JPH03243884A - 電池駆動型半導体放射線測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は半導体検出器を用い、電池電源の駆動によって
放射線の線量を測定する測定装置、特に、携帯用の小型
の電池駆動型半導体放射線測定装置に関する。

［従来の技術］ 放射線管理において、放射線雰囲気中における人体の放
射線被曝量を測定する携帯可能な放射線測定装置として
は、小型のコンデンサ型電離箱を用いたＰＤ型線量計、
ＧＭ管や電離箱によるアラームメータ、半導体検出器な
どを用いた測定装置か周知である。

特に、半導体検出器を用いた測定方式では、その検出器
自体の小型化か容易なことや、高いバイアス電圧が不要
であることから放射線測定装置自体のより小型化が可能
である。

このような、従来における半導体放射線測定装置の回路
構成の一例か第６図に示されており、以下図に基づいて
構成及びその動作を説明する。

図において、半導体検出器１０は、例えばＳｉ（シリコ
ン）半導体が用いられ、入射される放射線のエネルギー
に比例した波高値を持つパルス信号１０−ａを出力する
。このパルス信号１０ａは、増幅器１２に入力され、定
められた所定の増幅度で増幅され、所定の振幅レベルの
パルス信号］２ａを波高弁別器１４に出力する。

そして、前記パルス信号１２ａを所定波高レベルのしき
い値で弁別して、そのパルス信号１４ａを出力する波高
弁別器１４は、第６図に示すように２入力１出力の比較
器１４−を用いており、この比較器１４′の一方の非反
転入力端子（＋）には、前記パルス信号１２ａが入力さ
れ、他方の反転入力端子（−）には、リチウム電池など
の電源電圧＋Ｅにより、並列接続のツェナダイオードＤ
ｚ及びコンデンサＣと、これと直列接続された抵抗Ｒと
からしきい値電圧■０が供給されている。

すなわち、前記抵抗Ｒは、前記電源電圧子Ｅからバイア
ス電圧Ｖ「を得ており、これにより、前記ツェナダイオ
ードＤｚには、電源電圧＋Ｅ−Ｖｒの分圧された前記し
きい値電圧ｖＯが設定される。

これは、第７図に示すように前記所定の振幅レベルのパ
ルス信号１２ａを前記しきい値電圧Ｖ。

の波高レベルで弁別し、方形波状のパルス信号１４ａが
得られることになる。これにより、前記波高弁別器１４
は、前記しきい値電圧Ｖｏ以上の波高レベルを有する前
記パルス信号１２ａだけを出力し、前記しきい値電圧ｖ
Ｏ以下のパルス信号１２ａ−や検出器１０及び増幅器な
どの雑音パルス信号１１を出力しないという弁別作用を
行っている。

ここで、前記ツェナダイオードＤｚは、周知の如くツェ
ナ特性により定電圧で前記しきい値電圧Ｖｏが設定され
ているので、極僅かに電源電圧＋Ｅの変動が生じてもそ
のツェナ電圧の範囲内においては前記しきい値電圧Ｖｏ
が一定に保たれることになる。

このようにして、弁別された前記弁別信号１４ａは、計
数回路１６に入力され、ここで弁別されたパルス信号１
４ａのパルス数が計数され、計数値１６ａが算出される
。そして、この計数値１６ａは、例えばＣＲＴなどの表
示器１８に表示されることになる。この結果、入射放射
線量及び線量率が求められる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような第６図に示す従来の半導体放
射線測定装置では、一般に、電源とじて小型で容量の大
きいリチウム電池が用いられ、第３図に示すように電池
電圧は消費時間により変動することが知られている。

従って、従来では前記電池の電源電圧＋Ｅの変動に対し
ては、前記波高弁別器１４の前記しきい値Ｖｏ（カット
エネルギーレベル）の変動、回路の消費電流の増大、装
置の大型化という問題があった。

すなわち、前記カットエネルギーレベルの変動について
は、第６図のように前記ツェナダイオードＤｚのツェナ
電圧だけに基づいて前記しきい値Ｖｏを設定しているの
で電源電圧の変動幅が該ツェナ電圧よりも大きい時には
、前記しきい値レベルがその変動により変わってしまう
不具合が生じ、このために正確な波高弁別作用が行われ
ないという問題があった。

従って、従来において放射線線量を常に正確に求め、ま
た安定した放射線のエネルギー特性を得るためには、例
えば第３図に示す周知の電池電圧の経時変化による電池
電圧の変化（放電特性）のように電源電圧の変動に対し
て影響されず、常に同ししきい値レベルで弁別する必要
があった。

