JP2013253867A - 放射線検出器、食品用放射線検出器、放射線検出器の製造方法、及び、放射線検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分なエネルギー分解能を有しつつ、軽量化を実現した放射線検出器及び食品用放射線検出器を提供する。
【解決手段】シンチレータ２と、シンチレータ２の第１の面に、受光面が第１の面と対峙するように取り付けられた半導体光検出器５と、シンチレータ２及び半導体光検出器５を覆った放射線遮蔽材６とを有し、シンチレータ２の体積をＶｓ（ｃｍ^３）、第１の面の面積をＡ、受光面の面積をＢ、シンチレータ２の５×５×５ｍｍサイズにおける常温での発光量をＬ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）とした時、（I）１＜Ａ／Ｂ≦１０００、（II）Ｌ_０≧１８０００、及び、（III）１≦Ｖｓ≦１０００の関係を満たす放射線検出器１。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検出器、食品用放射線検出器、放射線検出器の製造方法、及び、放射線検出方法に関する。

特許文献１には、食品等の試料を測定対象とした放射線測定装置が開示されている。当該放射線測定装置は、ＮａＩシンチレータと、光電子増倍管（ＰＭＴ）と、これらの周囲を覆う遮蔽材とを有する。

特開２００２−１９６０７７号公報

遮蔽材としては、鉛やタングステンなどの、原子番号が大きく、密度が大きい物質が使用される。遮蔽材により、測定対象物から検出される放射線と、バックグラウンド成分とのＳ／Ｎ比を大きくすることができ、測定時間の短縮や、測定精度の向上が実現される。しかしながら、遮蔽材が大きくなると、その分重量が増加し、装置設計に困難さが生じるほか、設置、運搬、メンテナンス、装置設計、安全性の確保、コスト低減の面で大きな障害となる。

一般に、シンチレータの第１の面に光電子増倍管の受光面を合わせて構成される放射線検出器では、集光効率を高くするため、シンチレータの第１の面の面積と光電子増倍管の受光面の面積が同じとなる。例えば、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のシンチレータには、受光面の面積が５ｃｍφ程度である光電子増倍管が組み合わされる。光電子増倍管は、受光面が大きくなればなるほど全長が大きくなり、例えば、５ｃｍφ程度の受光面積の光電子増倍管では全長が１０ｃｍ以上となる。

６６２ＫｅＶのガンマ線を１／１４０に遮蔽するには約５０ｃｍ厚の鉛で遮蔽することになる。上述のような５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のシンチレータに受光面の面積が５ｃｍφ程度である光電子増倍管を組み合わせた放射線検出器の場合、シンチレータ側の先端面（円柱の上面）が露出するようにシンチレータ及び光電子増倍管を５０ｃｍ厚の鉛で覆うと、鉛の重量のみで３２ｋｇ以上となる。

飲料水、食品などの液体、固体中に含まれる放射性物質の濃度を定量評価する場合、感度を高くするためシンチレータを大きくしたり、または、放射線検出器の数を増やす場合があるが、その分遮蔽材は大きくなり、重量は増大する。

このような問題を回避するため、シンチレータと光電子増倍管の受光面の間に、シンチレータ光を透過する透明なガラスやプラスチックからなる円錐台状のライトガイドを設置し、シンチレータの大きさに対してより小さい光電子増倍管を使用する手段が考えられる。例えば、５ｃｍφ×５ｃｍ高さのシンチレータに対して、５ｃｍφ→２．５ｃｍφに径が小さくなる高さ２ｃｍ程度の円錐台状のライトガイドを用いることができる。かかる場合、５ｃｍφ×５ｃｍ高さのシンチレータに、２．５ｃｍφの受光面と５ｃｍ程度の全長をもつ光電子増倍管を組み合わせることができる。結果、シンチレータと光電子増倍管の合計体積を小さくすることができる。しかしながら、この場合でも、シンチレータ側の先端面（円柱の上面）が露出するようにシンチレータ及び光電子増倍管を５０ｃｍ厚の鉛で覆うと、鉛の重量のみで２１ｇ以上もの重量となる。

加えて、放射線検出器は、用途に応じた所望のエネルギー分解能を実現する必要がある。例えば、飲料水、食品などの液体、固体中に含まれる放射性物質の濃度を定量評価する放射線検出器は、食品中に含まれる放射性セシウム濃度を定量化するため、^１３４Ｃｓ（７９５ｋｅＶ）と^１３７Ｃｓ（６６２ｋｅＶ）のピークを効率よく分離する必要がある。このため、６６２ｋｅＶのガンマ線に対するエネルギー分解能が少なくとも１５％以下であることが望まれる。

