JP2019035703A - 放射線検出器、および放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線の検出精度の向上を容易に図る。【解決手段】放射線検出器１０は、第１のシンチレータ２６Ａと、第２のシンチレータ２６Ｂと、光電変換素子２４と、を備える。第１のシンチレータ２６Ａは、放射線Ｌをシンチレーション光Ｓに変換する。第２のシンチレータ２６Ｂは、放射線Ｌをシンチレーション光Ｓに変換する。第２のシンチレータ２６Ｂは、第１のシンチレータ２６Ａより密度が高い。光電変換素子２４は、第１のシンチレータ２６Ａと第２のシンチレータ２６Ｂとの間に設けられている。光電変換素子２４は、光電変換層２０を含む。光電変換層２０は、シンチレーション光Ｓを電荷に変換する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、放射線検出器、および放射線検出装置に関する。

光電変換層で変換された電荷を検出する放射線検出器が知られている。例えば、一対の電極層の間に光電変換層を配置し、光電変換層で変換された電荷を、電極を介して読出す構成が知られている。

ここで、光電変換層に入射する放射線が、後方散乱する場合がある。後方散乱が発生すると、放射性の検出精度が低下する場合がある。そこで、有機材料からなる吸収用シンチレータと、後方散乱率の高い無機材料からなる後方散乱用シンチレータと、を積層した構成が開示されている。しかし、従来技術では、シンチレータの各層ごとに、読出回路を設ける必要があり、放射線の検出精度の向上を容易に図ることは困難であった。

特許第４６００９４７号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放射線の検出精度の向上を容易に図ることができる、放射線検出器、および放射線検出装置を提供することを目的とする。

実施形態の放射線検出器は、第１のシンチレータと、第２のシンチレータと、光電変換素子と、を備える。第１のシンチレータは、放射線を光に変換する。第２のシンチレータは、放射線を光に変換し、第１のシンチレータより密度が高い。光電変換素子は、第１のシンチレータと第２のシンチレータの間に設けられている。光電変換素子は、光を電荷に変換する光電変換層を含む。

放射線検出装置の模式図。 放射線検出器の模式図。 情報処理の手順を示すフローチャート。 発光スペクトルの模式図。 放射線検出器の模式図。 ハードウェア構成例のブロック図。

以下に添付図面を参照して、本実施の形態の詳細を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の放射線検出装置１０００の一例を示す模式図である。

放射線検出装置１０００は、放射線検出器１０と、信号処理部１２と、記憶部１４と、通信部１６と、表示部１８と、を備える。放射線検出器１０、記憶部１４、通信部１６、および表示部１８と、信号処理部１２と、はデータや信号を授受可能に接続されている。

放射線検出器１０は、入射した放射線Ｌに応じた出力信号を出力する。信号処理部１２は、放射線検出器１０から取得した出力信号を用いて、放射線検出器１０に入射した放射線Ｌの検出エネルギーを導出する。

記憶部１４は、各種データを記憶する。通信部１６は、ネットワークなどを介して外部装置と通信する。本実施の形態では、通信部１６は、信号処理部１２による導出結果を示す情報を、外部装置へ送信する。表示部１８は、各種画像を表示する。本実施の形態では、表示部１８は、信号処理部１２による導出結果を示す情報を、表示する。

なお、放射線検出装置１０００は、表示部１８および通信部１６の何れか一方を備えた構成であってもよい。また、放射線検出装置１０００を構成する各部は、１つの筐体に収められていてもよいし、複数の筐体に分割されて配置されていてもよい。

−放射線検出器１０−
まず、放射線検出器１０について説明する。

図２は、放射線検出器１０の一例を示す模式図である。

放射線検出器１０は、光電変換素子２４と、シンチレータ２６と、反射層３０と、の積層体である。なお、放射線検出器１０は、反射層３０を備えない構成であってもよい。

シンチレータ２６は、第１のシンチレータ２６Ａと、第２のシンチレータ２６Ｂと、を含む。

光電変換素子２４は、これらのシンチレータ２６（第１のシンチレータ２６Ａ、第２のシンチレータ２６Ｂ）の間に配置されている。なお、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂを総称して説明する場合には、シンチレータ２６と称して説明する。

シンチレータ２６は、放射線Ｌを、光、例えば、シンチレーション光Ｓに変換する。すなわち、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂは、放射線Ｌをシンチレーション光Ｓに変換する。言い換えると、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂは、放射線Ｌを、放射線Ｌより長い波長（低いエネルギー）を有するシンチレーション光Ｓ（光子）に変換する。

シンチレータ２６は、シンチレータ材料で構成されている。シンチレータ材料は、放射線Ｌの入射によりシンチレーション光（蛍光）を発する。シンチレータ材料は、例えば、Ｌｕ_２ＳｉＯ_５（Ｃｅ）、ＬａＢｒ_３（Ｃｅ）、ＹＡＰ（Ｃｅ）（Ｃｅ添加イットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト）、ＬｕＡＰ（Ｃｅ）（Ｃｅ添加ルテチウム・アルミニウム・ペロブスカイト）、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＺｎＳ（Ａｇ）、ＧＳＯ（Ｃｅ）（Ｃｅ添加ケイ酸ガドリニウム）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｅＦ_３、ＢａＦ_２、ＬｉＩ（Ｅｕ）、ＬＹＳＯ（Ｃｅ）（Ｌｕ_{２（１−ｘ）}Ｙ_２ｘＳｉＯ_５）、ＬＧＳＯ（Ｌｕ_２−ｘＧｄ_ｘ２ＳｉＯ_５）、アントラセン、スチルベン、ナフタレン、ジフェニルオキサゾール（ＰＰＯ）等である。

