JPH07248384A

JPH07248384A - 放射線検出装置

Info

Publication number: JPH07248384A
Application number: JP6038379A
Authority: JP
Inventors: Masaki Katagiri; 政樹片桐; Yoshito Taguchi; 芳人田口; Toshio Uchida; 年雄内田
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1995-09-26
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2809985B2; US5531074A

Abstract

(57)【要約】【目的】液体窒素を使用する必要がなく、小型でかつ
エネルギ分解能の高い電気冷却式半導体放射線検出装置
を提供する。【構成】作動ガスを圧縮するための電気的に駆動され
る圧縮機を有し、１０Ｈｚ〜４００ＨｚのサイクルでＨ
ｅガスの膨張を行っているＨｅガス冷凍機と、前記圧縮
機に所定の間隔で間欠的に駆動電力を供給するための駆
動電力供給手段と、前記Ｈｅガス冷凍機によって冷却さ
れる検出器とを含む。前記駆動電力供給手段は、前記圧
縮機に駆動電力を供給する駆動期間と、駆動電力を供給
しない停止期間とを交互に周期的に発生させる構成とし
てもよい。さらに、前記検出器を半導体放射線検出素子
とし、前記停止期間の開始から所定の遅延時間経過後、
所定の測定時間のみ前記半導体放射線検出素子から出力
された放射線検出信号を分析する検出信号分析手段とを
設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は検出装置に関し、特に、
電気を用いて検出素子を冷却する電気冷却式検出装置に
関する。

【０００２】半導体検出素子を冷却して放射線を検出す
る半導体放射線検出装置は、原子炉関連施設のガンマ
線、Ｘ線等の放射線の測定のみならず、核物理、宇宙物
理、核化学等の放射線計測分野に幅広く利用される。

【０００３】

【従来の技術】図１４は、従来から使用されている液体
窒素冷却型半導体放射線検出装置を示す。冷却槽１０２
の中に液体窒素１０３が充填されている。冷却槽１０２
の側壁に取り付けられたパイプ１０８及びフランジ１０
７を通して冷却棒１０４が延在し、冷却棒１０４の先端
に半導体放射線検出素子１０１が取り付けられている。
フランジ１０７には、真空容器１０５が気密に取り付け
られており、冷却棒１０４及び半導体放射線検出素子１
０１は真空容器１０５内に密閉されている。半導体放射
線検出素子１０１は、冷却棒１０４を通して液体窒素温
度近傍まで冷却される。

【０００４】前置信号増幅器１０６が、パイプ１０８の
側面上に載置されている。半導体放射線検出素子１０１
から出力された放射線検出信号は、図示しないリード線
を介して前置信号増幅器１０６に入力される。前置信号
増幅器１０６は、入力された放射線検出信号を増幅し、
後段の放射線信号収集回路に出力する。

【０００５】図１５は、従来から使用されているクロー
ズドサイクルのＨｅ冷却器を使用した半導体放射線検出
装置を示す。圧縮機１１０がパイプ１１１によって断熱
圧縮部１１２に接続されている。断熱圧縮部１１２から
パイプ１１３を通してシリンダ１１６が延在している。
シリンダ１１６先端の冷却部１１４には、緩衝材１１５
を介して半導体放射線検出素子１０１が取り付けられて
いる。

【０００６】パイプ１１３には、真空容器１０５が取り
付けられており、半導体放射線検出素子１０１、緩衝材
１１５及びシリンダ１１６が真空容器１０５内に密閉さ
れている。圧縮されたＨｅは冷却部１１４で断熱膨張
し、冷却部１１４が冷却される。さらに、緩衝材１１５
を介して半導体放射線検出素子１０１が冷却される。

【０００７】パイプ１１３の側面上に前置信号増幅器１
０６が載置されている。前置信号増幅器１０６は、図１
４の場合と同様に放射線検出信号を増幅し、後段の放射
線信号収集回路に出力する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示す液体窒素
冷却型半導体放射線検出装置では、半導体放射線検出素
子を冷却するために液体窒素を用いる。従って、測定時
に液体窒素を準備する必要があり、簡便に検出装置を使
用することが困難であり、使用場所も限られる。また、
冷却槽を用いる必要があるため、小型化することが困難
である。

【０００９】図１５に示すクローズドサイクルのＨｅ冷
却器では、構造上、冷却部１１４における振動の発生を
避けられない。冷却部１１４の振動によりマイクロフォ
ニック雑音が発生する。マイクロフォニック雑音は、放
射線検出装置の重要な性能であるエネルギ分解能を劣化
させる原因となる。

【００１０】マイクロフォニック雑音の周波数は、放射
線信号近辺まで広がるため、信号処理技術のみでマイク
ロフォニック雑音を取り除くことは困難である。マイク
ロフォニック雑音の影響を低減するため、冷却部１１４
と半導体放射線検出素子１０１との間に振動を吸収する
ための緩衝材１１５が挿入されている。このため、測定
時には緩衝材１１５をも冷却する必要があり、大きな冷
却能力が必要となる。

