JP6899344B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。

例えば、放射線検出器において、高い検出感度及び高い検出選択性が得られることが望まれる。

特開２０１５−１１５３５７号公報 特許第５９７６４２９号公報

本発明の実施形態は、感度及び選択性の向上が可能な放射線検出器を提供する。

本発明の実施形態によれば、放射線検出器は、金属部材、キャパシタ及び第１電荷増幅器を含む。前記金属部材は、第１部分及び第２部分を含む。前記キャパシタは、前記第２部分と電気的に接続される。前記第１電荷増幅器は、前記第１部分と電気的に接続され、前記金属部材に入射したα線に応じた信号を出力する。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、放射線検出器に関する実験結果を例示するグラフ図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、放射線検出器に関する実験結果を例示するグラフ図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式的断面図である。 図５は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図６は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図７は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図８は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図９は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図１０は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図１１は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図１２は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図１３は、放射線検出器に関する実験結果を例示するグラフ図である。 図１４は、放射線検出器に関する実験結果を例示するグラフ図である。 図１５は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図１６は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。 図１７は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。 図１８は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式図である。 図１９は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。 図２０は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１１０は、金属部材１０、キャパシタ２０及び第１電荷増幅器５１を含む。

金属部材１０は、例えば、金属層でも良い。金属部材１０は、第１部分１０ａ及び第２部分１０ｂを含む。例えば、第１部分１０ａは、金属部材１０の１つの端部でも良い。第２部分１０ｂは、金属部材１０の別の１つの端部でも良い。これらの端部は、互いに離れる。例えば、第１部分１０ａ及び第２部分１０ｂの間の領域に、放射線８１が入射可能である。放射線８１は、例えば、α線である。

キャパシタ２０は、第２部分１０ｂと電気的に接続される。例えば、キャパシタ２０は、第１端子２０ａ及び第２端子２０ｂを含む。第１端子２０ａは、第２部分１０ｂと電気的に接続される。第２端子２０ｂは、例えば、第１電位２５に設定される。第１電位２５は、例えば、グランド電位でもよい。第１電位２５は、例えば、放射線検出器１１０に設けられる１つの電位（基準電位）でもよい。

第１電荷増幅器５１は、第１部分１０ａと電気的に接続される。第１電荷増幅器５１は、例えば、金属部材１０に入射した放射線８１（例えば、α線）に応じた信号を出力する。

この例では、第１電位設定部７１が設けられる。第１電位設定部７１は、放射線検出器１１０に含まれても良い。第１電位設定部７１は、放射線検出器１１０とは別に設けられてもよい。第１電位設定部７１は、第１部分１０ａと電気的に接続される。第１電位設定部７１は、第１部分１０ａの電位を、第１電位２５（例えばグランド電位）と異なるようにする。第１部分１０ａの電位と、第１電位２５の電位と、の差を２０Ｖ以上とする。これにより、例えば、良好な感度が得られる。電位の差は、例えば、２００Ｖ以下でも良い。これにより、例えば、ノイズを抑制できる。例えば、第１電位２５が０ボルトであり、第１部分１０ａの電位が、−５０Ｖ〜−２０Ｖ程度に設定される。このように、金属部材１０に負のバイアス電圧が印加される。

このような状態で、金属部材１０にα線が入射すると、第１電荷増幅器５１から、α線に応じた電気信号が得られることが分かった。この電気信号が、第１処理部６１により計測される。第１処理部６１は、例えば、計測部である。

図１（ｂ）に示す放射線検出器１１０ａのように、実施形態に係る放射線検出器は、出力部６０Ｄを含んでも良い。出力部６０Ｄは、第１処理部６１の出力に基づく情報を出力する。出力部６０Ｄは例えば、表示装置である。出力部６０Ｄは、送信装置でもよい。出力部６０Ｄは、第１処理部６１の出力に基づく情報（信号）を別の装置に送信してもよい。

図１（ｃ）に示す放射線検出器１１０ｂのように、実施形態に係る放射線検出器は、ハウジング６５をさらに含んでも良い。例えば、金属部材１０の少なくとも一部は、ハウジング６５に覆われていない。例えば、金属部材１０は、第１部分１０ａと第２部分１０ｂとの間の領域を含む。この領域の少なくとも一部は、ハウジング６５に覆われていない。これにより、金属部材１０の少なくとも一部にα線が入射可能である。α線の吸収率は、多くの物質中で高い。このため、例えば、１００μｍの厚さの紙によっても、α線が実質的に遮蔽される。金属部材１０の少なくとも一部がハウジング６５に覆われていないことにより、α線が金属部材１０に入射できる。例えば、ハウジング６５に開口部６６（窓）が設けられる。開口部６６において、金属部材１０が露出する。ハウジング６５は、以下に説明する任意の放射線検出器に適用できる。

