JP2022513620A - 放射線を電力とする高線量率、且つ、高線量放射線センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、交互の高温接合部及び低温接合部として構成された、ゼーベック効果を提供する複数の接合部を含む装置を提供する。装置は、入射放射線に応答して低温接合部が高温接合部とは異なる熱的挙動を示すように構成することができる。接合部は直列に接続することができ、複数の接合部からのゼーベック効果の合計により、入射放射線に応答する装置の加熱の、したがって放射線自体の、高感度で本質的に較正された表示が得られるようになっている。

Description

技術分野
本発明は、放射線センサの分野にあり、具体的には、放射線量及び線量率の測定の分野にある。

背景技術
放射線は多くの方法で測定され、推測される。放射線量は、生物学的損傷を参照する最も一般的な方法である。放射線量は直接測定されることはめったになく、何らかの他の測定値又は何らかの他の測定値の処理から推測される。放射線量の定義は、単位質量当たりに堆積されるエネルギー（グラム当たりのエルグ（erg））である。本発明は、エルグ／ｇを直接測定することができる。

現在利用可能なセンサの多くは、シンチレータ若しくは半導体などの大型バルクセンサ、又はその他の方法を使用して放射線量を推測する。これらはすべて、エルグ／グラムが直接測定されず、生成されたフラックス、光、又は電荷から線量（エルグ／ｇ）を推定するためには、電離粒子の相互作用をよく知る必要があるため、不確実性が生じる可能性がある。そうした不確実性は、通常５パーセント以上である。これは、基本断面又は相互作用確率が５％よりも優れているとわかることはめったにないからである。基本的な物理的相互作用よりも不確実性が良好なこれらの相互作用の多くを伴う推定線量又はエネルギー堆積を計算し、且つ入力値よりもよくわかっている線量数値を導き出すことはできない。

医学界における暗黙的示唆は重要である。例えば、The Int.Journal of Radiation Oncology, July 15, 1995, Volume 32, Issue 4, Pages 1227-1237では、１％以内であることの重要性が強調されている。それは、生と死の違いを意味する場合がある。

したがって、線量の不確実性が非常に低いセンサに対し、重要な医学上及び産業上のニーズがある。従来のセンサでこの低い不確実性を実現するためには、放射線照射による温度上昇を測定しなければならない。誰も、商業的又は一般的に放射線量を直接測定しない。これは、多くの状況において、温度上昇は環境温度の変化よりもはるかに小さい（１０，０００分の１から１００万分の１の値を指す）からである。本発明は、多くの実際的な状況に対してそれを変える。

線量及び線量率の間接的な測定を行うことに加えて、ほとんどの放射線センサは、感知プロセスの間、電力が必要である。例えば、これは、電荷を掃引するためには、光電管又は半導体の両端に電圧バイアスが必要であることを意味する。本明細書に記載の方法は、センサ素子への電力を必要としない。

透過性及び電離放射線センサは、シンチレーションベース（発光）、又は電荷収集ベース（ガイガーミュラー計数管、比例計数管、又は半導体などのガス検出器）が一般的である。これらは比較的感度が高く、トランスデューサ素子（例えば、光電管）に電力を供給するために、能動的な電子機器が必要である。

赤外線（ＩＲ）式又は熱式の放射線の場合、ピロ電気又は熱電対デバイスを使用することができる。サーミスタ又は抵抗性温度センサなど、より感度の高い熱デバイスは、ある種のバイアスがかかっており、常にオンになっている電源が必要であり、感知できる放射線がない場合にも電力を必要とする。これは、電界源が印加され、抵抗の変化が電子的に測定されることを意味する。

ピロ電気又は抵抗性デバイスの場合、デバイスが使用される期間はずっと電力が必要であり、較正及び再現性が問題となる場合がある。特に、線量を測定する手段としての透過性放射線に予想される少ない温度変化、及び複雑な較正に対して、複雑なプロセスを使用してデバイスを較正しなければならない。積分線量の完全な時間依存測定値を得るためには、複雑なアナログ及びデジタル回路類が必要になる場合が多い。

素子の製造方法により、放射線にさらされたときの特定の電流（又は電圧変化）が決まる。これらは通常、ガンマ線又は中性子線などの電離放射線又は透過性放射線には使用されない。

発明の開示
本発明の実施形態は、放射線を測定するための装置であって、（ａ）第１の材料を含む第１の複数の素子、（ｂ）第２の材料を含む第２の複数の素子を含み、（ｃ）第１の複数の素子及び第２の複数の素子が、直列に接続された第３の複数の接合部及び第４の複数の接合部を形成するように構成され、第３の複数の接合部及び第４の複数の接合部からの交互の接合部を含み、直列の第１の接合部が第１の電極と電気的に連通し、直列の最後の接合部が第２の電極と電気的に連通し、且つ、（ｄ）第３の複数内の接合部が、第４の複数内の接合部とは入射放射線に対する異なる熱応答を有する装置を提供する。いくつかの実施形態は、第１の電極及び第２の電極に接続された増幅器をさらに含む。

いくつかの実施形態は、第４の複数内の接合部よりも大きな第３の複数内の接合部の放射線遮蔽を提供する放射線遮蔽材を含む。いくつかの実施形態は、第３の複数内の接合部と熱連通している熱放散素子を含む。いくつかの実施形態は、第３の複数内の接合部と、第４の複数内の接合部との間に設けられた熱絶縁体を含む。

いくつかの実施形態では、第３の複数内の接合部が、第４の複数内の接合部とは異なる熱的性質を有する。いくつかの実施形態は、第４の複数内の接合部と、周囲条件との間に設けられた熱絶縁体を含む。いくつかの実施形態では、第１の材料及び第２の材料が、互いに接触して配置されたときにゼーベック効果を提供する。いくつかの実施形態は、第３の材料及び第４の材料を関与させてゼーベック効果の変動をもたらして、背景の温度変動からの透過性放射線効果の離隔を強化する。

いくつかの実施形態は、熱絶縁性基板を含み、第３の複数内の接合部が、基板の第１の表面に設けられ、第４の複数内の接合部が、第１の表面に対向する、基板の第２の表面に設けられている。

いくつかの実施形態では、第４の複数内の接合部が真空中にある。いくつかの実施形態では、熱放散素子がコールドプレートを含む。いくつかの実施形態では、熱放散素子がヒートシンクを含む。いくつかの実施形態では、第３の複数内の接合部が、第４の複数内の接合部よりも低い熱容量を有する。いくつかの実施形態では、第３の複数内の接合部が、第４の複数内の接合部よりも小さい。

