JP2015064267A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で低線量の測定も可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１電極を覆う第１絶縁体層と、第２電極を覆う第２絶縁体層とが形成されて放射線センサが構成され、第１電極を陽極とし第２電極を陰極として、第１電極と第２電極の間に所定の電圧が印加されて、入射する放射線によりガスが電離して生成されるイオンおよび／または電子によって第１絶縁体層および／または第２絶縁体層上に電荷が蓄積される放射線検知期間において放射線を検知し、放射線検知期間後に、放射線検知期間に第１電極と第２電極に印加された電圧とは逆バイアスの電圧を印加することにより発生する放電の開始電圧を測定する放射線測定期間において放射線を測定し、第１電極を陽極とし第２電極を陰極としたときの放電開始電圧が、第２電極を陽極とし第１電極を陰極としたときの放電開始電圧よりも高い。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線により電離したガスの電子、イオンを収集することにより放射線を検出する放射線検出装置に関するものである。

放射線により電離したガスの電子やイオンを収集することにより放射線量を検出する放射線検出装置は、ガスを封入した容器内に陰極と陽極との２つの電極を持ち、この２つの電極間に電圧を印加して、放射線により電離したガスの電子やイオンを電極に収集することにより放射線量の検出を行っている。

このような放射線検出装置として、陰極−陽極間に印加される電圧では放射線によるガス電離信号が増幅されない範囲の電圧・電極構成を持つものを、電離箱方式と称し、陽極周辺に高い電場をかけて電子がなだれを起こして信号を増幅させる電圧・電極構成を持つものを、比例係数方式と称している。

従来の放射線検出装置として、陰極となる密閉された円筒状の容器の中心に、細い線状の陽極を配置するとともに、容器内に、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスに有機ガスを添加した電離ガスを封入することにより構成されているものがある。この放射線検出装置は、容器内において、放射線が電離ガスを電離し、生成された電子とイオンが陰極−陽極間にかかる電界により移動する。このとき、特に電子が陽極近傍で電子なだれを起こし、放射線は大きなパルス信号として計数される。

また、Ｘ線、γ線のように、測定される放射線のエネルギーによって放射線検出装置に用いられる電離ガスの種類を変えて、放射線量の検出が行われるものがある。例えば、低エネルギーのＸ線を検出する場合には、吸収係数の大きな原子番号が大きい元素のガスが用いられる。一方、中性子線を検出する場合には、中性子線はガスを電離しないため、電離ガスに中性子線と核反応を起こして荷電粒子を発生する、ヘリウム（Ｈｅ₃）や３フッ化ボロン（ＢＦ₃）等のガスを用いるものがある。また、陰極として用いられる容器内に、ボロン１０（Ｂ₁₀）やウラン２３５（Ｕ₂₃₅）等を塗布し、そこで荷電粒子に変換して同様の電離作用を起こさせることで、中性子線を検出する構成のものがある（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特開平０７−１６９４３８号公報 特開２００２−１８１９４８号公報 特開２００２−１４１７１号公報

しかし、上記従来の放射線検出装置は、低線量の放射線を効率よく検出するという観点では、いずれも十分なものとは言えなかった。

本願はこのような現状の課題を解決し、簡単な構成で低線量の放射線の測定が可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために本発明は、放射線検知用のガスを封入した密閉空間内に、第１電極と第２電極と、第１電極を覆う第１絶縁体層と、第２電極を覆う第２絶縁体層と、を具備する放射線センサが構成され、放射線センサは、第１電極を陽極とし第２電極を陰極として、第１電極と第２電極の間に所定の電圧が印加されて、入射する放射線によりガスが電離して生成されるイオンおよび／または電子によって第１絶縁体層および／または第２絶縁体層上に電荷が蓄積される放射線検知期間において放射線を検知し、放射線検知期間後に、放射線検知期間に第１電極と第２電極に印加された電圧とは逆バイアスの電圧を印加することにより発生する放電の開始電圧を測定する放射線測定期間において放射線を測定し、第１電極を陽極とし第２電極を陰極としたときの放電開始電圧が、第２電極を陽極とし第１電極を陰極としたときの放電開始電圧よりも高いように構成される。

