JP2002533800A - 自発α崩壊に基づく乱数発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】この発明は、乱数を発生させる装置及び方法である。この装置(10)は、崩壊生成物が一次アルファ線放射以上のエネルギの二次放射を生じない、例えばＡｍ２４１のような、α線源(12)を有する。アイソトープから放射され検出器(14)に到達したα粒子は、狭いエネルギスペクトルを有し、したがって、同一の電気パルスを検出器に生じる。差動弁別記(26)及び論理セレクタ(24)を含んでα粒子検出システムが構成され、α線源における個々のα崩壊事象を確実に同定して、この装置内外の異なる放射線源で生じる他のあらゆる信号をフィルタで取り除く。電子ユニットが、前記同一の電気パルスのストリームを処理して、他の物理的乱数源の出力に通常存在する相関が皆無である乱数のストリームを形成する。

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、ランダム信号を発生させる電気装置、とりわけ、乱数発生器の分
野に関する。この発明は、乱数またはランダム信号を発生するための装置および
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

乱数の長いシーケンス(数列)は、数学的統計や、データ保護、通信セキュリテ
ィ、自然現象の数学的シミュレーション、技術的プロセスなどにおいて不可欠で
ある。乱数発生器（以下、ＲＮＧと称する）は、あらゆる情報セキュリティ技術
の核心にあり、符号化キーの発生に使用される。いくつかのアプリケーションで
は、「乱数の質」が絶対的に重大である。例えば、もし、データ保護のアプリケ
ーションに使用される乱数が「十分にランダム」でなかったら、そのことは、暗
号化手続きがいかに進んだ洗練されたものであったとしても、暗号化コードが破
られる可能性をもたらし、深刻な情報セキュリティの問題を提起するであろう。

【０００３】 乱数は、乱数発生器（ＲＮＧ）によって発生されるが、ＲＮＧはたいていの場
合洗練された数学的アルゴリズムに基づいたコンピュータプログラムである。た
いていの標準ＰＣソフトウエアパッケージは、一つまたは数個のそのようなアル
ゴリズムＲＮＧを含んでいる。一般に認識されていることであるが、アルゴリズ
ムにより発生されたいかなるデジタルのシーケンスも、明らかなまたは隠れた相
関を発現させ、したがって、真にランダムではあり得ない。ポアソンや、ベルヌ
ーイなどの標準的なランダム分布がいくつかあり、それぞれが他に変換可能であ
る。これらの標準分布は、真にランダムなプロセスに関わっており、異なる事象
または数の間では、それらが互いにいかに近かろうと遠かろうと、統計的な相関
が存在しないことを意味している。そのような分布は、極大出力エントロピに対
応する。したがって、乱数発生器の質は、その出力が標準的な真のランダム分布
の一つにどの程度近いかで定義される。

【０００４】 アルゴリズムで発生させたランダムなシーケンスの避けられない欠陥がアプリ
ケーションにとって危機的でないかぎり、何か他のものを探す必要はない。しか
し、ＲＮＧ出力における隠れた長期の相関を受け入れ難いような種々の重要なア
プリケーションが確かに存在する。例えば、もしＲＮＧが完全といえたものでな
ければ、暗号化コードは破ることができ、それは時折実際に起こるのである。言
い替えれば、暗号化された情報の脆弱度は、使用されるＲＮＧの不完全さに直接
関係する。コード破り者がいかに才覚がありかつ優れた装備をしていようとも、
データ保護を確実にするただ一つのやり方は、符号化キーの発生に完全なＲＮＧ
を使用することである。数学的統計またはコンピュータシミュレーションにおけ
るＲＮＧアプリケーションの場合は、ＲＮＧ出力中の隠れた相関の存在が統計計
算の結果を信頼できなくまたは無意味にさえする可能性があるし、ときには現実
にそうする。

【０００５】 先天的に欠陥のあるアルゴリズム式ＲＮＧに対する実行可能な唯一の代替策は
、自然の、すなわち物理的な乱数発生器である。物理的なＲＮＧは、熱力学的変
動(揺らぎ)や、量子変動、放射性崩壊などの、自然(天然)に生じるランダムな現
象に基づいている。