そこで、−船釣に従来においては、このような電源電圧
の変動に対し、カットエネルギーレヘルを安定化するた
め、しきい値電圧を定電流源回路を用いて一定値に保つ
ようにしている。

しかし、このような前記定電流源回路を用いる方法では
、回路の複雑化、大型化になると共に、どうしても電源
電圧の変動範囲に対して電圧制御範囲に限界があり、ま
た調整範囲も限られ、正確な線量測定か困難であった。

また、回路の消費電流の土曽大については、前記電源電
圧＋Ｅの変動に対して、前記増幅器〕２の増幅度を一定
に保つためには、多くの電流を流す必要かあった。

すなわち、特に、微弱な信号の電圧増幅を行う前置増幅
器の場合には、該増幅器か低電圧（最低動作電圧）で安
定に増幅作用を得ることか困難であり、どうしても電流
を増大させなければならなかった。

従って、前記増幅器１２による消費電流か増加して電池
寿命が短くなり、これによって、放射線の測定時間か短
くなるという問題があった。このために、必要な測定時
間を確保するには大容量の電池を使用する必要かあった
。

更に、装置の大型化については、上記の定電流源回路や
大容量の重心を使用しなければならないという理由から
測定装置自体か大きくなり、例えば携帯性、使い勝手か
不便であった。従って、なるべく小さな電池で長時間使
用できることが要望されている。

以上のように、従来の放剃線測定装置では、電源電圧の
変動の影響を少なくするためには、どうしても増幅器の
供給電流を増大させなければならならず消費電流か土曽
加し、また、電源電圧の変動によって前記波高弁別器１
４のカットエネルキレヘルを常に安定化させて正確な線
量測定を行うことか困難であった。

発明の目的 本発明は上記従来の課題に鑑み成されたものであり、そ
の目的は、低消費電流で安定した線量測定とエネルギー
特性を得ることかできる小型化された携帯に便利な電池
駆動型半導体放射線測定装置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よれば、入射された
放射線をそのエネルギーレベルに応じた波高値のパルス
信号に変換し該パルス信号を出力する半導体検出器と、
前記パルス信号を所定の増幅度で増幅して所定振幅レベ
ルのパルス信号を出力する増幅器と、前記土曽幅された
パルス信号を入力し、該パルス信号の波高を所定のしき
い値で波高弁別し、該しきい値以上の波高レベルのパル
ス信号を出力する波高弁別器と、前記増幅器用及び前記
波高弁別器のしきい値設定用の電源電圧を供給する電池
電源と、前記電池電源から供給される電源電圧を分圧し
て前記しきい値を設定し、前記電源電圧の変動時には、
その変動量に応じて前記波高弁別器のしきい値を設定す
る分圧抵抗器と、前記増幅器により増幅されたパルス信
号を入力しそのパルス信号を所定の振幅レベル１こ減衰
させ、前記電源電圧の変動時には、前記しきい値の変動
に対応させて該パルス信号の振幅レベルを減衰させその
パルス信号を前記波高弁別器に出力する振幅減衰器と、
を有することを特徴とする。

［作用コ 以上のような構成としたので本発明によれば、入射され
た放射線を半導体検出器により、そのエネルギーレベル
に応した波高値のパルス信号に変換し、放射線線量に対
応した数のパルス信号を出力する。

そして、前記パルス信号を入力し、所定の増幅度の増幅
器で増幅して所定振幅レヘルのパルス信号を出力する。

ここで、前記パルス信号は、電圧減衰器に入力され所定
振幅レベルに減衰され、波高弁別器へ出力される。この
波高弁別器は、そのパルス信号を所定のしきい値で波高
弁別して、該しきい値以上の波高レベルのパルス信号だ
けを出力している。

この波高弁別器には、分圧抵抗器か設けられており、電
池電源から供給される所定レベルの電圧を分圧し、これ
により、前記電源電圧が変動した場合には、電源電圧の
変動に応じた前記しきい値に設定される。

これにより、前記電源電圧の変動が生した場合には、電
圧減衰器では前記しきい値の変動と同一の変動分たけパ
ルス信号の振幅レベルを減衰させる。

この結果、電源電圧の変動に応じて前記電圧減衰器の振
幅レヘルの減衰量を前記波高弁別器のしきい値レベルに
合わせるので、例え電池電４電江に変動か土じても、常
にしきい値か変動しない一定の波高レベルのパルス信号
を得ることか可能となる。

