JPH0634763A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来γ線の個人被曝線量計しかなかったが、γ
線と中性子線とに対する個人被曝線量計を、γ線検出器
とほぼ同じ大きさの容器に収納した放射線検出器を提供
する。 【構成】放射線検出部１、２と、この検出部の出力を増
幅する電子回路４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂから構成される
放射線検出系統を複数備えた放射線検出器において、検
出部１，２と前置増幅器回路４ａ，４ｂを一つの基板１
８に配置し、前置増幅器４ａ，４ｂの出力信号を増幅す
る増幅器回路５ａ，５ｂを他の基板１９に配置し、両基
板との間にシールド板１７を介在させ、金属製のパッケ
ージ１２に収納し、シールド板１７と、パッケージ１２
と、電子回路４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの０Ｖ回路とを接
続してグランド系を構成し、かつ、検出部１，２をパッ
ケージ１２に向けて配置した放射線検出器４０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、γ線や中性子線などの
電離性放射線を測定する放射線検出器で，特に、放射線
作業者が作業中に被曝する放射線量を測定する個人被曝
線量計に用いられる放射線検出器の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】個人被曝線量計に用いられる放射線検出
器は放射線作業者が作業中に被曝する放射線量を測定す
るものであり、放射線作業者が放射線管理区域内での作
業中には常時携帯するものであり、近年は、タバコ箱の
大きさ位になり、作業衣のポケットに収納して使用され
ることが多い。

【０００３】従来より実施されている個人被曝線量計に
用いられる放射線検出器の一例の回路構成を図３により
説明する。図において、１は例えば半導体γ線検出素
子、４は検出素子１が検出したγ線量に応じて出力する
微弱な電荷信号である放射線検出信号を電圧信号に変換
する前置増幅器、５は前置増幅器４の出力信号をさらに
増幅する増幅器、６は増幅器５が出力するγ線出力信
号、８は検出素子１を動作させるために印加されるバイ
アス電圧信号、３は検出素子１に印加されたバイアス電
圧信号に重畳している放射線検出信号を取り出し前置増
幅器に送りだす結合コンデンサー、１０は増幅器５など
の電子回路に動作用電源を供給する回路用電源端子、１
１は前記増幅器５などの電子回路や検出素子１などのグ
ランド端子（接地端子）である。１２は以上の各要素を
収納する例えば金属製のパッケージであり、このパッケ
ージの電磁シールド（金属製ケースそのもの）はグラン
ド端子１１に接続されている。この放射線検出器３０
は、増幅器５などの電子回路に使用する抵抗やコンデン
サーなどの電気部品に表面実装部品を使用することによ
り、その大きさを例えば２〜３センチ角、厚さ５〜１０
ミリ程度にすることが可能である。このような寸法の放
射線検出器を構成することによって、この放射線検出器
３０はグランド端子１１を基準にして回路用電源端子１
０と検出器１に所定の電圧を印加することにより、測定
対象であるγ線に基づく出力信号を端子６に得ることが
でき、小形・軽量という特徴を活かして、直読式の警報
機能付き個人被曝線量計の放射線検出器などに使用され
ている。なお、半導体γ線検出素子１の代わりに特開昭
６１−１５２０８４号公報に開示されている半導体中性
子検出素子を使用することにより、中性子線も測定する
ことができる。さらに、使用する半導体放射線検出素子
の特性や素子周辺の機構・構造を工夫することにより、
α線やβ線などの放射線を測定することも可能である。

