JPH0777579A - 電気冷却式半導体放射線検出器 - Google Patents
電気冷却式半導体放射線検出器Info
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- JPH0777579A JPH0777579A JP5224636A JP22463693A JPH0777579A JP H0777579 A JPH0777579 A JP H0777579A JP 5224636 A JP5224636 A JP 5224636A JP 22463693 A JP22463693 A JP 22463693A JP H0777579 A JPH0777579 A JP H0777579A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体窒素を使用することなく従来の半導体放
射線検出器とほぼ同等のエネルギー分解能を有し簡便で
かつ簡単に持ち運びできる小型の半導体放射線検出器を
提供する。 【構成】 半導体放射線検出素子７を液体窒素温度近辺
まで冷却するためスターリング式電気冷却器１が設けら
れ、検出された放射線信号を増幅する前置信号増幅器１
０の初段増幅回路１０ａ及び信号線および回路用配線１
１が電気冷却器１に起因して発生するマイクロフォニッ
ク雑音を低減するため通気性で電気絶縁性のある繊維物
質１２で覆われかつモールド化され、また電気冷却器１
の圧縮ポンプ２がその振動を吸収する振動吸収材１６を
介して支持台１５に固定され、さらに、主信号増幅器１
４の入力段に上記雑音を低減化する回路が設けられる。
射線検出器とほぼ同等のエネルギー分解能を有し簡便で
かつ簡単に持ち運びできる小型の半導体放射線検出器を
提供する。 【構成】 半導体放射線検出素子７を液体窒素温度近辺
まで冷却するためスターリング式電気冷却器１が設けら
れ、検出された放射線信号を増幅する前置信号増幅器１
０の初段増幅回路１０ａ及び信号線および回路用配線１
１が電気冷却器１に起因して発生するマイクロフォニッ
ク雑音を低減するため通気性で電気絶縁性のある繊維物
質１２で覆われかつモールド化され、また電気冷却器１
の圧縮ポンプ２がその振動を吸収する振動吸収材１６を
介して支持台１５に固定され、さらに、主信号増幅器１
４の入力段に上記雑音を低減化する回路が設けられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体窒素温度（７７
Ｋ）近辺まで冷却してＸ線やガンマ線の放射線を検出す
るために使用される半導体放射線検出器に関するもので
あり、従来液体窒素を用いて冷却していた代わりに電気
を用いた半導体放射線検出器に関するものである。本発
明の半導体放射線検出器は、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もの
である。
Ｋ）近辺まで冷却してＸ線やガンマ線の放射線を検出す
るために使用される半導体放射線検出器に関するもので
あり、従来液体窒素を用いて冷却していた代わりに電気
を用いた半導体放射線検出器に関するものである。本発
明の半導体放射線検出器は、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もの
である。
【０００２】
【従来の技術】図１６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器を示す図である。図１６
において、１０１は半導体放射線検出素子を、１０２は
冷却槽を、１０３は液体窒素を、１０４は冷却棒を、１
０５は半導体放射線検出器容器を、１０６は前置信号増
幅器をそれぞれ示す。図１６に示されるように、従来か
ら使用されてきた半導体放射線検出器では、液体窒素１
０３を入れた冷却槽１０２によって半導体放射線検出素
子１０１（Ｇｅ検出素子あるいはＳｉ検出素子等）を冷
却してきた。液体窒素を用いることから使用の際に入手
する必要があり、簡便に検出器を使用することが困難で
あり、使用場所も限られていた。また、冷却槽１０２を
用いることから、小型化することが困難であった。
窒素冷却型半導体放射線検出器を示す図である。図１６
において、１０１は半導体放射線検出素子を、１０２は
冷却槽を、１０３は液体窒素を、１０４は冷却棒を、１
０５は半導体放射線検出器容器を、１０６は前置信号増
幅器をそれぞれ示す。図１６に示されるように、従来か
ら使用されてきた半導体放射線検出器では、液体窒素１
０３を入れた冷却槽１０２によって半導体放射線検出素
子１０１（Ｇｅ検出素子あるいはＳｉ検出素子等）を冷
却してきた。液体窒素を用いることから使用の際に入手
する必要があり、簡便に検出器を使用することが困難で
あり、使用場所も限られていた。また、冷却槽１０２を
用いることから、小型化することが困難であった。
【０００３】このため、クローズドサイクルのＨｅ冷却
器を半導体放射線検出素子の冷却に使用した電気冷却式
半導体放射線検出器が開発されてきた。図１７は、かか
るクローズドサイクルＨｅ冷却器を用いた電気冷却式半
導体放射線検出器を示す図である。図１７において、図
１６と同一参照番号のものは図１６の対応する参照番号
と同一のものを示し、また、１０７はクローズドサイク
ル冷却器の圧縮器を、１０８はパイプを、１０９はクロ
ーズドサイクル冷却器の断熱圧縮部を、１１０は冷却部
を、１１１は緩衝材をそれぞれ示す。図１７に示される
ような電気冷却式半導体放射線検出器では、クローズド
サイクルＨｅ冷却の小型化が困難であり重量も重く半導
体放射線検出器として可搬化することは困難であった。
また、クローズドサイクルＨｅ冷却器の場合、冷却部１
１０において発生する振動雑音によるマイクロフォニッ
ク雑音がその冷却方式が原因となって放射線信号近辺ま
での周波数帯域まで広がるため、信号処理技術のみでは
放射線検出器の重要な性能であるエネルギー分解能の劣
化の原因となるマイクロフォニック雑音を取り除くこと
が困難であった。このため、半導体放射線検出素子１０
１と冷却部１１０との間に振動雑音を吸収する振動吸収
材等の緩衝材１１１を挿入することによりマイクロフォ
ニック雑音の影響を取り除いて使用されてきた。従っ
て、吸収材等の緩衝材１１１を使用することから冷却器
の冷却能力は半導体放射線検出素子１０１の冷却のみな
らず吸収材等の緩衝材１１１による損失分を含めて確保
する必要があるため、大きな冷却能力を必要とし、かつ
小型化が困難であった。
器を半導体放射線検出素子の冷却に使用した電気冷却式
半導体放射線検出器が開発されてきた。図１７は、かか
るクローズドサイクルＨｅ冷却器を用いた電気冷却式半
導体放射線検出器を示す図である。図１７において、図
１６と同一参照番号のものは図１６の対応する参照番号
と同一のものを示し、また、１０７はクローズドサイク
ル冷却器の圧縮器を、１０８はパイプを、１０９はクロ
ーズドサイクル冷却器の断熱圧縮部を、１１０は冷却部
を、１１１は緩衝材をそれぞれ示す。図１７に示される
ような電気冷却式半導体放射線検出器では、クローズド
サイクルＨｅ冷却の小型化が困難であり重量も重く半導
体放射線検出器として可搬化することは困難であった。
また、クローズドサイクルＨｅ冷却器の場合、冷却部１
１０において発生する振動雑音によるマイクロフォニッ
ク雑音がその冷却方式が原因となって放射線信号近辺ま
での周波数帯域まで広がるため、信号処理技術のみでは
放射線検出器の重要な性能であるエネルギー分解能の劣
化の原因となるマイクロフォニック雑音を取り除くこと
が困難であった。このため、半導体放射線検出素子１０
１と冷却部１１０との間に振動雑音を吸収する振動吸収
材等の緩衝材１１１を挿入することによりマイクロフォ
ニック雑音の影響を取り除いて使用されてきた。従っ
て、吸収材等の緩衝材１１１を使用することから冷却器
の冷却能力は半導体放射線検出素子１０１の冷却のみな
らず吸収材等の緩衝材１１１による損失分を含めて確保
する必要があるため、大きな冷却能力を必要とし、かつ
小型化が困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上に示し
た冷却方式及びマイクロフォニック雑音に関する欠点を
改善し、液体窒素を使用することなく従来の半導体放射
線検出器とほぼ同等のエネルギー分解能を有し簡便でか
つ簡単に持ち運びできる小型の半導体放射線検出器を提
供することを目的をする。
た冷却方式及びマイクロフォニック雑音に関する欠点を
改善し、液体窒素を使用することなく従来の半導体放射
線検出器とほぼ同等のエネルギー分解能を有し簡便でか
つ簡単に持ち運びできる小型の半導体放射線検出器を提
供することを目的をする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の電気冷却式半導体放射線検出器は、真
空容器と、前記真空容器内に配設された半導体放射線検
出手段と、前記半導体放射線検出手段と機械的に結合さ
れた電気冷却手段とを備え、前記電気冷却手段がサイク
リックな動作により冷却を行うスターリング式電気冷却
器であり、前記スターリング式電気冷却器に起因して前
記半導体放射線検出手段から発生するマイクロフォニッ
ク雑音がエネルギー分解能に影響を与えないよう検出さ
れた放射線に対応する信号を通し且つ前記マイクロフォ
ニック雑音を低減化をするマイクロフォニック雑音低減
化手段を設けることを特徴とする。
に、第１の発明の電気冷却式半導体放射線検出器は、真
空容器と、前記真空容器内に配設された半導体放射線検
出手段と、前記半導体放射線検出手段と機械的に結合さ
れた電気冷却手段とを備え、前記電気冷却手段がサイク
リックな動作により冷却を行うスターリング式電気冷却
器であり、前記スターリング式電気冷却器に起因して前
記半導体放射線検出手段から発生するマイクロフォニッ
ク雑音がエネルギー分解能に影響を与えないよう検出さ
れた放射線に対応する信号を通し且つ前記マイクロフォ
ニック雑音を低減化をするマイクロフォニック雑音低減
化手段を設けることを特徴とする。
【０００６】上記目的を達成するために、第２の発明の
電気冷却式半導体放射線検出器は、真空容器と、前記真
空容器内に配設された半導体放射線検出手段と、前記半
導体放射線検出手段と機械的に結合された電気冷却手段
とを備え、前記電気冷却手段がサイクリックな動作によ
り冷却を行うスターリング式電気冷却器であり、前記半
導体放射線検出手段は、半導体放射線検出器と、前記半
導体放射線検出器により発生された信号を増幅する増幅
手段と、前記増幅手段により増幅された信号を前記真空
容器から外部に引き出す信号引き出し手段及び前記半導
体放射線検出手段を給電／制御するための回路用配線手
段とを含み、前記増幅手段、前記信号引き出し手段及び
前記回路用配線手段が通気性で電気絶縁性のある繊維物
質で覆われかつモールドされていることを特徴とする。
電気冷却式半導体放射線検出器は、真空容器と、前記真
空容器内に配設された半導体放射線検出手段と、前記半
導体放射線検出手段と機械的に結合された電気冷却手段
とを備え、前記電気冷却手段がサイクリックな動作によ
り冷却を行うスターリング式電気冷却器であり、前記半
導体放射線検出手段は、半導体放射線検出器と、前記半
導体放射線検出器により発生された信号を増幅する増幅
手段と、前記増幅手段により増幅された信号を前記真空
容器から外部に引き出す信号引き出し手段及び前記半導
体放射線検出手段を給電／制御するための回路用配線手
段とを含み、前記増幅手段、前記信号引き出し手段及び
前記回路用配線手段が通気性で電気絶縁性のある繊維物
質で覆われかつモールドされていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】第１の発明においては、スターリング式電気冷
