JP4013563B2 - Neutron detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子力発電所等の放射線管理区域内で作業する業務従事者の被曝放射線量を管理するための個人警報線量計や環境の放射線量を監視するための線量計等に使用される中性子検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
中性子は、電荷をもたない放射線であって、物質との相互作用が弱く、直接検出することが難しい放射線である。そのため、中性子検出器には、中性子との相互作用の断面積が大きい物質との相互作用で発生する陽子やα線を介して中性子を検出する方式が採用されている。高速中性子及び中速中性子は、水素を高密度で含むポリエチレン等のラジエータからの反跳陽子によって検出され、低速中性子及び熱中性子は、10Bや 7Liとの核反応によって放出されるα線によって検出される。反跳陽子やα線の検出手段として一般的に使用されているものには、逆バイアスを印加されたダイオードに形成される空乏層を利用する半導体検出素子がある。
【0003】
図7は、ラジエータ2を備えた高中速中性子用の中性子検出器の構成を示す概念図であり、図8は、検出素子1の電極形状の一例を示すパターン図である。
この中性子検出器は、逆バイアスが印加されて上面電極(図7では単に電極)11側に空乏層12を形成されている半導体検出素子(以下では検出素子と略称する)1と、その表面に隣接して配置されたポリエチレン等の高密度に水素を含む材料からなるラジエータ2と、電極11に流れる電流パルスを積分・増幅して電流パルスの電荷量に相当する信号を出力するアンプ3と、アンプ3の出力レベルが所定値以上であるか否かを識別して所定値以上である場合に信号を出力する波高値識別回路4と、波高値識別回路4の出力信号を計数する不図示の計数回路と、で構成されている。
【0004】
検出素子1には、pn接合型のシリコンダイオードやp型シリコン結晶上にアモルファスシリコン層を形成したヘテロ接合型のシリコンダイオード等が一般的に使用されている。図7及び図8に示した検出素子1はヘテロ接合型のシリコンダイオードであって、その上面の外周部を除く全面に、電極11が形成されており、電極11の形成領域がほぼ空乏層形成領域となっている。p+ n接合型のシリコダイオードの場合には、p+ 層の形成領域が図7及び図8の電極11の形成領域に相当し、通常、その一部に電極が形成される。n+ p接合型のシリコダイオードではn+ 層が同様の機能をもつ。
【0005】
ラジエータ2は、中性子がその中を通過する際に、中性子と水素の原子核である陽子との弾性衝突で反跳陽子を生成させるための部材である。そのため、ラジエータ2の材料としては、水素が高密度に含まれる材料、例えばポリエチレン、が採用される。
反跳陽子のもつエネルギーは、弾性衝突後の散乱方向によって異なるが、中性子の質量と陽子の質量が殆ど同じであるから、中性子が入射したのと同じ方向に散乱される場合が最大であって、衝突直前の中性子のエネルギーと同じとなり、散乱方向が入射方向から傾くにしたがって減少して零までの連続分布となる。
【0006】
反跳陽子は、物質内に入射すると、その物質との相互作用によって電子−正孔対を生成して、そのエネルギーを消耗しながら物質中を移動する。陽子の質量は電子の質量に比べて3桁以上大きいので、反跳陽子はその方向を殆ど変えないで物質中を移動し、反跳陽子が生成する電子−正孔対は、反跳陽子の通過経路の極めて近傍だけに限られて高密度に分布する。
【0007】
参考までに、陽子のシリコン中の飛程を示すと、エネルギーが1MeVの場合には約18μm 、2MeVで約48μm 、4MeVで約 150μm 、10MeVで約 730μm 、15MeVで約1500μm である。
なお、陽子の空気中の飛程は、1MeVで約20mm、2MeVで約70mmであるので、ラジエータ2と検出素子1との距離が1mm程度であれば、空気層での反跳陽子のエネルギー損失は僅かである。
【0008】
したがって、検出素子1の素材がシリコンである場合には、反跳陽子が検出素子1に垂直に入射するとしても、50μm の厚さの空乏層12が形成されていれば、5MeV以下のエネルギーをもつ反跳陽子によって1MeV以上に相当する電荷信号を得ることができる。
このような高中速中性子用の中性子検出器は、中性子だけではなくγ線やβ線も混在する環境で使用される。しかも、上記の検出素子は、γ線によるコンプトン効果や電子対生成等による電子や正電子及びβ線によっても電子−正孔対を生成し、反跳陽子による電子−正孔対と同様に、電流パルスを発生する。特に、原子力発電所等では、水中の窒素と中性子との反応によって生成される16Nが放射する 6.1MeVのγ線が存在し、この高いエネルギーレベルをもつγ線による信号を中性子による信号と識別することが必要である。従来技術においては、 6.1MeVのγ線と中性子とを識別するために、波高値識別回路4の識別レベルを、例えば1MeV相当に設定している。この識別レベルは、検出素子1によって 6.1MeVのγ線を計測した結果に基づいて、検出素子1に 6.1MeVのγ線を検出させないために決定されたものである。
【0009】
このように、従来の高中速中性子用の中性子検出器においては、波高値識別回路4の識別レベルが、例えば1MeV相当という高いエネルギーレベルに設定されているために、その識別レベル以下のエネルギーの中性子を検出することができず、且つ識別レベル以上のエネルギーの中性子の検出感度をも低くしている。
一方、10Bや 7Liとの核反応によって放出されるα線によって中性子を検出する方式の中性子検出器は、通常、熱中性子検出器といわれているものである。中性子と10B等との相互作用の断面積は、熱中性子の場合に最大であって、それよりエネルギーが大きくなるにしたがって、逓減していく。したがって、熱中性子検出器の中性子検出感度は、熱中性子に対する場合が最大であって、エネルギーが大きくなるほど逓減する。
【0010】
一般に、中性子の検出には、ラジエータ2を用いる方式の高中速中性子用の中性子検出器と熱中性子検出器とが併用されるが、上記のように、高中速中性子用の中性子検出器の感度が1MeV以下で零になると、この組合せによる中性子検出では、1MeV近傍の中性子の検出感度が他のエネルギー領域に比べて大幅に低くなり、低いエネルギーの中性子が多い場合には、中性子による被曝線量を過少評価してしまうという問題点をもっている。
【0011】
これらの中性子検出器に使用される検出素子の素材であるシリコンは大きな圧電効果を示す材料であるため、中性子検出器に衝撃が加えられて、その衝撃に伴って検出素子が振動して変形すると、その変形が検出素子の静電容量を変化させ、結果として、アンプ3からその変形に対応した波形のノイズが出力される。このノイズが波高値識別回路4の識別レベル未満であれば問題にはならないが、識別レベル以上に達すると計数回路で計数されて誤計数の原因となる。このような誤計数を避けるために、検出素子は剛性の高い基板やセラミックパッケージ等に貼り付けられて使用される。
【0012】
一方、原子力発電所等の放射線管理区域内で作業する業務従事者の被爆放射線量を管理するための個人警報線量計に対しては、携帯性を良くするために、小型・軽量・薄型化の要求が強い。そのため、個人警報線量計の場合には、検出素子が上述のような剛性の高い基板やセラミックパッケージ等に貼り付けられて使用されるという状況を確保することが困難になってきており、中性子検出器の従来の形状・寸法の検出素子では、個人警報線量計が衝撃を受けると、次の段落で説明するように、数カウントの誤計数を生じる場合がある。熱中性子検出器の場合には、熱中性子と10B等との相互作用の断面積が大きいので、熱中性子の検出感度が高く、警報レベル等の管理レベルに相当する計数値が十分におおきくなるので、この程度の誤計数は殆ど問題にならない。しかし、高中速中性子用の中性子検出器の場合には、高中速中性子と水素の原子核との相互作用の断面積が、熱中性子と10B等との相互作用の断面積に比べてはるかに小さく、同じ大きさの検出素子の場合で比較すると、その検出感度が熱中性子検出器の約1/100 であり、上記のような数カウントの誤計数でも、その影響が大きく、必要な測定精度を確保できなくなる。
【0013】
図11は、小型・軽量・薄型化対応した個人警報線量計に衝撃を加えた際に、高中速中性子用の中性子検出器のアンプが出力した出力波形を示す記録チャートである。記録チャートの横軸は、衝撃を与えてからの経過時間で、(a)は1目盛り 200μsであり、(b)は1目盛り1msである。縦軸はアンプ出力であって、点線は波高値識別回路の識別レベルに相当する。個人警報線量計への衝撃の加え方は、スチール机上に個人警報線量計を寝かせて置き、高中速中性子用の中性子検出器を収納している位置の外面に、重さ約 1.8gの鉄片を10cmの高さから落下させる、という方法である。この方法は、スチール机上に立てておいた個人警報線量計を倒した場合にほぼ相当する。
