JP2009139346A

JP2009139346A - 放射線検出センサおよび放射線検出センサユニット

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Publication number: JP2009139346A
Application number: JP2007319089A
Authority: JP
Inventors: Yuji Matsuzoe; 雄二松添; Toshiaki Fujimoto; 敏明藤本; Katsuto Ito; 勝人伊藤; Takeshi Ishikura; 剛石倉; Shoji Nakamura; 尚司中村
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】素子を形成するウエハサイズなどの制約に影響されない構造、および、検出面を大面積化しても静電容量を増大させない構造、をそれぞれ採用して大型の検出対象に適用可能な低消費電力・簡易構造の半導体型の放射線検出センサを提供する。さらに、このような放射線検出センサを複数用いてさらなる大型の検出対象に適用可能な半導体型の放射線検出センサユニットを提供する。
【解決手段】回路基板２の検出素子設置面の配線部２１とワイヤ配線部３との接続位置と、回路基板２の信号処理部設置面の配線部２１と信号処理部４との接続位置と、が回路基板２の表裏でそれぞれが略一致することで信号経路を短縮した放射線検出センサ１００とした。また、このような放射線検出センサ１００を搭載した放射線検出センサユニットとした。
【選択図】図５

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出センサ、および、この放射線検出センサを複数組み合わせた放射線検出センサユニットに関する。

原子力発電所や放射線利用施設などで用いられる放射線検出装置は、半導体型放射線検出装置とシンチレータ型放射線検出装置とに大別できる。
半導体型放射線検出装置は、シリコン（Ｓｉ）などの半導体に放射線を入射させ、放射線の電離作用によって発生した電荷を電荷増幅型アンプによって増幅した信号を用いて放射線を検出する装置である。半導体型放射線検出装置は、比較的小型のポケット線量計等の放射線検出装置として用いられる。この理由としては、素子を形成するウエハサイズなどの制約、素子大面積化により静電容量が増大して電気特性が悪化する、等の原因から大面積化には適しないからである。換言すれば、大型物品の汚染検出を可能とする半導体型放射線検出装置は存在しなかった。

一方、シンチレータ型放射線検出装置は、シンチレータに放射線を入射させ、放射線により発光するシンチレータからの光を光電子倍増管によって増幅し、この増幅信号を用いて放射線を検出する装置である。一般に、シンチレータ型放射線検出装置は、比較的大型物品の汚染検出を可能とするものであり、人や物品等の放射線汚染検出に用いられる。

このシンチレータ型放射線検出装置について図を参照しつつ説明する。図１０は従来技術のシンチレータ型放射線検出装置の回路ブロック図である。図１１は従来技術のシンチレータ型放射線検出装置の一部構成図である。シンチレータ型放射線検出装置３００は、図１０で示すように、光シンチレータ（Photo Multiplier Tube：PMT）３０１、光電子倍増管３０２、高電圧電源３０３、アンプ回路３０４、比較器３０５、基準電位発生器３０６、カウンタ３０７、演算処理部３０８を備える。光シンチレータ３０１は、詳しくは図１１で示すように、ガイド３０９を介して光電子倍増管３０２に接続されている。

続いてシンチレータ型放射線検出装置３００による検出処理について説明する。
光シンチレータ３０１は、入射した放射線の消費エネルギーに応じた光に変換し、この光を出射する。この光は図１１のガイド３０９により誘導されつつ光電子倍増管３０２へ入射する。
光電子倍増管３０２はこの光を電気的なパルス信号に変換して出力する。光電子倍増管３０２には高電圧印加用の高電圧電源３０３から電源供給されており、信号処理に充分高電圧なパルス信号とする。

光電子倍増管３０２からのパルス信号は、アンプ回路３０４にてさらに所定の電圧に増幅されて比較器３０５へ入力される。
比較器３０５は、パルス信号に含まれるノイズ成分を除去して信号成分のみ取り出す機能を有するものであり、基準電位発生器３０６から入力される基準電圧とパルス信号とを比較し、基準電圧未満のパルス信号をノイズ成分として除去し、基準電圧以上のパルス信号を通過させて整形パルス信号を生成する。

カウンタ３０７は、整形パルス信号を入力して、被ばく量に比例したパルス数をカウントしてカウントデータを出力する。
演算処理部３０８は、入力されたカウントデータに基づいて演算処理を行い、線量率や線量当量率などを算出し、図示しないディスプレイに表示させる。
従来技術のシンチレータ型放射線検出装置３００はこのようなものである。

また、通常、電気的パルス信号の波高は、入射放射線の光シンチレータ３０１内でのエネルギー消費量に比例する。このような性質を利用して、電気的パルス信号をその波高に対応したチャネル（ｃｈ）ごとにカウントして入射放射線をエネルギー別に計数しエネルギースペクトルを求めるマルチｃｈ波高分析器が実用されている。
さらに、入射放射線の個々の電気的パルス信号に対してその波高に応じた重み付けを行って線量率や線量当量率等の工学値を求める測定機器等が実用されている。

