(57)【要約】【課題】半導体素子を利用した放射線測定装置において不感期間を抑制する。【解決手段】バイアス極性選択回路３０は、２つの半導体素子（素子１，素子２）のうちの一方素子に供給されるバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間（過渡期間）と他方素子に供給されるバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間（過渡期間）とを互いにずらしつつ、２つの半導体素子に供給されるバイアス電圧の極性を切り替える。利用素子選択回路４０は、利用素子として、一方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間（過渡期間）において他方素子を選択し、他方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間（過渡期間）において一方素子を選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの半導体素子を備えた放射線検出部と、
正極性と負極性のバイアス電圧を発生する電圧発生回路と、
前記２つの半導体素子に供給されるバイアス電圧の極性を切り替える極性選択回路と、
前記２つの半導体素子の中から放射線の検出に利用される利用素子を選択する素子選択回路と、
を有し、
前記極性選択回路は、前記２つの半導体素子のうちの一方素子に供給されるバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間と他方素子に供給されるバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間とを互いにずらしつつ、前記２つの半導体素子に供給されるバイアス電圧の極性を切り替え、
前記素子選択回路は、前記利用素子として、前記一方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間において前記他方素子を選択し、前記他方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間において前記一方素子を選択する、
ことを特徴とする放射線測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線測定装置において、
前記素子選択回路を制御して前記一方素子から前記他方素子に前記利用素子を切り替えてから、前記極性選択回路を制御して前記一方素子のバイアス電圧の極性を切り替え、前記一方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間が経過してから、前記素子選択回路を制御して前記他方素子から前記一方素子に前記利用素子を切り替える制御部をさらに有する、
ことを特徴とする放射線測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放射線測定装置において、
前記放射線検出部は、２つのグループに属する複数の半導体素子を備え、
前記２つのグループの複数の半導体素子は、検出中心を基準とする幾何学的な対称性をもって一方グループの各半導体素子と他方グループの各半導体素子が交互に配列され、
前記極性選択回路は、前記一方グループの複数の半導体素子を前記一方素子とし、前記他方グループの複数の半導体素子を前記他方素子として、前記一方グループと前記他方グループの各グループごとに一斉に当該グループの複数の半導体素子に供給されるバイアス電圧の極性を切り替え、
前記素子選択回路は、前記利用素子として、前記一方グループの複数の半導体素子のバイアス電圧の極性が一斉に切り替わる反転期間において前記他方グループの複数の半導体素子を選択し、前記他方グループの複数の半導体素子のバイアス電圧の極性が一斉に切り替わる反転期間において前記一方グループの複数の半導体素子を選択する、
ことを特徴とする放射線測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の放射線測定装置において、
前記２つのグループに属する複数の半導体素子は、前記検出中心を含む検出面上において、前記一方グループの各半導体素子と前記他方グループの各半導体素子を交互に格子状に配列される、
ことを特徴とする放射線測定装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線測定装置において、
前記半導体素子は臭化タリウムである、