【0014】
このチャートや他の同様のチャートから判断すると、アンプ出力波形は5kHz〜10kHzの振動に高次の振動が重畳された減衰振動であって、5〜10msでほぼ衝撃の影響は消滅している。しかし、(a)から分かるように、波高値識別回路の識別レベルを越えた部分が数回は発生しており、これが誤計数となるのであるから、高中速中性子用の中性子検出器としては大きな問題である。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、上記のような中性子の被曝線量の過少評価を解消するために、より低いエネルギーの中性子まで検出することができ、且つ、机の上で倒す程度の衝撃によっては誤計数することがなくて安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この発明は、中性子による反跳陽子が電子−正孔対を生成する状況と、γ線による散乱電子または生成電子が電子−正孔対を生成する状況及び衝撃によってノイズが発生する状況と、の違いを利用して、γ線による電流パルス信号及び衝撃によるノイズを識別することに基づいている。
【0017】
中性子による反跳陽子が電子−正孔対を生成する状況は、「従来の技術」の項で説明したように、ほぼ直進する反跳陽子の通過経路の極めて近傍だけに限られ、その部分に高密度の電子−正孔対が生成される。しかも、その飛程は、エネルギーが1MeVの場合には約18μm 、2MeVで約48μm 、4MeVで約 150μm 、10MeVで約 730μm 、15MeVで約1500μm と短い。したがって、検出素子が反跳陽子による電子−正孔対を検出する領域は反跳陽子入射位置の近傍に限られる。
【0018】
一方、γ線による電子−正孔対の生成状況は、コンプトン効果や電子対生成等による電子等によるために、同じ質量をもつ電子同士の相互作用となり、広い領域に広がった分布状態となる。
図9及び図10は、このような状況をモデル化して示したものである。
中性子によってラジエータ2から弾き出された反跳陽子は、当初の方向を保って検出素子1の電極11、空乏層12内を直進し、そのエネルギーに相当する飛程だけ移動し、その移動経路の直近に高密度の電子−正孔対を生成する。
【0019】
一方、γ線により散乱または生成された電子等による電子−正孔対の生成領域は、モデル的に示すと、電子等が生成された位置を起点として、電子等が最初に飛び出した方向を直径方向とし、且つ電子等の初期エネルギーに相当する飛程を直径とする球状となる。図9及び図10では、γ線の入射方向と同じ方向に電子等が飛び出した場合を示しており、これは、コンプトン効果の場合には最も大きなエネルギーの電子が散乱される場合に相当する。小さな円で示したのは、γ線のエネルギーが小さい( 100KeV台)場合であり、大きな円で示したのは、γ線のエネルギーが大きい(5MeV前後)場合である。
【0020】
図9のようにγ線が検出素子1の電極11に垂直近くに入射する場合には、電子−正孔対の生成領域が検出素子1の空乏層12の全域にわたることはないが、図10のようにγ線が検出素子1の電極11に傾いて入射する場合には、電子−正孔対の生成領域が検出素子1の空乏層12の全域にわたることがあり、このような場合には、空乏層12内で生成された電子−正孔対の数が最大となり、従来技術の項で説明したように、16Nが発生する 6.1MeVのγ線によって、検出素子1が最大値で1MeV相当の電流パルスを検出することになる。
【0021】
以上の説明は、ヘテロ接合型のシリコンダイオードの場合であるが、pn接合型のシリコンダイオードの場合も全く同様である。
参考までに、電子のシリコン中の飛程を示すと、電子のエネルギーが50KeVの場合には約13μm 、 100KeVでは約54μm 、 200KeVでは約 190μm 、 500KeVでは約 770μm 、1MeVでは約 1.7mm、2MeVでは約 4.0mm、5MeVでは約11mm、16Nが発生する 6.1MeVのγ線による最大エネルギーの電子( 5.9MeV)では約13mmである。
【0022】
また、個人警報線量計に加えられた衝撃によって発生する図11に示したようなノイズは、「従来の技術」の項で説明したように、個人警報線量計に加えられた衝撃に伴う検出素子1の変形・振動による検出素子1の静電容量の変化によるものと考えられる。したがって、このノイズの発生も反跳陽子による電子−正孔対の生成領域のように検出素子の局部に限られるものではなく、検出素子の有感部全面にわたるものであろう。
【0023】
この発明は、16Nが発生する 6.1MeVのγ線のようなエネルギーの大きいγ線による電子−正孔対の分布が検出素子1の空乏層12の広い領域に広がっていること、及び、衝撃に伴うノイズの発生が検出素子の有感部全面にわたるものであること、を利用して、広い領域から検出される信号と、反跳陽子による電子−正孔対のような狭い領域に限定されて発生する信号と、を区別することによって、反跳陽子による信号だけを計数するようにしたものである。
【0024】
請求項1の発明は、水素を高密度に含むラジエータと中性子との相互作用で発生する反跳陽子が検出素子内で生成する電子−正孔対を、検出素子の空乏層の電界で分離して電流パルスとして取り出し、この電流パルスの電荷量を計測することによって中性子を検出する中性子検出器であって、
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において渦巻き形状を呈する第1、第2の電極と、これら第1,第2の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において互いに嵌め合わされた渦巻き状をなす第1,第2の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第1,第2の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する2組の計測・識別回路と、前記2組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、を備えている。
【0025】
検出素子の空乏層を互いに嵌め合わされた形状をなす第1,第2の空乏層に分割してそれぞれで電流パルスを検出し、両空乏層で同時に所定値以上の電荷量の電流パルスを検出した場合には、その信号を中性子の検出信号とはしないので、電子−正孔対が広い領域にわたって生成されるγ線の電流パルスの計数及び衝撃に伴うノイズの計数が排除され、波高値識別レベルを従来の1/2以下までに低減してもγ線による電流パルスを計数することがなくなって、エネルギーレベルのより低い中性子の検出が可能となり、且つ衝撃に伴う誤計数が少なくなる。
【0026】
特に、請求項1の発明においては、第1,第2の空乏層の前記平面形状を、互いに嵌め合わされた渦巻き状としている。互いに嵌め合わされた渦巻き状とすると、どの方向から入射するγ線に対してもその形状がほぼ同等となるので、方向特性の優れた検出素子を得ることができ、且つ、2つの空乏層が嵌め合わされることによって、衝撃に伴う高次の振動に対しても2つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、高次の振動を含むノイズも排除することができる。
【0027】
請求項2の発明は、水素を高密度に含むラジエータと中性子との相互作用で発生する反跳陽子が検出素子内で生成する電子−正孔対を、検出素子の空乏層の電界で分離して電流パルスとして取り出し、この電流パルスの電荷量を計測することによって中性子を検出する中性子検出器であって、
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において櫛の歯形状を呈する第1、第2の電極と、これら第1,第2の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において両側から互いに嵌め合わされた櫛の歯状をなす第1,第2の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第1,第2の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する2組の計測・識別回路と、前記2組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、を備えている。