【０００６】 たいていの既存の物理的ＲＮＧは、低エネルギのランダムな現象、とりわけ、
熱的変動（ジョンソンノイズ）、または固体中の電子量子変動に基づいている。
そのようなデバイスの全てが、二つの大きな問題を有している。第一に、それら
は元になる物理的プロセスの物理的性質に起因する何らかの自己相関および不安
定さを呈することが避けられない。第二に、低エネルギ変動は、どこにもある外
部および内部の電磁干渉や、デバイスの電子回路に関連するノイズ、音響ノイズ
などに影響され得る。これらの欲しない信号は、決して真にランダムではなく、
物理的ＲＮＧのデジタル出力が標準ランダム分布から離れることに、大きく寄与
してしまう。

【０００７】 放射性崩壊は、ランダムさの線源として理想的に適した自然のプロセスである
。自然発生の核崩壊の単一の事象(イベント)に関連するエネルギは、他の物理プ
ロセスに比べて大きさが５〜７桁大きい。したがって、自然発生の放射性崩壊の
各事象の一つひとつは、原子内電子の量子状態や、他の原子の存在、電界磁界の
存在、化学的雰囲気、温度などの、いかなる外部条件にも依存しない。この点で
、自然発生の放射性崩壊は、特異である。従来の技術水準において、放射性崩壊
に基づくいくつかの物理的乱数発生器が知られている。しかしながら、改良の余
地がある。

【０００８】 一般的に、自然の放射性崩壊に基づく既存の物理的乱数発生器は、低エネルギ
のランダム現象に基づくものに比べて、優れている。それでも、まだ若干の問題
が残っている。

【０００９】 最初の問題は、ランダム性の物理的線源自体に関する。事象の標準ポアソン時
間分布は、後で一次放射性崩壊と間違え得る二次放射性崩壊も他のいかなる種類
の誘導放射も露呈しない理想の線源にのみ当てはまる。誘導放射は、Ｘ線量子や
、一次放射によって原子から叩き出された電子などを含んでいるかも知れない。
検出器により一次事象以外のいかなるものでも記録されると、ＲＮＧのデジタル
出力は、ある程度の自己相関を呈することが避けられない。その理由は、一次放
射性崩壊と二次放射線崩壊、または一次事象と誘導放射のような異なる事象が互
いに関連しており、そのため、時間的に相関があるからである。さらに、放射線
源中の不安定な核の全数が時間と共に徐々に減少していき、平均放射事象の頻度
が同様に減少していくという事実から、さらなる複雑な問題が持ち上がってくる
であろう。

【００１０】 第二の問題は、信号記録の方法と関連がある。例えば、もし、単一の放射性粒
子のエネルギが最初に電気的または音響的ノイズに変換され、その後でのみデジ
タル化される（Mike Rosing と Patrick Emin 著の Ionization from Alpha Dec
ay for Random Bit Generation、University of New Brunswick に示されるよう
に）ならば、低エネルギ変動に基づく物理的ＲＮＧに関連する全ての問題に出く
わすであろう。

【００１１】 上記の問題を克服する可能性のある一つのやり方は、自然放射性崩壊の時間的
ランダムさではなくて、むしろ方向的ランダムさを利用することである。Edelki
nd 他の米国特許第5,987,483号（1999年11月16日）を参照。方向的なランダムさ
は、個々の事象により発生された放射線の伝搬の方向がそのプロセスの完全にラ
ンダムな特性であることを意味している。しかしながら、方向的なランダムさを
利用しようとすると、単一の放射線源を取り囲んで複数の独立した検出器が必要
となる。検出器ごとに独立の電気回路で供給されなければならない。線源と複数
の検出器の相互配置は、放射性崩壊の単一の事象が二つ以上の検出器で検出され
る可能性を排除しなければならない。

【００１２】 この発明では、我々は、コストが安く実施するのに非常に簡単な代替解決案を
提案する。提案のデバイスは、放出された放射線を検出する単一の検出器を必要
とし、自然崩壊の時間的なランダムさを利用する。同時に、提案のデバイスは、
標準の、相関のない、あらゆる種類の内部および外部の干渉（電磁的、音響的、
その他）に対して耐性のあるランダムなシーケンスを発生させようという問題を
解決する。

