JP2004093381A - 放射線検出器および放射線検出方法 - Google Patents
放射線検出器および放射線検出方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させること。
【解決手段】放射線検出器２は、直流電源３の負極側に接続される第一電極６と、直流電源３の正極側とともに接地される第二電極７と、第一電極６と第二電極７の電極間に設けられた立方体化合物５ａの半導体とを有し、立方体化合物５ａの相対向面に、第一電極６および第二電極７をそれぞれ当接させ、第一電極６に増幅器４を介して信号処理装置を接続させたこと。
【選択図】 図１
【解決手段】放射線検出器２は、直流電源３の負極側に接続される第一電極６と、直流電源３の正極側とともに接地される第二電極７と、第一電極６と第二電極７の電極間に設けられた立方体化合物５ａの半導体とを有し、立方体化合物５ａの相対向面に、第一電極６および第二電極７をそれぞれ当接させ、第一電極６に増幅器４を介して信号処理装置を接続させたこと。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所における放射線のエリアモニタ、および画像モニタなどに用いられる放射線検出器および放射線検出方法に係り、特に化合物半導体を放射線検出素子とする放射線検出器および放射線検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所の管理区域内において、管理区域内の放射線環境を連続的に監視する手段として、エリアモニタ、プロセスモニタおよびダストモニタ等の固定放射線監視設備があり、放射線検出素子を備えた放射線検出器によって得られた放射線情報を中央制御室にて連続監視している。
【０００３】
また、複数の放射線検出器を２次元的に配列した放射線測定器によって、それぞれの放射線測定器を透過する放射線から得られる２次元的な情報を画像化する手段がある。
【０００４】
放射線検出素子として半導体を用いた放射線検出器では、放射線と半導体の相互作用によって半導体中に生成される電荷を、電極上の誘起電荷として外部に取出し、その電荷量から放射線のエネルギー測定を行うことができる。
【０００５】
さらに、半導体を用いた放射線検出器は、シンチレータ等と比較して、空間的にもエネルギー的にも高分解能の検出器である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体として、例えばＧｅ半導体を用いた放射線測定器によって放射線のエネルギー測定を行う場合、液体窒素による半導体の常時冷却が必要であるという煩雑さがある。
【０００７】
そこで、Ｇｅ半導体と異なり、バンドキャップエネルギーが大きく、室温で作動するという理由から、化合物結晶を有する化合物半導体が注目されている。さらに、化合物半導体は、実効原子番号が大きいので、Ｇｅ半導体等を用いた放射線検出器よりもｘ線およびγ線の光電効果が大きい長所があり、測定される信号電荷量も大きい。
【０００８】
また、原子力発電所の放射線モニタにおいて、昨今では、放射線モニタに対する要求が厳しくなり、現在のＪＩＳ規格を満たすためには、ｘ線およびγ線については、１０℃〜５０℃の範囲で８０ｋｅＶ以上、ＩＥＣ規格では７０℃までで５０ｋｅＶ以上においてその個数、エネルギーともに測定できることが要求仕様とされる。
【０００９】
また、一般に、放射線透過によって半導体内部に発生する電荷の電荷量は、半導体内部の通過距離に近似的に比例するが、半導体に入射する放射線が放射状の方向から入射するので、入射方向の違いにより、半導体内部の放射線の通過距離にばらつきが生じ、測定される信号電荷量に対するノイズ源となるので、半導体内部の放射線の通過距離のばらつきを如何に抑制できるかが課題となる。
【００１０】
加えて、半導体に外部から電圧を印加させたとき、半導体から漏れ電流（放電）が発生し、特に漏れ電流は、半導体の温度の上昇に伴って指数的に増加し、測定される信号電荷量に対するノイズ源となる。
【００１１】
よって、印加電圧を大きくすれば、測定される信号電荷量は充分に大きいが、同時にノイズレベルも大きいことから、信号電荷量なのかノイズなのかの判断が困難であるので、ノイズレベルを如何に抑制できるかが課題となる。
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる放射線検出器および放射線測定方法を提供することにある。
【００１３】
【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、上述した課題を解決するために請求項１に記載したように、直流電源の負極側に接続される第一電極と、前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた立方体化合物の半導体とを有し、前記立方体化合物の相対向面に、前記第一電極および前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る放射線検出器は、請求項２に記載したように、前記立方体化合物は、前記立方体化合物より小さい複数の立方体化合物ピースを組み合わせる構造としたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る放射線検出器は、請求項３に記載したように、直流電源の負極側に接続される第一電極と、前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた非立方体化合物の半導体とを有し、前記非立方体化合物の相対向面に、前記第一電極および前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記電極間に挟まれた前記非立方体化合物の有効部分を立方体化合物構造とするとともに、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る放射線検出器は、請求項４に記載したように、直流電源の負極側に接続される第一電極と、前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた直方体化合物の半導体とを有し、前記直方体化合物の相対向面に、前記第一電極および複数の前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記電極間に挟まれた前記直方体化合物の有効部分を立方体化合物構造とし、前記立方体化合物を複数個並列および２次元的に配列させするとともに、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る放射線測定方法は、請求項５に記載したように、第一電極および第二電極の電極間に電圧を印加する工程と、前記電極間によって電圧が印加された立方体化合物の半導体に放射線が入射し、前記放射線に感応する電荷を前記立方体化合物に発生させる工程と、前記電荷を信号電荷として前記第一電極から取出す工程とを有し、前記第一電極から取出される信号電荷量を測定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る放射線検出方法は、請求項６に記載したように、種々の半導体および種々の温度の組合せ条件で、印加電圧Ｅ０とノイズレベルとの関係を表す校正曲線を作製し、前記校正曲線から所定のノイズレベルにおける印加電圧Ｅ０を決定し、また、校正曲線作製時の半導体の一辺の長さをｄ０とするとき、