本発明によれば、放射線検知期間における陽極側の誘電体表面をＭｇＯなどの二族酸化物、放射線検知期間における陰極側表面を無鉛ガラスなどの誘電体にすることにより、より低線量の測定が可能な放射線検出装置を提供することができる。

本実施形態にかかる放射線検出装置の放射線センサを示す断面図 本実施形態にかかる放射線検出装置の動作原理を説明するための図 本実施形態にかかる放射線検出装置において、放射線検知期間と測定期間における印加電圧の関係を示す電圧波形図 本実施形態の放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための電圧波形図 本実施形態の放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための図 本実施形態の放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための図 本実施形態の放射線検出装置において、Ｘ線管電流及びＸ線管電圧に対する蓄積電圧を示す図 本実施形態の放射線検出装置において、一定量のＸ線（Ｘ線源入力：３０ｋＶ，２０ｍＡ)を照射したときの印加電圧と蓄積電圧を表す図 本実施形態にかかる放射線検出装置の放射線センサの他の構成例を示す分解斜視図

以下、本願で開示する放射線検出装置の一実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態にかかる放射線検出装置の、放射線センサ部分の概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の放射線検出装置の放射線センサ部では、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とが、間にガラスからなる接続部材としてのスペーサ３を介在させることで所定の間隔をあけて対向配置されている。また、第１のセンサ基板１および第２のセンサ基板２とスペーサ３との間を、シール材４で封止することにより密閉空間５が形成されている。

この密閉空間５には、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２を透過してくるＸ線、γ線のような放射線Ａにより電離する放射線検知ガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの中から選ばれた１つ以上のガスが封入され、これにより放射線センサが構成されている。なお、放射線により電離するガス中には、必要に応じて有機ガスなどを含有させることもできる。

第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板６、７上に、Ａｇからなる電極８、９が形成されるとともに、電極８、９を覆うように絶縁性基板６、７上に無鉛の誘電体材料からなる第１絶縁体層１０、第２絶縁体層１１がそれぞれ形成されている。第１絶縁体層１０は表面層１０Ａと本体部１０Ｂとから構成される。本体部１０Ｂはその表面の少なくとも一部が表面層１０Ａで覆われていればよい。

本実施形態の放射線検出装置において、第１絶縁体層１０の表面層１０Ａを構成する鉛を含まない無鉛の誘電体材料は、アルカリ土類金属酸化物を含む周期表第２族元素の酸化物からなる。より具体的には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の少なくとも一種類が含まれていることが好ましい。他の周期表第２族元素の酸化物である酸化バリウム（ＢａＯ）、その他、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）などを含有してもよい。

本実施形態の放射線検出装置では、第１絶縁体層１０の本体部１０Ｂを構成する鉛を含まない無鉛の誘電体材料、及び、第２絶縁体層１１を構成する鉛を含まない無鉛の誘電体材料は、ガラス、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、またはそれらの組み合わせから構成される。又は、その他の材料として無機酸化物、無機窒化物であればよい。

ここで、第１絶縁体層１０の表面層１０Ａに比べて、第２絶縁体層１１の二次電子放出係数は低い。第１絶縁体層１０の表面層１０Ａに酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた場合、放電ガスがネオン（Ｎｅ）の場合で、二次電子放出係数γが０．１〜０．５程度となるのに対し、第２絶縁体層１１にガラスを用いた場合はこれらより低くなる。ここで、二次電子放出係数（γ）とは、絶縁体表面に 入射するイオンに対して放出される電子（二次電子）の割合である。つまり、二次電子放出係数（γ）＝（二次電子数／入射イオン数）となる。

第１絶縁体層１０の本体部Ｂ及び第２絶縁体層１１は、より具体的には、これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで、平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作製し、次にこの誘電体材料粉末とバインダ成分とを三本ロールでよく混練して、ダイコート用あるいは印刷用の誘電体層用ペーストを作製している。なお、バインダ成分としては、エチルセルロース、あるいは、アクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオール、あるいは、ブチルカルビトールアセテートを用いることができる。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤として、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤として、グリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社製品名）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して、印刷性を向上させてもよい。

