JP2015099015A - Radiation detector - Google Patents

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庸一 新谷
Yoichi Araya
庸一 新谷
村井 隆一
Ryuichi Murai
隆一 村井
村田 充弘
Mitsuhiro Murata
充弘 村田
前田 智之
Tomoyuki Maeda
智之 前田
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2921Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
    • G01T1/2935Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using ionisation detectors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation detector capable of measuring low dose with a simple structure.SOLUTION: The radiation sensor is structured including: a sealed space in which a pair of electrodes is disposed and filled with a radiation detecting gas; and insulator layers of a dielectric material formed to cover the electrodes. The radiation sensor is configured to measure radiation in the following two steps; i.e.: a radiation detection period T1, in which a voltage is applied across the pair of electrodes to accumulate electric charge on the insulator layers by means of entering radiation; and a radiation measurement period T2 in which, after the radiation detection period, a voltage biased inversely to the voltage which is applied across the electrodes in the radiation detection period, is applied to the electrodes to discharge and measure the radiation. After the radiation measurement period, a reset period is set for discharging to adjust the electric charge on the insulator layers.

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。   The present invention relates to a radiation detection apparatus that detects radiation by collecting electrons and ions of gas ionized by radiation.

この種の放射線検出装置は、ガスを封入した容器内に陰極と陽極を持ち、その間に電圧を印加し、放射線により電離したガスの電子、イオンを電極に収集することにより放射線検出を行っている。   This type of radiation detection device has a cathode and an anode in a gas-sealed container, applies a voltage between them, and collects electrons and ions of the gas ionized by radiation to the electrode to detect radiation. .

陰極・陽極間にかかる電圧により、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いわれ、陽極周辺に高い電場をかけて電子がなだれを起こし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いわれている。   A voltage / electrode configuration that does not amplify the gas ionization signal due to radiation due to the voltage applied between the cathode and anode is called an ionization chamber. A device with a voltage / electrode configuration is called a proportional coefficient method.

従来、放射線検出装置は、陰極として密閉された円筒状の容器の中心に、細い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。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、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。   Conventionally, a radiation detection apparatus has a thin anode disposed at the center of a cylindrical container sealed as a cathode, and an ionized gas obtained by adding an organic gas to, for example, argon (Ar) gas is enclosed in the container. It is comprised by. In this radiation detection apparatus, the radiation ionizes the ionized gas in the container and moves by the electric field applied between the cathode and the anode. At this time, electrons cause avalanche particularly near the anode, and radiation is counted as a large pulse signal.

X線、γ線のように放射線によるエネルギーによって電離ガスの種類を変えて検出している。すなわち、低エネルギーのX線に対しては、吸収係数の大きい原子番号の大きなガスを用い、一方中性子はガスを電離しないため、電離ガスに中性子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や、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により検出する構成のものがある(例えば、特許文献1、2、3参照)。 Detection is performed by changing the type of ionized gas depending on the energy of radiation, such as X-rays and γ-rays. That is, for low energy X-rays, a gas with a large absorption coefficient and a large atomic number is used. On the other hand, neutrons do not ionize the gas, so helium (which causes charged particles by causing a nuclear reaction with the neutrons) the He 3) and 3 and those using boron fluoride (BF 3) gas such as, boron 10 (B 10) and uranium 235 (U 235) or the like is applied to the container used as a cathode, where converted into charged particles In addition, there is a configuration in which detection is performed by the same ionizing action (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).

特開平07−169438号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-169438 特開2002−181948号公報JP 2002-181948 A 特開2002−14171号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-14171

本発明はこのような現状において、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。   An object of the present invention is to provide a radiation detection apparatus capable of measuring a low dose with a simple configuration under such circumstances.

