(57)【要約】【課題】従来よりも小型化および低消費電力化を図ることを可能とする冷却装置および該冷却装置を含む放射線検出装置を提供する。【解決手段】冷却対象物の冷却対象面に熱的に接続可能な冷却面を有するヒートシンク伝熱体１３と、ヒートシンク伝熱体１３の冷却面とは反対側の面に吸熱面が熱的に接続された第１のペルチェ素子３０と、第１のペルチェ素子３０の発熱面に熱的に接続され且つ内部に冷媒を循環させる流路を有する第１の液冷ヒートシンク４０と、内部に第１の液冷ヒートシンク４０の流路に連結された流路を有する第２の液冷ヒートシンク５０と、第２の液冷ヒートシンク５０に吸熱面が熱的に接続された第２のペルチェ素子５２ａ、５２ｂと、第１の液冷ヒートシンク４０と第２の液冷ヒートシンク５０との間で冷媒を循環させる循環機構と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物の冷却対象面に熱的に接続可能な冷却面を有する伝熱体と、
前記伝熱体の前記冷却面とは反対側の面に吸熱面が熱的に接続された第１のペルチェ素子と、
前記第１のペルチェ素子の発熱面に熱的に接続され且つ内部に冷媒を循環させる流路を有する第１の液冷ヒートシンクと、
内部に前記第１の液冷ヒートシンクの流路に連結された流路を有する第２の液冷ヒートシンクと、
前記第２の液冷ヒートシンクに吸熱面が熱的に接続された第２のペルチェ素子と、
前記第１の液冷ヒートシンクと前記第２の液冷ヒートシンクとの間で冷媒を循環させる循環機構と、
を含む冷却装置。
【請求項２】
前記冷却対象物を覆うように設けられ、前記冷却対象物に対する熱伝導および熱輻射を遮断する断熱カバーを更に含む請求項１に記載に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却対象面に接触可能に設けられ且つ前記伝熱体の前記冷却面を露出するように前記伝熱体を覆う断熱材を更に含む請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第１のペルチェ素子および前記第２のペルチェ素子は１段構成である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記断熱カバーは、熱伝導率の低い芯材を遮熱性を有するフィルムで被覆した後、内部を減圧して封止することによって得られる真空断熱材を含んで構成されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記断熱カバーは、各々が前記断熱カバーの各面に対応する複数の面を形成するように折り曲げ加工が施された複数の真空断熱材で構成され、前記断熱カバーの各面は、複数の真空断熱材を積層した積層構造を有している請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記循環機構は、前記第１の液冷ヒートシンクの流路および前記第２の液冷ヒートシンクの流路に接続された柔軟性を有する断熱ホースと、
前記断熱ホースに連結されたポンプと、を含む請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却機構。
【請求項８】
前記断熱カバーの内側に設けられて前記冷却対象物を収容するための密閉容器を更に含む請求項２に記載の冷却機構。
【請求項９】
前記第１のペルチェ素子の吸熱面に熱的に接続された放射線検出素子を前記冷却対象物として含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷却装置を含む放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置および該冷却装置を備えた放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核医学における次世代の分子イメージング技術としてコンプトンカメラを用いたイメージング装置の研究開発が進展しつつある。核医学における分子イメージング技術とは、ガン細胞などの生体内で特異な状態を示す部位に集まりやすい物質にガンマ線などの放射線を放射する機能を持たせた放射薬剤を生体に投与し、当該特異状態部位から発せられる放射線を検出して画像化する技術である。コンプトンカメラは、コンプトン散乱の運動学を利用して、ガンマ線源の空間強度分布を画像化する装置であり、一般的に、散乱体として機能する半導体放射線検出素子と吸収体として機能する半導体放射線検出素子とを積層して構成される。コンプトンカメラに使用される放射線検出素子としては、カドミウムテルライド（ＣｄＴｅ）を使用したものなどが挙げられる。
【０００３】
コンプトンカメラを用いた撮像装置では、連続撮影を可能とするために放射線検出素子を冷却するための冷却機構が必要となる。例えば、カドミウムテルライド（ＣｄＴｅ）を使用した放射線検出素子は、−２０℃程度で冷却した環境下で使用することが好ましい。
【０００４】
特許文献１は、冷却対象と熱的に連結された前方ペルチェ素子と、前方ペルチェ素子を冷却するために前方ペルチェ素子と熱的に連結された後方ペルチェ素子と、後方ペルチェ素子を冷却するために後方ペルチェ素子と熱的に連結された水冷手段と、前方ペルチェ素子を駆動する前方温度制御部と、後方ペルチェ素子の高温側温度が外気温度よりも高温になるように後方ペルチェ素子を駆動する後方温度制御部とを具備した分析装置用冷却機を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５５９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に、冷却機構を備えた放射線検出装置１００の構成例を示す。カドミウムテルライド（ＣｄＴｅ）等の半導体を含んで構成される放射線検出素子１０は、密閉容器１０４内に収容されている。放射線検出素子１０の底面には、液冷ヒートシンク１０６が熱的に接続されている。液冷ヒートシンク１０６は、その内部において、液体冷媒を循環させるための循環流路が設けられている。この循環流路の一方の端部は液体冷媒を循環流路内に導入するための供給口１０６ａに接続され、循環流路の他方の端部は液体冷媒を循環流路から排出するための排出口１０６ｂに接続されている。
