JP4306135B2

JP4306135B2 - Neutron detector

Info

Publication number: JP4306135B2
Application number: JP2001069760A
Authority: JP
Inventors: 剛石倉
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP2002267760A

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、直接検出することは難しい。そのため、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９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10は、それに用いられている検出素子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、反跳陽子入射側電極（以下では入射側電極と略称する）11とその反対側電極（以下では下部電極ともいう）12との間に逆バイアスが印加されて入射側電極11側に空乏層13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、その入射側電極11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、入射側電極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する波高値識別回路４と、波高値識別回路４の出力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としては、ｐ型シリコン結晶上にアモルファスシリコン層を形成されたヘテロ接合型のシリコンダイオードやｐｎ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。ヘテロ接合型のシリコンダイオードの場合には、図９に示すように、その上面の外周部を除く全面に入射側電極11が形成されて、空乏層の形成領域を決め、下面には全面に下部電極12が形成されている。ｐｎ接合型のシリコンダイオードの場合には、ｐ⁺層またはｎ⁺層が空乏層の形成領域を決める。そのため、ワイアリングのための電極がその一部に形成されることが多い。
【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、が使用されている。
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値で、衝突直前の中性子のエネルギーと同じとなり、入射方向から傾くにしたがってエネルギーが減少して零までの連続分布となる。
【０００６】
反跳陽子が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であり、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、50μm の厚さの空乏層12が形成されていれば、２ＭeV以下の陽子からはその全エネルギーに相当する電荷信号を得ることができ、２ＭeV以上の陽子からも１ＭeV以上に相当する電荷信号を得ることができる場合が多い。
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等及び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、約１ＭeV相当に設定している。この識別レベルは、 6.1ＭeVのγ線を体積８×８×0.05mm³の空乏層をもつ検出素子１によって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、識別レベルが約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漸減していくので、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漸減していく。
【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く存在する環境を計測する場合には、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】
【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、γ線やβ線が混在する場所においても、より低いエネルギーの中性子まで検出することができる高中速中性子用の中性子検出器を提供することである。
【００１２】
【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等が電子−正孔対を生成する状況と、の違いを利用して、γ線による電流パルス信号の電荷量をより少なくすることに基づいている。反跳陽子による電子−正孔対の生成位置は、前述したように、陽子の通過経路の極めて近傍だけに限られて、生成される電子−正孔対はその部分に高密度に分布する。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。
【００１３】
図11及び図12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、弾き出された当初の方向を保って検出素子１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。検出素子１がシリコン製であるとすると、反跳陽子のエネルギーが１ＭeVの場合には、その移動距離は約18μm 、２ＭeVの場合には約48μm であり、通常の検出素子１の空乏層13の厚さ以下である。したがって、入射側電極11を通過して空乏層13内に入った反跳陽子は空乏層13内で１ＭeV以上のエネルギーに相当する電子−正孔対を生成することができる。
【００１４】
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−正孔対の生成される可能性のある領域は、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11及び図12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（100 ＫeV程度）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程度）場合である。
【００１５】
図11のようにγ線が検出素子１の入射側電極11に垂直近くに入射する場合には、電子−正孔対の生成可能領域が検出素子１の空乏層13の全域にわたることはないが、図12のようにγ線が検出素子１の入射側電極11に傾いて入射する場合には、電子−正孔対の生成可能領域が検出素子１の空乏層13の全域にわたることがある。また、γ線が散乱電子等を生成する位置は検出素子１内に限られず、周囲の部材で生成された散乱電子等が、検出素子１内に飛来して空乏層内に電子−正孔対を生成することもある。このようにして空乏層13内で生成される電子−正孔対によって電流パルスが生成され、従来技術の項で説明したように、¹⁶Ｎが発生する 6.1ＭeVのγ線による電流パルスの最大値は１ＭeV相当に近い値となる。
【００１６】