【０００４】図４に従来のγ線用放射線検出器の要部構
成断面図を示す。図において、半導体γ線検出素子１
と、前置増幅器４がセラミック基板１８の一つの面上に
配置され、基板１８の裏面に前置増幅器４の出力信号を
さらに増幅する増幅器５の回路が配置されている。検出
素子１はパッケージ１２の内面に向けて配置されてい
る。なお、必要に応じて、γ線用のエネルギーフィルタ
ー２０が検出素子１とパッケージ１２の間に配設され、
人体がγ線を被曝した際、人体への放射線の吸収線量と
線質（放射線の種類とエネルギーの状況）を加味した人
体への影響を的確に評価するのに適したエネルギー分布
のγ線を抽出するようになっている。パッケージ１２は
グランド端子１１（図３）に接続され、また、樹脂封止
されており、耐ノイズ的にも、耐環境的にも強く構成さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】放射線検出器３０は１
組の検出器として構成されているので、１種類の放射線
しか測定できない。このため、例えば、γ線や中性子線
の混在する複合放射線場において、γ線や中性子線とい
った複数種類の放射線を個別に測定する必要がある場合
には、γ線用放射線検出器と中性子線用放射線検出器の
２組の放射線検出器を用意しなければならない。

【０００６】一方、原子力発電所などで発生する使用済
核燃料の再処理を行う工場などでは、γ線被曝に加え、
使用済核燃料から発生する中性子線による作業者の中性
子線被曝が問題となってきており、作業者個人の被曝線
量管理がますます重要になりつつある。そして、個人の
被曝線量管理には過剰被曝の防止が可能な直読式の警報
機能付き個人被曝線量計が広く使用されており、この線
量計の放射線検出器には、小形軽量、高電圧バイアス不
要、振動衝撃に強いなどの理由により、通常上述の放射
線検出器３０のような半導体放射線検出素子を用いたも
のが使用されている。しかしながら、この線量計が測定
できる放射線の種類は、現状ではγ線のみであるため、
中性子線の測定可能な直読式の警報機能付き個人被曝線
量計が望まれている。

【０００７】従来技術により、γ線と中性子線が個別に
測定可能な直読式の警報機能付き個人被曝線量計を１台
で構成する場合、γ線測定用と中性子線測定用の放射線
検出器３０を各々１個づつ計２個使用せざるを得ず、こ
のため、この個人被曝線量計の寸法・質量が大きくなる
という問題点がある。また、一つのパッケージに放射線
検出系統を２系統（例えば、γ線測定用と中性子線測定
用の放射線検出器）をコンパクトに収納する場合、電気
・電子部品の実装密度が高くなり、空間電荷の影響で２
系統の電子回路が互いに干渉し、出力信号６が発振する
場合があり、小型化を計るのが困難であった。

【０００８】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、一つの
パッケージに放射線検出系統を複数系統収納し、複数系
統の電子回路が空間電荷の影響で互いに干渉したり、出
力信号が発振したりすることがない、動作が安定した放
射線検出器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放射線検出器においては、放射線を検出す
る検出部と、この検出部が出力する電気信号を増幅する
前置増幅器回路と増幅器回路からなる電子回路と、から
構成された放射線検出系統を複数備え、複数系統の検出
部と前置増幅器回路を一つの基板上に配置し、前置増幅
器の出力信号を増幅する増幅器回路を他の基板上に配置
し、両基板の間に電磁シールド用遮蔽材を介在させ、両
基板と電磁シールド用遮蔽材を、電磁シールド機能を有
するパッケージに収納し、電磁シールド用遮蔽材と、パ
ッケージの電磁シールド部分と、前置増幅器回路と及び
増幅器回路を含む電子回路の０Ｖ回路とを接続してグラ
ンドとなし、検出部を搭載した基板の検出部搭載面をパ
ッケージの内面に向けて配置するものとする。

【００１０】また、前記構成における放射線検出器にお
いて、放射線検出部が半導体放射線検出素子で構成され
るものとする。

【００１１】

【作用】上記構成により、複数系統の放射線検出部が一
つの基板上に配置され、かつ、この基板の検出部搭載面
をパッケージ内面に向けて配置したことにより、外界か
ら放射線が検出部に入射する特性は、従来技術における
個別パッケージの場合と物理的に異なるところがなく、
また、必要に応じてエネルギーフィルターを検出部とパ
ッケージ間に配設し、放射線被曝検知を適確に行うのに
適したエネルギー分布のγ線を抽出して検出素子に導く
ようにして、従来技術並の放射線検出特性を維持する。

