JPS6312179A

JPS6312179A - 放射線検出器

Info

Publication number: JPS6312179A
Application number: JP61155663A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kitaguchi; 博司北口; Satoru Suzuki; 知鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1988-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPH065291B2

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〕本発明は半導体放射線検出器に係り、丑に、α線、β線
、γ線、中性子線の二又は二以上が混在する放射線雰囲
気において、各放射線質を識別し、かつ、その線質毎の
線量率を定を的に測定するのに好適な半導体放射線検出
器【で関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体放射線検出器は、特開昭５９−１０８３６
７号に記載のように、一種類の放射線質（主にγ線）を
対象にし、高感度化あるいは線量率直線性の範囲拡大化
を目的にしている。この公知例では、半導体検出素子の
印加電圧を可変し、検出素子中に生成する空乏層厚ある
いはその広がりを制御する。空乏層は放射線の有感領域
であり、直接その検出素子の感度を制御できることにな
る。

しかし、放射線の線質識別に関しては考慮されていなか
った。

また、特開昭５６−１４８８７３号の公知例では、放射
線の線質を識別するため、一つの半導体噴出素子の印加
電圧を変え、空乏層厚を目的の放射線の飛程（透過距離
）に設定する。あるいは、目的の放射線の透過力に対応
するフィルタを個別に検出素子に着脱した条件での出力
値から、各放射線の線質を識別する。

しかし、異る線質の放射線が混在している場合における
線質別の線量率の定量的測定については考膿されていな
かった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、従来技術は各放射線質毎の線量率の定量
については考慮されておらず、線質毎の線ｆ率測定が不
可欠な放射線モニタへの適用には問題があった。

本発明の目的は、各放射線の線質毎の線量率を同時に検
出可能な半導体放射線検出器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

電極間に挟まれた半導体の空乏層内に放射線が生ぜしめ
る電子・正孔対を電極で収集検出する半導体放射線検出
素子を複数個並設する。これらの検出素子の電極は、γ
線、β線、α線のうち透過力の強いＪ［Ｋ、夫々、γ線
のみ、γ線とβ線のみ、および上記王者を透過するよう
になっている。また更に、中性子線とγ線又はγ線およ
びβ線とを透過させる電極の裏側に中性子線と反応して
α粒子を生ずる材料を施し、このα粒子および電極を透
過したγ線又はγ線とβ線により生じた電子・正孔対を
電極で収集検出する構成の検出素子を併設する。これら
検出素子の出力間に補正係数を乗じた減算を施して上記
の各線質の線量率に夫々相当する出力を論理演算回路で
算出し、これら出力を夫々表示する表示器を備える。な
お、上記検出素子の全てを備えずに、そのうちの幾つか
を備えることＫよって前記各放射性のうち少くとも王者
のみの線量率を計測する構成を採ることもできる。

〔作用〕

γ線のみ電極透過させる検出素子の出力はγ線のみの線
量率を示し、これに補正係数を乗じたものをγ線および
β線のみ電極透過させる検出素子の出力から減算するこ
とにより、β線のみの線量率が算出される。このように
して得たγ線およびβ線の各線量率に相当する出力に夫
々補正係数を乗じたものをγ線、β線およびα線を電極
透過させる検出素子の出力から減算することにより、α
線のみの線量率が算出される。また、中性子線との反応
でα粒子を生ずる材料を電極裏側に適した検出素子の電
極が中性子線とγ線とを透過させるものである場合は、
該検出素子の出力から、前記得られたγ線の線量率に補
正係数を乗じたものを減算することによって中性子線の
線量率が求まり、また該電極が中性子線、γ線およびβ
線を透過させるものである場合は、該検出素子の出力か
ら前記得られたγ線およびβ線の各線量率に夫々補正係
数を乗じたものを減算することＫより中性子線の線量率
が求まる。このようにして求まった各線質毎の線量率が
表示器に表示される。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図により説明する。板状の半導
体材料１に構造の異る電極２，３，４゜５と、夫々の出
力信号＠６を設ける。出力信号線６には抵抗Ｒを介して
共通の印加電圧Ｖｎを印加する。半導体材料１の裏面は
オーム接触を形成する共通１！極７を設ける。各出力信
号線６は増幅器８、積分器９を介して論理演算ユニット
１０へ接続する。さらに１放射線の線質（α線、β線、
γ線、中性子線）ごとの線量率を表示する表示部１１を
設ける。

以上が、本実施例による半導体放射線検出器の全体構成
である。半導体材料１には高純度シリコン、テルル化カ
ドミウムなどを用いる。この検出器に印加電圧ＶＢを印
加すると各電極に対して半導体内にそれぞれ空乏層１２
が生成する。この空乏層１２内に荷電粒子の放射線（α
線、β線）が入射すると電子・正孔対を作り、半導体材
料１の両面の電極より電流パルス信号として取り出され
ろ。

