(57)【要約】【課題】低コストで高感度な放射線測定器及び放射線センサを提供する。【解決手段】  パッケージと、前記パッケージに収納された水晶片と、前記水晶片と電気的に接続して発振する発振回路と、前記発振回路の周波数変化から前記水晶振動子に照射された放射線量を計算する演算部と、を備え、前記水晶振動子は、人工水晶のＺ領域以外の領域から切り出された水晶片で構成されており、特にＳ領域から切り出された水晶片で構成され、前記パッケージは、前記筐体に対して脱着可能である放射線測定器。【選択図】図１
2014062746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、
前記パッケージに収納された水晶片と、
前記水晶片と電気的に接続して発振する発振回路と、
前記発振回路の周波数変化から前記水晶振動子に照射された放射線量を計算する演算部と、を備え、
前記水晶片は、人工水晶のＺ領域以外の領域から切り出された水晶片である放射線測定器。
【請求項２】
前記水晶片が、人工水晶のＳ領域から切り出された水晶片で構成されている請求項１に記載の放射線測定器。
【請求項３】
前記発振回路と、前記演算部とを収納する筐体を更に備え、
前記水晶片が収納された前記パッケージは、前記筐体に対して脱着可能である請求項１または２に記載の放射線測定器。
【請求項４】
前記演算部を収納する筐体を更に備え、
前記パッケージには、前記水晶片と前記発振回路とが収納され、
前記パッケージは、前記筐体に対して脱着可能である請求項１または２に記載の放射線測定器。
【請求項５】
パッケージに収納された水晶片を有する放射線センサであって、
前記水晶片は、人工水晶のＺ領域以外の領域から切り出された水晶片である放射線センサ。
【請求項６】
前記水晶片が、人工水晶のＳ領域から切り出された水晶片である請求項５に記載の放射線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線測定器及び放射線センサに関し、特に水晶振動子を放射線センサに用いた放射線測定器及び放射線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線測定器は、放射線センサとしてガイガーミュラー計数管やシンチレータ検出器が多く用いられてきた。放射線センサとして、ガイガーミュラー計数管やシンチレータ検出器以外を用いるものとして、特許文献１には、水晶振動子を用いる放射線検出装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された放射線測定装置は、水晶振動子で発振する水晶発振回路と、この水晶発振回路の発振出力の周波数の変化から上記水晶振動子の被曝線量を測定する測定部とを具備している。特許文献１に開示された放射線測定器は、放射線を照射された水晶振動子が周波数変動することを利用して放射線の被曝量を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１４７８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のガイガーミュラー計数管やシンチレータ検出器を用いた放射線センサは、コストが高く高価のものとなっていた。また、特許文献１では、低Ｑ値の水晶振動子は被曝線量に対する周波数変化が大きいことが開示されているが、これだけでは、高感度の放射線測定器を作製することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。
即ち、本発明の放射線測定器は、水晶振動子と、前記水晶振動子で発振する発振回路と、前記発振回路の周波数変化から前記水晶振動子に照射された放射線量を計算する演算部と、を備え、前記水晶振動子は、人工水晶のＺ領域以外の領域から切り出された水晶片で構成されていることを主要な特徴にしている。
【０００７】
また、本発明の放射線測定器は、前記水晶振動子が、人工水晶のＳ領域から切り出された水晶片で構成されていることを主要な特徴にしている。
【０００８】
更に、本発明の放射線測定器は、前記発振回路と、前記演算部とを収納する筐体を更に備え、前記水晶振動子は、前記筐体に対して脱着可能であることを主要な特徴にしている。
【０００９】
更にまた、本発明の放射線センサは、水晶振動子で構成された放射線センサであって、前記水晶振動子は、人工水晶のＺ領域以外の領域から切り出された水晶片で構成されていることを主要な特徴にしている。
【００１０】
また、本発明の放射線センサは、前記水晶振動子が、人工水晶のＳ領域から切り出された水晶片で構成されていることを主要な特徴にしている。
【発明の効果】
【００１１】