【０００７】
供給口１０６ａおよび排出口１０６ｂは、それぞれ、断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの一方の端部に接続され、断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの他方の端部は、それぞれ、低温循環水槽１１０に接続されている。低温循環水槽１１０は、水槽内を循環する液体冷媒を冷却して外部に供給する装置である。低温循環水槽１１０で冷却された液体冷媒は、断熱ホース１０８ａおよび供給口１０６ａを経由して液冷ヒートシンク１０６の循環流路に供給され、放射線検出素子１０の冷却を行った後、排出口１０６ｂおよび断熱ホース１０８ｂを経由して低温循環水槽１１０に戻される。このように放射線検出装置１００は、放射線検出素子１０を冷却するための液冷ヒートシンク１０６と低温循環水槽１１０とが離間して配置され、これらの間を長さ数メートルの断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂで繋いだ構成を有する。
【０００８】
このように、低温循環水槽１１０を用いて放射線検出素子１０を冷却する構成では、装置の規模が大きくなり易く小型化が困難である。また、装置規模が大きい故に放射線検出素子１０を所望の温度に安定化させるまでに比較的長い時間を要する。本構成の場合、放射線検出素子１０の温度を例えば−２０℃に維持しようとする場合、２〜３時間程度の冷却準備期間を要する。
【０００９】
また、低温循環水槽１１０を使用する構成では、低温循環水槽１１０での電力消費量が大きく、装置全体の省電力化を行うことは困難である。例えば、放射線検出素子１０の温度を−２０℃に保持しようとする場合、冷却機構のみで６００Ｗ程度の電力を消費する。
【００１０】
また、放射線検出素子１０の直下に液冷ヒートシンク１０６を配置し、液冷ヒートシンク１０６内を循環する液体冷媒で放射線検出素子１０を冷却する構成では、放射線検出素子１０の温度を例えば−２０℃に維持しようとする場合、断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂ内には、−２０℃の液体冷媒が流れることとなる。従って、断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの結露対策として断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂを構成する断熱材の厚さを３０ｍｍ程度とする必要があり、その結果断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの直径は、７０ｍｍ程度となる。しかしながら、断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの直径が大きくなると、断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの柔軟性が著しく損なわれる。この場合、放射線検出素子１０と低温循環水槽１１０とを近接して配置することが困難となり、十分な広さの設置スペースが必要となる。また、断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの柔軟性が損なわれると、低温循環水槽１１０で生じた振動が、放射線検出素子１０に伝搬しやすくなり、放射線検出素子１０によって撮影される画像の画質に悪影響が及ぶおそれがある。
【００１１】
このように、低温循環水槽１１０を用いて放射線検出素子１０を冷却する構成では、装置規模および消費電力が大きく、小型化および低消費電力化が困難である。コンプトンカメラは福島原発等での放射線空間分布サーベイにも利用可能である。また陽電子放出画像診断（ＰＥＴ）と異なり、コンプトンカメラは測定対象を円周上に囲まなくても放射線分布の3次元像が取得できる利点がある。このため、ヘリコプターなどに搭載し、広域のサーベイなどを行うことが考えられる。装置重量、サイズ、連続駆動時間はフィールドワークの成否に影響する重要要素である。このため、現在実験室レベルで行われているコンプトンカメラ実験が今後実用となるためには、フィールドに持ち出せるためのさらなる小型化、軽量化および低消費電力化が求められている。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、従来よりも小型化および低消費電力化を図ることを可能とする冷却装置および当該冷却装置を含む放射線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明に係る冷却装置は、冷却対象物の冷却対象面に熱的に接続可能な冷却面を有する伝熱体と、前記伝熱体の前記冷却面とは反対側の面に吸熱面が熱的に接続された第１のペルチェ素子と、前記第１のペルチェ素子の発熱面に熱的に接続され且つ内部に冷媒を循環させる流路を有する第１の液冷ヒートシンクと、内部に前記第１の液冷ヒートシンクの流路に連結された流路を有する第２の液冷ヒートシンクと、前記第２の液冷ヒートシンクに吸熱面が熱的に接続された第２のペルチェ素子と、前記第１の液冷ヒートシンクと前記第２の液冷ヒートシンクとの間で冷媒を循環させる循環機構と、を含む。
