JP2011117969A - 電離放射線検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電離放射線監視用のアセンブリは、入射放射線に応じて電荷を生成する検出基板であって、電離放射線検出ボリュームのアレイを形成するように構成される検出基板と、前記検出ボリュームに対応する読出し回路のアレイを支持する回路基板とを備え、前記第一の読出し回路は、第一のエネルギー範囲における電離放射線の、対応する第一の放射線検出ボリューム内での検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分する光子計数回路構成を含み、前記第二の読出し回路は、第二のエネルギー範囲における電離放射線の、対応する二の放射線検出ボリューム内での検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分する光子計数回路構成を含む。
【選択図】 図3
Description
この発明は上記事項を考慮して考案された。
a) 単一の電離放射線イベントの検出に対応する電荷の集積ステップ、および
b) ステップa)と同時発生ではない、複数の電離放射線イベントの検出に対応する電荷の集積ステップ。
センサ動作の一般的な三つの例を次に説明する。
a. 漸進的
b. 最適化サーチ
2)領域チューニング
a. ダイナミック
b. 固定
3)ダイナミックピークサーチ
1)b. 代替的に、順次フレームを同調して、スペクトルの最も識別的な部分を分離することができる(最適化サーチ)。そのような領域において見出されるピークおよび相対的ピーク高さは、多数のポテンシャル/アイソトープを除外し、最適化サーチアルゴリズムにより、電離放射線源としての正しいアイソトープの迅速な同定を可能にする。
2)b. 領域チューニングの可能バリエーションの一つは、同調領域を特定のASICに固定すること、すなわち、ASICを特定の単数または複数のアイソトープ専用にすることである(領域チューニング固定)。そのような装置からの多重の出力を同時に用いて、最も確率の高い入射放射線源の判定に用いることができる。
明らかに、以上に略記したサーチ手順は、互いに排他的でもなく、すべてを網羅するものでもない。むしろ、種々のアプローチがアルゴリズム的ツールボックスを提供し、これを適当に混合し適合させて、特定の用途に関して最も効率的なアイソトープ同定メカニズムを提供することができる。
IPDの特別な長所は、小型軽量で手持ちまたは着用が可能なことである。
IPDを設計する放射線監視および検出基準は、ANSI n40台の;警報(n42.32)、型式2(n42.33)、およびアイソトープの同定(n42.34)を含む。
1. H.H. Barrett, J.D. Eskin and H.B. Barber, Phys. Rev. Lett. 75 156(1995)
2. J.D. Eskin, H.H. Barrett and H.B. Barber, J. Appl. Phys. 85 647(1999)
態様1:
入射電離放射線に応じて電荷を生成する検出基板であって、電離放射線検出ボリュームのアレイを形成するように構成される検出基板と、
前記検出ボリュームのアレイに対応する読出し回路のアレイを支持する回路基板とを備え、
前記各読出し回路は、対応する検出ボリュームから電荷を受取るための第一と第二の電荷集積モード間で切替え可能であり、前記第一の電荷集積モードにおいて対応する検出ボリューム内での単一の電離放射線検出イベントの検出に対応して電荷を集積するように構成されるとともに、前記第二の電荷集積モードにおいて前記対応する検出ボリューム内での複数の電離放射線検出イベントの検出に対応して電荷を集積するように構成される電荷集積回路を含む、
電離放射線監視用アセンブリ。
態様2:
前記各読出し回路が第一と第二の容量を備え、前記各読出し回路が、それぞれ第一と第二の容量に電荷を集積するための第一と第二のモード間で切替え可能である、
態様1に記載のアセンブリ。
態様3:
前記第一の容量が、前記対応する検出ボリューム内での単一の検出イベントに対応する電荷の集積の統計的可能性を提供するのに十分なように構成されている、
態様2に記載のアセンブリ。
態様4:
前記第二の容量が、前記対応する検出ボリューム内での複数の検出イベントに対応する電荷の集積の統計的可能性を提供するのに十分なように構成されている、
態様3に記載のアセンブリ。
態様5:
前記第二のモードにおける前記容量が、第一のコンデンサと第二のコンデンサとを備え、前記アセンブリは前記第一のコンデンサのみに電荷を蓄積するように作動し、また、前記第一のコンデンサの飽和に近いより大きな容量を提供するため、前記第二のコンデンサを前記第一のコンデンサに切替え可能に接続するように作動する、