この請求項2の発明のように、第1,第2の空乏層の前記平面形状を、両側から嵌め合わされた櫛の歯状にすると、入射方向に対する形状の違いはあるが、パターンの細密化が容易であり、且つ、このパターンの電極をマスク蒸着等のマスクを使用する方法で形成する場合には、そのためのマスクの製作も容易である。なお、入射方向に対する形状の違いによる方向特性は、パターンの細密化によって改善できる。更に、請求項1の発明と同様に、2つの空乏層が嵌め合わされることによって、衝撃に伴う高次の振動に対しても2つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、高次の振動を含むノイズも排除することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
この発明による中性子検出器は、図1に示すように、中性子によって反跳陽子を生成させるラジエータ2と、反跳陽子を検出するための、2つの対等な電極(第1の電極13及び第2の電極14)をもつヘテロ接合型の検出素子1aと、電極毎に接続されたアンプ3及び波高値識別回路4と、2つの波高値識別回路4の信号が入力されるアンチコインシデンス演算回路5と、不図示の計数回路と、で構成されている。
【0029】
2つの対等な電極13及14は、図1では単純に左右に分けて示してあるが、実際には、図2〜図6に示すように、両電極が互いに嵌め合わされていて、はるかに複雑な形状をしている。これは、γ線によって検出素子1a内に生成される電子−正孔対を、両電極ができるだけ等分してパルス電流として取り出せるようにするためであり、且つ、衝撃に伴う振動による変形、特に高次の振動を含む振動による変形が、両電極でそれほど違わないようにするためである。この2つの電極13及び14に対応して、それぞれに第1の空乏層15及び第2の空乏層16が形成されており、この空乏層15及び16の高い電界強度によって、空乏層内の電子−正孔対が、電子及び正孔に分離されて、それぞれの対応する電極13または14から電流パルスとして取り出される。
【0030】
電極13または14から取り出されたそれぞれの電流パルスは、アンプ3によって積分・増幅されて、その電流パルスの電荷量に相当する波高値のパルス信号に変換される。このパルス信号が、波高値識別回路4に入力されて所定の波高値以上か否かを識別され、所定の波高値以上であれば、波高値識別回路4は計数信号をアンチコインシデンス演算回路5に出力する。アンチコインシデンス演算回路5は、2つの入力部の両方に同時に計数信号を入力された場合には、計数回路へ計数信号を出力せず、2つの入力部のいずれかだけに計数信号を入力された場合に限って、計数信号を出力する。このアンチコインシデンス演算回路5の機能は、検出素子1aの広い領域に広がって電極13及び14の両方に同時に取り出される電流パルスは、γ線による電子−正孔対に由来するもの、または衝撃による検出素子1aの変形に伴うもの、であるから計数対象とはせず、狭い領域に限られて電極13及び14のいずれかだけに取り出される電流パルスが中性子による電子−正孔対に由来するものであるから計数対象とする、ということに相当する。
【0031】
ここで、まず、γ線の影響の低減効果について説明する。
上記のような構成にすることによって、従来技術においては約1MeVにも達していた16Nのγ線( 6.1MeV)による最大波高値を、その数分の1に低減することができる。すなわち、電極が2分割されることによって、それぞれの電極に取り出される電流パルスの電荷量が約1/2となり、更に、電子−正孔対が広い領域に広がる場合、すなわち散乱電子または生成電子のエネルギーが大きい場合、には、互いに対等な2つの電極が取り出す電流パルスはほぼ等しくなるので、その計数信号はアンチコインシデンス演算回路5によって計数対象から排除され、波高値識別回路4の所定波高値を大幅に低減しないかぎりγ線による計数信号を計数することはなくなる。
【0032】
ここで、第1の電極13及び第2の電極14の電極幅が共に 0.1mmで、第1の電極13及び第2の電極14が交互に配置されて両電極の間隔も 0.1mmである場合を想定して、波高値識別回路4の所定波高値をどこまで低減できるかを推定する。
電子の飛程が 0.3mm(エネルギーとしては 300KeV弱)を越えていれば、必ず電極13の空乏層15及び電極14の空乏層16の両方に電子−正孔対の発生領域が及ぶことになり、両電極13及び14で電流パルスが取り出される。但し、 0.3mmをやっと越える程度では、発生領域が両電極に対等には分布しないから、散乱電子等の散乱位置や散乱方向等によって両電極に取り出される電流値にかなりの差を生ずる可能性がある。電子の飛程が 0.8mm(エネルギーとしては約 500KeV)以上であれば、電子−正孔対の発生領域が両電極13及び14にかなり対等に及んでくるので、アンチコインシデンス演算回路5が有効に機能してくるであろう。したがって、電極幅及び電極間隔が共に 0.1mmの場合であれば、16Nが発生する 6.1MeVのγ線による電子−正孔対の分布は十分に均等であり、アンチコインシデンス演算回路5が有効に機能すると考えることができる。
【0033】
一方、16Nが発生する 6.1MeVのγ線による電子−正孔対の内で、従来の電極に取り出されていたものは、電極部と間隔部とでほぼ等分され、更に、両電極に2分割されるので、電極13及び14に取り出されるそれぞれの電荷量の最大値は、1MeV/(2×2)= 250KeVに相当し、しかも、これらの大部分はアンチコインシデンス演算回路5で排除される。したがって、波高値識別回路の所定波高値を 250KeV未満に設定することができる。
【0034】
当然のことながら、電極幅及び電極間隔を狭くすれば、アンチコインシデンス演算回路5がより効果的に機能するので、この所定波高値をより低く設定することができる。
なお、電極面積が小さくなると中性子検出面積が低減する。中性子検出面積を低減させないためには、電極幅に対する電極間隔の比を小さくすることが有効である。しかし、この場合には、電極部と間隔部との面積比に応じて、電極13及び14に取り出されるそれぞれの電荷量の最大値が、250 KeVより大きくなる。例えば、電極の面積比率を大きくするために、両電極幅を 0.2mm、電極間距離を 0.1mmとした場合の所定波高値を推定すると、上記と同様にして、1MeV×(2/3)×(1/2)≒ 333KeV未満となる。
【0035】
中性子検出感度は、中性子検出面積と所定波高値とで決まる。所定波高値が低くなると、これまでには検出できなかったエネルギーの低い反跳陽子も検出できるようになるので、中性子の検出確率が高くなる。したがって、中性子検出感度は、面積の低減分ほどには低減せず、高エネルギー領域では低減しても、1MeVに近い低エネルギー領域では逆に増加する。
【0036】
以上においては、電極形状で空乏層の平面形状が決まるヘテロ接合型ダイオードの場合を説明してきたが、電極の形状をp+ 層またはn+ 層の形状に置き換えれば、pn接合型ダイオードの場合となる。
以上においては、γ線の影響の低減効果について説明したが、衝撃に伴うノイズの影響を低減する効果も、γ線の場合とほぼ同様である。すなわち、中性子検出器が衝撃を受けた場合には、検出素子1aを搭載している不図示の基板やセラミックパッケージが振動し、その振動に伴う変形によって検出素子1aが変形する。この変形は、「従来の技術」の項で説明したように、5〜10kHz程度の振動に更に高次の振動が重畳されたものと推定され、検出素子全体がその振動に伴って変形しているものと考えられる。したがって、上記のような2つの対等な電極(第1の電極13及び第2の電極14)とすることによって、衝撃による検出素子の変形を両電極13及び14で同等に受けさせれば、この変形によるアンプ出力が波高値識別回路4の所定波高値を越えても、これらの大部分はアンチコインシデンス演算回路5で排除される。
【0037】
以下に、検出素子(ヘテロ接合型)の電極形状の実施例を説明する。
〔電極形状の第1の実施例〕
図2は、この発明による中性子検出器に使用される検出素子の電極形状の第1の実施例を示すパターン図である。
この実施例は、全く同じ形状の渦巻き状のパターンが2つ組み合わされており、検出素子1aの中央を中心として第1の電極13を180 度回転すると第2の電極14となる。
【0038】
この電極形状の特徴は、上下左右のどの方向からみてもほぼ同じ形状をしているので、電極幅を広くしても方向特性がそれほど悪くならないことである。
〔電極形状の第2の実施例〕