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。
【００１７】
ここで、検出素子が¹⁶Ｎによるγ線で最大で１ＭeV相当の電流パルス信号を検出することについて考察する。
5.9 ＭeVの電子（飛程は13mm）による電子−正孔対の生成可能領域の体積は、直径13mmの球の体積であるから、1150mm³である。一方、前出の検出素子の空乏層体積は、８×８×0.05mm³であるから、 3.2 mm³である。両者を比較すると、空乏層の体積は直径13mmの球の体積の 0.3％にも至らず、電子−正孔対が直径13mmの球内に均一に分布しているとすると、空乏層内に含まれる電子−正孔対に対応する信号レベルは、約16ＫeVに過ぎないことになり、実際に検出された最大値１ＭeVとは２桁近い違いがある。
【００１８】
この違いから、散乱電子等によって生成される電子−正孔対は非常に不均一に分布しているであろう、と推定される。この不均一性は、電子の飛程がエネルギーの低減とともに急激に短くなることによっても予測できる。すなわち、生成された高エネルギーの電子は、通過する物質と相互作用してそのエネルギーを消耗するが、そのエネルギー消耗の大部分は核外電子との相互作用によるものであるので、その相互作用は同一質量の粒子の弾性衝突と同じ相互作用であり、衝突する度に２次、３次、４次等の高速の電子を生成しながらそのエネルギーを低減していく。衝突によって生成された２次、３次、４次等の電子も同様に衝突を繰り返してそのエネルギーを低減していく。
【００１９】
発生当初に 5.9ＭeVであった電子の飛程は前述のように13mmであるが、衝突を繰り返して100 ＫeVになった電子の飛程は54μm 、50ＫeVになった電子の飛程は13μm である。仮に、 5.9ＭeVの電子が、空乏層の厚さとほぼ同じ飛程をもつ100 ＫeVの電子59個になったとすると、その電子−正孔対の生成可能領域の体積は4.86×10^-3 mm³に過ぎなくなり、空乏層の厚さより小さい飛程の50ＫeVの電子118 個になったとすると、その電子−正孔対の生成可能領域の体積は1.36×10^-4mm³になってしまう。したがって、１つの発生電子がそのエネルギーに相当する電子−正孔対を生成する可能性のある領域は広いけれども、実際に電子−正孔対を生成する領域は偏在している可能性が高く、そのような領域の一部が検出器の空乏層に相当した場合に、検出素子が１ＭeV相当の電流パルス信号を出力するのであろう。
【００２０】
偏在の状態を検討するために、前述の検出素子と同じ空乏層の厚さ（50μm ）で、空乏層面積が1.5 ×1.5 mm²である検出素子を試作して、¹⁶Ｎによるγ線で検出される電流パルスを計測した結果、その最大値は空乏層の面積が８×８mm²であった前述検出素子の70％であった。空乏層面積を８×８mm²から1.5 ×1.5 mm²へと大幅に縮小したにもかかわらず、電流パルスの電荷量は30％低減したに過ぎない。言い換えれば、従来の検出素子で検出された最大１ＭeV相当の電流パルス信号に相当する電子−正孔対の内の70％は、８×８mm²の3.5 ％に過ぎない1.5 ×1.5 mm²の内に存在し、残りの30％に相当する電子−正孔対が、96.5％の面積の内に存在している、ということになる。この結果より、散乱電子等によって生成される電子−正孔対が非常に不均一に分布しているというモデルが正しいことが裏付けられた。
【００２１】
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−正孔対は、広い領域に広がって分布するが、その分布密度は非常に不均一であるという、前記の状況に基づくものである。すなわち、この発明は、空乏層をベタ状態で形成しないで、空乏層の存在しない部分が散在する形状とすることによって、電子−正孔対が高密度に分布する領域内に存在する空乏層の体積比率を低減させ、空乏層で分離されて電流パルスとして検出される電子−正孔対の数を低減させて、最大波高値を低減させるものである。
【００２２】
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において、反跳陽子入射側からみた検出素子の空乏層の形状（以下では空乏層の平面形状という）を、空乏層の存在しない部分が散在する形状としている。
【００２３】
空乏層の平面形状を、空乏層の存在しない部分が散在する形状としているので、上記の説明から明らかなように、ベタ電極の場合に比べてγ線による電流パルスの電荷量を低減させることができる。一方、空乏層の存在しない部分が散在する形状としても、空乏層の面積を変えなければ、反跳陽子の検出感度、すなわち中性子の検出感度、は殆ど変化しない。更に、γ線による電流パルスの電荷量が低減して、その最大波高値が低減すれば、波高値識別回路の識別レベルの設定値を低減できるので、この場合には、検出可能な中性子の最低エネルギーレベルが低減し、且つ中性子の検出感度が増大する。特に、低エネルギーレベルでの増加割合が大きくなる。
【００２５】
さらに、請求項１の発明においては、前記の空乏層の存在しない部分が散在する形状を、同心環状または同心多角形状としている。このような形状は、優れた方向特性を得るために最も適した形状である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
この発明による中性子検出器は、図９に示した従来技術による高中速中性子用中性子検出器と同じ構成であって、入射側電極とその反対側の下部電極との間に逆バイアスが印加されて入射側電極側に空乏層を形成されている検出素子と、その入射側電極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と、入射側電極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と、アンプの出力レベルが所定値以上であるか否かを識別する波高値識別回路と、波高値識別回路の出力を計数する計数回路と、で構成されている。
【００２７】
この発明が従来技術と異なる部分は、検出素子の空乏層の形状であって、空乏層の平面形状を、空乏層の存在しない部分が散在する形状としていることである。空乏層の平面形状は、ヘテロ接合型検出素子の場合には入射側電極の形状によって決まり、ｐｎ接合型検出素子の場合には接合を形成するためのｐ⁺層またはｎ⁺層の形状によって決まる。
【００２８】
以下に、ヘテロ接合型の検出素子の実施例にしたがって更に詳しく説明する。第１から第３の実施例は、入射側電極の形状がフォトリソグラフィによって形成されるものであり、第４から第７の実施例は、マスク蒸着によって形成されるものである。マスク蒸着によれば、金属マスク等を使用して蒸着やスパッタリングで直接にパターニングされた入射側電極を形成できるので、入射側電極形成の工数が、フォトリソグラフィによる場合に比べてずっと少なくて済む。一方、形成できる電極の幅は、金属マスク等の製作限度によって、フォトリソグラフィによる場合ほどには狭くすることはできない。
【００２９】
なお、これらの実施例の入射側電極をｐ⁺層またはｎ⁺層に置き換えればｐｎ接合型検出素子となる。
〔検出素子の第１の実施例〕
図１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第１の実施例1aの構造を示す概念図であり、図２は、その入射側電極の形状を示すパターン図である。
【００３０】