【数３】
（漏れ電流のしきい値）＝｜Ｅ０・ｄ０｜
の関係から、種々の半導体および種々の温度のそれぞれに対応する漏れ電流のしきい値を算出することを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明に係る放射検出方法は、請求項７に記載したように、前記半導体の一辺の長さをｄ、印加電圧をＥとするとき、
【数４】
｜Ｅ・ｄ｜≦（漏れ電流のしきい値）
の関係から、前記半導体の一辺の長さｄを決定することを特徴とする。
【００２０】
最後に、本発明に係る放射線検出方法は、請求項８に記載したように、前記半導体として、化合物半導体であるＣｄＴｅ、ＣＺＴ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅまたはＺｎＳｅを用いることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放射線検出器および放射線検出方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
なお、化合物半導体はその形状により、直方体形状の化合物半導体、またはその他の形状の化合物半導体に大別でき、さらに、直方体形状の化合物半導体は、立方体形状の化合物半導体または非立方体形状の化合物半導体に分別できる。本明細書では、直方体形状の化合物半導体を直方体化合物、並びに直方体化合物の中でも立方体形状の化合物半導体を立方体化合物、さらに非立方体形状の化合物半導体を非立方体化合物と呼ぶ。
【００２３】
図１は、本発明の放射線検出器における第１実施の形態を示す概略図である。
【００２４】
図１に示された放射線測定器１には、放射線検出器２、直流電源３および増幅器４がそれぞれ備えられる。さらに、放射線検出器２には、立方体化合物５ａ、第一電極６および第二電極７がそれぞれ備えられ、立方体化合物５ａは第一電極６と第二電極７とによって狭持される。すなわち、放射線検出器２は、誘導体を一組の電極によって狭持させるコンデンサと同等に構成されている。なお、立方体化合物５ａとしては、例えば、ＣｄＴｅを挙げることができる。
【００２５】
さらに、第一電極６は第一接続ライン１１を介して直流電源３の負極側に接続される一方、第二電極７は第二接続ライン１２を介して接地される。さらに、直流電源３の正極側は第三接続ライン１３を介して接地される。
【００２６】
また、第一電極６と直流電源３を接続する第一接続ライン１１から分岐させた分岐ライン１４上には増幅器４が接続され、その下流側には信号処理装置（図示しない）が接続される。
【００２７】
続いて、放射線測定器１の作用について説明する。
【００２８】
まず、図１に示された放射線測定器１の立方体化合物５ａに、第一電極６および第二電極７によって電圧が印加される。
【００２９】
次いで、第一電極６および第二電極７の電極間に電位差が生じた状態の放射線検出器２に、任意の方向から放射線が入射すると、立方体化合物５ａ内部に電荷が発生する。そして、電荷は第一電極６方向に移動する。
【００３０】
続いて、発生電荷の移動により第一電極６上に電荷が誘起され、その電荷が信号電荷として第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された信号電荷は増幅器４を経て、信号処理装置（図示せず）へ伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００３１】
図２（ａ）は、放射線検出器２ａ、図３（ｂ）は、放射線検出器２ｂをそれぞれ示す側面図である。
【００３２】
図２（ａ）に示された放射線検出器２ａに用いられる立方体化合物５ａは、第一電極６および第二電極７に狭持される。図２（ｂ）の放射線検出器２ｂに用いられる非立方体化合物５ｂも同様に、第一電極６および第二電極７に狭持される。
【００３３】
なお、立方体化合物５ａおよび非立方体化合物５ｂのそれぞれの表面積は同一とする。
【００３４】
続いて、放射線検出器２ａ、２ｂの作用について説明する。
【００３５】
まず、図２（ａ）に示された立方体化合物５ａおよび図２（ｂ）に示された非立方体化合物５ｂに、第一電極６および第二電極７によって電圧が印加される。
【００３６】
次いで、立方体化合物５ａに任意の方向からの放射線２１および放射線２２が入射し、非立方体化合物５ｂに任意の方向からの放射線２３および放射線２４が入射する。
【００３７】
ただし、放射線２１は立方体化合物５ａの表面に傾斜して入射される一方、放射線２２は表面に垂直に入射される。かつ、図２（ａ）において、放射線２１および放射線２２は手前側表面に平行に入射されると仮定する。放射線２３および放射線２４についても、放射線２１および放射線２２と同じ条件で非立方体化合物５ｂに入射されると仮定する。
【００３８】
放射線２１および放射線２２は、立方体化合物５ａ内部を通過する際、一部のエネルギーを立方体化合物５ａに付与する。また、放射線２３および放射線２４は、非立方体化合物５ｂ内部を通過する際、一部のエネルギーを非立方体化合物５ｂに付与する。
【００３９】
一方、放射線２１、２２および放射線２３、２４が立方体化合物５ａおよび非立方体化合物５ｂの内部をそれぞれ通過すると、立方体化合物５ａおよび立方体化合物５ｂ内部における放射線の通過距離に近似的に比例した電荷が発生し、電荷は第一電極６に移動する。すなわち、放射線２１および放射線２２の立方体化合物５ａ内部の通過距離をそれぞれＬ２１およびＬ２２、放射線２３および放射線２４の非立方体化合物５ｂ内部の通過距離をそれぞれＬ２３およびＬ２４とすると、放射線検出器２ａおよび放射線検出器２ｂから得られる信号電荷量は、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３およびＬ２４に近似的に比例する。
【００４０】
したがって、立方体化合物５ａにおいて、放射線２１および放射線２２の入射前のエネルギーを同等とした場合、放射線２１の入射により発生する信号電荷量は、放射線２２による信号電荷量と比較して、Ｌ２２／Ｌ２１倍となる。
【００４１】
同様に、非立方体化合物５ｂにおいて、放射線２３の入射により発生する信号電荷量は、放射線２４による信号電荷量と比較して、Ｌ２４／Ｌ２３倍となる。
【００４２】
よって、図２（ｂ）に示された非立方体化合物５ｂの場合、同等のエネルギーの放射線であっても、放射線の入射方向によって、非立方体化合物５ｂ内部の通過距離のばらつきが大きいので、測定される信号電荷量のばらつきが大きく、信号電荷量がノイズと重なるため、信号電荷量の判断が困難である。
