WO2013132553A1 - 放射線検出装置 - Google Patents

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sensor substrate
sensor
voltage
radiation detection
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村田　充弘
庸一 新谷
村井　隆一
前田　智之
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パナソニック株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
    • G01T1/2935—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using ionisation detectors

Definitions

  • the present application relates to a radiation detection apparatus, and more particularly to a radiation detection apparatus that detects a radiation dose by collecting electrons and ions of a gas ionized by radiation.
  • a radiation detection device that detects radiation dose by collecting electrons and ions of gas ionized by radiation has two electrodes, a cathode and an anode, in a container filled with gas, and a voltage is applied between the two electrodes.
  • the radiation dose is detected by collecting electrons and ions of the gas ionized by the radiation and applying them to the electrodes.
  • a radiation detection device a device having a voltage / electrode configuration within a range in which a gas ionization signal due to radiation is not amplified by a voltage applied between the cathode and the anode is called an ionization chamber method, and a high electric field is applied around the anode.
  • a device having a voltage / electrode configuration that amplifies a signal by causing an avalanche of electrons is called a proportional coefficient method.
  • a thin linear anode is disposed at the center of a sealed cylindrical container serving as a cathode, and an ionized gas obtained by adding an organic gas to, for example, argon (Ar) gas is contained in the container.
  • an ionized gas obtained by adding an organic gas to, for example, argon (Ar) gas is contained in the container.
  • Some are configured by sealing.
  • radiation detection apparatus radiation ionizes ionized gas in a container, and generated electrons and ions move by an electric field applied between a cathode and an anode. At this time, electrons cause avalanche particularly near the anode, and radiation is counted as a large pulse signal.
  • the type of ionized gas used in the radiation detection apparatus by changing the type of ionized gas used in the radiation detection apparatus according to the measured radiation energy, such as X-rays and ⁇ -rays.
  • the type of ionized gas used in the radiation detection apparatus when detecting low-energy X-rays, an element gas having a large absorption coefficient and a large atomic number is used.
  • helium (He 3 ) or boron trifluoride (BF 3 ) generates charged particles by causing a nuclear reaction with the neutron beam in the ionized gas.
  • other gases are used.
  • boron 10 (B 10 ), uranium 235 (U 235 ), or the like is applied to a container used as a cathode, and converted into charged particles to cause a similar ionization action, thereby detecting a neutron beam.
  • none of the conventional radiation detection devices described above is sufficient from the viewpoint of efficiently detecting a low dose of radiation.
  • An object of the present application is to provide a radiation detection apparatus capable of solving such a current problem and measuring a low dose of radiation with a simple configuration.
  • the radiation detection apparatus disclosed in the present application has a radiation detection gas in a sealed space formed by a first sensor substrate and a second sensor substrate arranged to face each other at a predetermined interval.
  • the radiation sensor forms a plurality of sealed spaces between a first sensor substrate and a second sensor substrate,
  • the first sensor substrate and the second sensor substrate cover an insulating substrate, a plurality of pairs of electrodes formed on the insulating substrate so as to be orthogonal to each other in the sealed space, and the electrodes.
  • An insulating layer made of a dielectric material is provided.
  • the radiation detection device disclosed in the present application in the radiation detection period, using the amount of charge accumulated according to the radiation dose in the insulator layer of the first sensor substrate and the insulator layer of the second sensor substrate, By measuring the voltage drop at the start of discharge, the radiation dose detected in the radiation detection period can be measured. For this reason, it is possible to realize a radiation detection apparatus that can measure a low dose of radiation with a simple configuration.
  • Sectional drawing which shows the basic composition of the radiation sensor of the radiation detection apparatus concerning this embodiment.
  • the figure for demonstrating the principle of operation of the radiation detection apparatus concerning this embodiment In the radiation detection apparatus according to the present embodiment, a voltage waveform diagram showing the relationship between the applied voltage in the radiation detection period and the measurement period Voltage waveform diagram for explaining a radiation measurement cycle in the radiation detection apparatus of the present embodiment
  • the figure for demonstrating the measurement cycle of a radiation in the radiation detection apparatus of this embodiment The figure for demonstrating the measurement cycle of a radiation in the radiation detection apparatus of this embodiment.
  • the exploded perspective view which shows the other structural example of the radiation sensor of the radiation detection apparatus concerning this embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a radiation sensor portion of the radiation detection apparatus according to the present embodiment.
  • substrate 2 interpose the spacer 3 as a connection member which consists of glass in between. Thus, they are arranged to face each other at a predetermined interval. Further, a sealed space 5 is formed by sealing between the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 and the spacer 3 with a sealing material 4.