ことを特徴とする放射線測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線測定装置に関し、特に、半導体素子を利用して放射線を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線測定装置として、サーベイメータや個人線量計等の装置が知られており、これらの装置には、放射線を検出するセンサとして、小型軽量化に適した半導体素子が多く用いられている。半導体素子を利用した放射線測定装置においては、半導体素子にバイアス電圧が印加され、放射線が入射することにより半導体素子内に生じる電荷（キャリアとしての電子及び正孔）を収集することにより、放射線の検出結果が得られる。
【０００３】
放射線の検出に利用される半導体素子としては、様々な種類の半導体結晶が知られている。それらの半導体結晶の中にはポーラリゼーションが問題となる結晶がある。ポーラリゼーション（polarization）とは、結晶の構造や特性の偏りを意味する。例えば、特許文献１，２には、臭化タリウムを用いた半導体放射線検出器に印加するバイアス電圧の極性を反転させることにより、極性の偏りに伴うポーラリゼーションを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８５８０３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６７９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、特許文献１，２に開示されるように、臭化タリウムを用いた半導体放射線検出器に印加するバイアス電圧の極性を反転させることにより、極性の偏りに伴うポーラリゼーションを抑制することができる。ところが、半導体素子に印加するバイアス電圧を反転させている過渡期間においては、その半導体素子により放射線を検出できないか、又は極めて不安定な検出となる。測定対象期間内に放射線を検出できない不感期間が含まれることは、放射線測定装置として望ましい状態ではない。
【０００６】
本発明の目的は、半導体素子を利用した放射線測定装置において不感期間を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の具体例として好適な放射線測定装置は、少なくとも２つの半導体素子を備えた放射線検出部と、正極性と負極性のバイアス電圧を発生する電圧発生回路と、前記２つの半導体素子に供給されるバイアス電圧の極性を切り替える極性選択回路と、前記２つの半導体素子の中から放射線の検出に利用される利用素子を選択する素子選択回路とを有し、前記極性選択回路は、前記２つの半導体素子のうちの一方素子に供給されるバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間と他方素子に供給されるバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間とを互いにずらしつつ、前記２つの半導体素子に供給されるバイアス電圧の極性を切り替え、前記素子選択回路は、前記利用素子として、前記一方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間において前記他方素子を選択し、前記他方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間において前記一方素子を選択することを特徴とする。
【０００８】
上記放射線測定装置の好適な具体例はサーベイメータであるが、例えば、核医学診断システム（核医学診断装置）に上記放射線測定装置が利用されてもよい。上記放射線測定装置によれば、２つの半導体素子のうちの一方素子と他方素子が互いに相手の反転期間を補うように利用素子として選択されるため、反転期間（過渡期間）に伴う不感期間を軽減しつつ望ましくは不感期間を無くしつつ、連続的に放射線を測定することが可能になる。また、各半導体素子に印加されるバイアス電圧の極性を反転させているため、バイアス電圧の極性が一方に偏ることに伴う各半導体素子のポーラリゼーションを抑制することができる。
【０００９】
望ましい具体例において、前記放射線測定装置は、前記素子選択回路を制御して前記一方素子から前記他方素子に前記利用素子を切り替えてから、前記極性選択回路を制御して前記一方素子のバイアス電圧の極性を切り替え、前記一方素子のバイアス電圧の極性が切り替わる反転期間（過渡期間）が経過してから、前記素子選択回路を制御して前記他方素子から前記一方素子に前記利用素子を切り替える制御部をさらに有する、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい具体例において、前記放射線検出部は、２つのグループに属する複数の半導体素子を備え、前記２つのグループの複数の半導体素子は、検出中心を基準とする幾何学的な対称性をもって一方グループの各半導体素子と他方グループの各半導体素子が交互に配列され、前記極性選択回路は、前記一方グループの複数の半導体素子を前記一方素子とし、前記他方グループの複数の半導体素子を前記他方素子として、前記一方グループと前記他方グループの各グループごとに一斉に当該グループの複数の半導体素子に供給されるバイアス電圧の極性を切