また、放射線検出装置に係る他の従来技術として、例えば、特許文献１（特開平７−２２５２８０号公報；発明の名称「放射線測定装置」）がある。この放射線測定装置では、特許文献１の図３で示すように、シンチレータに対して複数の光電子増倍管を採用して大型の測定装置とするものである。
さらにまた、放射線検出装置に係る他の従来技術として、例えば、特許文献２（特開平７−３０６２７０号公報；発明の名称「放射線検出器および放射線検出方法」）がある。この放射線測定装置でも、特許文献１の図２４で示すように、シンチレータに対して複数の光電子増倍管を採用して大型の測定装置とするものである。

特開平７−２２５２８０号公報（図３）特開平７−３０６２７０号公報（図２４）

図１０，図１１で説明した従来技術のシンチレータ型放射線検出装置３００は、高電圧電源３０３から光電子倍増管３０２へ数百Ｖ程度の高電圧電源が供給され、電力消費が大きいという問題があった。特に□数十ｃｍ程度の比較的大型の放射線検出装置とする場合には、多数の光電子倍増管３０２が必要となるため、さらに電力消費が大きくなるという問題があった。このような問題は特許文献１，２でも起こり得る問題であった。

さらに図１０，図１１で説明した従来技術のシンチレータ型放射線検出装置３００は、図１１からも明らかなように、光シンチレータ３０１と光電子倍増管３０２を組み合わせるというものであり、光を有効に集めるために複雑なガイド３０９等の機械的な構造部材が必要となり、構造が簡素化できないという問題もあった。また、特許文献１でもライトガイドという名称で、特許文献２でも光反射部材という名称でガイドを配置するものであり、同様の問題を有するものであった。

そこで、低消費電力・構造の簡素化を図るため、本発明者等は上記のような問題がない半導体型放射線検出装置を大型化することに着目した。しかしながら、半導体素子の検出面の大型化の障害となる上記した制約条件（素子を形成するウエハサイズなどの制約、素子大面積化による静電容量の増大のために生じる電気特性の悪化）を克服する必要があった。

そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、素子を形成するウエハサイズなどの制約に影響されない構造、および、検出面を大面積化しても静電容量を増大させない構造、をそれぞれ採用して大型の検出対象に適用可能な低消費電力・簡易構造の半導体型の放射線検出センサを提供することにある。
さらに、このような放射線検出センサを複数用いてさらなる大型の検出対象に適用可能な半導体型の放射線検出センサユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明によれば、
検出素子設置面と信号処理部設置面という表裏２層にまたがる配線部が形成される回路基板と、
回路基板の検出素子設置面の配線部に電気的に接続されるようにｍ×ｎ（ｍ，ｎはそれぞれ２以上の自然数）のマトリクス状に並べて配置されるｍ×ｎ個の放射線検出素子と、
回路基板の検出素子設置面の配線部とｍ×ｎ個の放射線検出素子とが電気的に接続されるｍ×ｎ個のワイヤ配線部と、
回路基板の信号処理部設置面の配線部と電気的に接続されるｍ×ｎ個の信号処理部と、
を備え、
回路基板の検出素子設置面の配線部とワイヤ配線部とのｍ×ｎ個の接続位置と、回路基板の信号処理部設置面の配線部と信号処理部とのｍ×ｎ個の接続位置と、は回路基板の表裏でそれぞれが略一致することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る発明によれば、
請求項１に記載された放射線検出センサにおいて、
前記放射線検出素子は、
Ｐ型半導体とＮ型半導体とを接合した検出部と、
検出部のＰ型半導体の側に形成される回路基板側電極と、
検出部のＮ型半導体の側に形成される検出面側電極と、
を備え、
検出面側電極は外側に面してワイヤ配線部と電気的に接続され、また、回路基板側電極は検出素子設置面の配線部と電気的に接続されることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る発明によれば、
請求項２に記載された放射線検出センサにおいて、
前記検出部は、Ｐ型半導体として結晶シリコン層と、Ｎ型半導体としてアモルファスシリコン層と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る発明によれば、
請求項２または請求項３に記載された放射線検出センサにおいて、
前記検出部は、Ｎ型半導体の周囲を囲むようにガードリング層を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る発明によれば、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記放射線検出素子は、その検出面側電極の面積が２０ｍｍ□〜３０ｍｍ□であることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る発明によれば、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記信号処理部は、放射線検出素子から出力されたパルス状の電流信号を整形して整形パルス信号を出力するプリアンプ回路であることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係る発明によれば、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記信号処理部は、
放射線検出素子から出力されたパルス状の電流信号を整形して整形パルス信号を出力するプリアンプ回路と、
プリアンプ回路からの整形パルス信号を増幅してパルス電圧信号を出力するリニアアンプ回路と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に係る発明によれば、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記信号処理部は、
放射線検出素子から出力されたパルス状の電流信号を整形して整形パルス信号を出力するプリアンプ回路と、
プリアンプ回路からの整形パルス信号を増幅してパルス電圧信号を出力するリニアアンプ回路と、
リニアアンプ回路からのパルス電圧信号のうち所定の電圧以上のパルス電圧信号を選択して出力する比較回路と、
比較回路で選択されたパルス電圧信号をカウントしてパルスカウントデータを出力するカウンタ回路と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項９に係る発明によれば、
請求項８に記載された放射線検出センサにおいて、
ｍ×ｎ個の信号処理部とそれぞれ接続され、信号処理部からのパルスカウントデータに基づいて被ばく量を演算して被ばく量データを生成するＭＰＵを備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項１０に係る発明によれば、
ベース回路基板と、
ベース回路基板の一方の面に複数個がマトリクス状に並べて配置される請求項１〜請求項７の何れか一項に記載された放射線検出センサと、
を備え、
ｉ×ｊ（ｉはｍの倍数，ｊはｎの倍数を満たす自然数）個がマトリクス状に並べて配置される検出面側電極は、隣接する二個の検出面側電極の辺の間隔が略一致するように放射線検出センサが位置決めされつつ配置されることを特徴とする。

