JPS6263881A - 放射線検出器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は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３１３２と接する面を光学研磨したＮａｌ
　（Ｔ　ｌ　）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３３とケース３０の間に酸化
マグネシウムの粉末層３４が介在させである。

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ＰＭＴ３
５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。

〔発明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、
Ｎａ１（Ｔ／）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、Ｎａ１（Ｔ　ｌ　）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Ｎａ１（
７４り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Ｎａ１（ＴＯの結晶のそれ
とほぼ一致しているから、ＰＭ７３５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、キャピ
ラリー状、ファ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Ｃｓ１（Ｔ　ｇ　）の結
晶が知られている。しかし、Ｃｓ１（Ｔｊりの螢光スペ
クトルのピークは５５０ｎｍであるから、Ｃ５Ｉ（Ｔ　
Ｉｔ　）とＨ丁とを使用すると、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。

本発明は、加工性にすぐれたＣ５Ｉ（ＴＪ）の結晶その
他任意の結晶体からなるシンチレータの使用を可能にす
るとともに、これらのシンチレータ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〕

本発明の放射線検出器は、結晶体からなるシンチレータ
と半導体製の光センサとを、この先センサの波長特性に
近い波長特性の螢光材料を混入した接着剤層で接着した
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の放射線検出器は、シンチレータに放射線が入射
されて、シンチレータが螢光を発すると、その光で接着
剤層に混入された螢光材料を発光させる。この螢光材料
が発した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、接着剤層の螢光材料の波
長特性と光センサの波長特性が近くなっているから、光
センサによる検出感度を向上させることができる。

〔実施例〕

本発明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Ｃｓ１（ＴｊｌＯ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
出する単結晶シリコン光センサで、これらが透明のシリ
コンに螢光材料としてＤＴＴＣ（３゜３　′−ｄｉｅｔ
ｈｙ−１ｔｈｒｉｃａｒｂｏ−Ｃｙａｎｉｎｅ　１ｏｄ
ｉｄｅ）を混入した接着剤層３で互いに接着されている
。

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
表面に蒸着などで形成された金属膜で、これによってシ
ンチレータ１内に、その外部から光線がはいることを防
ぐとともに、シンチレータ１が発した光を反射して接着
剤Ｎ３の螢光材料の発光を確実化するもので、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、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ＳｉＯ□からなるパッシベーション膜である。

なお、単結晶シリコン光センサ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ｌ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で反射されるなどして、接着剤層３に混入
された螢光材料を発光させる。前記螢光材料が発した光
を光センサ２が検出し、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、Ｃｓ１（Ｔ１）の結晶からなるシンチレータ１
が発する螢光の波長特性の最大感度は５５０ｎｍで、シ
リコン光センサ２のそれが８００ｎ鏑であって、これら
の波長特性の間にはかなり大きなずれがある。

しかし、シンチレータ１とシリコン光センサ２間に介在
させた接着剤層３に混入したＤＴＴＣの波長特性の最大
感度は８１０ｎｍであって、これはシリコン光センサ２
の波長特性とほぼ一敗しているから、接着剤層３に混入
した螢光材料が発した光をシリコン光センサ２は効率よ
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。

すなわち、Ｃ５ＴＣ丁ｌ）からなるシンチレータ１とシ
リコン光センサ２の波長特性の最大感度には大きな差が
あるから、シンチレータ１が発した光は接着剤層３の螢
光材料を発光させることのみに使用し、前記接着剤層３
の螢光材料が発した光をシリコン光センサ２で検出させ
ることで、その検出感度を向上させるものである。

第２図は第２実施例である。図において、ｌはＣ３■（
ＴＩ）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ＤＤＴＣ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ｌ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は電橋、１０はＳｉｎｇからなる
バッジベージタン膜で、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
重なって、それらの接触面積が大きくなっているから、
シンチｌ／−夕１の螢光で接着剤Ｎ３ａ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６図において、ｌはＣｓ１（
ＴＩりの結晶で形成したシンチレータ、２は単結晶シリ
コン光センサで、これらがＤＴＴＣを混入した透明のシ
リコンからなる接着剤層３で互いに接着されている。１
２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１ｉｌｆ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。１４はケース１３の一
部に設けた窓孔で、これはベリリウム類の窓板１５で閉
鎖され、ケース１３内にＡｒ、　Ｎｔ等の不活性ガスが
封入されている。

１６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・夕１の螢光で接着剤層３の螢光材料
を発光させ、それ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ｌの厚
さを、たとえば１５ｍ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、ベリリウム類の窓板
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Ｃｓ１
（Ｔ７りの結晶製のシンチレータ、２はシリコン光セン
サで、これらが透明のシリコンに螢光材料としてＤＴＴ
Ｃを混入した接着剤層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部の光リ
ークをなくしている。他の構成は、第３実施例と同じで
ある。

