JPH02195292A - 半導体放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体放射線検出器、特にα線、β線（電子線
）などの荷電粒子を検出する検出器の構造に関する。

［従来の技術］ 荷電粒子線であるα線を検出するものとしてシンチレー
ション（ＺｎＳ等）カウンタ、β線を検出するものとし
てはＧＭ管等が周知であるが、近年では、半導体技術の
進歩により半導体放射線検出器を用いて荷電粒子の検出
が行われている。

この種の半導体放射線検出器は、例えば、シリコン表面
障壁型検出素子やパッジベイティド　イオン　インブラ
ンテッド　ジャンクション　ディテクター（ｐａｓｓｉ
ｖａｔｅｄ　ｉｏｎ　ｉｍｐｌａｒｔｅｄ　ｊｕｎｃｔ
ｌｏｎｄｅｔｅｃｔｏｒ）があり、比較的捉え難いα線
、β線を良好に検出するため、検出面を大面積としたも
のが用いられる。これによれば、エネルギ情報とともに
放射線計数値が精度よく得られるので、放射性同位元素
（Ｒ１）の核種の同定などのほか、各種のΔ−１定に用
いられる。

第２図には、従来の半導体放射線検出器の概略構成が示
されており、図示の大面積の半導体検出素子１０はその
外形が直径８０ｍｍで厚さ０．５ａｍ程度である。この
半導体検出素子１０には、測定用バイアス電源回路１２
が接続され、この測定用バイアス電源回路１２により大
面積半導体検出素子１０へ測定のためのバイアス電圧が
印加される。

また、大面積半導体検出素子１０のカソード側には直流
分をカットし大面積半導体検出素子１０にて得られた検
出信号のみを取り出すための結合コンデンサ１４が接続
され、この結合コンデンサ１４には増幅度Ｇ１の電荷有
感型前置増幅器１６と増幅度Ｇ２の増幅器１８が接続さ
れている。そして、増幅器１８には波高分析器２０が設
けられている。

以上のような構成の半導体放射線検出器によれば、大面
積半導体検出素子１０にα線やβ線の荷電粒子が入射し
、ここでエネルギＥ（ｋｅＶ）を吸収したとすると、大
面積半導体検出素子１０のアノードには、次式で表され
る電荷Ｑが生じる。

Ｑ−ｋＥ　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
ここで、ｋは検出素子の素材によって定まる定数である
。

そして、電荷有感型前置増幅器１６の増幅度がＧ　１増
幅器１８の増幅度が６２であるから、増■ 幅器１８から出力されるパルス波高値Ｖは、前記検出素
子１０及び回路のノイズを無視すれば、次式にて表され
る。

Ｖ＝　（Ｃ／　（Ｃ＋Ｃｏｏ））ＧＩＧ２ＱＣ ・・・（２） ここで、Ｃは結合コンデンサー４の静電容量であり、Ｃ
ＤＯは大面積半導体検出素子１０の静電容量である。

次に、゛前記（１）式の関係を用いて前記（２）式を書
き代えると、次式を得ることができる。

■−β。Ｅ　　　　　　　　　　・・・（３）βｏ−１
Ｉ（Ｃｏ／Ｃｏ＋Ｃ００）ｋＧＩＧ２・・・　（４） すなわち、増幅器１８の出力には、大面積半導体検出素
子１０の吸収したエネルギに比例する波高値のパルスが
生じることになる。従って、波高分析器２０にて得られ
る波高値の分布から荷電粒子の種類やエネルギに関する
情報及び放射線の計数値（強度）が得られることになり
、試料中の各種分析などを行うことが可能になる。