本実施の形態では、第２のシンチレータ２６Ｂは、第１のシンチレータ２６Ａより密度が高い。

シンチレータ２６の密度とは、シンチレータ２６の単位体積あたりの重量を示す。すなわち、第２のシンチレータ２６Ｂの単位体積あたりの重量は、第１のシンチレータ２６Ａの単位体積当たりの重量に比べて重い。

なお、第１のシンチレータ２６Ａに対する第２のシンチレータ２６Ｂの密度比は、例えば、２以上８以下であることが好ましく、２．５以上６以下であることが更に好ましく、３以上５以下であることが特に好ましい。

第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの密度を、上記密度比の関係を満たすように調整するためには、公知の方法を用いればよい。例えば、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの各々を構成する材料の種類や比率、結晶構造、などを調整することで、密度を調整すればよい。

例えば、第１のシンチレータ２６Ａにプラスチックなどの有機材料のシンチレータ材料を用い、第２のシンチレータ２６ＢにＣｓＩなどの無機材料からなる、あるいは主成分とするシンチレータ材料を用いる。

なお、第２のシンチレータ２６Ｂが第１のシンチレータ２６Ａより密度が高ければよく、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの構成材料は、これらに限定されない。例えば、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの少なくとも一方を、有機のシンチレータ材料および無機のシンチレータ材料の何れで構成してもよい。また、第１のシンチレータ２６Ａおよびお第２のシンチレータ２６Ｂの少なくとも一方を、有機のシンチレータ材料と無機のシンチレータ材料の双方を含む構成としてもよい。

第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂは、密度比が上記関係を満たせばよく、各々の密度の範囲は限定されない。例えば、第１のシンチレータ２６Ａの密度は、１．０以上１．７以下であることが好ましく、１．０３以上１．２５以下であることが更に好ましい。また、第２のシンチレータ２６Ｂの密度は、２．５以上１０．０以下であることが好ましく、４．０以上８．５以下であることが更に好ましい。

シンチレータ２６の厚みは限定されない。また、第１のシンチレータ２６Ａと第２のシンチレータ２６Ｂの厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、第１のシンチレータ２６Ａの厚みは、０．０５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲に調整することが好ましい。また、例えば、第２のシンチレータ２６Ｂの厚みは、０．０５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲に調整することが好ましい。

シンチレータ２６によってシンチレーション光Ｓに変換される放射線Ｌの種類は、限定されない。シンチレータ２６によってシンチレーション光Ｓに変換される放射線Ｌの種類は、例えば、β線、重粒子線、α線、中性子線、および、γ線の少なくとも一種である。本実施の形態では、シンチレータ２６は、β線またはγ線をシンチレーション光Ｓに変換する構成であることが好ましく、β線をシンチレーション光Ｓに変換する構成であることが特に好ましい。

シンチレータ２６によってシンチレーション光Ｓに変換される放射線Ｌの種類は、シンチレータ２６の構成材料やその比率、および厚みなどを変更することで、調整可能である。

本実施の形態では、第１のシンチレータ２６Ａは、第２のシンチレータ２６Ｂより、放射線Ｌの入射方向（矢印Ｚ方向参照、以下、入射方向Ｚと称する）の上流側に配置されている。すなわち、第１のシンチレータ２６Ａは、光電変換素子２４より放射線Ｌの入射方向Ｚの上流側に配置されている。一方、第２のシンチレータ２６Ｂは、光電変換素子２４より放射線Ｌの入射方向Ｚの下流側に配置されている。

すなわち、本実施の形態では、低密度のシンチレータ２６（第１のシンチレータ２６Ａ）が、高密度のシンチレータ２６（第２のシンチレータ２６Ｂ）より、放射線Ｌの入射方向Ｚの上流側に配置されている。

なお、放射線Ｌの入射方向Ｚは、放射線検出器１０の厚さ方向に一致する。また、厚さ方向は、放射線検出器１０を構成する複数の層（反射層３０、シンチレータ２６、電極層２２、光電変換層２０など）の積層方向に一致する。

次に、光電変換素子２４について説明する。

光電変換素子２４は、一対のシンチレータ２６（第１のシンチレータ２６Ａ、第２のシンチレータ２６Ｂ）の間に配置されている。

光電変換素子２４は、電極層２２と、光電変換層２０と、の積層体である。電極層２２は、電極層２２Ａと、電極層２２Ｂと、を含む。電極層２２Ａおよび電極層２２Ｂは、信号処理部１２に電気的に接続されている。

本実施の形態では、光電変換層２０は、これらの一対の電極層２２（電極層２２Ａ、電極層２２Ｂ）の間に配置されている。電極層２２Ａおよび電極層２２Ｂの少なくとも一方は、光電変換層２０に接して配置されていることが好ましい。なお、電極層２２Ａおよび電極層２２Ｂを総称して説明する場合には、電極層２２と称して説明する。

電極層２２は、導電性を有し、且つ、電極層２２に入射する光を透過する。透過する、とは、入射した光の５０％以上、好ましくは８０％以上を透過することを意味する。電極層２２に入射する光は、放射線Ｌおよびシンチレーション光Ｓである。

電極層２２は、導電性を有する材料で構成される。電極層２２は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ、Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、グラフェン、ＺｎＯ、アルミニウム、金などである。電極層２２の厚みは限定されない。電極層２２の厚みは、例えば、３５ｎｍである。

光電変換層２０は、シンチレーション光Ｓを電荷に変換する。すなわち、本実施の形態では、光電変換層２０は、シンチレーション光Ｓの少なくとも一部の波長領域の光を、感度波長領域とする。なお、光電変換層２０の感度波長領域は、特定の幅を持った波長領域であってもよいし、１つの波長であってもよい。

