JPH05875Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はＸ線その他の放射線を検出する放射線
検出器に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｘ線やγ線などの位置検出器、Ｘ線CTアレー
センサまたはＸ線イメージ検出器その他に使用さ
れる放射線検出器として、例えば第１２図に示し
た検出器がすでに知られている。

図において、３０はアルミニウム製の筒状のケ
ースで、その両開口部がガラス板３１，３２で閉
鎖され、その内部にガラス板３１，３２と接する
面を光学研磨したNaI（Tl）の結晶がシンチレー
タ３３として封入され、かつこのシンチレータ３
３とケース３０の間に酸化マグネシウムの粉末層
３４が介在させてある。そして、ガラス板３２の
外面に接してPMT（光電増倍管）３５が配置され
ている。

この検出器は、ガラス板３１を透過して、放射
線がシンチレータ３３に入射されると、420nmを
ピークとする螢光をシンチレータ３３が発するか
ら、これをPMT３５で検出して電気信号に変換
し、入射された放射線を計測するものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記従来の放射線検出器は、シンチレータ３３
として、NaI（Tl）結晶が使用されているが、こ
れは潮解性があるから、ケース３０内の防湿処理
を十分にすることが必要で、NaI（Tl）結晶の加
工性が悪い問題がある。このように加工性などに
問題を有するNaI（Tl）結晶をシンチレータとし
て使用せざるを得ないのは、PMT３５の波長特
性がNaI（Tl）の結晶のそれとほぼ一致している
から、PMT３５の感度を生かすことに適してい
ることによるものである。

しかし、PMT３５は真空管であるから、小型
化や集積化及び軽量化をすることが困難であると
ともに、高圧電源を必要とする問題がある。

潮解性がわずかで、加工性にすぐれ、シート
状、キヤピラリー状、フアイバー状などのほぼ任
意の形状にすることができるシンチレータとして
CsI（Tl）の結晶が知られている。しかし、CsI
（Tl）の螢光スペクトルのピークは550nmである
から、CsI（Tl）とPMTとを使用すると、両者の
波長特性のピークのずれが大きくなり、検出感度
が低くなる問題が生じる。

本考案は、加工性にすぐれたCsI（Tl）を使用
して検出感度及び測定精度が高く、かつ小型、軽
量化することが可能な放射線検出器を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の放射線検出器は、シンチレータとして
タリウムで活性化したヨウ化セシウムCsI（Tl）
の結晶が使用され、このシンチレータに対して、
放射線が入射されて発する螢光を検出可能に、ア
モルフアスシリコン光センサが配置されたことを
特徴とする。

〔作用〕

本考案の放射線検出器は、シンチレータに放射
線が入射されて、シンチレータが発する螢光を光
センサで検出し、それを電気信号に変換して放射
線を測定するものである。そして、シンチレータ
であるCsI（Tl）とアモルフアスシリコン光セン
サの波長特性の最大感度は共に550nmであるか
ら、アモルフアスシリコン光センサの感度を十分
に活用して、シンチレータの螢光を検出すること
が可能で、検出感度及び測定感度を向上させるこ
とができる。

〔実施例〕

本考案の放射線検出器の第１実施例を第１図に
ついて説明する。

図において、１はCsI（Tl）の単結晶からなる
シンチレータ、２はシンチレータ１が発した光を
検出するアモルフアスシリコン光センサ（以下、
シリコン光センサという）で、これらが透明のシ
リコン、アクリル、エポキシ、ウレタンなどの合
成樹脂からなる接着剤層３で接着されている。

４はシンチレータ１の接着剤層３と接した面を
除いた全表面に蒸着またはスパツタ法などで形成
された金属膜で、これでシンチレータ１内に、そ
の外部から光がはいることを防ぐとともに、シン
チレータ１が発した光を反射するもので、アルミ
ニウムで形成されている。５は金属膜４の全表面
を被覆したアクリル樹脂製などの防湿層である。

６，７はシリコン光センサ２の電極で、これら
はアルミニウムなどで形成され、その一方の電極
６から出力信号がプリアンプ８に出力される。９
はバイアス電圧用の端子、１０はSiO₂からなる
パツシベーシヨン膜である。

なお、シリコン光センサ２としてはpin接合形、
np接合形、pn接合形などの任意のものが使用可
能である。

上記の放射線検出器において、そのシンチレー
タ１に放射線が入射されると、シンチレータ１が
螢光を発し、それが金属膜４で反射されるなどす
る。このシンチレータ１が発した光をシリコン光
センサ２で検出し、それを電気信号として電極６
から出力して放射線を測定するものである。

