特許 5769934 放射線検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5769934

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】放射線検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20150806BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/20 D

   G01T1/20 C

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2010-148331(P2010-148331)

(22)【出願日】2010年6月29日

(65)【公開番号】特開2012-13460(P2012-13460A)

(43)【公開日】2012年1月19日

【審査請求日】2013年1月30日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(72)【発明者】

【氏名】今川 恭四郎

(72)【発明者】

【氏名】松本 絵里佳

(72)【発明者】

【氏名】高田 秀次

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−２０３７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２３９７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１８０４８４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１０−２３２２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９８３６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／２０

Ｇ０１Ｔ ３／０６

Ｇ２１Ｋ ４／００

Ａ６１Ｂ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面のうちの１以上の面を蛍光取出面として設定するとともに、その他の面を鏡面とし、前記蛍光取出面を、前記その他の面よりも面粗さが粗い粗面としたシンチレータと、
前記蛍光取出面に臨ませて配置した受光機構と、
前記その他の面に対向させつつ一定距離離間させて配置した反射部材とを具備し、
前記反射部材と前記その他の面との間に空隙層が設けられており、
前記シンチレータが板状又は円盤状をなすものであり、該シンチレータの表裏両面を前記その他の面とするとともに、側端面を蛍光取出面とし、
前記受光機構が、受光素子と、前記蛍光取出し面と前記受光素子との間に設けられたライトガイドを具備し、
前記シンチレータの対向する一対の側端面がそれぞれ前記ライトガイドと接着されており、
前記ライトガイドにおいて前記その他の面と同じ方向を向く面に対向して第２の反射部材が設けられていることを特徴とする放射線検出器。

【請求項2】

前記シンチレータが等厚薄板状をなすものであり、該シンチレータの表裏両面を前記その他の面とするとともに、周囲の側端面を蛍光取出面としたことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。

【請求項3】

前記受光機構が、等厚薄板状をなし一端を前記蛍光取出面に対向させて配置したライトガイドと、該ライトガイドの他端に臨ませて配置した受光素子とを具備し、前記ライトガイドの厚み寸法をシンチレータの厚み寸法よりも大きく設定したことを特徴とする請求項２記載の放射線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シンチレータを用いた放射線検出器に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のこの種の放射線検出器では、シンチレータの所定面を蛍光取出面としてこの蛍光取出面に光検出器を接続するとともに、他の面には光反射材を塗布又は貼り付けてシンチレータ内で発生した蛍光を逃がすことなく蛍光取出面から効率よく取り出せるようにしている。

【0003】

また、例えば特許文献１には、光反射材を前記他の面から離間させてそれらの間に空気層を設けるとともに、当該他の面の表面粗さを蛍光波長よりも大きい値に設定した放射線検出器が記載されている。

【0004】

表面粗さとは１つの値で定まるものではなく各種の値を有するものであり、特許文献１で述べられている表面粗さがそのどれに該当するのかは不明ではあるものの、上述した構成によって、この特許文献１以前の放射線検出器とは異なり、前記他の面の表面粗さの値に依存することなく空気層に漏れる蛍光の比率が一定となり、機器間の出力特性のばらつきを抑制できるとしてある。

【0005】

また、この特許文献１では、蛍光取出面の表面粗さを前記他の面の表面粗さと同一又はそれよりも小さくすることによって、蛍光の光検出器への伝達率が向上し、放射線検出感度の向上を図れるとも記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０−２６８０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、本願発明者が鋭意検討した結果、前記他の面の表面粗さを特許文献１のように粗くすると、シンチレータと空気層との間での蛍光の全反射量が減り、多くの蛍光は空気層に漏れてその後ろにある反射面で反射し、再度シンチレータに導入されることとなる。そして、前記境界での全反射においては反射率が１００％であるのに対し、前記反射面での反射では、吸収が生じてそれに遠く及ばないことから、実際には蛍光取出効率が悪くなる。

