JPH04273087A - 放射線検出器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｘ線、ガンマ線、ア
ルファ線、ベータ線などの放射線を検出する放射線検出
器、特に医療用Ｘ線断層撮影装置、ガンマカメラ、工業
用非破壊検査装置の放射線検出器として好適な放射線を
光に変換するシンチレータ（放射線−光変換物質）とシ
ンチレータで変換された光を電気信号に変換する光検出
素子とで構成された固体放射線検出器ならびにその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、医療分野において、Ｘ線断層撮像
装置（ＣＴ）や体内放射線撮像装置（ガンマカメラ）は
、診断機器として、また、工業分野においては、きずの
有無を調べたり、厚みを測定するなど、工業製品を破壊
することなくその品質を検査する装置として広く使われ
ている。これらの装置の解像度向上のうえで、放射線検
出器の小型化が進んでいる。

【０００３】一般に病院で使用されている医療用Ｘ線Ｃ
Ｔ装置では、近年１ｍｍ以下の解像度が要求されるよう
になり、現在０．２ｍｍ　から０．５ｍｍ　程度の解像
度をもつＸ線ＣＴ装置が普及している。また、工業用で
は、用途により要求される解像度は大きく異なるが、医
療用Ｘ線ＣＴ装置と同程度あるいはそれ以上の解像度を
持つＸ線ＣＴ装置が普及し、さらなる解像度が要求され
ている。

【０００４】これらの装置に用いられる放射線検出器は
、ひとつひとつが小型である放射線検出器を多数配列す
る必要があり、そのため、現在用いられている放射線検
出器の方式としては、（１）　キセノンなどの希ガスを
用いてガス電離作用を利用するもの、（２）　放射線に
有感な物質、いわゆるシンチレータにより検出放射線を
光に変換し、その光を光電子増倍管やホトダイオードで
電気信号に変換するもの、（３）ＣｄＴｅ、ＨｇＩ２　
などの半導体の空乏層を利用し、放射線を直接電気信号
に変換するもの、が一般的である。本発明は上記（２）
　の方式の放射線検出器に関するものである。

【０００５】シンチレータを用いて放射線検出を行う場
合、シンチレータ結晶内での放射線−光変換効率が大き
いこと、発生した光の透過率が大きいことが重要である
。また、シンチレータ内部で発生する光を効率よくシン
チレータと光学的に結合する光検出素子に導くために、
光検出素子に向かう面以外のシンチレータ表面を鏡面反
射、あるいは、乱反射するように反射膜がつけられてい
る。さらに、多数のシンチレータを配列する場合には、
シンチレータに入射した放射線が完全に吸収されずに隣
接した別個のシンチレータに再入射し誤った放射線入射
位置信号を出力する、いわゆるクロストーク現象を除去
軽減させる必要があり、そのため、各々のシンチレータ
間に放射線遮蔽材が設けられている。

【０００６】さらに、多数のシンチレータを一次元ある
いは二次元に配列した放射線−光変換部は、変換された
光を効率よく光検出素子に送られるようにホトダイオー
ドや光電子増倍管などの光検出素子へ寸法誤差が少なく
なるように取り付けられる。このような構成の放射線検
出器は、特開平２−８３４８９号、特開昭６３−２５５
７９号、特開昭５８−１４６８７９号、特開昭５７−１
６３８８５号で知られている。

【０００７】図６は従来の放射線検出器の構成を示す断
面図で、光の出射面以外の面に鏡面反射膜、あるいは、
乱反射膜１０が形成されたシンチレータ１１を放射線遮
蔽板１２を介在させて一次元あるいは二次元に並設した
シンチレータ列が、それぞれの光出射面がシリコンホト
ダイオードアレー１３の受光面１４に位置するように光
学的に結合されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の放射線検出器は
、シンチレータ各々表面に鏡面反射膜、あるいは、乱反
射膜を設け、さらに、各々のシンチレータ結晶の間隙に
放射線遮蔽材を設けて各シンチレータを配列してシンチ
レータ列を形成するに際し、均一な厚みを持つ反射膜の
形成、及び、隙間なく各々のシンチレータと放射線遮蔽
材を組合せることは難しく、このシンチレータ列から発
する光を検出する光検出器との位置精度が向上しないか
、あるいは、シンチレータと遮蔽材との間に隙間ができ
る。このため、検出器を小型にできず、分解能が向上し
ないと共に各シンチレータと光検出器よりなる検出素子
間の感度を均一にできないものであった。　　また、シ
ンチレータ各々の表面に反射膜を形成し、その後、各シ
ンチレータ間に放射線遮蔽材を介在させて各シンチレー
タを並設してシンチレータ列を形成するものであること
から、シンチレータ列を寸法精度良く作製することが困
難であると共に放射線検出器の製作に多数の工程と長時
間を要する欠点があった。

