CN103430049A

CN103430049A - 放射线检测装置

Info

Publication number: CN103430049A
Application number: CN2012800130150A
Authority: CN
Inventors: 新谷庸一; 村井隆一; 村田充弘; 前田智之
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-12-04
Also published as: JP5559934B2; JPWO2013132556A1; US8835863B2; US20140084177A1; WO2013132556A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种放射线检测装置，能够以简单的结构对低剂量的放射线进行测定。该装置在封入了用于放射线检测的气体的密闭空间内，形成一对电极，以及覆盖所述一对电极的由电介质材料构成的绝缘体层，并构成放射线传感器，所述放射线传感器在放射线检测期间，向所述一对电极之间施加预定电压，通过由入射的放射线对所述气体进行电离并生成的离子和/或者电子，将电荷积蓄在所述绝缘体层上，并且在放射线测定时，测定由于施加与所述放射线检测期间向所述一对电极施加的电压反向偏置的电压从而产生的放电的开始电压。

Description

放射线检测装置

技术领域

本申请涉及一种放射线检测装置，特别涉及通过收集放射线所电离的气体的电子和离子，从而检测放射线量的放射线检测装置。

背景技术

通过收集由放射线所电离的气体的电子和离子，从而检测放射线量的放射线检测装置，其在封入了气体的容器内具有阴极和阳极2个电极，通过向该2个电极之间施加电压，并将放射线所电离的气体的电子和离子收集到电极，从而进行放射线量的检测。

作为这样的放射线检测装置，将具有如下电压·电极结构的称为电离室法，其向阴极-阳极之间施加的电压为不使放射线产生的气体电离信号放大的范围，将具有如下电压·电极结构的称为比例系数法，其向阳极周边施加高电场引起电子雪崩使得信号放大。

作为以往的放射线检测装置，有通过如下方式构成的放射线检测装置：在作为阴极的密闭的圆筒状容器中心，配置细线状的阳极，同时在容器内封入电离气体，例如添加了有机气体的氩气（Ar）。该放射线检测装置，在容器内，放射线将电离气体电离，生成的电子和离子通过在阴极-阳极之间施加的电场进行移动。此时，尤其电子会在阳极附近发生电子雪崩，放射线被计数为较大的脉冲信号。

另外，有这样的放射线检测装置：根据测定的放射线如X射线、γ射线的能量，转换用于放射线检测装置的电离气体的种类，进行放射线量的检测。例如，检测出低能量的X射线时，使用吸收系数较大、且原子序号较大的元素的气体。另一方面，有这样的放射线检测装置：在检测出中子束时，由于中子束不会电离气体，因此对电离气体使用与中子束发生核反应并产生带电粒子的氦（He₃）和三氟化硼（BF₃）等气体。另外，有如下构成的放射线检测装置：在用作阴极的容器内，涂敷了硼10（B₁₀）和铀235（U₂₃₅）等，由此变换成带电粒子并起到同样的电离作用，从而检测中子束（参照专利文献1、专利文献2、专利文献3）。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平07-169438号公报

专利文献2：日本特开2002-181948号公报

专利文献3：日本特开2002-14171号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，从高效地检测低剂量放射线的观点看来，上述以往的放射线检测装置都不够完善。

本发明的目的在于，提供一种解决这样的现状的课题，能够以简单的结构进行低剂量放射线的测定的放射线检测装置。

用于解决问题的手段

为了解决这样的课题，本发明中公开的放射线检测装置，其特征在于，在封入了用于放射线检测的气体的密闭空间内，形成一对电极，以及覆盖所述一对电极的电介质材料构成的绝缘体层，并构成放射线传感器，所述放射线传感器在放射线检测期间，向所述一对电极之间施加预定电压，通过由入射的放射线电离所述气体而生成的离子和/或者电子，将电荷积蓄在所述绝缘体层上，并且在放射线测定时，测定由于施加与所述放射线检测期间向所述一对电极施加的电压反向偏置的电压从而发生放电的开始电压。

发明效果

根据本发明中公开的放射线检测装置，在放射线检测期间内，利用对应放射线量而积蓄在第1传感器基板的绝缘体层和第2传感器基板的绝缘体层上的电荷量，测定放电开始的电压降低量，由此能够测定在放射线检测期间检测的放射线量。因此，能够实现结构简单，并且也能够对低剂量放射线进行测定的放射线检测装置。