図3は、電極形状の第2の実施例を示すパターン図である。
この実施例は、全く同じ形状の渦巻き状のパターンが4つ組み合わされており、検出素子1bの中央を中心として第1の電極13b を反時計方向に90度ずつ回転すると、第2の電極14b 、第3の電極17、第4の電極18となる。これらの電極は、アンプ3への接続の際に、第1の電極13b 及び第3の電極17と、第2の電極14b 及び第4の電極18とが、それぞれ同じアンプ3に接続され、第1の電極13b 及び第3の電極17が図1における第1の電極13に相当し、第2の電極14b 及び第4の電極18が図1における第2の電極14に相当する。
【0039】
この電極形状の特徴は、方向特性が第1の実施例より更に優れていること、及び、個々の渦巻きの長さが第1の実施例の1/2になるので、金属マスクを用いた蒸着やスパッタリングで電極を形成する場合の、金属マスクの製作及びその使用が容易になること、である。
〔第3の実施例〕
図4は、電極形状の第3の実施例を示すパターン図である。
【0040】
この実施例は、第1の実施例における渦巻きを直線状のパターンの組合せに置き換えたものである。このパターンの特徴は、パターンを容易に形成できること、及び検出素子1cの面積を有効に活用できること、である。この実施例は、渦巻き状のパターンに比べて方向特性がやや悪くなるが、電極幅を幾らか狭めることによって十分に改善することができる。
【0041】
図2、図3及び図4においては、電極幅と電極間距離とが同じに示されているが、前述したように、高エネルギー側の中性子検出感度を低下させないためには、可能な限り電極間距離を狭くすることが望ましい。
〔第4の実施例〕
図5は、電極形状の第4の実施例を示すパターン図である。
【0042】
この実施例は、櫛の歯状のパターンを2つ組み合わせたものであり、検出素子1dの中央を中心として第1の電極13d を180 度回転すると第2の電極14d となる。
この実施例は、渦巻き状のパターンと異なり、方向によってパターンの横切り方が大きく異なるので、方向特性が渦巻き状のパターンに比べて悪くなる。しかし、所定波高値に相当する電子の飛程に対応させて電極幅及び電極間距離を狭めれば、電子−正孔対の生成領域の広がりによって、方向特性を改善することができる。
【0043】
この実施例の特徴は、金属マスクを用いた蒸着やスパッタリングで電極を形成する場合の、金属マスクの製作及びその使用が容易なことである。その理由は、パターンが直線状であること、及び櫛の歯の両端に第1電極13d 及び第2電極14d の間のキャップを有しているので、この部分がマスクの細かいパターンの部分を両側で支えること、である。
【0044】
〔第5の実施例〕
図6は、電極形状の第5の実施例を示すパターン図である。
この実施例は、実効的には、第4の実施例を左右2つの領域に分けて形成したものに相当し、中央から両側に形成された櫛の歯をもつ第2の電極14e と、この右半分に嵌め合わされた第1の電極13e と、第2の電極14e の左半分に嵌め合わされた第3の電極17e と、で構成されている。この実施例では、マスクの細かいパターンの部分を支える部分が3ヵ所になっており、金属マスクの製作及びその使用がより容易になる。なお、第1の電極13e と第3の電極17e とが同じアンプへ接続されて、図1における電極13と同等となる。
【0045】
このような領域の分割は、電極間隔を狭くする場合に有効であって、必要に応じて、領域の分割を更に細かくして、マスクの細かいパターンの部分を支えるための保持部を多くすればよい。この場合には、アンプとの接続時に、これらの分割された電極を、図1における対等な2つの電極となるように接続することになる。
【0046】
【発明の効果】
本発明においては、検出素子の空乏層を反跳陽子入射面側からみた平面形状において互いに嵌め合わされた形状(渦巻き状、もしくは、櫛の歯状)をなす第1,第2の空乏層に分割してそれぞれで電流パルスを検出し、両空乏層で同時に所定値以上の電荷量の電流パルスを検出した場合には、その信号を中性子の検出信号とはしないので、電子−正孔対が広い領域にわたって生成されるγ線の電流パルスの計数及び衝撃に伴うノイズの計数が排除され、波高値識別レベルを従来の1/2以下までに低減してもγ線による電流パルスを計数することがなくなって、エネルギーレベルのより低い中性子の検出が可能となり、且つ衝撃に伴う誤計数が少なくなる。したがって、この発明によれば、より低いエネルギーの中性子まで検出することができ、且つ、机の上で倒す程度の衝撃によっては誤計数することがなくて安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することができ、この高中速中性子用の中性子検出器と熱中性子検出器とを併用することによって、より優れたエネルギー特性をもつ中性子検出器を提供することができる。
【0047】
とくに、請求項1の発明においては、第1,第2の空乏層の反跳陽子入射面側からみた平面形状を、互いに嵌め合わされた渦巻き状とするので、どの方向から入射するγ線に対してもその形状がほぼ同等となり、方向特性の優れた検出素子を得ることができ、且つ、2つの空乏層が嵌め合わされることによって、衝撃に伴う高次の振動に対しても2つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、高次の振動を含むノイズも排除することができて、より安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することができる。
【0048】
また、請求項2の発明においては、第1,第2の空乏層の反跳陽子入射面側からみた平面形状を、両側から嵌め合わされた櫛の歯状としているので、入射方向に対する形状の違いはあるが、パターンの細密化が容易であり、且つ、このパターンの電極をマスク蒸着等のマスクを使用する方法で形成する場合には、そのためのマスクの製作も容易である。なお、入射方向に対する形状の違いによる方向特性は、パターンの細密化によって改善できる。更に、請求項1の発明と同様に、2つの空乏層が嵌め合わされることによって、高次の振動に対しても2つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、衝撃に伴う高次の振動を含むノイズも排除することができて、より安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による中性子検出器の構成を示す概念図
【図2】この発明による中性子検出器に使用される検出素子の電極形状の第1の実施例を示すパターン図
【図3】第2の実施例を示すパターン図
【図4】第3の実施例を示すパターン図
【図5】第4の実施例を示すパターン図
【図6】第5の実施例を示すパターン図
【図7】従来技術による中性子検出器の構成を示す概念図
【図8】従来技術による検出素子の電極形状の一例を示すパターン図
【図9】検出素子による中性子及びγ線の検出を説明するための概念図
【図10】従来技術による検出素子の問題点を説明するための概念図
【図11】従来技術による中性子検出器の問題点を説明するための個人警報線量計の衝撃試験結果を示すアンプ出力チャート
【符号の説明】
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e 検出素子
11 電極
12 空乏層
13, 13b, 13c, 13d, 13e 第1の電極
14, 14b, 14c, 14d, 14e 第2の電極
15 第1の空乏層
16 第2の空乏層
17, 17e 第3の電極
18 第4の電極
2 ラジエータ
3 アンプ
4 波高値識別回路
5 アンチコインシデンス演算回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to neutrons used in personal alarm dosimeters for managing radiation doses of workers working in radiation control areas such as nuclear power plants and dosimeters for monitoring radiation doses in the environment. It relates to a detector.
[0002]
[Prior art]
