JP5146604B2 - 表面汚染モニタ - Google Patents

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Description

本発明は、被験者又は検査対象物の表面に付着した放射性物質から放射される放射線を放射線検出素子で検出する表面汚染モニタに関する。
従来、原子力発電所、病院などの放射性物質を取り扱う施設に設置され、当該施設の作業者の手、足、衣服に付着した放射性物質の表面汚染を検査する表面汚染モニタとしてハンドフットクロスモニタが知られている。ハンドフットクロスモニタは、放射性物質から放出される放射線(α線、β線、γ線)を測定し、測定値が警報レベルを超えるとアラームを鳴動させるとともに汚染部位を液晶ディスプレイに表示する。
このようなハンドフットクロスモニタの放射線検出センサとしては、GM計数管、ガスフロー計数管、シンチレータ型放射線検出装置が用いられている。GM計数管及びガスフロー計数管は、放射線による気体の電離作用を利用して放射線を検出する。また、シンチレータ型放射線検出装置は、放射線により発光するシンチレータからの光をガイドによって集光し、集光した光を光電子倍増管によって増幅し、増幅信号により放射線を検出する(例えば、特開2003−167059号公報)。
ところで、一般的な放射線検出センサとしては、半導体型放射線検出装置も知られている。半導体型放射線検出装置は、シリコン(Si)などの半導体によって構成される放射線検出素子に放射線を入射させ、放射線の電離作用によって発生した電荷を電気信号として出力することにより放射線を検出する。
特開2003-167059号公報 特開昭63−193088号公報
ハンドフットクロスモニタや表面汚染モニタは、放射線を取り扱う施設への出入時に出入する人や物品の表面の放射性物質による汚染を検査するばかりでなく、必要に応じて施設内の放射性物質を取り扱う場所の出入での放射性物質の表面汚染の一次検査としても使用される。ところが、放射線検出センサとしてGM計数管、ガスフロー計数管、シンチレータ型放射線検出装置を用いる場合、放射線検出センサの装置規模が大きくなってしまうため、ハンドフットフットクロスモニタや表面汚染モニタが大型・重量化してしまい、検査を実施すべき場所への移設が簡便に実施できないという問題点があった。
そこで、ハンドフットクロスモニタの放射線検出センサとして、装置規模が比較的小さい半導体型放射線検出装置を用いることにより、ハンドフットクロスモニタの小型・軽量化を図ることが期待されている。さらに、ハンドフットクロスモニタの放射線検出センサとして、長期間にわたって放射線検出性能を維持可能な半導体型放射線検出装置が望まれていた。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、検査を実施すべき場所への移設が簡便に実施できるハンドフットクロスモニタを含む表面汚染モニタを提供することを目的とする。
本発明の表面汚染モニタは、被験者又は検査対象物の表面に付着した放射性物質から放射される放射線を放射線検出素子で検出する表面汚染モニタであって、モニタ本体を折り畳み可能な折り畳み機構を有し、被験者の手・足の表面及び衣服の表面に付着した放射性物質から放射される放射線を前記放射線検出素子で検出するハンドフットクロスモニタとして用いられ、足部測定用の前記放射線検出素子が上面に設けられた基台と、前記基台の上面中央奥に設けられた支柱と、前記支柱の上端部に固定され手部測定用の前記放射線検出素子が設けられた上部ユニットと、を備え、前記折り畳み機構は、前記支柱を、該支柱の下端部に設けられた第1のヒンジを介して前記基台の上面に折り曲げ可能であるとともに、該支柱の中間部に設けられた第2のヒンジを介して反対側に折り曲げ可能であり、前記支柱が前記第1及び第2のヒンジを介して折り曲げられた状態では、前記上部ユニットが前記基台の端部よりも外側に出ること特徴とする。
