JP2002350552A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子および正孔の移動度と寿命が小さな半導
体放射線検出素子を用いて、正確に放射線のエネルギー
を測定する。 【解決手段】 一対の電極間に電圧を印可できる電圧印
可手段と、一対の電極間に設けられ、放射線の入射によ
り電子及び正孔を発生しうる材料からなる所定厚みの半
導体放射線検出素子と、放射線の入射により一対の電極
間に発生する電荷を電圧信号に変換して出力し、しかも
減衰時定数を設定可能な電荷型増幅手段で放射線検出装
置を構成する。放射線入射時に半導体放射線検出素子内
に発生する電子および正孔が一対の電極に仮想的に到達
するのに要する時間に基づいて、電荷型増幅手段の減衰
時定数を適合化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は放射線検出装置に
関し、特に、半導体放射線検出素子を用いて、Ｘ線やガ
ンマ線等の放射線のエネルギーを高精度に測定できる放
射線検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントなどではガンマ線等の放
射線を随時モニタする必要があり、検出素子として感度
のよい半導体を用いる事が検討されている。半導体放射
線検出素子を用いる従来の放射線検出装置の構成を図６
に示す。半導体放射線検出素子１２ｂは、直流電源１０
ｂに接続されており、高電圧が印可されている。電荷型
増幅器３ｂの端子Ａ１４に生じる電圧パルスの波高分布
をマルチチャンネルアナライザ（図示せず）で解析する
ことにより放射線のエネルギ分布などを測定できる。

【０００３】図７は半導体放射線検出素子１２ｂに、ガ
ンマ線等の放射線が入射した際に内部で起こる現象を模
擬的に表している。半導体放射線検出素子１２ｂに、測
定対象となるガンマ線等の放射線３１ａ，ｂ，ｃが入射
すると、半導体放射線検出素子と放射線は相互作用を起
こして、電子３７ａ，ｂ，ｃと正孔３８ａ，ｂ，ｃが生
成する。

【０００４】半導体放射線検出素子１２ｂには直流電源
１０ｂによって静電界が生じているため、電子３７ａ，
ｂ，ｃは陽極６ａに、正孔３８ａ，ｂ，ｃは陰極６ｂに
向かってそれぞれドリフトする。その結果、半導体放射
線検出素子１２ｂの一対の電極（陽極６ａと陰極６ｂ）
に誘導電荷が生じる。

【０００５】生じる誘導電荷の量（Ｑ）は、次式のよう
に放射線のエネルギー（ｑ）および、電子のドリフト距
離（λe）と正孔のドリフト距離（λh）の和に比例し、
半導体放射線検出素子の厚み（ｄ）に反比例する。誘導
電荷は電荷型増幅器３ｂで電圧信号に変換される。 Ｑ ∝ ｑ・（λe＋λh）／ｄ

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の放射線検出装置
では、発生した電子と正孔が、すべて陽極６ａと陰極６
ｂに到達する場合に、正確にエネルギーを測定できる。
そのためには電子や正孔の移動度が大きく、かつその寿
命が長いことが前提条件として必要になる。半導体放射
線検出素子のなかでも、例えばゲルマニウム半導体放射
線検出素子はこの条件をほぼ満足するが、測定する際に
は検出素子を液体窒素温度まで冷却する必要がある。

【０００７】これに対し、常温動作型の半導体放射線検
出素子であるテルル化カドミウム、テルル化亜鉛カドミ
ウム、ヨウ化第２水銀などは、電子や正孔の移動度が小
さく、寿命も短い。また電子の移動度と寿命に比べて正
孔の移動度と寿命が小さいので、電子は陽極６ａまで到
達するが正孔は途中で捕獲されてしまい陰極６ｂまで到
達しないことが起こる。

【０００８】その結果、電子のドリフト距離と正孔のド
リフト距離の和は、相互作用を起こす位置により異なる
ことになる。例えば陽極６ａに近い部分で発生した電子
３７ｃのドリフト距離と正孔３８ｃのドリフト距離の和
３９ｃは、陰極６ｂに近い部分で発生した電子３７ｂの
ドリフト距離と正孔３８ｂのドリフト距離の和３９ｂよ
りも短い。

