(57)【要約】【課題】高耐熱性、高計数率、および高時間分解能を有し、経時変化にも強い荷電粒子検出器を開発する。【解決手段】ガラス基板３上にスパッタリングによりガリウム添加酸化亜鉛膜４を堆積させる。この際のターゲットには酸化ガリウムと酸化亜鉛などを用いる。ガラス基板３の裏側の面３ａにはガリウム添加酸化亜鉛膜４の蛍光を検出する光電子増倍管６を密着させる。なお、ガリウム添加酸化亜鉛膜４を堆積させたガラス基板３上には、迷光の混入を防止するためにアルミニウムの遮光膜５を形成する。【選択図】　　　図１
2004107475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛と酸化ガリウムの混合物をスパッタリングし、ガラス基板または金属枠に挟んだガラス基板上に成膜したガリウム添加酸化亜鉛膜と、前記ガリウム添加酸化亜鉛膜および前記ガラス基板上に成膜させたアルミニウム膜とを有することを特徴とする荷電粒子検出器。
【請求項２】
前記ガリウム添加酸化亜鉛膜は、所定の隙間を持つアレイ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。
【請求項３】
前記ガラス基板において前記ガリウム添加酸化亜鉛膜が形成された面と反対側の面に、光電子増倍管または光ダイオードの光電面を覆っているガラス面を密着させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷電粒子検出器。
【請求項４】
前記ガラス基板において前記ガリウム添加酸化亜鉛膜が形成された面と反対側の面に、光ファイバの端面を密着し、光ファイバーの他の端面を光電子増倍管または光ダイオードの光電面を覆っているガラス面に密着させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷電粒子検出器。
【請求項５】
前記ガラス基板が曲面を有し、前記曲面に沿って前記ガリウム添加酸化亜鉛膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の荷電粒子検出器。
【請求項６】
前記ガリウム添加酸化亜鉛膜は、検出しようとする荷電粒子のガリウム添加酸化膜内における飛程に相当する厚さと同程度の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子検出器。
【請求項７】
前記アルミニウム膜の厚さは、検出しようとする荷電粒子のアルミニウム膜内における飛程に相当する厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１または請求項６に記載の荷電粒子検出器。
【請求項８】
荷電粒子の入射によるガリウム添加酸化亜鉛膜の発光現象を利用して荷電粒子を検出する荷電粒子検出器の作製方法であって、
酸化亜鉛と酸化ガリウムの混合物をスパッタリングしてガラス基板上または金属枠に挟んだガラス基板上にガリウム添加酸化亜鉛膜を形成するステップと、
前記ガリウム添加酸化亜鉛膜を形成した後の前記ガラス基板に、前記ガリウム添加酸化亜鉛膜を覆うように、アルミニウム膜を形成するステップと、
を含むことを特徴とする荷電粒子検出器の作製方法。
【請求項９】
前記アルミニウム膜は、スパッタリングもしくは真空蒸着により形成されることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子検出器の作製方法。
【請求項１０】
前記ガリウム添加酸化亜鉛膜を形成する前に前記ガラス基板上に格子状のマスクを形成するステップを含む請求項８に記載の荷電粒子検出器の作製方法。
【請求項１１】
前記ガラス基板上に前記ガリウム添加酸化亜鉛膜を形成するステップにおいて、スパッタリングは不活性ガスのイオンまたは酸素イオンを用いて行われることを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子検出器。
【請求項１２】
前記ガラス基板上に前記ガリウム添加酸化亜鉛膜を形成するステップは、前記ガラス基板の温度を２００℃から６００℃に保ちながら行うことを特徴とする請求項８に記載の荷電粒子検出器。
【請求項１３】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の荷電粒子検出器と、荷電粒子と中性子とを発生させる中性子発生装置と、発生させた中性子が検査対象物に照射した際に発生するγ線を検出するγ線検出器とを有し、荷電粒子の検出結果とγ線の検出結果に基づいて検査対象物の構成元素を同定するように構成したことを特徴とする荷電粒子検出器を備えた検知装置。
