(57)【要約】【課題】簡易な構成で高いエネルギー分解能を得ることができる放射線検出装置、放射線検出方法および放射線検出プログラムを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る放射線検出装置は、半導体に入射した放射線のエネルギーに応じて発生した電荷に基づいて出力された出力信号から抽出した、前記電荷の発生位置を示す位置関連情報を用いて前記出力信号の波形の波高値を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記波高値を用いて前記半導体に入射した前記放射線のエネルギーを求めるエネルギー算出手段と、を備える。【選択図】  図１
2018179744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体に入射した放射線のエネルギーに応じて発生した電荷に基づいて出力された出力信号から抽出した、前記電荷の発生位置を示す位置関連情報を用いて前記出力信号の波形の波高値を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された前記波高値を用いて前記半導体に入射した前記放射線のエネルギーを求めるエネルギー算出手段と、
を備えた放射線検出装置。
【請求項２】
前記補正手段は、
前記波高値と位置関連情報とをあらかじめ関連付けた関連付け情報に基づいて前記波高値を補正する、
請求項１記載の放射線検出装置。
【請求項３】
前記位置関連情報は、
前記出力信号の前記波形が立ち上がり時刻から前記波高値に到達する時刻までの時間であるピーク時間である、
請求項２記載の放射線検出装置。
【請求項４】
前記関連付け情報は、
前記波形の波高値と前記ピーク時間との比を用い
る、
請求項３記載の放射線検出装置。
【請求項５】
前記位置関連情報は、
前記出力信号の前記波形の立ち上がり時刻から前記波形が所定の時間変化量以下となる時刻までの期間である電子寄与期間である、
請求項２記載の放射線検出装置。
【請求項６】
前記半導体の温度を測定する温度測定手段、
をさらに備え、
前記補正手段は、
前記温度測定手段により測定された前記半導体の前記温度をさらに用いて前記波形の波高値を補正する、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項７】
前記半導体の温度を所定の温度に保つよう制御する温度制御手段、
をさらに備えた請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項８】
前記半導体は、化合物半導体である、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項９】
前記出力信号を出力する放射線検出手段、
をさらに備える、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の放射線検出装置。
【請求項１０】
半導体に入射した放射線のエネルギーに応じて発生した電荷に基づいて出力された信号の波形から、前記電荷の発生位置を示す位置関連情報を抽出するステップと、
前記位置関連情報を用いて前記波形の波高値を補正するステップと、
補正した前記波高値を用いて前記半導体に入射した前記放射線のエネルギーを求めるステップと、
を有する放射線検出方法。
【請求項１１】
コンピュータに、
半導体に入射した放射線のエネルギーに応じて発生した電荷に基づいて出力された信号の波形から、前記電荷の発生位置を示す位置関連情報を抽出するステップと、
前記位置関連情報を用いて前記波形の波高値を補正するステップと、
補正した前記波高値を用いて前記半導体に入射した前記放射線のエネルギーを求めるステップと、
を実行させるための放射線検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放射線検出装置、放射線検出方法および放射線検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガンマ線やベータ線、α線、Ｘ線などの放射線を検出する放射線検出装置として、放射線の検出素子にＧｅ半導体やＳｉ半導体を用いた放射線検出装置が知られている。ＧｅやＳｉはバンドギャップが小さいため、放射線が照射されると多くの電子正孔対が生じる。このため、検出素子にＧｅ半導体やＳｉ半導体を用いた放射線検出装置は、検出素子にシンチレータを用いた放射線検出装置に比べて高いエネルギー分解能を有する。
【０００３】
しかし、Ｇｅ半導体やＳｉ半導体は、バンドギャップが小さく熱雑音の影響をうけやすいため、放射線の検出時には冷却する必要がある。そこで従来、熱雑音に強く室温で利用可能な検出素子を用いた放射線検出装置が開発されている。この種の検出素子としては、２種類以上の元素から構成される化合物半導体を用いることができる。
【０００４】
化合物半導体にはＩＩ−ＩＶ族半導体やＩＩＩ−Ｖ族半導体などがあり、たとえばＣｄＴｅ、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒなどをこの種の検出素子として用いることができる。化合物半導体は、ＧｅやＳｉなどに比べてバンドギャップが大きく、熱雑音の影響が小さい。このため、ＧｅやＳｉを用いた放射線検出装置で利用される大掛かりな冷却装置を必要とすることなく、検出時に室温で使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６５８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、化合物半導体は、ＧｅやＳｉなどに比べてバンドギャップが大きいとともに、電子や正孔の移動度が小さく、また結晶内でトラップされやすいためにキャリア寿命が短い。このため、化合物半導体を用いた放射線検出装置は、ＧｅやＳｉを用いた放射線検出装置に比べてエネルギー分解能が悪くなってしまう。