態様2ないし態様4のいずれかに記載のアセンブリ。
態様6:
前記読出し回路が、前記第一と第二のモード間の切り替え手段を備える、
態様1ないし態様5のいずれかに記載のアセンブリ。
態様7:
前記読出し回路が、それぞれ前記第一と第二の容量に蓄積された電荷を読み出す回路構成を備える、
態様1ないし態様6のいずれかに記載のアセンブリ。
態様8:
前記回路が、前記容量の電荷の読出しに続いて、前記容量を放電させるためのリセット回路構成を備える、
態様1ないし態様7のいずれかに記載のアセンブリ。
態様9:
電離放射線監視用のアセンブリであって、
入射放射線に応じて電荷を生成する検出基板であって、電離放射線検出ボリュームのアレイを形成するように構成される検出基板と、
前記検出ボリュームに対応する読出し回路のアレイを支持する回路基板とを備え、
前記第一の読出し回路は、第一のエネルギー範囲における電離放射線の、対応する第一の放射線検出ボリューム内での検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分する光子計数回路構成を含み、前記第二の読出し回路は、第二のエネルギー範囲における電離放射線の、対応する二の放射線検出ボリューム内での検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分する光子計数回路構成を含む、
アセンブリ。
態様10:
電離放射線監視用のアセンブリであって、
入射放射線に応答して電荷を生成する検出基板であって、電離放射線検出ボリュームのアレイを形成するように構成される検出基板と、
前記検出ボリュームに対応する読出し回路のアレイを支持する回路基板とを備え、
前記読出し回路は、第一のエネルギー範囲において電離放射線の前記検出基板における検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分し、または第二のエネルギー範囲において電離放射線の前記検出基板における検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分するように電子的に構成可能な光子計数回路構成を備える、
アセンブリ。
態様11:
前記光子計数回路構成が、前記第一のエネルギー範囲に対応する電流パルスに応答するように電子的に構成可能であるように第一の検出期間にわたって作動するとともに、前記第二のエネルギー範囲に対応する電流パルスに応答するように電子的に構成可能であるように第二の検出期間にわたって作動する、
態様10に記載のアセンブリ。
態様12:
前記第一と第二の検出期間が、前記読出し回路のアレイの第一と第二のフレーム読出しサイクルに対応する、
態様11に記載のアセンブリ。
態様13:
前記光子計数回路構成が、前記第一と第二のエネルギー範囲の一方または他方を定義するための下側と上側の電流閾値レベルを含む閾値回路構成を備え、前記閾値回路構成は、前記上側と下側の閾値レベルによって定義される範囲内の振幅を有する電流パルスに応答して、計数パルスをカウンタへ出力するように構成される、
態様9ないし態様12のいずれかに記載のアセンブリ。
態様14:
前記電流閾値レベルが電子的にプログラム可能である、
態様13に記載のアセンブリ。
態様15:
前記検出基板が半導体材料を含む、
態様1ないし態様14のいずれかに記載のアセンブリ。
態様16:
更に、前記検出基板の第一の面に配置された導電材料と、前記検出ボリュームの前記アレイを形成するため前記第一の面と反対側の前記検出基板の第二の面に形成された導電パッドのアレイとを備え、前記導電パッドのアレイの各導電パッドが、前記回路基板の前記電荷蓄積回路のアレイの対応する1つの回路に電気的に接続されている、
態様1ないし態様15のいずれかに記載のアセンブリ。
態様17:
前記導電材料と前記導電パッドとの間に、使用中にバイアス信号を印加するように構成可能である、
態様16に記載のアセンブリ。
態様18:
前記導電材料が、カドミウムテルライド(CdTe)、カドミウム亜鉛テルライド(CdZnTe)、シリコン(Si)、非晶質シリコン、またはガリウム砒素(GaAs)の一つを備える、
態様16または17に記載のアセンブリ。
態様19:
前記回路基板が半導体材料を備える、
態様1ないし態様18のいずれかに記載のアセンブリ。
態様20:
前記回路基板がCMOS回路を支持する、
態様19に記載のアセンブリ。
態様21:
前記検出ボリュームが、20μm ×20μm×0.25 mmないし2mm×2mm×5mmの範囲の断面領域を備える、
態様1ないし態様20のいずれかに記載のアセンブリ。
態様22:
