JPH0513593B2

JPH0513593B2 -

Info

Publication number: JPH0513593B2
Application number: JP8208787A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Nakamura; Shinichi Okamoto
Original assignee: Osaka Prefecture
Current assignee: Osaka Prefecture
Priority date: 1987-04-01
Filing date: 1987-04-01
Publication date: 1993-02-22
Also published as: JPS6453187A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、イオン化放射線、特にガンマ線及び
エツクス線の積算照射線量測定方法及びその装置
に関する。

従来技術とその問題点従来ガンマ線及びエツクス線の測定には、測定
精度の高さ、再現性の良さ等の点から、種々の気
体電離箱が使用されて来た。しかしながら、この
形式の測定装置においては、10⁴レントゲン／毎
時以上の高線量率の測定にあたつて、イオンの収
集効率の低下を避けるために電離体積を小さくし
なければならないので、単位線量率当りの電離電
流が低下して、感度が不充分となる。従つて、指
頭型空気電離箱の数百乃至千倍にも達する電離電
流を発生させるシリコン・ダイオード型の線量率
計が使用されている。

一般の実用的目的には、線量率よりも積算線量
の測定が重要であるが、線量率計そのものは、電
離電流の積分保持機能を有していない。従つて、
電離電流を長いケーブルにより安全な場所まで引
出し、積分器等を使用して積分操作を行なう必要
があり、使用上の簡便さに欠ける。この様な公知
の装置の一例を第２図に示す。第２図に示す装置
においては放射線１の照射によりシリコン・ダイ
オード３に発生した電離電流は、長いケーブル５
により積分器７に送られる。積分器７は、演算増
幅器９とコンデンサー１１とを備えている。積分
操作により処理されたデータは、コンパレータ１
３を経てデイジタルメモリー１５に送られ、表示
装置１７上で表示される。即ち、この様な装置に
おいては、大容量コンデンサーを使用して、シリ
コン・ダイオードからの電離電流を直接積分する
ことが可能であれば、極めて有用であるが、実際
には、大容量のコンデンサーは、漏れ電流や誘電
分極による誘電吸収が大きいため、時間とともに
充電電圧が変化して、測定値の誤差が大きくな
る。誤差を小さくするには、漏れ電流や誘電吸収
が小さい小容量のコンデンサーと演算増幅器とを
組合せた回路を使用し、一定電圧毎にコンデンサ
ーの端子間電圧を放電させて、パルス化し、パル
ス列として計数するという複雑な操作が必要とな
る。

更に、演算増幅器とコンデンサーとを使用する
公知の照射線量積分法及びその装置には、次の様
な欠点がある。

(イ) 積分器を構成している演算増幅器のオフセツ
ト電圧、オフセツト電流或はコンデンサーの漏
れ電流等の感受部以外からの外的要因が、測定
誤差を増大させる。

(ロ) 精密な直流増幅器やそれらを動作させるため
の直流電源を必要とするので、測定の簡便さに
欠け、且つ測定装置も高価となる。

(ハ) 高い線量の測定に際しては、装置全体を被曝
させると、感受部以外の放射線損傷効果が測定
誤差の原因となる。これを防止するため、シリ
コン・ダイオードからの信号を長いケーブルに
より安全な場所にまで引出して測定すると、ケ
ーブルに屈曲や振動が加わり、ケーブルの導体
と絶縁体の摩擦により誘導電流が発生して、測
定誤差の原因となる (ニ) 大線源を保有しているガンマ線照射施設で
は、経済性、線源照射の簡便性、貯蔵及び照射
時の温度上昇等を考慮して、ガンマ線の遮蔽材
として水を使用する場合が多い。これらの施設
では、線量測定も水中で行なわれるので、感受
部及び測定部の全部若しくは一部を防湿又は防
水構造とする必要がある。

上記の他にも、種々の積分型線量計が開発され
ているが、いずれも簡便で信頼度の高いものとは
言い難い。即ち、液体化学線量計では、水や化学
物質の精製が面倒であり、使用者にある程度の熟
練が要求される。プラスチツク線量計は、環境条
件、フエーデイング等の影響を受けやすい。ガラ
ス線量計では、10⁶ラド以上の線量となると、線
量に対する吸光度の変化が、直線的でなくなる。
アラニン線量計は、装置が高価で、扱い難い。ま
た、これらの線量計は、全て専用の読取り装置を
必要とすることも大きな欠点である。

問題点を解決するための手段本発明者は、上記の如き技術の現況に鑑みて、
種々研究を重ねた結果、シリコン・ダイオードを
放射線検出器として使用するとともに、これに電
位記憶素子を接続する場合には、従来の問題点が
大幅に軽減されることを見出した。即ち、本発明
は、下記の方法及び装置を提供するものであ
る。：シリコン・ダイオードに放射線を照射して、
照射量に応じて該ダイオードに発生する出力電
流を電位記憶素子に電気量として記憶させた
後、安全な場所に取出して放射線の積算量を端
子間の電圧として検出することを特徴とする放
射線の積算照射線量測定方法；及び放射線の照射量に応じて出力電流を発生させ
るシリコン・ダイオードと該出力電流を電気量
として記憶する電位記憶素子とを備えた放射線
の積算照射線量測定装置。