光電変換層２０は、波長選択性を有していてもよい。波長選択性とは、光電変換対象の感度波長領域以外の波長の光を透過させることを示す。例えば、光電変換層２０は、厚さ方向（矢印Ｚ方向）に異なる波長選択性を有していてもよい。この場合、例えば、光電変換層２０は、キナクリドンや、サブフタロシアニン等を含む構成としてもよい。

光電変換層２０は、シンチレーション光Ｓを電荷に変換する材料で構成されていればよい。例えば、光電変換層２０は、アモルファスシリコン等の無機材料や、有機材料などを主成分とする。主成分とする、とは、７０％以上の含有率であることを示す。

なお、光電変換層２０は、原料の低コスト化、柔軟性、形成の容易性、吸光係数の高さ、軽量化、および、耐衝撃性、などの観点から、有機材料を主成分とすることが好ましい。すなわち、光電変換層２０は、有機光電変換層であることが好ましい。

また、有機材料を主成分とする光電変換層２０を用いると、有機材料を主成分としない場合に比べて、光電変換層２０の抵抗率を高くすることが出来る。光電変換層２０の抵抗率が高いほど、光電変換層２０で発生した電荷が、光電変換層２０における、他の画素領域に対応する領域へと広がることを抑制することができる。言い換えると、この場合、放射線検出器１０は、他の画素領域からの電荷が各画素領域に混入することを抑制することができる。

なお、光電変換層２０における、画素領域に対応する領域は、電極層２２（電極層２２Ａ、電極層２２Ｂ）の配置などを調整することで、予め規定すればよい。

光電変換層２０に用いる有機材料は、例えば、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）の誘導体、ポリチオフェン系高分子材料、の少なくとも１種から選択される。

ポリフェニレンビニレンの誘導体は、例えば、ポリ［２−メトキシ，５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−ｐ−フェニレン−ビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）である。ポリチオフェン系高分子材料は、例えば、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）などのポリ（３−アルキルチオフェン），ジオクチルフルオレンエン−ビチオフェン共重合体（Ｆ８Ｔ２）である。

特に好ましくは、光電変換層２０には、Ｐ３ＨＴ、Ｆ８Ｔ２、を用いればよい。

なお、光電変換層２０は、有機材料と、無機材料と、の混合物であってもよい。この場合例えば、光電変換層２０は、上記有機材料と、フラーレン、フラーレン誘導体、半導体性を有するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ＣＮＴ化合物、などと、の混合物としてもよい。

フラーレン誘導体は、例えば、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチル（ＰＣＢＭ）、フラーレンの二量体、アルカリ金属またはアルカリ土類金属等を導入したフラーレン化合物、などである。ＣＮＴは、例えば、フラーレンまたは金属内包フラーレンを内包したカーボンナノチューブである。また、ＣＮＴは、例えば、ＣＮＴの側壁や先端に、種々の分子を付加したＣＮＴ化合物である。

この場合、光電変換層２０には、ＰＣＢＭとＰ３ＨＴとを重量比で１０：１以上１：１０以下の範囲で混合した混合物、ＰＣＢＭとＦ８Ｔ２とを重量比で１０：１以上１：１０以下の範囲で混合した混合物などを用いてもよい。

次に、反射層３０について説明する。

反射層３０は、反射層３０Ａと、反射層３０Ｂと、を含む。なお、反射層３０Ａと反射層３０Ｂとを総称して説明する場合には、反射層３０と称して説明する。

反射層３０Ａは、第１のシンチレータ２６Ａに対して、放射線Ｌの入射方向Ｚの上流側に配置されている。言い換えると、反射層３０Ａは、第１のシンチレータ２６Ａにおける光電変換素子２４の反対側に設けられている。

反射層３０Ｂは、第２のシンチレータ２６Ｂに対して、放射線Ｌの入射方向Ｚの下流側に配置されている。言い換えると、反射層３０Ｂは、第２のシンチレータ２６Ｂにおける光電変換素子２４の反対側に設けられている。

すなわち、本実施の形態では、第２のシンチレータ２６Ｂ、光電変換素子２４、および第１のシンチレータ２６Ａ、の積層体は、一対の反射層３０（反射層３０Ａ、反射層３０Ｂ）の間に配置されている。

なお、放射線検出器１０は、上述したように、一対の反射層３０（反射層３０Ａ、反射層３０Ｂ）を備えた構成に限定されない。放射線検出器１０は、反射層３０Ａおよび反射層３０Ｂの一方のみを設けた構成であってもよい。また、放射線検出器１０は、反射層３０Ａおよび反射層３０Ｂの少なくとも一方を設けない構成であってもよい。具体的には、放射線検出器１０は、反射層３０（反射層３０Ａおよび反射層３０Ｂ）を設けない構成であってもよい。

反射層３０は、放射線Ｌを透過し、且つ、シンチレーション光Ｓの少なくとも一部を反射する。少なくとも一部を反射する、とは、反射層３０に到達したシンチレーション光Ｓの７０％以上を反射することを示す。

反射層３０は、上記特性を満たす材料で構成すればよい。例えば、反射層３０は、硫酸バリウム、酸化アルミ、酸化チタン、アルミ、チタンなどで構成する。

反射層３０の厚みは、上記特性を満たす厚みであればよく、限定されない。

−放射線検出器１０の作用−
次に、放射線検出器１０の作用について説明する。

放射線検出器１０に放射線Ｌが入射し、第１のシンチレータ２６Ａへ到る。第１のシンチレータ２６Ａは、第２のシンチレータ２６Ｂより低密度のシンチレータ２６である。このため、第１のシンチレータ２６Ａは、第２のシンチレータ２６Ｂに比べて低エネルギーの放射線ＬＡを、シンチレーション光Ｓ１に変換する。一方、高エネルギーの放射線ＬＢは、第１のシンチレータ２６Ａを透過する。

