JP4194378B2

JP4194378B2 - Radiation detector and radiation detection method

Info

Publication number: JP4194378B2
Application number: JP2003012265A
Authority: JP
Inventors: 正裕古谷; 寛而賞雅; 孝司岡本; 秀征友澤
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2004226163A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出器および放射線検出方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、半導体を用いた放射線検出器および放射線検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体を用いた放射線検出器として、半導体検出器が実用化されている（非特許文献１参考）。
【０００３】
【非特許文献１】
放射線計測ハンドブック第３版、knoll著
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記半導体検出器ではバイアス電圧を印加するため、漏れ電流が誤差要因となり、計測精度の向上が困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、高精度でありながらコンパクトな構成が可能な放射線検出器および放射線検出方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の放射線検出器は、放射線を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体より成る又は該半導体を少なくとも有して成る第１電極と、第１電極と対になる第２電極と、第１電極または第２電極にて酸化または還元反応を生じることにより第１電極と第２電極との間で電流を伝える電解電導体と、第１電極と第２電極とを電気的に接続すると共に両電極間で生じる電流または電圧を測定する手段と、予め求めておいた電流または電圧と放射線量との相関関係に基づいて第１電極が浴びた放射線量を推定する手段とを少なくとも有するようにしている。
【０００７】
また、請求項５記載の放射線検出方法は、放射線を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体より成る又は該半導体を少なくとも有して成る第１電極と、第１電極と対になる第２電極とを、第１電極または第２電極にて酸化または還元反応を生じることにより第１電極と第２電極との間で電流を伝える電解電導体に浸し、第１電極と第２電極との間で生じる電流または電圧を測定し、予め求めておいた電流または電圧と放射線量との相関関係に基づいて第１電極が浴びた放射線量を推定するようにしている。
【０００８】
したがって、放射線源から放射線が発せられ、放射線が第１電極に照射されると、半導体は、伝導電子および正孔を生成し、還元力および酸化力を発現する。半導体において発現された還元力および酸化力により、第１電極および第１電極と電気的に接続された第２電極において電解電導体が化学反応を起こす。当該化学反応によって電解電導体内に電流が流れる。即ち、第１電極が浴びた放射線量に応じて、第１電極と第２電極との間で起電力が生じる。そして、測定手段により当該起電力に基づく電圧または電流の値が測定される。当該電圧値または電流値により放射線の存在を検出できる。また、放射線量と当該放射線量に応じる電圧または電流の値との相関関係を予め求めておくことで、測定手段により測定された電圧値または電流値により、第１電極が浴びた放射線量を推定することが可能となる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の放射線検出器において、第１電極を層状に複数設けるようにしている。したがって、放射線が複数の第１電極の層を次々に透過することにより、測定手段により出力される電圧値または電流値が高まり、放射線検出の感度を高めることができる。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放射線検出器において、第１電極を多孔質体としている。したがって、放射線は多孔質体内の多数の被照射面を次々に貫通するので、第１電極を中実とする場合よりも単位体積当たりの放射線の被照射面の面積を大きくすることができ、放射線検出の感度を高めることができる。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、特定の放射線種の透過を妨げる又は特定の放射線種のみの透過を許容するフィルタを放射線源と第１電極との間に配置するようにしている。したがって、ある特定の放射線種の放射線の存在を検出でき、また、ある特定の放射線種の放射線量を測定することができる。
【００１２】
また、請求項６記載の放射線検出器は、放射線を紫外光または可視光に変換するシンチレータと、紫外光または可視光を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体より成る又は該半導体を少なくとも有して成る第１電極と、第１電極と対になる第２電極と、第１電極または第２電極にて酸化または還元反応を生じることにより第１電極と第２電極との間で電流を伝える電解電導体と、第１電極と第２電極とを電気的に接続すると共に両電極間で生じる電流または電圧を測定する手段と、予め求めておいた電流または電圧と放射線量との相関関係に基づいてシンチレータが浴びた放射線量を推定する手段とを少なくとも有するようにしている。
【００１３】
また、請求項７記載の放射線検出方法は、紫外光または可視光を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体より成る又は該半導体を少なくとも有して成る第１電極と、第１電極と対になる第２電極とを、第１電極または第２電極にて酸化または還元反応を生じることにより第１電極と第２電極との間で電流を伝える電解電導体に浸し、放射線を紫外光または可視光に変換するシンチレータを放射線源と第１電極との間に配置し、第１電極と第２電極との間で生じる電流または電圧を測定し、予め求めておいた電流または電圧と放射線量との相関関係に基づいてシンチレータが浴びた放射線量を推定するようにしている。
【００１４】
したがって、放射線源から放射線が発せられ、この放射線がシンチレータに照射されると、放射線はシンチレータにより紫外光または可視光に変換されて、当該紫外光または可視光は第１電極に照射される。これにより、半導体は、伝導電子および正孔を生成し、還元力および酸化力を発現する。半導体において発現された還元力および酸化力により、第１電極および第１電極と電気的に接続された第２電極において電解電導体が化学反応を起こす。当該化学反応によって電解電導体内に電流が流れる。即ち、シンチレータが浴びた放射線量に応じて、紫外光または可視光が第１電極に浴びせられ、これにより、第１電極と第２電極との間で起電力が生じる。そして、測定手段により当該起電力に基づく電圧または電流の値が測定される。当該電圧値または電流値により放射線の存在を検出できる。また、放射線量と当該放射線量に応じる電圧または電流の値との相関関係を予め求めておくことで、測定手段により測定された電圧値または電流値により、シンチレータが浴びた放射線量を推定することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の第１の実施形態を示す。この放射線検出器１は、放射線（例えばα線，β線，γ線，Ｘ線，中性子線などの電離放射線）を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体２より成る又は該半導体２を少なくとも有して成る第１電極３と、第１電極３と対になる第２電極４と、第１電極３または第２電極４にて酸化または還元反応を生じることにより第１電極３と第２電極４との間で電流を伝える電解電導体５と、第１電極３と第２電極４とを電気的に接続すると共に両電極間で生じる電流または電圧を測定する測定手段６とを少なくとも有して構成されている。尚、符号７は電解電導体５を収容する容器である。この容器７の材質は、放射線の減衰を最小限に抑え得る素材（例えば薄いステンレス製）であることが好ましい。
【００１７】
例えば本実施形態の第１電極３は、チタン基板８の表面に酸化チタン膜を形成して成るものとしている。この場合、酸化チタン膜が放射線を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体２として機能すると共に、電気伝導度の高いチタン基板８が電極層として機能する。また、第１電極３は陽極となる。ここで、白金やパラジウムなどの白金属元素を酸化チタン膜２に担持させると、一旦発生した電子と正孔（ホール）とを分離するため電荷分離効率を上げることができる。本実施形態の第２電極４は、第１電極３が陽極となるため、陰極となり、例えば白金製とされている。
【００１８】
但し、第１電極３の構成は本実施形態の例に限定されるものではない。例えば、第１電極３を構成する又は第１電極３に含まれる半導体２は、放射線を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する物質、換言すれば放射線誘起表面活性（ＲＩＳＡ）を示す物質であれば良い。従って、酸化チタン膜には限られず、他のｎ型半導体あるいはｐ型半導体であっても良い。例えば、放射線は紫外線よりもエネルギが高いため、酸化チタンの他に、バンドギャップの大きいジルコニア、酸化ジルコニウム、ステンレス安定不動態、アルミナ、セリア等を利用することができる。また、例えば本実施形態では、第１電極３は、チタン基板８の表面に酸化チタン膜２を形成して成るものとしているが、これには限られずステンレスの表面を酸化して形成したり、あるいはガラス基板に酸化チタン膜をコーティングして形成しても良い。さらに、放射線を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体２自体を第１電極３としても良い。ここで、上記半導体２は、放射線を浴びることにより伝導電子を生成し還元力を生ずると共にホールを生成して酸化力を生ずる。このため、上記半導体２は、これらの還元力および酸化力を利用して触媒として機能する。そこで、上記半導体２を放射線触媒または放射線誘起表面活性物質とも呼ぶ。