Neutrons are radiation that has no electric charge and is difficult to detect directly because of its weak interaction with matter. Therefore, a neutron detector employs a method of detecting neutrons via protons and α rays generated by interaction with a substance having a large cross-sectional area of interaction with neutrons. Fast neutrons and medium neutrons are detected by recoil protons from a radiator such as polyethylene containing hydrogen at high density.TenB or7Detected by alpha rays emitted by nuclear reaction with Li. A semiconductor detecting element that uses a depletion layer formed in a diode to which a reverse bias is applied is commonly used as a means for detecting recoil protons and α rays.
[0003]
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration of a neutron detector for high and medium speed neutrons provided with the
This neutron detector includes a semiconductor detection element (hereinafter abbreviated as a detection element) 1 in which a depletion layer 12 is formed on the side of an upper surface electrode (simply an electrode in FIG. 7) 11 applied with a reverse bias, and a surface thereof. A
[0004]
As the
[0005]
The
The energy of recoil protons differs depending on the scattering direction after elastic collision, but since the mass of neutrons and the mass of protons are almost the same, it is most likely that the neutrons are scattered in the same direction as the incident neutrons. It becomes the same as the energy of the neutron just before the collision, and decreases as the scattering direction is tilted from the incident direction and becomes a continuous distribution up to zero.
[0006]
When recoiled protons enter a substance, they generate electron-hole pairs by interaction with the substance and move through the substance while consuming energy. Since the proton mass is three orders of magnitude greater than the electron mass, the recoil proton moves through the material with almost no change in its direction, and the electron-hole pair generated by the recoil proton is the recoil proton's mass. It is distributed in a high density only in the very vicinity of the passage route.
[0007]
For reference, the range of protons in silicon is about 18 μm when the energy is 1 MeV, about 48 μm at 2 MeV, about 150 μm at 4 MeV, about 730 μm at 10 MeV, and about 1500 μm at 15 MeV.
The range of protons in the air is about 20 mm at 1 MeV and about 70 mm at 2 MeV, so if the distance between the
[0008]
Therefore, when the material of the
Such a neutron detector for high and medium speed neutrons is used in an environment where not only neutrons but also γ rays and β rays are mixed. Moreover, the above detection element generates electron-hole pairs by electrons, positive electrons and β-rays by Compton effect by γ-ray generation and electron pair generation, etc., and similar to electron-hole pairs by recoil protons, Generate a current pulse. Especially in nuclear power plants, etc., it is generated by the reaction of nitrogen and neutrons in water.16There is a 6.1 MeV gamma ray emitted by N, and it is necessary to distinguish this high energy level gamma ray signal from the neutron signal. In the prior art, in order to discriminate between 6.1 MeV γ rays and neutrons, the discriminating level of the peak value
[0009]
Thus, in the conventional neutron detector for high and medium speed neutrons, the discrimination level of the peak
on the other hand,TenB or7A neutron detector of a type that detects neutrons by α rays emitted by a nuclear reaction with Li is usually called a thermal neutron detector. With neutronsTenThe cross-sectional area of interaction with B or the like is the maximum in the case of thermal neutrons, and gradually decreases as the energy increases. Therefore, the neutron detection sensitivity of the thermal neutron detector is greatest for thermal neutrons, and decreases as the energy increases.