り替え、前記素子選択回路は、前記利用素子として、前記一方グループの複数の半導体素子のバイアス電圧の極性が一斉に切り替わる反転期間（過渡期間）において前記他方グループの複数の半導体素子を選択し、前記他方グループの複数の半導体素子のバイアス電圧の極性が一斉に切り替わる反転期間（過渡期間）において前記一方グループの複数の半導体素子を選択することを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記２つのグループに属する複数の半導体素子は、前記検出中心を含む検出面上において、前記一方グループの各半導体素子と前記他方グループの各半導体素子を交互に格子状に配列されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、半導体素子を利用した放射線測定装置において不感期間を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態として好適な放射線測定装置の全体構成図である。
【図２】スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の切り替えタイミングの具体例を示す図である。
【図３】素子アレイの具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態として好適な放射線測定装置の全体構成図である。図１に示す放射線測定装置はサーベイメータである。サーベイメータは可搬型あるいは携帯型の放射線測定装置であり、それはバッテリにより駆動されるものである。サーベイメータを用いて、例えば対象物表面上における放射性汚染箇所が特定され、またその放射性汚染箇所に対して線量等の測定が実行される。放射線を検出する部分と測定結果を表示する部分とが別体で構成されてもよい。
【００１５】
図１において、放射線検出部１０は本実施形態においてγ線を測定する放射線センサである。放射線検出部１０は、少なくとも２つの半導体素子を備えている。図１には、素子１と素子２の２つの半導体素子が図示されている。本実施形態において、半導体素子としては、様々な種類の半導体結晶を利用することができるが、特に臭化タリウム（TlBr）が好適な具体例である。
【００１６】
バイアス電圧発生回路２０は、２つの半導体素子（素子１と素子２）に印加されるバイアス電圧を発生する。バイアス電圧発生回路２０は、正極性のバイアス電圧（正バイアス電圧：＋電圧）と、負極性のバイアス電圧（負バイアス電圧：−電圧）を発生する。正極性のバイアス電圧の具体例は＋５００Ｖ（ボルト）であり、負極性のバイアス電圧の具体例は−５００Ｖ（ボルト）である。
【００１７】
バイアス極性選択回路３０は、２つの半導体素子（素子１と素子２）に供給されるバイアス電圧の極性を切り替える回路であり、２つのスイッチＳＷ２，ＳＷ３を備えている。スイッチＳＷ２により、素子２に印加されるバイアス電圧の極性が切り替えられ、スイッチＳＷ３により、素子１に印加されるバイアス電圧の極性が切り替えられる。なお、素子１と素子２には、それぞれ、抵抗Ｒを介してバイアス電圧が供給される。
【００１８】
利用素子選択回路４０は、２つの半導体素子（素子１と素子２）の中から放射線の検出に利用される利用素子を選択する回路であり、スイッチＳＷ１を備えている。スイッチＳＷ１により、素子１と素子２のいずれかの検出信号（放射線の検出に伴う電荷）が選択され、コンデンサＣにおいて検出信号の直流成分がカットされてプリアンプＰＡに供給される。
【００１９】
プリアンプＰＡは、電子と正孔の両方の検出信号に対応できるアンプであり、プリアンプＰＡにおいて増幅処理された検出信号は、後段の２つの主アンプＭＡ１，ＭＡ２において、さらに増幅処理される。主アンプＭＡ１は非反転型のアンプであり、主アンプＭＡ２は反転型のアンプである。
【００２０】
アンプ選択回路５０は、主アンプＭＡ１と主アンプＭＡ２を選択する回路であり、スイッチＳＷ４を備えている。スイッチＳＷ４は、主アンプＭＡ１から得られる増幅処理後の検出信号と主アンプＭＡ２から得られる増幅処理後の検出信号のいずれかを選択して後段の測定処理部６０へ出力する。
【００２１】
測定処理部６０は、アンプ選択回路５０から得られる検出信号（増幅処理後）に基づいて放射線の測定結果を得る。測定処理部６０は、例えば、検出信号をＡＤ変換処理（アナログデジタル変換処理）して得られるデジタル信号に基づいて、測定結果として、放射線（例えばガンマ線）のエネルギースペクトルを算出する。必要に応じて、そのエネルギースペクトルに基づいて、線量、線量率、積算線量、積算線量率などが算出されてもよい。また、測定処理部６０は、例えば、検出信号に含まれる一定波高値以上の信号を計数して得られるカウント値を得てもよい。
【００２２】
制御部１００は、図１の放射線測定装置内を全体的に制御する。特に制御部１００は、利用素子選択回路４０が備えるスイッチＳＷ１と、バイアス極性選択回路３０が備えるスイッチＳＷ２，ＳＷ３と、アンプ選択回路５０が備えるスイッチＳＷ４の切り替えタイミングを制御する。