いくつかの実施形態では、接合部が基板に取り付けられ、第３の複数内の接合部が、基板の第１の領域に設けられ、第４の複数内の接合部が、基板の第２の領域に設けられるとともに、第１の領域が第２の領域とは別個のものである。いくつかの実施形態では、接合部が２次元アレイに設けられている。いくつかの実施形態では、接合部の総数が少なくとも１００個である。いくつかの実施形態では、接合部の総数が少なくとも１，０００個である。いくつかの実施形態では、接合部の総数が少なくとも１０，０００個である。これよりも多数の接合部もまた、本発明の範囲内にある。接合部の数は、製造上の考慮事項及び所望の性能、例えば、感度に基づいて選ぶことができる。

いくつかの実施形態では、第１の材料がビスマス、セレン、シリコン、及びＰｂｉ５Ｇｅ３７からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第２の材料が、第１の材料を除くビスマス、セレン、シリコン、及びＰｂｉ５Ｇｅ３７からなる群から選択される。

本明細書に記載の非通電デバイスは、サーモパイルデバイスとも記載されているが、非常に高いダイナミックレンジを示し、時間応答が速く、小型で、しかも線量を直接読み取るため、利用可能な他の技術よりも正確になる。欠点は、この方法が相対的な意味合いであまり感度が高くないということであり、例えば、背景の何分の１もの範囲内の非常に低い線量率は測定することができない。また、他の大型検出器の方が、桁違いに高い感度を有する。しかしながら、多くの重要な使途に対して、この技術は、正確度、タイミング、及びダイナミックレンジにおいて著しい恩恵をもたらす。

図面の簡単な説明
添付の図面は、本発明の考え得る実施形態の仕様及び実践の態様を形成する。それらは、実施形態を図示し、例としての役割を果たすことを意図している。それらは、本発明を限定することを意図していない。例えば、高温側と低温側の間に第３のゼーベック材料の中間部分を挿入して、追加の接合部を加え、解釈をさらに明確にすることができる。これは図示されていない。

福島の事象のような事象の時間ドメイン状況における効果を図示したものである。 本発明に関連するいくつかの基本的な物理的パラメータを図示したものである（出典：omega.com）。 総線量及び線量率と比較した対象の放射線事象、並びに単一の接合部と１０，０００個の接合部の熱電対（多接合熱電対はサーモパイルとして定義される）からのインパルス電圧に換算したデバイス動作の測定範囲である。 基本的な多接合サーモパイルの概念を図示したものである。 表面でリソグラフィプロセスを使用して製造されるサーモパイルの設計に基づくサーモパイル放射線センサの構成を図示したものである。 数１００個のユニットを有するサーモパイルのフラットな実施形態を示す。 スルーホールビア構成で構築されたパイル構成の実施形態の例を概略的に図示したものである。高温接合部及び低温接合部は離隔することができ、これにより、透過性放射線が各接合部に照射するやり方が異なるか、又は各接合部が熱を保持するやり方が異なるかのいずれかであるようになっている。 低温接合部が中央に位置する熱電対接合の表面がパターン化されたアレイの実施形態の一例を概略的に図示したものである。低温接合部は、タングステンなどのＺ（インピーダンス）が高い、高密度プレートにより放射線から遮蔽されて、低温接合部における線量を減らし、材料の選択及びジオメトリのみによって実現可能であるものよりも透過性放射線からの応答を高める。これは、図４のジオメトリで実装することもまた可能である。 スルーホールビア設計を使用して透過性放射線の線量をコンパクトに測定するための、受動的な素子のサーモパイル設計を概略的に表したものである。 医師又は医療従事者の手が放射線場内にある可能性がある蛍光板透視法などの処置を行う場合に、支援するためのリングに構成することが可能なサーモパイルのレイアウトのいずれかの概略図である。 実施形態の一例を概略的に図示したものである。

産業上の利用可能性及び発明を実施するための形態
本発明は、放射線センサ、具体的には、放射線量及び線量率の測定を行うセンサに関する。他の一般に使用されている放射線センサ、例えば、半導体、シンチレータ、比例式ガスセンサ又はアバランシェ式ガスセンサ、熱ルミネセンス検出器等々は、ある種の複素変換を使用して放射線量を決定する。本発明の実施形態は、直接的な基本パラメータ（例えば、熱電接合（単一のユニット又はサーモパイル（複数のユニット）デバイスにおけるゼーベック効果）を使用することができる。この効果は、透過性放射線及び電離放射線を感知するときに利用することができ、背景の温度の変化をデバイスで考慮することができることで、非通電デバイスでありながら、基礎物理学に基づいて直接ＮＩＳＴ較正が可能である。本発明の実施形態は、先行技術のデバイスで必要とされるような、Ｘ線源及びスペクトルの、変換又はモデル化なしに、線量に直接関わることができるため、１パーセント以内の精度（precision）及び正確度（accuracy）を提供することができる。先行技術のデバイスは、エネルギー／質量が直接測定されないため、変換及びモデル化を必要とする。ほとんどの相互作用率には５％以上の不確実性があり、相互作用パラメータの誤差とモデル化の誤差との相加効果が原因で得られる合計の不確実性は、人々を危険にさらすほど正確度を低下させる可能性がある。

医療用途では、周囲条件の測定の精度だけでなく、サーモパイル出力を低雑音、高利得で増幅することの両方が必要な場合が多い。ほとんどのＸ線装置で使用されているような短パルスのＸ線源により、熱背景を直接測定することだけでなく、環境効果を測定したい放射線から識別するために、高温接合部及び低温接合部の付近で放射線を遮蔽することも可能になる。通電されたデバイスは、ＲＴＤ又はサーモパイルのソリューションに必要な具体的なニーズに応じて使用してもよいし、使用しなくてもよい。ソースエネルギーに応じて、差分的な遮蔽又はリード線の延長を用いて、高温接合部と低温接合部とを離隔することができる。高温接合部と低温接合部との間を離隔することは、透過性放射線の測定にとって重要である。この離隔は、電極間に見られる温度差を最大化するのに役立つ。ある条件の下では、異なるサイズの接合部及び熱的特徴があれば十分であるが、放射線による温度上昇を最適に測定するためには、一方の接合部がまったく放射されないことが、すなわち、遮蔽することが好ましい場合がある。