【０００７】
化合物半導体のエネルギー分解能を改善する方法として、ピクセル電極を用い、検出素子の出力信号強度から検出位置を推定することで信号の大きさを補正する方法が知られている。しかし、この方法では、電極から信号を取り出す回路が大幅に増加してしまい、装置の構成が煩雑になってしまう。また、化合物半導体のエネルギー分解能を改善する他の方法として、検出素子を冷却することにより素子の抵抗値を増加させ、印加耐電圧を上げる方法が知られている。しかし、この方法では、冷却装置および除湿機が必要となってしまい、やはり構成が非常に煩雑になってしまう。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、簡易な構成で高いエネルギー分解能を得ることができる放射線検出装置、放射線検出方法および放射線検出プログラム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】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る放射線検出装置は、上述した課題を解決するために、半導体に入射した放射線のエネルギーに応じて発生した電荷に基づいて出力された出力信号から抽出した、前記電荷の発生位置を示す位置関連情報を用いて前記波形の波高値を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された波高値を用いて前記入射した放射線のエネルギーを求めるエネルギー算出手段と、を備えたものである。
【００１０】
また、本発明の一実施形態に係る放射線検出方法は、上述した課題を解決するために、半導体に入射した放射線のエネルギーに応じて発生した電荷に基づいて出力された信号の波形から、前記電荷の発生位置を示す位置関連情報を抽出するステップと、前記位置関連情報を用いて前記波形の波高値を補正するステップと、補正した前記波高値を用いて前記半導体に入射した前記放射線のエネルギーを求めるステップと、を備えたものである。
さらに、本発明の一実施形態に係る放射線検出プログラムは、コンピュータに、半導体に入射した放射線のエネルギーに応じて発生した電荷に基づいて出力された信号の波形から、前記電荷の発生位置を示す位置関連情報を抽出するステップと、前記位置関連情報を用いて前記波形の波高値を補正するステップと、補正した前記波高値を用いて前記半導体に入射した前記放射線のエネルギーを求めるステップと、を実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る放射線検出装置、放射線検出方法および放射線検出プログラムによれば、簡易な構成で高いエネルギー分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る放射線検出装置の一構成例を示すブロック図。
【図２】放射線検出手段の出力信号が発生した時刻（立ち上がり時刻）Ｔ０を取得する様子の一例を示す説明図。
【図３】電荷の発生位置と波高値との関係の一例を示す説明図。
【図４】波高値Ｖｍａｘとピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０との関係の一例を示す説明図。
【図５】（ａ）は放射線検出手段の出力信号の波形から位置関連情報としてピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を抽出する様子の一例を示す説明図、（ｂ）は出力信号の波形から位置関連情報として所定の出力信号値Ｖ１を与える時刻間Ｔ２−Ｔ１を抽出する様子の一例を示す説明図。
【図６】図１に示す主制御手段により、放射線検出手段の出力信号の波形から抽出した位置関連情報を用いて波形の波高値Ｖｍａｘを補正する際の手順の一例を示すフローチャート。
【図７】（ａ）は放射線検出手段の出力信号波形と電子寄与期間Ｔｅとの関係の一例を示す説明図、（ｂ）は電荷発生位置Ｚと電子の移動距離ｄ−Ｚとの関係を説明するための図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る放射線検出装置の一例を示す構成図。
【図９】本発明の第４実施形態に係る放射線検出装置の一例を示す構成図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る放射線検出装置の一例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る放射線検出装置、放射線検出方法および放射線検出プログラムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る放射線検出装置１０の一構成例を示すブロック図である。
【００１５】
放射線検出装置１０は、図１に示すように、放射線検出手段１１、信号発生時間取得手段１２、波形取得手段１３および情報処理装置１４を有する。
【００１６】
放射線検出手段１１は、検出素子２１、高圧電源２２およびチャージアンプ２３を有する。検出素子２１は、半導体２４、陽極２５および陰極２６を有する。
【００１７】
検出素子２１の半導体２４は、入射した放射線のエネルギーに応じた電荷を発生する。放射線検出手段１１は、半導体２４が発生した電荷に応じた信号を、信号発生時間取得手段１２および波形取得手段１３に出力する。
【００１８】
