(57)【要約】【課題】簡単な構成で低線量の測定も可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１のセンサ基板と第２のセンサ基板とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した密閉空間内に、放射線検知用のガスを封入して構成した放射線センサを有し、前記放射線センサの第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２との間に複数個の密閉空間３４を形成し、かつ前記第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２は、基板３６、３７上に複数本の電極３８、３９を前記密閉空間３５それぞれにおいて直交するように形成するとともに、前記電極３８、３９を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層４０、４１を形成することにより構成した。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセンサ基板と第２のセンサ基板とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した密閉空間内に、放射線検知用のガスを封入して構成した放射線センサを有する放射線検出装置であって、前記放射線センサの第１のセンサ基板と第２のセンサ基板との間に複数個の密閉空間を形成し、かつ前記第１のセンサ基板と第２のセンサ基板は、基板上に複数本の一対の電極を前記密閉空間それぞれにおいて直交するように形成するとともに、前記電極を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層を形成することにより構成したことを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】
前記絶縁体層は、鉛を含まない無鉛のガラス誘電体材料により構成したことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線により電離したガスの電子、イオンを収集することにより放射線を検出する放射線検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の放射線検出装置は、ガスを封入した容器内に陰極と陽極を持ち、その間に電圧を印加し、放射線により電離したガスの電子、イオンを電極に収集することにより放射線検出を行っている。
【０００３】
陰極・陽極間にかかる電圧により、放射線によるガス電離信号が増幅されない範囲の電圧・電極構成を持つものを電離箱方式といわれ、陽極周辺に高い電場をかけて電子がなだれを起こし信号を増幅させる電圧・電極構成を持つものを比例係数方式といわれている。
【０００４】
従来、放射線検出装置は、陰極として密閉された円筒状の容器の中心に、細い陽極を配置するとともに、容器内に、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスに有機ガスを添加した電離ガスを封入することにより構成されている。この放射線検出装置は、容器内において、放射線が電離ガスを電離し、陰極・陽極間にかかる電界により移動する。このとき、特に電子が陽極近傍で電子なだれを起こし、放射線は大きなパルス信号として計数される。
【０００５】
Ｘ線、γ線のように放射線によるエネルギーによって電離ガスの種類を変えて検出している。すなわち、低エネルギーのＸ線に対しては、吸収係数の大きい原子番号の大きなガスを用い、一方中性子はガスを電離しないため、電離ガスに中性子と核反応を起こして荷電粒子を発生するヘリウム（Ｈｅ3）や３フッ化ボロン（ＢＦ3）等のガスを用いるものや、陰極として用いられる容器内にボロン１０（Ｂ10）やウラン２３５（Ｕ235）等を塗布し、そこで荷電粒子に変換して同様の電離作用により検出する構成のものがある（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−１６９４３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８１９４８号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような現状において、簡単な構成で低線量の測定も可能な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】
【０００８】
このような課題を解決するために本発明は、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した密閉空間内に、放射線検知用のガスを封入して構成した放射線センサを有する放射線検出装置であって、前記放射線センサの第１のセンサ基板と第２のセンサ基板との間に複数個の密閉空間を形成し、かつ前記第１のセンサ基板と第２のセンサ基板は、それぞれ放射線を透過可能な絶縁性基板上に複数本の一対の電極を前記密閉空間それぞれにおいて直交するように形成するとともに、前記電極を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層を形成することにより構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放射線検知期間において、第１のセンサ基板の絶縁体層と第２のセンサ基板の絶縁体層に放射線量に応じて蓄積される電荷量を利用し、放電開始の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができ、簡単な構成で低線量の測定も可能な放射線検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による放射線検出装置のセンサ部を示す断面図
【図２】本発明による放射線検出装置の動作原理を説明するための図
【図３】本発明による放射線検出装置において、放射線検知期間と測定期間における印加電圧を示す電圧波形図
【図４】本発明による放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための電圧波形図
【図５】本発明による放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための図