このような半導体放射線検出器においては、検出される
放射線のエネルギや計数値を正確に検出するための校正
が行われており、増幅器１８の出力波高値とエネルギの
対応をつけるため、大面積半導体検出素子１０に単一エ
ネルギのα線又はβ線を照射する。そして、増幅器１８
の出力波高値の頻度分布、すなわちスペクトルをｌｌ？
Ｊ定し、このスペクトルから波高値とエネルギとの対応
をつけるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、一般に半導体放射線検出器は空気中で使用さ
れ、また検出素子表面は遮光膜や放射能の汚染防止用の
保護膜などで覆われており、エネルギ校正に荷電粒子で
あるα線やβ線を用いるのは好ましくない。すなわち、
荷電粒子は空気や遮光膜、保護膜などによるエネルギの
吸収が大きく、大面積半導体検出素子１０にて検出され
る前にかなりのエネルギが吸収されるので、増幅器１８
の出力波高値と実際のエネルギ値との対応を正確につけ
ることが困難である。

７そこで、従来では検出器のエネルギ校正にγ線を用い
ることが行われる。すなわち、適当な単一エネルギのγ
線を基準線源から放射線検出器に照射し、増幅器１８の
出力波高値の頻度分布を波高分析器２０により観測する
と、光電効果に対応するピークが観測される。そして、
このピーク波高値（Ｖ）は照射したγ線のエネルギに対
応することから、前記（３）式により比例係数β０の値
が求められ、この比例係数β０によりエネルギ校正が可
能となる。

しかしながら、荷電粒子を検出する大面積半導体検出素
子１０はその厚さが薄くまた大面積であることから分解
能が悪いため、第３図に示されるように、光電ピーク１
００がノイズ２００に埋もれてしまうという問題があっ
た。

また、光電ピークを得るのに極めて長い時間を必要とす
る場合もあり校正用の線源としてγ線源を用いても正確
な校正を行い難いという問題があった。

発明の目的 本発明は、前記問題点を解決することを課題としてなさ
れたもので、その目的は、荷電粒子を検出する大面積検
出素子を用いた検出器のエネルギ校正を正確に行うこと
のできる半導体放射線検出器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る半導体放射線
検出器は、大面積の荷電粒子用半導体検出素子と、この
荷電粒子用半導体検出素子と選択的に切り換え接続され
エネルギ校正用として設けられたγ線用半導体検出素子
と、を備えたことを特徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、γ線源を基準線源として用い、検
出器においてはγ線用の半導体検出素子が選択されるこ
とになるので、従来のように大面積半導体検出素子を用
いた場合のノイズの発生をなくすことができ、半導体検
出器のエネルギ校正が正確に行われる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、実施例に係る半導体放射線検出器の概略構
成が示されており、大面積半導体検出素子１０から波高
分析器２０までの回路は従来装置と同様となっている。

本発明において特徴的なことは、エネルギ校正用の検出
素子を別個に設けたことであり、実施例では、γ線用半
導体検出素子２４とこのγ線用半導体検出素子２４にバ
イアス電圧を与える校正用バイアス電源回路２６とを設
ける６そして、前記γ線用半導体検出素子２４と大面積
半導体検出素子１０との切り換えを行うために、スイッ
チ２８ａ、２８ｂから成る切換え回路２８を設け、通常
の荷電粒子測定の際にはスイッチ２８ａをオン作動して
大面積半導体検出素子１０を接続し、エネルギ校正を行
う際にはスイッチ２８ｂをオン作動してγ線用半導体検
出素子２４を接続する。

なお、前記γ線用半導体検出素子２４はその厚さが十分
厚く、ノイズの低い素子を用いることが好ましい。

エネルギ校正を行う場合、γ線用半導体検出素子２４に
適当なエネルギＥのγ線を照射すると、増幅器１８の出
力波高値の頻度分布には光電効果に対応したピークが観
測されることになり、このピークの波高値■１は前記γ
線のエネルギＥに比例し、次式で表されるものとなる。

