(57)【要約】【課題】  小型で方向依存性が低く感度の高い放射線検出器、及び前記放射線検出器を用いた携帯に便利な放射線測定器、及び前記放射線測定器を用いた放射線測定システムを提供すること。【解決手段】  放射線検出器１は、ケース（基板）２と、ケース２上に配置された半導体素子３と、半導体素子３上に形成されたカソード電極４及びアノード電極５と、を備えた検出素子６を複数枚積層して所定の検出空間体積を構成し、複数のカソード電極４及び複数のアノード電極５をそれぞれ互いに電気的に接続している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に配置された半導体素子と、前記半導体素子上に形成されたカソード電極及びアノード電極と、を備えた検出素子を複数枚積層して所定の検出空間体積を構成し、複数の前記カソード電極及び複数の前記アノード電極をそれぞれ互いに電気的に接続したことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記半導体素子の入射検出面積に対する該半導体素子の積算厚みの比（積算厚み／入射検出面積）が、２８〜１００［ｍ−１］であることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記半導体素子が４層以上積層されたことを特徴とする請求項１又は２記載の放射線検出器。
【請求項４】
空間線量率測定用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一記載の放射線検出器。
【請求項５】
空間線量率の高さに応じて検出時間を可変することを特徴とする請求項４記載の放射線検出器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一記載の放射線検出器と、前記放射線検出器が出力する検出信号を増幅する回路と、所定の定数を記憶する記憶手段と、前記回路及び前記記憶手段に接続され、前記増幅された検出信号と前記所定の定数に基づいて少なくとも放射線に関するデータを計算するマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータに内蔵又は外付けされ前記放射線に関するデータを記憶するＲＡＭと、前記マイクロコンピュータによって制御され前記放射線に関するデータを表示する表示部と、電源と、前記放射線検出器、前記回路、前記記憶手段、前記マイクロコンピュータ、前記ＲＡＭ、前記表示部及び前記電源を一体的に収容するケースと、を有することを特徴とする放射線測定器。
【請求項７】
前記記憶手段には空間線量率の高さに応じた検出時間が記憶され、前記放射線検出器は前記検出時間に基づいて放射線検出を行うことを特徴とする請求項６記載の放射線測定器。
【請求項８】
前記放射線測定器は、測定データの安定度を求める安定度演算手段を有し、前記安定度演算手段は前記測定データが安定したことを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項６又は７記載の放射線測定器。
【請求項９】
前記放射線測定器はモード選択手段を有し、標準モードにおいては少なくとも前記データの登録が可能であり、時間管理モードにおいては少なくとも測定可能時間ないし積算線量に関するデータが前記ケースに配した前記表示部に表示可能であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一記載の放射線測定器。
【請求項１０】
測定現場に携帯される請求項６〜９のいずれか一記載の放射線測定器と、前記測定現場から持ち帰られた前記放射線測定器に記憶されたデータを読み取って送信し及び該放射線測定器の前記電源の充電を行うデータ読み取り及び充電器と、前記データ読み取り及び充電器から送信されるデータを受信するハブ情報処理装置と、を備えた現場システムと、前記ハブ情報処理装置からネットワークを介して送信される前記データを受信するセンタ側情報処理装置と、前記情報処理装置に接続されたプリンターと、を備えたセンタ側システムと、を有し、前記センタ側情報処理装置は、複数の前記ハブ情報処理装置から送信される前記データを集約することを特徴とする放射線測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に関し、特に、半導体素子を用いた放射線検出器に関し、中でも線量率測定用の放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を用いて、放射線測定、特に、空間線量率を測定する場合、半導体の厚さが数十〜数百μｍと薄いため、γ線に対する検出効率が低いという問題がある。
【０００３】
そのため、低線量率の場を測定しようとする場合には、半導体検出素子の入射検出面積（いわゆる受光部の面積）を大きくすることが考えられる。しかしながら、入射検出面積を大きくすると、入射検出面と該入射検出面に直交する側面との面積比率が変わるため、放射線の入射方向に対する検出効率が変化して、検出器の方向依存性が高くなるおそれがある。