  • He, Ne, Ar, Kr are used as radiation detection gases ionized by radiation A such as X-rays and ⁇ -rays transmitted through the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2.
  • radiation A such as X-rays and ⁇ -rays transmitted through the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2.
  • One or more gases selected from among Xe are enclosed, thereby forming a radiation sensor.
  • organic gas etc. can also be contained in the gas ionized by a radiation as needed.
  • electrodes 8 and 9 made of Ag are formed on insulating substrates 6 and 7 that can transmit radiation made of soda glass, respectively.
  • Insulating layers 10 and 11 made of a lead-free dielectric material are formed on the insulating substrates 6 and 7 so as to cover 9.
  • the radiation sensor shown in FIG. 1 has a voltage V of several hundred volts that is positive on the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 and negative on the electrode 9 side of the second sensor substrate 2. Apply. In this state, when the radiation A enters the sealed space 5, the gas in the sealed space 5 of the radiation sensor is ionized, and electron ( ⁇ ) / ion (+) pairs are generated.
  • the generated electrons and ions are applied between the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 of the radiation sensor.
  • negative charges are accumulated on the insulator layer 10 side of the first sensor substrate 1 and positive charges are accumulated on the insulator layer 11 side of the second sensor substrate 2.
  • charges are only accumulated in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2, and no current flows.
  • the period shown in FIG. 2A and FIG. 2B is a radiation detection period, and the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the second sensor layer 1 according to the amount of radiation entering the sealed space 5. A difference occurs in the amount of charge accumulated in the insulator layer 11 of the sensor substrate 2.
  • the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is minus, as shown in FIG. 2 (a), and the second sensor substrate.
  • a reverse bias voltage V ′ of several hundred volts that is positive on the second electrode 9 side is applied to generate a discharge between the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2.
  • a low voltage is applied according to the amount of charge accumulated in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2, that is, the amount of radiation detected in the radiation detection period. Discharging starts. By measuring the voltage drop at the start of discharge, the radiation dose detected in the radiation detection period can be measured.
  • the accumulation period which is the radiation detection period
  • a certain amount of charge having a polarity opposite to the applied voltage proportional to the radiation dose is accumulated on the surfaces of the insulator layers 10 and 11.
  • V ′ having a bias opposite to that of the accumulation period
  • the electric field corresponding to the applied voltage + the accumulated voltage (voltage due to the accumulated charge) is generated in the gas space (sealed space). It will take inside. Since discharge occurs at a lower voltage than when there is no stored voltage, the stored voltage can be measured by measuring this voltage difference.
  • V 0 the voltage applied to the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 during radiation measurement
  • Vf V 0 + V
  • Vf the voltage applied to the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 during radiation measurement
  • Vf V 0 + V
  • the radiation is contained in the sealed space 5 formed by arranging the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 to face each other at a predetermined interval. It has a radiation sensor configured by sealing a gas for detection.
  • the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 of the radiation sensor form a pair of electrodes 8 and 9 on insulating substrates 6 and 7 (not shown in FIG. 2) that can transmit radiation, respectively.
  • insulating layers 10 and 11 made of a dielectric material are formed on the insulating substrates 6 and 7 so as to cover the electrodes 8 and 9.
  • the amount of charge accumulated in the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2 changes depending on the radiation dose.
  • the amount of radiation detected in the radiation detection period is measured by measuring the voltage drop at the start of discharge. Is something that can be done.
  • FIG. 3 is a voltage waveform diagram showing applied voltages in the radiation detection period and the radiation measurement period in the radiation detection apparatus according to the present embodiment.
  • the thin solid line 21 is a voltage waveform applied to the electrode 8 of the first sensor substrate 1 shown in FIG. 2A
  • the thick solid line 22 is the second sensor substrate 2 on the radiation A incident side. It is a voltage waveform applied to the electrode 9 of.
  • T1 is a radiation detection period
  • T2 is a radiation measurement period.
  • the radiation detection apparatus of the present embodiment applies the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 during the radiation measurement period T2.
  • the radiation measurement period T1 is configured such that when a reverse bias voltage is applied, ramp voltage waveforms 21a and 22a in which the voltage gradually changes during this period are applied.
  • the voltage waveform 21 applied to the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is applied with the ramp voltage waveform 21a in which the voltage gradually decreases and becomes a negative potential, and the radiation A is incident.
  • the voltage waveform 22 applied to the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 that is the side a ramp voltage waveform 22a is applied in which the voltage gradually rises and becomes a positive potential.
  • the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 are reversely biased with respect to the radiation measurement period T1.
  • ramp voltage waveforms 21a and 22a whose voltage gradually changes are applied.