【００４３】
一方、図２（ａ）に示された立方体化合物５ａの場合、その形状が近似的に等方的であるため、放射線の入射方向によって、立方体化合物５ａ内部の通過距離のばらつきが、
【数５】
（Ｌ２４／Ｌ２３）＞（Ｌ２２／Ｌ２１）
の関係から、非立方体化合物５ｂの場合よりも小さいので、信号電荷量のばらつきは抑制される。
【００４４】
よって、入射方向のばらつきに起因する信号電気量の大きさのばらつきを抑制するためには、可能な限り立方体形状に近い直方体化合物を用いた方が有効である。
【００４５】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）の放射線検出器２ｂの斜視図であり、放射線検出器２ｂは、第一電極６および第二電極７によって非立方体化合物５ｂが狭持される構造である。
【００４６】
ここで、第一電極６および第二電極７に当接される非立方体化合物５ｂの断面の辺をそれぞれｘおよびｙ、第一電極６および第二電極７の電極間の方向の距離をｚ、非立方体化合物５ｂの漏れ電流をＩ、印加電圧をＥ、非立方体化合物５ｂの電気抵抗値をＲ、電気抵抗率をρとするとき、
【数６】
の関係があるので、漏れ電流Ｉは、
【数７】
Ｉ＝Ｅ（ｘ・ｙ）／（ρ・ｚ）
と表わすことができる。印加電圧Ｅを印加する場合、ｘおよびｙが小さい程、または、ｚが大きい程、漏れ電流Ｉは小さくなる。
【００４７】
したがって、放射線の通過距離のばらつきの抑制、および漏れ電流の抑制のそれぞれの観点から、同一体積の数個の直方体化合物で比較するとき、立方体形状に近い直方体化合物である程漏れ電流Ｉが減少し、理想的に、立方体化合物のとき漏れ電流Ｉが最も少なく、信号電荷量のばらつきは最も抑制される。
【００４８】
図１に示された放射線検出器２を用いると、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００４９】
図３は、本発明の放射線検出器における第２実施の形態を示す概略図である。
【００５０】
以下、立方体化合物の一部を形成する直方体化合物を立方体化合物ピースと呼ぶ。
【００５１】
図３では、図１に示された放射線測定器１の放射線検出器２に備える立方体化合物５ａが製作困難な場合に適用される。
【００５２】
図３に示された放射線測定器１の立方体化合物５ａは、３個の立方体化合物ピース５ｂ１、立方体化合物ピース５ｂ２および立方体化合物ピース５ｂ３を重ね合わせることによって形成される。
【００５３】
また、図３に示された立方体化合物５ａは、３個の立方体化合物ピースによって構成されるが、特に３個に限定されるものではない。さらに、図３に示された立方体化合物５ａは、第一電極６と第二電極７のそれぞれの当接面に対して平行な面をもって重ね合わされているが、この当接面に対して直行する面をもって重ね合わせてもよい。
【００５４】
なお、図３において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図３に示された放射線検出器２Ａは、図１に示された放射線検出器２と同様の作用により、信号電荷が第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された信号電荷は増幅器４を経て、信号処理装置（図示しない）に伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００５６】
ここで、図１に示された放射線検出器２によって放射線のエネルギーを測定した場合と、図３に示された放射線検出器２Ａによって放射線のエネルギーを測定した場合は、測定誤差範囲内の同等な結果が得られることを知見できた。
【００５７】
図３に示された放射線検出器２Ａを用いると、図２で示した説明と同様に、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００５８】
図４は、本発明の放射線検出器における第３実施の形態を示す概略図である。
【００５９】
図４では、非立方体化合物５ｂの有効部分を立方体化合物５ａとして用いた場合に適用される。
【００６０】
図４に示された放射線測定器１を構成する放射線検出器２Ｂは、非立方体化合物５ｂ内部に実質的な立方体化合物５ａを形成するために、非立方体化合物５ｂ内部の有効部分に第一電極６および第二電極７を備えたものである。
【００６１】
なお、図４において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６２】
図４に示された放射線検出器２Ｂは、図１に示された放射線検出器２と同様の作用により、信号電荷が第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された信号電荷は増幅器４を経て、信号処理装置（図示しない）に伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００６３】
図４に示された放射線検出器２Ｂを用いて放射線のエネルギーを測定した場合は、図１に示された放射線検出器２を用いた場合と、測定誤差範囲内の同等な結果が得られることを知見できた。
【００６４】
図４に示された放射線検出器２Ｂを用いると、図２で示した説明と同様に、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００６５】
図５は、本発明の放射線検出器における第４実施の形態を示す概略図である。
【００６６】
図５に示された放射線測定器１を構成する放射線検出器２Ｃは、直方体化合物５内部の有効部分の一端面に複数個、例えば２個の第二電極７を設ける一方、他端面には１個の第一電極７を設ける。そして、直方体化合物５内部に実質的な立方体化合物構造の立方体化合物５ａａおよび立方体化合物５ａｂを並設状態で形成させるものである。
【００６７】
なお、図５において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
図５に示された放射線検出器２Ｃは、立方体化合物５ａを例えば２個形成するために、２個の第二電極７を備えるが、２個でなくとも第二電極７を複数個備えればよい。また、図５に示された放射線検出器２Ｃは、複数の第二電極７を並列に備えるが、複数の第二電極７を２次元的に配置してもよい。
【００６９】
図５に示された放射線検出器２Ｃでは、直方体化合物５の有効部分を構成する立方体化合物５ａａおよび立方体化合物５ａｂから発生する電荷を、１個の第一電極６に誘起させる。次いで、図１に示された放射線検出器２と同様の作用により、信号電荷が第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された増幅器４を経て、信号処理装置（図示しない）へ伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００７０】
ここで、図５に示された放射線検出器２Ｃでは、直方体化合物５の内部に、第一電極６および第二電極７により、立方体化合物５ａａおよび立方体化合物５ａｂを形成させることができるが、同様に、非立方体化合物を複数個形成させるときにも準用できる。
