JP2011133441A - 中性子線検出器およびそれを備えた中性子線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視認性の良好な透視画像をリアルタイムで次々と取得することができる中性子線検出器を提供する。
【解決手段】中性子反応層５に入射した中性子線は、γ線を発する。このγ線は、アモルファスセレン層１に入射し、電荷に代えられる。電荷は、アクティブマトリックス基板４のコンデンサ４ｃに蓄積され、順次読み出される。これにより、次々と中性子線が中性子反応層５に入射したとしても、その度ごとに電荷を読み出すことができ、リアルタイムの中性子線の検出が可能な中性子線検出器１０が提供できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、被検体を透過してきた中性子をイメージングする中性子線検出器およびそれを備えた中性子線撮影装置に関し、特に、リアルタイムで画像を生成できる中性子線検出器およびそれを備えた中性子線撮影装置に関する。

産業界の非破壊検査で用いられる装置として、中性子線を用いて被検体の透視を行う放射線撮影装置がある。この様な放射線撮影装置は、中性子線を発する中性子線源と、被検体を透過してきた中性子線源を検出する中性子線検出器とを備えている。中性子線検出器は、検出した中性子線をイメージングすることで、被検体における中性子線を透過しやすい部分と、透過し難い部分とが空間的にマッピングされた透視画像を生成する（例えば特許文献１参照）。

従来の放射線撮影装置に採用される中性子の検出方法の一つとして、コンバータ法がある。この方法を用いた放射線撮影装置は、図８に示すように、中性子線を可視光線に変換する変換層５１を有している。変換層５１には、中性子反応物質５１ａと、蛍光物質５１ｂとがドープされている。

この様な放射線撮影装置が中性子線を検出する様子を説明する。変換層５１に中性子線が入射すると、中性子線は、変換層５１内部の中性子反応物質５１ａに当たり、γ線に変換される。このγ線は、変換層５１の内部を進行するうちに蛍光物質５１ｂに当たり、蛍光に変換される。この蛍光は、可視光線となっており、変換層５１から出射する。

この変換層５１から出射した蛍光をカメラ５２で撮影すれば、被検体における中性子線の透過の程度がマッピングされた透視画像が取得できる。

また、従来の放射線撮影装置に採用される中性子の検出方法の別の方法として、中性子イメージングプレート法がある。この方法を用いた放射線撮影装置は、上述のコンバータ法と同様な変換層５１を有しており、コンバータ法と異なる点は、蛍光物質５１ｂとして、輝尽性の蛍光物質を用いていることにある。輝尽性の蛍光物質は、γ線が当たってもすぐには蛍光を放射しない特性を有する蛍光物質である。

この様な放射線撮影装置が中性子線を検出する様子を説明する。変換層５１に中性子線が入射すると、中性子線は、変換層５１内部の中性子反応物質５１ａに当たり、γ線に変換される。このγ線は、変換層５１の内部を進行するうちに蛍光物質５１ｂに当たる。放射線撮影装置に対する中性子線の照射を終了して、図９に示すように、変換層５１にレーザ光源５３からレーザ光を当てると、蛍光物質５１ｂは、その刺激で蛍光を出射する。この放射された蛍光を撮影すれば、透視画像が取得できる。

特開昭６１−２８８９９号公報

しかしながら、従来の中性子線検出器には、次の様な問題点がある。すなわち、従来の中性子線検出器によれば、鮮明な透視画像をリアルタイムで取得することはできないのである。

中性子コンバータ法によれば、全体的にボケた透視画像しか得られない。蛍光物質５１ｂから発した蛍光が変換層５１の内部を進むうちに散乱してしまうからである。蛍光の散乱光は、変換層５１の内部で進行方向が変更された光であり、変換層５１における中性子線の入射位置を正しく示すものとはなっていない。カメラ５２で撮影される蛍光にこのような散乱光が混じっていると、透視画像の視認性の悪化を招来するのである。

また、中性子イメージングプレート法によれば、リアルタイムに透視画像を撮影することができない。すなわち、中性子イメージングプレート法によれば、中性子線を変換層５１に照射した後、変換層５１にレーザ光を当てて変換層５１からレーザ光を出射させなければならない。この中性子線を照射する動作とレーザ光を照射する動作とは同時には行うことができないので、各動作を交互に行いながら透視画像を撮影しなければならない。この様に、中性子イメージングプレート法はリアルタイムの撮影には向かないのである。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、視認性の良好な透視画像をリアルタイムで次々と取得することができる中性子線検出器およびそれを備えた中性子線撮影装置を提供することにある。

