(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、情報分析も容易にでき、また電源も不要で、低コストの線量測定装置を提供する。【解決手段】  入射線に応じた電流を出力する検出体１に、該検出体１から出力された電流を蓄積する蓄電素子２と圧電素子３を配線４により接続するとともに、圧電素子３の一端部を固定部材５により固定し、反対側の端部をラッチ機構６で支持して、圧電素子３の変形を保持するようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射線に応じた電流を出力する検出体と、
出力された電流を蓄積する蓄電素子と、
前記検出体の両端に接続された圧電素子と、
前記圧電素子の変形量を保持する保持手段と、
を備えたことを特徴とする線量測定装置。
【請求項２】
前記保持手段は、前記圧電素子の一端部を固定する固定部材と、反対側の端部を支持するラッチ機構からなることを特徴とする請求項１記載の線量測定装置。
【請求項３】
前記検出体は、ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１記載の線量測定装置。
【請求項４】
前記検出体は、入射光線に応じた電流を出力することを特徴とする請求項１記載の線量測定装置。
【請求項５】
前記検出体は、入射した放射線に応じた電流を出力することを特徴とする請求項１記載の線量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサ、放射線センサ等として使用される電源不要の線量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線業務の従事者にとって、放射線の被爆量を監視することは重要なことである。従来、このような放射線量を測定する手段として、リアルタイムに放射線量を検出する電子式線量計と、一定期間に被爆した放射線量を検出するフィルムバッチとが知られている。
【０００３】
電子式線量計は、放射線従事者のポケットに収まり、小型で比較的低消費電力である半導体式線量計が一般的に用いられている。図７に従来の半導体式線量計の構成を示す。
この半導体式線量計は、フォトダイオードからなる検出部１０１を有し、これに逆バイアス電圧を印加する逆バイアス印加手段１０２が接続されている。検出部１０１の出力は、プリアンプ１０３により増幅された後コンパレータ１０４に入り、ここで放射線検出のためのある閾値と比較され、ここから出力された検出パルスはＣＰＵ１０５でカウントされる。ＣＰＵ１０５には、表示用のＬＣＤ１０６、通信手段１０７、及び警報用のブザー１０８が接続されている。
【０００４】
図８は検出部１０１に逆バイアスを印加したときの状態を示す図である。検出部１０１は、Ｐ型半導体１１１とＮ型半導体１１２がＰＮ接合されたダイオード構造を有している。１１３はＰＮ接合の接合面近傍にできる空乏層を示している。
【０００５】
Ｐ型半導体１１１は、シリコンにガリウムを混入させたものである。ガリウムは最外周の電子が３個あり、シリコン結晶に入り込んで一応安定的に結合するが、空孔があって電子が１個足りない状態にあり、近隣に電子が存在すれば捕らえようとする。これがＰ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）型の半導体である。
【０００６】
Ｎ型半導体１１２は、２ｋΩ・ｃｍ〜１０ｋΩ・ｃｍの高純度シリコンにリンを微量に混合させたものである。リンはシリコン結晶に入り込んで一応安定的に結合するが、リン原子の最外周を回っている電子は５個であるため、遊んでいる電子、つまり自由電子になり得る電子が１個存在する。このため、リンを混合したシリコンは良導体に近い性質を持つ半導体となる。これがＮ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）型の半導体である。
【０００７】
このようなＰ型半導体１１１とＮ型半導体１１２が接合すると、空孔と電子が結合して余剰電荷がゼロになる領域、つまり空乏層１１３ができる。そして、このＰＮ接合した検出部１０１に、直流電源からなる逆バイアス印加手段１０２によって逆バイアスを印加する。すなわち、Ｐ型半導体１１１に−極、Ｎ型半導体１１２に＋極を接続すると、電子はＮ型側からＰ型側にシフトし、空乏層１１３は更に広がる。
【０００８】
上記のような空乏層領域に放射線であるγ線が入射すると、空乏層内で共有結合している電子が弾き飛ばされ、電子と正孔のペア（電子正孔対）ができる。そして、逆バイアスされている電界に向かって電子は＋方向へ、正孔は−方向へ移動する。この電子と正孔の流れが電流となり、これがγ線の被爆の結果として出力される。出力された微少電流はプリアンプ１０３を経てコンパレータ１０４に入り、ここで閾値以上であれば放射線による出力と判断されてパルス信号が生成される。このパルス信号はＣＰＵ１０５に入力され、被爆放射線量としてカウントされる。
【０００９】