  • the discharge generation voltage can be measured easily and with high accuracy.
  • the ramp voltage waveform is a waveform whose voltage value changes with the application time, so the voltage at which the discharge occurs can be measured by converting it to the application time, and the detection result can be displayed digitally.
  • the circuit configuration can be easily realized.
  • FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 are diagrams for explaining a measurement cycle of the radiation detection apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a voltage waveform diagram showing an applied voltage in the measurement cycle of the radiation detection apparatus of the present embodiment
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the operation of the radiation detection apparatus in each measurement cycle shown in FIG. FIG. (1) to (4) in FIG. 5 and (5) to (9) in FIG. 6 show operations corresponding to the states shown as (1) to (9) in FIG. 4, respectively.
  • one cycle of radiation measurement includes a radiation detection period T1, a radiation measurement period T2, and a reset period T3.
  • the initial detection period (1) of the radiation detection period T1 only a voltage of several hundred volts is applied so that the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is positive and the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 is negative. Since no radiation is incident on the radiation sensor, the insulator layers 10 and 11 of the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 are not charged with radiation. is there.
  • the gas in the sealed space 5 of the radiation sensor is ionized to generate electron / ion pairs. Due to the electric field applied between the electrode 8 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2, negative charges are gradually accumulated on the insulator layer 10 side of the first sensor substrate 1, and the second Positive charges are gradually accumulated on the insulator layer 11 side of the sensor substrate 2. Furthermore, when radiation A enters in the middle of the detection period T3 of the radiation detection period T1, charges are applied to the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 and the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2. Is added and accumulated.
  • the electrode 8 side of the first sensor substrate 1 is minus, and the electrode 9 side of the second sensor substrate 2 is plus several hundred volts.
  • the reverse bias voltage is applied.
  • ramp voltage waveforms 21a and 22a are applied as shown in FIG.
  • a reset period T3 is provided to return the charge in the radiation sensor to the initial state of the radiation detection period T1.
  • the insulator layer 10 of the first sensor substrate 1 is set by setting the electrode 8 of the first sensor substrate 1 and the electrode 9 of the second sensor substrate 2 to the ground potential.
  • a minute discharge corresponding to the charge accumulated in the insulator layer 11 of the second sensor substrate 2 occurs, and after resetting (9), the insulator layer 10 and the second layer of the first sensor substrate 1 of the radiation sensor
  • the charges accumulated in the insulator layer 11 of the sensor substrate 2 are erased and the initial state is restored. That is, during the reset period T3, the charge adjustment discharge for adjusting the charges of the insulator layers 10 and 11 of the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2 to the state before the radiation enters. It is a period to generate.
  • the above operation is one cycle of the measurement cycle.
  • the radiation detection period T1 in one cycle for measuring radiation is preferably variable according to the radiation dose.
  • the radiation dose is large, the amount of charge accumulated by shortening the accumulation period. It is more preferable to reduce.
  • the radiation dose is low, the incident radiation increases by increasing the accumulation period as much as possible, and the sensitivity can be improved.
  • the variable accumulation period is preferably about several hundreds ⁇ s to several hundreds, for example.
  • the radiation measurement period T2 is preferably about several tens of ⁇ s to several ms.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing a specific configuration of the sensor portion in the radiation detection apparatus according to the present embodiment.
  • the radiation detection apparatus according to the present embodiment includes a sensor unit illustrated in FIG. 1 in a matrix form of m columns and n rows between the first sensor substrate 1 and the second sensor substrate 2.
  • the configuration is two-dimensionally arranged.
  • the first sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32 are arranged to face each other with a predetermined interval, with a spacer 33 made of glass interposed therebetween.
  • a plurality of sealed spaces 34 are formed by sealing between one sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32 and the spacer 33 with a sealing material (not shown).
  • this sealed space 34 there are He, Ne, Ar, Kr, and Xe that are ionized by radiation A such as X-rays and ⁇ -rays transmitted through the first sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32.
  • radiation A such as X-rays and ⁇ -rays transmitted through the first sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32.
  • One or more gases selected from the above are sealed, thereby forming a plurality of sensor portions 35.
  • the first sensor substrate 31 and the second sensor substrate 32 are respectively formed on insulating substrates 36 and 37 that can transmit radiation made of soda glass, and electrodes 38 and 39 on a plurality of lines made of Ag are provided in the sensor unit.
  • Insulating layers 40 and 41 made of a lead-free dielectric material are formed on the insulating substrates 36 and 37 so as to be orthogonal to each other in the sealed space 34 that forms the surface 35. Has been.
  • bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), and boron oxide (B 2 O) are used as lead-free dielectric materials that do not contain lead constituting the insulator layers 40 and 41. 3 ) as a main component, and silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), molybdenum oxide (MoO) 3 ), a lead-free glass dielectric material constituted by containing tungsten oxide (WO 3 ), cerium oxide (CeO 2 ) or the like is used.
  • a dielectric material powder composed of these composition components is pulverized with a wet jet mill or a ball mill so that the average particle diameter is 0.5 ⁇ m to 2.5 ⁇ m, and a dielectric material powder is produced.
  • the dielectric material powder and the binder component are well kneaded with three rolls to produce a dielectric layer paste for die coating or printing.
  • the binder component ethyl cellulose, terpineol containing 1% to 20% by weight of acrylic resin, or butyl carbitol acetate can be used.
  • dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, triphenyl phosphate, and tributyl phosphate are added as plasticizers as necessary.
  • Glycerol monooleate, sorbitan sesquioleate, homogenol ( Kao Corporation product name), phosphoric esters of alkylallyl groups, and the like may be added to improve printability.
  • the dielectric paste thus prepared is printed by a screen printing method or a die coating method and dried, and then fired at a temperature slightly higher than the softening point of the dielectric material at 550 ° C. to 590 ° C. Insulator layers 40 and 41 are formed. In addition, about the film thickness of the insulator layers 10 and 11, about 40 micrometers is preferable.
  • a voltage waveform is sequentially applied to each sensor unit 35 in the measurement cycle shown in FIG.
  • the radiation dose can be measured.
  • a plurality of sensor units 35 are two-dimensionally arranged in a matrix to constitute a sensor, thereby measuring a radiation dose difference due to a difference in position of the sensor unit 35. Therefore, it is possible to measure the direction in which the radiation enters.
  • the first sensor substrate and the second sensor substrate are each shown as an example using an insulating substrate that can transmit radiation made of soda glass. Not limited to this.
  • An insulating substrate formed with an insulating material such as resin may be used.
  • radiation is contained in a plurality of sealed spaces formed by disposing the first sensor substrate and the second sensor substrate so as to face each other at a predetermined interval. It has a plurality of radiation sensors configured by enclosing detection gas.
  • the first sensor substrate and the second sensor substrate of the radiation sensor are formed of a dielectric material so that a plurality of pairs of electrodes are formed on the substrate so as to be orthogonal to each other in the sealed space, and to cover the electrodes. It is configured by forming an insulator layer.
