CN102292654B - 表面污染监测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能以简单的方式重新放置到检查地点的包括手足污染监测器的表面污染监测器。表面污染监测器具有允许将监测器主体进行折叠的折叠机构，包括：基台(1)，其上表面设置有用于测定足部的放射线检测元件(10)；支柱(2)，其设置在基台(1)的上表面的远侧中央；以及上部单元(3)，其固定于支柱(2)的上端部，且设置有用于测定手部的放射线检测元件(10)。折叠机构允许支柱(2)通过设置在支柱(2)的下端部的第一铰链朝基台(1)的上表面弯折，并通过设置在支柱(2)的中间部分的第二铰链朝相反侧弯折，使得在支柱(2)通过第一铰链和第二铰链弯折的状态下上部单元(3)超过基台(1)的端部而突出。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过放射线检测元件对由粘附于受检人员或检查对象物体的表面的放射性物质所辐射的放射线进行检测的表面污染监测器。
背景技术
手足污染监测器是已知常规的表面污染监测器，其安装于处理放射性物质的诸如核电站和医院的设施，以用于对粘附于这种设施中的人员的手、足和衣服上的放射性物质所引起的表面污染进行检查。手足污染监测器对放射性物质所辐射的放射线(α射线、β射线、γ射线)进行测定，并在测定值超过警戒水平时拉响警报，并使得污染区域显示在液晶显示器上。
作为这种手足污染监测器中的放射线检测传感器，例如使用GM计数器、气流计数器和闪烁器型放射线检测器。GM计数器和气流计数器基于放射线的气体电离作用来检测放射线。在闪烁器型放射线检测器中，因放射线而由闪烁器发出的光通过波导进行聚光，聚光后的光通过光电倍增管进行放大，以使得基于放大后的信号来检测放射线(例如，日本专利申请公开No.2003-167059)。
半导体型放射线检测器也作为一般的放射线检测传感器已知。在半导体型放射线检测器中，放射线照射由诸如硅(Si)的半导体构成的放射线检测元件，且因放射线而引起的电离所产生的电荷以电信号的形式被输出，从而检测放射线。
专利文献1：日本专利申请公开No.2003-167059
专利文献2：日本专利申请公开No.S63-193088
手足污染监测器和表面污染监测器不仅被用于对进出处理放射线的设施的人员和物体表面上的放射性物质所引起的污染进行检查，而且根据情况需要，还被用于在设施内的处理放射性物质的地点对放射性物质所引起的表面污染进行初级检查。然而，使用GM计数器、气流计数器、和闪烁器型放射线检测器形式的放射线检测传感器，会产生如下问题：由于放射线检测传感器装置的大尺寸，会导致手足污染监测器或表面污染监测器大且重，无法以简单方式将监测器重新放置到检查地点。
因此，可通过使用具有相对较小装置规模的半导体型放射线检测器作为手足污染监测器中的放射线检测传感器，从而有可能实现较小且较轻的手足污染监测器。而且，期望允许长时间维持放射线检测性能的半导体型放射线检测器，以作为手足污染监测器中的放射线检测传感器。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种能以简单的方式重新放置到检查地点的包括手足污染监测器的表面污染监测器。
本发明的表面污染监测器是一种表面污染监测器，通过放射线检测元件对由粘附于受检人员或检查对象物体的表面的放射性物质所辐射的放射线进行检测，该表面污染监测器包括允许将监测器主体进行折叠的折叠机构。
该表面污染监测器是手足污染监测器，该手足污染监测器通过放射线检测元件对由粘附于受检人员的手、足和/或衣服的表面的放射性物质所辐射的放射线进行检测，该表面污染监测器包括：基台，该基台的上表面设置有用于测定足部的放射线检测元件；支柱，该支柱设置在基台的上表面远侧的中央；以及上部单元，该上部单元固定于支柱的上端部，并在该上部单元上设置有用于测定手部的放射线检测元件，该折叠机构允许通过设置于支柱的下端部的第一铰链将支柱朝基台的上表面弯折，并允许通过设置于支柱的中间部分的第二铰链将支柱朝相反侧弯折，并且在通过第一和第二铰链将支柱弯折的状态下，上部单元超过基台的端部而突出。