【００１３】 最後に、自然発生のα崩壊とβやγ崩壊との比較解析をする。全種類の放射性
アイソトープは、粒子放射のタイプによって異なっている。 ◆α崩壊は、ヘリウム核を生成する。それらは、最も大きな質量と電荷を有する
。したがって、非常に短い範囲内にある物体によって吸収される。空中では、α
粒子は、僅かに数センチメートルしか進むことができない。薄い紙のシートでさ
え、それらを完全に吸収する。α粒子の典型的なエネルギは、おおよそ５〜６Ｍ
ｅＶ（β放射線の１．５ＭｅＶ以下およびγ放射線の０．５〜１．５ＭｅＶと比
較されたい）である。粒子エネルギが高ければ高いほど、強い信号を検出器に生
じる。より重要なことに、放射されたα粒子のエネルギは、非常に狭い帯域幅内
にある。そのため、特定のタイプのα崩壊により発生された信号を、高エネルギ
電子、Ｘ線、さらには特定のものとは異なる放射性アイソトープにより発生され
たα粒子をも含む他のいかなるイオン化放射の線源からも、簡単に容易く分離す
ることができる。この最後の特徴が、欠陥のないＲＮＧを作るのに絶対的に重大
である。事実、上述したように、特定の放射性事象により発生された放射線を電
離放射線の他の全ての線源から確実に分離することは、既知の標準ランダム分布
であるために、デバイスの出力にとって必要な前提条件である。最も便利で信頼
のおけるα放射の線源の一つは、Ａｍ−２４１である（このアイソトープは、家
庭の煙検知器に広く使われている）。 ◆β崩壊は、電子を放出する。重量の軽いβ粒子は、α放射に比べて、媒体を通
ってずっと長い距離を進むことができる。それらは、実質的に低いエネルギを有
し、したがって、より弱い電気パルスを検出器に生じる。β粒子の主な不都合は
、それらのエネルギが、どちらかといえば、予想しがたくかつ広いスペクトルに
広がっていることである（それらは、崩壊の特定のエネルギをニュートリノと共
有する）。その結果、一次放射源から放射されたβ粒子により生じた信号を確実
に同定し、他の種類の電離放射線により生じた背景信号からそれを分離すること
が不可能である。この背景の寄与のために、記録される事象の時間的な分布標準
ポアソン分布ｐ(ｎ)から外れることは避けられない。それは、β崩壊に基づくＲ
ＮＧデバイスのデジタル出力が完璧ではないことを意味する。 ◆最後に、γ崩壊は、電磁波γ量子を放射する。γ放射は、質量も電荷も持たな
いが、高度に透過力がある。γ量子のスペクトルは、比較的狭くすることができ
るが、それらの検出には、常に追加の実質的なスペクトル拡張を伴い、それが結
局はβ粒子の場合と同じ問題を生じる。そのうえ、検出器内におけるγ粒子吸収
は、３とおりの異なったし方で起こり得る。つまり、光電効果、コンプトン散乱
、そして電子陽電子対である。したがって、単一のγ粒子がいくつかの異なった
信号を生じることができる。これら全てが検出器のアナログ出力の複雑性に寄与
しており、そこから標準ランダム分布を抽出することを困難にしている。最後に
、γ放射は、安全ではない。それらを使用するには、シンチレータの周りに少な
くとも５ｃｍ厚の鉛の遮蔽を必要とする。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】

ここに提案するαタイプの自然核崩壊を利用した自然ＲＮＧは、他のあらゆる
既知の物理的ＲＮＧにおいて避けることのできない欠陥を伴うことなく、設計さ
れる。以下に、自然α崩壊を利用することによって、どのようにして、一次放射
性崩壊の事象により生じた信号を異なる起源の信号から分離して、事実上完全な
デジタル出力を得るかを示していく。そのうえ、ここに提案するデバイスは、携
帯性があり、耐久性があり、そして絶対的に安全である。とりわけ、実質上いか
なる標準のＰＣにもインストールすることができる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

この発明は、α粒子源とα粒子検出器とを備えてなる乱数発生装置である。検
出器は、粒子源に対して、粒子源から出るα粒子を検出し、各一つひとつのα粒
子の検出に応答して標準的な電気パルスを発生させる位置に、配置される。放射
されたα粒子の元のスペクトルに比べて、検出器に到達したα粒子のエネルギス
ペクトルが実質上広がらないことを確実にするように、必要な予防措置を取るべ
きである。

【００１６】 検出器は、検出デバイスと、検出器に結合された増幅器とを含んでおり、とり
わけ、シリコン半導体検出素子と検出器用バイアス供給回路とを含んでいる。増
幅器は、電荷プリアンプと、電荷プリアンプに結合されたリニアアンプとを含ん
でいる。