【００１２】また、検出部と前置増幅器回路の動作の安
定化については、この回路部分が非常に高インピーダン
ス回路であるため、周辺回路の電位変動が空間を介して
結合し（浮遊容量結合）、このため、空間を介して電荷
の移動が生じ、回路動作に悪影響を与えるおそれがある
が、本検出器では、特に、増幅器５の出力電圧が浮遊容
量を介して自己および他系統の検出部および前置増幅器
回路と結合することによって生じる影響は、検出部およ
び前置増幅器回路を搭載する基板と増幅器を搭載する基
板との間に介在させた電磁シールド用遮蔽材と、両基板
と電磁ールド用遮蔽材とを収納するパッケージの電磁シ
ールド部分と、電子回路の０Ｖ回路を接続してグランド
とし、高インピーダンス回路である検出部および前置増
幅器回路搭載用基板の周辺を０Ｖ回路で取り囲むことに
より、即ち、周辺の電位を０Ｖに安定化して、周辺回路
からの電位変動の影響が除去される。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるγ線と中性子
線とが測定可能な放射線検出器の要部構成断面図を、図
２はこの放射線検出器の回路図を示したものであり、図
３、図４に対応する同一部材には同じ符号が付してあ
る。まず、本発明の理解を容易にするために、図２の２
系統（γ線検出系および中性子線検出系）の検出系を有
する放射線検出器４０を先に説明する。図２において
は、１は例えばシリコン半導体素子からなる半導体γ線
検出素子、２は例えばシリコン半導体放射線検出素子の
表面にボロンの同位体であるボロン−１０をドープし、
ボロン−１０と中性子線の核反応で生ずるα線を検出す
ることによって中性子線を測定する半導体中性子線検出
素子である。これらの素子の各々には、従来の技術の項
で説明したように、結合コンデンサー３ａ，３ｂ、前置
増幅器４ａ，４ｂ、増幅器５ａ，５ｂがそれぞれ接続さ
れており、グランド端子１１との間に、回路用電源１
０、およびバイアス電圧信号８並びに９を供給して、γ
線出力信号６および中性子線出力信号７をグランド端子
１１を基準にして得るように構成している。

【００１４】また、１７は電磁シールド用遮蔽材であ
り、本質的に雑音の影響を受けやすい放射線検出部１、
２および検出部１、２に対応した前置増幅器４ａ，４ｂ
の回路を周辺の電位変動から遮蔽するものである。遮蔽
材１７は例えば銅板が使用される。以上の各部品・要素
がパッケージ１２収納され、１組の放射線検出器を構成
している。パッケージ１２には金属製のケースが使用さ
れるが、プラスチックなどの樹脂製ケースの表面に金属
容射により金属層を形成したものや、導電性樹脂層を塗
布形成したもののようなシールド機能を有するパッケー
ジを用いてもよい。パッケージ１２の電磁シールド面と
遮蔽材１７とグランド端子１１（電源回路の０Ｖ）を接
続して、検出部１、２および前置増幅器４ａ，４ｂを空
間的に囲み、電磁シールドを構成する。放射線検出器の
出力信号６、７は波高値弁別器１３ａ，１３ｂに入力さ
れ、予め設定された閾値レベルと比較され規格化信号と
して出力される。放射線検出器の出力信号６、７の波高
値が閾値レベルより高い場合、この規格化信号は１を出
力し、後段のカウンター１４ａ，１４ｂで計数され、そ
れぞれγ線計数信号１５、中性子線計数信号１６とし
て、図示されていないマイクロプロセッサーなどの信号
処理装置に送られる。出力信号６、７の波高値が閾値レ
ベルより低い場合、規格化信号は０で、カウンター１４
ａ，１４ｂでは計数されない。

