JP6475556B2 - 放射線検出器及び放射線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製の放射線検出素子を用いた放射線検出器、及び放射線検出装置に関する。

Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出器には、半導体製の放射線検出素子を用いて放射線を検出するものがある。放射線検出素子は、密閉されたハウジング内に配置されている。このような構成の放射線検出器は、特許文献１に記載されている。

放射線検出器を用いた放射線検出装置には、試料へ電子線又はＸ線等の放射線を照射し、放射線を照射された試料から発生した放射線を放射線検出器により検出するものがある。このような放射線検出装置は、例えば蛍光Ｘ線分析装置である。試料からの放射線を高効率で検出するために、複数の放射線検出器を用いて放射線を検出する放射線検出装置も開発されている。

特開２００７−１４７５９５号公報

放射線検出装置で試料からの放射線の検出効率をより高めるためには、放射線検出器をより試料に近づけることが考えられる。放射線検出器を試料に近づけるほど、試料からの放射線を放射線検出器で検出する効率が向上する。しかしながら、放射線検出器を試料に近づけ過ぎた場合は、ハウジングが放射線検出装置内の他の部品に干渉する。また、複数の放射線検出器を用いた放射線検出装置の場合でも、放射線検出器のハウジング同士が干渉し合う。従って、放射線検出器を試料に近づけることによる放射線検出の高効率化には限界がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、従来よりも放射線検出器を試料に近づけることを可能にして、放射線検出の効率を向上させた放射線検出器及び放射線検出装置を提供することにある。

本発明に係る放射線検出器は、放射線が通過する窓を有するハウジングと、両端が開口した筒状であり、一端が前記窓に対向するように配置され、前記窓を通過した放射線の一部を遮蔽する遮蔽体と、該遮蔽体に遮蔽されない放射線を検出する放射線検出素子とを備える放射線検出器において、前記遮蔽体は、他端の内径が前記放射線検出素子の表面の大きさよりも小さく、かつ前記一端の外径が前記他端の外径よりも小さく、前記ハウジングは、一部の形状が前記窓を先端部にした先細りになっていることを特徴とする。

本発明に係る放射線検出器は、前記遮蔽体は、外径が連続的に変化しており、前記ハウジングは、一部の形状が前記遮蔽体の外径に沿った形状になっていることを特徴とする。

本発明に係る放射線検出器は、前記遮蔽体は、外面がテーパ状になっていることを特徴とする。

本発明に係る放射線検出器は、前記遮蔽体は、内径が前記他端から前記一端まで連続的に減少していることを特徴とする。

本発明に係る放射線検出装置は、試料へ放射線を照射する照射部と、試料から発生した放射線を検出する本発明に係る放射線検出器とを備えることを特徴とする。

本発明に係る放射線検出装置は、前記放射線検出器を複数備え、前記照射部が試料へ照射する放射線の照射軸を中心にして、前記放射線の照射位置に窓を対向させた複数の前記放射線検出器が配置されていることを特徴とする。

本発明においては、放射線検出器は、窓と放射線検出素子との間に、放射線の一部を遮蔽する筒状の遮蔽体を配置している。遮蔽体は、窓に対向する一端の外径が他端の外径よりも小さく、ハウジングは、一部の形状が窓を先端部とした先細りの形状になっている。ハウジングの先細り形状の部分を、遮蔽体に近づけた形状とすることができる。窓付近のハウジングの大きさが小さくなり、放射線検出装置内の他の部品に干渉し難い。

また、本発明においては、遮蔽体の外径が連続的に変化している。ハウジングは、一部の形状を遮蔽体の外径に沿った形状とすることで、遮蔽体に近づけた形状とすることができる。

また、本発明においては、遮蔽体の外面はテーパ状になっている。ハウジングは、一部の形状を遮蔽体の外径に沿った形状とすることで、遮蔽体に近づけた形状とすることができる。

また、本発明においては、試料へ照射する放射線の照射軸を中心にして、試料から発生した放射線を検出する複数の放射線検出器が配置されている。窓付近のハウジングの大きさが小さいので、複数の放射線検出器のハウジング同士が干渉し難い。

本発明においては、遮蔽体の内径が他端から一端まで連続的に減少している。遮蔽体の一端が対向する窓を通過して放射状に入射してくる放射線の一部を遮蔽体が無暗に遮蔽してしまうことが防止される。