このようにして作製した誘電体ペーストを、スクリーン印刷法で、あるいは、ダイコート法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の５５０℃〜５９０℃で焼成することにより、第１絶縁体層１０の本体部１０Ｂ及び第２絶縁体層１１を形成している。なお、第１絶縁体層１０の本体部１０Ｂ及び第２絶縁体層１１の膜厚については、約４０μｍ程度が好ましい。

第１絶縁体層１０の表面層１０Ａは、２〜５ｍｍ程度の単結晶ＭｇＯを原材料として、電子ビーム蒸着により基板温度２５０℃で本体部１０Ｂ上に２００ｎｍに成膜することにより形成した。第１絶縁体層１０の表面層１０ＡとしてのＭｇＯの膜厚は２００〜５００ｎｍ程度が望ましい。なお、表面層１０Ａとして、ＭｇＯをスパッタ、プラズマＣＶＤ等の方法で成膜してもよい。なお、この表面層１０Ａは第１絶縁体層１０にのみ成膜され、第２絶縁体層１１には成膜されない。

次に、本実施形態にかかる放射線検出装置の放射線量の検出動作原理について、図２を用いて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、図１に示す放射線センサに、第１のセンサ基板１の電極８側がプラス、第２のセンサ基板２の電極９側がマイナスとなる数１００Ｖの電圧Ｖを印加する。つまり、放射線検知期間においては、電極８が陽極として、電極９が陰極として働く。この状態で、放射線Ａが密閉空間５に入ってくると、放射線センサの密閉空間５内のガスが電離し、電子（−）・イオン（＋）対が生成される。

この生成された電子・イオンは、図２（ｂ）に示すように、放射線センサの第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９との間に印加されている電界により、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａ側にマイナスの電荷が蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１側にプラスの電荷が蓄積される。このとき、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａと、第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に電荷が蓄積されるのみで、電流は流れない。

この図２（ａ）、図２（ｂ）に示す期間が放射線検知期間で、密閉空間５内に入ってくる放射線量に応じて、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａと第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に蓄積される電荷の量に、差が発生することとなる。

次に、放射線測定時において、検知した放射線量を測定する場合は、図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）とは逆に、第１のセンサ基板１の電極８側がマイナス、第２のセンサ基板２の電極９側がプラスとなる数１００Ｖの逆バイアス電圧Ｖ’を印加し、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２との間で放電を発生させる。つまり、このとき、電極８が陰極として、電極９が陽極として働く。このとき、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に蓄積される電荷の量、すなわち放射線検知期間で検知した放射線量に応じて、低い電圧で放電を開始することとなる。この放電開始時の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができる。

より詳細に説明すると、放射線検知期間である蓄積期間終了時は、第１絶縁体層１０の表面層１０Ａ及び第２絶縁体層１１表面には、放射線量に比例した印加電圧と逆極性の電荷が一定量蓄積している。この電荷を測定するために、電極８、９間に蓄積期間と逆のバイアスの電圧Ｖ’を印加すると、印加電圧＋蓄積電圧（蓄積電荷による電圧）分の電界が、ガス空間（密閉空間）中にかかることになる。蓄積電圧がない場合と比較して低い電圧で放電が起こるため、この電圧差を測定することにより蓄積電圧を測定することができる。

例えば、放射線測定時における第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９とに印加する電圧を印加電圧Ｖ₀、蓄積電圧Ｖ、放電開始電圧をＶｆとすると、Ｖｆ＝Ｖ₀＋Ｖとなる。このとき、放射線測定時を所定の期間を有する放射線測定期間として、この放射線測定期間における印加電圧Ｖ₀を階段状やパルス状に上げることにより、放電が起こったタイミングを放電発光や電流信号などで観測すれば、Ｖ₀を測定することができる。Ｖｆは、放射線測定装置の構造やガスの組成で決まる値であるため、蓄積電圧Ｖを求めることができる。