ここで、CsI（Tl）からなるシンチレータ１が
発する螢光とシリコン光センサ２の波長特性の最
大感度は共に550nmでほぼ一致しているから、シ
ンチレータ１が発した光をシリコン光センサ２で
効率よく検出することができ、シリコン光センサ
２の感度を十分に活用できるから、その検出感度
を高くすることができる。

シンチレータ１と光センサ２とを接着した接着
剤層３は、透明で薄いから、それを介してシンチ
レータ１が発した光をシリコン光センサ２で確実
に検出できるが、さらに、シリコン光センサ２の
波長特性とほぼ合つた波長特性を有する螢光材
料、たとえば波長特性のピーク値が550nmである
フルオレセイン（Fluorescein）を接着剤層３に
混入することも可能である。

すなわち、シンチレータ１が発した光で接着剤
層３に混入された螢光材料を発光させ、その光を
シリコン光センサ２で検出するようにするもので
あり、このようにすればシリコン光センサ２に対
して光が直接に入射されるから、シリコン光セン
サ２による検出をより確実にできる。

シンチレータ１とシリコン光センサ２とは接着
することなく、シンチレータ１の発した光をシリ
コン光センサ２で検出可能に互いに接合したのみ
にすることも可能である。この場合は、たとえば
防湿層５をシリコン光センサ２に接着その他の手
段で固定する。

第２図は第２実施例である。図において、１は
CsI（Tl）の単結晶で形成された板状の複数枚の
シンチレータで、各シンチレータ１が、それらの
厚さ方向に並べられ、かつ透明シリコンに螢光材
料として前記フルオレセインを混合した接着剤層
３ａで接着されている。そして、前記シンチレー
タ１がそれらの端面側で、表面障壁形のシリコン
光センサ２に、前記接着剤層３ａと同じ接着剤層
３ｂで接着されている。

４はアルミニウム製の金属膜、５はアクリル樹
脂等で形成した防湿層、６，７は電極、１０は
SiO₂からなるパツシベーシヨン膜で、他の構成
は第１実施例と同じである。

この実施例による放射線の検出も、前記第１実
施例と同じであるが、シンチレータ１と接着剤層
３ａとが層状に重なつて、それらの接触面積が大
きくなつているから、シンチレータ１の螢光で接
着剤層３ａの螢光材料を一層確実に発光させて、
それを接着剤層３ｂに導くことでシリコン光セン
サ２による螢光の検出をより確実化できる。

第３図は第３実施例である。図において、１は
CsI（Tl）の結晶で形成したシンチレータ、２は
シリコン光センサで、これらが透明のシリコンか
らなる接着剤層３で互いに接着されている。１２
は合成樹脂製のベースプレートで、これにシリコ
ン光センサ２が固着され、その上に載置したアル
ミニウム製のケース１３内に、前記シンチレータ
１とシリコン光センサ２とが収容されている。１
４はケース１３の一部に設けた窓孔で、これはベ
リリウム製の窓板１５で閉鎖され、ケース１３内
にAr，N₂等の不活性ガスが封入されている。１
６はシリコン光センサ２の信号出力用のリード線
である。

この検出器による放射線の検出も、前記の各実
施例と同様で、シンチレータ１の螢光をシリコン
光センサ２で検出するものである。そして、この
実施例では、シンチレータ１の厚さを、たとえば
15mmのように厚くすることも容易で、γ線のよう
にエネルギーが大きい放射線も確実に捕捉し検出
することが可能であり、かつγ線用などに使用す
れば、そのエネルギーが大きいから、ベリリウム
製の窓板１５の透過時に放射線の一部が窓板１５
で吸収されても、シンチレータ１を十分に発光さ
せることができ、確実にγ線の検出ができる。

第４図は第４実施例を示す断正面図である。１
はCsI（Tl）の結晶製のシンチレータ、２はシリ
コン光センサで、これらが透明の接着剤層３で接
着されている。４はアルミニウム製の金属膜、５
は透明のアクリル樹脂などで形成した防湿膜で、
これでシンチレータ１とシリコン光センサ２の全
外周を被覆して、シリコン光センサ２の光リーク
がない構成になつている。他の構成は、第３実施
例と同じである。

第５図は第５実施例の正面図、第６図は側面図
である。この実施例は、第３図に示した第３実施
例における、ケース１３の窓孔１４を閉鎖した窓
板１５を除き、ケース１３に比してかなり大きな
板状にしたCsI（Tl）の結晶で形成したシンチレ
ータ１の一部を窓孔１４からケース１３内に挿入
し、かつ接着剤層３でシリコン光センサ２に接着
したもので、シンチレータ１の表面は、蒸着によ
るアルミニウムなどの反射用金属膜（図示省略）
で被覆されるとともに、その外面が合成樹脂膜
（図示省略）で被覆されている。