【0008】

また、本発明者によるこれまでの実験やシミュレーションによれば、蛍光取出面の表面粗さを大きく設定しても、鏡面のように表面粗さを小さく設定したものと光伝達効率は大差なく、逆に蛍光取出面の表面粗さが大きい方が光伝達効率がよい場合もある（詳細は後述する）。さらに、薄板状シンチレータの場合、蛍光取出面はシンチレータの側端面に設定される場合が多く、特許文献１のようにその薄い幅の側端面の表面粗さを蛍光の波長以下にまで仕上げるには多大な手間がかかる。そうすると、光伝達効率向上という微妙で不確定なメリットよりも、むしろ、その加工手間によるコストアップ等のデメリットが大きな問題となる。
本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであって、蛍光取出効率を向上できるとともに、簡単に製造できる放射線検出器を提供すべく図ったものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち、本発明に係る放射線検出器は、表面のうちの１以上の面を蛍光取出面として設定するとともに、その他の面を鏡面とし、前記蛍光取出面を、前記その他の面よりも面粗さが粗い粗面としたシンチレータと、前記蛍光取出面に臨ませて配置した受光機構と、前記その他の面に対向させつつ一定距離離間させて配置した反射部材とを具備していることを特徴とする。

【0010】

なお、鏡面とは、蛍光を実質的に散乱させることなく略正反射する表面粗さを有した面のことであり、粗面とは、蛍光が実質的に散乱する粗さを有した面のことである。より具体的には、例えば鏡面の表面粗さとして、ＪＩＳ規格で言う算術平均高さＲａ及び／又は最大高さＲｚ及び／又は十点平均高さＲｚＪＩＳが、蛍光の波長よりも小さいものを挙げることができ、粗面は前記鏡面よりも粗い表面を挙げることができる。

【0011】

しかしてこのようなものであれば、放射線照射によって生じたシンチレータ内での蛍光のうち、前記その他の面に対して一定以上浅い角度で進むものは、前記その他の面が空隙層に露出した鏡面であることから、空隙層との屈折率の違いによってここで１００％の効率で全反射される一方、それよりも深い角度で進入したものは、前記その他の面を抜けてその外側にある反射部材によって反射される。

【0012】

すなわち、反射部材とその他の面との間に空隙層を設け、かつ該その他の面を鏡面としておくことによって、所定割合の蛍光が、確実に当該その他の面で全反射されることととなり、空隙層に漏れた残りの蛍光だけが反射部材で反射されることとなる。その結果、例えばシンチレータの表面に反射部材を塗布したもののように、全ての蛍光を反射部材で反射するものよりも反射効率が１００％の全反射を有効使用できる分、全体としての反射効率が格段に向上するし、特許文献１のように、全反射の割合が小さいものに比べても、やはり反射効率が大きく向上する。このようにして、本発明によれば、蛍光を最大効率で蛍光取出面から導出することができるようになる。

【0013】

また、蛍光取出面が粗面であることは、上述した本発明者による検討からも明らかなように、光伝達を阻害する積極的な要因にはなり得ず、逆に、表面仕上げ加工の手間を削減できることによって、製造の簡単化やコストダウンに寄与し得る。

【0014】

より具体的な実施態様としては、前記シンチレータが等厚薄板状をなすものであり、該シンチレータの表裏両面を前記その他の面とするとともに、周囲の側端面を蛍光取出面としたものを挙げることができる。このようなシンチレータであると、蛍光取出面である側端面を粗く仕上げてもよいということとなり、シンチレータの側端面に実質的にほぼ仕上げ加工を施さず、ほぼ切りっぱなしでもよいということにつながるため、加工を大幅に簡素化できてその点での本発明の効果が顕著となる。

【0015】

本発明者が鋭意検討した結果によれば、前記受光機構が、等厚薄板状をなし一端を前記蛍光取出面に対向させて配置したライトガイドを備えたものにおいて、前記ライトガイドの厚み寸法をシンチレータの厚み寸法よりも若干大きく設定したものの蛍光伝達効率がよいことが判明した。具体的には、ライトガイドの厚み寸法がシンチレータの厚み寸法の１．１〜２．０倍、より厳密には約１．５倍が好ましい。

【発明の効果】

【0016】

以上に述べた本発明によれば、その他の面を鏡面とし、当該その他の面と反射部材との間を離間させたことにより、その他の面での全反射を最大限に利用することができるようになり、蛍光を最大効率で蛍光取出面から導出することができるようになる。また、蛍光取出面を粗面としたことにより、表面仕上げ加工の手間を削減できるようになり、製造の簡単化やコストダウンに大幅に寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態における放射線検出器を示す平面図。