【請求項１４】
検査対象物に中性子を照射する前に前記検査対象物の位置や形状を測定する測定装置を備えることを特徴とする請求項１３に記載の荷電粒子検出器を備えた検知装置。
【請求項１５】
検査対象物の形状を測定するＸ線装置を備え、前記Ｘ線装置は、検査対象物の搬送方向に略直交する面において前記中性子発生装置と同じ面上に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の荷電粒子検出器を備えた検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子を検出する荷電粒子検出器およびその作製方法、ならびにこれを備える検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子を検出するために用いられる荷電粒子検出器としては、ガス検出器、半導体検出器、有機シンチレーション検出器、無機シンチレーション検出器などがある。
【０００３】
このうち、ガス検出器は、放射線がガス中を通過する際に起こす電離作用を利用して動作させるものであり、その動作領域に対応して、電離箱、比例計数管、ガイガミュラー計数管などがある。電離箱は、収集電荷が印加電圧の変化に無関係に一定な領域（電離領域）で動作させる検出器で、出力信号は、荷電粒子のエネルギに比例するので荷電粒子のエネルギ測定が可能である。比例計数管は、荷電粒子によって作られた１次電離電子が２次電離を起こして電荷増倍を起こす領域で動作させる検出器で、この増幅率は、ガスおよび印加電圧を決めれば一定の値となるため、電離箱同様、出力信号が荷電粒子のエネルギに比例するので荷電粒子のエネルギ測定が可能である。ガイガーミュラー計数管は、荷電粒子によって作られた１次電離電子が電子なだれを起こす領域で動作させる検出器で、１次電離電子とは無関係に検出器の電子回路だけで決まる形状と波高を持つ信号を作るため、荷電粒子数を計数することはできるが、荷電粒子のエネルギを測定することはできない。荷電粒子のエネルギ測定が可能な電離箱および比例計数管においても、信号の立ち上がりが数ミリ秒程度と遅いため、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）の測定はできない。
【０００４】
半導体検出器は、本質的には電離箱と同様に動作する検出器で、ガス検出器の電子とイオンの代わりに、半導体中の電子と正孔を用いるものである。他の荷電粒子検出器と比較して優れたエネルギ分解能を持っていることから、高いエネルギ分解能を必要とする測定に主に使用されている。また、ガス検出器と比較して、荷電粒子を検出する領域の厚さが薄いことと、電子と正孔の速度が大きいことから、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）の測定が可能である。しかし、ゲルマニウムやリチウムを拡散させたシリコンを用いた半導体検出器は、測定時に低温に保持する必要があり液体窒素などで連続して冷却しなければならない。また、純度の高いシリコンの表面を酸化させ、その酸化膜の表面に薄い金を蒸着させた電極を取り付けた表面障壁型シリコン検出器は、室温で使用することができるが、放射線欠陥による性能劣化が起こりやすい。例えば、検出面積１ｃｍ２の表面障壁型シリコン検出器を高計数率（１０５個／秒以上）のα粒子計測に用いた場合、３０時間程度の使用で性能劣化が起こることが報告されている。
【０００５】
シンチレーション検出器は、荷電粒子が入射した際に蛍光を発生する物質（シンチレータ）とその蛍光を電気信号に変換および増幅する装置から構成されている。有機物でできているシンチレータを用いた検出器は有機シンチレーション検出器、無機物でできているシンチレータを用いたものは無機シンチレーション検出器とそれぞれ呼ばれている。通常、蛍光を電気信号に変換し、その電気信号を増幅する装置としては、光電子増倍管が用いられる。また、蛍光を電気信号に変換する装置としては、光ダイオードが用いられる。荷電粒子が入射した際に発する蛍光量は、荷電粒子の種類に応じた比例係数を持って、荷電粒子のエネルギにほぼ比例することから、荷電粒子の種類が同定できれば、荷電粒子のエネルギを測定することができる。有機シンチレーション検出器は、非常に早い応答時間を持つことから、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）の測定に使われている。