附图说明

图1是表示涉及本实施方式的放射线检测装置的放射线传感器的截面图。

图2是用于说明涉及本实施方式的放射线检测装置的动作原理的图。

图3表示在涉及本实施方式的放射线检测装置中，在放射线检测期间以及测定期间内的施加电压的关系的电压波形图。

图4是用于说明在本实施方式的放射线检测装置中，放射线的测定周期的电压波形图。

图5是用于说明在本实施方式的放射线检测装置中，放射线的测定周期的图。

图6是用于说明在本实施方式的放射线检测装置中，放射线的测定周期的图。

图7是表示涉及本实施方式的放射线检测装置的放射线传感器的其它结构例的分解立体图。

具体实施方式

下面，利用附图对本发明中公开的放射线检测装置的一个实施方式进行说明。

图1是表示涉及本实施方式的放射线检测装置的放射线传感器部分的示意结构的截面图。

如图1所示，在本实施方式的放射线检测装置的放射线传感器部中，第1传感器基板1和第2传感器基板2被相对配置为通过在它们之间放入由玻璃构成的作为连接部件的隔离物3从而空出预定间隔。另外，通过利用密封材料4对第1传感器基板1以及第2传感器基板2与隔离物3之间进行密封，从而形成密闭空间5。

放射线传感器构成为：将从He、Ne、Ar、Kr、Xe中选择的一种以上的气体，作为放射线检测气体装入该密闭空间5，该放射线检测气体由透射过第1传感器基板1以及第2传感器基板2的放射线A，如X线、γ线所电离。而且，也可以根据需要使放射线所电离的气体含有有机气体等。

第1传感器基板1和第2传感器基板2分别在由钠玻璃构成的可透射放射线的绝缘性基板6、7上，形成由Ag构成的电极8、9，并且在绝缘性基板6、7上形成由无铅电介质材料构成的绝缘体层10、11，以覆盖电极8、9。

在本实施方式的放射线检测装置中，作为构成绝缘体层10、11的不含铅的无铅电介质材料，以三氧化二铋（Bi₂O₃）、氧化锌（ZnO）、氧化硼（B₂O₃）为主要成分，使用通过使其主要成分含有氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、氧化钙（CaO）、氧化锶（SrO）、氧化钡（BaO）、氧化钼（MoO₃）、氧化钨（WO₃）、氧化铈（CeO₂）等从而构成的无铅气体电介质材料。

更具体地，通过湿式喷射研磨机或者球磨机，将由这些组成成分构成的电介质材料粉碎并制成平均粒子半径为0.5μｍ-2.5μｍ的电解质材料粉末，接着用三辊将此电介质材料粉末与粘结剂成分充分混炼，制成涂膜用或者印刷用的电介质层用糊料。此外，也可以使用乙基纤维素，或者含有1%重量-20%重量的丙烯酸树脂的松油醇，或者二甘醇一丁醚乙酸酯，作为粘结剂成分。另外，也可以根据需要在糊料中添加邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯作为增塑剂，也可以添加甘油单油酸酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、HOMOGENOL(聚羧酸型表面活性剂，花王株式会社的产品名称)、烷基烯丙基磷酸酯等作为分散剂，从而提高印印刷性。

利用丝网印刷法或者涂料法将这样制成的电介质糊料进行印刷并使其干燥，然后，通过以稍高于电介质的软化点的温度550℃-590℃进行烧制，从而形成绝缘体层10、11。此外，关于绝缘体层10、11的膜厚，优选的是约40μm左右。

接着，利用图2对涉及本实施方式的放射线检测装置的放射线量的检测动作原理进行说明。

首先，如图2（a）所示，以第1传感器基板1的电极8一侧为正极、第2传感器基板2的电极9一侧为负极，向图1示出的放射线传感器施加几百V的电压V。在此状态下，一旦放射线A进入密闭空间5，放射线传感器的密闭空间5内的气体就会电离，生成电子（-）·离子（+）对。

如图2（b）所示，通过施加在放射线传感器的第1传感器基板1的电极8与第2传感器基板2的电极9之间的电场，该生成的电子·离子在第1传感器基板1的绝缘体层10一侧积蓄负电荷，并且在第2传感器基板2的绝缘体层11一侧积蓄正电荷。此时，由于仅在第1传感器基板1的绝缘体层10以及第2传感器基板2的绝缘体层11上积蓄电荷，电流不流通。

