特許 5780847 放射線検出装置および放射線分析装置

(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】5780847

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】放射線検出装置および放射線分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/24 20060101AFI20150827BHJP

   G01N 23/225 20060101ALI20150827BHJP

   G01N 23/223 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/24

   G01N23/225

   G01N23/223

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-133162(P2011-133162)

(22)【出願日】2011年6月15日

(65)【公開番号】特開2013-2903(P2013-2903A)

(43)【公開日】2013年1月7日

【審査請求日】2014年5月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】磯部 竜一

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１７５４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９９８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−０９４０５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−２５７３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３０７９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−０９４０５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−０３８０１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／００−１／１６、１／１６７−７／１２

Ｇ０５Ｄ ２３／２０

Ｇ０１Ｎ ２３／２２３

Ｇ０１Ｎ ２３／２２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線を検出する半導体検出素子と、
前記半導体検出素子を冷却するペルチエ素子と、
前記半導体検出素子の温度を監視する第１温度監視部と、
前記ペルチエ素子の温度を監視する第２温度監視部と、
前記半導体検出素子が設定温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する制御部と、を含み、
前記第１温度監視部は、前記半導体検出素子の温度を測定して検出素子温度情報を取得し、
前記第２温度監視部は、前記ペルチエ素子の温度を測定して冷却素子温度情報を取得し、
前記制御部は、
前記設定温度を第１温度に設定し、前記検出素子温度情報に基づいて前記半導体検出素子が前記第１温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する第１温度維持処理と、
前記冷却素子温度情報に基づいて、前記ペルチエ素子の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理と、
前記第１温度維持処理の実行中に、前記第１閾値判定処理において前記ペルチエ素子の温度を前記第１閾値よりも高いと判定した場合、前記設定温度を前記第１温度から前記第１温度よりも高い第２温度に変更し、前記検出素子温度情報に基づいて前記半導体検出素子が前記第２温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する第２温度維持処理と、を行い、
前記ペルチエ素子は、
前記半導体検出素子を冷却する吸熱部と、
前記吸熱部から伝達された熱を放出する放熱部と、
を有し、
前記第２温度監視部は、前記放熱部の温度を測定して前記冷却素子温度情報を取得し、
前記制御部は、
前記冷却素子温度情報に基づいて、前記放熱部の温度が第２閾値よりも低いか否かを判定する第２閾値判定処理と、
前記第２温度維持処理の実行中に、前記第２閾値判定処理において前記放熱部の温度を前記第２閾値よりも低いと判定した場合、前記設定温度を前記第２温度から前記第１温度に変更し、前記検出素子温度情報に基づいて前記半導体検出素子が前記第１温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する第１温度復帰処理と、
を行い、
前記第２閾値は、前記第１閾値よりも低い、放射線検出装置。

【請求項2】

請求項１において、
さらに、前記ペルチエ素子で発生した熱を放出する放熱器を含み、
前記第２温度監視部は、前記放熱器の温度を測定することによって前記放熱部の温度を間接的に測定する、放射線検出装置。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記制御部は、前記設定温度を前記第２温度に設定した場合、警告信号を出力する、放射線検出装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放射線検出装置を含む、放射線分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線検出装置および放射線分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＴＥＭ）、蛍光Ｘ線分析装置（Ｘ−ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ、ＸＲＦ）等に搭載される放射線検出装置として、シリコンドリフト型検出器（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｒｉｆｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＳＤＤ）を用いたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

ＳＤＤは、半導体検出素子であり、入射Ｘ線によってＬｉを拡散させたＰ型Ｓｉから発生した電子を、同心円状の電位勾配を持った電極構造により効率よくアノードに導くようにした素子である。ＳＤＤでは、Ｓｉの不純物コントロールによって、熱ノイズの減少が図られている。

【0004】

ＳＤＤの利点は、分解能がＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と同程度で、計数率がＳＳＤに比較して１桁以上高いことである。また、ＳＤＤの冷却は、例えば、特許文献２に開示されているようなペルチエ素子等を用いた温度制御装置によって行うことができる。したがって、ＳＤＤを用いた放射線検出装置では、ペルチエ素子等を用いた温度制御装置を用いることにより、ＳＳＤを用いた放射線検出装置のように液体窒素等を用いた冷却を行う必要がない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１６９６５９号公報

【特許文献2】特開昭６２−１４４２１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、ペルチエ素子とは、ペルチエ効果を利用した素子であり、直流電流を流すことにより、熱を一方側（吸熱側）から他方側（放熱側）に移動させることができる。このため、ペルチエ素子は、電子部品や光学部品等の温度安定化のための温度制御素子として用いられる。

【0007】

しかしながら、ペルチエ素子は、移動させる熱に加えて、素子自体のジュール熱による発熱量も大きい。そのため、ペルチエ素子を用いた温度制御装置では、放熱側の放熱効率が落ちた場合、温度制御（シーケンス制御）が破綻してしまうことがあった。