加えて、設計によって、材料は、センサ素子全体にわたる温度勾配を得て、それを維持するための方法を決定することができる。設計によって、コールドプレート、高熱容量の低温接合部が設けられ、高温側は、低熱容量で、等価熱質量が大きく（例えば、真空）なっている。別の実施形態は、軟Ｘ線（例えば、歯科用、公称２０ｋｅＶ）用であり、これにはビアを有するスルーホール設計を使用するだけである。高エネルギー透過性放射線のいくつかの設計について説明する。方法の選択は、具体的な用途に対する具体的なコスト／利益を分析することによって決まる。しかしながら、基本的な発明は、上述の用途のそれぞれにおいて機能する。

本発明の実施形態は、放射線に線量及び線量率の監視だけでなく、電力自給式トリガも提供する。トリガは受動信号積分器及び振幅保持容量としての役割を果たすことができる。これにより、本質的に高い耐放射線性だけでなく低消費電力型回路類も可能にすることができる。信号の存続を可能にするために、電子機器がオフの間に線量を短時間の間記憶することができる。通常、高線量では電子機器が故障するか、又は、システムで生成されたＥＭＰが性能に影響を与える。本発明の実施形態は、ほとんどの地球上の環境と比較して、通常の線量率から高線量率、そして極めて高い線量率の環境での動作を可能にすることができる。

本発明の実施形態は、別個のガンマ放射線及び中性子放射線だけでなく、総線量を求めるための広範囲にわたる放射線量率及び線量に対する正確で、コンパクトで、低価格で、低消費電力の線量率及び／又は線量検出器として動作することができる電子回路の製造、組立、動作を提供する。回路の実施形態の一例は、中程度の総線量と、概して即発放射線事象として分類される高線量率の両方に対して機能する。これが難しさの原因である。すなわち、背景の放射線量は６００ミリラド（mrad）／年であり、ＬＤ５０／３０は６００ラド（rad）である。１ラドの放射線量の定義は、１００エルグ（erg）／ｇであり、０．０１Ｇｙ又は０．０１Ｊ／ｋｇとも呼ばれる。回路の実施形態の一例は、課された放射線事象と同じではない時間ドメインにおける熱背景の変動を補償する素子を有することができる。熱電対材料は基本的な物理的パラメータに依存しているため、デバイスは本質的にＮＩＳＴ標準にトレーサブルである。他の技術とは異なり、本発明の実施形態は、非常に耐放射線性が高く（高線量で無感応な）、読み出し電子機器は、センサ近くにあってもよいし、センサから離れていてもよい。これは、動作のニーズ又はコンセプト、及び応答を読み取るために使用される電子機器の感度に対応することができる。

センサ素子は、シンチレータなどの容積センサではなく、バイメタル接合部として実装することができるため、デバイスを小型化することができ、医療線量を即座に、且つ、正確に診断するように、画像化のためのアレイで作ることができる。それは、透過性放射線が懸念されるか、又は監視される必要があるほとんどの環境で機能するだけでなく、事故又は悪意のある行為を診断するために使用することができる。

本発明の実施形態は、既知の熱容量で割り算して温度を直接測定し、総線量を測定するクリーンな方法を提供する。よく知られているゼーベック効果によって電圧が供給される熱電対を使用すると、温度が物理定数に直接結び付けられるため、ＮＩＳＴ標準まで完全にトレーサブルである。センサ素子自体は非通電、且つ完全に受動的とすることができる。

ゼーベック効果を使用して、エルグ／グラム又は放射線量を直接測定することができる。ゼーベック効果は、通常の放射線量はピコボルト（ｐＶ）の変化を有することになり、これらは現在の電子機器で測定可能であるよりもはるかにずっと小さいため、通常、単一の接合部の放射線の測定には使用されない。さらに、通常の接合部では、ゼーベック効果を測定するには、両端部の温度が異なっていなければならない。接合部同士が接近しているときの透過性放射線の場合には、最先端の技術では、医学的に適切な線量率で意味のある放射線依存の温度変化を引き起こす方法は、現在まで定まっていない。さらに、背景の熱温度変化がゼーベック効果よりも優勢になり、放射線による信号は雑音測定値よりもはるかに小さくなる。

本発明の実施形態は、これらの困難な課題をすべて克服することができる。実施形態は、熱電効果を使用して、現在の最先端の技術よりも性能を向上させ、現在実行可能でない測定を可能にする。受動的な設計のみが示されているが、抵抗性の（すなわち能動的な）タイプもまた、本発明の範囲内にある。このような設計では、出力が信頼に足るものであるように電流及び電圧を十分に制御することが必要である。感度及びコストと、正確度との兼ね合いになる。

実施形態は、背景の熱ドリフトを補正するための技法と、単一の素子を使用するよりも増幅要件を低減するための信号増強とを組み合わせている。加えて、これは、非通電のセンサ素子に拡張することができ、非通電の信号を主電源がオンになるまで保持する。この機能により、照射が通常の動作レベルを上回っている間、電子機器をオフにすることができることで、測定を続けることができるようにする。これは、放射線又はＳＧＥＭＰ（Signal Generated Electromotive Pulse：信号により生成された起電力パルス）の損傷が原因でほとんどの電子機器が故障する可能性がある、即発性又は強烈な放射線パルスを介した動作には重要な場合がある。信号の増幅及び記憶がそれでも必要な場合がある。これらの機能は、地球上の環境だけでなく宇宙をベースにした環境にも要求される場合がある。福島の事象のような事象の時間ドメイン状況における効果を図１に図示する。放射線量率の経過記録が縦軸であり、事象以降の時間の経過記録が横軸である。信号は最初、背景の線量率から始まる。事象発生後、信号は急上昇している。この急上昇は、従来の電子機器の故障の原因となる可能性があり、従来の機器を混乱させる可能性がある。次に、事象以降、時間が経過するにつれて、信号は遅れて減衰する部分を有する。多数のセンサを制圧し、場合によっては損傷するほどに強烈な放射線のバーストが発生する。もっと低いレベルでは、これと同じことが医療用Ｘ線撮影中に発生し、様々な処置がすぐに行われ、一部の処置には時間がかかる場合がある。示されている破線は、温度背景の変化を表す。背景の温度変動がわかっていて、補正可能である限り、ゼーベック係数を熱容量で割り算して電圧を掛けたものの逆比がエルグ／ｇであるため、その差は透過性放射線量の直接的な測定になる。それが線量の直接測定である。図に示されている効果は、ＣＡＴスキャン及び核テロ事件から離れた場所での信号にも同様に対応している。

従来の高線量センサは、線量測定に能動回路測定及び電荷空乏（半導体）を使用する。それらは高線量で飽和し、複雑な較正を必要とする。このバリエーションには、シンチレータ、ガイガーミュラー計数管（ガスアバランシェ）及び半導体センサを含む、現在使用されている大部分のセンサがあてはまる。