在该表面污染监测器中，放射线检测元件包括：半导体基板，其中在第一表面侧上形成有p型半导体层，并在位于第一表面的相反侧的第二表面侧上形成有与p型半导体层接合的n型半导体层；形成在第一表面上的第一电极；形成在第二表面上的第二电极；以及保护膜，该保护膜具有防湿性，且覆盖包括第一电极的整个第一表面。
借助上述特征，可提供一种小且轻重量的手足污染监测器，其使用可长时间维持放射线检测性能的半导体型检测器作为放射线检测传感器。
优选地，该表面污染监测器在放射线检测元件的侧面具有硅树脂层。
本发明允许提供一种能以简单的方式重新放置到检查地点的包括手足污染监测器的表面污染监测器。
附图简述
图1是根据本发明的实施方式的手足污染监测器的立体图。
图2是示出根据本发明的实施方式的包括放射线检测元件的放射线检测单元的示图。
图3是根据本发明的实施方式的放射线检测元件的立体图。
图4是根据本发明的实施方式的放射线检测元件的剖视图。
图5是根据本发明的实施方式的电路块图。
图6是示出根据本发明的实施方式的手足污染监测器的支柱的弯折结构的立体图。
具体实施方式
下面参考附图，详细说明本发明的实施方式。
图1是本实施方式的手足污染监测器的立体图。手足污染监测器包括基台1、设置在基台1的上表面远侧中央的支柱2、以及固定于支柱2的上端部的上部单元3。
足测定单元4形成在基台1的上表面的近侧。左右一对放射线检测单元4a设置在足测定单元4中。被测人员的脚放置在左右一对放射线检测单元4a上。左右一对放射线检测单元4a对由粘附于被测人员的左右脚面的放射性物质所辐射的放射线(α射线、β射线和γ射线)进行检测。下述的接触区域4b设置在左右一对放射线检测单元4a之间。
在支柱2的正面的下端部，设置允许将支柱2朝基台1的上表面弯折的铰链2a。在支柱2的背面的下端部，设置使支柱2垂直于基台1的上表面而竖立的支承部分2b。支柱2包括在支柱2的中间附近连接的下部区域2c和上部区域2d。在下部区域2c的正面联接部上，设置挡块2e，通过使挡块2e与设置于上部区域2d的正面联接部的突起2h(图6)配合，来固定支柱2从而防止支柱2弯折。在下部区域2c和上部区域2d两者的背面联接部，设置允许上部区域2d朝下部区域2c的背面弯折的铰链2f(图6)。在下部区域2c的正面联接部，在挡块2e下方设置下述的间隔件2g。
上部单元3成形为至少比被测人员的手掌要厚的盘状。在上部单元3的上表面的中央部，设置对被测人员的各区域的放射线测定结果进行显示的显示单元5、以及基于放射线测定结果发出警告的蜂鸣器6。在上部单元3中设置左右一对手测定单元7，使得位于显示单元5的侧面。在手测定单元7设置插入被测人员的手的手插入部分7a。在每个手插入部分7a的相对侧面上设置一对放射线检测单元7b。该对放射线检测单元7b对粘附于插入手插入部分7a的被测人员的手掌和/或手背上的放射性物质所辐射的放射线(α射线、β射线和γ射线)进行检测。
在上部单元3的一个侧面，设置允许悬垂衣服测定单元8的钩3a。衣服测定单元8具有基本呈长方体的形状。在衣服测定单元8的一个侧面设置可使被测人员抓住衣服测定单元8的手柄8a，而在另一个相对侧面设置放射线检测单元8b。放射线检测单元8b对由粘附于被测人员的衣服表面的放射性物质所辐射的放射线(α射线、β射线和γ射线)进行检测。
这种手足污染监测器的放射线检测单元4a、7b、8b是半导体型放射线检测器，其中由半导体构成的放射线检测元件10彼此靠近地二维排列。排列在放射线检测单元4a、7b、8b上的放射线检测元件10的数量可适当改变。每个放射线检测单元4a、7b、8b可以是诸如图2所示的多个放射线检测单元50的组合。在图2所示的放射线检测单元50中，四个放射线检测元件10固定于一个基板20。
图3是根据本实施方式的手足污染监测器的放射线检测单元中所包含的放射线检测元件的立体图。如图3所示，放射线检测元件10具有25mm见方平板形状。为了详细描述放射线检测元件10的结构，参考图4说明沿图3的线A的放射线检测元件的截面形状。如图4所示，放射线检测元件10主要包括检测单元11、电路板侧电极12、检测表面侧电极13、作为表面保护层的氮化硅膜14、以及作为侧面保护层的硅树脂层15。