検出素子２１の半導体２４としては、たとえばＧｅ半導体やＳｉ半導体のほか、ＩＩ−ＩＶ族半導体やＩＩＩ−Ｖ族半導体などの化合物半導体を用いることができる。半導体２４に用いる化合物半導体としては、たとえばＣｄＴｅ、ＨｇＩ２、ＴｌＢｒなどが挙げられる。半導体２４として化合物半導体を用いる場合、放射線検出手段１１は、Ｇｅ半導体やＳｉ半導体を用いる場合に比べ、熱雑音に強い。以下の説明では、半導体２４としてＣｄＴｅやＴｌＢｒなどの化合物半導体を用いる場合の例について示す。
【００１９】
陽極２５および陰極２６は、半導体２４の材質および形状に応じて任意に選択可能である。たとえば、陽極２５および陰極２６は、オーミック電極でもショットキー電極でもよい。また、陽極２５および陰極２６は、ピクセル電極やフリッシュ・グリッド電極であってもよい。
【００２０】
高圧電源２２は、検出素子２１の半導体２４内に電場を形成させるために、陽極２５および陰極２６を介して半導体２４に電圧を印加する電圧源である。高圧電源２２が印加する電圧は、半導体２４の種類、厚さ、形状などに応じて決めるとよい。
【００２１】
高圧電源２２は、電流制限機能を有してもよい。高圧電源２２が電流制限機能を有する場合、半導体２４に対して高電圧を印加しすぎた場合など、半導体２４でリーク電流が生じた場合に、電流を制限することができる。
【００２２】
チャージアンプ２３は、オペアンプやトランジスタなどにより構成されるディスクリートの増幅器である。チャージアンプ２３としては、たとえば電荷有感型前置増幅器や電流増幅型前置増幅器などを用いることができる
【００２３】
チャージアンプ２３は、半導体２４の出力信号を増幅し、信号発生時間取得手段１２および波形取得手段１３に与える。具体的には、チャージアンプ２３は、半導体２４で生じる微小電荷を、所定の変換定数で電圧に変換する。この変換定数は、信号発生時間取得手段１２が半導体２４の出力信号の波形の立ち上がり速度に対応できる値に設定するとよい。また、チャージアンプ２３は、電荷を積分、微分する回路を有してもよく、たとえば入力パルスの電荷を積分してその電荷量に応じたパルス波高を有するパルスに変換して出力する。
【００２４】
このように、放射線検出手段１１は、半導体２４が発生した電荷に応じた信号を出力し、この出力信号を信号発生時間取得手段１２および波形取得手段１３に与える。
【００２５】
なお、半導体２４が検出する放射線の種別（たとえばガンマ線やベータ線、アルファ線など）には特に限定はない。また、図１にはチャージアンプ２３の前段にカップリングコンデンサを設ける場合の例を示したが、検出素子２１のリーク電流が小さいときは、カップリングコンデンサを省略しＤＣカップリングとしてもよい。
【００２６】
図２は、放射線検出手段１１の出力信号が発生した時刻（立ち上がり時刻）Ｔ０を取得する様子の一例を示す説明図である。図２の上段には、放射線検出手段１１の出力信号の波形の一例を示した。また、図２の下段には、図２の上段に示した波形を有する出力信号を入力された信号発生時間取得手段１２が出力する、立ち上がり時刻Ｔ０を示す信号の一例を示した。
【００２７】
信号発生時間取得手段１２は、半導体２４に入射した放射線によって生じた電荷に応じて、放射線検出手段１１の出力信号が発生した時刻（以下、立ち上がり時刻という）Ｔ０を取得するための装置である。信号発生時間取得手段１２としては各種回路を用いることができ、たとえば放射線検出手段１１の出力信号が所定の閾値電圧Ｖｔｈを超えるとパルス信号を発生するディスクリミネータを用いてもよいし、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）で得られたデジタルデータを処理して立ち上がり時刻Ｔ０を示す信号を発生してもよい（図２参照）。
【００２８】
波形取得手段１３は、半導体２４に入射した放射線によって発生した出力信号の波形およびこの波形のピーク値（以下、波高値という）を取得する。波形取得手段１３としては、たとえばＦｌａｓｈ−ＡＤＣやマルチチャンネルアナライザ、またこれらを構成する各種回路などを用いることができる。マルチチャンネルアナライザは、従来各種のものが知られており、これらのうち任意のものを使用することが可能である。たとえば、Ｆｌａｓｈ−ＡＤＣとＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を組み合わせて波形取得手段１３を構成した場合、Ｆｌａｓｈ−ＡＤＣのサンプリング回数を時刻情報、ＡＤＣの読み値を波高値情報として利用することができる。なお、本実施形態においては、放射線の入力タイミングを立ち上がり時刻Ｔ０として特定するために信号発生時間取得手段１２を用いる場合の例を示したが、波形取得手段１３の出力信号の波形にもとづいて主制御手段３４が立ち上がり時刻Ｔ０を特定してもよく、この場合は、放射線検出装置１０は信号発生時間取得手段１２を備えずともよい。
【００２９】
波形取得手段１３は、信号発生時間取得手段１２から取得した立ち上がり時刻Ｔ０から、たとえばユーザが指定した任意の時刻までの間で出力信号を取得して、出力信号の波形および波高値（ピーク値）を取得する。波形取得手段１３が取得した放射線検出手段１１の出力信号の波形の情報は、たとえば情報処理装置１４の記憶手段３３やＲＡＭなどの記憶媒体に記憶されて、主制御手段３４のプロセッサにより利用される。
【００３０】
ここで、検出素子２１の半導体２４内の電荷の発生位置を示す位置関連情報と、放射線検出手段１１の出力信号の波形の波高値との関係について説明する。
【００３１】
放射線が半導体２４に入射すると、電子と正孔が発生する。電子と正孔の数は、半導体に与えた放射線のエネルギーＥに依存する。たとえば、半導体２４としてバンドギャップが２．６８ｅＶのＴｌＢｒを用いる場合、（Ｅ／２．６８）個の電子／正孔対が生じる。この場合、たとえばセシウム−１３７のガンマ線６６２ｋｅＶがすべて半導体２４内でエネルギーを失うと、約２．５×１０５個の電子／正孔対が生じる。この場合、すべてが信号として得ることができる理想状態では、統計誤差は０．２％と小さくなる。