熱電対の両端の固有の電圧降下を使用することは、測定された応答が、既知の熱電効果（ゼーベック効果）を提供する温度に対する金属の固有の相違する応答に起因することを意味する。これは、センサが本質的に較正され、非通電であるとともに、何らかの外部のゲイン又は変換を必要とせずに、材料の基本的な物理的パラメータによって効果が決まることを意味する。既知の比熱容量（例えば、エルグ／ｋｇ－Ｋ）で割り算した温度の直接測定は、エルグ／ｋｇ又はエルグ／グラムに換算して定義される総線量を測定するクリーンな方法である。よく知られているゼーベック効果によって電圧が供給される熱電対を使用すると、温度が物理定数に直接結び付けられるため、ＮＩＳＴ標準まで完全にトレーサブルである。線量は、線量＝ｄｔ＝Ｃ_ｐ／Ｓ_ｂ＊ｄＶに従って見つけることができ、式中、線量は、ラドで表示した線量であり、Ｃ_ｐは、エルグ／Ｋ－ｋｇで表示した比熱容量であり、ゼーベック係数Ｓ_ｂは、単位温度（ｕＶ／Ｋ）当たりの電圧変化ｄＶである。次に、正確度を得るための秘訣は、熱容量、ゼーベック係数、及び電圧の変化を知ることである。２つの材料定数及び電圧の変化が既知であり、正確に測定することができる。

単位に関する注釈を加えておく。本発明者らは、本明細書全体にわたって様々な単位を使用し、また、一般に使用されている単位を使用し続けることを試みている。本発明者らは、読む人が当技術分野に十分よく精通しており、単位の変換ができることを前提としている。

このシステムは、中程度の放射線量及び線量率のいわゆる「最も基準となる」測定、つまり、低消費電力のパッケージでＮＩＳＴレベルの文書化された線量値及び線量率測定値を提供することができる。２つ以上のタイプの異なる熱電対（例えば、Ｒ型及びＫ型、その他も有用）を熱絶縁パッケージに入れて、環境温度調節のために背景信号を差し引くことができる。熱電対は、異なる差分感度及び熱容量を示す。放射線場が存在する場合、応答が異なり、放射線信号が存在する場合に差し引かれる信号は、ユニットの熱応答の期間にわたって放射線のみからの加熱を反映する。ほとんどの場合、高利得増幅を使用して、放射線からの小規模な温熱作用を調べることができる。線量はグラム当たりのエネルギーとして定義されているため、温度上昇は線量を直接決定する。

線量率が直接デジタル操作するには高すぎる場合、例えば、その線量率での放射線によって処理電子機器が使用不能になる場合には、当技術分野で知られているような、受動的なサンプルホールド回路を使用して、必要な信号記録装置を事象の間にオフにし（これは、シリコン整流器回路でルーチン的に行われている）、線量が許容レベルまで低減すると元に戻すようにすることができる。デジタル電子機器をオンにできるようになると、信号を捕捉し、完全に処理するために有線又はワイヤレス手段を介して排出することができる。

環境温度の変化、１分間、１時間、１日、又は１年が経過する間の温度の通常の変動は、測定する必要がある放射線の線量と比較して、非常に大きくなる可能性があるので、本発明の実施形態は、以下の方程式に記載されているような差分的な性能の第２のサーモパイルアレイを使用して、又は別の熱センサを使用することにより、これらの変動を差し引くか、又はそれ以外の方法で補正することを提供する。

実施形態は、２つ以上の相違するユニットを使用して、温度の環境変動を補正することで、通常の背景の温度ドリフトの補正を可能にし、放射線に関連する発熱体を離隔することができる。

バイメタル接合部の電圧降下又はＥＭＦ（起電力）はよく知られている。このような材料の概要については、https://www.iomega.com/techref/pdf/z016.pdfから抜粋した図２を参照されたい。網掛けした部分は、対になる熱電対材料の２つの適切な選択例を表す。所与のバイメタル接合部の単純なモデルには、接合部全体にわたる電圧降下、すなわち相対的なゼーベック効果があり、次のように表現される。
△Ｖ_ｉ（ｔ）＝Ｓ_ｉ（Ｔ）＊△Ｔ（ｔ）
式中、時間（ｔ）の関数としてのｉ番目のバイメタル接合部の電圧降下Ｖ_ｉ（ｔ）は、金属のゼーベック効果Ｓ_ｉ［Ｖ／Ｋ］と、温度との積である。この説明に関連する材料のいくつかの物理的なパラメータについては、図２を参照されたい。熱電対接合部の数と増幅器の利得とアナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器との間には兼ね合いがあり、これらのデバイスがどんな用途にどれくらい役立つかを決定する。図３に単純な例をいくつか示す。Ａ／Ｄ変換器と増幅器とを組み合わせると、１０^－９Ｖを上回る感度が得られることに留意されたい（困難であるが実現可能であり、１０^－１２Ｖを超える感度が実現されている）。このデバイスにより、日常的なＸ線撮影、ガンマナイフ、及び核事象の線量を測定することができるようになる。より多くの用途を可能にするこの設計上のバリエーションは、当業者には明白になるであろう。

温度は、環境成分と放射線による温度変化の和、すなわち、Ｔ（ｔ）＝Ｔ_ｅ（ｔ）＋Ｔ_ｒａｄ（ｔ）と見なすことができる。環境温度は、熱絶縁体又はその他の設計上の特性によって時間的にゆっくりと変動する可能性があり、放射線に起因するＴ_{ｒａｄ，ｉ}（ｔ）は、線量［ｃＧｙ又はラド］と関連しており、次式により与えられる。

式中、Ｒ（ｔ）は線量であり、Ｃｉはｉ番目の熱電対の熱容量［ｃａｌ／ｇ－Ｋ］である。Ｔ_ｅ（瞬間的なデバイスの温度又は環境温度）もまた、ｉの方程式であり未知数ｉの系であるため、同時に解くことができる。これは、低消費電力デバイスでの透過性放射線及び熱放射線の両方に強力な技法を提供する。これは非常に小さい数であることに留意されたい。例えば、Ｃ＝０．１ｃａｌ／ｇ－Ｋである単一の接合部は、温度変動が２．４ｅ－７Ｋになる。１０ｕＶ／Ｋの接合部で１ラドの段階的変化を熱拡散効果のない状態で得るためには、２．４ｅ－１２Ｖ（すなわち２．４ｐＶ）の測定が必要になる場合がある。

