JP2561468B2 - 放射線検出器 - Google Patents
放射線検出器Info
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- JP2561468B2 JP2561468B2 JP62127151A JP12715187A JP2561468B2 JP 2561468 B2 JP2561468 B2 JP 2561468B2 JP 62127151 A JP62127151 A JP 62127151A JP 12715187 A JP12715187 A JP 12715187A JP 2561468 B2 JP2561468 B2 JP 2561468B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、放射線エネルギースペクトル分析のできる
微小放射線センサおよび診断用Ｘ線透過像撮影装置、非
破壊検査装置に用いられる微小放射線センサアレイを使
用する放射線検出器に関するものである。
微小放射線センサおよび診断用Ｘ線透過像撮影装置、非
破壊検査装置に用いられる微小放射線センサアレイを使
用する放射線検出器に関するものである。
（従来の技術） 第５図に放射線の光電効果による吸収機構を示す。入
射放射線51が原子52に入射すると、殻外軌道電子のうち
Ｋ殻電子53に主として吸収され、Ｋ殻電子を励起電子54
として殻外に放出する。この励起電子が半導体の中で電
子−正孔対を生じさせ、その電子−正孔対により生じる
電流もしくは電圧をパルス計測することにより放射線の
光子数の検出が可能となる。このＫ殻電子の無くなった
状態は、より外殻の電子がＫ殻軌道に入ることによりお
ぎなわれる。この外殻電子がＫ殻に遷移すると、軌道エ
ネルギー差のエネルギーをＫ殻特性Ｘ線56として放出す
る。
射放射線51が原子52に入射すると、殻外軌道電子のうち
Ｋ殻電子53に主として吸収され、Ｋ殻電子を励起電子54
として殻外に放出する。この励起電子が半導体の中で電
子−正孔対を生じさせ、その電子−正孔対により生じる
電流もしくは電圧をパルス計測することにより放射線の
光子数の検出が可能となる。このＫ殻電子の無くなった
状態は、より外殻の電子がＫ殻軌道に入ることによりお
ぎなわれる。この外殻電子がＫ殻に遷移すると、軌道エ
ネルギー差のエネルギーをＫ殻特性Ｘ線56として放出す
る。
この現象を半導体放射線センサ内での現象として表わ
した図が第６図である。第６図の半導体放射線センサは
全空乏層型のセンサである。半導体放射線センサ55内で
放射線が吸収されると、励起電子54とＫ殻特性Ｘ線56と
を生じ、励起電子54は半導体結晶中で大半のエネルギー
を失うが、Ｋ殻特性Ｘ線56は結晶表面近傍で生じた場合
は結晶外に放射される場合がある。この結晶外に出る現
象をＫ殻特性Ｘ線エスケープ（57）と呼び、この現象が
生じると、検出器から出力される電荷量は減少し、出力
パルスの波高値が小さくなる。この現象を出力パルス波
高値で示したのが第７図である。なお、第６図において
58は放射線半導体センサの電極を示す。第７図（ａ）は
入射放射線のエネルギーと光子線を示したものである。
しかし実測を行なうと単一エネルギーＥの放射線が入射
した場合、半導体放射線センサからの出力パルス波高分
布は第７図（ｂ）のようになる。すなわち、入射エネル
ギーＥに対応した波高のパルスと、エネルギーＥ−Ei
（Ei:K殻電子の束縛エネルギー）に対応した波高のパル
スの２つのパルス群に分かれることになる。
した図が第６図である。第６図の半導体放射線センサは
全空乏層型のセンサである。半導体放射線センサ55内で
放射線が吸収されると、励起電子54とＫ殻特性Ｘ線56と
を生じ、励起電子54は半導体結晶中で大半のエネルギー
を失うが、Ｋ殻特性Ｘ線56は結晶表面近傍で生じた場合
は結晶外に放射される場合がある。この結晶外に出る現
象をＫ殻特性Ｘ線エスケープ（57）と呼び、この現象が
生じると、検出器から出力される電荷量は減少し、出力
パルスの波高値が小さくなる。この現象を出力パルス波
高値で示したのが第７図である。なお、第６図において
58は放射線半導体センサの電極を示す。第７図（ａ）は
入射放射線のエネルギーと光子線を示したものである。
しかし実測を行なうと単一エネルギーＥの放射線が入射
した場合、半導体放射線センサからの出力パルス波高分
布は第７図（ｂ）のようになる。すなわち、入射エネル
ギーＥに対応した波高のパルスと、エネルギーＥ−Ei
（Ei:K殻電子の束縛エネルギー）に対応した波高のパル