【００１１】本発明の目的は、液体窒素を使用する必要
がなく、小型でかつエネルギ分解能の高い電気冷却式半
導体放射線検出装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の検出装置は、作
動ガスを圧縮するための電気的に駆動される圧縮機を有
し、１０Ｈｚ〜４００ＨｚのサイクルでＨｅガスの膨張
を行っているＨｅガス冷凍機と、前記圧縮機に所定の間
隔で間欠的に駆動電力を供給するための駆動電力供給手
段とを含む。

【００１３】前記駆動電力供給手段は、前記圧縮機に駆
動電力を供給する駆動期間と、駆動電力を供給しない停
止期間とを交互に周期的に発生させる構成としてもよ
い。さらに、前記Ｈｅガス冷凍機の冷却部に取り付けら
れた半導体放射線検出素子と、前記停止期間の開始から
所定の遅延時間経過後、所定の測定時間のみ前記半導体
放射線検出素子から出力された放射線検出信号を分析す
る検出信号分析手段とを設けてもよい。

【００１４】

【作用】圧縮機に間欠的に駆動電力を供給することによ
り、常時駆動電力を供給する場合に比較して冷却部の振
動を低減することができる。冷却部に半導体放射線検出
素子を取り付けて放射線検出を行う場合は、半導体放射
線検出素子から発生するマイクロフォニック雑音を低減
することができる。このため、放射線検出のエネルギ分
解能を向上することができる。

【００１５】また、駆動電力を間欠的に供給することに
より、ピストンを積極的に駆動する期間と、ピストンが
平衡位置にほぼ静止した期間とに分割することができ
る。ピストンがほぼ静止している期間は、マイクロフォ
ニック雑音の発生がさらに少ない。

【００１６】このマイクロフォニック雑音の少ない期間
のみ、放射線検出信号を収集し分析することにより、マ
イクロフォニック雑音の影響をあまり受けないで放射線
を検出することができる。このため、放射線検出のエネ
ルギ分解能をさらに向上させることができる。

【００１７】

【実施例】図１を参照して、本発明の実施例による放射
線検出装置の概略を説明する。図１は、本発明の実施例
による放射線検出装置のブロック図を示す。放射線検出
装置は、放射線検出部１０、正弦波駆動電源部３０、放
射線検出信号収集部４０、温度制御部５０及び増幅器６
０から構成されている。

【００１８】放射線検出部１０は、半導体放射線検出素
子とスターリング冷凍機とを含んで構成されている。正
弦波駆動電源部３０から放射線検出部１０にスターリン
グ冷凍機駆動用の電源が供給されている。

【００１９】放射線検出部１０に放射線１が入射する
と、放射線検出部１０は放射線検出信号を増幅器６０に
送出する。増幅器６０は、放射線検出信号を増幅し放射
線検出信号収集部４０へ出力する。

【００２０】放射線検出信号収集部４０には、正弦波駆
動電源部３０から放射線検出信号収集のためのタイミン
グ信号が供給されている。放射線検出信号収集部４０
は、このタイミング信号に合わせて放射線検出信号を収
集し信号処理を行う。

【００２１】放射線検出部１０の半導体放射線検出素子
の温度データが温度制御部５０に与えられている。温度
制御部５０は、予め設定されている基準温度と半導体放
射線検出素子の温度とを比較する。比較結果により、正
弦波駆動電源部３０の制御信号を形成出力する。正弦波
駆動電源部３０は、この制御信号に基づきスターリング
冷凍機の駆動用電源を制御し、半導体放射線検出素子の
温度を基準温度に維持する。

【００２２】次に、各部の構成及び機能について説明す
る。図２は、図１に示す放射線検出部１０の概略図を示
す。圧縮機１１に正弦波駆動電源部３０から駆動電源が
供給されている。圧縮機１１は、接続管１３を介して等
温圧縮部１２に接続されており、一定周期で圧縮された
ヘリウムガスを導入する。圧縮機１１と等温圧縮部１２
との間で、接続管１３を通して圧縮されたまたは膨張し
たヘリウムガスが移送される。

【００２３】等温圧縮部１２には、先端に冷却部１４を
有するシリンダ２３が接続されている。シリンダ２３内
には蓄冷機能を有するピストン（ディスプレーサ）が挿
入されており、等温圧縮部１２に導入された圧縮ヘリウ
ムの圧力変化と位相をずらせてピストンが図の左右方向
に往復運動する。

【００２４】冷却部１４には、半導体放射線検出素子１
５が装着されている。半導体放射線検出素子には、Ｇｅ
またはＳｉ検出素子が使用される。半導体放射線検出素
子１５、冷却部１４及びシリンダ２３は真空容器１６内
に配置され密封されている。真空容器１６には真空バル
ブ１７が設けられており、内部を高真空に排気すること
ができる。

【００２５】シリンダ２３の冷却部１４の近傍に前置信
号増幅器前段回路１８が取り付けられており、半導体放
射線検出素子１５と接続されている。前置信号増幅器前
段回路１８から引き出された信号線及び回路配線１９
は、ハーメチックシール２０を通して真空容器１６の外
部に設けられた前置信号増幅器後段回路２１に導かれて
いる。前置信号増幅器後段回路２１の出力信号は増幅器
６０に供給されている。