【００２３】
図１の放射線測定装置の全体構成は以上のとおりである。次に、図１の放射線測定装置により実現される機能の具体例について詳述する。なお、図１に示した構成（符号を付された各部）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００２４】
図２は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の切り替えタイミングの具体例を示す図である。図２には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４までの各スイッチに係るタイミングチャートが図示されている。
【００２５】
スイッチＳＷ１は、２つの半導体素子（素子１と素子２）の中から放射線の検出に利用される利用素子を選択する。図２に示す具体例においては、時刻ｔ１〜ｔ４の期間で素子１が選択されており、時刻ｔ４で素子１から素子２に切り替えられ、時刻ｔ４〜ｔ７の期間で素子２が選択され、時刻ｔ７で素子２から素子１に切り替えられている。例えば、素子１の選択期間ｔ１〜ｔ４と素子２の選択期間ｔ４〜ｔ７が同じ時間長とされ、つまりデューティー比が５０パーセントとされ、時刻ｔ７以降においても素子１と素子２が交互に切り換えられる。
【００２６】
スイッチＳＷ２は、素子２に印加されるバイアス電圧の極性を切り替える。図２に示す具体例においては、素子２のバイアス電圧が、時刻ｔ２〜ｔ３の反転期間（過渡期間）で正電圧（正極性のバイアス電圧）から負電圧（負極性のバイアス電圧）に切り替えられ、時刻ｔ３〜ｔ８の期間で負電圧に維持され、時刻ｔ８〜ｔ９の反転期間（過渡期間）で負電圧から正電圧に切り替えられて、時刻ｔ９〜ｔ１４の期間で正電圧に維持される。例えば、素子２のバイアス電圧が、負電圧に維持される期間ｔ３〜ｔ８と正電圧に維持される期間ｔ９〜ｔ１４が同じ時間長とされ、つまりデューティー比が５０パーセントとされ、時刻ｔ１４以降においても負電圧と正電圧が交互に切り換えられる。
【００２７】
スイッチＳＷ３は、素子１に印加されるバイアス電圧の極性を切り替える。図２に示す具体例においては、素子１のバイアス電圧が、時刻ｔ５〜ｔ６の反転期間（過渡期間）で負電圧（負極性のバイアス電圧）から正電圧（正極性のバイアス電圧）に切り替えられ、時刻ｔ６〜ｔ１１の期間で正電圧に維持され、時刻ｔ１１〜ｔ１２の反転期間（過渡期間）で正電圧から負電圧に切り替えられ、時刻ｔ１２〜ｔ１７の期間で負電圧に維持される。例えば、素子１のバイアス電圧が、正電圧に維持される期間ｔ６〜ｔ１１と負電圧に維持される期間ｔ１２〜ｔ１７が同じ時間長とされ、つまりデューティー比が５０パーセントとされ、時刻ｔ１７以降においても正電圧と負電圧が交互に切り換えられる。
【００２８】
スイッチＳＷ４は、主アンプＭＡ１と主アンプＭＡ２を交互に選択する。図２に示す具体例においては、時刻ｔ１〜ｔ７の期間で主アンプＭＡ２（反転型）が選択されており、時刻ｔ７で主アンプＭＡ２から主アンプＭＡ１（非反転型）に切り替えられ、時刻ｔ７〜ｔ１３の期間で主アンプＭＡ１が選択され、時刻ｔ１３で主アンプＭＡ１から主アンプＭＡ２に切り替えられている。時刻ｔ１３以降においても、例えばデューティー比５０パーセントで、主アンプＭＡ２と主アンプＭＡ１が交互に選択される。
【００２９】
制御部１００は、利用素子選択回路４０（スイッチＳＷ１）とバイアス極性選択回路３０（スイッチＳＷ２，ＳＷ３）とアンプ選択回路５０（スイッチＳＷ４）を制御することにより、例えば図２に示す具体例を実現する。
【００３０】
制御部１００は、スイッチＳＷ１を制御して時刻ｔ１で素子２から素子１に利用素子を切り替え、例えば所定時間経過後の時刻ｔ２にスイッチＳＷ２を制御して素子２のバイアス電圧の極性を切り替える。その所定時間は０（ｔ１＝ｔ２）であってもよい。そして、制御部１００は、期間ｔ２〜ｔ３の反転期間（過渡期間）が経過してから、時刻ｔ４にスイッチＳＷ１を制御して素子１から素子２に利用素子を切り替える。素子１の選択期間ｔ１〜ｔ４において、スイッチＳＷ３により素子１のバイアス電圧は負電圧に維持される。
【００３１】
制御部１００は、時刻ｔ４にスイッチＳＷ１を制御して素子１から素子２に利用素子を切り替えると、例えば所定時間経過後の時刻ｔ５にスイッチＳＷ３を制御して素子１のバイアス電圧の極性を切り替える。その所定時間は０（ｔ４＝ｔ５）であってもよい。そして、制御部１００は、期間ｔ５〜ｔ６の反転期間（過渡期間）が経過してから、時刻ｔ７にスイッチＳＷ１を制御して素子２から素子１に利用素子を切り替える。素子２の選択期間ｔ４〜ｔ７において、スイッチＳＷ２により素子２のバイアス電圧は負電圧に維持される。
【００３２】