すなわち、本発明に係る中性子線検出器は、（Ａ）中性子線に反応してγ線または電子線を出射する中性子反応層と、（Ｂ１）中性子反応層から出射したγ線または電子線を電荷に変換する変換層と、（Ｃ１）変換層で生じた電荷を蓄積するコンデンサおよびコンデンサから電荷を読み出すトランジスタとを有する検出素子が２次元的に配列されているアクティブマトリックス基板とがこの順に積層され、（Ｄ）中性子反応層と変換層とに挟まれる位置には、変換層で生じた電荷をアクティブマトリックス基板に誘導させる電界を生じさせる共通電極層を備えていることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明によれば、中性子反応層に入射した中性子線は、γ線または電子線（以降、γ線等という）を発する。このγ線等は、変換層に入射し、電荷に代えられる。電荷は、アクティブマトリックス基板のコンデンサに蓄積され、後に読み出される。これにより、次々と中性子線が中性子反応層に入射したとしても、その度ごとに電荷を読み出すことができ、リアルタイムの中性子線の検出が可能な中性子線検出器が提供できるのである。しかも、本発明によれば、蛍光を発生させる過程を有しないので、蛍光の散乱の影響により透視画像の視認性が悪化することもない。

また、上述の中性子線検出器において、中性子反応層は、絶縁性となっており、その周縁部は、共通電極層、および変換層の周縁部から張り出して、アクティブマトリックス基板に向けて伸び、アクティブマトリックス基板に会合することにより、中性子反応層が共通電極層、および変換層を覆っており、アクティブマトリックス基板から見て中性子反応層の裏側には、アクティブマトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板が備えられていればより望ましい。

［作用・効果］これにより、共通電極、および変換層の両層は、中性子変換層、およびアクティブマトリックス基板にシールされることになる。また、上述の構成のようにアクティブマトリックス基板と補助板との熱膨張係数を一致させれば、外気の温度変化に影響されない中性子検出器を提供することができる。すなわち、中性子検出器が外気の温度変化によって膨張・収縮する際に発生する変換層の物理的損傷を抑制することができる。すなわち、変換層とアクティブマトリックス基板の熱膨張係数が異なるので、外気の温度変化に応じて、中性子検出器自体に反りが生じ、変換層に亀裂が発生してしまう。上述の構成によれば、同程度の膨張係数を有する補助板と、アクティブマトリックス基板とに挟まれる位置に変換層が存しているので、外気の温度変化によって中性子検出器に反りが発生することがない。これにより、外気の温度変化に影響されないで変換層の寿命が向上した中性子検出器が提供できる。

また、上述の変換層が、アモルファスセレンで構成されていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の具体的な構成を示している。変換層をアモルファスセレンで構成すれば、大面積・均一な検出器を得ることができる。

また、本発明に係る中性子線検出器は、（Ａ）中性子線に反応してγ線または電子線を出射する中性子反応層と、（Ｂ２）中性子反応層から出射したγ線または電子線に反応して蛍光を発するシンチレータ層と、（Ｃ２）シンチレータ層で生じた蛍光を検出するフォトダイオードを有する検出素子が２次元的に配列されているアクティブマトリックス基板とがこの順に積層されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明によれば、中性子反応層に入射した中性子線は、γ線等を発する。このγ線等は、シンチレータ層に入射し、蛍光に代えられる。蛍光は、アクティブマトリックス基板のフォトダイオードで電荷に変えられる。後にこれが読み出される。これにより、次々と中性子線が中性子反応層に入射したとしても、その度ごとに電荷を読み出すことができ、リアルタイムの中性子線の検出が可能な中性子線検出器が提供できるのである。また、本発明によれば、蛍光を発するシンチレータ層と蛍光を検出するフォトダイオードとが隣接して設けられているので、シンチレータ層で蛍光の散乱光が発生したとしても、散乱光は、直ちにフォトダイオードに検出される。このように、散乱光の発生源から散乱光の検出手段までの距離を最小限のものとすることで、散乱光の影響を極力抑制しつつ透視画像を取得することができる。