また、蓄積電圧Ｖは、第１絶縁体層１０及び第２絶縁体層１１の容量Ｃと蓄積電荷Ｑとから、Ｑ＝ＣＶの関係により、第１絶縁体層１０及び第２絶縁体層１１を形成する誘電体材料、厚み、電極形状が分かっていれば、容量は計算できるため、放射線量と比例する蓄積電荷Ｑを求めることができる。第１絶縁体層１０の表面層１０Ａの厚みは第１絶縁体層１０の本体部１０Ｂの厚みに比べて１００分の１程度の大きさであるため、第１絶縁体層１０の厚み、材料としては、第１絶縁体層１０の本体部１０Ｂのみを用いて近似的に求めることができる。

以上のように、本実施形態にかかる放射線検出装置においては、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した密閉空間５内に、放射線検知用のガスを封入して構成した放射線センサを有する。放射線センサの第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とは、それぞれ放射線を透過可能な絶縁性基板６、７（図２では図示を省略）上に一対の電極８、９を形成するとともに、電極８、９を覆うように絶縁性基板６、７上に誘電体材料からなる第１絶縁体層１０、第２絶縁体層１１を形成することにより構成したものである。さらに、第１の絶縁体層１０は表面層１０Ａと本体部１０Ｂとから構成される。そして、放射線検知期間において、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に蓄積される電荷量が、放射線量に応じて変化することを利用して、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２との間で放電を発生させる放射線測定期間において、放電開始時の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができるものである。

図３は、本実施の形態にかかる放射線検出装置において、放射線検知期間と放射線測定期間における印加電圧を示す電圧波形図である。

図３において、点線の枠線で囲んだように、本実施の形態の放射線検出装置は、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９に、放射線測定期間Ｔ１とは逆バイアスの電圧を印加する際に、この期間において電圧が徐々に変化する傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加するように構成したものである。
すなわち、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８側に印加する電圧波形２１については、電圧が徐々に減少してマイナス電位となる傾斜電圧波形２１ａを印加し、放射線Ａの入射側である第２のセンサ基板２の電極９側に印加する電圧波形２２については、電圧が徐々に上昇してプラス電位となる傾斜電圧波形２２ａを印加している。

このように、本実施形態の放射線測定装置では、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９に、放射線測定期間Ｔ１とは逆バイアスの電圧を印加する際に、電圧が徐々に変化する傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加する。このようにすることで、図２において説明したように、放電が発生したときの電圧を測定することにより蓄積された放射線量を測定する場合に、急峻なパルス波形の電圧を印加して測定する場合に比べ、傾斜電圧波形の傾きを制御することによって、放電発生電圧の測定を簡単に高精度で行うことが可能となる。また、傾斜電圧波形であれば、印加時間とともに電圧値が変化する波形であるため、放電が発生する電圧を印加時間に変換して測定することもでき、検出結果をデジタル的に表示する場合の回路構成も簡単に実現することが可能となる。

図４、図５、図６は本実施形態にかかる放射線検出装置の、測定サイクルを説明するための図である。図４は、本実施形態の放射線検出装置の測定サイクルにおける印加電圧を示す電圧波形図、図５、図６は、図４に示したそれぞれの測定サイクルにおける、放射線検出装置の動作を説明するための概略図である。図５の(1)〜(4)、図６の(5)〜(9)は、それぞれ、図４中に(1)〜(9)として示した状態に対応した動作を示している。

図４に示すように、本実施形態にかかる放射線検出装置において、放射線測定の１サイクルは、放射線検知期間Ｔ１、放射線測定期間Ｔ２、リセット期間Ｔ３から構成されている。

放射線検知期間Ｔ１の検知期間初期(1)においては、第１のセンサ基板１の電極８側がプラス、第２のセンサ基板２の電極９側がマイナスとなる数１００Ｖの電圧が印加されているのみで、放射線センサに放射線が入射して来ていない状態であるため、第１のセンサ基板１、第２のセンサ基板２の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａ及び第２絶縁体層１１には、放射線による電荷が蓄積されていない状態である。

放射線検知期間Ｔ１の検出期間中期(2)において、放射線Ａが入射してくると、放射線センサの密閉空間５内のガスが電離し、電子・イオン対が生成され、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９との間に印加されている電界により、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａ側にマイナスの電荷が徐々に蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１側にプラスの電荷が徐々に蓄積される。さらに、放射線検知期間Ｔ１の検知期間中期(3)において、放射線Ａが入射してくると、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａと、第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に電荷が追加されて蓄積される。