【0008】

具体的には、ペルチエ素子を用いた温度制御装置は、例えば、室温が上昇するなどして放熱側の放熱効率が落ち、温度制御対象物の温度が上昇してしまった場合、ペルチエ素子に供給する電流量を増加させて温度制御対象物の冷却を進める。しかしながら、ペルチエ素子に流れる電流量が増加すると、ジュール熱による発熱量が増加してしまうため、温度変化に対する応答が著しく遅くなったり、かえって温度制御対象物の温度を上昇させたりしてしまう場合がある。この結果、温度制御（シーケンス制御）が破綻してしまうことがあった。このような現象は、特に、吸熱側と放熱側の温度差が大きく、ペルチエ素子の冷却能力に余裕がない場合に起こる。

【0009】

放射線検出装置では、半導体検出器に対する温度制御が破綻して半導体検出器の温度を一定に維持することができなくなると、半導体検出器の出力ゲインの変動やエネルギー分解能の低下が生じ、正しい分析が行えなくなる。さらに、温度制御が破綻してしまうと、例えば、その復帰に時間がかかったり、装置をたちさげるなどして装置をリセットしなければならなかったりする場合がある。そのため、半導体検出器に対する温度制御の破綻を抑制できる信頼性の高い放射線検出装置が望まれている。

【0010】

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、信頼性の高い放射線検出装置および放射線分析装置を提供することができる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

（１）本発明に係る放射線検出装置は、
放射線を検出する半導体検出素子と、
前記半導体検出素子を冷却するペルチエ素子と、
前記半導体検出素子の温度を監視する第１温度監視部と、
前記ペルチエ素子の温度を監視する第２温度監視部と、
前記半導体検出素子が設定温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する制御部と、を含み、
前記第１温度監視部は、前記半導体検出素子の温度を測定して検出素子温度情報を取得し、
前記第２温度監視部は、前記ペルチエ素子の温度を測定して冷却素子温度情報を取得し、
前記制御部は、
前記設定温度を第１温度に設定し、前記検出素子温度情報に基づいて前記半導体検出素子が前記第１温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する第１温度維持処理と、
前記冷却素子温度情報に基づいて、前記ペルチエ素子の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理と、
前記第１温度維持処理の実行中に、前記第１閾値判定処理において前記ペルチエ素子の温度を前記第１閾値よりも高いと判定した場合、前記設定温度を前記第１温度から前記第１温度よりも高い第２温度に変更し、前記検出素子温度情報に基づいて前記半導体検出素子が前記第２温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する第２温度維持処理と、を行い、
前記ペルチエ素子は、
前記半導体検出素子を冷却する吸熱部と、
前記吸熱部から伝達された熱を放出する放熱部と、
を有し、
前記第２温度監視部は、前記放熱部の温度を測定して前記冷却素子温度情報を取得し、
前記制御部は、
前記冷却素子温度情報に基づいて、前記放熱部の温度が第２閾値よりも低いか否かを判定する第２閾値判定処理と、
前記第２温度維持処理の実行中に、前記第２閾値判定処理において前記放熱部の温度を前記第２閾値よりも低いと判定した場合、前記設定温度を前記第２温度から前記第１温度に変更し、前記検出素子温度情報に基づいて前記半導体検出素子が前記第１温度に維持されるように前記ペルチエ素子を制御する第１温度復帰処理と、
を行い、
前記第２閾値は、前記第１閾値よりも低い。

【0012】

このような放射線検出装置によれば、外部の温度の上昇やその他の原因による熱の流入等により、冷却素子の放熱効率が低下するような場合であっても、冷却素子の冷却能力に余裕を持たせることが可能となり、半導体検出素子に対する温度制御の破綻を防ぐことができる。したがって、装置の信頼性を高めることができる。

【0015】

このような放射線検出装置によれば、温度制御が破綻するか否かを、例えば、半導体検出素子の温度や冷却素子の吸熱部の温度に基づいて判定を行う場合と比べて、より早い段階で判断することができる。

【0017】

このような放射線検出装置によれば、温度制御の破綻を防ぎつつ、設定温度を第２温度から第１温度に戻すことができる。

【0019】

このような放射線検出装置によれば、設定温度が頻繁に切り替わることを防ぐことができる。

【0020】

（２）本発明に係る放射線検出装置において、
さらに、前記ペルチエ素子で発生した熱を放出する放熱器を含み、
前記第２温度監視部は、前記放熱器の温度を測定することによって前記放熱部の温度を間接的に測定してもよい。

【0021】

このような放射線検出装置によれば、冷却素子の放熱効率を高めることができる。

【0024】

（３）本発明に係る放射線検出装置において、
前記制御部は、前記設定温度を前記第２温度に設定した場合、警告信号を出力してもよい。

【0025】

このような放射線検出装置によれば、例えば、ユーザーが、設定温度が第２温度となったことを知ることができる。

【0027】

（４）本発明に係る放射線分析装置は、
本発明に係る放射線検出装置を含む。

【0028】

このような放射線分析装置によれば、本発明に係る放射線検出装置を含むため、信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】第１実施形態に係る放射線検出装置を示す機能ブロック図。