【図６】本発明の一実施の形態による放射線検出装置のセンサ部を示す分解斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態による放射線検出装置について図面を用いて説明する。
【００１２】
まず、本発明による放射線検出装置の基本構成、動作原理について、図１〜図５を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明による放射線検出装置のセンサ部分の概略構成を示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とは、間にガラスからなるスペーサ３を介在させて所定の間隔をあけて対向配置するとともに、前記第１のセンサ基板１および第２のセンサ基板２とスペーサ３との間をシール材４で封止することにより密閉空間５を形成している。前記密閉空間５には、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２を透過してくるＸ線、γ線のような放射線Ａにより電離するＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの中から選ばれた１つ以上のガスが封入され、これにより放射線センサが構成されている。なお、放射線により電離するガス中には必要に応じて有機ガスなども含有されている。
【００１５】
前記第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板６、７上にＡｇからなる電極８、９が形成されるとともに、前記電極８、９を覆うように絶縁性基板６、７上に無鉛の誘電体材料からなる絶縁体層１０、１１が形成されている。
【００１６】
次に、本発明による放射線検出装置の検出動作原理について、図２を用いて説明する。
【００１７】
まず、図２（ａ）に示すように、図１に示す放射線センサに第１のセンサ基板１の電極８側がプラス、第２のセンサ基板２の電極９側がマイナスとなる数１００Ｖの電圧を印加する。この状態で、放射線Ａが入ってくると、放射線センサの密閉空間５内のガスが電離し、電子・イオン対が生成される。
【００１８】
この生成された電子・イオンは、図２（ｂ）に示すように、放射線センサの第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９との間に印加されている電界により、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０側にマイナスの電荷が蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１側にプラスの電荷が蓄積される。このとき、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に電荷が蓄積されるのみで、電流は流れない。
【００１９】
この図２（ａ）、（ｂ）に示す期間が放射線検知期間で、入ってくる放射線量に応じて、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積される電荷の量に差が発生することとなる。
【００２０】
次に、検知した放射線量を測定する場合は、図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）とは逆に、第１のセンサ基板１の電極８側がマイナス、第２のセンサ基板２の電極９側がプラスとなる数１００Ｖの逆バイアス電圧を印加し、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２との間で放電を発生させる。このとき、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積される電荷の量、すなわち放射線検知期間で検知した放射線量に応じて、低い電圧で放電を開始することとなる。この放電開始の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができる。
【００２１】
より詳細に説明すると、放射線検知期間である蓄積期間終了時は、絶縁体層１０、１１表面には、放射線量に比例した印加電圧と逆極性の電荷が一定量蓄積している。この電荷を測定するために、電極８、９間に蓄積期間と逆のバイアスの電圧を印加すると、印加電圧＋蓄積電圧（蓄積電荷による電圧）分の電界がガス空間中にかかることになる。蓄積電圧がない場合と比べると、低い電圧で放電が起こるため、電圧差を測定することにより蓄積電圧を測定することができる。
【００２２】
例えば、印加電圧Ｖ0、蓄積電圧Ｖ、放電開始電圧をＶｆとすると、Ｖｆ＝Ｖ0＋Ｖとなり、印加電圧Ｖ0を階段状やパルス状に上げることにより、放電が起こったタイミングを放電発光や電流信号などで観測すれば、Ｖ0を測定することができる。Ｖｆは構造やガス組成で決まる値であるため、蓄積電圧Ｖを求めることができる。また、蓄積電圧Ｖは、絶縁体層１０、１１の容量Ｃと蓄積電荷Ｑとから、Ｑ＝ＣＶの関係により、絶縁体層１０、１１を形成する誘電体材料、厚み、電極形状が分かっていれば、容量は計算できるため、放射線量と比例する蓄積電荷Ｑを求めることができる。
【００２３】
以上のように本発明による放射線検出装置においては、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した密閉空間５内に、放射線検知用のガスを封入して構成した放射線センサを有し、前記放射線センサの第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とは、それぞれ放射線を透過可能な絶縁性基板６、７上に一対の電極８、９を形成するとともに、前記電極８、９を覆うように絶縁性基板６、７上に誘電体材料からなる絶縁体層１０、１１を形成することにより構成したものであり、放射線検知期間において、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に放射線量に応じて蓄積される電荷量を利用し、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２との間で放電を発生させる放射線測定期間において、放電開始の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができるものである。
【００２４】
