JP3688933B2

JP3688933B2 - 放射線検出器

Info

Publication number: JP3688933B2
Application number: JP10384299A
Authority: JP
Inventors: 健一茂木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JP2000292544A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、γ線の線量または線量当量を測定するための放射線検出器に係り、特に、広範囲のエネルギーにわたり検出感度差を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所、加速器利用施設等において、γ線の線量または線量当量を測定する場合は、数１０ｋｅｖから数ＭｅＶまでの広いエネルギー範囲にわたって、光子エネルギー対線量感度依存性または光子エネルギー対線量当量感度依存性（以下、いずれも光子エネルギー特性と略す）が良好な放射線検出器が求められている。
【０００３】
そこで放射線検出器の内でも電離箱は、光子エネルギー特性が良好でかつ体積を大きくすることにより感度の高い検出特性が得られるため、γ線の線量または線量当量を測定する検知体として使用されることが多かった。しかし、最近の小型化ニーズに対して、この電離箱では、内部ガス圧を高くすることにより対応してきたが、技術的に限界があり、電離箱に代わる小型の、すなわち単位体積当たりの感度の高い放射線検出器が求められていた。
【０００４】
そこで、放射線検出器の内でも、化合物半導体としてのＣｄＴｅは、原子番号が４８−５２と大きく、また、５０℃程度までの温度特性が安定しているため、小型の放射線検出器として期待がもたれている。しかしながら、ＣｄＴｅは、感度の光子エネルギーに対する依存性（エネルギーが大きくなると感度が低下する）が大きく、広範囲の光子エネルギーをカバーして使用することができなかった。
【０００５】
その広範囲の光子エネルギー特性をカバーする改善例として、特公平６−２７８１４号公報に記載のものが提案されている。図１２は、従来の放射線検出器の構造を示す図である。図において、１は半導体検知体、２は半導体検知体１を保持する保持板、３は放射線入射方向に対して半導体検知体１を覆うようにドーム状に設けられた放射線吸収フィルタ、４は放射線吸収フィルタ３に空けけられた細孔である。
【０００６】
図１３は図１２に示した半導体検知体の詳細な構造を示す断面図である。図において、５はＣｄＴｅ半導体、６はＣｄＴｅ半導体５の一方の面に形成されたマイナス電極、７はＣｄＴｅ半導体５のもう一方の面に形成されたプラス電極である。
【０００７】
上記のように構成された従来の放射線検出器の放射線検出方法について説明する。まず、半導体検知体１は保持板２に電気的に絶縁されて取り付けられ、直流電圧でバイアスされる。半導体検知体１に放射線が入射してそのエネルギーが吸収されると、半導体検知体１の中に電子とその抜け殻の正孔が生成され、それらが各電極７、６にそれぞれ収集されてパルス状の電流が流れ、これを検知することにより放射線が検知される。
【０００８】
図１４は半導体検知体１の厚みを同一とし、放射線吸収フィルタ３として材料に鉛を用い、その厚み（ｈ₁〜ｈ₄を設定し、厚みの関係は、ｈ₁＞ｈ₂＞ｈ₃＞ｈ₄となる）をパラメータとした時の光子エネルギー特性を示す。放射線吸収フィルタ３の厚みを例えばｈ₂に選定することにより、８０ｋｅＶ〜１ＭｅＶまでは良好な光子エネルギー特性が得られている。そして、放射線吸収フィルタ３に多数の細孔４を設けることにより、低エネルギー領域の特性を改善している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線検出器は上記のように構成され、８０ｋｅＶ〜１ＭｅＶのエネルギー範囲の特性は良好であるものの、１ＭｅＶ以上のエネルギー範囲に対しては、光子エネルギー特性を改善することができない。したがって、原子力発電所、加速器利用施設などで求められている、数１０ｋｅＶ〜数ＭｅＶまでのエネルギー範囲を一定の感度にて検出することに対応できないという問題点があった。このことは、図１４に示すように、８０ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶのエネルギー範囲において、その検出感度に大きな違いが出ることから明らかである。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためなされたもので、低エネルギーから高エネルギーの広範囲にわたる検出感度差を低減することができる放射線検出器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１の放射線検出器は、放射線を検出することができる半導体を検知体として使用する放射線検出器において、検知体の放射線入射面側を覆う放射線吸収フィルタを備え、放射線吸収フィルタは、放射線の吸収量が異なる複数の部分を有し、放射線の吸収量が最小となる部分を上記検知体の外周部分に備え、放射線の吸収量が最小となる部分以外の部分の、検知体の放射線入射面を覆う面積は、検知体の放射線入射面の面積より小さいものである。
