JP2012026996A

JP2012026996A - 放射線検出装置

Info

Publication number: JP2012026996A
Application number: JP2010168934A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Sato; 節夫佐藤; Takeshi Muto; 豪武藤
Original assignee: High Energy Accelerator Research Organization
Current assignee: High Energy Accelerator Research Organization
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】光検出器への放射線の入射量を低減する放射線検出装置を提供する。
【解決手段】放射線が入射する放射線入射面を有し、入射した放射線を光に変換するシンチレータと、前記シンチレータの前記放射線入射面と対向する面側に設置され、前記シンチレータで変換された光を透過し、前記シンチレータを透過した放射線を吸収する光透過板と、前記光透過板の前記シンチレータが設置される面と対向する面側に設置され、前記シンチレータで変換され、前記光透過板を透過した光を、検出する光検出器と、を有する放射線検出装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線を検出する放射線検出装置に関する。

放射線を検出する放射線検出装置として、シンチレータ及び光検出器が使用されるものがある。シンチレータは、シンチレーション現象により、放射線を光に変換する。シンチレーション現象は、放射線が特定の物質に入射するとき、この放射線のエネルギーが当該物質に吸収されて蛍光を発生する現象である。放射線検出装置は、シンチレータで変換された光を光検出器で検出することにより、入射される放射線を検出する。放射線には、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、Ｘ線、中性子線、荷電粒子線等が含まれる。

特開２００３−２４１３２９号公報特表２００７−５０９３４５号公報

放射線検出装置に入射される放射線の一部は、シンチレータで光に変換されず、光検出器に入射される。そのため、放射線検出装置には、放射線照射による損傷を受けにくい光検出器が使用されることが望ましい。従来、光検出器として、例えば、光電子増倍管が使用されてきた。

光検出器としては、ＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）等の半導体を使用した光検出器も存在する。ＭＰＰＣは、光電子増倍管に比べ形状が小さいため、設置位置を自由に選択できるという利点がある。しかし、半導体を使用した光検出器は、放射線照射による損傷を受けやすい。このため、半導体を使用した光検出器は、放射線が照射される環境では使用されにくい。放射線検出装置の光検出器として半導体を使用した光検出器を使用するためには、光検出器への放射線の入射量が低減されることが、求められる。また、放射線は、光検出器におけるノイズの原因となり検出結果に影響を与えることがある。このため、光電子増倍管のような光検出器であっても、光検出器に対する放射線の入射量が少ない環境で使用されることが望ましい。

図１は、放射線検出装置に入射される放射線の例を示す図である。図１の放射線検出装置３は、放射線シンチレータ１及び光検出器２を含む。放射線シンチレータ１は、放射線を光に変換する。光検出器２は、放射線シンチレータ１で変換された光を検出する。放射線検出装置３に入射された放射線は、放射線シンチレータ１で光に変換され、変換された光が光検出器２で検出される。また、放射線検出装置３に入射された放射線の一部は、放射線シンチレータ１で光に変換されずに、光検出器２に入射される。光検出器２は、入射される放射線によりダメージを受ける。

本発明は、光検出器への放射線の入射量を低減する放射線検出装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。

即ち、本発明の第１の態様は、
放射線が入射する放射線入射面を有し、入射した放射線を光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータの前記放射線入射面と対向する面側に設置され、前記シンチレータで変換された光を透過し、前記シンチレータを透過した放射線を吸収する光透過板と、
前記光透過板の前記シンチレータが設置される面と対向する面側に設置され、前記シンチレータで変換され、前記光透過板を透過した光を、検出する光検出器と、
を有する放射線検出装置である。

本発明の第１の態様によると、シンチレータは入射した放射線を光に変換する。光透過板は、シンチレータで変換された光を透過し、シンチレータを透過した放射線を吸収する。光検出器は、シンチレータで変換された光を検出する。

本発明によれば、光検出器への放射線の入射を低減する放射線検出装置を提供することができる。

図１は、放射線検出装置に入射される放射線の例を示す図である。図２は、中性子検出装置の構成例を示す図である。図３は、ホウケイ酸ガラスの中性子吸収特性の例を示す図である。図４は、光検出器としてＭＰＰＣを使用した場合の、光検出器の回路の例を示す図である。図５は、複数の光検出器が設けられた中性子検出装置の例を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、開示の実施形態の構成に限定されない。

〔実施形態〕
（構成例）
図２は、放射線検出装置としての中性子検出装置の構成例を示す図である。中性子検出装置１０は、中性子シンチレータ１００、光透過板２００、光検出器３００を含む。