また、本発明の請求項１１に係る発明によれば、
ベース回路基板と、
ベース回路基板の一方の面に複数個がマトリクス状に並べて配置される請求項８に記載された放射線検出センサと、
を備え、
ｉ×ｊ（ｉはｍの倍数，ｊはｎの倍数を満たす自然数）個がマトリクス状に並べて配置される検出面側電極は、隣接する二個の検出面側電極の辺の間隔が略一致するように放射線検出センサが位置決めされつつ配置されることを特徴とする。

また、本発明の請求項１２に係る発明によれば、
請求項１１に記載の放射線検出センサユニットにおいて、
ｍ×;ｎ個の信号処理部と接続され、それぞれの信号処理部からのパルスカウントデータに基づいて全体の被ばく量を演算して全体被ばく量データを生成するＭＰＵを備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項１３に係る発明によれば、
ベース回路基板と、
ベース回路基板の一方の面に複数個がマトリクス状に並べて配置される請求項９に記載された放射線検出センサと、
を備え、
ｉ×ｊ（ｉはｍの倍数，ｊはｎの倍数を満たす自然数）個がマトリクス状に並べて配置される検出面側電極は、隣接する二個の検出面側電極の辺の間隔が略一致するように放射線検出センサが位置決めされつつ配置されることを特徴とする。

また、本発明の請求項１４に係る発明によれば、
請求項１３に記載の放射線検出センサユニットにおいて、
放射線検出センサと同数個のＭＰＵと接続され、それぞれのＭＰＵからの被ばく量データに基づいて全体的な被ばく量を演算して全体被ばく量データを生成する中央処理装置を備えることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、素子を形成するウエハサイズなどの制約に影響されない構造、および、検出面を大面積化しても静電容量を増大させない構造、をそれぞれ採用して大型の検出対象に適用可能な低消費電力・簡易構造の半導体型の放射線検出センサを提供することができる。
さらに、このような放射線検出センサを複数用いてさらなる大型の検出対象に適用可能な半導体型の放射線検出センサユニットを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の放射線検出センサおよび放射線検出センサユニットについて図を参照しつつ以下に説明する。図１は本形態の放射線検出センサの検出素子設置面側の斜視平面図、図２は本形態の放射線検出センサの信号処理部設置面側の斜視平面図、図３は放射線検出素子の斜視平面図、図４は放射線検出素子の断面構造図、図５は放射線検出センサの内部構成の説明図、図６は放射線検出センサの回路ブロック図である。
放射線検出センサ１００は、図１，図２に示すように、４個の放射線検出素子１、１枚の回路基板２、４個のワイヤ配線部３、４個の信号処理部４、１個のＭＰＵ５を備えている。４個の放射線検出素子１が１枚の回路基板２の一方の面に配置され、また、４個の信号処理部４と１個のＭＰＵ５が１枚の回路基板２の他方の面に配置される。それぞれ一個づつの放射線検出素子１、ワイヤ配線部３、信号処理部４の一組が電気的に接続されており、放射線検出素子１からの検出信号を用いて信号処理部４が信号処理を行う。そして、ＭＰＵ５が演算処理を行う。

続いて各構成について説明する。
放射線検出素子１は、図３で示すように、平板状の形状を有している。放射線検出素子１の断面構造は、図４で示すように、大別して、検出部１１、回路基板側電極１２、検出面側電極１３を備えている。