【０００４】
本出願人等は、空間線量率測定の方向依存性を低くするために、半導体検出素子を多面体状（例えば、正六面体）に組合わせ、色々な方向から入射する放射線に対して入射検出面積が同等になるように工夫した放射線検出器を提案した。
【０００５】
また、本出願人等は、直径２インチの一つのシリコン半導体検出素子を平面方向に四分割して、それぞれに陽極と陰極を設置した空間線量率測定用の放射線検出器を提案した（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５０５５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体検出素子を多面体状（例えば、正六面体）に組合わせることによって、方向依存性は低くなるが、γ線に対する感度を上げることには直接結びつかず、この検出器を用いても低線量率を測定するためには入射検出面積を大きくする必要がある。
【０００８】
また、一つのシリコン半導体検出素子を平面方向に四分割して、それぞれに陽極と陰極を設置することは、γ線に対する感度を上げることには直接結びつかない。
【０００９】
本発明の目的は、携帯に便利なように小型であり、しかも入射方向依存性が低く感度の高い放射線検出器、及び前記放射線検出器を用いた携帯に便利な放射線測定器、及び前記放射線測定器を用いた放射線測定システムを提供することである。さらに装置全体を簡便で安価に構成することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は第１の視点において、基板と、前記基板上に配置された半導体素子と、前記半導体素子上に形成されたカソード電極及びアノード電極と、を備えた検出素子を複数枚積層して所定の検出空間体積を構成し、複数の前記カソード電極及び複数の前記アノード電極をそれぞれ互いに電気的に接続したことを特徴とする放射線検出器を提供する。
【００１１】
本発明の放射線検出器によれば、検出素子を複数枚積層することにより、入射検出面積を実質的に増大される。詳細には、検出素子が積層されたことにより種々の方向から入射する放射線の検出漏れないし放射線の未検出透過が防止される（即ち、入射方向依存性が低く改善される）。この結果、本発明の放射線検出器によれば、低ノイズ、短い検出時間で、高感度な線量率測定を行うことができ、さらに、検出器を小型かつ安価に構成することができる。
【００１２】
さらに、本発明の放射線検出器が入射方向依存性が低く感度の高い理由を説明する。図８は、本発明の放射線検出器の原理を説明するための模式図である。図８を参照すると、本発明の放射線検出器によれば、入射検出面がある正面方向（図中上部方向）から入射し第１層の検出素子６を透過したγ線も、下層の例えば第２層等の検出素子６に捕捉されて検出される。また、第１層の検出素子６をかすめるように斜め方向から入射したγ線も、第１層の検出素子６によって検出されない場合も、次段の第２層以下の検出素子６によって検出される確率が高い。さらに、側面から斜めに入射するγ線も第２層以下の検出素子６によって広範囲に捕捉される。したがって、本発明の放射線検出器は、種々の方向から入射する放射線の検出漏れないし放射線の透過が防止されているため、入射方向依存性が低く感度が高いものである。
【００１３】
本発明は第２の視点において、前記放射線検出器と、前記放射線検出器が出力する検出信号を増幅する回路と、所定の定数を記憶する記憶手段と、前記回路及び前記記憶手段に接続され、前記増幅された検出信号と前記所定の定数に基づいて少なくとも放射線に関するデータを計算するマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータに内蔵又は外付けされ前記放射線に関するデータを記憶するＲＡＭと、前記マイクロコンピュータによって制御され前記放射線に関するデータを表示する表示部と、電源と、前記放射線検出器、前記回路、前記記憶手段、前記マイクロコンピュータ、前記ＲＡＭ、前記表示部及び前記電源を一体的に収容するケースと、を有することを特徴とする放射線測定器を提供する。
【００１４】
前記放射線測定器によれば、従来の電離箱式線量計と同等の測定精度を保持し、小型軽量で携帯に便利な線量計が提供される。
【００１５】