【００２６】半導体放射線検出素子１５には、温度セン
サ２４が取り付けられている。温度センサ２４から引き
出された信号線２５は、ハーメチックシール２０を通し
て真空容器１６の外部に導出され、温度制御部５０に接
続されている。真空容器１６、等温圧縮部１２及び圧縮
機１１は支持台２２に固定されている。

【００２７】半導体放射線検出素子１５には、直径３２
ｍｍ、長さ２０ｍｍで容積が１５ｃｍ³のクローズドエ
ンド型高純度Ｇｅ検出器を用いた。スターリング冷凍機
には、最大動作定格ＡＣ電圧１１Ｖ、電流６．５Ａのリ
ニアモータ駆動、冷却能力１．５Ｗ（８０Ｋ）のものを
用いた。

【００２８】正弦波駆動電源部３０から駆動電源が供給
されると、圧縮機１１のピストンが直接直線駆動され
る。ピストンが一方向へ直線駆動されることにより、ヘ
リウムガスが圧縮され、接続管１３を通って膨張部へ供
給され、逆方向へ直線駆動されることにより、膨張部へ
回収される。このようにして、等温圧縮部１２へのヘリ
ウムガスの導入、排気が周期的に繰り返される。

【００２９】等温圧縮部１２へのヘリウムガスの導入、
排気と一定位相ずれてシリンダ２３内のピストンが左右
に往復運動する。ピストンの左側のシリンダ内空間でヘ
リウムガスが膨張し冷却部１４が冷却される。
半導体放射線検出素子１５に
放射線１が入射すると放射線検出信号が生じ、前置信号
増幅器前段回路１８に放射線検出信号が入力される。放
射線検出信号は、前置信号増幅器前段回路１８及び前置
信号増幅器後段回路２１により増幅されて、増幅器６０
に与えられる。

【００３０】半導体放射線検出素子１５の温度は、温度
センサ２４により電気信号に変換され、信号線２５を通
って温度制御部５０に与えられる。図３は、図１に示す
正弦波駆動電源部３０及び放射線検出信号収集部４０の
ブロック図を示す。

【００３１】正弦波駆動電源部３０は、正弦波発生器３
１、同期信号発生回路３２、間引き間隔設定回路３３、
ゲート回路３４及びＤＣサーボアンプ３５から構成され
ている。放射線検出信号収集部４０は、遅延回路４１、
放射線信号用ゲート信号発生回路４２、ゲート回路４３
及び波高分析装置４４から構成されている。以下に、図
４を参照しつつ、正弦波駆動電源部３０及び放射線検出
信号収集部４０の機能について説明する。

【００３２】図４は、正弦波駆動電源部３０及び放射線
検出信号収集部４０の各部の信号波形のタイミングチャ
ートを示す。正弦波発生器３１は所定の周波数の正弦波
Ａを発生し、同期信号発生回路３２に正弦波を供給す
る。同期信号発生回路３２は、入力された正弦波を矩形
波Ｂに変換して間引き間隔設定回路３３に供給する。

【００３３】間引き間隔設定回路３３は、入力された矩
形波Ｂの２周期のうち１周期のみがローレベル、他の１
周期がハイレベルとなる矩形波が周期的に現れる間引き
用ゲート信号Ｃを発生する。

【００３４】なお、図４では、２周期のうち１周期がロ
ーレベルになる場合を示したが、２ｎ周期のうち連続す
るｎ周期をローレベルとしてもよい。例えば、３周期連
続してハイレベルとし、続く３周期を連続してローレベ
ルとしてもよい。さらに、任意のｎ周期のうち連続する
ｍ周期のみがローレベルとなるような間引き用ゲート信
号を発生してもよい。ｎ周期のうちｍ周期のみがローレ
ベルとなるような間引き用ゲート信号を発生する場合の
ｍ／ｎを間引き率と呼ぶ。

【００３５】ゲート回路３４の一方の入力端子には、間
引き間隔設定回路３３から間引き用ゲート信号Ｃが入力
され、他方の入力端子には、正弦波発生器３１から正弦
波Ａが入力されている。ゲート回路３４の出力端子に
は、間引き用ゲート信号Ｃがハイレベルの間のみ正弦波
が出力され、ローレベルの間は信号は出力されない。従
って、ゲート回路３４の出力端子には、図４に示すよう
に、周期的に間引きされた正弦波Ｄが出力される。

【００３６】ゲート回路３４の出力端子はＤＣサーボア
ンプ３５に接続されており、ＤＣサーボアンプ３５に
は、周期的に間引かれた正弦波Ｄが入力されている。Ｄ
Ｃサーボアンプ３５は、周期的に間引かれた正弦波Ｄを
増幅し、放射線検出部１０の圧縮機１１（図２に示す）
に供給する。

【００３７】図２に示す圧縮機１１のピストンは、正弦
波が供給されている期間は積極的に駆動力が与えられ、
直線駆動される。正弦波が供給されていない期間は駆動
力が与えられず、慣性によりわずかに振動しても、ほと
んど中立の位置に静止した状態となる。半導体放射線検
出素子から発生するマイクロフォニック雑音信号は、ピ
ストンが駆動されている期間は大きく、中立位置に静止
している期間は小さい。

