JP2007024497A - γ線検出用放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【目的】20keV以上のγ線を検出できる小型で低コストの放射線検出器を提供する。
【構成】γ線の最低エネルギー領域のエネルギー特性を確保する手段として、50keV以上でこれに近い低エネルギーγ線を所定の感度で検出するために放射線検出素子12の前面に配置されている金属フィルタに、放射線検出素子12の放射線有感部121の面積の20分の１程度の面積を有する貫通孔131を形成した金属フィルタ13aを備える。貫通孔をテ―パ孔や肉薄部、有底テ―パ孔に置き換えることは有効であり、これらを複数とすることも有効である。
【選択図】 図１

Description

この発明は、原子力発電所や加速器施設、放射線利用施設等において使用される線量計、特に個人警報線量計、に組み込まれるγ線検出用の放射線検出器に関する。

一般に、原子力発電所や加速器施設、放射線利用施設等の放射線管理区域内に入場する業務従事者は、被ばくした放射線量の把握・管理のために、着用している衣類のポケットに収まる大きさの個人警報線量計を携帯して放射線管理区域内に入場する。
図6は、このような個人警報線量計の一例の構成を示す外観斜視図であり、図7は、個人警報線量計に用いられるγ線検出用放射線検出器の一例の構成を示す断面図であり、図8は、個人警報線量計に用いられる信号処理回路の一例の構成を示すブロック図である。
個人警報線量計100は、業務従事者の作業着の胸ポケットに収まる大きさであって、概ね100×50×10 mm^３程度の形状であり、業務従事者が被ばくした放射線量（以下では「被ばく線量」という）等を表示する液晶ディスプレイ３、規定値以上の被ばく時に放射線管理区域から離脱することを促すための警報ブザー部４、筺体内に内蔵されている不図示のγ線検出用放射線検出器（以下においては、図も含めて単に「放射線検出器」という）１や信号処理回路２や通信手段５、を備えている。

放射線検出器１は、図7に示すように、放射線検出素子12とこれを収容する素子ケース11と放射線検出素子12の前面を覆う金属フィルタ13とで構成されている。放射線検出素子12は小型、高感度で安価であることが求められるので、これには、例えば、シリコンのｐｎ接合からなるダイオード構造の半導体検出素子が用いられている。半導体検出素子の感度はγ線のエネルギーによって大きく変わるので、このエネルギー依存性を所定の範囲内に収めるために、金属フィルタ13が放射線検出素子12の前面に配置されている。
ダイオード構造の半導体検出素子は、ｐｎ接合部に所定の大きさの空乏層を形成するように逆方向バイアスが印加されて使用され、この空乏層内で放射線によって直接および間接に生成される電子および正孔を電流パルスとして出力する。言い換えれば、逆方向バイアスで形成される空乏層が放射線への有感部となっている。

放射線検出素子12から取り出された電流信号は、図8に示した信号処理回路２のアンプ回路21で増幅されて電圧信号となり、この電圧信号は、コンパレータ22で閾値（50 keV以上のγ線を検出しようとする場合には50 keV）以上の場合を放射線による信号出力としてパルス信号に形成される。このパルス信号は、ＣＰＵ23で被ばくした放射線としてカウントされる。ＣＰＵ23は、カウントしたパルス信号の数から被ばく線量を算出する。
ＣＰＵ23には、液晶ディスプレイ３および警報ブザー部４、通信手段５が接続されている。業務従事者は、液晶ディスプレイ３によって被ばく線量をリアルタイムで確認することができ、警報ブザー部４によって規定値以上の被ばくを知ることができる。また、通信手段５によって、被ばく線量が集中管理システムへ無線情報として送信される。集中管理システムでは、受信した無線情報に基づいて当該業務従事者の被ばく線量の推移や所定期間中の累積被ばく線量等が算出され、当該業務従事者の放射線の被ばく管理がなされる。

金属フィルタ13は、上述したように、放射線検出器の感度のγ線エネルギー依存性（エネルギー特性）を所定の範囲内に収めるために放射線検出素子12の前面に配置されており、特に検出感度が急激に高くなる低エネルギー領域のγ線の放射線検出素子12への到達率を下げることが最大の目的である。これは、金属が入射γ線のエネルギーを減弱させる性質、特に低エネルギー領域において急激にエネルギーを減弱させる性質（大きな減弱係数）をもつことを利用しているものである。従来技術においては、この金属フィルタ13で50keV以上のγ線に対する感度を所定範囲内に収めている。図7に示した構成の放射線検出器１では、金属フィルタ13によって50keV未満のγ線がその大部分を減弱され、放射線検出素子12の放射線有感部に到達する50keV未満のγ線の数は必要な感度を得るに必要な数より少なくなっている。言い換えれば、放射線検出器１は50keV未満のγ線も検出する放射線検出器としては使用できない。金属フィルタ13は、銅やタンタル、錫等を主な材料とし、所望のエネルギー特性を得るようにその厚さが選定されている。例えば、銅を材料とする場合には、1mm弱の厚さの板が使用され、タンタルの場合にはより薄い板が使用される。