また、上記表面汚染モニタにおいて、前記放射線検出素子は、第1の面側にp型半導体層が形成され、前記第1の面と反対側の第2の面側に前記p型半導体層と接合したn型半導体層が形成された半導体基板と、前記第1の面上に形成される第1の電極と、前記第2の面上に形成される第2の電極と、前記第1の電極を含む前記第1の面の全体を被覆する防湿性を有する保護膜と、を具備することを特徴とする。
この構成によれば、長期間にわたって放射線検出性能を維持可能な半導体型検出装置を放射線検出センサとして用いるとともに、小型・軽量な表面汚染モニタを提供することができる。
また、上記表面汚染モニタにおいて、前記放射線検出素子の側面にシリコーン樹脂層を有することが望ましい。
本発明によれば、検査を実施すべき場所への移設が簡便に実施できるハンドフットクロスモニタを含む表面汚染モニタを提供することができる。
本発明の実施形態に係るハンドフットクロスモニタの斜視図である。 本発明の実施形態に係る放射線検出素子から構成される放射線検出ユニットを示す図である。 本発明の実施形態に係る放射線検出素子の斜視図である。 本発明の実施形態に係る放射線検出素子の断面図である。 本発明の実施形態に係る回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係るハンドフットクロスモニタの支柱の折り曲げ構造を示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施形態のハンドフットクロスモニタの斜視図である。ハンドフットクロスモニタは、基台1と、基台1の上面中央奥に設けられた支柱2と、支柱2の上端部に固定された上部ユニット3とから構成される。
基台1の上面手前には、足測定部4が設けられる。足測定部4には、左右一対の放射線検出部4aが設けられる。左右一対の放射線検出部4a上には、被測定者の両足が乗せられる。左右一対の放射線検出部4aは、被測定者の左足及び右足の表面に付着した放射性物質から放出される放射線(α線、β線、γ線)を検出する。なお、左右一対の放射線検出部4aの間には、後述する接触エリア4bが設けられている。
支柱2の正面下端部には、基台1の上面に向かって支柱2を折り曲げ可能にするヒンジ2aが設けられている。支柱2の背面下端部には、基台1の上面に対して垂直に支柱2を正立させる支え部2bが設けられる。また、支柱2は、支柱2の中間付近で連結された下部領域2cと上部領域2dとから構成されている。下部領域2cの正面連結部には、上部領域2dの正面連結部に設けられた突起2h(図6参照)に嵌合させて、支柱2を折り曲げ不可能に固定する留め金2eが設けられる。下部領域2c及び上部領域2d双方の背面連結部には、下部領域2cの背面に向かって上部領域2dを折り曲げ可能にするヒンジ2f(図6参照)が設けられる。また、下部領域2cの正面連結部には、留め金2eの下方に、後述するスペーサ2gが設けられる。
上部ユニット3は、被測定者の手の平よりも少なくとも厚い盤体形状を有する。上部ユニット3の上面中央部には、被測定者の各部位の放射線測定結果を表示する表示部5と、当該放射線測定結果に基づいてアラームを発するブザー6が設けられる。また、上部ユニット3には、表示部5を挟むように、左右一対の手測定部7が設けられる。手測定部7には、被測定者の手が挿入される手挿入部7aが設けられており、手挿入部7aの対向する側面には、一対の放射線検出部7bが設けられる。一対の放射線検出部7bは、手挿入部7aに挿入された被測定者の手の平及び手の甲の表面に付着した放射性物質から放出される放射線(α線、β線、γ線)を検出する。
また、上部ユニット3の一方の側面には、衣服測定部8を吊り下げ可能なフック3aが設けられる。衣服測定部8は、略長方体形状である。衣服測定部8の一方の側面には、被測定者が衣服測定部8を手持ちするための取手8aが設けられており、対向する他方の側面には、放射線検出部8bが設けられる。放射線検出部8bは、被測定者の衣服の表面に付着した放射性物質から放出される放射線(α線、β線、γ線)を検出する。