放射線検知期間Ｔ１の検知期間終了(4)においては、入射した放射線量に比例する電荷が第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａと、第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に蓄積された状態となる。

次に、検知した放射線量を測定する放射線測定期間Ｔ２の測定期間初期(5)において、第１のセンサ基板１の電極８側がマイナス、第２のセンサ基板２の電極９側がプラスとなる数１００Ｖの逆バイアス電圧を印加する。このとき、図４に示すように、傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加する。

その後、放射線測定期間Ｔ２の測定期間中期(6)においては、印加電圧＋蓄積電圧（蓄積電荷による電圧）による電界により放電が発生する。上述したように、このとき蓄積電圧がない場合と比べると、低い電圧で放電が起こるため、電圧差を測定することにより、蓄積された放射線量に応じた蓄積電圧を測定することができる。この測定が終了した放射線測定期間Ｔ２の測定期間後期(7)においては、測定期間中期(6)において発生した放電により、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａ側にプラスの電荷が蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１側にマイナスの電荷が蓄積される。

そこで、放射線測定期間Ｔ２が終了した後、リセット期間Ｔ３を設けて放射線センサ内の電荷を放射線検知期間Ｔ１の初期の状態に戻す。リセット期間Ｔ３のリセット時(8)においては、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９をグランド電位とすることにより、第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａと第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に蓄積された電荷に応じた微小放電が発生し、リセット後(9)において、放射線センサの第１のセンサ基板１の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａおよび第２のセンサ基板２の第２絶縁体層１１に蓄積された電荷が消去され、初期状態に戻る。すなわち、リセット期間Ｔ３は、第１のセンサ基板１、第２のセンサ基板２の第１絶縁体層１０の表面層１０Ａ及び第２絶縁体層１１の電荷を、放射線が入射してくる前の状態に調整するための電荷調整の放電を発生させる期間である。

以上の動作が測定サイクルの１サイクルとなる。

ここで、この測定サイクルにおいて、放射線を測定する１サイクル中の放射線検知期間Ｔ１は、放射線量応じて可変とするのが望ましく、放射線量が多い場合は、蓄積期間を短くして溜まる電荷量を減らことがより好ましい。逆に、放射線量が低線量の場合は、できるだけ蓄積期間を長くすることにより入射する放射線が増え、感度を向上させることができる。可変する蓄積期間としては、例えば数１００μｓ〜数１００ｓ程度が望ましい。また、放射線測定期間Ｔ２は、数１０μｓ〜数ｍｓ程度が望ましい。

次に、本実施の形態における放射線センサに対して、外部のＸ線源（図示せず）よりＸ線を入射した場合の、放電電圧変化を表した結果について、図７を用いて説明する。下記説明において、特に説明がある場合を除き、陽極とは放射線検知期間に陽極として動作する電極（本実施の形態では電極８）、陰極とは放射線検知期間に陰極として動作する電極（本実施の形態では電極９）、とする。

Ｘ線源から入射されるＸ線の強度（放射線量）は、Ｘ線源の電圧及び電流により定まる。Ｘ線の強度は、電圧が高いほど強くなり、電流が大きいほど強くなる。本実施の形態では、Ｘ線源の電圧を２０ｋＶ〜５０ｋＶ、電流を０から１４０ｍＡまで変化させ、上述した原理に基づき、上記測定サイクルにおける放電電圧の電圧を測定し、放射線量に応じた蓄積電圧（測定サイクルにおいて放射線センサの誘電体表面にたまった電荷による電圧）を算出した。本実施の形態では放射線検知期間Ｔ１＝４００msecとした。

図７に示すグラフの横軸は、Ｘ線管電流（Ｘ線源の電流）値を表し、縦軸は、蓄積電圧値を表す。図７に示される結果から、Ｘ線管電流に対して蓄積電圧が単調増加していることがわかる。また、Ｘ線源の電圧に対しても蓄積電圧が単調増加していることがわかる。測定サイクルにおいて放電電圧を測定し、蓄積電圧を算出することにより、放射線強度が測定できるので、放射線センサとして利用することが可能である。