このような課題を解決するために本発明は、一対の電極を配置した密閉空間内に放射線検知用のガスを封入し、かつ前記電極を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層を形成して放射線センサを構成し、かつ放射線測定時は、前記一対の電極間に電圧を印加して入射してくる放射線により前記絶縁体層上に電荷を蓄積す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電極に印加する電圧とは逆バイアスの電圧を印加して放電を発生させる放射線測定期間と、前記放射線測定期間後に、前記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とを設け、前記放射線検知期間と放射線測定期間とにより放射線を測定するように構成したことを特徴とする。   In order to solve such a problem, the present invention forms an insulator layer made of a dielectric material so as to enclose a gas for radiation detection in a sealed space in which a pair of electrodes are arranged, and to cover the electrodes. The radiation sensor is configured, and at the time of radiation measurement, a voltage is applied between the pair of electrodes and a radiation detection period in which charges are accumulated on the insulator layer by incident radiation, and after the radiation detection period A radiation measurement period in which discharge is generated by applying a voltage reverse to the voltage applied to the electrode during the radiation detection period; and a discharge for adjusting the charge on the insulator layer after the radiation measurement period. And a reset period for generating radiation, and the radiation is measured by the radiation detection period and the radiation measurement period.

本発明によれば、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。   According to the present invention, in the radiation detection period, the amount of charge accumulated in the insulator layer according to the radiation dose is used to measure the amount of voltage drop at the start of discharge. It is possible to realize a radiation detection apparatus that can measure and can measure a low dose with a simple configuration.

本発明の一実施の形態による放射線検出装置のセンサ部を示す断面図Sectional drawing which shows the sensor part of the radiation detection apparatus by one embodiment of this invention 本発明による放射線検出装置の動作原理を説明するための図The figure for demonstrating the principle of operation of the radiation detection apparatus by this invention 本発明によ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を示す電圧波形図In the radiation detection apparatus according to the present invention, a voltage waveform diagram showing applied voltages in a radiation detection period and a measurement period 本発明による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Voltage waveform diagram for explaining a radiation measurement cycle in the radiation detection apparatus according to the present invention. 本発明による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The figure for demonstrating the measurement cycle of a radiation in the radiation detection apparatus by this invention 本発明の他の実施の形態による放射線検出装置のセンサ部を示す分解斜視図The disassembled perspective view which shows the sensor part of the radiation detection apparatus by other embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施の形態による放射線検出装置について図面を用いて説明する。   Hereinafter, a radiation detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態による放射線検出装置のセンサ部分の概略構成を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a sensor portion of a radiation detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、第1のセンサ基板1と第2のセンサ基板2とは、間にガラスからなるスペーサ3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、前記第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を形成している。前記密閉空間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も含有されている。   As shown in FIG. 1, the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 are arranged to face each other with a predetermined interval with a spacer 3 made of glass interposed therebetween, and the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2. A sealed space 5 is formed by sealing between the substrate 1 and the second sensor substrate 2 and the spacer 3 with a sealing material 4. The sealed space 5 includes He, Ne, Ar, Kr, and Xe that are ionized by radiation A such as X-rays and γ-rays transmitted through the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2. One or more selected gases are enclosed, thereby constituting a radiation sensor. In addition, organic gas etc. are contained in the gas ionized by radiation as needed.

前記第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、前記電極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絶縁体層10、11が形成されている。   In the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2, electrodes 8 and 9 made of Ag are formed on insulating substrates 6 and 7 that can transmit radiation made of soda glass, respectively. Insulating layers 10 and 11 made of a lead-free dielectric material are formed on the insulating substrates 6 and 7 so as to cover them.

ここで、前記絶縁体層10、11を構成する鉛を含まない無鉛の誘電体材料としては、酸化ビスマス(Bi23)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化硼素(B23)を主成分とし、その主成分材料に酸化硅素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)、酸化モリブデン(MoO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化セリウム(CeO2)などを含有させることにより構成される無鉛のガラス誘電体材料を用いている。 Here, as the lead-free dielectric material that does not contain lead constituting the insulator layers 10 and 11, bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), and boron oxide (B 2 O 3 ) are mainly used. The main components are silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), molybdenum oxide (MoO 3 ), oxidation A lead-free glass dielectric material constituted by containing tungsten (WO 3 ), cerium oxide (CeO 2 ) or the like is used.