本発明は、十分なエネルギー分解能を有しつつ、軽量化を実現した放射線検出器及び食品用放射線検出器、これらの製造方法、及び、これらを用いた放射線検出方法を提供することを課題とする。

本発明によれば、
シンチレータと、
前記シンチレータの第１の面に、受光面が前記第１の面と対峙するように取り付けられた半導体光検出器と、
少なくとも前記シンチレータの一部が露出するように、前記シンチレータ及び前記半導体光検出器を覆った放射線遮蔽材と、
を有し、
前記シンチレータの体積をＶｓ（ｃｍ^３）、前記第１の面の面積をＡ、前記半導体光検出器の前記受光面の面積をＢ、前記シンチレータの５×５×５ｍｍサイズにおける常温での発光量をＬ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）とした時、以下の（I）乃至（III）の関係を満たす放射線検出器が提供される。

（I）１＜Ａ／Ｂ≦１０００
（II）Ｌ_０≧１８０００
（III）１≦Ｖｓ≦１０００

また、本発明によれば、上記放射線検出器を少なくとも１つ有し、飲料水又は食品中に含まれる放射性物質を検出する食品用放射線検出器が提供される。

また、本発明によれば、
シンチレータと、
前記シンチレータの第１の面に、受光面が前記第１の面と対峙するように取り付けられた半導体光検出器と、
少なくとも前記シンチレータの一部が露出するように、前記シンチレータ及び前記半導体光検出器を覆った放射線遮蔽材と、
を有する放射線検出器の製造方法であって、
前記シンチレータの体積をＶｓ（ｃｍ^３）、前記第１の面の面積をＡ、前記半導体光検出器の前記受光面の面積をＢ、前記シンチレータの５×５×５ｍｍサイズにおける常温での発光量をＬ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）とした時、上記（I）乃至（III）の関係を満たすようにＶｓ、Ａ、Ｂ及びＬ_０を設定する設計工程を有する放射線検出器の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、上記放射線検出器を用いて、飲料水又は食品中に含まれる放射性物質を検出する放射線検出方法が提供される。

本発明によれば、十分なエネルギー分解能を有しつつ、軽量化を実現した放射線検出器及び食品用放射線検出器を提供することを課題とする。

本実施形態の放射線検出器の断面模式図の一例である。 本実施形態の食品用放射線検出器の模式図の一例である。 比較例の放射線検出器の断面模式図の一例である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材間の大きさの比率などは特に言及がない限り図示するものに限定されない。

図１に、本実施形態の放射線検出器１の断面模式図の一例を示す。図示するように、放射線検出器１は、シンチレータ２と、半導体光検出器５と、放射線遮蔽材６と、を有する。また、接着剤３と、反射材４とを有することができる。以下、各構成要素について説明する。

シンチレータ２は、放射線を吸収して発光する。形状は特段制限されないが、例えば、円柱、角柱等の柱体とすることができる。例えば、Ｔｌ：ＮａＩシンチレータでは、６６２ｋｅＶのガンマ線に対する放射線減衰長が２．６ｃｍのため、２．６ｃｍの厚みがあれば、６６２ｋｅＶのガンマ線を５０％光電吸収できる。本実施形態のシンチレータ２の体積Ｖｓ（ｃｍ^３）は、検出する放射線のエネルギーや線量にもよるが、下限値側は例えば１ｃｍ^３以上、好ましくは１０ｃｍ^３以上と規定できる。また、上限値側は、例えば１００００ｃｍ^３以下、好ましくは１０００ｃｍ^３以下と規定できる。下限値側と上限値側の規定は任意に組み合わせることができる。

本実施形態のシンチレータ２のシンチレータの常温（２５℃）での発光量Ｌ_０（ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）は、１８０００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上、好ましくは３００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上、さらに好ましくは４００００ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ上である。

本実施形態のシンチレータ２の発光波長での屈折率は、例えば２．０以下とすることができる。

このようなシンチレータとしては、例えば、少なくともＧｄ、Ａｌ、Ｇａ、及び、Ｏを含んで構成されるＣｅ賦活ガーネット単結晶とすることができる。その他、Ｔｌ：ＣｓＩ、Ｔｌ：ＮａＩ、Ｃｅ：ＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、Ｃｅ：ＬＹＳＯ（（Ｌｕ、Ｙ）_２ＳｉＯ_５）等とすることができる。但し、食品中の放射性セシウム濃度を測定するような放射線検出器を構成する場合には、測定対象の放射性セシウムと同エネルギー帯の自己放射線を持つＬｕのような放射性元素を有さないシンチレータが適する。