スの２つのパルス群に分かれることになる。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記のごとく、入射する単一の放射線エ
ネルギーに対して、出力パルス波高は、入射放射線エネ
ルギーに対応した大きさのパルス群と、Ｋ殻特性Ｘ線エ
スケープにより生じる入射放射線エネルギーより低いエ
ネルギーに対応した大きさのパルス群の２つのエネルギ
ー群に分かれるという問題があり、混在する複数の放射
線エネルギー場における測定においては、大きな測定誤
差を生じることとなる。さらにセンサアレイにおいて、
Ｋ殻特性Ｘ線が、センサ表面から外部に出、隣接するセ
ンサに入射し吸収された場合は、信号の隣接センサへの
クロストークとなる。
ネルギーに対して、出力パルス波高は、入射放射線エネ
ルギーに対応した大きさのパルス群と、Ｋ殻特性Ｘ線エ
スケープにより生じる入射放射線エネルギーより低いエ
ネルギーに対応した大きさのパルス群の２つのエネルギ
ー群に分かれるという問題があり、混在する複数の放射
線エネルギー場における測定においては、大きな測定誤
差を生じることとなる。さらにセンサアレイにおいて、
Ｋ殻特性Ｘ線が、センサ表面から外部に出、隣接するセ
ンサに入射し吸収された場合は、信号の隣接センサへの
クロストークとなる。
（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するためには、光電効果により発生
するＫ殻特性Ｘ線の半導体放射線センサ55外へのＫ殻特
性Ｘ線エスケープ（57）を減らし、半導体放射線センサ
55内ですべての入射エネルギーが吸収されるようにすれ
ばよい。そのためには、半導体放射線センサ55の放射線
入射面の一部を除き、放射線遮蔽体でおおい、入射放射
線は半導体放射線センサ55の中央部分で吸収されるよう
にし、生じたＫ殻特性Ｘ線56が半導体放射線センサ55の
表面近傍に到達する以前に再吸収されるようにすればよ
い。そこで、本発明は、Ｘ線光子に応答してパルス出力
する半導体放射線センサもしくは半導体放射線センサア
レイのＸ線入射側の端面部分および隣接するセンサとの
境界部分に、Ｋ殻特性Ｘ線を吸収するための放射線遮蔽
体を設け、さらに、前記半導体放射線センサもしくは半
導体放射線センサアレイが検出する前記Ｘ線光子のエネ
ルギー範囲を、前記半導体放射線センサもしくは半導体
放射線センサアレイを構成する半導体材料におけるＫ吸
収端エネルギー以上、200keV以下としたことを特徴とす
る。
するＫ殻特性Ｘ線の半導体放射線センサ55外へのＫ殻特
性Ｘ線エスケープ（57）を減らし、半導体放射線センサ
55内ですべての入射エネルギーが吸収されるようにすれ
ばよい。そのためには、半導体放射線センサ55の放射線
入射面の一部を除き、放射線遮蔽体でおおい、入射放射
線は半導体放射線センサ55の中央部分で吸収されるよう
にし、生じたＫ殻特性Ｘ線56が半導体放射線センサ55の
表面近傍に到達する以前に再吸収されるようにすればよ
い。そこで、本発明は、Ｘ線光子に応答してパルス出力
する半導体放射線センサもしくは半導体放射線センサア
レイのＸ線入射側の端面部分および隣接するセンサとの
境界部分に、Ｋ殻特性Ｘ線を吸収するための放射線遮蔽
体を設け、さらに、前記半導体放射線センサもしくは半
導体放射線センサアレイが検出する前記Ｘ線光子のエネ
ルギー範囲を、前記半導体放射線センサもしくは半導体
放射線センサアレイを構成する半導体材料におけるＫ吸
収端エネルギー以上、200keV以下としたことを特徴とす
る。
（作 用） 上記の方法により、半導体放射線センサ55内で発生す
る特性Ｘ線の大半を半導体放射線センサ55内で再吸収さ
せることにより、出力パルス波高分布は、入射エネルギ
ーに対応した分布となり、特性Ｘ線エスケープによる信
号成分を減らすことが可能となる。
る特性Ｘ線の大半を半導体放射線センサ55内で再吸収さ
せることにより、出力パルス波高分布は、入射エネルギ
ーに対応した分布となり、特性Ｘ線エスケープによる信
号成分を減らすことが可能となる。
（実施例） 第１図は本発明の構成を示す図である。紙面上からの
Ｘ線１の入射に対し、放射線センサアレイ２の両面にも
うけた電極３の分割型電極すなわちＸ線入射方向側の電
極の上方に遮蔽体４をもうけてある。遮蔽体４により、
入射するＸ線１の一部がカットされ、第１図の斜線部で
あるＸ線有感入射面積５のみに入射する。すなわち、セ
ンサの周端部分および隣接するセンサとの境界部分が遮
蔽される。
Ｘ線１の入射に対し、放射線センサアレイ２の両面にも
うけた電極３の分割型電極すなわちＸ線入射方向側の電