【００３２】
すなわち、入射したエネルギーに応じて半導体２４内で発生した電荷のすべてが半導体２４の出力信号に寄与する理想状態では、放射線検出手段１１の出力信号の大きさは発生した電子／正孔対の数に比例する。発生した電子／正孔対の数は、入射放射線のエネルギーＥに比例する。したがって、放射線検出手段１１の出力信号の波形の波高値は、入射放射線のエネルギーを反映した値となる。このため、入射したエネルギーに応じて半導体２４内で発生した電荷のすべてが半導体２４の出力信号に寄与する理想状態であれば、放射線検出手段１１の出力信号の波形の波高値から、正確に入射した放射線のエネルギーを求めることができる。
【００３３】
しかし、実際には、半導体２４内で発生した電荷のすべてが半導体２４の出力信号に寄与するわけではなく、電荷の一部は電極までの移動中に半導体２４内でトラップされてしまうなどして減少する。たとえば、深さｚ＝Ｚで電子／正孔対が発生し、電子が陽極２５へ、正孔が陰極２６へそれぞれ移動するとき、電場が半導体２４内で一様に分布していると仮定すると、電子および正孔は、それぞれ移動とともに、次式（１）および式（２）で示すように指数関数的に減少する。
【００３４】
【数１】
2018179744.tif 000003
【００３５】
ただし、ｎは発生した電荷数を、ｅ０は素電荷を、μｅおよびτｅはそれぞれ半導体２４内における電子の移動度および平均寿命を、μｈおよびτｈはそれぞれ半導体２４内における正孔の移動度および平均寿命を、それぞれ表す。
【００３６】
たとえばＴｌＢｒは、電子についてτｅμｅ〜１０−３［cm2/V］、正孔についてτｈμｈ〜１０−４［cm2/V］であることが知られている。これらを用いて計算すると、たとえば厚さｄ＝５ｍｍ、印加電圧５００Ｖの場合、位置によって４０％程度も波高値が変わってしまう。このため、波形から実測された波高値からエネルギーを求めると、エネルギースペクトルは低エネルギー側に大きなテールを引いてしまう。したがって、高エネルギー分解能を得るためには、半導体２４内の電荷の発生位置に応じて波高値を補正することが重要となる。
【００３７】
図３は、電荷の発生位置と波高値との関係の一例を示す説明図である。一般に、検出素子２１に用いられる半導体２４のτμの値は、電子のほうが１ケタ程度大きい。このため、放射線検出手段１１の出力信号に対する寄与は、平均的に電子由来の信号の方が大きい。
【００３８】
具体的には、図３に示すように、電子の移動先である陽極２５に近い位置で反応して電荷が発生した場合、陽極２５から遠い位置で反応した場合にくらべ、波高値（ピーク値）に到達するまでの時間（以下、ピーク時間という）が短い。
【００３９】
一方、電荷発生位置が陽極２５から遠ざかり陰極２６に近づくにつれ、波高値は大きくなる。この理由としては、電荷発生位置が陽極２５に近いほど正孔の信号の寄与が増えるにもかかわらず、正孔の平均自由行程が短いために電荷発生位置が陽極２５に近いほど正孔がドリフト中に失われてしまうことなどが挙げられる。
【００４０】
このように、入射放射線エネルギーが同一であれば、放射線検出手段１１の出力信号の波形の波高値は、半導体２４内の電荷発生位置によらず同一となるべきところ、実際には放射線検出手段１１の出力信号の波形の波高値は、半導体２４内の電荷発生位置に応じて変化する。
【００４１】
一方で、図３に示すように、入射放射線エネルギーが同一であれば、電荷発生位置と波高値との間には相関があるといえる。そこで、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置１０は、放射線検出手段１１の出力信号の波形から電荷の発生位置を示す位置関連情報を抽出し、この位置関連情報を用いて波高値を補正する。
【００４２】
図４は、波高値Ｖｍａｘとピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０との関係の一例を示す説明図である。また、図５（ａ）は放射線検出手段１１の出力信号の波形から位置関連情報としてピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を抽出する様子の一例を示す説明図であり、（ｂ）は出力信号の波形から位置関連情報として所定の出力信号値Ｖ１を与える時刻間Ｔ２−Ｔ１を抽出する様子の一例を示す説明図である。
【００４３】
ピーク時間は、出力信号の立ち上がり時刻Ｔ０から波高値Ｖｍａｘに到達する時刻Ｔｍａｘまでの時間Ｔｍａｘ−Ｔ０で表される（図５（ａ）参照）。図３に示すように、電荷の発生位置が陽極２５から遠ざかるにともない、波高値Ｖｍａｘが大きくなるとともにピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０が長くなる。このため、波形から実測される波高値Ｖｍａｘとピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０との比Ｖｍａｘ／（Ｔｍａｘ−Ｔ０）は、電荷の発生位置に応じて、図４に示すような相関がある。
【００４４】
そこで、第１実施形態に係る放射線検出装置１０の情報処理装置１４は、放射線検出手段１１の出力信号の波形から抽出する位置関連情報として、ピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を用いて、事前に求めておいた補正式またはルックアップテーブルなどを用いて波高値Ｖｍａｘを補正する。
【００４５】
この情報処理装置１４は、たとえば一般的なパーソナルコンピュータやワークステーションなどにより構成され、入力手段３１、表示手段３２、記憶手段３３および主制御手段３４を有する。