半導体光検出器５は、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、マルチチャンネルフォトカウンター（ＭＰＰＣ）、フォトダイオード（ＰＤ）、等とすることができる。半導体光検出器５は、受光面が大きくなると、その分、体積Ｖｍ（ｃｍ^３）が大きくなる。半導体光検出器５の体積Ｖｍの下限値側は、例えば０．００１ｃｍ^３以上、好ましくは０．０１ｃｍ^３以上と規定できる。また、半導体光検出器５の体積Ｖｍの上限値側は、例えば５ｃｍ^３以下、好ましくは３ｃｍ^３以下、さらに好ましくは２ｃｍ^３以下と規定できる。下限値側と上限値側の規定は任意に組み合わせることができる。

半導体光検出器５は、シンチレータ２の第１の面（図１の場合、下方を向いている面）に取り付けられる。シンチレータ２の形状が柱体である場合、半導体光検出器５は当該柱体の上面又は底面に取り付けることができる。なお、半導体光検出器５の受光面（図１の場合、上方を向いている面）が、シンチレータ２の第１の面と対峙するように取り付けられる。図示する例の場合、半導体光検出器５の受光面とシンチレータ２の第１の面とが、接着剤３を介して接合している。

接着剤３は光透過性の材料で構成され、発光波長での屈折率が例えば１．３以上１．７以下である。接着剤３は、例えば、シリコン系接着剤やエポキシ系接着剤とすることができる。なお、接着剤３以外の手段で半導体光検出器５の受光面とシンチレータ２の第１の面とを接合させてもよい。

半導体光検出器５とシンチレータ２は、受光面及び第１の面を介して光学結合している。半導体光検出器５は、シンチレータ２が発する光を受光すると、電気信号に変換する。

図示しないが、放射線検出器１は、半導体光検出器５と接続したコンピュータを備えることができる。半導体光検出器５は、光を変換することで得られた電気信号を、当該コンピュータに出力する。当該コンピュータは、半導体光検出器５から受信した電気信号を用い、放射線を測定するための所定の演算処理を行う。当該コンピュータの処理は従来技術に準じて実現できるので、ここでの説明は省略する。

反射材４は、シンチレータ２の周囲を、シンチレータ２の一部が露出するように覆う。例えばシンチレータ２の形状が柱体である場合、反射材４は、当該柱体の上面及び底面の内、半導体光検出器５が取り付けられていない側の面の少なくとも一部（例えば全部）が露出するように、シンチレータ２の周囲を覆うことができる。このような露出部分を介して、測定対象の放射線がシンチレータ２に入射する。以下、シンチレータ２の当該露出部分を放射線入射領域という。なお、反射材４は、シンチレータ２の第１の面（半導体光検出器５が取り付けられる面）における半導体光検出器５が取り付けられる領域は覆わない。すなわち、シンチレータ２の第１の面と半導体光検出器５の受光面の間に反射材４は存在しない。

反射材４は、フッ素樹脂フィルム、硫酸バリウム等の光反射材料含有フィルム、ＥＳＲフィルムなどの光反射フィルムであってもよいし、または、硫酸バリウムや酸化チタン等の光反射材料を含有する塗膜であってもよい。

反射材４の膜厚の下限値側は、例えば０．１ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上と規定できる。また、反射材４の膜厚の上限値側は、例えば５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下と規定できる。下限値側と上限値側の規定は任意に組み合わせることができる。

放射線遮蔽材６は、少なくともシンチレータ２の一部が露出するように、具体的には、シンチレータ２の放射線入射領域の少なくとも一部（例えば全部）が露出するように、シンチレータ２及び半導体光検出器５を覆う。放射線遮蔽材６は、シンチレータ２の第１の面に取り付けられた半導体光検出器５の露出部分のすべてを覆ってもよい。かかる場合、半導体光検出器５は、シンチレータ２と放射線遮蔽材６とにより覆われることとなる。また、放射線遮蔽材６は、第１の面に半導体光検出器５が取り付けられたシンチレータ２の放射線入射領域を除くその他の露出部分のすべてを覆ってもよい。

放射線遮蔽材６は、鉛やタングステンなどの、原子番号が大きく、密度が大きい物質を用いて構成することができる。放射線遮蔽材６により、測定対象物から検出される放射線と、バックグラウンド成分とのＳ／Ｎ比を大きくすることができ、測定時間の短縮や、測定精度の向上が実現される。これらの効果を十分なものとするために、放射線遮蔽材６の厚さは１ｃｍ以上とするのが好ましく、３ｃｍ以上とするのがさらに好ましい。