このように、制御部１００は、素子２のバイアス電圧が切り換えられる反転期間（過渡期間）ｔ２〜ｔ３が含まれる選択期間ｔ１〜ｔ４において、素子１のバイアス電圧を負電圧に維持して素子１を選択し、素子１のバイアス電圧が切り換えられる反転期間（過渡期間）ｔ５〜ｔ６が含まれる選択期間ｔ４〜ｔ７において、素子２のバイアス電圧を負電圧に維持して素子２を選択する。
【００３３】
また、制御部１００は、スイッチＳＷ４を制御して時刻ｔ１〜ｔ７において反転型の主アンプＭＡ２を選択する。これにより、時刻ｔ１〜ｔ７においてバイアス電圧を負電圧とされた素子１と素子２から得られる検出信号が反転型の主アンプＭＡ２で増幅処理されて測定処理部６０に送られる。
【００３４】
さらに、制御部１００は、時刻ｔ７にスイッチＳＷ１を制御して素子２から素子１に利用素子を切り替えると、例えば所定時間経過後の時刻ｔ８にスイッチＳＷ２を制御して素子２のバイアス電圧の極性を切り替える。その所定時間は０（ｔ７＝ｔ８）であってもよい。そして、制御部１００は、期間ｔ８〜ｔ９の反転期間（過渡期間）が経過してから、時刻ｔ１０にスイッチＳＷ１を制御して素子１から素子２に利用素子を切り替える。素子１の選択期間ｔ７〜ｔ１０において、スイッチＳＷ３により素子１のバイアス電圧は正電圧に維持される。
【００３５】
制御部１００は、時刻ｔ１０にスイッチＳＷ１を制御して素子１から素子２に利用素子を切り替えると、例えば所定時間経過後の時刻ｔ１１にスイッチＳＷ３を制御して素子１のバイアス電圧の極性を切り替える。その所定時間は０（ｔ１０＝ｔ１１）であってもよい。そして、制御部１００は、期間ｔ１１〜ｔ１２の反転期間（過渡期間）が経過してから、時刻ｔ１３にスイッチＳＷ１を制御して素子２から素子１に利用素子を切り替える。素子２の選択期間ｔ１０〜ｔ１３において、スイッチＳＷ２により素子２のバイアス電圧は正電圧に維持される。
【００３６】
このように、制御部１００は、素子２のバイアス電圧が切り換えられる反転期間（過渡期間）ｔ８〜ｔ９が含まれる選択期間ｔ７〜ｔ１０において、素子１のバイアス電圧を正電圧に維持して素子１を選択し、素子１のバイアス電圧が切り換えられる反転期間（過渡期間）ｔ１１〜ｔ１２が含まれる選択期間ｔ１０〜ｔ１３において、素子２のバイアス電圧を正電圧に維持して素子２を選択する。
【００３７】
また、制御部１００は、スイッチＳＷ４を制御して時刻ｔ７〜ｔ１３において非反転型の主アンプＭＡ１を選択する。これにより、時刻ｔ７〜ｔ１３においてバイアス電圧を正電圧とされた素子１と素子２から得られる検出信号が非反転型の主アンプＭＡ１で増幅処理されて測定処理部６０に送られる。
【００３８】
図２に示すように、時刻ｔ１３以降においても、上述した時刻ｔ１〜ｔ１３まで処理と同様な制御が繰り返される。
【００３９】
図２に示す具体例によれば、素子１と素子２の各々について、正電圧と負電圧のバイアス電圧が交互に、望ましくはデューティー比５０パーセントで印加されるため、素子１と素子２のポーラリゼーション（polarization）が抑制され、望ましくは解消される。
【００４０】
また、素子１と素子２のうちの一方素子に印加されるバイアス電圧の反転期間（過渡期間）に他方素子を利用して放射線が検出されため、バイアス電圧の反転期間（過渡期間）に伴う不感期間を無くすことができる。
【００４１】
放射線検出部１０は、複数の素子１と複数の素子２からなる素子アレイを備えていてもよい。
【００４２】
図３は、素子アレイの具体例を示す図である。図３には、放射線検出部１０の検出面が図示されており、８個の素子１と８個の素子２の合計１６素子による素子アレイが図示されている。
【００４３】
図３の具体例において、８個の素子１と８個の素子２は、検出中心Ｐを含む矩形の検出面内（検出面上）において、各素子１と各素子２を交互に格子状に配列されている。つまり、８個の素子１と８個の素子２は、検出面の検出中心Ｐを通る対角線（破線）を軸としてシンメトリーに（対称的に）配列されている。
【００４４】
図３に示す８個の素子１と８個の素子２は、例えば、図２に示す具体例に従って制御される。つまり、図２の素子１に係るタイミングチャートに従って、図３の８個の素子１が一斉に（一括的に）制御され、図２の素子２に係るタイミングチャートに従って、図３の８個の素子２が一斉に（一括的に）制御される。
【００４５】
これにより、図３に示す具体例において、８個の素子１からなる素子１グループと、８個の素子２からなる素子２グループが交互に利用され、検出面全体（素子アレイ全体）として放射線を検出する中心の位置が検出中心Ｐに維持される。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００４７】
１０  放射線検出部、２０  バイアス電圧発生回路、３０  バイアス極性選択回路、４０  利用素子選択回路、５０  アンプ選択回路、６０  測定処理部。
【図１】
2017015407.tif 000003
【図２】
2017015407.tif 000004
【図３】
2017015407.tif 000005