第１のシンチレータ２６Ａで変換されたシンチレーション光Ｓ１は、光電変換層２０へ到る。

一方、第１のシンチレータ２６Ａを透過した放射線ＬＢは、光電変換層２０を透過し、第２のシンチレータ２６Ｂへ到る。第２のシンチレータ２６Ｂは、第１のシンチレータ２６Ａに比べて高エネルギーの放射線ＬＢを、シンチレーション光Ｓ２に変換する。

第２のシンチレータ２６Ｂで変換されたシンチレーション光Ｓ２は、光電変換層２０へ到る。

このため、光電変換層２０には、第１のシンチレータ２６Ａによって変換された低エネルギーの放射線ＬＡに応じたシンチレーション光Ｓ１と、第２のシンチレータ２６Ｂによって変換された高エネルギーの放射線ＬＢに応じたシンチレーション光Ｓ２と、の双方が入射する。

このため、本実施の形態の放射線検出器１０では、光電変換層２０は、放射線検出器１０に入射した放射線Ｌのエネルギーの略全てを、電荷に変換することができる。

従って、本実施の形態の放射線検出器１０は、放射線Ｌの検出精度の向上を、容易に図ることができる。

また、上述したように、光電変換層２０には、シンチレーション光Ｓ１とシンチレーション光Ｓ２の双方が入射する。このため、本実施の形態の放射線検出器１０は、上記効果に加えて、放射線Ｌの検出率の向上を図ることができる。

また、上述したように、本実施の形態では、第１のシンチレータ２６Ａは、第２のシンチレータ２６Ｂより放射線Ｌの入射方向Ｚの上流側に設けられている。このように、本実施の形態では、低密度の第１のシンチレータ２６Ａが、高密度の第２のシンチレータ２６Ｂに比べて、放射線Ｌの入射方向Ｚの上流側に配置されている。

このため、放射線検出器１０へ入射した放射線Ｌは、高密度の第２のシンチレータ２６Ｂより先に、低密度の第１のシンチレータ２６Ａに入射する。このため、本実施の形態では、放射線検出器１０は、第１のシンチレータ２６Ａによる放射線Ｌの後方散乱を抑制することができる。また、第１のシンチレータ２６Ａおよび光電変換層２０を貫通した、高エネルギーの放射線ＬＢは、第２のシンチレータ２６Ｂによってシンチレーション光Ｓ２に変換される。

このため、本実施の形態の放射線検出器１０では、光電変換層２０が、放射線検出器１０に入射した放射線Ｌのエネルギーの略全てを、電荷に変換することができる。

また、上述したように、本実施の形態では、放射線検出器１０は、反射層３０Ａおよび反射層３０Ｂの少なくとも一方を更に備えることができる。反射層３０Ａは、第１のシンチレータ２６Ａにおける光電変換素子２４の反対側に設けられている。反射層３０Ｂは、第２のシンチレータ２６Ｂにおける光電変換素子２４の反対側に設けられている。

このため、第１のシンチレータ２６Ａで変換されたシンチレーション光Ｓ１の内、反射層３０Ａに到達したシンチレーション光Ｓ１’は、反射層３０Ａによって反射され、光電変換層２０へ到る。また、反射層３０Ｂで変換されたシンチレーション光Ｓ２の内、反射層３０Ｂに到達したシンチレーション光Ｓ２’は、反射層３０Ｂによって反射され、光電変換層２０へ到る。

このため、反射層３０を設けることによって、光電変換層２０は、更に、放射線検出器１０に入射した放射線Ｌのエネルギーの略全てを、電荷に変換することができる。

−信号処理部１２−
図１に戻り、説明を続ける。次に、信号処理部１２について説明する。

上述したように、信号処理部１２は、放射線検出器１０、記憶部１４、通信部１６、および表示部１８と電気的に接続されている。

信号処理部１２は、放射線検出器１０から出力された出力信号に対して、信号処理を行う。信号処理部１２は、取得部１２Ａと、導出部１２Ｂと、出力制御部１２Ｃと、を備える。取得部１２Ａ、導出部１２Ｂ、および出力制御部１２Ｃは、例えば、１または複数のプロセッサにより実現される。例えば上記各部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち１つを実現してもよいし、各部のうち２以上を実現してもよい。

取得部１２Ａは、放射線検出器１０から出力信号を取得する。

出力信号は、光電変換層２０で変換された電荷量を示す信号である。言い換えると、出力信号は、光電変換層２０で検出された、放射線Ｌの検出エネルギーである。信号処理部１２では、光電変換層２０で検出された電荷の電荷量を、チャージアンプなどで計測可能な信号に変換し、更に、Ａ／Ｄ変換することで、出力信号とする。なお、本実施の形態では、説明を簡略化するために、信号処理部１２では、光電変換層２０から出力信号を受付けるものとして説明する。

導出部１２Ｂは、取得部１２Ａで取得した出力信号に基づいて、放射線Ｌの検出エネルギーを導出する。例えば、導出部１２Ｂは、記憶部１４に記憶されている換算テーブルを用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを導出する。

換算テーブルは、出力信号と、放射線Ｌの入射エネルギーと、を対応づけたテーブルである。例えば、検出に用いる放射線検出器１０を用いて、該放射線検出器１０に入射する放射線Ｌの入射エネルギーと、該放射線検出器１０から出力された出力信号と、を予め測定する。そして、信号処理部１２は、出力信号と、放射線Ｌの入射エネルギーと、の関係を示す換算テーブルを、記憶部１４に予め記憶する。