このようなハンドフットクロスモニタの放射線検出部4a、7b、8bは、半導体型の放射線検出装置であり、半導体によって構成される放射線検出素子10が2次元上に密に配列されている。なお、放射線検出部4a、7b、8bに配列される放射線検出素子10の数は、適宜変更可能である。また、放射線検出部4a、7b、8bは、図2に示すような放射線検出ユニット50を複数組み合わせたものであってもよい。図2に示す放射線検出ユニット50では、1つの基板20上に4つの放射線検出素子10が固定される。
図3は、本実施形態に係るハンドフットクロスモニタの放射線検出部を構成する放射線検出素子の斜視図である。図3に示すように、放射線検出素子10は、25mm四方の平板形状を有する。放射線検出素子10の構成を詳述するために、図4を参照し、図3の線Aにおける放射線検出素子10の断面形状を説明する。図4に示すように、放射線検出素子10は、検出部11と、回路基板側電極12と、検出面側電極13と、表面保護層としてのシリコン窒化膜14と、側面保護層としてのシリコーン樹脂層15と、を主に備えている。
放射線検出素子10の検出部11は、N型半導体基板、ここではN型シリコン基板111で構成されている。N型シリコン基板111の一方の主面には、P層114が設けられている。P層114は、不純物濃度が低い、すなわち電気抵抗値が高い層であり、後述する回路基板側電極12との間でオーミック接触させるための層である。P層114は、ホウ素などの元素をN型シリコン基板に拡散させることにより形成する。
N型シリコン基板111の他方の主面には、P層112が形成されている。このP層112の深さは、約数十μm程度である。P層112は、例えば、次のようにして形成する。まず、N型シリコン基板111の他方の主面上にシリコン酸化膜をスパッタリングなどの方法で被着し、P層112の形成領域に対応する部分を開口するようにシリコン酸化膜をパターニングし、残存したシリコン酸化膜をマスクにして、露出したN型シリコン基板にホウ素などの元素を拡散させ、その後シリコン酸化膜を除去する。
P層112の外側において露出しているN型シリコン基板111の外側には、P層113が設けられている。P層113は、不純物濃度が高い、すなわち電気抵抗値が低い層である。このP層113は接地されており、回路基板側電極12と同電位となっている。P層113付近もプラス電界が形成されて電子が移動する。すなわち、この領域では電流が流れないため、空乏層117が側面まで拡がることを防止できる。このようなP層113の存在により、漏れ電流を低減することができる。P層113は、N型シリコン基板111の他方の主面上にシリコン酸化膜をスパッタリングなどの方法で被着し、P層113の形成領域に対応する部分を開口するようにシリコン酸化膜をパターニングし、残存したシリコン酸化膜をマスクにして、露出したN型シリコン基板111にホウ素などの元素を拡散させ、その後シリコン酸化膜を除去する。
P層112の外側において露出しているN型シリコン基板111上には、シリコン酸化膜115が形成されている。このシリコン酸化膜115は、露出しているN型シリコン基板111の領域で極性反転が起きて、基板表面に沿う方向に漏れ電流が流れてしまうことを防止する。シリコン酸化膜115は、N型シリコン基板111の他方の主面上にシリコン酸化膜をスパッタリングなどの方法で被着し、露出したN型シリコン基板上に残存させるようにシリコン酸化膜115をパターニングすることにより形成する。シリコン酸化膜115の上層は、ゲッタリング層116である。ゲッタリング層116は、シリコン酸化膜層に含まれる不純物を捕獲、除去するものである。ゲッタリング層116は、シリコン酸化膜115にリンをドープして表面改質することにより形成する。
N型シリコン基板111のP層114上には、回路基板側電極12が形成されている。回路基板側電極12は、P層114上に電極材料をスパッタリングなどにより被着することにより形成する。N型シリコン基板のP層112上には、検出面側電極13が形成されている。検出面側電極13は、P層112上に電極材料をスパッタリングなどにより被着し、P層112上に残存させるように電極材料をパターニングすることにより形成する。検出面側電極13は、アルミなどの遮光膜をかねた導電膜であることが望ましい。