本発明は第３の視点において、前記放射線測定器に記憶されたデータを読み取り送信するデータ読み取り器と、前記データ読み取り器から送信されるデータを受信する情報処理装置と、を有することを特徴とする放射線測定システムを提供する。この測定システムによれば、単に所定の測定値の集計のみならず、測定値に対応して測定位置を記憶し且つ集約することにより、当該領域（建物や設備等）における放射線分布を求めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、小型で、特にγ線に対する感度の高い放射線検出器、それを用いた小型軽量な携帯用放射線測定器、及びそれを用いた放射線測定システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態においては、前記半導体素子の入射検出面積に対する該半導体素子の積算厚みの比（積算厚み／入射検出面積）を、２０〜１００［ｍ−１］とする。例えば、入射検出面（受光面）が正方形であって、入射検出面積が１０×１０−３ｍ×１０×１０−３ｍの場合、積算厚みを２．０×１０−３〜１０×１０−３ｍとする。
本発明の放射線検出器は、好ましくは、前記半導体素子（検出素子）が４層以上ないし２０層に（必要に応じてさらに多層に）積層される。
【００１８】
本発明の放射線検出器は、空間線量率測定用に好適に用いられる。
【００１９】
本発明の実施形態においては、空間線量率の高さに応じて検出時間を可変する。例えば、予備的な測定を行い空間線量率が低い場合には、本測定において検出時間を長く設定し、高い場合には検出時間を短く設定する。このとき、測定誤差を低下させるため、予備的な測定において測定された空間線量率に対して、該空間線量率の大きさに対して予め定められている標準偏差を用いて、検出時間を設定する。
【００２０】
本発明の放射線測定器において、好ましくは、前記記憶手段（ＲＯＭ）には空間線量率の高さに応じた検出時間が記憶され、前記放射線検出器は前記記憶手段に記憶された検出時間に基づいて放射線検出を行う。
【００２１】
本発明の放射線測定器は、好ましくは、測定データの安定度を求める安定度演算手段を有し、前記安定度演算手段は前記測定データが安定したことを前記ケースに配された前記表示部に表示させる。
【００２２】
本発明の放射線測定器において、好ましくは、前記放射線測定器はモード選択手段を有し、標準モードにおいては少なくとも前記データの登録が可能であり、時間管理モードにおいては前記ケースに配された前記表示部に少なくとも作業可能時間ないし積算線量に関するデータが表示可能である。
【００２３】
本発明の実施形態においては、本発明の放射線検出器ないし放射線測定器を用いたシステムが、測定現場に携帯される放射線測定器と、前記測定現場から持ち帰られた前記放射線測定器に記憶されたデータを読み取って送信し及び該放射線測定器の前記電源の充電を行うデータ読み取り及び充電器と、前記データ読み取り及び充電器から送信されるデータを受信するハブ情報処理装置と、を備えた現場システムと、前記ハブ情報処理装置からネットワークを介して送信される前記データを受信するセンタ側情報処理装置と、前記情報処理装置に接続されたプリンターと、を備えたセンタ側システムと、を有し、前記センタ側情報処理装置は、複数の前記ハブ情報処理装置から送信される前記データを集約することを特徴とする。
【実施例１】
【００２４】
図１（Ａ）〜図１（Ｅ）は、本発明の実施例１に係る放射線検出器を説明するための図である。図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は正面図、図１（Ｃ）は右側面図、図１（Ｄ）は背面図、図１（Ｅ）は配線図である。
【００２５】
図１（Ａ）〜図１（Ｅ）を参照すると、本発明の実施例１に係る放射線検出器１は、ケース（基板）２と、ケース２上に配置された半導体素子３と、半導体素子３上に形成されたカソード電極４及びアノード電極５と、を備えた検出素子６を複数枚積層して所定の検出空間体積を構成し、複数のカソード電極４及び複数のアノード電極５をそれぞれ電極接続リード７ａ，７ｂを介して互いに電気的に接続している。
【００２６】
半導体素子として、例えば、浜松ホトニクス社製のＳｉピンダイオードを用いることができる。例えば、入射検出面積（受光面積）は１０×１０−３ｍ×１０×１０−３ｍ、厚み０．５×１０−３ｍのＳｉ半導体素子を４〜２０枚積層する。半導体素子としてＳｉ以外の、例えば、正方形に成形しやすいテルル化カドミウム等の半導体を用いることもできる。
【実施例２】
【００２７】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例２に係る放射線検出器を説明するための図である。図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は正面図、図２（Ｃ）は右側面図である。
【００２８】
図１（Ｂ）を参照すると、前記実施例１に係る放射線検出器においては、基板としてケース２を用いたが、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、本発明の実施例２に係る放射線検出器においては、基板としてシート基板２を用いている。図２（Ｃ）には、複数のカソード電極４及び複数のアノード電極５をそれぞれ互いに電気的に接続する７ａ，７ｂが図示されている。また、検出素子６において、Ｓｉピンフォトダイオード３とシート基板２は接着にて固定されている。カソード電極４及びアノード電極５はボンディングによりシート基板２へ引き出されている。シート基板２に引き出されて、カソード電極４及びアノード電極５はそれぞれ電極接続ライン７ａ，７ｂにより並列に接続される。
