JPH0720246A - β線検出器およびこのβ線検出器の線量測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体素子を放射線の検出素とするβ線検出器
によって、β線の線量を、β線のエネルギーによらない
所定の感度で測定できるようにする。 【構成】複数の半導体素子と、この半導体素子が放射線
によって出力する電気信号を増幅する複数の増幅回路と
を一つの基板上に配置し、一つの系統の半導体素子の前
面にβ線が透過できるβ線入射窓を配置してβ線検出系
統とし、他の系統の半導体素子各々の前面に、β線の透
過率が前記第１のβ線入射窓よりも低い値のβ線減衰フ
ィルタを配置して補償系統として、一体に筐体に収めて
β線検出器とする。そうして、この検出器のβ線検出系
統の出力の計数結果から補償系統の計数値に重率を乗じ
て減算を行い、β線のエネルギーによらない線量の測定
値を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放射線作業に従事する
放射線作業者が、作業中に被曝する放射線の線量を測定
して表示警報等を行う放射線測定器およびβ線の線量の
測定機能を備えた個人被曝線量計に用いるに適した、β
線を検出する放射線検出器の構造と、この検出器を用い
てβ線の線量を測定する回路とに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子式個人被曝線量計は、放射線作業者
が放射線管理区域内で作業を行うとき常時携帯して被曝
する放射線の線量を測定するものであり、被曝線量を実
時間で測定して表示するとともに、被曝線量があらかじ
め設定した線量を超過すると警報音などを発生する機能
等によって、作業者の過剰被曝の防止役割を担うもので
ある。

【０００３】原子力発電所等における放射線作業者の主
たる放射線の被爆は、γ線によって引き起こされる外部
被爆であり、このため、従来の電子式個人被曝線量計
は、γ線を測定対象とするものがほとんどであったが、
近年における核燃料の再処理施設の稼働や加速器施設の
建設などに伴い、β線による被曝が多くなりつつあるた
め、β線を測定できる電子式の個人被曝線量計の実用化
が望まれている。

【０００４】物質透過力の弱いβ線の測定が可能な電子
式の個人被曝線量計に適したβ線検出器として、高純度
高比抵抗のシリコン等の半導体結晶の基板表面に、ＰＮ
接合あるいは半導体〜金属シヨットキー接合等を薄層に
形成したダイオード構造の半導体放射線検出素子を用い
た検出器の利用が進められている。図２は、β線の線量
の測定機能をもつ個人被曝線量計への搭載を目的とした
半導体放射線検出素子を用いたβ線検出器の構造の一従
来例である。ここで、１は例えば厚さ数μm のマイラシ
ートにアルミを蒸着して製作されたβ線入射窓であり、
４は例えば半導体シリコン結晶によって製作されたβ線
検出素子であり、７はβ線検出素子４の出力信号を増幅
する増幅回路部であり、６は例えばセラミックなどで作
られた基板であり、この基板の一方の面にβ線検出素子
４が、他の面に増幅回路部７を実装している。なお、こ
こではβ線検出素子４と増幅回路部７を接続する信号線
などは図示していない。また、３はβ線検出素子４や増
幅回路部７を封入する金属製のシールドケースである。

【０００５】上記のようなβ線検出器を搭載した従来の
電子式の個人被曝線量計では、搭載している放射線検出
器が出力する電圧パルスを計数し、その積算計数値を演
算処理して被曝線量を算出する方法が一般的に採られて
おり、このような方法の従来の具体例が図２中に例示さ
れている。図２において、検出器の出力パルスを計数す
る際、検出器の出力信号に含まれる雑音パルス成分の波
高電圧値を超える任意の電圧値を弁別レベルとして弁別
回路８に設定しておき、そのレベルよりも高い波高電圧
値を持つパルスが出力された場合のみ計数回路９で計数
されるようにして雑音パルス成分などを除去している。

【０００６】さて、β線を放出して崩壊する原子核は、
崩壊に際して本来一定のエネルギーを放出するが、放出
エネルギーの一部はβ線とともに放出されるニュウトリ
ノによって運び去られるためβ線のエネルギーは、崩壊
エネルギーを最高値としてこの値より低いエネルギー範
囲に向かって低エネルギー側で高い確率で連続的に分布
している。

【０００７】また、β線は物質との相互作用が大きいた
め、β線を放出する線源とβ線の検出素子との中間に窓
材その他の物質が存在する場合、この中間物質によって
もβ線は減衰する。上述の性質を有するβ線が、シリコ
ンのような半導体検出素子に入射すると、物質との相互
作用が大きいβ線は、厚さが数百μm のシリコン半導体
の内部で大部分のエネルギーを失い、半導体検出素子の
空乏層中に入射したβ線のエネルギーに比例する数の電
子正孔対よりなるキャリヤを生成する。この電荷キャリ
ヤは半導体検出素子の外部に取り出され、検出素子に入
射したβ線のエネルギーに比例した電気信号を与えるこ
ととなる。

