線源装置６１は、任意の放射線を放射状に照射するものであり、本実施形態では、Ｘ線を放射するようになっている。なお、放射性物質の汚染分布の測定装置等においては、線源装置６１を備える必要はない。
【００６５】
シンチレーション光分布測定器６２は、シンチレータプレート１を備え、線源装置６１から放射される放射線を受信可能な位置に設けられており、線源装置６１により照射された放射線を受信し、その放射線の分布を測定するようになっている。シンチレーション光の分布を測定する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、シンチレーション光を検知する受信器を複数並べてシンチレーション光の分布を計測するもの等が用いられる。
【００６６】
出力装置６３は、前記シンチレーション光分布測定器６２に接続されており、受信したシンチレーション光の分布を画像データとして出力するものである。なお、出力する方法は特に限定されるものではなく、液晶ディスプレー等に表示したり、写真として出力することができる。
【００６７】
次に、本実施形態の各構成における作用について説明する。
【００６８】
シンチレータプレート１は、測定対象となる放射線が入射すると、その放射線により励起されてシンチレーション光を発する。例えば、測定対象が直接電離放射線のα線である場合、シンチレータはα線の有する荷電粒子により、シンチレータ２中の電子と電気的な引力や反発力が働き、この影響で電子が励起される。そして、励起された電子が再結合するときに光が発せられる。本実施形態におけるシンチレータ層２２はα線の飛程以上の厚さを有しているため、入射したα線のエネルギーの殆どがシンチレーション光となり発光する。
【００６９】
本実施形態のシンチレータ層２２は、シンチレータ粉末２１を一段の単層状に形成されているため、シンチレータ層２２内において、シンチレーション光の反射や拡散を効果的に抑制することができる。また、それ程大きな粒径のシンチレータ粉末２１でなくても、単層状に敷き詰められたシンチレータ粉末２１とこれに隣接する他のシンチレータ粉末２１との間に生じる隙間にシンチレータ粉末２１を埋設することで、シンチレータ層２２におけるシンチレータ粉末２１の充填率が向上し、単結晶に近い効果を奏する構成になる。
【００７０】
本実施形態の放射線計測装置５における光電子増倍管５１は、シンチレータプレート１が発光したシンチレーション光を受信し、電気的パルス信号に変換する。また、増幅器５２は、光電子増倍管５１で変換された電気的パルス信号を任意の大きさに増幅する。
【００７１】
放射線弁別部５３は、増幅器５２から受けた電気的パルス信号を上限値と下限値と比較して測定対象の放射線であるか、測定対象外の放射線であるかを弁別する。そして、計数部５４は、放射線弁別部５３によってフィルタリングされたシンチレーション光を所定間隔の集光強度毎に計数する。放射線判別部５５は、前記シンチレーション光の計数値が所定の閾値を越えたら測定対象とする放射線が測定されたと判断する。そして、適当な出力手段によって放射線測定の結果を出力する。
【００７２】
次に、本実施形態の放射線イメージング装置６について説明する。線源装置６１は、シンチレータプレート１に向けて任意の放射線を照射する。この線源装置６１とシンチレータプレート１との間には、人体など内部のイメージングを行う任意物体Ｏが配置される。このような任意物体Ｏに放射線が透過すると骨と肉等の放射線の透過率が異なる場所を通過した際、シンチレータプレート１に到達する放射線量に差が生じる。
【００７３】
シンチレータプレート１では、この放射線量の差によりシンチレーション光の発光に差が生じる。シンチレーション光分布測定器６２は、そのシンチレーション光の分布を計測し、出力装置６３により任意の状態で出力を行う。
【００７４】
以上のような本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
１．シンチレータ層２２がシンチレータ２の種類と放射線の種類とから特定される所定の平均粒径以上のシンチレータ粉末２１で構成されているとともに、前記シンチレータ層２２の厚さを所定範囲内に形成されることにより、より高い確率で弁別できるシンチレーション光を取得することができる。
２．シンチレータ層２２においてシンチレータ粉末２１を単層状に敷き詰めることにより、多段状のシンチレータ粉末２１において生じてしまうようなシンチレーション光の反射や拡散を抑制することができる。