前記検出基板の第一の面に配置された導電材料と、前記検出ボリュームの前記アレイを形成するため前記第一の面と反対側の前記検出基板の第二の面に形成された導電パッドのアレイとを備え、前記導電パッドのアレイの各導電パッドが、前記回路基板の前記電荷蓄積回路のアレイの対応する1つの回路に電気的に接続されているアセンブリであって、
前記各導電パッドの断面の表面積が、15 μm×15 μm ないし1.95 mm×1.95 mmである、
態様21に記載のアセンブリ。
態様23:
複数の電離放射線検出ボリュームによって構成された半導体検出基板結晶を備え、前記検出基板結晶は第一の表面全体にわたって導電材料を支持し、前記第一の表面と反対側の第二の表面全体にわたって配置された導電パッドのアレイを支持することによって、前記複数の検出ボリュームを画成し、
更に、態様1ないし態様22のいずれかに記載のアセンブリを備える、
電離放射線量計。
態様24:
複数の電離放射線検出ボリュームによって構成された半導体検出基板結晶を備える電離放射線量計であって、
前記検出基板結晶は第一の表面全体にわたって導電材料を支持し、前記第一の表面と反対側の第二の面全体にわたって配置された導電パッドのアレイを支持することによって、前記複数の検出ボリュームを画成する、
前記電離放射線量計は、更に、前記電離放射線検出基板から電荷を受取るように構成される回路基板を備え、前記回路基板は読出し回路のアレイを備え、前記各読出し回路は第一と第二の電荷蓄積モード間で切替え可能であり、前記第一の電荷蓄積モードは単一の検出イベントに対応する電荷を蓄積するように作動可能であり、前記第二の電荷蓄積モードは複数の検出イベントに対応する電荷を蓄積するように作動可能である、
電離放射線量計。
態様25:
前記電離放射線検出基板から電荷を受取るように構成され、第一のエネルギー範囲における電離放射線の検出基板における検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分するか、または第二のエネルギー範囲における電離放射線の検出基板における検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分するように電子的に構成可能である光子計数回路構成を含む読出し回路のアレイを備える、
態様23に記載の線量計用の回路基板。
態様26:
単一の電離放射線イベントの検出に対応する電荷を集積する第一の電荷集積ステップと、
前記第一の電荷集積ステップと非同時に複数の電離放射線イベントの検出に対応する電荷を集積する第二の電荷集積ステップとを有する、
態様1ないし態様7のいずれかに記載のアセンブリの操作方法。
態様27:
前記第一の電荷集積ステップが前記単一の検出イベントに対応する電荷の集積に適した第一の容量における電荷を集積するステップを含み、前記第二の電荷集積ステップが前記複数の検出イベントに対応する電荷の集積に適した第二の容量における電荷を集積するステップを含む、
態様26に記載のアセンブリの操作方法。
態様28:
前記第二の静電容量が第一と第二のコンデンサを備え、前記第一のコンデンサが前記第二のコンデンサと検出基板との間に配置され、前記第二のコンデンサが前記第一のコンデンサと読出し線との間に配置され、前記アセンブリの操作方法は、前記第一のコンデンサへ電荷を蓄積するステップと、電荷をフルに蓄積するために、前記第二のコンデンサを飽和に近い前記第一のコンデンサへ電気的に切替え接続するステップを含む、
態様27に記載のアセンブリの操作方法。
態様29:
単一の電離放射線検出イベントに対応する電荷の読出しと複数の電離放射線検出イベントに対応する電荷の読出しとをインターリーブすることを含む、
態様26ないし態様28のいずれか1項により作動しているアセンブリから蓄積電荷を読み取る方法。
態様30:
態様9ないし態様11のいずれかに記載のアセンブリを操作するアセンブリの操作方法であって、
光子計数回路構成を、第一のエネルギー範囲における電離放射線の検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分するように構成するステップと、
前記第一のエネルギー範囲用に構成された前記各光子計数回路構成から第一の計数値を読み出すステップと、
前記光子計数回路構成を、前記第二のエネルギー範囲における電離放射線の検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分するように構成するステップと、
前記光子計数回路構成から前記第二の計数値を読み出すステップを備える、
アセンブリの操作方法。
態様31:
態様1ないし態様22のいずれかに記載のアセンブリを含む又は態様23もしくは態様24に記載の電離放射線量計を含む少なくとも一つの電離放射線監視装置と、