【００１２】
また、この発明に係る請求項２の放射線検出器は、請求項１において、放射線吸収フィルタの検知体の放射線入射面を覆う面積が、検知体の放射線入射面の面積以上のものである。
【００１３】
また、この発明に係る請求項３の放射線検出器は、請求項２において、放射線吸収フィルタの一部が、検知体と接していない箇所を備えたものである。
【００１４】
また、この発明に係る請求項４の放射線検出器は、請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、放射線吸収フィルタは、フィルタの厚みが連続的に縮小する箇所を備えたものである。
【００１５】
また、この発明に係る請求項５の放射線検出器は、請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、放射線吸収フィルタの一部を、検知体を覆う中空構造にて形成し、電気的シールドとするものである。
【００１６】
また、この発明に係る請求項６の放射線検出器は、請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、検知体が、ＣｄＺｎＴｅにて形成されているものである。
【００１７】
また、この発明に係る請求項７の放射線検出器は、多面体の構造物の複数面に、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の検知体および放射線吸収フィルタをそれぞれ備えるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１の放射線検出器の構成を示す断面図。図において、８は放射線を検出することができる半導体、例えば、原子番号が３０以上のＣｄＴｅにて成る検知体、９はこの検知体８の放射線入射面側を覆う放射線吸収フィルタで、厚みの薄い第１の放射線吸収フィルタ１０が検知体８の放射線入射面の全てを覆うように形成され、その上に厚みの厚い第２の放射線吸収フィルタ１１を積み重さねて成る。
【００１９】
そして、放射線吸収フィルタ９の内、第１の放射線吸収フィルタ１０の第２の放射線吸収フィルタ１１が積み重なっていない部分は、吸収量最小部分１２となり、また、両放射線吸収フィルタ１０および１２の積み重なっている部分は、吸収量最大部分１３となり、この吸収量最大部分１３の面積は検知体８の放射線入射面の面積より小さくなる。
【００２０】
次に上記のように構成された実施の形態１の放射線検出器における、放射線の検出原理は従来の場合と同様のため省略する。ここでは、放射線検出器の良好な光子エネルギー特性を得るために、吸収量最小部分１２と吸収量最大部分１３との、検知体８の放射線入射面を覆う面積配分について説明する。まず、放射線検出器に要求される感度と寸法とから、検知体８の単位面積当たりの仕様感度ηを決定する。
【００２１】
次に、要求されるエネルギー範囲、例えば８０ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶを、複数の領域に分割する。ここでは、例えば、８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶを低エネルギー領域とし、２００ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶを高エネルギー領域として２分割する。この際の高エネルギー領域の感度はほとんど、検知体８の感度にて決定されるため、まずは、検知体８の厚みを決定する。
【００２２】
そのために、検知体８の厚みをパラメータとした際の、各光子エネルギーに対する検知体８の単位面積当たりの相対感度を求める。図２のグラフＡは、検知体８の厚みとして、それぞれａ₁、ａ₂、ａ₃（厚みの関係は、ａ₁＞ａ₂＞ａ₃となる）に設定した場合の相対感度を示す。
【００２３】
そして、この検知体８の厚みは、高エネルギー領域の中心エネルギー（ここでは例えば、２００ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶの中心の間の３ＭｅＶとする）での相対感度η₂が仕様感度ηを満たし（η₂≧η）、かつ、それ以上のエネルギーでの相対感度が許容範囲内と成るような例えば、厚みａ₁に決定される。
【００２４】