［実施例コ 以下、図面に基いて本発明の好適な実施例を説明する。

第１図は、本発明に係る放射線測定装置の一例を示す回
路構成図である。

なお、前述した第６図及び第７図との同一部側には同一
符号を付し、以下、構成及び動作の説明は省略する。

本発明において特徴的なことは、電源電圧の変動に応し
て前記しきい値の変動量と前記振幅レベルの減衰量とを
一致させ、電源電圧の変動時には、波高弁別レベルを一
定にし、しきい値の変動を防止することにある。

以下、第１図に基づいて回路構成及びその動作を説明す
る。

図において、増幅部１２−は、前置増幅器１２Ａと主増
幅器１２Ｂとから成り、この前置増幅器１２Ａでは、ア
ンプＡの入出力端子間には抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１と
か並列接続された帰還ループが形成され、前記主増幅器
１２Ｂに接続される。

そして、前記前置増幅器１２Ａと前記主量曽幅器１２Ｂ
とでは、並列接続された抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２を
介して接続され、この主増幅器１２Ｂでは、アンプＢの
入出力端子間には並列接続されている抵抗Ｒ１とコンデ
ンサＣ１との帰還ループが形成されている。

これにより、前記パルス信号１０ａを前置増幅器１２Ａ
て先ず電圧増幅して、次段の前記主増幅器１２Ｂで弁別
可能な波高レベルまで振幅増幅し、前記主増幅器１２Ｂ
からは、そのパルス信号か出力され電圧減衰器２０に入
力される。

この電圧減衰器２０は、バイアス抵抗Ｒ６゜Ｒ８、結合
抵抗Ｒ４、ＦＥＴ　（電解効果トランジスタ）から構成
され、図示の如くリチウム電池などの電通電源２４から
供給される電源電圧を前記抵抗Ｒ６，Ｒ８ｉ’分圧し、
前記ＦＥＴのＣ（ゲート）入力にその抵抗Ｒ８の分圧電
圧が供給される。

そして、このＦＥＴのＤ（ドレイン）　−８（ソス）間
の出力は、前記抵抗Ｒ４を介して前記主増幅器１２Ｂに
接続されている。

従って、前記電池電源２４の電圧が前記電圧減衰器２０
に供給されると、抵抗Ｒ８で分圧された電圧ＶＲ８がＦ
ＥＴに入力され、このＶＨ２は前記ＦＥＴのＧ−５間抵
抗Ｒｇに供給され、これが更に、前記ＦＥＴのＤ−Ｓ間
の抵抗分Ｒｄｓに変換される。

すなわち、これは第４図に示すようなＲｄｓ−Ｖｇｓ特
性に基づいて、前記Ｒｇの変化−Ｖｇｓの変化−Ｒｄｓ
変化に変換されることになる。

この結果、′前記結合抵抗Ｒ４と前記抵抗分ＲｄＳとか
ら減衰器が形成される。これにより、前記分圧電圧ＶＲ
８に基づいて減衰量が定まることになり、前記パルス信
号１２ａが抵抗Ｒ４を介して入力されると、前記主増幅
器１２Ｂにより振幅増幅された信号が所定の振幅レベル
まで減衰されることになる。

このようにして、減衰されたパルス信号２０ａは、前記
波高弁別器２２の比較器２２′に入力され、ここで、所
定のしきい値で波高弁別作用が成されるわけだが、この
波高弁別器２２のしきい値の設定は、前記電池電源電圧
を抵抗Ｒ７，Ｒ９で分圧して行われる。

すなわち、前記しきい値を決定する電圧は、前記分圧さ
れたバイアス抵抗Ｒ９の電圧Ｖｏであり、これが前記比
較器２２−の反転入力端子（−）に供給され、非反転入
力端子（＋）には前記パルス信号２０ａが供給される。

これにより、該パルス信号２０ａの波高弁別か成される
。

次に、以下電通電源が変動した場合の具体的な動作を第
２図を用いて詳細に説明する。

ここで、第５図には、電池電源か変動した場合の出力電
圧の変動分を示した特性図か示されており、図では例え
ば、リチウム電池の基準電圧を３、Ｏｖとし、入力電圧
２．２ｍｖ　（１００にΩ）に対し出力電圧か６０ｍｖ
の場合である。

例えば、この特性図から電池電圧Ｖｃｃか２．５ｖから
３．２ｖまて変動した場合では、従来では出力電圧の変
動は４５〜６５ｍｖ、約２０ｍｖ幅の変動量を有するこ
とになる。

