JP2002267760A - Neutron detector - Google Patents

Neutron detector

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JP2002267760A
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a neutron detector for fast and intermediate neutrons capable of detecting a neutron with lower energy even in a place including γ-ray or β-ray with high energy. SOLUTION: A depletion layer 13a formed on an incident electrode 11a side on which a recoil proton by neutron is incident is not formed in a solid state but formed in a shape where parts having no depletion layer are dispersed. The parts having no depletion part are dispersed, whereby the charge quantity of current pulse by γ-ray or β-ray is reduced, and the discrimination level of a wave height value discrimination circuit for discriminating the current pulse by γ-ray or β-ray can be reduced to lower the minimum energy of the detectable neutron. Examples of the shape include a concentric annular shape, a branched shape and the like.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、原子力発電所等
の放射線管理区域内で作業する業務従事者の被曝放射線
量を管理するための個人警報線量計や環境の放射線量を
監視するための線量計等に使用される中性子検出器に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a personal alarm dosimeter for managing the radiation dose of a worker working in a radiation control area such as a nuclear power plant, and a dose for monitoring an environmental radiation dose. The present invention relates to a neutron detector used for a meter or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】中性子は、電荷をもたない放射線であっ
て物質との相互作用が弱く、直接検出することは難し
い。そのため、中性子との相互作用の断面積が大きい物
質との相互作用で発生する陽子やα線を介して中性子を
検出する方式が採用されている。高速中性子及び中速中
性子は、水素を高密度で含むポリエチレン等のラジエー
タからの反跳陽子によって検出され、低速中性子及び熱
中性子は、10Bや 7Liとの核反応によって放出されるα
線によって検出される。反跳陽子やα線の検出手段とし
て一般的に使用されているものには、逆バイアスを印加
されたダイオードに形成される空乏層を利用する半導体
検出素子がある。
2. Description of the Related Art Neutrons are radiations having no charge, and have a weak interaction with substances, and are difficult to detect directly. For this reason, a method has been adopted in which neutrons are detected via protons and α rays generated by interaction with a substance having a large cross-sectional area of interaction with neutrons. Fast neutrons and medium neutrons are detected by recoil protons from radiators such as polyethylene containing hydrogen at a high density, and slow neutrons and thermal neutrons are released by nuclear reaction with 10 B and 7 Li.
Detected by line. A semiconductor detection element that utilizes a depletion layer formed in a reverse-biased diode is commonly used as a means for detecting recoil protons or α-rays.

【0003】図9は、ラジエータ2を備えた高中速中性
子用の中性子検出器の構成を示す概念図であり、図10
は、それに用いられている検出素子1の電極形状の一例
を示すパターン図である。この中性子検出器は、反跳陽
子入射側電極(以下では入射側電極と略称する)11とそ
の反対側電極(以下では下部電極ともいう)12との間に
逆バイアスが印加されて入射側電極11側に空乏層13を形
成されている半導体検出素子(以下では検出素子と略称
する)1と、その入射側電極11に隣接して配置されたポ
リエチレン等の高密度に水素を含む材料からなるラジエ
ータ2と、入射側電極11に流れる電流パルスを積分・増
幅して電流パルスの電荷量に相当する信号を出力するア
ンプ3と、アンプ3の出力レベルが所定値以上であるか
否かを識別する波高値識別回路4と、波高値識別回路4
の出力を計数する不図示の計数回路と、で構成されてい
る。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a configuration of a neutron detector having a radiator 2 for high and medium speed neutrons.
FIG. 2 is a pattern diagram showing an example of an electrode shape of the detection element 1 used in the element. The neutron detector, counter 跳陽Ko incident side electrode (in the following abbreviated as incident side electrode) 11 (also referred to as a lower electrode in the following) the opposite side electrode incident side electrode reverse bias is applied between the 12 A semiconductor detecting element (hereinafter, simply referred to as a detecting element) 1 having a depletion layer 13 formed on the side 11 and a material containing hydrogen at a high density such as polyethylene disposed adjacent to the incident side electrode 11. A radiator 2, an amplifier 3 that integrates and amplifies a current pulse flowing through the incident side electrode 11 and outputs a signal corresponding to the amount of charge of the current pulse, and identifies whether the output level of the amplifier 3 is equal to or higher than a predetermined value. a peak value identifying circuit 4, the peak value identifying circuit 4
And a counting circuit (not shown) that counts the outputs of.

【0004】検出素子1としては、p型シリコン結晶上
にアモルファスシリコン層を形成されたヘテロ接合型の
シリコンダイオードやpn接合型のシリコンダイオード
等が、一般的に使用されている。ヘテロ接合型のシリコ
ンダイオードの場合には、図9に示すように、その上面
の外周部を除く全面に入射側電極11が形成されて、空乏
層の形成領域を決め、下面には全面に下部電極12が形成
されている。pn接合型のシリコンダイオードの場合に
は、p+ 層またはn+ 層が空乏層の形成領域を決める。
そのため、ワイアリングのための電極がその一部に形成
されることが多い。
As the detection element 1, a heterojunction type silicon diode in which an amorphous silicon layer is formed on a p-type silicon crystal, a pn junction type silicon diode, and the like are generally used. In the case of a hetero-junction type silicon diode, as shown in FIG. 9, the incident side electrode 11 is formed on the entire surface except for the outer peripheral portion of the upper surface to determine a depletion layer formation region. An electrode 12 is formed. In the case of a pn junction type silicon diode, the p + layer or the n + layer determines a depletion layer formation region.
Therefore, an electrode for wiring is often formed in a part thereof.

【0005】ラジエータ2は、中性子がその中を通過す
る際に、中性子と水素の原子核である陽子との弾性衝突
で反跳陽子を生成させるための部材である。そのため、
ラジエータ2の材料としては、水素が高密度に含まれる
材料、例えばポリエチレン、が使用されている。反跳陽
子のもつエネルギーは、弾性衝突後の散乱方向によって
異なるが、中性子の質量と陽子の質量が殆ど同じである
から、中性子が入射したのと同じ方向に散乱される場合
が最大値で、衝突直前の中性子のエネルギーと同じとな
り、入射方向から傾くにしたがってエネルギーが減少し
て零までの連続分布となる。
[0005] The radiator 2 is a member for generating recoil protons by elastic collision of neutrons and protons as hydrogen nuclei when neutrons pass through them. for that reason,
As a material of the radiator 2, a material containing hydrogen at a high density, for example, polyethylene is used. The energy of recoil protons depends on the scattering direction after elastic collision, but since the mass of neutrons is almost the same as the mass of protons, the maximum value is when the neutrons are scattered in the same direction as incident, The energy becomes the same as the energy of the neutrons immediately before the collision, and the energy decreases as the angle of inclination from the incident direction decreases, resulting in a continuous distribution up to zero.