３．所定の粒径のシンチレータ粉末２１を基板に敷き詰めて所定の厚さに研磨することによってシンチレータ層２２を形成すればよいため、製造コストを大幅に抑制しつつ容易に大面積化することができ、かつ精度のよいシンチレータプレート１を製造できる。
４．本実施形態のシンチレータプレート１を用いることにより、放射線計測装置５および放射線イメージング装置６の測定精度を向上させられる。
【実施例１】
【００７５】
本実施例１では、本発明に係るシンチレータプレート１を作製し、そのシンチレータプレート１を用いてα線を計測した。【００７６】
『シンチレータプレートの作製』
本実施例１では、ＧＰＳシンチレータを用いて試験用のシンチレータプレート１を作製した。ＧＰＳシンチレータは、ＴＳＳＧ法を使った結晶合成により作製した素材を粉砕し、所定のメッシュを有する篩を使って粒径を揃えた。基板には図１１に示すような２５ｍｍ角の矩形状のガラス板を用い、その中心（図１１における点線で示す範囲）にシンチレータ粉末２１を敷き詰めてエポキシ樹脂からなる接着材４により固定した。【００７７】
『従来のシンチレータとの比較』
まず、従来の特許文献１に記載の発明に相当するＺｎＳシンチレータプレートと、ＧＰＳシンチレータの単結晶体で構成されたシンチレータプレートと、本発明に係るシンチレータプレート１とを用いてα線の計測を行った。ＺｎＳシンチレータのプレートは、本実施例１のＧＰＳシンチレータと同様にガラスの基板に対し、約１０ｍｇ／ｃｍ２の厚さに塗布することにより作製した。また、ＧＰＳシンチレータの単結晶体は約１．４ｍｍのものを使用した。さらに、本実施例１では、平均粒径ｄが約５０μｍのＧＰＳのシンチレータ粉末を用いてシンチレータ層２２を形成し、その片側表面を研磨することによって、シンチレータ層２２の厚さが約１００μｍ、約５０μｍ、および約３０μｍとなる３種類のシンチレータプレート１を用意した。【００７８】
それぞれのプレートにプルトニウムの代替として２４１Ａｍ（アメリシウム）を線源とする５．５ＭｅＶのα線を照射し、集光強度と計数の関係について計測した。【００７９】
図１２は、測定結果を示すグラフである。ＺｎＳシンチレータプレートでは、集光強度に対してなだらかな分布を有しており鋭いピークは見られない。よって、当該ＺｎＳシンチレータプレートでは、α線の測定は可能であるが、エネルギー分解能が低いため、プルトニウムやラドン子孫核種等の複数の核種から発生した、それぞれエネルギーの異なるα線同士を弁別するには問題が残っている。【００８０】
一方、ＧＰＳシンチレータの単結晶では、鋭いピークが立っており、α線を精度良く計測できたことを示している。同様に、本発明に係るＧＰＳシンチレータプレートは、プレートの厚さが約１００μｍおよび約５０μｍの場合は、単結晶より若干劣るものの、鋭いピークが測定できている。なお、本実施例１では、約３０μｍの場合は、鋭いピークが得られなかった。【００８１】
以下、本実施例１では、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄとシンチレータの厚さについて、より詳細な実験を行った。【００８２】
『シンチレータ粉末の平均粒径についての検討』
まず、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄと測定精度についての検討を行った。シンチレータプレート１は、シンチレータ粉末２１の粒径ｄが約２５μｍ以上約４５μｍ以下のものと、約４５μｍ以上約７５μｍ以下のものと、約７５μｍ以上約１０６μｍ以下のものの３種類を用意し、それぞれに２４１Ａｍ（アメリシウム）を線源とする５．５ＭｅＶのα線を照射し、集光強度と計数の関係について計測した。【００８３】
図１３は、計測結果を示すグラフである。シンチレータ粉末２１の粒径ｄが約２５μｍ以上約４５μｍ以下である場合、集光強度のピーク値が現れてα線が検出されていることがわかる。しかし、集光強度の分布は他の２種類のシンチレータプレートと比較してなだらかであり、弁別の精度は劣っているといえる。また、粒径ｄが約４５μｍ以上約７５μｍ以下である場合、集光強度のピークが集光強度の高い値に寄っており、粒径ｄが約２５μｍ以上約４５μｍ以下である場合よりも弁別の精度は向上するといえる。さらに、粒径ｄが約７５μｍ以上約１０６μｍ以下の場合、他の２種類のシンチレータプレートと比較して、集光強度のピークが集光強度の高い値に寄っているとともに、その幅も狭くなっており、弁別の精度向上が充分に期待できる。【００８４】