【０００９】本発明は、上記に鑑み、小型で高分解能の
放射線検出器を提供すると共に高精度な放射線検出器が
簡単、容易に製作できる製造方法を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は第１の発明は
少なくとも一列に配列された複数個のシンチレータと、
それぞれのシンチレータに光学的に結合された光検出素
子とよりなる放射線検出器において、前記各シンチレー
タ間にシンチレーション光を反射させ、かつ、放射線を
吸収する遮蔽材を兼ねる液状物質を充填硬化させたもの
である。

【００１１】第２の発明は、シンチレータを所定の間隔
を隔てて並設し、各シンチレータ間に光反射性で且つ放
射線吸収性の液状物質を充填して硬化して後、各シンチ
レータと光検出素子とを光学結合したものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば各シンチレータ間に光反射物質
と放射線吸収物質との混合物質が充填されている。混合
物質の充填は一工程で行な得るので、シンチレーション
光を光検出素子に効率よく導くための反射膜と、シンチ
レータ間のクロストークを防ぐ放射線遮蔽材を別個に設
ける必要がない。したがって、各シンチレータ間隙が一
様となり、シンチレータ列と光検出素子との位置精度が
向上し、小型で高分解能で、且つ、感度の均一な放射線
検出器が得られると共にそれを簡単・容易に短時間で製
造できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例の構成を示す断面図で
、１はシンチレータで一次元または二次元に配列され、
各シンチレータはその間隙に充填された光反射物質と放
射線吸収物質の混合物質２で一体化されてシンチレータ
列とされている。

【００１４】シンチレータ列はシリコンホトダイオード
アレー３上に各シンチレータとホトダイオードの受光面
４とを一致させて接着剤５で接着されている。なお６は
シンチレータ列の放射線入射面に形成された光反射膜で
ある。

【００１５】次に図１構成の放射線検出器を光検出素子
として図３のホトダイオードを使用する場合を例として
、図２、図４により放射線検出器の製造方法を説明する
。図３はホトダイオードアレーが形成されたシリコンウ
ェハーを示す平面図で、長さ２０ｍｍ、幅０．８ｍｍ　
の受光面を有するホトダイオードが０．２ｍｍ　間隙で
３インチのウェハー上に形成されている。

【００１６】図３のホトダイオードアレーと結合するシ
ンチレータ列を製造するには、第２図に示すように型枠
７内に長さ２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ　のシンチレータ
結晶を空隙０．２ｍｍ　で２０個、容器７の側壁と０．
１ｍｍ　の間隙を隔てて配置する。このシンチレータ材
料としては、ＣｄＷＯ４　、または、Ｐｒ・Ｃｅ・Ｆの
いずれか、あるいはその組合せを添加したＧｄ２　０２
　Ｓ、Ｔ１を添加したＣｓＩ、Ｂｉ４　Ｇｅ３　Ｏ１２
などが挙げられる。

【００１７】次に、シンチレータ結晶間の空隙に、光検
出素につながる面のみを残し他の面を覆うように、シン
チレーション光を反射させ、かつ、放射線を吸収する液
状の物質を、流し込む。一般的に光反射物質としては白
色であることが望ましいが、本質的にはシンチレータ結
晶から発せられる光波長に対して、その光を反射させる
物質であればよく、必ずしも視覚的に白色である必要は
ない。

【００１８】また、放射線吸収に対しては、Ｘ線やガン
マ線の場合、使用する放射線エネルギーにおける吸収係
数が大きい物質であればよく、物質の原子番号の５乗に
比例してその吸収係数が大きくなるので、原子番号の大
きい物質が吸収材として好ましく、例えば、鉛（原子番
号８２）、ビスマス（原子番号８３）、タンタル（原子
番号７３）、タングステン（原子番号７４）などがＸ線
吸収材として用いられる。

【００１９】これらに適する材料が時間経過・赤外線照
射や高周波照射などの方法でシンチレータ結晶間に注入
後、硬化するものであればよい。従って、放射線吸収係
数の大きいこれらの元素を含む白色塗料材料が前記光反
射−放射線吸収材として使用でき、例えば、塩基性炭酸
鉛（いわゆる鉛白）、塩基性硫酸鉛、塩基性けい酸鉛な
どの鉛系白色塗料、または、三酸化アンチモンなどの塗
料材料を使用することができる。

【００２０】前記光反射−放射線吸収材の硬化後、型枠
７をはずし、シンチレータの面の内、光検出素子と接着
する面の光反射−放射線吸収材を除去したのち、光検出
器に取り付ける。なお、シンチレータ結晶の全ての面を
前記光反射−放射線吸収材で覆うようにシンチレータ列
を作製し、その後、シンチレーション光を発する面のみ
を研磨し、その面の前記光反射−放射線吸収材を取り除
きながら、結晶面を研磨する方法で製作することも可能
である。

【００２１】また、図４のように、治具８に配列保持さ
れたシンチレータ１を光反射−放射線吸収材で満たされ
た容器に浸し、各シンチレータ間に液状の光反射−放射
線吸収材を充填してシンチレータ列を作製することも可
能である。