【００４６】
入力手段３１は、たとえばキーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を主制御手段３４に出力する。
【００４７】
表示手段３２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、主制御手段３４の制御に従って出力信号の波形や波高値Ｖｍａｘの情報や、補正した波高値を用いて求めた入射放射線のエネルギーの情報など、各種情報を表示する。
【００４８】
記憶手段３３は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有する。これら記録媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介した通信によりダウンロードされるように構成してもよい。記憶手段３３は、検出素子２１の半導体２４内の電荷の発生位置を示す位置関連情報と、理想波高値と、をあらかじめ関連付けた関連付け情報を少なくとも記憶する。
【００４９】
第１実施形態に係る記憶手段３３が記憶する関連付け情報は、ピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を用いて理想波高値に近づくように、波形の波高値Ｖｍａｘを補正するための補正式またはルックアップテーブルである。補正式は、たとえばピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０に反比例する式や、２次関数を含む多項式関数、指数関数などさまざまな式を用いることができる。関連付け情報としての補正式やルックアップテーブルは、放射線検出装置１０の構成に応じてあらかじめ生成して記憶手段３３に記憶される。
【００５０】
主制御手段３４は、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体、ＣＰＵなどのプロセッサおよびＲＡＭなどにより構成される。
【００５１】
主制御手段３４のプロセッサは、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶された放射線検出プログラムおよびこのプログラムの実行のために必要なデータをＲＡＭへロードし、このプログラムに従って、出力信号の波形から抽出した位置関連情報を用いて波形の波高値Ｖｍａｘを補正することにより簡易な構成で高いエネルギー分解能を得るための処理を実行する。
【００５２】
なお、記憶媒体にプログラムを保存するかわりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成してもよい。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出して実行することで各種機能実現手段として機能する。また、主制御手段３４を単一のプロセッサで構成して単一のプロセッサが各機能を実現してもよいし、複数の独立したプロセッサを組み合わせて主制御手段を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各機能を実現してもよい。また、プロセッサが複数設けられる場合、プログラムを記憶する記憶媒体は、プロセッサごとに個別に設けられてもよいし、単一の記憶媒体が全てのプロセッサの機能に対応するプログラムを一括して記憶してもよい。
【００５３】
主制御手段３４のＲＡＭは、ＣＰＵが実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。
【００５４】
主制御手段３４のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、放射線検出装置１０の起動プログラム、放射線検出プログラムや、これらのプログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。
【００５５】
なお、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。
【００５６】
図１に示すように、主制御手段３４のプロセッサは、放射線検出プログラムによって、少なくとも補正手段４１およびエネルギー算出手段４２として機能する。これらの各機能実現手段４１−４２は、データの一時的な格納場所としてＲＡＭの所要のワークエリアを利用する。なお、これらの機能実現手段４１−４２は、プロセッサを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって実現されてもよい。
【００５７】
補正手段４１は、波形取得手段１３により取得された放射線検出手段１１の出力信号の波形から、検出素子２１の半導体２４内における電荷の発生位置を示す位置関連情報を抽出し、この波形から抽出した位置関連情報を用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを補正する。
【００５８】
第１実施形態に係る補正手段４１は、位置関連情報として、たとえばピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を波形から抽出する（図５（ａ）参照）。そして、補正手段４１は、記憶手段３３に記憶された関連付け情報と抽出したピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０とを用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを補正する。この関連付け情報は、理想波高値に近づくようピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を用いて波高値Ｖｍａｘを補正するための補正式またはルックアップテーブルなどである。