これを概観するために、図３を参照されたい。図３は、放射線センサが応答する必要が起こり得る事象に関連しており、接合部の数など、デバイス設計の側面についての技術的なパラメータを設定している。１ｅ－４ボルトを測定することは比較的容易であり、１ｅ－１２Ｖの測定にはある程度の労力と費用がかかる（１ｐＶの測定は労力をかければ可能である）。これは、この推定では、公称２００ｕＶの信号を有する医療用Ｘ線からの線量を正確に測定するためには、１０，０００個の素子アレイが実現可能なデバイスであることを意味する。ガンマナイフ照射の測定は、接合部の増加、信号増幅／雑音低減の強化、又はそれらの組み合わせから恩恵を得ることができる。パッチクランプとともに使用されるようなシステムは、ピコアンペアを直接測定することができる。

従来のＸ線を約１００ｎｓで送達するのに十分な明るさのＸ線源を開発する取り組みもある。ピンチ又は高密度プラズマ集束からのこのタイプのＸ線源では、等価信号は１ｍＶ以上である。

組織を損傷する線量を瞬時に測定し、時間的に画像化して、人が過剰照射又は損傷を受ける前に重要な機器を遮断することができる。このタイプの回路により医療上の惨事を防ぐことができる。

どんなデバイスであっても熱拡散によって影響を受けることに留意されたい。当業者は、使用する際にそれらの効果をモデル化し、考慮することができる。図面は、これを考慮し、短パルス又は長パルスを設計するための様々なやり方を図示しているが、長パルスは１秒を超え、短パルスはナノ秒のオーダーである。ミリ秒よりも短いパルスであれば、センサ素子から遠ざかる熱拡散を大幅に補正する必要がない場合がある。

複数の接合部タイプを使用することで、実施形態は、複数のタイプの接合部で熱効果及び放射線効果を区別して測定することが可能になる。熱容量が異なるので、電圧測定値を決定する方程式を解析して、透過性放射線によるものとは別個のものとして環境温度変化を決定することができる。図４Ａは、単純な熱電対及びパイル構成の一例を示す。第１の材料５１及び第２の材料５２は一緒に、複数の熱電対を、各重なり領域４１、４２に１つ形成する。熱電対は、例として、熱電対の間に熱絶縁体を配置することによって、交互の熱電対をコールドプレート、ヒートシンク、又はその他の熱管理システムと連通させて配置することによって、交互の熱電対を入射放射線から遮蔽することによって、交互の熱電対が異なる熱容量若しくは導電率、又は前述の任意の組み合わせを有するように熱電対を作ることによって、放射線にさらされた後に異なる温度になるように構成することができる。

一連の熱電対は、熱電対の測温接合部４４、４５と連通している。接合部は、通常、増幅器、及びアナログ－デジタル変換器（Ａ／Ｄ）を含む回路と連通しており、入力電極及び出力電極が回路を完成させている。Ａ／Ｄ変換器の電圧出力は、オシロスコープ、チャートレコーダ又は記憶媒体としての電子的類似物によって読み取られる。これらのすべての機能性は、シングルチップ又は浮動小数点ゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Floating-Point Gate Array）に含めることができる。Labjack and National Instrument製の機器は適切な機器の例であり、当業者に知られている多くの選択肢がある。当業者であれば、カスタムの組み込み回路類を使用する実装形態もまた理解できる。

本発明は、核法医学界、又は主要電子機器が飽和する可能性があるか、うまく機能しなくなるか、リセットする必要があるか、又はその他の理由で信頼できない状況において、特に有用である。本発明者らは、いくつかのデータポイントを提供するために、比較的短いターンオン時間のＣｏｒｔｅｘ－Ｍ０プロセッサ及び回路デジタル化回路を使用し、サーモパイルアレイの出力を抵抗性－容量性回路の並列のセットに接続して、出力電流を受動的時間フィルタ回路に蓄積し、次に、回路の電源がオンになった後、電圧を読み取っている（すなわち、フィルタのカットオフを下回る時間（例えば、１ｕｓ、１００ｕｓ、１ミリ秒、１０ミリ秒での線量）。この場合、サーモパイル出力（例えば、０．１Ｖ）を使用して回路の処理素子をトリガするまで、回路全体の電源を落とすか、又は非常に低電力にすることができる。高感度回路類の電源を落とし、次に、一定時間後に電源を投入するために、ＳＣＲ（silicon rectifier circuit：シリコン整流器回路）が使用されてきた（Aquilagroup.com参照）。サーモパイルを受動電圧発生装置として使用することで、回路を長時間オフにし、次に、読み取りプロセスをオンにするようにトリガして、消費電力を低くすることが可能になる。

本発明の実施形態は、熱動素子のアレイを使用して、連続する接合部ごとに少量の電圧を加える。本発明は、透過性放射線にそれらを用いることができ、また、既に論じた多くの用途にそれらを適用可能にすることができる。それは、環境変化からの背景補正及び温度差を提供するために説明した方法を含め、大規模なアレイ、例えば、１００～１，０００，０００個、さらにはそれよりも多くの接合部を製造することを意味する。本発明者らは、図面に示されているような設計（大小の電極、高導電率材料及び低導電率材料、高熱容量材料及び低熱容量材料）を使用して、高温電極と低温電極との間の温度差を広げ、遮蔽及び距離を使用して、高温電極及び低温電極の両方の加熱から、透過性放射線及び電離放射線を物理的に離隔することができる。

図４Ｂは、表面加工されたシステムの一例を図示する。入力電極４４は、第１の材料５１との接合部を形成する第２の材料５２に接続されている。材料は、示されている領域で一部重なっており、接合部は、重なり区域で接触している材料によって形成されている。図４Ｂに示されているように、低温接合部４１は小さく、熱質量が小さい。高温接合部４２は大きく、熱質量が大きい。

図４ｃは、接合部当たりの比較的小さな温度上昇を定量化できるレベルまで上げるために直列に作られた複数の接合部を示す。図４Ｃのデバイスは、図４ｂのデバイスを繰り返すことによって作ることができる。図の例は、８１２ユニットのパターンである。接合部は、入力電極パッド４５と出力電極パッド４６との間に、電気的に直列に接続されている。２つのほぼ同一のシステム（例えば、材料５１及び５２を使用）を構築するが、材料が異なり、設計上、熱背景に対する応答が異なる場合、次に、背景の結果を切り離し、全温度の透過性放射線成分又は電離放射線成分を得ることができる。この複雑性は、必ずしも必要ではないが、透過性放射線からの信号を熱的な背景の雑音よりも高くするのに役立つ場合がある。