なお、信号処理部１２は、換算テーブルを、シミュレーションにより予め作成してもよい。また、信号処理部１２は、放射線検出装置１０００の起動時やキャリブレーション時に、モンテカルロシミュレーションなどを用いて、換算テーブルを予め作成してもよい。なお、換算テーブルの作成は、外部装置などで行ってもよい。そして、記憶部１４は、この換算テーブルを、予め記憶する。

なお、換算テーブルは、放射線検出器１０に入射する放射線Ｌの入射エネルギーと、出力信号と、との関係を示すものであればよく、テーブル、関数、線図、データベース、の何れであってもよい。

信号処理部１２は、検出対象の放射線Ｌの種類ごとに、換算テーブルを予め作成し、記憶部１４へ記憶してもよい。

例えば、β線、γ線、重粒子線、α線、中性子線、の各々に対応する、換算テーブルを予め作成し、記憶部１４へ記憶してもよい。この場合、換算テーブルの作成時に、各種類の放射線Ｌを放射線検出器１０へ選択的に照射し、該種類の放射線Ｌの入射エネルギーと出力信号との関係を予め計測すればよい。これにより、信号処理部１２は、放射線Ｌの種類ごとに、換算テーブルを予め作成し、記憶部１４に予め記憶してもよい。

導出部１２Ｂは、換算テーブルにおける、取得部１２Ａで取得した出力信号に対応する入射エネルギーを、放射線検出器１０で検出された放射線Ｌの検出エネルギーとして導出する。

また、導出部１２Ｂは、特定対象の放射線Ｌの種類に応じた換算テーブルを用いることで、特定対象の種類の放射線Ｌの、放射線検出器１０による検出エネルギーを導出することができる。

導出部１２Ｂは、何れの種類の放射線Ｌの検出エネルギーを導出してもよい。導出部１２Ｂは、特に、β線の検出エネルギーを導出することが好ましい。この場合、導出部１２Ｂは、放射線Ｌの種類としてβ線に対応する換算テーブルを用いて、β線の検出エネルギーを導出すればよい。

出力制御部１２Ｃは、導出部１２Ｂで導出された導出結果を示す情報を、通信部１６および表示部１８へ出力制御する。

次に、信号処理部１２が実行する情報処理の手順の一例を説明する。図３は、信号処理部１２が実行する情報処理の手順の一例を示す、フローチャートである。

まず、取得部１２Ａが、放射線検出器１０の光電変換層２０から出力信号を取得したか否かを判断する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００で否定判断すると（ステップＳ１００：Ｎｏ）、本ルーチンを終了する。ステップＳ１００で肯定判断すると（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、導出部１２Ｂが、ステップＳ１００で取得した出力信号と、換算テーブルと、を用いて、放射線Ｌの検出エネルギーを導出する（ステップＳ１０２）。

例えば、導出部１２Ｂは、検出対象の放射線Ｌの種類を特定する。検出対象の放射線Ｌの種類は、外部装置から通信部１６を介して受付けてもよいし、ユーザによって操作される入力部から受付けてもよい。

そして、導出部１２Ｂは、特定した種類の放射線Ｌに対応する換算テーブルを、記憶部１４から読取る。例えば、導出部１２Ｂは、β線に対応する換算テーブルを、記憶部１４から読取る。そして、導出部１２Ｂは、読取った換算テーブルにおける、ステップＳ１００で取得した出力信号に対応する、放射線Ｌの入射エネルギーを読取る。そして、導出部１２Ｂは、読取った入射エネルギーを、放射線検出器１０で検出された、放射線Ｌ（例えば、β線）の検出エネルギーとして導出する。

次に、出力制御部１２Ｃは、ステップＳ１０２で特定された導出結果を示す情報を、通信部１６および表示部１８へ出力制御する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の処理によって、通信部１６から外部装置へ、導出結果を示す情報が送信される。また、ステップＳ１０４の処理によって、表示部１８には、導出結果を示す情報が表示される。そして、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施の形態の放射線検出器１０は、第１のシンチレータ２６Ａと、第２のシンチレータ２６Ｂと、光電変換素子２４と、を備える。第１のシンチレータ２６Ａは、放射線Ｌをシンチレーション光Ｓに変換する。第２のシンチレータ２６Ｂは、放射線Ｌをシンチレーション光Ｓに変換する。第２のシンチレータ２６Ｂは、第１のシンチレータ２６Ａより密度が高い。光電変換素子２４は、第１のシンチレータ２６Ａと第２のシンチレータ２６Ｂとの間に設けられている。光電変換素子２４は、光電変換層２０を含む。光電変換層２０は、シンチレーション光Ｓを電荷に変換する。

従って、本実施の形態の放射線検出器１０は、放射線Ｌの検出精度の向上を容易に図ることができる。

なお、上述したように、放射線検出装置１０００で検出対象とする放射線Ｌの種類は、β線であることが好ましい。

β線は、放射線Ｌの中でも特に後方散乱の生じる確率が高い。本実施の形態の光電変換層２０では、上記特有の構成であることから、β線の後方散乱を抑制し、検出率の向上を図ることができる。

また、本実施の形態の放射線検出器１０では、光電変換層２０は、一対の電極層２２（電極層２２Ａ、電極層２２Ｂ）の間に配置されている。これらの電極層２２は、信号処理部１２に電気的に接続されている。そして、光電変換素子２４は、一対のシンチレータ２６（第１のシンチレータ２６Ａ、第２のシンチレータ２６Ｂ）の間に配置されている。