ここで、シンチレータ２の体積をＶｓ（ｃｍ^３）、シンチレータ２の第１の面（半導体光検出器５が取り付けられる面）の面積をＡ、半導体光検出器５の受光面の面積をＢ、シンチレータの５×５×５ｍｍサイズにおける常温（２５℃）での発光量をＬ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）とした時、本実施形態の放射線検出器１は、以下の（I）乃至（III）の関係を満たすように設計されている

（I）１＜Ａ／Ｂ≦１０００
すなわち、図１に示すように、シンチレータ２の第１の面の面積Ａは、半導体光検出器５の受光面の面積Ｂよりも大きい。なお、Ａ／Ｂの下限値側は、１より大、好ましくは２以上、さらに好ましくは３以上、さらに好ましくは４以上と規定できる。また、Ａ／Ｂの上限値側は、好ましくは１０００以下、さらに好ましくは２００以下、さらに好ましくは１００以下、さらに好ましくは５０以下と規定できる。下限値側と上限値側の規定は任意に組み合わせることができる。

（II）Ｌ_０≧１８０００
（III）１≦Ｖｓ≦１０００

本実施形態の放射線検出器１の製造方法は、上記（I）乃至（III）を満たすように、Ｌ_０、Ｖｓ、Ａ、及び、Ｂを設定する設計工程を有する。

ここで、本実施形態の放射線検出器１の作用効果について説明する。

本実施形態の放射線検出器１は、上記（I）の関係を満たす。すなわち、本実施形態の放射線検出器１は、半導体光検出器５の受光面の面積を、シンチレータ２の第１の面（半導体光検出器５が取り付けられる面）の面積よりも小さくしている。上述の通り、半導体光検出器５は、受光面が大きくなると、その分、体積Ｖｍが大きくなる。受光面の面積がシンチレータ２の第１の面の面積よりも小さい本実施形態の半導体光検出器５の体積は、シンチレータ２の第１の面と同じ面積の受光面を有する半導体光検出器の体積よりも小さくなる。なお、本実施形態では、Ａ／Ｂを調整することで、Ｖｓ／Ｖｍを２０以上、好ましくは５０以上に調整することができる。

このため、本実施形態の放射線検出器１は、半導体光検出器５を覆う放射線遮蔽材６を小さくすることができ、その分重量が軽減する。結果、装置設計が容易になるほか、設置、運搬、メンテナンス、装置設計、安全性の確保、コストなどにおいて有利な効果が得られる。

また、本実施形態では、上記（I）を満たしつつ、上記（II）及び（III）の関係を満たす。上記（I）を満たす場合、半導体光検出器５の集光効率は、Ａ／Ｂが１の場合に比べて悪くなり、結果、エネルギー分解能も悪くなる。本実施形態では、エネルギー分解能に影響し得る因子であるシンチレータ２の体積Ｖｓ（ｃｍ^３）及び発光量Ｌ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）を最適化する（上記（II）及び（III）を満たす）ことで、以下の実施例で示す通り、６６２ｋｅＶのガンマ線に対するエネルギー分解能を１５％以下に改善している。すなわち、本実施形態によれば、^１３４Ｃｓ（７９５ｋｅＶ）と^１３７Ｃｓ（６６２ｋｅＶ）のピークを効率よく分離でき、食品中に含まれる放射性セシウム濃度を十分に定量化することができる。

また、本実施形態では、シンチレータ２の発光波長での屈折率を、例えば２．０以下に調整することで、６６２ｋｅＶのガンマ線に対するエネルギー分解能を向上させることができる。

以上、本実施形態によれば、十分なエネルギー分解能を有しつつ、軽量化を実現した放射線検出器を提供することができる。また、本実施形態の放射線検出器は、６６２ｋｅＶのガンマ線に対するエネルギー分解能を１５％以下に調整できるので、飲料水又は食品中に含まれる放射性物質（例：放射性セシウム）を検出する食品用放射線検出器として使用することができる。

なお、本実施形態の放射線検出器１は、以下の実施例で示す通り、Ｖｓ（ｃｍ^３）、Ａ、Ｂ、及び、Ｌ_０を最適化することで、計量化を実現しつつ、６６２ｋｅＶのガンマ線に対するエネルギー分解能を１０％以下に調整することができる。このような放射線検出器１は、飲料水又は食品中に含まれる放射性物質（例：放射性セシウム）を検出する食品用放射線検出器として使用するのにより好ましい。