【００１７】 信号増幅器には、選択弁別器が続いており、線源から放射されたα粒子の実際
の検出に対応する検出信号を同定する。弁別器の伝達帯域幅は、検出器に到達し
た実質上全てのα粒子を把握するために十分に広くなければならない。同時に、
弁別器の伝送帯域幅は、線源から出たα粒子以外の電離放射線を源とする不適切
なパルスを取り除くために十分に狭くなければならない。論理ユニットが、時間
的にランダムに分布した同一の電気パルスのシーケンスを２進シーケンスに変換
する。

【００１８】 α放射源は、少なくとも数年間は装置の安定した機能を確保するために、１０
０年以上の半減期を有する。崩壊生成物は、安定でなければならず、または、少
なくとも元のα崩壊のエネルギ以上のエネルギを有する核放射線を発してはなら
ない。図解した実施態様では、線源はＡｍ２４１である。

【００１９】 選択弁別器は、検出信号が線源から出たα粒子の検出の振幅特性を有するかど
うかを決めるために、差動弁別器を含んでいる。また、選択弁別器は、検出信号
がα崩壊粒子の検出のパルス波形特性を有するかどうかを決めるために、論理セ
レクタも含んでいる。

【００２０】 ２進信号発生器の最も簡単な設計は、線源からのα崩壊粒子の実際の検出に対
応した確実に同定された(positively identified)検出信号ごとに毎回トグル動
作するクロック駆動のトリガ回路である。これに代わるものとしては、２進信号
発生器は、線源からのα崩壊粒子の実際の検出対応した確実に同定された順次並
んだ検出信号の間の順次並んだ時間間隔を測定して、順次並んだ時間間隔の相対
的時間長に応じて順次並んだ時間間隔に２進値を割り当てるクロック駆動の時間
比較回路である。検出を２進信号に変換する手段は、広く種々のものでよく、現
在知られているまたは最近考案されたいかなる手段をも含むことができ、図解し
た手段は２進信号発生器の性質を限定するものと読むべきではないと理解される
よう、ここに明言する。

【００２１】 ランダムに到着するおおよそ同一の短いパルスのシーケンスを２進シーケンス
変換可能ないかなるデバイスでも、同様に容易に採用することができる。

【００２２】 この装置は、さらに、ホスト装置、およびそのホスト装置に結合されたインタ
フェース回路を備えている。インタフェース回路は、２進信号発生器にも結合さ
れている。ホスト装置はデータシステムであり、それは乱数を使用するものであ
る。２進信号発生器は、ホスト装置に対して、２進乱数で表される信号を提供す
る。

【００２３】 この発明は、また、α崩壊粒子を発生させるステップと、そのα崩壊粒子を検
出するステップと、α崩壊粒子の検出に応答して検出信号を発生させるステップ
と、線源からのα崩壊粒子の実際の検出に対応して検出信号を同定するステップ
と、そして線源からのα崩壊粒子の実際の検出に対応した検出信号の弁別器によ
る確実な同定に応答して２進信号を発生させるステップとを含んでなる乱数発生
方法とも定義される。

【００２４】 以上、この発明の概要を手短に述べたが、添付の図面を参照することにより、
この発明がよりよく視覚化されるであろう。同じ要素には同じ数字を付した。

【００２５】 この発明の好ましい実施態様を図面に図解したが、この発明および以下の詳細
な説明に述べる種々の実施態様を考慮されたい。説明する実施態様は、説明のた
めのみに述べるもので、請求項の一般性を限定すると理解されるべきでない。各
請求項は、説明する実施態様から暗示されるよりもあるいは広くあるいは狭く、
発明を定義するであろう。

【００２６】

【発明の実施の形態】

この発明は、乱数の安定したストリームを発生する装置および方法である。こ
の装置は、例えば、Ａｍ２４１のような、崩壊生成物が一次α放射のエネルギ以
上のエネルギを有する二次放射を出さないα放射源を備えている。アイソトープ
により放射され検出器に到達したα粒子は、狭いエネルギスペクトルを持ち、そ
のため、検出器に同一の電気パルスを生じる。論理セレクタと組み合わせて差動
弁別器を含んで、α粒子検出システムが提供される。素子のこの組合せは、α放
射源におけるα崩壊の個々の事象の確実な同定(positive identification)を可
能とし、装置の内部および外部の両方における異なる放射源により発生される他
のいかなる信号をもフィルタ除去する。電子ユニットが、同一の電気パルスのス
トリームを処理して乱数のストリームを作る。物理的乱数発生器のデジタル出力
信号は、他の物理的乱数源の出力中に通常存在し、ａ）ランダム性を有する物理
源、ｂ）電子回路、およびｃ）外部および内部の電磁的およびその他の干渉、に
関連した相関が全くないものである。