このように、本実施の形態の放射線検出器１０は、シンチレータ２６ごとに検出器を設けることなく、光電変換層２０ごとに電極層２２を設ければよい。このため、本実施の形態の放射線検出器１０は、上記効果に加えて、簡易な構成で、放射線Ｌの検出精度の向上を容易に図ることができる。

また、本実施の形態の放射線検出器１０は、１つの光電変換層２０に対して２つのシンチレータ２６（第１のシンチレータ２６Ａ、第２のシンチレータ２６Ｂ）を配置する。このため、本実施の形態の放射線検出器１０は、上記効果に加えて、シンチレーション光Ｓの光子を高い効率で検出することができる。

（第２の実施の形態）
放射線検出器１０のシンチレータ２６は、上記実施の形態の特性に加えて、更に特有の特性を備えたものであってもよい。

図１は、放射線検出装置１０００Ｂの一例を示す模式図である。放射線検出装置１０００Ｂは、放射線検出器１０に代えて放射線検出器１０Ｂを備える以外は、第１の実施の形態の放射線検出装置１０００と同じ構成である。なお、放射線検出装置１０００Ｂにおける、放射線検出装置１０００と同じ構成を示す部分には、同じ符号を付与し、詳細な説明を省略する。

図２は、放射線検出器１０Ｂの一例を示す模式図である。放射線検出器１０Ｂは、シンチレータ２６に代えてシンチレータ２６’を備える点以外は、放射線検出器１０と同じ構成である。

シンチレータ２６’は、シンチレータ２６と同様である。シンチレータ２６’は、第１のシンチレータ２６Ａ’と、第２のシンチレータ２６Ｂ’と、を含む。第１のシンチレータ２６Ａ’は、第１のシンチレータ２６Ａと同様である。第２のシンチレータ２６Ｂ’は、第２のシンチレータ２６Ｂと同様である。

なお、第１のシンチレータ２６Ａ’および第２のシンチレータ２６Ｂ’は、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの特性に加えて、更に、下記特性を有する。なお、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの特性とは、放射線Ｌをシンチレーション光Ｓに変換する点、および、第１のシンチレータ２６Ａの密度が第２のシンチレータ２６Ｂより低い点である。

本実施の形態では、第１のシンチレータ２６Ａ’と第２のシンチレータ２６Ｂ’は、光電変換層２０の感度波長領域における、シンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量が同じである。

発光量が同じである、とは、１ＭｅＶあたりの第１のシンチレータ２６Ａ’のシンチレーション光Ｓの光子数をＫとした場合、第２のシンチレータ２６Ｂ’のシンチレーション光Ｓの光子数が、光電変換層２０の感度波長領域において、０．９Ｋから１．１Ｋの範囲であることを示す。

光電変換層２０の感度波長領域における、シンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量とは、シンチレータ２６’で変換したシンチレーション光Ｓの波長領域の内、光電変換層２０の感度波長領域に対する、単位エネルギーあたりの発光量を示す。

図４を用いて説明する。図４は、シンチレータ２６’の発光スペクトル４０の一例を示す模式図である。シンチレータ２６’の発光スペクトルは、シンチレーション光Ｓの発光波長に対する、単位エネルギーあたりの発光量によって表される。

図４（Ａ）は、第１のシンチレータ２６Ａ’の発光スペクトル４０Ａの一例を示す模式図である。図４（Ｂ）は、第２のシンチレータ２６Ｂ’の発光スペクトル４０Ｂの一例を示す模式図である。

図４に示すように、第１のシンチレータ２６Ａ’と第２のシンチレータ２６Ｂ’は、光電変換層２０の感度波長領域ＬＣにおける、シンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量が同じ（１００００光子／ＭｅＶ）である（交点ＰＡ、交点ＰＢ参照）。なお、同じ値とする発光量は、１００００光子／ＭｅＶに限定されない。

本実施の形態では、第１のシンチレータ２６Ａ’および第２のシンチレータ２６Ｂ’は、感度波長領域ＬＣにおける、シンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量が同じとなるように、予め調整されている。

なお、光電変換層２０の感度波長領域ＬＣにおける、シンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量が同じとなるように、第１のシンチレータ２６Ａ’および第２のシンチレータ２６Ｂ’を調整するための方法には、公知の方法を用いればよい。

例えば、第１のシンチレータ２６Ａ’および第２のシンチレータ２６Ｂ’の各々を構成する材料の種類や比率、結晶構造、などを調整する。これにより、第１のシンチレータ２６Ａ’および第２のシンチレータ２６Ｂ’を、第１のシンチレータ２６Ａと第２のシンチレータ２６Ｂと同様な密度比の関係を示し、且つ、発光量が上記関係を満たすように、調整すればよい。

具体的には、例えば、第１のシンチレータ２６Ａ’をＣｓＩ（Ｔｌ）で構成し、第２のシンチレータ２６Ｂ’をアントラセンで構成すればよい。

なお、第１のシンチレータ２６Ａ’と第２のシンチレータ２６Ｂ’は、発光スペクトル４０が異なっていてもよい。発光スペクトル４０が異なる、とは、発光スペクトルの形状、ピーク位置、などが異なる事を示す。

具体的には、図４に示すように、第２のシンチレータ２６Ｂ’の発光スペクトル４０Ｂ（図４（Ｂ）参照）は、第１のシンチレータ２６Ａ’の発光スペクトル４０Ａ（図４（Ａ）参照）に比べてブロードな曲線によって示され、且つ、ピーク位置の異なる発光スペクトル４０であってもよい。