【０００９】以上説明したように、半導体放射線検出素
子に同じエネルギーが付与されたとしても、パルス状の
電圧信号の波高は相互作用が起こる位置により異なるこ
とになり、波高欠損を生じる原因となる。電圧パルスの
波高欠損を電気回路的に補正する手段を付加することが
行われているが、エネルギーの分解能は本質的に改善さ
れない上に、補正回路は複雑で、放射線検出装置のコス
トが上昇するのは避けられない。

【００１０】このような問題点を解消するため、例えば
「放射線計測ハンドブック第２版（日刊工業新聞社）」
の半導体検出器の章に記載されているように、電子や正
孔の捕獲現象ができるだけ起こらないように印加電圧を
大きくしてドリフト距離を大きくすることが提案されて
いる。

【００１１】例えば半導体放射線検出素子に厚さ１５ミ
リのテルル化カドミウムを用いる場合、約１５００Ｖも
の高電圧を印加する。印加電圧が大きいと数１００ｎＡ
程度の漏れ電流が流れるので、ノイズが増加してエネル
ギー分解能が悪くなる、また信号がノイズに埋もれて実
質的に測定不可能になるなどの不都合が発生する。しか
も高圧電源を使用するため、機器の絶縁性能を上げる必
要が生じ、検出装置全体が高価なものになる不都合もあ
る。

【００１２】電子やと正孔の移動度と寿命を大きくする
ために、半導体放射線検出素子の純度を上げたりドーパ
ントを最適化することも試みられている。例えば１９９
３年発行のMaterial Science Engineering（Ｂ１６）の
２８３〜２９０ページには、テルル化カドミウムに対し
て塩素をドーパントとして用いた例が記載されている
が、常温での動作を想定しているために移動度の向上に
は限界があり、十分な結果は得られていない。

【００１３】このように、従来は放射線の検出性能を改
善するために、電子と正孔のドリフト距離を大きくする
ことに努力が払われてきた。本発明者はこのような従来
の発想にとらわれることなく、放射線検出装置のエネル
ギ分解能を高める本質的な方法を探るために、半導体放
射線検出素子内で発生するキャリア（電子と正孔）の動
きをシュミレーションで再現することに努めた。その結
果、電子と正孔のドリフト距離を相対的に小さくすると
いう逆の発想に基づいて、エネルギ分解能に優れた放射
線検出装置を低コストでしかも容易に実現できる方法を
見出し、本発明に到達するに至った。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる放射線検
出装置は、一対の電極間に電圧を印可できる電圧印可手
段と、一対の電極間に設けられ、放射線の入射により電
子及び正孔を発生しうる材料からなる所定厚みの半導体
放射線検出素子と、放射線の入射により一対の電極間に
発生する電荷を電圧信号に変換して出力し、しかも減衰
時定数を設定可能な電荷型増幅手段を備えてなり、放射
線入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子およ
び正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時間
に基づいて電荷型増幅手段の減衰時定数が適合化されて
いるものである。

【００１５】ここで、仮想的に到達するのに要する時間
とは、放射線との相互作用によって生じる正孔と電子
が、捕獲中心に捕えらずに各電極に向かって最後まで各
々ドリフトすると仮定して、正孔と電子がともに電極に
到達するのに必要と考えられる時間のことである。

【００１６】また、電荷型増幅手段の減衰時定数を、放
射線入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子お
よび正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時
間と同程度またはそれ以下に設定してなるものである。

【００１７】また、電荷型増幅手段の減衰時定数を、放
射線入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子お
よび正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時
間の３分の一以下に設定してなるものである。