よって、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄを大きくすることにより、集光強度の高い側の弁別の精度向上が期待できる。【００８５】
『シンチレータの厚さについての検討』
次に、α線の測定と測定環境中に存在するγ線との弁別を行うためにシンチレータ２の厚さについて検討を行った。本実施例１では、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄが５０μｍのものを使用してシンチレータプレート１を作製し、その表面を研磨することで、シンチレータ２の厚さが１００μｍのものと、シンチレータ２の厚さが５０μｍｍのものと、シンチレータ２の厚さが３０μｍのものの３種類を用意した。これら各シンチレータプレート１に対してセシウムＣｓを線源とする６６２ｋｅＶのγ線を照射し、集光強度と計数の関係について計測を行った。また、比較のため、約１．４ｍｍに形成されたＧＰＳシンチレータの単結晶体についても計測を行った。【００８６】
図１４は、測定結果を示すグラフである。この図１４に示すように、ＧＰＳシンチレータの単結晶を用いた場合、広範囲に渡って集光強度が計数されている。このような広い範囲の集光強度が計数される場合には、他の放射線との弁別が困難になる。【００８７】
一方、本実施例１で作製したシンチレータプレート１では、小さい集光強度に分布が集中している。特に、シンチレータ２の厚さが１００μｍ、５０μｍ、３０μｍへと薄くなるにつれて、集光強度の幅が狭くなっている。よって、シンチレータ２の厚さは、薄いほどγ線の影響を抑えることができ、α線を弁別をし易くなることがわかる。【００８８】
『シンチレータ粉末の平均粒径についてのまとめ』
次に、ＧＰＳシンチレータのシンチレータ粉末２１の平均粒径ｄが５０μｍのものを用いて、厚さが約５０μｍのシンチレータプレートを作製し、２４１Ａｍ（アメリシウム）を線源とする５．５ＭｅＶのα線とセシウムＣｓを線源とする６６２ｋｅＶのγ線とを照射して、集光強度と計数の関係について計測した。【００８９】
図１５は、測定結果を示すグラフである。本実施例１におけるシンチレータプレート１では、α線を検出できているとともに、γ線に対して弁別ができている。よって、弁別するための集光強度の下限値を約１００に設定し、上限値を約６５０に設定することにより、α線とγ線とを確実に弁別することができると考えられる。
【実施例２】
【００９０】
次に、実施例２について説明する。実施例２では、シンチレータ層２２が、単層状のシンチレータ粉末２１により形成されている場合と、多層状のシンチレータ粉末２１により形成されている場合との違いによる検出精度への影響について実験を行った。【００９１】
『シンチレータプレートの作製』
本実施例２では、実施例１と同様、ＧＰＳシンチレータを用いて試験用のシンチレータプレート１を作製した。本実施例２でシンチレータプレート１に用いられたシンチレータ粉末２１の粒径は以下の通りである。
ａ）ｄ＜５μｍ
ｂ）２５μｍ＜ｄ＜４５μｍ
ｃ）４５μｍ＜ｄ＜７５μｍ
ｄ）７５μｍ＜ｄ＜１０６μｍ
ｅ）７５μｍ＜ｄ＜１０６μｍ（微粉粒子を除去）
ｆ）１８０μｍ＜ｄ＜２１２μｍ（微粉粒子を除去）
ｇ）２１２μｍ＜ｄ＜２５０μｍ（微粉粒子を除去）
ｈ）２５０μｍ＜ｄ＜３００μｍ（微粉粒子を除去）
ｉ）５００μｍ＜ｄ＜６００μｍ（微粉粒子を除去）【００９２】
試験片ａ）〜ｄ）については、シンチレータ粉末２１を所定のメッシュの篩を使って粒径を揃えた。また、試験片ｅ）〜ｉ）については、篩を使って粒径を揃えた後に、リン酸液に浸して超音波洗浄装置で攪拌し、シンチレータ粉末２１に付着するシンチレータ２の微粉粒子をリン酸液中に拡散させ、その上澄み除去することにより除去した。また、本実施例２における基板３には、実施例１と同様に、２５ｍｍ角の矩形状のガラス板を用いた。【００９３】
本実施例２におけるシンチレータプレート１は、前記基板３の上に上記シンチレータ粉末２１を敷き詰めて固定することでシンチレータ層２２を形成し、試験片ａ）〜ｈ）については前記シンチレータ層２２の片面を研磨し、試験片ｉ）については前記シンチレータ層２２の両面を研磨することでシンチレータ層２２の厚さを約１００μｍに調整した。【００９４】
以上より、本実施例２では、試験片ａ）〜ｃ）のシンチレータプレート１のシンチレータ層２２は、シンチレータ粉末２１が多層状に敷き詰められた状態にあり、試験片ｄ）〜ｉ）のシンチレータプレート１のシンチレータ層２２は、シンチレータ粉末２１を単層状に敷き詰められた状態にある。【００９５】