第７図は前記第５実施例におけるシンチレータ
１をフアイバ状にした第６実施例で、他の構成は
第５実施例と同じである。第７図のシンチレータ
１は直線状にするなど任意である。

この第５〜６実施例における放射線の検出も、
第１〜３実施例のそれと同じであるが、第５〜６
実施例のシンチレータはケース１３から突出しか
つ長いから、放射線の発生源と検出器の設置場所
とが、たとえば壁体などで区画されているような
場合に有効である。すなわち、前記壁体の隙間な
どからその内側にシンチレータ１を挿入すれば、
それに放射線が入射されて螢光を発すると、それ
をシンチレータ１がシリコン光センサ２に伝送す
るから、壁体などを介在させた状態で放射線を検
出することができる。

第８図は第７実施例を示す断面図である。CsI
（Tl）からなるシンチレータ１が中空にされ、そ
の内部に螢光材料を含む接着剤層３が充填された
もので、シンチレータ１と螢光材料を含んだ接着
剤層３の接触面積を大きくして、シンチレーシヨ
ンによる接着剤層３の発光を確実化して、シリコ
ン光センサ２による検出感度をよくしている。

第９図はアレー型放射線検出器の製造工程の一
例を示す図である。CsI（Tl）をブリツジマン方
式で単結晶化したインゴツトを、シンチレータと
して適する厚さにスライシングした基板２０の表
面を光学研磨し、第９図Ａに示したように、合成
樹脂製などの下地板２１に接着する。次に、第９
図Ｂに示したように、シリコン光センサ２の有感
部分に相応した面積、間隔に基板２０をダイシン
グして、複数個のシンチレータ１を構成する。各
シンチレータ１は下地板２１に接着されて、定間
隔で並んだ状態を維持しているから、この状態で
各シンチレータ１の下地板２１に接着した面以外
の全表面を、軽油と研磨砂で順次研磨し、次にピ
ツチ板か研磨パツド上で酸化セリウム系又は酸化
ジルコニウム系研磨剤と無水アルコールで研磨し
光学研磨面とする。

各シンチレータ１の全表面のエツチングが終わ
つてから、第９図Ｃに示したように、各シンチレ
ータ１の全表面に、蒸着によつて1000〜5000Åの
厚さの光が不透過で光学反射が可能な金属膜４を
形成する。次に、アクリル系のUV硬化用ペース
トで、スクリーン印刷によつて各シンチレータ１
の表面を被覆すると共に、前記ペーストを各シン
チレータ１の間に充分硬化させて、第９図Ｄに示
したように、各シンチレータ１の全表面を防湿層
５で被覆する。

前記防湿層５を形成する工程が終了すると、各
シンチレータ１は防湿層５で互に連結され一体状
になつているから、ここで第９図Ｅで示したよう
に、下地板２１を剥離し、その各シンチレータ１
の面を光学研磨する。下地板２１を剥離し、研磨
した前記各シンチレータ１の表面に、第９図Ｆに
示したように、CsI（Tl）の屈折率1.8とSiO₂の屈
折率1.458の間の屈折率を調整又は選択した透明
のシリコン樹脂に螢光材料としてDTTCを溶融
し分散させた接着剤をスクリーン印刷で塗布して
接着剤層３を形成し、かつこの接着剤層３の周
囲、すなわち、防湿層５の部分に光遮断層２２を
スクリーン印刷で形成する。

次に、第９図Ｇに示したように、各シンチレー
タ１を、前記接着剤層３によつて、アレー型のシ
リコン光センサ２に固着し、このシリコン光セン
サ２に対するワイヤボンデングその他の必要な処
理をして、第９図Ｈに平面図として示したよう
に、アレー型の放射線検出器を得る。

この放射線検出器は、CsI（Tl）の結晶からな
るシンチレータ１とシリコン光センサ２とを接着
剤層３で接着し構成しているから、上記のような
方法で製造することが可能で、この製造方法によ
れば、複数の検出器を同時にうることができるか
ら、量産が簡単にでき、アレー化することも容易
である。また、第２図に示した複数のシンチレー
タ１を組合わせた検出器も、上記の製法で容易に
製造することができる。