また、上述のシンチレータ層が、中性子線の進行方向に細長状のヨウ化セシウム結晶が中性子線の進行方向に直交する平面に沿って２次元状に配列されることにより構成されていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の具体的な構成を表している。中性子線の進行方向に細長状のヨウ化セシウム結晶が進行方向に直交する平面に沿って２次元状に配列されることによりシンチレータ層が構成されれば、シンチレータ層内で発生した蛍光の広がりが抑制され、より鮮明な透視画像を取得することができる。

また、上述の中性子反応層が、絶縁性の硬化性合成樹脂に中性子反応性を有する中性子反応物質が混入されて構成されていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の具体的な構成を表している。上述のように、中性子反応層が絶縁性の硬化性合成樹脂に中性子反応性を有する中性子反応物質が混入されて構成されていれば、中性子反応層を中性子線と反応する反応層として機能させるとともに、中性子反応層とアクティブマトリックス基板との間に存する各層を保護する保護層としても機能させることができる。

また、上述の中性子反応層に混入されている中性子反応物質は、アクティブマトリックス基板に向かうにつれ次第に高濃度となるように、中性子反応層の内部で濃度に勾配がつけられていればより望ましい。

また、上述の中性子反応層は、絶縁性の硬化性合成樹脂で構成されており、そのアクティブマトリックス基板側の面には、中性子反応性を有する中性子反応物質の膜が設けられていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の具体的な構成を表している。上述のように、中性子反応物質がアクティブマトリックス基板に向かうにつれ次第に高濃度となるような濃度勾配で中性子反応層の内部に存していれば、次の様な効果を奏する。すなわち、γ線等は、中性子反応層の内部のうち、よりアクティブマトリックス基板の近い側で発生するのである。すると、γ線等は、中性子反応層の内部で散乱しないで直ちに変換層、またはシンチレータ層に向かうのである。したがって、中性子線検出器の空間的分解能は高いものとなる。中性子反応層の一面に中性子反応物質の膜を設ける構成となっていても、同様の効果を奏する。

また、上述の中性子反応層が、エポキシ樹脂で構成されていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成によれば、より堅牢な中性子検出器が提供できる。そして、エポキシ樹脂は、絶縁性であるので、高電位となる共通電極と中性子検出器の外部とを確実に絶縁する。

また、上述の中性子反応層に混入されている中性子反応物質が、中性子線との核反応断面積が１，０００ｂａｒｎ以上であればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の具体的な構成を表している。中性子反応物質が、中性子線との核反応断面積が１，０００ｂａｒｎ以上であれば、中性子を検出するのに適している。

また、上述の中性子反応層に混入されている中性子反応物質が、金属ガドリニウム、金属イッテルビウム、ガドリニウム化合物、イッテルビウム化合物の群から選ばれる１または２以上の物質であればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の具体的な構成を表している。中性子反応物質としては、金属ガドリニウム、金属イッテルビウム、ガドリニウム化合物、イッテルビウム化合物の群から選ばれる１または２以上の物質が好適である。

また、本発明に係る中性子線検出器を搭載した中性子線撮影装置は、中性子線を照射する中性子線源を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］この様に構成することで、リアルタイムに中性子線による撮影を行うことができる中性子線撮影装置が提供できる。

実施例１に係る中性子線検出器の構成を説明する断面図である。 実施例１に係る中性子線検出器の構成を説明する平面図である。 実施例１に係る中性子線検出器の構成を説明する断面図である。 実施例１に係る中性子線検出器の動作の様子を説明する断面図である。 実施例２に係る放射線撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。 本発明に係る一変形例に係る構成を説明する断面図である。 本発明に係る一変形例に係る構成を説明する断面図である。 従来構成の中性子線検出器の構成を説明する模式図である。 従来構成の中性子線検出器の構成を説明する模式図である。

次に、実施例１に係る放射線検出器の構成について説明する。実施例１に係る中性子線検出器１０は、キャリアを蓄積して読み出すアクティブマトリックス基板４と、光またはγ線をキャリア対に変換するアモルファスセレン層１と、共通電極層２と、硬化性合成樹脂、好ましくはエポキシ樹脂で構成される中性子反応層５と、石英ガラスで構成される補助板６とを有している。また、中性子線検出器１０は、アクティブマトリックス基板４，アモルファスセレン層１，共通電極層２，中性子反応層５，および補助板６の順に積層された構成となっている。アモルファスセレン層１は、本発明の変換層に相当する。