放射線検出素子１は、その検出面側電極１２の面積が約□２５ｍｍであり、静電容量の増加を抑制して良好な電気特性を確保できるような面積を採用している。なお、検出面側電極１２の面積は、約３０ｍｍ□までは静電容量の増加を抑えて良好な電気特性を確保でき、また、約２０ｍｍ□を下回ると小さすぎて大面積化の観点から難があるため、約２０ｍｍ□〜約３０ｍｍ□とすることが好ましい。

検出部１１は、図４で示すように、Ｐ層１１１、Ｎ層１１２、Ｎ^＋層１１３、Ｎ⁻層１１４を備える。
Ｐ層１１１は、Ｐ型半導体である。
Ｎ層１１２は、Ｎ型半導体である。
ここで上から見ると、Ｎ層１１２は、Ｐ層１１１をなすＰ型半導体により周りを□状に囲まれている。
Ｐ層１１１とＮ層１１２との形成方法であるが、例えば、Ｐ型半導体である結晶シリコン基板上に、酸化被膜によりＮ層１１２を形成する箇所が開放されたパターンを形成し、Ｐ（リン）を蒸着して、電気炉等にて熱拡散処理を施すＰＮ接合を行ってＰ型半導体の上に数十ｕｍ程度のＮ型半導体を形成し、酸化被膜を除去して完成する。Ｐ層１１１はこのＰ型半導体（Ｐ型シリコン）であり、Ｎ層１１２はこのＮ型半導体（Ｎ型シリコン）である。

Ｎ^＋層１１３は、不純物濃度が高く（つまり電気抵抗値が低い）Ｎ型半導体である。ここで上から見ると、Ｎ^＋層１１３は、Ｐ層１１１をなすＰ型半導体の周りを□状に囲んでいる。このようなＮ^＋層１１３は後述するがガードリング層として機能する。
Ｎ⁻層１１４は、不純物濃度が低く（つまり電気抵抗値が高い）Ｎ型半導体である。Ｎ⁻層１１４は、オーミックをとるためのものである。

Ｐ層１１１におけるＮ^＋層１１３やＮ⁻層１１４の形成方法であるが、例えば、先ほどＰＮ接合されたＰ型半導体である結晶シリコン基板の上に、さらに酸化被膜によりＮ^＋層１１３やＮ⁻層１１４を形成する箇所が開放されたパターンを形成し、Ｐ（リン）を蒸着により配置し、電気炉等にて熱拡散処理を施すＰＮ接合を行ってＰ型半導体の上に数十ｕｍ程度のＮ型半導体を形成し、酸化被膜を除去して完成する。

なお、このような検出部１１において、Ｎ層１１２は、アモルファスシリコン層としてもよい。結晶シリコン基板の上に所定パターンのマスクを載せてアモルファスシリコンをＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置にて所定厚みまで製膜して、結晶シリコン層（Ｐ型半導体）の上にアモルファスシリコン層（Ｎ型半導体）を形成する。このように構成しても良い。

回路基板側電極１２は、Ｐ型半導体の側に形成されるものであり、具体的にはこの検出部１１のＮ⁻層１１４に接するように形成される。
検出面側電極１３は、Ｎ型半導体の側に形成されるものであり、具体的にはこの検出部１１のＮ層１１２に接するように形成される。
放射線検出素子１は、このようなものである。

回路基板２はこのような放射線検出素子１を複数個搭載する。回路基板２は、ガラスエポキシなどの一般的なプリント配線板である。回路基板２は、図５で示すように、検出素子設置面と信号処理部設置面という表裏２層にまたがる配線部２１が形成されており、いわゆる２層板（両面プリント配線板）である。検出素子設置面の配線部２１と信号処理部設置面の配線部２１とは、例えばスルーホールなど表裏を貫通する貫通部（配線部２１の一部）により電気的に接続される。
このような回路基板２の検出素子設置面の配線部２１に電気的に接続されるように縦２個×横２個のマトリクス状に並べて計４個の放射線検出素子１が配置される。

４個のワイヤ配線部３は、回路基板２の検出素子設置面の配線部２１と４個の放射線検出素子１の検出面側電極１３とを電気的に接続する。１個のワイヤ配線部３は、例えば複数本のワイヤにより構成される。
４個の信号処理部４の接続部４ａは、回路基板２の信号処理部設置面の配線部２１と電気的に接続される。１個の信号処理部４は、コンデンサ４１、増幅回路４２、基準電圧回路４３、比較回路４４、カウンタ回路４５をそれぞれ１個づつ備える。なお、信号処理部４の信号処理については後述する。

ＭＰＵ５は、４個の信号処理部４と接続されており、それぞれの信号処理部４から得られたデータを処理する。ＭＰＵ５は通信機能を有しており、図示しない中央処理装置（パーソナルコンピュータなど）と接続されて、各種データを出力する。