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する。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である。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。   A dielectric material powder is prepared by pulverizing a dielectric material composed of these composition components with a wet jet mill or a ball mill so that the average particle diameter is 0.5 μm to 2.5 μm. And a binder component are well kneaded with three rolls to produce a dielectric layer paste for die coating or printing. The binder component is terpineol or butyl carbitol acetate containing 1% to 20% by weight of ethyl cellulose or acrylic resin. In addition, dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, triphenyl phosphate and tributyl phosphate are added to the paste as needed, and glycerol monooleate, sorbitan sesquioleate, homogenol (Kao Corporation) as a dispersant. The printability may be improved by adding a phosphoric ester of an alkyl allyl group or the like.

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絶縁体層10、11を形成している。なお、絶縁体層10、11の膜厚については、約40μm程度が好ましい。   The dielectric paste thus produced is printed by screen printing or die coating and dried, and then fired at 550 ° C. to 590 ° C., which is slightly higher than the softening point of the dielectric material. 10 and 11 are formed. In addition, about the film thickness of the insulator layers 10 and 11, about 40 micrometers is preferable.

次に、本発明による放射線検出装置の検出動作原理について、図2を用いて説明する。   Next, the detection operation principle of the radiation detection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

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の電圧を印加する。この状態で、放射線Aが入ってくると、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。   First, as shown in FIG. 2A, a voltage of several hundred volts is applied to the radiation sensor shown in FIG. 1 such that the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is positive and the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 is negative. To do. When radiation A enters in this state, the gas in the sealed space 5 of the radiation sensor is ionized, and electron / ion pairs are generated.

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の絶縁体層10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の絶縁体層10と、第2のセンサ基板2の絶縁体層11に電荷が蓄積されるのみで、電流は流れない。   As shown in FIG. 2B, the generated electrons and ions are applied between the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 of the radiation sensor. As a result, negative charges are accumulated on the insulator layer 10 side of the first sensor substrate 1 and positive charges are accumulated on the insulator layer 11 side of the second sensor substrate 2. At this time, charges are only accumulated in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2, and no current flows.

この図2(a)、(b)に示す期間が放射線検知期間で、入ってくる放射線量に応じて、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。   The period shown in FIGS. 2A and 2B is a radiation detection period, and the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer of the second sensor substrate 2 according to the amount of incoming radiation. Therefore, a difference occurs in the amount of electric charge accumulated in 11.

次に、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。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。   Next, when measuring the detected radiation dose, as shown in FIG. 2 (c), the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is minus, as shown in FIG. 2 (a), and the second sensor substrate. A reverse bias voltage of several hundred volts is applied so that the second electrode 9 side is positive, and a discharge is generated between the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2. At this time, a low voltage is applied according to the amount of charge accumulated in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2, that is, the amount of radiation detected in the radiation detection period. Discharging starts. By measuring the voltage drop at the start of discharge, the radiation dose detected in the radiation detection period can be measured.

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、絶縁体層10、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中にかかることになる。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電圧を測定することができる。   More specifically, at the end of the accumulation period, which is a radiation detection period, a certain amount of charge having a polarity opposite to the applied voltage proportional to the radiation dose is accumulated on the surfaces of the insulator layers 10 and 11. In order to measure this electric charge, when a bias voltage opposite to the accumulation period is applied between the electrodes 8 and 9, an electric field corresponding to the applied voltage + accumulated voltage (voltage due to accumulated charge) is applied to the gas space. Since discharge occurs at a lower voltage than when there is no stored voltage, the stored voltage can be measured by measuring the voltage difference.