此图2（a）、图2（b）所示的期间为放射线检测期间，根据进入密闭空间5内的放射线量，积蓄在第1传感器基板1的绝缘体层10和第2传感器基板2的绝缘体层11上的电荷量会产生差异。

接着，在放射线测定时，对检测的放射线量进行测定时，如图2（c）所示，与图2（a）相反，施加以第1传感器基板1的电极8一侧为负极，第2传感器基板2的电极9一侧为正极的几百V的反向偏置电压V'，使第1传感器基板1与第2传感器基板2之间产生放电。此时，根据积蓄在第1传感器基板1的绝缘体层10与第2传感器基板2的绝缘体层11上的电荷量，即放射线检测期间检测的放射线量，以低电压开始放电。通过测定该放电开始时的电压降低量，能够测定在放射线检测期间检测的放射线量。

更详细地说明，在放射线检测期间的积蓄期间结束时，在绝缘体层10、11的表面上积蓄有与放射线量成正比例并与施加电压极性相反的一定量的电荷。为了测定该电荷，向电极8、9之间施加与积蓄期间反向偏置的电压V'，则在气体空间（密闭空间）中就会产生施加电压+积蓄电压（积蓄电荷产生的电压）部分的电场。与无积蓄电压的情况相比，因为以低电压产生放电，所以通过测定该电压差能够对积蓄电压进行测定。

例如，设向放射线测定时的第1传感器基板1的电极8和第2传感器基板2的电极9施加的电压为施加电压为V₀，积蓄电压为V，放电开始电压为V_f时，V_f=V₀+V。此时，将放射线测定时作为具有预定期间的放射线测定期间，通过以阶段状或者脉冲状提高该放射线测定期间内的施加电压V₀，如果以放电发光或者电流信号等方式观察放电产生的时机，则能够测定V₀。由于V_f是由放射线测定装置的构造和气体的组成所决定的值，因此能够求出积蓄电压V。

另外，通过积蓄电压V与绝缘体层10、11的电容C和积蓄电荷Q之间的Q=CV的关系，只要知道形成绝缘体层10、11的电介质材料、厚度、以及电极形状，就能够计算容量，因此可以求出与放射线量成正比的积蓄电荷Q。

如上所述，在涉及本实施方式的放射线检测装置中，将第1传感器基板1以及第2传感器基板2空出预定间隔并相对配置而形成的密闭空间5内，具有封入了用于放射线检测的气体而构成的放射线传感器。放射线传感器的第1传感器基板1和第2传感器基板2通过如下方式构成：分别在可透射放射线的绝缘性基板6、7（在图2中省略了图示）上形成一对电极8、9，并且在绝缘性基板6、7上形成由电介质材料构成的绝缘体层10、11，以覆盖所述电极8、9。并且，在放射线检测期间，利用在第1传感器基板1的绝缘体层10与第2传感器基板2的绝缘体层11上积蓄的电荷量随放射线量变化的特点，在使第1传感器基板1和第2传感器基板2之间产生放电的放射线检测期间，通过测定放电开始时的电压降低量，能够测定在放射线检测期间检测的放射线量。

图3为在涉及本实施方式的放射线检测装置中，表示放射线检测期间以及放射线测定期间内的施加电压的电压波形图。

在图3中，细实线21为图2（a）所示的向第1传感器基板1的电极8施加的电压波形，粗实线22是向作为放射线A的入射侧的第2传感器基板2的电极9施加的电压波形。另外，T1是放射线检测期间，T2是放射线测定期间。

在图3中，如用虚线边框所圈出的，本实施方式的放射线检测装置构成为：在放射线测定期间T2内，向第1传感器基板1的电极8和第2传感器基板2的电极9施加与放射线测定期间T1反向偏置的电压时，在该期间内施加电压逐渐变化的倾斜电压波形21a、22a。

即，在放射线测定期间T2内，施加在第1传感器基板1的电极8一侧的电压波形21，是施加电压逐渐降低并成为负电位的倾斜电压波形21a，施加在作为放射线A的入射侧的第2传感器基板2的电极9一侧的电压波形22，是施加电压逐渐上升并成为正电位的倾斜电压波形22a。