しかし、有機物でできていることから、耐熱温度が１５０℃程度であるため、例えば２００℃の高温雰囲気中に置くことはできない。無機シンチレーション検出器は、耐熱温度が高い（６００℃以上）ため、２００℃以上の高温雰囲気中に置くことができるが、一般には応答時間が遅いことから、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）の測定に使われてこなかった。ところが、無機シンチレーション検出器であっても、ガリウムを添加した酸化亜鉛を用いるものは、非常に応答時間の早い無機シンチレータとして知られており、このシンチレータを用いれば、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）の測定が可能である。しかしながら、ガリウムを添加した酸化亜鉛は、粉末状のものしか得られていなかったため、これをシンチレータに用いるためには粉末を固めるバインダが必要であり、バインダの耐熱性能から、２００℃以上の高温雰囲気中に置くことができなかった。
【０００６】
ここで、例えば、非特許文献１や、特許文献１に例示されるような核融合反応により生成する中性子を用いた爆発物や禁制薬物の検知装置においては、γ線検出器におけるバックグランドを低減するため、および爆発物・禁制薬物の位置を特定するために、核融合反応によって生成する荷電粒子であるα線を検出することが必要とされている。このため、このような検知装置には、荷電粒子を検出する荷電粒子検出器が必要とされる。しかしながら、検知装置が低い誤検知率や、高速な処理を実現するためには、荷電粒子検出器に高耐熱（２００℃以上）、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）などが要求される。また、長時間使用しても性能が劣化しないことが要求される。しかしながら、前記したように、従来の荷電粒子検出器でこのような要求を満たすものは存在しなかった。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｒｅｐｏｒｔ　Ｎｏ．ＡＮＬ／ＲＥ／ＣＰ−８７５９０，ＥＤ　ＲＨＯＤＥＳ、Ｃ．Ｅ．ＤＩＣＫＥＲＭＡＮ，“ＮＥＷ　ＤＥ　ＶＥＬＯＰＭＥＮＴＳ　ＩＮ　ＡＰＳＴＮＧ　ＮＥＵＴＲＯＮ　Ｐ　ＲＯＢＥ　ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ”，Ｎｏｎ−Ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ　　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｅｓｓｉｏｎ　　Ｏｆ　１９９５　ＯＮＤＣＰ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃ　ｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，２４−２７　Ｏｃｔｏｂｅｒ　１９９５，ｐｐ．１−１１．
【特許文献１】
特表平１０−５１０６２１号広報（第１７−１９頁、第５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、耐熱性が高く（２００℃以上）て、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）の測定も可能で、経時変化による劣化が少ない荷電粒子検出器を提供することを目的とする。また、このような荷電粒子検出器を備える高性能な検知装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する手段としては、荷電粒子検出器に、酸化亜鉛と酸化ガリウムの混合物をスパッタリングすることで成膜したガリウム添加酸化亜鉛膜を用いることがあげられる。ガリウム添加酸化亜鉛膜は、非常に応答時間の早い無機シンチレータであるため、高計数率（１０５個／秒以上）、高時間分解能（１ナノ秒以下）の測定も可能である。また粉末を焼成する場合に必要とされるバインダが不必要であり、高耐熱（２００℃から６００℃）や経時変化に対する耐性を確保できる。また、このような荷電粒子検出器を備える検知装置とした。これらの詳細については実施の形態において説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本実施形態における荷電粒子検出器の構成について図１を用いて説明する。なお、荷電粒子検出の具体的な用途については、後に例をあげて説明する。
【００１１】