却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検出手
段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却を行
うことから、半導体放射線検出手段から発生する主なマ
イクロフォニック雑音は検出すべき放射線に対応する信
号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオーダ）に比較し
て十分低い１０ｋＨｚ以下の周波数成分となり、そのた
めマイクロフォニック雑音低減化手段により発生したマ
イクロフォニック雑音が低減され、一方放射線信号は低
減されないことから、半導体放射線検出器のエネルギー
分解能の劣化が防止される。
却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検出手
段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却を行
うことから、半導体放射線検出手段から発生する主なマ
イクロフォニック雑音は検出すべき放射線に対応する信
号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオーダ）に比較し
て十分低い１０ｋＨｚ以下の周波数成分となり、そのた
めマイクロフォニック雑音低減化手段により発生したマ
イクロフォニック雑音が低減され、一方放射線信号は低
減されないことから、半導体放射線検出器のエネルギー
分解能の劣化が防止される。
【０００８】第２の発明において、スターリング式電気
冷却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検出
手段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却を
行うことから、半導体放射線検出手段から発生する主な
マイクロフォニック雑音の周波数成分は検出すべき放射
線に対応する信号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオ
ーダ）に比較して十分低い１０ｋＨｚ以下であり、かつ
増幅手段、信号引き出し手段及び回路用配線手段が通気
性で電気絶縁性のある繊維物質で覆われかつモールドさ
れていることから、前記増幅手段の入力段の振動が押さ
えられ、マイクロフォニック雑音の主原因となる入力段
の浮遊容量の微少な変化が除去され、マイクロフォニッ
ク雑音を低減させうる。
冷却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検出
手段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却を
行うことから、半導体放射線検出手段から発生する主な
マイクロフォニック雑音の周波数成分は検出すべき放射
線に対応する信号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオ
ーダ）に比較して十分低い１０ｋＨｚ以下であり、かつ
増幅手段、信号引き出し手段及び回路用配線手段が通気
性で電気絶縁性のある繊維物質で覆われかつモールドさ
れていることから、前記増幅手段の入力段の振動が押さ
えられ、マイクロフォニック雑音の主原因となる入力段
の浮遊容量の微少な変化が除去され、マイクロフォニッ
ク雑音を低減させうる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明による電気冷却式半導体放射線
検出器の一実施例を示す構造図である。図１において、
１は電気冷却器を、２は冷却圧縮ポンプを、３は断熱圧
縮冷却部を、４は接続管を、５は駆動電源を、６は冷却
部を、７は半導体放射線検出素子を、８は真空容器を、
９は真空バルブを、１０は前置信号増幅器を、１０ａは
その初段増幅回路を、１０ｂはその後段回路を、１１は
信号線及び半導体放射線検出素子７等の給電／制御のた
めの回路用配線を、１２は通気性で電気絶縁性のある繊
維物質を、１３はハーメチックを、１４は主信号増幅器
を、１５は支持台を、１６および１６′は振動吸収材
を、１７は固定治具をそれぞれ示す。本検出器は、液体
窒素温度まで冷却するために従来の液体窒素冷却の替わ
りにスターリング方式の電気冷却器１を用いる。電気冷
却器１は、圧縮ポンプ２、接続管４、断熱圧縮冷却部３
及び電源電圧可変型又は周波数可変型あるいはこれら両
方の型である駆動電源５から構成される。駆動電源５か
ら送られたＡＣ電圧により駆動された圧縮ポンプ２で発
生するガスを接続管４を通して断熱圧縮冷却部３に送
り、ここでこのガスにより断熱圧縮弁が振動し冷却部６
を液体窒素温度以下まで冷却する。冷却部６には直接半
導体放射線検出素子７を装着する。装着した半導体放射
線検出素子７の近辺に前置信号増幅器１０の初段増幅回
路１０ａが設置され、信号線及び回路用配線１１はハー
メチック１３を通して真空容器８の外部に置かれた前置
信号増幅器１０の後段回路１０ｂに導かれている。従っ
て、半導体放射線検出素子７により検出された放射線信
号は、前置信号増幅器１０の初段増幅回路１０ａで増幅
され、信号線および回路用配線１１を介して前置信号増
幅器１０の後段回路１０ｂに送られ、後段回路１０ｂで
さらに増幅される。断熱圧縮冷却部３及び半導体放射線
検出素子７を真空中に置くために使用する真空容器８を
高真空に引いた後、真空バルブ９により封じ切る。ま
た、圧縮ポンプ２は振動吸収材１６を介して間接的に支
持台１５に固定され、一方断熱圧縮冷却部３を含めた真
空容器８は直接支持台１５に固定される。真空を封じ切
った後、駆動電源５よりＡＣ電源を供給するとスターリ
ング式電気冷却器１は冷却を開始し、冷却能力、半導体
検出素子の重量及び冷却部分への熱の侵入割合とでほぼ
決まる冷却時間後に液体窒素温度の近辺の半導体放射線
検出素子７の動作温度まで到達する。
検出器の一実施例を示す構造図である。図１において、
１は電気冷却器を、２は冷却圧縮ポンプを、３は断熱圧
縮冷却部を、４は接続管を、５は駆動電源を、６は冷却
部を、７は半導体放射線検出素子を、８は真空容器を、
９は真空バルブを、１０は前置信号増幅器を、１０ａは
その初段増幅回路を、１０ｂはその後段回路を、１１は
信号線及び半導体放射線検出素子７等の給電／制御のた
めの回路用配線を、１２は通気性で電気絶縁性のある繊
維物質を、１３はハーメチックを、１４は主信号増幅器
を、１５は支持台を、１６および１６′は振動吸収材
を、１７は固定治具をそれぞれ示す。本検出器は、液体
窒素温度まで冷却するために従来の液体窒素冷却の替わ
りにスターリング方式の電気冷却器１を用いる。電気冷
却器１は、圧縮ポンプ２、接続管４、断熱圧縮冷却部３
及び電源電圧可変型又は周波数可変型あるいはこれら両
方の型である駆動電源５から構成される。駆動電源５か
ら送られたＡＣ電圧により駆動された圧縮ポンプ２で発
生するガスを接続管４を通して断熱圧縮冷却部３に送
り、ここでこのガスにより断熱圧縮弁が振動し冷却部６
を液体窒素温度以下まで冷却する。冷却部６には直接半
導体放射線検出素子７を装着する。装着した半導体放射
線検出素子７の近辺に前置信号増幅器１０の初段増幅回
路１０ａが設置され、信号線及び回路用配線１１はハー
メチック１３を通して真空容器８の外部に置かれた前置
信号増幅器１０の後段回路１０ｂに導かれている。従っ
て、半導体放射線検出素子７により検出された放射線信
号は、前置信号増幅器１０の初段増幅回路１０ａで増幅
され、信号線および回路用配線１１を介して前置信号増
幅器１０の後段回路１０ｂに送られ、後段回路１０ｂで
さらに増幅される。断熱圧縮冷却部３及び半導体放射線
検出素子７を真空中に置くために使用する真空容器８を
高真空に引いた後、真空バルブ９により封じ切る。ま
た、圧縮ポンプ２は振動吸収材１６を介して間接的に支
持台１５に固定され、一方断熱圧縮冷却部３を含めた真
空容器８は直接支持台１５に固定される。真空を封じ切
った後、駆動電源５よりＡＣ電源を供給するとスターリ
ング式電気冷却器１は冷却を開始し、冷却能力、半導体
検出素子の重量及び冷却部分への熱の侵入割合とでほぼ
決まる冷却時間後に液体窒素温度の近辺の半導体放射線
検出素子７の動作温度まで到達する。
【００１０】到達した後、半導体放射線検出素子７にバ
イアス電圧を印加し放射線が入射した時発生する放射線
信号を前置信号増幅器１０により取り出し主信号増幅器
１４により１μ秒前後の時定数（タイムコンスタント）
のフィルタをかけると共にさらに信号を増幅し放射線パ
ルス信号とする。
イアス電圧を印加し放射線が入射した時発生する放射線
信号を前置信号増幅器１０により取り出し主信号増幅器
１４により１μ秒前後の時定数（タイムコンスタント）
のフィルタをかけると共にさらに信号を増幅し放射線パ
ルス信号とする。
【００１１】図２は本発明のスターリング方式電気冷却
器１を冷却に用いた半導体放射線検出器の前置増幅器１
０の出力信号波形を示す図である。本発明の電気冷却式
半導体放射線検出器は、スターリング方式電気冷却器１
の断熱圧縮冷却部３で発生する振動による放射線信号へ
の影響（マイクロフォニック雑音）がその駆動方式がサ
イクリックであるためにその振動が図２に示されるよう
に定常波となることに着目し、電気冷却器１先端にある
低温冷却部６に装着した半導体放射線検出素子７から発
生する主なマイクロフォニック雑音が放射線信号の周波
数成分に比較して十分低い１０ｋＨｚ以下の周波数成分
となるようにすることが可能であることを利用してい
る。図２は、スターリング方式電気冷却器１を冷却に用
いた半導体放射線検出器の前置増幅器１０の出力信号波
形を示す。主なマイクロフォニック雑音が１０ｋＨｚ以
下の周波数成分であれば後段の主信号増幅器１４内の後
述するフィルター回路であるマイクロフォニック雑音低
減化回路によりエネルギー分解能の劣化を防ぐことが可
能となる。
器１を冷却に用いた半導体放射線検出器の前置増幅器１
０の出力信号波形を示す図である。本発明の電気冷却式
半導体放射線検出器は、スターリング方式電気冷却器１
の断熱圧縮冷却部３で発生する振動による放射線信号へ
の影響（マイクロフォニック雑音）がその駆動方式がサ
イクリックであるためにその振動が図２に示されるよう
に定常波となることに着目し、電気冷却器１先端にある
低温冷却部６に装着した半導体放射線検出素子７から発
生する主なマイクロフォニック雑音が放射線信号の周波
数成分に比較して十分低い１０ｋＨｚ以下の周波数成分
となるようにすることが可能であることを利用してい
る。図２は、スターリング方式電気冷却器１を冷却に用
いた半導体放射線検出器の前置増幅器１０の出力信号波
形を示す。主なマイクロフォニック雑音が１０ｋＨｚ以
下の周波数成分であれば後段の主信号増幅器１４内の後
述するフィルター回路であるマイクロフォニック雑音低
減化回路によりエネルギー分解能の劣化を防ぐことが可
能となる。
【００１２】図３は、図１に示される本発明の電気冷却
式半導体放射線検出器の内部の半導体放射線検出素子７
の近辺に設置される信号増幅器の初段増幅回路１０ａ及
び信号線および回路用配線１１を通気性で電気絶縁性の
ある繊維物質で覆いモールド化した状態を示す内部構造
図である。図３において、図１と同一参照番号のものは
図１の対応する参照番号と同一のものを示す。図３に示
されるように、半導体放射線検出素子７の近辺に設置さ
れる前置信号増幅器１０の初段増幅回路１０ａ及び信号
線および回路用配線１１は通気性で電気絶縁性のある繊
維物質１２により覆われかつモールドされている。この
ような構造を採用することにより、前置信号増幅器１０
の入力段の振動が押さえられ、これによりマイクロフォ
ニック雑音の主原因となる前置信号増幅器１０の入力回
路の浮遊容量の微少な変化が除去され、マイクロフォニ
ック雑音を低減させることができる。なお、初段増幅回