なお、図７において、一定の電流値または電圧値以上では放電電圧に飽和傾向がみられるが、より好ましくは、電流値または電圧値にほぼ比例した出力が得られている範囲で放射線強度センサとして利用する。電流値または電圧値が上昇するにしたがい飽和傾向がみられるのは、徐々にたまった電荷によって電極８、電極９間の電界が弱まるためと考えられる。飽和傾向を避けるためには、放射線検知期間Ｔ１を短くすることで、飽和の影響を小さくすることができる。

次に、図８について説明する。図８は一定量のＸ線（Ｘ線源入力：３０ｋＶ，２０ｍＡ)を照射したときの電極８、電極９間に印加した印加電圧と蓄積電圧を表す図である。図８の横軸は本実施の形態の放射線検知期間において電極８、電極９間に印加した電圧（Ｖ）を表し、縦軸は蓄積電圧（Ｖ）である。この結果から蓄積電圧が電極８、電極９間の印加電圧によって大きく変わることがわかった。

例えば、７００Ｖ印加した場合は、蓄積電圧６７Ｖの出力が得られたが、５５０Ｖ印加した場合は蓄積電圧４．１Ｖしか得られなかった。すなわち、７００Ｖ印加した場合は、５５０Ｖ印加した場合に比べて、１０倍以上の感度が良好であった。ここで、感度の差は、測定下限を決める要因となるので、測定下限値を下げるには印加電圧を高くすればよい。

この印加電圧は、放射線検知期間で放電が発生しない電圧まで印加することが可能であるが、この放電が発生する電圧は、陽極と陰極を覆う誘電体の表面の材料に大きく依存する。言い換えると、陽極と陰極を覆う誘電体（すなわち第１絶縁体層１０の表面層１０Ａと第２絶縁体層１１）の表面の二次電子放出係数（γ）に大きく依存する。

ここで、前述した通り、二次電子放出係数（γ）とは、絶縁体表面に入射するイオンに対して放出される電子（二次電子）の割合である。つまり、二次電子放出係数（γ）＝（二次電子数／入射イオン数）となる。陰極に入射する入射イオン数は正イオンであるので、陰極側に高い二次電子放出係数（γ）を持つ材料で誘電体表面を覆うと、放電開始電圧が低くなる。陰極側表面を無鉛ガラスにした場合は、陰極側の誘電体表面が酸化マグネシウム（高い二次電子放出係数（γ）を持つ材料）の場合に比べて、放電開始電圧が高くなる。

例えば、陽極側表面が無鉛ガラス、陰極側の誘電体表面が酸化マグネシウムの場合、３６０Ｖで放電した。しかし、陽極側の誘電体表面が酸化マグネシウム、陰極側表面を無鉛ガラスにした場合、放電開始電圧が７１０Ｖとなった。印加電圧は放電開始電圧以下でなければならないが、電圧は前者の場合は例えば３５０Ｖまでしか印加できず、蓄積電圧としては、０．５Ｖ以下となった。これに対し、後者の場合は、７００Ｖ程度まで印加可能で６７Ｖという出力が得られる。

以上から、陽極側の誘電体表面が酸化マグネシウム、陰極側表面を無鉛ガラスにした場合、陽極側表面が無鉛ガラス、陰極側の誘電体表面が酸化マグネシウムの場合より、感度で１００倍以上良くなり、測定下限も２桁以上、下げることが可能となった。

つまり、本実施の形態においては、電極８を放射線検知期間における陽極とし電極９を放射線検知期間における陰極としたときの放電開始電圧が、電極９を放射線検知期間における陽極とし電極８を放射線検知期間における陰極としたときの放電開始電圧よりも高いようにしたことにより、上記効果が奏されることがわかった。

陽極・陰極両方の誘電体表面が酸化マグネシウムの場合、陰極側の誘電体表面が酸化マグネシウムであるために、印加できる電圧が上記と同様３５０Ｖ程度までとなり、高い蓄積電圧が得られない。