図１に示す本実施形態の荷電粒子検出器１は、荷電粒子を検出するシンチレーション物質を含む検出素子２に、スパッタリング成膜加工によりガラス基板３上に成膜したガリウム添加酸化亜鉛膜４を用いることを特徴とする。この検出素子２にはガリウム添加酸化亜鉛膜４およびガラス基板３を覆うようにアルミニウム遮光膜５がスパッタリング成膜加工又は蒸着加工により成膜されており、ガラス基板３の裏面、つまりガリウム添加酸化亜鉛膜４の成膜されている面と反対側の面３ａには、光学グリースまたは光学セメントなどを用いて光電子増倍管６の光電面用ガラス窓６ａが密着している。ガラス基板３の側面および光電子増倍管６は、外部からの迷光が入らないように遮光用容器７で覆われている。なお、遮光用容器７の底面には、光電子増倍管６に高電圧を印加したり、光電子増倍管６からの信号を取り出すための端子８が設けられている。
【００１２】
ここで、荷電粒子検出器１において荷電粒子は、アルミニウム遮光膜５を通過してガリウム添加酸化亜鉛膜４に入射する。荷電粒子が入射した部分のガリウム添加酸化亜鉛膜４は蛍光を発し、この蛍光がガラス基板３および光電面用ガラス窓６ａを通して光電子増倍管６の光電面（不図示）に達する。光電面に達した蛍光は光電面で電子に変換され、その電子は光電子増倍管６内で増幅され電気信号となる。その電気信号を端子７を通して取り出して信号の波高値を測定すると、荷電粒子のエネルギを測定できる。
【００１３】
このように荷電粒子の検出に用いられる検出素子２の作製方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すようにガラス基板３上に成膜をする領域を限定するためのマスクＭを施す。ここでは、荷電粒子の検出位置を特定できるように複数の領域に分割する例を示しているがマスクＭの有無や、マスクＭの形状・配置は適宜選択することができる。続いて図２（ｂ）に示すようにスパッタリング成膜加工によりガラス基板３上に、測定する荷電粒子の飛程と同程度の厚さにガリウム添加酸化亜鉛膜４を成膜する。例えば、３．５ＭｅＶ程度のエネルギを持つ荷電粒子の検出器として用いる場合、３．５ＭｅＶの荷電粒子のガリウム添加酸化亜鉛膜における飛程（〜１０μｍ）に相当する程度の厚さに成膜する必要がある。
【００１４】
図２（ｃ）のように、ガリウム添加酸化亜鉛膜４を形成し、マスクＭを取り除いたガラス基板３の上に、アルミニウムを堆積させて、アルミニウム遮光膜５を形成すると検出素子２になる（図２（ｄ），（ｅ）参照）。この検出素子２は、格子状のマスクＭを用いたので検出領域が所定間隔を持って分割されており、２次元のアレイ状になっている。したがって、入射してくる荷電粒子の位置を同定することができ、例えば荷電粒子の飛行方向を推測したり、発生位置を推測したりすることができる。なお、このアルミニウム遮光膜５は、検出したい荷電粒子がそのエネルギをもって同様のアルミニウム膜に入射した場合に、そのような荷電粒子のアルミニウム膜内における飛程に相当する厚さよりも充分薄い必要があり、かつ、遮光膜として用いるため充分な遮光性能を持つ必要がある。したがって、３．５ＭｅＶ程度のエネルギを持つ荷電粒子の遮光用として用いるためには、その厚さを１〜２μｍ程度にする必要がある。このアルミニウム遮光膜５を、蒸着加工で成膜する場合も、同様の厚さにする必要がある。
【００１５】
ここで、本実施形態で使用されるスパッタリング成膜加工法は、例えば、図３に示す装置構成で行う第一の方法と、図４に示す装置構成で行う第二の方法とがあげられる。
【００１６】
第一の方法は図３に示すスパッタリング装置１１により行う。このスパッタリング装置１１は、アースされた陽極１２と、高周波電源１３に接続された陰極１４とを有し、陽極１２側にガラス基板３を保持し、陰極１４側にスパッタリング用のターゲット１５を配置した構成になっている。ターゲット１５は酸化ガリウムもしくはガリウムを添加した酸化亜鉛でも良いし、酸化ガリウムのターゲットと酸化亜鉛のターゲットの二つでも良い。陽極１２と陰極１４との間を不活性ガス（圧力０．１〜１０Ｐａ）で満たしてから、高周波電圧を陰極１４に印加すると両電極１２，１４間に不活性ガスのグロー放電プラズマが発生し、不活性ガスがイオン化する。イオン化した不活性ガス、つまり不活性ガスイオンが陽極１２と陰極１４が作る電場および電磁石１６が作る磁場に従ってターゲット１５に入射し、ターゲット１５をスパッタリングする。スパッタされたターゲット１５の構成物質は、陽極１２と陰極１４が作る電場および電磁石１６が作る磁場にしたがって陽極１２に保持されているガラス基板３およびマスクＭ上に堆積する。ガリウム添加酸化亜鉛を前記したような所定の膜厚に相当する厚さまで堆積させたら電圧の印加を終了し、ガラス基板３を取り出す。