本願発明で使用する電位記憶素子は、イオン伝
導性の固体電解質を挟持する一対の電極により形
成されている。これは、電極を構成する物質中の
イオンの活量に従つて起電力を生ずる一種の濃淡
電池であり、通過電気量を電位として記憶する全
固体型の電気化学的積分素子である。電位記憶素
子の電位は、電気量（電流の積分値）に対して直
線的に変化し、通電を停止した時にも、その電圧
はかなり長時間保持されるので、アナログ積分器
として用いることが出来る。この様な電位記憶素
子の一例として、「メモリオード」（三洋電機株式
会社製）として販売されている銀イオン系素子が
挙げられる。この素子では、電位幅が、100ｍＶ
あり、約0.1ｍＡ／cm²の電流密度を許容する。ま
た、両電極が同一組成で構成されているので、短
絡するだけで素子をリセツトしうる特性を備えて
いる。更に、この素子の容量は２万マイクロフア
ラツドと大きく、通常のコンデンサーと比較し
て、電位保持能力が格段に優れている。

実施例以下図面を参照しつつ、本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

第１図に本発明装置の一例を示す。放射線２１
を照射されたシリコン・ダイオード２３は、照射
量に比例する出力電流を発生する。この出力電流
は、電位記憶素子２５において、積分され、電圧
として記憶される。２７及び２９は、測定電極で
あり、３１は、これら測定電極間を短絡するため
のスイツチ、３３は、測定電極２７，２９間の電
位を表示する為の内部抵抗の大きな電圧計であ
る。

第１図に示す装置を使用するには、まず、スイ
ツチ３１を閉じて電極２７と２９とを短絡させ、
素子の電位をゼロにリセツトした後、スイツチ３
１を開く。次いで、測定電極２７と２９からスイ
ツチ３１及び電圧計３３の接続を外し、シリコ
ン・ダイオード２３及び電位記憶素子２５のみを
接続した状態で、防水又は防湿容器に封入して放
射線の照射を行なう。シリコン・ダイオード２３
に放射線が吸収されると、ｐ−ｎ接合の両側で電
子−正孔対が生成される。接合から拡散長内で生
成した電子及び正孔は、拡散により空間電荷領域
に到達するが、拡散電位が存在しているために、
電子−正孔対は、強い電界に引離され、ｐ側の電
子はｎ側に、ｎ側の正孔はｐ側に移動する。ま
た、空間電荷領域で生成された電子及び正孔も、
それぞれｎ側及びｐ側に移動する。この様に、放
射線によつてシリコン・ダイオードに生じた電離
電流は、シリコン・ダイオードの逆方向電流と同
じ方向に流れ、電位記憶素子が充電される。この
状態で放射線の照射を停止しても、シリコン・ダ
イオードの順方向は、ｐ−ｎ接合の拡散電位によ
り、高い絶縁性を有している。即ち、シリコン・
ダイオードの拡散電位は、通常数百ｍＶであるた
め、電位記憶素子に充電された電荷は、シリコ
ン・ダイオードを通じて放電されることなく、一
定時間保持される。

第３図は、本発明による照射線量測定装置の具
体的構造の一例の断面図を示す。該図面におい
て、シリコン・ダイオード４１とこれに接続され
た電位記憶素子４３は、電極ホルダー５３に取付
けられた状態で、、防湿用容器４９から取出すこ
とが可能であり、ソケツト５１の着脱により、容
易に交換することが出来る。本発明装置を水中で
使用する場合には、外部測定電極４５，４７間の
絶縁低下により電位記憶素子４３の電荷が放電す
ることを防止する為に、外部測定電極４５と測定
電極６５との間にガラス封止リードスイツチ５５
を設け、外部測定電極４５，４７間に電圧が加わ
らないようにしている。測定電極６３，６５間の
電圧の読取りは、ガラス封止リードスイツチ５５
に近接する容器４９の外壁にマグネツト６１を近
付けて、該スイツチ５５を投入状態に切換え、外
部測定電極４５，４７間に現われた電圧を読取る
ことにより行なう。なお、第３図において、５７
はネジ式の蓋を、５９は容器４９の内部の気密保
持用ゴムガスケツトをそれぞれ示す。通常、容器
４９のネジ部には真鍮を、その他の部分には絶縁
材を用いる。

シリコン・ダイオードと電位記憶素子とを組合
せた本発明測定装置の一例の電位保持特性を第４
図に示す。電位変化は、３時間経過後において
も、僅か0.1ｍＶ以下（電位低下率として１％以
下）である。従つて、シリコン・ダイオードに所
定の線量を照射後、シリコン・ダイオードと電位
記憶素子を安全な場所に取り出し、測定電極２
７，２９に第１図に示す装置のスイツチ３１及び
電圧計３３を再び接続して電圧を読取ることによ
り、放射線の積算照射量を検出することが出来
る。測定終了後、スイツチ３１により測定電極２
７，２９間を短絡することにより、測定装置の再
使用が可能となる。