本発明にあっては、放射線検出器は、従来よりも試料に近づくように配置され、高効率で試料からの放射線を検出することが可能である。従って、放射線検出装置は、高感度で放射線を検出することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

実施形態１に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。 放射線検出器の模式的断面図である。 実施形態２に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。 複数の放射線検出器の配置例を示す模式的平面図である。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。放射線検出装置は、例えば蛍光Ｘ線分析装置である。放射線検出装置は、電子線又はＸ線等の放射線を試料６へ照射する照射部４と、平板状の試料６が保持される試料台５と、放射線検出器１とを備えている。照射部４から試料６へ放射線が照射され、試料６では蛍光Ｘ線等の放射線が発生し、放射線検出器１は試料６から発生した放射線を検出する。図中には、放射線を矢印で示している。放射線検出器１は、検出した放射線のエネルギーに比例した信号を出力する。放射線検出器１には、出力した信号を処理する信号処理部２が接続されている。信号処理部２は、放射線検出器１が出力した各値の信号をカウントし、放射線のエネルギーとカウント数との関係、即ち放射線のスペクトルを生成する処理を行う。信号処理部２及び照射部４は、放射線検出装置全体を制御する制御部３に接続されている。制御部３は、信号処理部２及び照射部４の動作を制御する。

図２は、放射線検出器１の模式的断面図である。放射線検出器１は、板状のベース１６を備えている。ベース１６の一面側には、キャップ状のカバー１７が被さっている。カバー１７は、円筒の一端に切頭錐体が連結した形状になっており、円筒の他端はベース１６に接合している。ベース１６及びカバー１７は、鉄等の金属製であり、溶接されている。カバー１７の先端の切頭部分には、ベリリウム等の放射線を通過させる材料で形成された平板状の窓１８が設けられている。カバー１７の内側は、密閉されており、減圧されているか、又は不活性ガスが充填されている。ベース１６、カバー１７及び窓１８は、本発明におけるハウジングに相当する。

カバー１７の内側には、筒状のコリメータ（遮蔽体）１１と、半導体製の放射線検出素子１２と、配線基板１３と、ペルチェ素子１４とが配置されている。放射線検出素子１２は、例えばＳＤＤ（Silicon Drift Detector）である。放射線検出素子１２は、配線基板１３の表面に実装されており、窓１８に対向する位置に配置されている。コリメータ１１は、放射線を遮蔽する材料で両端が開口した筒状に形成されており、放射線検出素子１２と窓１８との間に配置されている。コリメータ１１の一端は窓１８に対向しており、他端は放射線検出素子１２の表面に接している。コリメータ１１は、窓１８を通過した放射線の一部を遮蔽し、放射線検出素子１２は、コリメータ１１で遮蔽されなかった放射線を検出する。コリメータ１１が放射線の一部を遮蔽することによって、放射線検出素子１２の放射線不感領域へ放射線が入射されることが防止され、放射線検出の精度が保たれる。

配線基板１３の裏面には、ペルチェ素子１４の吸熱部分が熱的接触している。ペルチェ素子１４の放熱部分は、ベース１６の内面に対向している。また、放射線検出器１は、ペルチェ素子１４の放熱部分に熱的接触したコールドフィンガー１５を備えている。コールドフィンガー１５は、熱伝導率が高い材料で形成されている。コールドフィンガー１５は、ペルチェ素子１４の放熱部分に熱的接触した板状部分と、板状部分からベース１６へ向けて突出したボルト状部分とを含んで構成されている。コールドフィンガー１５のボルト状部分は、ベース１６を貫通しており、ベース１６の外面から突出している。配線基板１３及びペルチェ素子１４、並びにペルチェ素子１４及びコールドフィンガー１５は、互いに直接接触していてもよく、間に熱伝導材を介在させていてもよい。ベース１６の外面から突出したコールドフィンガー１５のボルト状部分は、放射線検出器１１外の放熱部に連結される。放熱部は例えば放熱板である。放射線検出素子１２は、配線基板１３を通してペルチェ素子１４によって冷却され、放射線検出素子１２の熱は、ペルチェ素子１４からコールドフィンガー１５へ伝導し、放熱部から放熱される。更に、ベース１６を貫通して、電力の供給及び信号の入出力のための複数のリードピン１９が設けられている。