【００１８】また、半導体放射線検出素子がテルル化カ
ドミウム、テルル化亜鉛カドミウム、ヨウ化第２水銀ま
たはシリコンからなるものである。

【００１９】また、放射線入射時に半導体放射線検出素
子内に発生する電子および正孔が、一対の電極に実質的
に到達しないように、電圧及び半導体放射線検出素子の
厚みが適合化されてなるものである。

【００２０】また、一対の電極間に電圧を印可できる電
圧印可手段と、一対の電極間に設けられ、放射線の入射
により電子及び正孔を発生しうる材料からなる所定厚み
の半導体放射線検出素子と、一対の電極間に発生する電
荷を電圧信号に変換して出力する電荷型増幅手段と、電
荷型増幅手段が出力する電圧信号を所定の帯域にわたっ
て通過および増幅し、しかも整形時定数が設定可能な整
形増幅手段を備えてなり、放射線入射時に半導体放射線
検出素子内に発生する電子および正孔が一対の電極に仮
想的に到達するのに要する時間に基づいて、整形増幅器
の整形時定数が適合化されてなるものである。

【００２１】また、整形増幅手段の整形時定数を、放射
線入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子およ
び正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時間
と同程度またはそれ以下に設定してなるものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明にかかる放射線検出装置
は、Ｘ線やガンマ線、特に半導体放射線検出素子の内部
のあらゆる位置で相互作用を起こすような数１００ｋｅ
Ｖ以上の高エネルギー領域のＸ線やガンマ線を高精度に
検出することが可能である。

【００２３】図１は本発明にかかる放射線検出装置の構
成を示している。半導体放射線検出素子１２ａは、テル
ル化カドミウム、テルル化亜鉛カドミウム、ヨウ化第２
水銀、シリコンなどで構成され、室温で動作する。半導
体放射線検出素子１２ａは、直流電源１０ａに接続され
ており、その出力は電荷型増幅器３ａに入力される。

【００２４】電荷型増幅器３ａの減衰時定数（τａ）は
設定可能で、その設定値は抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１か
ら求めることが出来る。後出する実施の形態１では、減
衰時定数が、電子および正孔が陽極６ａと陰極６ｂに仮
想的に到達するのに要する時間に基づいて適合化されて
いる。

【００２５】整形増幅器５は、電荷型増幅器３ａの端子
Ａ１４に接続されており、あらかじめ設定された周波数
帯域に応じて整形・増幅・ノイズフィルタリングを行
う、いわゆるバンドパスフィルタとして作用する。整形
増幅器５の端子Ｂ１５はマルチチャンネルアナライザ
（図示せず）に接続されている。入力された電圧信号を
マルチチャンネルアナライザで解析することによって放
射線のエネルギを測定できる。

【００２６】整形増幅器５の整形時定数（τｂ）は設定
可能で、その設定値は抵抗Ｒ２，Ｒ３およびキャパシタ
Ｃ２，Ｃ３と関係付けられる。後出する実施の形態２で
は、整形時定数が、電子および正孔が陽極６ａと陰極６
ｂに仮想的に到達するのに要する時間に基づいて適合化
されている。

【００２７】先ず、時定数（τａまたはτｂ）を適合化
する方法について説明する。放射線入射時に半導体放射
線検出素子に発生する電子と正孔が、電極に向かってそ
れぞれドリフトする速度υeおよびυhは次式から求める
ことが出来る。 υｅ＝μｅＦ， υｈ＝μｈＦ ここでμｅは電子の移動度、μｈは正孔の移動度、Ｆは
電界強度をそれぞれ表す。

【００２８】電子と正孔は、実際には電極に到達する前
に捕獲中心に捕獲されて消滅するが、ここでは消滅しな
いで最後までυeおよびυhでドリフトし、各電極に到達
すると仮定する。電子と正孔が仮想的に電極に到達する
のに要する時間（仮想到達時間）をτｉｅおよびτｉｈ
とすると、τｉｅ＝ｄ／υｅおよびτｉｈ＝ｄ／υｈが
成立する（ｄ：半導体放射線検出素子の厚み）。放射線
入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子および
正孔が電極に仮想的に到達するのに要する時間に基づい
て、減衰時定数（τａ）または整形時定数（τｂ）が適
合化されているとは、速いほうのキャリアの仮想到達時
間（通常はτｉｅ）に対して、減衰時定数（τａ）また
は整形時定数（τｂ）が数倍程度かあるいはそれ以下に
なるように構成されていることを指す。