【０００８】β線の発生とその検出は、上記に説明の如
きメカニズムによって進行するので、β線の線源をエネ
ルー分別能力をもつβ線検出器で観測すると、最高エネ
ルギーから低いネルギー領域に向かって計数頻度が連続
的に分布する観測結果が得られる。図３は、β線検出器
でβ線を測定して得られる出力波高分布の例である。

【０００９】この図において、横軸は出力パルスの波高
電圧値であり、縦軸は各電圧値を持つ出力パルスの頻度
数である。図３の（ａ）は、放射するβ線の最高エネル
ギーが低い例えば¹⁴⁷Pm などのβ線が入射した時の出力
波高分布の例を示し、図３の（ｂ）は、最高エネルギー
が高いβ線を放射する例えば⁹⁰Sr-Yなどを計測したとき
に得られる出力波高分布の例である。

【００１０】前記従来の電子式の個人被曝線量計では、
既に説明の如く、弁別レベルとして検出器の雑音レベル
を超える任意の電圧値を設定し、その弁別レベルを超過
する波高電圧値を持つ検出器出力パルスのみを計数する
図２に例示の方法が一般に採られている。上記図３に例
示のような特性をもつβ線検出器の出力の、上記の弁別
回路と計数回路とによって構成された従来の電子式個人
被曝線量計に用いられている線量測定回路による測定値
の性格を、弁別レベルの機能概念をも示す図である図３
によって以下に説明する。

【００１１】図３において、横軸の低パルス波高側（左
側）に弁別レベルＮを設定してあるが、この弁別レベル
よりも高パルス波高側（右側）のパルスの総数、すなわ
ち積算計数値は、図３の（ａ）と（ｂ）において斜線で
示された部分の面積に相当する値となる。図３からわか
るように、弁別レベルＮを超える図中斜線部の面積とし
て表される積算計数値としてのパルス総数の、弁別レベ
ルＮ以下のパルスを含む全パルス数に対する割合は、低
エネルギーβ線と高エネルギーβ線では、高エネルギー
β線の方が高くなる。したがって、仮に検出器がβ線に
よって出力する全パルス数が低エネルギーβ線、高エネ
ルギーβ線で等しくても、雑音成分除去のため弁別レベ
ル以下の波高のパルスの計数は行われないため、積算計
数値の大きさは高エネルギーβ線の方が大きく、すなわ
ち感度（単位線量あたりの積算計数値）が高くなる。

【００１２】このため、波高弁別タイプの個人被曝線量
計では、β線感度がβ線エネルギーに依存することにな
る。すなわち、低エネルギーβ線の入射時には、その出
力パルスの波高電圧値が低いので弁別レベルを上回るパ
ルスの数が少なく感度が低くなるのに対し、高エネルギ
ーβ線の入射時は出力パルスの波高電圧値が高いので弁
別レベルを上回るパルス数が多く、感度が高くなる。

【００１３】図４に横軸にβ線エネルギー、縦軸にβ線
感度をとり、図２に例示の従来方式のβ線検出器と線量
測定回路によって測定されたβ線線量値のエネルギー特
性の例を示す。この図４に示したように、図２に例示の
従来方式においては、β線のエネルギーが低くなるにつ
れて感度が低くなる傾向を示す。

【００１４】また、β線検出器に使用している半導体素
子は、通常γ線にも感度を有しているために、γ線の存
在する場でβ線を測定しようとする場合に、検出器出力
にγ線パルス成分が含まれてしまい、β線のみによる線
量を正確に測定することは困難であった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記に説明の如く、従
来技術による半導体式β線検出器と弁別回路とによって
構成された従来の電子式個人被曝線量計等のβ線の線量
測定機能を備えた放射線測定器によっては、あるエネル
ギーを有するβ線の線量を的確に測定できても、そのエ
ネルギーとは異なるエネルギーのβ線が入射した場合、
検出器のβ線検出感度のエネルギー依存性のため、正当
なβ線の線量を測定できない可能性があった。