[0010]
In general, a neutron detector for high and medium speed neutrons using a
[0011]
Since silicon, which is a material of the detection element used in these neutron detectors, is a material that exhibits a large piezoelectric effect, when an impact is applied to the neutron detector and the detection element vibrates and deforms with the impact, The deformation changes the capacitance of the detection element. As a result, the
[0012]
On the other hand, personal alarm dosimeters for managing radiation exposure doses of workers working in radiation control areas such as nuclear power plants have been reduced in size, weight and thickness to improve portability. Strong demand. For this reason, in the case of personal alarm dosimeters, it has become difficult to ensure that the detection element is attached to a highly rigid substrate or ceramic package as described above. In the conventional detector of the shape and size of the device, when the personal alarm dosimeter is subjected to an impact, an erroneous count of several counts may occur as described in the next paragraph. In the case of a thermal neutron detector,TenSince the cross-sectional area of the interaction with B or the like is large, the detection sensitivity of thermal neutrons is high, and a count value corresponding to a management level such as an alarm level is sufficiently large. Therefore, such miscounting hardly causes a problem. However, in the case of neutron detectors for high and medium speed neutrons, the cross section of the interaction between high and medium speed neutrons and hydrogen nuclei isTenCompared with the case of a detector of the same size, the detection sensitivity is about 1/100 that of a thermal neutron detector, and the number of counts is as above. Even the miscounting of is greatly affected, and the required measurement accuracy cannot be ensured.
[0013]
FIG. 11 is a recording chart showing an output waveform output by an amplifier of a neutron detector for high and medium speed neutrons when an impact is applied to a personal alarm dosimeter that is small, light, and thin. The horizontal axis of the recording chart is the elapsed time since the impact was applied. (A) is one scale of 200 μs, and (b) is 1 scale of 1 ms. The vertical axis represents the amplifier output, and the dotted line corresponds to the discrimination level of the peak value discrimination circuit. To apply impact to the personal alarm dosimeter, place the personal alarm dosimeter on a steel desk and place an iron piece weighing about 1.8 g on the outer surface where the neutron detector for high and medium speed neutrons is stored. It is a method of dropping from a height of 10cm. This method is almost equivalent to a case where a personal alarm dosimeter standing on a steel desk is brought down.
[0014]
Judging from this chart and other similar charts, the amplifier output waveform is a damped vibration in which higher-order vibration is superimposed on the vibration of 5 kHz to 10 kHz, and the influence of the impact is almost disappeared in 5 to 10 ms. However, as can be seen from (a), the portion exceeding the discrimination level of the peak value discrimination circuit has occurred several times, and this is an erroneous count, so it is a large neutron detector for high and medium speed neutrons. It is a problem.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to detect even lower energy neutrons in order to eliminate the underestimation of the neutron exposure dose as described above, and erroneously count depending on the degree of impact on the desk. It is to provide a neutron detector for high and medium speed neutrons that has a stable measurement accuracy.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a situation in which recoil protons by neutrons generate electron-hole pairs, a situation in which scattered electrons or generated electrons by γ rays generate electron-hole pairs, and a situation in which noise is generated by impact. Based on the difference, the current pulse signal due to γ rays and the noise due to impact are identified.
[0017]
The situation where neutron recoil protons generate electron-hole pairs, as explained in the section of “Prior Art”, is limited to the very vicinity of the passing path of recoil protons that travel almost straight. High density electron-hole pairs are generated. Moreover, the range is as short as about 18 μm when the energy is 1 MeV, about 48 μm at 2 MeV, about 150 μm at 4 MeV, about 730 μm at 10 MeV, and about 1500 μm at 15 MeV. Therefore, the region where the detection element detects the electron-hole pair by the recoil proton is limited to the vicinity of the recoil proton incident position.
[0018]
On the other hand, the state of generation of electron-hole pairs by γ-rays is due to the interaction of electrons having the same mass due to the Compton effect, electrons by electron pair generation, etc., and a distribution state spread over a wide region.
FIGS. 9 and 10 show such a situation as a model.
The recoil protons ejected from the
[0019]
On the other hand, the generation region of electron-hole pairs by electrons scattered or generated by γ-rays, when modeled, shows the direction in which electrons etc. first jumped from the position where the electrons etc. were generated as the starting point. It becomes a spherical shape with a diameter corresponding to the initial energy of electrons and the like. FIGS. 9 and 10 show a case where electrons and the like are ejected in the same direction as the incident direction of γ-rays. This corresponds to the case where the electron with the largest energy is scattered in the case of the Compton effect. A small circle indicates a case where the γ-ray energy is small (on the order of 100 KeV), and a large circle indicates a case where the γ-ray energy is large (around 5 MeV).
[0020]
As shown in FIG. 9, when γ rays enter the electrode 11 of the
[0021]
The above description is for a heterojunction type silicon diode, but the same is true for a pn junction type silicon diode.
For reference, the range of electrons in silicon is approximately 13 μm when the electron energy is 50 KeV, approximately 54 μm at 100 KeV, approximately 190 μm at 200 KeV, approximately 770 μm at 500 KeV, approximately 1.7 mm at 1 MeV, and approximately 2 mm at 2 MeV. About 4.0mm, about 11mm at 5MeV,16The maximum energy electron (5.9 MeV) produced by 6.1 MeV gamma rays in which N is generated is about 13 mm.
[0022]
In addition, as described in the section of “Prior Art”, the noise generated by the impact applied to the personal alarm dosimeter is the detection element associated with the impact applied to the personal alarm dosimeter. This is considered to be due to a change in the capacitance of the
[0023]
This invention16Generation of N The distribution of electron-hole pairs by gamma rays with high energy such as 6.1 MeV gamma rays spreads over a wide area of the depletion layer 12 of the
[0024]
According to the first aspect of the present invention, electron-hole pairs generated in the detection element by recoil protons generated by the interaction of a neutron with a radiator containing hydrogen at high density are separated by an electric field of a depletion layer of the detection element. A neutron detector that detects neutrons by taking out the current pulses and measuring the amount of charge of the current pulses,
Corresponding to the first and second electrodes having a spiral shape in the planar shape seen from the recoil proton incident surface provided on the detection element so as to be fitted to each other, and the first and second electrodes,The depletion layer has a planar shape viewed from the recoil proton incident surface side.The first and second spirals fitted togetherDetection element divided into depletion layers, and the detection elementFirst and secondTwo sets of measurement / identification circuits connected to each of the depletion layers and measuring a charge amount of each current pulse and outputting a signal when the charge amount is a predetermined value or more, and the two sets of measurement / identification An arithmetic circuit that does not output a neutron detection signal when a signal is input simultaneously from both circuits and outputs a neutron detection signal when a signal is input from only one of the circuits.
[0025]
The depletion layers of the sensing elementsFirst and second fitting shapesWhen the current pulse is detected by dividing into the depletion layers, and the current pulses with the charge amount equal to or greater than the predetermined value are detected simultaneously in both depletion layers, the signal is not used as the neutron detection signal. The counting of current pulses of γ-rays generated over a wide area of hole pairs and the counting of noise due to impact are eliminated, and current pulses by γ-rays are reduced even if the peak value discrimination level is reduced to less than half of the conventional level. Counting is eliminated, neutrons with lower energy levels can be detected, and miscounting associated with impact is reduced.