【００１４】
本発明に係る冷却装置は、前記冷却対象物を覆うように設けられ、前記冷却対象物に対する熱伝導および熱輻射を遮断する断熱カバーを更に含んでいてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る冷却装置は、前記冷却対象面に接触可能に設けられ且つ前記伝熱体の前記冷却面を露出するように前記伝熱体を覆う断熱材を更に含んでいてもよい。
【００１６】
また、前記第１のペルチェ素子および前記第２のペルチェ素子は１段構成であってもよい。
【００１７】
また、前記断熱カバーは、熱電率の低い芯材を遮熱性を有するフィルムで被覆した後、内部を減圧して封止することによって得られる真空断熱材を含んで構成されていてもよい。
【００１８】
さらに、前記断熱カバーは、各々が前記断熱カバーの各面に対応する複数の面を形成するように折り曲げ加工が施された複数の真空断熱材で構成され、前記断熱カバーの各面は、複数の真空断熱材を積層した積層構造を有していてもよい。
【００１９】
また、前記循環機構は、前記第１の液冷ヒートシンクの流路および前記第２の液冷ヒートシンクの流路に接続された柔軟性を有する断熱ホースと、前記断熱ホースに連結されたポンプと、を含んでいてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る冷却装置は、前記断熱カバーの内側に設けられて前記冷却対象物を収容するための密閉容器を更に含んでいてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る放射線検出装置は、上記の冷却装置を含んで構成され、前記第１のペルチェ素子の吸熱面に熱的に接続された放射線検出素子を前記冷却対象物として含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る冷却装置および放射線検出装置によれば、従来よりも小型化および低消費電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】冷却機構を備えた放射線検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷却装置を含む放射線検出装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る断熱カバーを構成する断熱材の断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る断熱材における熱伝導の様子を示す断面図である。図４（ｂ）は、断熱材の端部からの距離Ｘと移動熱量Ｑとの関係を示した図である。
【図５】２枚の断熱材を重ね合わせた場合における熱の移動経路を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施形態に係る複数の断熱材を用いた断熱カバーの作成方法を示す斜視図である。図６（ｂ）は、本発明の実施形態に係る断熱カバーの上面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る放射線検出素子の底面の温度を−２０℃に維持する場合における冷却装置の各部の温度および消費電力を示す
【図８】比較例に係る放射線検出装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符を付与している。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態に係る冷却装置を含む放射線検出装置１の構成を示す図である。放射線検出装置１は、所謂コンプトンカメラを構成するものであり、外部から放射されるガンマ線等の放射線を放射線検出素子１０において検出し、放射線源の放射線密度分布を画像化して出力する装置である。なお、放射線検出装置１は、Ｘ線等のガンマ線以外の放射線を検出するものであってもよい。また、放射線検出素子１０は、本実施形態に係る冷却装置における冷却対象物に相当する。
【００２６】
放射線検出素子１０は、例えば、散乱体として機能する複数の半導体層の各々と、吸収体として機能する複数の半導体層の各々とを積層した積層体を含み、この積層体がケース内に収容されて構成される。なお、散乱体として機能する半導体層としては、コンプトン散乱を生じやすいシリコン（Ｓｉ）などを使用することが可能である。また吸収体として機能する半導体層としては、散乱後の光子を高確率で吸収できるカドミウムテルライド（ＣｄＴｅ）などを使用することが可能である。
【００２７】
放射線検出素子１０は、密閉容器２０内に収容されており、同じく密閉容器２０内に収容されたウレタンフォーム等によって構成される断熱材１２の上に載置されている。密閉容器２０は、比較的熱伝導率の小さいアクリル等の合成樹脂で構成されており、載置台２２の上面に載置されている。なお、本実施形態では密閉容器２０の内部は常圧（大気圧）とされているが、必要に応じて密閉容器２０の内部を大気圧よりも低い圧力としてもよい。
【００２８】
断熱カバー８０は、密閉容器２０の全体をその内部に収容するように密閉容器２０の外側を覆っている。断熱カバー８０は、放射線検出素子１０に対する外部からの熱伝導および熱輻射を遮断する断熱材８１（図３参照）で構成されている。断熱カバー８０の詳細な構成については後述する。
【００２９】
載置台２２は、複数の支柱２４によって検出器台２８上に支持されており、支柱２４によって形成された載置台２２の下方空間には、放射線検出素子１０から出力される放射線検出信号を処理する信号処理部２６が設けられている。