低コストで高感度の放射線測定器及び放射線センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、放射線測定器のブロック図である。
【図２】図２は、人工水晶のＹカット断面図である。
【図３】図３は、放射線測定器の斜視図である。
【図４】図４は、センサ部の分解図である。
【図５】図５は、水晶の原子結合の一部を示した図である。
【図６】図６は、Ａｌ原子を含んだ水晶に放射線が照射されたときの原子結合の状態変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。
【００１４】
＜構成＞
本発明の放射線測定器の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、放射線測定器のブロック図である。本発明において、水晶片とは水晶の結晶軸に対して決められた幾何学的形状、寸法及び角度に切断した圧電材料のことを意味し、水晶振動子とはパッケージ内（保持器内）に水晶振動素子（水晶片）を組み込んだものであって発振回路を有さないものを意味する。また、水晶発振器とは、水晶片と発振回路とから構成されるものであり、水晶デバイスとは水晶振動子と水晶発振器の両方の含んだ上位概念である。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る放射線測定器は、放射線センサとして用いる水晶振動子５と、発振回路２０と、演算部３０と、表示部４０とを主に備えて構成される。
【００１５】
発振回路２０は、水晶振動子５に接続され、水晶振動子５の固有共振周波数で発振する。水晶振動子５に放射線が照射されると、即ち、水晶振動子５が被爆すると水晶振動子５の共振周波数が変化する。演算部３０は、水晶振動子５の共振周波数が変化することによる発振回路２０の発振周波数の変化から、水晶振動子５の被曝線量を計算する。表示部４０は、演算部３０によって計算された被曝線量を表示する。
【００１６】
ここで、図２で示す人工水晶のＹカット断面図を参照して、水晶振動子５は、人工水晶のＺ領域以外の領域から切り出された水晶片で構成されており、特に、人工水晶のＳ領域から切り出された水晶片で構成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明者は、鋭意研究により、人工水晶のＺ領域以外の領域から切り出された水晶片で構成された水晶振動子は、放射線の照射による共振周波数の変化が大きく、特に、人工水晶のＳ領域から切り出された水晶片がもっとも放射線の照射による共振周波数の変化が大きいことを発見した。
【００１８】
本発明の放射線測定器は、放射線センサとして安価な水晶振動子を用いているので、従来のガイガーミュラー計数管やシンチレータ検出器を使用する放射線測定器と比べて格段に低コストで製造することができる。
【００１９】
次に、本発明の一実施形態に係る放射線測定器の外部構成について図面を参照して説明する。図３は、放射線測定器の斜視図である。図４は、センサ部の分解図である。
【００２０】
図３に示すように、放射線測定器１００は、表示部４０と、筐体５０と、センサ部６０とを主に備えて構成される。筐体５０の内部には、図１に示す発振回路２０と、演算部３０とが、収納されている。表示部４０は、例えば液晶などの表示デバイスで構成され、演算部３０で計算された被曝線量を表示する。筐体５０は、例えば樹脂などで形成されることができる。
【００２１】
図４を参照して、センサ部６０は、パッケージ６２と水晶片１０と端子６４とで構成された水晶振動子５と、台座６５と、端子挿入穴６６とを主に備えている。パッケージ６２の破断斜視図が示すように、水晶片１０はパッケージ６２内に収納されている。パッケージ６２は、セラミックや樹脂等で形成することができる。
【００２２】
図においてパッケージ６２は、水晶片１０を完全に覆う形態で記載されているが、このような形態を取る場合は、パッケージ６２の材質は、放射線を透過しやすいものを使用することが望ましい。
【００２３】
放射線の透過率が悪い材料を使用する場合は、パッケージ６２は、外部に開放する構成、つまり、水晶片１０の上部を覆う蓋状部材がない構成であることが好ましい。これにより、放射線を確実に水晶片１０に当てることができる。
【００２４】
パッケージ６２からは、端子６４が突出し、端子６４と水晶片１０に形成された電極とは電気的に接続されている。樹脂等で形成された台座６５には、端子６４を挿入するための端子挿入穴６６が形成されており、台座６５と水晶振動子５とは、脱着可能に構成されている。これにより、水晶振動子５を容易に交換することができる。
【００２５】