[0026]
In particular,In the invention of claim 1The first and secondThe planar shape of the depletion layer is a spiral shape fitted togetherIt is said.When the spirals are fitted to each other, the shape is almost the same for γ rays incident from any direction, so that a detection element with excellent direction characteristics can be obtained, and two depletion layers are fitted. By being combined, the two depletion layers are subjected to equivalent deformation even with respect to higher-order vibration caused by impact, and noise including higher-order vibration can be eliminated.
[0027]
According to the second aspect of the present invention, electron-hole pairs generated in the detection element by recoil protons generated by the interaction of a neutron with a radiator containing hydrogen at high density are separated by an electric field of a depletion layer of the detection element. A neutron detector that detects neutrons by taking out the current pulses and measuring the amount of charge of the current pulses,
Corresponding to the first and second electrodes having a comb tooth shape in a planar shape viewed from the recoil proton incident surface provided on the detection element so as to be fitted to each other, and the first and second electrodes. A detection element in which the depletion layer is divided into first and second depletion layers each having a comb-like shape fitted from both sides in a planar shape viewed from the recoil proton incident surface side; Two measurement / identification circuits connected to each of the first and second depletion layers, measuring the charge amount of each current pulse and outputting a signal when the charge amount is equal to or greater than a predetermined value; An arithmetic circuit that does not output a neutron detection signal when a signal is input simultaneously from both of the two measurement / identification circuits, and outputs a neutron detection signal when a signal is input from only one of the circuits It is equipped with.
As in the second aspect of the invention, the first and secondThe planar shape of the depletion layerBothWhen the teeth are comb-fitted from the side, there is a difference in the shape with respect to the incident direction, but the pattern can be easily densified, and the electrodes of this pattern are formed by a method using a mask such as mask vapor deposition. In some cases, it is easy to manufacture a mask for this purpose. Note that the directional characteristics due to the difference in shape with respect to the incident direction can be improved by making the pattern finer. In addition, billingItem 1As with the invention, the two depletion layers are fitted together, so that the two depletion layers are subject to the same deformation with respect to higher-order vibration caused by impact, and noise including higher-order vibration is also eliminated. can do.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the neutron detector according to the present invention includes a
[0029]
Although the two
[0030]
Each current pulse taken out from the
[0031]
Here, the effect of reducing the influence of γ rays will be described first.
By adopting the configuration as described above, the conventional technology has reached about 1 MeV.16The maximum peak value due to N γ rays (6.1 MeV) can be reduced to a fraction of that. That is, by dividing the electrode into two, the charge amount of the current pulse taken out to each electrode is reduced to about ½, and when the electron-hole pair spreads over a wide region, that is, scattered electrons or generated electrons. When the energy is large, the current pulses taken out by the two electrodes that are equal to each other are almost equal, so that the counting signal is excluded from the counting target by the anti-coincidence calculation circuit 5, and the predetermined peak value of the peak
[0032]
Here, the electrode widths of the
If the electron range exceeds 0.3 mm (energy is less than 300 KeV), the generation region of electron-hole pairs will always reach both the depletion layer 15 of the
[0033]
on the other hand,16Of the electron-hole pairs generated by N-generated 6.1 MeV γ-rays that have been extracted to the conventional electrodes, they are divided approximately equally between the electrode part and the spacing part, and further divided into two parts. Therefore, the maximum value of the respective charge amounts taken out to the
[0034]
Naturally, if the electrode width and the electrode interval are reduced, the anti-coincidence calculation circuit 5 functions more effectively, so that the predetermined peak value can be set lower.
When the electrode area is reduced, the neutron detection area is reduced. In order not to reduce the neutron detection area, it is effective to reduce the ratio of the electrode spacing to the electrode width. However, in this case, the maximum value of the amount of charge extracted to the
[0035]
The neutron detection sensitivity is determined by the neutron detection area and a predetermined peak value. When the predetermined peak value becomes low, recoil protons with low energy that could not be detected so far can also be detected, so that the detection probability of neutrons becomes high. Therefore, the neutron detection sensitivity does not decrease as much as the reduction in area, but increases in the low energy region close to 1 MeV even if it decreases in the high energy region.
[0036]
In the above, the case of a heterojunction diode in which the planar shape of the depletion layer is determined by the electrode shape has been described.+Layer or n+If the shape of the layer is replaced, the case of a pn junction diode is obtained.
In the above, the effect of reducing the influence of γ rays has been described, but the effect of reducing the influence of noise associated with an impact is almost the same as in the case of γ rays. That is, when the neutron detector receives an impact, a substrate or a ceramic package (not shown) on which the detection element 1a is mounted vibrates, and the detection element 1a is deformed by deformation accompanying the vibration. As described in the section of “Prior Art”, this deformation is presumed that higher-order vibration is superimposed on the vibration of about 5 to 10 kHz, and the entire detection element is deformed along with the vibration. It is thought that there is. Therefore, by using the two equal electrodes (
[0037]
Examples of the electrode shape of the detection element (heterojunction type) will be described below.
[First Example of Electrode Shape]
FIG. 2 is a pattern diagram showing a first embodiment of the electrode shape of the detection element used in the neutron detector according to the present invention.
In this embodiment, two spiral patterns having exactly the same shape are combined. When the
[0038]
The feature of this electrode shape is that it has substantially the same shape when viewed from the top, bottom, left, and right directions, so that the directional characteristics do not deteriorate so much even if the electrode width is widened.
[Second Example of Electrode Shape]
FIG. 3 is a pattern diagram showing a second embodiment of the electrode shape.
In this embodiment, four spiral patterns having exactly the same shape are combined. When the
[0039]
The characteristics of this electrode shape are that the directional characteristics are further superior to those of the first embodiment, and the length of each spiral is ½ that of the first embodiment, so that vapor deposition using a metal mask is performed. When the electrode is formed by sputtering or sputtering, the metal mask can be easily manufactured and used.
[Third embodiment]
FIG. 4 is a pattern diagram showing a third embodiment of the electrode shape.
[0040]
In this embodiment, the spiral in the first embodiment is replaced with a combination of linear patterns. The features of this pattern are that the pattern can be easily formed and that the area of the detection element 1c can be effectively utilized. This embodiment has a slightly worse directional characteristic than the spiral pattern, but can be sufficiently improved by narrowing the electrode width somewhat.
[0041]
2, 3 and 4, the electrode width and the inter-electrode distance are shown to be the same. However, as described above, in order not to reduce the neutron detection sensitivity on the high energy side, the electrodes are as much as possible. It is desirable to narrow the distance.
[Fourth embodiment]
FIG. 5 is a pattern diagram showing a fourth embodiment of the electrode shape.
[0042]
In this embodiment, two comb-like patterns are combined, and when the
In this embodiment, unlike the spiral pattern, the pattern traversing method differs greatly depending on the direction, so that the directional characteristics are worse than those of the spiral pattern. However, if the electrode width and the distance between the electrodes are reduced in accordance with the range of electrons corresponding to a predetermined peak value, the direction characteristics can be improved by the expansion of the electron-hole pair generation region.