金属部材１０にバイアス電圧が印加された状態で、金属部材１０にα線が入射すると、第１電荷増幅器５１からα線に応じた電気信号が得られることが分かった。

この現象は、以下のように考えられる。金属部材１０にα線が入射したときに、金属部材１０において電荷が発生すると考えられる。発生した電荷が、バイアス電圧により、第１電荷増幅器５１に向けて移動すると考えられる。第１電荷増幅器５１は、金属部材１０で発生した電荷を増幅する。例えば、第１電荷増幅器５１は、金属部材１０に入射したα線に応じた信号を出力する。例えば、電荷は、電子及び正孔の少なくともいずれかである。第１電位２５に対して、負のバイアス電圧が印加されると正孔が第１電荷増幅器５１に向けて移動すると考えられる。正のバイアス電圧が印加されると、電子が第１電荷増幅器５１に向けて移動すると考えられる。

本願発明者は、このような現象が生じることを実験により見出した。以下、実験について説明する。実験においては、金属線（金属部材１０に相当）の一端に、電荷増幅器が接続されている。金属線の他端に、キャパシタの第１端子が接続される。キャパシタの第２端子がグランド電位に設定される。金属線の一端に、バイアス電圧が印加される。この状態で、金属線に放射線が入射される。この実験では、放射線源としてトリウムを含有したマントルが用いられる。金属線は、Ｓｎを含む。

本願発明者は、金属線の上に紙を置いたときと、紙を置いていないときで、電荷増幅器からの出力に差が生じることに気がついた。以下、これらの状態のときに得られる信号の例について説明する。

図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図３（ａ）〜図３（ｃ）は、放射線検出器に関する実験結果を例示するグラフ図である。
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１状態ＳＴ１に対応する。第１状態ＳＴ１においては、金属線の上に紙が置かれていない。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第２状態ＳＴ２に対応する。第２状態ＳＴ２においては、金属線の上に紙が置かれる。紙の厚さは、約２００μｍである。第１状態ＳＴ１においては、金属線にα線、β線及びγ線が入射する。第２状態ＳＴ２においては、金属線にβ線及びγ線が入射し、α線が実質的に入射しない。

図２（ａ）及び図３（ａ）は、電荷増幅器の出力信号をフィルタ処理し、高周波のノイズ成分を除去したものである。図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、電荷増幅器の出力信号を波形整形増幅器（スペクトロスコピー・アンプ）で、極性反転・フィルタ処理・増幅した信号である。これらの図において、横軸は、時間ｔｍである。縦軸は、信号電圧ＳＶである。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１状態ＳＴ１における、複数回の放射線の入射のうちの１回の入射における１つのパルスの状態を例示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第２状態ＳＴ２における、複信号を例示している。
既に説明したように、第２状態ＳＴ２においては、α線は金属線に実質的に入射しない。従って、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す信号は、ノイズまたはβ線またはγ線に、由来すると考えられる。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第２状態ＳＴ２においては、ピークはほとんど観測されない。一方、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１においては、時間幅の長いブロードなピークが観察されることが分かった。このブロードなピークは、α線に由来すると考えられる。

このように、金属線にα線が入射すると、α線に由来する特異的な信号が得られることが分かった。β線及びγ線に対しての感度が低く（実質的にゼロ）、α線を選択的に検出できることが分かった。

上記のようなピークが複数回の放射線の入射のそれぞれで得られる。

図２（ｃ）及び図３（ｃ）は、複数回の放射線の入射に対応するピークをカウントした結果を例示している。これらの図の横軸は、ピークの高さＨ１（ピークの強度）である。これらの図の縦軸は、高さＨ１を有するピークの数Ｎ１（カウント数）である。この例では、５分間の期間において、得られたピークがカウントされている。

図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように、高さＨ１が８００以下の領域ではピークの数Ｎ１が多い。この領域におけるピークは、ノイズ成分を含んでいると考えられる。例えば、高さＨ１が９００を閾値とする。高さＨ１が９００以上の領域におけるピークの数Ｎ１をカウントすると、ノイズを実施的排除することができる。高さＨ１が９００以上の領域において、図２（ｃ）に示す第１状態ＳＴ１のピーク数Ｎ１は、図３（ｃ）に示す第２状態ＳＴ２のピーク数Ｎ１よりも、明らかに大きい。図２（ｃ）に例示する、９００以上のピークは、α線に由来すると考えられる。例えば、第１状態ＳＴ１におけるピークの数Ｎ１と、第２状態ＳＴ２におけるピークの数Ｎ１と、の差は、α線の量に関係していると考えられる。

このような実験結果から、本実施形態に係る放射線検出器１１０の構成が導出できる。放射線検出器１１０によれば、α線を効率的に検出できる。例えば、α線を、他の放射線（β線及びγ線など）と分離して、検出できる。例えば、他の放射線が存在する種々の環境において、α線を選択的に高い検出感度で検出できる。