この検出素子1aは、入射側電極11a が中央の円と同じ中心をもつ４つの同心環とで構成されており、従来技術と同じ下部電極12を備えている。入射側電極11a は独立した５つの部分からなるので、入射側電極11a をアンプに接続する際には、５つの部分のそれぞれがワイアリングされてアンプに一体に接続される。
この検出素子1aの寸法例を示すと、面積は10×10mm²、入射側電極11a の中央円の直径はφ 0.5mm、４つの同心環の間隔及び幅は共に 0.5mmである。なお、空乏層13a の厚さは50μm に設定される。
【００３１】
参考のために示すと、 0.5mmを飛程とする電子のエネルギーは約 400ＫeVである。
図２に示した平面形状の入射側電極11a を採用することによって、空乏層1aと空乏層のない部分とが、検出素子1aの全面にわたって共存する状態になるので、この検出素子1aは、ベタ電極においては電荷信号として分離していた電子−正孔対の一部を分離しなくなり、γ線による信号レベルを低減させ、波高値識別回路の識別波高値を低く設定可能とする。
【００３２】
識別波高値が低くなることは、検出可能な反跳陽子のラジエータ内での生起位置がその分だけラジエータ内部まで広がることに相当するから、中性子の検出感度を高め、特に、従来の識別波高値に近いエネルギーの中性子の検出感度を大幅に高め、更に、従来の識別波高値と新しい識別波高値との間のエネルギーをもつ中性子の検出を可能とする。その結果、中性子検出器のエネルギー特性が改善される。
【００３３】
このパターンの特徴は、完全な同心円状のパターンであるから、方向特性に最も優れていることである。
なお、円の直径や円環の幅及び間隔等のパターンの寸法を小さくするほどその効果は確実となるが、ワイアリング工程の工数が増加し、狭すぎる場合にはその作業が困難になる。したがって、効果と工数等との兼ね合いで寸法を決定することになる。また、上記の実施例においては、幅と間隔とを同じとしているが、識別波高値をより低く設定したい場合には、幅に対する間隔の割合をより大きくすればよい。
【００３４】
〔検出素子の第２の実施例〕
図３は、検出素子の第２の実施例1bの入射側電極11b の形状を示すパターン図である。
この実施例のパターンは、検出素子1bの中央を中心とする４つの同心環状のパターンが細い接続部で接続されているものである。第１の実施例のような多数箇所のワイアリングを１箇所で済ませるために、細い接続部で一体化したものであり、第１の実施例に比べて組立工数が少なくなる。細い接続部は方向特性にそれほど影響しないので、この実施例も第１の実施例と同様に最も優れた方向特性をもっている。
【００３５】
〔検出素子の第３の実施例〕
図４は、検出素子の第３の実施例1cの入射側電極11c の形状を示すパターン図である。
この実施例のパターンは、第２の実施例の同心環を同心の正方形の井桁に置き換えたものである。同心環が同心井桁に置き換えられたために、方向特性が第２の実施例ほどには優れていないが、十分に優れた方向特性を有する。
【００３６】
このパターンの特徴は、同じ面積の検出素子の場合には、第２の実施例より電極面積を大きくすることができるので、電極面積を大きくできる分だけ中性子感度を高くすることができることである。
なお、この実施例では正方形の井桁としているが、正方形以外の多角形の井桁にすることも可能である。
【００３７】
〔検出素子の第４の実施例〕
図５は、検出素子の第４の実施例1dの入射側電極11d の形状を示すパターン図である。
この入射側電極11d の形状は、検出素子1dの中央を対称中心として90°ずつ回転させた回転対称な樹枝状パターンであり、点対称な樹枝状パターンでもある。枝部分の幅と枝間の間隔とは共に同じ（例えば、 0.5mm）に設定されている。
【００３８】
この実施例によれば、入射側電極11d が樹枝状に形成されるので、第１の実施例と同様に、検出素子1dの全面にわたって空乏層と空乏層のない部分とが共存する状態になり、この検出素子1dも、γ線による信号レベルを低減させ、波高値識別回路の識別波高値を低く設定可能とする。更に、90°ずつの回転対称なパターンであるので、パターンの対称性がよく、方向特性が優れている。
【００３９】
なお、この実施例の入力側電極11d は、金属マスクを用いた蒸着によって形成可能であるので、電極形成の工数は従来技術と変わらない。
〔検出素子の第５の実施例〕
図６は、検出素子の第５の実施例1eの入射側電極11e の形状を示すパターン図である。
【００４０】
この入射側電極11e の形状は、第４の実施例の樹枝状パターンを櫛の歯状パターンに置き換えたものである。この実施例の特性や電極形成の工数は、第４の実施例と全く同等である。
〔検出素子の第６の実施例〕
図７は、検出素子の第６の実施例1fの入射側電極11f の形状を示すパターン図である。
【００４１】
この入射側電極11f の形状は、第４の実施例の樹枝状パターンを同心円弧状パターンに置き換えたものである。
この実施例は、円弧状のパターンであるために、電極の包絡面積が小さくなるので、枝部分の幅を枝間の間隔より広くして、電極面積を前２つの実施例と同じにしている。そのため、検出素子の電極の包絡面積に占める電極面積の比率が、前２つの実施例より大きくて、波高値識別回路の識別波高値が、前２つの実施例より幾らか大きくなる。しかし、このパターンの特徴は、円弧状であることであって、前２つの実施例に比べて、方向特性がより優れている。
【００４２】
〔検出素子の第７の実施例〕
図８は、検出素子の第７の実施例1gの入射側電極11g の形状を示すパターン図である。
この実施例のパターンは、横方向だけに延びる櫛の歯状のパターンである。実施例の中では最も単純な形状であるが、方向特性が第４及び第５の実施例よりやや劣るが、実用的には許容範囲にある。方向特性を除く他の特性は第４及び第５の実施例と殆ど変わらない。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、反跳陽子入射側からみた検出素子の空乏層の形状を、空乏層の存在しない部分が散在する形状としているので、「課題を解決するための手段」の項での説明から明らかなように、ベタ電極の場合に比べてγ線による電流パルスの電荷量を低減させることができる。一方、空乏層の存在しない部分が散在する形状としても、空乏層の面積を変えなければ、反跳陽子の検出感度、すなわち中性子の検出感度、は殆ど変化しない。更に、γ線による電流パルスの電荷量が低減して、その最大波高値が低減すれば、波高値識別回路の識別レベルの設定値を低減できるので、この場合には、検出可能な中性子の最低エネルギーレベルが低減し、且つ中性子の検出感度が増大する。特に、低エネルギーレベルでの増加割合が大きくなる。
【００４４】
したがって、この発明によれば、高いエネルギーの中性子検出感度を低減させないで、従来の高中速中性子用の中性子検出器より更に低いエネルギーレベルの中性子まで検出することができる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。
請求項２の発明においては、前記の空乏層の存在しない部分が散在する形状を、複数の分岐枝をもつ形状としている。複数の分岐枝をもつ形状は、空乏層が一体となっているので、電流取り出し部を１箇所とすることができる。したがって、中性子検出器の組立工程において、検出素子と回路とを接続するためのワイアリング工程の工数を増加させない。
【００４５】