路１０ａはＦＥＴ、フィードバック抵抗及びフィードバ
ック・キャパシタから構成されている。
式半導体放射線検出器の内部の半導体放射線検出素子７
の近辺に設置される信号増幅器の初段増幅回路１０ａ及
び信号線および回路用配線１１を通気性で電気絶縁性の
ある繊維物質で覆いモールド化した状態を示す内部構造
図である。図３において、図１と同一参照番号のものは
図１の対応する参照番号と同一のものを示す。図３に示
されるように、半導体放射線検出素子７の近辺に設置さ
れる前置信号増幅器１０の初段増幅回路１０ａ及び信号
線および回路用配線１１は通気性で電気絶縁性のある繊
維物質１２により覆われかつモールドされている。この
ような構造を採用することにより、前置信号増幅器１０
の入力段の振動が押さえられ、これによりマイクロフォ
ニック雑音の主原因となる前置信号増幅器１０の入力回
路の浮遊容量の微少な変化が除去され、マイクロフォニ
ック雑音を低減させることができる。なお、初段増幅回
路１０ａはＦＥＴ、フィードバック抵抗及びフィードバ
ック・キャパシタから構成されている。
【００１３】図４は、図１に示される本発明の電気冷却
式半導体放射線検出器の圧縮ポンプ２を振動吸収材１６
を介して支持台１５に固定する圧縮ポンプ固定機構の一
つをより詳細に示す構造図である。図４において、２は
圧縮ポンプを、１５は支持台を、１６および１６′は振
動吸収材を、１７は固定治具をそれぞれ示す。振動吸収
材１６および１６′としては板状のゴム等が使用されう
る。図４に示されるように、圧縮ポンプ２を支持台１５
に載置された状態において圧縮ポンプ２の底部と支持台
１５との間に振動吸収材１６を配置し、圧縮ポンプ２の
頂部にも振動吸収材１６′を配置し、バンド状の固定治
具１７の一端を支持台１５に固定し、固定治具１７の中
央部が圧縮ポンプ２の頂部の振動吸収材１６′を押さ
え、固定治具１７の他端が支持台１５に固定されること
により、圧縮ポンプ２が支持台１５に固定されている。
式半導体放射線検出器の圧縮ポンプ２を振動吸収材１６
を介して支持台１５に固定する圧縮ポンプ固定機構の一
つをより詳細に示す構造図である。図４において、２は
圧縮ポンプを、１５は支持台を、１６および１６′は振
動吸収材を、１７は固定治具をそれぞれ示す。振動吸収
材１６および１６′としては板状のゴム等が使用されう
る。図４に示されるように、圧縮ポンプ２を支持台１５
に載置された状態において圧縮ポンプ２の底部と支持台
１５との間に振動吸収材１６を配置し、圧縮ポンプ２の
頂部にも振動吸収材１６′を配置し、バンド状の固定治
具１７の一端を支持台１５に固定し、固定治具１７の中
央部が圧縮ポンプ２の頂部の振動吸収材１６′を押さ
え、固定治具１７の他端が支持台１５に固定されること
により、圧縮ポンプ２が支持台１５に固定されている。
【００１４】次に、本発明の電気冷却式半導体放射線検
出器の動作を説明する。半導体放射線検出素子７の動作
温度までスターリング方式電気冷却器１で冷却後、半導
体放射線検出素子７の動作可能温度を確保できる範囲で
スターリング方式電気冷却器１の駆動電源５の駆動用電
圧又は周波数あるいはこれら双方を調節し、発生するマ
イクロフォニック雑音によるエネルギー分解能による影
響の最も少ない駆動電圧又は周波数あるいはこれら双方
を選択し放射線検出に使用する。駆動電源５の駆動電源
電圧又は周波数あるいはこれら双方を変更することによ
りスターリング方式電気冷却器１の振動動作が変わるた
め、マイクロフォニック雑音の周波数スペクトルも変わ
る。従って、半導体放射線検出器のエネルギー分解能が
良くなるマイクロフォニック雑音の周波数スペクトルの
最良の動作電圧又は電源周波数あるいはこれら双方を選
択し放射線の検出に使用する。
出器の動作を説明する。半導体放射線検出素子７の動作
温度までスターリング方式電気冷却器１で冷却後、半導
体放射線検出素子７の動作可能温度を確保できる範囲で
スターリング方式電気冷却器１の駆動電源５の駆動用電
圧又は周波数あるいはこれら双方を調節し、発生するマ
イクロフォニック雑音によるエネルギー分解能による影
響の最も少ない駆動電圧又は周波数あるいはこれら双方
を選択し放射線検出に使用する。駆動電源５の駆動電源
電圧又は周波数あるいはこれら双方を変更することによ
りスターリング方式電気冷却器１の振動動作が変わるた
め、マイクロフォニック雑音の周波数スペクトルも変わ
る。従って、半導体放射線検出器のエネルギー分解能が
良くなるマイクロフォニック雑音の周波数スペクトルの
最良の動作電圧又は電源周波数あるいはこれら双方を選
択し放射線の検出に使用する。
【００１５】図１および図４に示されるように、スター
リング式電気冷却器の圧縮ポンプ２が断熱圧縮冷却部３
を支持する支持台１５に板状のゴム等の振動吸収材１６
および１６′を介して固定治具１７により間接的に固定
されていることにより、前記振動吸収材１６および１
６′が当該圧縮ポンプ２から発生する振動を吸収し、そ
のため当該振動が支持台１５に伝わらず、また断熱圧縮
冷却部３にも伝わらず、さらに断熱圧縮冷却部３から半
導体放射線検出素子７にも伝わらない。従って、圧縮ポ
ンプ２から発生する振動に起因するマイクロフォニック
雑音が低減される。
リング式電気冷却器の圧縮ポンプ２が断熱圧縮冷却部３
を支持する支持台１５に板状のゴム等の振動吸収材１６
および１６′を介して固定治具１７により間接的に固定
されていることにより、前記振動吸収材１６および１
６′が当該圧縮ポンプ２から発生する振動を吸収し、そ
のため当該振動が支持台１５に伝わらず、また断熱圧縮
冷却部３にも伝わらず、さらに断熱圧縮冷却部３から半
導体放射線検出素子７にも伝わらない。従って、圧縮ポ
ンプ２から発生する振動に起因するマイクロフォニック
雑音が低減される。
【００１６】発生するマイクロフォニック雑音信号が１
０ｋＨｚ以下の周波数であることに着目し信号処理技術
を利用することによりマイクロフォニック雑音による半
導体放射線検出器のエネルギー分解能の劣化を防止す
る。図５は本発明のマイクロフォニック雑音の除去回路
を含んだ半導体放射線検出器用の信号増幅系を示す図で
ある。図５において、７は半導体放射線検出素子を、１
０は前置信号増幅器を、２０は主信号増幅器１４に組み
入れられる雑音低減化回路を、２１は主信号増幅器１４
の主信号増幅段をそれぞれ示す。なお、理解を容易にす
るため、前置信号増幅器１０と主信号増幅器１４との間
に設けられている図１に示す信号線および回路用配線１
１は省略してある。雑音低減化回路２０は前置信号増幅
器１０の出力と主信号増幅段２１の入力との間に直列に
接続される抵抗２２と当該抵抗２２と主信号増幅段２１
の入力との接続点と接地との間に信号伝送系に対して並
列に接続されるコイル２３とにより構成される。
０ｋＨｚ以下の周波数であることに着目し信号処理技術
を利用することによりマイクロフォニック雑音による半
導体放射線検出器のエネルギー分解能の劣化を防止す
る。図５は本発明のマイクロフォニック雑音の除去回路
を含んだ半導体放射線検出器用の信号増幅系を示す図で
ある。図５において、７は半導体放射線検出素子を、１
０は前置信号増幅器を、２０は主信号増幅器１４に組み
入れられる雑音低減化回路を、２１は主信号増幅器１４
の主信号増幅段をそれぞれ示す。なお、理解を容易にす
るため、前置信号増幅器１０と主信号増幅器１４との間
に設けられている図１に示す信号線および回路用配線１
１は省略してある。雑音低減化回路２０は前置信号増幅
器１０の出力と主信号増幅段２１の入力との間に直列に
接続される抵抗２２と当該抵抗２２と主信号増幅段２１
の入力との接続点と接地との間に信号伝送系に対して並
列に接続されるコイル２３とにより構成される。
【００１７】半導体放射線検出素子７から出力された放
射線信号は前置信号増幅器１０により増幅された後、１
０ｋＨｚ以下の周波数に対する雑音低減化回路２０に入
力されスターリング方式電気冷却器特有の振動によるマ
イクロフォニック雑音を低減化し主信号増幅器１４の主
信号増幅段２１に含まれる１ないし数μ秒の時定数のフ
ィルターを通された後増幅され波高分析用の信号として
出力される。
射線信号は前置信号増幅器１０により増幅された後、１
０ｋＨｚ以下の周波数に対する雑音低減化回路２０に入
力されスターリング方式電気冷却器特有の振動によるマ
イクロフォニック雑音を低減化し主信号増幅器１４の主
信号増幅段２１に含まれる１ないし数μ秒の時定数のフ
ィルターを通された後増幅され波高分析用の信号として
出力される。
【００１８】雑音低減化回路２０は放射線信号を歪ませ
ることなく１０ｋＨｚ以下の雑音信号を低減化する必要
があるため、上述のように抵抗２２とコイル２３各１個
から構成されたものを使用することが好ましい。
ることなく１０ｋＨｚ以下の雑音信号を低減化する必要
があるため、上述のように抵抗２２とコイル２３各１個
から構成されたものを使用することが好ましい。
【００１９】雑音低減化回路２０の減衰は、次式により
計算することができる。
計算することができる。
【００２０】
【式１】Ｙ＝（Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2））・（１＋ｆ2／（Ｒ
2／Ｌ）2）1/2／（１＋ｆ2／（Ｒ1＋Ｒ2／Ｌ）2）1/2 ここで、Ｙは減衰率、Ｒ1は抵抗２２の抵抗値、Ｌはコ
イル２３のインダクタンス値、Ｒ2はコイル２３に含ま
れる抵抗分の直流抵抗値及びｆは周波数である。例え
ば、Ｒ1を１００Ω、Ｌを１ｍＨ、Ｒ2を２．２Ωとする
と、周波数が０から１００ｋＨｚまで変化した際の減衰
率Ｙの変化は図６の如くなる。放射線信号の領域（１Ｍ
Ｈｚ）からなだらかに減衰しスターリング方式半導体放
射線検出器の雑音発生領域である１０ｋＨｚ付近から減
衰が急になる特性を有しており雑音レベルを従来の液体
窒素冷却方式とほぼ同等レベルまで低減化することがで
きる。
2／Ｌ）2）1/2／（１＋ｆ2／（Ｒ1＋Ｒ2／Ｌ）2）1/2 ここで、Ｙは減衰率、Ｒ1は抵抗２２の抵抗値、Ｌはコ
イル２３のインダクタンス値、Ｒ2はコイル２３に含ま
れる抵抗分の直流抵抗値及びｆは周波数である。例え
ば、Ｒ1を１００Ω、Ｌを１ｍＨ、Ｒ2を２．２Ωとする
と、周波数が０から１００ｋＨｚまで変化した際の減衰
率Ｙの変化は図６の如くなる。放射線信号の領域（１Ｍ
Ｈｚ）からなだらかに減衰しスターリング方式半導体放
射線検出器の雑音発生領域である１０ｋＨｚ付近から減
衰が急になる特性を有しており雑音レベルを従来の液体
窒素冷却方式とほぼ同等レベルまで低減化することがで
きる。
【００２１】図１の構成を具体化した一実施例を次に説
明する。半導体放射線検出素子７としては直径３２ｍ
ｍ、長さ２０ｍｍで容積が１５ｃｍ3のクローズドエン
ド型Ｇｅガンマ線検出素子が用いられ、前置信号増幅器
１０としてはＯＲＴＥＣ−１２０型のものが用いられ
た。
明する。半導体放射線検出素子７としては直径３２ｍ
ｍ、長さ２０ｍｍで容積が１５ｃｍ3のクローズドエン
ド型Ｇｅガンマ線検出素子が用いられ、前置信号増幅器
１０としてはＯＲＴＥＣ−１２０型のものが用いられ
た。
【００２２】冷却に使用するスターリング方式電気冷却
器１は、ＡＣ１１Ｖ６．５Ａの最大動作定格で動作する
冷却能力１．５Ｗ（液体窒素での）のものが使用され
た。
器１は、ＡＣ１１Ｖ６．５Ａの最大動作定格で動作する
冷却能力１．５Ｗ（液体窒素での）のものが使用され
た。
【００２３】半導体放射線検出器内部の半導体放射線検
出素子７の近辺に設置される前置信号増幅器１０の初段
増幅回路１０ａ及び信号線および回路用配線１１を覆い
モールド化するために使用される通気性で電気絶縁性の
ある繊維物質１２としてはベンコットという商品名のも
のが用いられた。かかる雑音低減化措置を行うことによ
り、半導体放射線検出器内部を真空にする際多少時間を
要するようになるが到達真空度はかかる低減化措置を行