＜実施例１＞
シンチレータ２として、発光量Ｌ_０：４６０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：５２０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＧＡＧＧ（Ｇｄ_３Ａｌ_１２Ｇａ_３Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
半導体光検出器５として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材４として硫酸バリウム反射材、接着剤３として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

図１に示すように、円柱状のシンチレータ２の底面に接着剤３を介して半導体検出器５の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２の側面全部と底面の一部（半導体検出器５が取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材４を形成し、さらに、シンチレータ２及び半導体光検出器５を５０ｃｍ厚の鉛（放射線遮蔽材６）で覆った。なお、図１に示すように、鉛は、円柱状のシンチレータ２の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１２．９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、８％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜実施例２＞
シンチレータ２として発光量Ｌ_０：４６０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：５２０ｎｍであり、１０ｃｍφ×１０ｃｍ高さの円柱状のＧＡＧＧ（Ｇｄ_３Ａｌ_１２Ｇａ_３Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
半導体光検出器５として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材４として硫酸バリウム反射材、接着剤３として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

円柱状のシンチレータ２の底面に接着剤３を介して半導体検出器５の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２の側面全部と底面の一部（半導体検出器５が取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材４を形成し、さらに、シンチレータ２及び半導体光検出器５を５０ｃｍ厚の鉛（放射線遮蔽材６）で覆った。なお、鉛は、円柱状のシンチレータ２の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１１．７ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１０％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜実施例３＞
シンチレータ２として発光量Ｌ_０：４６０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：５２０ｎｍであり、２ｃｍ×２ｃｍ×２ｃｍの四角柱状のＧＡＧＧ（Ｇｄ_３Ａｌ₂Ｇａ_３Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
半導体光検出器５として、屈折率：１．５、受光面積：５×５ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−５５）用いた。
反射材４として硫酸バリウム反射材、接着剤３として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

四角柱状のシンチレータ２の底面に接着剤３を介して半導体検出器５の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２の側面全部と底面の一部（半導体検出器５が取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材４を形成し、さらに、シンチレータ２及び半導体光検出器５を５０ｃｍ厚の鉛（放射線遮蔽材６）で覆った。なお、鉛は、四角柱状のシンチレータ２の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１１．７ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、７％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜実施例４＞
シンチレータ２として発光量Ｌ_０：４６０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：５２０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＧＡＧＧ（Ｇｄ_３Ａｌ₂Ｇａ_３Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
半導体光検出器５として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＰＤ（浜松Ｓ８６５０）用いた。
反射材４として硫酸バリウム反射材、接着剤３として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

円柱状のシンチレータ２の底面に接着剤３を介して半導体検出器５の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２の側面全部と底面の一部（半導体検出器５が取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材４を形成し、さらに、シンチレータ２及び半導体光検出器５を５０ｃｍ厚の鉛（放射線遮蔽材６）で覆った。なお、鉛は、円柱状のシンチレータ２の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１２．９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、９％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜実施例５＞
シンチレータ２として発光量Ｌ_０：４５０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８、発光波長：５００ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＴｌ：ＣｓＩシンチレータを用いた。
半導体光検出器５として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材４として硫酸バリウム反射材、接着剤３として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

円柱状のシンチレータ２の底面に接着剤３を介して半導体検出器５の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２の側面全部と底面の一部（半導体検出器５が取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材４を形成し、さらに、シンチレータ２及び半導体光検出器５を５０ｃｍ厚の鉛（放射線遮蔽材６）で覆った。なお、鉛は、円柱状のシンチレータ２の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１２．９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１０％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜実施例６＞
シンチレータ２として発光量Ｌ_０：２００００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：５００ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＣｅ：ＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
半導体光検出器５として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材４として硫酸バリウム反射材、接着剤３として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

円柱状のシンチレータ２の底面に接着剤３を介して半導体検出器５の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２の側面全部と底面の一部（半導体検出器５が取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材４を形成し、さらに、シンチレータ２及び半導体光検出器５を５０ｃｍ厚の鉛（放射線遮蔽材６）で覆った。なお、鉛は、円柱状のシンチレータ２の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１２．９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１４％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜実施例７＞
シンチレータ２として発光量Ｌ_０：２５０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：４２０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＣｅ：ＬＹＳＯ（（Ｌｕ、Ｙ）_２ＳｉＯ_５）シンチレータを用いた。
半導体光検出器５として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材４として硫酸バリウム反射材、接着剤３として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