これに対し、本実施例ではこの変動分を抑えるように動
作させている。

波高弁別器 ます、第１図のように電池電源２４の電圧ＶｃＣか例え
ば、３．Ｏｖから２．５ｖに下かって変動した場合、該
電池電圧の減少分ΔＶとすると、しきい値電圧Ｖｏの変
動分ΔＶｏは、 ΔＶｏ−ΔＶｘＲ９／（Ｒ７＋Ｒ９）・・・　（１）で
表される。

これにより、第２図から分かるようにしきい値レベルも
３．Ｏｖのレベルよりも下かってしまい、従って、この
ままでは余分な波高値のパルス信号をも計測してしまう
ことになり正確な測定ができない。

従って、このような電圧変動に対して、前記しきい値レ
ベルを元のレベルに戻す必要がある。

前置増幅器 一方、ここで、前置増幅器１２Ａに流す電流を少なくし
て低清費電流化を図ると、前置増幅器１２Ａのオープン
ループゲイン（増幅度）も電源電圧の変動により変動す
ることになる。

すなわち、この時、前置増幅器１２Ａの電圧出力の変動
をΔＶｐｒｅとすれば、 ΔＶｐｒｅ−ΔＡｘＱ／Ｃｏ＋ＣＩ　（１＋ΔＡ）・・
　（２） で表される。

但し、ΔＡはオープンループゲイン変動分、Ｑは検出器
内で発生する電荷量（電流値）、ｃｏは検出器の容量、
Ｃ１はフィードバック容量である。

以上、（１）及び（２）式から、前述の如く電圧変動に
対し前記しきい値を元に戻すには、前記波高弁別器のし
きい値電圧の変動分ΔＶｏに対して前記前置増幅器の電
圧出力の変動ΔＶｐｒｅを同じ変動量たけ下げれば、つ
まり、該しきい値電圧変動分ΔＶｏだけ前記パルス信号
１２ａの振幅を下げれば、相対的に前記しきい値レベル
を変動しないようにすることが可能となる。

このパルス信号の振幅を下げるのは、前記電圧減衰器２
０によって、前記変動量ΔＶに応じて調整制御される。

電圧減衰器 すなわち、前記電圧減衰器２０の減衰量をＡｔとすれば
、 Ａｔ＝Ｒｄｓ／Ｒ４＋Ｒｄｓ　＃　６　ｍ　　（３）で
表すことができ、前記ＦＥＴのＤ−８間抵抗Ｒｄｓは、
前述のようにＤ−８電圧Ｖｇｓの関数となる。

すなわち、Ｒｄｓ−ｆ　　（Ｖｇｓ）　　・・・　（４
）となる。

ここで、前記Ｖｇｓを電源電圧＋Ｅより分圧して与える
と、ΔＶの変動に対して ΔＶｇｓ＝ΔＶｘＲ８／　（Ｒ６＋Ｒ８）となり、従っ
て、減衰量Ａｔの変動分ΔＡｔは、ΔＡｔ−ｆ（ΔＶｇ
ｓ）／Ｒ４＋ｆ　（ΔＶｇ　ｓ）・・・　（５） で表される。

以上のことから、上記（１）、（３）、（５）式により
、各抵抗値Ｒ４，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９を選ぶことにより、
前記しきい値電圧の変動分ΔＶ。

に等しくさせて前置記増幅器１２Ａの増幅度を変動させ
ることができる。

これにより、前記増幅器で増幅されたパルス信号１２ａ
の振幅を前記しきい値電圧変動分ΔＶ。

に応じて減衰させることになる。

すなわち、これは、前記電圧減衰器２０の減衰量Ａｔの
調整により、前記しきい値電圧の変動ΔＶｏが、 Δｖ〇−増幅度の変動ΔＶｐｒｅ ＋減衰量の変化ΔＡｔ として成り立ち、ΔＡｔの調整によって、最終的に前記
しきい値電圧の変動量と前記振幅レベルの総合的（トー
タル）な減衰量とを一致させ、しきい値の変動を防止す
ることかできる。

また更に、全使用電源範囲内においても、前記各抵抗及
びｆ　（Ｖｇｓ）を最適値に選ぶことにより、前記しき
い値と前記増幅度との変動誤差を最小にすることが可能
となる。