端子挿入穴６６に端子６４を挿入することにより、発振回路２０と水晶片１０とは電気的に接続される。２つの端子６４は、例えば、図４に示すように、互いに長手方向の向きが異なるように配置されていても良い。これにより、接続可能な端子と端子挿入穴の組み合わせが１通りしか存在しなくなるので、端子に極性がある場合は、誤接続を防止することができる。また、端子に極性がない場合は、接続の自由度を増すために、２つの端子６４は、互いに長手方向の向きが同じになるように配置されていた方が良い。
【００２６】
台座６５の水晶振動子５が接続されている領域全体を覆うことができる、キャップ６８を更に備えることもできる。これにより、放射性物質を含む塵埃が水晶振動子５に付着することを防止することができる。
【００２７】
放射性物質を含む塵埃が水晶振動子５に付着すると、正確な放射線量の測定ができなくなるが、キャップ６８を装着することにより、それら塵埃の付着を防ぎ、正確な放射線量の測定を可能にすることができる。
【００２８】
キャップ６８は、脱着自在の構成にされ、簡単に新しいキャップに交換できるようにすることが好ましい。キャップ６８は、放射線を容易に透過させることができる材料で構成されることが好ましいことは言うまでも無い。
他の実施形態として、発振回路２０が水晶片１０とともにパッケージ６２に収納された水晶発振器が、台座６５と脱着可能に構成されていても良い。これにより、測定条件、測定環境によって、それに合わせて設計された発振回路２０を有する水晶発振器を使い分けることが容易に出来る。
このように、本発明においては、水晶デバイスを放射線センサとして用いている。また、放射線センサとして用いる水晶デバイスを本体とは脱着可能に構成することも出来る。
【００２９】
＜放射線検出メカニズム＞
次に、本発明の放射線測定器の放射線検出メカニズムについて図面を参照して説明する。図５は、水晶の原子結合の一部を示した図である。図６は、Ａｌ原子を含んだ水晶に放射線が照射されたときの原子結合の状態変化を示した図である。
【００３０】
図５に示すように、純粋な水晶は、Ｓｉ原子にＯ原子が４つ結合して構成される。しかしながら、実際には、いくらか不純物が含まれることになる。本発明者は、不純物の中でも、Ａｌ原子が含まれることによって、放射線照射による共振周波数変化が大きくなることを発見した。
【００３１】
つまり、特許文献１には、Ｑ値が小さいほど共振周波数の変化が大きいことが開示されているが、本発明者は、Ｑ値が小さければ常に共振周波数の変化が大きくなるわけではなく、Ａｌ原子が不純物として水晶の結晶中に混入することにより、共振周波数の変化が大きくなることを発見した。
【００３２】
図６を参照して、水晶の結晶中にＡｌ原子が混入すると、Ｓｉ原子が共有結合による４つのＯ原子と結合できるのに対して、Ａｌ原子は、共有結合により３つＯ原子としか結合できない。そのため、余った一つのＯ原子は、例えばＮａのようなアルカリ金属原子と結合することにより安定化する。
【００３３】
ここに放射線が照射されると、放射線のエネルギーにより、アルカリ金属原子がＯＨと置換されることにより、結晶の弾性定数が変化して共振周波数が変化するものと考えられる。
【００３４】
よって、不純物としてＡｌ原子が多く含まれる水晶片を水晶振動子として使用することにより、放射線照射による水晶振動子の固有共振周波数変化の大きい、即ち、感度の高い放射線測定器を製造することができる。
【００３５】
＜人工水晶の領域による不純物の量＞
次に、人工水晶の領域ごとの不純物量の評価結果について説明する。人工水晶（Ｑ１８０万）の各領域の水晶片について、フレームレス原子吸光法により、Ａｌ原子、Ｆｅ原子、Ｎａ原子、Ｌｉ原子の濃度（ppm）を測定した。
【００３６】
測定結果を表１に示す。
【表１】
2014062746.tif 000003
【００３７】
表１に示すように、Ａｌ原子の濃度（ppm）が一番大きいのは、Ｓ領域であり、逆に一番少ないのがＺ領域である。Ｓ領域とそれ以外の領域のＡｌ濃度は１桁も異なる。よって、Ｚ領域以外の領域から切り出した水晶片を水晶振動子５に使用することにより、高感度の放射線測定器を製造することができる。
【００３８】
また、人工水晶のＳ領域から切り出した水晶片を水晶振動子５に使用することにより、更に高感度の放射線測定器を製造することができる。
【符号の説明】
【００３９】
５…水晶振動子
１０…水晶片
２０…発振回路
３０…演算部
４０…表示部
５０…筐体
６０…センサ部
６２…パッケージ
６４…端子
６５…台座
６６…端子挿入穴
６８…キャップ
１００…放射線測定器
【図１】
2014062746.tif 000004
【図２】
2014062746.tif 000005
【図３】
2014062746.tif 000006
【図４】
2014062746.tif 000007
【図５】
2014062746.tif 000008
【図６】
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