このような放射線検出器としては、特許文献１に記載の放射線検出器を挙げることができる。
特開平６−34763号公報

上述したように、従来技術による放射線検出器は、50keV以上のエネルギーのγ線を検出するものであり、20keVのγ線まで検出するためには20keVから50keVに感度を有する別の放射線検出器を併用することが必要である。この放射線検出器は、図7のような金属フィルタ13を備えるものではなく、20keVのγ線までを放射線検出素子12に到達させる構成のもの、すなわち、金属フィルタ13よりγ線への減弱効果の弱い金属フィルタを備えるものか、そのような金属フィルタを備えないものである。このように、20keV以上のγ線を検出できる放射線検出器には、エネルギー特性の異なる2つの放射線検出器が併用されることになり、大きさが大きくなりコストも高くなるという問題点がある。
この発明の課題は、このような問題点を解消して、20keV以上のγ線を検出できる小型で低コストの放射線検出器を提供することである。

請求項１の発明は、放射線検出素子とこれの放射線有感部に到達するγ線量を調節して所望のエネルギー特性を得るための金属フィルタとを備えた放射線検出器であって、前記金属フィルタには、このフィルタの厚さでは遮蔽するエネルギー領域のγ線を所定の感度に相当する分だけ通過させるための1つまたは複数の貫通孔が形成されている。
貫通孔の部分はγ線をほとんど減弱させることがないので、金属フィルタに貫通孔が形成されていると、金属フィルタで遮蔽されていた低エネルギーのγ線が、貫通孔の部分を通過し放射線検出素子の放射線有感部に到達することができる。したがって、放射線検出素子の放射線有感部の面積に対応させて貫通穴の面積を選定すれば、50keV以下のγ線に対しても所定の感度を得ることができる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔として、壁面を傾斜させたテーパ孔が形成されている。

金属フィルタの厚さに比べて貫通穴の直径が十分に大きくない場合には、金属フィルタに対して傾いて入射するγ線に対する貫通孔の実効面積が大幅に小さくなったり零になったりする。この実効面積の低減は貫通孔をテーパ孔にすることによって緩和することができる。
請求項３の発明は、放射線検出素子とこれの放射線有感部に到達するγ線量を調節して所望のエネルギー特性を得るための金属フィルタとを備えた放射線検出器であって、前記金属フィルタには、このフィルタの厚さでは遮蔽するエネルギー領域のγ線を所定の感度に相当する分だけ通過させるための1つまたは複数の肉薄部が形成されている。
この発明の肉薄部は、請求項１の発明の貫通孔と同様の機能をもつものであるが、肉薄部を残すことによって、放射線検出器の内部の気密性を確保することができ、且つ放射線検出素子の放射線有感部に到達するγ線の最低エネルギーを肉薄部の厚さで制御することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記肉薄部を囲む壁面がテーパ状に形成されている。
肉薄部を囲む壁面をテーパ状に形成することは、請求項２の発明のテーパ孔の場合と同様に、金属フィルタに対して傾いて入射するγ線に対する肉薄部の実効面積の低減を緩和させる。

請求項１の発明においては、金属フィルタに、このフィルタの厚さでは遮蔽するエネルギー領域のγ線を所定の感度に相当する分だけ通過させるための1つまたは複数の貫通孔が形成されている。貫通孔の部分はγ線をほとんど減弱させることがないので、金属フィルタに貫通孔が形成されていると、フィルタで遮蔽されていた低エネルギーのγ線が、貫通孔の部分を通過し放射線検出素子の放射線有感部に到達することができる。したがって、放射線検出素子の放射線有感部の面積に対応させて貫通穴の面積を選定すれば、50keV以下のγ線に対しても所定の感度を得ることができ、この発明の課題である20keV以上のγ線を検出できる小型で低コストの放射線検出器を提供することができる。
請求項２の発明においては、請求項１の発明の貫通孔として、壁面を傾斜させたテーパ孔が形成されている。金属フィルタの厚さに比べて貫通穴の直径が十分に大きくない場合には、金属フィルタに対して傾いて入射するγ線に対する貫通孔の実効面積が大幅に小さくなって感度が低下するが、貫通孔をテーパ孔とし、その傾角を選定することによって、この実効面積の低減を緩和し、必要な方向特性を得ることができる。