空乏層１２内にγ線が入射した場合は、γ線と半導体材
料との相互作用（コンプトン散乱々ど）で生成する二次
電子が電子・正孔対を作る。中性子線が入射した場合は
、中性子線に電荷がなく、そのままでは空乏層１２内Ｋ
ｉ子・正孔対を生成しない。この検出器の各検出素子（
各電極２，３゜４．５によって独立に空乏１弓を形成し
た各検出部）の空乏層１２の厚さは、印加電圧が共通で
あることから、全く同一の大きさ形状となる。もし各電
極の構造が同一の場合は各検出素子からは放射線の線質
を識別するための有効な情報は得られない。

本発明実施例では電極２の厚さをα線とβ線の入射を阻
止し得る厚さに設け、このｔｆｆ１２の属する検出素子
からはγ線だけの検出を行う。そのためには、α線に比
べβ線の透過力が大きいのでβ線の阻止だけについて考
１すればよい。一般的にはβ線の工坏ルギーＥは５ＡＩ
ｅＶ以下であるので、電極２の材料とβ線の飛程Ｒから
電極２の厚さを決定できる。開極材料をアルミニウムと
した場合、１．３８ β線の飛程ＲはＲ＝４０７Ｅ　　　（■／−）から求め
られ、アルミニウムの密健ρから、Ｒ／ρでｔｆｆ１２
の厚さを決定できる。この値は約１．４　ｍとなる〇こ
のようＫして設計した電極２の属する検出素子はβ線だ
けを選択的に検出する素子となる。

次に、電極３の厚さは、α線の入射を阻止し得る厚さに
設け、この電倶３の萬する検出素子ではβ１線とｒ＠の
入射によって生じる出力信号だけを取り出す。この厚さ
の決定も、アルミニウム中のα線の飛程から算出するこ
とができる。α線の工ネルキーは　　Ｐｕテは５．　ｌ
　ＭｅＶ　、　　　Ｕでは４．１八１ｅＶであシ、５　
ＭｅＶのα線を阻止するには３０　ｐｍ厚程度のアルミ
ニウムでよい。

次に、電極４の厚さは、すべての放射線の入射が可能な
厚さに設ける。これは、もつとも透過力の小さいα線の
入射を妨げない厚さで、かつ、検出素子内の電荷（１Ｍ
、子・正孔対）収集に支障をきたさない厚さとして、ア
ルミニウム数μｍに選定すればよい。電極４の属する検
出素子ではα線、β線、γ線の入射によって生じる出力
信号が取シ出される。

半導体材料への電極取付けは一般に蒸着で容易に取付け
られる。厚い成極は薄い電極を蒸着した後所定厚さのも
のを接着する方法でも良い。この場合は半導体に蒸着し
た電極から信号線を引き出す。

次に、電極５では中性子ＩＫ感応させるため、電極４と
同一の数μｍのアルミ電極を設け、その上部に　Ｌｉ（
リチウム）を数μｍ設け、さらに、その上部に電極３と
同一の３０μｍ厚のアルミニウムを設ける。この電極５
の属する検出素子では、最上部のアルミニウム層で、外
部から入射するα線を阻止し、中間層に設けた　Ｌｉと
中性子線の反応（ｎ、αの核反応）で生成したα粒子お
よび外部から入射するβ線、γ線で生じる出力信号が取
り出される。

以上の検出素子の出力を整理すると以下のようになる。

電極２の属する検出素子の出力ニγ線の検出電極３の属する検出素子の出力；β線、γ線の検出 α極４の属する検出素子の出力ニα線、β線、γ線の検出 ′成極５の属する噴出素子の比カニ中性子線、β線、γ線の検出この′１１では、電極２の属する検出素子からはγ線だ
けを識別した出力信号を得ることができるが、他の電極
の属する検出素子からは＠質を明確に識別した出力は得
られない。

第２図は、これらの検出素子出力信号にもとづいて＠質
を識別した：＠電量率求める構成を示す。

図示の如く各電極２，３，４．５の属する各検出素子か
らの出力信号は増１福６８１、嘴分器９を介して、論理
演算ユニット１０に入力される。成極２の属する検出素
子の出力は直接、線分率補正回路（ｍＲ／ｈｒ、ＣＰＳ
などの換算）２０と表示素子２１から成る表示部１１に
送られ、γ線だけの線量率を表示する。他方、電極３の
属する検出素子の出力は、電極２の属する検出素子の出
力に補正係数ｆ、を乗じた値を差し引くことによって、
β線だけに依存した値となり、この値を表示部１１に送
シβ線だけの線量率を表示する。補正係数ｆ１は、電極
２の厚さによるγ線の減衰量補正、各検出素子間の規格
化の補正を実施するものである。

電極４の属する検出素子の出力は、電極２の属する検出
素子の出力に補正係数ｆ、を乗じた慣を差し引くことと
、電極３の演出素子の出力に補正係数ｆ、を乗じた値を
差し引くことばよって、α線だけに依存した値となる。

この値を表示部１１に送り、α線だけの線量率を表示す
る。補正係数ｆ、は［極３の厚さＫよるβ線の誠衰補正
、各検出素子間の規格化の補正を実施するものである。

電極５の属する検出素子の出力は、成極２の属する検出
素子の出力に補正係数ｆ１を乗じた値を差し引くことと
、′１を極３の属する検出素子の出力（て補正係数ｆ、
を乗じた値と差し引くこと番てよって、中伍子線だけに
依存した値となる。この値を表示部１１に送シ、中性子
線だけの線量率を表示する。