例えば、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となり、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は構造やガス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、絶縁体層10、11の容量Cと蓄積電荷Qとから、Q=CVの関係により、絶縁体層10、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。 For example, if the applied voltage V 0 , the storage voltage V, and the discharge start voltage are Vf, Vf = V 0 + V. By increasing the applied voltage V 0 in a staircase shape or a pulse shape, the timing at which the discharge occurs can be changed to discharge light emission or If observed with a current signal or the like, V 0 can be measured. Since Vf is a value determined by the structure and gas composition, the accumulated voltage V can be obtained. Further, the accumulated voltage V is known from the capacitance C of the insulator layers 10 and 11 and the accumulated charge Q according to the relationship of Q = CV, the dielectric material forming the insulator layers 10 and 11, the thickness, and the electrode shape. Since the capacity can be calculated, the accumulated charge Q proportional to the radiation dose can be obtained.

以上のように本発明によ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し、前記放射線センサの第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上に電極8、9を形成するとともに、前記電極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絶縁体層10、11を形成することにより構成したものであり、放射線検知期間において、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の絶縁体層11に放射線量に応じて蓄積される電荷量を利用し、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放射線測定期間において、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るものである。   As described above, in the radiation detection apparatus according to the present invention, the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 are disposed in a sealed space 5 formed so as to face each other with a predetermined interval therebetween. The first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 of the radiation sensor include electrodes 8 on insulating substrates 6 and 7 that can transmit radiation, respectively. 9 and forming the insulator layers 10 and 11 made of a dielectric material on the insulating substrates 6 and 7 so as to cover the electrodes 8 and 9, and in the radiation detection period, The first sensor substrate 1 and the second sensor substrate are obtained by utilizing the amount of charge accumulated in accordance with the radiation dose in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2. Radiation measurement that generates electric discharge between In the period, by measuring the voltage drop amount of starting discharge, it is capable of measuring the amount of radiation detected by the radiation detection period.

図3は本発明の他の実施の形態によ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を示す電圧波形図である。図3において、21は図2(a)に示すように第1のセンサ基板1の電極8側に印加する電圧波形、22は放射線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である。T1は放射線検知期間、T2は放射線測定期間である。   FIG. 3 is a voltage waveform diagram showing applied voltages in a radiation detection period and a measurement period in a radiation detection apparatus according to another embodiment of the present invention. In FIG. 3, 21 is a voltage waveform applied to the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 as shown in FIG. 2A, and 22 is the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 on the radiation A incident side. It is a voltage waveform applied to. T1 is a radiation detection period, and T2 is a radiation measurement period.

図3の枠線で囲んだように、本実施の形態においては、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。   As enclosed by the frame line in FIG. 3, in the present embodiment, in the radiation measurement period T2, the radiation measurement period T1 and the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 are Is configured to apply ramp voltage waveforms 21a and 22a in which the voltage gradually changes when a reverse bias voltage is applied. That is, in the radiation measurement period T2, the voltage waveform 21 applied to the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is applied with the ramp voltage waveform 21a in which the voltage gradually decreases and becomes a negative potential, and the radiation A is incident. As for the voltage waveform 22 applied to the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 that is the side, a ramp voltage waveform 22a is applied in which the voltage gradually rises and becomes a positive potential.

このように放射線測定期間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を印加することにより、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り、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。   As described above, in the radiation measurement period T2, when a voltage having a reverse bias to that of the radiation measurement period T1 is applied to the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2, the voltage gradually increases. By applying the changing ramp voltage waveforms 21a and 22a, as described in FIG. 2, when measuring the accumulated radiation dose by measuring the voltage when the discharge occurs, the steep pulse waveform By controlling the slope of the ramp voltage waveform, it is possible to easily and accurately measure the discharge generation voltage as compared with the case of measuring by applying a voltage. In addition, the ramp voltage waveform is a waveform whose voltage value changes with the application time, so the voltage at which the discharge occurs can be measured by converting it to the application time, and the detection result can be displayed digitally. The circuit configuration can be easily realized.