【0006】反跳陽子が物質内に入射すると、その物質
との相互作用によって電子−正孔対を生成してそのエネ
ルギーを消耗しながら物質中を移動する。陽子の質量は
電子の質量に比べて3桁以上大きいので、反跳陽子はそ
の方向を殆ど変えないで物質中を移動し、反跳陽子が生
成する電子−正孔対は、反跳陽子の通過経路の極めて近
傍だけに限られて高密度に分布する。
[0006] When a recoil proton enters a substance, it interacts with the substance to generate an electron-hole pair and travels through the substance while consuming its energy. Since the mass of the proton is more than three orders of magnitude larger than the mass of the electron, the recoil proton moves through the material without changing its direction, and the electron-hole pair generated by the recoil proton becomes It is distributed only at a very close vicinity of the passage route and at a high density.

【0007】参考までに、陽子のシリコン中の飛程を示
すと、エネルギーが1MeVの場合には約18μm 、2MeV
で約48μm 、4MeVで約 150μm 、10MeVで約 730μm
、15MeVで約1500μm である。なお、陽子の空気中の
飛程は、1MeVで約20mm、2MeVで約70mmであり、ラジ
エータ2と検出素子1との距離が1mm程度であれば、空
気層での反跳陽子のエネルギー損失は僅かである。
For reference, the range of protons in silicon is about 18 μm and 2 MeV when the energy is 1 MeV.
About 48μm, about 150μm at 4MeV, about 730μm at 10MeV
, About 1500 μm at 15 MeV. The range of protons in air is about 20 mm at 1 MeV and about 70 mm at 2 MeV. If the distance between the radiator 2 and the detection element 1 is about 1 mm, the energy loss of recoil protons in the air layer is It is slight.

【0008】したがって、検出素子1の素材がシリコン
である場合には、50μm の厚さの空乏層12が形成されて
いれば、2MeV以下の陽子からはその全エネルギーに相
当する電荷信号を得ることができ、2MeV以上の陽子か
らも1MeV以上に相当する電荷信号を得ることができる
場合が多い。このような高中速中性子用の中性子検出器
は、中性子だけではなくγ線やβ線も混在する環境で使
用される。しかも、上記の検出素子は、γ線によるコン
プトン効果や電子対生成等による電子等及びβ線によっ
ても電子−正孔対を生成し、反跳陽子による電子−正孔
対と同様に、電流パルスを発生する。特に、原子力発電
所等では、水中の窒素と中性子との反応によって生成さ
れる16Nが放射する 6.1MeVのγ線が存在し、この高い
エネルギーレベルをもつγ線による信号を中性子による
信号と識別することが必要である。従来技術において
は、 6.1MeVのγ線と中性子とを識別するために、波高
値識別回路4の識別レベルを、約1MeV相当に設定して
いる。この識別レベルは、 6.1MeVのγ線を体積8×8
×0.05mm3の空乏層をもつ検出素子1によって計測した
結果に基づいて、検出素子1に 6.1MeVのγ線を検出さ
せないために決定されたものである。
Therefore, when the material of the detecting element 1 is silicon, if a depletion layer 12 having a thickness of 50 μm is formed, a charge signal corresponding to the total energy can be obtained from protons of 2 MeV or less. In many cases, a charge signal corresponding to 1 MeV or more can be obtained from a proton of 2 MeV or more. Such a neutron detector for high-medium-speed neutrons is used in an environment where not only neutrons but also γ rays and β rays are mixed. In addition, the above-described detection element also generates an electron-hole pair by an electron and the like due to the Compton effect due to γ-rays, generation of an electron pair, and β-ray, and generates a current pulse similarly to the electron-hole pair by the recoil proton. Occurs. In particular, in nuclear power plants, there are 6.1 MeV gamma rays emitted by 16 N generated by the reaction of nitrogen in water with neutrons, and the signal of this high energy level gamma ray is distinguished from the signal of neutrons. It is necessary to. In the prior art, the discrimination level of the peak value discrimination circuit 4 is set to about 1 MeV to discriminate 6.1 MeV gamma rays from neutrons. This discrimination level is 6.1 MeV γ-rays in a volume of 8 × 8.
This is determined based on the result of measurement by the detection element 1 having a depletion layer of × 0.05 mm 3 so as to prevent the detection element 1 from detecting 6.1 MeV γ-rays.

【0009】このように、従来の高中速中性子用の中性
子検出器においては、識別レベルが約1MeV相当という
高いエネルギーレベルに設定されているために、その識
別レベル以下のエネルギーの中性子を検出することがで
きず、且つ識別レベル以上のエネルギーの中性子の検出
感度をも低くしている。一方、10Bや 7Liとの核反応に
よって放出されるα線によって中性子を検出する方式の
中性子検出器は、通常、熱中性子検出器といわれている
ものである。中性子と10B等との相互作用の断面積は、
熱中性子の場合に最大であって、それよりエネルギーが
大きくなるにしたがって漸減していくので、熱中性子検
出器の中性子検出感度は、熱中性子に対する場合が最大
であって、エネルギーが大きくなるほど漸減していく。
As described above, in the conventional neutron detector for high-medium-speed neutrons, since the identification level is set to a high energy level corresponding to about 1 MeV, it is necessary to detect neutrons having an energy lower than the identification level. And the sensitivity for detecting neutrons having an energy higher than the discrimination level is also lowered. On the other hand, a neutron detector that detects neutrons using α rays emitted by a nuclear reaction with 10 B or 7 Li is generally called a thermal neutron detector. The cross section of the interaction of neutrons with 10 B etc. is
The neutron detection sensitivity of thermal neutrons is the largest for thermal neutrons, and decreases gradually as the energy increases. To go.

【0010】一般に、中性子の検出には、ラジエータ2
を用いる方式の高中速中性子用の中性子検出器と熱中性
子検出器とが併用されるが、上記のように、高中速中性
子用の中性子検出器の感度が1MeV以下で零になると、
この組合せによる中性子検出では、1MeV近傍の中性子
の検出感度が他のエネルギー領域に比べて大幅に低くな
り、低いエネルギーの中性子が多く存在する環境を計測
する場合には、中性子による被曝線量を過少評価してし
まうという問題点をもっている。
Generally, the radiator 2 is used to detect neutrons.
A neutron detector for high-medium-speed neutrons and a thermal neutron detector are used in combination, but as described above, when the sensitivity of the neutron detector for high-medium-speed neutrons becomes zero below 1 MeV,
In the neutron detection by this combination, the neutron detection sensitivity near 1 MeV is significantly lower than that in other energy regions, and when measuring an environment with many low energy neutrons, the neutron exposure dose is underestimated. Have the problem of doing it.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
記のような中性子の被曝線量の過少評価を解消するため
に、γ線やβ線が混在する場所においても、より低いエ
ネルギーの中性子まで検出することができる高中速中性
子用の中性子検出器を提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned underestimation of the neutron exposure dose, even in a place where γ-rays and β-rays are mixed, to lower energy neutrons. It is to provide a neutron detector for high and medium speed neutrons that can be detected.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明は、中性子によ
る反跳陽子が電子−正孔対を生成する状況と、γ線によ
る散乱電子または生成電子等が電子−正孔対を生成する
状況と、の違いを利用して、γ線による電流パルス信号
の電荷量をより少なくすることに基づいている。反跳陽
子による電子−正孔対の生成位置は、前述したように、
陽子の通過経路の極めて近傍だけに限られて、生成され
る電子−正孔対はその部分に高密度に分布する。一方、
γ線による電子−正孔対の生成状況は、コンプトン効果
や電子対生成等による電子等によるために、同じ質量を
もつ電子同士の相互作用となり、広い領域に広がった分
布状態となる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a situation in which recoil protons generated by neutrons generate electron-hole pairs, and a situation in which scattered electrons or generated electrons by gamma rays generate electron-hole pairs. , Based on reducing the amount of charge of the current pulse signal due to γ-rays. The generation position of the electron-hole pair by the recoil proton is, as described above,
The electron-hole pairs generated are very densely distributed only in the vicinity of the proton passage. on the other hand,
The generation state of electron-hole pairs by γ-rays is caused by electrons due to the Compton effect, electron pair generation, and the like, so that electrons having the same mass interact with each other, resulting in a distribution state spread over a wide area.