【００１７】
また、第二の方法は図４に示すスパッタリング装置１７により行う。このスパッタリング装置１７は、アースされた陽極１２と、直流電源１８に接続された陰極１４とを有し、陰極１４には複数の電磁石１９が異なる極が隣り合うように間隔を置いて配列されている。陽極１２と陰極１４の間を不活性ガス（圧力０．２〜１．５Ｐａ）で満たし、電圧を陰極１４に印加することで両電極間１２，１４に不活性ガスのグロー放電プラズマが発生する。これによりイオン化した不活性ガスが陽極１２と陰極１４が作る電場および電磁石１９が作る磁場に従って前記と同様なターゲット１５に入射し、ターゲット物質をスパッタリングする。スパッタされたターゲット物質は、陽極１２と陰極１４が作る電場および電磁石１９が作る磁場にしたがって陽極１２上に設置してあるガラス基板３およびマスクＭ上に堆積する。ガリウム添加酸化亜鉛を前記したような所定の膜厚に相当する厚さまで堆積させたら電圧の印加を終了し、ガラス基板３を取り出す。
【００１８】
ここで、第一の方法、および第二の方法は共に、スパッタリングを不活性ガス雰囲気または酸素ガス雰囲気で行うことが望ましい。これは、スパッタリングの際に雰囲気ガスとの反応などによりガリウム添加酸化亜鉛膜４の組成が変化することを防止するためである。特に酸素ガス雰囲気で行うのは、酸素の元素量が不足することを防止するためである。また、ガリウム添加酸化亜鉛膜４およびアルミニウム遮光膜５の形成過程は２００℃以上の高温、好ましくは２００℃から６００℃の範囲で行うと良い。熱安定性の高い膜が得られると共に、膜の堆積速度や膜密度を向上できるからである。
【００１９】
なお、荷電粒子検出器は、例えば図５、図６、または図７に示すように複数の光電子増倍管６を備える構成であっても良い。
図５に示す荷電粒子検出器２１は、一枚のガラス基板３上に間隔を置いてガリウム添加酸化亜鉛膜４をスパッタリング成膜加工した検出素子２２と、各ガリウム添加酸化亜鉛膜４の成膜位置に対応してガラス基板３に光学グリースなどで密着させた複数の光電子増倍管６とを有している。スパッタリング成膜加工は、前記した第一の方法、または第二の方法で行い、各ガリウム添加酸化亜鉛膜４は、図２（ｄ）に示すような２次元アレイ状に形成される。アルミニウム遮光膜５および遮光用容器２７で光電子増倍管６に迷光が混入することを防止するのは前記と同様である。このような荷電粒子検出器２１は荷電粒子の検出部分を大面積化することができる。また、この荷電粒子検出器２１は、真空容器（不図示）への取り付けを容易にするフランジ取付用金属枠２８ａがあらかじめ接合された構成を有している。このフランジ取付用金属枠２８ａは、真空容器に取り付けた場合にフランジ取付用金属枠２８ａとガラス基板３の接合部分から真空が破れないように接合されている。
【００２０】
図６に示す荷電粒子検出器３１は、ガラス基板３上に２次元アレイ状に形成された複数のガリウム添加酸化亜鉛膜４およびアルミニウム遮光膜５を形成した検出素子３２を有している。この検出素子３２において各ガリウム添加酸化亜鉛膜４は、各々の形成間隔が光電子増倍管６の幅よりも狭くなっている。このため、ガラス基板３と光電子増倍管６との間に、光ガイド３３を装着している。この光ガイド３３は、一本または複数本の光ファイバからなり、一端３３ａの端面がガラス基板３の成膜側と反対側の面３ａに光学グリース、光学セメントなどで接着され、他端３３ｂの端面が光電子増倍管６の光電面用ガラス窓６ａに光学グリース、光学セメントなどで接着されている。前記と同様に光電子増倍管６は遮光用容器３７に覆われているが、光ガイド３３の一端３３ａから他端３３ｂに至る側面は遮光加工が施されることが望ましい。このような荷電粒子検出器３１は、光ガイド３３を用いることで、光電子増倍管６の光電面用ガラス窓６ａの大きさがガリウム添加酸化亜鉛膜４に比べて充分大きい場合であってもガリウム添加酸化亜鉛膜４中で発生した蛍光を光電子増倍管６に効率良く運ぶことができる。また、荷電粒子の検出位置を細かく調べたいときにも有益である。なお、この荷電粒子検出器３１および図１の荷電粒子検出器１は、図５に示すようなフランジ取付用金属枠２８ａを備える構成であっても良い。
【００２１】