例えば、α線を検出する第１参考例として、シンチレータにα線を入射させ、シンチレータで得られた光を光電変化する方法が考えられる。この参考例では、α線を光に変換し、その光を光電子増倍管で電流に変換する。２回の変換が行われるため、効率が低い。一方、例えば、第２参考例として、２つの電極の間に半導体材料が設けられた構造を有する直接変換型の放射線検出器が考えられる。第２参考例においては、放射線の入射により半導体材料で生じる電荷が取り出される。第２参考例において、α線が電極で減衰するため、検出感度が不十分である。第２参考例では、半導体材料がβ線またはγ線を電荷に変換して、その電荷が検出される。このため、第２参考例では、α線を選択的に検出することができない。

これに対して、実施形態においては、α線が入射した金属部材１０から直接電荷が取り出される。このため、高い効率と高い選択性とが得られる。実施形態においては、他の部材を介さないで金属部材１０にα線が入射する。このため、α線が、減衰されずに、金属部材１０に入射する。これにより、高い検出感度が得られる。

第３参考例として、医療用（または検査用）などのＸ線検出器において、ＣｄＴｅなどの半導体を用いた電荷発生部が用いられる。第３参考例においては、意図して出射されたＸ線が対象物に照射され、対象物が検査される。従って、検出すべきＸ線の照射のタイミングが既知であり、また十分な強度で照射することができる。したがって、所望の結果が得られる。

これに対して、例えば、放射性物質による汚染を検出する場合においては、検出対象の放射線は、時間的に不連続でランダムに放出される。この放射線が生じるタイミングは、既知ではない。このような特別な事情が存在する。このため、放射線検出器には、放射線に対して高速に応答することが求められる。放射線検出器には、微弱な（放射線粒子の入射頻度の低い）放射線を検出できることが求められる。短いパルス状の放射線に高感度で反応することが求められる。

実施形態においては、放射線８１（例えばα線）を高感度に検出できる。実施形態においては、α線を、選択的に検出できる。

実施形態において、金属部材１０は、例えば、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｌ及びＰｂよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。少なくともこれらの材料において、上記の現象が生じる。

キャパシタ２０の容量は、例えば、０．１ｐＦ以上１ｎＦ以下である。

実施形態において、第１電荷増幅器５１は、放射線８１が金属部材１０に入射することで生じるパルス状信号を増幅する。第１電荷増幅器５１で得られた信号の数および信号の強度（波高値）が、第１処理部６１で計測される。

既に説明したように、放射線検出器１１０は、第１電位設定部７１及び第１処理部６１をさらに含んでも良い。第１電位設定部７１は、金属部材１０の第１部分１０ａと電気的に接続される。第１処理部６１は、第１電荷増幅器５１と電気的に接続される。

例えば、第１処理部６１においては、例えば、波形整形増幅器（スペクトロスコピー・アンプ）で波形を整形し、波高分析器（マルチチャンネルアナライザ）で、パルスの波高値と、パルスの数と、を計測しても良い。または、第１処理部６１においては、波形整形増幅器で波形を整形し、比較器（コンパレータ）であらかじめ設定した閾値以上の信号を取り出し、その信号の数を計数（カウンタ）回路で計測しても良い。

波形整形増幅器は、例えば、第１電荷増幅器５１から出力されたパルス状の信号をノイズ成分と分離する。波形整形増幅器は、例えば、信号を、波高分析器の入出レンジに適合するように、増幅する。例えば、放射線検出に由来する信号は、１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの周波数を有する。例えば、１ｋＨｚ未満の周波数におけるノイズ成分と、２０ｋＨｚ超える周波数におけるノイズ成分と、が分離される。この分離は、例えば、波形整形増幅器に内蔵されたフィルタ回路で行われる。この分離は、別に設けられたフィルタ回路で行われても良い。これにより、信号に含まれるノイズ成分を低減させる。第１電荷増幅器５１及び第１処理部６１においては、パルス法によるカウントが行われる。波形増幅器の例については、後述する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式的断面図である。
図４（ａ）に示すように、ハウジング６５の開口部６６において、金属部材１０の一部が露出している。金属部材１０の厚さｔ１は、例えば、１０ｎｍ以上３ｍｍ以下である。金属部材１０の表面に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。厚さは、Ｚ軸方向における長さである。金属部材１０が厚いと金属部材１０において、安定した強度が得られる。厚さｔ１が３ｍｍを超えると、装置が必要以上に重くなる。