【００２７】 さて、α崩壊に基づくＲＮＧの構成を考察する。α崩壊に基づくＲＮＧのブロ
ック線図を図１に示し、全体的に参照数字１０で指す。α粒子放射線源１２が設
けられている。線源の活量（放射能強度）に応じて、線源の出力範囲は大きく変
わる。線源放射能が１μＣｉであれば、毎秒少なくとも１０，０００ランダムビ
ットの平均初段階出力を提供する。α粒子放射線源１２の中のアイソトープの一
般的な必要条件は、 ａ）適度に長い半減期、および ｂ）安定な崩壊生成物または少なくともα放射線を出さない崩壊生成物 であることを含む。α粒子の狭いエネルギスペクトルという重要な必要条件は、
Ａｍ−２４１を含む全ての既知のα線アイソトープについて、満足する。

【００２８】 例として、Ａｍ−２４１は、４３２．７年の半減期を持ち、α放射線を発する
α放射崩壊副産物または娘核を持たないので、これらの一般的な必要条件を満足
する一つの選択肢であるが、この発明はＡｍ−２４１に限定されない。

【００２９】 シリコン半導体検出素子１４がα粒子センサとして使用される。それは、１ｃ
ｍ²の活性領域を有する３００μｍ厚のプレーナ型イオン注入シリコン半導体で
ある。シリコン半導体検出素子１４は、α粒子を捕捉するように便宜なやり方で
線源１２に対して配置されている。放射線源１２および検出素子１４は、保護ハ
ウジング１６内に互いにごく接近させて配置されている。保護ハウジング１６は
、検出素子１４を光、他の電磁干渉および環境α線から遮蔽している。保護ハウ
ジング１６は、光学的、電磁的および要求される放射線遮蔽を提供する通常の構
造および組成を有している。光を通さない金属シートまたはアルミシートのハウ
ジングで、十分に必要な遮蔽を提供する。しかしながら、必要であれば、導体要
素を取り込んだ他の非金属材料で在来のファラデー遮蔽を形成して、置き換える
こともできる。また、このハウジングは、高い透磁率を持つ材料（パーマロイな
ど）と組み合わせてもよい。そうすれば、強いパルス状磁界に対してさらなる遮
蔽を果たすことになる。

【００３０】 検出素子バイアス供給源回路１８は、ハウジング１６を通って検出素子１４に
結合されていて、適当な検出素子バイアス電圧を提供する（低ノイズ、低電流の
４０Ｖの電源供給回路を使うことができる）。電荷アンプ２０とリニアアンプ２
２が、非常に弱い電離放射線流パルス（入射α粒子により誘導されるものである
が）を増幅し整形するのに使われる。増幅されたパルスは、約１ボルトの平均振
幅、約６００ｎｓの立上り時間を有し、そして約１２００ｎｓの立下り時間を有
する。電荷アンプ２０およびリニアアンプ２２は、在来のものでよく、検出素子
１４のパルス信号の同じまたは実質上同一の増幅を提供するために、多くの他の
電子デバイスおよびアーキテクチャで置換することもできる。

【００３１】 リニアアンプ２２からの出力信号は、差動弁別器２６および論理セレクタ２４
の入力に与えられる。差動弁別器２６は、全α線吸収ピークの適正な振幅を有す
る全ての信号を選択する。差動弁別器２６は、在来の電圧弁別器である。ノイズ
および他の背景信号は、このようにして抑制される。論理セレクタ２４は、パル
スの形状を解析して、複雑なまたは不適正な形状を持った信号を取り除く。論理
セレクタ２４の目的は、α崩壊の個々の事象により起こされるであろう波形と一
致しない形状の信号をブロックするためである。多くの異なるタイプの回路が論
理セレクタ２４の機能を果たすことができ、あるものを他のものに置換するする
こともできる。最も一般的なアプローチは、中に在来のパターンマッチングアル
ゴリズムを記憶していてそれに対して弁別器２６の出力が比較されるデジタルシ
グナルプロセッサ（ＤＳＰ）を利用することである。パターンマッチングアルゴ
リズムは、線源１２における単一のα崩壊事象に対応して経験的に定義したパタ
ーンとの統計的に信頼できる一致を選び出すものでもよい。