【００３８】駆動電力を停止してもピストンは直ちに停
止しないため、実効的にピストンが停止している時間
は、駆動電力の供給を停止している時間よりも短い。従
って、間引き率を１／２からｎ／（２ｎ）、（ｎは２以
上の整数）とすることにより、実効的にピストンが停止
している時間を長くすることができる。

【００３９】図４に示すように、マイクロフォニック雑
音信号Ｈは間引き用ゲート信号Ｃが立ち上がってから一
定時間遅れて大きくなり、立ち下がってから一定時間遅
れて小さくなる。

【００４０】間引き間隔設定回路３３は、間引き用ゲー
ト信号Ｃの立ち下がりに同期した周期的なパルスを有す
る間引き信号Ｆを発生し、放射線検出信号収集部４０の
遅延回路４１に供給する。遅延回路４１は、間引き信号
Ｅを所定時間遅延させて、放射線信号用ゲート信号発生
回路４２に供給する。遅延時間は、間引き用ゲート信号
Ｃが立ち下がってからマイクロフォニック雑音信号Ｈが
小さくなるまでの遅延時間とほぼ同等とするのが好まし
い。

【００４１】放射線信号用ゲート信号発生回路４２は、
遅延した間引き信号Ｆに同期して立ち上がり所定時間ハ
イレベルを維持する放射線検出信号用ゲート信号Ｇを発
生する。ハイレベルを維持する時間は、次周期の間引き
用ゲート信号Ｃの立ち上がりによってマイクロフォニッ
ク雑音信号Ｈが増大する直前までとするのが好ましい。

【００４２】放射線検出部１０から出力された検出信号
は増幅器６０に入力される。増幅器６０は、検出信号を
増幅して放射線検出信号Ｉを形成し、ゲート回路４３の
一方の入力端子に供給する。ゲート回路４３の他方の入
力端子には、放射線信号用ゲート信号発生回路４２から
放射線検出信号用ゲート信号Ｇが入力されている。

【００４３】ゲート回路４３の出力端子には、放射線検
出信号用ゲート信号Ｇがハイレベルの期間のみ信号が現
れ、その他の期間は信号が現れない。この信号が現れる
期間は、マイクロフォニック雑音信号Ｈのレベルが低い
期間とほぼ一致する。このようにして、ゲート回路４３
の出力端子に、マイクロフォニック雑音の影響をあまり
受けていない放射線検出信号Ｊを取り出すことができ
る。

【００４４】波高分析装置４４には、ゲート回路４３か
らマイクロフォニック雑音の影響をあまり受けていない
放射線検出信号Ｊが入力され、放射線信号用ゲート信号
発生回路４２から放射線検出信号用ゲート信号Ｇが入力
されている。波高分析装置４４は、放射線検出信号用ゲ
ート信号Ｇがハイレベルの時のみ、ゲート回路４３から
放射線検出信号Ｊを取り込み、波高を分析する。

【００４５】図５は、図１に示す放射線検出装置におい
て、冷却開始からの経過時間に対する冷却部の温度変化
を示す。横軸は冷却開始からの経過時間を単位秒で表
し、縦軸は冷却部の温度を単位Ｋで表す。図中曲線ｐ
１、ｐ２、ｐ３は、それぞれ、正弦波駆動電力を間引か
ない場合、間引き率１／１０及び１／４の場合を示す。
なお、駆動電圧はいずれも１１Ｖである。

【００４６】間引く割合を大きくすると冷却速度が遅く
なるが、間引き率１／４の場合であっても、約２時間で
液体窒素温度まで到達できることがわかる。図６は、ス
ターリング冷凍機の駆動電力のＡＣ電圧を変化させた場
合、及び電圧一定で間引き率を変化させた場合の冷却部
の到達温度の変化を示す。横軸はＡＣ駆動電圧を単位Ｖ
で表し、縦軸は到達温度を単位Ｋで表す。図中●はＡＣ
電圧を変化させた場合の到達温度、○はＡＣ電圧を１１
Ｖ一定とし、間引き率を変化させた場合を示す。なお、
○の場合、横軸の値は、間引き率をＡＣ電圧に換算した
ものである。例えば、間引き率ｍ／ｎの場合の換算値は
１１×（ｎ−ｍ）／ｎである。間引き率１／４の場合
は、１１×（３／４）＝８．２５が対応するＡＣ駆動電
圧となる。

【００４７】図中の○は左上から順番に間引き率１／
２、１／３、１／４、１／５、１／１０、０／１の場合
を示す。なお、間引き率０／１は間引かないで全周期正
弦波を供給する場合を示す。間引き率１／２のときの到
達温度は約９４Ｋであり、間引き率を減少すると到達温
度は単調に減少し間引き率１／１０のときの到達温度は
約４６Ｋである。駆動電力を間引いた場合にも、電圧を
変化させた場合とほぼ同様の傾向を示すことがわかる。
従って、間引き率を変化させることにより冷却温度を制
御することができる。