金属部材１０の厚さｔ１が１０ｎｍ以上のときに、例えば、金属部材１０に入射したα線が効率的に電荷に変化される。高い感度が得やすくなる。後述するように、金属部材１０の下に、他の放射線（例えば、β線またはγ線など）の検出部が設けられてもよい。このような場合には、金属部材１０の厚さｔ１が過度に厚いと、他の放射線が金属部材１０で大きく減衰する。例えば、厚さｔ１が５０μｍ以下のときに、金属部材１０の下に、他の放射線（例えば、β線またはγ線など）の検出部が設けられる場合も、他の放射線を効率的に検出できる。

図４（ｂ）に示すように、金属部材１０の表面に薄い膜１０Ｆが設けられても良い。例えば、膜１０Ｆは、金属部材１０に含まれる金属の酸化物を含む。膜１０Ｆの厚さｔＦは、例えば、２００ｎｍ以下である。α線は、膜１０Ｆを通過できる。膜１０Ｆは、金属部材１０の保護膜として機能しても良い。

図５は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図５に示すように、放射線検出器１１１においては、キャパシタ２０は、第１導電層２１、第２導電層２２、及び、半導体層２３を含む。半導体層２３は、第１導電層２１及び第２導電層２２の間に設けられる。第１導電層２１は、第１電位２５に設定される。第２導電層２２は、金属部材１０の第２部分１０ｂと電気的に接続される。半導体層２３は、例えば、有機半導体を含んでも良い。例えば、半導体層２３により、他の放射線（例えば、β線またはγ線など）が検出されても良い。他の放射線を検出できる部分を、キャパシタ２０として用いても良い。半導体層２３が有機半導体を含むことにより、例えば、高い感度で、他の放射線を検出することが容易になる。

図６及び図７は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図６に示すように、実施形態に係る放射線検出器１１２においては、複数の検出部が設けられる。複数の検出部のそれぞれは、金属部材１０及びキャパシタ２０を含む。この例では、複数の検出部のそれぞれに、第１電荷増幅器５１が設けられる。この例では、複数の検出部に対して、１つの第１処理部６１及び第１電位設定部７１が、設けられている。

図７に示すように、複数の金属部材１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って、マトリクス状に設けられても良い。面状の検出部で、放射線を効率的に検出できる。例えば、放射性物質の位置を効率的に把握することができる。この例では、基板１０Ａの第１面に複数の金属部材１０が設けられる。基板１０Ａの第２面（例えば裏面）に、複数の第１電荷増幅器５１が設けられる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図８に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１２０は、金属部材１０、キャパシタ２０及び第１電荷増幅器５１に加えて、第１放射線検出部ＤＰ１をさらに含む。この例では、第２電荷増幅器５２、第２電位設定部７２及び第２処理部６２がさらに設けられている。放射線検出器１２０のこれ以外の構成は、放射線検出器１１０の構成と同様である。放射線検出器１２０において、第１放射線検出部ＤＰ１は、β線及びγ線よりなる群から選択された少なくとも１つを含む放射線を検出する。

この例では、金属部材１０と第１放射線検出部ＤＰ１との間に基板１０Ａが設けられている。例えば、基板１０Ａの第１面に金属部材１０が設けられる。基板１０Ａの第２面（例えば裏面）に第１放射線検出部ＤＰ１が設けられる。

例えば、金属部材１０の少なくとも一部は、第１放射線検出部ＤＰ１の少なくとも一部と重なる。

この例では、第１放射線検出部ＤＰ１の一部（第３部分３０ｃ）は、第２電荷増幅器５２及び第２電位設定部７２と電気的に接続される。第２電荷増幅器５２の出力が、第２処理部６２に入力される。一方、第１放射線検出部ＤＰ１の別の一部（第４部分３０ｄ）は、第１電位２５に設定される。

例えば、金属部材１０に放射線８１が入射する。放射線８１は、第１放射線８１ａ及び第２放射線８１ｂを含む。第１放射線８１ａは、例えば、α線である。第２放射線８１ｂは、β線及びγ線よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

第１放射線８１ａは、金属部材１０に入射し、基板１０Ａ及び第１放射線検出部ＤＰ１には、実質的には入射しない。

一方、β線及びγ線よりなる群から選択された少なくとも１つ含む放射線（第２放射線８１ｂ）は、金属部材１０の少なくとも一部を通過して第１放射線検出部ＤＰ１に入射する。例えば、第２放射線８１ｂは、金属部材１０及び基板１０Ａを通過し、第１放射線検出部ＤＰ１に入射する。第１放射線検出部ＤＰ１で得られた信号が、第２電荷増幅器５２で検出され、その結果が、第２処理部６２で処理される。第２処理部６２は、第２放射線８１ｂ（β線及びγ線よりなる群から選択された少なくとも１つ）の検出結果を出力する。