少なくとも前記電離放射線監視装置によって通信ネットワーク全体にわたって検出された放射線に対応する放射線データを通信するための通信ユニットと、
前記電離放射線監視装置から前記放射線データを受信するように構成された制御ステーションとを備える、
電離放射線監視ネットワーク。
態様32:
少なくとも一つの前記電離放射線監視装置が、前記検出された放射線のエネルギーを表わすスペクトルデータを含む放射線データを提供するとともに、前記スペクトルデータを前記制御ステーションへ送信するように構成されている、
態様31に記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様33:
少なくとも一つの前記電離放射線監視装置が、少なくとも前記制御ステーションから音声データを受信するための双方向通信ユニットを含む、
態様31または態様32に記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様34:
前記電離放射線監視装置が更に位置データを前記制御ステーションへ送信するように操作可能な位置検出回路構成を備え、前記制御ステーションは、前記電離放射線監視装置、放射線データ、および位置データを互いに関連付けて前記制御ステーションのユーザーに提示するように構成されている、
態様31ないし態様33に記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様35:
前記位置回路構成が、衛星測位システムまたは他の無線位置情報プロバイダから位置データを受信するための回路構成を備える、
態様34に記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様36:
前記電離放射線監視装置が前記位置データと放射線データとを周期的に前記制御ステーションへ通信する、
態様34または態様35に記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様37:
前記電離放射線監視装置が携帯可能な装置である、
態様31ないし態様36に記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様38:
前記電離放射線監視装置が無線通信ユニットを備える、
態様31ないし態様37のいずれかに記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様39:
更に複数の電離放射線監視装置を備える、
態様31ないし態様38のいずれかに記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様40:
前記制御ステーションが、一つまたは複数の前記電離放射線監視装置から受信した少なくとも放射データと位置とをプロットするように構成される電離放射線監視ネットワークであって、
態様1ないし態様22のいずれかに記載のアセンブリを含む又は態様23もしくは態様24に記載の電離放射線量計を含む少なくとも一つの電離放射線監視装置と、
少なくとも前記装置によって通信ネットワーク全体にわたって検出された放射線に対応する放射線データを通信するための通信ユニットと、
前記電離放射線監視装置から前記放射線データを受信するように構成された制御ステーションとを備え、
少なくとも一つの前記装置が、前記検出された放射線のエネルギを表わすスペクトルデータを含む放射線データを提供するとともに、前記スペクトルデータを前記制御ステーションへ送信するように構成されている、 又は/及び、
少なくとも一つの前記電離放射線監視装置が、少なくとも前記制御ステーションから音声データを受信するための双方向通信ユニットを含む、
態様34又は態様36ないし39のいずれかに記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様41:
前記制御ステーションが、前記放射線データと位置データとの地理表示を、前記ネットワーク領域を表わす地図上で、前記制御ステーションのユーザーに提供するように構成される、
態様39に記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様42:
前記制御ステーションが、各位置放射線データに関する電離放射線監視装置の同定事項をプロットする、
態様38ないし態様40のいずれかに記載の電離放射線監視ネットワーク。
態様43:
電離放射線を遠隔監視するアセンブリの操作方法であって、
態様26ないし態様28又は態様30のいずれかに記載のアセンブリの操作方法を備え、