コリメータ１１の形状は、放射線検出素子１２の表面に接した端から窓１８に対向した端まで連続的に外径が減少する形状になっている。このため、コリメータ１１は、外面が窓１８に向かって先細りのテーパ状になっており、窓１８に対向した端の外径は、放射線検出素子１２の表面に接した端の外径よりも小さい。カバー１７の内、切頭錐体の形状になっている部分は、コリメータ１１の外径に沿っており、窓１８を先端部とした先細りになっている。カバー１７が先細りの形状になっていることによって、図１に示すように、放射線検出器１は、カバー１７が先細りではない場合に比べて、先端をより試料６に近づけることができるようになっている。

コリメータ１１の窓１８に対向した端の外径を、放射線検出素子１２の表面に接した端の外径よりも小さくしてあることによって、窓１８を先端部とした先細り形状のカバー１７を、従来よりもコリメータ１１に近づけた形状とすることができる。特に、コリメータ１１の外面が窓１８に向かって先細りのテーパ状になっていることによって、カバー１７の形状をコリメータ１１の外径に沿った形状とすることで、カバー１７を従来よりもコリメータ１１に近づけることができる。例えば、外径が均一なコリメータを用いた場合に比べて、カバー１７をよりコリメータ１１に近づけることができる。このため、窓１８付近のカバー１７の大きさを従来よりも小さくすることができる。例えば、窓１８付近のカバー１７の直径が従来よりも小さい。

放射線検出器１は、放射線検出装置内で、試料６に窓１８の外面が対向するように配置されている。窓１８付近のカバー１７の大きさが小さいほど、窓１８を試料６へ近づけた場合にカバー１７が放射線検出器１以外の部品に干渉し難い。また、窓１８付近のカバー１７の大きさが小さいほど、窓１８を試料６へ近づけた場合に照射部４による照射放射線の経路をカバー１７が遮り難い。このため、本実施形態に係る放射線検出器１は、従来よりも試料６に近づくように配置されることが可能である。放射線検出器１を試料６に近づけるほど、試料６からの放射線を放射線検出器１で検出する効率が向上するので、本実施形態に係る放射線検出器１は、従来よりも高効率で試料６からの放射線を検出することが可能である。従って、放射線検出装置は、高感度で放射線を検出することができ、従来よりも高精度に試料６の分析を行うことが可能となる。

図２に示したように、コリメータ１１は、外径と同様に、放射線検出素子１２の表面に接した端から窓１８に対向した端まで連続的に内径が減少する形状になっていることが望ましい。放射線検出器１を試料６に近づけた場合、試料６の一点から発生した放射線は放射状に広がりながら放射線検出素子１２へ入射する。コリメータ１の窓１８に対向した端から内径が一定である場合は、放射状に入射する放射線の一部がコリメータ１により遮蔽され、放射線検出素子１２で検出されない。また、コリメータ１１の外径と内径との差を部分的に小さくした場合は、放射線検出素子１２の放射線不感領域へ入射しようとする放射線をコリメータ１１が遮蔽する能力が低下する。従って、コリメータ１１は、放射線検出素子１２の表面に接した端から窓１８に対向した端まで内径が連続的に減少するようになっていることによって、放射線検出素子１２の放射線不感領域へ放射線が入射することを防止しながら、放射状に入射する放射線の一部が遮蔽されることを防止する。なお、本実施形態においては、コリメータ１１の外面がテーパ状になっている例を示したが、コリメータ１１の形状は、外径が断続的に変化している形状であってもよく、外径が階段状に変化している形状であってもよい。

（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る放射線検出装置の構成を示すブロック図である。放射線検出装置は、複数の放射線検出器１を備えている。複数の放射線検出器１は信号処理部２に接続されている。図３中には二個の放射線検出器１を示しているが、放射線検出装置は三個以上の放射線検出器１を備えていてもよい。放射線検出器１の内部の構成は図２に示した実施形態１での構成と同様である。放射線検出装置のその他の構成は実施形態１と同様である。照射部４から試料６へ放射線が照射され、試料６では蛍光Ｘ線等の放射線が発生し、複数の放射線検出器１は試料６から発生した放射線を検出する。図中には、放射線を矢印で示している。夫々の放射線検出器１は、検出した放射線のエネルギーに比例した信号を出力し、信号処理部２は、各放射線検出器１が出力した信号をカウントし、放射線のスペクトルを生成する処理を行う。信号処理部２は、複数の放射線検出器１での検出結果を加算したスペクトルを生成してもよく、複数の放射線検出器１での検出結果を平均したスペクトルを生成してもよい。制御部３は、信号処理部２及び照射部４の動作を制御する。