【００７１】
図５に示された放射線検出器２Ｃを用いると、実質的に複数の立方体化合物５ａ備えることにより、図２で示した説明と同様に、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００７２】
また、複数の化合物半導体から得られる信号電荷量を、単一の第一電極から取出すことができ、放射線のエネルギーを簡易に測定できる。
【００７３】
図６は、印加電圧とノイズレベルとの校正曲線を示すグラフである。
【００７４】
図１に示された放射線測定器１の放射線検出器２において、種々の立方体化合物５ａおよび種々の温度による校正曲線を作製する。図６では、ＣｄＴｅを化合物半導体とした立方体化合物５ａを用いて、温度５０℃および２０℃の条件のとき、印加電圧Ｅ０の変化によるノイズレベルの変化を示す校正曲線を示す。
【００７５】
測定対象の低エネルギーｘ線およびγ線において、例えば、ＩＥＣ規格における測定エネルギー範囲の要求仕様では、５０ｋｅＶ以上の放射線が測定可能であることが条件であるから、ノイズレベルを最低でも５０ｋｅＶ未満に抑制することが必要となる。すなわち、ノイズレベルが５０ｋｅＶを超えると、入射エネルギーが５０ｋｅＶの放射線による信号とノイズが重なるので、信号処理装置で得られる信号が信号電荷なのかノイズなのかの判定ができないことを意味する。
【００７６】
図６に示された温度５０℃の条件のときの校正曲線について説明すると、印加電圧Ｅ０が４００Ｖ以下のとき、入射エネルギーが５０ｋｅＶ以上の放射線のエネルギー測定が可能である。
【００７７】
よって、図６に示された温度５０℃の条件のときの校正曲線から、ノイズレベルを５０ｋｅＶ以下に抑制するための印加電圧Ｅ０、例えば、ノイズレベルが５０ｋｅＶを超えない印加電圧Ｅ０の最高値４００Ｖを決定する。
【００７８】
続いて、漏れ電流のしきい値の算出方法について説明する。
【００７９】
校正曲線作製時、立方体化合物５ａであるＣｄＴｅの一辺の長さをｄ０、第一電極６および第二電極７の電極間の印加電圧をＥ０、漏れ電流をＩ、ＣｄＴｅの電気抵抗値をＲ、電気抵抗率をρとするとき、
【数８】
の関係が成立する。したがって、漏れ電流Ｉは、
【数９】
Ｉ＝（Ｅ０・ｄ０）／ρ
と表される。漏れ電流Ｉは、印加電圧Ｅ０と一辺の長さｄ０の積に比例する。電気抵抗率ρは定数であるから、
【数１０】
（漏れ電流のしきい値）＝｜Ｅ０・ｄ０｜
で表されることができ、校正曲線作製時の条件から、漏れ電流Ｉのしきい値を決定することができる。
【００８０】
ここで、数１０で表された立方体化合物５ａの一辺の長さｄ０に校正曲線作製時の５ｍｍを代入し、数１０で表された第一電極６および第二電極７の電極間の印加電圧Ｅ０に、図６に示された校正曲線から決定した４００Ｖを代入すると、
【数１１】
となり、漏れ電流Ｉのしきい値を算出することができる。
【００８１】
よって、立方体化合物５ａのＣｄＴｅ、温度５０℃の測定条件の場合、測定時の印加電圧をＥおよび立方体形状のＣｄＴｅの一辺の長さをｄとするとき、
【数１２】
｜Ｅ・ｄ｜≦（漏れ電流のしきい値）
の関係を満たす立方体化合物５ａのＣｄＴｅの一辺の長さｄとすれば、５０ｋｅＶ以上の放射線のエネルギー測定が可能となる。
【００８２】
また、ＣｄＴｅを化合物半導体とした立方体化合物５ａを用いて、温度２０℃の測定条件の場合、温度５０℃のときと同様に印加電圧Ｅ０を決定することで、温度２０℃におけるしきい値が算出できる。さらに、立方体化合物５ａのＣｄＴｅ、温度２０℃の測定条件の場合のＣｄＴｅの一辺の長さｄを決定できる。
【００８３】
なお、図６に示された印加電圧Ｅ０とノイズレベルとの校正曲線、および漏れ電流のしきい値の算出において、ＣｄＴｅおよび温度５０℃の場合について説明したが、種々の立方体化合物５ａおよび種々の温度の組合せ条件によっても準用できる。
【００８４】
数１２の式によって立方体化合物５ａの化合物半導体の一辺の長さを制御し、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００８５】
ところで、前述した化合物半導体として、ＣｄＴｅの他に、ＣＺＴ、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＨｇＩ２等を用いてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器の第１実施の形態を示す概略図。
【図２】（ａ）は、放射線検出器２ａを示す側面図、（ｂ）は、放射線検出器２ｂを示す側面図、（ｃ）は、放射線検出器２ｂを示す斜視図。
【図３】本発明に係る放射線検出器の第２実施の形態を示す概略図。
【図４】本発明に係る放射線検出器の第３実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明に係る放射線検出器の第４実施の形態を示す概略図。
【図６】印加電圧とノイズレベルとの校正曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 放射線測定器
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 放射線検出器
２ａ，２ｂ 放射線検出器
３ 直流電源
４ 増幅器
５ 直方体化合物
５ａ，５ａａ，５ａｂ 立方体化合物
５ａ１，５ａ２，５ａ３ 立方体化合物ピース
５ｂ 非直方体化合物
６ 第一電極
７ 第二電極
１１ 第一接続ライン
１２ 第二接続ライン
１３ 第三接続ライン
１４ 分岐ライン
２１，２２，２３，２４ 放射線
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４ 放射線の通過距離
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所における放射線のエリアモニタ、および画像モニタなどに用いられる放射線検出器および放射線検出方法に係り、特に化合物半導体を放射線検出素子とする放射線検出器および放射線検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所の管理区域内において、管理区域内の放射線環境を連続的に監視する手段として、エリアモニタ、プロセスモニタおよびダストモニタ等の固定放射線監視設備があり、放射線検出素子を備えた放射線検出器によって得られた放射線情報を中央制御室にて連続監視している。
【０００３】
また、複数の放射線検出器を２次元的に配列した放射線測定器によって、それぞれの放射線測定器を透過する放射線から得られる２次元的な情報を画像化する手段がある。
【０００４】
放射線検出素子として半導体を用いた放射線検出器では、放射線と半導体の相互作用によって半導体中に生成される電荷を、電極上の誘起電荷として外部に取出し、その電荷量から放射線のエネルギー測定を行うことができる。
【０００５】