第５図は、本発明における測定電極間電圧とコ
バルト60ガンマ線の照射線量との関係を示す。測
定電極間電圧と照射線量との間に、ほぼ直線的な
関係が成立することが明らかである。直線D_A，
D_B，D_C及びD_Dは、それぞれ放射線に対する感度
の異なるシリコン・ダイオードを使用して得られ
たものである。接合面積が大きく且つ小数キヤリ
ア・ライフタイムの長いダイオード程、放射線に
対する感度が高い。直線D_C及びD_Dは、２種のツ
エナーダイオードを使用して得られた結果であ
る。ツエナーダイオードは、他のシリコン・ダイ
オードに比して不純物の含有量が多く、小数キヤ
リア・ライフタイムが短いことから、高積算線量
検出用プローブとして好適である。

一般に市販されているシリコン・ダイオード
は、ガンマ線照射により感度が劣化し、劣化に伴
つてレスポンスが不安定になる傾向があるが、使
用線量域に適した感度を持つダイオードを選択
し、且つ予め感度のチエツクを行なつて使用する
ならば、１桁から２桁の使用線量域での劣化の影
響は、実用上問題とはならない。

本発明においては、シリコン・ダイオードに前
照射を施しておくことにより、感度の調整及びレ
スポンスの安定化を図ることも可能である。第６
図にこの様な前照射の一例を示す。直線Ａ，Ｂ，
及びＣは、同種のシリコン・ダイオードにそれぞ
れ１×10⁶、２×10⁸、及び８×10⁸レントゲンの
線量を前照射したものをプローブとして使用する
本発明装置により得られた結果を示す。前照射線
量の増大により高線量の測定が可能となることが
明らかである。同様のシリコン・ダイオードが１
×10⁹レントゲン以上の照射を受けると、ダイオ
ードの暗電流が増加して、照射中及び照射後の測
定装置の記憶電位の保持能力が低下するので、こ
の場合には、新しいシリコン・ダイオードと交換
することが望ましい。

本発明装置では、４×10⁴〜５×10⁶レントゲ
ン／毎時の線量率で１×10⁸レントゲンの線量を
被曝させても、電位記憶素子の劣化による特性の
変化は、認められなかつた。但し、より高い線量
を与えると、素子の記憶電位の保持能力が若干低
下するので、この場合には、新しい素子と交換す
ることが好ましい。

発明の効果本発明によれば、以下の如き顕著な効果が得ら
れる。

(イ) コンデンサーと演算増幅器との組合せた積分
器を使用する公知の装置に比して、放射線損傷
による特性劣化が極めて少ない。

(ロ) 装置としての機構が簡単で、操作が容易であ
る。

(ハ) 直線電源を必要としない。

(ニ) 外部からの影響による測定誤差が少なく、測
定精度が高い。

(ホ) 10³〜10⁷レントゲンという広い範囲の放射線
量の測定が可能である。

(ヘ) 専用の電圧測定装置は不要で、通常の電圧計
を読取り装置として使用することが出来る。

(ト) 放射線の照射によるシリコン・ダイオードの
感度の低下が短時間内に簡単にチエツク出来る
ので、同一ダイオードの反復使用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す回路図、第
２図は、公知装置の一例を示す回路図、第３図
は、本発明装置の一具体例を示す断面図、第４図
は、本発明装置の記憶電位の保持特性を示すグラ
フ、第５図及び第６図は、本発明装置における照
射線量と測定電極間電圧との関係を示すグラフで
ある。３……シリコン・ダイオード、５……ケーブ
ル、７……積分器、９……演算増幅器、１１……
コンデンサー、１３……コンパレータ、１５……
デジタルメモリー、１７……表示装置、２３……
シリコン・ダイオード、２５……電位記憶素子、
２７，２９……測定電極、３１……スイツチ、３
３……電圧計、４１……シリコン・ダイオード、
４３……電位記憶素子、４５，４７……外部測定
電極、４９……防湿用容器、５１……ソケツト、
５３……電極ホルダー、５５……ガラス封止リー
ドスイツチ、５７……ネジ式の蓋、５９……気密
保持用ゴムガスケツト、６１……マグネツト、６
３，６５……測定電極。

Claims

【特許請求の範囲】１シリコン・ダイオードに放射線を照射して、
照射量に応じて該ダイオードに発生する出力電流
を電位記憶素子に電気量として記憶させた後、安
全な場所に取出して放射線の積算量を端子間の電
圧として検出することを特徴とする放射線の積算
照射線量測定方法。２放射線の照射量に応じて出力電流を発生させ
るシリコン・ダイオードと該出力電流を電気量と
して記憶する電位記憶素子とを備えた放射線の積
算照射線量測定装置。