図4、図5は本発明によ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り、図4は本実施の形態による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はそ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において、(1)〜(9)は、図4の(1)〜(9)に対応した状態の概念を示している。   4 and 5 are diagrams for explaining a measurement cycle of the radiation detection apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a voltage waveform diagram showing an applied voltage in the measurement cycle of the radiation detection apparatus according to the present embodiment. FIG. It is the schematic for demonstrating operation | movement of the radiation detection apparatus in the measurement cycle. In FIG. 5, (1) to (9) indicate concepts of states corresponding to (1) to (9) in FIG.

図4、図5に示すように、本発明によ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。   As shown in FIGS. 4 and 5, in the radiation detection apparatus according to the present invention, one cycle of radiation measurement includes a radiation detection period T1, a radiation measurement period T2, and a reset period T3.

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の絶縁体層10、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。   In the initial detection period (1) of the radiation detection period T1, only a voltage of several hundred volts is applied so that the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is positive and the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 is negative. Since no radiation is incident on the radiation sensor, the insulator layers 10 and 11 of the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 are not charged with radiation. is there.

検知期間中期(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の絶縁体層10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、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の絶縁体層10と、第2のセンサ基板2の絶縁体層11に電荷が追加されて蓄積される。   When radiation A enters in the middle of the detection period (2), the gas in the sealed space 5 of the radiation sensor is ionized to generate electron / ion pairs, and the electrodes 8 and 2 of the first sensor substrate 1 are generated. The negative electric charge is gradually accumulated on the insulator layer 10 side of the first sensor substrate 1 by the electric field applied between the electrode 9 of the sensor substrate 2 and the insulation of the second sensor substrate 2. Positive charges are gradually accumulated on the body layer 11 side. Further, when radiation A enters in the middle of the detection period (3), electric charges are added and accumulated in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2. Is done.

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の絶縁体層10と、第2のセンサ基板2の絶縁体層11に蓄積された状態となる。   At the end of the detection period (4), the charge proportional to the incident radiation dose is accumulated in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2.

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、傾斜電圧波形21a、22aを印加する。   Next, in the initial measurement period (5) of the radiation measurement period T2 for measuring the detected radiation dose, the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is minus, and the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 is plus several hundred volts. The reverse bias voltage is applied. At this time, ramp voltage waveforms 21a and 22a are applied.

その後、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の絶縁体層10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の絶縁体層11側にマイナスの電荷が蓄積される。   Thereafter, in the middle period (6) of the measurement period, discharge is generated by an electric field of applied voltage + accumulated voltage (voltage due to accumulated charge). As described above, at this time, discharge occurs at a lower voltage than in the case where there is no accumulated voltage. Therefore, the accumulated voltage corresponding to the accumulated radiation dose can be measured by measuring the voltage difference. In the latter part (7) of the measurement period in which the measurement is completed, a positive charge is accumulated on the insulator layer 10 side of the first sensor substrate 1 by the discharge generated in the middle part (6) of the measurement period, and the second Negative charges are accumulated on the insulator layer 11 side of the sensor substrate 2.

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の絶縁体層10と第2のセンサ基板2の絶縁体層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の絶縁体層10および第2のセンサ基板2の絶縁体層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の絶縁体層10、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。   Therefore, after the radiation measurement period T2 ends, a reset period T3 is provided to return the charge in the radiation sensor to the initial state of the radiation detection period T1. At the time of resetting (8) in the reset period T3, the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 is set by setting the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 to the ground potential. And a minute discharge corresponding to the charge accumulated in the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2 occurs, and after resetting (9), the insulator layer 10 and the second layer of the first sensor substrate 1 of the radiation sensor The charges accumulated in the insulator layer 11 of the sensor substrate 2 are erased and the initial state is restored. That is, during the reset period T3, a charge adjustment discharge is generated for adjusting the charges of the insulator layers 10 and 11 of the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 to the state before the radiation enters. It is a period to let you.