【００１９】
電解電導体５は、液状であっても良いが、放射線検出器１の小型化や携帯性等の観点からは、固体電解質や電解液をのり状に固めたものなどを用いることがより好ましい。また、耐食性などの観点から、第１電極３および第２電極４との材料共存性が良いものが望ましい。本実施形態では、電解電導体５として０．１Ｍ硫酸ナトリウムより成る電解質水溶液を用いている。この場合、半導体２は放射線を浴びることにより電解電導体５に含まれる水分子を分解する触媒として作用し、第１電極３では水分子の分解により酸素が発生し、第２電極４では水分子の分解により水素が発生する。尚、電解電導体５として他の電解質溶液（電解質水溶液には限定されない。）を用いても良い。例えばＫＣｌやＮａＣｌなどを濃度１ミリｍｏｌ／Ｌ（ミリモル／リットル）程度含む電解質溶液を用いても良い。
【００２０】
第１電極３および第２電極４は、例えば電解電導体５内に浸されると共に、電解電導体５から露出した部分が導線等の信号線９，１０を用いて測定手段６に電気的に接続される。測定手段６は、周知の電圧計または電流計を用いて良い。
【００２１】
ここで、電解電導体５内における第１電極３および第２電極４の間には仕切り部１１を設けることが好ましい。仕切り部１１を設けることにより、電極間隔が狭くても、第１電極３および第２電極４にてそれぞれ生成された物質（例えば本実施形態では酸素と水素）の再結合を防止できる。これにより、放射線検出器１の一層の小型化を図ることができる。仕切り部１１としては、例えば気体分子を通さずにイオンを透過させるイオン交換膜の利用が好ましい。
【００２２】
ここで、第１電極３は放射線を受ける複数の被照射面を重ねて有するものとしても良い。この場合、放射線が複数の被照射面を次々に透過することにより複数の被照射面に放射線が照射されるので、１つの被照射面のみを有する構成に比べて、放射線検出の感度を高めることができる。複数の被照射面を重ねて有する構成としては、例えば図２に示すように、第１電極３を層状に複数（図示の例では４つ）設けると共にカスケード状に結合して、放射線が各第１電極３を透過しながら順次照射するように構成しても良い。
【００２３】
また、図３および図４に示すように、第１電極３を多孔質体としても良い。この場合、放射線は多孔質体を貫通し易く、多孔質体内の多数の被照射面を次々に貫通するので、第１電極３を中実とする場合よりも単位体積当たりの被照射面の面積を大きくすることができる。よって、放射線検出の感度を更に高めることができる。第１電極３を多孔質体とする場合は、例えば多孔質チタンの表面を酸化雰囲気中で７００℃１２時間酸化させる等して、伝導性の高いチタンの上に酸化チタン（半導体２）を生成させる。これにより、基材上での放射線の減衰を抑制することができ、放射線エネルギの利用効率を高めることができる。また、第１電極３を多孔質体としたときの孔の大きさは、反応物と生成物の拡散を妨げない程度の大きさとすることが好ましい。一方、孔が大きい過ぎると、正孔は移動度が小さいために孔の表面から遠い箇所で正孔が発生する割合が増加し、酸化力を発揮する前に、発生した電子と結合してしまうことになる。このため、この二つの制約から適切な孔の大きさを設定する必要がある。第１電極３を多孔質体とした場合、図３に示すように複数の第１電極３を設けることには限られず、図４に示すように単一の第１電極３を設けるようにしても良い。この場合でも、単一の第１電極３を放射線が透過するときに多数の被照射面を照射するので、放射線検出の感度を高めることができる。
【００２４】
また、例えば本実施形態では、ある特定の放射線種の放射線量を測定するために、非測定対象の放射線種の透過を妨げる又は測定対象の放射線種のみの透過を許容するフィルタ１２を放射線源１３と第１電極３との間に配置するようにしている。当該フィルタ１２としては、例えばフィルムバッチ等の周知の放射線測定方法で用いられている各種のフィルタを利用することができる（関口昇放射線計測概論等参考）。例えば、それぞれ異なる種類のフィルタ１２を備えた複数の放射線検出器１で検出された放射線量およびこれらの差を求めることで、特定の放射線種の放射線量を求めることができる。一例を挙げると、放射線にα線，β線，γ線が含まれる場合、α線は飛程が小さいのでフィルタ１２の無い放射線検出器１で第１の放射線量を求め（即ちα線＋β線＋γ線の放射線量を求め）、β線は次に飛程が小さいので薄い皮膜（例えば薄い紙、０．１ｍｍ程度の厚み）で構成されたフィルタ１２を備える放射線検出器１でα線がカットされた第２の放射線量を求め（即ちβ線＋γ線の放射線量を求め）、さらに厚い皮膜（例えば厚さ１ｍｍ程度のアルミ板）で構成されたフィルタ１２を備える放射線検出器１でα線およびβ線がカットされた第３の放射線量を求める（即ちγ線の放射線量を求める）。第１の放射線量と第２の放射線量の差からα線の放射線量が求まり、第２の放射線量と第３の放射線量の差からβ線の放射線量が求まり、第３の放射線量からγ線の放射線量が求まる。上記皮膜に用いることができる物質としては、例えば以下の酸化物、窒化物、炭化物などが挙げられる。即ち、酸化物としては例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，Ｙ_２Ｏ_３，ＭｎＯ_２，Ｎｄ_２Ｏ_３，ＣｅＯ_２，ＺｒＯ_２など、窒化物としては例えばＡｌＮ，ＣｒＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４，ＢＮ，Ｍｇ_３Ｎ_２，Ｌｉ_３Ｎなど、炭化物としては例えばＡｌ_４Ｃ_３，ＵＣ，Ｕ_２Ｃ_３，ＣａＣ_２，ＳｉＣ，ＺｒＣ，Ｗ_２Ｃ，ＷＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，Ｆｅ_３Ｃ，ＨｆＣ，Ｂ_４Ｃ，Ｍｎ_３Ｃなどである。その他、中性子のうち熱中性子はカドミウムでカットできる。尚、上記例示の他、フィルムバッチ等の他の放射線測定方法で用いられている各種のフィルタを適宜選択し利用して良いのは勿論である。
【００２５】
以上のように構成される放射線検出器１の動作の一例を説明する。放射線源１３から放射線が発せられ、フィルタ１２を介して特定の種類の放射線が第１電極３に照射されると、半導体２は、伝導電子および正孔を生成し、還元力および酸化力を発現する。放射線は紫外線等よりもエネルギが大きいことから、放射線が照射されるとコンプトン散乱などにより荷電子を含む軌道電子が伝導帯に励起される。半導体２において発現された還元力および酸化力により、第１電極３および第１電極３と電気的に接続された第２電極４において電解電導体５が化学反応を起こす。例えば本実施形態では、第１電極３では水分子が分解されて酸素が発生し、第２電極４では水分子が分解されて水素が発生する。これらの化学反応によって電解電導体５内に電流が流れる。即ち、第１電極３が浴びた放射線量に応じて、第１電極３と第２電極４との間で起電力が生じる。そして、測定手段６により当該起電力に基づく電圧または電流の値が測定される。従って、放射線量と、当該放射線量に応じる電圧または電流の値との相関関係を予め求めておけば、測定手段６により測定された電圧値または電流値により、第１電極３が浴びた放射線量を推定することが可能となる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態について図５を用いて説明する。この放射線検出器２０は、放射線（例えばα線，β線，γ線，Ｘ線，中性子線などの電離放射線）を紫外光または可視光に変換するシンチレータ２１と、紫外光または可視光を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体２２より成る又は該半導体２２を少なくとも有して成る第１電極２３と、第１電極２３と対になる第２電極２４と、第１電極２３または第２電極２４にて酸化または還元反応を生じることにより第１電極２３と第２電極２４との間で電流を伝える電解電導体２５と、第１電極２３と第２電極２４とを電気的に接続すると共に両電極間で生じる電流または電圧を測定する測定手段６とを少なくとも有して構成されている。尚、符号２６は電解電導体２５を収容する容器である。この容器２６の材質は、紫外光または可視光が透過可能な透明材料（例えば透明なプラスチック材）としている。
【００２７】
例えば本実施形態の第１電極２３は、チタン基板２７の表面に酸化チタン膜を形成して成るものとしている。この場合、酸化チタン膜が紫外光または可視光を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体２２として機能すると共に、電気伝導度の高いチタン基板２７が電極層として機能する。また、第１電極２３は陽極となる。ここで、白金やパラジウムなどの白金属元素を酸化チタン膜２２に担持させると、一旦発生した電子と正孔（ホール）とを分離するため電荷分離効率を上げることができる。本実施形態の第２電極２４は、第１電極２３が陽極となるため、陰極となり、例えば白金製とされている。
【００２８】
但し、第１電極２３の構成は本実施形態の例に限定されるものではない。例えば、第１電極２３を構成する又は第１電極２３に含まれる半導体２２は、紫外光または可視光を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する物質であれば良い。従って、酸化チタン膜には限られず、他のｎ型半導体あるいはｐ型半導体であっても良い。また、例えば本実施形態では、第１電極２３は、チタン基板２７の表面に酸化チタン膜２２を形成して成るものとしているが、これには限られずステンレスの表面を酸化して形成したり、あるいはガラス基板に酸化チタン膜をコーティングして形成しても良い。さらに、紫外光または可視光を浴びることにより伝導電子および正孔を生成する半導体２２自体を第１電極２３としても良い。ここで、上記半導体２２は、紫外光または可視光を浴びることにより伝導電子を生成し還元力を生ずると共にホールを生成して酸化力を生ずる。このため、上記半導体２２は、これらの還元力および酸化力を利用して光触媒として機能する。そこで、上記半導体２２を光触媒とも呼ぶ。