【００３０】
放射線検出素子１０の底面は、厚さ３０〜４０ｍｍ程度の金属等の比較的熱伝導率の高い部材によって構成されるヒートシンク伝熱体１３の上面に接続されている。なお、放射線検出素子１０の底面は、本実施形態に係る冷却装置の冷却対象面に相当し、ヒートシンク伝熱体１３の上面は本実施形態に係る冷却装置の冷却面に相当する。断熱材１２は、放射線検出素子の底面（冷却対象面）に接触可能に設けられ且つヒートシンク伝熱体１３の上面（冷却面）を露出するように設けられている。これにより、放射線検出素子１０およびヒートシンク伝熱体１３に対する外部からの熱伝導が遮断されるようになっている。
【００３１】
ヒートシンク伝熱体１３の下面は、載置台２２に形成された貫通孔２２ａにおいて載置台２２の下面側に表出している。ヒートシンク伝熱体１３の下面は、１段構成の第１のペルチェ素子３０の吸熱面（低温側）に接続されている。すなわち、第１のペルチェ素子３０の吸熱面は放射線検出素子１０の底面と熱的に接続されている。なお、１段構成とは、一対の吸熱面および発熱面を含むペルチェ素子を積み重ねることなく使用する構成をいう。第１のペルチェ素子３０の吸熱面は、図示しないコントローラによって半導体素子１０の底面の温度を所望の温度（例えば−２０℃）に維持するように制御される。第１のペルチェ素子３０の発熱面（高温側）は、第１の液冷ヒートシンク４０に熱的に接続されている。本実施形態では、第１のペルチェ素子３０と放射線検出素子１０との間にヒートシンク伝熱体１３を設けることにより第１のペルチェ素子３０の発熱面を放射線検出素子１０から遠ざけている。これにより第１のペルチェ素子３０の発熱面から発せられる輻射熱の放射線検出装置１０に対する影響を小さくすることができる。
【００３２】
第１のペルチェ素子３０および第１の液冷ヒートシンク４０は、載置台２２の下面側に設けられたウレタンフォーム等によって構成される断熱材１４の内部に収容されており、第１のペルチェ素子３０および第１の液冷ヒートシンク４０に対する外部からの熱伝導が遮断されるようになっている。
【００３３】
第１の液冷ヒートシンク４０は、その内部において、液体冷媒を循環させるための循環流路が設けられている。この循環流路の一方の端部は液体冷媒を循環流路内に導入するための供給口４０ａに接続され、循環流路の他方の端部は液体冷媒を循環流路から排出するための排出口４０ｂに接続されている。
【００３４】
第１の液冷ヒートシンク４０の供給口４０ａは、断熱ホース４１ａを介して第２の液冷ヒートシンク５０の排出口５０ｂに接続されている。一方、第１の液冷ヒートシンク４０の排出口４０ｂは、断熱ホース４１ｂを介してポンプ４２の吸入口４２ａに接続されている。ポンプ４２の排出口４２ｂは、断熱ホース４１ｃの一方の端部に接続され、断熱ホース４１ｃの他方の端部は、第２の液冷ヒートシンク５０の供給口５０ａに接続されている。第２の液冷ヒートシンク５０は、第１の液冷ヒートシンク４０と同様、供給口５０ａおよび排出口５０ｂに接続された液体冷媒を循環させるための循環流路をその内部に有している。
【００３５】
断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、例えばシリコーンゴムチューブと、シリコーンゴムチューブの外側を覆う厚さ５ｍｍ程度のポリエチレンフォーム等によって構成される断熱材を含んで構成され、断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃ内を流れる液体冷媒に対する外部からの熱伝導が遮断されるようになっている。断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃの直径は２０ｍｍ程度とされ、図１に示す放射線検出装置１００の断熱ホース１０８ａおよび１０８ｂの直径よりも小さく且つ柔軟性を有している。
【００３６】
第２の液冷ヒートシンク５０の上面および下面は、それぞれ、熱伝導率の比較的高い金属などによって構成される伝熱体５４を介して１段構成の第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの吸熱面（低温側）に接続されている。すなわち、第２の液冷ヒートシンク５０の上面および下面は、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの吸熱面と熱的に接続されている。第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの吸熱面は、図示しないコントローラによって第２の液冷ヒートシンク５０の表面を所望の温度（例えば−１℃）に維持するように制御される。第２の液冷ヒートシンク５０、伝熱体５４および第２のペルチェ素子５２ａ、５２ｂは、ウレタンフォーム等によって構成される断熱材５６で覆われており、これらの構成部品に対する外部からの熱伝導が遮断されるようになっている。本実施形態では、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂと第２の液冷ヒートシンク５０との間に伝熱体５４を設けることにより第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの発熱面を第２の液冷ヒートシンク５０から遠ざけている。これにより第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの発熱面から発せられる輻射熱の第２のヒートシンク５０に対する影響を小さくすることができる。
【００３７】