上記の製造方法では、一列に並べたアレー型検
出器を示したが、複数列に並べたアレー型検出器
も同様にして製造することができる。CsI（Tl）
製の基板２０はインゴツトをスライシングしたも
のを示したが、加熱押出し（ロール）方式で多結
晶シート状にしたものなど、任意の手段で形成し
た基板２０が使用できる。そして、基板２０の厚
さとしては、検出する放射線に応じて、たとえば
１mmないし100mm程度のものを研磨して所要の厚
さにすればよく、さらに、１mmよりも薄く、100
mmよりも厚くすることもできる。

金属膜４は蒸着で形成した例を示したが、これ
はスパツタ法などの任意の方法で形成することが
でき、かつ金属膜４の厚さは前記の1000〜5000Å
よりもさらに厚くまたは薄くすることも可能であ
る。防湿層５はアクリル系の合成樹脂を示した
が、これはシリコン系の合成樹脂など、使用目的
に応じた任意の材料が使用できる。また、防湿層
５はスクリーン印刷で形成しているが、これも他
の任意の手段によることができる。

単一の検出器を製造する場合は、上記の製法で
一体に形成した複数の検出器を切断分離してもよ
い。また、第１０図に示したアレー型検出器は、
シンチレータ１の厚さが異なる複数の検出器をア
レー化して、たとえばＸ線、α線、β線、γ線の
各放射線を検出可能にしたもので、この場合は、
単一の検出器を並べて一体化してもよいが、前記
の製造方法において、その基板２０の片面を傾斜
させておくことによつても容易に製造できる。

また、これらの放射線検出器は、シリコン光セ
ンサを使用しているから小型化が可能である。第
１１図はハイブリツトIC化した実施例を示すも
のである。図において、２３はベースプレート
で、これにハイブリツドIC回路２４と放射線検
出器２５が取付けられ、かつこの両者が電気的に
接続されている。２６はベースプレート２３に設
けたターミナルである。

接着剤層３に螢光材料を混入する場合は、たと
えば次の螢光材料も使用できる。

４−methyl umbelliferone 454nm ７−diethylamino−４−methyl coumarin
460nm Rhodamine 6G 585nm Rhodamine Ｂ 610nm Acridine Red 601nm 前記各実施例では、シンチレータ１を被覆する
金属膜４として、アルミニウムを示したが、シリ
コン光センサ２が感度を持つ波長領域（可視領
域）で光を遮断できるAuまたはAl₂O₃、ZnO、
TiOなどの酸化物、Si、Geなどの赤外透明材料
も使用可能である。

〔考案の効果〕 本考案の放射線検出器は上記のように、CsI
（Tl）からなるシンチレータとアモルフアスシリ
コン光センサで構成されたものであつて、この両
者の波長特性はほぼ合つているから、アモルフア
スシリコン光センサの感度を十分に活用して、シ
ンチレータが発した光を検出することが可能で、
検出感度及び測定精度を向上させることができ
る。

そして、シンチレータは加工性に優れたCsI
（Tl）の結晶で形成されているから、シート状は
もちろんフアイバ状などの任意の形態に加工する
ことが可能であつて、任意の用途の検出器をうる
ことができるとともに、シート状にするときは、
0.01mm程度に薄くすることが可能であり、かつ厚
くするときはほぼ任意にできるから、たとえば、
Ｘ線、α線、β線、γ線の任意の放射線に対する
検出器をうることが可能である。

また、加工性のよいCsI（Tl）の結晶とアモル
フアスシリコン光センサとを使用しているから、
製造が容易で製造能率を向上させることが可能で
あるとともに、定電圧電源で駆動するから、検出
器全体を小型、軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の放射線検出器の第１実施例を
示す断面図、第２図は第２実施例を示す断面図、
第３図は第３実施例を示す断面図、第４図は第４
実施例を示す断面図、第５図は第５実施例を示す
断正面図、第６図は同側面図、第７図は第６実施
例を示す正面図、第８図は第７実施例を示す断面
図、第９図は製造工程を示す図、第１０図はアレ
ー型検出器を示す正面図、第１１図はハイブリツ
ド化した検出器を示す平面図、第１２図は従来の
放射線検出器を示す断面図である。 １……シンチレータ、２……シリコン光セン
サ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) シンチレータとしてタリウムで活性化したヨ
   ウ化セシウムの結晶が使用され、このシンチレ
   ータに対して、放射線が入射されて発する螢光
   を検出可能に、アモルフアスシリコン光センサ
   が配置されたことを特徴とする放射線検出器。 (2) シンチレータとアモルフアスシリコン光セン
   サとを透明の接着剤で接着した実用新案登録請
   求の範囲第(1)項記載の放射線検出器。