【００２９】
電解電導体２５は、液状であっても良いが、放射線検出器１の小型化や携帯性等の観点からは、固体電解質や電解液をのり状に固めたものなどを用いることがより好ましい。また、耐食性などの観点から、第１電極３および第２電極４との材料共存性が良いものが望ましい。本実施形態では、電解電導体２５として１Ｍの硫酸を用いている。この場合、半導体２２は紫外光または可視光を浴びることにより電解電導体２５に含まれる水分子を分解する触媒として作用し、第１電極２３では水分子の分解により酸素が発生し、第２電極２４では水分子の分解により水素が発生する。尚、電解電導体５として他の電解質溶液（電解質水溶液には限定されない。）を用いても良い。例えばＮａ_２ＳＯ_４、ＫＣｌ、ＮａＣｌなどを濃度１ミリｍｏｌ／Ｌ（ミリモル／リットル）程度含む電解質溶液を用いても良い。
【００３０】
第１電極２３および第２電極２４は、例えば電解電導体２５内に浸されると共に、電解電導体２５から露出した部分が導線等の信号線９，１０を用いて測定手段６に電気的に接続される。測定手段６は、周知の電圧計または電流計を用いて良い。
【００３１】
ここで、電解電導体２５内における第１電極２３および第２電極２４の間には仕切り部２８を設けることが好ましい。仕切り部２８を設けることにより、電極間隔が狭くても、第１電極２３および第２電極２４にてそれぞれ生成された物質（例えば本実施形態では酸素と水素）の再結合を防止できる。これにより、放射線検出器２０の一層の小型化を図ることができる。仕切り部２８としては、例えば気体分子を通さずにイオンを透過させるイオン交換膜の利用が好ましい。
【００３２】
ここで、例えば本実施形態では、ある特定の放射線種の放射線量を測定するために、シンチレータ２１として、測定対象となる線種の放射線のみに反応して発光する、若しくは非測定対象となる線種の放射線には殆んど反応しない（即ち極々微弱にしか発光しない）物質が選択される。γ線とＸ線を測定対象とする場合には、例えばＮａＩ（Ｔｌ）即ちタリウム活性化ヨウ化ナトリウムをシンチレータ２１として使用する。また、α線とβ線とγ線を測定対象とする場合には、例えばＣｓＩ（Ｔｌ）をシンチレータ２１として使用する。また、中性子線を測定対象とする場合には、例えばＬｉＩ（Ｅｕ）をシンチレータ２１として使用する。また、α線を測定対象とする場合には、例えばＺｎＳ（Ａｇ）をシンチレータ２１として使用する。その他、測定対象となる放射線種に応じたシンチレータ２１として、従来の放射線計測等で用いられている物質（関口昇放射線計測概論等参考）を利用して良いのは勿論である。また、ある特定の放射線種の放射線量を測定するために、非測定対象の放射線種の透過を妨げる又は測定対象の放射線種のみの透過を許容する上記第１の実施形態で説明したフィルタ１２を、放射線源１３とシンチレータ２１との間に配置するようにしても良い。
【００３３】
以上のように構成される放射線検出器２０の動作の一例を以下に説明する。放射線源１３から放射線が発せられ、この放射線がシンチレータ２１に照射されると、特定の種類の放射線がシンチレータ２１により紫外光または可視光に変換されて、当該紫外光または可視光は第１電極２３に照射される。これにより、半導体２２は、伝導電子および正孔を生成し、還元力および酸化力を発現する。半導体２２において発現された還元力および酸化力により、第１電極２３および第１電極２３と電気的に接続された第２電極２４において電解電導体２５が化学反応を起こす。例えば本実施形態では、第１電極２３では水分子が分解されて酸素が発生し、第２電極２４では水分子が分解されて水素が発生する。これらの化学反応によって電解電導体２５内に電流が流れる。即ち、シンチレータ２１が浴びた放射線量に応じて、紫外光または可視光が第１電極２３に浴びせられ、これにより、第１電極２３と第２電極２４との間で起電力が生じる。そして、測定手段６により当該起電力に基づく電圧または電流の値が測定される。従って、放射線量と、当該放射線量に応じる電圧または電流の値との相関関係を予め求めておけば、測定手段６により得られた電圧値または電流値により、シンチレータ２１が浴びた放射線量を推定することが可能となる。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
次に、上述した本発明の第１または第２の実施形態を、具体的に装置化する場合の構成例について図６から図１１を用いて説明する。但し、これらの図に示す構成例は、あくまでも好適な例示であって、本発明を何ら限定するものではない。
【００３５】
（実施例１−１）
図６および図７に、第１の構成例の放射線検出器３０を示す。この放射線検出器３０は、放射線を検出する検出部３１と、検出部３１の検出結果を出力する出力部３２と、検出部３１からの出力信号に基づいて出力部３２を動作させる制御部３３とを備え、検出部３１と出力部３２とを物理的に離して配置するようにしている。この場合の放射線検出器２０は遠隔モニタタイプとなり、放射線源１３から離れた安全な場所で放射線測定の結果を検討することが可能となる。
【００３６】
検出部３１は、上記第１の実施形態で説明した第１電極３と第２電極４と電解電導体５等を有して構成されるものであっても良く、或いは上記第２の実施形態で説明したシンチレータ２１と第１電極２３と第２電極２４と電解電導体２５等を有して構成されるものであっても良い。出力部３２は、例えば、測定手段６が出力する電圧値または電流値に基づいた放射線量を表示する表示部３４（例えば液晶ディスプレイ）と、測定手段６が出力する電圧値または電流値あるいはこれらの値に基づいた放射線量が予め定めた閾値を超える場合に警告音や警告メッセージ等を発する警報部３５と、測定手段６が出力する電圧値または電流値あるいはこれらの値に基づいた放射線量を紙やハードディスク等の記録媒体に自動で記録する記録部３６とにより構成される。制御部３３は、例えば、測定手段６と、測定手段６からの出力信号を増幅する増幅回路３７と、出力部３２（表示部３４，警報部３５，記録部３６）を駆動するための駆動回路３８，３９，４０と、増幅回路３７と駆動回路３８，３９，４０とを接続する入出力インターフェース４１とを有している。
【００３７】
また、この放射線検出器３０では、例えば外部電源４２を利用して出力部３２や制御部３３を動作させるようにしている。尚、外部電源４２は一般にはコンセント等により得られる電力であるが、例えば充電池等を用いても良い。外部電源４２からの電力は、例えば変圧器４３を介して測定手段６と増幅回路３７と入出力インターフェース４１とに供給される。尚、検出部３１と制御部３３とは有線で電気的に接続されるものに限らず、無線で接続されるものであっても良い。
【００３８】
（実施例１−２）
次に、図８および図９に、第２の構成例の放射線検出器４５を示す。この放射線検出器４５は、放射線を検出する検出部３１と、検出部３１の検出結果を出力する出力部と、検出部３１からの出力信号に基づいて出力部を動作させる制御部とを備え、検出部３１と出力部と制御部とが１つのケース４６に組み込まれて１ユニットとなっている。この場合、放射線検出器４５を携帯可能に構成できる。
【００３９】
検出部３１は、上記第１の実施形態で説明した第１電極３と第２電極４と電解電導体５等を有して構成されるものであっても良く、或いは上記第２の実施形態で説明したシンチレータ２１と第１電極２３と第２電極２４と電解電導体２５等を有して構成されるものであっても良い。出力部は、例えば、測定手段６が出力する電圧値または電流値に基づいた放射線量を表示する表示部３４（例えば液晶ディスプレイ）と、測定手段６が出力する電圧値または電流値あるいはこれらの値に基づいた放射線量が予め定めた閾値を超える場合に警告音や警告メッセージ等を発する警報部３５とにより構成される。制御部は、例えば、測定手段６と、測定手段６からの出力信号を増幅する増幅回路３７と、出力部（表示部３４，警報部３５）を駆動するための駆動回路３８，３９と、増幅回路３７と駆動回路３８，３９を接続する入出力インターフェース４１とを有している。また、この放射線検出器４５では、例えば検出部３１において発生する電力を利用して出力部や制御部を動作させるようにしている。検出部３１において発生した電力は、例えば増幅回路３７と入出力インターフェース４１とに供給される。
【００４０】
（実施例１−３）
次に、図１０および図１１に、第３の構成例の放射線検出器５０を示す。この放射線検出器５０は、放射線を検出する検出部３１と、検出部３１の検出結果を出力する出力部と、検出部３１からの出力信号に基づいて出力部を動作させる制御部とを備え、さらに出力部は検出部３１の検出結果を外部に送信する送信手段５１を有している。したがって、遠隔にある図示しない受信手段に放射線検出結果を送信することができる。また、例えば検出部３１と出力部と制御部とは１つのケース５２に組み込まれて１ユニットとしている。この場合、放射線検出器５０を携帯可能に構成できる。
【００４１】
検出部３１は、上記第１の実施形態で説明した第１電極３と第２電極４と電解電導体５等を有して構成されるものであっても良く、或いは上記第２の実施形態で説明したシンチレータ２１と第１電極２３と第２電極２４と電解電導体２５等を有して構成されるものであっても良い。出力部は、例えば、測定手段６が出力する電圧値または電流値に基づいた放射線量を表示する表示部３４（例えば液晶ディスプレイ）と、測定手段６が出力する電圧値または電流値あるいはこれらの値に基づいた放射線量が予め定めた閾値を超える場合に警告音や警告メッセージ等を発する警報部３５と、送信手段としての発信アンテナ５１とにより構成される。制御部は、例えば、測定手段６と、測定手段６からの出力信号を増幅する増幅回路３７と、出力部（表示部３４，警報部３５，発信アンテナ５１）を駆動するための駆動回路３８，３９，５３と、増幅回路３７と駆動回路３８，３９，５３を接続する入出力インターフェース４１とを有している。