さらに、半導体を用いた放射線検出器は、シンチレータ等と比較して、空間的にもエネルギー的にも高分解能の検出器である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体として、例えばＧｅ半導体を用いた放射線測定器によって放射線のエネルギー測定を行う場合、液体窒素による半導体の常時冷却が必要であるという煩雑さがある。
【０００７】
そこで、Ｇｅ半導体と異なり、バンドキャップエネルギーが大きく、室温で作動するという理由から、化合物結晶を有する化合物半導体が注目されている。さらに、化合物半導体は、実効原子番号が大きいので、Ｇｅ半導体等を用いた放射線検出器よりもｘ線およびγ線の光電効果が大きい長所があり、測定される信号電荷量も大きい。
【０００８】
また、原子力発電所の放射線モニタにおいて、昨今では、放射線モニタに対する要求が厳しくなり、現在のＪＩＳ規格を満たすためには、ｘ線およびγ線については、１０℃〜５０℃の範囲で８０ｋｅＶ以上、ＩＥＣ規格では７０℃までで５０ｋｅＶ以上においてその個数、エネルギーともに測定できることが要求仕様とされる。
【０００９】
また、一般に、放射線透過によって半導体内部に発生する電荷の電荷量は、半導体内部の通過距離に近似的に比例するが、半導体に入射する放射線が放射状の方向から入射するので、入射方向の違いにより、半導体内部の放射線の通過距離にばらつきが生じ、測定される信号電荷量に対するノイズ源となるので、半導体内部の放射線の通過距離のばらつきを如何に抑制できるかが課題となる。
【００１０】
加えて、半導体に外部から電圧を印加させたとき、半導体から漏れ電流（放電）が発生し、特に漏れ電流は、半導体の温度の上昇に伴って指数的に増加し、測定される信号電荷量に対するノイズ源となる。
【００１１】
よって、印加電圧を大きくすれば、測定される信号電荷量は充分に大きいが、同時にノイズレベルも大きいことから、信号電荷量なのかノイズなのかの判断が困難であるので、ノイズレベルを如何に抑制できるかが課題となる。
【００１２】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる放射線検出器および放射線測定方法を提供することにある。
【００１３】
【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、上述した課題を解決するために請求項１に記載したように、直流電源の負極側に接続される第一電極と、前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた立方体化合物の半導体とを有し、前記立方体化合物の相対向面に、前記第一電極および前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る放射線検出器は、請求項２に記載したように、前記立方体化合物は、前記立方体化合物より小さい複数の立方体化合物ピースを組み合わせる構造としたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る放射線検出器は、請求項３に記載したように、直流電源の負極側に接続される第一電極と、前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた非立方体化合物の半導体とを有し、前記非立方体化合物の相対向面に、前記第一電極および前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記電極間に挟まれた前記非立方体化合物の有効部分を立方体化合物構造とするとともに、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る放射線検出器は、請求項４に記載したように、直流電源の負極側に接続される第一電極と、前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた直方体化合物の半導体とを有し、前記直方体化合物の相対向面に、前記第一電極および複数の前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記電極間に挟まれた前記直方体化合物の有効部分を立方体化合物構造とし、前記立方体化合物を複数個並列および２次元的に配列させするとともに、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明に係る放射線測定方法は、請求項５に記載したように、第一電極および第二電極の電極間に電圧を印加する工程と、前記電極間によって電圧が印加された立方体化合物の半導体に放射線が入射し、前記放射線に感応する電荷を前記立方体化合物に発生させる工程と、前記電荷を信号電荷として前記第一電極から取出す工程とを有し、前記第一電極から取出される信号電荷量を測定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る放射線検出方法は、請求項６に記載したように、種々の半導体および種々の温度の組合せ条件で、印加電圧Ｅ０とノイズレベルとの関係を表す校正曲線を作製し、前記校正曲線から所定のノイズレベルにおける印加電圧Ｅ０を決定し、また、校正曲線作製時の半導体の一辺の長さをｄ０とするとき、
【数３】
（漏れ電流のしきい値）＝｜Ｅ０・ｄ０｜
の関係から、種々の半導体および種々の温度のそれぞれに対応する漏れ電流のしきい値を算出することを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明に係る放射検出方法は、請求項７に記載したように、前記半導体の一辺の長さをｄ、印加電圧をＥとするとき、
【数４】
｜Ｅ・ｄ｜≦（漏れ電流のしきい値）
の関係から、前記半導体の一辺の長さｄを決定することを特徴とする。
【００２０】
最後に、本発明に係る放射線検出方法は、請求項８に記載したように、前記半導体として、化合物半導体であるＣｄＴｅ、ＣＺＴ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅまたはＺｎＳｅを用いることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放射線検出器および放射線検出方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２２】
なお、化合物半導体はその形状により、直方体形状の化合物半導体、またはその他の形状の化合物半導体に大別でき、さらに、直方体形状の化合物半導体は、立方体形状の化合物半導体または非立方体形状の化合物半導体に分別できる。本明細書では、直方体形状の化合物半導体を直方体化合物、並びに直方体化合物の中でも立方体形状の化合物半導体を立方体化合物、さらに非立方体形状の化合物半導体を非立方体化合物と呼ぶ。
【００２３】
図１は、本発明の放射線検出器における第１実施の形態を示す概略図である。
【００２４】