【００４８】まず、スターリング冷凍機の圧縮機に供給
する駆動電力を間引きし、放射線検出信号の測定を常時
行う場合について説明する。図７は、上記実施例による
放射線検出装置を使用し、⁶⁰Ｃｏ標準ガンマ線源を用い
１．３３ＭｅＶガンマ線を測定して得られた波高分布特
性を示す。なお、測定と同時に図２に示す前置信号増幅
器前段回路１８にパルサー信号を入力し、パルサー信号
に対する波高分布特性も測定した。横軸はチャンネル
数、縦軸はチャンネル当たりのカウント数を表す。図中
●は、ＡＣ駆動電源の電圧を１１Ｖ、間引き率を１／２
とした場合、○は、電圧を６Ｖとし間引かない場合を示
す。図６から、間引き率が１／２の場合と、ＡＣ電源電
圧が６Ｖの場合で、ほぼ同等の冷却温度が得られること
がわかる。

【００４９】チャンネル数３８４０付近に標準ガンマ線
に対するピークが現れ、チャンネル数３９６５付近にパ
ルサー信号に対するピークが現れている。標準ガンマ線
に対する波高分布特性の半値幅は、ＡＣ駆動電圧を６Ｖ
とした場合には３．４ｋｅＶであるのに対し、間引き率
を１／２とした場合には２．８ｋｅＶまで改善された。
同時に入力したパルサー信号についても、波高分布特性
の半値幅が２．５ｋｅＶから１．８ｋｅＶまで改善され
た。

【００５０】図８は、図１に示す放射線検出装置の増幅
器６０の出力について、スペクトラムアナライザを用い
てマイクロフォニック雑音の測定を行った結果を示す。
横軸は周波数を単位ｋＨｚで表し、縦軸は信号レベルを
任意目盛で表す。曲線ａは、ＡＣ駆動電源の電圧を６Ｖ
とした場合を示し、曲線ｂは、電圧を１１Ｖ、間引き率
を１／２とした場合を示す。

【００５１】駆動電力を間引いた場合には、電圧を６Ｖ
とした場合に比べてマイクロフォニック雑音レベルが低
減され、特に周波数が１５ｋＨｚ以下で効果が大きいこ
とがわかる。このように、圧縮機の駆動電力を間引きし
て運転することにより、特に測定期間を駆動電力間引き
期間に同期させなくてもマイクロフォニック雑音を低減
することができる。

【００５２】次に、図４に示すゲート回路４３の出力Ｊ
のように、マイクロフォニック雑音信号が小さい期間の
み測定する場合について説明する。図９は、放射線を照
射していない時の、図３に示す増幅器６０の出力電圧及
び放射線信号用ゲート信号発生回路４２から出力される
ゲート信号電圧を示す。横軸は任意の時刻を基準にした
経過時間を単位ｍｓｅｃ、左側縦軸は増幅器６０の出力
電圧を、右側縦軸はゲート信号電圧を単位Ｖで表す。図
中の曲線ａはゲート信号電圧、曲線ｂは増幅器の出力電
圧を示す。

【００５３】経過時間が１．２〜６．７ｍｓｅｃの間
で、増幅器６０の出力電圧、すなわちマイクロフォニッ
ク雑音が比較的少ない。従って、この期間のみゲート信
号をハイレベルとし、図３に示すゲート回路４３を開放
すればよい。

【００５４】図には示さないが、圧縮機の駆動電圧間引
き開始時点から約１５ｍｓｅｃ後にマイクロフォニック
雑音が小さくなっていることが判った。従って、図３に
示す遅延回路４１の遅延時間を１５ｍｓｅｃとした。ま
た、上述の測定結果から、ゲート信号のパルス幅を５ｍ
ｓｅｃとした。

【００５５】この条件において、図７と同様の方法によ
り波高分布特性を測定した結果、標準ガンマ線及びパル
サー信号に対するピークの半値幅はそれぞれ２．５ｋｅ
Ｖ、１．６ｋｅＶであった。このように、半値幅は、図
７に示すように圧縮機を間引き運転して常時測定する場
合に比べてさらに小さくなった。

【００５６】なお、スターリング冷凍機を完全に停止し
て測定した場合の、標準ガンマ線及びパルサー信号に対
する半値幅はそれぞれ２．５ｋｅＶ、１．４ｋｅＶであ
った。この測定結果は、マイクロフォニック雑音がない
場合の結果であるため、液体窒素冷却によって測定する
場合とほぼ同程度の特性と考えられる。従って、間引き
運転して、かつ圧縮機の駆動電力に同期して間欠的に測
定することにより、液体窒素による冷却の場合とほぼ同
様のエネルギ分解能を得ることができる。

【００５７】なお、上記実施例では、スターリング冷凍
機のピストンの往復運動の回数を減少することができる
ため、ポンプ及びスターリング冷凍機の寿命が延びると
いう効果も期待できる。

【００５８】図１０は、図１の温度制御部５０のブロッ
ク図を示す。放射線検出部１０の温度センサから出力さ
れる温度信号がセンサ信号増幅器５１に入力されてい
る。センサ信号増幅器５１は、温度センサから入力され
た温度信号を増幅し比較回路５３の一方の入力端子に与
える。温度設定回路５２は、予め設定されている基準温
度に対応する基準温度信号を発生し、比較回路５３の他
方の入力端子に与える。

【００５９】比較回路５３は、センサ信号増幅器５１か
ら入力された温度信号と温度設定回路５２から入力され
た基準温度信号とを比較し、比較結果を出力する。比較
結果は、Ａ／Ｄコンバータ５４によりディジタル信号に
変換され間引き間隔選択回路５５に入力される。