一方、第１処理部６１は、金属部材１０で得られた信号に基づく検出結果（α線の検出結果）を出力する。

この例において、金属部材１０の厚さｔ１は１０ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。例えば、金属部材１０に入射したα線が効率的に電荷に変化される。高い感度が得やすくなる。厚さｔ１が５０μｍ以下のときに、第２放射線８１ｂが第１放射線検出部ＤＰ１に効率的に到達する。第１放射線８１ａ及び第２放射線８１ｂのそれぞれを高い感度で検出できる。

図９は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図９に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１２１において、第１放射線検出部ＤＰ１は、第１電極３１、第２電極３２及び半導体層３３を含む。この例では、封止部材３５及び接着部材３５ａがさらに設けられている。

第１電極３１と基板１０Ａとの間に第２電極３２が設けられる。第１電極３１と第２電極３２との間に半導体層３３が設けられる。半導体層３３は、例えば、有機半導体を含む。封止部材３５、基板１０Ａ及び接着部材３５ａにより、半導体層３３が覆われる。例えば、半導体層３３に含まれる有機半導体が、空気中の水分または酸素により劣化することが抑制される。第１電極３１の一部は、封止部材３５に覆われていない。この部分が、第１電位２５に設定される。第２電極３２の一部は、封止部材３５に覆われていない。この部分が、第２電荷増幅器５２に電気的に接続される。半導体層３３に入射した第２放射線８１ｂが電荷に変換される。第２電荷増幅器５２及び第２処理部６２により、この電荷に対応した検出結果が得られる。

図１０は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図１０に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１２２においても、第１放射線検出部ＤＰ１は、第１電極３１、第２電極３２及び半導体層３３を含む。この例では、封止部材３５及び接着部材３５ａがさらに設けられている。放射線検出器１２２においては、キャパシタ２０（例えば図９参照）が設けられていない。そして、第２電荷増幅器５２、第２電位設定部７２及び第２処理部６２が設けられていない。

このように、放射線検出器１２２においては、金属部材１０と、第１放射線検出部ＤＰ１と、第１電荷増幅器５１と、が設けられる。第１放射線検出部ＤＰ１は、β線及びγ線よりなる群から選択された少なくとも１つを含む放射線（第２放射線８１ｂ）を検出する。第１放射線検出部ＤＰ１の一部（第３部分３０ｃ）は、金属部材１０の第２部分１０ｂと電気的に接続されている。例えば、接続部材２０Ｌにより、第３部分３０ｃと第２部分１０ｂとが、互いに電気的に接続される。

放射線検出器１２２においては、第１放射線検出部ＤＰ１の少なくとも一部は、金属部材１０の第２部分１０ｂと電気的に接続されたキャパシタ２０（例えば、図９参照）として機能する。第１電荷増幅器５１は、金属部材１０の第１部分１０ａと電気的に接続される。第１電荷増幅器５１は、金属部材１０に入射したα線（第１放射線８１ａ）に応じた第１信号Ｓ１を出力する。

例えば、第１電荷増幅器５１は、第１放射線検出部ＤＰ１の出力に応じた第２信号Ｓ２を出力する。

放射線検出器１２２においては、第１電荷増幅器５１は、第１放射線８１ａの検出と、第２放射線８１ｂの検出と、で兼用される。

第１処理部６１は、第１電荷増幅器５１と電気的に接続される。例えば、第１電荷増幅器５１は、第１放射線検出部ＤＰ１と電気的に接続される。この例では、金属部材１０及び接続部材２０Ｌを介して、第１電荷増幅器５１は、第１放射線検出部ＤＰ１と電気的に接続される。

後に説明するように、α線と他の放射線（β線及びγ線）とで、得られるパルス形状が異なる。パルス形状に基づいて、これらの放射線を分離して検出しても良い。分離は、例えば、第１処理部６１により行われても良い。第１処理部６１は、第１電荷増幅器５１からの出力の波形の形状、及び、出力の大きさの少なくともいずれかにより、第１放射線８１ａ（α線）の検出結果と、第２放射線８１ｂ（β線及びγ線の少なくとも１つを含む放射線）の検出結果と、を分離しても良い。

図１１は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図１１に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１２３においては、ハウジング６５がさらに設けられている。放射線検出器１２３におけるこれ以外の構成は、例えば、放射線検出器１２２の構成と同様である。

放射線検出器１２３においても、ハウジング６５の開口部６６において、金属部材１０の少なくとも一部は、露出する。この例では、第１放射線検出部ＤＰ１もハウジング６５の中に設けられている。第１電荷増幅器５１、第１処理部６１及び第１電位設定部７１の少なくともいずれかがハウジング６５の中に設けられても良い。

放射線検出器１２３において、金属部材１０は、第１放射線検出部ＤＰ１に入射する光を減衰させてもよい。例えば、金属部材１０は、光減衰膜（遮光膜）として機能しても良い。例えば、外部の光が第１放射線検出部ＤＰ１の半導体層３３に入射することが抑制される。例えば、ノイズを低減できる。