【0013】図11及び図12は、このような状況をモデル
化して示したものである。中性子によってラジエータ2
から弾き出された反跳陽子は、弾き出された当初の方向
を保って検出素子1内を直進し、そのエネルギーに相当
する飛程だけ移動し、その移動経路の直近に高密度の電
子−正孔対を生成する。検出素子1がシリコン製である
とすると、反跳陽子のエネルギーが1MeVの場合には、
その移動距離は約18μm 、2MeVの場合には約48μm で
あり、通常の検出素子1の空乏層13の厚さ以下である。
したがって、入射側電極11を通過して空乏層13内に入っ
た反跳陽子は空乏層13内で1MeV以上のエネルギーに相
当する電子−正孔対を生成することができる。
FIGS. 11 and 12 show such a situation as a model. Radiator 2 by neutrons
The recoiled protons ejected from the detector travel straight in the detection element 1 while keeping the original direction of the ejected ions, move by a range corresponding to the energy, and have a high density of electron-holes in the immediate vicinity of the movement path. Generate pairs. Assuming that the detection element 1 is made of silicon, if the energy of the recoil proton is 1 MeV,
The moving distance is about 18 μm, and in the case of 2 MeV, about 48 μm, which is smaller than the thickness of the depletion layer 13 of the ordinary detection element 1.
Therefore, the recoil protons that have passed through the incident side electrode 11 and entered the depletion layer 13 can generate an electron-hole pair corresponding to an energy of 1 MeV or more in the depletion layer 13.

【0014】一方、γ線により散乱または生成された電
子等による電子−正孔対の生成される可能性のある領域
は、モデル的に示すと、電子等が生成された位置を起点
として、電子等が最初に飛び出した方向を直径方向と
し、且つ電子等の初期エネルギーに相当する飛程を直径
とする球状となる。図11及び図12では、γ線の入射方向
と同じ方向に電子等が飛び出した場合を示しており、こ
れは、コンプトン効果の場合には最も大きなエネルギー
の電子が散乱される場合に相当する。小さな円で示した
のは、γ線のエネルギーが小さい(100 KeV程度)場合
であり、大きな円で示したのは、γ線のエネルギーが大
きい(5MeV程度)場合である。
On the other hand, a region where an electron-hole pair may be generated due to electrons or the like scattered or generated by γ-rays is, as a model, shown as a starting point at a position where an electron or the like is generated. The shape of the sphere is a sphere in which the direction in which the particles first jump out is the diameter direction, and the range corresponding to the initial energy of electrons or the like is the diameter. FIGS. 11 and 12 show a case where electrons or the like jump out in the same direction as the incident direction of the γ-ray, which corresponds to a case where electrons having the highest energy are scattered in the case of the Compton effect. A small circle indicates a case where the energy of the γ-ray is small (about 100 KeV), and a large circle indicates a case where the energy of the γ-ray is large (about 5 MeV).

【0015】図11のようにγ線が検出素子1の入射側電
極11に垂直近くに入射する場合には、電子−正孔対の生
成可能領域が検出素子1の空乏層13の全域にわたること
はないが、図12のようにγ線が検出素子1の入射側電極
11に傾いて入射する場合には、電子−正孔対の生成可能
領域が検出素子1の空乏層13の全域にわたることがあ
る。また、γ線が散乱電子等を生成する位置は検出素子
1内に限られず、周囲の部材で生成された散乱電子等
が、検出素子1内に飛来して空乏層内に電子−正孔対を
生成することもある。このようにして空乏層13内で生成
される電子−正孔対によって電流パルスが生成され、従
来技術の項で説明したように、16Nが発生する 6.1MeV
のγ線による電流パルスの最大値は1MeV相当に近い値
となる。
When the γ-rays are incident on the incident side electrode 11 of the detection element 1 almost vertically as shown in FIG. 11, the region where the electron-hole pairs can be generated covers the entire depletion layer 13 of the detection element 1. However, as shown in FIG.
When the light is incident at an angle to 11, the region where electron-hole pairs can be generated may cover the entire depletion layer 13 of the detection element 1. Further, the position at which the γ-rays generate scattered electrons and the like is not limited to the inside of the detection element 1, and the scattered electrons and the like generated by surrounding members fly into the detection element 1 and enter the electron-hole pairs in the depletion layer. May be generated. In this manner, a current pulse is generated by the electron-hole pairs generated in the depletion layer 13, and as described in the section of the prior art, 16 N is generated.
Is the value close to 1 MeV.

【0016】参考までに、電子のシリコン中の飛程を示
すと、電子のエネルギーが50KeVの場合には約13μm 、
100KeVでは約54μm 、 200KeVでは約 190μm 、 500
KeVでは約 770μm 、1MeVでは約 1.7mm、2MeVでは
約 4.0mm、5MeVでは約11mm、16Nが発生する 6.1MeV
のγ線による最大エネルギーの電子( 5.9MeV)では約
13mmである。
For reference, the range of electrons in silicon is approximately 13 μm when the energy of electrons is 50 KeV.
About 54 μm at 100 KeV, about 190 μm at 200 KeV, 500
About the KeV 770 m, about the 1 MeV 1.7 mm, 2 MeV at about 4.0 mm, the 5MeV about 11 mm, 16 N is generated 6.1MeV
About the maximum energy of electrons (5.9 MeV) by gamma rays
13 mm.

【0017】ここで、検出素子が16Nによるγ線で最大
で1MeV相当の電流パルス信号を検出することについて
考察する。5.9 MeVの電子(飛程は13mm)による電子−
正孔対の生成可能領域の体積は、直径13mmの球の体積で
あるから、1150mm3 である。一方、前出の検出素子の空
乏層体積は、8×8×0.05mm3 であるから、 3.2 mm3
ある。両者を比較すると、空乏層の体積は直径13mmの球
の体積の 0.3%にも至らず、電子−正孔対が直径13mmの
球内に均一に分布しているとすると、空乏層内に含まれ
る電子−正孔対に対応する信号レベルは、約16KeVに過
ぎないことになり、実際に検出された最大値1MeVとは
2桁近い違いがある。
Here, consider that the detecting element detects a current pulse signal equivalent to 1 MeV at the maximum with 16 N γ-rays. 5.9 Electrons due to MeV electrons (range 13 mm)
The volume of the region where the hole pairs can be generated is 1150 mm 3 because it is the volume of a sphere having a diameter of 13 mm. On the other hand, the depletion layer volume supra detector element, since it is 8 × 8 × 0.05mm 3, a 3.2 mm 3. Comparing the two, the volume of the depletion layer does not reach 0.3% of the volume of the sphere with a diameter of 13 mm, and if the electron-hole pairs are uniformly distributed in the sphere with a diameter of 13 mm, it is included in the depletion layer. The signal level corresponding to the detected electron-hole pair is only about 16 KeV, which is almost two orders of magnitude different from the actually detected maximum value of 1 MeV.