【００６０】間引き間隔選択回路５５は、基準温度と半
導体放射線検出素子の温度の比較結果から適切な間引き
率を選択する。例えば、検出温度が基準温度よりも高い
場合には間引き率を小さくし、検出温度が基準温度より
も低い場合には間引き率を大きくする。

【００６１】間引き間隔選択回路５５によって選択され
た間引き率は、正弦波駆動電源部３０の間引き間隔設定
回路３３（図３）に入力される。間引き間隔設定回路３
３は、新たな間引き間隔で間引き用ゲート信号を発生す
る。これにより、放射線検出部１０のスターリング冷凍
機の冷却能力が増減し、半導体放射線検出素子が基準温
度に維持される。

【００６２】上記実施例では、スターリング冷凍機のＡ
Ｃ駆動電源を１周期の整数倍ごとに間引く場合について
説明したが、半周期の整数倍ごとに間引き制御を行って
もよい。なお、１半周期毎に間引くと、出力には正電圧
または負電圧の一方しか現れない。この場合には、１周
期毎に正負を逆転させることにより、正電圧と負電圧が
交互に現れるようにすることができる。

【００６３】また、インバータを用いることにより電池
駆動も可能となる。これにより、屋外での放射線測定も
容易になる。さらに、小型化されることにより、従来ア
ッセンブルの問題から測定が困難であったような場所で
の放射線測定も可能になる。

【００６４】上記実施例では、ＤＣサーボアンプにより
圧縮機の電源を供給する場合について説明したが、その
他の電源を使用してもよい。図１１は、スイッチを使用
して圧縮機へ供給する電源をオンオフする場合の駆動電
力供給系のブロック図を示す。圧縮機１１が、所定電
圧、所定周波数の正弦波電力を発生するＡＣ電源回路７
０に接続されている。さらに、圧縮機１１と直列にスイ
ッチ７５が接続され、圧縮機１１と並列にスイッチ７４
が接続されている。スイッチ７５を閉成することにより
圧縮機１１に電源が供給され、スイッチ７４を閉成する
ことにより圧縮機１１の電源入力端子が短絡される。ス
イッチ７４、７５はトライアック等で構成されている。

【００６５】ＡＣ電源回路７０の出力が同期信号発生回
路７１に供給され、同期信号発生回路７１は電源周波数
に同期した同期信号を発生する。同期信号発生回路７１
から出力された同期信号は、電力供給期間設定回路７２
及び出力抵抗短絡期間設定回路７３に入力されている。
電力供給期間設定回路７２は、予め与えられた電力供給
期間のみスイッチ７５を閉成する。出力抵抗短絡期間設
定回路７３は、電力が供給されない期間のみスイッチ７
４を閉成する。このとき、スイッチ７４、７５が同時に
閉成されることがないようにタイミング制御されてい
る。

【００６６】電力を供給しない期間にスイッチ７４を閉
成して圧縮機１１の入力端子を短絡することにより、圧
縮機１１のピストンに制動力が働く。このため、電力を
供給しない期間にピストンをほぼ中立の位置に停止させ
ることができる。

【００６７】また、上記実施例では、圧縮機の駆動電力
の間引き間隔設定回路２６の出力信号を基に、放射線検
出信号の測定期間を一定時間遅延させる場合について説
明した。以下、その他の放射線検出信号測定期間の設定
方法について説明する。

【００６８】図１２は、スターリング冷凍機のシリンダ
の断面を示す。シリンダ２３内に蓄冷機能を有するディ
スプレーサ８０が収納されている。ディスプレーサ８０
は、図の左右に往復運動可能である。ディスプレーサ８
０の左側の冷却部内空間でＨｅガスが断熱膨張し、右側
の等温圧縮部内空間でＨｅガスが等温圧縮される。ディ
スプレーサ８０の右端面は、バネ８３によりシリンダ２
３の内面に弾性的に取り付けられている。

【００６９】ディスプレーサ８１は、接続管１３を通し
てＨｅガスが移送されると、Ｈｅガスの移送周期よりも
一定周期遅れて図の左右に往復運動する。圧縮機（図示
しない）のピストンの駆動が停止すると、Ｈｅガスが移
送されなくなり、ディスプレーサ８０は、ほぼ平衡位置
に停止する。

【００７０】ディスプレーサ８０の側面の右端には磁石
８１が取り付けられている。シリンダ２３の外側面に
は、ディスプレーサ８０がほぼ平衡位置にあるときの磁
石８１に対応する位置に磁気センサ８２が取り付けられ
ている。ディスプレーサ８０の動きの変化により磁気セ
ンサ８２の出力信号が変化する。従って、磁気センサ８
２の出力信号からディスプレーサ８０の動きを判断する
ことができる。

【００７１】磁気センサ８２の出力信号は放射線検出信
号収集部４０に入力されている。放射線検出信号収集部
４０は、ディスプレーサ８０がほぼ停止しているとき
に、図３に示すゲート回路４３を開き放射線検出信号を
波高分析装置４４に取り込む。このように、ディスプレ
ーサの動きを直接検出して、放射線検出信号測定期間を
設定してもよい。