図５は、本発明の実施形態の熱移動の様子を図示する。第１の材料５１及び第２の材料５２を使用して、熱抵抗性材料基板５３の一方側又は両側に熱電対を形成することができる。材料は一部が重なっており、材料が一部重なっている各領域に接合部があるようになっている。熱流束ｑ’’が接合部を出て行く。動作時、大きい方の高温接合部４３は、小さい方の低温接合部４１よりも熱容量が大きく、且つ、接合部を加熱又は冷却すると、結果として生じる温度差動が、熱電対のアレイの端部間に電圧差動を引き起こすことになる。これは、公称２００ｋｅＶ未満の光子にはかなり合理的である。これは、胸部Ｘ線及び低エネルギーには十分である。システム全体をかなり小さくすることができる。示されているデバイスは、出力電極（図示せず）まで、複数の段を繰り返すことができる。放射線遮蔽材を任意に設けて、この放射線遮蔽材が入射放射線から低温接合部をブロックして、温度差動にさらに寄与するようにすることができる。

両方の接合部が同じ温度にある場合には、測定するゼーベック効果又は電圧がないことに留意されたい。これらの例は、大きく離隔させることにより高温部及び接合部での放射線場が異なっている場合、相違する材料を使用して冷却性を高める場合、又は一方の端部で高熱容量、他方の端部で熱捕捉若しくは低熱容量を使用する場合のそれぞれの実施形態を示す。

単一の接合部での信号が非常に低いという問題は、複数の接合部を直列に配置することによって克服することができ、様々な製造スタイルについては、図４Ｃ及び図６、図７、図８を参照されたい。しかしながら、熱効果は、現行の薄膜又は複数の接合部を有するＭＥＭシステムで行われているようにはできない方法で補償しなければならない。図６～図８は、十分な信号を生成し、透過性放射線の効果を補正することが可能な実施形態の例を示す概略図である。

図４Ｂ及び図４Ｃは、大規模な熱電対のアレイを作るための表面めっき／コーティングプロセスを図示する。図６Ａ（断面で示した概略図）及び図６Ｂ（斜視図）は、十分な信号を生成し、「高温」側及び「低温」側で制御された熱容量及び接合部パラメータを使用して透過性放射線により電圧差を発生させることによって、透過性放射線の効果を補正することが可能なスルーホールビア製造を使用する実施形態の一例を図示する。基板５３は、銅又は２つの材料５１、５２で充填された穴を有する絶縁体を含む。図６Ａでは、２つの材料からなる素子の垂直部分は、基板のビアに対応する。ビアが銅又は別の導電性材料で充填されている場合は、材料５１又は材料５２は、銅で充填されたビアの端部に設けられている。基板５３は、センサの他の素子から電気的に切り離された熱電冷却器などの温度制御された表面とすることができる。素子は、直列レイアウトの最初の電極４４から最後の電極４５まで、電気的に直列に接続されている。次に、最初の電極及び最後の電極は、読み出し電子機器（図示せず）に結合されている。読み出し電子機器は、必要な場合にフィルタセット、増幅器、必要な場合にインピーダンスマッチング回路を含むことになり、その後にアナログ－デジタル読み出し及び記憶が続く。記憶の後には、より最終的な分析段階へのデータの処理及び排出が続く。示されている配置は、全体的に直列に接続されたセンサのアレイの単一の行又は列を含むことができる。各行又は列の接合部の数は、図に示されている数よりも多い場合もあれば、少ない場合もある。当業者であれば、代替的な高温接合部及び低温接合部がやはり得られる素子の他の幾何学的配置を理解できるであろう。

所望の温度差動を容易にするために、放射線遮蔽材を配備して、低温接合部に到達する放射線を低減させることができる。高温接合部は、絶縁体、例えば、真空と連通させて配置することができる。低温接合部は、コールドプレート、ヒートシンク、又はその他の熱放散機能と連通させて配置することができる。図に示されているように、高温接合部をより大きくして、低温接合部よりも大きな熱容量を供給することができる。これらの技法の組み合わせを使用することもまた可能である。

図７の実施形態は、異なるレイアウトで図４のデバイスのように製造されたデバイスを含む。コールドプレート７１は、低温接合部４１と連通させて、例えば、低温接合部を含んでいる領域の上又はその領域の真下に配置することができる。コールドプレート７１は、熱抵抗性材料の第１の側の熱電対材料と接触している。熱抵抗性材料のもう一方の側は真空中にあることで、高温接合部が入射放射線による熱を容易に排除することができないようになっている。接合部は、熱伝導性だが、電気絶縁性の基板７３に取り付けられている。低温接合部の上方（図では上方だが、下方又は周囲とすることもまた可能である）には、放射線遮蔽材７５がある。熱電対は基板の表面に設けられていることで、低温接合部が互いに近くにあり、コールドプレート又は他の熱放散素子と効率的に熱連通し易いようになっている。これにより、材料の熱容量差に基づいて、高温接合部から低温接合部までの温度差が大きくなる。

このようなアレイは、互いに積み重ねることもまた可能である。例えば、２つのアレイをコールドプレートの両側に１つずつ設けて、測定に寄与する接合部の数を（例えば、２倍に）増やすことができる。様々な材料の厚さ及び特性は、温度応答が意図した線量率及び用途に適切であるように選択して、ユニット全体を完全に受動的である（能動的な冷却又は加熱をまったく必要としない）ようにしておくことができる。この実施形態は、どの方向からの放射線でも感知することができる。この実施形態は、小型デバイスとして実装することができ、従来の機械加工及び組立方法で、又はＭＥＭ、及び微細加工技術を使用して製造することができる。低温側に近い、薄い方の（例えば、１０倍）熱電対接合部は、低温源と急速に平衡を保つようにすることができる。真空側の、厚い方の接合部は、時間応答を延ばすためにより長時間熱を保持することができる。単一の接合部は、１０Ｍラド／秒の線量環境で良好な信号対雑音比を提供する。１０＾４個の接合部は、１ｅ３ラド／秒以上の環境でうまく機能する。図４及び図７の設計はいずれも、高温接合部と低温接合部との間の距離を何センチメートルにもするように再構成することができる。ウェーハは４インチから１２インチの直径で作られるので、いずれかの設計（フラット又はスルーホール）のバリエーションを十分な離隔距離で作り、１０ＭｅＶを上回る光子エネルギー又はその他の透過性放射線に有用な遮蔽を提供することができる。例えば、低温接合部と高温接合部との間に何ｃｍもの距離を有するウェーハを作り、遮蔽を提供することができる。これらの例は、高エネルギー物理学、慣性閉じ込め物理学、及びパルスパワー環境で有用な場合がある。この距離は、何ＭｅＶもの光子エネルギーまで、また極めて透過性の高い放射線に対する設計を拡張するための遮蔽を提供することができ、これは核法医学界、実験室での作業、及びレーザー、パルスパワー又はビームを用いた基礎科学研究に有用である。