第５図は第５實施例の正面図、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Ｃ５Ｉ（Ｔ　ｌ　
）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で単結晶シリ
コン光センサ２に接着したもので、シンチレータｌの表
面は、弯着によるアルミニウムなどの反射用金属Ｍ（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ｌをファ
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１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
れがシンチレータ１で伝送されて接着剤層３の螢光材料
を発光させるから、その放射線の検出ができる。

第８図は第７実施例を示す断面図である。　Ｃｓ１（Ｔ
　／　）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
ンチレータエと接着剤層３の接触面積を大キ＜シて、シ
ンチレーションによる接着剤層３の発光を確実化してい
る。４は金属膜、５は防湿膜である。

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。図において、Ｃｓｌ　（Ｔ　１　）をブリッ
ジマン方式で単結晶化したインゴットを、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７
た面積、間隔に基板２０をグイシングして、複数個のシ
ンチレータｌを構成する。各シンチレータ１は下地板２
１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
た面取外の全表面を、軽油と研磨砂で順次研磨し、次に
ピッチ仮か研磨バッ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ってから
、第９図（Ｃ）に示したように、各シンチレータ１の全
表面に、莢着によって１０００〜５０００人の厚さの光
が不透過で光学反射が可能な金属膜４を形成する０次に
、アクリル系のｔＪＶ硬化用ペーストで、スクリーン印
刷によって各シンチレータ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の間に充填硬化させて
、第９図（Ｄ）に示したように、各シンチレータＩ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で互いに連結され一体状になっている
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ｌの
表面に、第９図（Ｆ）に示したように、Ｃｓ１（ＴＪ）
の屈折率１．８とＳｉＯ□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１ｉ２２
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Ｎ３によって、光センサとしてのＰＩＮ
型ホトダイオードアレー２に固着し、このホトダイオー
ドアレー２に対するワイヤボンデングその他の必要な処
置をして、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、シンチレータ１と光センサ２とを
、螢光材料を混入した接着剤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ろことができる
から、量産が面単にでき、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、−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。基板２０はインゴットをスライシ
ングしたものを示したが、加熱押出しくロール）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ＩＮないしＬｏ
ｏｍ程度のものを研磨して所要の厚さにすればよく、さ
らに、ＩＮよりも薄く、１０００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、これはスパッ
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１０００〜５０００人よりもさらに
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１
０図に示したアレー型横出器は、シンチレータエの厚さ
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っても容易に製造できる。

各実施例に示した単一の放射線検出器は、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１）図
はハイブリ、ド■Ｃ化した実施例を示すものである。図
において、２３はヘースプレートで、これにハイブリッ
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はヘースプレ
ート２３に設けたターミナルである。

シンチレータ１としては、前記各実施例では、Ｃｓ１（
Ｔ６）の結晶について示したが、その他Ｎａ１（ＴＩ）
、Ｋｌ（Ｔｌ））、ＺｎＳ　（Ｃｕ）、ＣｄＷＯａ、Ｂ
ＧＯ，ＢａＦｇなどの任意の結晶体からなるシンチレー
タが使用できる。

半導体光センサとしては、単結晶光センサを示したが、
アモルファスシリコン光センサなと任意のものが使用で
きる。たとえば、シリコンを素材とするＪ　−Ｆ［！Ｔ
やＭＯＳＦＥＴ　、シリコン以外の素材として、Ｇｅ、
■−■族、ｍ−ｖ族化合物半導体材料であるＧａＡｓ　
、　ＣｄＴｅ、　ＩｎＰ、　ＺｎＳ、、ＣｄＳなどから
なる半導体光センサを挙げることができる。

前記接着剤層３に混入する螢光材料としては、使用され
る半導体光センサの波長特性に合った任意のものが使用
できる。たとえば、単結晶シリコン光センサの波長特性
に合ったものとしては、前記ＤＴＴＣ以外に、 ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ　　　　　　　　　　　
　　７６１ｎｓ３＋　３’　−ｄｉｅｔｈｙｌ　ｔｈｉ
ａｔｒｉｃａｒｂｏｃｙａｎｉｎｅｂｒｏｍｉｄｅ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　８３５ｎｍ１．１°−ｄｉｅｔｈｙｌ−２＋　２
’　−ｑｕｉｎｏｔｒｉｃａｒｂｏ−ｃｙａｎｉｎｅ　
１ｏｄｉｄｅ　　　　　　　　　　　　　８９８ｎｍが
ある。