【００２９】通常の測定では、時定数（τａまたはτ
ｂ）を速いほうのキャリアの仮想到達時間τｉｅの数倍
程度から同程度に設定すれば実用的なエネルギ分解能が
得られるが、同程度かまたはそれ以下に設定すればエネ
ルギ分解能がより向上するので望ましい、また３分の１
以下にすればエネルギ分解能はさらに向上するので最適
に望ましい。ただし時定数を小さく設定すると、検出信
号にノイズが増えるので、実装上の制約やノイズとの兼
ね合いを考慮して最適な値を選定する。

【００３０】次に、半導体放射線検出素子の厚みと印可
電圧の適合化について説明する。放射線が半導体に入射
したさいに発生する電子のドリフト距離（λｅ）と正孔
のドリフト距離（λｈ）は一般に次式に従うことが知ら
れている。 λｅ＝μｅτｅＦ， λｈ＝μｈτｈＦ ここでτｅは電子の寿命、τｈは正孔の寿命を表す。こ
の式から電子のドリフト距離（λｅ）と正孔のドリフト
距離（λｈ）の和（λ）は次式より求めることができ
る。 λ＝λｅ＋λｈ＝（μｅτｅ＋μｈτｈ）Ｆ

【００３１】半導体放射線検出素子の厚みと印可電圧を
適合化するとは、半導体放射線検出素子の厚みが、λよ
りも大きくなるように構成することで、半導体放射線検
出素子の厚みが、λに比して４倍以上大きくなるように
構成されていればさらに好ましい。

【００３２】放射線検出素子の厚みと、電子のドリフト
距離と正孔のドリフト距離の和が適合化されていると、
ほとんどの電子や正孔はドリフトの途中で捕獲中心に捕
らえられ、電子のドリフト距離と正孔のドリフト距離の
和が相互作用の起こる位置に実質的に依存しなくなる。

【００３３】次に、適合化の効果を詳細に説明する。図
２は半導体放射線検出素子１２ａにガンマ線等の放射線
が入射した際に内部で起こる現象を模擬的に表してい
る。半導体放射線検出素子１２ａに、測定対象となるガ
ンマ線等の放射線２１ａ，ｂ，ｃが入射すると、半導体
放射線検出素子と放射線は相互作用を起こして、電子２
７ａ，ｂ，ｃと正孔２８ａ，ｂ，ｃが生成する。

【００３４】半導体放射線検出素子１２ａには、静電界
が生じているため、電子２７ａ，ｂ，ｃは陽極６ａに、
正孔２８ａ，ｂ，ｃは陰極６ｂに向かってそれぞれドリ
フトする。生成した正孔と電子は、各電極に到達するも
のもあるが、多くのものは捕獲中心（図示せず）に捕獲
される。電子と正孔は半導体放射線検出素子の一対の電
極（６ａおよび６ｂ）に誘導電荷を生じる。

【００３５】電荷型増幅器３ａの端子Ａ１４に出力され
る電圧信号のパルス波形を図３に示す。電圧パルスはキ
ャリア（電子と正孔）のドリフトの様子を反映する立ち
上がり部分と、電荷型増幅器３ａの回路定数で決まる減
衰時定数に従って減衰する立ち下がり部分に分かれる。

【００３６】波形Ａは、印加電圧を高く設定した場合の
典型的な形状を示している。ここで、高いとは、半導体
放射線検出素子１２ａが厚さ１５ミリのテルル化カドミ
ウムであれば１５００Ｖ程度の大きさを指しており、生
じた正孔と電子のうち少なからずのものが、捕獲中心に
捕えられずに、電極に到達する。印加電圧を高く設定す
ると、キャリアがドリフトする速度が大きくなることに
よりパルスは急激に立ち上がる。