次に、上記にて決定された検知体８の厚みａ₁に対しての、第１の放射線吸収フィルタ１０の厚みをパラメータとした際の、各光子エネルギーに対する検知体８の単位面積当たりの相対感度を求める。図２のグラフＢは、第１の放射線吸収フィルタ１０の厚みとしてそれぞれ、ｂ₁、ｂ₂、ｂ₃、ｂ₄（厚みの関係は、ｂ₁＞ｂ₂＞ｂ₃＞ｂ₄となる）に設定した場合の相対感度を示す。
【００２５】
そして、第１の放射線吸収フィルタ１０の厚みは、低エネルギー領域の全域に亘って光子エネルギー特性が許容範囲を満たすような例えば、厚みｂ₂に決定される。そしてこの厚みｂ₂の、低エネルギー領域の中心エネルギー（ここでは例えば、８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの中心の間の１５０ｋｅＶとする）の相対感度η₁を、図２のグラフＢのｂ₂より読み取る。
【００２６】
次に、吸収量最大部分１３の厚みは、低エネルギー領域のものをほぼ検出しないような厚みで、かつ、高エネルギー領域の中心エネルギーより低いエネルギーの範囲で、光子エネルギー特性が許容範囲を満たすような厚みに決定する必要がある。
【００２７】
よって、上記にて決定された検知体８の厚みａ₁に対しての、第１の放射線吸収フィルタ１０の厚みｂ₂＋第２の放射線吸収フィルタ１１の厚みをパラメータとした際の、各光子エネルギーに対する検知体８の単位面積当たりの感度を求める。図２のグラフＣは、第１の放射線吸収フィルタ１０の厚みｂ₂＋第２の放射線吸収フィルタ１１の厚みとして、それぞれｃ₁、ｃ₂、ｃ₃（厚みの関係は、ｃ₁＞ｃ₂＞ｃ₃となる）に設定した場合の相対感度を示す。ここでは、例えば、第１の放射線吸収フィルタ１０の厚みｂ₂＋第２の放射線吸収フィルタ１１の厚みｃ₂に決定される。
【００２８】
このように設定することにより、低エネルギー領域の検出は、吸収量最小部分１２の面積Ｓ₁、すなわち、（第１の放射線吸収フィルタ１０の面積）−（第２の放射線吸収フィルタ１１の面積）にて検出されることとなる。そして、高エネルギー領域の検出は、検知体８の放射線入射面の全面積Ｓ₀にて検出されることとなる。
【００２９】
よって、低エネルギー領域と、高エネルギー領域との放射線検出器における感度をそろえるために、検知体８の放射線入射面の全面積Ｓ₀に対する、吸収量最小部分１２の面積Ｓ₁を下記式（１）より求める。
η₁×（Ｓ₁／Ｓ₀）＝η₂ ・・・（１）
このように、各面積を決定すれば、放射線検出器の全体に対する、各エネルギー領域における検出感度を、ほぼ仕様感度ηにそろえることができる。
【００３０】
このことを、図２のｂ₂およびｃ₂にそれぞれの面積を重み付けして、図３に示すようにｄおよびｅとして合成すると、低エネルギー領域から高エネルギー領域における感度差が±２０％程度におさまっていることが確認できる。
【００３１】
上記のように構成された実施の形態１の放射線検出器は、低エネルギー領域から高エネルギー領域までを均一な感度にて検出することができる。
【００３２】
尚、上記実施の形態１では対象エネルギー領域を低エネルギー領域および高エネルギー領域に２分割し、感度を設定したが、これに限られることはなく、対象エネルギー領域を３分割以上に分割し、それぞれに対応する放射線吸収フィルタおよび検知体を備えれば、より一層きめ細かく感度の平坦化を得ることができる。
【００３３】
さらに、きめ細やかな感度の均一性を得るためには、例えば、図４に示すように、上記実施の形態１と同様に、検知体８の放射線入射面の全面を覆う、第１の放射線吸収フィルタ１０を備え、その上部に、フィルタの厚みが連続的に縮小する第２の放射線吸収フィルタ１４を備え、第１の放射線吸収フィルタ１０と第２の放射線吸収フィルタ１４とにて成る放射線吸収フィルタ１５を形成すれば、対象エネルギー領域の境界部分の感度の変化を抑制して更に平坦化することができ、より一層の感度の均一化を図ることができる。
【００３４】
また、上記実施の形態１では、第１の放射線吸収フィルタ１０および第２の放射線吸収フィルタ１１にて放射線吸収フィルタ９を、または、第１の放射線吸収フィルタ１０および第２の放射線吸収フィルタ１４にて放射線吸収フィルタ１５を形成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、図５および図６に示すように、１つの放射線吸収フィルタ１６、１７にて厚みの異なる部分を形成することにより、上記場合と同様に形成してもよく、このように形成すれば放射線検出器の組み立てが容易となる。
【００３５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、検知体８の放射線入射面の全てに、放射線吸収フィルタが密着している例を示したが、これに限られることはなく、放射線吸収フィルタの一部が、検知体と接していない箇所を備えるようにしてもよい。その例を、図７および図８に示す。
【００３６】