[0043]
The feature of this embodiment is that the metal mask can be easily manufactured and used when the electrode is formed by vapor deposition or sputtering using the metal mask. The reason for this is that the pattern is linear and that there are caps between the
[0044]
[Fifth embodiment]
FIG. 6 is a pattern diagram showing a fifth embodiment of the electrode shape.
This embodiment is effectively equivalent to the fourth embodiment formed by dividing the left and right regions into two regions, a
[0045]
Such division of the region is effective when the electrode interval is narrowed, and if necessary, the division of the region is further refined to increase the number of holding portions for supporting the fine pattern portion of the mask. Good. In this case, at the time of connection with the amplifier, these divided electrodes are connected so as to be two equal electrodes in FIG.
[0046]
【The invention's effect】
Main departureIn the light, the depletion layer of the detection elementIn the plane shape seen from the recoil proton incident surface sideIniFirst and second fitting shapes (swirl or comb teeth)When the current pulse is detected by dividing into the depletion layers, and the current pulses with the charge amount equal to or greater than the predetermined value are detected simultaneously in both depletion layers, the signal is not used as the neutron detection signal. The counting of current pulses of γ-rays generated over a wide area of hole pairs and the counting of noise due to impact are eliminated, and current pulses by γ-rays are reduced even if the peak value discrimination level is reduced to less than half of the conventional level. Counting is eliminated, neutrons with lower energy levels can be detected, and miscounting associated with impact is reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to detect even lower energy neutrons, and for high and medium speed neutrons that have stable measurement accuracy without being erroneously counted due to the impact of being tilted on a desk. A neutron detector can be provided, and by using this neutron detector for high and medium speed neutrons and a thermal neutron detector in combination, a neutron detector having better energy characteristics can be provided.
[0047]
In particularDemandItem 1In the invention,1st and 2ndDepletion layerFrom the recoil-proton incident surface sideSince the surface shape is a spiral shape fitted to each other, the shape is almost the same for γ rays incident from any direction, a detection element with excellent direction characteristics can be obtained, and two depletions By fitting the layers together, the two depletion layers are subject to the same deformation even with higher-order vibrations caused by impact, and noise including higher-order vibrations can be eliminated, making it more stable. It is possible to provide a neutron detector for high and medium speed neutrons having the measured accuracy.
[0048]
In addition,DemandItem 2In the invention,1st and 2ndDepletion layerFrom the recoil-proton incident surface sideComb tooth shape fitted from both sidesBecauseAlthough there is a difference in the shape with respect to the incident direction, it is easy to make the pattern finer, and when the electrode of this pattern is formed by a method using a mask such as mask vapor deposition, it is also easy to manufacture a mask for that purpose. is there. Note that the directional characteristics due to the difference in shape with respect to the incident direction can be improved by making the pattern finer. In addition, billingItem 1Similar to the invention, the two depletion layers are fitted to each other so that the two depletion layers are subjected to the same deformation with respect to higher-order vibrations, and noise including higher-order vibrations associated with impact is eliminated. Therefore, it is possible to provide a neutron detector for high and medium speed neutrons with more stable measurement accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a neutron detector according to the present invention.
FIG. 2 is a pattern diagram showing a first embodiment of an electrode shape of a detection element used in the neutron detector according to the present invention.
FIG. 3 is a pattern diagram showing a second embodiment.
FIG. 4 is a pattern diagram showing a third embodiment.
FIG. 5 is a pattern diagram showing a fourth embodiment.
FIG. 6 is a pattern diagram showing a fifth embodiment.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of a neutron detector according to the prior art.
FIG. 8 is a pattern diagram showing an example of the electrode shape of a detection element according to the prior art.
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining detection of neutrons and γ-rays by a detection element.
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining problems of a detection element according to the prior art.
FIG. 11 is an amplifier output chart showing an impact test result of a personal alarm dosimeter for explaining problems of a neutron detector according to the prior art
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e detector
11 electrodes
12 Depletion layer
13, 13b, 13c, 13d, 13e First electrode
14, 14b, 14c, 14d, 14e Second electrode
15 First depletion layer
16 Second depletion layer
17, 17e Third electrode
18 Fourth electrode
2 Radiator
3 Amplifier
4 Crest value discrimination circuit
5 Anti-coincidence arithmetic circuit
Claims (2)
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において渦巻き形状を呈する第1、第2の電極と、これら第1,第2の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において互いに嵌め合わされた渦巻き状をなす第1,第2の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第1,第2の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する2組の計測・識別回路と、前記2組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、
を備えていることを特徴とする中性子検出器。Electron-hole pairs generated in the detection element by recoil protons generated by the interaction of neutrons with a hydrogen-containing radiator are separated by the electric field of the depletion layer of the detection element and taken out as a current pulse. A neutron detector that detects neutrons by measuring the charge amount of a current pulse,
Corresponding to the first and second electrodes having a spiral shape in the planar shape seen from the recoil proton incident surface provided on the detection element so as to be fitted to each other, and the first and second electrodes, first first, a detecting element which is divided into a second depletion layer, the detecting elements forming the depletion layer anti跳陽Ko incident surface fitted to each other Te planar shape odor viewed from the side together the spiral, the second 2 sets of measurement / identification circuits connected to each of the depletion layers, and outputting a signal when the charge amount of each current pulse is equal to or greater than a predetermined value, and the two sets of measurement / An arithmetic circuit that does not output a neutron detection signal when a signal is input simultaneously from both of the identification circuits, and outputs a neutron detection signal when a signal is input from only one of the circuits,
A neutron detector comprising:
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において櫛の歯形状を呈する第1、第2の電極と、これら第1,第2の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において両側から互いに嵌め合わされた櫛の歯状をなす第1,第2の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第1,第2の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する2組の計測・識別回路と、前記2組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、
を備えていることを特徴とする中性子検出器。Electron-hole pairs generated in the detection element by recoil protons generated by the interaction of neutrons with a hydrogen-containing radiator are separated by the electric field of the depletion layer of the detection element and taken out as a current pulse. A neutron detector that detects neutrons by measuring the charge amount of a current pulse,
Corresponding to the first and second electrodes having a comb tooth shape in a planar shape viewed from the recoil proton incident surface provided on the detection element so as to be fitted to each other, and the first and second electrodes. Te, said first depletion layer forms a toothed comb was fitted to each other from both sides Te planar shape odor viewed from the anti跳陽Ko incident surface side, and a detecting element which is divided into a second depletion layer, the detection element Two measurement / identification circuits connected to each of the first and second depletion layers, and measuring a charge amount of each current pulse and outputting a signal when the charge amount is equal to or greater than a predetermined value; An arithmetic circuit that does not output a neutron detection signal when a signal is input simultaneously from both of the two sets of measurement / identification circuits, and outputs a neutron detection signal when a signal is input from only one of the circuits When,
A neutron detector comprising:
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