【実施例３】
【００２９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例３に係る放射線測定器を説明するための外観図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例３に係る放射線測定器の構成ブロック図である。図５は、本発明の実施例３に係る放射線検出器の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３０】
図３を参照すると、（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例３に係る放射線測定器１０は、種々の部品を内蔵するケース１１と、ケース１１に取付けられた伸縮シャフト１２と、伸縮シャフト先端に配置され放射線検出器１を内蔵する検出部１３と、放射線に関するデータを表示する表示部１４と、各種スイッチ１５〜１８を有している。ケース１１の裏側には、放射線測定器１０を腕時計型に携帯するためのリストホルダ１９が取付けられ、リストホルダ１９にはリストベルト２０が通される。
【００３１】
図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、放射線測定器１０は、放射線検出器１と、放射線検出器１が出力する検出信号を増幅する回路（アンプアンドディスクリミネータ）３１と、放射線測定器１０の半導体素子に供給するバイアス電圧を生成するバイアス電源３２と、バイアス電源３２に電力を供給するＶ２電源と、所定の定数を記憶する記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）４１と、回路３１及び記憶手段４１に接続され、測定レンジを設定するためのスケーラ４３、タイマ４４、演算処理部４５、制御処理部４６を備え、増幅された検出信号と所定の定数に基づいて少なくとも放射線に関するデータを計算するマイクロコンピュータ４２と、マイクロコンピュータ４２に内蔵され前記データを記憶するＲＡＭ４７と、マイクロコンピュータ４２によって制御され放射線に関するデータを表示する表示部（ＬＣＤ表示器）１４（図３（Ａ）参照）と、少なくともマイクロコンピュータ４２を駆動するためのＶ１電源４８と、Ｖ１電源４８ないしＶ２電源３３を介して、放射線検出器１、回路３１、記憶手段４１、マイクロコンピュータ４２及び表示部１４を駆動するための電力を供給するＮｉ−ＭＨ電池４９と、放射線検出器１、回路３１、記憶手段４１、マイクロコンピュータ４２、ＲＡＭ４７、前記表示部及び前記電源を一体的に収容するケースと、を有している。
【００３２】
また、記憶手段４１には空間線量率の高さに応じた検出時間が記憶され、例えば、空間線量率が低い場合には、誤差を減少させるために検出時間を長く設定し、線量率が高い場合には検出時間を短く設定し、放射線検出器１はこの設定された検出時間に基づいて放射線検出を行う。
【００３３】
また、放射線測定器１は、測定データの安定度を求める安定度演算手段として、演算処理部４５にて実行されるプログラムを内蔵し、この安定度演算手段は測定データが安定したことを表示部１４に表示させることができる。
【００３４】
図３（Ａ）〜図４を参照して説明した放射線測定器１０の動作の一例を説明する。さらに、図５を参照すると、放射線測定器１０の電源スイッチ１８がオンすると（Ｓ１）、表示部１４の表示に従い、カーサスイッチ１５によって、標準モード（Ｓ２）、時間管理モード（Ｓ３）、カレンダ合わせモード（Ｓ１０）、後述の登録データ送信（Ｓ１１）を選択することができる。
【００３５】
標準モード（Ｓ２）においては、カーサスイッチ１５、設定スイッチ１６又はデータ記憶・クリアスイッチ１７のオンオフ選択により、データ登録メモリーの選択（Ｓ４）又は測定データの登録（Ｓ５）を行うことができる。
【００３６】
時間管理モード（Ｓ３）においては、設定スイッチ１６とデータ記憶・クリアスイッチ１７のオンオフ選択により、幾何平均計算用データ登録メモリーの選択（Ｓ６）、測定データの登録（Ｓ７）、測定された線量に応じた作業可能時間を示すタイマーモード（Ｓ８）、積算線量モード（Ｓ９）のいずれか選択的に実行することができる。
【００３７】
図１に示した放射線検出器を内蔵する図３及び図４に示した放射線測定器を用い、福島第一原子力発電所１号機放射線計測器校正装置室において、測定器を密封線源１３７Ｃｓに対して正面方向に配置して、γ線の線量測定実験を行ったところ、従来の大型の電離箱式線量計と同等の測定精度が得られた。
【実施例４】
【００３８】
図６は、本発明の実施例４に係る放射線検出器を説明するための図であって、図３に示した伸縮シャフト１２に適用可能な伸縮シャフト１２を示している。