アモルファスセレン層１は、比抵抗１０^９Ωｃｍ以上（好ましくは１０^１１Ωｃｍ以上）となっている高純度のアモルファスセレンで構成される。その積層方向の厚さは、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍとなっている。このアモルファスセレン層１に光またはγ線が照射されると、正孔と電子のペアであるキャリア対が発生する。アモルファスセレン層１は、強い電場に置かれているので、キャリアは、それに伴って移動し、アクティブマトリックス基板４に形成された収集電極４ａに電荷が誘起される。

アクティブマトリックス基板４には、キャリア収集用の収集電極４ａが形成されている。収集電極４ａは、アモルファスセレン層１に接するとともに、アクティブマトリックス基板４の表面に２次元的に配列されている。この収集電極４ａは、図１に示すように、キャリア蓄積用のコンデンサ４ｃに接続されている。コンデンサ４ｃは、収集電極４ａで収集された電荷が蓄積される。コンデンサ４ｃは、トランジスタ４ｔに接続されている。このトランジスタ４ｔは、コンデンサ４ｃに接続される入力端子の他に、電流制御用のゲートＧと、検出信号読み出し用の読み出し電極Ｐとを有している。トランジスタ４ｔのゲートＧがオンされると、コンデンサ４ｃに蓄積している電荷（上述のキャリア）は読み出し電極Ｐに向けて流れる。

２次元的に配列されたトランジスタ４ｔは、縦横に格子状に伸びる配線に接続されている。すなわち、図２における縦方向に配列したトランジスタ４ｔの読み出し電極Ｐは、全て共通のアンプ電極Ｑ１〜Ｑ４のいずれかに接続されており、図２における横方向に配列したトランジスタ４ｔのゲートＧは、全て共通のゲート制御電極Ｈ１〜Ｈ４のいずれかに接続されている。ゲート制御電極Ｈ１〜Ｈ４は、ゲートドライブ１３に接続され、アンプ電極Ｑ１〜Ｑ４は、アンプアレイ１４に接続される。

各コンデンサ４ｃに蓄積される電荷を読み出す構成について説明する。図２におけるコンデンサ４ｃの各々に電荷が蓄積されているものとする。ゲートドライブ１３は、ゲート制御電極Ｈ１を通じてトランジスタ４ｔを一斉にオンする。オンされた横に並んだ４つのトランジスタ４ｔは、アンプ電極Ｑ１〜Ｑ４を通じて、電荷（原信号）をアンプアレイ１４に伝達する。

次に、ゲートドライブ１３は、ゲート制御電極Ｈ２を通じてトランジスタ４ｔを一斉にオンする。この様に、ゲートドライブ１３は、ゲート制御電極Ｈ１〜Ｈ４を順番にオンしていく。その度ごとに行の異なるトランジスタ４ｔがオンされる。こうして、ＦＰＤ４は、コンデンサ４ｃの各々に蓄積された電荷を１行毎に読み出す構成となっている。

アンプアレイ１４には、アンプ電極Ｑ１〜Ｑ４の各々に、信号を増幅するアンプが設けられている。アンプ電極Ｑ１〜Ｑ４からアンプアレイ１４に入力された原信号は、ここで所定の増幅率で増幅される。この増幅信号は、画像生成部１５に送出され、ここで被検体の透視画像に組み立てられる。

収集電極４ａ，コンデンサ４ｃ，およびトランジスタ４ｔは、γ線を検出するγ線検出素子を構成する。γ線検出素子は、アクティブマトリックス基板４において、１，０２４×１，０２４の縦横に並んだ２次元マトリックスを形成している。

共通電極層２は、図１に示すようにノード２ａに接続されている。ノード２ａに高電位が供給されることにより、共通電極層２には、電位にして、例えば、１０ｋＶの正のバイアス電圧が印加されている。

中性子反応層５は、Ｇｄ_２Ｏ_３などの中性子反応性の物質がドープされたエポキシ樹脂で構成される。中性子反応層５は、絶縁性であり、これが共通電極層２を覆うことで、共通電極層２の高電位が封じ込められる。この中性子反応層５は、中性子線検出器１０の周縁部において、アモルファスセレン層１の側端をも覆っている。したがって、中性子線検出器１０の周縁部において、中性子反応層５は、アクティブマトリックス基板４に接していることになる。つまり、アモルファスセレン層１，共通電極層２は、アクティブマトリックス基板４，および中性子反応層５によって封止されている。言い換えれば、アモルファスセレン層１，共通電極層２の側端は、中性子反応層５で覆われている。