陽極・陰極両方の表面が無鉛ガラス（低い二次電子放出係数（γ）を持つ材料）の場合は、測定期間において、放電が起こるタイミングがばらつく問題がある。測定期間における放電電圧があがってしまうので動作が不安定となる。したがって、陽極・陰極両方の表面が無鉛ガラスを用いることは好ましくない。

図９は、本実施形態にかかる放射線検出装置において、センサ部分の他の構成例を示す分解斜視図である。

この図９に示す他の構成例の放射線検出装置は、複数個のセンサ部を形成し、そのセンサ部をｍ列ｎ行でマトリクス状に２次元配置した構成としたものである。

図９に示すように、第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２とは、間にガラスからなる井桁形状のスペーサ３３を介在させて、所定の間隔をあけて対向配置するとともに、第１のセンサ基板３１および第２のセンサ基板３２とスペーサ３３との間を、シール材（図示せず）で封止することにより、複数個の密閉空間３４を形成している。

この密閉空間３４には、第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２を透過してくるＸ線、γ線のような放射線Ａにより電離する、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの中から選ばれた１つ以上のガスが封入され、これにより複数個のセンサ部３５が構成されている。

第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板３６、３７上に、Ａｇからなる複数本の線上の電極３８、３９が前記センサ部３５を形成する密閉空間３４において直交するように形成されているとともに、電極３８、３９を覆うように、絶縁性基板３６、３７上に無鉛の誘電体材料からなる第１絶縁体層４０、第２絶縁体層４１が形成されている。第１の絶縁体層４０は表面層４０Ａと本体部４０Ｂとから構成される。なお、第１絶縁体層４０（表面層４０Ａと本体部４０Ｂ、第２絶縁体層４１）を形成する誘電体材料、形成方法については、図１に示した、本実施形態の放射線検出装置の場合と同様な材料、形成方法を用いることができる。

このように、２次元に複数個のセンサ部３５を配列して構成した放射線センサを用いて放射線を測定する場合は、図４に示す測定サイクルで、各センサ部３５に順次電圧波形を印加することにより、それぞれのセンサ部３５において図１に示したセンサ部と同様に、放射線量を測定することが可能である。

また、図９に示した、変形例にかかる放射線測定装置のように、複数個のセンサ部３５をマトリクス状に２次元配置してセンサを構成することにより、センサ部３５の位置の違いによる放射線量差分の測定が可能となるため、放射線が入射してくる方向の測定も可能となる。

さらには、複数個のセンサ部３５で検出した放射線量を加算することにより、放射線検出装置としての感度を向上させることも可能となる。

なお、上記説明においては、前記第１のセンサ基板と第２のセンサ基板は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板を用いた例について示したが、センサ基板の構成例は、これに限らない。例えば、金属製基板の表面に、ガラスや樹脂などの絶縁体材料を形成して絶縁性基板としたものを用いることができ、また少なくとも一方の絶縁性基板を、金属製基板の表面にガラスや樹脂などの絶縁体材料を形成した絶縁性基板としてもよい。

以上のように、本実施形態にかかる放射線検出装置においては、放射線検知用のガスを封入した密閉空間５内に、一対の電極８、９と、この一対の電極８、９を覆う無鉛の誘電体材料からなる第１絶縁体層１０及び第２絶縁体層１１が形成されており、第１絶縁体層１０の表面層１０Ａを構成する鉛を含まない無鉛の誘電体材料は、アルカリ土類金属酸化物を含む周期表第２族元素の酸化物、より具体的には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）の少なくとも一種類が含まれる。そして、この放射線センサは、放射線検知期間において一対８、９の電極間に所定の電圧が印加されて、入射する放射線によりガスが電離して生成されるイオンおよび／または電子によって第１絶縁体層１０の表面層１０Ａ及び第２絶縁体層１１上に電荷が蓄積されるとともに、放射線測定時において、放射線検知期間に一対の電極８、９に印加された電圧とは逆バイアスの電圧を印加することにより発生する放電の開始電圧を測定するものである。このため、放射線検知期間において、絶縁体層に放射線量に応じて蓄積される電荷量を利用し、放電開始の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができ、簡単な構成でより低線量の測定も可能な放射線検出装置を実現することができる。