【図2】第１実施形態に係る放射線検出装置を模式的に示す概略説明図。

【図3】第１実施形態に係る放射線検出装置の動作の一例を示すフローチャート。

【図4】第２実施形態に係る放射線検出装置を示す機能ブロック図。

【図5】第２実施形態に係る放射線検出装置を模式的に示す概略説明図。

【図6】第２実施形態に係る放射線検出装置の動作の一例を示すフローチャート。

【図7】第３実施形態に係る放射線分析装置を示す機能ブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0031】

１． 第１実施形態
１．１． 放射線検出装置の構成
まず、第１実施形態に係る放射線検出装置の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る放射線検出装置１００を示す機能ブロック図である。図２は、本実施形態に係る放射線検出装置１００を模式的に示す概略説明図である。なお、図２では、半導体検出素子１０、冷却素子２０、放熱器６０の断面の概略が示されている。

【0032】

放射線検出装置１００は、図１および図２に示すように、半導体検出素子１０と、冷却素子２０と、第１温度監視部３０と、第２温度監視部４０と、制御部５０と、を含む。さらに、放射線検出装置１００は、放熱器６０を含むことができる。

【0033】

半導体検出素子１０は、放射線を検出する。半導体検出素子１０は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線検出素子であり、シリコンドリフト型検出器（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｒｉｆｔ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＳＤＤ）である。シリコンドリフト型検出器は、例えば、入射Ｘ線によってＬｉを拡散させたＰ型Ｓｉから発生した電子を、同心円状の電位勾配を持った電極構造により効率よくアノードに導くようにした素子である。ＳＤＤでは、Ｓｉの不純物コントロールによって、熱ノイズの減少が図られている。半導体検出素子１０は、例えば、真空容器（図示しない）に収容され、真空容器に設けられたＸ線入射窓から入射したＸ線を検出する。また、ここで、放射線とは、例えば、Ｘ線であり、より具体的には、試料に電子線やＸ線を照射することにより発生する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）等である。

【0034】

半導体検出素子１０は、図２に示すように、冷却素子２０の吸熱部２２と接している。半導体検出素子１０は、設定温度に維持されるように、冷却素子２０によって冷却される。設定温度は、半導体検出素子１０が所定の性能を発揮できる温度であり、例えば、−３０℃以上０℃以下に設定される。半導体検出素子１０の温度は、第１温度監視部３０によって監視されている。

【0035】

冷却素子２０は、半導体検出素子１０を冷却する。冷却素子２０は、例えば、ペルチエ素子である。ペルチエ素子とは、異種の金属あるいは半導体を接触させて電流を流すと接触点で熱が発生したり吸収されたりする現象（ペルチエ効果）を利用した素子である。冷却素子２０は、図２に示すように、吸熱部２２と、放熱部２４と、を有する。冷却素子２０は、図示の例では、板状の部材であり、当該部材の１つの面が吸熱部２２となり、吸熱部２２と反対側の面が放熱部２４となっている。

【0036】

吸熱部２２は、半導体検出素子１０と接しており、放熱部２４は、放熱器６０（ヒートパイプ６２）と接している。冷却素子２０は、制御部５０から直流電流が供給されると、その電流量に応じた熱を吸熱部２２から放熱部２４に伝達する。これにより、吸熱部２２に接する半導体検出素子１０を冷却することができる。吸熱部２２から放熱部２４に伝達された熱は、放熱器６０を介して、装置の外部に放出される。冷却素子２０の温度は、第２温度監視部４０によって監視されている。

【0037】

第１温度監視部３０は、半導体検出素子１０の温度を監視している。第１温度監視部３０は、半導体検出素子１０の温度を測定して検出素子温度情報Ｉ_１０を取得する。第１温度監視部３０は、取得した検出素子温度情報Ｉ_１０を制御部５０に出力する。第１温度監視部３０は、例えば、サーミスタ（図示しない）を含んで構成された温度監視回路である。

【0038】

第２温度監視部４０は、冷却素子２０の温度を監視している。第２温度監視部４０は、冷却素子２０の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する。第２温度監視部４０は、例えば、冷却素子２０の放熱部２４の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する。図２の例では、第２温度監視部４０は、放熱器６０（ヒートパイプ６２）を介して、冷却素子２０の放熱部２４の温度を測定している。すなわち、第２温度監視部４０は、放熱器６０（ヒートパイプ６２）の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得している。第２温度監視部４０は、取得した冷却素子温度情報Ｉ_２０を制御部５０に出力する。第２温度監視部４０は、例えば、サーミスタ（図示しない）を含んで構成された温度監視回路である。

【0039】

制御部５０は、半導体検出素子１０が設定温度に維持されるように冷却素子２０を制御する。制御部５０は、設定温度を第１温度に設定し、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する第１温度維持処理を行う。また、制御部５０は、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、冷却素子２０の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理を行う。また、制御部５０は、第１温度維持処理の実行中に、第１閾値判定処理において冷却素子２０の温度を第１閾値よりも高いと判定した場合、設定温度を第１温度から第１温度よりも高い第２温度に変更し、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第２温度に維持されるように冷却素子２０を制御する第２温度維持処理を行う。