中性子反応層５にドープされている中性子反応物質は、中性子線が照射されると、γ線または電子線を放出するものであり、具体的には、金属ガドリニウム、金属イッテルビウム、ガドリニウム化合物（例えば、Ｇｄ_２Ｏ_３などのガドリニウム酸化物）、イッテルビウム化合物（例えば、Ｙｂ_２Ｏ_３などのイッテルビウム酸化物）のうちのいずれかか、これらの混合物である。また、中性子反応物質としては、中性子線との核反応断面積が１，０００ｂａｒｎ以上であれば望ましく、必ずしもガドリニウム系、イッテルビウム系の物質を使用する必要はない。

中性子反応層５にドープされている中性子反応物質の分布について説明する。中性子反応層５の内部における中性子反応物質の濃度は、図３に示すように、補助板６からアクティブマトリックス基板４に向かうにつれ次第に高いものとなっている。この様な中性子反応層５は、中性子反応物質の粉末を硬化前で流体となっているエポキシ樹脂に混入させて、アクティブマトリックス基板４に接する側を下にして硬化させることで行われる。この際、中性子反応物質の粉末は、重力により中性子反応層５内部で沈降し、粉末の分布が鉛直方向に偏ったままエポキシ樹脂が固まる。この様にして、実施例１における中性子反応層５が製造されるのである。

アモルファスセレン層１，共通電極層２，中性子反応層５の側面は、側面中性子反応層５ａで覆われている。側面中性子反応層５ａは、中性子反応層５と同一の材料で構成されている。この様に、中性子反応層５の周縁部は、共通電極層２，およびアモルファスセレン層１の周縁部から張り出して、アクティブマトリックス基板４に向けて伸び、アクティブマトリックス基板４に会合することにより、両層２，４を覆っている。

補助板６は、石英ガラス製の板であり、中性子反応層５に面している。その厚さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとなっている。補助板６の熱膨張係数は、アクティブマトリックス基板４のそれと同程度となっている。

次に、実施例１に係る中性子線検出器１０における中性子を検出する原理について説明する。図４の上段の符号ａは、中性子線源から発し、中性子線検出器１０に入射した中性子線Ｎの帰趨を示すものである。中性子線Ｎは中性子反応層５にドープされている中性子反応物質Ｍに当たり、Ｍ（ｎ，γ）反応によってγ線が生じる。生じたγ線は、アモルファスセレン層１に向かう。γ線は、そこで電子と正孔のペアからなるキャリア対を発生させる。生じた電子と正孔のいずれかが共通電極層２に反発してアクティブマトリックス基板４のコンデンサ４ｃに蓄積される。アクティブマトリックス基板４は、これを読み出して原信号を出力する。

以上のように、実施例１によれば、中性子反応層５に入射した中性子線は、γ線または電子線を発する。これらγ線等は、アモルファスセレン層１に入射し、電荷に代えられる。電荷は、アクティブマトリックス基板４のコンデンサ４ｃに蓄積され、後に読み出される。これにより、次々と中性子線が中性子反応層５に入射したとしても、その度ごとに電荷を読み出すことができ、リアルタイムの中性子線の検出が可能な中性子線検出器１０が提供できるのである。しかも、本発明によれば、蛍光を発生させる過程を有しないので、蛍光の散乱の影響により透視画像の視認性が悪化することもない。

また、共通電極、およびアモルファスセレン層１の両層は、中性子アモルファスセレン層１，およびアクティブマトリックス基板４にシールされている。そして、上述の構成のようにアクティブマトリックス基板４と補助板６との熱膨張係数を一致させれば、外気の温度変化に影響されない中性子検出器を提供することができる。すなわち、中性子検出器が外気の温度変化によって膨張・収縮する際に発生するアモルファスセレン層１の物理的損傷を抑制することができる。すなわち、アモルファスセレン層１とアクティブマトリックス基板４の熱膨張係数が異なるので、外気の温度変化に応じて、中性子検出器自体に反りが生じ、アモルファスセレン層１に亀裂が発生してしまう。上述の構成によれば、同程度の膨張係数を有する補助板６と、アクティブマトリックス基板４とに挟まれる位置にアモルファスセレン層１が存しているので、外気の温度変化によって中性子検出器に反りが発生することがない。これにより、外気の温度変化に影響されないでアモルファスセレン層１の寿命が向上した中性子検出器が提供できる。