図１２は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１２４においては、第１放射線検出部ＤＰ１は、第１電極３１、第２電極３２及び光電変換層３６を含む。そして、シンチレータ１０Ｂが設けられている。基板１０Ａの代わりに設けられたシンチレータ１０Ｂを除いて、放射線検出器１２４の構成は、放射線検出器１２２の構成と同様である。

例えば、放射線８１が入射すると、シンチレータ１０Ｂにおいて、光が発生する。金属部材１０は、発生する光の波長に対して、高い反射率を有しても良い。シンチレータ１０Ｂで発生する光を効率よく光電変換層３６に導入することができる。

図１３及び図１４は、放射線検出器に関する実験結果を例示するグラフ図である。
これらの図は、図１２に例示する放射線検出器１２４における第１状態ＳＴ１及び第２状態ＳＴ２の測定結果を示している。

図１３は、第１状態ＳＴ１に対応する。第１状態ＳＴ１においては、金属部材１０の上に紙が置かれていない。図１４は、第２状態ＳＴ２に対応する。第２状態ＳＴ２においては、金属部材１０の上に紙が置かれる。紙の厚さは、約２００μｍである。第１状態ＳＴ１においては、金属部材１０にα線、β線及びγ線が入射する。第２状態ＳＴ２においては、金属部材１０にβ線及びγ線が入射し、α線が実質的に入射しない。

第２状態ＳＴ２においては、α線は金属部材１０に実質的に入射しない。従って、図１４に示す信号は、β線またはγ線に、由来すると考えられる。図１４に示すように、第２状態ＳＴ２においては、時間幅の短いピークが観測されない。一方、図１３に示すように、第１状態ＳＴ１においては、時間幅の長いブロードなピークが観察される。このブロードなピークは、α線に由来すると考えられる。

図１３と図１４の比較からわかるように、α線と他の放射線（β線及びγ線）とで、得られるパルス形状が異なる。パルス形状の差異に基づいて、これらの放射線を分離して検出しても良い。分離は、例えば、第１処理部６１により行われても良い。第１処理部６１は、第１電荷増幅器５１からの出力の波形の形状、及び、出力の大きさの少なくともいずれかにより、第１放射線８１ａ（α線）の検出結果と、第２放射線８１ｂ（β線及びγ線の少なくとも１つを含む放射線）の検出結果と、を分離しても良い。

このように、放射線検出器１２４によれば、α線を効率的に検出できる。α線と、他の放射線（β線及びγ線など）の両方を分離して、検出できる。

放射線検出器１２４において、金属部材１０は、第１放射線検出部ＤＰ１に入射する光を減衰させてもよい。例えば、外部の光が、シンチレータ１０Ｂ及び光電変換層３６に入射することが抑制される。例えば、ノイズを低減できる。

図１５は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図１５に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１２５においては、第１放射線検出部ＤＰ１は、第１電極３１、第２電極３２及び光電変換層３６を含む。そして、シンチレータ１０Ｂが設けられている。

金属部材１０と第１電極３１との間にシンチレータ１０Ｂが設けられる。シンチレータ１０Ｂと第１電極３１との間に、第２電極３２が設けられる。第２電極３２と第１電極３１との間に、光電変換層３６が設けられる。例えば、光電変換層３６は、有機半導体またはシリコン半導体を含む。例えば、第２電極３２、第１電極３１及び光電変換層３６は、フォトダイオードの少なくとも一部である。

例えば、第１放射線８１ａ（例えば、α線）が、金属部材１０に入射し、第１電荷増幅器５１及び第１処理部６１により、第１放射線８１ａの結果が得られる。

例えば、第２放射線８１ｂ（例えば、β線及びγ線よりなる群から選択された少なくとも１つ）は、金属部材１０を通過して、シンチレータ１０Ｂに入射する。シンチレータ１０Ｂにおいて、第２放射線８１ｂの一部が光に変換される。この光が光電変換層３６に入射する。光が電気信号に変換される。第２放射線８１ｂの一部が、光電変換層３６に入射しても良い。光電変換層３６で、第２放射線８１ｂが電気信号に変換されても良い。

この例では、第１放射線検出部ＤＰ１の一部（第３部分３０ｃ）は、第２電位設定部７２及び第２電荷増幅器５２に接続される。第２電荷増幅器５２の出力が、第２処理部６２に入力される。第２電荷増幅器５２及び第２処理部６２により、第１放射線検出部ＤＰ１で検出された結果が出力される。検出結果は、第２放射線８１ｂに対応する。

このように、放射線検出器１２５においては、第２電荷増幅器５２が設けられる。第２電荷増幅器５２は、第１放射線検出部ＤＰ１の一部（この例では、第３部分３０ｃ）と電気的に接続される。第２電荷増幅器５２は、第２放射線８１ｂの入射に対応した信号を出力する。