这样，在本实施方式的放射线测定装置中，在放射线测定期间T2内，向第1传感器基板1的电极8和第2传感器基板2的电极9施加与放射线测定期间T1反向偏置的电压时，施加电压逐渐变化的倾斜电压波形21a、22a。由此，如图2中所作的说明，在通过测定放电发生时的电压从而测定积蓄的放射线量的情况下，与施加陡峭的脉冲波形的电压并测定的情况相比，通过控制倾斜电压波形的倾斜，能够简单地、高精度地进行放电发生电压的测定。另外，由于倾斜电压波形是电压值随着施加时间变化的波形，因此能够将放电发生的电压转换为施加时间来测定，能够轻易地实现将检测结果数字化表示时的电路结构。

图4、图5、图6用于说明涉及本实施方式的放射线检测装置的测定周期。图4表示本实施方式的放射线检测装置的测定周期中的施加电压的电压波形图，图5、图6用于说明图4所示的各个测定周期中的放射线检测装置的动作的示意图。图5的（1）-（4）、图6的（5）-（9）分别表示与作为图4中（1）-（9）示出的状态相对应的动作。

如图4所示，在涉及本实施方式的放射线检测装置中，放射线测定的1个周期由放射线检测期间T1、放射线测定期间T2以及复位期间T3构成。

在放射线检测期间T1的检测期间初期（1）内，由于只施加了以第1传感器基板1的电极8一侧为正、第2传感器基板2的电极9一侧为负的几百V的电压，放射线处于无法入射到放射线传感器的状态，因此放射线的电荷处于无法积蓄到第1传感器基板1、第2传感器基板2的绝缘体层10、11的状态。

在放射线检测期间T1的检测期间中期（2）内，一旦放射线A入射进来，放射线传感器的密闭空间5内的气体就会被电离，生成电子·离子对，通过在第1传感器基板1的电极8与第2传感器基板2的电极9之间施加的电场，负电荷逐渐积蓄到第1传感器基板1的绝缘体层10一侧，并且正电荷逐渐积蓄到第2传感器基板2的绝缘体层11一侧。此外，在放射线检测期间T1的检测期间中期（3）内，一旦放射线A入射进来，电荷就会增加并积蓄到第1传感器基板1的绝缘体层10以及第2传感器基板2的绝缘体层11。

在放射线检测期间T1的检测期间结束（4）内，与入射的放射线量成正比例的电荷就会变成积蓄在第1传感器基板1的绝缘体层10以及第2传感器基板2的绝缘体层11上的状态。

接着，在测定检测的放射线量的放射线测定期间T2的测定期间初期（5）内，施加以第1传感器基板1的电极8一侧为负，第2传感器基板2的电极9一侧为正的几百V的反向偏置电压。此时，如图4所示，施加倾斜电压波形21a、22a。

然后，在放射线测定期间T2的测定期间中期（6）内，通过施加电压+积蓄电压（积蓄电荷产生的电压）的电场发生放电。如上所述，此时与无积蓄电压的情况相比，由于以低电压发生发电，因此通过测定电压差，能够根据积蓄的放射线量测定积蓄电压。在该测定结束的放射线测定期间T2的测定期间后期（7）内，由于在测定期间中期（6）内发生了放电，正电荷积蓄到第1传感器基板1的绝缘体层10一侧，同时负电荷积蓄到第2传感器基板2的绝缘体层11一侧。

此处，放射线测定期间T2结束后，设置复位期间T3使得放射线传感器内的电荷恢复到放射线检测期间T1的初始状态。在复位期间T3的复位时（8）内，以第1传感器基板1的电极8和第2传感器基板2的电极9为接地电位，由此根据积蓄在第1传感器基板1的绝缘体层10和第2传感器基板2的绝缘体层11的电荷发生微小放电，在复位后（9）内，积蓄在放射线传感器的第1传感器基板1的绝缘体层10以及第2传感器基板2的绝缘体层11上的电荷被消除，恢复到初始状态。即，复位期间T3是使电荷调整的放电发生的期间，该电荷调整是将第1传感器基板1的绝缘体层10、以及第2传感器基板2的绝缘体层11上的电荷调整到放射线入射前的状态。

以上动作动作是测定周期的1个周期。

此处，在该测定周期内，测定放射线的1个周期中的放射线检测期间T1优选的是可根据放射线量而变化，在放射线量多的情况下，进一步优选的是，缩短积蓄期间减少滞留电荷量。与此相反，放射线量为低剂量时，通过尽量延长积蓄期间，能够增加入射的放射线，并提高灵敏度。优选例如几百μｓ-几百ｓ左右作为可变的积蓄期间。另外，放射线测定期间T2优选的是几十μｓ-几mｓ左右。