『単層状および多層状のシンチレータ層についての検討』
本実施例２では、実施例１と同様、それぞれのプレートにプルトニウムの代替として２４１Ａｍ（アメリシウム）を線源とする５．５ＭｅＶのα線を照射し、集光強度と計数の関係について計測した。図１６は、試験片ａ）〜ｅ）のシンチレータプレートと比較例としてＧＰＳシンチレータの単結晶を用いたシンチレータプレートによる計測結果を示すグラフである。【００９６】
図１６に示すように、ＧＰＳシンチレータの単結晶を用いた場合、集光強度が６００近傍で計数のピークが現れている。【００９７】
それに対し、上記試験片ａ）のシンチレータ粉末２１を用いたシンチレータプレート１では、集光強度が２００以上の範囲では殆ど検出されておらず、複数の核種から発生した、それぞれエネルギーの異なるα線同士を弁別することはできない。これは、シンチレータ層２２が所定の厚さ以上の場合であっても、シンチレータ粉末２１の粒径が飛程よりも小さい場合には、十分なシンチレータ光を発することができないためであると思われる。【００９８】
試験片ｂ）〜ｄ）のシンチレータ粉末２１を用いたシンチレータプレート１では、粒径が大きくなるほど、ピークがはっきり認識される。また、同じ粒径である試験片ｄ）および試験片ｅ）のシンチレータ粉末２１を用いた各シンチレータプレート１による計測結果を比較すると、微粉粒子を除去した試験片ｅ）の方がピークが明瞭に現れている。これらの結果は、試験片ｂ）〜ｄ）では、シンチレータ粉末２１が重なり合って形成されているため、シンチレータ光が乱反射を起こして光電子増倍管５１まで到達するシンチレータ光の数が減少しているのに対し、試験片ｅ）では、シンチレータ粉末２１を単層状に敷き詰められているとともに、細かい粉末が除去されているため、シンチレータ粉末２１が重なり合っておらず、シンチレータ光が光電子増倍管５１まで到達しやすいためであると思われる。【００９９】
次に、試験片ａ）〜ｉ）のシンチレータ粉末２１を用いた各シンチレータプレート１による計測結果について分解能の逆数とピークトータル比とを算出することにより比較した。図１７は、本実施例２における計測結果に基づくピークトータル比と分解能の逆数とをまとめたグラフである。【０１００】
本実施例２において、分解能の逆数は、図１７および図１８に示すように、計数の見かけ上のピークの最大値と、この見かけ上のピークの最大値における見かけ上の半値幅との比により算出される値である。つまり、図１７の縦軸に示されている分解能の逆数の値が大きいほど、ピークの幅が鋭いことを表しており、エネルギー弁別性能が高いことを示している。【０１０１】
また、本実施例２において、ピークトータル比とは、全集光強度における計数に対する、ピークにおける計数の値を示している。つまり、ピークトータル比が大きいほど、図１８におけるテール部分の計数が小さく、ピークでの計数が高いことを表しており、エネルギー弁別性能が高いことを示している。【０１０２】
図１７に示すように、単結晶のシンチレータプレートの場合、分解能の逆数およびピークトータル比が共に高い値を示しており、エネルギー弁別性能が高いことがわかる。【０１０３】
一方、試験片ｂ）および試験片ｃ）のように多層状のシンチレータ層で構成されたものは、分解能の逆数およびピークトータル比が低く、単結晶の場合の結果に比べて分解能の逆数は約１０分の１、ピークトータル比は約５分の１と低い値を示しており、エネルギー弁別性能が低かった。【０１０４】
それに対し、試験片ｄ）〜ｉ）の単層状のシンチレータプレートは、試験片ｂ）および試験片ｃ）に対して、分解能の逆数およびピークトータル比が向上した。例えば、試験片ｄ）〜ｉ）では、単結晶の場合に比べると、分解能の逆数は６０％程度であり十分なエネルギー弁別性能を維持している。また、ピークトータル比は、シンチレータ粉末２１の平均粒径ｄが大きくなるにつれて、検出効率がよくなる傾向にあり、試験片ｉ）では、単結晶に対する比で、７０％程度のエネルギー弁別性能を維持していることがわかる。【０１０５】
次に、各シンチレータプレート１のシンチレータ層２２を光学顕微鏡を用いて写真を撮影し、その画像に基づいて精度の相違について検討した。図１９〜図２１は、それぞれ試験片ｄ）、ｅ）およびｉ）の各シンチレータ粉末２１を用いたシンチレータプレート１のシンチレータ層２２を撮影した光学顕微鏡写真である。【０１０６】