図７および図８はこの発明の実施の形態２の放射線検出器の構成を示す断面図である。図７は図１の放射線吸収フィルタ９の第２の放射線吸収フィルタ１１側を検知体８上に接するように載置する例を示したものである。また、図８は図４の放射線吸収フィルタ１５の第２の放射線吸収フィルタ１４側を検知体８上に接するように載置する例を示したものである。
【００３７】
上記実施の形態１の図１または図４に示したように放射線吸収フィルタ９および１５を検知体８上に載置すると、放射線が検知体８の斜め方向から侵入する場合、放射線が検知体８に垂直方向から侵入する場合と比較すると、放射線の放射線吸収フィルタ９を通過する厚みが厚く、検出されにくくなる。
【００３８】
しかし、実施の形態２の図７または図８に示すように、放射線吸収フィルタ９および１５を載置して放射線検出器を形成すれば、放射線が検知体８の斜め方向から侵入する場合の一部が放射線吸収フィルタ９および１５を通過することなく検知体８にて検出することができるため、斜め方向からの放射線入射の検出も容易となり、放射線検出器の方向依存性を改善することができる。尚、検知体８の露出面積は、斜めから入射する放射線の検出感度が他部分の検出感度に不具合が生じない程度に設定されている。
【００３９】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３の放射線検出器の構成を示す断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。１８は絶縁膜１９を介して検知体８を保持する保持板、２０は検知体８上に載置され、検知体８の放射線入射面の一部を覆うように形成された第２の放射線吸収フィルタで、吸収量最大部分である。２１は検知体８を覆う中空構造にて形成された第１の放射線吸収フィルタで、吸収量最小部分である。
【００４０】
そして、これら両放射線吸収フィルタ２０、２１にて検知体８の放射線吸収フィルタ２２が構成されることとなる。２３は第１の放射線吸収フィルタ２１と保持板１８とを電気的に接続し、接地するアース線で、このように構成することにより、保持板１８と第１の放射線吸収フィルタ２１とは電気的シールドとなり、検知体８を電気的にシールドする。
【００４１】
上記のように構成することにより、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、保持板１８と第１の放射線吸収フィルタ２１とにて検知体８の電気的シールドを形成することができるため、新たに、検知体８の電気的シールドを形成する必要がなく、放射線検出器の製作コストを低減することができる。
【００４２】
尚、上記各実施の形態においては、検知体８として、ＣｄＴｅを使用する例を示したが、これに限られることはなく、原子番号が３０以上の半導体としてのＣｄＺｎＴｅを用いて検知体を形成してもよい。図１０に示すように、ＣｄＴｅは約５０℃以上の温度で感度が低下し始め、実用的に要求される±１０％特性を満たすのは約６０℃までである。
【００４３】
しかし、ＣｄＺｎＴｅは約１００℃まで使用可能であり、高温環境でも使用することができる。よって、例えば、事故時用排気管ガスモニタなど、測定対象が事故時に高温になる可能性があるような箇所に、近接して設置される放射線検出器などの利用に適している。
【００４４】
また、上記各実施の形態においては、一方向面にのみ検知体８を形成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、図１１に示すように、正三角柱体２４の構造物の複数面に、検知体８をそれぞれ備え、放射線吸収フィルタ９をそれぞれ備えるようにしてもよく、このように形成すれば、一方向面に形成する場合と比較して、検出エリアを広げることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、放射線を検出することができる半導体を検知体として使用する放射線検出器において、検知体の放射線入射面側を覆う放射線吸収フィルタを備え、放射線吸収フィルタは、放射線の吸収量が異なる複数の部分を有し、放射線の吸収量が最小となる部分を上記検知体の外周部分に備え、放射線の吸収量が最小となる部分以外の部分の、検知体の放射線入射面を覆う面積は、検知体の放射線入射面の面積より小さいので、広範囲エネルギー領域にて感度を均一化して検出することができる放射線検出器を提供することが可能となる。
【００４６】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、放射線吸収フィルタの検知体の放射線入射面を覆う面積が、検知体の放射線入射面の面積以上であるので、広範囲のエネルギー領域にて感度をより一層均一化して検出することができる放射線検出器を提供することが可能となる。
【００４７】