图7是表示在涉及本实施方式的放射线检测装置中，传感器部分的其它结构例的分解立体图。

该图7所示的其它结构例的放射线检测装置构成为：形成多个传感器部，并将该传感器部以m列n行的方式二维配置成矩阵状。

如图7所示，在第1传感器基板31与第2传感器基板32之间放入由玻璃构成的井字形的隔离物33，从而空出预定间隔并相对配置，并且用密封材料（未图示）对第1传感器基板31以及第2传感器基板32与间隔物33之间进行密封，由此形成了多个密闭空间34。

在该密闭空间34内，通过以下方式构成多个传感器部35：对从He、Ne、Ar、Kr、Xe中选择一种以上的气体进行密封，该气体是由透过第1传感器基板31以及第2传感器基板32的例如X射线、γ射线的放射线A所电离的气体。

第1传感器基板31以及第2传感器基板32分别在由钠玻璃构成的可透射放射线的绝缘性基板36、37上，形成有由Ag构成的多根线上的电极38、39，该电极38、39在形成有在所述传感器部35的密闭空间34内直交，并且在绝缘性基板36、37上形成有由无铅电介质材料构成的绝缘体层40、41，以覆盖电极38、39。另外，关于形成绝缘体层40、41的电介质材料、形成方法，可使用图1所示的，与本实施方式的放射线检测装置的情况相同的材料、形成方法。

由此，使用在二维上以排列多个传感器部35的方式构成的放射线传感器对放射线进行测定时，在图4所示的测定周期内，通过依次向各传感器部35施加电压波形，能够与图1所示的传感器部一样，在各个传感器部35上对放射线量进行测定。

另外，如图7所示的涉及变形例的放射线测定装置，通过将多个传感器部35二维配置成矩阵形状而构成传感器，能够对传感器部35的位置的差别导致的放射线量差异量进行测定，因此能够测定放射线的入射方向。

此外，通过加上在多个传感器部35上检测出的放射线量，也能够提高作为放射线检测装置的敏感度。

另外，在上述说明中，示出了所述第1传感器基板以及第2传感器基板是分别使用了由钠玻璃构成的可透射放射线的绝缘性基板的例子，但是传感器基板的结构例不仅限于此。例如，可以使用在金属制基板的表面上形成玻璃或树脂等的绝缘体材料制成的绝缘性基板，或者也可以将至少一方在金属制基板的表面上形成了玻璃或者树脂等的绝缘体材料的绝缘体基板作为绝缘性基板。

以上，在涉及本实施方式的放射线检测装置中，在封入了用于放射线检测的气体的密闭空间5内，形成一对电极8、9，以及覆盖该一对电极8、9的由无铅的电介质材料构成的绝缘体层10、11，从而构成放射线传感器。并且，在放射线检测期间内，该放射线传感器向一对电极8、9之间施加预定电压，通过由入射的放射线对气体进行电离并生成的离子和/或者电子，将电荷积蓄至绝缘体层10、11，并且在放射线测定时，测定由于施加与放射线检测期间向一对电极8、9施加的电压反向偏置的电压从而产生的放电的开始电压。因此，能够实现一种放射线检测装置，在放射线检测期间内，利用根据放射线量而积蓄在绝缘体层的电荷量，通过测定放电开始的电压降低量，能够测定在放射线检测期间内检测的放射线量，并能够以简单的结构进行低剂量的测定。

产业上的可利用性

以上，本发明是能够提供新的放射线检测装置的有用的发明。

Claims

1.一种放射线检测装置，其特征在于：

在封入了用于放射线检测的气体的密闭空间内，形成一对电极，以及覆盖所述一对电极的由电介质材料构成的绝缘体层，并构成放射线传感器；

所述放射线传感器，

在放射线检测期间向所述一对电极之间施加预定电压，通过由入射的放射线对所述气体进行电离并生成的离子和/或者电子，将电荷积蓄在所述绝缘体层上，

并且在放射线测定时，测定由于施加与所述放射线检测期间向所述一对电极施加的电压反向偏置的电压从而产生的放电的开始电压。

2.根据权利要求1所述的放射线检测装置，其中，

所述放射线测定时是具有预定时间的放射线测定期间，在所述放射线测定期间向所述一对电极施加的所述反向偏置的电压，是该电压的大小随着时间推移而变化的倾斜电压波形。