【0040】

制御部５０は、さらに、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、放熱部２４の温度が第２閾値よりも低いか否かを判定する第２閾値判定処理を行う。また、制御部５０は、第２温度維持処理の実行中に、第２閾値判定処理において放熱部２４の温度を第２閾値よりも低いと判定した場合、設定温度を第２温度から第１温度に変更し、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する第１温度復帰処理を行う。

【0041】

制御部５０は、さらに、設定温度を第２温度に設定した場合、警告信号を出力する。

【0042】

なお、上述した制御部５０の処理の詳細については、後述する「１．２． 放射線検出装置の動作」で説明する。

【0043】

制御部５０は、専用回路により実現して上述した処理や制御を行うようにしてもよい。また、制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が記憶部等に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、上述した処理や各種制御を行うようにしてもよい。すなわち、制御部５０は、制御プログラムにより、冷却素子２０を制御する冷却素子制御手段、警告信号を出力する警告信号出力手段として機能するように構成してもよい。

【0044】

放熱器６０は、冷却素子２０で発生した熱を放出する。放熱器６０は、図２に示すように、ヒートパイプ６２と、ペルチエ素子６４と、放熱板６６と、を含んで構成されている。

【0045】

ヒートパイプ６２は、一方の端部が冷却素子２０の放熱部２４と接しており、他方の端部がペルチエ素子６４と接している。ヒートパイプ６２は、放熱部２４の熱をペルチエ素子６４に伝達することができる。

【0046】

ペルチエ素子６４は、一方の面（吸熱部）がヒートポンプ６２と接しており、当該一方の面とは反対側の他方の面（放熱部）が放熱板６６と接している。ペルチエ素子６４は、ヒートポンプ６４を冷却することができる。これにより、冷却素子２０の放熱部２４の放熱効率を高めることができる。

【0047】

放熱板（ヒートシンク）６６は、ペルチエ素子６４の放熱部と接している。これにより、ペルチエ素子６４の熱を効率より放出することができる。

【0048】

なお、放熱器６０の構成は、図示の例に限定されず、冷却素子２０で発生した熱を放出することができる構成であれば特に限定されない。例えば、放熱器６０は、強制的に空気の移動量を増加させるためのファン（図示しない）を備えていてもよい。これにより、放熱効率を向上させることができる。

【0049】

１．２． 放射線検出装置の動作
次に、本実施形態に係る放射線検出装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る放射線検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図１および図２に示す放射線検出装置１００および図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、放射線検出装置１００の半導体検出素子１０に対する温度制御方法について説明する。

【0050】

まず、第１温度監視部３０が、検出素子温度情報Ｉ_１０の取得を開始する検出素子温度情報取得処理を行う（検出素子温度情報取得工程Ｓ１０）。

【0051】

第１温度監視部３０は、半導体検出素子１０の温度を測定して検出素子温度情報Ｉ_１０を取得する。第１温度監視部３０は、取得した検出素子温度情報Ｉ_１０を制御部５０に出力する。第１温度監視部３０は、検出素子温度情報取得処理を繰り返し行う。第１温度監視部３０は、例えば、放射線検出装置１００が半導体検出素子１０に対する温度制御を終了するまで検出素子温度情報取得処理を繰り返し行う。

【0052】

次に、第２温度監視部４０が、冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する冷却素子温度情報取得処理を開始する（冷却素子温度情報取得工程Ｓ１１）。

【0053】

第２温度監視部４０は、冷却素子２０の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する。具体的には、第２温度監視部４０は、放熱器６０（ヒートパイプ６２）を介して、冷却素子２０の放熱部２４の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する。すなわち、工程Ｓ１１において冷却素子２０の温度とは、冷却素子２０の放熱部２４の温度である。第２温度監視部４０は、取得した冷却素子温度情報Ｉ_２０を制御部５０に出力する。第２温度監視部４０は、冷却素子温度情報取得処理を繰り返し行う。第２温度監視部４０は、例えば、放射線検出装置１００が半導体検出素子１０に対する温度制御を終了するまで検出素子温度情報取得処理を繰り返し行う。

【0054】

なお、検出素子温度情報取得工程Ｓ１０、および冷却素子温度情報取得工程Ｓ１１を行う順序は特に限定されない。また、第１温度監視部３０は、制御部５０の要求に応じて、適宜、検出素子温度情報取得処理を行ってもよい。同様に、第２温度監視部４０は、制御部５０の要求に応じて、適宜、冷却素子温度情報取得処理を行ってもよい。

【0055】

次に、制御部５０が、半導体検出素子１０の設定温度を第１温度に設定し、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する第１温度維持処理を行う（第１温度維持工程Ｓ１２）。

【0056】

制御部５０は、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて、冷却素子２０に供給する電流量を制御することにより、半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する。第１温度は、例えば、半導体検出素子１０が所定の性能を発揮できる温度であり、例えば、−３０℃以上０℃以下である。ここでは、第１温度を−３０℃とする。制御部５０は、例えば、予め記憶部（図示しない）等に記憶された設定温度情報を取得して、設定温度を設定する。

【0057】

次に、制御部５０が、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、冷却素子２０の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理を行う（第１閾値判定工程Ｓ１３）。