  • the radiation detection apparatus configured as described above has a charge amount accumulated in accordance with the radiation dose in the insulator layer of the first sensor substrate and the insulator layer of the second sensor substrate in the radiation detection period.
  • the amount of radiation detected in the radiation detection period can be measured by measuring the voltage drop at the start of discharge. Therefore, it is possible to realize a radiation detection apparatus that can measure a low dose with a simple configuration.
  • the present invention is a useful invention that can provide a novel radiation detection apparatus.

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Abstract

　簡単な構成で低線量の放射線の測定が可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。所定の間隔を隔てて対向配置された第１のセンサ基板および第２のセンサ基板により形成される密閉空間に放射線検知ガスが封入された放射線センサを備え、前記放射線センサは、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板との間に複数個の密閉空間を形成し、前記第１のセンサ基板および前記第２のセンサ基板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に前記密閉空間それぞれにおいて直交するように形成された複数本の一対の電極と、前記電極を覆う誘電体材料からなる絶縁体層とを備えている。

Description

放射線検出装置
　本願は、放射線検出装置、特に、放射線により電離したガスの電子やイオンを収集することにより放射線量を検出する放射線検出装置に関するものである。
　放射線により電離したガスの電子やイオンを収集することにより放射線量を検出する放射線検出装置は、ガスを封入した容器内に陰極と陽極との２つの電極を持ち、この２つの電極間に電圧を印加して、放射線により電離したガスの電子やイオンを電極に収集することにより放射線量の検出を行っている。
　このような放射線検出装置として、陰極－陽極間に印加される電圧では放射線によるガス電離信号が増幅されない範囲の電圧・電極構成を持つものを、電離箱方式と称し、陽極周辺に高い電場をかけて電子がなだれを起こして信号を増幅させる電圧・電極構成を持つものを、比例係数方式と称している。
　従来の放射線検出装置として、陰極となる密閉された円筒状の容器の中心に、細い線状の陽極を配置するとともに、容器内に、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスに有機ガスを添加した電離ガスを封入することにより構成されているものがある。この放射線検出装置は、容器内において、放射線が電離ガスを電離し、生成された電子とイオンが陰極－陽極間にかかる電界により移動する。このとき、特に電子が陽極近傍で電子なだれを起こし、放射線は大きなパルス信号として計数される。
　また、Ｘ線、γ線のように、測定される放射線のエネルギーによって放射線検出装置に用いられる電離ガスの種類を変えて、放射線量の検出が行われるものがある。例えば、低エネルギーのＸ線を検出する場合には、吸収係数の大きな原子番号が大きい元素のガスが用いられる。一方、中性子線を検出する場合には、中性子線はガスを電離しないため、電離ガスに中性子線と核反応を起こして荷電粒子を発生する、ヘリウム（Ｈｅ3）や３フッ化ボロン（ＢＦ3）等のガスを用いるものがある。また、陰極として用いられる容器内に、ボロン１０（Ｂ10）やウラン２３５（Ｕ235）等を塗布し、そこで荷電粒子に変換して同様の電離作用を起こさせることで、中性子線を検出する構成のものがある（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
特開平０７－１６９４３８号公報 特開２００２－１８１９４８号公報 特開２００２－１４１７１号公報
　しかし、上記従来の放射線検出装置は、低線量の放射線を効率よく検出するという観点では、いずれも十分なものとは言えなかった。
　本願はこのような現状の課題を解決し、簡単な構成で低線量の放射線の測定が可能な放射線検出装置を提供することを目的とする。
　このような課題を解決するために本願で開示する放射線検出装置は、所定の間隔を隔てて対向配置された第１のセンサ基板および第２のセンサ基板により形成される密閉空間に放射線検知ガスが封入された放射線センサを備え、
　前記放射線センサは、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板との間に複数個の密閉空間を形成し、
　前記第１のセンサ基板および前記第２のセンサ基板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に前記密閉空間それぞれにおいて直交するように形成された複数本の一対の電極と、前記電極を覆う誘電体材料からなる絶縁体層を備えていることを特徴とする。
　本願で開示する放射線検出装置によれば、放射線検知期間において、第１のセンサ基板の絶縁体層と第２のセンサ基板の絶縁体層に放射線量に応じて蓄積される電荷量を利用し、放電開始の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができる。このため、簡単な構成でありながら、低線量の放射線の測定も可能な放射線検出装置を実現することができる。
本実施形態にかかる放射線検出装置の放射線センサの基本構成を示す断面図 本実施形態にかかる放射線検出装置の動作原理を説明するための図 本実施形態にかかる放射線検出装置において、放射線検知期間と測定期間における印加電圧の関係を示す電圧波形図 本実施形態の放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための電圧波形図 本実施形態の放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための図 本実施形態の放射線検出装置において、放射線の測定サイクルを説明するための図 本実施形態にかかる放射線検出装置の放射線センサの他の構成例を示す分解斜視図