【００１６】また、β線検出器に使用している半導体素
子は、通常γ線にも感度を有しているために、γ線の存
在する場でβ線を測定しようとするとき、検出器出力に
γ線による出力パルス成分が含まれてしまい、β線のみ
による線量を正確に測定することは困難であった。本発
明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、β線の線
量評価に適したβ線検出感度のエネルギーに対する依存
性が小さい半導体式のβ線検出器と、この検出器を用い
てエネルギー依存性の少なく、かつ、γ線が共存する場
合でも、その影響が少ないβ線の線量の測定回路の提供
を目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願第一の発明においては、β線検出器を、半導放
射線検出体素子と、この素子が出力する電気信号を増幅
する複数の増幅回路と、から構成された放射線検出系統
の複数系統を設け、前記複数系統の半導体素子と増幅回
路とを一つの基板上に配置し、一つの系統の半導体素子
の前面にβ線を透過するβ線入射窓を配置してβ線検出
系統とし、他の系統の半導体素子各々の前面に、β線の
透過率が前記β線入射窓よりも低い値のβ線減衰フィル
タを配置して補償系統とし、前記半導体素子と増幅回路
を備えた基板、および前記β線入射窓とβ線減衰フィル
タとを一体に雑音遮蔽用の筐体に収めて構成する。

【００１８】そうして、前記のβ線検出器を用い、前記
β線検出系統と補償系統からの出力パルスの波高弁別を
行う複数の弁別回路と、弁別回路の出力信号を計数する
複数の計数回路と、複数の計数回路の計数結果に重率を
乗じて減算を行う減算回路と、でβ線検出器の線量測定
回路を構成する。

【００１９】

【作用】上記構成により、複数の半導体素子を使用し、
β線検出系の計数値から、補償系の計数値を減算した結
果をβ線の正味計数値とすることによって、β線減衰フ
ィルターを通過しやすい高エネルギーβ線はβ線素子と
補償素子の両方に計数されることにより、減算して得ら
れる高エネルギーβ線の正味計数値を小さくすることが
できる。一方、β線減衰フィルターを通過しにくい低エ
ネルギーβ線は、β線素子では計数されるものの、補償
素子では殆ど計数されないために、減算して得られる正
味計数値はβ線素子の計数値とほぼ同じである。したが
って、この方法によれば、エネルギーの高いβ線ほど正
味計数値を小さくできるので、本来、β線エネルギーが
高くなると感度が高くなる特性を有する半導体式のβ線
検出器のβ線エネルギー特性をよりフラットにすること
が可能となる。

【００２０】

【実施例】図１は、本願の発明において、放射線の検出
系統の数を２とした場合のβ線検出器とβ線の線量測定
回路および前記β線検出器とβ線の線量測定回路を用い
た放射線測定器の一実施例を説明るす図であり、以下こ
の図によって説明する。図１において、１は例えば厚さ
数μm のマイラシートにアルミを蒸着して製作するβ線
入射窓であり、２は例えば高エネルギーのβ線を透過す
るアルミやポリエチレンなどの薄い板で構成されるβ線
減衰フィルターである。

【００２１】４は、β線の検出が可能な例えば高純度高
比抵抗の半導体シリコン結晶からなる放射線検出素子で
あり、５も４と同等のβ線の検出が可能な半導体シリコ
ン結晶からなる放射線検出素子であるが、素子の放射線
入射面の直前に前記のβ線減衰フィルター２が配置され
ているため、β線検出素子４の補償検出素子として機能
する。

【００２２】7aと7bは、β線検出素子４および補償検出
素子５の出力信号を増幅する増幅回路部であり、６は例
えばセラミックなどで作られた基板であり、この基板の
一方の面に検出素子４と５とが、他の面に増幅回路部7
a，7bとが実装されている。なお、図１ではβ線検出素
子４および補償素子５と増幅回路部７を接続する信号線
などは図示していない。

【００２３】また、３は、検出素子４と５および増幅回
路部7a，7bを、ノイズが侵入しないように封入する金属
製のシールドケースである。さらに、8a，8bは弁別回路
であり、任意の弁別レベル以上の波高を有するパルスが
入力されたときのみ規格化されたパルス信号を出力し、
9a，9bはその信号を計数する計数回路であり、10は前記
計数回路9a，9bの計数結果の減算を行う減算回路であ
り、必要な場合、計数値に重率を乗じた値を減算する機
能が付加される。

【００２４】この図１において、低エネルギーβ線は、
β線入射窓１を通してβ線検出素子４に入射し、増幅回
路部7aにて電気信号に変換された後に、弁別回路8aにて
規格化信号に変換され、計数回路9aで計数される。しか
しながら、この低エネルギーβ線は、β線減衰フィルタ
ー２により減衰、遮蔽されるので、補償検出素子５に到
達する確率が低く、計数回路9bで計数されることはほと
んどない。したがって、減算回路10で計数回路9aの計数
値から計数回路9bの計数値を減算して得られる結果は、
計数回路9aの計数値とほぼ同じとなる。