【0058】

制御部５０は、冷却素子温度情報Ｉ_２０から、冷却素子２０の放熱部２４の温度が、第１閾値よりも高いか否かを判定する。ここで、第１閾値は、制御部５０の半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻するか否かの基準となる値である。放射線検出装置１００では、冷却素子２０の放熱部２４の温度が所定の温度以上になると、冷却素子２０（吸熱部２２）の冷却能力が低下し、制御部５０の半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻する場合がある。第１閾値は、例えば、当該所定の温度である。また、第１閾値は、例えば、冷却素子１０が半導体検出素子１０を第１温度に維持できなくなる放熱部２４の温度の下限値である。このように第１閾値判定工程Ｓ１３は、半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻する可能性が高いか否かを判定する工程といえる。第１閾値は、例えば、吸熱部２２の温度（第１温度）が−３０℃の場合、＋３０℃に設定される。

【0059】

制御部５０は、例えば、第１閾値判定処理を、冷却素子温度情報Ｉ_２０が入力されるごとに行う。また、制御部５０は、第１温度維持処理の実行中にのみ、第１閾値判定処理を行ってもよい。

【0060】

第１温度維持処理の実行中に、第１閾値判定処理において制御部５０が冷却素子２０の放熱部２４の温度を第１閾値よりも高いと判定した場合（工程Ｓ１４でＹＥＳの場合）、制御部５０が設定温度を第１温度から第１温度よりも高い第２温度に変更し、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第２温度に維持されるように冷却素子２０を制御する第２温度維持処理を行う（第２温度維持工程Ｓ１５）。

【0061】

第１閾値判定処理において制御部５０が冷却素子２０の放熱部２４の温度を第１閾値よりも高いと判定した場合、半導体検出素子１０を第１温度に維持できなくなる可能性が高くなったことを意味する。すなわち、半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻する恐れがある。したがって、制御部５０は、設定温度を第１温度よりも高い第２温度に変更する。制御部５０は、例えば、予め記憶部等に記憶された設定温度情報を取得して、設定温度を第２温度に変更する。第２温度は、第１温度よりも高い温度であれば特に限定されない。第２温度は、例えば、−２５℃である。このように、制御部５０が設定温度を上げることにより、吸熱部２２と放熱部２４との間の温度差を小さくすることができる。したがって、冷却素子２０の冷却能力に余裕を持たせることができ、温度制御の破綻を防ぐことができる。

【0062】

なお、第１温度維持処理の実行中とは、制御部５０が実質的に第１温度維持処理を行っている状態を意味し、具体的には、制御部５０が、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御している状態を意味する。

【0063】

さらに、制御部５０は、設定温度を第２温度に設定した場合に、警告信号を出力する。警告信号は、例えば、掲示部（図示しない）に入力される。掲示部は、警告信号の出力情報を、画像、音、光のうちの少なくとも１つを用いて掲示する。これにより、例えば、ユーザーが、設定温度が第２温度となったことを知ることができる。

【0064】

第２閾値判定処理において制御部５０が冷却素子２０の放熱部２４の温度を第１閾値よりも低いと判定した場合（工程Ｓ１４でＮＯの場合）、再び、第１閾値判定処理（工程Ｓ１３）を行う。すなわち、制御部５０は、半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御しつつ、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて冷却素子２０の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する。

【0065】

工程Ｓ１５の後に、制御部５０が、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、放熱部２４の温度が第２閾値よりも低いか否かを判定する第２閾値判定処理を行う（第２閾値判定工程Ｓ１６）。

【0066】

制御部５０は、冷却素子温度情報Ｉ_２０から、冷却素子２０の放熱部２４の温度が、第２閾値よりも低いか否かを判定する。第２閾値は、例えば、半導体検出素子１０を第１温度に維持することが可能と判断できる放熱部２４の温度の上限値である。すなわち、放熱部２４の温度が第３閾値よりも低い場合、冷却素子２０の冷却能力が半導体検出素子１０を第１温度に維持できる程度に回復しているといえる。第２閾値は、例えば、第１閾値よりも低い温度である。これにより、設定温度が頻繁に切り替わることを防ぐことができる。第２閾値は、例えば、２５℃である。なお、第２閾値は、第１閾値と同じ値であってもよい。

【0067】

第２閾値判定処理において放熱部２４の温度を第２閾値よりも低いと判定した場合（工程Ｓ１７でＹＥＳの場合）、制御部５０が、設定温度を第２温度から第１温度に変更し、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する第１温度復帰処理を行う（第１温度復帰工程Ｓ１８）。

【0068】

第２温度維持処理の実行中に、第２閾値判定処理において制御部５０が冷却素子２０の放熱部２４の温度を第２閾値よりも低いと判定した場合、冷却素子２０が半導体検出素子１０を第１温度に維持できる冷却能力を発揮できる状態にあるといえる。すなわち、設定温度を第１温度に戻しても半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻する可能性が低くなったことを意味する。したがって、制御部５０は、設定温度を第２温度から第１温度に戻す。そして、制御部５０は、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する。