わない場合とほぼ同等まで引くことができた。本発明の
モールド化を行う前と後の場合に発生したマイクロフォ
ニック雑音をスペクトルアナライザで分析した例を図７
に示す。図７で、（１）は上記モールド化による低減を
行う前であり１０ｋＨｚ以下の周波数領域で特に１ｋＨ
ｚから２ｋＨｚ付近の周波数成分が非常に高いマイクロ
フォニック雑音信号となっているのに対して、モールド
化後を示す（２）は１０ｋＨｚ付近までモールド化前に
比較してかなり低いレベルのマイクロフォニック雑音信
号となっていることがわかる。
出素子７の近辺に設置される前置信号増幅器１０の初段
増幅回路１０ａ及び信号線および回路用配線１１を覆い
モールド化するために使用される通気性で電気絶縁性の
ある繊維物質１２としてはベンコットという商品名のも
のが用いられた。かかる雑音低減化措置を行うことによ
り、半導体放射線検出器内部を真空にする際多少時間を
要するようになるが到達真空度はかかる低減化措置を行
わない場合とほぼ同等まで引くことができた。本発明の
モールド化を行う前と後の場合に発生したマイクロフォ
ニック雑音をスペクトルアナライザで分析した例を図７
に示す。図７で、（１）は上記モールド化による低減を
行う前であり１０ｋＨｚ以下の周波数領域で特に１ｋＨ
ｚから２ｋＨｚ付近の周波数成分が非常に高いマイクロ
フォニック雑音信号となっているのに対して、モールド
化後を示す（２）は１０ｋＨｚ付近までモールド化前に
比較してかなり低いレベルのマイクロフォニック雑音信
号となっていることがわかる。
【００２４】スターリング方式電気冷却器１の最大定格
のＡＣ１１Ｖ６．５Ａを駆動電源５より供給し半導体放
射線検出素子７の動作温度まで冷却した。その後、半導
体放射線検出素子７の動作可能温度を確保できる範囲で
スターリング方式電気冷却器１の駆動用電圧を変更し、
発生するマイクロフォニック雑音によるエネルギー分解
能による影響の最も少ない駆動電圧を求めた。駆動用電
圧を１１．５Ｖから８Ｖまで変更した場合のエネルギー
分解能特性を図８に示す。図８において、（１）は60Ｃ
ｏ標準ガンマ線源より放出される１．３３ＭｅＶガンマ
線に対する半値幅エネルギー分解能の特性であり、
（２）は増幅系のみの性能を示すパルサーに対する半値
幅エネルギー分解能特性である。図８から、電圧を低く
するに従い両者のエネルギー分解能が向上することが確
認された。この特性と冷却温度があまり低下しないとい
う条件により本半導体放射線検出器の場合、スターリン
グ方式電気冷却器１の駆動用電圧を９Ｖに選択した。
のＡＣ１１Ｖ６．５Ａを駆動電源５より供給し半導体放
射線検出素子７の動作温度まで冷却した。その後、半導
体放射線検出素子７の動作可能温度を確保できる範囲で
スターリング方式電気冷却器１の駆動用電圧を変更し、
発生するマイクロフォニック雑音によるエネルギー分解
能による影響の最も少ない駆動電圧を求めた。駆動用電
圧を１１．５Ｖから８Ｖまで変更した場合のエネルギー
分解能特性を図８に示す。図８において、（１）は60Ｃ
ｏ標準ガンマ線源より放出される１．３３ＭｅＶガンマ
線に対する半値幅エネルギー分解能の特性であり、
（２）は増幅系のみの性能を示すパルサーに対する半値
幅エネルギー分解能特性である。図８から、電圧を低く
するに従い両者のエネルギー分解能が向上することが確
認された。この特性と冷却温度があまり低下しないとい
う条件により本半導体放射線検出器の場合、スターリン
グ方式電気冷却器１の駆動用電圧を９Ｖに選択した。
【００２５】また、駆動用電圧が１１Ｖの場合と９Ｖの
場合のマイクロフォニック雑音スペクトルの比較例を図
９に示す。図９において、（１）は駆動用電圧が９Ｖの
場合を、（２）は駆動用電圧が１１Ｖの場合を示す。図
９から、駆動用電圧が１１Ｖの場合のマイクロフォニッ
ク雑音のスペクトルに対して、９Ｖの場合のマイクロフ
ォニック雑音のスペクトルはさらに低い周波数成分とな
っており、この理由により駆動用電圧を低下させるとエ
ネルギー分解能が向上することが確認された。
場合のマイクロフォニック雑音スペクトルの比較例を図
９に示す。図９において、（１）は駆動用電圧が９Ｖの
場合を、（２）は駆動用電圧が１１Ｖの場合を示す。図
９から、駆動用電圧が１１Ｖの場合のマイクロフォニッ
ク雑音のスペクトルに対して、９Ｖの場合のマイクロフ
ォニック雑音のスペクトルはさらに低い周波数成分とな
っており、この理由により駆動用電圧を低下させるとエ
ネルギー分解能が向上することが確認された。
【００２６】以上の結果をもとに決定された典型的な半
導体放射線検出器の冷却動作例を図１０に示す。図１０
において、（１）は駆動電圧を、（２）は冷却温度を示
す。
導体放射線検出器の冷却動作例を図１０に示す。図１０
において、（１）は駆動電圧を、（２）は冷却温度を示
す。
【００２７】また、駆動電源５の電圧を１１．０Ｖに固
定しかつ電源周波数を調整して発生するマイクロフォニ
ック雑音によるエネルギー分解能への影響の最も少ない
電源周波数を測定した結果を図１１に示す。図１１にお
いて、（１）は60Ｃｏ標準ガンマ線源より放出される
１．３３ＭｅＶガンマ線に対する半値幅エネルギー分解
能の特性であり、（２）は増幅系のみの性能を示すパル
サーに対する半値幅エネルギー分解能特性である。図１
１から電源周波数を下げてゆくのに伴い両者ともエネル
ギー分解能が向上した。図１１に示す結果から、本実施
例における半導体放射線検出器の場合は４２Ｈｚ前後の
周波数が最適であることが確認できた。
定しかつ電源周波数を調整して発生するマイクロフォニ
ック雑音によるエネルギー分解能への影響の最も少ない
電源周波数を測定した結果を図１１に示す。図１１にお
いて、（１）は60Ｃｏ標準ガンマ線源より放出される
１．３３ＭｅＶガンマ線に対する半値幅エネルギー分解
能の特性であり、（２）は増幅系のみの性能を示すパル
サーに対する半値幅エネルギー分解能特性である。図１
１から電源周波数を下げてゆくのに伴い両者ともエネル
ギー分解能が向上した。図１１に示す結果から、本実施
例における半導体放射線検出器の場合は４２Ｈｚ前後の
周波数が最適であることが確認できた。
【００２８】図１２は、駆動用電圧を変更してマイクロ
フォニック雑音を低減化する方法と駆動電源周波数を変
更してマイクロフォニック雑音を低減化する方法による
マイクロフォニック雑音周波数スペクトルを示す。図１
２において、（１）は駆動用電圧を変更した場合を、
（２）は駆動電圧を変更した場合を示す。駆動用電圧を
変更してマイクロフォニック雑音を低減化する方法と駆
動電源周波数を変更してマイクロフォニック雑音を低減
化する方法を比較した結果、ほぼ同等の結果が得られ
た。これは、図１２に示されるように両者のマイクロフ
ォニック雑音周波数スペクトルがほとんど同じであるこ
とに起因している。
フォニック雑音を低減化する方法と駆動電源周波数を変
更してマイクロフォニック雑音を低減化する方法による
マイクロフォニック雑音周波数スペクトルを示す。図１
２において、（１）は駆動用電圧を変更した場合を、
（２）は駆動電圧を変更した場合を示す。駆動用電圧を
変更してマイクロフォニック雑音を低減化する方法と駆
動電源周波数を変更してマイクロフォニック雑音を低減
化する方法を比較した結果、ほぼ同等の結果が得られ
た。これは、図１２に示されるように両者のマイクロフ
ォニック雑音周波数スペクトルがほとんど同じであるこ
とに起因している。
【００２９】また、スターリング方式電気冷却器の圧縮
ポンプ２を直接支持台１５に固定した場合、図１３の
（１）に示されるように周波数成分として１２ｋＨｚ周
辺に発生することが確認された。このため、この振動雑
音による影響を低減化するため、図４に示されるよう
に、板状のゴムを振動を吸収する振動吸収材１６および
１６′として圧縮ポンプ２を間接的に支持台１５に固定
した。この結果、圧縮ポンプ２から発生する振動に起因
するマイクロフォニックを図１３の（２）に示されるよ
うに低減化することができた。この低減化により半値幅
分解能が０．２ｋｅＶ改善した。
ポンプ２を直接支持台１５に固定した場合、図１３の
（１）に示されるように周波数成分として１２ｋＨｚ周
辺に発生することが確認された。このため、この振動雑
音による影響を低減化するため、図４に示されるよう
に、板状のゴムを振動を吸収する振動吸収材１６および
１６′として圧縮ポンプ２を間接的に支持台１５に固定
した。この結果、圧縮ポンプ２から発生する振動に起因
するマイクロフォニックを図１３の（２）に示されるよ
うに低減化することができた。この低減化により半値幅
分解能が０．２ｋｅＶ改善した。
【００３０】次に、図５に示すマイクロフォニック雑音
の雑音低減化回路を含んだ半導体放射線検出器用の信号
増幅系のより詳細な構成の一実施例を図１４に示す。図
１４において、図５と同一参照番号のものは図５の対応
する参照番号と同一のものを示す。また、図１４におい
て、３０はＦＥＴを、３１はフィードバック抵抗を、３
２はフィードバック・キャパシタンスを、３３は位相反
転増幅器をそれぞれ示し、これらにより電荷増幅式増幅
回路である前置信号増幅器１０を構成している。図１４
に示されるようなフィードバック形式を採用したのは前
置信号増幅器１０の出力インピーダンスを低くするため
である。雑音低減化回路２０の抵抗２２の抵抗値Ｒ1、
コイル２３のインダクタンス値Ｌ及び直流抵抗値Ｒ
2は、前述した定数、即ちＲ1＝１００Ω、Ｒ2＝２．２
Ω、Ｌ＝１ｍＨが用いられた。
の雑音低減化回路を含んだ半導体放射線検出器用の信号
増幅系のより詳細な構成の一実施例を図１４に示す。図
１４において、図５と同一参照番号のものは図５の対応
する参照番号と同一のものを示す。また、図１４におい
て、３０はＦＥＴを、３１はフィードバック抵抗を、３
２はフィードバック・キャパシタンスを、３３は位相反
転増幅器をそれぞれ示し、これらにより電荷増幅式増幅
回路である前置信号増幅器１０を構成している。図１４
に示されるようなフィードバック形式を採用したのは前
置信号増幅器１０の出力インピーダンスを低くするため
である。雑音低減化回路２０の抵抗２２の抵抗値Ｒ1、
コイル２３のインダクタンス値Ｌ及び直流抵抗値Ｒ
2は、前述した定数、即ちＲ1＝１００Ω、Ｒ2＝２．２
Ω、Ｌ＝１ｍＨが用いられた。
【００３１】雑音低減化回路２０から出力された放射線
信号はＣＡＮＢＥＲＲＡ−２０２１型で１μ秒の時定数
のフィルター（図示せず）をかけた後、主信号増幅段２
１により増幅され出力される。増幅され出力された信号
はマルチチャネル波高分析装置（図示せず）によって解
析することによりガンマ線スペクトルが得られる。
信号はＣＡＮＢＥＲＲＡ−２０２１型で１μ秒の時定数
のフィルター（図示せず）をかけた後、主信号増幅段２
１により増幅され出力される。増幅され出力された信号
はマルチチャネル波高分析装置（図示せず）によって解
析することによりガンマ線スペクトルが得られる。
【００３２】上述した実施例の電気式半導体放射線検出
器を用いて60Ｃｏ標準ガンマ線源を測定して得られたガ
ンマ線スペクトルを図１５に示す。Ｇｅガンマ線検出器
の性能として重要なエネルギー分解能は、本発明の上述
のマイクロフォニック雑音の低減化措置を取らなかった
場合１．３ＭｅＶガンマ線に対して３．４ｋｅＶそして
パルサーに対して２．８ｋｅＶであるのに対して、本発
明の上述の低減化措置を取った場合１．３ＭｅＶガンマ
線に対して２．５ｋｅＶそしてパルサーに対して１．７
ｋｅＶと改善された。なお、スターリング方式電気冷却
器を短時間止めて同じ測定条件で測定したエネルギー分
解能は、１．３ＭｅＶに対して２．３ｋｅＶで、パルサ
ーに対しては１．６ｋｅＶであった。従って、本発明の
低減化方法を用いることによりエネルギー分解能が、従
来から使用されてきた液体窒素方式のＧｅガンマ線検出
器とほとんど変わらない電気冷却式Ｇｅ半導体放射線検