【００３２】 弁別器２６の出力は、セレクタ２４に入力として結合されている。セレクタ２
４の出力における確実に同定された信号の全てが、トリガユニット２８および時
間比較ユニット３０に入力される。論理セレクタ２４により決定された確実に同
定された信号の各々が、トリガユニット２８の状態を反転させ、それは図示の態
様ではＤフリップフロップ型のトリガである。トリガ２８の出力は、クロック回
路またはタイミングユニット３２により定義される特定の時間間隔の間に読み出
される。その特定の時間間隔は、確実に同定された信号または望ましい崩壊事象
の平均持続時間よりも十分に長く設定される。トリガユニット２８の出力の二つ
の可能な状態は、２進数の二つの可能な値（「０」または「１」）に対応する。
その結果得られる２進のシーケンスは、標準ベルヌーイシーケンスである。上記
の技術は、ランダムなビットの比較的遅いストリームを生じる。

【００３３】 より高度な機能のためには、時間比較器３０を採用することができる。時間比
較ユニット３０は、順次起こる事象の間の時間間隔を比較する。最も簡単な二つ
の間隔の場合、二つの間隔のどちらがより短いかに応じて「０」または「１」を
割り当てることができる。このアプローチは、順次起こる事象の各対について一
つのランダムなビットを生じる。図示の態様では、時間比較ユニット３０は、時
間カウンタ回路である。図２に示すように、外部信号ＳＴＡＲＴは、最後のα事
象の終わりのところで別個の論理回路（図示せず）により発生されて、ＲＳトリ
ガ２８を予め定義した状態（例えば、ハイ）にセットする。それは、ＥＮＡＢＬ
Ｅ信号を生成し、それはカウンタユニット３８に結合され、カウンタユニット３
８を、次のα粒子が論理セレクタ２４の受容基準を満たすまで、信号ＣＬＯＣＫ
により徐々にインクリメントしていく。次いで、ＲＳトリガ２８は、ＥＮＡＢＬ
Ｅが低くなったとき、さらなる時間のインクリメントを禁止して、カウンタ３８
からの時間間隔コードが出力および解析のために利用可能となる。制御装置また
はホストコンピュータ３４は、続いて来る時間コードを比較して、順次続いて来
る時間セグメントの時間コードの値に応じて現在のランダムなビットに「０」ま
たは「１」を割り当てることができる。例えば、もし直前の時間コードがより長
い時間間隔を示したならば、現在の時間コードに「０」を割り当てることができ
、または逆の場合はその逆である。次いで、カウンタユニット３８は、ＳＴＡＲ
Ｔと一緒に別個の論理回路（図示せず）により生成される外部からの「ＲＥＳＥ
Ｔ ＣＯＵＮＴＥＲ」信号によって、次のカウントシーケンスのためにリセット
される。

【００３４】 トリガユニット２８および／または時間比較ユニット３０により生成されたラ
ンダムビットストリームは、在来のインタフェースユニット３６を介していかな
るホスト装置３４によっても利用することができる。ホスト装置３４およびイン
タフェースユニット３６の性質が如何様であろうかは、各アプリケーションに特
有である。ホスト装置３４は、典型的には、マイクロプロセッサ、パーソナルコ
ンピュータ、デジタル周辺機器または他のタイプのデータシステムである。イン
タフェースユニット３６は、したがって、トリガユニット２８または時間比較ユ
ニット３０からの信号出力をホスト装置３４に要求される信号に変換および整形
するのに必要な回路である。

【００３５】

【付言】

この技術分野において通常の知識を有する者により、この発明の精神および範
囲から逸脱することなく、多くの代替や変更が可能である。したがって、例示し
た実施態様は、単に例のためにのみ述べたものであって、前記の請求項により定
義される発明を限定すると受け取られるべきでない、と理解されなければならな
い。

【００３６】 この発明およびその種々の実施態様を説明するためにこの明細書で用いた言葉
は、通常定義されている意味のみならず、この明細書において特別に定義して通
常定義されている意味の範囲を越えて構造、材料または行為を含む、と理解され
るべきである。したがって、もしある要素がこの明細書の文脈において一つより
多い意味を含むと理解できるときは、請求項での使用は明細書およびその語自体
により支持される全ての可能な意味に対して包括的であると理解されなければな
らない。