円柱状のシンチレータ２の底面に接着剤３を介して半導体検出器５の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２の側面全部と底面の一部（半導体検出器５が取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材４を形成し、さらに、シンチレータ２及び半導体光検出器５を５０ｃｍ厚の鉛（放射線遮蔽材６）で覆った。なお、鉛は、円柱状のシンチレータ２の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１２．９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１４％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例１＞
シンチレータとして、発光量Ｌ_０：４６０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：５２０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＧＡＧＧ（Ｇｄ_３Ａｌ_１２Ｇａ_３Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面：５ｃｍφの光電子増倍管（浜松Ｒ３２９−０２）を用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

図３に示すように、円柱状のシンチレータ２０の底面に接着剤３０を介して光電子増倍管５０の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２０の側面全部を覆うように反射材４０を形成し、さらに、シンチレータ２０及び光電子増倍管５０を５０ｃｍ厚の鉛６０で覆った。なお、図３に示すように、鉛６０は、円柱状のシンチレータ２０の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、３９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、９％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例２＞
シンチレータとして、発光量Ｌ_０：８０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：２．１５、発光波長：４８０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＢＧＯ（（Ｂｉ_３Ｇｅ_４Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面：５ｃｍφの光電子増倍管（浜松Ｒ３２９−０２）を用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

図３に示すように、円柱状のシンチレータ２０の底面に接着剤３０を介して光電子増倍管５０の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２０の側面全部を覆うように反射材４０を形成し、さらに、シンチレータ２０及び光電子増倍管５０を５０ｃｍ厚の鉛６０で覆った。なお、図３に示すように、鉛６０は、円柱状のシンチレータ２０の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、３９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１０％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例３＞
シンチレータとして、発光量Ｌ_０：８０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：２．１５、発光波長：４８０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＢＧＯ（（Ｂｉ_３Ｇｅ_４Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

円柱状のシンチレータの底面に接着剤を介してＡＰＤの受光面を貼り付けるとともに、シンチレータの側面全部と底面の一部（ＡＰＤが取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材を形成し、さらに、シンチレータ及びＡＰＤを５０ｃｍ厚の鉛で覆った。なお、鉛は、円柱状のシンチレータの上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１２．９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、２５％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例４＞
シンチレータとして、発光量Ｌ_０：８０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：２．１５、発光波長：４８０ｎｍであり、２ｃｍ×２ｃｍ×２ｃｍの四角柱状のＢＧＯ（（Ｂｉ_３Ｇｅ_４Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

四角柱状のシンチレータの底面に接着剤を介してＡＰＤの受光面を貼り付けるとともに、シンチレータの側面全部と底面の一部（ＡＰＤが取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材を形成し、さらに、シンチレータ及びＡＰＤを５０ｃｍ厚の鉛で覆った。なお、鉛は、四角柱状のシンチレータの上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１１．７ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、２０％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例５＞
シンチレータとして、発光量Ｌ_０：１６０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：４２０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＧＳＯ（Ｇｄ_２ＳｉＯ_４）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面：５ｃｍφの光電子増倍管（浜松Ｒ３２９−０２）を用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

図３に示すように、円柱状のシンチレータ２０の底面に接着剤３０を介して光電子増倍管５０の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２０の側面全部を覆うように反射材４０を形成し、さらに、シンチレータ２０及び光電子増倍管５０を５０ｃｍ厚の鉛６０で覆った。なお、図３に示すように、鉛６０は、円柱状のシンチレータ２０の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、３９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、９％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例６＞
シンチレータとして、発光量Ｌ_０：１６０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：４２０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＧＳＯ（Ｇｄ_２ＳｉＯ_４）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面積：１０×１０ｍｍの受光面をもつＡＰＤ（浜松Ｓ８６６４−１０１０）用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

円柱状のシンチレータの底面に接着剤を介してＡＰＤの受光面を貼り付けるとともに、シンチレータの側面全部と底面の一部（ＡＰＤが取り付けられる部分を除く部分）を覆うように反射材を形成し、さらに、シンチレータ及びＡＰＤを５０ｃｍ厚の鉛で覆った。なお、鉛は、円柱状のシンチレータの上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、１２．９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１９％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例７＞
シンチレータとして発光量Ｌ_０：４５０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８、発光波長：５００ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＴｌ：ＣｓＩシンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面：５ｃｍφの光電子増倍管（浜松Ｒ３２９−０２）を用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