出器を実現することができた。
器を用いて60Ｃｏ標準ガンマ線源を測定して得られたガ
ンマ線スペクトルを図１５に示す。Ｇｅガンマ線検出器
の性能として重要なエネルギー分解能は、本発明の上述
のマイクロフォニック雑音の低減化措置を取らなかった
場合１．３ＭｅＶガンマ線に対して３．４ｋｅＶそして
パルサーに対して２．８ｋｅＶであるのに対して、本発
明の上述の低減化措置を取った場合１．３ＭｅＶガンマ
線に対して２．５ｋｅＶそしてパルサーに対して１．７
ｋｅＶと改善された。なお、スターリング方式電気冷却
器を短時間止めて同じ測定条件で測定したエネルギー分
解能は、１．３ＭｅＶに対して２．３ｋｅＶで、パルサ
ーに対しては１．６ｋｅＶであった。従って、本発明の
低減化方法を用いることによりエネルギー分解能が、従
来から使用されてきた液体窒素方式のＧｅガンマ線検出
器とほとんど変わらない電気冷却式Ｇｅ半導体放射線検
出器を実現することができた。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３４】第１の発明においては、スターリング式電
気冷却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検
出手段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却
を行うことから、半導体放射線検出手段から発生する主
なマイクロフォニック雑音は検出すべき放射線に対応す
る信号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオーダ）に比
較して十分低い１０ｋＨｚ以下の周波数成分となり、そ
のためマイクロフォニック雑音低減化手段により発生し
たマイクロフォニック雑音が低減され、一方放射線信号
は低減されないことから、半導体放射線検出器のエネル
ギー分解能の劣化が防止され、従来の半導体放射線検出
器と同等のエネルギー分解能のものが得られる。
気冷却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検
出手段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却
を行うことから、半導体放射線検出手段から発生する主
なマイクロフォニック雑音は検出すべき放射線に対応す
る信号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオーダ）に比
較して十分低い１０ｋＨｚ以下の周波数成分となり、そ
のためマイクロフォニック雑音低減化手段により発生し
たマイクロフォニック雑音が低減され、一方放射線信号
は低減されないことから、半導体放射線検出器のエネル
ギー分解能の劣化が防止され、従来の半導体放射線検出
器と同等のエネルギー分解能のものが得られる。
【００３５】第２の発明において、スターリング式電気
冷却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検出
手段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却を
行うことから、半導体放射線検出手段から発生する主な
マイクロフォニック雑音の周波数成分は検出すべき放射
線に対応する信号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオ
ーダ）に比較して十分低い１０ｋＨｚ以下であり、かつ
増幅手段、信号引き出し手段及び回路用配線手段が通気
性で電気絶縁性のある繊維物質で覆われかつモールドさ
れていることから、前記増幅手段の入力段の振動が押さ
えられ、マイクロフォニック雑音の主原因となる入力段
の浮遊容量の微少な変化が除去され、マイクロフォニッ
ク雑音を低減させることができ、従来の半導体放射線検
出器と同等のエネルギー分解能のものが得られる。
冷却器が液体窒素温度近辺の温度まで半導体放射線検出
手段を冷却するため、サイクリックな動作により冷却を
行うことから、半導体放射線検出手段から発生する主な
マイクロフォニック雑音の周波数成分は検出すべき放射
線に対応する信号の周波数発生成分（例えばＭＨｚのオ
ーダ）に比較して十分低い１０ｋＨｚ以下であり、かつ
増幅手段、信号引き出し手段及び回路用配線手段が通気
性で電気絶縁性のある繊維物質で覆われかつモールドさ
れていることから、前記増幅手段の入力段の振動が押さ
えられ、マイクロフォニック雑音の主原因となる入力段
の浮遊容量の微少な変化が除去され、マイクロフォニッ
ク雑音を低減させることができ、従来の半導体放射線検
出器と同等のエネルギー分解能のものが得られる。
【００３６】従って、第１の発明及び第２の発明の双方
の電気冷却式半導体放射線検出器はこれまで液体窒素に
より冷却し使用されてきた半導体放射線検出器を電気に
よって性能を劣化させることなく冷却・使用することを
可能としたものであり、液体窒素の入手が困難な場所に
おいても使用可能にすると共に、定期的に液体窒素を入
れる必要があるため装置の維持が大変であったものを容
易に維持することができるようにした。また、半導体放
射線検出器が小型化されインバータを用いることにより
電池駆動化も可能なことから建物外部での放射線測定、
これまで半導体放射線検出器が大きいためアッセンブル
の問題から放射線測定が困難であった測定試験、維持が
容易なことから原子炉施設での放射線計装等への使用を
可能とした。
の電気冷却式半導体放射線検出器はこれまで液体窒素に
より冷却し使用されてきた半導体放射線検出器を電気に
よって性能を劣化させることなく冷却・使用することを
可能としたものであり、液体窒素の入手が困難な場所に
おいても使用可能にすると共に、定期的に液体窒素を入
れる必要があるため装置の維持が大変であったものを容
易に維持することができるようにした。また、半導体放
射線検出器が小型化されインバータを用いることにより
電池駆動化も可能なことから建物外部での放射線測定、
これまで半導体放射線検出器が大きいためアッセンブル
の問題から放射線測定が困難であった測定試験、維持が
容易なことから原子炉施設での放射線計装等への使用を
可能とした。
【図１】本発明による電気冷却式半導体放射線検出器の
一実施例を示す構造図である。
一実施例を示す構造図である。
【図２】本発明のスターリング方式電気冷却器を冷却に
用いた半導体放射線検出器の前置増幅器の出力信号波形
を示す図である。
用いた半導体放射線検出器の前置増幅器の出力信号波形
を示す図である。
【図３】図１に示される本発明の電気冷却式半導体放射
線検出器の内部の半導体放射線検出素子７の近辺に設置
される信号増幅器の初段増幅回路１０ａ及び信号線およ
び回路用配線１１を通気性で電気絶縁性のある繊維物質
で覆いモールド化した状態を示す内部構造図である。
線検出器の内部の半導体放射線検出素子７の近辺に設置
される信号増幅器の初段増幅回路１０ａ及び信号線およ
び回路用配線１１を通気性で電気絶縁性のある繊維物質
で覆いモールド化した状態を示す内部構造図である。
【図４】図１に示される本発明の電気冷却式半導体放射
線検出器の圧縮ポンプ２を振動吸収材１６を介して支持
台１５に固定する圧縮ポンプ固定機構の一つをより詳細
に示す構造図である。
線検出器の圧縮ポンプ２を振動吸収材１６を介して支持
台１５に固定する圧縮ポンプ固定機構の一つをより詳細
に示す構造図である。
【図５】本発明のマイクロフォニック雑音の除去回路を
含んだ半導体放射線検出器用の信号増幅系を示す図であ
る。
含んだ半導体放射線検出器用の信号増幅系を示す図であ
る。
【図６】図５に示される雑音低減化回路の回路構成を示
す図である。
す図である。
【図７】図６に示される雑音低減化回路２０により低減
する前後における、図１の半導体放射線検出素子７で発
生したマイクロフォニック雑音をスペクトルアナライザ
で分析した例を示す図である。
する前後における、図１の半導体放射線検出素子７で発
生したマイクロフォニック雑音をスペクトルアナライザ
で分析した例を示す図である。
【図８】本発明の半導体放射線検出器の電気冷却器の駆
動用電圧を１１．５Ｖから８Ｖまで変更した場合のエネ
ルギー分解能特性を示す図である。
動用電圧を１１．５Ｖから８Ｖまで変更した場合のエネ
ルギー分解能特性を示す図である。
【図９】本発明の半導体放射線検出器の電気冷却器の駆
動用電圧が１１Ｖの場合と９Ｖの場合のマイクロフォニ
ック雑音スペクトルの比較例を示す図である。
動用電圧が１１Ｖの場合と９Ｖの場合のマイクロフォニ
ック雑音スペクトルの比較例を示す図である。
【図１０】本発明の半導体放射線検出器の典型的な冷却
動作例を示す図である。
動作例を示す図である。
【図１１】図１に示される本発明の半導体放射線検出器
の駆動電源５の電圧を１１．０Ｖに固定し電源周波数を
調整して発生するマイクロフォニック雑音によるエネル
ギー分解能による影響の最も少ない電源周波数を測定し
た結果を示す図である。
の駆動電源５の電圧を１１．０Ｖに固定し電源周波数を
調整して発生するマイクロフォニック雑音によるエネル
ギー分解能による影響の最も少ない電源周波数を測定し
た結果を示す図である。
【図１２】駆動用電圧を変更してマイクロフォニック雑
音を低減化する方法と駆動電源周波数を変更してマイク
ロフォニック雑音を低減化する方法によるマイクロフォ
ニック雑音周波数スペクトルを示す図である。
音を低減化する方法と駆動電源周波数を変更してマイク
ロフォニック雑音を低減化する方法によるマイクロフォ
ニック雑音周波数スペクトルを示す図である。
【図１３】図１の圧縮ポンプ２を支持台１５に直接固定
した場合と板状のゴムを振動を吸収する振動吸収材１６
として圧縮ポンプ２を支持台１５に間接的に固定した場
合のそれぞれにおいて得られたマイクロフォニック雑音
周波数スペクトルを示す図である。
した場合と板状のゴムを振動を吸収する振動吸収材１６
として圧縮ポンプ２を支持台１５に間接的に固定した場
合のそれぞれにおいて得られたマイクロフォニック雑音
周波数スペクトルを示す図である。
【図１４】図５に示されるマイクロフォニック雑音の雑
音低減化回路を含んだ半導体放射線検出器用の信号増幅
系のより詳細な構成の一実施例を示す図である。
音低減化回路を含んだ半導体放射線検出器用の信号増幅
系のより詳細な構成の一実施例を示す図である。
【図１５】図１に示される電気冷却式半導体放射線検出
器を用いて60Ｃｏ標準ガンマ線源を測定して得られたガ
ンマ線スペクトルを示す図である。
器を用いて60Ｃｏ標準ガンマ線源を測定して得られたガ
ンマ線スペクトルを示す図である。
【図１６】従来から使用されている液体窒素冷却型半導
体放射線検出器を示す図である。
体放射線検出器を示す図である。
【図１７】クローズドサイクルＨｅ冷却器を用いた従来
の電気冷却式半導体放射線検出器を示す図である。
の電気冷却式半導体放射線検出器を示す図である。
１：電気冷却器 ２：圧縮ポンプ ３：断熱圧縮冷却部 ４：液体窒素 ５：駆動電源 ６：冷却部 ７：半導体放射線検出素子 ８：真空容器 ９：真空バルブ １０：前置信号増幅器 １０ａ：初段増幅回路 １０ｂ：後段回路 １１：信号線および回路用配線 １２：通気性で電気絶縁性のある繊維物質 １３：ハーメチック １４：主信号増幅器 １５：支持台 １６、１６′：振動吸収材 １７：固定治具 ２０：雑音低減化回路 ２１：主信号増幅段 ２２：抵抗 ２３：コイル
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年９月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】このため、クローズドサイクルのＨｅ冷却
器を半導体放射線検出素子の冷却に使用した電気冷却式
半導体放射線検出器が開発されてきた。図１７は、かか