【００３７】これに対し、波形Ｂは、電極間のほぼ中央
部で放射線との相互作用によって生じる電子と正孔が、
電極に到達する前に捕獲中心に捕えられるように半導体
放射線検出素子の厚みと印可電圧が適合化されている場
合のものである。例えば１５ミリの厚みをもつテルル化
カドミウムであれば３００から５００Ｖに設定した場合
を指している。印加電圧を低くすると、キャリアのドリ
フト速度が小さくなることによりパルスの立ち上がり時
間が長くなり、電圧パルスの傾きが小さくなると同時
に、キャリアが捕獲されることにより上に凸状の形とな
る。

【００３８】さて、放射線の入射によって生じる誘導電
荷には自然現象に特有なゆらぎが存在する。図４は波形
Ｂの電圧パルスの立ち上がり部分を拡大したもので、時
刻ｔ１のときの波高のゆらぎの程度（ΔＶ１／Ｖ１）と
時刻ｔ２のときの波高のゆらぎの程度（ΔＶ２／Ｖ２）
が表されている。時刻（ｔ）は放射線の入射によって、
電圧パルスが発生し始めてからの経過時間を表してお
り、経過時間が大きいほどゆらぎの程度が大きいことが
定性的に示されている。

【００３９】放射線検出装置のエネルギー分解能とは、
有感部分（半導体放射線検出素子）に同じエネルギーが
付与されたときに出力される波高のばらつきのことであ
る。エネルギー分解能を向上させるということは波高の
ゆらぎの程度（ΔＶ／Ｖ）を小さくすることにほかなら
ない。

【００４０】同じエネルギーが付与された場合、どのタ
イミングの波高が最もばらつきの程度が小さいかをモン
テカルロ法によるシュミレーションによって検証した。
キャリアが生成してから捕獲されるまでの時間は、捕獲
中心が放射線検出素子の内部に一様に分布していること
を仮定して、乱数により決定しているため、このシュミ
レーションは波高分布のゆらぎの程度についても表現で
きる。

【００４１】シュミレーションによって得られた、放射
線（γ線）が半導体放射線検出素子に入射してからの経
過時間と電圧パルスの半値幅（FWHM: Full-Width at Ha
lf-Maximum）との関係を図５に示す。入射したγ線のエ
ネルギーは６６２ｋｅＶ、印加電圧は５００Ｖ、半導体
放射線検出素子の材質はテルル化カドミウム、寸法は１
５×１５×１５ｍｍであると仮定した。キャリアの移動
度と寿命には、以下の典型的な物性値を用いた。 電子：μe＝１Ｅ＋３（ｃｍ²／Ｖ・ｓ），τe＝１Ｅ−
６（ｓ） 正孔：μh＝１Ｅ＋２（ｃｍ²／Ｖ・ｓ），τh＝５Ｅ−
７（ｓ）

【００４２】図５より、経過時間がゼロに近ければ近い
ほど、すなわち電圧信号が立ち上がりはじめてからの経
過時間が短ければ短いほど半値幅が小さく、波高値のば
らつきの程度が小さいことがわかる。換言すれば、放射
線が入射してからの経過時間が短いほどエネルギー分解
能が優れている。

【００４３】また、図５から半値幅はある程度、時間が
経過すると、急に大きくなることもわかる。このこと
も、エネルギ分解能を高める上で、放射線が入射してか
らの経過時間が短い段階で測定することの重要性を示し
ている。ここで、半値幅が緩やかに増加する領域Ａと半
値幅が急に増加する領域Ｂとに分け、この境目となる経
過時間を臨界経過時間（τｃ）と呼ぶことにする。

【００４４】今までは、減衰時定数（τａ）または整形
時定数（τｂ）の適合化を、仮想到達時間（τｉ）を基
準にする方法を説明してきたが、臨界経過時間（τｃ）
を基準にすることも可能である。臨界経過時間（τｃ）
を基準にする場合は、減衰時定数（τａ）または整形時
定数（τｂ）を臨界経過時間（τｃ）と同程度かまたは
それ以下に設定する。