第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの各々の発熱面（高温側）は、空冷ヒートシンク５８に接続されている。空冷ヒートシンク５８は、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの発熱面から発せられる熱を空気中に効率よく放熱するための複数の突起状構造を有している。冷却ファン５９は、空冷ヒートシンク５８を冷却するための送風用のファンであり、第２の液冷ヒートシンク５０の上面側および下面側にそれぞれ設けられた空冷ヒートシンク５８の各々に送風するように配置されている。第２の液冷ヒートシンク５０、伝熱体５４、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂ、断熱材５６、空冷ヒートシンク５８および冷却ファン５９によって冷却ユニット６０が構成される。
【００３８】
冷却ファン５９およびポンプ４２は、ゴム等の弾性部材によって構成される防振部２９を介して検出器台２８上に設置されている。これにより、冷却ファン５９およびポンプ４２が生ずる振動の放射線検出素子１０への伝搬を低減している。
【００３９】
第１の液冷ヒートシンク４０は、第１のペルチェ素子３０の発熱面の温度を一定に保つ役割を担う。これにより、放射線検出素子１０の温度が一定（本実施形態では−２０℃）に保たれ、放射線検出素子１０を用いた放射線画像の連続撮影が可能となる。第１の液冷ヒートシンク４０に供給された液体冷媒は、断熱ホース４１ｂを介してポンプ４２に供給される。ポンプ４２から排出された液体冷媒は、断熱ホース４１ｃを介して第２の液冷ヒートシンク５０の循環流路に供給される。液体冷媒は、第２の液冷ヒートシンク５０の循環流路を流れる間、１段構成の第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂによって冷却される。第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂによって冷却された液体冷媒は、断熱ホース４１ｂを介して第１の液冷ヒートシンク４０に戻される。このように、本実施形態に係る放射線検出装置１の冷却装置は、放射線検出素子１０から発せられる熱を第１のペルチェ素子３０を介して第１の液冷ヒートシンク４０内の液体冷媒に取り込み、熱を取り込んだ液体冷媒を第２の液冷ヒートシンク５０を含む冷却ユニット６０において冷却して第１の液冷ヒートシンク４０に戻す構成である。なお、本発明の実施形態に係る放射線検出装置１のうち、放射線検出素子１０を除く構成が本発明の実施形態に係る冷却装置となる。
【００４０】
図３は、断熱カバー８０を構成する断熱材８１の断面図である。断熱材８１は、例えば、ウレタン、粉末シリカ、グラスウール等の比較的熱伝導率の低い多孔質材料からなる芯材８２を遮熱性（熱反射性）を有する金属フィルム（例えばアルミ箔）を含む金属ラミネート材８３で被覆した後、内部を減圧して封止することによって得られる真空断熱材である。
【００４１】
図４（ａ）は、断熱材８１における熱伝導の様子を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、断熱材８１は、真空封止された芯材８２を介する熱伝導はほぼ完全に遮断され、芯材８２を被覆する金属ラミネート材８３に沿った熱伝導が支配的となる。すなわち、断熱材８１の高温側の熱は、金属ラミネート材８３に沿って移動し、端部（シール部）８４を経由して低温側に移動する。図４（ｂ）は、端部８４からの距離Ｘと移動熱量Ｑとの関係を示した図である。図４（ｂ）に示すように、金属ラミネート材８３の端部８４からの距離Ｘが大きい程、熱抵抗が大きくなるので、移動熱量Ｑが小さくなる。
【００４２】
従って、図５に示すように、２枚の断熱材８１Ａおよび８１Ｂを重ね合わせ、低温側の断熱材８１Ａの端部８４Ａと、高温側の断熱材８１Ｂの端部８４Ｂとの距離Ｌを確保することにより、高温側から低温側への熱移動量を小さくすることが可能となる。すなわち、上記の距離Ｌは、２枚の断熱材８１Ａおよび８１Ｂのオーバラップ長に相当し、オーバラップ長を高温側と低温側の温度差に応じて設定することにより、より高い断熱性能を発揮させることが可能となる。以上を踏まえ、断熱材を用いて断熱カバー８０を以下のように作製した。
【００４３】
図６（ａ）は、複数の断熱材８１ａ〜８１ｄを用いた断熱カバー８０の作製方法を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、これらの断熱材８１ａ〜８１ｄを組み合わせて構成される断熱カバー８０の上面図である。
【００４４】
以下に、複数の断熱材８１ａ〜８１ｄを用いて断熱カバー８０を作成する方法について説明する。初めに、断熱カバー８０の各面の寸法に対応する寸法を有する長方形の断熱材８１ａ〜８１ｄを用意する。次に、これらの断熱材８１ａ〜８１ｄに折り曲げ加工を施す。
【００４５】
断熱材８１ａは、コの字型となるように、その短辺と平行な２つの折り曲げ線９１に沿って折り曲げられる。この折り曲げ加工によって形成された面Ｓ１は断熱カバー８０の上面を形成し、面Ｓ２および面Ｓ３は断熱カバー８０の互いに対向する２つの側面を形成する。
【００４６】
長方形の断熱材８１ｂは、コの字型となるように、その短辺と平行な２つの折り曲げ線９２に沿って折り曲げられる。この折り曲げ加工によって形成された面Ｓ４は断熱カバー８０の上面を形成し、面Ｓ５および面Ｓ６は、上記の断熱材８１ａによって形成される断熱カバー８０の側面と隣接する互いに対向する２つの側面を形成する。
【００４７】
断熱材８１ｃは、コの字型となるように、その短辺と平行な２つの折り曲げ線９３に沿って折り曲げられる。この折り曲げ加工によって形成された面Ｓ７は断熱カバー８０の側面を形成し、面Ｓ８および面Ｓ９は、面Ｓ７によって形成される断熱カバー８０の側面と隣接する側面を形成する。