【0018】この違いから、散乱電子等によって生成さ
れる電子−正孔対は非常に不均一に分布しているであろ
う、と推定される。この不均一性は、電子の飛程がエネ
ルギーの低減とともに急激に短くなることによっても予
測できる。すなわち、生成された高エネルギーの電子
は、通過する物質と相互作用してそのエネルギーを消耗
するが、そのエネルギー消耗の大部分は核外電子との相
互作用によるものであるので、その相互作用は同一質量
の粒子の弾性衝突と同じ相互作用であり、衝突する度に
2次、3次、4次等の高速の電子を生成しながらそのエ
ネルギーを低減していく。衝突によって生成された2
次、3次、4次等の電子も同様に衝突を繰り返してその
エネルギーを低減していく。
From this difference, it is estimated that the electron-hole pairs generated by scattered electrons and the like will be very unevenly distributed. This non-uniformity can also be predicted by the fact that the range of electrons sharply decreases with decreasing energy. In other words, the generated high-energy electrons interact with passing substances and consume their energy, but most of the energy consumption is due to the interaction with extranuclear electrons. This is the same interaction as the elastic collision of particles of the same mass, and the energy is reduced while generating high-speed secondary, tertiary, and quaternary electrons at each collision. 2 generated by collision
Next, third, fourth, etc. electrons also repeat collisions to reduce their energy.

【0019】発生当初に 5.9MeVであった電子の飛程は
前述のように13mmであるが、衝突を繰り返して100 KeV
になった電子の飛程は54μm 、50KeVになった電子の飛
程は13μm である。仮に、 5.9MeVの電子が、空乏層の
厚さとほぼ同じ飛程をもつ100 KeVの電子59個になった
とすると、その電子−正孔対の生成可能領域の体積は4.
86×10-3 mm3に過ぎなくなり、空乏層の厚さより小さい
飛程の50KeVの電子118 個になったとすると、その電子
−正孔対の生成可能領域の体積は1.36×10-4mm 3 になっ
てしまう。したがって、1つの発生電子がそのエネルギ
ーに相当する電子−正孔対を生成する可能性のある領域
は広いけれども、実際に電子−正孔対を生成する領域は
偏在している可能性が高く、そのような領域の一部が検
出器の空乏層に相当した場合に、検出素子が1MeV相当
の電流パルス信号を出力するのであろう。
The range of the electron which was 5.9 MeV at the time of generation is
As mentioned above, it is 13mm, but after repeated collisions, 100 KeV
The range of the converted electrons is 54 μm, and the range of the electrons
The process is 13 μm. Assuming that 5.9 MeV electrons are in the depletion layer
59 100 KeV electrons with the same range as the thickness
Then, the volume of the region where the electron-hole pair can be generated is 4.
86 × 10-3 mmThreeAnd less than the thickness of the depletion layer
Assuming that the range has 118 electrons at 50 KeV,
-The volume of the region where hole pairs can be generated is 1.36 x 10-Fourmm ThreeBecome
Would. Therefore, one generated electron has its energy
Region that may generate electron-hole pairs corresponding to
Is large, but the region that actually generates electron-hole pairs is
It is likely to be ubiquitous and some of such areas will be detected.
When the detector element corresponds to the depletion layer, the detection element is equivalent to 1 MeV
Output the current pulse signal.

【0020】偏在の状態を検討するために、前述の検出
素子と同じ空乏層の厚さ(50μm )で、空乏層面積が1.
5 ×1.5 mm2 である検出素子を試作して、16Nによるγ
線で検出される電流パルスを計測した結果、その最大値
は空乏層の面積が8×8mm2であった前述検出素子の70
%であった。空乏層面積を8×8mm2 から1.5 ×1.5mm
2 へと大幅に縮小したにもかかわらず、電流パルスの電
荷量は30%低減したに過ぎない。言い換えれば、従来の
検出素子で検出された最大1MeV相当の電流パルス信号
に相当する電子−正孔対の内の70%は、8×8mm2 の3.
5 %に過ぎない1.5 ×1.5 mm2 の内に存在し、残りの30
%に相当する電子−正孔対が、96.5%の面積の内に存在
している、ということになる。この結果より、散乱電子
等によって生成される電子−正孔対が非常に不均一に分
布しているというモデルが正しいことが裏付けられた。
In order to examine the state of uneven distribution, the same depletion layer thickness (50 μm) as the above-described detection element and the depletion layer area of 1.
A prototype of a detector element of 5 × 1.5 mm 2 was fabricated, and γ by 16 N
As a result of measuring the current pulse detected by the line, the maximum value was 70% for the above-described detection element in which the area of the depletion layer was 8 × 8 mm 2.
%Met. Depletion layer area from 8 × 8mm 2 to 1.5 × 1.5mm
Despite the significant reduction to two , the charge of the current pulse is only reduced by 30%. In other words, 70% of the electron-hole pairs corresponding to a current pulse signal corresponding to a maximum of 1 MeV detected by the conventional detection element are 3 × 8 × 8 mm 2 .
Only 5% exists within a 1.5 × 1.5 mm 2, the remaining 30
% Of electron-hole pairs are present in an area of 96.5%. This result confirmed that the model in which electron-hole pairs generated by scattered electrons and the like are very unevenly distributed is correct.

【0021】この発明は、16Nが発生する 6.1MeVのγ
線のようなエネルギーの大きいγ線による電子−正孔対
は、広い領域に広がって分布するが、その分布密度は非
常に不均一であるという、前記の状況に基づくものであ
る。すなわち、この発明は、空乏層をベタ状態で形成し
ないで、空乏層の存在しない部分が散在する形状とする
ことによって、電子−正孔対が高密度に分布する領域内
に存在する空乏層の体積比率を低減させ、空乏層で分離
されて電流パルスとして検出される電子−正孔対の数を
低減させて、最大波高値を低減させるものである。
According to the present invention, a γ of 6.1 MeV that generates 16 N
The electron-hole pairs due to high energy γ-rays such as lines are distributed over a wide area, but the distribution density is extremely non-uniform, based on the above-mentioned situation. In other words, the present invention does not form the depletion layer in a solid state, but forms a shape in which portions where the depletion layer does not exist are scattered, so that the depletion layer existing in the region where the electron-hole pairs are densely distributed is formed. It is intended to reduce the volume ratio, reduce the number of electron-hole pairs separated by the depletion layer and detected as a current pulse, and reduce the maximum peak value.