更に、検出された放射線のエネルギを表わすスペクトルデータを、通信ネットワークを介して遠隔電離放射線センサから受信するステップと、
前記スペクトルデータから、前記放射線が危険か否かを自動的に判定し、前記放射線が危険である場合、警告信号を発するステップを備える、
電離放射線を遠隔監視する方法。
態様44:
更に前記センサのユーザーに危険な放射線の存在を警告するため、前記電離放射線センサへ警告を送信するステップを備える、
態様43に記載の電離放射線を遠隔監視する方法。
態様45:
更に前記放射線センサのユーザーに音声指示を発するステップを備える、
態様44に記載の電離放射線を遠隔監視する方法。
態様46:
更に放射線センサのユーザーへの音声指令に応答するステップを備える、
態様45に記載の電離放射線を遠隔監視する方法。
態様47:
更に前記電離放射線センサの位置を監視するステップことと、放射線汚染環境の「核実験痕跡」解析を提供するために、前記位置に対応する前記検出された放射線を表わす前記位置とデータを表示するステップを備える、
態様43ないし態様45のいずれかに記載の電離放射線を遠隔監視する方法。
Claims (7)
- 電離放射線監視用のアセンブリであって;
入射放射線に応じて電荷を生成する検出基板であって、電離放射線検出ボリュームのアレイを形成するように構成される検出基板と;
前記検出ボリュームに対応する読出し回路のアレイを支持する回路基板とを備え;
前記第一の読出し回路は、第一のエネルギー範囲における電離放射線の、対応する第一の放射線検出ボリューム内での検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分する光子計数回路構成を含み、前記第二の読出し回路は、第二のエネルギー範囲における電離放射線の、対応する二の放射線検出ボリューム内での検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分する光子計数回路構成を含む;
アセンブリ。 - 電離放射線監視用のアセンブリであって;
入射放射線に応答して電荷を生成する検出基板であって、電離放射線検出ボリュームのアレイを形成するように構成される検出基板と;
前記検出ボリュームに対応する読出し回路のアレイを支持する回路基板とを備え;
前記読出し回路は、第一のエネルギー範囲において電離放射線の前記検出基板における検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分し、または第二のエネルギー範囲において電離放射線の前記検出基板における検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分するように電子的に構成可能な光子計数回路構成を備える;
アセンブリ。 - 前記光子計数回路構成が、前記第一のエネルギー範囲に対応する電流パルスに応答するように電子的に構成可能であるように第一の検出期間にわたって作動するとともに、前記第二のエネルギー範囲に対応する電流パルスに応答するように電子的に構成可能であるように第二の検出期間にわたって作動する;
請求項2に記載のアセンブリ。 - 前記第一と第二の検出期間が、前記読出し回路のアレイの第一と第二のフレーム読出しサイクルに対応する;
請求項3に記載のアセンブリ。 - 前記光子計数回路構成が、前記第一と第二のエネルギー範囲の一方または他方を定義するための下側と上側の電流閾値レベルを含む閾値回路構成を備え、前記閾値回路構成は、前記上側と下側の閾値レベルによって定義される範囲内の振幅を有する電流パルスに応答して、計数パルスをカウンタへ出力するように構成される;
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のアセンブリ。 - 前記電流閾値レベルが電子的にプログラム可能である;
請求項5に記載のアセンブリ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のアセンブリを操作するアセンブリの操作方法であって;
光子計数回路構成を、第一のエネルギー範囲における電離放射線の検出に対応する電流パルスに応答して第一の計数値を増分するように構成するステップと;
前記第一のエネルギー範囲用に構成された前記各光子計数回路構成から第一の計数値を読み出すステップと;
前記光子計数回路構成を、前記第二のエネルギー範囲における電離放射線の検出に対応する電流パルスに応答して第二の計数値を増分するように構成するステップと;
前記光子計数回路構成から前記第二の計数値を読み出すステップを備える;
アセンブリの操作方法。
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