以上の動作が測定サイクルの1サイクルとなる。   The above operation is one measurement cycle.

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、放射線量に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量を減らすのが良い。逆に、低線量の場合は、できるだけ蓄積期間を長くすることで、入射する放射線が増え、感度が向上する。可変する期間としては、例えば数100μs〜数100sである。また、放射線測定期間T2は、数10μs〜数ms程度が望ましい。   Here, in this measurement cycle, it is desirable that the radiation detection period T1 in one cycle for measuring radiation is variable in radiation dose. When the radiation dose is large, the accumulation period is shortened to reduce the accumulated amount. Is good. Conversely, in the case of a low dose, by increasing the accumulation period as much as possible, the incident radiation increases and the sensitivity is improved. The variable period is, for example, several hundreds μs to several hundreds. The radiation measurement period T2 is preferably about several tens of μs to several ms.

図6は本発明の他の実施の形態による放射線検出装置において、センサ部分の他の例を示す分解斜視図である。この図6に示す実施の形態においては、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。   FIG. 6 is an exploded perspective view showing another example of a sensor portion in a radiation detection apparatus according to another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 6, a plurality of sensor portions are formed, and the sensor portions are two-dimensionally arranged in a matrix with m columns and n rows.

図6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、前記第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。前記密閉空間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。   As shown in FIG. 6, the first sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32 are opposed to each other with a predetermined interval with a cross-shaped spacer 33 made of glass interposed therebetween. A plurality of sealed spaces 34 are formed by sealing between one sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32 and the spacer 33 with a sealing material (not shown). The sealed space 34 includes He, Ne, Ar, Kr, and Xe ionized by radiation A such as X-rays and γ-rays transmitted through the first sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32. One or more selected gases are sealed, thereby forming a plurality of sensor portions 35.

前記第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において直交するように形成されているとともに、前記電極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絶縁体層40、41が形成されている。また、前記絶縁体層40、41を形成する誘電体材料、形成方法については、図1に示す実施の形態と同様な材料、形成方法を用いている。   The first sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32 are made of electrodes 38 and 39 on a plurality of lines made of Ag on insulating substrates 36 and 37 that can transmit radiation made of soda glass, respectively. Insulating layers 40 and 41 made of a lead-free dielectric material are formed on the insulating substrates 36 and 37 so as to cover the electrodes 38 and 39. The dielectric material and the formation method for forming the insulator layers 40 and 41 are the same as those in the embodiment shown in FIG.

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、同様に測定することが可能である。   When measuring radiation using a radiation sensor configured by arranging a plurality of sensor units 35 in two dimensions in this way, a voltage waveform is sequentially applied to each sensor unit 35 in the measurement cycle shown in FIG. Thus, it is possible to measure similarly.

また、本実施の形態のように、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。   In addition, as in the present embodiment, a plurality of sensor units 35 are two-dimensionally arranged in a matrix to constitute a sensor, thereby making it possible to measure a radiation dose difference due to a difference in position of the sensor unit 35. Measurement of the direction in which the radiation enters is also possible.

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。   Furthermore, the sensitivity as a radiation detection apparatus can be improved by adding the radiation doses detected by the plurality of sensor units 35.

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が、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でもよく、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て絶縁性基板としてもよい。   In the above description, each of the first sensor substrate and the second sensor substrate is an insulating substrate that can transmit radiation made of soda glass. However, glass, resin, or the like is used on the surface of the metal substrate. An insulating material may be used to form an insulating substrate, or at least one insulating substrate may be formed by forming an insulating material such as glass or resin on the surface of a metal substrate.