そして、このようなセンサの特徴的な部分として、回路基板２の検出素子設置面の配線部２１とワイヤ配線部３との４個の接続位置と、回路基板２の信号処理部設置面の配線部２１と信号処理部４の接続部４１の４個の接続位置と、はともにスルーホールなどの貫通部である配線部２１の上下に位置しており、回路基板２の表裏で略一致している。上から見れば同じ位置となる。このような配置とすることで、放射線検出素子１から信号処理部４までの経路を極力短くして浮遊容量を低減している。そして全ての経路が極力短い経路となっており、いずれの経路も浮遊容量を低減している。

なお、放射線検出素子１は、縦２個×横２個のマトリクス状に並べて計４個に配置する形態に限定するものではない。このような放射線検出センサを一般化すれば以下のようになる。回路基板２の検出素子設置面の配線部２１に電気的に接続されるようにｍ×ｎ（ｍ，ｎはそれぞれ２以上の自然数）のマトリクス状に並べて配置されるｍ×ｎ個の放射線検出素子１が配置される。
ｍ×ｎ個のワイヤ配線部３は、回路基板２の検出素子設置面の配線部２１とｍ×ｎ個の放射線検出素子１とを電気的に接続する。
ｍ×ｎ個の信号処理部４は、回路基板２の信号処理部設置面の配線部２１とを電気的に接続する。
そして、回路基板２の検出素子設置面の配線部２１とワイヤ配線部３とのｍ×ｎ個の接続位置と、回路基板２の信号処理部設置面の配線部２１と信号処理部４とのｍ×ｎ個の接続位置と、を図５で示すように回路基板２の表裏において、上から見て略一致させており、全ての放射線検出素子１から信号処理部４までのｍ×ｎ個の経路を極力短くするというものである。

続いて放射線検出センサ１００の機能・動作について説明する。なお、４個の放射線検出素子１はいずれも同じ構造であり、また、４個の信号処理部も同じ構造であるため、１個の放射線検出素子１、それに接続される１個の信号処理部４およびＭＰＵ５による機能・動作についてのみ説明し、他は同じであるとして重複する説明を省略している。
図６で示すように、電源電圧５０により放射線検出素子１に電圧を印加する。回路基板側電極１２には、下側の配線部２１により接地されて０Ｖが、また、検出面側電極１３には、ワイヤ配線部３からプラス電圧が、それぞれ印加される（以下、逆バイアスをかけるという）。

すると、図４に示す検出部１１において、Ｐ型半導体であるＰ層１１１にマイナス電界が、また、Ｎ型半導体側であるＮ層１１２にプラス電界が形成され、Ｐ層１１１とＮ層１１２との接合面を中心に空乏層が現れる。
このような、空乏層領域に放射線が入射すると、空乏層内で共有結合されている電子が弾き飛ばされ、電子と正孔のペア（電子正孔対）ができる。電子はプラス電界が形成されている検出面側電極１３側へ、正孔はマイナス電界が印加されている回路基板側電極１２に移動する。この電子と正孔との流れが電流となる。発生した電子（以下、パルス状の電流信号）は、ワイヤ配線部３から出力されることとなる。

なお、パルス状の電流信号は数［ｆＣ］程度の電荷により形成された非常に微小な電流信号であり、仮にこのような微小な電流信号の近辺で大きな電圧信号が変動するとその変動によるノイズ成分によって正しく信号を検出することができない。従来技術のシンチレータ型放射線検出装置では大きな電圧信号を印加するため、このようなノイズ成分の影響を受けるおそれがあった。しかしながら、本形態では、逆バイアスは、１００Ｖ〜２００Ｖ程度の電圧であり、従来技術で問題となっていた大電圧信号による影響を回避することができる。

また、Ｎ^＋層１１３がガードリング層として機能する。仮にＮ^＋層１１３がない構成を考えると、Ｎ層１１２側から空乏層が広がって空乏層がＰ層１１１の側面をパンチスルーしてしまい、そのため、漏れ電流が増大し、後段の信号処理部４への出力ノイズが大きくなる。しかしながら、本形態ではＮ^＋層１１３は接地により回路基板側電極１２と同電位となっており、Ｎ^＋層１１３付近もマイナス電界が形成されて正孔が移動する（つまり電流は流れない）ため、空乏層が側面まで拡がらないようにカットする。このようなＮ^＋層１１３の存在により、漏れ電流を低減する。この点でも、パルス状の電流信号に混入するノイズ信号のノイズレベルを下げ、低いレベルの放射線の検出も可能としている。