図３に示すように、円柱状のシンチレータ２０の底面に接着剤３０を介して光電子増倍管５０の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２０の側面全部を覆うように反射材４０を形成し、さらに、シンチレータ２０及び光電子増倍管５０を５０ｃｍ厚の鉛６０で覆った。なお、図３に示すように、鉛６０は、円柱状のシンチレータ２０の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、３９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、９％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例８＞
シンチレータとして発光量Ｌ_０：２００００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：５００ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＣｅ：ＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面：５ｃｍφの光電子増倍管（浜松Ｒ３２９−０２）を用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

図３に示すように、円柱状のシンチレータ２０の底面に接着剤３０を介して光電子増倍管５０の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２０の側面全部を覆うように反射材４０を形成し、さらに、シンチレータ２０及び光電子増倍管５０を５０ｃｍ厚の鉛６０で覆った。なお、図３に示すように、鉛６０は、円柱状のシンチレータ２０の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、３９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１０％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

＜比較例９＞
シンチレータとして発光量Ｌ_０：２５０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ、屈折率：１．８５、発光波長：４２０ｎｍであり、５ｃｍφ×５ｃｍ高さの円柱状のＣｅ：ＬＹＳＯ（（Ｌｕ、Ｙ）_２ＳｉＯ_５）シンチレータを用いた。
光検出器として、屈折率：１．５、受光面：５ｃｍφの光電子増倍管（浜松Ｒ３２９−０２）を用いた。
反射材として硫酸バリウム反射材、接着剤として屈折率：１．５のシリコン系接着剤を用いた。

図３に示すように、円柱状のシンチレータ２０の底面に接着剤３０を介して光電子増倍管５０の受光面を貼り付けるとともに、シンチレータ２０の側面全部を覆うように反射材４０を形成し、さらに、シンチレータ２０及び光電子増倍管５０を５０ｃｍ厚の鉛６０で覆った。なお、図３に示すように、鉛６０は、円柱状のシンチレータ２０の上面を除くその他の部分を覆う。

そして、鉛のみの重量を測定すると、３９ｋｇであった。常温常圧の環境下で、シンチレーション検出器に１３７Ｃｓ線源からの６６２ｋｅＶガンマ線を照射したところ、１０％＠６６２ｋｅＶのエネルギー分解能が得られた。

表１に実施例１乃至７および比較例１乃至９の特性表を示す。

実施例１乃至７より、シンチレータ２の発光量Ｌ_０を１８０００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とし、シンチレータ２の体積Ｖｓを１ｃｍ^３以上１０００ｃｍ^３以下、Ａ／Ｂを１より大１０００以下に調整した場合、常温常圧の環境下での６６２ｋｅＶガンマ線に対するエネルギー分解能を１５％＠６６２ｋｅＶ以下にできることが分かる。

さらに、シンチレータ２の発光量Ｌ_０を４００００Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ以上とし、シンチレータ２の体積Ｖｓを１ｃｍ^３以上１０００ｃｍ^３以下、Ａ／Ｂを１より大１０００以下に調整した場合、常温常圧の環境下での６６２ｋｅＶガンマ線に対するエネルギー分解能を１０％＠６６２ｋｅＶ以下にできることが分かる。

次に、上述した本実施形態の放射線検出器を少なくとも１つ有し、飲料水又は食品中に含まれる放射性物質を検出するために利用される本実施形態の食品用放射線検出器の一例について、図面を用いて説明する。

図２（Ａ）は放射線検出器を側面から見た断面図である。図２（Ａ）に示すように、放射線検出器は、測定対象の飲料水又は食品を収容する容器１０と、容器１０を上下から挟み込む一組の検出器ユニット７とを有する。

図２（Ｂ）は放射線検出器を上面から見た図である。なお、検出器ユニット７の詳細を説明するため、遮蔽材６の一部を省略し、本来であれば遮蔽材６により覆われている反射材４及び半導体光検出器５を示している。一組の検出ユニット７の各々は、５×５×５ｃｍのシンチレータ２を複数有する。

複数のシンチレータ２は、各々個別に、図１に示す構成と同様の手段で、一部が露出するよう反射材４で覆われている。反射材４で覆われた複数のシンチレータは、図２（Ｂ）に示すように、一列に並べて配列されている。なお、シンチレータ２の数は設計的事項である。そして、接着剤３を介して、１０×１０ｍｍの受光面をもつ半導体光検出器５が各シンチレータ２に接着している。そして、一組の検出器ユニット７が有する４個のシンチレータ２及び４個の半導体光検出器５をまとめて５ｃｍ厚の遮蔽材６で覆っている。この場合の一組の検出器ユニット７の重量は４５ｋｇ程度となる。