ＣＰＵ１０５のカウント結果はＬＣＤ１０６に表示され、放射線従業者は被爆量をリアルタイムで確認することができる。また、被爆量は通信手段１０７により無線情報として不図示の集中管理システムに送信され、放射線従業者の被爆量の推移や累積値を集中的に管理することができる。さらに、放射線従業者が作業中に所定の被爆量を超えた場合は、その作業空間からの離脱を促すようにブザー１０８を鳴らすこともできる。
【００１０】
このような線量計は、リアルタイムに被爆量を管理することができる機能を有している。
一方、一定期間に被爆した放射線量を検出するフィルムバッチは、熱ルミネセンス、光刺激ルミネセンス、蛍光ガラス、写真乳剤などを用いた方式に分類することができる。
【００１１】
熱ルミネセンスは、ある種の蛍光体が放射線を受けるとそのエネルギを蓄積し、その後に蛍光体を加熱すると熱ルミネセンスと呼ばれる光を発するものである。この光の量は放射線による被爆量に比例することから、作業者がこれを持ち続けることにより、一定期間の被爆量を求めることができる（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
光刺激ルミネセンスは、ある種の物質が放射線照射を受けるとそのエネルギを蓄積し、その後に可視光線を照射すると光刺激ルミネセンスと呼ばれる光を発するものである。熱ルミネセンスと同様、その発光量から一定期間の被爆量を求めることができる（例えば特許文献２参照）。
【００１３】
蛍光ガラスは、ある種のガラスが放射線照射を受けるとそのエネルギを蓄積し、その後に紫外線刺激を与えるとオレンジ色の光を発するものである。同様に、その発光量から一定期間の被爆量を求めることができる（例えば特許文献３参照）。
【００１４】
写真乳剤は、放射線照射によってハロゲン化銀分子が活性化されて潜像を作り、この潜像を解析することにより被爆量を求めることができるものである（例えば特許文献４参照）。
【００１５】
上記いずれのフィルムバッチも電源や回路などを必要とせず、通常１ヶ月程度の間に被爆した類型放射線量を検出することができる。
【特許文献１】特開２００２−１４８３４１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５２４５号公報
【特許文献３】特開２００２−７１８１０号公報
【特許文献４】特開２００２−４０１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、従来の電子式線量計では、検出部に入射する放射線量をリアルタイムで監視するための回路、例えば検出部後段のアンプ（増幅器）、コンパレータ等は常に動作状態である必要があり、消費電力が大きく、周期的な電池交換等のメンテナンスも必要であり、ＣＰＵ等の演算部も必要であり、コスト高になるという問題があった。
【００１７】
また、従来のフィルムバッチでは、電源等は不要であるが、期間内での被爆の時期や状況、推移など情報分析を行うことができず、期間後でなければ被爆量を知ることができない。さらに、定期的にフィルムバッチを交換することによる使用料金、被爆量の解析料金がかかり、長期間に亘ってサービスを受ける場合には線量計と同等の費用を必要とし、トータルコストが高くなるという問題があった。
【００１８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、情報分析も容易にでき、また電源も不要で、低コストな線量測定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】
【００１９】
本発明では上記課題を解決するために、入射線に応じた電流を出力する検出体と、出力された電流を蓄積する蓄電素子と、前記検出体の両端に接続された圧電素子と、前記圧電素子の変形量を保持する保持手段と、を備えたことを特徴とする線量測定装置が提供される。
【００２０】
このような線量測定装置によれば、蓄電素子によって入射線量を検出できるとともに、その入射線量を圧電素子の変形量として保持することができ、蓄電素子と圧電素子を用いた簡単な構成で、また圧電素子の変形量の保持により情報分析も容易にでき、電源も不要で、低コストなものになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の線量測定装置は、入射線に応じた電流を出力する検出体と、出力された電流を蓄積する蓄電素子と、前記検出体の両端に接続された圧電素子と、前記圧電素子の変形量を保持する保持手段とを備えたことにより、簡単な構成で、情報分析も容易にでき、また電源も不要で、低コストなものになるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の線量測定装置の構成を示す斜視図である。ここでは、放射線センサとして構成された例を示す。
【００２３】
この放射線センサは、入射した放射線に応じた電流を出力する検出体１を有し、この検出体１の両端に蓄電素子２と圧電素子３が配線４により接続されている。蓄電素子２は検出体１から出力された電流を蓄積し、圧電素子３は保持手段により変形量が保持されるように構成されている。この例では、固定部材５により圧電素子３の一端部が固定され、圧電素子３の反対側の端部はラッチ機構６により支持されている。７は以上の各部を収容している筐体である。
【００２４】