【００４８】
断熱材８１ｄは、コの字型となるように、その短辺と平行な２つの折り曲げ線９4に沿って折り曲げられる。この折り曲げ加工によって形成された面Ｓ１０は断熱カバー８０の側面を形成し、面Ｓ１１および面Ｓ１２は、面Ｓ１０によって形成される断熱カバー８０の側面と隣接する側面を形成する。
【００４９】
次に、面Ｓ１と面Ｓ４とが重なり、面Ｓ２およびＳ３と面Ｓ５および面Ｓ６とが隣接するように折り曲げ加工を施した断熱材８１ａと８１ｂを重ね合わせる。次に、面Ｓ２と面Ｓ７とが重なり、面Ｓ５と面Ｓ８とが重なり、面Ｓ６と面Ｓ９とが重なり合うように断熱材８１ｃを更に重ね合わせる。断熱材８１ｃの長手方向における端部は、それぞれ、断熱材８１ｂの面Ｓ５の中央部および面Ｓ６の中央部に配置される。次に、面Ｓ３と面１０とが重なり、面Ｓ５と面Ｓ１１とが重なり、面Ｓ６と面Ｓ１２とが重なり合うように断熱材８１ｄを更に重ね合わせる。断熱材８１ｄの長手方向における端部は、それぞれ、断熱材８１ｂの面Ｓ５の中央部および面Ｓ６の中央部に配置される。このように、断熱材８１ａ〜８１ｄを重ね合わせることにより、断熱カバー８０が完成する。
【００５０】
上記したように、１枚の断熱部材に折り曲げ加工を施して断熱カバー８０における複数の面を形成することにより、伝熱経路となる断熱材の端部８４の数を少なくすることが可能となる。また、上記のように折り曲げ加工が施された各断熱材８１ａ〜８１ｄを重ね合わせることにより、断熱カバー８０の全ての面は２枚の断熱材による積層構造となり、外側（高温側）に配置される断熱材の端部と内側（低温側）に配置される断熱材の端部とを離間させることができる。これにより、断熱材の端部間の熱抵抗を大きくすることができるので、当該端部間における熱移動量Ｑを小さくすることが可能となり、断熱カバー８０において高い断熱性能を発揮させることができる。また、本実施形態に係る断熱カバー８０は、遮熱性（熱反射性）を有する金属ラミネート材８３を含んで構成されているので、熱伝導のみならず輻射による放射線検出素子１０の温度上昇を防止することが可能である。
【００５１】
図７に本実施形態に係る放射線検出装置１において、放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持する場合における各部の温度および消費電力を示す。放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持する場合、第１のペルチェ素子３０の発熱面（高温側）の温度は第１の液冷ヒートシンク４０によって約１０℃に維持される。このとき、第１の液冷ヒートシンク４０から排出されて断熱ホース４１ｂを流れる液体冷媒の温度は約６℃であり、ポンプ４２から排出されて断熱ホース４１ｃを流れる液体冷媒の温度は約７℃である。ポンプ４２から排出された液体冷媒は、第２の液冷ヒートシンク５０内の循環流路を流れる間、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂによって約４℃まで冷却される。このとき、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの吸熱面（低温側）の温度は約−１℃に設定される。第２の液冷ヒートシンク５０から排出される約４℃の液体冷媒は断熱ホース４１ａを経由して第１の液冷ヒートシンク４０に戻される。
【００５２】
上記の場合において、放射線検出素子１０における消費電力は約３Ｗ、第１のペルチェ素子３０における消費電力は約２４Ｗ、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂにおける消費電力はそれぞれ約８４Ｗ、ポンプ４２における消費電力は約２Ｗであり、放射線検出装置１における全消費電力は約１９７Ｗとなる。
【００５３】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態に係る冷却装置および該冷却装置を備えた放射線検出装置１では、図１に示す放射線検出装置１００における低温循環水槽１１０に代えてペルチェ素子式の冷却ユニット６０を用いて液体冷媒の冷却を行う構成としたので、装置の軽量化、小型化、低消費電力化を達成することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る冷却装置および該冷却装置を備えた放射線検出装置１によれば、小型化が達成されたことにより所望の冷却温度に安定するまでの時間を図１に示す放射線検出装置１００よりも大幅に短縮することが可能となる。例えば、電源投入後、約１５分程度で放射線検出素子１０の温度を−２０℃に維持することが可能となる。
【００５５】
図８は、本発明の実施形態に係る放射線検出装置１と同様、ペルチェ素子式の冷却ユニットを用いて液体冷媒の冷却を行う比較例に係る放射線検出装置２の構成を示す図である。以下において、比較例に係る放射線検装置２が、本発明の実施形態に係る放射線検出装置１と相違する部分について説明する。
【００５６】
本発明の実施形態に係る放射線検出装置１では、放射線検出素子１０は１段構成の第１のペルチェ素子３０によって冷却されるのに対して比較例に係る放射線検出装置２では、放射線検出素子１０は、第１の液冷ヒートシンク１４０によって冷却される。第１の液冷ヒートシンク１４０内を循環する液体冷媒は、断熱ホース１４１ｂ、ポンプ４２および断熱ホース１４１ｃを経由して冷却ユニット１６０を構成する第２の液冷ヒートシンク１５０に供給される。
【００５７】