放射线检测元件10的检测单元11由n型半导体基板(这里为n型半导体基板111)构成。在n型半导体基板111的一个主面上设置p-层114。p-层114是具有低杂质浓度即高电阻值的层，并且是用于引起与以下所述的电路板侧电极12欧姆接触的层。p-层114通过将诸如硼等元素扩散到n型硅基板中而形成。
在n型硅基板111的另一个主面上形成p层112。p层112的深度约为几十μm。p层112例如形成如下。首先，在n型硅基板111的另一个主面上，通过溅射等沉积氧化硅膜，氧化硅膜被图案化以使得与p层112的形成区域对应的部分开口，并使用剩下的氧化硅膜作为掩模将诸如硼等元素扩散到露出的n型硅基板中，之后除去氧化硅膜。
在露出于p层112的外侧的n型硅基板111的外侧设置p+层113。p+层113是具有高杂质浓度、即低电阻值的层。p+层113接地，且与电路板侧电极12处于相同电位。通过在p+层113的附近也形成正电场，电子移动。由于电流在该区域不流动，因此防止耗尽层117扩展到侧面。通过这种p+层113的存在，可减小泄漏电流。在n型硅基板111的另一个主面上，通过溅射等沉积氧化硅膜，氧化硅膜被图案化以使得与p+层113的形成区域对应的部分开口，并使用剩下的氧化硅膜作为掩模将诸如硼等元素扩散到露出的n型硅基板111中，之后除去氧化硅膜。
在露出于p层112的外侧的n型硅基板111上形成氧化硅膜115。氧化硅膜115防止由于在露出的n型硅基板111的区域产生极性反转而导致泄漏电流在沿表面的方向上流动。为了形成氧化硅膜115，在n型硅基板111的另一个主面上，通过溅射等沉积氧化硅膜，并使氧化硅膜115图案化，以使其在露出的n型硅基板上保留。氧化硅膜115的上层是吸杂层116。吸杂层116的目的是捕获并除去氧化硅膜层中包含的杂质。吸杂层116通过将磷掺杂到氧化硅膜115中经由表面改性来形成。
电路板侧电极12形成在n型硅基板111的p-层114上。电路板侧电极12例如通过溅射等在p-层114上沉积电极材料而形成。检测表面侧电极13形成在n型硅基板的p层112上。为了形成检测表面侧电极13，例如通过溅射等在p层112上形成沉积电极材料，然后使电极材料图案化以使得在p层112上留下检测表面侧电极13。优选地，检测表面侧电极13是铝等兼作遮光膜的导电膜。
在n型硅基板111的另一个主面侧，形成氮化硅膜14作为表面侧保护层，以使得覆盖该表面。氮化硅膜14的目的在于，在维持放射线检测性能的同时延长放射线检测元件10的寿命。考虑到泄漏电流会由于因高硬度所产生的应力而增大，氮化硅膜14的厚度优选处于0.5μm～1.5μm的范围。氮化硅膜14通过溅射等在n型硅基板111的另一个主面上沉积氮化硅而形成。由以下所述的耐环境测试(加速测试)可知，氮化硅膜是具有优异防湿性的保护膜。除了氮化硅膜以外，也可使用对亚二甲苯基类有机薄膜作为具有类似耐环境性能的保护膜。
在检测单元11的除了上表面(敏感部区域)的侧面区域上，设置硅树脂层15作为侧面保护层。硅树脂层15的目的也是在维持放射线检测性能的同时延长放射线检测元件10的寿命。设置氮化硅膜14和硅树脂层15允许在维持放射线检测性能的同时更可靠地延长放射线检测元件10的寿命。通过用硅树脂涂敷检测单元11的侧面，然后使树脂干燥，来形成硅树脂层15。
在这种检测单元11中，p层112可为非晶硅层。具体而言，可经由在p层形成区域具有开口的掩模在n型硅基板111上通过CVD(化学气相沉积)法，来形成非晶硅膜，从而在n型硅基板111上形成非晶硅p层。
在此，β射线放射线检测元件不仅对β射线而且还对光进行计数(捕获)。结果，同时使用聚酰亚胺等有机膜，其具有遮光性和优异的耐环境性能(渗透性能)且在使用时能防止元件的污染。在具有比β射线更短射程的α射线中，保护膜的厚度只能确保最多大约6μm，因此难以给予保护膜足够的防湿性功能。其结果是，有必要给予形成在放射线检测元件上的保护膜足够的防湿性。因此，包括电极部的整个表面被氮化硅膜(或者对亚二甲苯基类有机薄膜)覆盖，从而给予保护膜足够的防湿性。可通过使用例如铝等的兼作遮光膜的导电膜作为检测表面侧电极13，来实现遮光性。
如图5所示的电路块与上述的放射线检测单元4a、7b、8a连接。图5是本实施方式的手足污染监测器的放射线检测单元的电路块图。如图5所示，对放射线检测单元4a、7b、8a中的每个放射线检测元件10，设置信号处理单元30。信号处理单元30与MPU 40连接。