そして、実施例１の構成のように、γ線を電荷に変える変換層をアモルファスセレンで構成すれば、大面積・均一な検出器を得ることができる。

また、実施例１の構成のように、中性子反応層５が絶縁性の硬化性合成樹脂に中性子反応性を有する中性子反応物質が混入されて構成されていれば、中性子反応層５を中性子線と反応する反応層として機能させるとともに、中性子反応層５とアクティブマトリックス基板４との間に存する各層を保護する保護層としても機能させることができる。

そして、上述のように、中性子反応物質がアクティブマトリックス基板４に向かうにつれ次第に高濃度となるような濃度勾配で中性子反応層５の内部に存していれば、次の様な効果を奏する。すなわち、γ線は、中性子反応層５の内部のうち、よりアクティブマトリックス基板４の近い側で発生するのである。すると、γ線は、中性子反応層５の内部で散乱しないで直ちにアモルファスセレン層１に向かうのである。したがって、中性子線検出器１０の空間的分解能は高いものとなる。

また、上述の構成によれば、中性子線源から出射される放射線に影響されない中性子線検出器１０が提供できる。中性子線源は、中性子線に混じって高エネルギーのγ線を出射する。このγ線が中性子反応層５に入射すると、一部は特性Ｘ線を発生させてしまい、これが中性子検出の邪魔となる。エポキシ樹脂は、この特性Ｘ線を吸収するので、この特性Ｘ線がアモルファスセレン層１に向かうことがない。したがって、Ｓ／Ｎ比が良好な中性子線検出器１０が提供できるのである。

実施例１の構成のように、中性子反応物質が、中性子線との核反応断面積が１，０００ｂａｒｎ以上であれば、中性子を検出するのに適している。

また、実施例１の構成のように、中性子反応物質としては、金属ガドリニウム、金属イッテルビウム、ガドリニウム化合物、イッテルビウム化合物の群から選ばれる１または２以上の物質が好適である。

実施例２は、実施例１で説明した中性子線検出器１０を搭載した中性子線撮影装置３０の構成を示すものである。図５に示すように、実施例２に係る中性子線撮影装置３０は、被検体Ｍ（例えば航空機のエンジン）の上側に配置された中性子線を照射する中性子源１３と、被検体Ｍの下側に配置された中性子線を検出する中性子線検出器１０と、中性子線検出器１０から出力された原信号を組み立てて透視画像を生成する画像生成部２１と、画像生成部２１から出力された透視画像を経時的に結合させて動画を生成する結合部２２と、動画を表示する表示部３２とを備えている。

中性子線源制御部１６は、中性子線源１３を制御する目的で設けられている。中性子線源制御部１６は、中性子線源１３に制御信号を送出することにより、中性子線源１３に中性子線の照射の開始・終了などの指示を行う。

記憶部３３は、各部が出力したデータや各部が参照する参照値などの一切を記憶する。たとえば、記憶部３３は、連続撮影を行うときのフレームレートが記憶されている。

操作卓３１は、術者の操作を入力させる目的で設けられている。そして、主制御部３５は、各部１０，１３，１６を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部３５はＣＰＵによって実現され、各種のプログラムを実行することにより中性子線源制御部１６，画像生成部２１，結合部２２を実現している。これら各部を専用の制御装置に担当させてもよい。なお、画像生成部２１は、実施例１で説明した画像生成部１５と同様の機能を有するものである。動作の説明の便宜上、画像生成部２１は中性子線検出器１０から独立させている。

このような中性子線撮影装置３０の動作について説明する。実施例２に係る中性子撮影装置３０にて診断を行うには、まず、被検体Ｍが中性子源１３と中性子検出器１０との間に載置される。術者が操作卓３１を通じて撮影開始の指示を行うと、中性子線源１３から中性子線が被検体Ｍに向けて照射される。この中性子線には、撮影に邪魔なγ線が含まれている。

被検体Ｍを透過してきた中性子線は、中性子線検出器１０によって検出される。このとき、中性子線源１３から発生したγ線は、図４で説明したように、中性子線検出器１０で検出されることがない。

中性子線検出器１０が中性子線を検出することにより出力した原信号は、２次元的に並べられて透視画像に組み立てられる。この透視画像は、ある時点の被検体の透視像を写しこんでいる。この透視画像は、結合部２２に送出され、そこで、所定のフレームレートの動画とされる。この動画が表示部３２に表示されて診断は終了となる。