一組の検出器ユニット７は、同期しながら図示する矢印の方向に水平移動する。そして、一組の検出器ユニット７は、移動しながら容器１０内に収容された測定対象の放射線濃度を測定する。

なお、検出器ユニット７は、容器１０を上下から挟み込む代わりに左右から挟み込むよう配置されてもよいし、または、容器１０を上下左右から挟み込むよう配置されてもよい。

１ 放射線検出器
２ シンチレータ
３ 接着剤
４ 反射材
５ 半導体光検出器
６ 遮蔽材
７ 一組の検出器ユニット
１０ 容器

Claims (13)

1. シンチレータと、
   前記シンチレータの第１の面に、受光面が前記第１の面と対峙するように取り付けられた半導体光検出器と、
   少なくとも前記シンチレータの一部が露出するように、前記シンチレータ及び前記半導体光検出器を覆った放射線遮蔽材と、
   を有し、
   前記シンチレータの体積をＶｓ（ｃｍ^３）、前記第１の面の面積をＡ、前記半導体光検出器の前記受光面の面積をＢ、前記シンチレータの５×５×５ｍｍサイズにおける常温での発光量をＬ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）とした時、以下の（I）乃至（III）の関係を満たす放射線検出器。
   （I）１＜Ａ／Ｂ≦１０００
   （II）Ｌ_０≧１８０００
   （III）１≦Ｖｓ≦１０００
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   ２≦Ａ／Ｂ≦１０００をさらに満たす放射線検出器。
3. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   １＜Ａ／Ｂ≦２００をさらに満たす放射線検出器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出器において、
   Ｌ_０≧４００００をさらに満たす放射線検出器。
5. 請求項４に記載の放射線検出器において、
   前記シンチレータは、少なくともＧｄ、Ａｌ、Ｇａ、及び、Ｏを含んで構成されるＣｅ賦活ガーネット単結晶である放射線検出器。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線検出器において、
   前記シンチレータは、発光波長での屈折率が２．０以下である放射線検出器。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線検出器において、
   前記半導体光検出器の体積をＶｍ（ｃｍ^３）とすると、Ｖｓ／Ｖｍは５０以上である放射線検出器。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の放射線検出器において、
   ６６２ｋｅＶのガンマ線に対するエネルギー分解能が１５％以下である放射線検出器。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載の放射線検出器において、
   ６６２ｋｅＶのガンマ線に対するエネルギー分解能が１０％以下である放射線検出器。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の放射線検出器を少なくとも１つ有し、飲料水又は食品中に含まれる放射性物質を検出する食品用放射線検出器。
11. 請求項１０に記載の食品用放射線検出器において、
    前記放射線検出器を複数有する食品用放射線検出器。
12. シンチレータと、
    前記シンチレータの第１の面に、受光面が前記第１の面と対峙するように取り付けられた半導体光検出器と、
    少なくとも前記シンチレータの一部が露出するように、前記シンチレータ及び前記半導体光検出器を覆った放射線遮蔽材と、
    を有する放射線検出器の製造方法であって、
    前記シンチレータの体積をＶｓ（ｃｍ^３）、前記第１の面の面積をＡ、前記半導体光検出器の前記受光面の面積をＢ、前記シンチレータの５×５×５ｍｍサイズにおける常温での発光量をＬ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）とした時、以下の（I）乃至（III）の関係を満たすようにＶｓ、Ａ、Ｂ及びＬ_０を設定する設計工程を有する放射線検出器の製造方法。
    （I）１＜Ａ／Ｂ≦１０００
    （II）Ｌ_０≧１８０００
    （III）１≦Ｖｓ≦１０００
13. シンチレータと、
    前記シンチレータの第１の面に、受光面が前記第１の面と対峙するように取り付けられた半導体光検出器と、
    少なくとも前記シンチレータの一部が露出するように、前記シンチレータ及び前記半導体光検出器を覆った放射線遮蔽材と、
    を有し、
    前記シンチレータの体積をＶｓ（ｃｍ^３）、前記第１の面の面積をＡ、前記半導体光検出器の前記受光面の面積をＢ、前記シンチレータの５×５×５ｍｍサイズにおける常温での発光量をＬ_０（Ｐｈｏｔｏｎ／ＭｅＶ）とした時、以下の（I）乃至（III）の関係を満たす放射線検出器を用いて、飲料水又は食品中に含まれる放射性物質を検出する放射線検出方法。
    （I）１＜Ａ／Ｂ≦１０００
    （II）Ｌ_０≧１８０００
    （III）１≦Ｖｓ≦１０００

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