【0069】

なお、第２温度維持処理の実行中とは、制御部５０が実質的に第２温度維持処理を行っている状態を意味し、具体的には、制御部５０が、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第２温度に維持されるように冷却素子２０を制御している状態を意味する。

【0070】

放射線検出装置１００は、工程Ｓ１３から工程Ｓ１８までを、繰り返し行う。放射線検出装置１００は、例えば、ユーザー等によって温度制御処理終了信号が入力されと温度制御処理を終了する。

【0071】

第２閾値判定処理において放熱部２４の温度を第２閾値よりも高いと判定した場合（工程Ｓ１７でＮＯの場合）、再び、工程Ｓ１６を行う。すなわち、制御部５０は、半導体検出素子１０が第２温度に維持されるように冷却素子２０を制御しつつ、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて冷却素子２０の温度が第２閾値よりも低いか否かを判定する。

【0072】

放射線検出装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0073】

放射線検出装置１００では、制御部５０が、第１温度維持処理の実行中に、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、冷却素子２０の放熱部２４の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理を行い、冷却素子２０の温度を第１閾値よりも高いと判定した場合、設定温度を第１温度から第１温度よりも高い第２温度に変更する。これにより、外部の温度の上昇やその他の原因による熱の流入等により、冷却素子２０の放熱効率が低下するような場合であっても、冷却素子２０の冷却能力に余裕を持たせることが可能となり、半導体検出素子１０に対する温度制御の破綻を防ぐことができる。したがって、装置の信頼性を高めることができる。

【0074】

放射線検出装置１００では、第２温度監視部４０が冷却素子２０の放熱部２４の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得し、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、冷却素子２０の放熱部２４の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理を行う。これにより、温度制御が破綻するか否かをより早い段階で判断することができる。この理由は以下のとおりである。

【0075】

冷却素子２０では、放熱部２４の放熱効率が低下することにより、吸熱部２２の冷却効率が低下する。そして、吸熱部２２の冷却効率が低下することにより、半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻する。すなわち、まず、放熱部２４の温度が上昇し、その後、吸熱部２２の温度が上昇し、温度制御が破綻する。したがって、放熱部２４の温度に基づいて、温度制御が破綻する可能性が高いか否かを判定することにより、例えば、半導体検出素子１０や吸熱部２２の温度に基づいて判定を行う場合と比べて、より早い段階で温度制御が破綻するか否かを判断することができる。

【0076】

放射線検出装置１００では、制御部５０が、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、放熱部２４の温度が第２閾値よりも低いか否かを判定し、第２温度維持処理の実行中に、第２閾値判定処理において放熱部２４の温度を第２閾値よりも低いと判定した場合、設定温度を第２温度から第１温度に変更する。これにより、温度制御の破綻を防ぎつつ、設定温度を第２温度から第１温度に戻すことができる。

【0077】

放射線検出装置１００によれば、第２閾値を第１閾値よりも低くすることにより、設定温度が頻繁に切り替わることを防ぐことができる。例えば、第１閾値と第２閾値とが同じ値であった場合、第１閾値および第２閾値付近で冷却素子２０の温度が揺らぐことにより、設定温度が第１温度と第２温度との間で頻繁に切り替わってしまうことがある。放射線検出装置１００によれば、第２閾値を第１閾値よりも低くすることにより、このような問題が生じない。

【0078】

放射線検出装置１００では、放熱器６０を含むため、冷却素子２０の放熱効率を高めることができる。

【0079】

放射線検出装置１００では、制御部５０が、設定温度を第２温度に設定した場合に、警告信号を出力する。警告信号は、例えば、掲示部に入力され、掲示部は、蛍光信号の出力情報を画像、音、光のうちの少なくとも１つを用いて掲示することができる。これにより、例えば、ユーザーが、設定温度が第２温度となったことを知ることができる。そのため、例えば、ユーザーは、冷却素子２０の放熱効率を上げるために室温をさげたり、測定を中断したりすることができる。

【0080】

２． 第２実施形態
２．１． 放射線検出装置の構成
次に、第２実施形態に係る放射線検出装置の構成について図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る放射線検出装置２００を示す機能ブロック図である。図５は、本実施形態に係る放射線検出装置２００を模式的に示す概略説明図である。なお、図５では、半導体検出素子１０、冷却素子２０、放熱器６０の断面の概略が示されている。以下、放射線検出装置２００において、第１実施形態に係る放射線検出装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0081】

放射線検出装置１００の例では、第２温度監視部４０は、冷却素子２０の放熱部２４の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得していた。

【0082】

これに対し、放射線検出装置２００では、第２温度監視部４０は、冷却素子２０の吸熱部２２の温度を測定して冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する。

【0083】

また、放射線検出装置１００の例では、制御部５０は、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、放熱部２４の温度が第２閾値よりも低いか否かを判定する第２閾値判定処理を行った。

【0084】

これに対し、放射線検出装置２００では、制御部５０は、冷却素子２０に供給する電流量が第３閾値よりも小さいか否かを判定する第３閾値判定処理を行う。

【0085】

２．２． 放射線検出装置の動作
次に、第２実施形態に係る放射線検出装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態に係る放射線検出装置の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図４および図５に示す放射線検出装置２００および図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、上述した第１実施形態に係る放射線検出装置１００の動作と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