図１に示された放射線測定器１には、放射線検出器２、直流電源３および増幅器４がそれぞれ備えられる。さらに、放射線検出器２には、立方体化合物５ａ、第一電極６および第二電極７がそれぞれ備えられ、立方体化合物５ａは第一電極６と第二電極７とによって狭持される。すなわち、放射線検出器２は、誘導体を一組の電極によって狭持させるコンデンサと同等に構成されている。なお、立方体化合物５ａとしては、例えば、ＣｄＴｅを挙げることができる。
【００２５】
さらに、第一電極６は第一接続ライン１１を介して直流電源３の負極側に接続される一方、第二電極７は第二接続ライン１２を介して接地される。さらに、直流電源３の正極側は第三接続ライン１３を介して接地される。
【００２６】
また、第一電極６と直流電源３を接続する第一接続ライン１１から分岐させた分岐ライン１４上には増幅器４が接続され、その下流側には信号処理装置（図示しない）が接続される。
【００２７】
続いて、放射線測定器１の作用について説明する。
【００２８】
まず、図１に示された放射線測定器１の立方体化合物５ａに、第一電極６および第二電極７によって電圧が印加される。
【００２９】
次いで、第一電極６および第二電極７の電極間に電位差が生じた状態の放射線検出器２に、任意の方向から放射線が入射すると、立方体化合物５ａ内部に電荷が発生する。そして、電荷は第一電極６方向に移動する。
【００３０】
続いて、発生電荷の移動により第一電極６上に電荷が誘起され、その電荷が信号電荷として第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された信号電荷は増幅器４を経て、信号処理装置（図示せず）へ伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００３１】
図２（ａ）は、放射線検出器２ａ、図３（ｂ）は、放射線検出器２ｂをそれぞれ示す側面図である。
【００３２】
図２（ａ）に示された放射線検出器２ａに用いられる立方体化合物５ａは、第一電極６および第二電極７に狭持される。図２（ｂ）の放射線検出器２ｂに用いられる非立方体化合物５ｂも同様に、第一電極６および第二電極７に狭持される。
【００３３】
なお、立方体化合物５ａおよび非立方体化合物５ｂのそれぞれの表面積は同一とする。
【００３４】
続いて、放射線検出器２ａ、２ｂの作用について説明する。
【００３５】
まず、図２（ａ）に示された立方体化合物５ａおよび図２（ｂ）に示された非立方体化合物５ｂに、第一電極６および第二電極７によって電圧が印加される。
【００３６】
次いで、立方体化合物５ａに任意の方向からの放射線２１および放射線２２が入射し、非立方体化合物５ｂに任意の方向からの放射線２３および放射線２４が入射する。
【００３７】
ただし、放射線２１は立方体化合物５ａの表面に傾斜して入射される一方、放射線２２は表面に垂直に入射される。かつ、図２（ａ）において、放射線２１および放射線２２は手前側表面に平行に入射されると仮定する。放射線２３および放射線２４についても、放射線２１および放射線２２と同じ条件で非立方体化合物５ｂに入射されると仮定する。
【００３８】
放射線２１および放射線２２は、立方体化合物５ａ内部を通過する際、一部のエネルギーを立方体化合物５ａに付与する。また、放射線２３および放射線２４は、非立方体化合物５ｂ内部を通過する際、一部のエネルギーを非立方体化合物５ｂに付与する。
【００３９】
一方、放射線２１、２２および放射線２３、２４が立方体化合物５ａおよび非立方体化合物５ｂの内部をそれぞれ通過すると、立方体化合物５ａおよび立方体化合物５ｂ内部における放射線の通過距離に近似的に比例した電荷が発生し、電荷は第一電極６に移動する。すなわち、放射線２１および放射線２２の立方体化合物５ａ内部の通過距離をそれぞれＬ２１およびＬ２２、放射線２３および放射線２４の非立方体化合物５ｂ内部の通過距離をそれぞれＬ２３およびＬ２４とすると、放射線検出器２ａおよび放射線検出器２ｂから得られる信号電荷量は、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３およびＬ２４に近似的に比例する。
【００４０】
したがって、立方体化合物５ａにおいて、放射線２１および放射線２２の入射前のエネルギーを同等とした場合、放射線２１の入射により発生する信号電荷量は、放射線２２による信号電荷量と比較して、Ｌ２２／Ｌ２１倍となる。
【００４１】
同様に、非立方体化合物５ｂにおいて、放射線２３の入射により発生する信号電荷量は、放射線２４による信号電荷量と比較して、Ｌ２４／Ｌ２３倍となる。
【００４２】
よって、図２（ｂ）に示された非立方体化合物５ｂの場合、同等のエネルギーの放射線であっても、放射線の入射方向によって、非立方体化合物５ｂ内部の通過距離のばらつきが大きいので、測定される信号電荷量のばらつきが大きく、信号電荷量がノイズと重なるため、信号電荷量の判断が困難である。
【００４３】
一方、図２（ａ）に示された立方体化合物５ａの場合、その形状が近似的に等方的であるため、放射線の入射方向によって、立方体化合物５ａ内部の通過距離のばらつきが、
【数５】
（Ｌ２４／Ｌ２３）＞（Ｌ２２／Ｌ２１）
の関係から、非立方体化合物５ｂの場合よりも小さいので、信号電荷量のばらつきは抑制される。
【００４４】
よって、入射方向のばらつきに起因する信号電気量の大きさのばらつきを抑制するためには、可能な限り立方体形状に近い直方体化合物を用いた方が有効である。
【００４５】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）の放射線検出器２ｂの斜視図であり、放射線検出器２ｂは、第一電極６および第二電極７によって非立方体化合物５ｂが狭持される構造である。
【００４６】
ここで、第一電極６および第二電極７に当接される非立方体化合物５ｂの断面の辺をそれぞれｘおよびｙ、第一電極６および第二電極７の電極間の方向の距離をｚ、非立方体化合物５ｂの漏れ電流をＩ、印加電圧をＥ、非立方体化合物５ｂの電気抵抗値をＲ、電気抵抗率をρとするとき、
【数６】
【数７】
Ｉ＝Ｅ（ｘ・ｙ）／（ρ・ｚ）
と表わすことができる。印加電圧Ｅを印加する場合、ｘおよびｙが小さい程、または、ｚが大きい程、漏れ電流Ｉは小さくなる。
【００４７】
したがって、放射線の通過距離のばらつきの抑制、および漏れ電流の抑制のそれぞれの観点から、同一体積の数個の直方体化合物で比較するとき、立方体形状に近い直方体化合物である程漏れ電流Ｉが減少し、理想的に、立方体化合物のとき漏れ電流Ｉが最も少なく、信号電荷量のばらつきは最も抑制される。
【００４８】
図１に示された放射線検出器２を用いると、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００４９】
図３は、本発明の放射線検出器における第２実施の形態を示す概略図である。
【００５０】
以下、立方体化合物の一部を形成する直方体化合物を立方体化合物ピースと呼ぶ。
【００５１】
図３では、図１に示された放射線測定器１の放射線検出器２に備える立方体化合物５ａが製作困難な場合に適用される。
【００５２】
