JPH11109038A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電離箱型に比べて小型化に有利な半導体検出
器を用いた放射線検出器において、エネルギー特性の改
善を図りつつ一層の小型化を図る。 【解決手段】 半導体検出器６、８を放射線測定の指向
方向に対して直列に配置する。後段に位置する半導体検
出器８には放射線エネルギーを減衰させて入射させるこ
とにより、その感度特性を前段より高エネルギー寄りに
シフトさせる。これら前段、後段各検出器の計数率を加
算・合成することによりエネルギー特性における感度の
良好な範囲を拡大、改善することができる。後段の半導
体検出器８に対するエネルギーの減衰は、遮蔽箱１４だ
けでなく前段の半導体検出器６においても行われるた
め、その分、遮蔽箱１４の厚み、重量を低減することが
でき、装置全体の小型化が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体を検出部に
用いた放射線検出器に関し、特に感度のエネルギー特性
の向上した放射線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、放射線施設内のγ線等の空間線量
率分布を測定する放射線検出器として、例えばサーベイ
メータが用いられている。サーベイメータは施設内の各
所に移動してその箇所の線量を測定するものであるた
め、携帯に便利なように小型可搬型に構成される。

【０００３】サーベイメータは検出部に何を用いるかに
よって、いくつかの種類に分類される。例えば、電離箱
型サーベイメータ、ガイガー・ミュラー（ＧＭ）計数管
型サーベイメータ、シンチレーション型サーベイメー
タ、比例計数管型サーベイメータなどが存在する。

【０００４】この中では、電離箱型サーベイメータがエ
ネルギー特性、線量直線性の点で他の種類より優れてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように電離箱型
サーベイメータは優れた特徴を有するが比較的大きいと
いう問題があった。この大きさの点では、半導体検出器
が有利であるが、半導体検出器において入射放射線によ
って電荷が発生する空乏層を深くすることが難しいた
め、感度が良好なエネルギー範囲が狭いという問題や、
エネルギー特性が悪いといった問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、半導体検出器を用いて小型化を図りつつ、
エネルギー特性及び感度が良好なサーベイメータ等の放
射線検出器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る放射線検出
器は、放射線検出の指向方向にそれぞれ有感面を向け互
いに直列配置された前段半導体放射線検出器及び後段半
導体放射線検出器を有し、前記後段半導体放射線検出器
は、前記指向方向に対し前記前段半導体放射線検出器の
後方に配置され、前記前段半導体放射線検出器より高エ
ネルギー寄りの感度特性を有することを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、指向方向から飛来する放
射線は、先に前段半導体放射線検出器に達し、その後、
後段半導体放射線検出器に達する。後段半導体放射線検
出器には、当初のエネルギーが比較的高く前段放射線半
導体検出器を通過できる放射線が入射することができ
る。そのエネルギーは前段放射線半導体検出器で低減さ
れるので、後段半導体放射線検出器の空乏層の深さが、
例えば前段半導体放射線検出器同様の構成容易な程度に
浅いものであっても、後段半導体放射線検出器は前段半
導体放射線検出器より高エネルギー寄りの感度特性を有
する。

【０００９】本発明に係る放射線検出器は、前記後段半
導体放射線検出器が、前記有感面の前面に放射線減衰フ
ィルタを備えることを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、放射線は、放射線減衰フ
ィルタを透過した後、後段半導体放射線検出器に達す
る。放射線減衰フィルタにより後段放射線半導体検出器
に入射する放射線のエネルギーをさらに低下させること
ができる。放射線減衰フィルタの厚さ、材質に応じて、
後段半導体放射線検出器の感度特性を前段放射線半導体
検出器の通過のみの場合よりも、さらに高エネルギー寄
りへシフトさせることができる。

【００１１】本発明に係る放射線検出器は、前記前段半
導体放射線検出器の出力に基づく計数率と前記後段半導
体放射線検出器の出力に基づく計数率とを加算して出力
する演算部を有し、各半導体放射線検出器それぞれの感
度特性の違いを相補うことを特徴とする。

【００１２】本発明によれば、前段半導体放射線検出器
は低エネルギー寄りの感度特性を有し、後段半導体放射
線検出器は高エネルギー寄りの感度特性を有するので、
それぞれの計数率を適当な換算のもとに加算することに
より、それぞれ単独の場合よりも広いエネルギー範囲に
おいて良好な感度特性を得ることができる。

【００１３】本発明に係る放射線検出器は、前記前段半
導体放射線検出器が、前記後段半導体放射線検出器より
容量負荷の低い検出部と、前記検出部の出力信号を増幅
する増幅器とを有することを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、検出部の容量負荷を抑制
することにより増幅器の負荷が軽減される。これによ
り、増幅器で生じるノイズが抑制され、熱雑音等に特に
埋もれやすい低エネルギー放射線の信号の検出が容易と
なり、放射線検出器の低エネルギー側の感度が向上す
る。