このように、発光スペクトル４０が異なる場合であっても、光電変換層２０の感度波長領域ＬＣにおける、シンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量が同じとなるように、第１のシンチレータ２６Ａ’および第２のシンチレータ２６Ｂ’を調整すればよい。

図１に戻り説明を続ける。次に、信号処理部１２について説明する。放射線検出装置１０００Ｂは、放射線検出器１０に代えて放射線検出器１０Ｂを備えた点以外は、放射線検出装置１０００と同様である。このため、信号処理部１２は、第１の実施の形態と同様の処理を行えばよい。

ここで、上述したように、本実施の形態の放射線検出器１０Ｂでは、第１のシンチレータ２６Ａ’と第２のシンチレータ２６Ｂ’は、光電変換層２０の感度波長領域ＬＣにおける、シンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量が同じである。

例えば、１ＭｅＶのエネルギーの放射線Ｌが放射線検出器１０Ｂに照射されたと仮定する。この場合、光電変換層２０には、該光電変換層２０が電荷に変換可能な感度波長領域ＬＣについて、同じ発光量（例えば、光子１００個分）のシンチレーション光Ｓが、第１のシンチレータ２６Ａ’および第２のシンチレータ２６Ｂ’の各々から入射する。

このため、信号処理部１２では、光電変換層２０で変換された電荷を示す出力信号と、放射線検出器１０に照射された放射線Ｌの入射エネルギーと、の関係を容易に特定することができる。すなわち、信号処理部１２は、シンチレーション光Ｓの感度波長領域ＬＣにおける発光量と、放射線Ｌの入射エネルギーと、の関係を、容易に特定することができる。

従って、放射線検出装置１０００Ｂでは、上記第１の実施の形態の効果に加えて、光電変換層２０から出力された出力信号に基づいて、放射線Ｌの検出エネルギーを、より容易に導出することができる。

（第３の実施の形態）
なお、放射線検出器１０の構成は、図２に示す構成に限定されない。放射線検出器１０は、更に、減光層を備えた構成であってもよい。

図１は、放射線検出装置１０００Ｃの一例を示す模式図である。放射線検出装置１０００Ｃは、放射線検出器１０に代えて放射線検出器１０Ｃを備える以外は、第１の実施の形態の放射線検出装置１０００と同じ構成である。なお、放射線検出装置１０００Ｃにおける、放射線検出装置１０００と同じ構成を示す部分には、同じ符号を付与し、詳細な説明を省略する。

図５は、本実施の形態の放射線検出器１０Ｃの一例を示す模式図である。なお、放射線検出器１０Ｃにおける、放射線検出器１０と同じ構成を示す部分には、同じ符号を付与し、詳細な説明を省略する。

放射線検出器１０Ｃは、放射線検出器１０に、更に、減光層２８を備えた構成である。

減光層２８は、第１のシンチレータ２６Ａと光電変換素子２４との間、および第２のシンチレータ２６Ｂと光電変換素子２４との間、の少なくとも一方に配置されている。

図５には、一例として、光電変換素子２４と第２のシンチレータ２６Ｂとの間に、減光層２８を配置した形態を示した。

減光層２８は、入射したシンチレーション光Ｓの光量の一部を減衰させる。光量の一部を減衰させるとは、入射したシンチレーション光Ｓの光量を１００％とすると、２０％以上８０％以下に、光量を減衰させることを意味する。

詳細には、減光層２８は、第１のシンチレータ２６Ａから光電変換層２０へ到るシンチレーション光Ｓ１の単位エネルギーあたりの光量と、第２のシンチレータ２６Ｂから光電変換層２０へ到るシンチレーション光Ｓ２の単位エネルギーあたりの光量と、が同一となるように、入射したシンチレーション光Ｓの一部を減衰させる。

単位エネルギーあたりの光量が同一となる、とは、第１のシンチレータ２６Ａから光電変換層２０に至るシンチレーション光Ｓの１ＭｅＶあたりの光子数をＫ’とした場合、第２のシンチレータ２６Ｂから光電変換層２０に至るシンチレーション光Ｓの１ＭｅＶあたりの光子数が、光電変換層２０の感度波長領域において、０．９Ｋ’から１．１Ｋ’の範囲であることを示す。

減光層２８の構成材料および厚みは、上記特性を実現可能であればよく、限定されない。減光層２８は、例えば、透明樹脂に遮光性材料や吸光性材料を分散した構成とすればよい。遮光性材料や吸光性材料は、例えば、カーボンブラックやヨウ素などであるが、これに限定されない。

なお、上述したように、図５には、一例として、光電変換素子２４と第２のシンチレータ２６Ｂとの間に、減光層２８を配置した形態を示した。これは、第２のシンチレータ２６Ｂが、第１のシンチレータ２６Ａに比べてシンチレーション光Ｓの単位エネルギーあたりの発光量が大きい場合を想定したためである。このため、減光層２８は、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの単位エネルギーあたりの発光量に応じて、第１のシンチレータ２６Ａと光電変換素子２４との間、および第２のシンチレータ２６Ｂと光電変換素子２４との間、の少なくとも一方に配置すればよい。

なお、第１のシンチレータ２６Ａと第２のシンチレータ２６Ｂは、第２の実施の形態と同様に、発光スペクトル４０が異なっていてもよい。

図１に戻り説明を続ける。次に、信号処理部１２について説明する。放射線検出装置１０００Ｃは、放射線検出器１０に代えて放射線検出器１０Ｃを備えた点以外は、放射線検出装置１０００と同様である。このため、信号処理部１２は、第１の実施の形態と同様の処理を行えばよい。