Ｖｌ−β１Ｅ　　　　　　　　　　　・・・（５）ここ
で、β１は比例係数であり、次式で表される。

β　讃（Ｃ／　ＣＣｃ＋ＣＤ、））　ｋＧＩＧ２１　　
　　　　ｃ ・・・　（６） ここで、ＣＤｉはγ線用半導体検出素子２４の静電容量
である。

従って、増幅器１８の出力を波高分析器２０（又はオシ
ロスコープでもよい）に供給し、パルス波高値Ｖ１を求
めれば、 β１−ｖｌ／Ｅ　　　　　　　　　　　・・・（７）に
より、比例係数β１を求めることができる。

また、前記（６）式を変形し前記（４）式に代入すると
、 β　−１（Ｃ，＋ＣＤＩ）　／　（Ｃｃ＋Ｃｏｏ）ｌβ
ｌφ ・・・（８） という関係が得られることになり、この（８）式により
荷電粒子用の大面積半導体検出素子１０の比例係数β。

を求めることができる。

従って、この比例係数β。により大面積半導体検出索子
１０を用いた検出器のエネルギ校正を行うことが可能と
なる。この場合の実際のエネルギ校正は、適当なエネル
ギのγ線を照射したとき、波高分析器２０により得られ
る光電ピークのパルス波高値Ｖ１が、基準値を示すよう
に増幅器１８のゲインを調整することにより行われるが
、この校正の基準値を前記比例係数β１に基づいて設定
することになる。

実施例は以上の構成から成り、エネルギ校正を行う場合
、例えばα線やβ線の入射により大面積半導体検出素子
がエネルギＥを吸収した場合のパルス波高値がＶとなる
ように増幅器１８のゲインを設定する場合は次のように
する。

まず、切換回路２８においてスイッチ２８ａをオフし、
γ線用半導体検出索子２４を動作させ、エネルギＥのγ
線を照射する。このとき波高分析器２０によりエネルギ
Ｅに対応する光電ピークのパルス波高値Ｖｌを読むこと
ができるが、このパルス波高値Ｖｌが、 Ｖ　　−（β１／β。）■　　　　　　・・・（９）（
８）式を代入すれば、 ＶＢ　＝ｌ（Ｃ，＋ＣＤ０）　／　（Ｃ，＋ＣＤＩ））
Ｖ・・・（１０） となるように増幅器１８のゲインを設定すればよい。

このようにしてエネルギ校正を行なった後に、切換回路
２８におけるスイッチ２８ａをオンし、スイッチ２８ｂ
をオフして大面積半導体検出素子１０を回路に接続すれ
ば、β線やβ線などの荷電粒子の測定を行うことができ
、エネルギ校正を行った検出器により正確な測定が可能
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、荷電粒子を検出
する大面積半導体検出素子を備えた検出器においてエネ
ルギ校正用のγ線用半導体検出素子を備え、γ線源を用
いてエネルギ校正を行うようにしたので、遮光膜、保護
膜によりノイズを生じさせることがなく、基準線源のγ
線を正確に検出することができ、これにより荷電粒子を
検出する大面積半導体検出素子を用いた検出器のエネル
ギ校正が正確に行える。

また、γ線用半導体検出素子は１０ｍｍ前後の比較的小
さい素子から構成されるので、設置場所を心配すること
なく容品に取り付けることが可能であり、簡略化された
構成により正確な荷電粒子の放射線測定が可能となると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る半導体放射線検出器の概略構成を
示す回路図、 第２図は従来の検出器の概略構成を示す回路図、ｍ３図
は大面積半導体検出素子を用いた場合のγ線計数値とノ
イズとの関係を示す図である。 １０　・・・　大面積半導体検出素子 １２　・・・　測定用バイアス電源回路１４　・・・　
結合コンデンサ １６　・・・　電荷有感型前置増幅器 １８　・・・　増幅器 ２０　・・・　波高分析器 ２４　・・・　γ線用半導体検出素子 ２６　・・・　校正用バイアス電源回路２８　・・・　
切換回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）大面積の荷電粒子用半導体検出素子と、この荷電
   粒子用半導体検出素子と選択的に切り換え接続されエネ
   ルギ校正用として設けられたγ線用半導体検出素子と、
   を備えた半導体放射線検出器。