そして特に、請求項１の発明においては、前記の空乏層の存在しない部分が散在する形状を、同心環状または同心多角形状としている。このような形状は、優れた方向特性を得るために最も適した形状であるので、特に優れた方向特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による中性子検出器に使用される検出素子の第１の実施例の構造を示す概念図
【図２】検出素子の第１の実施例の入射側電極形状を示すパターン図
【図３】検出素子の第２の実施例の入射側電極形状を示すパターン図
【図４】検出素子の第３の実施例の入射側電極形状を示すパターン図
【図５】検出素子の第４の実施例の入射側電極形状を示すパターン図
【図６】検出素子の第５の実施例の入射側電極形状を示すパターン図
【図７】検出素子の第６の実施例の入射側電極形状を示すパターン図
【図８】検出素子の第７の実施例の入射側電極形状を示すパターン図
【図９】従来技術による中性子検出器の構成を示す概念図
【図１０】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１１】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１２】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
【符号の説明】
１, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g 検出素子
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g 入射側電極
12 下部電極
13, 13a 空乏層
２ラジエータ
３アンプ
４波高値識別回路[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 uncharged radiation that has a weak interaction with matter and is difficult to detect directly. Therefore, a method has been adopted in which neutrons are detected through 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. 9 is a conceptual diagram showing a configuration of a neutron detector for high and medium speed neutrons provided with the radiator 2, and FIG. 10 is a pattern diagram showing an example of an electrode shape of the detection element 1 used therein.
This neutron detector is configured such that a reverse bias is applied between a recoil proton incident side electrode (hereinafter abbreviated as an incident side electrode) 11 and an opposite electrode (hereinafter also referred to as a lower electrode) 12 to enter the incident side electrode. A semiconductor detection element (hereinafter abbreviated as a detection element) 1 having a depletion layer 13 formed on the 11 side and a material containing hydrogen at a high density such as polyethylene disposed adjacent to the incident side electrode 11 Distinguishes between the radiator 2, the amplifier 3 that integrates and amplifies the current pulse flowing through the incident side electrode 11, and outputs a signal corresponding to the charge amount of the current pulse, and whether the output level of the amplifier 3 is equal to or higher than a predetermined value The crest value discriminating circuit 4 and the counting circuit (not shown) that counts the output of the crest value discriminating circuit 4 are configured.
[0004]
As the detection element 1, a heterojunction type silicon diode or a pn junction type silicon diode in which an amorphous silicon layer is formed on a p-type silicon crystal is generally used. In the case of a heterojunction type silicon diode, as shown in FIG. 9, the incident side electrode 11 is formed on the entire surface except for the outer peripheral portion of the upper surface thereof to determine the formation region of the depletion layer. An electrode 12 is formed. In the case of a pn junction type silicon diode, p⁺Layer or n⁺The layer determines the formation region of the depletion layer. Therefore, an electrode for wiring is often formed on a part thereof.
[0005]
The radiator 2 is a member for generating recoil protons by elastic collision between neutrons and protons, which are hydrogen nuclei, when neutrons pass through them. Therefore, as the material of the radiator 2, a material containing hydrogen at a high density, for example, polyethylene is used.
