JP2011164048A - 放射線測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】線源から出射した放射線を放射線感度が異なる複数個の半導体検出器に照射し、前記複数個の半導体検出器の出力をもとに前記放射線のエネルギー強度分布を演算する。
【選択図】図1
Description
X線の場合は被測定物3によっても吸収係数は変化するので測定範囲を考慮して管電圧を最適に選ぶ必要がある。紙やシート材の例では品種や厚さにより変化し、μ=a*x+b(a,bは品種によって決まる定数)と表すことができる。4.5keVのX線の例では、磁気フィルムのベースシートに対し磁性層では約5倍の吸収係数を示す。
なお、それらの厚さ情報は表示部や生産管理サーバ10へ送出される。
1)異なる線源を2台搭載するとともに、測定装置を2台配置したシステム構成にしなければならないため、システム価格が高価となり、また、線源や検出器のスペースも2台分必要になる。
2)2つの線源の安定制御(安定駆動)にそれぞれ独立した制御機構を設ける必要がある。特に、成膜の高速化により同一位置を測定するための同期制御は困難になってきている。また、同一位置を正確にトラッキング(線源及び検出器のシート幅方向への走査位置)ができない場合には測定誤差を大きくする事になる。
3)線源の経時変化補正の如何によって、測定精度が悪くなる可能性がある。
という課題があった。
線源から出射した放射線を放射線感度が異なる複数個の半導体検出器に照射し、前記複数個の半導体検出器の出力をもとに前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする。
前記複数個の半導体検出器のうちの少なくとも一つに印加された逆バイアスを変化させることで空乏層の厚さを変化させるように構成したことを特徴とする。
前記複数個の半導体検出器の内の放射線感度が同等の複数個を直線状に配列した第1半導体検出器と、該第1半導体検出器とは放射線感度が異なるとともに放射線感度が同等の複数個を直線状に配列した第2半導体検出器からなり、前記第1、第2半導体検出器を並列にかつ近接して配置したことを特徴とする。
前記複数個の半導体検出器の内の放射線感度が異なる2つの半導体検出器を一対とし、該一対の半導体検出器を複数個作成し、該半導体検出器を近接して直線状に配置して前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする。
線源から出射した放射線を逆バイアスが印加された半導体検出器に照射し、前記半導体検出器に印加された逆バイアスを変化させることで空乏層の厚さを変化させ、前記半導体検出器の出力を元に前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする。
前記半導体検出器を近接して直線状に配置して前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする。
請求項1〜6によれば、
1.線源が1つで済むため、システム価格が低く抑えられ、またスペースも2台分の測定フレームを必要しなくなるため、フットプリントに有利であり生産ラインの短縮に寄与する。
2.線源の安定制御(安定駆動)は1つの線源について行えば良いため、1つの制御機構で済む。
3.透過特性の校正も、1つの線源から得られ、事前の校正データ取得が容易である。
4.線源の経時変化補正が高精度でなくても、夫々の半導体検出器は1つの線源に同期して依存するためエネルギー弁別精度が悪くならない。
図1aは、本発明において、X線、β線、γ線などの放射線を測定する際の半導体検出器の構成を示す断面図であり、放射線が入射して出力電流が流れる様子も模式的に示している。(イ),(ロ),(ハ)は、放射線を検出する半導体検出器の素子の模式図であり、これらの半導体検出素子は例えば、SiのPINフォトダイオードにより形成される。図では省略しているが、半導体検出素子には、一定の逆バイアス電圧を印加してもよい。
図1(a)では、電気的および物理的に完全に分離された素子を示しているが、同一の基板上に作成した集積素子などであってもよい。
測定対象の放射線の最大エネルギーをEmaxとする。また、(イ),(ロ),(ハ)の図1(b)の特性は、予め測定や計算により求めておくものとする。ここで、(イ)の特性は、エネルギーEmaxまで量子効率100%の感度であり、(ロ)はE1=Emax-ΔE1まで、(ハ)はE2=E1-ΔE2まで量子効率100%の感度であるとする。
(ロ)の素子は、E1〜Emaxにおいて量子効率が(イ)の素子より、すなわち、100%より小さい。そのため、E1〜Emaxのエネルギーの放射線が電流に変換される割合が小さくなり、出力電流I1はI0より小さくなる。(ロ)の素子で、E1とEmaxの差が小さければ、E1〜Emaxのエネルギーに対する(ロ)の素子の感度は、S1(Emax)の一定値と近似できる。
I1=I0-A1・ΔS1(Emax)・・・・・(1)
ここで、A1は比例定数であり、E1〜Emaxのエネルギーの放射線の強度に相当する。
I0,I1は測定値で、ΔS1(Emax)は、予め求めた感度特性から求められる量であるので、A1が求められる。
ここで、(ハ)の素子で、E1とEmax、E2とE1の差が小さくそれらの区間でも感度が、S2(Emax)およびS2(E1)の一定値で近似できるとする。
I2=I1-A1・ΔS2(Emax)- A2・ΔS2(E1) ・・・・・(2)
ここで、A2は比例定数であり、E2〜E1のエネルギーの放射線の強度に相当する。