【００１５】本発明の好適な態様は、前記前段半導体放
射線検出器の前記検出部が内蔵する放射線検知用半導体
が、前記後段半導体放射線検出器の検出部が内蔵する放
射線検知用半導体より小型であるものである。放射線検
知用半導体を小型にすることにより、その容量負荷が低
減される。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施形態であるγ線用サ
ーベイメータの概略のブロック図である。本装置は、放
射線検出部２、データ処理部３及び表示部４からなる。
放射線検出部２は２つの半導体検出器６、８を含む。図
において本装置は左向きの指向性を有する。すなわち半
導体検出器６、８は、その有感面を図において左方向に
向けて配置され、左方向から飛来するγ線に対して主と
して感度を有する。なお、本装置では、その指向性を特
に鋭くする構成とはなっておらず、左側空間から飛来す
るγ線は大体、本装置で検出される。

【００１８】本装置の一つの特徴は、半導体検出器６と
半導体検出器８とが装置の指向方向に関して直列に配置
されることであり、半導体検出器８は半導体検出器６の
背後に配置される。図２は放射線検出部２の模式的な断
面図である。装置の指向方向に対し前方に位置する半導
体１０は半導体検出器６のものであり、半導体１２は放
射線検出器８のものである。この配置により、放射線検
出器８の半導体１２には、半導体１０を透過することに
よりエネルギーが減衰された放射線が入射することにな
る。さらに、半導体１２は、例えば鉛、鉄などの放射線
吸収材で形成された遮蔽箱１４の内部に配置される。遮
蔽箱１４の前面部分は入射γ線に対するエネルギー減衰
用のフィルタとして機能する。また、側面部、背面部は
遮蔽材として機能し、放射線検出の指向方向以外の方向
からのγ線が半導体１２へ入射することを防止する。こ
れにより、半導体１２の有感面へは、半導体１０での減
衰に加えて遮蔽箱１４で減衰された放射線が入射するこ
とになる。

【００１９】半導体検出器は、有感面に平行な面状のＰ
Ｎ接合を内部に有した半導体をセンサとして用いる。Ｐ
Ｎ接合には逆バイアス電圧が印加され電荷空乏層が形成
され、その電荷空乏層においてγ線が電子とホールの対
を生成すると、それらが半導体中の電位勾配に応じて移
動し電流を生じ、これらがそれぞれパルス状の電気信号
として検出される。すなわち半導体検出器は、基本的に
電荷空乏層内で飛程が終了する放射線に対して感度を有
する。

【００２０】しかし、その空乏層の深さ範囲はあまり大
きくすることができず、そのため、感度が良好なエネル
ギー範囲が狭いという問題がある。この点に関し、本装
置は、半導体検出器８に半導体検出器６よりもエネルギ
ーが減衰されたγ線を入射させることにより、各半導体
検出器が互いに、異なる装置入射前エネルギー領域に属
するγ線に対して良好な感度を有するように構成されて
いる。つまり、半導体検出器６は半導体検出器８に比し
て低エネルギー領域に良好な感度を有し、一方、半導体
検出器８の感度特性は半導体検出器６に比して高エネル
ギー領域側にシフトする。本装置は半導体検出器８の感
度特性を、前段に位置する半導体検出器６を通過するこ
とによる放射線のエネルギー減衰によりシフトさせる。
そして、さらにシフトが必要な場合は、遮蔽箱１４によ
って減衰量が追加される。半導体検出器６を放射線エネ
ルギーの減衰に利用することにより、遮蔽箱１４はそれ
単独で減衰を行う場合より厚みを薄くする、または軽量
化することができる。

【００２１】図１を用いて、次に本装置の回路構成につ
いて説明する。半導体検出器６、８はそれぞれプリアン
プ２０、２２を有し、その入力端にそれぞれ半導体１
０、１２が接続される。半導体１０、１２で生じたパル
ス状の電気信号はそれぞれプリアンプ２０、２２に入力
される。

【００２２】本装置の他の特徴は、図２にも示されるよ
うに、半導体１０が半導体１２より小さく形成されるこ
とである。例えば、半導体１０の有感面は３ｍｍ角の大
きさであり、半導体１２の有感面は１０ｍｍ角の大きさ
である。これにより半導体１０のプリアンプ２０に対す
る容量負荷は、半導体１２のプリアンプ２２に対する容
量負荷に比べて抑制される。このため、プリアンプ２０
にはプリアンプ２２よりもドライブ能力が小さく低ノイ
ズのものを用いることができ、低エネルギー領域をカバ
ーする半導体検出器６のＳ／Ｎ比が改善され感度を向上
させることができる。

【００２３】プリアンプ２０で増幅された半導体１０か
らのパルス信号は、データ処理部３に設けられたスケー
ラ３０に入力され、同様にプリアンプ２２で増幅された
半導体１２からのパルス信号がスケーラ３２に入力され
る。スケーラ３０、３２はそれぞれ入力される電気信号
のうち所定の閾値を超えるイベントをもって放射線検出
信号であるパルス信号を計数する。