中性子検出装置１０は、平板状の中性子シンチレータ１００と、中性子シンチレータ１００の一方の面側に配置された平板状の光透過板２００と、光透過板２００の中性子シンチレータ１００が配置された面と反対側の面側に配置された光検出器３００とを有する。中性子シンチレータ１００の光透過板２００が配置された面と反対側の面に検出対象の中性子が入射される。中性子シンチレータ１００と光透過板２００とは、接触してもよい。また、光透過板２００と光検出器３００とは、接触してもよい。

中性子検出装置１０に中性子が入射されると、中性子シンチレータ１００で中性子が光に変換される。中性子シンチレータ１００で変換された光は、光透過板２００に入射される。光透過板２００は、光を通過させるので、入射された光は、光検出器３００に入射される。光検出器３００は、入射された光を検出し、電気信号等に変換して出力する。中性子シンチレータ１００で光に変換されなかった中性子は、光透過板２００で吸収される。光透過板２００で吸収されなかった中性子は、光検出器３００に入射される。光透過板２００を調整することにより、光検出器３００に入射する中性子の量を制御できる。

中性子シンチレータ１００は、中性子を光に変換する媒体である。中性子シンチレータ
１００に入射された中性子は、光に変換される。中性子シンチレータ１００に入射された中性子の一部は、光に変換されずに通過する。中性子シンチレータ１００で光に変換されなかった中性子は、光透過板２００に入射される。中性子シンチレータ１００として、例えば、ＺｎＳ、Ｌｉガラス、ＬＢＯ単結晶が使用されうる。中性子シンチレータ１００は、これらに限定されるものではない。

光透過板２００は、入射される光を通過させる。また、光透過板２００は、入射される中性子を吸収する。即ち、光透過板２００は、中性子に対して遮蔽板として機能する。光透過板２００として、例えば、ホウケイ酸ガラスが使用される。ホウケイ酸ガラスは、ボロン入りのガラスである。ボロン入りのガラスは、中性子を吸収し得る。ガラスによる中性子の吸収割合は、ガラス板の厚さに依存する。光透過板２００の厚さは、入射される中性子の量と、光検出器３００に影響を及ぼす中性子の量とによって決定されうる。光透過板２００は、ホウケイ酸ガラスに限定されない。光透過板２００は、光検出器３００を、中性子から保護する。

図３は、ホウケイ酸ガラスの中性子吸収特性の例を示す図である。図３は、重量比１１％の酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）が含まれるホウケイ酸ガラスの中性子吸収特性である。図３の中性子吸収特性は、板状のガラス（ガラス板）の一方の面から所定のレートで中性子を入射し、ガラス板の他方の面から出力される単位時間あたりの中性子の数を測定したものである。測定は、複数のガラス厚（２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ）で行われている。図３のグラフの横軸は、ガラス板の厚さであり、縦軸は、ガラス板を通過してカウントされる単位時間あたりの中性子の数である。ガラス板の厚さが０ｍｍでの値は、ガラス板を通さない場合にカウントされる単位時間あたりの中性子の数である。即ち、ガラス板の厚さが０ｍｍでの値は、ガラス板の厚さが０ｍｍより大きい場合に、ガラス板に入射する単位時間あたりの中性子の数に相当する。このホウケイ酸ガラスは、ガラス厚が５ｍｍで、入射される中性子をほぼ１／１０に減衰する。例えば、中性子シンチレータ１００を通過する中性子の量が１０００個／秒であって、光検出器３００が耐えられる中性子の量が１０個／秒である場合、このホウケイ酸ガラスでは、ガラス厚が１０ｍｍであるものを使用すればよい。

光検出器３００は、中性子シンチレータ１００で変換された光を検出する。光検出器３００は、入射された光を電気信号等に変換して出力する。光検出器３００は、入射された光の量に依存した電気信号等を出力する。光検出器３００は、例えば、入射された光の量に比例した電荷を出力する。光検出器３００として、例えば、ＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）といった半導体光検出器、光電子増倍管が使用されうる。

図４は、光検出器としてＭＰＰＣを使用した場合の、光検出器の回路の例を示す図である。図４の回路は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２、ＭＰＰＣ（ダイオードＤ１）を含む。図４の回路には、ＭＰＰＣ（ダイオード）に対する逆方向バイアスとしての逆電圧∨１が印加されている。ＭＰＰＣに光が入射すると、ＭＰＰＣ内の電子が励起され、回路に電流が流れ、出力を得る。この出力によって、光検出器３００は、光を検出する。また、ＭＰＰＣに光が入射しないと、原則として、回路に電流は流れない。

また、光検出器３００として、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）が使用されうる。中性子検出装置１０には、複数の光検出器３００が設けられてもよい。複数の光検出器３００を用いることにより、電荷分割法等により、中性子が入射された位置を算出することが可能となる。