図3(a)は要部ブロック構成図である。これらの図において、従来例の図7と同一要素には同一符号を付している。
なお、それらの厚さ情報は表示部や生産管理サーバ10へ送出される。
I(Eh)=I0(Eh)exp(-μ1(Eh)BW1-μ2(Eh)BW2) ・・・・・(3)
I(El)=I0(El)exp(-μ1(El)BW1-μ2(El)BW2) ・・・・・(4)
したがって、坪量BW1、BW2は次の式によって得ることができる。
BW1 ={μ2(El)・ln(I(Eh)/I0(Eh))-μ2(Eh)・ln(I(El)/I0(El))/
{μ1(El)・μ2(Eh)-μ1(Eh)・μ2(El)}・・・・・(5)
BW2 ={μ1(Eh)・ln(I(El)/I0(El))-μ1(El)・ln(I(Eh)/I0(Eh))/
{μ1(El)・μ2(Eh)-μ1(Eh)・μ2(El)}・・・・・(6)
I0=A1・S0(E1)+ A2・S0(E2)・・・・・(7)
ここでS0(E1)、S0(E2)は、D0の素子の、エネルギーE1およびE2の放射線に対する感度で、A2は図4(a)(b)のE2のエネルギーの放射線の強度である。(7)式よりA2が求められる。以上のようにしてE1,E2のエネルギーの放射線を弁別できるので、(5),(6)式により膜厚を求めることができる。
図5(b)は22aで示す全体が第1ラインセンサであり、aが構成要素となる半導体検出器(以下、構成素子)の一つを示している。
図5(c)はそのイメージを示すもので、感度の異なるa,b,cの構成素子が直線状に並べられた第1〜第3ラインセンサ22a,22b,22cが近接して配置されている。
上述の構成によれば、各まとまり内の構成素子を使ってエネルギー弁別の操作を行えば、各まとまりの位置における試料の厚さを知ることができる。ラインセンサが試料の全幅をカバーすれば、試料の全幅に渡る測定が、同時に可能となる。
以上の説明における感度特性の異なる構成素子は、吸収層の厚さが異なる素子でもよいし、また、同一構造の素子であって、印加される逆バイアス電圧が異なる素子でもよい。
また、可変の逆バイアス電圧を印加できるように構成された1種類の素子で構成した一つのラインセンサであってもよい。
図6(b)は図3(a)に示すシステム構成に、一点差線で囲ったQで示す部分の下記の要素を追加したものである。なお、この場合においても図6(a)に示すように第1〜第3ラインセンサ22a,22b,22cを用いるが、図6(b)では図3(a)で説明したように第3半導体検出器は省略して表示している。
弁別情報比較部31では、現在の厚さ情報を用いて補正した基準データと、現在の弁別情報とを比較する。両者が一致すれば組成に大きな変化はなく品質は保たれているものとする。
不一致と判断されれば、組成などの品質に係わる部分に変化が発生していると判断される。
以上のように、図6によれば、試料の品質情報を取得する機能(基準データ30、弁別情報比較部31)と、作製する試料の品質を調整できる機能(制御演算部32、操作端33)とが一つのシステムに組み込まれ、フィードバックループを形成することで、自動的に品質を維持・改善する機能を有する放射線測定装置を構成することができる。
2 電離箱
3 被測定物(試料)
4 プリアンプ
5 A/D変換器
6 温度検出器
7 信号処理部
8 校正データ
9 比較演算処理部
10 表示部、生産管理サーバ
11a X線測定装置
11b β線測定装置
11c 電源回路
11d X線駆動回路
16 演算部(マイクロコンピュータ)
22a 第1半導体検出器
22b 第2半導体検出器
22c 第3半導体検出器
30 基準データ
31 弁別情報比較部
32 制御演算部
33 操作端
Claims (6)
- 線源から出射した放射線を放射線感度が異なる複数個の半導体検出器に照射し、前記複数個の半導体検出器の出力をもとに前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする放射線測定装置。
- 前記複数個の半導体検出器のうちの少なくとも一つに逆バイアスを印加して空乏層の厚さを変化させるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の放射線測定装置。
- 前記複数個の半導体検出器の内の放射線感度が同等の複数個を直線状に配列した第1半導体検出器と、該第1半導体検出器とは放射線感度が異なるとともに放射線感度が同等の複数個を直線状に配列した第2半導体検出器からなり、前記第1、第2半導体検出器を並列にかつ近接して配置したことを特徴とする請求項1または2に記載の放射線測定装置。
- 前記複数個の検出器の内の放射線感度が異なる2つの半導体検出器を一対とし、該一対の半導体検出器を複数個作成し、該半導体検出器を近接して直線状に配置して前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする請求項1乃至3に記載の放射線測定装置。
- 線源から出射した放射線を逆バイアスが印加された半導体検出器に照射し、前記半導体検出器に印加された逆バイアスを変化させることで空乏層の厚さを変化させ、前記半導体検出器の出力を元に前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする。
- 前記半導体検出器を近接して直線状に配置して前記放射線のエネルギー強度分布を演算することを特徴とする請求項5に記載の放射線測定装置。
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2010
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