以上のように、実施例２の様に構成することで、リアルタイムに中性子線による撮影を行うことができる中性子線撮影装置が提供できる。

本発明は、上述の実施例の構成に限られず、下記のような変形実施が可能である。

（１）上述の実施例１におけるγ線をキャリア対に変換する層として、アモルファスセレン層１に代えて、ＣｄＴｅ層、ＣｄＺｎＴｅ層を用いてもよい。

（２）上述の実施例１における構成は、γ線をキャリア対に変換する層を有しない構成とすることができる。すなわち、図６に示すように、共通電極層２とアモルファスセレン層１とを有しない構成で、アモルファスセレン層１の代わりにシンチレータ層３を有する構成とすることもできる。この場合、アクティブマトリックス基板４の代わりに光電変換機能を有する光電変換アクティブマトリックス基板（光電変換基板７）を用いる。光電変換基板７は、実施例１の収集電極４ａの代わりに、シンチレータ層３から発生する蛍光を電荷に変換するフォトダイオード７ａを有している。それ以外の構成は、アクティブマトリックス基板４と同様である。なお、このような変形例においては、必ずしも補助板６を設ける必要はない。

シンチレータ層３は、中性子線の進行方向（中性子反応層５および、シンチレータ層３の積層方向）に沿って細長状のヨウ化セシウム結晶が中性子線の進行方向に直交する平面に沿って２次元状に配列されることにより構成されている。つまり、シンチレータ層３には、層状となっているシンチレータ層３の広がる平面から直立した細長状のヨウ化セシウム結晶により構成されているのである。

この様な中性子線検出器１０の動作について説明する。中性子線が中性子反応層５に入射すると、γ線が生じる。このγ線は、シンチレータ層３に向かう。シンチレータ層３のγ線が入射した部分では、蛍光が生じて、これが光電変換基板７に向かう。光電変換基板７には、フォトダイオード７ａが２次元的に配列されており、蛍光はフォトダイオード７ａで電荷に変換される。

上述の変形例によれば、中性子反応層５に入射した中性子線は、γ線を発する。このγ線は、シンチレータ層３に入射し、蛍光に代えられる。蛍光は、光電変換基板７において電荷に代えられる。後にこれが読み出される。これにより、次々と中性子線が中性子反応層５に入射したとしても、その度ごとに電荷を読み出すことができ、リアルタイムの中性子線の検出が可能な中性子線検出器１０が提供できるのである。

また、変形例のように、シンチレータ層３を光電変換基板７に当接するように設ければ、シンチレータ層３で生じる蛍光の散乱による透視画像の乱れを極力抑制することができる。例えば、図６の点ｐで蛍光が発生したとする。発生した蛍光は、点ｐから実線で示す矢印のように進行し、光電変換基板７に入射する。この点ｐで発生した蛍光がシンチレータ層３の内部で散乱したとすると、図６の破線の矢印で示すように、蛍光は実線の矢印とは異なる方向に進行することになる。たとえ、このような散乱光が発生したとしても、散乱光は、発生直後に光電変換基板７に入射するので、散乱光（破線矢印）が光電変換基板７に入射する位置と、散乱光が散乱を起こさなかった場合（実線矢印）の光電変換基板７に入射する位置とには、ほとんど違いがない。

しかし、仮に、光電変換基板７が破線の示すようにシンチレータ層３から離れた位置にあったとすると、散乱光が光電変換基板７に入射する位置と、散乱光が散乱を起こさなかった場合の光電変換基板７に入射する位置とがよりずれてきてしまう。変形例のように、シンチレータ層３を光電変換基板７に当接するように設ければ、このズレが極力抑制されることになるので、シンチレータ層３で生じる蛍光の散乱光は、さほど透視画像の乱れを生じさせない。

また、変形例のように、中性子線の進行方向に細長状のヨウ化セシウム結晶が進行方向に直交する平面に沿って２次元状に配列されることによりシンチレータ層３が構成されれば、シンチレータ層３で発生した蛍光の広がりが抑制されるので、光電変換基板７に到達する蛍光の強度分布は、中性子線の入射位置をより忠実に表したものとなり、鮮明な透視画像が取得できる。

（３）上述の実施例１における中性子反応層５を、図７に示すように、中性子と反応する中性子反応物質を含まないエポキシ樹脂層８に代えることができる。この様な変形例においては、エポキシ樹脂層８と共通電極層２の間に中性子と反応する中性子反応物質を含んだ中性子反応膜９が設けられている。中性子線検出器１０に入射した中性子は、この膜でγ線を発生させることになる。