【００４２】
また、この放射線検出器５０では、例えば外部電源ユニット４２（例えば充電池等）を利用して出力部や制御部を動作させるようにしている。外部電源ユニット４２の電力は、例えば測定手段６と増幅回路３７と入出力インターフェース４１とに供給される。ただし、図８および図９に示した上記第２の構成例のように、検出部３１において発生する電力を利用して出力部や制御部を動作させるようにしても良い。
【００４３】
（実施例２）
図１に示す構成の放射線検出器１に、γ線を照射し、且つγ線の強度を変化させて、γ線の強度［Ｇｙ／ｈｒ］と測定手段６により測定された電圧との関係を求める実験を行った。同実験では、チタン板をブンゼンバーナで焼成したものを第１電極３とし、白金電極を第２電極４とした。また、電解電導体５として、濃度０．１ｍｏｌ／Ｌ（モル／リットル）のＮａ_２ＳＯ_４水溶液を用いた。実験結果を図１２に示す。図１２により、放射線検出器１に照射される放射線量と、放射線検出器１で測定される電圧値との間に、相関関係があることが確認できる。
【００４４】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、第１電極または第２電極における化学反応により生じた物質の生成量により、放射線の検出または放射線量の測定を行なうようにしても良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１および６記載の放射線検出器、請求項５および７記載の放射線検出方法によれば、バイアス電圧を印加する必要は無いため漏れ電流を生じることは無く、計測精度を向上できる。また、電解電導体に固体電解質や電解液をのり状に固めたものなどを採用する等によって放射線検出器を小型化でき、携帯型の放射線検出器としても構成できる。また、現時点での放射線量を即時に表示装置等に出力することもできるので、リアルタイムでの放射線検出が可能となる。
【００４６】
さらに、請求項２記載の放射線検出器によれば、放射線が複数の第１電極の層を次々に透過することにより、出力される電圧値または電流値が高まり、放射線検出の感度を高めることができる。
【００４７】
さらに、請求項３記載の放射線検出器によれば、放射線が多孔質体内の多数の被照射面を次々に貫通するので、第１電極を中実とする場合よりも単位体積当たりの放射線の被照射面の面積を大きくすることができ、放射線検出の感度を高めることができる。
【００４８】
さらに、請求項４記載の放射線検出器によれば、フィルタを放射線源と第１電極との間に配置するようにしているので、特定の放射線種の放射線の存在を検出でき、また、特定の放射線種の放射線量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線検出器および放射線検出方法の第１の実施形態の原理を示す概略構成図である。
【図２】上記放射線検出器および放射線検出方法の他の形態を示す概略構成図である。
【図３】上記放射線検出器および放射線検出方法のさらに他の形態を示す概略構成図である。
【図４】上記放射線検出器および放射線検出方法のさらに他の形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明の放射線検出器および放射線検出方法の第２の実施形態の原理を示す概略構成図である。
【図６】本発明の放射線検出器の構成の一例（遠隔モニタタイプ）を示す概念図である。
【図７】図６の放射線検出器の概略機能ブロック図である。
【図８】本発明の放射線検出器の構成の一例（携帯タイプ）を示す概念図である。
【図９】図８の放射線検出器の概略機能ブロック図である。
【図１０】本発明の放射線検出器の構成の一例（送信手段付き携帯タイプ）を示す概念図である。
【図１１】図１０の放射線検出器の概略機能ブロック図である。
【図１２】γ線の強度と測定された電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２０，３０，４５，５０放射線検出器
２半導体（放射線誘起表面活性物質，放射線触媒）
３第１電極
４第２電極
５電解電導体
６測定手段
１２フィルタ
２１シンチレータ
２２半導体（光触媒）
２３第１電極
２４第２電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation detector and a radiation detection method. More specifically, the present invention relates to a radiation detector and a radiation detection method using a semiconductor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a semiconductor detector has been put to practical use as a radiation detector using a semiconductor (see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Non-Patent Document 1]
Radiation Measurement Handbook 3rd Edition, by knoll
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since a bias voltage is applied in the semiconductor detector, leakage current becomes an error factor, and it is difficult to improve measurement accuracy.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a radiation detector and a radiation detection method capable of a compact configuration with high accuracy.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the radiation detector according to claim 1 comprises a first electrode made of or at least comprising a semiconductor that generates conduction electrons and holes upon exposure to radiation, and the first electrode. A second electrode that is paired with the first electrode, an electrolytic conductor that conducts an electric current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at the first electrode or the second electrode, a first electrode, Means for electrically connecting the two electrodes and measuring the current or voltage generated between the two electrodes; Means for estimating the radiation dose received by the first electrode based on the correlation between the current or voltage obtained in advance and the radiation dose; At least.
[0007]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a radiation detection method comprising: a first electrode made of a semiconductor that generates conduction electrons and holes when exposed to radiation; or a first electrode that has at least the semiconductor and a pair of the first electrode. Two electrodes are immersed in an electrolytic conductor that conducts current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at the first electrode or the second electrode, and the first electrode and the second electrode Measure current or voltage generated between And estimating the radiation dose received by the first electrode based on the correlation between the current or voltage obtained in advance and the radiation dose. I am doing so.