【００５９】
なお、第１実施形態に係る位置関連情報としては、ピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０の他にも、たとえば所定の出力信号値Ｖ１を与える時刻間Ｔ２−Ｔ１などを用いることができる（図５（ｂ）参照）。所定の出力信号値Ｖ１を与える時刻間Ｔ２−Ｔ１もまた、電荷発生位置が陽極２５から遠ざかるに伴い長くなるなど、電荷発生位置と相関があるといえる。
【００６０】
エネルギー算出手段４２は、補正手段４１により補正された波高値を用いて、実際に半導体２４に入射した放射線のエネルギーをオンラインでリアルタイムに求める。エネルギー算出手段４２が用いる波高値は、補正手段４１により電荷の発生位置に応じて波高値Ｖｍａｘを補正した値である。このため、エネルギー算出手段４２は、電荷の発生位置を考慮せずに波形の波高値Ｖｍａｘをそのまま用いる場合に比べ、非常に正確にエネルギーを求めることができる。
【００６１】
次に、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置１０、放射線検出方法および放射線検出プログラムの動作の一例について説明する。
【００６２】
図６は、図１に示す主制御手段３４により、放射線検出手段１１の出力信号の波形から抽出した位置関連情報を用いて波形の波高値Ｖｍａｘを補正する際の手順の一例を示すフローチャートである。図６において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。この手順は、半導体２４に放射線が入射し、半導体２４内で電荷が発生してスタートとなる。
【００６３】
まず、ステップＳ１において、波形取得手段１３は、信号発生時間取得手段１２から取得した立ち上がり時刻Ｔ０からユーザが指定した任意の時刻までの間における放射線検出手段１１の出力信号の波形を取得する。次に、ステップＳ２において、波形取得手段１３は、波形から波高値Ｖｍａｘを取得する。
【００６４】
次に、ステップＳ３において、補正手段４１は、波形取得手段１３により取得された放射線検出手段１１の出力信号の波形から、検出素子２１の半導体２４内における電荷の発生位置を示す位置関連情報を抽出する。第１実施形態では、補正手段４１は、位置関連情報として、たとえばピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を波形から抽出する（図５（ａ）参照）。
【００６５】
次に、ステップＳ４において、補正手段４１は、位置関連情報と理想波高値との関連付け情報を、記憶手段３３から読み出して取得する。第１実施形態では、補正手段４１は、理想波高値に近づくようピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を用いて波高値Ｖｍａｘを補正するための関連付け情報として、補正式またはルックアップテーブルなどを記憶手段３３から読み出す。
【００６６】
次に、ステップＳ５において、補正手段４１は、波形から抽出した位置関連情報と関連付け情報とを用いて、波形から実測された波高値Ｖｍａｘを補正する。第１実施形態では、補正手段４１は、関連付け情報とピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０とを用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを補正する（図４参照）。
【００６７】
次に、ステップＳ６において、エネルギー算出手段４２は、補正した波高値を用いて、半導体２４に入射した放射線のエネルギーを求める。
【００６８】
以上の手順により、放射線検出手段１１の出力信号の波形から抽出した位置関連情報を用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを理想波高値に近づくように補正することができる。このため、エネルギー算出手段４２は、電荷の発生位置を考慮せずに波形の波高値Ｖｍａｘをそのまま用いる場合に比べ、非常に正確にエネルギーを求めることができる。
【００６９】
第１実施形態に係る放射線検出装置１０は、補正手段４１により、波形から抽出される位置関連情報としてのピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを補正し、この補正した波高値を用いてエネルギーを求めることができる。このため、放射線検出装置１０は、電荷の発生位置に応じた波高値Ｖｍａｘのずれを適切に補正した波高値を用いて、正確にエネルギーを求めることができる。したがって、放射線検出装置１０によれば、冷却装置や除湿機を用いずとも、簡易な構成で高いエネルギー分解能を得ることができる。
【００７０】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る放射線検出装置、放射線検出方法および放射線検出プログラムの第２実施形態について説明する。
【００７１】
第２実施形態に係る放射線検出装置１０は、放射線検出手段１１の出力信号波形から電荷の発生位置Ｚを求めて位置関連情報として用いる点で第１実施形態に係る放射線検出装置１０と異なる。他の構成および作用については図１に示す第１実施形態に係る放射線検出装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
図７（ａ）は放射線検出手段１１の出力信号波形と電子寄与期間Ｔｅとの関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は電荷発生位置Ｚと電子の移動距離ｄ−Ｚとの関係を説明するための図である。