以上のように本発明は、新規な放射線検出装置を提供できる有用な発明である。

１、３１ 第１のセンサ基板
２、３２ 第２のセンサ基板
３、３３ スペーサ
５、３４ 密閉空間
６、７、３６、３７ 絶縁性基板
８、９、３８、３９ 電極
１０、４０ 第１絶縁体層
１０Ａ 第１絶縁体層の表面層
１０Ｂ 第１絶縁体層の本体部
１１、４１ 第２絶縁体層
２１、２２ 電圧波形
２１ａ、２２ａ 傾斜電圧波形
Ｔ１ 放射線検知期間
Ｔ２ 放射線測定期間
Ｔ３ リセット期間

Claims (11)

1. 放射線検知用のガスを封入した密閉空間内に、
   第１電極と第２電極と、
   前記第１電極を覆う第１絶縁体層と、
   前記第２電極を覆う第２絶縁体層と、
   を具備する放射線センサが構成され、
   前記放射線センサは、
   前記第１電極を陽極とし前記第２電極を陰極として、前記第１電極と前記第２電極の間に所定の電圧が印加されて、入射する放射線により前記ガスが電離して生成されるイオンおよび／または電子によって前記第１絶縁体層および／または前記第２絶縁体層上に電荷が蓄積される放射線検知期間において放射線を検知し、
   前記放射線検知期間後に、前記放射線検知期間に前記第１電極と前記第２電極に印加された電圧とは逆バイアスの電圧を印加することにより発生する放電の開始電圧を測定する放射線測定期間において放射線を測定し、
   前記第１電極を陽極とし前記第２電極を陰極としたときの放電開始電圧が、前記第２電極を陽極とし前記第１電極を陰極としたときの放電開始電圧よりも高い、
   放射線検出装置。
2. 前記第１絶縁体層は周期表第２族元素の酸化物が含まれる、請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記第１絶縁体層は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムの少なくとも１つである、請求項１記載の放射線検出装置。
4. 前記第２絶縁体層は、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムを含む、請求項１乃至請求項３記載の放射線検出装置。
5. 前記第２絶縁体層は、無機窒化物を含む、請求項１乃至請求項３記載の放射線検出装置。
6. 前記第１絶縁体層と前記第２絶縁体層は異なる二次電子放出係数を有する、請求項１乃至請求項５記載の放射線検出装置。
7. 前記第１絶縁体層の二次電子放出係数は前記第２絶縁体層の二次電子放出係数よりも大きい、請求項１乃至請求項５記載の放射線検出装置。
8. 前記放射線測定期間に印加する逆バイアスの電圧は、傾斜電圧波形とする請求項１乃至請求項７記載の放射線検出装置。
9. 前記放射線測定期間後に、前記第１絶縁体層および／または前記第２絶縁体層上の電荷を調整するための放電を発生させるリセット期間を有する請求項１乃至請求項８記載の放射線検出装置。
10. 放射線検知用のガスを封入した密閉空間内に、
    第１電極と第２電極と、
    前記第１電極を覆う第１絶縁体層と、
    前記第２電極を覆う第２絶縁体層と、
    を具備する放射線センサを用いた放射線検出方法であって、
    前記放射線検出方法は、
    前記第１電極を陽極とし前記第２電極を陰極として、前記第１電極と前記第２電極の間に所定の電圧が印加されて、入射する放射線により前記ガスが電離して生成されるイオンおよび／または電子によって前記第１絶縁体層および／または前記第２絶縁体層上に電荷が蓄積される放射線検知期間と、
    前記放射線検知期間後に、前記放射線検知期間に前記第１電極と前記第２電極に印加された電圧とは逆バイアスの電圧を印加することにより発生する放電の開始電圧を測定する放射線測定期間とを有し、
    前記第１電極を陽極とし前記第２電極を陰極としたときの放電開始電圧が、前記第２電極を陽極とし前記第１電極を陰極としたときの放電開始電圧よりも高い、
    放射線検出方法。
11. 前記放射線測定期間後に、前記第１絶縁体層および／または前記第２絶縁体層上の電荷を調整するための放電を発生させるリセット期間を有する請求項１０記載の放射線検出方法。