N型シリコン基板111の他方の主面側には、その表面を被覆するように表面側保護層として、シリコン窒化膜14が形成されている。シリコン窒化膜14は、放射線検出性能を維持しつつ、放射線検出素子10の寿命を長くするためのものである。シリコン窒化膜14の厚さは、硬度が高いことに起因する応力発生による漏れ電流の増加を考慮すると、0.5μm〜1.5μmであることが好ましい。シリコン窒化膜14は、N型シリコン基板111の他方の主面上にシリコン窒化物をスパッタリングなどにより被着することにより形成する。シリコン窒化膜は、後述する対環境試験(促進試験)から判るように防湿性に優れた保護膜であるが、同様の対環境性能を有する保護膜として、シリコン窒化膜の他に、パラキシリレン系有機薄膜を用いることもできる。
また、検出部11の上面(有感部領域)を除いた側面領域には、側面側保護層として、シリコーン樹脂層15が設けられている。シリコーン樹脂層15も、放射線検出性能を維持しつつ、放射線検出素子10の寿命を長くするためのものである。上記シリコン窒化膜14及びシリコーン樹脂層15を設けることにより、より確実に、放射線検出性能を維持しつつ、放射線検出素子10の寿命を長くすることができる。シリコーン樹脂層15は、検出部11の側面にシリコン樹脂を塗布し、乾燥することにより形成する。
なお、このような検出部11において、P層112は、アモルファスシリコン層であっても良い。すなわち、N型シリコン基板111上にP層形成領域を開口したマスクを介してアモルファスシリコンをCVD(Chemical Vapor Deposition)法で成膜して、N型シリコン基板111上にアモルファスシリコンP層を形成しても良い。
ここで、ベータ線放射線検出素子では、ベータ線だけでなく光も計数(捕獲)してしまうことから、対環境性能(透湿性能)に優れかつ遮光性を有し、使用時の素子の汚染防止も可能なポリイミド等の有機膜を併用する。ところが、ベータ線よりも飛程が短いアルファ線の場合、保護膜の厚さとして6μm程度までしか確保できないので、保護膜に十分な防湿性の機能を持たせることは困難である。このため、放射線検出素子に形成する保護膜に十分な防湿性を持たせる必要がある。そこで、電極部分を含む表面全面をシリコン窒化膜(又はパラキシリレン系有機薄膜)で覆い、保護膜に十分な防湿性を持たせている。遮光性は検出面側電極13にアルミなどの遮光膜をかねた導電膜を用いることで実現可能である。
以上のような放射線検出部4a、7b、8aには、図5に示すような回路ブロックが接続される。図5は、本実施形態のハンドフットクロスモニタの放射線検出部の回路ブロック図である。図5に示すように、放射線検出部4a、7b、8aでは、放射線検出素子10毎に信号処理部30が設けられ、各信号処理部30は、MPU40に接続されている。
各信号処理部30は、放射線検出素子10から放出された信号を増幅する。MPU40は、各信号処理部30で増幅された信号を検出し、検出信号をカウントし、カウント結果に基づいて放射線量を算出する。MPU40は、算出した放射線量が所定値を超える場合、アラームを発するようにハンドフットクロスモニタのブザー6を制御し、算出した放射線量が所定値を超えた汚染部位の警告表示を行うように表示部5を制御する。なお、MPU40は、放射線検出素子10からの検出信号のカウント範囲を制御することによって、汚染部位をより詳細に特定することが可能である。
次に、図1及び4を参照し、以上のように構成されたハンドフットクロスモニタにおいて、被測定者の手、足、衣服の表面に付着した放射性物質から放射される放射線を検出する動作について説明する。
被測定者は、手、足の表面に付着した放射性物質を検出するために、図1に示すハンドフットクロスモニタにおいて、足測定部4に設けられた左右一対の放射線検出部4aに両足を乗せるとともに、手・足測定開始ボタン(不図示)を押下し、一対の手測定部7に設けられた手挿入部7aに両手を挿入する。また、被測定者は、手・足の検査後に、衣服の表面に付着した放射性物質を検出するために、衣服測定部8の取手8aを保持して、衣服測定開始ボタン(不図示)を押下し、放射線検出部8bを自身の衣服に近づける。