【００３７】 したがって、請求項の用語および要素の定義は、この明細書において、文字通
り述べる要素の組合せのみならず、実質上同じ作用を実質上同じ要領で果たし実
質上同じ結果を得るためのあらゆる等価の構造、材料または行為を含む、と定義
される。したがって、この意味で、請求項における一つの要素を二つ以上の要素
で等価的に置換してもよく、または請求項における二つ以上の要素を一つの要素
で置換してもよい、という意図である。

【００３８】 この技術分野において通常の知識を有する者から見て請求の範囲で請求する発
明主題からの軽微な変更は、既知であっても後に考えられても、等価的に請求の
範囲内にある、という意図を明言する。したがって、この技術分野において通常
の知識を有する者に既にまたは後に知られた自明の置換は、定義された要素の範
囲内にある、と定義される。

【００３９】 したがって、請求項は、上記に具体的に図解し説明したもの、概念的に等価な
もの、自明に置換できるもの、およびこの発明の本質的な考え方を本質的に取り
入れているものも含む、と理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明により案出した乱数発生器の簡略ブロック線図である。

【図２】図１の時間比較ユニットの簡略ブロック線図である。

【符号の説明】１２…α線源、１４…検出器、２４…論理セレクタ、２６…
差動弁別器、２８…トリガユニット、３０…時間比較ユニット、３２…クロック
ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ステツェンコ， ゲナディ ニコラエビッ チ アメリカ合衆国 30080 ジョージア州 スミルナ 「Ｉ」レイクパークドライブ 2169 (72)発明者 ポポビッチ， バディム パブロビッチ アメリカ合衆国 30066 ジョージア州 マリエッタ リオモンタナドライブ 2880 (72)発明者 ビテフスキー， イリヤ マルコビッチ アメリカ合衆国 30068 ジョージア州 マリエッタ ロビンソンウォークコート 3703 (72)発明者 ゴードン， アレグザンダ ヤコフレビッ チ アメリカ合衆国 28173 ノースカロライ ナ州 ワックスハウ サンドベリードライ ブ 3705 (72)発明者 モルチャーノフ， スタニスラフ アレク セーエビッチ アメリカ合衆国 28105 ノースカロライ ナ州 マシューズ オールドパインレイン 811 (72)発明者 クイン， ジョーゼフ エドワード アメリカ合衆国 28207 ノースカロライ ナ州 シャーロット リューエリンプレイ ス 683 (72)発明者 ストラフラカス， ニコラス， マーク アメリカ合衆国 28213 ノースカロライ ナ州 シャーロット バタビアレイン 7722