【0022】請求項1の発明は、水素を高密度に含むラ
ジエータと中性子との相互作用で発生する反跳陽子が検
出素子内で生成する電子−正孔対を、検出素子の空乏層
の電界で分離して電流パルスとして取り出し、この電流
パルスの電荷量を計測することによって中性子を検出す
る中性子検出器において、反跳陽子入射側からみた検出
素子の空乏層の形状(以下では空乏層の平面形状とい
う)を、空乏層の存在しない部分が散在する形状として
いる。
According to the first aspect of the present invention, a recoil proton generated by the interaction between a radiator containing hydrogen at a high density and a neutron generates an electron-hole pair generated in a detection element by an electric field in a depletion layer of the detection element. In a neutron detector that detects neutrons by measuring the amount of charge of this current pulse by separating it as a current pulse, the shape of the depletion layer of the detection element viewed from the recoil proton incident side (hereinafter the plane of the depletion layer) (Referred to as a shape) is a shape in which portions where no depletion layer exists are scattered.

【0023】空乏層の平面形状を、空乏層の存在しない
部分が散在する形状としているので、上記の説明から明
らかなように、ベタ電極の場合に比べてγ線による電流
パルスの電荷量を低減させることができる。一方、空乏
層の存在しない部分が散在する形状としても、空乏層の
面積を変えなければ、反跳陽子の検出感度、すなわち中
性子の検出感度、は殆ど変化しない。更に、γ線による
電流パルスの電荷量が低減して、その最大波高値が低減
すれば、波高値識別回路の識別レベルの設定値を低減で
きるので、この場合には、検出可能な中性子の最低エネ
ルギーレベルが低減し、且つ中性子の検出感度が増大す
る。特に、低エネルギーレベルでの増加割合が大きくな
る。
Since the plane shape of the depletion layer is a shape in which portions where no depletion layer is present are scattered, as is apparent from the above description, the charge amount of the current pulse due to the γ-ray is reduced as compared with the case of the solid electrode. Can be done. On the other hand, even if the area where the depletion layer does not exist is scattered, the recoil proton detection sensitivity, that is, the neutron detection sensitivity hardly changes unless the area of the depletion layer is changed. Furthermore, if the amount of charge of the current pulse due to γ-rays is reduced and its maximum peak value is reduced, the set value of the identification level of the peak value identification circuit can be reduced. In this case, the minimum detectable neutrons Energy levels are reduced and neutron detection sensitivity is increased. In particular, the rate of increase at low energy levels is large.

【0024】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記の空乏層の存在しない部分が散在する形状を、
複数の分岐枝をもつ形状としている。複数の分岐枝をも
つ形状は、空乏層が一体となっているので、電流取り出
し部を1箇所とすることができる。請求項3の発明は、
請求項2の発明において、複数の分岐枝を、樹枝状、櫛
の歯状または同心円弧状としている。これらの形状の分
岐枝は、形成が容易であって、空乏層の形状として最も
適している。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered,
It is shaped with branches multiple branches. In the shape having a plurality of branches, the depletion layer is integrated, so that the current takeout portion can be provided at one place. The invention of claim 3 is
According to the second aspect of the present invention, the plurality of branch branches have a tree shape, a comb tooth shape, or a concentric arc shape. Branches having these shapes are easy to form and are most suitable as the shape of the depletion layer.

【0025】請求項4の発明は、請求項1の発明におい
て、前記の空乏層の存在しない部分が散在する形状を、
同心環状または同心多角形状としている。このような形
状は、優れた方向特性を得るために最も適した形状であ
る。請求項5の発明は、請求項1の発明において、前記
の空乏層の存在しない部分が散在する形状を、その中央
を対称中心とする点対称な形状または回転対称な形状と
している。反跳陽子入射側からみた空乏層の形状を点対
称な形状または回転対称な形状に形成することによっ
て、優れた方向特性を得ることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is
It has a concentric annular or polygonal shape. Such a shape is the most suitable shape for obtaining excellent directional characteristics. According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the portion where the depletion layer does not exist is scattered in a point-symmetrical shape or a rotationally symmetrical shape with its center as a center of symmetry. By forming the shape of the depletion layer into a point-symmetric shape or a rotationally symmetric shape when viewed from the recoil proton incident side, excellent directional characteristics can be obtained.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】この発明による中性子検出器は、
図9に示した従来技術による高中速中性子用中性子検出
器と同じ構成であって、入射側電極とその反対側の下部
電極との間に逆バイアスが印加されて入射側電極側に空
乏層を形成されている検出素子と、その入射側電極に隣
接して配置されたポリエチレン等の高密度に水素を含む
材料からなるラジエータと、入射側電極に流れる電流パ
ルスを積分・増幅して電流パルスの電荷量に相当する信
号を出力するアンプと、アンプの出力レベルが所定値以
上であるか否かを識別する波高値識別回路と、波高値識
別回路の出力を計数する計数回路と、で構成されてい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A neutron detector according to the present invention
It has the same configuration as the conventional neutron detector for high-medium-speed neutrons shown in FIG. 9, and a reverse bias is applied between the incident electrode and the lower electrode on the opposite side to form a depletion layer on the incident electrode side. The formed detection element, a radiator made of a material containing hydrogen at high density such as polyethylene disposed adjacent to the incident side electrode, and a current pulse flowing through the incident side electrode by integrating and amplifying the current pulse. An amplifier that outputs a signal corresponding to the charge amount, a peak value identification circuit that determines whether the output level of the amplifier is equal to or higher than a predetermined value, and a counting circuit that counts the output of the peak value identification circuit. ing.

【0027】この発明が従来技術と異なる部分は、検出
素子の空乏層の形状であって、空乏層の平面形状を、空
乏層の存在しない部分が散在する形状としていることで
ある。空乏層の平面形状は、ヘテロ接合型検出素子の場
合には入射側電極の形状によって決まり、pn接合型検
出素子の場合には接合を形成するためのp+ 層またはn
+ 層の形状によって決まる。
The present invention is different from the prior art in that the shape of the depletion layer of the detecting element is different from that of the prior art in that the plane shape of the depletion layer is a shape in which portions where no depletion layer is present are scattered. The planar shape of the depletion layer is determined by the shape of the incident-side electrode in the case of a heterojunction detection element, and the p + layer or n + for forming a junction in the case of a pn junction detection element.
+ Depends on the shape of the layer.

【0028】以下に、ヘテロ接合型の検出素子の実施例
にしたがって更に詳しく説明する。第1から第3の実施
例は、入射側電極の形状がフォトリソグラフィによって
形成されるものであり、第4から第7の実施例は、マス
ク条着によって形成されるものである。マスク蒸着によ
れば、金属マスク等を使用して蒸着やスパッタリングで
直接にパターニングされた入射側電極を形成できるの
で、入射側電極形成の工数が、フォトリソグラフィによ
る場合に比べてずっと少なくて済む。一方、形成できる
電極の幅は、金属マスク等の製作限度によって、フォト
リソグラフィによる場合ほどには狭くすることはできな
い。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to an embodiment of a heterojunction type detecting element. In the first to third embodiments, the shape of the incident side electrode is formed by photolithography, and in the fourth to seventh embodiments, the shape is formed by masking. According to the mask vapor deposition, the incident-side electrode patterned directly by vapor deposition or sputtering using a metal mask or the like can be formed, so that the number of steps for forming the incident-side electrode can be much smaller than in the case of photolithography. On the other hand, the width of an electrode that can be formed cannot be made as narrow as that by photolithography due to the manufacturing limit of a metal mask or the like.