The energy of recoil protons varies depending on the scattering direction after elastic collision, but since the mass of neutrons and the mass of protons are almost the same, the maximum value is when 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 the energy decreases as it tilts from the incident direction, and a continuous distribution up to zero is obtained.
[0006]
When recoiled protons enter the material, they generate electron-hole pairs by interaction with the material and move through the material 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. If the distance between the radiator 2 and the detection element 1 is about 1 mm, the energy loss of recoil protons in the air layer is There are few.
[0008]
Accordingly, when the material of the detection element 1 is silicon, if a depletion layer 12 having a thickness of 50 μm is formed, a charge signal corresponding to the total energy can be obtained from a proton of 2 MeV or less, In many cases, a charge signal corresponding to 1 MeV or more can be obtained from protons of 2 MeV or more.
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. In addition, the detection element generates an electron-hole pair by an electron or the like by a Compton effect by γ-ray or electron pair generation and by β-ray, and a current pulse in the same manner as an electron-hole pair by a recoil proton. Is generated. 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 discrimination level of the peak value discrimination circuit 4 is set to be equivalent to about 1 MeV. This identification level is 6.1MeV γ-ray volume 8 × 8 × 0.05mm^ThreeBased on the result measured by the detection element 1 having a depletion layer, the detection element 1 is determined not to detect 6.1 MeV γ-rays.
[0009]
As described above, in the conventional neutron detector for high and medium speed neutrons, the identification level is set to a high energy level equivalent to about 1 MeV, so that neutrons having energy below the identification level cannot be detected. In addition, the detection sensitivity of neutrons with energy higher than the discrimination level is also lowered.
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 neutrons^TenThe cross-sectional area of the interaction with B etc. is the maximum in the case of thermal neutrons and gradually decreases as the energy increases, so the neutron detection sensitivity of the thermal neutron detector may be the case for thermal neutrons. It is the maximum, and gradually decreases as the energy increases.
[0010]
In general, a neutron detector for high and medium speed neutrons using a radiator 2 and a thermal neutron detector are used in combination for detecting neutrons. As described above, the sensitivity of a neutron detector for high and medium speed neutrons is high. When it becomes zero at 1 MeV or less, the detection sensitivity of neutrons in the vicinity of 1 MeV is significantly lower than other energy regions in this combination of neutron detection, and when measuring an environment where there are many low energy neutrons, It has the problem of underestimating the neutron exposure dose.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In order to eliminate the underestimation of the neutron exposure dose as described above, the object of the present invention is for high and medium speed neutrons capable of detecting even lower energy neutrons in a place where γ rays and β rays are mixed. Is to provide a neutron detector.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention utilizes the difference between the situation in which recoil protons by neutrons generate electron-hole pairs and the situation in which scattered electrons or generated electrons by γ-rays generate electron-hole pairs. This is based on reducing the amount of charge of the current pulse signal by the line. As described above, the position of generation of electron-hole pairs by recoil protons is limited to the very vicinity of the proton passage path, and the generated electron-hole pairs are distributed at a high density in that portion. 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.
[0013]
FIG. 11 and FIG. 12 show such a situation as a model.
The recoil protons ejected from the radiator 2 by the neutrons travel straight within the detection element 1 while maintaining the initial direction of the ejection, move by the range corresponding to the energy, and have a high density close to the movement path. Generate electron-hole pairs. Assuming that the detection element 1 is made of silicon, when the recoil proton energy is 1 MeV, the movement distance is about 18 μm, and when it is 2 MeV, the movement distance is about 48 μm. Below the thickness. Therefore, recoil protons that have passed through the incident side electrode 11 and entered the depletion layer 13 can generate electron-hole pairs corresponding to energy of 1 MeV or more in the depletion layer 13.
[0014]
On the other hand, a region where an electron-hole pair may be generated by electrons scattered or generated by γ-rays is modeled, where the electrons etc. are the first starting from the position where the electrons are generated. It becomes a spherical shape having a diameter direction as a direction of jumping out and a range corresponding to an initial energy such as electrons as a diameter. FIG. 11 and FIG. 12 show a case where electrons and the like are ejected in the same direction as the incident direction of γ rays, and this corresponds to the case where electrons with the largest energy are scattered in the case of the Compton effect. A small circle indicates a case where the γ-ray energy is small (about 100 KeV), and a large circle indicates a case where the γ-ray energy is large (about 5 MeV).
[0015]
As shown in FIG. 11, when γ rays are incident on the incident side electrode 11 of the detection element 1 near the vertical, the region where the electron-hole pair can be generated does not extend over the entire depletion layer 13 of the detection element 1. In the case where γ rays are incident on the incident side electrode 11 of the detection element 1 as shown in FIG. 12, the region where the electron-hole pair can be generated may extend over the entire depletion layer 13 of the detection element 1. Further, the position where γ rays generate scattered electrons or the like is not limited to within the detection element 1, and scattered electrons generated by surrounding members fly into the detection element 1 and form electron-hole pairs in the depletion layer. May be generated. In this way, a current pulse is generated by the electron-hole pair generated in the depletion layer 13, and as described in the section of the prior art,¹⁶The maximum value of the current pulse generated by 6.1 MeV γ-rays where N is generated is close to 1 MeV.
[0016]
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.