極の上方に遮蔽体４をもうけてある。遮蔽体４により、
入射するＸ線１の一部がカットされ、第１図の斜線部で
あるＸ線有感入射面積５のみに入射する。すなわち、セ
ンサの周端部分および隣接するセンサとの境界部分が遮
蔽される。
この構成の断面図を第２図に示す。入射Ｘ線１は遮蔽
体４により遮蔽され、斜線で示すＸ線有感体積5aに入射
する。Ｘ線有感体積5a内でＸ線が吸収されると、Ｋ殻特
性Ｘ線６が発生し、第２図に示すように一部は斜線部分
であるＸ線有感体積5aから外へ出るＫ殻特性Ｘ線６が存
在するが、遮蔽体４で遮蔽された部分も、放射線に対し
ては有感部分であるので、第２図の遮蔽部の幅2xが適当
な長さを有しておれば、センサ（１）７内で発生したＫ
殻特性Ｘ線６の大半がセンサ（１）７内で再び吸収さ
れ、センサ（１）７の電極から出力されるパルスの高さ
は、Ｋ殻特性Ｘ線エスケープのないパルスの高さとな
る。同様に隣接するセンサ（２）7a内で生じたＫ殻特性
Ｘ線６の大半はセンサ（２）7a内で吸収される。このよ
うな条件を満足するには、Ｋ殻特性Ｘ線光子エネルギー
に対する半価層よりｘが大きければよい。すなわち次式
を満足すれば、Ｋ殻特性Ｘ線の隣接センサへの影響を小
さくできる。
体４により遮蔽され、斜線で示すＸ線有感体積5aに入射
する。Ｘ線有感体積5a内でＸ線が吸収されると、Ｋ殻特
性Ｘ線６が発生し、第２図に示すように一部は斜線部分
であるＸ線有感体積5aから外へ出るＫ殻特性Ｘ線６が存
在するが、遮蔽体４で遮蔽された部分も、放射線に対し
ては有感部分であるので、第２図の遮蔽部の幅2xが適当
な長さを有しておれば、センサ（１）７内で発生したＫ
殻特性Ｘ線６の大半がセンサ（１）７内で再び吸収さ
れ、センサ（１）７の電極から出力されるパルスの高さ
は、Ｋ殻特性Ｘ線エスケープのないパルスの高さとな
る。同様に隣接するセンサ（２）7a内で生じたＫ殻特性
Ｘ線６の大半はセンサ（２）7a内で吸収される。このよ
うな条件を満足するには、Ｋ殻特性Ｘ線光子エネルギー
に対する半価層よりｘが大きければよい。すなわち次式
を満足すれば、Ｋ殻特性Ｘ線の隣接センサへの影響を小
さくできる。
I:センサ透過放射線強度 I0:センサ入射放射線強度 μ（Ｅ）：光電吸収係数 E:K殻特性Ｘ線光子エネルギー 実際にセンサに遮蔽体を取り付けて測定した結果を第
３図に示す。放射線センサアレイの結晶にテルル化カド
ミウム（CdTe）を使用し、各センサの大きさ1mm2のもの
を使用し、また遮蔽体材料としてタングステン1mm厚の
ものを使用し、ｘの長さを100μｍとした。放射線源と
して2241Amの59.54KeVγ線を使用した。その結果が第３
図である。第３図（２）は遮蔽体のない場合のパルス波
高分布、（１）は遮蔽体のある場合のパルス波高分布で
ある。図から明らかなように、遮蔽体の存在によりパル
ス数は減少したが、パルス高さの低いピーク、すなわち
Ｋ殻特性Ｘ線エスケープピークが減少していることが分
かる。なお少しのピークの存在は、電極方向から放出し
たＫ殻特性Ｘ線によるものである。
３図に示す。放射線センサアレイの結晶にテルル化カド
ミウム（CdTe）を使用し、各センサの大きさ1mm2のもの
を使用し、また遮蔽体材料としてタングステン1mm厚の
ものを使用し、ｘの長さを100μｍとした。放射線源と
して2241Amの59.54KeVγ線を使用した。その結果が第３
図である。第３図（２）は遮蔽体のない場合のパルス波
高分布、（１）は遮蔽体のある場合のパルス波高分布で
ある。図から明らかなように、遮蔽体の存在によりパル
ス数は減少したが、パルス高さの低いピーク、すなわち
Ｋ殻特性Ｘ線エスケープピークが減少していることが分
かる。なお少しのピークの存在は、電極方向から放出し
たＫ殻特性Ｘ線によるものである。
遮蔽体の形状は、第４図に示すように開口部4aの形状
が四辺形のもの（ａ）、円形のもの（ｂ）のいずれでも
同様の結果が得られる。また遮蔽体材料として、タング
ステン，鉛，金，プラチナ等原子番号の高いもの程効果
的である。
が四辺形のもの（ａ）、円形のもの（ｂ）のいずれでも
同様の結果が得られる。また遮蔽体材料として、タング
ステン，鉛，金，プラチナ等原子番号の高いもの程効果
的である。
以上放射線センサアレイについて述べたが、本発明は
もちろん単一の放射線センサに応用でき、単一放射線セ
ンサ形状が微小である程、本発明の効果は大きい。
もちろん単一の放射線センサに応用でき、単一放射線セ
ンサ形状が微小である程、本発明の効果は大きい。
また、上述の説明において、特性Ｘ線をＫ殻について
のみ進めたが、L,M等のより外殻との光電効果により生