　以下、本願で開示する放射線検出装置の一実施の形態について、図面を用いて説明する。
　まず、本発明による放射線検出装置の基本構成と、その動作原理について、図１～図６を用いて説明する。
　図１は、本実施形態にかかる放射線検出装置の、放射線センサ部分の概略構成を示す断面図である。
　図１に示すように、本実施形態の放射線検出装置の放射線センサ部では、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とが、間にガラスからなる接続部材としてのスペーサ３を介在させることで所定の間隔をあけて対向配置されている。また、第１のセンサ基板１および第２のセンサ基板２とスペーサ３との間を、シール材４で封止することにより密閉空間５が形成されている。
　この密閉空間５には、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２を透過してくるＸ線、γ線のような放射線Ａにより電離する放射線検知ガスとして、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの中から選ばれた１つ以上のガスが封入され、これにより放射線センサが構成されている。なお、放射線により電離するガス中には、必要に応じて有機ガスなどを含有させることもできる。
　第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板６、７上に、Ａｇからなる電極８、９が形成されるとともに、電極８、９を覆うように絶縁性基板６、７上に無鉛の誘電体材料からなる絶縁体層１０、１１が形成されている。
　次に、本実施形態にかかる放射線検出装置の放射線量の検出動作原理について、図２を用いて説明する。
　まず、図２（ａ）に示すように、図１に示す放射線センサに、第１のセンサ基板１の電極８側がプラス、第２のセンサ基板２の電極９側がマイナスとなる数１００Ｖの電圧Ｖを印加する。この状態で、放射線Ａが密閉空間５に入ってくると、放射線センサの密閉空間５内のガスが電離し、電子（－）・イオン（＋）対が生成される。
　この生成された電子・イオンは、図２（ｂ）に示すように、放射線センサの第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９との間に印加されている電界により、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０側にマイナスの電荷が蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１側にプラスの電荷が蓄積される。このとき、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に電荷が蓄積されるのみで、電流は流れない。
　この図２（ａ）、図２（ｂ）に示す期間が放射線検知期間で、密閉空間５内に入ってくる放射線量に応じて、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積される電荷の量に、差が発生することとなる。
　次に、検知した放射線量を測定する場合は、図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）とは逆に、第１のセンサ基板１の電極８側がマイナス、第２のセンサ基板２の電極９側がプラスとなる数１００Ｖの逆バイアス電圧Ｖ’を印加し、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２との間で放電を発生させる。このとき、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積される電荷の量、すなわち放射線検知期間で検知した放射線量に応じて、低い電圧で放電を開始することとなる。この放電開始時の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができる。
　より詳細に説明すると、放射線検知期間である蓄積期間終了時は、絶縁体層１０、１１表面には、放射線量に比例した印加電圧と逆極性の電荷が一定量蓄積している。この電荷を測定するために、電極８、９間に蓄積期間と逆のバイアスの電圧Ｖ’を印加すると、印加電圧＋蓄積電圧（蓄積電荷による電圧）分の電界が、ガス空間（密閉空間）中にかかることになる。蓄積電圧がない場合と比較して低い電圧で放電が起こるため、この電圧差を測定することにより蓄積電圧を測定することができる。
　例えば、放射線測定時における第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９とに印加する電圧を印加電圧Ｖ0、蓄積電圧Ｖ、放電開始電圧をＶｆとすると、Ｖｆ＝Ｖ0＋Ｖとなり、印加電圧Ｖ0を階段状やパルス状に上げることにより、放電が起こったタイミングを放電発光や電流信号などで観測すれば、Ｖ0を測定することができる。Ｖｆは、放射線測定装置の構造やガスの組成で決まる値であるため、蓄積電圧Ｖを求めることができる。
　また、蓄積電圧Ｖは、絶縁体層１０、１１の容量Ｃと蓄積電荷Ｑとから、Ｑ＝ＣＶの関係により、絶縁体層１０、１１を形成する誘電体材料、厚み、電極形状が分かっていれば、容量は計算できるため、放射線量と比例する蓄積電荷Ｑを求めることができる。
　以上のように、本実施形態にかかる放射線検出装置においては、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した密閉空間５内に、放射線検知用のガスを封入して構成した放射線センサを有する。放射線センサの第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２とは、それぞれ放射線を透過可能な絶縁性基板６、７（図２では図示を省略）上に一対の電極８、９を形成するとともに、前記電極８、９を覆うように絶縁性基板６、７上に誘電体材料からなる絶縁体層１０、１１を形成することにより構成したものである。そして、放射線検知期間において、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積される電荷量が、放射線量に応じて変化することを利用して、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２との間で放電を発生させる放射線測定期間において、放電開始時の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができるものである。
　図３は、本実施の形態にかかる放射線検出装置において、放射線検知期間と放射線測定期間における印加電圧を示す電圧波形図である。