さらに、パルス状の電流信号は、図５に示すように、ワイヤ配線部３、配線部（貫通部）２１、接続部４ａ、と経て信号処理部４に入力されるというものであり、回路基板２の上側から下側へ流れる。放射線検出素子１から信号処理部４までの経路をこのように回路基板２の表裏を貫通して流れる経路とするとともに、この貫通部の上下付近で接続するようにしたため、経路を短縮している。これにより放射線検出素子１から信号処理部４までの距離を短くし、配線等の浮遊容量を低減してノイズの侵入を防ぎ、低いエネルギー領域の信号まで正しく検出することができる。信号処理部４は増幅回路４２により信号を増幅するため、信号処理部４の増幅回路４２より後段は、経路を長くすることができ、配置の自由度を高めている。
放射線検出センサ１００は、これらノイズ低減の効果が相乗的に相俟って、低いエネルギー領域の信号まで正しく検出することができるセンサとしている。

パルス状の電流信号はコンデンサ４１へ入力される。直流のノイズ成分を除去したパルス状の電流信号を出力する。コンデンサ４１からのパルス状の電流信号は増幅回路４２へ出力される。

増幅回路４２は、図示しないがプリアンプ回路とリニアアンプ回路とからなっている。
プリアンプ回路は、放射線検出素子１およびコンデンサ４１から出力されたパルス状の電流信号を整形して整形パルス信号を出力する。
リニアアンプ回路は、プリアンプ回路からの整形パルス信号を増幅してパルス電圧信号を出力する。パルス電圧信号は比較回路４４へ出力される。

比較回路４４は、基準電圧回路４３から基準電圧が入力されており、リニアアンプ回路からのパルス電圧信号のうち、基準電圧以下をノイズとして除去するとともに、基準電圧以上のパルス電圧信号を信号成分として選択して出力する。
カウンタ回路４５は、比較回路４４で選択され、被ばく量に比例したパルス電圧信号をカウントしてパルスカウントデータを出力する。
信号処理部４はこのようなパルスカウントデータをＭＰＵ５へ出力する。

ＭＰＵ５は、これら全ての信号処理部４からのパルスカウントデータに基づいて被ばく量を演算して被ばく量データを生成する。この被ばく量データは、さらに図示しない中央処理装置に送られて解析に用いたり、音声や表示の出力部により、警報が報知されたりすることとなる。放射線検出センサ１００はこのようなものである。

なお、先の形態では、４個の信号処理部４および１個のＭＰＵ５を備える構成として説明した。しかしながら、他の変形形態も可能である。
例えば、先の形態の放射線検出センサ１００からＭＰＵ５を除去した構成とし、４個の信号処理部４は遠隔地にあるＭＰＵ５と接続されて上記のような被ばく量データを得るようにしても良い。

また、先の形態の放射線検出センサ１００からＭＰＵ５を除去し、さらに全ての信号処理部４から基準電圧回路４３、比較回路４４、カウンタ回路４５を取り去り、コンデンサ４１、増幅回路（プリアンプ回路・リニアアンプ回路）４２のみとした構成としても良い。この場合、４個の信号処理部４は遠隔地にある比較回路４４、カウンタ回路４５、ＭＰＵ５と接続されて上記のようなパルスカウントデータ・被ばく量データを得る。

また、先の形態の放射線検出センサ１００からＭＰＵ５を除去し、さらに全ての信号処理部４から増幅回路４２のリニアアンプ回路、基準電圧回路４３、比較回路４４、カウンタ回路４５を取り去り、コンデンサ４１、増幅回路４２のプリアンプ回路のみとした構成としても良い。この場合、４個の信号処理部４は遠隔地にあるリニアアンプ回路、比較回路４４、カウンタ回路４５、ＭＰＵ５と接続されて上記のようなパルスカウントデータ・被ばく量データを得る。

続いて他の形態について図を参照しつつ説明する。図７は本形態の放射線検出センサユニットの斜視平面図である。本形態の放射線検出センサユニットは、先に説明した放射線検出センサを複数個用いて検出面積をさらに増大させる構成である。放射線検出センサユニット２００は、ベース回路基板、複数の放射線検出センサ１００を備える。放射線検出センサ１００については先に説明した形態と同じであり、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。

図７では４個の放射線検出素子１を搭載する放射線検出センサ１００を、さらに２×２個のマトリクス状に配置する。ベース回路基板は、放射線センサ１００を機械的な位置決めを行いつつ、複数個配置できるようにしている。例えば、下側に図示しないベース回路基板を配置し、短絡等が生じないように絶縁を確保しつつ放射線センサ１００の位置決めを行ってベース回路基板に固着する。

これにより、４×４個で計１６個の放射線検出素子１がマトリクス状に配置されるユニットとなる。なお、一般化すれば、検出面側電極１３は、図７で示すように、放射線検出素子１がｍ×ｎのマトリクス状に並べて配置される放射線検出センサ１００をさらにマトリクス状に配置することにより、放射線検出素子１がｉ×ｊ（ｉはｍの倍数，ｊはｎの倍数を満たす自然数）のマトリクス状に並べて配置される。
そしてマトリクス状に並べて配置される検出面側電極１３は、隣接する二個の検出面側電極１３の辺の間に間隔が略一致するようにすれば、放射線検出センサユニット２００の全面で場所による偏りが生じることなく検出できるように、放射線検出センサ１００が位置決めされる。このように構成することで、大面積の放射線検出領域を有する放射線検出センサユニット２００とすることができる。