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】α崩壊粒子源と、 前記α崩壊粒子を検出するように前記粒子源に対して配置され、前記α崩壊粒
   子の検出に応答して電気パルスを発生させる、前記α崩壊粒子の検出器と、 前記検出器に結合され、前記粒子源からの前記α崩壊粒子の実際の検出に対応
   して検出信号を同定する選択的弁別器と、 前記弁別器に結合され前記粒子源からの前記α崩壊粒子の実際の検出に対応し
   た前記検出信号の前記弁別器による確実な同定に応答して２進信号を発生させる
   ２進信号発生器と を備えてなる乱数発生装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の装置において、 前記粒子源は、１００年以上の半減期を有し、α線放射を生じない崩壊生成物
   を有する ことを特徴とする装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の装置において、 前記粒子源がＡｍ２４１である ことを特徴とする装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の装置において、 前記検出器が選択的に前記粒子源のみからのα崩壊生成物のみを検出する ことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の装置において、 前記粒子源から放出されて前記検出器に到達した各α粒子に応答して前記検出
   器により発生された電気パルスの波形は、独特であって、前記検出器に到達し得
   る他のいかなるイオン化粒子または放射により発生される波形から識別可能であ
   る ことを特徴とする装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載の装置において、 前記検出器が前記粒子源外部の核放射線、電磁放射線、および光学放射線から
   遮蔽されている ことを特徴とする装置。
7. 【請求項７】請求項２に記載の装置において、 前記粒子源が安定な崩壊生成物を有する ことを特徴とする装置。
8. 【請求項８】請求項１に記載の装置において、 前記選択弁別器は、前記検出信号が前記α崩壊粒子の前記検出した振幅特徴を
   有するか否かを決定する差動弁別器を含んでなる ことを特徴とする装置。
9. 【請求項９】請求項１に記載の装置において、 前記選択弁別器は、前記検出信号が前記α崩壊粒子の前記検出した波形特徴を
   有するか否かを決定する論理セレクタを含んでなる ことを特徴とする装置。
10. 【請求項１０】請求項８に記載の装置において、 前記選択弁別器は、前記検出信号が前記α崩壊粒子の前記検出した波形を有す
    るか否かを決定する論理セレクタを含んでなる ことを特徴とする装置。
11. 【請求項１１】請求項１に記載の装置において、 前記２進信号発生器は、前記粒子源からの前記α崩壊粒子の実際の検出に対応
    した各確実に同定された検出信号によりトグル動作するクロックトリガ回路であ
    る ことを特徴とする装置。
12. 【請求項１２】請求項１に記載の装置において、 前記２進信号発生器は、前記粒子源からの前記α崩壊粒子の実際の検出に対
    応した確実に同定された検出信号の間の順次並んだ時間間隔を計測し、前記順次
    並んだ時間間隔の相対的時間長に応じて前記順次並んだ時間間隔に２進値を割り
    当てるクロック駆動時間比較器である ことを特徴とする装置。
13. 【請求項１３】請求項１に記載の装置であって、 さらに、ホスト装置と、 前記ホスト装置に結合され、また前記２進信号発生器にも結合されているイン
    タフェース回路と を備えてなることを特徴とする装置。
14. 【請求項１４】請求項１３に記載の装置において、 前記ホスト装置は、乱数を使用するデータシステムであり、 前記２進信号発生器は、前記インタフェース回路を介して前記ホスト装置に２
    進乱数を提供する ことを特徴とする装置。
15. 【請求項１５】請求項１に記載の装置において、 前記検出器は、検出デバイス、および前記検出デバイスに結合された増幅器を
    含んでなる ことを特徴とする装置。
16. 【請求項１６】請求項１５に記載の装置において、 前記検出デバイスは、シリコン半導体検出素子および検出素子バイアス源回路
    を含んでなる ことを特徴とする装置。
17. 【請求項１７】請求項１５に記載の装置において、 前記増幅器は、電荷プリアンプ、および電荷プリアンプに結合されたリニアア
    ンプを含んでなる ことを特徴とする装置。
18. 【請求項１８】 与えられたα粒子源から時間に関してα崩壊粒子のみをラ
    ンダムに発生させるステップと、 前記与えられた粒子源からの少なくとも前記α崩壊粒子を選択的に検出するが
    、前記与えられた粒子源からの前記α崩壊粒子以外の如何なる事象をも検出しな
    いステップと、 前記与えられた粒子源からの前記α崩壊粒子のみの確実な検出に対応して検出
    信号を発生させるステップと、 前記与えられた粒子源からの前記α崩壊粒子のみの確実な検出に応答して２進
    信号を発生させるステップと を含んでなる乱数発生方法。
19. 【請求項１９】請求項１８に記載の方法において、 前記α崩壊粒子を発生させるステップは、半減期が１００年以上のα崩壊粒子
    を発生させるが、実質的に多量のアルファ線放射を発生させない ことを特徴とする方法。
20. 【請求項２０】請求項１８に記載の方法において、 前記α崩壊粒子を発生させるステップは、粒子源としてＡｍ２４１を用意する
    ことによって行われる ことを特徴とする方法。
21. 【請求項２１】請求項１８に記載の方法において、 前記与えられた粒子源からの前記α崩壊粒子のみの確実な検出に対応して検出
    信号を発生させるステップは、前記与えられた粒子源により発生された実際のα
    崩壊粒子の既知の検出信号プロファイルに前記検出信号をパターンマッチングさ
    せることを含んでいる ことを特徴とする方法。
22. 【請求項２２】請求項１８に記載の方法において、 前記検出信号は出力レベルを有し、 前記与えられた粒子源からの前記α崩壊粒子のみの確実な検出に対応して検出
    信号を発生させるステップは、前記検出信号の出力レベルを前記与えられた粒子
    源により発生された実際のα崩壊粒子に対応する既知の検出信号の出力レベルと
    比較することを含んでいる ことを特徴とする方法。