【００１５】次に、図１において、１８は検出部および
前置増幅器回路搭載用基板であり、セラミック基板に回
路印刷されたものである。半導体γ線検出素子１と半導
体中性子線検出素子２が同一基板面に配置され、結合コ
ンデンサー３ａ，３ｂおよび前置増幅器４ａ，４ｂはそ
れぞれが対応する検出部の半導体素子の裏面側に配置さ
れている。１９は増幅器搭載用基板であり、セラミック
基板やエポキシ樹脂基板が使用される。この基板には多
層基板を用い、中間層をシールド面１７’として０Ｖ回
路に接続し、この基板の両面に放射線検出系統（１）お
よび放射線検出系統（２）の増幅器が配置されている。
基板１８と基板１９の間に電磁シールド用遮蔽材１７が
介在し、基板１８，１９および遮蔽材１７がパッケージ
１２に収容されている。前述のごとく、パッケージ１２
のシールド面と電磁シールド用遮蔽材１７と０Ｖ回路と
が接続されてシールド系が構成されている。

【００１６】上記構成によって、まず、放射線検出特性
の維持の点に関しては、放射線を検出するγ線検出素子
１と中性子線検出素子２が同一基板面に搭載され、か
つ、パッケージ１２の内面に向けてこれら検出素子１、
２を配設しているので、個別に検出部を配置したのと同
じであり、外部から入射する放射線に対する検出特性
は、必要に応じて検出部とパッケージ１２との間に所要
のエネルギーフィルター２０を配設し、放射線被曝検知
に適したエネルギー分布の放射線を抽出し、検出素子
１、２に到達させ、これによって、個別に製作した放射
線検出特性と同じ特性が維持できる。

【００１７】次に、放射線検出器の動作の安定性に関し
ては、放射線の入射により電離した電荷を検出し、電圧
に変換する前置増幅器が搭載された基板１８の回路が本
質的に極めて高インピーダンス回路であり、このため、
周辺の回路の電位変動が空間の浮遊容量を介して結合
し、検出した電荷に悪影響を与えるのが原因である。そ
れ故に、上記構成により、パッケージ１２のシールドと
電磁シールド用遮蔽材１７と０Ｖ回路とを接続し、周辺
回路からの電位変動の影響を最も受易い前記基板１８の
回路を０Ｖ回路の面で包囲し、シールド系を構成し、周
辺の回路からの電荷結合を抑え込むことにより、放射線
検出器の動作安定性が達成されている。即ち、増幅器５
ａ，５ｂやここでは図示されていない付属回路などから
の干渉影響が除去されている。また、基板１９の中間層
もシールド１７’として使用され、増幅器５の相互間の
干渉影響が除去されている。さらに、前記基板１８と接
地回路（シールド系）との間の空隙を狭くして、基板１
８の系統１と系統２の回路が接地回路間とで構成する浮
遊容量が系統１と系統２の回路相互間の浮遊容量よりも
大きくし、基板１８上の系統１と系統２の回路相互間の
浮遊容量に基づく影響をも低減している。即ち、図２に
点線で示した様に、系統１と系統２間の結合はあたかも
この点線個所にシールド回路が存在すると等価な作用が
期待できる。