【００３９】
図６を参照すると、伸縮シャフト１２はそれぞれ金属パイプ製の先端部１２ａ、中間部１２ｂ及び基部１２ｃから構成され、先端部１２ａと中間部１２ｂの電気的接続はスライド式電極１２ｄによって行われ、中間部１２ｂと基部１２ｃの電気的接続はスライド式電極１２ｅによって行われている。
【００４０】
この伸縮シャフト１２によれば、狭い空間へ放射線測定器１を挿入して放射線測定を行うことができると共に、放射線検出器１から放射線測定器１０の本体側へのデータ送信において、ノイズ信号の混入を高度に防止することができる。
【実施例５】
【００４１】
図７は、本発明の実施例５に係る放射線検出システムを説明するための図である。
【００４２】
図７の左側（作業現場側のシステム）を参照すると、本発明の実施例５に係る放射線検出システムは、測定現場に携帯される本発明の放射線測定器１０と、前記測定現場から持ち帰られた放射線検出器１０から放射線検出器１０によって測定されたデータを読み取って送信し及び放射線測定器１０の充電を行うデータ読み取り及び充電器６１と、データ読み取り及び充電器６１から送信されるデータを受信する第１のパーソナルコンピュータ（ハブ情報処理装置）６２と、を備えた現場システムを有する。
【００４３】
図７の右側（作業現場側）を参照すると、本発明の実施例３に係る事務所側の放射線検出システムは、第１のパーソナルコンピュータ（ハブ情報処理装置）６２からＬＡＮ６３などの通信網を通じて送信される測定データを受信する第２のパーソナルコンピュータ（センタ側情報処理装置）６４と、第２のパーソナルコンピュータ６４によって加工された測定データを印刷可能なプリンター６５を有する。
【００４４】
各事務所に設置される第１のパーソナルコンピュータ（ハブ情報処理装置）６２は、複数の測定箇所の放射線測定データを集約し、さらに、センタに設置される第２のパーソナルコンピュータ（センタ側情報処理装置）６４は、複数の第１のパーソナルコンピュータ（ハブ情報処理装置）６２から送信される前記データを集約する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の放射線検出器は、原子力発電所等における空間線量率測定用の検出器として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の実施例１に係る放射線検出器を説明するための図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例２に係る放射線検出器を説明するための図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例３に係る放射線測定器を説明するための外観図である。
【図４】本発明の実施例３に係る放射線測定器の構成ブロック図である。
【図５】本発明の実施例３に係る放射線検出器の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施例４に係る放射線検出器を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例５に係る放射線検出システムを説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の放射線検出器の原理を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  放射線検出器
２  基板、ケース、シート基板
３  半導体素子，Ｓｉピンフォトダイオード
４  カソード電極
５  アノード電極
６  検出素子
７ａ，７ｂ  電極接続リード，電極接続ライン
１０  放射線測定器
１１  ケース
１２  伸縮シャフト
１２ａ  先端部
１２ｂ  中間部
１２ｃ  基部
１２ｄ  スライド式電極
１２ｅ  スライド式電極
１３  検出部
１４  表示部（ＬＣＤ表示器）
１５〜１８  各種スイッチ
１９  リストホルダ
２０  リストベルト
３１  回路（アンプアンドディスクリミネータ）
３２  バイアス電源
３３  Ｖ２電源
４１  記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）
４２  マイクロコンピュータ
４３  スケーラ
４４  タイマ
４５  演算処理部
４６  制御処理部
４７  ＲＡＭ
４８  Ｖ１電源
４９  Ｎｉ−ＭＨ電池
５０  現場システム
５１  センタ側システム
６１  データ読み取り器
６２  第１のパーソナルコンピュータ（ハブ情報処理装置）
６３  ＬＡＮ
６４  第２のパーソナルコンピュータ（センタ側情報処理装置）
６５  プリンター
【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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