【００４５】通常は簡便に用い得る仮想到達時間（τ
ｉ）を基準にする方法で実用上問題ないが、より精度よ
く時定数を求める必要がある場合には臨界経過時間（τ
ｃ）を基準にする方法を用いれば良い。

【００４６】電圧信号が立ち上がりはじめてからの経過
時間が短い状態を見ることは、キャリアがドリフトし始
めたごく初期の段階を見ているのと同じである。初期の
段階では、キャリアの実質的なドリフト距離は短いた
め、電子のドリフト距離と正孔のドリフト距離の和２９
ａ、ｂ、ｃは、放射線との相互作用位置によらず一定に
なる（図２参照）。すなわち、放射線が入射してからの
経過時間が短い段階を測定すれば、高いエネルギー分解
能が得られる。

【００４７】実際に経過時間が短い段階の電圧パルスを
測定するには、図３に示した波形Ｂのように、直流電源
１０の電圧を低く設定して、放射線との相互作用によっ
て生じる正孔と電子が、電極に到達する前に捕獲中心に
捕えられるように半導体放射線検出素子の厚みと印可電
圧が適合化されていることがノイズのレベルを下げてエ
ネルギ分解能を高めるために望ましい。

【００４８】次に、放射線が入射してからの経過時間が
短い段階の波高を測定するための具体例を、図１に示し
た放射線検出装置を使い、実施の形態に基づいて説明す
る。実施の形態１および２では、半導体放射線検出素子
１２ａの材質はテルル化カドミウムで、その寸法は１５
×１５×１５ｍｍである。印加電圧は半導体放射線検出
素子の厚みと適合化させるために３００Ｖとしており、
仮想到達時間（τｃ）は７μ秒になる。

【００４９】実施の形態１．実施の形態１では、放射線
が入射してからの経過時間が短い段階の波高を検出する
ために、電荷型増幅器３ａの減衰時定数を、キャリアが
半導体放射線検出素子の厚みに相当する距離を仮想的に
ドリフトする時間（仮想到達時間）よりも十分に短くし
ている。通常のエネルギースペクトルを測定する放射線
検出装置では、電荷型増幅器の減衰時定数は、約５０μ
秒から２００μ秒程度と比較的長い値に設定されている
が、これを１μ秒程度にまで短くする。整形増幅器２８
の整形時定数はノイズの特性に応じて適宜設定する。

【００５０】減衰時定数が短く設定された電荷型増幅器
３ａからの電圧信号は、放射線が入射してからの経過時
間が短い段階の波高を反映しており、半値幅が小さい。
この電圧信号を整形増幅器２８により整形・増幅・ノイ
ズフィルタリングを行ってマルチチャンネルアナライザ
（図示せず）に入力することにより、放射線の波高分布
を高エネルギー分解能で測定できる。整形増幅器２８は
マルチチャンネルアナライザとのマッチングをとる役目
があり、ノイズが極端に少ない場合には省くことができ
る。

【００５１】実施の形態１は、電荷型増幅器３ａの減衰
時定数を短く設定することにより実現できるため、電圧
パルスの波高補正回路などの高価な回路を全く必要とせ
ず、エネルギースペクトル改善のためのコストを低く抑
えて、エネルギー分解能の優れた放射線検出装置を提供
できる。

【００５２】また、半導体放射線検出素子の厚みと印可
電圧を適合化するために、印加電圧を低く設定してある
ため、漏れ電流が減少し、ノイズが少なくなることによ
り分解能がより高くなる。また、ノイズが少ないので高
温状態でも使用可能となり、使用可能温度範囲が広が
る。また、高圧電源が不要のため、放射線検出装置の絶
縁性能を上げる必要が無くなり、放射線検出装置全体の
コスト低減や保守の容易化が期待できる。