図８の実施形態は、図６Ａ及び図６Ｂのデバイスに類似したデバイスを含む。この実施形態の例では、放射線の透過性を高め、及び／又は環境効果に対する識別のレベルを高めることを目指して、放射線遮蔽材８１が加えられている。遮蔽材は、タングステンなどのＨｉ－Ｚ高密度材料を含み、低温接合部の遮蔽を提供することができる。この実施形態は、透過性放射線量の機械モニタリング（医療用Ｘ線又はシミュレーション科学、実験室での実験、等々）測定にも適している場合がある。この実施形態は、小型デバイスとして実装することができ、従来の機械加工及び組立方法を用いて、又はＭＥＭ、及び微細加工技術を使用して製造することができる。示されている例は、高感度を得るために直列に接続された接合部のアレイの単一の行又は列を含むこともまた可能である。水素又はその他の低原子番号の材料を中性子検出に使用することもまた可能である。

単一の接合部は、１０Ｍラド／秒の線量環境で良好な信号対雑音比を提供することができる。具体的な使用法に応じて必要な接合部の数を定義することができ、その数は、高いダイナミックレンジを生成するために変えることができる。

図９は、リングスケールユニットの実施形態の一例及びパッケージングを図示したものである。このタイプのユニットは、Bluetooth又は他の送信器にサーモパイル及び低利得増幅器を使用する医療用線量の記録に適している場合がある。一例では、熱電対の４０ｘ４０アレイが５ｘ４ｘ１ｍｍのデバイスに適合可能であり、小型バッテリが送信器及び増幅器（又は細い電力線）に電力を供給して、データを排出することができる。本明細書に記載されているようなパラメータを有する両面構成では、この実施形態は、３，２００個の接合部を保持し、光子エネルギーの２００ｋｅＶ未満の時間分解線量測定に適したリングにすることができる。１２，０００個の接合部が実現可能になり得る。単純なバッテリシステムは、現在利用可能な電子機器で３時間の動作を提供することができる。この技術は、センサ自体が基本的なゼーベック現象に結び付いており、チップに組み込まれたＶＣＳＥＬ（若しくは他の発光源）又は熱ヒータを追加することで、電気経路全体をいつでも較正することができるため、医療用線量の記録に適している。このようにして、システム全体を較正し、物理的現象に結び付けることができる。この較正方法により、ＴＬＤ（熱ルミネセンス検出器）、又は別の候補であるＯＳＬ（光誘導発光）の較正よりも優れた較正が得られる。

図９は、リングスケールユニットの実施形態の一例及びパッケージングを図示したものである。例示的なリング９１は、３ｘ４ｍｍｘ２ｍｍとすることができ、送信器及びバッテリを含むことができる。リング９１は熱電冷却器９２に取り付けられている。リングは、医療従事者、緊急対応者などが着用することができる。このタイプのユニットは、Bluetooth又は他の送信機にサーモパイル及び低利得増幅器を使用する医療用線量の記録に適している場合がある。この技術は、センサ自体が基本的なゼーベック現象に結び付いており、チップに組み込まれたＶＣＳＥＬ（若しくは他の発光源）又は熱ヒータを追加することで、電気経路全体をいつでも較正することができるため、医療用線量の記録に適している。このようにして、システム全体を較正し、物理的現象に結び付けることができる。

タイリングして、リング内のものと同様の素子であるセンサのアレイ（接合部だけではない）を作ることによって、多くのセンサ素子のシートで柔軟性のあるイメージングアレイを作ることができる。このようにして、デバイスを使用して同じ並外れた精度で時間的な放射線量を画像化することができる。このタイプのユニットは、画像形式での医療用線量の記録に適している。

本明細書に記載されている実施形態の例は、電圧の増幅による補助なしで使用することができる。１０，０００個の接合部がある場合でも、信号レベルが低い場合がある。しかしながら、信号レベルは高めることができ、例えば、Alligator technologies製のＵＳＢ－ＰＢＰ－Ｓ１及びLab Jack製のＴ７などの市販の増幅器を使用して、単一接合部Ｅ型及びＴ型を１００倍から１０，０００倍の利得で有用な信号にうまく増幅することができる。この利得により、補償が困難な熱レベルのＤＣ電圧が得られた。サーモパイルの設計はこの問題を解決する。増幅段の熱雑音背景は、最大の雑音問題であった。本質的に放射線に対する感度が高くない大きなゲート又はＨＢＴ電子機器を有する低利得増幅器と直列のこれらの接合部を使用することで、利得を用いて、信号をボルト範囲まで高め、容量性ブロック及びその他の技術により、熱背景だけでなく、能動的なアナログ電子機器内の放射線によって引き起こされる寄生欠陥もまた抑えることができる。

サーモパイルを直接又は電圧を増幅して使用して、受動素子又は能動素子を使用してダウンラインのデジタル若しくはアナログ回路類をオンにするか、又はトリガし、放射線パルスが最高点にある間、回路類をオフにするだけで、高環境での電力負荷及び放射線損傷を低減することができる。

センサ素子は、処理電子機器と並置するか、又は物理的に離隔させて電子機器での放射線信号を低減することができる。信号にサンプルホールドを配置し、組み立てられたデバイスの動作の概念に柔軟性を追加することができる（例えば、戦場用と手術室用、等々）。

ある用途では、兵士は核兵器、事故、又はテロ事件による核の影響にさらされる可能性があり、トリアージ情報を提供するツールが必要である。したがって、回路は有用な読み取り値を提供し、約１０Ｍラド／分（例えば、１Ｍラド／分＊１ミリ秒－バースト＝１７ラド）を存続するだけでなく、線量の正確な読み取り値もまた提供しなければならない。実施形態により、ある程度耐放射線性が高い回路と結合された感知回路として単純なアナログ回路を使用して、現場でのリアルタイムで正確な読み取り値を提供することが可能になる。これは、（１）生物学的療法で有用なセンサ、及び（２）必要とされる線量及び線量率で無感応な読み取り値という２つの問題に対処する。このようなデバイスに対する別の共通の必要性は、医療的状況では、処置の間及び処置の後の両方で、スタッフ及び患者の両者を保護し、且つ、監視することである。