図５は、複数の光検出器が設けられた中性子検出装置の例を示す図である。図５の例では、中性子検出装置１０は、中性子シンチレータ１００、光透過板２００、複数の光検出器３００、複数の抵抗４００を含む。中性子シンチレータ１００と光透過板２００とは、接触してもよい。また、光透過板２００と光検出器３００とは、接触してもよい。ここで、光透過板２００は、入射された光を拡散する形態（例えば、光拡散ガラス）としてもよい。光透過板２００が光拡散ガラスであるとき、光透過板２００に入射された光は、光透過板２００によって拡散される。光が拡散されると、光が、複数の光検出器３００によって、検出され易くなる。また、中性子を吸収するホウケイ酸ガラスを光拡散ガラスにすることで、光透過板２００は、光を拡散しつつ、中性子を吸収することができる。

中性子シンチレータ１００で変換された光が拡散されず１つの光検出器３００のみで光が検出される場合、光が入射された位置（中性子が照射された位置）を算出する際の位置分解能は、光検出器３００の設置間隔程度に留まる。一方、光が拡散され複数の光検出器３００で光が検出される場合、光が入射された位置の位置分解能は、光検出器３００の設置間隔よりも小さくなる。

各光検出器３００の出力は、抵抗４００と交互に直列に接続される。図５のように、光検出器３００と抵抗４００とが交互に接続されたものの両端から出力が得られる。これらの出力に基づいて、電荷分割法等により、中性子が入射された位置を算出することができる。

（実施形態の作用効果）
中性子検出装置１０は、入射される中性子を光に変換して検出する。また、複数の光検出器３００を有する中性子検出装置１０は、入射される中性子の入射された位置を検出しうる。中性子検出装置１０は、中性子シンチレータ１００で変換されなかった中性子（中性子シンチレータ１００を透過した中性子）を、中性子を吸収する光透過板２００に吸収させる。中性子が光透過板２００に吸収されるため、光検出器３００に入射される中性子が低減する。

実施形態の構成によれば、光検出器３００に入射される中性子が減少するため、中性子によってダメージを受けやすいＭＰＰＣ等の半導体を使用した光検出器を、中性子検出装置１０の光検出器３００として用いることができる。また、光検出器３００に入射される中性子が減少するため、光検出器３００が劣化しにくくなり、また、光検出器３００における放射線によるノイズが低減する。

〔変形例〕
上記の実施形態では、中性子を検出する中性子検出装置１０について説明した。中性子検出装置１０の構成は、中性子線以外の他の放射線を検出する放射線検出装置に適用されうる。他の放射線には、例えば、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、Ｘ線、荷電粒子線等が含まれる。

放射線検出装置では、中性子シンチレータ１００の代わりに、検出対象の他の放射線に対応する放射線シンチレータが使用される。放射線シンチレータは、入射された放射線を光に変換する。放射線シンチレータとして、検出対象の放射線に対応するものが選択される。

放射線検出装置では、光透過板２００として、例えば、鉛ガラス、アクリルガラスが使用される。光透過板２００は、検出対象の放射線を吸収するものが選択される。鉛ガラスは、光を通過させ、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、Ｘ線、荷電粒子線等の放射線を吸収する。アクリルガラスは、光を通過させ、アルファ線等の放射線を吸収する。また、光
透過板２００として、可視光を通過し、可視光より高い周波数を有するＸ線、ガンマ線を遮蔽する、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタが使用されうる。光透過板２００として、光を拡散するものが使用されてもよい。

放射線検出装置は、放射線シンチレータで変換されなかった放射線を、放射線を吸収する光透過板に吸収させる。光透過板に放射線が吸収されるため、光検出器に入射される放射線が低減する。これにより、放射線による光検出器の損傷を低減させることができ、光検出器として放射線による影響を受けやすいものを使用できる。

１放射線シンチレータ
２光検出器
３放射線検出装置
１０中性子検出装置
１００中性子シンチレータ
２００光透過板
３００光検出器
４００抵抗
Ｃ１コンデンサ
Ｃ２コンデンサ
Ｄ１ダイオード（ＭＰＰＣ）
Ｒ１抵抗
Ｒ２抵抗

Claims

放射線が入射する放射線入射面を有し、入射した放射線を光に変換するシンチレータと、
前記シンチレータの前記放射線入射面と対向する面側に設置され、前記シンチレータで変換された光を透過し、前記シンチレータを透過した放射線を吸収する光透過板と、
前記光透過板の前記シンチレータが設置される面と対向する面側に設置され、前記シンチレータで変換され、前記光透過板を透過した光を、検出する光検出器と、
を有する放射線検出装置。
前記シンチレータは、中性子を光に変換する中性子シンチレータであり、
前記光透過板は、ホウケイ酸ガラスである、
請求項１に記載の放射線検出装置。
前記光検出部は、半導体光検出器である、
請求項１又は２に記載の放射線検出装置。
前記半導体光検出器は、ＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）である、
請求項３に記載の放射線検出装置。