【0029】なお、これらの実施例の入射側電極をp+
層またはn+ 層に置き換えればpn接合型検出素子とな
る。 〔検出素子の第1の実施例〕図1は、この発明による中
性子検出器に使用される検出素子の第1の実施例1aの構
造を示す概念図であり、図2は、その入射側電極の形状
を示すパターン図である。
Incidentally, the incident side electrode of these embodiments is p +
If it is replaced with a layer or an n + layer, it becomes a pn junction type detection element. [First Embodiment of Detecting Element] FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a first embodiment 1a of a detecting element used in a neutron detector according to the present invention, and FIG. It is a pattern diagram which shows the shape of.

【0030】この検出素子1aは、入射側電極11a が中央
の円と同じ中心をもつ4つの同心環とで構成されてお
り、従来技術と同じ下部電極12を備えている。入射側電
極11aは独立した5つの部分からなるので、入射側電極1
1a をアンプに接続する際には、5つの部分のそれぞれ
がワイアリングされてアンプに一体に接続される。この
検出素子1aの寸法例を示すと、面積は10×10mm2 、入射
側電極11a の中央円の直径はφ 0.5mm、4つの同心環の
間隔及び幅は共に 0.5mmである。なお、空乏層13a の厚
さは50μm に設定される。
The detecting element 1a has an incident side electrode 11a composed of a central circle and four concentric rings having the same center, and has the same lower electrode 12 as in the prior art. Since the incident side electrode 11a is composed of five independent parts,
When connecting 1a to an amplifier, each of the five parts is wired and connected integrally to the amplifier. As an example of the dimensions of the detection element 1a, the area is 10 × 10 mm 2 , the diameter of the central circle of the incident side electrode 11a is φ0.5 mm, and the interval and width of the four concentric rings are both 0.5 mm. Note that the thickness of the depletion layer 13a is set to 50 μm.

【0031】参考のために示すと、 0.5mmを飛程とする
電子のエネルギーは約 400KeVである。図2に示した平
面形状の入射側電極11a を採用することによって、空乏
層1aと空乏層のない部分とが、検出素子1aの全面にわた
って共存する状態になるので、この検出素子1aは、ベタ
電極においては電荷信号として分離していた電子−正孔
対の一部を分離しなくなり、γ線による信号レベルを低
減させ、波高値識別回路の識別波高値を低く設定可能と
する。
For reference, the energy of an electron having a range of 0.5 mm is about 400 KeV. By adopting the plane-side incident side electrode 11a shown in FIG. 2, the depletion layer 1a and the portion without the depletion layer coexist over the entire surface of the detection element 1a. In the electrode, part of the electron-hole pairs separated as the charge signal is not separated, the signal level by the γ-ray is reduced, and the peak value of the peak value identifying circuit can be set low.

【0032】識別波高値が低くなることは、検出可能な
反跳陽子のラジエータ内での生起位置がその分だけラジ
エータ内部まで広がることに相当するから、中性子の検
出感度を高め、特に、従来の識別波高値に近いエネルギ
ーの中性子の検出感度を大幅に高め、更に、従来の識別
波高値と新しい識別波高値との間のエネルギーをもつ中
性子の検出を可能とする。その結果、中性子検出器のエ
ネルギー特性が改善される。
Since the lowering of the peak value of the discrimination corresponds to the occurrence position of the detectable recoil protons in the radiator extending to the inside of the radiator, the detection sensitivity of the neutrons is increased. The detection sensitivity of neutrons having energy close to the discrimination peak value is greatly increased, and neutrons having energies between the conventional discrimination peak value and the new discrimination peak value can be detected. As a result, the energy characteristics of the neutron detectors is improved.

【0033】このパターンの特徴は、完全な同心円状の
パターンであるから、方向特性に最も優れていることで
ある。なお、円の直径や円環の幅及び間隔等のパターン
の寸法を小さくするほどその効果は確実となるが、ワイ
アリング工程の工数が増加し、狭すぎる場合にはその作
業が困難になる。したがって、効果と工数等との兼ね合
いで寸法を決定することになる。また、上記の実施例に
おいては、幅と間隔とを同じとしているが、識別波高値
をより低く設定したい場合には、幅に対する間隔の割合
をより大きくすればよい。
The feature of this pattern is that it is a perfect concentric pattern, so that it has the best directional characteristics. The effect is more reliable as the dimensions of the pattern such as the diameter of the circle, the width of the ring, and the interval are reduced, but the number of steps in the wiring step increases, and if the width is too narrow, the work becomes difficult. Therefore, the dimensions are determined in consideration of the effect and the number of steps. Further, in the above-described embodiment, the width and the interval are the same, but if it is desired to set the identification peak value lower, the ratio of the interval to the width may be increased.

【0034】〔検出素子の第2の実施例〕図3は、検出
素子の第2の実施例1bの入射側電極11b の形状を示すパ
ターン図である。この実施例のパターンは、検出素子1b
の中央を中心とする4つの同心環状のパターンが細い接
続部で接続されているものである。第1の実施例のよう
な多数箇所のワイアリングを1箇所で済ませるために、
細い接続部で一体化したものであり、第1の実施例に比
べて組立工数が少なくなる。細い接続部は方向特性にそ
れほど影響しないので、この実施例も第1の実施例と同
様に最も優れた方向特性をもっている。
[Second Embodiment of Detecting Element] FIG. 3 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11b of the second embodiment 1b of the detecting element. The pattern of this embodiment has a detection element 1b
Are connected by thin connecting portions. In order to complete the wiring of many places in one place as in the first embodiment,
Since they are integrated by thin connecting portions, the number of assembling steps is reduced as compared with the first embodiment. This embodiment also has the best directional characteristics, as in the first embodiment, since the thin connection does not significantly affect the directional characteristics.

【0035】〔検出素子の第3の実施例〕図4は、検出
素子の第3の実施例1cの入射側電極11c の形状を示すパ
ターン図である。この実施例のパターンは、第2の実施
例の同心環を同心の正方形の井桁に置き換えたものであ
る。同心環が同心井桁に置き換えられたために、方向特
性が第2の実施例ほどには優れていないが、十分に優れ
た方向特性を有する。
[Third Embodiment of Detecting Element] FIG. 4 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11c of the third embodiment 1c of the detecting element. The pattern of this embodiment is obtained by replacing the concentric ring of the second embodiment with a concentric square cross-girder. Since the concentric ring has been replaced by a concentric girder, the directional characteristics are not as excellent as those of the second embodiment, but have sufficiently excellent directional characteristics.