この様にすると、中性子反応層５においてγ線は、中性子反応層５の内部のうち、よりアクティブマトリックス基板４の近い側で発生する。すると、γ線は、中性子反応層５の内部で散乱しないで直ちにアモルファスセレン層１，またはシンチレータ層３に向かうのである。したがって、中性子線検出器１０の空間的分解能は高いものとなる。

（４）上述の実施例１においては、中性子反応層５で生じたγ線をアモルファスセレン層１でキャリア対に変換する構成としていたが、中性子反応層５で生じた電子線をアモルファスセレン層１でキャリア対に変換する構成とすることもできる。

１ アモルファスセレン層（変換層）
２ 共通電極層
３ シンチレータ層
４ アクティブマトリックス基板
４ｃ コンデンサ
４ｔ トランジスタ
５ 中性子反応層
６ 補助板
７ａ フォトダイオード
１０ 中性子線検出器

Claims (12)

1. （Ａ）中性子線に反応してγ線または電子線を出射する中性子反応層と、
   （Ｂ１）前記中性子反応層から出射したγ線または電子線を電荷に変換する変換層と、
   （Ｃ１）前記変換層で生じた電荷を蓄積するコンデンサおよび前記コンデンサから電荷を読み出すトランジスタとを有する検出素子が２次元的に配列されているアクティブマトリックス基板とがこの順に積層され、
   （Ｄ）前記中性子反応層と前記変換層とに挟まれる位置には、前記変換層で生じた電荷を前記アクティブマトリックス基板に誘導させる電界を生じさせる共通電極層を備えていることを特徴とする中性子線検出器。
2. 請求項１に記載の中性子線検出器において、
   前記中性子反応層は、絶縁性となっており、
   その周縁部は、前記共通電極層、および前記変換層の周縁部から張り出して、アクティブマトリックス基板に向けて伸び、アクティブマトリックス基板に会合することにより、前記中性子反応層が前記共通電極層、および前記変換層を覆っており、
   前記アクティブマトリックス基板から見て前記中性子反応層の裏側には、前記アクティブマトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板が備えられていることを特徴とする中性子線検出器。
3. 請求項１または請求項２に記載の中性子線検出器において、
   前記変換層が、アモルファスセレンで構成されていることを特徴とする中性子線検出器。
4. （Ａ）中性子線に反応してγ線または電子線を出射する中性子反応層と、
   （Ｂ２）前記中性子反応層から出射したγ線または電子線に反応して蛍光を発するシンチレータ層と、
   （Ｃ２）前記シンチレータ層で生じた蛍光を検出するフォトダイオードを有する検出素子が２次元的に配列されているアクティブマトリックス基板とがこの順に積層されていることを特徴とする中性子線検出器。
5. 請求項４に記載の中性子線検出器において、
   前記シンチレータ層が、中性子線の進行方向に細長状のヨウ化セシウム結晶が中性子線の進行方向に直交する平面に沿って２次元状に配列されることにより構成されていることを特徴とする中性子線検出器。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の中性子線検出器において、
   前記中性子反応層が、絶縁性の硬化性合成樹脂に中性子反応性を有する中性子反応物質が混入されて構成されていることを特徴とする中性子線検出器。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の中性子線検出器において、
   前記中性子反応層に混入されている中性子反応物質は、前記アクティブマトリックス基板に向かうにつれ次第に高濃度となるように、前記中性子反応層の内部で濃度に勾配がつけられていることを特徴とする中性子線検出器。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の中性子線検出器において、
   前記中性子反応層は、絶縁性の硬化性合成樹脂で構成されており、その前記アクティブマトリックス基板側の面には、中性子反応性を有する中性子反応物質の膜が設けられていることを特徴とする中性子線検出器。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の中性子線検出器において、
   前記中性子反応層が、エポキシ樹脂で構成されていることを特徴とする中性子線検出器。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の中性子線検出器において、
    前記中性子反応層に混入されている中性子反応物質が、中性子線との核反応断面積が１，０００ｂａｒｎ以上であることを特徴とする中性子線検出器。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の中性子線検出器において、
    前記中性子反応層に混入されている中性子反応物質が、金属ガドリニウム、金属イッテルビウム、ガドリニウム化合物、イッテルビウム化合物の群から選ばれる１または２以上の物質であることを特徴とする中性子線検出器。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の中性子線検出器を搭載した中性子線撮影装置において、
    中性子線を照射する中性子線源を備えることを特徴とする中性子線撮影装置。

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