[0017]
Here, the detection element is¹⁶Consider the detection of a current pulse signal equivalent to 1 MeV at maximum with γ-rays from N.
5.9 Since the volume of the electron-hole pair generation region by MeV electrons (range is 13 mm) is a sphere with a diameter of 13 mm, it is 1150 mm.^ThreeIt is. On the other hand, the depletion layer volume of the above-mentioned detection element is 8 × 8 × 0.05 mm.^ThreeSo 3.2 mm^ThreeIt is. Comparing the two, if the volume of the depletion layer does not reach 0.3% of the volume of the sphere with a diameter of 13 mm, and the electron-hole pairs are uniformly distributed within the sphere with a diameter of 13 mm, it is included in the depletion layer. The signal level corresponding to the electron-hole pair to be detected is only about 16 KeV, which is almost two orders of magnitude different from the actually detected maximum value of 1 MeV.
[0018]
From this difference, it is estimated that electron-hole pairs generated by scattered electrons or the like will be very unevenly distributed. This non-uniformity can also be predicted by the electron range rapidly decreasing with decreasing energy. In other words, the generated high-energy electrons interact with the passing substance and consume the energy, but most of the energy consumption is due to the interaction with extra-nuclear electrons, so the interaction is It has the same interaction as the elastic collision of particles of the same mass, and each time the collision occurs, the energy is reduced while generating high-speed electrons such as second, third, and fourth. Similarly, secondary, third, and fourth-order electrons generated by the collision repeat the collision and reduce their energy.
[0019]
The electron range that was 5.9 MeV at the beginning of the generation was 13 mm as described above, but the range of electrons that reached 100 KeV after repeated collisions was 54 μm, and the range of electrons that reached 50 KeV was 13 μm. . Assuming that 5.9 MeV electrons become 59 100 KeV electrons with the same range as the thickness of the depletion layer, the volume of the electron-hole pair generation region is 4.86 × 10.^-3 mm^ThreeAssuming that there are 118 electrons of 50 KeV with a range smaller than the thickness of the depletion layer, the volume of the region where the electron-hole pair can be generated is 1.36 × 10^-Fourmm^ThreeBecome. Therefore, although a region where one generated electron may generate an electron-hole pair corresponding to the energy is wide, a region where an electron-hole pair is actually generated is likely to be unevenly distributed, If a part of such a region corresponds to the depletion layer of the detector, the detection element will output a current pulse signal equivalent to 1 MeV.
[0020]
In order to examine the uneven distribution state, the depletion layer area is 1.5 × 1.5 mm with the same depletion layer thickness (50μm) as the detection element described above.²The detection element that is¹⁶As a result of measuring the current pulse detected by gamma rays by N, the maximum value is 8 × 8mm depletion layer area²It was 70% of the aforementioned detection element. Depletion layer area 8 × 8mm²From 1.5 x 1.5 mm²Despite a significant reduction, the current pulse charge has only been reduced by 30%. In other words, 70% of the electron-hole pairs corresponding to a current pulse signal corresponding to a maximum of 1 MeV detected by a conventional detector element is 8 × 8 mm.²Only 3.5% of 1.5 x 1.5 mm²The electron-hole pairs corresponding to the remaining 30% are present within the area of 96.5%. From this result, it was confirmed that the model that the electron-hole pairs generated by scattered electrons and the like are very unevenly distributed is correct.
[0021]
This invention¹⁶Electron-hole pairs due to γ-rays with high energy such as 6.1 MeV γ-rays generated by N are distributed over a wide area, but the distribution density is very uneven. Is based. That is, the present invention does not form a depletion layer in a solid state, but has a shape in which a portion where the depletion layer does not exist is scattered, so that a depletion layer existing in a region where electron-hole pairs are distributed at a high density. The volume ratio is reduced, and the number of electron-hole pairs separated by a depletion layer and detected as a current pulse is reduced to reduce the maximum peak value.
[0022]
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. In the neutron detector that detects neutrons by taking out as current pulses and measuring the amount of charge of the current pulses, the shape of the depletion layer of the detection element viewed from the recoil proton incident side (hereinafter referred to as the planar shape of the depletion layer) Is made into a shape in which portions where the depletion layer does not exist are scattered.
[0023]
Since the planar shape of the depletion layer is a shape in which portions where the depletion layer does not exist are scattered, as is clear from the above description, the amount of charge of the current pulse due to γ rays can be reduced compared to the case of the solid electrode. it can. On the other hand, even if the portion where the depletion layer does not exist is scattered, if the area of the depletion layer is not changed, the recoil proton detection sensitivity, that is, the neutron detection sensitivity, hardly changes. Furthermore, if the charge amount of the current pulse due to γ-rays is reduced and the maximum peak value is reduced, the set value of the discrimination level of the peak value discrimination circuit can be reduced. Energy level is reduced and neutron detection sensitivity is increased. In particular, the rate of increase at low energy levels increases.