るクローズドサイクルＨｅ冷却器を用いた電気冷却式半
導体放射線検出器を示す図である。図１７において、図
１６と同一参照番号のものは図１６の対応する参照番号
と同一のものを示し、また、１０７はクローズドサイク
ル冷却器の圧縮器を、１０８はパイプを、１０９はクロ
ーズドサイクル冷却器の冷却機構（例えばソルベイサイ
クル冷却機構）を、１１０は冷却部を、１１１は緩衝機
構をそれぞれ示す。図１７に示されるような電気冷却式
半導体放射線検出器では、クローズドサイクルＨｅ冷却
の小型化が困難であり重量も重く半導体放射線検出器と
して可搬化することは困難であった。また、クローズド
サイクルＨｅ冷却器の場合、冷却部１１０において発生
する振動雑音によるマイクロフォニック雑音がその冷却
方式が原因となって放射線信号近辺までの周波数帯域ま
で広がるため、信号処理技術のみでは放射線検出器の重
要な性能であるエネルギー分解能の劣化の原因となるマ
イクロフォニック雑音を取り除くことが困難であった。
このため、半導体放射線検出素子１０１と冷却部１１０
との間に振動雑音を吸収する振動吸収材等の緩衝機構１
１１を挿入することによりマイクロフォニック雑音の影
響を取り除いて使用されてきた。従って、吸収材等の緩
衝機構１１１を使用することから冷却器の冷却能力は半
導体放射線検出素子１０１の冷却のみならず吸収材等の
緩衝機構１１１による損失分を含めて確保する必要があ
るため、大きな冷却能力を必要とし、かつ小型化が困難
であった。
器を半導体放射線検出素子の冷却に使用した電気冷却式
半導体放射線検出器が開発されてきた。図１７は、かか
るクローズドサイクルＨｅ冷却器を用いた電気冷却式半
導体放射線検出器を示す図である。図１７において、図
１６と同一参照番号のものは図１６の対応する参照番号
と同一のものを示し、また、１０７はクローズドサイク
ル冷却器の圧縮器を、１０８はパイプを、１０９はクロ
ーズドサイクル冷却器の冷却機構（例えばソルベイサイ
クル冷却機構）を、１１０は冷却部を、１１１は緩衝機
構をそれぞれ示す。図１７に示されるような電気冷却式
半導体放射線検出器では、クローズドサイクルＨｅ冷却
の小型化が困難であり重量も重く半導体放射線検出器と
して可搬化することは困難であった。また、クローズド
サイクルＨｅ冷却器の場合、冷却部１１０において発生
する振動雑音によるマイクロフォニック雑音がその冷却
方式が原因となって放射線信号近辺までの周波数帯域ま
で広がるため、信号処理技術のみでは放射線検出器の重
要な性能であるエネルギー分解能の劣化の原因となるマ
イクロフォニック雑音を取り除くことが困難であった。
このため、半導体放射線検出素子１０１と冷却部１１０
との間に振動雑音を吸収する振動吸収材等の緩衝機構１
１１を挿入することによりマイクロフォニック雑音の影
響を取り除いて使用されてきた。従って、吸収材等の緩
衝機構１１１を使用することから冷却器の冷却能力は半
導体放射線検出素子１０１の冷却のみならず吸収材等の
緩衝機構１１１による損失分を含めて確保する必要があ
るため、大きな冷却能力を必要とし、かつ小型化が困難
であった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上に示し
た冷却方式及びマイクロフォニック雑音に関する欠点を
改善し、液体窒素を使用することなく従来の半導体放射
線検出器とほぼ同等のエネルギー分解能を有し簡便でか
つ簡単に持ち運びできる小型の半導体放射線検出器を提
供することを目的とする。
た冷却方式及びマイクロフォニック雑音に関する欠点を
改善し、液体窒素を使用することなく従来の半導体放射
線検出器とほぼ同等のエネルギー分解能を有し簡便でか
つ簡単に持ち運びできる小型の半導体放射線検出器を提
供することを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の電気冷却式半導体放射線検出器は、真
空容器と、前記真空容器内に配設された半導体放射線検
出手段と、前記半導体放射線検出手段と機械的に結合さ
れた電気冷却手段とを備え、前記電気冷却手段がサイク
リックな動作により冷却を行うスターリング式電気冷却
器を含み、前記スターリング式電気冷却器に起因して前
記半導体放射線検出手段から発生するマイクロフォニッ
ク雑音がエネルギー分解能に影響を与えないよう検出さ
れた放射線に対応する信号を通し且つ前記マイクロフォ
ニック雑音を低減化するマイクロフォニック雑音低減化
手段を設けることを特徴とする。
に、第１の発明の電気冷却式半導体放射線検出器は、真
空容器と、前記真空容器内に配設された半導体放射線検
出手段と、前記半導体放射線検出手段と機械的に結合さ
れた電気冷却手段とを備え、前記電気冷却手段がサイク
リックな動作により冷却を行うスターリング式電気冷却
器を含み、前記スターリング式電気冷却器に起因して前
記半導体放射線検出手段から発生するマイクロフォニッ
ク雑音がエネルギー分解能に影響を与えないよう検出さ
れた放射線に対応する信号を通し且つ前記マイクロフォ
ニック雑音を低減化するマイクロフォニック雑音低減化
手段を設けることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】上記目的を達成するために、第２の発明の
電気冷却式半導体放射線検出器は、真空容器と、前記真
空容器内に配設された半導体放射線検出手段と、前記半
導体放射線検出手段と機械的に結合された電気冷却手段
とを備え、前記電気冷却手段がサイクリックな動作によ
り冷却を行うスターリング式電気冷却器を含み、前記半
導体放射線検出手段は、半導体放射線検出器と、前記半
導体放射線検出器により発生された信号を増幅する増幅
手段と、前記増幅手段により増幅された信号を前記真空
容器から外部に引き出す信号引き出し手段及び前記半導
体放射線検出手段を給電／制御するための回路用配線手
段とを含み、前記増幅手段、前記信号引き出し手段及び
前記回路用配線手段が通気性で電気絶縁性のある繊維物
質で覆われかつモールドされていることを特徴とする。
電気冷却式半導体放射線検出器は、真空容器と、前記真
空容器内に配設された半導体放射線検出手段と、前記半
導体放射線検出手段と機械的に結合された電気冷却手段
とを備え、前記電気冷却手段がサイクリックな動作によ
り冷却を行うスターリング式電気冷却器を含み、前記半
導体放射線検出手段は、半導体放射線検出器と、前記半
導体放射線検出器により発生された信号を増幅する増幅
手段と、前記増幅手段により増幅された信号を前記真空
容器から外部に引き出す信号引き出し手段及び前記半導
体放射線検出手段を給電／制御するための回路用配線手
段とを含み、前記増幅手段、前記信号引き出し手段及び
前記回路用配線手段が通気性で電気絶縁性のある繊維物
質で覆われかつモールドされていることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【実施例】図１は本発明による電気冷却式半導体放射線
検出器の一実施例を示す構造図である。図１において、
１は電気冷却器を、２は冷却圧縮ポンプを、３はスター
リングサイクル冷却機構を、４は接続管を、５は駆動電
源を、６は冷却部を、７は半導体放射線検出素子を、８
は真空容器を、９は真空バルブを、１０は前置信号増幅
器を、１０ａはその初段増幅回路を、１０ｂはその後段
回路を、１１は信号線及び半導体放射線検出素子７等の
給電／制御のための回路用配線を、１２は通気性で電気
絶縁性のある繊維物質を、１３はハーメチックを、１４
は主信号増幅器を、１５は支持台を、１６および１６′
は振動吸収材を、１７は固定治具をそれぞれ示す。本検
出器は、液体窒素温度まで冷却するために従来の液体窒
素冷却の替わりにスターリング方式の電気冷却器１を用
いる。電気冷却器１は、圧縮ポンプ２、接続管４、スタ
ーリングサイクル冷却機構３及び電源電圧可変型又は周
波数可変型あるいはこれら両方の型である駆動電源５か
ら構成される。駆動電源５から送られたＡＣ電圧により
駆動された圧縮ポンプ２で発生する例えばヘリウムガス
のようなガスを接続管４を通してスターリングサイクル
冷却機構３に送り、ここでこのガスによりディスプレー
サが振動し冷却部６を液体窒素温度以下まで冷却する。
スターリングサイクル冷却機構３に冷却部６が直接機械
的に接続されている。冷却部６には直接半導体放射線検
出素子７を装着する。装着した半導体放射線検出素子７
の近辺に前置信号増幅器１０の初段増幅回路１０ａが設
置され、信号線及び回路用配線１１はハーメチック１３
を通して真空容器８の外部に置かれた前置信号増幅器１
０の後段回路１０ｂに導かれている。従って、半導体放
射線検出素子７により検出された放射線信号は、前置信
号増幅器１０の初段増幅回路１０ａで増幅され、信号線
および回路用配線１１を介して前置信号増幅器１０の後
段回路１０ｂに送られ、後段回路１０ｂでさらに増幅さ
れる。スターリングサイクル冷却機構３及び半導体放射
線検出素子７を真空中に置くために使用する真空容器８
を高真空に引いた後、真空バルブ９により封じ切る。ま
た、圧縮ポンプ２は振動吸収材１６を介して間接的に支
持台１５に固定され、一方スターリングサイクル冷却機
構３を含めた真空容器８は直接支持台１５に固定され
る。真空を封じ切った後、駆動電源５よりＡＣ電源を供
給するとスターリング式電気冷却器１は冷却を開始し、
冷却能力、半導体検出素子の重量及び冷却部分への熱の
侵入割合とでほぼ決まる冷却時間後に液体窒素温度の近
辺の半導体放射線検出素子７の動作温度まで到達する。
検出器の一実施例を示す構造図である。図１において、
１は電気冷却器を、２は冷却圧縮ポンプを、３はスター
リングサイクル冷却機構を、４は接続管を、５は駆動電
源を、６は冷却部を、７は半導体放射線検出素子を、８
は真空容器を、９は真空バルブを、１０は前置信号増幅
器を、１０ａはその初段増幅回路を、１０ｂはその後段
回路を、１１は信号線及び半導体放射線検出素子７等の
給電／制御のための回路用配線を、１２は通気性で電気
絶縁性のある繊維物質を、１３はハーメチックを、１４
は主信号増幅器を、１５は支持台を、１６および１６′
は振動吸収材を、１７は固定治具をそれぞれ示す。本検
出器は、液体窒素温度まで冷却するために従来の液体窒
素冷却の替わりにスターリング方式の電気冷却器１を用
いる。電気冷却器１は、圧縮ポンプ２、接続管４、スタ
ーリングサイクル冷却機構３及び電源電圧可変型又は周
波数可変型あるいはこれら両方の型である駆動電源５か
ら構成される。駆動電源５から送られたＡＣ電圧により
駆動された圧縮ポンプ２で発生する例えばヘリウムガス
のようなガスを接続管４を通してスターリングサイクル
冷却機構３に送り、ここでこのガスによりディスプレー
サが振動し冷却部６を液体窒素温度以下まで冷却する。
スターリングサイクル冷却機構３に冷却部６が直接機械
的に接続されている。冷却部６には直接半導体放射線検
出素子７を装着する。装着した半導体放射線検出素子７
の近辺に前置信号増幅器１０の初段増幅回路１０ａが設
置され、信号線及び回路用配線１１はハーメチック１３
を通して真空容器８の外部に置かれた前置信号増幅器１
０の後段回路１０ｂに導かれている。従って、半導体放
射線検出素子７により検出された放射線信号は、前置信
号増幅器１０の初段増幅回路１０ａで増幅され、信号線
および回路用配線１１を介して前置信号増幅器１０の後
段回路１０ｂに送られ、後段回路１０ｂでさらに増幅さ
れる。スターリングサイクル冷却機構３及び半導体放射
線検出素子７を真空中に置くために使用する真空容器８
を高真空に引いた後、真空バルブ９により封じ切る。ま
た、圧縮ポンプ２は振動吸収材１６を介して間接的に支
持台１５に固定され、一方スターリングサイクル冷却機
構３を含めた真空容器８は直接支持台１５に固定され
る。真空を封じ切った後、駆動電源５よりＡＣ電源を供
給するとスターリング式電気冷却器１は冷却を開始し、