【００７３】
放射線検出手段１１の出力信号のピーク時間までの波形は、大きく２つの期間に分類できる。第１の期間（以下、電子寄与期間Ｔｅという）は、電子と正孔の両方の寄与が得られる期間であり、立ち上がり時刻Ｔ０直後からＴｅだけ続く期間である。第２の期間は、電子寄与期間Ｔｅ後の期間であり、正孔の寄与のみが得られる期間である。
【００７４】
電子寄与期間Ｔｅでは、電子と正孔の両方が信号に寄与するため、正孔の寄与のみの第２の期間に比べ、信号量が大きい。したがって、第１の期間におけるチャージアンプ２３の出力信号のほうが、第２の期間における出力信号よりも時間変化が大きい。
【００７５】
このため、波形の出力信号の時間変化量ΔＶｉ／ΔＴｉが所定の時間変化量以下となる時刻Ｔｅ＋Ｔ０を求めることにより、電子寄与期間Ｔｅを得ることができる。
【００７６】
電子寄与期間Ｔｅは、半導体２４内に発生した全ての電子が陽極２５に到達するのに要した時間を与えるものと推定することができる。電子のドリフト距離は、半導体２４の厚さをｄ、電荷の発生位置をＺ、電場をＥ１とすると、ｄ−Ｚ＝μｅ・Ｅ１・Ｔｅと書ける。電子の移動度μｅは既知であるから、電荷の発生位置Ｚは、電子寄与期間Ｔｅから求めることができる。
【００７７】
そこで、第２実施形態に係る放射線検出装置１０の情報処理装置１４は、放射線検出手段１１の出力信号の波形から抽出する位置関連情報として電荷の発生位置Ｚを用いて、事前に求めておいた補正式またはルックアップテーブルなどを用いて波高値Ｖｍａｘを補正する。
【００７８】
第２実施形態に係る記憶手段３３が記憶する関連付け情報は、電荷の発生位置Ｚを用いて理想波高値に近づくように、波形の波高値Ｖｍａｘを補正するための補正式またはルックアップテーブルである。
【００７９】
また、第２実施形態に係る補正手段４１は、電子寄与期間Ｔｅを波形から抽出し、この波形から抽出した電子寄与期間Ｔｅと半導体２４の電子移動度μｅとにもとづいて、位置関連情報として、電荷の発生位置Ｚを求める。そして、補正手段４１は、波形から求めた電荷の発生位置Ｚと記憶手段３３に記憶された関連付け情報とを用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを補正する。この関連付け情報は、理想波高値に近づくよう電荷発生位置Ｚを用いて波高値Ｖｍａｘを補正するための補正式またはルックアップテーブルなどである。
【００８０】
第２実施形態に係る放射線検出装置１０は、補正手段４１により、波形から抽出される位置関連情報としての電荷の発生位置Ｚを用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを補正し、この補正した波高値を用いてエネルギーを求めることができる。このため、第２実施形態に係る放射線検出装置１０は、第１実施形態に係る放射線検出装置１０と同様に、電荷の発生位置に応じた波高値Ｖｍａｘのずれを適切に補正した波高値を用いて、正確にエネルギーを求めることができる。したがって、第２実施形態に係る放射線検出装置１０によっても、冷却装置や除湿機を用いずとも、簡易な構成で高いエネルギー分解能を得ることができる。
【００８１】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係る放射線検出装置１０の一例を示す構成図である。第３実施形態に係る放射線検出装置１０は、半導体２４の温度に応じて波高値Ｖｍａｘを補正するものであり、半導体２４の温度を測定する温度測定手段５１をさらに備える点で第１実施形態に係る放射線検出装置１０と異なる。他の構成および作用については図１に示す第１実施形態に係る放射線検出装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８２】
第３実施形態に係る放射線検出装置１０は、半導体２４の温度を測定する温度測定手段５１を有する。温度測定手段５１としては、熱電対温度計、半導体式温度計、測温抵抗体などを用いることができる。
【００８３】
半導体２４の電荷の移動度μおよび平均寿命τは、温度に依存する。このため、本実施形態に係る放射線検出装置１０は、温度測定手段５１により測定した半導体２４の温度に応じて波高値Ｖｍａｘを補正する。
【００８４】
具体的には、第３実施形態に係る記憶手段３３が記憶する関連付け情報は、半導体２４の温度に応じた補正式またはルックアップテーブルである。
【００８５】
また、第３実施形態に係る補正手段４１は、温度測定手段５１から取得した半導体２４の温度と記憶手段３３に記憶された関連付け情報とを用いて、波形の波高値Ｖｍａｘを補正する。たとえば、第１実施形態に示したように位置関連情報としてピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０を用いる場合には、関連付け情報は、半導体２４の温度と、ピーク時間Ｔｍａｘ−Ｔ０と、波形の波高値Ｖｍａｘと、理想波高値と、を互いに関連付けた補正式またはルックアップテーブルである。また、第２実施形態に示したように位置関連情報として電荷発生位置Ｚを用いる場合には、関連付け情報は、半導体２４の温度と、電荷発生位置Ｚと、波形の波高値Ｖｍａｘと、理想波高値と、を互いに関連付けた補正式またはルックアップテーブルである。
【００８６】
さらに、第２実施形態に示したように位置関連情報として電荷発生位置Ｚを用いる場合には、第３実施形態に係る補正手段４１は、電子寄与期間Ｔｅを波形から抽出したあと、電荷の発生位置Ｚを求める際に、半導体２４の温度に応じた電子移動度μｅを用いるとよい。この場合、電荷の発生位置Ｚの推定精度を向上させることができ、エネルギー分解能をさらに高めることができる。