[0025]
In additionIn the invention of claim 1BeforeThe shape where the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a concentric annular shape or a concentric polygonal shape. Such a shape is the most suitable shape to obtain excellent directional characteristics.The
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The neutron detector according to the present invention has the same configuration as that of the neutron detector for high and medium speed neutrons according to the prior art shown in FIG. 9, and a reverse bias is applied between the incident side electrode and the lower electrode on the opposite side. A detection element having a depletion layer formed on the incident side electrode side, a radiator made of a material containing hydrogen at a high density such as polyethylene disposed adjacent to the incident side electrode, and a current pulse flowing through the incident side electrode An amplifier that integrates and amplifies and outputs a signal corresponding to the charge amount of the current pulse, a peak value identification circuit that identifies whether the output level of the amplifier is equal to or higher than a predetermined value, and an output of the peak value identification circuit And a counting circuit.
[0027]
The difference between the present invention and the prior art is the shape of the depletion layer of the detection element, and the planar shape of the depletion layer is a shape in which portions where the depletion layer does not exist are scattered. In the case of a heterojunction type detection element, the planar shape of the depletion layer is determined by the shape of the incident side electrode, and in the case of a pn junction type detection element, p is used to form a junction.⁺Layer or n⁺It depends on the shape of the layer.
[0028]
Hereinafter, it will be described in more detail in accordance with an embodiment of a heterojunction type detection element. In the first to third embodiments, the shape of the incident side electrode is formed by photolithography, and in the fourth to seventh embodiments, the mass isVapor depositionIs formed. According to mask vapor deposition, an incident side electrode directly patterned by vapor deposition or sputtering can be formed using a metal mask or the like, so that the number of man-hours for forming the incident side electrode is much smaller than that by photolithography. On the other hand, the width of the electrode that can be formed cannot be made as narrow as in the case of photolithography due to the production limit of a metal mask or the like.
[0029]
In addition, the incident side electrode of these Examples is set to p.⁺Layer or n⁺When replaced with a layer, a pn junction type detection element is obtained.
[First Example of Detection Element]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a first embodiment 1a of the detection element used in the neutron detector according to the present invention, and FIG. 2 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode.
[0030]
In this detection element 1a, the incident side electrode 11a is composed of four concentric rings having the same center as that of the center circle, and is provided with the same lower electrode 12 as in the prior art. Since the incident side electrode 11a is composed of five independent parts, when the incident side electrode 11a is connected to the amplifier, each of the five parts is wired and integrally connected to the amplifier.
An example of the dimensions of this detecting element 1a is 10 × 10 mm.²The diameter of the central circle of the incident side electrode 11a is φ0.5 mm, and the interval and width of the four concentric rings are both 0.5 mm. Note that the thickness of the depletion layer 13a is set to 50 μm.
[0031]
For reference, the energy of an electron with a range of 0.5 mm is about 400 KeV.
By adopting the incident side electrode 11a having the planar shape shown in FIG. 2, the depletion layer 1a and the portion without the depletion layer coexist over the entire surface of the detection element 1a. In the electrode, a part of the electron-hole pairs separated as the charge signal is not separated, the signal level due to γ rays is reduced, and the discrimination peak value of the peak value discrimination circuit can be set low.
[0032]
Lowering the discriminating peak value corresponds to the occurrence of detectable recoil protons within the radiator correspondingly, thus increasing the detection sensitivity of neutrons, especially the conventional discriminating peak value. The detection sensitivity of neutrons with energies close to is greatly increased, and further, it becomes possible to detect neutrons having energy between the conventional discrimination peak value and the new discrimination peak value. As a result, the energy characteristics of the neutron detector are improved.
[0033]
The feature of this pattern is that it has the best directional characteristics because it is a complete concentric pattern.
The effect becomes more certain as the pattern dimensions such as the diameter of the circle and the width and interval of the rings are reduced, but the man-hours of the wiring process increase, and if it is too narrow, the operation becomes difficult. Therefore, the dimensions are determined based on the balance between the effect and the man-hour. In the above embodiment, the width and the interval are the same. However, if it is desired to set the discrimination peak value lower, the ratio of the interval to the width may be increased.
[0034]
[Second Embodiment of Detection Element]
FIG. 3 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11b of the second embodiment 1b of the detection element.
In the pattern of this embodiment, four concentric annular patterns centering on the center of the detection element 1b are connected by a thin connection portion. In order to complete the wiring at a large number of places as in the first embodiment in one place, it is integrated with a thin connection portion, and the number of assembling steps is reduced as compared with the first embodiment. Since the thin connection portion does not significantly affect the directional characteristics, this embodiment also has the most excellent directional characteristics as in the first embodiment.
[0035]
[Third embodiment of detection element]
FIG. 4 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11c of the third embodiment 1c of the detection element.
The pattern of this embodiment is obtained by replacing the concentric rings of the second embodiment with concentric square well beams. Since the concentric ring is replaced with the concentric girder, the direction characteristic is not as good as that of the second embodiment, but the direction characteristic is sufficiently excellent.
[0036]
The feature of this pattern is that, in the case of detection elements having the same area, the electrode area can be made larger than in the second embodiment, so that the neutron sensitivity can be increased as much as the electrode area can be increased.
In this embodiment, a square cross girder is used, but a polygonal cross girder other than a square may be used.
[0037]
[Fourth Example of Detection Element]
FIG. 5 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11d of the fourth embodiment 1d of the detection element.
The shape of the incident side electrode 11d is a rotationally symmetric dendritic pattern rotated by 90 ° about the center of the detecting element 1d as a symmetric center, and is also a point symmetric dendritic pattern. Both the width of the branch portion and the interval between the branches are set to be the same (for example, 0.5 mm).