【0036】このパターンの特徴は、同じ面積の検出素
子の場合には、第2の実施例より電極面積を大きくする
ことができるので、電極面積を大きくできる分だけ中性
子感度を高くすることができることである。なお、この
実施例では正方形の井桁としているが、正方形以外の多
角形の井桁にすることも可能である。
The feature of this pattern is that, in the case of detecting elements having the same area, the electrode area can be made larger than that of the second embodiment, so that the neutron sensitivity can be increased by the extent that the electrode area can be made larger. It is. In this embodiment, a square cross-girder is used, but a polygonal cross-girder other than a square may be used.

【0037】〔検出素子の第4の実施例〕図5は、検出
素子の第4の実施例1dの入射側電極11d の形状を示すパ
ターン図である。この入射側電極11d の形状は、検出素
子1dの中央を対称中心として90°ずつ回転させた回転対
称な樹枝状パターンであり、点対称な樹枝状パターンで
もある。枝部分の幅と枝間の間隔とは共に同じ(例え
ば、 0.5mm)に設定されている。
[Fourth Embodiment of Detecting Element] FIG. 5 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11d of the fourth embodiment of the detecting element 1d. The shape of the incident-side electrode 11d is a rotationally symmetric dendritic pattern rotated by 90 ° with respect to the center of the detecting element 1d as the center of symmetry, and is also a point-symmetric dendritic pattern. The width of the branch portion and the interval between the branches are both set to be the same (for example, 0.5 mm).

【0038】この実施例によれば、入射側電極11d が樹
枝状に形成されるので、第1の実施例と同様に、検出素
子1dの全面にわたって空乏層と空乏層のない部分とが共
存する状態になり、この検出素子1dも、γ線による信号
レベルを低減させ、波高値識別回路の識別波高値を低く
設定可能とする。更に、90°ずつの回転対称なパターン
であるので、パターンの対称性がよく、方向特性が優れ
ている。
According to this embodiment, since the incident-side electrode 11d is formed in a tree shape, a depletion layer and a portion without a depletion layer coexist over the entire surface of the detection element 1d, as in the first embodiment. As a result, the detection element 1d also reduces the signal level due to γ-rays, and allows the identification peak value of the peak value identification circuit to be set low. Further, since the pattern is rotationally symmetric at 90 °, the pattern has good symmetry and excellent directional characteristics.

【0039】なお、この実施例の入力側電極11d は、金
属マスクを用いた蒸着によって形成可能であるので、電
極形成の工数は従来技術と変わらない。 〔検出素子の第5の実施例〕図6は、検出素子の第5の
実施例1eの入射側電極11e の形状を示すパターン図であ
る。
Since the input electrode 11d of this embodiment can be formed by vapor deposition using a metal mask, the number of steps for forming the electrode is the same as that of the prior art. [Fifth Embodiment of Detecting Element] FIG. 6 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11e of the fifth embodiment 1e of the detecting element.

【0040】この入射側電極11e の形状は、第4の実施
例の樹枝状パターンを櫛の歯状パターンに置き換えたも
のである。この実施例の特性や電極形成の工数は、第4
の実施例と全く同等である。 〔検出素子の第6の実施例〕図7は、検出素子の第6の
実施例1fの入射側電極11f の形状を示すパターン図であ
る。
The shape of the incident side electrode 11e is obtained by replacing the dendritic pattern of the fourth embodiment with a comb-like pattern. The characteristics of this embodiment and the man-hours for forming the electrode
Is completely equivalent to the embodiment. [Sixth Embodiment of Detecting Element] FIG. 7 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11f of the sixth embodiment 1f of the detecting element.

【0041】この入射側電極11f の形状は、第4の実施
例の樹枝状パターンを同心円弧状パターンに置き換えた
ものである。この実施例は、円弧状のパターンであるた
めに、電極の包絡面積が小さくなるので、枝部分の幅を
枝間の間隔より広くして、電極面積を前2つの実施例と
同じにしている。そのため、検出素子の電極の包絡面積
に占める電極面積の比率が、前2つの実施例より大きく
て、波高値識別回路の識別波高値が、前2つの実施例よ
り幾らか大きくなる。しかし、このパターンの特徴は、
円弧状であることであって、前2つの実施例に比べて、
方向特性がより優れている。
The shape of the incident side electrode 11f is obtained by replacing the dendritic pattern of the fourth embodiment with a concentric arc pattern. In this embodiment, since the envelope area of the electrode is reduced because of the arc-shaped pattern, the width of the branch portion is made larger than the interval between the branches, and the electrode area is made the same as the previous two embodiments. . For this reason, the ratio of the electrode area to the envelope area of the electrodes of the detection element is larger than that of the previous two embodiments, and the peak value of the peak value discriminating circuit is somewhat larger than that of the previous two embodiments. However, the feature of this pattern is
It is an arc shape, compared to the previous two embodiments,
Better directional characteristics.

【0042】〔検出素子の第7の実施例〕図8は、検出
素子の第7の実施例1gの入射側電極11g の形状を示すパ
ターン図である。この実施例のパターンは、横方向だけ
に延びる櫛の歯状のパターンである。実施例の中では最
も単純な形状であるが、方向特性が第4及び第5の実施
例よりやや劣るが、実用的には許容範囲にある。方向特
性を除く他の特性は第4及び第5の実施例と殆ど変わら
ない。
[Seventh Embodiment of Detecting Element] FIG. 8 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11g of the seventh embodiment of the detecting element 1g. The pattern of this embodiment is a comb-like pattern extending only in the horizontal direction. Although this is the simplest shape among the embodiments, the directional characteristics are slightly inferior to those of the fourth and fifth embodiments, but are practically acceptable. Other characteristics than the directional characteristics are almost the same as those of the fourth and fifth embodiments.

【0043】[0043]

【発明の効果】請求項1の発明においては、反跳陽子入
射側からみた検出素子の空乏層の形状を、空乏層の存在
しない部分が散在する形状としているので、「課題を解
決するための手段」の項での説明から明らかなように、
ベタ電極の場合に比べてγ線による電流パルスの電荷量
を低減させることができる。一方、空乏層の存在しない
部分が散在する形状としても、空乏層の面積を変えなけ
れば、反跳陽子の検出感度、すなわち中性子の検出感
度、は殆ど変化しない。更に、γ線による電流パルスの
電荷量が低減して、その最大波高値が低減すれば、波高
値識別回路の識別レベルの設定値を低減できるので、こ
の場合には、検出可能な中性子の最低エネルギーレベル
が低減し、且つ中性子の検出感度が増大する。特に、低
エネルギーレベルでの増加割合が大きくなる。
According to the first aspect of the present invention, the shape of the depletion layer of the detection element as viewed from the recoil proton incident side is a shape in which portions where no depletion layer is present are scattered. as apparent from the description of the section means "
The charge amount of the current pulse due to γ-rays can be reduced as compared with the case of a solid electrode. On the other hand, even if the area where the depletion layer does not exist is scattered, the recoil proton detection sensitivity, that is, the neutron detection sensitivity hardly changes unless the area of the depletion layer is changed. Furthermore, if the amount of charge of the current pulse due to γ-rays is reduced and its maximum peak value is reduced, the set value of the identification level of the peak value identification circuit can be reduced. In this case, the minimum detectable neutrons Energy levels are reduced and neutron detection sensitivity is increased. In particular, the rate of increase at low energy levels is large.