じる特性Ｘ線はエネルギーが小さく、特性Ｘ線エスケー
プの生じる確率は小さく、側室にはほとんど問題になら
ないので省略した。
のみ進めたが、L,M等のより外殻との光電効果により生
じる特性Ｘ線はエネルギーが小さく、特性Ｘ線エスケー
プの生じる確率は小さく、側室にはほとんど問題になら
ないので省略した。
なお、半導体放射線センサの半導体材料として、他
に、シリコン（Si），ゲルマニウム（Ge），ヒ化ガリウ
ム（GaAs），ヨウ化水銀（HgI）のいずれかを用いる。
に、シリコン（Si），ゲルマニウム（Ge），ヒ化ガリウ
ム（GaAs），ヨウ化水銀（HgI）のいずれかを用いる。
Ｋ殻特性Ｘ線光子エネルギーは、Ｋ吸収端エネルギー
にほぼ等しく、材料の種類により下記の表に示す値とな
る。
にほぼ等しく、材料の種類により下記の表に示す値とな
る。
ところで、Ｋ殻特性Ｘ線光子エネルギーは半導体材料
のＫ吸収端エネルギーに対応するため、特性Ｘ線が発生
するにはＸ線エネルギーがＫ吸収端エネルギーを越える
必要がある。例えば半導体材料がSiならば、約2keV必要
とする。また、Ｘ線エネルギーが200keVを越えると透過
力が大きくなり、小型の検出器では感度が非常に小さく
なってしまい、かつＸ線の遮蔽が非常に困難となる。そ
こで、検出可能なＸ線エネルギー範囲を半導体材料にお
けるＫ吸収端エネルギー以上、例えばSiならば2keV以上
でかつ200keV以下とすることにより、装置の小型化を図
ることができる。
のＫ吸収端エネルギーに対応するため、特性Ｘ線が発生
するにはＸ線エネルギーがＫ吸収端エネルギーを越える
必要がある。例えば半導体材料がSiならば、約2keV必要
とする。また、Ｘ線エネルギーが200keVを越えると透過
力が大きくなり、小型の検出器では感度が非常に小さく
なってしまい、かつＸ線の遮蔽が非常に困難となる。そ
こで、検出可能なＸ線エネルギー範囲を半導体材料にお
けるＫ吸収端エネルギー以上、例えばSiならば2keV以上
でかつ200keV以下とすることにより、装置の小型化を図
ることができる。
（発明の効果） 本発明によれば、放射線センサに遮蔽体を設け、放射
線センサの材料に起因する特性Ｘ線の発生の大半を、放
射線センサ内で再吸収させ、特性Ｘ線エスケープピーク
を減少するようにしたものであり、放射線センサのエネ
ルギー分解能を向上し、さらに放射線センサアレイにお
いては、隣接センサ間のクロストークの減少ができる。
また検出可能なＸ線エネルギー範囲を、放射線センサも
しくは放射線センサアレイを構成する半導体材料におけ
るＫ吸収端エネルギー以上、200keV以下とすることによ
り、装置の小型化を図ることができる。
線センサの材料に起因する特性Ｘ線の発生の大半を、放
射線センサ内で再吸収させ、特性Ｘ線エスケープピーク
を減少するようにしたものであり、放射線センサのエネ
ルギー分解能を向上し、さらに放射線センサアレイにお
いては、隣接センサ間のクロストークの減少ができる。
また検出可能なＸ線エネルギー範囲を、放射線センサも
しくは放射線センサアレイを構成する半導体材料におけ
るＫ吸収端エネルギー以上、200keV以下とすることによ
り、装置の小型化を図ることができる。
本発明は放射線センサの形状が微小になる程その効果
が大きく、従来微小放射線センサでは得ることのできな
い入射放射線のエネルギースペクトルの分解が可能とな
った。特に微小な放射線センサアレイにおいて、微小で
あっても良いエネルギー分解能をもち、さらにクロスト
ークの減少により、高い空間分解能をもつ放射線センサ
アレイの製作が本発明により可能となった。
が大きく、従来微小放射線センサでは得ることのできな
い入射放射線のエネルギースペクトルの分解が可能とな
った。特に微小な放射線センサアレイにおいて、微小で
あっても良いエネルギー分解能をもち、さらにクロスト
ークの減少により、高い空間分解能をもつ放射線センサ
アレイの製作が本発明により可能となった。
第１図は本発明の構成の模式図、第２図はその断面図、
第３図は遮蔽体の有無によるパルス波高の変化を示す
図、第４図は遮蔽体の形状、第５図はＫ殻光電吸収の原
理図、第６図は半導体放射線センサの原理図、第７図は
単一エネルギーの入射に対する放射線センサの出力パル
ス波高分布を示す図である。 ４……遮蔽体、２……放射線センサアレイ、５……Ｘ線
有感入射面積、5a……Ｘ線有感体積。
第３図は遮蔽体の有無によるパルス波高の変化を示す
図、第４図は遮蔽体の形状、第５図はＫ殻光電吸収の原
理図、第６図は半導体放射線センサの原理図、第７図は
単一エネルギーの入射に対する放射線センサの出力パル