図７の荷電粒子検出器４１は、曲面を有するガラス基板４３を用い、曲面の内側にスパッタリング成膜加工によるガリウム添加酸化膜４およびアルミニウム遮光膜５を形成した検出素子４２を備えている。２次元アレイ状のガリウム添加酸化亜鉛膜４の個々について、成膜面と反対側のガラス基板４３の面４３ａに光学グリース、光学セメントなどを用いて光電子増倍管６の光電面用ガラス面４６ａを密着させており、個々の光電子増倍管６の側面は、他の光電子増倍管６に入ってくる蛍光が入射してくるのをできるだけ少なく抑えるために遮光が施されている。また、ガラス基板４３の端面や遮光用容器４７に真空容器に取り付けるフランジ取付用金属枠２８ａがあらかじめ接合してある。この荷電粒子検出器４１は、曲面に沿った２次元アレイ状にガリウム添加酸化亜鉛膜４を並べることで、荷電粒子がほぼ一定点から発生する場合、その発生点からの距離が等しくなるようにガリウム添加酸化亜鉛膜４を設置することができる。この場合においてガラス基板４３の曲率は荷電粒子の発生位置およびそこからの距離により決められるが、半球面形状であっても良い。なお、図７において光電子増倍管６は、曲面に対して放射状に配置されているが、前記したような光ガイドを用いることで平行に配列させても良い。
【００２２】
次に、荷電粒子検出器１，２１，３１，４１の用途の一例として、中性子発生装置と共に用いられる場合について図８を用いて説明する。さらに、荷電粒子検出器および中性子発生装置を爆発物の検知装置に適用する場合を図９、図１０を用いて説明する。なお、以下においては図５に示す荷電粒子検出器２１を想定しているが、その他の形態の荷電粒子検出器（例えば、荷電粒子検出器１、荷電粒子検出器３１、あるいは荷電粒子検出器４１）であっても良い。
【００２３】
図８に示す荷電粒子検出器２１は、中性子を発生させる中性子発生装置５１に取り付けられ、中性子に対して約１８０°の位相差をもって放出される荷電粒子を検出することで中性子の飛行方向を特定するために用いられる。荷電粒子を検出することで中性子の飛行方向がわかるのは、荷電粒子の発生位置と検出位置を同定することで荷電粒子の飛行方向がわかり、荷電粒子とほぼ１８０°反対方向に放射される中性子の飛行方向を同定することができるからである。
【００２４】
この中性子発生装置５１は、１０−１Ｐａ以下の減圧雰囲気に保たれ、イオンビームの照射により高速中性子（以下、単に中性子という）および荷電粒子（例えば、Ｈｅの原子核であるα線）を生成するもので、中性子発生管５２の一端に重水素をイオン化するイオン源５３を有し、イオン源５３から加速電極５４で引き出した重水素イオンビームをターゲット５５に照射するようになっている。ターゲット５５はトリチウムが吸蔵された水素吸蔵合金からなり、ターゲット５５に重水素イオンビームが照射されると、重水素とトリチウムとの核融合反応（ＤＴ反応）によって荷電粒子と中性子が発生する。発生した荷電粒子と中性子は、照射位置を中心にしてほぼ１８０°の位相差を持ってそれぞれ放出される。中性子は、ターゲット５５を中心にして荷電粒子検出器２１と反対側の側壁部５２ｂを透過して、放出される。一方、ターゲット５５の表面から放出される荷電粒子は、ターゲット５５に面した開口５２ａを経て荷電粒子検出器２１に到達し、アルミニウム遮光膜５を通過し、ガリウム添加酸化亜鉛膜４に入射する。荷電粒子が入射したガリウム添加酸化亜鉛膜４は蛍光を発し、この蛍光は、ガラス基板３および光電面用ガラス窓６ａ（図６参照）を通して光電子増倍管６の光電面に達する。光電面に達した蛍光は光電面で電子に変換され、その電子は光電子増倍管６内で増幅され電気信号となる。その電気信号を絶縁端子８を通して取り出し、信号の波高値を測定することでα線のエネルギを測定できる。なお、中性子発生装置５１は、重水どうしの核融合反応（ＤＤ反応）により荷電粒子および中性子を発生させる装置構成であっても良い。
【００２５】
本実施形態の荷電粒子検出器２１が取り付けられた中性子発生装置５１の作製過程を簡単に説明する。
荷電粒子検出器２１は、フランジ取付用金属枠２８ａを中性子発生管５１の開口５２ａのフランジ取付用金属枠２８ｂに溶接加工またはボルトにより締め付けで取り付けられている。中性子発生管５２内は前記したように１０−１Ｐａ以下にする必要があるので、フランジ取付用金属枠２８ａ，２８ｂおよびガラス基板３を開口のシールとして真空引きおよびガス出しを行う。このガス出しは中性子発生管５２を所定温度（例えば２００℃）に加熱して行う。このときガラス基板３上のガリウム添加酸化亜鉛膜４も加熱されることになるが、本実施形態のガリウム添加酸化亜鉛膜４はバインダなどを含まないので加熱による劣化はない。なお、光電子増倍管６は一般に耐熱温度が低いので中性子発生管５２の加熱中にはガラス基板３から取り外しておくことが望ましい。