【0044】したがって、この発明によれば、高いエネ
ルギーの中性子検出感度を低減させないで、従来の高中
速中性子用の中性子検出器より更に低いエネルギーレベ
ルの中性子まで検出することができる高中速中性子用の
中性子検出器を提供することができる。請求項2の発明
においては、前記の空乏層の存在しない部分が散在する
形状を、複数の分岐枝をもつ形状としている。複数の分
岐枝をもつ形状は、空乏層が一体となっているので、電
流取り出し部を1箇所とすることができる。したがっ
て、中性子検出器の組立工程において、検出素子と回路
とを接続するためのワイアリング工程の工数を増加させ
ない。
Therefore, according to the present invention, a neutron detector for high-medium-speed neutrons capable of detecting even a neutron at a lower energy level than a conventional neutron detector for high-medium-speed neutrons without reducing the sensitivity of neutron detection for high-energy neutrons. A neutron detector can be provided. According to the second aspect of the present invention, the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a shape having a plurality of branches. In the shape having a plurality of branches, the depletion layer is integrated, so that the current takeout portion can be provided at one place. Therefore, in the assembling process of the neutron detector, the number of steps of the wiring process for connecting the detection element and the circuit is not increased.

【0045】請求項3の発明においては、複数の分岐枝
を、樹枝状、櫛の歯状または同心円弧状とする。これら
の形状の分岐枝は、形成が容易であって、空乏層の形状
として最も適している。請求項4の発明においては、前
記の空乏層の存在しない部分が散在する形状を、同心環
状または同心多角形状としている。このような形状は、
優れた方向特性を得るために最も適した形状であるの
で、特に優れた方向特性を得ることができる。
According to the third aspect of the present invention, the plurality of branches are formed in a tree shape, a comb-like shape or a concentric arc shape. Branches having these shapes are easy to form and are most suitable as the shape of the depletion layer. In the invention according to claim 4, the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a concentric annular shape or a concentric polygonal shape. Such a shape
Since the shape is most suitable for obtaining excellent directional characteristics, particularly excellent directional characteristics can be obtained.

【0046】請求項5の発明においては、前記の空乏層
の存在しない部分が散在する形状を、その中央を対称中
心とする点対称な形状または回転対称な形状としてい
る。点対称な形状または回転対称な形状は、優れた方向
特性を得るのに適した形状であるので、優れた方向特性
を得ることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the portion where the depletion layer does not exist is scattered in a point-symmetrical or rotationally symmetrical shape with its center as a center of symmetry. Since a point-symmetric shape or a rotationally symmetric shape is a shape suitable for obtaining excellent directional characteristics, excellent directional characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明による中性子検出器に使用される検出
素子の第1の実施例の構造を示す概念図
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a first embodiment of a detecting element used in a neutron detector according to the present invention.

【図2】検出素子の第1の実施例の入射側電極形状を示
すパターン図
FIG. 2 is a pattern diagram showing a shape of an incident side electrode of the first embodiment of the detection element.

【図3】検出素子の第2の実施例の入射側電極形状を示
すパターン図
FIG. 3 is a pattern diagram showing the shape of an incident-side electrode according to a second embodiment of the detection element.

【図4】検出素子の第3の実施例の入射側電極形状を示
すパターン図
FIG. 4 is a pattern diagram showing the shape of an incident-side electrode according to a third embodiment of the detection element.

【図5】検出素子の第4の実施例の入射側電極形状を示
すパターン図
FIG. 5 is a pattern diagram showing the shape of an incident-side electrode according to a fourth embodiment of the detection element.

【図6】検出素子の第5の実施例の入射側電極形状を示
すパターン図
FIG. 6 is a pattern diagram showing the shape of an incident-side electrode according to a fifth embodiment of the detection element.

【図7】検出素子の第6の実施例の入射側電極形状を示
すパターン図
FIG. 7 is a pattern diagram showing the shape of an incident side electrode of a sixth embodiment of the detection element.

【図8】検出素子の第7の実施例の入射側電極形状を示
すパターン図
FIG. 8 is a pattern diagram showing the shape of an incident-side electrode according to a seventh embodiment of the detection element.

【図9】従来技術による中性子検出器の構成を示す概念
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a configuration of a neutron detector according to the related art.

【図10】従来技術による検出素子の電極形状の一例を示
すパターン図
FIG. 10 is a pattern diagram showing an example of an electrode shape of a detection element according to the related art.

【図11】検出素子による中性子及びγ線の検出を説明す
るための概念図
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating the detection of neutrons and γ-rays by a detection element.

【図12】従来技術による検出素子の問題点を説明するた
めの概念図
FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining a problem of the detection element according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g 検出素子 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g 入射側電極 12 下部電極 13, 13a 空乏層 2 ラジエータ 3 アンプ 4 波高値識別回路 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g Detector 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g Incident electrode 12 Lower electrode 13, 13a Depletion layer 2 Radiator 3 Amplifier 4 Peak value discriminator

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素を高密度に含むラジエータと中性子と
の相互作用で発生する反跳陽子が検出素子内で生成する
電子−正孔対を、検出素子の空乏層の電界で分離して電
流パルスとして取り出し、この電流パルスの電荷量を計
測することによって中性子を検出する中性子検出器にお
いて、 反跳陽子入射側からみた検出素子の空乏層の形状を、空
乏層の存在しない部分が散在する形状とする、 ことを特徴とする中性子検出器。
An electron-hole pair generated in a detecting element by a recoil proton generated by an interaction between a radiator containing hydrogen at a high density and a neutron is separated by an electric field of a depletion layer of the detecting element. In a neutron detector that detects neutrons by extracting the current pulse as a pulse and measuring the amount of charge of this current pulse, the shape of the depletion layer of the detection element as seen from the recoil proton incident side is the shape where the depletion layer does not exist A neutron detector, characterized in that:
【請求項2】前記の空乏層の存在しない部分が散在する
形状を、複数の分岐枝をもつ形状とする、ことを特徴と
する請求項1に記載の中性子検出器。
2. The neutron detector according to claim 1, wherein the portion where the depletion layer does not exist is scattered to have a plurality of branches.
【請求項3】前記複数の分岐枝を、樹枝状、櫛の歯状ま
たは同心円弧状とする、ことを特徴とする請求項2に記
載の中性子検出器。
3. The neutron detector according to claim 2, wherein the plurality of branch branches have a tree shape, a comb tooth shape, or a concentric arc shape.
【請求項4】前記の空乏層の存在しない部分が散在する
形状を、同心環状または同心多角形状とする、ことを特
徴とする請求項1に記載の中性子検出器。
4. The neutron detector according to claim 1, wherein the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a concentric annular shape or a concentric polygonal shape.
【請求項5】前記の空乏層の存在しない部分が散在する
形状を、その中央を対称中心とする点対称な形状または
回転対称な形状とする、ことを特徴とする請求項1に記
載の中性子検出器。
5. The neutron according to claim 1, wherein the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a point-symmetric shape or a rotationally-symmetric shape with its center as a center of symmetry. Detector.
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