本発明の実施形態に係る放射線検出装置１では、第２の液冷ヒートシンク５０内を循環する液体冷媒は、１段構成の第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂによって冷却されるのに対して、比較例に係る第２の液冷ヒートシンク１５０内を循環する液体冷媒は、２段構成のペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂによって冷却される。ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂが２段構成とされることにより、ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ａの発熱面における発熱量は、１段構成の場合よりも大きくなるので、ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ａの発熱面に熱的に接続される空冷ヒートシンク１５８および冷却ファン１５９は、本発明の実施形態に係る放射線検出装置１における空冷ヒートシンク５８および冷却ファン５９よりも大型化されている。ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂによって冷却された液体冷媒は、断熱ホース１４１ａを経由して第１の液冷ヒートシンク１４０に戻される。
【００５８】
このように、比較例に係る放射線検出装置２の冷却装置は、放射線検出素子１０から発せられる熱をペルチェ素子を介さずに直接第１の液冷ヒートシンク１４０内の液体冷媒に取り込み、熱を取り込んだ液体冷媒を第２の液冷ヒートシンク１５０を含む冷却ユニット１６０において冷却して第１の液冷ヒートシンク１４０に戻す構成である。
【００５９】
図８には、放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持する場合における各部の温度および消費電力が示されている。比較例に係る放射線検出装置２において、放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持する場合、第１の液冷ヒートシンク１４０から排出されて断熱ホース１４１ｂを流れる液体冷媒の温度は約−２０℃であり、ポンプ４２から排出されて断熱ホース１４１ｃを流れる液体冷媒の温度は約−１９℃である。ポンプ４２から排出された液体冷媒は、第２の液冷ヒートシンク１５０内の循環流路を流れる間、２段構成のペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂによって約−２３℃まで冷却される。このとき、ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂの吸熱面（低温側）の温度は約−３０℃に設定される。第２の液冷ヒートシンク１５０から排出される約−２３℃の液体冷媒は断熱ホース１４１ａを経由して第１の液冷ヒートシンク１４０に戻される。
【００６０】
上記の場合において、放射線検出素子１０における消費電力は約３Ｗ、２段構成のペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂにおける消費電力はそれぞれ約１２５Ｗ、ポンプ４２における消費電力は約２Ｗであり、比較例に係る放射線検出装置２における全消費電力は約２５５Ｗとなる。
【００６１】
このように、放射線検出素子１０の直下に配置された第１の液冷ヒートシンク１４０によって放射線検出素子１０からの熱を液体冷媒に直接取り込む構成においては、放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持しようとする場合、断熱ホース１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ内を流れる液体冷媒の温度は、−２０℃程度となる。従って、断熱ホース１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃにおいて十分な結露対策が必要となり、低温循環水槽を使用する放射線検出装置１００（図１参照）と同様、断熱ホース１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃを構成する断熱材の厚さを３０ｍｍ程度とする必要がある。その結果、断熱ホース１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃの直径は、７０ｍｍ程度となる。すなわち、比較例に係る放射線検出装置２の構成によれば、ペルチェ素子式の冷却ユニット１６０の採用によって低温循環水槽を使用する放射線検出装置１００（図１参照）に対して小型化を図ることが可能であるが、断熱ホース１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃの直径の縮小化を達成することができず、十分な小型化を達成できていない。また、断熱ホース１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃの直径の縮小化を達成できていないので、断熱ホース１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃを介したポンプ４２および冷却ファン１５９からの振動の伝搬が問題を解決することができない。
【００６２】