アモルファスシリコン光センサに対しては、その波長特
性の最大感度が５００ｒ＋ｍであるから、４−ｍｅｔｈ
ｙｌ　ｕｍｂｅｌｌｉｆｅｒｏｎｅ　　　　　　　　　
４５４ｎｍ７−ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４−ｎｅｔ
ｈｙｌ　ｃｏｕｍａｒｉｎ　　　　４６０ｎｍＦｌｕｏ
ｒｅｓｃｅｉｎ　　　　　　　　　　　　　　　５５０
ｎｍＲｈｏｄａｍｉｎｅ　　６Ｇ　　　　　　　　　　
　　　　５８５ｎｓＲｈｏｄａｍｉｎｅ　　Ｂ　　　　
　　　　　　　　　　６１０ｎｍＡｃｒｉｄｉｎｅ　　
Ｒｅｄ　　　　　　　　　　　　　６０１ｒｉｓを挙げ
ることができる。その他たとえば、２．５−ｄｉｐｈｅ
ｎｙｌ−１，３，４−ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ（ＰＰＤ）
　３４８ｎｍ２−Ｐｈｅｎｙｌ−５（４−ｂｉｐｈｅｎ
ｙｌｙｌ）−１，３，４−ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ（ＰＢ
Ｄ）　　　　　　　　　　　　　３６２ｎ＋５Ｐ−ｂｉ
ｓ　　ｆ２−（５−Ｐｈｅｎｙｌｏｘａｚｏｌｙｌ））
ｂｅｎｚｅｎｅ（ＰＯＰＯＰ）　　　　　　　　　　　
　　　　　　　４１９ｎ＋ｍもある。

上記各実施例では、接着剤Ｎ３に使用する接着剤として
は、透明シリコンを示しているが、その他たとえばエポ
キシ、アクリル、ウレタンなどの可視光を透過する任意
の合成樹脂が使用できる。

シンチレータ１を被覆する金属膜４として、前記実施例
では、アルミニウムを示したが、半導体光センサが感度
を持つ波長領域（可視領域）で光を遮断できるＡｕまた
はＡ　７！　ｔＯ，、Ｚｎ０２ＴｉＯなどの酸化物、Ｓ
ｔ、　Ｇｅなどの赤外透明材料も使用可能である。

したがって、上記各実施例では、シンチレータ１として
ＣｓＩ　（Ｔ　１　）の結晶と単結晶シリコン光センサ
２の組み合わせのみを示したが、この単結晶シリコン光
センサ２にＮａｌ　（Ｔ　Ｉ！　）の結晶をシンチレー
タ１として組み合わせることも可能である。また、Ｎａ
１（Ｔｉ’）の結晶に対してアモルファスシリコン光セ
ンサとＮａ１（Ｔ６）の結晶を組み合わせることも、接
着剤１ｉ１３に混入する螢光物質を選択することで可能
である。すなわち、検出器の用途または構成などに応し
て、シンチレータ１としての結晶体と、半導体光センサ
の種類を適宜に選択して組み合わせることが可能である
から、用途その他の条件に適応した放射線検出器をうろ
ことが可能である。

たとえば、上記実施例に示したシンチレータｌとしての
Ｃｓ１（ＴＯの結晶は加工性に優れ、０．０１ｍ程度に
薄くすることが可能であり、かつ逆に厚くするときはほ
ぼ任意にできるから、Ｘ線、α線、β線、Ｔ線の任意の
放射線に対する検出器を容易にうることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように、結晶体からなるシンチレータと
半導体光センサとを、螢光材料を混入した接着剤層で接
着して構成し、かつ前記螢光材料と光センサとの波長特
性をほぼ合わせている。したがって、はぼ任意のシンチ
レータと半導体光センサとを使用することが可能である
とともに、接着剤層の螢光材料によって前記光センサの
感度を十分に活用して、シンチレータが発した光を検出
することが可能であるから、検出感度と測定精度が高い
放射線検出器をうろことができる。

そして、シンチレータは結晶体で構成しているから、加
工性に優れたシンチレータを使用すれば、シート状やフ
ァイバ状などの任意の形態になしうるとともに、その厚
さや大きさを任意にできるから、たとえば、Ｘ線、α線
、β線、β線の任意の放射線に対応する各種の用途の検
出器をうろことができる。また、加工性のよい結晶シン
チレータが使用できるから、製造に対する制約も少なく
なり製造能率の向上が容易であり、かつ半導体光センサ
でシンチレータの光を検出するから、低電圧電源で駆動
でき、検出器の全体を小型、軽量化することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明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１）図はバイブリフ
ト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、３
・・・接着剤層。 特許出願人　　　株式会社堀場製作所 代理人　弁理士　　　　　藤本英夫 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶体からなるシンチレータと半導体製の光セン
   サとを、この光センサの波長特性に近い波長特性を有す
   る螢光材料を混入した接着剤層で接着したことを特徴と
   する放射線検出器。
2. （２）シンチレータがＣｓＩ（Ｔｌ）の結晶で構成され
   た特許請求の範囲第（１）項記載の放射線検出器。
3. （３）光センサが単結晶シリコン光センサで構成された
   特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の放射
   線検出器。