【００５３】また、厚みの大きな素子を用いれば、低ノ
イズで測定できるので、優れたエネルギー分解能を実現
しつつ、高エネルギー領域の放射線を感度よく検出でき
るようになる。

【００５４】実施の形態２．実施の形態２では、電荷型
増幅器３ａの減衰時定数を通常の放射線検出装置で用い
られるような約５０μ秒から２００μ秒程度と比較的長
い値に設定する一方で、整形増幅器５の整形時定数を１
μ秒以下と短くする。実施の形態２は放射線が入射して
からの経過時間が短い段階の波高を出力させるという点
で、実施の形態１と考え方は同じであるが、その出力方
法が異なる。実施の形態２では、整形増幅器５の整形時
定数を短くすることにより、電圧パルスが発生してから
の経過時間が短い段階の波高を反映させる「弾道欠損の
原理」を用いている。

【００５５】実施の形態２は、整形増幅器の整形時定数
を短く設定することにより実現できるので、実施の形態
１と同様、電圧パルスの波高補正回路などの高価な回路
を全く必要とせずに、エネルギースペクトル改善のため
のコストを低く抑えて、エネルギー分解能の優れた放射
線検出装置を提供できる。

【００５６】

【発明の効果】本発明に係わる放射線検出装置は、一対
の電極間に電圧を印可できる電圧印可手段と、一対の電
極間に設けられ、放射線の入射により電子及び正孔を発
生しうる材料からなる所定厚みの半導体放射線検出素子
と、放射線の入射により一対の電極間に発生する電荷を
電圧信号に変換して出力し、しかも減衰時定数を設定可
能な電荷型増幅手段を備えてなり、放射線入射時に半導
体放射線検出素子内に発生する電子および正孔が一対の
電極に仮想的に到達するのに要する時間に基づいて、電
荷型増幅手段の減衰時定数が適合化されていることによ
り、エネルギ分解能の優れたスペクトル測定を行うこと
ができる。

【００５７】また、電荷型増幅手段の減衰時定数を、放
射線入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子お
よび正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時
間と同程度またはそれ以下に設定することにより、エネ
ルギ分解能の優れたスペクトル測定を行うことができ
る。

【００５８】また、電荷型増幅手段の減衰時定数を、放
射線入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子お
よび正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時
間の３分の一以下に設定することにより、エネルギ分解
能の優れたスペクトル測定を行うことができる。

【００５９】また、半導体放射線検出素子がテルル化カ
ドミウム、テルル化亜鉛カドミウム、ヨウ化第２水銀ま
たはシリコンからなることにより、室温で動作させるこ
とができる。

【００６０】また、放射線入射時に半導体放射線検出素
子内に発生する電子および正孔が、一対の電極に実質的
に到達しないように、電圧及び半導体放射線検出素子の
厚みが適合化されていることにより、エネルギ分解能の
優れたスペクトル測定を行うことができる。

【００６１】また、一対の電極間に電圧を印可できる電
圧印可手段と、一対の電極間に設けられ、放射線の入射
により電子及び正孔を発生しうる材料からなる所定厚み
の半導体放射線検出素子と、一対の電極間に発生する電
荷を電圧信号に変換して出力する電荷型増幅手段と、電
荷型増幅手段が出力する電圧信号を所定の帯域にわたっ
て通過および増幅し、しかも整形時定数が設定可能な整
形増幅手段を備えてなり、放射線入射時に半導体放射線
検出素子内に発生する電子および正孔が一対の電極に仮
想的に到達するのに要する時間に基づいて、整形増幅手
段の整形時定数が適合化されてなることにより、エネル
ギ分解能の優れたスペクトル測定を行うことができる。

【００６２】また、整形増幅手段の整形時定数を、放射
線入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子およ
び正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時間
と同程度またはそれ以下に設定することにより、エネル
ギ分解能の優れたスペクトル測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる放射線検出装置の基本回路を
説明するための構成図である。