一方、本発明に係る放射線検出装置１によれば、放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持しようとする場合、断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃ内を流れる液体冷媒の温度は、４℃〜７℃とされる。すなわち断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃ内を流れる液体冷媒の温度は、比較例に係る放射線検出装置２よりも周囲温度に近づくので、断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃを構成する断熱材の厚さを小さくすることができ、断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃの直径を小さくすることが可能である。本実施形態では断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃを構成する断熱材の厚さを約５ｍｍ程度とし、断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃの直径を約２０ｍｍ程度としている。従って、本発明の実施形態に係る放射線検出装置１によれば、比較例に係る放射線検出装置２よりも更に小型に構成することが可能となる。また、断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃの直径が小さくなることにより断熱ホース４１ａ、４１ｂ、４１ｃを介したポンプ４２および冷却ファン５９からの振動の伝搬を抑制することが可能となり、良好な画質の放射線画像を取得することが可能となる。
【００６３】
また、比較例に係る放射線検出装置２では、放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持しようとする場合、冷却ユニット１６０を構成するペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂの吸熱面（低温側）の温度が−３０℃とされ、発熱面（高温側）の温度が周囲温度（例えば２２℃）とされる。すなわち、ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂの吸熱面と発熱面の温度差が５０℃以上となるので、ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂをそれぞれ、２段構成とする必要がある。その結果、ペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂにおける消費電力が２５０Ｗとなる。
【００６４】
一方、本発明に係る放射線検出装置１によれば、放射線検出素子１０の底面の温度を−２０℃に維持しようとする場合、冷却ユニット６０を構成する第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの吸熱面（低温側）の温度が−１℃とされ、発熱面（高温側）の温度が周囲温度（２２℃）とされる。すなわち、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂの吸熱面と発熱面の温度差は２３℃であるので、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂをそれぞれ１段構成とすることができる。その結果、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂにおける消費電力を１６８Ｗとすることができる。本実施形態に係る放射線検出装置１では、放射線検出素子１０の直下に配置された第１のペルチェ素子３０が更に必要となるが、第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ｂをそれぞれ１段構成とすることができるので、装置全体の消費電力を比較例に係る放射線検出装置２よりも小さくすることができる。
【００６５】
また、本発明の実施形態に係る第２のペルチェ素子５２ａおよび５２ａの発熱面における発熱量は、比較例に係る２段構成のペルチェ素子１５２ａおよび１５２ｂよりも小さくなるので、空冷ヒートシンク５８および冷却ファン５９を比較例に係る空冷ヒートシンク１５８および冷却ファン１５９よりも小型化することが可能である。
【００６６】
また、本発明の実施形態に係る放射線検出装置１では密閉容器２０の外側を真空断熱材により構成される断熱カバー８０で覆っているので、密閉容器２０内への熱の侵入を小さくすることができる。断熱カバー８０は、芯材８２を遮熱性（熱反射性）を有する金属ラミネート材８３で被覆した後、内部を減圧して封止することによって得られる真空断熱材で構成されるので、熱伝導および輻射による放射線検出素子１０の温度上昇を防止することができる。このように、冷却対象となる放射線検出素子１０を真空断熱材により構成される断熱カバー８０を用いて断熱することにより、冷却効率を高めることができるので更なる省電力化を達成することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  放射線検出装置
１０  放射線検出素子
１３  ヒートシンク伝熱体
２０  密閉容器
３０  第１のペルチェ素子３０
第１の液冷ヒートシンク４０
４１ａ  断熱ホース４１ａ
４１ｂ  断熱ホース４１ｂ
４１ｃ  断熱ホース４１ｃ
４２  ポンプ
５０  第２の液冷ヒートシンク５０
５２ａ、５２ｂ  第２のペルチェ素子
８１  断熱材８１
８２  芯材８２
８３  金属ラミネート材８３
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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