【0086】

放射線検出装置２００は、検出素子温度情報取得工程Ｓ１０の後に、第２温度監視部４０が、冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する冷却素子温度情報取得処理を開始する（冷却素子温度情報取得工程Ｓ２１）。第２温度監視部４０は、冷却素子２０の吸熱部２２の温度を測定して、冷却素子温度情報Ｉ_２０を取得する。

【0087】

次に、制御部５０が、第１温度維持処理を行う（工程Ｓ１２）。

【0088】

次に、制御部５０が、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、冷却素子２０の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理を行う（第１閾値判定工程Ｓ２３）。

【0089】

制御部５０は、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、冷却素子２０の吸熱部２２の温度が、第１閾値よりも高いか否かを判定する。ここで、第１閾値は、制御部５０の温度制御が破綻するか否かの基準となる値である。例えば、第１閾値は、半導体検出素子２０を第１温度に維持できなくなる吸熱部２２の温度の下限値である。第１閾値は、例えば、−１０℃に設定される。このように第１閾値判定工程Ｓ２３は、半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻する可能性が高いか否かを判定する工程といえる。

【0090】

第１温度維持処理の実行中に、第１閾値判定処理において制御部５０が冷却素子２０の吸熱部２２の温度を第１閾値よりも高いと判定した場合（工程Ｓ２４でＹＥＳの場合）、制御部５０は、第２温度維持処理を行う（第２温度維持工程Ｓ１５）。

【0091】

第２閾値判定処理において制御部５０が冷却素子２０の吸熱部２２の温度を第１閾値よりも低いと判定した場合（工程Ｓ２４でＮＯの場合）、再び、第１閾値判定処理（工程Ｓ２３）を行う。

【0092】

次に、冷却素子２０に供給する電流量が第３閾値よりも小さいか否かを判定する第３閾値判定処理を行う。（第３閾値判定工程Ｓ２６）。

【0093】

制御部５０は、冷却素子２０に供給する電流量が第３閾値よりも小さいか否かを判定する。制御部５０が冷却素子２０に供給する電流量は、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて決定される。第３閾値は、例えば、半導体検出素子１０を第１温度に維持できることが可能と判断できる冷却素子２０の電流量の上限値である。すなわち、冷却素子２０に供給する電流値が第３閾値よりも小さい場合、冷却素子２０の冷却能力が半導体検出素子１０を第１温度に維持できる程度に回復しているといえる。

【0094】

第２温度維持処理の実行中に、第３閾値判定処理において、制御部５０が冷却素子２０に供給する電流量が第３閾値よりも小さいと判定した場合（工程Ｓ２７でＹＥＳの場合）、制御部５０が設定温度を第２温度から第１温度に変更し、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する第１温度復帰処理を行う（第１温度復帰工程Ｓ１８）。

【0095】

第２温度維持処理の実行中に、第３閾値判定処理において制御部５０が冷却素子２０に供給する電流量が第３閾値よりも小さいと判定した場合、冷却素子２０が半導体検出素子１０を第１温度に維持できる冷却能力を発揮できる状態にあるといえる。すなわち、設定温度を第１温度に戻しても半導体検出素子１０に対する温度制御が破綻する可能性が低くなったことを意味する。したがって、制御部５０は、設定温度を第２温度から第１温度に戻す。そして、制御部５０は、検出素子温度情報Ｉ_１０に基づいて半導体検出素子１０が第１温度に維持されるように冷却素子２０を制御する。

【0096】

放射線検出装置２００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0097】

放射線検出装置２００では、制御部５０が、第１温度維持処理の実行中に、冷却素子温度情報Ｉ_２０に基づいて、冷却素子２０の吸熱部２２の温度が第１閾値よりも高いか否かを判定する第１閾値判定処理を行い、冷却素子２０の吸熱部２２の温度を第１閾値よりも高いと判定した場合、設定温度を第１温度から第１温度よりも高い第２温度に変更する。これにより、放射線検出装置１００と同様に、装置の信頼性を高めることができる。

【0098】

放射線検出装置２００では、制御部５０が、冷却素子２０に供給する電流量が第３閾値よりも小さいか否かを判定する第３閾値判定処理と、第２温度維持処理の実行中に、第３閾値判定処理において冷却素子２０に供給する電流量を第３閾値よりも小さいと判定した場合、設定温度を第２温度から第１温度に変更する。これにより、温度制御の破綻を防ぎつつ、設定温度を第２温度から第１温度に戻すことができる。

【0099】

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る放射線分析装置について図面を参照しながら説明する。図７は、第３実施形態に係る放射線分析装置３００の構成を示すブロック図である。第３実施形態に係る放射線分析装置３００は、本願発明に係る放射線検出装置を含む。ここでは、本願発明に係る放射線検出装置として、放射線検出装置１００を用いた例について説明する。