[0008]
Accordingly, when radiation is emitted from the radiation source and the radiation is irradiated to the first electrode, the semiconductor generates conduction electrons and holes, and develops reducing power and oxidizing power. The electrolytic conductor causes a chemical reaction in the first electrode and the second electrode electrically connected to the first electrode by the reducing power and the oxidizing power expressed in the semiconductor. A current flows in the electrolytic conductor by the chemical reaction. That is, an electromotive force is generated between the first electrode and the second electrode according to the radiation dose received by the first electrode. Then, the voltage or current value based on the electromotive force is measured by the measuring means. The presence of radiation can be detected by the voltage value or the current value. In addition, by obtaining a correlation between the radiation dose and the voltage or current value corresponding to the radiation dose in advance, the radiation dose exposed to the first electrode is estimated from the voltage value or current value measured by the measuring means. It becomes possible to do.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the radiation detector according to the first aspect, a plurality of first electrodes are provided in layers. Therefore, when radiation passes through the plurality of first electrode layers one after another, the voltage value or current value output by the measuring means increases, and the sensitivity of radiation detection can be increased.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the radiation detector according to the first or second aspect, the first electrode is a porous body. Accordingly, since radiation penetrates through a large number of irradiated surfaces in the porous body one after another, the area of the irradiated surface per unit volume can be made larger than when the first electrode is solid, The sensitivity of detection can be increased.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the radiation detector according to any one of the first to third aspects, a filter that prevents transmission of a specific radiation type or allows transmission of only a specific radiation type is a radiation source. It arrange | positions between 1st electrodes. Therefore, the presence of radiation of a specific radiation type can be detected, and the radiation dose of a specific radiation type can be measured.
[0012]
The radiation detector according to claim 6 is composed of a scintillator that converts radiation into ultraviolet light or visible light, and a semiconductor that generates conduction electrons and holes when exposed to ultraviolet light or visible light. A first electrode having a first electrode, a second electrode paired with the first electrode, and an electric current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at the first electrode or the second electrode. An electroconductive conductor for transmitting a current, means for electrically connecting the first electrode and the second electrode and measuring a current or voltage generated between the two electrodes; Means for estimating the radiation dose received by the scintillator based on the correlation between the current or voltage obtained in advance and the radiation dose; At least.
[0013]
The radiation detection method according to claim 7 is a first electrode made of or at least comprising a semiconductor that generates conduction electrons and holes when exposed to ultraviolet light or visible light, The second electrode to be paired is immersed in an electrolytic conductor that conducts current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at the first electrode or the second electrode, and radiation is irradiated with ultraviolet light. Alternatively, a scintillator that converts visible light is placed between the radiation source and the first electrode, and the current or voltage generated between the first electrode and the second electrode is measured. And estimating the radiation dose that the scintillator has received based on the correlation between the current or voltage and the radiation dose obtained in advance. I am doing so.
[0014]
Therefore, when radiation is emitted from the radiation source and this radiation is irradiated to the scintillator, the radiation is converted into ultraviolet light or visible light by the scintillator, and the ultraviolet light or visible light is irradiated to the first electrode. Thereby, a semiconductor produces | generates a conduction electron and a hole, and expresses a reducing power and an oxidizing power. The electrolytic conductor causes a chemical reaction in the first electrode and the second electrode electrically connected to the first electrode by the reducing power and the oxidizing power expressed in the semiconductor. A current flows in the electrolytic conductor by the chemical reaction. That is, ultraviolet light or visible light is applied to the first electrode according to the radiation dose applied to the scintillator, thereby generating an electromotive force between the first electrode and the second electrode. Then, the voltage or current value based on the electromotive force is measured by the measuring means. The presence of radiation can be detected by the voltage value or the current value. Also, by estimating the correlation between the radiation dose and the voltage or current value corresponding to the radiation dose in advance, the radiation dose exposed to the scintillator is estimated from the voltage value or current value measured by the measuring means. Is possible.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The radiation detector 1 is composed of a semiconductor 2 that generates conduction electrons and holes by exposure to radiation (for example, ionizing radiation such as α-rays, β-rays, γ-rays, X-rays, neutrons, or the like). At least the first electrode 3, the second electrode 4 paired with the first electrode 3, and the first electrode 3 and the second electrode 4 by causing an oxidation or reduction reaction in the first electrode 3 or the second electrode 4. An electrolytic conductor 5 for transmitting a current between the two electrodes 4, and a measuring means 6 for electrically connecting the first electrode 3 and the second electrode 4 and for measuring a current or voltage generated between the two electrodes. It is configured. Reference numeral 7 denotes a container for accommodating the electrolytic conductor 5. The material of the container 7 is preferably a material (for example, made of thin stainless steel) that can minimize radiation attenuation.
[0017]
For example, the first electrode 3 of this embodiment is formed by forming a titanium oxide film on the surface of the titanium substrate 8. In this case, the titanium oxide film functions as the semiconductor 2 that generates conduction electrons and holes when exposed to radiation, and the titanium substrate 8 having high electrical conductivity functions as an electrode layer. The first electrode 3 serves as an anode. Here, when the titanium oxide film 2 supports a white metal element such as platinum or palladium, the generated electrons and holes are separated from each other, so that the charge separation efficiency can be increased. The second electrode 4 of this embodiment is a cathode because the first electrode 3 is an anode, and is made of, for example, platinum.
[0018]
However, the configuration of the first electrode 3 is not limited to the example of this embodiment. For example, the semiconductor 2 constituting the first electrode 3 or included in the first electrode 3 is a substance that generates conduction electrons and holes when exposed to radiation, in other words, a substance that exhibits radiation-induced surface activity (RISA). I just need it. Therefore, it is not limited to the titanium oxide film, and may be another n-type semiconductor or p-type semiconductor. For example, since radiation has higher energy than ultraviolet rays, in addition to titanium oxide, zirconia, zirconium oxide, stainless steel stable passive, alumina, ceria, etc. having a large band gap can be used. For example, in the present embodiment, the first electrode 3 is formed by forming the titanium oxide film 2 on the surface of the titanium substrate 8, but is not limited thereto, and is formed by oxidizing the surface of stainless steel, Alternatively, a glass substrate may be formed by coating a titanium oxide film. Furthermore, the semiconductor 2 itself that generates conduction electrons and holes when exposed to radiation may be used as the first electrode 3. Here, when the semiconductor 2 is exposed to radiation, it generates conduction electrons to generate a reducing power and also generates holes to generate an oxidizing power. For this reason, the semiconductor 2 functions as a catalyst by utilizing these reducing power and oxidizing power. Therefore, the semiconductor 2 is also called a radiation catalyst or a radiation-induced surface active material.
[0019]
The electrolytic conductor 5 may be liquid, but from the viewpoint of miniaturization and portability of the radiation detector 1, it is more preferable to use a solid electrolyte or a solution obtained by solidifying the electrolyte in a paste form. Further, from the viewpoint of corrosion resistance and the like, it is desirable that the material has good material coexistence with the first electrode 3 and the second electrode 4. In the present embodiment, an electrolytic aqueous solution made of 0.1 M sodium sulfate is used as the electrolytic conductor 5. In this case, the semiconductor 2 acts as a catalyst for decomposing water molecules contained in the electrolytic conductor 5 when exposed to radiation, oxygen is generated by decomposition of water molecules at the first electrode 3, and water molecules are generated at the second electrode 4. Hydrogen is generated by the decomposition of. Note that another electrolytic solution (not limited to an aqueous electrolyte solution) may be used as the electrolytic conductor 5. For example, an electrolyte solution containing KCl, NaCl, or the like at a concentration of about 1 millimol / L (mmol / liter) may be used.
[0020]
The first electrode 3 and the second electrode 4 are immersed in, for example, the electrolytic conductor 5 and the portions exposed from the electrolytic conductor 5 are electrically connected to the measuring means 6 using signal lines 9 and 10 such as conducting wires. Connected. As the measuring means 6, a known voltmeter or ammeter may be used.