図２は上記の放射線センサの回路構成図である。検出体１はフォトダイオードＰＤ１で構成されており、これと並列に蓄電素子２であるコンデンサＣ１と圧電素子３が接続されている。
【００２５】
図３は上記フォトダイオードＰＤ１の構成を示す図である。図８で説明したように、このフォトダイオードＰＤ１もＰ型半導体１１とＮ型半導体１２がＰＮ接合した構造を持ち、その接合面付近にＰ型半導体１１の正孔１１ａとＮ型半導体１２の電子１２ａが結合して余剰電荷がゼロの領域の空乏層１３が形成されている。Ｔ１、Ｔ２は両側の端子を示している。
【００２６】
上記の空乏層１３の領域に放射線であるγ線が入射すると、空乏層１３内で共有結合している電子が弾き飛ばされ、電子と正孔のペア（電子正孔対）ができ、電子はアノード方向へ、正孔はカソード方向へ移動する。この電子と正孔の流れが電流となり、フォトダイオードＰＤ１の両端に接続されたコンデンサＣ１に電荷情報としてチャージされる。このコンデンサＣ１にチャージされる電荷Ｑは、次式で表される。
【００２７】
Ｑ＝Ｉ×ｔ
上式で、ＩはフォトダイオードＰＤ１から流れる電流、ｔは電流Ｉが流れた時間である。また、このコンデンサＣ１にチャージされた電荷Ｑは、次式より電圧値として得ることができる。
【００２８】
Ｖ＝Ｑ×ｃ
上式で、ＶはコンデンサＣ１の両端の電圧、ｃはコンデンサＣ１の容量である。
図４はコンデンサＣ１の両端に発生する電圧（Ｖ）を時間（ｓｅｃ）の経過とともに示す図であり、暗室内の微少な明かり（１．３ｎＷ）の環境下で、コンデンサＣ１として１μＦのフィルムコンデンサを用意し、これを受光素子であるフォトダイオードＰＤ１の両端に接続したときのコンデンサの両端の電圧を検出した結果を示したものである。図示のように、非常に微小な光でもコンデンサ両端の電圧として検出することができる。
【００２９】
ここで、上記の微小な光が消えると、数秒後に電圧値が０Ｖに低下して、光の痕跡が消えてしまう。その理由は、コンデンサ両端の電圧は充電電荷によって発生した電圧から放電によって低下した電圧を差し引いたものであり、充電された電荷によって発生する電圧が０になると、放電によって低下する電圧の影響でコンデンサ両端の電圧が０Ｖになるためである。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、図２に示すようにコンデンサＣ１の両端に圧電素子３を接続しており、さらに図１に示すように圧電素子３の片端部を固定部材５により固定し、逆の側端部をラッチ機構６により支持し、圧電素子３の変形を保持して光の痕跡を留めるようにしている。図５は圧電素子３の印加電圧（ｍＶ）と側端部の変形量（ｍｍ）の関係を示したものである。
【００３１】
このような構成で、放射線がフォトダイオードＰＤ１に入射すると、コンデンサＣ１の両端の電圧は上記のように上昇する（図４参照）。同時に、圧電素子３は電流が流れず変形のみ生ずるが（図５参照）、コンデンサＣ１の放電には寄与しない。また、放射線が入射していないときは、コンデンサＣ１の両端の電圧は放電によって０Ｖになるが、圧電素子３はラッチ機構６により放射線が入射したときの変形量を保持している。
【００３２】
図６は上記圧電素子３の変形量を保持するためのラッチ機構６の一例を示す断面図である。圧電素子３の一端側は固定部材５により固定されているが、他端側は放射線の入射に伴う電圧の印加により変形し、その変形量はラッチ機構６により保持される。このため、放射線の被爆量の解析が容易にできる。
【００３３】
以上のように本実施の形態では、簡単な構成で、情報分析も容易にでき、また電源も不要で、低コストなものとなる。
なお、本発明は電源レスの線量センサで、特にリアルタイムで測定するのではなく、一定の物理現象を蓄積して検出するもので、上述の放射線の被爆量を検出する放射線センサに限らず、一定期間に受光した光を検出する光センサなどにも適している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の線量測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態の放射線センサの回路構成図である。
【図３】実施の形態のフォトダイオードの構成を示す図である。
【図４】コンデンサの両端に発生する電圧を時間の経過とともに示す図である。
【図５】圧電素子の印加電圧と側端部の変形量の関係を示す図である。
【図６】圧電素子の変形量を保持するためのラッチ機構の一例を示す断面図である。
【図７】従来の半導体式線量計の構成を示すブロック図である。
【図８】検出部に逆バイアスを印加したときの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  検出体
２  蓄電素子
３  圧電素子
４  配線
５  固定部材
６  ラッチ機構
７  筐体
１１  Ｐ型半導体
１１ａ  正孔
１２  Ｎ型半導体
１２ａ  電子
１３  空乏層
Ｃ１  コンデンサ
ＰＤ１  フォトダイオード
Ｔ１，Ｔ２  端子
【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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