図３は本発明による放射線検出装置において、放射線検知期間と測定期間における印加電圧を示す電圧波形図である。図３において、２１は図２（ａ）に示すように第１のセンサ基板１の電極８側に印加する電圧波形、２２は放射線Ａの入射側である第２のセンサ基板２の電極９側に印加する電圧波形である。Ｔ１は放射線検知期間、Ｔ２は放射線測定期間である。
【００２５】
図３の枠線で囲んだように、本実施の形態においては、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９に、放射線測定期間Ｔ１とは逆バイアスの電圧を印加する際に、電圧が徐々に変化する傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加するように構成したものである。すなわち、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８側に印加する電圧波形２１については、電圧が徐々に減少してマイナス電位となる傾斜電圧波形２１ａを印加し、放射線Ａの入射側である第２のセンサ基板２の電極９側に印加する電圧波形２２については、電圧が徐々に上昇してプラス電位となる傾斜電圧波形２２ａを印加している。
【００２６】
このように放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９に、放射線測定期間Ｔ１とは逆バイアスの電圧を印加する際に、電圧が徐々に変化する傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加することにより、図２において説明したように、放電が発生したときの電圧を測定することにより蓄積された放射線量を測定する場合に、急峻なパルス波形の電圧を印加して測定する場合に比べ、傾斜電圧波形の傾きを制御することにより、放電発生電圧の測定を簡単に高精度で行うことが可能となる。また、傾斜電圧波形であれば、印加時間とともに電圧値が変化する波形であるため、放電が発生する電圧を印加時間に変換して測定することもでき、検出結果をデジタル的に表示する場合の回路構成も簡単に実現することが可能となる。
【００２７】
図４、図５は本発明による放射線検出装置の測定サイクルを説明するための図であり、図４は本実施の形態による放射線検出装置の測定サイクルにおける印加電圧を示す電圧波形図、図５はその測定サイクルにおける放射線検出装置の動作を説明するための概略図である。図５において、(1)〜(9)は、図４の(1)〜(9)に対応した状態の概念を示している。
【００２８】
図４、図５に示すように、本発明による放射線検出装置において、放射線測定の１サイクルは、放射線検知期間Ｔ１、放射線測定期間Ｔ２、リセット期間Ｔ３から構成されている。
【００２９】
放射線検知期間Ｔ１の検知期間初期(1)においては、第１のセンサ基板１の電極８側がプラス、第２のセンサ基板２の電極９側がマイナスとなる数１００Ｖの電圧が印加されているのみで、放射線センサに放射線が入射して来ていない状態であるため、第１のセンサ基板１、第２のセンサ基板２の絶縁体層１０、１１には、放射線による電荷が蓄積されていない状態である。
【００３０】
検知期間中期(2)において、放射線Ａが入射してくると、放射線センサの密閉空間５内のガスが電離し、電子・イオン対が生成され、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９との間に印加されている電界により、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０側にマイナスの電荷が徐々に蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１側にプラスの電荷が徐々に蓄積される。さらに、検知期間中期(3)において、放射線Ａが入射してくると、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に電荷が追加されて蓄積される。
【００３１】
検知期間終了(4)においては、入射した放射線量に比例する電荷が第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積された状態となる。
【００３２】
次に、検知した放射線量を測定する放射線測定期間Ｔ２の測定期間初期(5)において、第１のセンサ基板１の電極８側がマイナス、第２のセンサ基板２の電極９側がプラスとなる数１００Ｖの逆バイアス電圧を印加する。このとき、傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加する。
【００３３】
その後、測定期間中期(6)においては、印加電圧＋蓄積電圧（蓄積電荷による電圧）による電界により放電が発生する。上述したように、このとき蓄積電圧がない場合と比べると、低い電圧で放電が起こるため、電圧差を測定することにより、蓄積された放射線量に応じた蓄積電圧を測定することができる。この測定が終了した測定期間後期(7)においては、測定期間中期(6)において発生した放電により、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０側にプラスの電荷が蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１側にマイナスの電荷が蓄積される。
【００３４】
そこで、放射線測定期間Ｔ２が終了した後、リセット期間Ｔ３を設けて放射線センサ内の電荷を放射線検知期間Ｔ１の初期の状態に戻す。リセット期間Ｔ３のリセット時(8)においては、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９をグランド電位とすることにより、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積された電荷に応じた微小放電が発生し、リセット後(9)において、放射線センサの第１のセンサ基板１の絶縁体層１０および第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積された電荷が消去され、初期状態に戻る。すなわち、リセット期間Ｔ３は、第１のセンサ基板１、第２のセンサ基板２の絶縁体層１０、１１の電荷を放射線が入射してくる前の状態に調整するための電荷調整の放電を発生させる期間である。
【００３５】
以上の動作が測定サイクルの１サイクルとなる。
【００３６】