被測定者によって手・足測定開始ボタンや衣服測定開始ボタンが押下されると、放射線検出部4a、7b、8bに配列された放射線検出素子10に電圧が印加される。図4に示す放射線検出素子10において、P層112に負電圧を印加し、N型シリコン基板111に正電圧を印加すると、すなわち、pn接合に逆方向バイアスを印加すると、N型シリコン基板111に空乏層117が形成される。この空乏層117は、高い比抵抗であり、電界強度が高い領域である。したがって、この状態の放射線検出素子10にβ線のような放射線が入射すると、空乏層117において電離し、2次電子となって有効に集められる。この有効に集められた2次電子がパルス状の電流信号となり、このパルス状の電流信号を検出することにより放射線を検出することができる。
このような放射線検出素子10の構成、すなわち、N型シリコン基板111の他方の主面を被覆するようにシリコン窒化膜14が形成されており、少なくとも検出部11の側面を含む領域にシリコーン樹脂層15が設けられている構成によれば、長期間にわたって放射線検出性能を維持することができる。具体的に、図4に示す構成の放射線検出素子10に逆バイアス150Vを印加した状態で85℃、85%RHに放置した促進試験を行ったところ、1000時間以上にわたって、目標漏れ電流値150nA(室温)以下(実測値100nA以下)を維持したことが確認できた。
また、本実施形態に係る構成の放射線検出素子10においては、放射線を電離し、2次電子として有効に集めるために十分な空乏層117を形成するのに必要なバイアス電圧を低くすることができる。P型シリコン基板にN層を設けた構造においては、十分な空乏層117を形成するためには、200Vのバイアス電圧が必要となる。このような構成では、全体として絶縁耐圧性を高める必要がある。一方、図4に示す構造、すなわちN型シリコン基板111にP層112を設けた構造では、100V以下のバイアス電圧で十分な空乏層117を形成することができる。このため、図4に示す構造は、絶縁耐圧の観点からも有利な構造である。
以上のように、本実施形態に係るハンドフットクロスモニタによれば、長期間にわたって放射線検出性能を維持可能な半導体型検出装置を放射線検出センサとして用いるとともに、小型・軽量なハンドフットクロスモニタを提供することができる。
なお、本実施形態に係るハンドフットクロスモニタは、設置場所へ移動する場合又は収納する場合には、支柱2を折りたたみ、持ち運び容易な形状にすることができ、収納スペースを小さくすることが可能である。図6は、本実施形態のハンドフットクロスモニタの支柱を折り曲げた様子を示す図である。
図6では、図1において支柱2の上部領域2dの突起2hに嵌合していた留め金2eが外され、下部領域2cがヒンジ2aを介して基台1の上面に向かって折り曲げられている。下部領域2cの長さは、下部領域2cを折り曲げた場合に、基台1から下部領域2cが突出しないように制限されている。また、基台1の足測定部4の一対の放射線検出部4aの間には、接触エリア4bが設けられている。接触エリア4bは、下部領域2cを基台1の上面に向かって折り曲げたときに、下部領域2cの留め金2eとスペーサ2gとを接触させるためのものである。この接触エリア4bを設けたことにより、下部領域2cを折り曲げたときに、下部領域2cが放射線検出部4aに接触することによって、放射線検出素子10に傷がつくのを防止することができる。
また、図6では、留め金2eが外された上部領域2dがヒンジ2fによって下部領域2cの背面に向かって折り曲げられている。折り曲げられた上部領域2dと下部領域2cとの間には、下部領域2cの背面下端部に設けられた支え部2bが収納される。上部領域2dの長さは、上部領域2dを折り曲げた場合に、基台1から上部領域2dの上端部に固定された上部ユニット3が突出する長さに設定されている。また、基台1の背面には、上部領域2dを折り曲げた場合に、基台1から突出した上部ユニット3を固定する固定部1aが設けられている。固定部1aは、上部ユニット3の背面に設けられた溝(図示なし)を固定部1aに嵌合させて、上部ユニット3を固定する。このように、支柱2を折りたたみ可能に構成することによって、ハンドフットクロスモニタを持ち運び容易な形状にすることができ、収納スペースを小さくすることが可能である