なお、放射線検出センサユニットに搭載する放射線検出センサ１００は各種形態があるが、上記した各形態（増幅回路４２のプリアンプ回路まで搭載した形態、増幅回路４２のリニアアンプ回路まで搭載した形態、信号処理部４の全ての構成を搭載した形態、または、ＭＰＵ５まで搭載した形態）とすることができる。そして、他の放射線検出センサユニットとして、例えば、放射線検出センサ１００がカウンタ回路まで含む信号処理部４が搭載されている場合、図８の放射線検出センサユニットの回路ブロック図に示すように、ｉ×ｊ個（本形態では１６個）の信号処理部４が接続されるＭＰＵ５をベース回路基板に設ける構成を採用しても良い。さらにはｉ×ｊ個の信号処理部４が遠隔地にあるＭＰＵ５と接続される構成を採用しても良い。いずれもＭＰＵ５が上記のような被ばく量データを算出することができる。

また、他の放射線検出センサユニット２００として、例えば、放射線検出センサ１００が信号処理部４・ＭＰＵ５まで搭載されている場合、図９の放射線検出センサユニットの回路ブロック図に示すように、放射線検出センサ１００の個数（本形態では４個）と同数個のＭＰＵ５が接続される中央処理装置６をベース回路基板に設けたり、他の遠隔地に設ける構成を採用しても良い。さらには１個の信号処理部４に１個のＭＰＵが接続されて計１６個のＭＰＵ５が遠隔地にある中央処理装置６と接続される構成を採用しても良い。いずれもＭＰＵ５が上記のような被ばく量データを算出し、中央処理装置６が情報を解析する処理を行うことができる。

このような本発明による放射線検出センサおよび放射線検出センサユニットでは、半導体型放射線検出装置特有の問題点（素子大面積化により静電容量が増大して電気特性が悪化するため大型化できない、ウエハサイズなどの制約により素子が大型化できない）を、２０ｍｍ□〜３０ｍｍ□という比較的小型の放射線検出素子をマトリクス状に並べることで解消したものである。また、ノイズの影響による対策を適宜施したものである。

そして、特に、放射線検出素子１に印加する電圧としては、１００〜２００Ｖ程度の電圧で十分であるため、電力消費を小さくできる。
また、従来技術のようにシンチレータからの光を有効に集めて光電子倍増管に入力するための複雑な光学系構造体が不要であり、シンプルな構成、装置の低コスト化を図ることが可能となる。
さらにまた、必要な個数の放射線検出センサをマトリクス状に並べることによって、任意広さの大面積な放射線検出センサユニットを実現することが可能である。

本発明を実施するための最良の形態の放射線検出センサの検出素子設置面側の斜視平面図である。本発明を実施するための最良の形態の放射線検出センサの信号処理部設置面側の斜視平面図である。放射線検出素子の斜視平面図である。放射線検出素子の断面構造図である。放射線検出センサの内部構成の説明図である。放射線検出センサの回路ブロック図である。本発明を実施するための最良の形態の放射線検出センサユニットの斜視平面図である。放射線検出センサユニットの回路ブロック図である。放射線検出センサユニットの回路ブロック図である。従来技術のシンチレータ型放射線検出装置の回路ブロック図である。従来技術のシンチレータ型放射線検出装置の一部構成図である。

符号の説明

１００：放射線検出センサ
１：放射線検出素子
１１：検出部
１１１：Ｐ層
１１２：Ｎ層
１１３：Ｎ^＋層
１１４：Ｎ⁻層
１２：回路基板側電極
１３：検出面側電極
２：回路基板
２１：配線部
３：ワイヤ配線部
４：信号処理部
４ａ：接続部
４１：コンデンサ
４２：増幅回路
４３：基準電圧回路
４４：比較回路
４５：カウンタ回路
５：ＭＰＵ
６：中央処理部
５０：電源電圧
２００：放射線検出センサユニット