図４は、複数の放射線検出器１の配置例を示す模式的平面図である。図４には、放射線検出装置が四個の放射線検出器１を備えた例を示している。照射部４が試料６へ照射する放射線の照射軸は、図４に直交している。試料６上で放射線を照射される照射点を６１で示している。図４では、放射線検出器１が備えるコールドフィンガー１５及びリードピン１９を省略している。放射線の照射軸の周囲に、当該照射軸を中心として複数の放射線検出器１が配置されている。各放射線検出器１は、窓１８が試料６に対向するように配置されている。放射線照射によって試料６から発生する放射線は、複数の方向に放射されるので、照射軸の周囲に複数の放射線検出器１を配置しておくことによって、発生した放射線がいずれかの放射線検出器１へ入射する割合が高くなり、放射線検出装置で放射線を検出する効率が高くなる。

また、本実施形態においても、実施形態１と同様に、コリメータ１１の窓１８に対向した端の外径を、放射線検出素子１２の表面に接した端の外径よりも小さくしてあることによって、窓１８付近のカバー１７の大きさを従来よりも小さくすることができる。窓１８付近のカバー１７の大きさが小さいほど、窓１８を試料６へ近づけた場合に、カバー１７が放射線検出器１以外の部品に干渉し難く、また、複数の放射線検出器１のカバー１７同士が干渉し難い。このため、本実施形態に係る放射線検出器１は、夫々の放射線検出器１を従来よりも試料６に近づけて配置することが可能である。試料６からの放射線がいずれかの放射線検出器１へ入射する割合がより高くなり、放射線検出装置で放射線を検出する効率が高くなる。従って、放射線検出装置は、より高感度で放射線を検出することができ、より高精度に試料６の分析を行うことが可能となる。

なお、本発明の放射線検出装置は、照射部４からの放射線で試料６の表面を走査し、放射線スペクトルの試料６上の分布を得る形態であってもよい。また、放射線検出装置は、孔を形成した試料台５に試料６が載置され、試料台５の裏側から試料６へ放射線を照射し、試料台５の裏側に配置された放射線検出器１で試料６からの放射線を検出する形態であってもよい。

１ 放射線検出器
１１ コリメータ（遮蔽体）
１２ 放射線検出素子
１６ ベース
１７ カバー
１８ 窓
２ 信号処理部
３ 制御部
４ 照射部
５ 試料台
６ 試料

Claims (6)

1. 放射線が通過する窓を有するハウジングと、両端が開口した筒状であり、一端が前記窓に対向するように配置され、前記窓を通過した放射線の一部を遮蔽する遮蔽体と、該遮蔽体に遮蔽されない放射線を検出する放射線検出素子とを備える放射線検出器において、
   前記遮蔽体は、他端の内径が前記放射線検出素子の表面の大きさよりも小さく、かつ前記一端の外径が前記他端の外径よりも小さく、
   前記ハウジングは、一部の形状が前記窓を先端部にした先細りになっていること
   を特徴とする放射線検出器。
2. 前記遮蔽体は、外径が連続的に変化しており、
   前記ハウジングは、一部の形状が前記遮蔽体の外径に沿った形状になっていること
   を特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
3. 前記遮蔽体は、外面がテーパ状になっていること
   を特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
4. 前記遮蔽体は、内径が前記他端から前記一端まで連続的に減少していること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の放射線検出器。
5. 試料へ放射線を照射する照射部と、
   試料から発生した放射線を検出する請求項１乃至４のいずれか一つに記載の放射線検出器と
   を備えることを特徴とする放射線検出装置。
6. 前記放射線検出器を複数備え、
   前記照射部が試料へ照射する放射線の照射軸を中心にして、前記放射線の照射位置に窓を対向させた複数の前記放射線検出器が配置されていること
   を特徴とする請求項５に記載の放射線検出装置。

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