[0021]
Here, it is preferable to provide a partition 11 between the first electrode 3 and the second electrode 4 in the electrolytic conductor 5. By providing the partition portion 11, even if the electrode interval is narrow, recombination of substances respectively generated by the first electrode 3 and the second electrode 4 (for example, oxygen and hydrogen in this embodiment) can be prevented. Thereby, the radiation detector 1 can be further reduced in size. For example, it is preferable to use an ion exchange membrane that allows ions to permeate without passing through gas molecules.
[0022]
Here, the 1st electrode 3 is good also as what has a plurality of irradiated surfaces which receive radiation in piles. In this case, since radiation is irradiated to a plurality of irradiated surfaces by passing through a plurality of irradiated surfaces one after another, the sensitivity of radiation detection is increased as compared with a configuration having only one irradiated surface. Can do. For example, as shown in FIG. 2, a plurality of first electrodes 3 (four in the example shown in the figure) are provided in a layered manner and coupled in a cascade manner so that the radiation can be connected to each other. You may comprise so that it may irradiate sequentially, passing the 1 electrode 3. FIG.
[0023]
Moreover, as shown in FIGS. 3 and 4, the first electrode 3 may be a porous body. In this case, since radiation easily penetrates the porous body and penetrates a large number of irradiated surfaces in the porous body one after another, the area of the irradiated surface per unit volume is larger than when the first electrode 3 is solid. Can be increased. Therefore, the sensitivity of radiation detection can be further increased. When the first electrode 3 is a porous body, for example, the surface of the porous titanium is oxidized in an oxidizing atmosphere at 700 ° C. for 12 hours to generate titanium oxide (semiconductor 2) on the highly conductive titanium. Let Thereby, attenuation | damping of the radiation on a base material can be suppressed, and the utilization efficiency of radiation energy can be improved. Moreover, when the 1st electrode 3 is made into a porous body, it is preferable to make it the magnitude | size of the hole which does not prevent the diffusion of a reaction product and a product. On the other hand, if the hole is too large, the hole has a low mobility, so the rate of hole generation at a location far from the surface of the hole increases and combines with the generated electron before exerting its oxidizing power. It will be. For this reason, it is necessary to set an appropriate hole size from these two constraints. When the first electrode 3 is a porous body, it is not limited to providing a plurality of first electrodes 3 as shown in FIG. 3, but a single first electrode 3 is provided as shown in FIG. Also good. Even in this case, since a large number of irradiated surfaces are irradiated when radiation passes through the single first electrode 3, the sensitivity of radiation detection can be increased.
[0024]
Further, for example, in the present embodiment, in order to measure the radiation dose of a specific radiation type, the filter 12 that prevents the transmission of the non-measurement target radiation type or permits the transmission of only the measurement target radiation type is provided as the radiation source 13. Between the first electrode 3 and the first electrode 3. As the filter 12, for example, various filters used in a known radiation measurement method such as a film batch can be used (refer to Sekiguchi, Introduction to Radiation Measurement, etc.). For example, the radiation dose of a specific radiation type can be obtained by obtaining the radiation dose detected by a plurality of radiation detectors 1 each having a different type of filter 12 and the difference therebetween. As an example, when α rays, β rays, and γ rays are included in the radiation, the α rays have a small range, so the first radiation dose is obtained by the radiation detector 1 without the filter 12 (that is, α rays + β rays). The amount of radiation of + γ rays is obtained), and since β rays have the next smallest range, α rays are cut by the radiation detector 1 including the filter 12 composed of a thin film (eg, thin paper, thickness of about 0.1 mm). The obtained second radiation dose is obtained (that is, the radiation dose of β rays + γ rays is obtained), and the radiation detector 1 including the filter 12 formed of a thicker film (for example, an aluminum plate having a thickness of about 1 mm) Then, a third radiation dose from which β rays are cut is obtained (that is, a radiation dose of γ rays is obtained). From the difference between the first radiation dose and the second radiation dose, the α-ray radiation dose is obtained. From the difference between the second radiation dose and the third radiation dose, the β-ray radiation dose is obtained, and from the third radiation dose. The gamma ray radiation dose can be obtained. Examples of substances that can be used for the film include the following oxides, nitrides, and carbides. That is, as an oxide, for example, Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , ZnO, Y ₂ O ₃ , MnO ₂ , Nd ₂ O ₃ , CeO ₂ , ZrO ₂ As nitrides, for example, AlN, CrN, Si ₃ N ₄ , BN, Mg ₃ N ₂ , Li ₃ Examples of carbides such as N include Al. ₄ C ₃ , UC, U ₂ C ₃ , CaC ₂ , SiC, ZrC, W ₂ C, WC, TaC, TiC, Fe ₃ C, HfC, B ₄ C, Mn ₃ C and the like. In addition, thermal neutrons can be cut with cadmium. In addition to the above examples, it is needless to say that various filters used in other radiation measurement methods such as a film batch may be appropriately selected and used.
[0025]
An example of the operation of the radiation detector 1 configured as described above will be described. When radiation is emitted from the radiation source 13 and a specific type of radiation is irradiated to the first electrode 3 through the filter 12, the semiconductor 2 generates conduction electrons and holes, and exhibits reducing power and oxidizing power. To do. Since radiation has a larger energy than ultraviolet rays, orbital electrons including valence electrons are excited to the conduction band by Compton scattering or the like when irradiated with radiation. The electrolytic conductor 5 causes a chemical reaction in the first electrode 3 and the second electrode 4 electrically connected to the first electrode 3 due to the reducing power and oxidizing power expressed in the semiconductor 2. For example, in the present embodiment, water molecules are decomposed at the first electrode 3 to generate oxygen, and water molecules are decomposed at the second electrode 4 to generate hydrogen. A current flows in the electrolytic conductor 5 by these chemical reactions. That is, an electromotive force is generated between the first electrode 3 and the second electrode 4 according to the radiation dose received by the first electrode 3. Then, the voltage or current value based on the electromotive force is measured by the measuring means 6. Accordingly, if the correlation between the radiation dose and the voltage or current value corresponding to the radiation dose is obtained in advance, the radiation dose that the first electrode 3 has been exposed to by the voltage value or current value measured by the measuring means 6. Can be estimated.
[0026]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The radiation detector 20 is exposed to ultraviolet light or visible light and a scintillator 21 that converts radiation (for example, ionizing radiation such as α-rays, β-rays, γ-rays, X-rays, and neutrons) into ultraviolet light or visible light. A first electrode 23 made of or having at least the semiconductor 22, a second electrode 24 paired with the first electrode 23, a first electrode 23 or a second electrode The electrolytic conductor 25 that transmits current between the first electrode 23 and the second electrode 24 by causing an oxidation or reduction reaction at the electrode 24 is electrically connected to the first electrode 23 and the second electrode 24. And at least measuring means 6 for measuring a current or voltage generated between both electrodes. Reference numeral 26 denotes a container for accommodating the electrolytic conductor 25. The material of the container 26 is a transparent material (for example, a transparent plastic material) that can transmit ultraviolet light or visible light.
[0027]
For example, the first electrode 23 of this embodiment is formed by forming a titanium oxide film on the surface of the titanium substrate 27. In this case, the titanium oxide film functions as the semiconductor 22 that generates conduction electrons and holes when exposed to ultraviolet light or visible light, and the titanium substrate 27 having high electrical conductivity functions as an electrode layer. The first electrode 23 serves as an anode. Here, if a titanium oxide film 22 supports a white metal element such as platinum or palladium, the generated electrons and holes are separated, so that the charge separation efficiency can be increased. The second electrode 24 of this embodiment is a cathode because the first electrode 23 is an anode, and is made of, for example, platinum.
[0028]
However, the configuration of the first electrode 23 is not limited to the example of this embodiment. For example, the semiconductor 22 constituting the first electrode 23 or included in the first electrode 23 may be any substance that generates conduction electrons and holes when exposed to ultraviolet light or visible light. Therefore, it is not limited to the titanium oxide film, and may be another n-type semiconductor or p-type semiconductor. In the present embodiment, for example, the first electrode 23 is formed by forming the titanium oxide film 22 on the surface of the titanium substrate 27. However, the present invention is not limited thereto, and the first electrode 23 is formed by oxidizing the surface of stainless steel. Alternatively, a glass substrate may be formed by coating a titanium oxide film. Furthermore, the semiconductor 22 itself that generates conduction electrons and holes when exposed to ultraviolet light or visible light may be used as the first electrode 23. Here, the semiconductor 22 generates conduction electrons and generates reducing power when exposed to ultraviolet light or visible light, and generates holes and generates oxidizing power. For this reason, the semiconductor 22 functions as a photocatalyst using these reducing power and oxidizing power. Therefore, the semiconductor 22 is also called a photocatalyst.