請求項３の発明においては、金属フィルタに、このフィルタの厚さでは遮蔽するエネルギー領域のγ線を所定の感度に相当する分だけ通過させるための1つまたは複数の肉薄部が形成されている。肉薄部は請求項１の発明の貫通孔と同様の機能をもつものであるが、肉薄部を残すことによって、放射線検出器の内部の気密性を確保することができ、且つ放射線検出素子の放射線有感部に到達するγ線の最低エネルギーを肉薄部の厚さで制御することができる。したがって、この発明によれば、20keV以上のγ線を検出できる小型で低コストの放射線検出器を提供することができる。
請求項４の発明においては、請求項３の発明の肉薄部を囲む壁面をテーパ状に形成している。肉薄部を囲む壁面をテーパ状に形成することは、請求項２の発明のテーパ孔の場合と同様に、金属フィルタに対して傾いて入射するγ線に対する肉薄部の実効面積の低減を緩和させ、必要な方向特性を得させる。

この発明による放射線検出器の特徴は、従来技術で実施されている低エネルギー領域のγ線の所定感度確保対策、すなわち、金属フィルタの配置によるγ線の減弱効果を利用する所定感度確保対策に加えて、この減弱効果の効き過ぎる最低エネルギー領域（例えば20keV〜50keV）のγ線の一部を通過させて所定の感度を得るために、金属フィルタに貫通孔または肉薄部を形成する最低エネルギー領域のγ線の所定感度確保対策を併用していることである。
以下において、この発明の最良の実施形態について実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能を有する部分には同じ符号を付ける。

図1は、この発明による放射線検出器の実施例１の構成を示す断面図である。
この実施例の放射線検出器1aは、図7に示した従来例における金属フィルタ13を、貫通孔131を有する金属フィルタ13aに置き換えた構成となっており、素子ケース11および放射線検出素子12は同じものである。貫通孔131の面積は、放射線検出素子12の放射線有感部121の面積の20分の1程度に設定されている。この面積割合は、所定感度を必要とする最低エネルギーのγ線が所定感度に相当する量だけ放射線検出素子12の放射線有感部に到達できることに対応している。
この構成は、前記面積割合が20分の1程度と小さいので、従来例の検出下限γ線エネルギー（上記従来例の場合は50keV）以上のエネルギー領域においては、従来例の放射線検出器と同等のγ線検出特性を有する。しかも、放射線検出素子12の放射線有感部121の面積の20分の1程度という小さい面積の貫通孔を通して検出感度の高い最低エネルギー領域のγ線が放射線検出素子12の放射線有感部121に到達し、所定の感度を確保する。言い換えれば、この実施例は、貫通孔131およびここを通過したγ線を検出する放射線検出素子12の放射線有感部121の一部が金属フィルタ13を備えていない小面積の放射線検出器を構成し、これが従来例の放射線検出器に併備されたのとほぼ同様の機能をもつことになる。この結果として、この実施例によれば、従来技術においては2つの放射線検出器を必要とした最小20keVのγ線までの検出を、従来例と同じ面積の放射線検出器1つで可能とすることができる。

図２は、実施例２の構成を示す断面図である。
この実施例の放射線検出器1bは、小面積の放射線有感部121aを有する放射線検出素子12aを備えており、放射線有感部121aが小面積であることに対応させて、実施例１における貫通孔131を有する金属フィルタ13aを、傾いた壁面を有するテ―パ孔132を有する金属フィルタ13bに置き換えられている。
このテ―パ孔132の目的は、実施例１における貫通孔131と全く同様で、所定感度を必要とする最低エネルギーのγ線が所定感度に相当する量だけ放射線検出素子12aの放射線有感部121aに到達できるようにすることである。
金属フィルタの開口部を垂直な貫通孔にするのか、テ―パ孔にするのか、テ―パ孔の壁面の傾角を何度にするのか、は、傾いて入射するγ線に対する感度を所定の範囲内に収めること（方向特性を満たすこと）を条件として決められる。例えば、実施例1のように放射線有感部の面積が大きい放射線検出素子12の場合には、金属フィルタの厚さに対して開口部の寸法、例えば直径、が十分に大きくなるので、開口部を貫通孔とすることができる。しかし、この実施例のように放射線有感部の面積が小さい放射線検出素子12aの場合には、金属フィルタの厚さに対して開口部の寸法が小さくなるので、斜め入射に対する実効面積の確保という点から垂直な貫通孔とすることができず、テ―パ孔とすることが必要となる。テ―パ孔の傾角はフィルタの厚さに対する開口部の寸法の割合で決定することになる。