【００１８】本発明の構成により、γ線および中性子線
の２系統の放射線検出器を従来のγ線用放射線検出器の
容積に比べ、若干の寸法増で製作することができた。ま
た、本検出器も樹脂封止されており、耐環境的に強く構
成されている。次に、外部より入射するγ線と中性子線
の放射線の識別について述べる。半導体γ線検出素子１
は中性子線に対する核反応断面積が十分低い素材を用い
ているため、中性子線がγ線検出素子１に入射しても、
その検出感度はγ線がγ線検出素子１に入射したときの
検出感度よりも十分に低いため、実用上γ線検出素子１
は中性子線に対する感度はないものと考えてよい。ま
た、半導体中性子線検出素子２は、ドープされたボロン
−１０と中性子線との核反応により生ずる核反応生成物
であるα線のエネルギーが大きいことにより、検出素子
２に中性子線が入射したときに発生する中性子線出力信
号７の波高電圧が、中性子検出素子２にγ線が入射して
ときに発生する波高電圧よりも高いので、中性子線出力
信号７の後段に接続される波高値弁別器１３ｂの閾値レ
ベルをγ線の波高値弁別器１３ａの閾値レベルよりも高
めに設定（あるいは、増幅器５ｂの増幅度を若干下げ
て）すれば、中性子線出力信号７用の弁別器１３ｂはγ
線によって規格信号を出力しないので、中性子線計数信
号１６は中性子線信号成分のみとすることが可能であ
り、実用上γ線に対する感度はないものと考えてよい。
従って、この放射線検出器４０で検出するγ線計数信号
１５と中性子線計数信号１６には、それぞれγ線成分の
み、中性子線成分のみが含まれ、他の放射線成分が含ま
れないので、γ線と中性子線の混在の場でも、γ線の量
と中性子線の量をそれぞれ独立して検出することができ
る。 なお、この例では放射線検出器４０の測定対象を
γ線と中性子線の２種類としたが、これが他の種類の放
射線であっても、また３種類以上の放射線を検出できる
系統構成の放射線検出器であっても寸法的に若干広がり
をもつ点を除けば同様の効果が得られる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、従来のγ線検出器と容積比で若干の寸法増で、γ線
及び中性子線の２系統の放射線検出器を収納し、個別に
製作された放射線検出器の検出特性と同じ特性が維持で
き、また、２系統の放射線検出器を高密度に収納したに
も拘わらず、周辺の回路からの干渉影響も本発明の構成
により安定に動作するものが得られ、この結果、従来、
γ線測定用の直読式の警報機能付き個人被曝線量計しか
なかったものが、本発明の２系統の放射線検出器によ
り、従来のγ線測定用の直読式の警報機能付き個人被曝
線量計とほぼ同じ寸法で、γ線と中性子線の混在の場で
も、γ線量と中性子線量をそれぞれ独立して検出するこ
とができる直読式の警報機能付き個人被曝線量計を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部構成断面図

【図２】図１の放射線検出器の回路図

【図３】従来例の放射線検出器の回路図

【図４】従来例の要部構成断面図

【符号の説明】

１ 検出部（半導体γ線検出素子） ２ 検出部（半導体中性子線検出素子） ３ａ，３ｂ 結合コンデンサー ４ａ，４ｂ 前置増幅器 ５ａ，５ｂ 増幅器 ６ γ線出力信号 ７ 中性子線出力信号 ８ γ線用バイアス電圧信号 ９ 中性子線用バイアス電圧信号 １０ 回路用電源端子 １１ グランド端子 １２ パッケージ １３ａ，１３ｂ 波高値弁別器 １４ａ，１４ｂ カウンタ １５ γ線計数信号 １６ 中性子線計数信号 １７ 遮蔽材 １７’ シールド １８ 基板 １９ 基板 ２０ エネルギーフィルター ３０ 放射線検出器 ４０ 放射線検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射線を検出する検出部と、この検出部が
   出力する電気信号を増幅する前置増幅器回路と増幅器回
   路からなる電子回路と、から構成された放射線検出系統
   を複数備えた放射線検出器であって、 前記複数系統の検出部と前置増幅器回路を一つの基板上
   に配置し、 前記前置増幅器の出力信号を増幅する増幅器回路を他の
   基板上に配置し、 前記両基板の間に電磁シールド用遮蔽材を介在させ、 前記両基板と前記電磁シールド用遮蔽材を、電磁シール
   ド機能を有するパッケージに収納し、 前記電磁シールド用遮蔽材と、前記パッケージの電磁シ
   ールド部分と、前記電子回路の０Ｖ回路とを接続してグ
   ランドとなし、 前記検出部を搭載した基板の検出部搭載面を前記パッケ
   ージの内面に向けて配置した、 ことを特徴とする放射線検出器。
2. 【請求項２】請求項１に記載の放射線検出器において、
   放射線を検出する検出部が半導体放射線検出素子で構成
   されたことを特徴とする放射線検出器。