冷却能力、半導体検出素子の重量及び冷却部分への熱の
侵入割合とでほぼ決まる冷却時間後に液体窒素温度の近
辺の半導体放射線検出素子７の動作温度まで到達する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】図２は本発明のスターリング方式電気冷却
器１を冷却に用いた半導体放射線検出器の前置増幅器１
０の出力信号波形を示す図である。本発明の電気冷却式
半導体放射線検出器は、スターリング方式電気冷却器１
のスターリングサイクル冷却機構３で発生する振動によ
る放射線信号への影響（マイクロフォニック雑音）がそ
の駆動方式がサイクリックであるためにその振動が図２
に示されるように定常波となることに着目し、電気冷却
器１先端にある低温冷却部６に装着した半導体放射線検
出素子７から発生する主なマイクロフォニック雑音が放
射線信号の周波数成分に比較して十分低い１０ｋＨｚ以
下の周波数成分となるようにすることが可能であること
を利用している。図２は、スターリング方式電気冷却器
１を冷却に用いた半導体放射線検出器の前置増幅器１０
の出力信号波形を示す。主なマイクロフォニック雑音が
１０ｋＨｚ以下の周波数成分であれば後段の主信号増幅
器１４内の後述するフィルター回路であるマイクロフォ
ニック雑音低減化回路によりエネルギー分解能の劣化を
防ぐことが可能となる。
器１を冷却に用いた半導体放射線検出器の前置増幅器１
０の出力信号波形を示す図である。本発明の電気冷却式
半導体放射線検出器は、スターリング方式電気冷却器１
のスターリングサイクル冷却機構３で発生する振動によ
る放射線信号への影響（マイクロフォニック雑音）がそ
の駆動方式がサイクリックであるためにその振動が図２
に示されるように定常波となることに着目し、電気冷却
器１先端にある低温冷却部６に装着した半導体放射線検
出素子７から発生する主なマイクロフォニック雑音が放
射線信号の周波数成分に比較して十分低い１０ｋＨｚ以
下の周波数成分となるようにすることが可能であること
を利用している。図２は、スターリング方式電気冷却器
１を冷却に用いた半導体放射線検出器の前置増幅器１０
の出力信号波形を示す。主なマイクロフォニック雑音が
１０ｋＨｚ以下の周波数成分であれば後段の主信号増幅
器１４内の後述するフィルター回路であるマイクロフォ
ニック雑音低減化回路によりエネルギー分解能の劣化を
防ぐことが可能となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】図１および図４に示されるように、スター
リング式電気冷却器の圧縮ポンプ２がスターリングサイ
クル冷却機構３を支持する支持台１５に板状のゴム等の
振動吸収材１６および１６′を介して固定治具１７によ
り間接的に固定されていることにより、前記振動吸収材
１６および１６′が当該圧縮ポンプ２から発生する振動
を吸収し、そのため当該振動が支持台１５に伝わらず、
またスターリングサイクル冷却機構３にも伝わらず、さ
らにスターリングサイクル冷却機構３から半導体放射線
検出素子７にも伝わらない。従って、圧縮ポンプ２から
発生する振動に起因するマイクロフォニック雑音が低減
される。
リング式電気冷却器の圧縮ポンプ２がスターリングサイ
クル冷却機構３を支持する支持台１５に板状のゴム等の
振動吸収材１６および１６′を介して固定治具１７によ
り間接的に固定されていることにより、前記振動吸収材
１６および１６′が当該圧縮ポンプ２から発生する振動
を吸収し、そのため当該振動が支持台１５に伝わらず、
またスターリングサイクル冷却機構３にも伝わらず、さ
らにスターリングサイクル冷却機構３から半導体放射線
検出素子７にも伝わらない。従って、圧縮ポンプ２から
発生する振動に起因するマイクロフォニック雑音が低減
される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】
【式１】Ｙ＝（Ｒ1／（Ｒ1＋Ｒ2））・（１＋ｆ2／（Ｒ
2／Ｌ）2）1/2／（１＋ｆ2／（（Ｒ1＋Ｒ2 ）／Ｌ）2）
1/2 ここで、Ｙは減衰率、Ｒ1は抵抗２２の抵抗値、Ｌはコ
イル２３のインダクタンス値、Ｒ2はコイル２３に含ま
れる抵抗分の直流抵抗値及びｆは周波数である。例え
ば、Ｒ1を１００Ω、Ｌを１ｍＨ、Ｒ2を２．２Ωとする
と、周波数が０から１００ｋＨｚまで変化した際の減衰
率Ｙの変化は図６の如くなる。放射線信号の領域（１Ｍ
Ｈｚ）からなだらかに減衰しスターリング方式半導体放
射線検出器の雑音発生領域である１０ｋＨｚ付近から減
衰が急になる特性を有しており雑音レベルを従来の液体
窒素冷却方式とほぼ同等レベルまで低減化することがで
きる。
2／Ｌ）2）1/2／（１＋ｆ2／（（Ｒ1＋Ｒ2 ）／Ｌ）2）
1/2 ここで、Ｙは減衰率、Ｒ1は抵抗２２の抵抗値、Ｌはコ
イル２３のインダクタンス値、Ｒ2はコイル２３に含ま
れる抵抗分の直流抵抗値及びｆは周波数である。例え
ば、Ｒ1を１００Ω、Ｌを１ｍＨ、Ｒ2を２．２Ωとする
と、周波数が０から１００ｋＨｚまで変化した際の減衰
率Ｙの変化は図６の如くなる。放射線信号の領域（１Ｍ
Ｈｚ）からなだらかに減衰しスターリング方式半導体放
射線検出器の雑音発生領域である１０ｋＨｚ付近から減
衰が急になる特性を有しており雑音レベルを従来の液体
窒素冷却方式とほぼ同等レベルまで低減化することがで
きる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】また、駆動用電圧が１１Ｖの場合と９Ｖの
場合のマイクロフォニック雑音スペクトルの比較例を図
９に示す。図９において、（１）は駆動用電圧が９Ｖの
場合を、（２）は駆動用電圧が１１Ｖの場合を示す。図
９から、駆動用電圧が１１Ｖの場合のマイクロフォニッ
ク雑音のスペクトルに対して、９Ｖの場合のマイクロフ
ォニック雑音のスペクトルはさらに低い周波数成分とな
りかつ雑音レベルも低くなっており、この理由により駆
動用電圧を低下させるとエネルギー分解能が向上するこ
とが確認された。
場合のマイクロフォニック雑音スペクトルの比較例を図
９に示す。図９において、（１）は駆動用電圧が９Ｖの
場合を、（２）は駆動用電圧が１１Ｖの場合を示す。図
９から、駆動用電圧が１１Ｖの場合のマイクロフォニッ
ク雑音のスペクトルに対して、９Ｖの場合のマイクロフ
ォニック雑音のスペクトルはさらに低い周波数成分とな
りかつ雑音レベルも低くなっており、この理由により駆
動用電圧を低下させるとエネルギー分解能が向上するこ
とが確認された。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】また、スターリング方式電気冷却器の圧縮
ポンプ２を直接支持台１５に固定した場合、図１３の
（１）に示されるように周波数成分として１２ｋＨｚ周
辺に発生することが確認された。このため、この振動雑
音による影響を低減化するため、図４に示されるよう
に、板状のゴムを振動を吸収する振動吸収材１６および
１６′として圧縮ポンプ２を間接的に支持台１５に固定
した。この結果、圧縮ポンプ２から発生する振動に起因
するマイクロフォニック雑音を図１３の（２）に示され
るように低減化することができた。この低減化により半
値幅分解能が０．２ｋｅＶ改善した。
ポンプ２を直接支持台１５に固定した場合、図１３の
（１）に示されるように周波数成分として１２ｋＨｚ周
辺に発生することが確認された。このため、この振動雑
音による影響を低減化するため、図４に示されるよう
に、板状のゴムを振動を吸収する振動吸収材１６および
１６′として圧縮ポンプ２を間接的に支持台１５に固定
した。この結果、圧縮ポンプ２から発生する振動に起因
するマイクロフォニック雑音を図１３の（２）に示され
るように低減化することができた。この低減化により半
値幅分解能が０．２ｋｅＶ改善した。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】次に、図５に示すマイクロフォニック雑音
の雑音低減化回路を含んだ半導体放射線検出器用の信号
増幅系のより詳細な構成の一実施例を図１４に示す。図
１４において、図５と同一参照番号のものは図５の対応
する参照番号と同一のものを示す。また、図１４におい
て、３０はＦＥＴを、３１はフィードバック抵抗を、３
２はフィードバック・キャパシタを、３３は位相反転増
幅器をそれぞれ示し、これらにより電荷増幅式増幅回路
である前置信号増幅器１０を構成している。図１４に示
されるようなフィードバック形式を採用したのは前置信
号増幅器１０の出力インピーダンスを低くするためであ
る。雑音低減化回路２０の抵抗２２の抵抗値Ｒ1、コイ
ル２３のインダクタンス値Ｌ及び直流抵抗値Ｒ2は、前
述した定数、即ちＲ1＝１００Ω、Ｒ2＝２．２Ω、Ｌ＝
１ｍＨが用いられた。
の雑音低減化回路を含んだ半導体放射線検出器用の信号
増幅系のより詳細な構成の一実施例を図１４に示す。図
１４において、図５と同一参照番号のものは図５の対応
する参照番号と同一のものを示す。また、図１４におい
て、３０はＦＥＴを、３１はフィードバック抵抗を、３
２はフィードバック・キャパシタを、３３は位相反転増
幅器をそれぞれ示し、これらにより電荷増幅式増幅回路
である前置信号増幅器１０を構成している。図１４に示
されるようなフィードバック形式を採用したのは前置信
号増幅器１０の出力インピーダンスを低くするためであ
る。雑音低減化回路２０の抵抗２２の抵抗値Ｒ1、コイ
ル２３のインダクタンス値Ｌ及び直流抵抗値Ｒ2は、前
述した定数、即ちＲ1＝１００Ω、Ｒ2＝２．２Ω、Ｌ＝
１ｍＨが用いられた。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】図５に示される雑音低減化回路の減衰特性を示
す図である。
す図である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】図６に示される減衰特性を有する雑音低減化回
路２０により低減する前後における、図１の半導体放射
線検出素子７で発生したマイクロフォニック雑音をスペ
クトルアナライザで分析した例を示す図である。
路２０により低減する前後における、図１の半導体放射
線検出素子７で発生したマイクロフォニック雑音をスペ
クトルアナライザで分析した例を示す図である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】図１に示される本発明の半導体放射線検出器
の駆動電源５の電圧を１１．０Ｖに固定し電源周波数を
調整して発生するマイクロフォニック雑音によるエネル
ギー分解能の影響の最も少ない電源周波数を測定した結
果を示す図である。
の駆動電源５の電圧を１１．０Ｖに固定し電源周波数を
調整して発生するマイクロフォニック雑音によるエネル
ギー分解能の影響の最も少ない電源周波数を測定した結
果を示す図である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 １：電気冷却器 ２：圧縮ポンプ ３：スターリングサイクル冷却機構 ４：液体窒素 ５：駆動電源 ６：冷却部 ７：半導体放射線検出素子 ８：真空容器 ９：真空バルブ １０：前置信号増幅器 １０ａ：初段増幅回路 １０ｂ：後段回路 １１：信号線および回路用配線 １２：通気性で電気絶縁性のある繊維物質 １３：ハーメチック １４：主信号増幅器 １５：支持台 １６、１６′：振動吸収材 １７：固定治具 ２０：雑音低減化回路 ２１：主信号増幅段 ２２：抵抗 ２３：コイル
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】図１２は、駆動用電圧を変更してマイクロ
フォニック雑音を低減化する方法と駆動電源周波数を変
更してマイクロフォニック雑音を低減化する方法による
マイクロフォニック雑音周波数スペクトルを示す。図１
２において、（１）は駆動用電圧を変更した場合を、