　図３において、細実線２１は、図２（ａ）に示した第１のセンサ基板１の電極８に印加する電圧波形、太実線２２は、放射線Ａの入射側である第２のセンサ基板２の電極９に印加する電圧波形である。また、Ｔ１は放射線検知期間、Ｔ２は放射線測定期間である。
　図３において、点線の枠線で囲んだように、本実施の形態の放射線検出装置は、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９に、放射線測定期間Ｔ１とは逆バイアスの電圧を印加する際に、この期間において電圧が徐々に変化する傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加するように構成したものである。
　すなわち、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８側に印加する電圧波形２１については、電圧が徐々に減少してマイナス電位となる傾斜電圧波形２１ａを印加し、放射線Ａの入射側である第２のセンサ基板２の電極９側に印加する電圧波形２２については、電圧が徐々に上昇してプラス電位となる傾斜電圧波形２２ａを印加している。
　このように、本実施形態の放射線測定装置では、放射線測定期間Ｔ２において、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９に、放射線測定期間Ｔ１とは逆バイアスの電圧を印加する際に、電圧が徐々に変化する傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加する。このようにすることで、図２において説明したように、放電が発生したときの電圧を測定することにより蓄積された放射線量を測定する場合に、急峻なパルス波形の電圧を印加して測定する場合に比べ、傾斜電圧波形の傾きを制御することによって、放電発生電圧の測定を簡単に高精度で行うことが可能となる。また、傾斜電圧波形であれば、印加時間とともに電圧値が変化する波形であるため、放電が発生する電圧を印加時間に変換して測定することもでき、検出結果をデジタル的に表示する場合の回路構成も簡単に実現することが可能となる。
　図４、図５、図６は本実施形態にかかる放射線検出装置の、測定サイクルを説明するための図である。図４は、本実施形態の放射線検出装置の測定サイクルにおける印加電圧を示す電圧波形図、図５、図６は、図４に示したそれぞれの測定サイクルにおける、放射線検出装置の動作を説明するための概略図である。図５の(1)～(4)、図６の(5)～(9)は、それぞれ、図４中に(1)～(9)として示した状態に対応した動作を示している。
　図４に示すように、本実施形態にかかる放射線検出装置において、放射線測定の１サイクルは、放射線検知期間Ｔ１、放射線測定期間Ｔ２、リセット期間Ｔ３から構成されている。
　放射線検知期間Ｔ１の検知期間初期(1)においては、第１のセンサ基板１の電極８側がプラス、第２のセンサ基板２の電極９側がマイナスとなる数１００Ｖの電圧が印加されているのみで、放射線センサに放射線が入射して来ていない状態であるため、第１のセンサ基板１、第２のセンサ基板２の絶縁体層１０、１１には、放射線による電荷が蓄積されていない状態である。
　放射線検知期間Ｔ１の検出期間中期(2)において、放射線Ａが入射してくると、放射線センサの密閉空間５内のガスが電離し、電子・イオン対が生成され、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９との間に印加されている電界により、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０側にマイナスの電荷が徐々に蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１側にプラスの電荷が徐々に蓄積される。さらに、放射線検知期間Ｔ１の検知期間中期(3)において、放射線Ａが入射してくると、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に電荷が追加されて蓄積される。
　放射線検知期間Ｔ１の検知期間終了(4)においては、入射した放射線量に比例する電荷が第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積された状態となる。
　次に、検知した放射線量を測定する放射線測定期間Ｔ２の測定期間初期(5)において、第１のセンサ基板１の電極８側がマイナス、第２のセンサ基板２の電極９側がプラスとなる数１００Ｖの逆バイアス電圧を印加する。このとき、図４に示すように、傾斜電圧波形２１ａ、２２ａを印加する。
　その後、放射線測定期間Ｔ２の測定期間中期(6)においては、印加電圧＋蓄積電圧（蓄積電荷による電圧）による電界により放電が発生する。上述したように、このとき蓄積電圧がない場合と比べると、低い電圧で放電が起こるため、電圧差を測定することにより、蓄積された放射線量に応じた蓄積電圧を測定することができる。この測定が終了した放射線測定期間Ｔ２の測定期間後期(7)においては、測定期間中期(6)において発生した放電により、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０側にプラスの電荷が蓄積されるとともに、第２のセンサ基板２の絶縁体層１１側にマイナスの電荷が蓄積される。
　そこで、放射線測定期間Ｔ２が終了した後、リセット期間Ｔ３を設けて放射線センサ内の電荷を放射線検知期間Ｔ１の初期の状態に戻す。リセット期間Ｔ３のリセット時(8)においては、第１のセンサ基板１の電極８と第２のセンサ基板２の電極９をグランド電位とすることにより、第１のセンサ基板１の絶縁体層１０と第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積された電荷に応じた微小放電が発生し、リセット後(9)において、放射線センサの第１のセンサ基板１の絶縁体層１０および第２のセンサ基板２の絶縁体層１１に蓄積された電荷が消去され、初期状態に戻る。すなわち、リセット期間Ｔ３は、第１のセンサ基板１、第２のセンサ基板２の絶縁体層１０、１１の電荷を、放射線が入射してくる前の状態に調整するための電荷調整の放電を発生させる期間である。
　以上の動作が測定サイクルの１サイクルとなる。
　ここで、この測定サイクルにおいて、放射線を測定する１サイクル中の放射線検知期間Ｔ１は、放射線量に応じて可変とするのが望ましく、放射線量が多い場合は、蓄積期間を短くして溜まる電荷量を減らすことがより好ましい。逆に、放射線量が低線量の場合は、できるだけ蓄積期間を長くすることにより入射する放射線が増え、感度を向上させることができる。可変する蓄積期間としては、例えば数１００μｓ～数１００ｓ程度が望ましい。また、放射線測定期間Ｔ２は、数１０μｓ～数ｍｓ程度が望ましい。