また、この発明の請求項３によれば、請求項２において、放射線吸収フィルタの一部が、検知体と接していない箇所を備えたので、放射線の入射方向による方向依存性を改善することができる放射線検出器を提供することが可能となる。
【００４８】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、放射線吸収フィルタは、フィルタの厚みが連続的に縮小する箇所を備えたので、広範囲エネルギー領域にて感度をより一層均一化して検出することができる放射線検出器を提供することが可能となる。
【００４９】
また、この発明の請求項５によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、放射線吸収フィルタの一部を、検知体を覆う中空構造にて形成し、電気的シールドとするので、放射線検出器の製造コストを低減することができる放射線検出器を提供することが可能となる。
【００５０】
また、この発明の請求項６によれば、請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、検知体が、ＣｄＺｎＴｅにて形成されているので、高温度環境化にて温度特性が優れた放射線検出器を提供することが可能となる。
【００５１】
また、この発明の請求項７によれば、多面体の構造物の多面に、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の検知体および放射線吸収フィルタをそれぞれ備えるので、放射線の検出エリアを広げることができる放射線検出器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した放射線検出器を形成するための放射線吸収フィルタおよび検知体の厚みをそれぞれパラメータとした際の、光子エネルギーと相対感度との関係をそれぞれ示す図である。
【図３】図１に示した放射線検出器の光子エネルギーと相対感度との関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態４による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による放射線検出器の検知体の各物質における温度と相対感度との関係をそれぞれ示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図１２】従来の放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図１３】図１２に示した放射線検出器の検知体の構成を示す断面図である。
【図１４】図１２に示した放射線検出器を形成するための放射線吸収フィルタの厚みをパラメータとした際の、光子エネルギーと相対感度との関係をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
８検知体、９，１５，１６，１７，２２放射線吸収フィルタ、
１０，２１第１の放射線吸収フィルタ、
１１，１４，２０第２の放射線吸収フィルタ、１２吸収量最小部分、
１３吸収量最大部分、１８保持板、１９絶縁膜、２３アース線。

Claims

放射線を検出することができる半導体を検知体として使用する放射線検出器において、上記検知体の放射線入射面側を覆う放射線吸収フィルタを備え、上記放射線吸収フィルタは、放射線の吸収量が異なる複数の部分を有し、上記放射線の吸収量が最小となる部分を上記検知体の外周部分に備え、上記放射線の吸収量が最小となる部分以外の部分の、上記検知体の放射線入射面を覆う面積は、上記検知体の放射線入射面の面積より小さいことを特徴とする放射線検出器。
放射線吸収フィルタの検知体の放射線入射面を覆う面積が、上記検知体の放射線入射面の面積以上であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
放射線吸収フィルタの一部が、上記検知体と接していない箇所を備えたことを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
放射線吸収フィルタは、フィルタの厚みが連続的に縮小する箇所を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器。
放射線吸収フィルタの一部を、検知体を覆う中空構造にて形成し、電気的シールドとすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の放射線検出器。
検知体が、ＣｄＺｎＴｅにて形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放射線検出器。
多面体の構造物の複数の面に、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の検知体および放射線吸収フィルタをそれぞれ備えることを特徴とする放射線検出器。