以上のように本発明による放射線検出装置においては、一対の電極8、9を配置した密閉空間5内に放射線検知用のガスを封入し、かつ前記電極8、9を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層10、11を形成して放射線センサを構成し、前記放射線センサは、放射線によりガスが電離して生成されるイオン・電子により前記絶縁体層10、11上に電荷を蓄積するように構成し、かつ放射線測定時は、前記一対の電極8、9間に電圧を印加して入射してくる放射線により前記絶縁体層10、11上に電荷を蓄積する放射線検知期間T1と、前記放射線検知期間後に、前記放射線検知期間に前記電極8、9に印加する電圧とは逆バイアスの電圧を印加して放電を発生させる放射線測定期間T2と、前記放射線測定期間後に、前記絶縁体層10、11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T3とを設けて放射線を測定するように構成したものであり、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。   As described above, in the radiation detection apparatus according to the present invention, the gas for radiation detection is sealed in the sealed space 5 in which the pair of electrodes 8 and 9 are arranged, and the dielectric material is used so as to cover the electrodes 8 and 9. Insulator layers 10 and 11 are formed to constitute a radiation sensor, and the radiation sensor accumulates electric charges on the insulator layers 10 and 11 by ions and electrons generated by ionizing a gas by radiation. And a radiation detection period T1 in which a charge is accumulated on the insulator layers 10 and 11 by radiation incident upon applying a voltage between the pair of electrodes 8 and 9 when measuring radiation, and After the radiation detection period, a radiation measurement period T2 in which discharge is generated by applying a voltage reverse to the voltage applied to the electrodes 8 and 9 during the radiation detection period, and after the radiation measurement period, the insulator layer 1 , And a reset period T3 for generating a discharge for adjusting the electric charge on 11, and measuring the radiation. In the radiation detection period, the radiation is accumulated in the insulator layer according to the radiation dose. By using the amount of charge and measuring the voltage drop at the start of discharge, the amount of radiation detected in the radiation detection period can be measured, and a radiation detector that can measure low doses with a simple configuration is realized. be able to.

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。   As described above, the present invention is a useful invention that can provide a novel radiation detection apparatus.

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、11、40、41 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,31 1st sensor board | substrate 2,32 2nd sensor board | substrate 3,33 Spacer 5,34 Sealed space 6,7,36,37 Insulating board | substrate 8,9,38,39 Electrode 10,11,40,41 Insulator layer 21, 22 Voltage waveform 21a, 22a Ramp voltage waveform T1 Radiation detection period T2 Radiation measurement period T3 Reset period

Claims (2)

一対の電極を配置した密閉空間内に放射線検知用のガスを封入し、かつ前記電極を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層を形成して放射線センサを構成し、かつ放射線測定時は、前記一対の電極間に電圧を印加して入射してくる放射線により前記絶縁体層上に電荷を蓄積す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電極に印加する電圧とは逆バイアスの電圧を印加して放電を発生させる放射線測定期間と、前記放射線測定期間後に、前記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とを設け、前記放射線検知期間と放射線測定期間とにより放射線を測定するように構成したことを特徴とする放射線検出装置。 A radiation detection gas is sealed in a sealed space in which a pair of electrodes are arranged, and an insulating layer made of a dielectric material is formed so as to cover the electrodes, and a radiation sensor is formed. A radiation detection period in which charges are accumulated on the insulator layer by incident radiation by applying a voltage between the pair of electrodes; and a voltage applied to the electrodes in the radiation detection period after the radiation detection period; Provides a radiation measurement period in which a reverse bias voltage is applied to generate a discharge, and a reset period in which a discharge for adjusting the charge on the insulator layer is generated after the radiation measurement period, and the radiation detection period A radiation detection apparatus configured to measure radiation according to a radiation measurement period. 前記放射線測定期間に印加する逆バイアスの電圧は、傾斜電圧波形としたことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出装置。 The radiation detection apparatus according to claim 1, wherein the reverse bias voltage applied during the radiation measurement period is a ramp voltage waveform.
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