【００２６】
このように、本実施形態の荷電粒子検出器２１を中性子発生装置５１に取り付けると、作製時の高熱に耐えることができる。さらに、アレイ状に配置したガリウム添加酸化亜鉛膜４により中性子の飛行方向を特定することができる。
【００２７】
次に、荷電粒子検出器２１および中性子発生装置５１を爆発物の検知装置に適用する例を説明する。
【００２８】
図９に示す爆発物検知装置６１は、中性子を検査対象物Ｗに照射して、そこから等方的に発生するγ線を検出し、γ線が有するエネルギ値から中性子が照射した物質の元素を同定するものである。その構成は、荷電粒子検出器２１およびその検出信号を処理する荷電粒子信号処理装置６２と、中性子発生装置５１と、γ線の検出を行うγ線検出器６３およびその検出信号を処理するγ線信号処理装置６４と、荷電粒子信号処理装置６２およびγ線信号処理装置６４から出力されるデータの処理を行うデータ処理装置６５と、処理結果を表示する出力装置６６とを有し、図示しない制御装置により統合して制御されている。なお、図９の爆発物検知装置６１は、中性子を照射する前にあらかじめ検査対象物のコンベア６７上での位置や寸法・形状を測定する位置・形状測定装置６８を有している。この位置・形状測定装置６８は爆発物検知装置６１に必須の構成要素ではないが、以下は位置・形状測定装置６８を含む構成として説明する。
【００２９】
荷電粒子信号処理装置６２は、荷電粒子検出器２１から出力される信号から荷電粒子のエネルギに比例する波高と検出位置を示すアナログ信号（荷電粒子波高値信号）を生成する。さらに、荷電粒子を検出した時刻と同時に、または一定の時間的な関係を持つデジタル信号（荷電粒子検出信号）を生成する。荷電粒子検出信号は、荷電粒子を検出したタイミングを知らせる。
【００３０】
γ線信号処理装置６４はγ線検出器６３から入力される信号からγ線のエネルギに比例する波高を持つアナログ信号（γ線波高値信号）を生成する。さらに、γ線を検出した時刻と同時または一定の時間的な関係を持って発生させるデジタル信号（γ線検出信号）を生成させる。γ線検出信号は、γ線を検出したタイミングを知らせるもので、後の処理で荷電粒子と検出タイミングとのマッチングによりγ線の発生位置を特定するために用いられる。
【００３１】
位置・形状測定装置６８は、Ｘ線透過装置またはＸ線ＣＴ装置、あるいはレーザ変位測定装置からなる測定装置６８ａと信号処理を行う測定信号処理装置６８ｂとを有し、検査対象物Ｗのコンベア６７上の位置および寸法・形状を３次元位置データとして出力する。３次元位置データを効率的に取得するためには、検査対象物Ｗの搬送方向に略直交する面において少なくとも２方向からの測定が可能になるように、線源および対応する検出器を配置することが望ましい。
【００３２】
データ処理装置６５は、荷電粒子検出信号およびγ線検出信号からγ線の発生位置を特定し、γ線波高値信号からγ線のエネルギ値を算出し、エネルギ値から検査対象物Ｗの構成元素を同定する。このように、この爆発物検知装置６１はγ線の発生位置を特定できるので、同定される検査対象物Ｗの構成元素が存在する場所を特定することができる。したがって、構成元素の分布などを検査対象物Ｗの形状に合わせて３次元表示させることが可能である。また、特定の元素に着目して存在比を算出したり、リファレンスとして保有する爆発物の元素組成などとマッチングを図ったりする。このようにすると、検査対象物Ｗに爆発物が含まれているか否かを判定し易くなる。なお、ここでは、位置・形状測定装置６８を有するので、検査対象物Ｗの位置や形状を計測結果に応じて各中性子に対してデータ処理をすべきγ線の検出時間を区切り、そのような検出時間帯に検出されたγ線波高値信号からのみエネルギ値を算出する。このようにするとデータ処理量を削減することができる。
【００３３】
また、図１０に示す爆発物検知装置７１のように、検査対象物Ｗの密度分布画像を取得するためのＸ線発生装置およびＸ線計測装置と、前記した中性子発生装置５１およびγ線検出器６３とを、検査対象物Ｗの搬送方向（図１０において紙面に垂直な方法）と垂直な断面に配置しても良い。この爆発物検知装置７１は、図示しない制御装置により統合して制御されており、放射線の遮蔽を兼ねる装置壁７２の同一断面に、Ｘ線発生装置７３およびＸ線検出器アレイ７４および７５を配置し、同じく中性子発生装置５１およびγ線検出器６３を複数配置する。計測するγ線エネルギは数ＭｅＶ以上であり、一方、Ｘ線のエネルギは数１００ｋｅＶ以下であるので、Ｘ線検出器アレイ７４および７５は、γ線を計測しない。一方、γ線検出器６３は、Ｘ線を検出するため、鉛などによるＸ線遮蔽７６を設置し、Ｘ線を遮蔽することによりγ線信号の質を向上させている。