【0100】

放射線分析装置３００は、例えば、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸＲＦ）である。ＥＤＸＲＦは、試料にＸ線を照射して発生する蛍光Ｘ線のエネルギー（波長）や強度を解析することにより試料を構成する元素の種類や含有量を調べる装置である。

【0101】

放射線分析装置３００は、図７に示すように、Ｘ線管用高圧電源３１０と、Ｘ線管３２０と、放射線検出器１００と、パルスプロセッサ３３０と、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３４０と、データメモリー３５０と、コンピューターシステムスペクトルデータ処理３６０と、を含む。

【0102】

放射線分析装置３００は、Ｘ線管用高圧電源３１０からＸ線管３２０を構成する金属ターゲットに電子を衝突させ、発生した１次Ｘ線を試料Ｓに照射する。このとき発生するＸ線のエネルギー分布は、ターゲットの材質に応じた特性Ｘ線が連続Ｘ線に重畳した分布となる。

【0103】

ここで、Ｘ線を試料Ｓに照射することにより、試料Ｓからは、様々は蛍光Ｘ線が発生する。放射線分析装置３００は、この蛍光Ｘ線を放射線検出装置１００で検出する。放射線検出装置１００からの出力信号は、階段波状になり、各段の高さがＸ線の波長、すなわちエネルギーを表している。

【0104】

パルスプロセッサ３３０では、放射線検出装置１００の出力信号の各段の高さをその高さに比例したパルスに変換する。

【0105】

ＡＤＣ３４０では、１つのパルスごとにその高さをデジタルデータに変換する。１つのパルスが変換されると、データメモリー３５０でパルスの高さに応じたメモリアドレスのデータに１を加算する。その結果、横軸に蛍光Ｘ線エネルギー、縦軸に量を表すスペクトラム波形が生成され、コンピューター３６０でその内容を読み出すことにより定性分析、定量分析を行い表示する。

【0106】

放射線分析装置３００によれば、信頼性の高い放射線検出装置１００を含むため、信頼性が高い。

【0107】

なお、本発明に係る放射線分析装置の一例として、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置を説明したが、本発明に係る放射線分析装置は、例示したエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置以外にも、例えば、試料に電子線を照射することにより、試料から発生した特性Ｘ線を放射線検出装置で検出するエネルギー分散型Ｘ線分析装置であってもよい。また、本発明に係る放射線分析装置は、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡に組み込まれていてもよい。

【0108】

なお、上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。

【0109】

例えば、上述した放射線検出装置１００，２００では、制御部５０が、図３および図６に示すように、半導体検出素子１０の設定温度を、第１温度から第２温度に変更する第２温度維持処理（第２温度維持工程Ｓ１５）を行ったが、この第２温度維持処理において、制御部５０は、例えば、半導体検出素子１０の設定温度を、第１温度から第３温度を介して第２温度に変更してもよい。ここで、第３温度は、第１温度よりも高く第２温度よりも低い温度である。これにより、より安定した温度制御が可能となる。

【0110】

また、放射線検出装置１００，２００では、制御部５０が、半導体検出素子１０の設定温度を、第２温度から第１温度に戻す第１温度復帰処理（第１温度復帰工程Ｓ１８）を行ったが、この第１温度復帰処理において、制御部５０は、設定温度を第２温度から第３温度を介して第１温度に戻してもよい。これにより安定した温度制御が可能となる。

【0111】

なお、ここでは、設定温度を第１温度、第３温度、および第２温度と３段階に設定したが、設定温度を３段階よりも多く設定してもよい。

【0112】

また、例えば、放射線検出装置１００，２００では、図３および図６に示すように、制御部５０が、半導体検出素子１０の設定温度を、第１温度から第２温度に変更する第２温度維持処理（第２温度維持工程Ｓ１５）を行い、そして、半導体検出素子１０の設定温度を、第２温度から第１温度に戻す第１温度復帰処理（第１温度復帰工程Ｓ１８）を行ったが、制御部５０は、第１温度復帰処理を行わずに、半導体検出素子１０の設定温度を、第２温度に設定したままであってもよい。すなわち、放射線検出装置１００は、図３に示す、工程Ｓ１０、工程Ｓ１１、工程Ｓ１２、工程Ｓ１３、工程Ｓ１４、工程Ｓ１５のみを行ってもよい。また、放射線検出装置２００は、図６に示す、工程Ｓ１０、工程Ｓ２１、工程Ｓ１２、工程Ｓ２３、工程Ｓ２４、工程Ｓ１５のみを行ってもよい。

【0113】

なお、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0114】

Ｉ_１０ 検出素子温度情報、Ｉ_２０ 冷却素子温度情報、Ｓ 試料、
１０ 半導体検出素子、２０ 冷却素子、２２ 吸熱部、２４ 放熱部、
３０ 第１温度監視部、４０ 第２温度監視部、５０ 制御部、６０ 放熱部、
６２ ヒートパイプ、６４ ペルチエ素子、６６ 放熱板、
１００，２００ 放射線検出装置、Ｘ線管用光圧電源、３２０ Ｘ線管、
３３０ パルスプロセッサ、３４０ ＡＤＣ、３５０ データメモリー、
３６０ コンピューター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】