図１９に示すように、微粉粒子を除去する前では、微粉粒子がシンチレータ粉末２１の隙間に不規則に混入された状態になっており、光学顕微鏡写真からも光が乱反射している様子が見てとれる。これに対して、図２０に示すように、微粉粒子を除去した試験片ｅ）の場合は、所定のシンチレータ粉末２１が略単層状に敷き詰められており、光の反射や拡散が抑えられていることが観察できる。【０１０７】
また、図２１では、比較的大きなシンチレータ粉末２１を用いてシンチレータ層２２の両面を研磨しているため、各シンチレータ粉末２１がプレート状に形成されているのがわかる。そのため、光電子増倍管５１の検出面と平行な面が形成され、シンチレータ光の乱反射が起こりにくくなっているものと思われる。また、各シンチレータ粉末２１同士の間の隙間が少なくなっており、画像処理による結果では充填率が約７０％と高かいため、単結晶に近い構成になっているといえる。よって、図１７に示すように、本実施例２においては、試験片（ｉ）のシンチレータ粉末２１を用いたシンチレータプレート１では検出効率も７０％を達成している。【０１０８】
『単層状および多層状のシンチレータ層についてのまとめ』
以上より、シンチレータ層２２におけるシンチレータ粉末２１は、シンチレータ光の乱反射を抑制することによりエネルギー弁別性能が向上することがわかった。そのためには、シンチレータ粉末が重なり合わないことが重要であり、多層状よりも単層状のシンチレータ粉末２１で敷き詰められる方がエネルギー弁別性能が高いといえる。また、平均粒径の大きいシンチレータ粉末２１を単層状に敷き詰めて所定の厚さに研磨する方が光電子増倍管５１の検出面と平行となる面が形成され、プレート表面上にシンチレータが露出している割合が高い。そのため、測定対象のα線のエネルギーは、エネルギーの損失なくシンチレータ３へ付与される。その結果、優れたエネルギー弁別性能が得られるものと思われる。さらに、シンチレータ層２２におけるシンチレータ粉末２１の充填率が高い方がより検出効率が向上することがわかった。
【実施例３】
【０１０９】
実施例３では、物体表面に付着した放射性物質の汚染分布の測定装置に用いられる放射線イメージング装置６を作成し、放射能の分布測定を行った。図２２は、作成した放射線イメージング装置６を示す外観図である。【０１１０】
本実施例３における放射線イメージング装置６は、図２２に示すように、シンチレータプレート１を備えたシンチレーション光分布測定器６２と、分布を画像データとして出力する出力装置６３とから構成されている。【０１１１】
本実施例３におけるシンチレータプレート１は、ＧＰＳシンチレータプレートを採用している。また、シンチレーション光分布測定器６２には、多チャンネル光電子増倍管（浜松ホトニクス社製）が用いており、５ｃｍ×５ｃｍの略正方向状の検出面積に８×８＝６４の計測点が設けられている。【０１１２】
本実施例３では、α線放出核種を計測面に対して適当に散布し、その計測面に前記多チャンネル光電子増倍管を向けてセッティングし、全計測点におけるα線の波高スペクトルを同時に計測することにより、α線放出核種から放出される放射能分布の計測を行った。【０１１３】
図２３は、計測された放射能強度分布であり、シンチレーション光分布測定器６２により計測された各計測点における放射能の強度から各計測点間の値を線形的に算出し、２５６×２５６のデータとして表したものである。グラフの線の高低が放射能の強度を表している。【０１１４】
図２３に示すように、放射能の強度が高いところと低いところが現れており、α線放出核種を有する場所とα線放出核種を有しない場所との差が明確になっている。よって、計測対象外となる線源が存在しても、十分に弁別可能であることがわかる。【０１１５】
以上より、本実施例３では、本発明に係るシンチレータプレート１を用いることにより、放射能分布計測が十分に可能であることがわかった。これにより、シンチレータプレート１の大面積化への可能性を示すことができた。
【実施例４】
【０１１６】
実施例４では、中性子線の計測を行った。シンチレータとしては、Ｌｉ（リチウム）６シンチレータ、ＺｎＳシンチレータおよび本発明に係るＧＰＳシンチレータを用いた。また、これらのシンチレータを用いて、抵抗分割型の位置検出光電子増倍管を使用した中性子イメージングシステムにより計測を行った。なお、Ｌｉ６ガラスシンチレータは検出精度が高いことで知られている物質である。【０１１７】