図１６は、第２実施形態に係る放射線検出器を例示する模式図である。
図１６に示すように、本実施形態に係る放射線検出器１３０においては、金属部材１０及び第１放射線検出部ＤＰ１に加えて、第２放射線検出部ＤＰ２が設けられている。金属部材１０と第２放射線検出部ＤＰ２との間に、第１放射線検出部ＤＰ１が設けられる。

この例では、第１放射線検出部ＤＰ１と金属部材１０との間に、基板１０Ａが設けられている。第２放射線検出部ＤＰ２と第１放射線検出部ＤＰ１との間に、シンチレータ１０Ｂが設けられている。

この例でも、第１放射線検出部ＤＰ１は、第１電極３１、第２電極３２及び半導体層３３を含む。第２放射線検出部ＤＰ２は、第３電極４３、第４電極４４及び光電変換層４６を含む。第３電極４３とシンチレータ１０Ｂとの間に第４電極４４が設けられる。第３電極４３と第４電極４４との間に、光電変換層４６が設けられる。例えば、光電変換層４６は、シリコン半導体を含む。例えば、第３電極４３、第４電極４４及び、光電変換層４６は、ＰＩＮフォトダイオードの少なくとも一部に含まれる。

この例では、第２電荷増幅器５２及び第２電位設定部７２が、第４電極４４に電気的に接続される。第２電荷増幅器５２の出力が第２処理部６２に入力される。第３電極４３が第１電位２５に設定される。

第１放射線８１ａ（例えばα線）が、金属部材１０に入射し、第１電荷増幅器５１及び第１処理部６１により、第１放射線８１ａの検出結果が得られる。第１放射線８１ａは、第１放射線検出部ＤＰ１及び第２放射線検出部ＤＰ２に実質的に入射しない。

第２放射線８１ｂは、例えば、β線を含む。第２放射線８１ｂの少なくとも一部は、金属部材１０を通過して、第１放射線検出部ＤＰ１で電気信号に変換される。この例では、第１電荷増幅器５１及び第１処理部６１により、第２放射線８１ｂの検出結果が得られる。

第３放射線８１ｃは、例えば、γ線を含む。第３放射線８１ｃの少なくとも一部は、金属部材１０及び第１放射線検出部ＤＰ１を通過して、第２放射線検出部ＤＰ２で電気信号に変換される。この例では、第２電荷増幅器５２及び第２処理部６２により、第３放射線８１ｃの検出結果が得られる。

このように、この例では、金属部材１０と第２放射線検出部ＤＰ２との間に、第１放射線検出部ＤＰ１が設けられる。第１放射線検出部ＤＰ１は、β線を検出する。第２放射線検出部ＤＰ２は、γ線を検出する。

半導体層３３（例えば有機半導体層）の厚さは、１ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、例えば、半導体層３３において、β線が効率的に検出できる。そして、γ線は、半導体層３３と通過して、第２放射線検出部ＤＰ２に効率的に入射できる。

図１７は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。
図１７に示すように、第１電荷増幅器５１は、例えば、積分回路を含む。

図１８は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する模式図である。
図１８は、半導体層３３（図９参照）を例示している。半導体層３３は、例えば、有機半導体領域３３Ｍを含む。有機半導体領域３３Ｍは、第１化合物３３ａ及び第２化合物３３ｂを含む。第１化合物３３ａは、例えば、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）を含む。第２化合物３３ｂは、例えば、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）を含む。これらの領域は、混ざり合っている。例えば、有機半導体領域３３Ｍは、バルクヘテロ接合構造を有する。有機半導体領域３３Ｍの少なくとも一部は、アモルファスでも良い。例えば、有機半導体領域３３Ｍにおける均一性が高まる。

図１９は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。
図１９に示すように、第２電荷増幅器５２は、積分回路を含んでも良い。例えば、積分回路の第１入力５２ａに、第１電極３１及び第２電極３２の一方が電気的に接続される。例えば、積分回路の第２入力５２ｂに、第１電極３１及び第２電極３２の他方が電気的に接続される。例えば、積分回路の第１入力５２ａに、第３電極４３及び第４電極４４の一方が電気的に接続される。例えば、積分回路の第２入力５２ｂに、第３電極４３及び第４電極４４の他方が電気的に接続される。

図２０は、実施形態に係る放射線検出器の一部を例示する回路図である。
図２０は、波形整形増幅器６８の例を示している。波形整形増幅器６８は、複数の増幅器を含む。複数の増幅器は、直列に（多段に）接続される。多段の増幅器における周波数特性及び増幅率が変更される。波形整形増幅器６８において、極性反転、フィルタ処理及び増幅が行われる。

実施形態においては、例えば、高γ線の環境においても、他の放射線（α線及びβ線）を高感度で検出できる。例えば、高γ線及び高β線の環境においても、α線を高感度で検出できる。