図３に示された放射線測定器１の立方体化合物５ａは、３個の立方体化合物ピース５ｂ１、立方体化合物ピース５ｂ２および立方体化合物ピース５ｂ３を重ね合わせることによって形成される。
【００５３】
また、図３に示された立方体化合物５ａは、３個の立方体化合物ピースによって構成されるが、特に３個に限定されるものではない。さらに、図３に示された立方体化合物５ａは、第一電極６と第二電極７のそれぞれの当接面に対して平行な面をもって重ね合わされているが、この当接面に対して直行する面をもって重ね合わせてもよい。
【００５４】
なお、図３において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図３に示された放射線検出器２Ａは、図１に示された放射線検出器２と同様の作用により、信号電荷が第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された信号電荷は増幅器４を経て、信号処理装置（図示しない）に伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００５６】
ここで、図１に示された放射線検出器２によって放射線のエネルギーを測定した場合と、図３に示された放射線検出器２Ａによって放射線のエネルギーを測定した場合は、測定誤差範囲内の同等な結果が得られることを知見できた。
【００５７】
図３に示された放射線検出器２Ａを用いると、図２で示した説明と同様に、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００５８】
図４は、本発明の放射線検出器における第３実施の形態を示す概略図である。
【００５９】
図４では、非立方体化合物５ｂの有効部分を立方体化合物５ａとして用いた場合に適用される。
【００６０】
図４に示された放射線測定器１を構成する放射線検出器２Ｂは、非立方体化合物５ｂ内部に実質的な立方体化合物５ａを形成するために、非立方体化合物５ｂ内部の有効部分に第一電極６および第二電極７を備えたものである。
【００６１】
なお、図４において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６２】
図４に示された放射線検出器２Ｂは、図１に示された放射線検出器２と同様の作用により、信号電荷が第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された信号電荷は増幅器４を経て、信号処理装置（図示しない）に伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００６３】
図４に示された放射線検出器２Ｂを用いて放射線のエネルギーを測定した場合は、図１に示された放射線検出器２を用いた場合と、測定誤差範囲内の同等な結果が得られることを知見できた。
【００６４】
図４に示された放射線検出器２Ｂを用いると、図２で示した説明と同様に、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００６５】
図５は、本発明の放射線検出器における第４実施の形態を示す概略図である。
【００６６】
図５に示された放射線測定器１を構成する放射線検出器２Ｃは、直方体化合物５内部の有効部分の一端面に複数個、例えば２個の第二電極７を設ける一方、他端面には１個の第一電極７を設ける。そして、直方体化合物５内部に実質的な立方体化合物構造の立方体化合物５ａａおよび立方体化合物５ａｂを並設状態で形成させるものである。
【００６７】
なお、図５において、図１と同一の部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
図５に示された放射線検出器２Ｃは、立方体化合物５ａを例えば２個形成するために、２個の第二電極７を備えるが、２個でなくとも第二電極７を複数個備えればよい。また、図５に示された放射線検出器２Ｃは、複数の第二電極７を並列に備えるが、複数の第二電極７を２次元的に配置してもよい。
【００６９】
図５に示された放射線検出器２Ｃでは、直方体化合物５の有効部分を構成する立方体化合物５ａａおよび立方体化合物５ａｂから発生する電荷を、１個の第一電極６に誘起させる。次いで、図１に示された放射線検出器２と同様の作用により、信号電荷が第一電極６から第一接続ライン１１と分岐ライン１４に伝送される。分岐ライン１４に伝送された増幅器４を経て、信号処理装置（図示しない）へ伝送され、信号処理装置にて信号電荷量から放射線のエネルギー測定が行われる。
【００７０】
ここで、図５に示された放射線検出器２Ｃでは、直方体化合物５の内部に、第一電極６および第二電極７により、立方体化合物５ａａおよび立方体化合物５ａｂを形成させることができるが、同様に、非立方体化合物を複数個形成させるときにも準用できる。
【００７１】
図５に示された放射線検出器２Ｃを用いると、実質的に複数の立方体化合物５ａ備えることにより、図２で示した説明と同様に、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００７２】
また、複数の化合物半導体から得られる信号電荷量を、単一の第一電極から取出すことができ、放射線のエネルギーを簡易に測定できる。
【００７３】
図６は、印加電圧とノイズレベルとの校正曲線を示すグラフである。
【００７４】
図１に示された放射線測定器１の放射線検出器２において、種々の立方体化合物５ａおよび種々の温度による校正曲線を作製する。図６では、ＣｄＴｅを化合物半導体とした立方体化合物５ａを用いて、温度５０℃および２０℃の条件のとき、印加電圧Ｅ０の変化によるノイズレベルの変化を示す校正曲線を示す。
【００７５】
測定対象の低エネルギーｘ線およびγ線において、例えば、ＩＥＣ規格における測定エネルギー範囲の要求仕様では、５０ｋｅＶ以上の放射線が測定可能であることが条件であるから、ノイズレベルを最低でも５０ｋｅＶ未満に抑制することが必要となる。すなわち、ノイズレベルが５０ｋｅＶを超えると、入射エネルギーが５０ｋｅＶの放射線による信号とノイズが重なるので、信号処理装置で得られる信号が信号電荷なのかノイズなのかの判定ができないことを意味する。
【００７６】
図６に示された温度５０℃の条件のときの校正曲線について説明すると、印加電圧Ｅ０が４００Ｖ以下のとき、入射エネルギーが５０ｋｅＶ以上の放射線のエネルギー測定が可能である。
【００７７】
よって、図６に示された温度５０℃の条件のときの校正曲線から、ノイズレベルを５０ｋｅＶ以下に抑制するための印加電圧Ｅ０、例えば、ノイズレベルが５０ｋｅＶを超えない印加電圧Ｅ０の最高値４００Ｖを決定する。
【００７８】
続いて、漏れ電流のしきい値の算出方法について説明する。
【００７９】
校正曲線作製時、立方体化合物５ａであるＣｄＴｅの一辺の長さをｄ０、第一電極６および第二電極７の電極間の印加電圧をＥ０、漏れ電流をＩ、ＣｄＴｅの電気抵抗値をＲ、電気抵抗率をρとするとき、
【数８】
【数９】
Ｉ＝（Ｅ０・ｄ０）／ρ
と表される。漏れ電流Ｉは、印加電圧Ｅ０と一辺の長さｄ０の積に比例する。電気抵抗率ρは定数であるから、