なお、図2には上部へ広がるテ―パ孔を示したが、下部へ広がるテ―パ孔も同様に有効である。

図３は、実施例３の構成を示す断面図である。
この実施例の放射線検出器1cは、実施例1における貫通孔131を有する金属フィルタ13aを、肉薄部133を残した穴を有する金属フィルタ13cに置き換えられている。
肉薄部133を残すことによって、放射線検出器の内部の気密性が確保され、更には検出対象にはならない下限値未満のエネルギー（20keV未満）のγ線を遮蔽することができる。実施例1においては、放射線検出器の内部の気密性を必要とする場合には、気密性保持用の膜、例えば樹脂膜、を外面に張り付ける。なお、下限値未満のエネルギーのγ線は遮蔽しなくても、「背景技術」の項で説明したコンパレータの閾値の設定で計数しなくすることはできる。しかし、この領域のγ線が非常に多い場合には、隣り合う信号が重なれあって閾値を越える場合が発生するので、このような場合には、下限値未満のエネルギーのγ線を遮蔽することが必要となってくる。したがって、線量計としてみた場合の下限値未満のエネルギーのγ線の遮蔽効果や使用環境に合わせて、貫通孔にするか肉薄部を残す構造にするかを決定すればよい。

図４は、実施例４の構成を示す断面図である。
この実施例の放射線検出器1dは、実施例２におけるテ―パ孔132を有する金属フィルタ13bを、肉薄部133を残した有底テ―パ孔134を有する金属フィルタ13dに置き換えられている。
肉薄部133を残す目的は、実施例３と同じであり、放射線検出器の内部の気密性の確保と、下限値未満のエネルギーのγ線の遮蔽である。

図５は、実施例５の構成を示す断面図である。
この実施例の放射線検出器1eは、複数のテ―パ孔132を有する金属フィルタ13eを備えている。
放射線検出素子の放射線有感部の面積によっては、最低エネルギーのγ線を通過させる部分（貫通孔、テ―パ孔、肉薄部、有底テ―パ孔）を複数箇所に形成することも有効であり、この実施例はテ―パ孔の場合を示したものである。

この発明によるγ線検出用放射線検出器の実施例１の構成を示す断面図 この発明によるγ線検出用放射線検出器の実施例２の構成を示す断面図 この発明によるγ線検出用放射線検出器の実施例３の構成を示す断面図 この発明によるγ線検出用放射線検出器の実施例４の構成を示す断面図 この発明によるγ線検出用放射線検出器の実施例５の構成を示す断面図 個人警報線量計を示す外観斜視図 従来技術によるγ線検出用放射線検出器の一例の構成を示す断面図 信号処理回路の構成を示すブロック図

符号の説明

１、1a、1b、1c、1d、1e 放射線検出器
11 素子ケース
12、12a 放射線検出素子
121、121a 放射線有感部
13、13a、13b、13c、13d、13e 金属フィルタ
131 貫通孔 132 テ―パ孔
133 肉薄部 134 有底テ―パ孔
２ 信号処理回路
21 アンプ回路 22 コンパレータ
23 ＣＰＵ
３ 液晶ディスプレイ
４ 警報ブザー部
５ 通信手段
100 個人警報線量計

Claims (4)

1. 放射線検出素子とこれの放射線有感部に到達するγ線量を調節して所望のエネルギー特性を得るための金属フィルタとを備えたγ線検出用放射線検出器であって、
   前記金属フィルタには、このフィルタの厚さでは遮蔽するエネルギー領域のγ線を所定の感度に相当する分だけ通過させるための1つまたは複数の貫通孔が形成されている、
   ことを特徴とするγ線検出用放射線検出器。
2. 前記貫通孔として、その壁面を傾斜させたテ―パ孔が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のγ線検出用放射線検出器。
3. 放射線検出素子とこれの放射線有感部に到達するγ線量を調節して所望のエネルギー特性を得るための金属フィルタとを備えたγ線検出用放射線検出器であって、
   前記金属フィルタには、このフィルタの厚さでは遮蔽するエネルギー領域のγ線を所定の感度に相当する分だけ通過させるための1つまたは複数の肉薄部が形成されている、
   ことを特徴とするγ線検出用放射線検出器。
4. 前記肉薄部を囲む壁面がテ―パ状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のγ線検出用放射線検出器。

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