従って、第２図に示すように電池電源の変動かない場合
（パルス信号を太い実線で示す）に比へて、電性電源変
動時において、電圧低下ｄｏｗｎ時（パルス信号を細い
実線で示す）には、しきい値Ｖｏ’の低下−１曽幅器の
土曽幅度低下−減衰器の減衰量増加（基準減衰量Ａｔよ
りも減衰量大）−シきい値Ｖｏの上昇→しきい値一定と
なる。

また、逆に、電圧上昇ｕｐ時（パルス信号を鎖線で示す
）には、しきい値Ｖｏの上昇＝ま曽幅器の増幅度上昇−
減衰器の減衰量増加（基準減衰量Ａｔよりも減衰量中）
−シきい値Ｖｏの上昇−しきい値一定となる。

このようにして、電池電源の変動、すなわち、電圧降下
６０ｗ０時及び上昇ｕｐ時に応じて減衰器の減衰量を自
動的に調整して前記しきい値電圧の変動をなくし、常に
一定値に維持することかでき、波高弁別器の弁別作用を
正確に行うことか可能となる。

更に、本実施例によれば、電源電圧の変動に対し増幅度
が変動しても調整可能なので、前述にように前記増幅器
に供給する電流を極力抑えることができるので、従来に
比して消費電流を約半分程度に抑えることが可能である
。

なお、より厳密なカットエネルギーレベル（しきい値レ
ベル）の安定化が必要な場合には、電圧探知素子を用い
、幾つかの電圧範囲に区分して前記各抵抗値をアナログ
スイッチなどを用いて変えることも可能である。

［発明の効果コ 以上のようにして、本発明に係る電池駆動型半導体放射
線測定装置によれば、電源電圧の変動量には、その変動
量に応じて前記電圧減衰器により増幅器の出力されるパ
ルス信号の振幅レベルを減衰させて調整し、前記波高弁
別器のしきい値変動量に一致させることが可能となる。

この結果、しきい値の変動を常に防止でき、安定な波高
弁別作用が得られ、高精度の線量測定かできる。

また、増幅器に供給する電流値を最小限に抑えることが
可能なので電池寿命を長くすることができると共に、装
置の小型化を図ることか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電池駆動型半導体放射線測定装
置の回路構成図、 第２図は、本発明の回路構成の動作説明図、第３図は、
電池の放電特性図、 第４図は、本発明に係る電圧減衰器に用いたＦＥＴの特
性図、 第５図は、電源電圧変動に対してのしきい値電圧変動分
を示した特性図、 第６図は、従来の電通駆動型半導体放射線測定装置の回
路構成図、 第７図は、第６図の回路構成図を説明する説明図である
。 １０　・・・　半導体検出器 １２Ａ　　・・・　前置増幅器 １２Ｂ　　・・・　主増幅器 １０ａ、１２ａ、２Ｃ１ａ　　・・・　パルス信号ＦＥ
Ｔ　　・・・　電解効果トランジスタ２０　・・・　電
圧減衰器 ２２　・・・　波高弁別器 ２２−　・・・　比較器 ２４　・・・　電池電源 Ｖｏ　　・・・　しきい値電圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射された放射線をそのエネルギーレベルに応じ
   た波高値のパルス信号に変換し該パルス信号を出力する
   半導体検出器と、 前記パルス信号を所定の増幅度で増幅して所定振幅レベ
   ルのパルス信号を出力する増幅器と、前記増幅されたパ
   ルス信号を入力し、該パルス信号の波高を所定のしきい
   値で波高弁別し、該しきい値以上の波高レベルのパルス
   信号を出力する波高弁別器と、 前記増幅器用及び前記波高弁別器のしきい値設定用の電
   源電圧を供給する電池電源と、を含み、前記波高弁別器
   の出力するパルス信号を計数しその計数値を表示して放
   射線の線量を測定する電池駆動型半導体放射線測定装置
   において、 前記電池電源から供給される電源電圧を分圧して前記し
   きい値を設定し、前記電源電圧の変動時には、その変動
   量に応じて前記波高弁別器のしきい値を設定する分圧抵
   抗器と、 前記増幅器により増幅されたパルス信号を入力しそのパ
   ルス信号を所定の振幅レベルに減衰させ、前記電源電圧
   の変動時には、前記しきい値の変動に対応させて該パル
   ス信号の振幅レベルを減衰させそのパルス信号を前記波
   高弁別器に出力する振幅減衰器と、を有し、 前記電源電圧の変動時には、その変動に応じて前記しき
   い値の変動と前記振幅レベルの減衰とを一致させ、しき
   い値の変動を防止することを特徴とする電池駆動型半導
   体放射線測定装置。