[0038]
According to this embodiment, since the incident side electrode 11d is formed in a dendritic shape, the depletion layer and the portion without the depletion layer coexist over the entire surface of the detection element 1d as in the first embodiment. The detection element 1d also reduces the signal level due to the γ-ray, and makes it possible to set the discrimination peak value of the peak value discrimination circuit low. Further, since the pattern is rotationally symmetrical by 90 °, the pattern has good symmetry and excellent directional characteristics.
[0039]
Since the input side electrode 11d of this embodiment can be formed by vapor deposition using a metal mask, the number of man-hours for electrode formation is the same as that of the prior art.
[Fifth Embodiment of Detection Element]
FIG. 6 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11e of the fifth embodiment 1e of the detection element.
[0040]
The shape of the incident side electrode 11e is obtained by replacing the dendritic pattern of the fourth embodiment with a comb-like pattern. The characteristics of this example and the man-hours for electrode formation are exactly the same as those of the fourth example.
[Sixth Embodiment of Detection Element]
FIG. 7 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11f of the sixth embodiment 1f of the detection element.
[0041]
The shape of the incident side electrode 11f is obtained by replacing the dendritic pattern of the fourth embodiment with a concentric circular arc pattern.
Since this embodiment has an arc-shaped pattern, the envelope area of the electrode is reduced. Therefore, the width of the branch portion is made wider than the interval between the branches, so that the electrode area is the same as the previous two embodiments. . Therefore, the ratio of the electrode area to the envelope area of the electrode of the detection element is larger than that of the previous two embodiments, and the discrimination peak value of the peak value discrimination circuit is somewhat larger than that of the previous two embodiments. However, the feature of this pattern is an arc shape, and the direction characteristics are more excellent than those of the previous two embodiments.
[0042]
[Seventh Embodiment of Detection Element]
FIG. 8 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode 11g of the seventh embodiment 1g of the detection element.
The pattern of this embodiment is a comb-like pattern extending only in the lateral direction. Although it is the simplest shape among the embodiments, the directional characteristics are slightly inferior to those of the fourth and fifth embodiments, but it is practically acceptable. The other characteristics except the direction characteristics are almost the same as those of the fourth and fifth embodiments.
[0043]
【The invention's effect】
In the invention of claim 1, since the shape of the depletion layer of the detection element viewed from the recoil proton incident side is a shape in which portions where the depletion layer does not exist are scattered, As is clear from the above description, it is possible to reduce the charge amount of the current pulse by the γ rays compared to the case of the solid electrode. On the other hand, even if the portion where the depletion layer does not exist is scattered, if the area of the depletion layer is not changed, the recoil proton detection sensitivity, that is, the neutron detection sensitivity, hardly changes. Furthermore, if the charge amount of the current pulse due to γ-rays is reduced and the maximum peak value is reduced, the set value of the discrimination level of the peak value discrimination circuit can be reduced. Energy level is reduced and neutron detection sensitivity is increased. In particular, the rate of increase at low energy levels increases.
[0044]
Therefore, according to the present invention, it is possible to detect neutron detectors for high and medium speed neutrons that can detect even lower energy levels than conventional neutron detectors for high and medium speed neutrons without reducing the sensitivity of detecting high energy neutrons. Can be provided.
In a second aspect of the invention, the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a shape having a plurality of branch branches. In the shape having a plurality of branch branches, the depletion layer is integrated, so that the current extraction portion can be provided at one location. Therefore, in the assembly process of the neutron detector, the number of man-hours for the wiring process for connecting the detection element and the circuit is not increased.
[0045]
And in particularDemandItem 1In the invention, the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a concentric annular shape or a concentric polygonal shape. Since such a shape is the most suitable shape for obtaining excellent directional characteristics, particularly excellent directional characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the structure of a first embodiment of a detection element used in a neutron detector according to the present invention.
FIG. 2 is a pattern diagram showing an incident side electrode shape of the first embodiment of the detection element;
FIG. 3 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode of the second embodiment of the detection element;
FIG. 4 is a pattern diagram showing the shape of an incident side electrode of a third embodiment of the detection element;
FIG. 5 is a pattern diagram showing an incident side electrode shape of a fourth embodiment of the detection element;
FIG. 6 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode of the fifth embodiment of the detection element;
FIG. 7 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode of the sixth embodiment of the detection element;
FIG. 8 is a pattern diagram showing the shape of the incident side electrode of the seventh embodiment of the detection element;
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the configuration of a neutron detector according to the prior art.
FIG. 10 is a pattern diagram showing an example of the electrode shape of a detection element according to the prior art.
FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the detection of neutrons and γ rays by a detection element.
FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining problems of a detection element according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g Incident side electrode
12 Bottom electrode
13, 13a Depletion layer
2 Radiator
3 Amplifier
4 Crest value discrimination circuit

Claims

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 for detecting neutrons by measuring the amount of charge current pulses which, the shape of the depletion layer of the detection element as viewed from the counter-跳陽Ko incident side, nonexistent part of the depletion layer was scattered shape In
A neutron detector characterized in that the shape in which the portion where the depletion layer does not exist is scattered is a concentric annular shape or a concentric polygonal shape .