【００３４】
Ｘ線発生装置７３から発生し手荷物を透過したＸ線をＸ線検出器アレイ７４または７５で検出することにより、Ｘ線透過像を得ることが出来る。Ｘ線検出器アレイ７４，７５は１次元アレイであり、検査対象物Ｗが移動することにより２次元の透過像を得る。また、Ｘ線検出器アレイ７４および７５を同時に動作させることにより、２方向の透過像を同時に得ることができる。
【００３５】
爆発物検知装置７１における処理系は、前記した爆発物検知装置６１と同様で、荷電粒子検出器２１からの信号の処理を荷電粒子信号処理装置６２で行い、γ線検出器６３からの信号の処理をγ線信号処理装置６４で行う。また、測定信号処理装置６８ｂは、Ｘ線検出器アレイ７４，７５からの信号を処理し、検査対象物Ｗの透過Ｘ線像を作成するための信号処理を行う。そして、データ処理装置６５でγ線のエネルギスペクトルの演算や、画像処理を行い、出力装置６６に表示させる。この爆発物検知装置７１によれば、同一平面内に配置した各装置により、ほぼ同時に透過Ｘ線像と中性子ＣＴ像とが得られるので、装置を小型化することができる。また、爆発物の検知を迅速に行うことができる。
【００３６】
このように、爆発検知装置６１，７１は、本実施形態の荷電粒子検出器２１を備えることで、γ線の発生位置を特定することが可能になり、爆発物の検知率を向上させることができる。また、荷電粒子検出器２１が時間分解能などに優れるために検知に要する時間を短縮化することができる。これにより空港などの荷物検査に要求される要件である高速度な検査や、低い誤検知率などを実現することが可能になる。
【００３７】
なお、本発明は前記の実施形態に限定されずに広く応用することが可能である。
例えば、ガラス基板３にフランジ取付用金属枠２８ａをあらかじめ取り付けておき、この状態でガリウム添加酸化亜鉛膜４やアルミニウム遮光膜５の形成を行うようにしても良い。ガラス基板３の取り扱いが容易になり、スパッタリング装置１１，１７の陽極１２への取り付けを容易にするという効果も有する。
また、光電子増倍管６の代わりに光ダイオードを使用しても良い。装置の小型化を図ることが可能である。
さらに、荷電粒子検出器１，２１，３１，４１の用途としては、爆発物検知装置６１，７１に限定されずに、その他の検知装置や、分析装置に用いることが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、計数率、時間分解能および耐熱性が高く、経時変化に対しても高い耐性を有する荷電粒子検出器を得ることができる。また、このような荷電粒子検出器を備えることで高性能な検知装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における荷電粒子検出器の構成を示す図である。
【図２】検出素子の作製プロセスを説明する概念図である。
【図３】薄膜形成の一例を示す模式図である。
【図４】薄膜形成の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態における荷電粒子検出器の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における荷電粒子検出器の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における荷電粒子検出器の構成を示す図である。
【図８】中性子発生装置および荷電粒子検出器を示す図である。
【図９】荷電粒子検出器を備える検知装置の構成を示す図である。
【図１０】荷電粒子検出器を備える検知装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１　　荷電粒子検出器
３，４３　　ガラス基板
４　　ガリウム添加酸化亜鉛膜
５　　アルミニウム遮光膜
６　　光電子増倍管
７，２７，３７，４７　　遮光用容器
１１，１７　　スパッタリング装置
２８ａ　フランジ取付用金属枠
３３　　光ガイド
５１　　中性子発生装置
６１，７１　　爆発物検知装置
６３　　γ線検出器
６５　　データ処理装置
６６　　出力装置
６８　　位置・形状測定装置
７３　　Ｘ線発生器
７４，７５　　Ｘ線検出器アレイ
【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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