　図７は、本実施形態にかかる放射線検出装置における、センサ部分の具体的な構成を示す分解斜視図である。本実施形態の放射線検出装置は、図７に示すように、図１に示したセンサ部が、第１のセンサ基板１と第２のセンサ基板２との間に、ｍ列ｎ行のマトリクス状に２次元配置した構成となっている。
　図７に示すように、第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２とは、間にガラスからなる井桁形状のスペーサ３３を介在させて、所定の間隔をあけて対向配置するとともに、第１のセンサ基板３１および第２のセンサ基板３２とスペーサ３３との間を、シール材（図示せず）で封止することにより、複数個の密閉空間３４を形成している。
　この密閉空間３４には、第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２を透過してくるＸ線、γ線のような放射線Ａにより電離する、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの中から選ばれた１つ以上のガスが封入され、これにより複数個のセンサ部３５が構成されている。
　第１のセンサ基板３１と第２のセンサ基板３２は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板３６、３７上に、Ａｇからなる複数本の線上の電極３８、３９が前記センサ部３５を形成する密閉空間３４において直交するように形成されているとともに、電極３８、３９を覆うように、絶縁性基板３６、３７上に無鉛の誘電体材料からなる絶縁体層４０、４１が形成されている。
　本実施形態の放射線検出装置では、絶縁体層４０、４１を構成する鉛を含まない無鉛の誘電体材料として、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化硼素（Ｂ2Ｏ3）を主成分とし、その主成分材料に酸化硅素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）などを含有させることにより構成される無鉛のガラス誘電体材料を用いている。
　より具体的には、これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで、平均粒径が０．５μｍ～２．５μｍとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作製し、次にこの誘電体材料粉末とバインダ成分とを三本ロールでよく混練して、ダイコート用あるいは印刷用の誘電体層用ペーストを作製している。なお、バインダ成分としては、エチルセルロース、あるいは、アクリル樹脂１重量％～２０重量％を含むターピネオール、あるいは、ブチルカルビトールアセテートを用いることができる。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤として、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤として、グリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社製品名）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して、印刷性を向上させてもよい。
　このようにして作製した誘電体ペーストを、スクリーン印刷法で、あるいは、ダイコート法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の５５０℃～５９０℃で焼成することにより、絶縁体層４０、４１を形成している。なお、絶縁体層１０、１１の膜厚については、約４０μμｍ程度が好ましい。
　このように、２次元に複数個のセンサ部３５を配列して構成した放射線センサを用いて放射線を測定する場合は、図４に示す測定サイクルで、各センサ部３５に順次電圧波形を印加することにより、放射線量を測定することが可能である。
　また、本実施形態で示した放射線測定装置のように、複数個のセンサ部３５をマトリクス状に２次元配置してセンサを構成することにより、センサ部３５の位置の違いによる放射線量差分の測定が可能となるため、放射線が入射してくる方向の測定も可能となる。
　さらには、複数個のセンサ部３５で検出した放射線量を加算することにより、放射線検出装置としての感度を向上させることも可能となる。
　なお、上記説明においては、前記第１のセンサ基板と第２のセンサ基板は、それぞれソーダガラスからなる放射線を透過可能な絶縁性基板を用いた例について示したが、センサ基板の構成例は、これに限らない。例えば、金属製基板の表面に、ガラスや樹脂などの絶縁体材料を形成して絶縁性基板としたものを用いることができ、また少なくとも一方の絶縁性基板を、金属製基板の表面にガラスや樹脂などの絶縁体材料を形成した絶縁性基板としてもよい。
　以上のように、本実施懈怠にかかる放射線検出装置においては、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板とを所定の間隔をあけて対向配置して形成した複数個の密閉空間内に、放射線検知用のガスを封入して構成した複数個の放射線センサを有している。この放射線センサの第１のセンサ基板と第２のセンサ基板は、基板上に複数本の一対の電極を前記密閉空間それぞれにおいて直交するように形成するとともに、電極を覆うように誘電体材料からなる絶縁体層を形成することにより構成したものである。このように構成した本実施形態にかかる放射線検出装置は、放射線検知期間において、第１のセンサ基板の絶縁体層と第２のセンサ基板の絶縁体層に放射線量に応じて蓄積される電荷量を利用し、放電開始の電圧低下分を測定することにより、放射線検知期間で検知した放射線量を測定することができる。このため、簡単な構成で低線量の測定も可能な放射線検出装置を実現することができる。
　以上のように本発明は、新規な放射線検出装置を提供できる有用な発明である。

Claims (2)

  1. 　所定の間隔を隔てて対向配置された第１のセンサ基板および第２のセンサ基板により形成される密閉空間に放射線検知ガスが封入された放射線センサを備え、
    　前記放射線センサは、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板との間に複数個の密閉空間を形成し、
    　前記第１のセンサ基板および前記第２のセンサ基板は、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に前記密閉空間それぞれにおいて直交するように形成された複数本の一対の電極と、前記電極を覆う誘電体材料からなる絶縁体層とを備えていることを特徴とする放射線検出装置。
  2. 　前記絶縁体層が、鉛を含まない無鉛のガラス材料により形成されている請求項１に記載の放射線検出装置。
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