每个信号处理单元30对由各个放射线检测元件10发出的信号进行放大。MPU 40对通过信号处理单元30放大后的信号进行检测，对检测信号进行计数，并基于计数结果对放射线剂量进行计算。若计算出的放射线剂量超过预定值，则MPU 40控制手足污染监测器的蜂鸣器6以使其发出警告，并控制显示单元5以使其显示关于计算出的放射线剂量超过预定值的污染区域的警告。MPU 40可通过控制来自放射线检测元件10的检测信号的计数范围，来更详细地精确定位污染区域。
下面，参考图1和图4，说明在具有上述结构的手足污染监测器中，对粘附于被测人员的手、足和衣服上的放射性物质所辐射的放射线进行检测的操作。
为了检测粘附于手和/或足的表面的放射性物质，被测人员将双足放置在设置于图1所示的手足污染监测器的足测定单元4中的左右一对放射线检测单元4a上，按下手和/或足测定开始按钮(未示出)，并将双手插入设置于一对手测定单元7的手插入部分7a中。为了检测粘附于衣服表面的放射性物质，在手和/或足的检查之后，被测人员抓住衣服测定单元8的手柄，按下衣服测定开始按钮(未示出)，并使放射线检测单元8b靠近他/她的衣服。
在被测人员按下手和/或足测定开始按钮或衣服测定开始按钮时，电压被施加到排列在放射线检测单元4a、7b、8b上的放射线检测元件10。在图4所示的放射线检测元件10中，若对p层112施加负电压，对n型硅基板111施加正电压，即对pn结施加反向偏压，则在n型硅基板111中形成耗尽层117。耗尽层117是高电阻率和高电场强度的区域。因此，在诸如β射线的放射线照射这种状态下的放射线检测元件10时，在耗尽层117发生电离，致使产生被有效采集的二次电子。这些有效采集的二次电子引起脉冲状的电流信号。通过检测该脉冲状的电流信号，可检测放射线。
在具有上述结构、即形成氮化硅膜14以使其覆盖n型硅基板111的另一个主面的放射线检测元件10中，利用在至少包括检测单元11的侧面的区域设置硅树脂层15的结构，可长时间维持放射线检测性能。具体而言，已发现，在涉及使具有图4所示的结构的放射线检测元件10在85℃和85％RH下暴露且施加了150V反向偏压的加速测试中，可维持泄漏电流不大于目标泄漏电流值150nA(室温)(实际测定值不大于100nA)超过1000小时或更长的时间。
在具有根据本实施方式的结构的放射线检测元件10中，可减小形成充分耗尽层117所需的偏置电压，该充分耗尽层用于有效采集二次电子形式的放射线电离。在p型硅基板中设置n层的结构为了形成充分耗尽层117需要200V偏置电压。在这种结构中必须提高整体的击穿电压性能。与此相对地，在图4所示的结构、即在n型硅基板111中设置p层112的结构中，通过100V或更低的偏置电压便可形成充分耗尽层117。因此从击穿电压的观点来看，图4所示的结构是有利的。
这样，根据本实施方式的手足污染监测器允许提供使用可在长时间维持放射线检测性能的半导体型检测器作为放射线检测传感器的小且轻重量的手足污染监测器。
根据本实施方式的手足污染监测器可采用如下形状，该形状便于在存放或运送到安装地点时通过折叠支柱2进行运输。而且，可减小手足污染监测器所占的空间。图6是示出本实施方式的手足污染监测器的处于弯折状态下的支柱的图。
在图6中，与图1中的支柱2的上部区域2d的突起2h配合的挡块2e现被脱扣，下部区域2c通过铰链2a朝基台1的上表面弯折。下部区域2c的长度以如下方式被限制：在下部区域2c弯折时下部区域2c不突出超过基台1。接触区域4b设置在基台1的足测定单元4的一对放射线检测单元4a之间。接触区域4b的目的在于，在下部区域2c朝基台1的上表面弯折时使得与间隔件2g和下部区域2c的挡块2e接触。设置这种接触区域4b允许在弯折下部区域2c时防止因下部区域2c和放射线检测单元4a之间的接触而引起的对放射线检测元件10的损伤。