以上説明したように、本実施の形態の放射線検出器１０Ｃは、減光層２８を更に備える。減光層２８は、第１のシンチレータ２６Ａと光電変換素子２４との間、および、第２のシンチレータ２６Ｂと光電変換素子２４との間、の少なくとも一方に配置されている。減光層２８は、シンチレーション光Ｓの光量の一部を減衰させる。

このため、放射線検出器１０Ｃでは、第１のシンチレータ２６Ａから光電変換層２０へ入射する単位エネルギーあたりのシンチレーション光Ｓの光量と、第２のシンチレータ２６Ｂから光電変換層２０へ入射する単位エネルギーあたりのシンチレーション光Ｓの光量と、が略同じ値となる。

従って、放射線検出装置１０００Ｃでは、上記第２の実施の形態と同様に、上記第１の実施の形態の効果に加えて、光電変換層２０から出力された出力信号に基づいて、放射線Ｌの検出エネルギーを、より容易に導出することができる。

また、光電変換層２０は、第１のシンチレータ２６Ａからのシンチレーション光も、第２のシンチレータ２６Ｂからのシンチレーション光も、区別することなく検出することができる。本実施の形態では、第１のシンチレータ２６Ａから光電変換層２０へ入射する単位エネルギーあたりのシンチレーション光Ｓの光量と、第２のシンチレータ２６Ｂから光電変換層２０へ入射する単位エネルギーあたりのシンチレーション光Ｓの光量と、が略同じ値である。このため、本実施の形態では、第１のシンチレータ２６Ａおよび第２のシンチレータ２６Ｂの各々に対応する２つの検出器をもつ必要がない。

−ハードウェア構成−
次に、上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃのハードウェア構成について説明する。図６は、上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃのハードウェア構成例を示すブロック図である。

上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃは、ＣＰＵ８０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）８２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）８４、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）８６、Ｉ／Ｆ部８８、および放射線検出器１０、１０Ｂ、１０Ｃが、バス９０により相互に接続されており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。

ＣＰＵ８０は、放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃの全体の処理を制御する演算装置である。ＲＡＭ８４は、ＣＰＵ８０による各種処理に必要なデータを記憶する。ＲＯＭ８２は、ＣＰＵ８０による各種処理を実現するプログラム等を記憶する。ＨＤＤ８６は、上述した記憶部１４に格納されるデータを記憶する。Ｉ／Ｆ部８８は、外部装置や外部端末に通信回線等を介して接続し、接続した外部装置や外部端末との間でデータを送受信するためのインタフェースである。

上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃで実行される上記処理を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ８２などに予め組み込んで提供される。

なお、上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃで実行されるプログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供するように構成してもよい。

また、上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃで実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃにおける上記各処理を実行するためのプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

上記実施の形態の放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃで実行される上記各種処理を実行するためのプログラムは、上述した各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。

なお、上記ＨＤＤ８６に格納されている各種情報、すなわち記憶部１４に格納されている各種情報は、外部装置（例えばサーバ）に格納してもよい。この場合には、該外部装置とＣＰＵ８０と、を、Ｉ／Ｆ部８８を介して接続した構成とすればよい。

なお、放射線検出装置１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃは、放射線Ｌを検出する各種の装置に適用可能である。例えば、放射線検出装置１０００は、サーベイメータなどに適用できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１０Ｂ、１０Ｃ 放射線検出器
１２Ｂ 導出部
２０ 光電変換層
２２、２２Ａ、２２Ｂ 電極層
２４ 光電変換素子
２６、２６’ シンチレータ
２６Ａ、２６Ａ’ 第１のシンチレータ
２６Ｂ、２６Ｂ’ 第２のシンチレータ
３０、３０Ａ、３０Ｂ 反射層
１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃ 放射線検出装置

Claims (12)

1. 放射線を光に変換する第１のシンチレータと、
   放射線を光に変換し、前記第１のシンチレータより密度が高い第２のシンチレータと、
   前記第１のシンチレータと前記第２のシンチレータの間に設けられ、光を電荷に変換する光電変換層を含む光電変換素子と、
   を備える、放射線検出器。
2. 前記第２のシンチレータに対する前記第１のシンチレータの密度比は、２以上８以下である、請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記第１のシンチレータは、前記第２のシンチレータより、放射線の入射方向の上流側に配置されている、請求項１または請求項２に記載の放射線検出器。
4. 前記第１のシンチレータと、前記第２のシンチレータは、
   前記光電変換層の感度波長領域における、シンチレーション光の単位エネルギーあたりの発光量が同じである、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の放射線検出器。
5. 前記第１のシンチレータと前記光電変換素子との間、および、前記第２のシンチレータと前記光電変換素子との間、の少なくとも一方に配置され、シンチレーション光の光量の一部を減衰させる減光層、を備える、
   請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の放射線検出器。
6. 前記第１のシンチレータおよび前記第２のシンチレータは、発光スペクトルが異なる、請求項４または請求項５に記載の放射線検出器。
7. 前記第１のシンチレータにおける前記光電変換素子の反対側、前記第２のシンチレータにおける前記光電変換素子の反対側、の少なくとも一方に設けられ、放射線の少なくとも一部を透過し、且つ、シンチレーション光の少なくとも一部を反射する、反射層を更に備える、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の放射線検出器。
8. 前記光電変換層は、有機光電変換層である、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の放射線検出器。
9. 前記放射線は、β線である、請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の放射線検出器。
10. 前記光電変換層は、１対の電極層の間に配置されている、請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の放射線検出器。
11. 前記電極層は、放射線およびシンチレーション光を透過する、請求項１０に記載の放射線検出器。
12. 請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の放射線検出器と、
    前記光電変換素子で変換された電荷による出力信号に基づいて、放射線の検出エネルギーを導出する導出部と、
    を備える放射線検出装置。

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