ここで、この測定サイクルにおいて、放射線を測定する１サイクル中の放射線検知期間Ｔ１は、放射線量に可変とするのが望ましく、放射線量が多い場合は、蓄積期間を短くして溜まる量を減らすのが良い。逆に、低線量の場合は、できるだけ蓄積期間を長くすることで、入射する放射線が増え、感度が向上する。可変する期間としては、例えば数１００μｓ〜数１００ｓである。また、放射線測定期間Ｔ２は、数１０μｓ〜数ｍｓ程度が望ましい。
【００３７】
図６は本発明の一実施の形態による放射線検出装置において、センサ部分の他の例を示す分解斜視図である。本発明においては、図１に示すセンサ部をｍ列ｎ行でマトリクス状に２次元配置した構成としたものである。
【００３８】
図６に示すように、第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２とは、間にガラスからなる井桁形状のスペーサ３３を介在させて所定の間隔をあけて対向配置するとともに、前記第１のセンサ基板３１および第２のセンサ基板３２とスペーサ３３との間をシール材（図示せず）で封止することにより複数個の密閉空間３４を形成している。前記密閉空間３４には、第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２を透過してくるＸ線、γ線のような放射線Ａにより電離するＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの中から選ばれた１つ以上のガスが封入され、これにより複数個のセンサ部３５が構成されている。
【００３９】
前記第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板３６、３７上にＡｇからなる複数本の線上の電極３８、３９が前記センサ部３５を形成する密閉空間３４において直交するように形成されているとともに、前記電極３８、３９を覆うように絶縁性基板３６、３７上に無鉛の誘電体材料からなる絶縁体層４０、４１が形成されている。
【００４０】
ここで、前記絶縁体層４０、４１を構成する鉛を含まない無鉛の誘電体材料としては、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化硼素（Ｂ2Ｏ3）を主成分とし、その主成分材料に酸化硅素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）などを含有させることにより構成される無鉛のガラス誘電体材料を用いている。
【００４１】
これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作製し、次にこの誘電体材料粉末とバインダ成分とを三本ロールでよく混練してダイコート用あるいは印刷用の誘電体層用ペーストを作製する。なお、バインダ成分としては、エチルセルロースあるいはアクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオールあるいはブチルカルビトールアセテートである。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社製品名）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して印刷性を向上させてもよい。
【００４２】
このようにして作製した誘電体ペーストをスクリーン印刷法であるいはダイコート法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の５５０℃〜５９０℃で焼成することにより絶縁体層４０、４１を形成している。
【００４３】
このように２次元に複数個のセンサ部３５を配列して構成した放射線センサを用いて放射線を測定する場合は、図４に示す測定サイクルで、各センサ部３５に順次電圧波形を印加することにより、同様に測定することが可能である。
【００４４】
また、本実施の形態のように、複数個のセンサ部３５をマトリクス状に２次元配置してセンサを構成することにより、センサ部３５の位置の違いによる放射線量差分の測定が可能となるため、放射線が入射してくる方向の測定も可能となる。
【００４５】
さらには、複数個のセンサ部３５で検出した放射線量を加算することにより、放射線検出装置としての感度を向上させることも可能となる。
【００４６】
なお、上記説明においては、前記第１のセンサ基板と第２のセンサ基板は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板を用いたが、金属製基板の表面にガラスや樹脂などの絶縁体材料を形成して絶縁性基板としたものでもよく、また少なくとも一方の絶縁性基板を金属製基板の表面にガラスや樹脂などの絶縁体材料を形成して絶縁性基板としてもよい。
【００４７】
以上のように本発明による放射線検出装置においては、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した複数個の密閉空間内に、放射線検知用のガスを封入して構成した複数個の放射線センサを有し、前記放射線センサの第１のセンサ基板と第２のセンサ基板は、基板上に複数本の一対の電極を前記密閉空間それぞれにおいて直交するように形成するとともに、前記電極を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層を形成することにより構成したものであり、放射線検知期間において、第１のセンサ基板の絶縁体層と第２のセンサ基板の絶縁体層に放射線量に応じて蓄積される電荷量を利用し、放電開始の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができ、簡単な構成で低線量の測定も可能な放射線検出装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように本発明は、新規な放射線検出装置を提供できる有用な発明である。
【符号の説明】
【００４９】
１、３１  第１のセンサ基板
２、３２  第２のセンサ基板
３、３３  スペーサ
５、３４  密閉空間
６、７、３６、３７  絶縁性基板
８、９、３８、３９  電極
１０、１１、４０、４１  絶縁体層
２１、２２  電圧波形
２１ａ、２２ａ  傾斜電圧波形
Ｔ１  放射線検知期間
Ｔ２  放射線測定期間
Ｔ３  リセット期間
【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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