低エネルギーの放射線では、効果は本質的に表面効果であるため、ＩＲ放射線に抵抗性アレイ及び熱電対アレイを使用する。本発明は、高エネルギー及び透過性放射線にもまた適している。これにより、正確な／通常の使用では、ゼーベック効果は、接合部ワイヤの一方の端部で低温接合部又は基準温度を必要とするため、これらのセンサ素子の使用が複雑になる。既知のタイムマーカ又はトリガが提供可能である場合、例えば、長いケーブル（長さは数ｃｍとすることができ、それらをウェーハに組み込むことができる）を使用して、接合部を放射線源から遠ざけることができる放射線の短時間のバーストの場合など、状況によっては、単純な背景差分法を使用して、熱ドリフトを補正することができる。その他の使用法では、センサ及び基準とする背面板は同じ放射線場を見ていることになる。これは、温度熱容量が大きく異なる材料の背面板を使用して管理する。

センサは、放射線の強烈なバーストに使用されることを意図しているため、背景の変化による非線形効果は、多くの測定には必要ではない。しかしながら、最も正確に測定するために、温度及び相対湿度の両方の環境変化を高い正確度で補正することができる。市場には必要な正確度を有する多数の計量器があり、その一例は、Labjackが販売するＥＩ－１０５０であり、基準となる温度及び湿度は修正することが可能であり、単純な線形フィット又は高次フィットを使用して、背景の変化に対して調節することができる一方で、背景の変化による信号の変動を補正することができる。この単純な例としては、複数の温度での等価線量測定値曲線Ｄ_Ｂ（Ｔ，ｔ）を得ることであるが、この場合、Ｄ_Ｂは推測される線量であり、ｔは時間であり、Ｔは外部からの線量が提供されていない温度である。すると、Ｄ_Ｔ（φ，ｔ）＝Ｄ（φ）＋Ｄ_Ｂ（Ｔ）－Ｄ_Ｂ（Ｔ_０）となる。Ｔ_０は基準温度であり、Ｄ_Ｔ（φ，Ｔ）は、背景の温度変化に対して補正されたフラックスでの温度補正線量であり、φはフラックスであり、そしてＤ（φ）は温度補正なしの推測される時間依存性線量である。同じプロセスを使用して、相対湿度に起因するどんな変化に対しても補正することができる。

本発明は、様々な実施形態の例に関して説明してきた。上記説明は、本発明の原理の適用の単なる例示にすぎず、本発明の範囲は、本明細書に鑑みて特許請求の範囲によって決定されるものとすることが理解されよう。本発明の他の変形及び修正が当業者には明らかになるであろう。

Claims (25)

1. 放射線を測定するための装置であって、
   （ａ）第１の材料を含む第１の複数の素子、
   （ｂ）第２の材料を含む第２の複数の素子、を含み、
   （ｃ）前記第１の複数の素子及び前記第２の複数の素子が、直列に接続された第３の複数の接合部及び第４の複数の接合部を形成するように構成され、前記第３の複数の接合部及び前記第４の複数の接合部からの交互の接合部を含み、前記直列の第１の接合部が第１の電極と電気的に連通し、前記直列の最後の接合部が第２の電極と電気的に連通し、且つ、
   （ｄ）前記第３の複数内の接合部が、前記第４の複数内の接合部とは入射放射線に対する異なる熱応答を有する、
   装置。
2. 前記第１の電極及び前記第２の電極に接続された増幅器をさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第４の複数内の接合部よりも大きな前記第３の複数内の接合部の放射線遮蔽を提供する放射線遮蔽材を含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記第３の複数内の接合部と熱連通している熱放散素子を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記第３の複数内の接合部と、前記第４の複数内の接合部との間に設けられた熱絶縁体を含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記第３の複数内の接合部が、前記第４の複数内の接合部とは異なる熱的性質を有する、請求項１に記載の装置。
7. 前記第４の複数内の接合部と、周囲条件との間に設けられた熱絶縁体を含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１の材料及び前記第２の材料が、互いに接触して配置されたときにゼーベック効果を提供する、請求項１に記載の装置。
9. 熱絶縁性基板を含み、前記第３の複数内の接合部が、前記基板の第１の表面に設けられ、前記第４の複数内の接合部が、前記第１の表面に対向する、前記基板の第２の表面に設けられている、請求項１に記載の装置。
10. 前記第４の複数内の接合部が真空中にある、請求項７に記載の装置。
11. 前記熱放散素子がコールドプレートを含む、請求項４に記載の装置。
12. 前記熱放散素子がヒートシンクを含む、請求項４に記載の装置。
13. 前記第３の複数内の接合部が、前記第４の複数内の接合部よりも低い熱容量を有する、請求項１に記載の装置。
14. 前記第３の複数内の接合部が、前記第４の複数内の接合部よりも小さい、請求項１３に記載の装置。
15. 前記接合部が基板に取り付けられ、前記第３の複数内の接合部が前記基板の第１の領域に設けられ、前記第４の複数内の接合部が、前記基板の第２の領域に設けられるとともに、前記第１の領域が前記第２の領域とは別個のものである、請求項１に記載の装置。
16. 前記接合部が２次元アレイに設けられている、請求項１に記載の装置。
17. 前記接合部の総数が少なくとも１００個である、請求項１に記載の装置。
18. 前記接合部の総数が少なくとも１，０００個である、請求項１７に記載の装置。
19. 前記接合部の総数が少なくとも１０，０００個である、請求項１８に記載の装置。
20. 前記第１の材料が、ビスマス、セレン、ゲルマニウム、シリコン、及びＰｂｉ５Ｇｅ３７からなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
21. 前記第２の材料が、ゼーベック効果が十分に高いか、又は低い材料、例をいくつか挙げると、前記第１の材料を除くビスマス、セレン、シリコン、ゲルマニウム、及びＰｂｉ５Ｇｅ３７からなる群から選択される、請求項２０に記載の装置。
22. 前記第３の複数内の接合部と熱連通している熱放散素子を含む、請求項３に記載の装置。
23. 前記第３の複数内の接合部と、前記第４の複数内の接合部との間に設けられた熱絶縁体を含む、請求項３に記載の装置。
24. 前記第３の複数内の接合部と、前記第４の複数内の接合部との間に設けられた熱絶縁体を含む、請求項２２に記載の装置。
25. 前記接合部が３次元アレイに設けられている、請求項１に記載の装置。

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