【図２】 本発明にかかる半導体放射線検出素子の内部
で発生するキャリアの動作を模擬的に説明するための図
である。

【図３】 電荷型増幅器の出力信号の形状を、半導体放
射線検出素子に印可する電圧と関係付けて説明した図で
ある。

【図４】 電荷型増幅器の出力信号に現われるゆらぎの
大きさと放射線が検出素子に入射してからの経過時間と
の関係を定性的に説明した図である。

【図５】 シュミレーションの結果を説明するための図
で、放射線が検出素子に入射してからの経過時間とパル
ス信号の半値幅の関係を示した図である。

【図６】 従来の放射線検出装置の構成を説明するため
の図である。

【図７】 従来の放射線検出装置において、半導体放射
線検出素子の内部で発生するキャリアの動作を模擬的に
説明するための図である。

【符号の説明】

３ａ，ｂ 電荷型増幅器、 ５ 整形増幅器、 ６ａ
陽極、 ６ｂ 陰極 １０ａ，ｂ 直流電源、 １２ａ，ｂ 半導体放射線検
出素子 １４ 端子Ａ、 １５ 端子Ｂ、 ２１ａ〜ｃ，３１ａ
〜ｃ 放射線 ２７ａ〜ｃ，３７ａ〜ｃ 電子、 ２８ａ〜ｃ，３８ａ
〜ｃ 正孔 ２９ａ〜ｃ，３９ａ〜ｃ 電子のドリフト距離と正孔の
ドリフト距離の和

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極間に電圧を印可できる電圧印
   可手段と、前記一対の電極間に設けられ、放射線の入射
   により電子及び正孔を発生しうる材料からなる所定厚み
   の半導体放射線検出素子と、前記放射線の入射により前
   記一対の電極間に発生する電荷を電圧信号に変換して出
   力し、しかも減衰時定数を設定可能な電荷型増幅手段を
   備えてなり、放射線入射時に前記半導体放射線検出素子
   内に発生する電子および正孔が前記一対の電極に仮想的
   に到達するのに要する時間に基づいて、前記電荷型増幅
   手段の減衰時定数が適合化されてなる放射線検出装置。
2. 【請求項２】 電荷型増幅手段の減衰時定数を、放射線
   入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子および
   正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時間と
   同程度またはそれ以下に設定してなる請求項１記載の放
   射線検出装置。
3. 【請求項３】 電荷型増幅手段の減衰時定数を、放射線
   入射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子および
   正孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時間の
   ３分の１以下に設定してなる請求項１記載の放射線検出
   装置。
4. 【請求項４】 半導体放射線検出素子がテルル化カドミ
   ウム、テルル化亜鉛カドミウム、ヨウ化第２水銀または
   シリコンからなる請求項１記載の放射線検出装置。
5. 【請求項５】 放射線入射時に半導体放射線検出素子内
   に発生する電子および正孔が、一対の電極に実質的に到
   達しないように、電圧及び半導体放射線検出素子の厚み
   が適合化されてなる請求項１記載の放射線検出装置。
6. 【請求項６】 一対の電極間に電圧を印可できる電圧印
   可手段と、前記一対の電極間に設けられ、放射線の入射
   により電子及び正孔を発生しうる材料からなる所定厚み
   の半導体放射線検出素子と、前記一対の電極間に発生す
   る電荷を電圧信号に変換して出力する電荷型増幅手段
   と、前記電荷型増幅手段が出力する電圧信号を所定の帯
   域にわたって通過および増幅し、しかも整形時定数が設
   定可能な整形増幅手段を備えてなり、放射線入射時に前
   記半導体放射線検出素子内に発生する電子および正孔が
   前記一対の電極に仮想的に到達するのに要する時間に基
   づいて、前記整形増幅手段の整形時定数が適合化されて
   なる放射線検出装置。
7. 【請求項７】 整形増幅手段の整形時定数を、放射線入
   射時に半導体放射線検出素子内に発生する電子および正
   孔が一対の電極に仮想的に到達するのに要する時間と同
   程度またはそれ以下に設定してなる請求項６記載の放射
   線検出装置。