本実施例４では、図２４に示すように測定試料としてカドミウムでＦの文字に形成したプレートを設置し、このプレートに中性子線を照射して、その背後における中性子線の分布の計測を行った。なお、カドミウムは、中性子を吸収する性質を有している。【０１１８】
図２５は、ＺｎＳシンチレータを用いて計測を行った計測結果である。図２５に示すように、カドミウムにより中性子が吸収され、その背後では中性子が計測されずに「Ｆ」の文字が鮮明に現れた。【０１１９】
次に、プレートの形状が大小様々であったため、各プレートにより計測された画像に基づき、同じ領域となる部分を抜き出して各プレートの比較を行った。図２６はＬｉ６ガラスシンチレータ、図２７はＺｎＳシンチレータ、図２８はＧＰＳシンチレータを用いた測定結果である。また、図２６から図２８に基づいて、各領域における中性子の総数をカウントした。【０１２０】
中性子の総数はＬｉ６ガラスシンチレータを用いたものが一番多く１１４，３１９であった。そこで、Ｌｉ６ガラスシンチレータの総数を１００として、他のシンチレータの総数を比較して求めると、ＺｎＳシンチレータが約３０、ＧＰＳシンチレータが約８１であった。【０１２１】
以上より、本発明に係るシンチレータプレート１は、測定対象が中性子線でも計測できることが証明された。また、放射線イメージングの計測にも有効である。また、本発明に係るＧＰＳシンチレータの検出精度は、ＺｎＳシンチレータよりも高い結果となった。さらに、高い検出精度で知られているＬｉ６ガラスシンチレータに比べても約８１％という高い精度であることがわかる。よって、本発明に係るシンチレータプレートはコスト面だけでなく、精度面においても実用性が高い。
【符号の説明】
【０１２２】
１  シンチレータプレート
２  シンチレータ
３  基板
４  接着剤
５  放射線計測装置
６  放射線イメージング装置
２１  シンチレータ粉末
５１  信号変換部（光電子増倍管）
５２  増幅器
５３  放射線弁別部
５４  計数部
５５  放射線判別部
６１  線源装置
６２  シンチレーション光分布測定器
６３  出力装置
【図１】
2012133796.tif 000003
【図２】
2012133796.tif 000004
【図３】
2012133796.tif 000005
【図４】
2012133796.tif 000006
【図５】
2012133796.tif 000007
【図６】
2012133796.tif 000008
【図７】
2012133796.tif 000009
【図８】
2012133796.tif 000010
【図９】
2012133796.tif 000011
【図１０】
2012133796.tif 000012
【図１１】
2012133796.tif 000013
【図１２】
2012133796.tif 000014
【図１３】
2012133796.tif 000015
【図１４】
2012133796.tif 000016
【図１５】
2012133796.tif 000017
【図１６】
2012133796.tif 000018
【図１７】
2012133796.tif 000019
【図１８】
2012133796.tif 000020
【図１９】
2012133796.tif 000021
【図２０】
2012133796.tif 000022
【図２１】
2012133796.tif 000023
【図２２】
2012133796.tif 000024
【図２３】
2012133796.tif 000025
【図２４】
2012133796.tif 000026
【図２５】
2012133796.tif 000027
【図２６】
2012133796.tif 000028
【図２７】
2012133796.tif 000029
【図２８】
2012133796.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月14日(2013.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線がα線、電子線およびイオンビームのいずれかである場合、前記シンチレータ内における前記放射線の飛程以上の平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有するシンチレータプレート。
【請求項２】
前記シンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを２０μｍ以上１００μｍ以下にした請求項１に記載のシンチレータプレート。