【図2】同実施形態における側断面図。

【図3】同実施形態における部分拡大側断面図。

【図4】同実施形態のシンチレータを示す模式的斜視図。

【図5】蛍光取出面が鏡面の場合と粗面の場合とを比較したシミュレーション結果図。

【図6】蛍光取出面が鏡面の場合と粗面の場合でのシンチレータの材料を変えて比較したシミュレーション結果図。

【図7】本発明の他の実施形態における放射線検出器を示す平面図。

【図8】同実施形態における側断面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0019】

本実施形態に係る放射線検出器１００は、γ線やβ線などの放射線を検出するものであり、図１、図２に示すように１層のシンチレータユニット１と、各シンチレータユニット１に取り付けられた受光機構２とを具備している。
各部について説明する。

【0020】

シンチレータユニット１は、図１、図２及び特に図３に示すように、例えば矩形（ここでは正方形）薄板状をなすシンチレータ１１と、該シンチレータ１１の各面板部、すなわち表裏面１１ａに対向して配置された薄膜状の一対の反射部材１２と、前記シンチレータ１１の外周縁部に配置されて当該シンチレータ１１を保持する矩形枠体１３とを具備したものである。

【0021】

前記シンチレータ１１は、図３に詳細を、図４に模式図を示すように、放射線が入射されると、その入射位置で蛍光（シンチレーション光）が生じるもので、ここでは例えばＮａＩを素材とする１ｍｍ程度の厚みの透明板である。このシンチレータ１１の面板部１１ａは、その表面粗さが蛍光を実質的に散乱させることなく略正反射する程度となるように鏡面加工されている。また、シンチレータ１１のその他の面、すなわち、四方全ての側端面１１ｂは、蛍光が実質的に散乱する粗さの面としてある。

【0022】

反射部材１２は、図３に詳細を、図４に模式図を示すように、シンチレータ１１の面板部と略同じ大きさを有する薄膜であり、その反射面の素材には、前記蛍光をその波長の実質的な全帯域に亘って可及的に高い反射率で反射できるものを用いている。ちなみにこの実施形態での反射部材１２には、ＰＥＴフィルムを用いている。

【0023】

枠体１３は、図３に示すように、積層させた一対の枠体要素１３１からなる。枠体要素１３１は、例えばアクリル等の樹脂で形成された矩形枠状をなすものであり、その内周形状はシンチレータ１１の外周形状と略等しい矩形状に設定してある。この枠体要素１３１間には、枠体要素１３１と平面視略同一形状をなす薄い等厚板状の第１のライトガイド２１（詳細は後述する）が挟まれるようにして保持してあり、この第１のライトガイド２１の内周端面２１ａに、前記シンチレータ１１の側端面１１ｂが、シリコーン樹脂などの空気よりも屈折率の大きい粘弾性を有した透明の光学中継材４を介して接続してある。なお、この光学中継材４としては、シンチレータ１１とライトガイドとの屈折率の中間の屈折率を有するものが光伝達効率の観点からはより好ましい。

【0024】

また、同図に示すように、各枠体要素１３１の対向面における内周端部には、所定距離だけ凹ませた段部１３２が形成してあり、この段部１３２の表面に設定した反射部材保持面１３２ａに、反射部材１２の周縁部が接着剤等で貼り付けてある。この構成によって、当該反射部材１２が、その反射面をシンチレータ１１の表裏面１１ａと平行でかつ一定距離だけ離間させて、この枠体１３に支持されるようにしてある。
なお、図３中、符号５は、シンチレータ１１を気密に覆って潮解等を防止するためのカバーであり、ここではアルミニウムの薄膜を用いているが、シンチレータがプラスティック製のものなど潮解性を有しない場合は、このカバーは不要となる。

【0025】

受光機構２は、前記第１のライトガイド２１と、該第１のライトガイド２１の外周縁部にシリコーン樹脂などの光学中継材４を介して接続した第２のライトガイド２２と、該第２のライトガイド２２の外方端に臨ませて配置した受光素子２３とを具備したものである。

【0026】

第１のライトガイド２１は、その厚み寸法が約１．５ｍｍの等厚透明板であり、前述したように、枠体要素１３１に挟み込まれて保持されている。なお、この実施形態では、図３に示すように、枠体要素１３１と第１のライトガイド２１との間に、シンチレータ１１に対して設けた反射部材１２と同じ第２の反射部材１２’を設けて、光の伝達効率向上を図っている。この第２の反射部材１２’は、第１のライトガイド２１と接着剤で接着されているが、その接着剤を部分的に設けるなどして、第２の反射部材１２’と第１のライトガイド２１との間に隙間ができるようにしている。また、第２の反射部材１２‘は、第１の反射部材１２と異なる材料を用いても構わない。