[0029]
The electrolytic conductor 25 may be in a liquid state, but from the viewpoint of miniaturization and portability of the radiation detector 1, it is more preferable to use a solid electrolyte or a solidified electrolyte solution. Further, from the viewpoint of corrosion resistance and the like, it is desirable that the material coexistence with the first electrode 3 and the second electrode 4 is good. In this embodiment, 1 M sulfuric acid is used as the electrolytic conductor 25. In this case, the semiconductor 22 acts as a catalyst for decomposing water molecules contained in the electrolytic conductor 25 when exposed to ultraviolet light or visible light. In the first electrode 23, oxygen is generated by the decomposition of the water molecules, and the second electrode In 24, hydrogen is generated by the decomposition of water molecules. Note that another electrolytic solution (not limited to an aqueous electrolyte solution) may be used as the electrolytic conductor 5. For example Na ₂ SO ₄ , KCl, NaCl, and the like may be used as an electrolyte solution having a concentration of about 1 millimol / L (mmol / liter).
[0030]
The first electrode 23 and the second electrode 24 are immersed, for example, in the electrolytic conductor 25, and the portion exposed from the electrolytic conductor 25 is electrically connected to the measuring means 6 using the signal lines 9, 10 such as conductive wires. Connected. As the measuring means 6, a known voltmeter or ammeter may be used.
[0031]
Here, it is preferable to provide a partition portion 28 between the first electrode 23 and the second electrode 24 in the electrolytic conductor 25. By providing the partition portion 28, even if the electrode interval is narrow, recombination of substances (for example, oxygen and hydrogen in the present embodiment) generated in the first electrode 23 and the second electrode 24 can be prevented. Thereby, the radiation detector 20 can be further reduced in size. As the partition portion 28, for example, it is preferable to use an ion exchange membrane that allows ions to pass through without passing through gas molecules.
[0032]
Here, for example, in this embodiment, in order to measure the radiation dose of a specific radiation type, the scintillator 21 emits light in response to only the radiation of the line type to be measured, or is a line to be non-measured. A substance is selected that reacts very little to the radiation of the species (i.e. emits only very weakly). When γ rays and X rays are to be measured, for example, NaI (Tl), that is, thallium activated sodium iodide is used as the scintillator 21. Further, when α-rays, β-rays, and γ-rays are to be measured, for example, CsI (Tl) is used as the scintillator 21. Further, when measuring neutron rays, for example, LiI (Eu) is used as the scintillator 21. Further, when α-rays are to be measured, for example, ZnS (Ag) is used as the scintillator 21. In addition, as a scintillator 21 corresponding to the type of radiation to be measured, it is of course possible to use a substance used in conventional radiation measurement or the like (references such as the introduction to Sekiguchi Noboru radiation measurement). Further, in order to measure the radiation dose of a specific radiation type, the filter 12 described in the first embodiment that prevents the transmission of the radiation type of the non-measurement target or allows the transmission of only the radiation type of the measurement target is used. Alternatively, it may be arranged between the radiation source 13 and the scintillator 21.
[0033]
An example of the operation of the radiation detector 20 configured as described above will be described below. When radiation is emitted from the radiation source 13 and this radiation is applied to the scintillator 21, a specific type of radiation is converted into ultraviolet light or visible light by the scintillator 21, and the ultraviolet light or visible light is converted into the first electrode 23. Is irradiated. Thereby, the semiconductor 22 produces | generates a conduction electron and a hole, and expresses a reducing power and an oxidizing power. The electrolytic conductor 25 causes a chemical reaction in the first electrode 23 and the second electrode 24 electrically connected to the first electrode 23 due to the reducing power and oxidizing power expressed in the semiconductor 22. For example, in the present embodiment, water molecules are decomposed at the first electrode 23 to generate oxygen, and water molecules are decomposed at the second electrode 24 to generate hydrogen. Current flows in the electrolytic conductor 25 by these chemical reactions. That is, ultraviolet light or visible light is applied to the first electrode 23 according to the amount of radiation applied to the scintillator 21, thereby generating an electromotive force between the first electrode 23 and the second electrode 24. Then, the voltage or current value based on the electromotive force is measured by the measuring means 6. Therefore, if the correlation between the radiation dose and the voltage or current value corresponding to the radiation dose is obtained in advance, the radiation dose exposed to the scintillator 21 is estimated from the voltage value or current value obtained by the measuring means 6. It becomes possible to do.
[0034]
【Example】
(Example 1)
Next, a configuration example in the case where the above-described first or second embodiment of the present invention is specifically embodied will be described with reference to FIGS. However, the configuration examples shown in these drawings are merely preferable examples, and do not limit the present invention.
[0035]
(Example 1-1)
6 and 7 show the radiation detector 30 of the first configuration example. The radiation detector 30 includes a detection unit 31 that detects radiation, an output unit 32 that outputs a detection result of the detection unit 31, and a control unit 33 that operates the output unit 32 based on an output signal from the detection unit 31. The detection unit 31 and the output unit 32 are physically separated from each other. In this case, the radiation detector 20 is a remote monitor type, and the result of radiation measurement can be examined at a safe place away from the radiation source 13.
[0036]
The detection unit 31 may be configured to include the first electrode 3, the second electrode 4, the electrolytic conductor 5, and the like described in the first embodiment, or the second embodiment. The scintillator 21, the first electrode 23, the second electrode 24, the electrolytic conductor 25, and the like described in the above may be used. The output unit 32 includes, for example, a display unit 34 (for example, a liquid crystal display) that displays a radiation dose based on a voltage value or a current value output from the measuring unit 6, and a voltage value or a current value output from the measuring unit 6, or these values When the radiation dose based on the value exceeds a predetermined threshold value, the alarm unit 35 that emits a warning sound or a warning message, and the voltage value or current value output by the measuring means 6 or the radiation dose based on these values are printed on paper. And a recording unit 36 that automatically records on a recording medium such as a hard disk. The control unit 33 is, for example, a measurement circuit 6, an amplifier circuit 37 that amplifies an output signal from the measurement unit 6, and a drive circuit for driving the output unit 32 (display unit 34, alarm unit 35, recording unit 36). 38, 39, 40, and an input / output interface 41 for connecting the amplifier circuit 37 and the drive circuits 38, 39, 40.
[0037]
In the radiation detector 30, for example, the output unit 32 and the control unit 33 are operated using an external power source 42. The external power source 42 is generally electric power obtained from an outlet or the like, but a rechargeable battery or the like may be used, for example. The electric power from the external power source 42 is supplied to the measuring means 6, the amplifier circuit 37, and the input / output interface 41 via the transformer 43, for example. Note that the detection unit 31 and the control unit 33 are not limited to being electrically connected via wires, but may be connected wirelessly.
[0038]
(Example 1-2)
Next, FIGS. 8 and 9 show a radiation detector 45 of the second configuration example. The radiation detector 45 includes a detection unit 31 that detects radiation, an output unit that outputs a detection result of the detection unit 31, and a control unit that operates the output unit based on an output signal from the detection unit 31, The detection unit 31, the output unit, and the control unit are incorporated in one case 46 to form one unit. In this case, the radiation detector 45 can be configured to be portable.