実施形態によれば、感度及び選択性の向上が可能な放射線検出器を提供できる。

本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、放射線検出器に含まれる金属部材、キャパシタ、ハウジング、電荷増幅器、放射線検出器、電位設定部及び処理部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した放射線検出器を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての放射線検出器も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

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

１０…金属部材、 １０Ａ…基板、 １０Ｂ…シンチレータ、 １０Ｆ…膜、 １０ａ、１０ｂ…第１、第２部分、 ２０…キャパシタ、 ２０Ｌ…接続部材、 ２０ａ、２０ｂ…第１、第２端子、 ２１、２２…第１、第２導電層、 ２３…半導体層、 ２５…第１電位、 ３０ｃ、３０ｄ…第３、第４部分、 ３１、３２…第１、第２電極、 ３３…半導体層、 ３３Ｍ…有機半導体領域、 ３３ａ、３３ｂ…第１、第２化合物、 ３５…封止部材、 ３５ａ…接着部材、 ３６…光電変換層、 ４３、４４…第３、第４電極、 ４６…光電変換層、 ５１、５２…第１、第２電荷増幅器、 ５２ａ、５２ｂ…第１、第２入力、 ６０Ｄ…出力部、 ６１、６２…第１、第２処理部、 ６５…ハウジング、 ６６…開口部、 ６８…波形整形増幅器、 ７１、７２…第１、第２電位設定部、 ８１…放射線、 ８１ａ〜８１ｃ…第１〜第３放射線、 １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１１２、１２０〜１２５、１３０…放射線検出 ＤＰ１、ＤＰ２…第１、第２放射線検出部、
Ｈ１…高さ、 Ｎ１…数、 Ｓ１、Ｓ２…第１、第２信号、 ＳＴ１、ＳＴ２…第１、第２状態、 ＳＶ…信号電圧、 ｔ１…厚さ、 ｔＦ…厚さ、 ｔｍ…時間

Claims (9)

1. 第１部分及び第２部分を含む金属層であって、前記第１部分及び前記第２部分は、前記金属層の同じ面内にある、前記金属層と、
   前記第２部分と電気的に接続されたキャパシタと、
   前記第１部分と電気的に接続され、前記金属層に入射したα線に応じた信号を出力する第１電荷増幅器と、
   を備えた放射線検出器。
2. 前記金属層にα線が入射したときに、前記金属層は電荷を発生させ、
   前記第１電荷増幅器は、前記金属層で発生した前記電荷を増幅する、請求項１記載の放射線検出器。
3. 第１部分及び第２部分を含む金属部材と、
   前記第２部分と電気的に接続されたキャパシタと、
   前記第１部分と電気的に接続され、前記金属部材に入射したα線に応じた信号を出力する第１電荷増幅器と、
   を備え、
   前記金属部材にα線が入射したときに、前記金属部材は電荷を発生させ、
   前記第１電荷増幅器は、前記金属部材で発生した前記電荷を増幅する、放射線検出器。
4. ハウジングと、
   第１部分及び第２部分を含む金属層であって、前記第１部分及び前記第２部分は、前記金属層の同じ面内にあり、前記金属層の少なくとも一部は前記ハウジングに覆われていない、前記金属層と、
   前記第２部分と電気的に接続されたキャパシタと、
   前記第１部分と電気的に接続された第１電荷増幅器と、
   を備えた放射線検出器。
5. 前記金属層にα線が入射したときに、前記金属層は電荷を発生させ、
   前記第１電荷増幅器は、前記金属層に入射したα線に応じた信号を出力する、請求項４記載の放射線検出器。
6. ハウジングと、
   第１部分及び第２部分を含む金属部材であって、前記金属部材の少なくとも一部は前記ハウジングに覆われていない、前記金属部材と、
   前記第２部分と電気的に接続されたキャパシタと、
   前記第１部分と電気的に接続された第１電荷増幅器と、
   を備え、
   前記金属部材にα線が入射したときに、前記金属部材は電荷を発生させ、
   前記第１電荷増幅器は、前記金属部材に入射したα線に応じた信号を出力する、放射線検出器。
7. 前記キャパシタは、有機半導体を含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の放射線検出器。
8. 前記第１部分と電気的に接続された第１電位設定部をさらに備え、
   前記キャパシタは、第１端子及び第２端子を含み、
   前記第１端子は、前記第２部分と電気的に接続され、
   前記第２端子は、第１電位に設定され、
   前記第１電位設定部は、前記第１部分の電位を前記第１電位と異ならせる、請求項１〜７のいずれか１つに記載の放射線検出器。
9. β線及びγ線よりなる群から選択された少なくとも１つを含む放射線を検出する第１放射線検出部をさらに備えた、請求項１〜８のいずれか１つに記載の放射線検出器。

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