（２）は駆動電源周波数を変更した場合を示す。駆動用
電圧を変更してマイクロフォニック雑音を低減化する方
法と駆動電源周波数を変更してマイクロフォニック雑音
を低減化する方法を比較した結果、ほぼ同等の結果が得
られた。これは、図１２に示されるように両者のマイク
ロフォニック雑音周波数スペクトルがほとんど同じであ
ることに起因している。
フォニック雑音を低減化する方法と駆動電源周波数を変
更してマイクロフォニック雑音を低減化する方法による
マイクロフォニック雑音周波数スペクトルを示す。図１
２において、（１）は駆動用電圧を変更した場合を、
（２）は駆動電源周波数を変更した場合を示す。駆動用
電圧を変更してマイクロフォニック雑音を低減化する方
法と駆動電源周波数を変更してマイクロフォニック雑音
を低減化する方法を比較した結果、ほぼ同等の結果が得
られた。これは、図１２に示されるように両者のマイク
ロフォニック雑音周波数スペクトルがほとんど同じであ
ることに起因している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】本発明のモールド化を行う前と後の場合に発生
したマイクロフォニック雑音をスペクトルアナライザで
分析した例を示す図である。
したマイクロフォニック雑音をスペクトルアナライザで
分析した例を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項１】 真空容器と、前記真空容器内に配設され
た半導体放射線検出手段と、前記半導体放射線検出手段
と機械的に結合された電気冷却手段とを備える電気冷却
式半導体放射線検出器において、 前記電気冷却手段がサイクリックな動作により冷却を行
うスターリング式電気冷却器であり、 前記スターリング式電気冷却器に起因して前記半導体放
射線検出手段から発生するマイクロフォニック雑音がエ
ネルギー分解能に影響を与えないよう検出された放射線
に対応する信号を通し且つ前記マイクロフォニック雑音
を低減化をするマイクロフォニック雑音低減化手段を設
けることを特徴とする電気冷却式半導体放射線検出器。 - 【請求項２】 真空容器と、前記真空容器内に配設され
た半導体放射線検出手段と、前記半導体放射線検出手段
と機械的に結合された電気冷却手段とを備える電気冷却
式半導体放射線検出器において、 前記電気冷却手段がサイクリックな動作により冷却を行
うスターリング式電気冷却器であり、 前記半導体放射線検出手段は、半導体放射線検出器と、
前記半導体放射線検出器により発生された信号を増幅す
る増幅手段と、前記増幅手段により増幅された信号を前
記真空容器から外部に引き出す信号引き出し手段及び前
記半導体放射線検出手段を給電／制御するための回路用
配線手段とを含み、 前記増幅手段、前記信号引き出し手段及び前記回路用配
線手段が通気性で電気絶縁性のある繊維物質で覆われか
つモールドされていることを特徴とする電気冷却式半導
体放射線検出器。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の電気冷却式半導体
放射線検出器において、前記電気冷却手段が、発生する
マイクロフォニック雑音によるエネルギー分解能に対す
る影響が最小となる前記電圧可変電源の周波数を選択し
うる周波数可変電源を含むことを特徴とする電気冷却式
半導体放射線検出器。 - 【請求項４】 請求項１又は２記載の電気冷却式半導体
放射線検出器において、前記電気冷却手段が、発生する
マイクロフォニック雑音によるエネルギー分解能に対す
る影響が最小となる前記電気冷却手段を駆動する駆動電
圧を選択しうる電圧可変電源を含むことを特徴とする電
気冷却式半導体放射線検出器。 - 【請求項５】 請求項４記載の電気冷却式半導体放射線
検出器において、前記電圧可変電源が、発生するマイク
ロフォニック雑音によるエネルギー分解能に対する影響
が最小となる前記電圧可変電源の周波数を選択しうる周
波数可変電源であることを特徴とする電気冷却式半導体
放射線検出器。 - 【請求項６】 請求項１又は２記載の電気冷却式半導体
放射線検出器において、 前記スターリング式電気冷却器は、駆動電源と、当該駆
動電源の電力により駆動される圧縮ポンプ手段と、当該
圧縮ポンプ手段により発生するガスにより前記半導体放
射線検出手段を冷却する断熱圧縮冷却部とを含み、 前記圧縮ポンプ手段が前記断熱圧縮冷却部を支持する支
持台に振動吸収部材を介して間接的に固定されているこ
とを特徴とする電気冷却式半導体放射線検出器。 - 【請求項７】 請求項１記載の電気冷却式半導体放射線
検出器において、前記マイクロフォニック雑音低減化手
段は、その信号入力端と出力端間に接続された少なくと
も１つの抵抗と、前記出力端と前記マイクロフォニック
雑音低減化手段の共通ライン間に接続された少なくとも
１つのコイルとを有することを特徴とする電気冷却式半
導体放射線検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5224636A JP2739920B2 (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 電気冷却式半導体放射線検出器 |
| US08/302,405 US5552609A (en) | 1993-09-09 | 1994-09-08 | Electric-cooled type semiconductor radioactive ray detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5224636A JP2739920B2 (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 電気冷却式半導体放射線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0777579A true JPH0777579A (ja) | 1995-03-20 |
| JP2739920B2 JP2739920B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=16816820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5224636A Expired - Lifetime JP2739920B2 (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 電気冷却式半導体放射線検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5552609A (ja) |
| JP (1) | JP2739920B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006161677A (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | 圧縮機検査装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6131394A (en) * | 1998-07-21 | 2000-10-17 | The Regents Of The University Of California | System and method of active vibration control for an electro-mechanically cooled device |
| US6396061B1 (en) * | 1999-09-24 | 2002-05-28 | The Regents Of The University Of California | Actively driven thermal radiation shield |
| AU2003214945A1 (en) * | 2002-02-01 | 2003-09-02 | Robert J. Goldman | Multi-function catheter and use thereof |
| US20040164250A1 (en) * | 2003-02-25 | 2004-08-26 | Cork Christopher P. | Handheld isotope identification system |
| US20140110579A1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-04-24 | Advanced Measurement Technology Inc. | Handheld Spectrometer |
| US10126359B2 (en) * | 2017-01-12 | 2018-11-13 | Sensata Technologies | Free piston stirling cooler temperature control system for semiconductor test |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62119489A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-05-30 | Fuji Electric Co Ltd | 放射線線量計 |
| JPH03216583A (ja) * | 1990-01-22 | 1991-09-24 | Fuji Electric Co Ltd | Ｘ線分光器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01250026A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-05 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検知装置 |
| US5157255A (en) * | 1990-04-05 | 1992-10-20 | General Electric Company | Compact, thermally efficient focal plane array and testing and repair thereof |
-
1993
- 1993-09-09 JP JP5224636A patent/JP2739920B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-09-08 US US08/302,405 patent/US5552609A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62119489A (ja) * | 1985-11-20 | 1987-05-30 | Fuji Electric Co Ltd | 放射線線量計 |
| JPH03216583A (ja) * | 1990-01-22 | 1991-09-24 | Fuji Electric Co Ltd | Ｘ線分光器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006161677A (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | 圧縮機検査装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2739920B2 (ja) | 1998-04-15 |
| US5552609A (en) | 1996-09-03 |
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