【0027】

第２のライトガイド２２は、第１のライトガイド２１の外周４辺からそれぞれ外方に延びる矩形等厚透明板であり、ここでは、その厚みを第１のライトガイド２１と等しく設定してある。

【0028】

受光素子２３は例えばフォトディテクタであり、図１に示すように、第２のライトガイド２２の外方端部に複数が並べ設けてある。この受光素子２３と第２のライトガイド２２との間には、前記同様の光学中継材（図示しない）が充填されている。

【0029】

しかしてこのようなものであれば、図３に示すように、放射線照射によって生じたシンチレータ１１内の蛍光のうち、前記シンチレータ１１の表裏面１１ａに対して一定以上浅い角度で進むものは、当該表裏面１１ａが鏡面であり反射部材１２との間に空隙層が存在することから、この境界での屈折率の違いによって、１００％の効率で全反射される一方、それよりも深い角度で進入したものは、表裏面１１ａを抜けてその外側にある反射部材１２によって反射され、最終的にシンチレータ１１の側端面１１ｂ、すなわち蛍光取出面に導かれる。その後、蛍光は、ここから第１、第２のライトガイド２２を通って受光素子２３で検出される。

【0030】

つまり、本実施形態によれば、所定割合の蛍光が、確実にシンチレータ１１の表裏面１１ａで全反射されることととなり、残りの空隙層に漏れた蛍光だけが反射部材１２で反射されることとなる。したがって、例えばシンチレータ１１の表面に反射部材を塗布したもののように、全ての蛍光を反射部材で反射するよりも反射効率が格段に向上し、その結果、蛍光を最大効率で蛍光取出面１１ｂから導出することができるようになる。

【0031】

また、蛍光取出面であるシンチレータ側端面１１ｂが粗面であるため、表面仕上げ加工の手間を削減できることによって、製造の簡単化やコストダウンに寄与し得る。しかも、このことは、光伝達を阻害する積極的な要因にはならず、むしろ本発明者による検討によれば、場合によっては鏡面よりも伝達効率が向上する可能性すらある。以下に、その検討結果を示す。
シンチレータの光取出面を鏡面にした場合、その外側に塗布されたシリコーン樹脂などの光学中継材に取り出すことができる到達光量率は、本発明者の理論計算によれば４６．９％、シミュレーションでは５８．５％である。
一方、シンチレータの光取出面を粗面にした場合、その粗面態様によって当該粗面での光吸収などによる損失が異なるので、横軸に、粗面での損失を考慮した光透過率、縦軸に光学中継材に取り出すことができる到達光量率をとってグラフに表すと、図５のようになる。
しかして、この図５から明らかなように、シンチレータの光取出面を粗面にした場合、その粗面での光吸収などによる損失が約２０〜３０％以下（粗面での光透過率が約７０〜８０％以上）となるような粗面態様にしておけば、鏡面を上回る効率で蛍光を取り出すことができる。
また、光取出面を粗面にした場合、図６に示すように、シンチレータの光屈折率が大きいほど、到達光量率は向上する。これは、鏡面の場合とは逆の傾向である。この技術によって屈折率の高い他のシンチレータ材料をより積極的に使用できるようになる。

【0032】

なお、本発明は前記実施形態に限られない。例えば、図７、図８に示すように、第２のライトガイド２２を、受光素子２３との関係から、平面視徐々に幅が小さくなり、側面視徐々に厚みが大きくなるような異形状としてもよい。
また、シンチレータは、矩形平板状のものに限らず、円盤状のものでもよいし、ブロック状のものでもよい。蛍光取出面は、１面だけでも構わない。
受光素子もＰＭＴなど、種々のタイプのものを用いることができる。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。

【符号の説明】

【0033】

１００・・・放射線検出器
１１・・・シンチレータ
１１ａ・・・その他の面（表裏面）
１１ｂ・・・蛍光取出面（側端面）
１２・・・反射部材
２・・・受光機構
２１・・・ライトガイド（第１のライトガイド）
２２・・・ライトガイド（第２のライトガイド）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】