在图6中，挡块2e脱扣的上部区域2d通过铰链2f朝下部区域2c的背面弯折。设置在下部区域2c的背面的下端部的支承部分2b容纳在弯折的下部区域2c和上部区域2d之间。上部区域2d的长度被设定成一长度，以使得在上部区域2d弯折时固定于上部区域2d的上端部的上部单元3超过基台1而突出。在基台1的背面，设置有对在上部区域2d弯折时超过基台1而突出的上部单元3进行固定的固定部分1a。固定部分1a通过将固定部分1a与设置在上部单元3的背面的槽(未示出)配合来固定上部单元3。支柱2的可折叠结构允许这种手足污染监测器形成为便于运输手足污染监测器，且允许减小手足污染监测器所占空间的形状。
在本实施方式中，说明了一种手足污染监测器，其利用放射线检测元件10对粘附于受检人员(被测人员)的手和/或足的表面、以及衣服的表面上的放射性物质所辐射的放射线进行检测。然而，本发明还可适用于一种表面污染监测器(例如，洗熨衣物监测器或产品表面污染监测器)，其利用放射线检测元件10对粘附于检查对象物体表面的放射性物质所辐射的放射线进行检测。
本申请基于2009年7月10提交的日本专利申请No.2009-164092，该申请的所有内容通过引用结合于此。
Claims (10)
1.一种表面污染监测器，通过放射线检测元件对由粘附于受检人员或检查对象物体的表面的放射性物质所辐射的放射线进行检测，所述表面污染监测器包括允许将监测器主体进行折叠的折叠机构，其特征在于，
所述表面污染监测器是手足污染监测器，该手足污染监测器通过放射线检测元件对由粘附于受检人员的手、足和/或衣服的表面的放射性物质所辐射的放射线进行检测，所述表面污染监测器包括：
基台，该基台的上表面设置有用于测定足部的放射线检测元件；
支柱，该支柱设置在所述基台的所述上表面远侧的中央；以及
上部单元，该上部单元固定于所述支柱的上端部，并在该上部单元上设置有用于测定手部的放射线检测元件，
所述折叠机构允许通过设置于所述支柱的下端部的第一铰链将所述支柱朝所述基台的所述上表面弯折，并允许通过设置于所述支柱的中间部分的第二铰链将所述支柱朝相反侧弯折，并且
在通过所述第一和第二铰链将所述支柱弯折的状态下，所述上部单元超过所述基台的端部而突出。
2.如权利要求1所述的表面污染监测器，其特征在于，
所述放射线检测元件包括：
半导体基板，其中在第一表面侧上形成有p型半导体层，并在位于所述第一表面的相反侧的第二表面侧上形成有与所述p型半导体层接合的n型半导体层；
形成在所述第一表面上的第一电极；
形成在所述第二表面上的第二电极；以及
保护膜，该保护膜具有防湿性，且覆盖包括所述第一电极的整个所述第一表面。
3.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
具有防湿性的所述保护膜具有氮化硅膜。
4.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
具有防湿性的所述保护膜具有对亚二甲苯基类有机薄膜。
5.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
所述第一电极由具有遮光性的导电膜形成。
6.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
在所述第一表面侧上形成所述n型半导体层的一部分，以包围所述p型半导体层的侧面，
在所述p型半导体层的侧面的外侧，隔着所述n型半导体层，形成另一个p型半导体层，并且
所述另一个p型半导体层与所述第二电极电连接以处于相同电位。
7.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
在形成有所述n型半导体层的区域，在所述第一表面上形成氧化硅膜。
8.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
所述半导体基板为n型半导体基板，且所述p型半导体层为通过向所述n型半导体基板扩散杂质元素而形成的半导体层。
9.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
在所述n型半导体层和所述第二电极之间具有杂质浓度比所述p型半导体层低的p-层。
10.如权利要求2所述的表面污染监测器，其特征在于，
在所述放射线检测元件的侧面具有硅树脂层。
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