【００２５】一方、高エネルギーβ線の場合は、β線減
衰フィルター２を通過して補償素子５に到達する確率が
高いので、補償素子５に入射したβ線の数が計数回路9b
で計数される。したがって、減算回路10で計数回路9aの
計数値から計数回路9bの計数値を減算して得られる結果
は、計数回路9aの計数値よりも小さくなり、β線検出器
の感度が見掛け上低くなる。

【００２６】すなわち、このβ線検出器の感度は、低エ
ネルギーβ線に対しては変化しないが、高エネルギーβ
線に対しては低くなるので、従来、β線エネルギーが高
くなるにつれて増加したβ線検出器の検出感度が補正さ
れ、低エネルギーβ線と高エネルギーβ線の感度を近づ
けることができ、エネルギー特性をより平坦化すること
が可能となる。ここで、β線減衰フィルター２の材質や
厚さを変化させることにより、高エネルギーβ線の感度
の減少具合を変えることができるため、任意のエネルギ
ー特性を得ることができる。

【００２７】さらに、β線を正確に測定する際に障害と
なる周辺γ線は、β線入射窓１やβ線減衰フィルター２
などに減衰されることなくβ線検出素子４と、補償検出
素子５とに同等に入射して計数されるため、減算回路10
にて計数回路9a，9bで計数された両検出素子の計数値を
差し引きする際に同時に補正される。

【００２８】

【発明の効果】上述の如く、本発明によるβ線検出器に
おいては、直近の位置に複数の半導体素子と、この素子
の出力する電気信号を増幅する増幅回路を配置してβ線
検出系統と補償系統を構成し、これをノイズが侵入しな
いよう金属製のシールドケースに一体に封入してβ線検
出器としているので、出力信号中のノイズ成分が小さく
なり信号と雑音弁別回路における弁別レベルを低く設定
でき、この結果β線検出系統と補償系統の放射線検出感
度を高い水準に維持できるという効果がまず得られる。
また、補償系統は、β線検出系統とβ線の透過に係わる
条件以外は同等の測定環境に置かれることとなるので、
β線のエネルギー差異による感度以外は同等の信号を出
力することとなり、この結果β線のエネルギー差異によ
る感度の補正を忠実に実施可能になるという効果も得ら
れる。

【００２９】また、本発明によるβ線検出器の線量測定
回路によれば、β線検出系統の計数値から、高エネルギ
ーβ線に対して感度を持つているが、低エネルギーβ線
に対して感度を持たない補償系統の計数値を減算してい
るので、検出系統全体としての高エネルギーβ線に対す
る高過ぎる感度が下り、相対的に感度が低い低エネルギ
ーのβ線に対する感度と同等となって、広いβ線のエネ
ルギー範囲において感度差のない線量の測定が可能とな
る。

【００３０】さらに、周辺γ線は、β線検出系統と補償
系統とにおいて同等に検出されるので、減算回路10で両
系統の計数値が減算される際に同時に補正されてβ線の
線量のみが測定されるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】β線検出器と線量測定回路の実施例を説明する
図

【図２】従来例のβ線検出器と線量測定回路を説明する
図

【図３】β線検出器の出力波高分布図であって、（ａ）
はβ線エネルギーが低い場合を説明する図、（ｂ）はβ
線エネルギーが高い場合を説明する図

【図４】従来例のβ線検出器の感度とエネルギーの関係
を説明する図

【符号の説明】

１ β線入射窓 ２ β線減衰フィルタ ３ シールドケース ４ β線検出素子 ５ 補償検出素子 ６ 基板 ７，7a，7b 増幅回路部 ８，8a，8b 弁別回路 ９，9a，9b 計数回路 10 減算回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子を放射線の検出素子とするβ線
   検出器であって、半導体素子と、この半導体素子が放射
   線によって出力する電気信号を増幅する複数の増幅回路
   と、から構成された放射線検出系統を複数系統備え、 前記複数系統の半導体素子と増幅回路とを一つの基板上
   に配置し、 一つの系統の半導体素子の前面にβ線を透過するβ線入
   射窓を配置してβ線検出系統とし、 他の系統の半導体素子各々の前面に、β線の透過率が前
   記のβ線入射窓よりも低い値のβ線減衰フィルタを配置
   して補償系統とし、 前記半導体素子と増幅回路を備えた基板、および前記β
   線入射窓とβ線減衰フィルタとを一体に筐体に収めたこ
   とを特徴とするβ線検出器。
2. 【請求項２】請求項１に記載のβ線検出器を用い、 前記β線検出系統と補償系統からの出力パルスの波高弁
   別を行う複数の弁別回路と、 弁別回路の出力信号を計数する複数の計数回路と、 複数の計数回路の計数結果に重率を乗じて減算を行う減
   算回路と、 で構成されたことを特徴とするβ線検出器の線量測定回
   路。