【００２４】スケーラ３０、３２からのパルス信号の計
数率は、演算回路３４にて所定のデータ処理を施され、
その結果が表示部４に表示される。例えば、演算回路３
４では、半導体検出器６の出力に基づくスケーラ３０か
らの計数率と、半導体検出器８の出力に基づくスケーラ
３２からの計数率とを、各半導体検出器に内蔵される半
導体１０、１２の有感面積の比に基づいて、同一面積当
たりの計数値に換算し、それらを加算して、半導体検出
器６による低エネルギー領域の測定結果と半導体検出器
８による高エネルギー領域の測定結果との合成によるエ
ネルギー特性に従った計数率を求める。さらに演算回路
３４は合成された計数率を線量率に換算し、例えば表示
部４はこの線量率を表示する。

【００２５】図３は、２つの半導体検出器６、８による
それぞれのエネルギー特性と、それらを合成したエネル
ギー特性との一例を示すグラフである。横軸は装置に入
射するγ線のエネルギーであり、単位はｋｅＶであり、
対数表示されている。縦軸は計数率を単位Ｓｖ（シーベ
ルト）の線量当量に換算して表したもので対数表示され
ている。図において、半導体検出器６による特性が曲線
５０であり、半導体検出器８による特性が曲線５２であ
り、これらを合成した特性が曲線５４で表されている。
図に示す例ではおよそ６０ｋｅＶを境に、それ以下で半
導体検出器６の特性が半導体検出器８の特性を上回り、
逆にそれ以上で半導体検出器８の特性が半導体検出器６
の特性を上回る。半導体検出器６、８のそれぞれの特性
を合成した特性は、曲線５０、５２のそれぞれの感度の
低い部分を互いに補い合って、それら単独よりも幅広い
エネルギー範囲において良好な水準に保たれる。例えば
図に示す例では、およそ２０ｋｅＶから２ＭｅＶの範囲
において、エネルギー特性の変動幅は±３０％以内に抑
えられる。本装置は、半導体検出器６と半導体検出器８
の２段構成としたが、より多くの段数を直列配置する構
成も可能である。そのような多段構成により、エネルギ
ー特性の合成をより精緻に調整することができ、その変
動幅を一層低減することも可能である。

【００２６】なお、上述のようなサイズの半導体１０、
１２を用いれば、本装置の外形寸法は、例えば直径約２
５ｍｍ、長さ３０ｍｍ程度の小型サイズに構成される。

【００２７】

【発明の効果】本発明の放射線検出器によれば、複数の
半導体放射線検出器が直列に配置され、その前段に位置
する半導体放射線検出器が背後の半導体放射線検出器に
対する放射線減衰フィルタの役目を果たすので、後段の
検出器が前段よりも高エネルギー寄りの感度特性を有
し、それら複数の半導体放射線検出器を用いることによ
り幅広いエネルギーレンジにおいて良好な感度で測定を
行うことができるという効果が得られるとともに、エネ
ルギー特性を高エネルギー寄りにシフトさせるために通
常別途設けられる減衰フィルタが後段の半導体放射線検
出器の前面に不要となるか又はその厚み、重量を低減す
ることができ、放射線検出器全体の小型、軽量化が図ら
れる効果が得られ、特にハンディタイプのサーベイメー
タ等において、その携帯が容易になるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態であるγ線用サーベイメー
タの概略のブロック図である。

【図２】 放射線検出部の模式的な断面図である。

【図３】 本装置に内蔵される２つの半導体検出器それ
ぞれのエネルギー特性と、それらを合成したエネルギー
特性との一例を示すグラフである。

【符号の説明】

２ 放射線検出部、３ データ処理部、４ 表示部、
６，８ 半導体検出器、１０，１２ 半導体、１４ 遮
蔽箱、２０，２２ プリアンプ、３０，３２ スケー
ラ、３４ 演算回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線検出の指向方向にそれぞれ有感面
   を向け互いに直列配置された前段半導体放射線検出器及
   び後段半導体放射線検出器を有し、 前記後段半導体放射線検出器は、 前記指向方向に対し前記前段半導体放射線検出器の後方
   に配置され、 前記前段半導体放射線検出器より高エネルギー寄りの感
   度特性を有すること、を特徴とする放射線検出器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の放射線検出器において、 前記後段半導体放射線検出器は、 前記有感面の前面に放射線減衰フィルタを備えること、 を特徴とする放射線検出器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の放射線検出器において、 前記前段半導体放射線検出器の出力に基づく計数率と前
   記後段半導体放射線検出器の出力に基づく計数率とを加
   算して出力する演算部を有し、 各半導体放射線検出器それぞれの感度特性の違いを相補
   うことを特徴とする放射線検出器。
4. 【請求項４】 請求項１記載の放射線検出器において、 前記前段半導体放射線検出器は、 前記後段半導体放射線検出器より容量負荷の低い検出部
   と、 前記検出部の出力信号を増幅する増幅器と、 を有することを特徴とする放射線検出器。
5. 【請求項５】 請求項４記載の放射線検出器において、 前記前段半導体放射線検出器の前記検出部が内蔵する放
   射線検知用半導体は、前記後段半導体放射線検出器の検
   出部が内蔵する放射線検知用半導体より小型であること
   を特徴とする放射線検出器。