【数１０】
（漏れ電流のしきい値）＝｜Ｅ０・ｄ０｜
で表されることができ、校正曲線作製時の条件から、漏れ電流Ｉのしきい値を決定することができる。
【００８０】
ここで、数１０で表された立方体化合物５ａの一辺の長さｄ０に校正曲線作製時の５ｍｍを代入し、数１０で表された第一電極６および第二電極７の電極間の印加電圧Ｅ０に、図６に示された校正曲線から決定した４００Ｖを代入すると、
【数１１】
【００８１】
よって、立方体化合物５ａのＣｄＴｅ、温度５０℃の測定条件の場合、測定時の印加電圧をＥおよび立方体形状のＣｄＴｅの一辺の長さをｄとするとき、
【数１２】
｜Ｅ・ｄ｜≦（漏れ電流のしきい値）
の関係を満たす立方体化合物５ａのＣｄＴｅの一辺の長さｄとすれば、５０ｋｅＶ以上の放射線のエネルギー測定が可能となる。
【００８２】
また、ＣｄＴｅを化合物半導体とした立方体化合物５ａを用いて、温度２０℃の測定条件の場合、温度５０℃のときと同様に印加電圧Ｅ０を決定することで、温度２０℃におけるしきい値が算出できる。さらに、立方体化合物５ａのＣｄＴｅ、温度２０℃の測定条件の場合のＣｄＴｅの一辺の長さｄを決定できる。
【００８３】
なお、図６に示された印加電圧Ｅ０とノイズレベルとの校正曲線、および漏れ電流のしきい値の算出において、ＣｄＴｅおよび温度５０℃の場合について説明したが、種々の立方体化合物５ａおよび種々の温度の組合せ条件によっても準用できる。
【００８４】
数１２の式によって立方体化合物５ａの化合物半導体の一辺の長さを制御し、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【００８５】
ところで、前述した化合物半導体として、ＣｄＴｅの他に、ＣＺＴ、ＴｌＢｒ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＨｇＩ２等を用いてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、化合物半導体内部の放射線の通過距離のばらつきに起因するノイズを低減させ、加えて、化合物半導体の漏れ電流に起因するノイズを低減させることによって、放射線のエネルギーを正確に精度良く測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器の第１実施の形態を示す概略図。
【図２】（ａ）は、放射線検出器２ａを示す側面図、（ｂ）は、放射線検出器２ｂを示す側面図、（ｃ）は、放射線検出器２ｂを示す斜視図。
【図３】本発明に係る放射線検出器の第２実施の形態を示す概略図。
【図４】本発明に係る放射線検出器の第３実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明に係る放射線検出器の第４実施の形態を示す概略図。
【図６】印加電圧とノイズレベルとの校正曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 放射線測定器
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 放射線検出器
２ａ，２ｂ 放射線検出器
３ 直流電源
４ 増幅器
５ 直方体化合物
５ａ，５ａａ，５ａｂ 立方体化合物
５ａ１，５ａ２，５ａ３ 立方体化合物ピース
５ｂ 非直方体化合物
６ 第一電極
７ 第二電極
１１ 第一接続ライン
１２ 第二接続ライン
１３ 第三接続ライン
１４ 分岐ライン
２１，２２，２３，２４ 放射線
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４ 放射線の通過距離
Claims (8)
- 直流電源の負極側に接続される第一電極と、
前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた立方体化合物の半導体とを有し、
前記立方体化合物の相対向面に、前記第一電極および前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする放射線検出器。 - 前記立方体化合物は、前記立方体化合物より小さい複数の立方体化合物ピースを組み合わせる構造としたことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
- 直流電源の負極側に接続される第一電極と、
前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた非立方体化合物の半導体とを有し、
前記非立方体化合物の相対向面に、前記第一電極および前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記電極間に挟まれた前記非立方体化合物の有効部分を立方体化合物構造とするとともに、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする放射線検出器。 - 直流電源の負極側に接続される第一電極と、
前記直流電源の正極側とともに接地される第二電極と、
前記第一電極と前記第二電極の電極間に設けられた直方体化合物の半導体とを有し、
前記直方体化合物の相対向面に、前記第一電極および複数の前記第二電極をそれぞれ当接させ、前記電極間に挟まれた前記直方体化合物の有効部分を立方体化合物構造とし、前記立方体化合物を複数個並列および２次元的に配列させするとともに、前記第一電極に増幅器を介して信号処理装置を接続させたことを特徴とする放射線検出器。 - 第一電極および第二電極の電極間に電圧を印加する工程と、
前記電極間によって電圧が印加された立方体化合物の半導体に放射線が入射し、前記放射線に感応する電荷を前記立方体化合物に発生させる工程と、
前記電荷を信号電荷として前記第一電極から取出す工程とを有し、前記第一電極から取出される信号電荷量を測定することを特徴とする放射線検出方法。 - 種々の半導体および種々の温度の組合せ条件で、印加電圧Ｅ０とノイズレベルとの関係を表す校正曲線を作製し、前記校正曲線から所定のノイズレベルにおける印加電圧Ｅ０を決定し、また、校正曲線作製時の半導体の一辺の長さをｄ０とするとき、
【数１】
（漏れ電流のしきい値）＝｜Ｅ０・ｄ０｜
の関係から、種々の半導体および種々の温度のそれぞれに対応する漏れ電流のしきい値を算出することを特徴とする請求項５記載の放射線測定検出方法。 - 前記半導体の一辺の長さをｄ、印加電圧をＥとするとき、
【数２】
｜Ｅ・ｄ｜≦（漏れ電流のしきい値）
の関係から、前記半導体の一辺の長さｄを決定することを特徴とする請求項５記載の放射線検出方法。 - 前記半導体として、化合物半導体であるＣｄＴｅ、ＣＺＴ、ＴｌＢｒ、ＨｇＩ２、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅまたはＺｎＳｅを用いることを特徴とする請求項５記載の放射線検出方法。
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