なお、本実施形態では、被験者(被測定者)の手・足の表面及び衣服の表面に付着した放射性物質から放射される放射線を放射線検出素子10で検出するハンドフットクロスモニタについて説明した。しかしながら、本発明は、検査対象物の表面に付着した放射線物質から放射される放射線を放射線検出素子10で検出する表面汚染モニタ(例えば、ランドリーモニタや物品表面汚染モニタ)にも適用可能である。
本出願は、2009年7月10日出願の特願2009−164092に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (10)

  1. 被験者又は検査対象物の表面に付着した放射性物質から放射される放射線を放射線検出素子で検出する表面汚染モニタであって、
    モニタ本体を折り畳み可能な折り畳み機構を有し、
    被験者の手・足の表面及び衣服の表面に付着した放射性物質から放射される放射線を前記放射線検出素子で検出するハンドフットクロスモニタとして用いられ、
    足部測定用の前記放射線検出素子が上面に設けられた基台と、
    前記基台の上面中央奥に設けられた支柱と、
    前記支柱の上端部に固定され手部測定用の前記放射線検出素子が設けられた上部ユニットと、を備え、
    前記折り畳み機構は、
    前記支柱を、該支柱の下端部に設けられた第1のヒンジを介して前記基台の上面に折り曲げ可能であるとともに、該支柱の中間部に設けられた第2のヒンジを介して反対側に折り曲げ可能であり、
    前記支柱が前記第1及び第2のヒンジを介して折り曲げられた状態では、前記上部ユニットが前記基台の端部よりも外側に出ること特徴とする表面汚染モニタ。
  2. 請求項1記載の表面汚染モニタにおいて、
    前記放射線検出素子は、
    第1の面側にp型半導体層が形成され、前記第1の面と反対側の第2の面側に前記p型半導体層と接合したn型半導体層が形成された半導体基板と、
    前記第1の面上に形成される第1の電極と、
    前記第2の面上に形成される第2の電極と、
    前記第1の電極を含む前記第1の面の全体を被覆する防湿性を有する保護膜と、を具備することを特徴とする表面汚染モニタ。
  3. 前記防湿性を有する保護膜は、シリコン窒化膜を有することを特徴とする請求項2記載の表面汚染モニタ。
  4. 前記防湿性を有する保護膜は、パラキシリレン系有機薄膜を有することを特徴とする請求項2記載の表面汚染モニタ。
  5. 前記第1の電極は、遮光性を有する導電膜で形成されていることを特徴とする請求項2記載の表面汚染モニタ。
  6. 前記n型半導体層の一部が、前記p型半導体層の側面を囲んで前記第1の面側に形成され、
    前記p型半導体層の側面の外側に前記n型半導体層を介して、他のp型半導体層が形成されており、
    前記他のp型半導体層と前記第2の電極が同電位となるように電気的に接続されたことを特徴とする請求項2記載の表面汚染モニタ。
  7. 前記第1の面において、前記n型半導体層が形成された領域に酸化シリコン膜が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の表面汚染モニタ。
  8. 前記半導体基板はN型半導体基板であり、前記p型半導体層は前記n型半導体基板に不純物元素が拡散して形成された半導体層であることを特徴とする請求項2に記載の表面汚染モニタ。
  9. 前記n型半導体層と前記第2の電極の間に、前記p型半導体層より不純物濃度が小さいp−層を有することを特徴とする請求項2に記載の表面汚染モニタ。
  10. 前記放射線検出素子の側面にシリコーン樹脂層を有することを特徴とする請求項2記載の表面汚染モニタ。
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