【００８７】
第３実施形態に係る放射線検出装置１０は、第１実施形態に係る放射線検出装置１０および第２実施形態に係る放射線検出装置１０と同様の効果を奏する。また、第３実施形態に係る放射線検出装置１０は、半導体２４の温度に応じて波高値Ｖｍａｘを補正することができるため、より正確にエネルギーを求めることができる。
【００８８】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る放射線検出装置１０の一例を示す構成図である。第４実施形態に係る放射線検出装置１０は、半導体２４の温度を制御する点で第３実施形態に係る放射線検出装置１０と異なる。他の構成および作用については図８に示す第３実施形態に係る放射線検出装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８９】
第４実施形態に係る放射線検出装置１０は、主制御手段３４に制御されて半導体２４の温度を調整する温度調整手段５２を有する。温度調整手段５２としては、ペルチェ素子やヒーター、ファンなど、従来各種のものが知られており、これらのうち任意のものを使用することが可能である。
【００９０】
また、第４実施形態に係る主制御手段３４のプロセッサは、放射線検出プログラムによって、さらに温度制御手段６１として機能する。温度制御手段６１は、温度測定手段５１が測定する半導体２４の温度に応じて、たとえば半導体２４の温度を一定に保つように、温度調整手段５２を制御する。
【００９１】
第４実施形態に係る放射線検出装置１０は、第３実施形態に係る放射線検出装置１０と同様の効果を奏する。また、第４実施形態に係る放射線検出装置１０は、たとえば第１実施形態や第２実施形態に示した関連付け情報を事前に求める際の半導体２４の温度と、信号測定時の半導体２４の温度とを一致させることができる。このため、第４実施形態に係る放射線検出装置１０によれば、波高値Ｖｍａｘの補正の精度をさらに向上させることができ、エネルギー分解能をさらに高めることができる。
【００９２】
（第５の実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態に係る放射線検出装置１０の一例を示す構成図である。第５実施形態に係る放射線検出装置１０は、陽極２５の形状がピクセル型である点で第１実施形態に係る放射線検出装置１０と異なる。他の構成および作用については図１に示す第１実施形態に係る放射線検出装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００９３】
第５実施形態に係る放射線検出装置１０の陽極２５は、いわゆるピクセル電極である。この場合、陽極２５は、たとえば、縦もしくは横の１方向に分割されて１×ｋ（ただしｋは正整数）の１次元に配列された複数の電極要素２５ａ、または縦横２方向に分割されてｍ×ｎ（ただしｍ、ｎは正整数）の２次元に配列された複数の電極要素２５ａにより構成される。このピクセル電極としての陽極２５は、たとえばスパッタリング法により形成することができる。また、陽極２５は、側面からのリーク電流を低減するためのガードリング電極をさらに備えてもよい。ガードリンク電極は、たとえば複数の電極要素２５ａの全体の外周を囲むように設けられる。
【００９４】
半導体２４の結晶の両側に同形状の平行平板型の電極を取り付ける場合、電場勾配は半導体２４の内部で一様となる。一方、電極の一方をピクセル電極とすると、ピクセル電極側の電場勾配を大きくすることができる。
【００９５】
たとえば、陽極２５をピクセル電極とした場合、陽極２５の周辺で電場勾配が大きくなる。このため、陽極２５へ移動する電子はより移動しやすく、陰極２６へ移動する正孔は移動しづらくなる。したがって、陽極２５をピクセル電極とすれば、寿命の比較的長い電子の信号を選択的に取得することができ、電荷の発生位置によって信号への寄与が大きく変わってしまう正孔の影響を、出力信号から大幅に低減することができる。
【００９６】
第５実施形態に係る放射線検出装置１０は、第１−４実施形態に係る放射線検出装置１０のそれぞれと組み合わせることができ、これらと同様の効果を奏する。また、第５実施形態に係る放射線検出装置１０は、出力信号に対する正孔の影響を低減することができるため、波形の波高値Ｖｍａｘの電荷発生位置依存性を低減することができ、より正確にエネルギーを求めることができる。
【００９７】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、放射線検出手段１１の出力信号の波形から抽出した位置関連情報を用いて波形の波高値Ｖｍａｘを補正し、この補正した波高値を用いてエネルギーを求めることができるため、簡易な構成で高いエネルギー分解能を得ることができる。
【００９８】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１０…放射線検出装置、１１…放射線検出手段、２４…半導体、２５…陽極、４１…補正手段、４２…エネルギー算出手段、５１…温度測定手段、６１…温度制御手段、Ｅ…エネルギー、Ｔ０…立ち上がり時刻、Ｔｅ…電子寄与期間、Ｔｍａｘ−Ｔ０…ピーク時間、Ｖｍａｘ…波高値、Ｚ…電荷発生位置。
【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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【図９】
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【図１０】
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