【００２２】光反射−放射線吸収材の硬化して後、シン
チレータの放射線入射面に対しては、放射線がシンチレ
ータに達する前に減衰することのないように、光反射−
放射線吸収材を除去し、従来の例えば、酸化チタン系の
白色塗料などの光反射材を塗布し、光反射膜を形成する
。

【００２３】ここでは、光検出素子としてシンチレータ
列と同一断面を持つシリコンホトダイオードアレーを図
示しているが、このシンチレータとホトダイオードとの
取り付けには、シンチレーション光を反射吸収しない接
着材料が望ましく、透過率が大きくシンチレータと同じ
屈折率をもつ材料が最も好ましい。安価なものとしては
、例えば、エポキシ系の樹脂接着剤を使用することがで
きる。

【００２４】しかし、シンチレータ列とホトダイオード
がそれぞれ別個に固定することが可能であるならば、必
ずしも接着材料であることは必要でなく、シンチレーシ
ョン光を効率よくホトダイオードに導く、例えば、シリ
コングリスのような物質でもよい。もちろん、光検出素
子としてホトダイオードではなく、光電子増倍管などを
用いることも可能である。

【００２５】

【変形実施例】上記の方法以外に、所望の位置精度でシ
ンチレータを配置する際に、粘着シートを用いる方法も
ある。この場合には、予めシンチレーション光透過面を
磨いたシンチレータと外枠を粘着シートに密着させ、前
記光反射−放射線吸収材を注入し硬化させる。その後、
粘着シートを取り除き、ただちにホトダイオードに取り
付けることも可能である。

【００２６】また、例えば、シンチレータにＣｄＷＯ４
　結晶を用い、放射線として１００　ｋｅＶのエネルギ
ーを持つＸ線を用いた場合、ＣｄＷＯ４　を通過したＸ
線は、約２．２ｍｍで全体の９８％が吸収される。そこ
でＣｄＷＯ４　が十分厚い場合、例えば５ｍｍの厚さを
持つとすると、シンチレーション現象は結晶の表面近傍
で起こり、結晶下部ではほとんど発光しない。

【００２７】そこで、図５のように、シンチレータ結晶
に溝を刻み、この溝に、前記光反射−放射線吸収材を流
し込む方法を用いたとしても、つまり、前記光反射−放
射線吸収材がシンチレータ光透過面まで達していないと
しても、クロストークは十分減少でき、このような方法
でシンチレータ列を作製することも可能である。

【００２８】さらに、光反射−放射線吸収材に接着、硬
化する物質、例えばエポキシ系樹脂を混合させ、強度を
増すことも可能である。

【００２９】

【効果】以上のように本発明によれば、シンチレータ列
と光検出素子の位置精度が良好にすることが可能で、ま
た、各シンチレータ間に光反射物質と放射線吸収物質の
混合物質が隙間なく充填されているので、各シンチレー
タ間に隙間がないため、シンチレータ列につながる光検
出素子にマッチした小形で高分解能を有する放射線検出
器が得られる。

【００３０】また、放射線遮蔽機能と光反射機能をもつ
シンチレータ列が一工程で作製できるので、放射線検出
器が簡単に短時間で製造できると共に、入手容易な安価
な物質を使用すればよいので経済的である。

【００３１】さらに、実施例のように鉛系白色反射材を
用いれば放射線に対するクロストークが除去、あるいは
、軽減され、かつ、シンチレータ光を効率よく光検出素
子に導くための反射材をもつシンチレータ列を工程が少
なく、容易に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】シンチレータ列の製造法の説明用図である。

【図３】ホトダイオードアレーが形成されたシリコンウ
ェハーの平面図である。

【図４】シンチレータ列の他の製造法の説明用図である
。

【図５】シンチレータ列の他の製造法の説明用図である
。

【図６】従来の放射線検出器の構成を示す断面図である
。

【符号の説明】

１　　シンチレータ ２　　混合物質（光反射−放射線吸収材）３　　シリコ
ンダイオードアレー ４　　受光面 ５　　接着材 ６　　光反射膜 ７　　型枠 ８　　治具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも一列に配列された放射線を
   光に変換する複数個のシンチレータと、それぞれのシン
   チレータに光学的に結合された光を電気信号に変換する
   光検出素子とで構成された放射線検出器において、前記
   各シンチレータ間に光反射物質と放射線吸収物質の混合
   物質を充填したことを特徴とする放射線検出器。
2. 【請求項２】　　シンチレータを所定の間隔を隔てて少
   なくとも一列に並設する工程と、各シンチレーター間に
   光反射物質と放射線吸収物質の液状混合物質を充填して
   後、それを硬化させてシンチレータ列を形成する工程と
   、前工程で形成されたシンチレータ列の各シンチレータ
   と光検出素子とを光学的に結合する工程とよりなる放射
   線検出器の製造方法。