【請求項３】
入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線が中性子線である場合、前記シンチレータ内における前記中性子線の平均自由行程以上の平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めたシンチレータ層を有するシンチレータプレート。
【請求項４】
前記シンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを３０μｍ以上１５０μｍ以下にした請求項３に記載のシンチレータプレート。
【請求項５】
入射する放射線により励起されてシンチレーション光を発するシンチレータを有するシンチレータプレートであって、測定対象となる前記放射線がＸ線である場合、３００μｍより大きい平均粒径からなるシンチレータ粉末を敷き詰めて接着剤により接着してなるシンチレータ層を有しており、このシンチレータ層の片面または両面を研磨することにより前記シンチレータ層の厚さを３００μｍ以上５００μｍ以下にしたシンチレータプレート。
【請求項６】
前記シンチレータ層が、前記シンチレータ粉末を一段で敷き詰めてなる単層状に形成されている請求項１から請求項５のいずれかに記載のシンチレータプレート。
【請求項７】
単層状に敷き詰められた前記シンチレータ粉末とこれに隣接する他の前記シンチレータ粉末との間に生じる隙間には、前記放射線の種類によって定められる前記シンチレータ粉末の平均粒径以上の平均粒径を有する前記シンチレータ粉末が埋設されて前記シンチレータ層が構成されているとともに、このシンチレータ層の片面または両面を研磨されてなる請求項６に記載のシンチレータプレート。
【請求項８】
前記シンチレータが、ＧＰＳシンチレータ、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ、ＹＡＰシンチレータおよびＣｓＩシンチレータのいずれかから選択される請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシンチレータプレート。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の前記シンチレータプレートを備えた放射線計測装置であって、
前記シンチレータプレートと、
このシンチレータプレートから発せられるシンチレーション光を電気的信号に変換する信号変換部と、
測定対象となる放射線の種類に応じて設定される前記電気的信号の強度の上限値および下限値を基準として前記測定対象となる放射線と測定対象外の放射線とを弁別する放射線弁別部と、
弁別された前記測定対象である放射線の電気的信号を計数する計数部と、
前記計数部により計測された数値と所定の閾値とを比較して測定対象の放射線の有無を判別する放射線判別部と
を有する放射線計測装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の前記シンチレータプレートを備えた放射線イメージング装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のシンチレータプレートを製造するシンチレータプレート製造方法であって、
粘着性物質の表面に所定の平均粒径のシンチレータ粉末を敷き詰めて接着することによりシンチレータ層を形成するシンチレータ層形成工程と、
前記シンチレータ層の片面または両面を当該シンチレータ層が所定の厚さになるまで研磨するシンチレータ層研磨工程と
を有するシンチレータプレート製造方法。
【請求項１２】
前記シンチレータ層形成工程において、前記粘着性物質の表面に接着されていないシンチレータ粉末を除去するとともに、接着されている各前記シンチレータ粉末の隙間に所定の平均粒径の前記シンチレータ粉末を敷き詰める工程を少なくとも一回以上繰り返す、請求項１１に記載のシンチレータプレート製造方法。
【請求項１３】
前記シンチレータ層形成工程前に、微粉粒子が付着しているシンチレータ粉末を液体に浸して攪拌し、所定の時間経過後に前記微粉粒子上澄みを除去することにより使用するシンチレータ粉末から前記微粉粒子を除去する微粉粒子除去工程を有する、請求項１２に記載のシンチレータプレート製造方法。
【国際調査報告】
2012133796.tif 000031
2012133796.tif 000032
2012133796.tif 000033
2012133796.tif 000034