【００７２】なお、等温圧縮部１２の中に圧力センサを
配置、またはバネ８３に圧電センサを取り付けてもディ
スプレーサの動きを検出することができる。図１３は、
ディスプレーサを積極的に駆動する例を示す。

【００７３】図１３（Ａ）は、カム機構によりディスプ
レーサ８０を駆動する例を示す。シリンダ２３内に挿入
されたディスプレーサ８０は、駆動棒９４により等温圧
縮部１２内の回転板９０に接続されている。回転板９０
の中心点は、図には示さないモータの回転軸に取り付け
られており、中心点の回りに回転する。回転板９０が回
転することにより、ディスプレーサ８０は図の左右方向
に往復運動する。

【００７４】回転板９０の駆動用モータには、電源９１
から駆動用電源が供給される。電源９１は、放射線検出
信号収集部４０に駆動情報を送出する。例えば、駆動期
間中のみハイレベルとなるような信号でもよい。電源９
１がモータを間欠的に駆動すると、ディスプレーサは、
往復運動と停止を繰り返し、圧縮機を間欠的に運転する
場合と同様の効果を得ることができる。

【００７５】また、放射線検出信号収集部４０は、電源
９１から入力された駆動情報により、ディスプレーサ８
０の停止期間を検出できる。この停止期間中に放射線検
出信号を測定することにより、図１に示す実施例と同様
の効果を得ることができる。

【００７６】図１３（Ｂ）は、ディスプレーサ８０をリ
ニア駆動する例を示す。等温圧縮部１２内にディスプレ
ーサ８０の運動方向と平行にコイル９２が配置されてい
る。コイル９２の内部にディスプレーサ８０と接続され
た磁石９３が挿入されている。コイル９２には、電源９
１から電力が供給される。ディスプレーサ８０の駆動機
構以外は、図１３（Ａ）と同様の構成である。図１３
（Ｂ）に示す構成においても、図１３（Ａ）と同様の効
果を得ることができる。

【００７７】上記実施例では、スターリング冷凍機を使
用する場合について説明したが、その他のＨｅガス冷凍
機を使用してもよい。例えば、パルスチューブ冷凍機等
を使用してもよい。なお、圧縮機の間欠運転、またはデ
ィスプレーサの間欠駆動を行って十分な効果を得るため
には、Ｈｅガスの膨張を１０Ｈｚ〜４００Ｈｚのサイク
ルで行うことが好ましい。

【００７８】なお、上記実施例では、半導体放射線検出
素子を冷却して放射線の検出を行う場合について説明し
たが、その他の検出器を使用してもよい。例えば、半導
体赤外線検出素子等を使用してもよい。

【００７９】以上、実施例に沿って本発明を説明した
が、本発明はこれらに制限されるものではない。例え
ば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体放射線検出装置におけるマイクロフォニック雑音
の影響を低減しエネルギ分解能を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による放射線検出装置のブロッ
ク図である。

【図２】図１に示す放射線検出装置の放射線検出部の概
略図である。

【図３】図１に示す放射線検出装置の正弦波駆動電源部
及び放射線検出信号収集部のブロック図である。

【図４】図３に示す正弦波駆動電源部及び放射線検出信
号収集部の動作を説明するための信号のタイミングチャ
ートである。

【図５】図１に示す放射線検出装置のスターリング冷凍
機の経過時間に対する冷却温度の変化を示すグラフであ
る。

【図６】図１に示す放射線検出装置のスターリング冷凍
機のＡＣ駆動電圧及び駆動電力の間引き率に対する到達
温度を示すグラフである。

【図７】図１に示す放射線検出装置のスターリング冷凍
機の駆動電力を間引きした場合としない場合の標準ガン
マ線測定における波高分布特性を示すグラフである。

【図８】図１に示す放射線検出装置のスターリング冷凍
機の駆動電力を間引きした場合としない場合のマイクロ
フォニック雑音レベルを示すグラフである。

【図９】図１に示す放射線検出装置のスターリング冷凍
機の駆動電力を間引きした場合のマイクロフォニック雑
音の時間変化、及びゲート電圧の時間変化を示すグラフ
である。