ス波高分布を示す図である。 ４……遮蔽体、２……放射線センサアレイ、５……Ｘ線
有感入射面積、5a……Ｘ線有感体積。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大土 哲郎 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (72)発明者 渡辺 正則 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−169166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−28076（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】Ｘ線光子に応答してパルス出力する半導体
放射線センサもしくは半導体放射線センサアレイのＸ線
入射側の端面部分および隣接するセンサとの境界部分
に、Ｋ殻特性Ｘ線を吸収するための放射線遮蔽体を設
け、さらに、前記半導体放射線センサもしくは半導体放
射線センサアレイが検出する前記Ｘ線光子のエネルギー
範囲を、前記半導体放射線センサもしくは半導体放射線
センサアレイを構成する半導体材料におけるＫ吸収端エ
ネルギー以上、200keV以下としたことを特徴とする放射
線検出器。 - 【請求項２】半導体放射線センサもしくは半導体放射線
センサアレイが、半導体材料としてシリコン（Si），ゲ
ルマニウム（Ge），ヒ化ガリウム（GaAs），テルル化カ
ドミウム（CdTe），ヨウ化水銀（HgI）のいずれかを用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射
線検出器。 - 【請求項３】前記放射線遮蔽体の幅ｘが、I/I0＝exp
（−μ（Ｅ）・ｘ）＜0.5（I:センサ透過放射線強度,
I0:センサ入射放射線強度，μ（Ｅ）：光電吸収係数,E:
K殻特性Ｘ線光子エネルギー）の条件を満たすことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の放射線検出器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62127151A JP2561468B2 (ja) | 1987-05-26 | 1987-05-26 | 放射線検出器 |
| EP88303992A EP0293094B1 (en) | 1987-05-26 | 1988-05-03 | Radiation detector |
| DE3885653T DE3885653T2 (de) | 1987-05-26 | 1988-05-03 | Strahlungsdetektor. |
| US07/189,816 US4883967A (en) | 1987-05-26 | 1988-05-03 | Radiation detector and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62127151A JP2561468B2 (ja) | 1987-05-26 | 1987-05-26 | 放射線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63292085A JPS63292085A (ja) | 1988-11-29 |
| JP2561468B2 true JP2561468B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=14952884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62127151A Expired - Lifetime JP2561468B2 (ja) | 1987-05-26 | 1987-05-26 | 放射線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2561468B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-26 JP JP62127151A patent/JP2561468B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63292085A (ja) | 1988-11-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070919 Year of fee payment: 11 |