[0039]
The detection unit 31 may be configured to include the first electrode 3, the second electrode 4, the electrolytic conductor 5, and the like described in the first embodiment, or the second embodiment. The scintillator 21, the first electrode 23, the second electrode 24, the electrolytic conductor 25, and the like described in the above may be used. The output unit includes, for example, a display unit 34 (for example, a liquid crystal display) that displays a radiation dose based on a voltage value or a current value output from the measuring unit 6, and a voltage value or a current value output from the measuring unit 6 or these values. And a warning unit 35 that emits a warning sound, a warning message, or the like when the radiation dose based on the above exceeds a predetermined threshold value. The control unit includes, for example, the measurement unit 6, an amplification circuit 37 that amplifies the output signal from the measurement unit 6, drive circuits 38 and 39 for driving the output unit (display unit 34, alarm unit 35), and amplification. An input / output interface 41 for connecting the circuit 37 and the drive circuits 38 and 39 is provided. Further, in the radiation detector 45, for example, the output unit and the control unit are operated using the electric power generated in the detection unit 31. The electric power generated in the detection unit 31 is supplied to the amplifier circuit 37 and the input / output interface 41, for example.
[0040]
(Example 1-3)
Next, FIGS. 10 and 11 show a radiation detector 50 of a third configuration example. The radiation detector 50 includes a detection unit 31 that detects radiation, an output unit that outputs a detection result of the detection unit 31, and a control unit that operates the output unit based on an output signal from the detection unit 31, Further, the output unit has a transmission means 51 for transmitting the detection result of the detection unit 31 to the outside. Therefore, the radiation detection result can be transmitted to a remote receiving means (not shown). For example, the detection unit 31, the output unit, and the control unit are incorporated in one case 52 to form one unit. In this case, the radiation detector 50 can be configured to be portable.
[0041]
The detection unit 31 may be configured to include the first electrode 3, the second electrode 4, the electrolytic conductor 5, and the like described in the first embodiment, or the second embodiment. The scintillator 21, the first electrode 23, the second electrode 24, the electrolytic conductor 25, and the like described in the above may be used. The output unit includes, for example, a display unit 34 (for example, a liquid crystal display) that displays a radiation dose based on a voltage value or a current value output from the measuring unit 6, and a voltage value or a current value output from the measuring unit 6 or these values. Is configured by a warning unit 35 that emits a warning sound, a warning message, or the like when the radiation dose based on the value exceeds a predetermined threshold, and a transmission antenna 51 as a transmission means. The control unit includes, for example, a measurement unit 6, an amplification circuit 37 that amplifies an output signal from the measurement unit 6, and a drive circuit 38 for driving the output unit (display unit 34, alarm unit 35, transmission antenna 51). 39, and an input / output interface 41 for connecting the amplifier circuit 37 and the drive circuits 38, 39, 53.
[0042]
In the radiation detector 50, for example, the output unit and the control unit are operated using an external power supply unit 42 (for example, a rechargeable battery). The electric power of the external power supply unit 42 is supplied to, for example, the measuring unit 6, the amplifier circuit 37, and the input / output interface 41. However, as in the second configuration example illustrated in FIGS. 8 and 9, the output unit and the control unit may be operated using the power generated in the detection unit 31.
[0043]
(Example 2)
The radiation detector 1 having the configuration shown in FIG. 1 is irradiated with γ rays and the intensity of γ rays is changed, and the relationship between the intensity [Gy / hr] of γ rays and the voltage measured by the measuring means 6 is shown. The required experiment was conducted. In the experiment, a titanium plate fired with a Bunsen burner was used as the first electrode 3, and a platinum electrode was used as the second electrode 4. Further, as the electrolytic conductor 5, Na having a concentration of 0.1 mol / L (mol / liter) is used. ₂ SO ₄ An aqueous solution was used. The experimental results are shown in FIG. From FIG. 12, it can be confirmed that there is a correlation between the radiation dose applied to the radiation detector 1 and the voltage value measured by the radiation detector 1.
[0044]
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, radiation detection or radiation dose measurement may be performed based on the amount of substance generated by a chemical reaction at the first electrode or the second electrode.
[0045]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the radiation detectors of claims 1 and 6 and the radiation detection methods of claims 5 and 7, there is no need to apply a bias voltage, so that no leakage current is generated. Measurement accuracy can be improved. In addition, the radiation detector can be reduced in size by adopting a solid electrolyte or electrolyte solution solidified as an electrolytic conductor, and can also be configured as a portable radiation detector. Further, since the current radiation dose can be immediately output to a display device or the like, it is possible to detect radiation in real time.
[0046]
Furthermore, according to the radiation detector according to claim 2, when the radiation passes through the plurality of first electrode layers one after another, the output voltage value or current value is increased, and the sensitivity of radiation detection is increased. it can.
[0047]
Further, according to the radiation detector of claim 3, since the radiation penetrates through a large number of irradiated surfaces in the porous body one after another, the radiation dose per unit volume is higher than when the first electrode is solid. The area of the irradiation surface can be increased, and the sensitivity of radiation detection can be increased.
[0048]
Furthermore, according to the radiation detector of claim 4, since the filter is arranged between the radiation source and the first electrode, the presence of radiation of a specific radiation type can be detected, and a specific The radiation dose of the radiation species can be measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the principle of a first embodiment of a radiation detector and a radiation detection method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the radiation detector and the radiation detection method.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the radiation detector and the radiation detection method.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing still another embodiment of the radiation detector and the radiation detection method.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the principle of a second embodiment of the radiation detector and the radiation detection method of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the radiation detector of the present invention (remote monitor type).
7 is a schematic functional block diagram of the radiation detector of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example (portable type) configuration of the radiation detector of the present invention.
9 is a schematic functional block diagram of the radiation detector of FIG. 8;
FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the radiation detector of the present invention (a portable type with a transmission means).
11 is a schematic functional block diagram of the radiation detector of FIG.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the intensity of γ rays and the measured voltage.
[Explanation of symbols]
1,20,30,45,50 Radiation detector
2 Semiconductors (radiation-induced surface active materials, radiation catalysts)
3 First electrode
4 Second electrode
5 Electrolytic conductor
6 Measuring means
12 Filter
21 Scintillator
22 Semiconductor (photocatalyst)
23 First electrode
24 Second electrode

Claims

A first electrode made of or at least having a semiconductor that generates conduction electrons and holes when exposed to radiation; a second electrode paired with the first electrode; the first electrode or the first electrode; While electrically connecting an electrolytic conductor for transmitting a current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at two electrodes, the first electrode and the second electrode Means for measuring the current or voltage generated between the electrodes, and means for estimating the radiation dose received by the first electrode based on the correlation between the current or voltage and the radiation dose obtained in advance. A radiation detector characterized by comprising.

The radiation detector according to claim 1, wherein a plurality of the first electrodes are provided in layers.

The radiation detector according to claim 1, wherein the first electrode is a porous body.

4. The filter according to claim 1, wherein a filter that prevents transmission of a specific radiation type or allows transmission of only a specific radiation type is disposed between a radiation source and the first electrode. 5. The radiation detector according to 1.

A first electrode made of a semiconductor that generates conduction electrons and holes when exposed to radiation, or at least including the semiconductor, and a second electrode paired with the first electrode, the first electrode or the A current generated between the first electrode and the second electrode immersed in an electrolytic conductor that transmits a current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at the second electrode Or the voltage is measured and the radiation dose which the said 1st electrode exposed is estimated based on the correlation of the said electric current or voltage and radiation dose which were calculated | required previously, The radiation detection method characterized by the above-mentioned .

A scintillator that converts radiation into ultraviolet light or visible light; a first electrode comprising or at least comprising a semiconductor that generates conduction electrons and holes upon exposure to the ultraviolet light or visible light; A second electrode paired with the first electrode, and an electrolytic conductor for transmitting a current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at the first electrode or the second electrode And a means for electrically connecting the first electrode and the second electrode and measuring a current or voltage generated between the electrodes, and a correlation between the current or voltage and the radiation dose obtained in advance. And a means for estimating the amount of radiation received by the scintillator based on the radiation detector.

A first electrode made of or having at least a semiconductor that generates conduction electrons and holes by exposure to ultraviolet light or visible light, and a second electrode paired with the first electrode, A scintillator for converting radiation into ultraviolet light or visible light by immersing it in an electrolytic conductor that conducts current between the first electrode and the second electrode by causing an oxidation or reduction reaction at one electrode or the second electrode Is disposed between the radiation source and the first electrode, the current or voltage generated between the first electrode and the second electrode is measured, and the current or voltage and the radiation dose obtained in advance are measured . A radiation detection method for estimating a radiation dose received by the scintillator based on a correlation .