【図１０】図１に示す放射線検出装置の温度制御部のブ
ロック図である。

【図１１】本発明の他の実施例による圧縮機の駆動電力
供給系のブロック図である。

【図１２】本発明の他の実施例によるスターリング冷凍
機のシリンダの断面図である。

【図１３】本発明の他の実施例によるスターリング冷凍
機のシリンダの断面図である。

【図１４】従来例による液体窒素冷却型半導体放射線検
出装置の概略断面図である。

【図１５】従来例によるクローズドサイクルのＨｅ冷却
器を使用した半導体放射線検出装置の概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１放射線１０放射線検出部１１圧縮機１２等温圧縮部１３接続管１４冷却部１５半導体放射線検出素子１６真空容器１７真空バルブ１８前置信号増幅器前段回路１９信号線及び回路配線２０ハーメチックシール２１前置信号増幅器後段回路２２支持台２３シリンダ２４温度センサ２５信号線３０正弦波駆動電源部３１正弦波発生器３２同期信号発生回路３３間引き間隔設定回路３４ゲート回路３５ＤＣサーボアンプ４０放射線検出信号収集部４１遅延回路４２放射線信号用ゲート信号発生回路４３ゲート回路４４波高分析装置５０温度制御部５１放射線検出信号増幅器５２温度設定回路５３比較回路５４Ａ／Ｄコンバータ５５間引き間隔選択回路６０増幅器７０ＡＣ電源回路７１同期信号発生回路７２電力供給期間設定回路７３出力抵抗短絡期間設定回路７４、７５スイッチ８０ディスプレーサ８１磁石８２磁気センサ８３バネ９０回転板９１電源９２コイル９３磁石９４駆動棒１０１半導体放射線検出素子１０２冷却槽１０３液体窒素１０４冷却棒１０５真空容器１０６前置信号増幅器１０７フランジ１０８、１１１、１１３パイプ１１０圧縮機１１２断熱圧縮部１１４冷却部１１５緩衝材１１６シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内田年雄東京都田無市谷戸町２丁目１番１号住友重機械工業株式会社田無製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動ガスを圧縮するための電気的に駆動
される圧縮機（１１）を有し、１０Ｈｚ〜４００Ｈｚの
サイクルでＨｅガスの膨張を行っているＨｅガス冷凍機
と、前記圧縮機に所定の間隔で間欠的に駆動電力を供給する
ための駆動電力供給手段（３０）と、前記Ｈｅガス冷凍機によって冷却される検出器とを含む
検出装置。
【請求項２】前記駆動電力供給手段（３０）は、前記圧縮機（１１）に駆動電力を供給する駆動期間と、
駆動電力を供給しない停止期間とを交互に周期的に発生
させる請求項１記載の検出装置。
【請求項３】前記駆動電力は、所定周波数の交流電力
である請求項１または２記載の検出装置。
【請求項４】前記圧縮機（１１）は、リニアモータに
よりピストンが駆動される請求項１〜３のいずれかに記
載の検出装置。
【請求項５】前記交流電力が正弦波形である請求項３
記載の検出装置。
【請求項６】前記駆動期間及び停止期間は、前記所定
周波数の半周期の整数倍になるように選択されている請
求項３記載の検出装置。
【請求項７】前記検出器は半導体放射線検出素子（１
５）であり、さらに、前記停止期間の開始から所定の遅延時間経過
後、所定の測定時間のみ前記半導体放射線検出素子から
出力された放射線検出信号を分析する検出信号分析手段
（４０）とを含む請求項２〜６のいずれかに記載の検出
装置。
【請求項８】前記検出信号分析手段（４０）は、前記駆動期間の終了時点を通知する信号が入力され、前
記所定の遅延時間だけ遅延させた遅延信号を発生するた
めの遅延手段（４１）と、前記遅延手段から遅延信号が入力され、遅延信号の入力
時点から所定の測定時間のみ放射線検出信号を測定する
ための間欠分析手段（４２、４３、４４）とを含む請求
項７記載の検出装置。
【請求項９】前記所定の遅延時間は、前記駆動期間終了
時点から、Ｈｅガス冷凍機の振動に起因して前記半導体
放射線検出素子から発生するマイクロフォニック雑音が
所定のレベル以下になるまでの時間とほぼ等しい請求項
７または８記載の検出装置。
【請求項１０】さらに、前記検出器の温度を測定する
ための温度測定手段（２４）と、前記温度測定手段の測定結果と、予め設定されている基
準温度とを比較し、比較結果から前記駆動期間及び停止
期間の長さを決定するための温度制御手段（５０）とを
含み、前記駆動電力供給手段（３０）は、前記温度制御手段
（５０）で決定された駆動期間及び停止期間に基づいて
駆動電力を出力する請求項２〜９のいずれかに記載の検
出装置。
【請求項１１】前記Ｈｅガス冷凍機は、スターリング
冷凍機であり、さらに、前記スターリング冷凍機の冷却部に取り付けら
れた半導体放射線検出素子と、前記スターリング冷凍機のディスプレーサの往復運動が
ほぼ停止したことを検出するための検出手段と、前記ディスプレーサの往復運動がほぼ停止した期間の
み、前記半導体放射線検出素子から出力された放射線検
出信号を分析する検出信号分析手段とを含む請求項１〜
６のいずれかに記載の検出装置。
【請求項１２】前記検出手段は、前記ディスプレーサに取り付けられた磁性を有する部材
と、前記ディスプレーサが挿入されているシリンダに取り付
けられた磁気センサとを含んで構成される請求項１１記
載の検出装置。
【請求項１３】１０Ｈｚ〜４００ＨｚのサイクルでＨ
ｅガスの膨張を行っているスターリング冷凍機と、前記スターリング冷凍機のディスプレーサを往復駆動す
るための駆動手段と、前記駆動手段に駆動電力を間欠的に供給するための駆動
電源とを含む検出装置。
【請求項１４】さらに、前記スターリング冷凍機の冷
却部に取り付けられた半導体放射線検出素子と、前記駆動電源により電力が供給されていない期間のみ、
前記半導体放射線検出素子から出力された放射線検出信
号を分析する検出信号分析手段とを含む請求項１３記載
の検出装置。