Claims

検出素子設置面と信号処理部設置面という表裏２層にまたがる配線部が形成される回路基板と、
回路基板の検出素子設置面の配線部に電気的に接続されるようにｍ×ｎ（ｍ，ｎはそれぞれ２以上の自然数）のマトリクス状に並べて配置されるｍ×ｎ個の放射線検出素子と、
回路基板の検出素子設置面の配線部とｍ×ｎ個の放射線検出素子とが電気的に接続されるｍ×ｎ個のワイヤ配線部と、
回路基板の信号処理部設置面の配線部と電気的に接続されるｍ×ｎ個の信号処理部と、
を備え、
回路基板の検出素子設置面の配線部とワイヤ配線部とのｍ×ｎ個の接続位置と、回路基板の信号処理部設置面の配線部と信号処理部とのｍ×ｎ個の接続位置と、は回路基板の表裏でそれぞれが略一致することを特徴とする放射線検出センサ。
請求項１に記載された放射線検出センサにおいて、
前記放射線検出素子は、
Ｐ型半導体とＮ型半導体とを接合した検出部と、
検出部のＰ型半導体の側に形成される回路基板側電極と、
検出部のＮ型半導体の側に形成される検出面側電極と、
を備え、
検出面側電極は外側に面してワイヤ配線部と電気的に接続され、また、回路基板側電極は検出素子設置面の配線部と電気的に接続されることを特徴とする放射線検出センサ。
請求項２に記載された放射線検出センサにおいて、
前記検出部は、Ｐ型半導体として結晶シリコン層と、Ｎ型半導体としてアモルファスシリコン層と、を備えることを特徴とする放射線検出センサ。
請求項２または請求項３に記載された放射線検出センサにおいて、
前記検出部は、Ｎ型半導体の周囲を囲むようにガードリング層を備えることを特徴とする放射線検出センサ。
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記放射線検出素子は、その検出面側電極の面積が２０ｍｍ□〜３０ｍｍ□であることを特徴とする放射線検出センサ。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記信号処理部は、放射線検出素子から出力されたパルス状の電流信号を整形して整形パルス信号を出力するプリアンプ回路であることを特徴とする放射線検出センサ。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記信号処理部は、
放射線検出素子から出力されたパルス状の電流信号を整形して整形パルス信号を出力するプリアンプ回路と、
プリアンプ回路からの整形パルス信号を増幅してパルス電圧信号を出力するリニアアンプ回路と、
を備えることを特徴とする放射線検出センサ。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載された放射線検出センサにおいて、
前記信号処理部は、
放射線検出素子から出力されたパルス状の電流信号を整形して整形パルス信号を出力するプリアンプ回路と、
プリアンプ回路からの整形パルス信号を増幅してパルス電圧信号を出力するリニアアンプ回路と、
リニアアンプ回路からのパルス電圧信号のうち所定の電圧以上のパルス電圧信号を選択して出力する比較回路と、
比較回路で選択されたパルス電圧信号をカウントしてパルスカウントデータを出力するカウンタ回路と、
を備えることを特徴とする放射線検出センサ。
請求項８に記載された放射線検出センサにおいて、
ｍ×ｎ個の信号処理部とそれぞれ接続され、信号処理部からのパルスカウントデータに基づいて被ばく量を演算して被ばく量データを生成するＭＰＵを備えることを特徴とする放射線検出センサ。
ベース回路基板と、
ベース回路基板の一方の面に複数個がマトリクス状に並べて配置される請求項１〜請求項７の何れか一項に記載された放射線検出センサと、
を備え、
ｉ×ｊ（ｉはｍの倍数，ｊはｎの倍数を満たす自然数）個がマトリクス状に並べて配置される検出面側電極は、隣接する二個の検出面側電極の辺の間隔が略一致するように放射線検出センサが位置決めされつつ配置されることを特徴とする放射線検出センサユニット。
ベース回路基板と、
ベース回路基板の一方の面に複数個がマトリクス状に並べて配置される請求項８に記載された放射線検出センサと、
を備え、
ｉ×ｊ（ｉはｍの倍数，ｊはｎの倍数を満たす自然数）個がマトリクス状に並べて配置される検出面側電極は、隣接する二個の検出面側電極の辺の間隔が略一致するように放射線検出センサが位置決めされつつ配置されることを特徴とする放射線検出センサユニット。
請求項１１に記載の放射線検出センサユニットにおいて、
ｍ×ｎ個の信号処理部と接続され、それぞれの信号処理部からのパルスカウントデータに基づいて全体の被ばく量を演算して全体被ばく量データを生成するＭＰＵを備えることを特徴とする放射線検出センサユニット。
ベース回路基板と、
ベース回路基板の一方の面に複数個がマトリクス状に並べて配置される請求項９に記載された放射線検出センサと、
を備え、
ｉ×ｊ（ｉはｍの倍数，ｊはｎの倍数を満たす自然数）個がマトリクス状に並べて配置される検出面側電極は、隣接する二個の検出面側電極の辺の間隔が略一致するように放射線検出センサが位置決めされつつ配置されることを特徴とする放射線検出センサユニット。
請求項１３に記載の放射線検出センサユニットにおいて、
放射線検出センサと同数個のＭＰＵと接続され、それぞれのＭＰＵからの被ばく量データに基づいて全体的な被ばく量を演算して全体被ばく量データを生成する中央処理装置を備えることを特徴とする放射線検出センサユニット。