補正係数ｆ、は、各検出素子間の規格化の補正を実施す
るものである。

以上の構成によって放射線の各線質毎の線量率を測定で
きる。なお、電極４の厚さ、電極５の上部に設けるリチ
ウム層の厚さによる各徨放射線の減衰は他に比べ著しく
小さく、各補正係数ｆｌ＋Ｌ＋ｆ、に含まれる各検出素
子間の規格化の補正で補償できる。また、表示部１１内
のＭ量率補正回路２０は識別した線質に応じて、γ線の
場合はｇＲ／ｈｒ。

α線、β線についてはＣＰｍ、中性子線についてはｎ／
、（−ｓなどの値として、校正データをもとに換算する
ものである。なお、第２図では、印加電圧の系統の図示
は省略している。

さらＫ、各電極の属する各検出素子の出力に設けた積分
器９以降の後段については、１チツプマイクロプロセツ
サによるディジタル処理で同一の論理処理が容易にでき
る。

なお、言うまでもないが、第２図に示した諸要素のうち
、第２図の左から三列（ここで第２図の縦方向すなわち
上下方向く配列図示したものを列ということにする）ま
でのみを具備し、且つ論理演算ユニット１０中の横方向
ラインで示した補正係数の回路のうち上記三列間の補正
係数ｆ、の回路のみを具備すれば、γ線とβ線のみの各
線量率が計測可能となる。また同じく左から三列までの
みを具備し、且つこれら三列間の補正係数ｆ、、ｆ。

の回路のみを具備すれば、γ線、β線およびα線のみの
各線量率が計測可能となる。また同じく、左から第３列
目以外の三列のみを具備し、且つこれら三列間の補正係
数ｆ１＋ｆｊの回路のみを具備すれば、γ線、β線およ
び中性子線のみの各線量率が計測可能となる。

前述の実施例は、同一半導体材料１の上に電極構造の異
なる検出素子を複合して設けた例であるが、それぞれ電
極構造の異なる独立の半導体材料よりなる検出素子を組
み合せること（（よっても本発明は実施できる。第３図
は各検出素子２２と増幅器２３、論理ユニット２４、表
示部１１をハイブリット化して実装した状態を示す。各
検出素子は実際の寸法としてはＬｏｗ角×１■厚程度の
ものとすることができ、増幅器、論理ユニット、表示部
を含めても５０　ｍ　’　Ｘ　５　ｖｍ　を以下の超小
型（実装できる。

第１図、第２図で説明した前述の実施例では中性子線検
出用の検出素子の電極５の最上部にα線の透過のみを阻
止する３０μｍ厚のアルミニウムを設けてたが、その代
りＫ、α線とβ線の透過を阻止する１、　４　ｍ厚のア
ルミニウムを電極５の最上部に設けると共に、論理演算
ユニットｌＯ中の補正係数ｆ８の回路を削除し、それ以
外は第１図、第２図の前述実施例と同じ構成としたもの
でも、α線、β線、γ線および中性子線の各線量率を計
測することができる。なお、言うまでもないが、このよ
うな構成での各要素のうち、第２図図示の左から第１列
および第４列のみを具備し、且つこれら三列間の補正係
数で、の回路のみを具備すれば、β線と中性子線のみの
各線量率が計測可能であり、また、左から第３列目以外
の三列のみを具備し且つこれら三列間の補正係数ｆ、、
ｆ、の回路のみ具備すれば、γ線、β線および中性子線
のみの各線量率が計測可能である。

第４図は変形実施例を示す。これは各検出素子の半導体
材料１０両面に同一構造の電ｓ３１．ａ２を設けたもの
であシ、両面から入射する放射線の線質側の線量率測定
を可能にする。

また、中性子線との反応物質として前記リチウム（・Ｌ
ｉ）の代りにボロン（Ｂ入ヘリウム（Ｈｅ）等を用いた
実施例も可能である。ヘリウムは気体なので、これを用
いる場合は第５図のように検出器３３を収納するケース
内をヘリウム３５で満たす構成となる。

また、第６図に示すｐｃ＋　＜　、円柱状の半導体３８
の外側および中心に電極３６．３７を設けた検出素子を
用いれば、よシ高感度で無指向性に近い放射線検出が実
現できる。同図に２いてＶＢは印加電圧、１２は空乏層
、３９は検出出力を示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、各種放射線が混在する雰囲気において
、リアルタイムで各放射線線質ｋ　ｇＥ別し、かつ、そ
れぞれの線量率を測定できる高機能放射線検出器を実現
できる。また、検出素子の印加電圧がすべて同一であっ
ても、入射放射線の阻止能力の異る放射線阻止材や中性
子線と　（ｎ、α）反応を起こす材料を設けるという簡
単な手段で各放射線線質に有意な出力情報を取り出し得
る。この発明によれば、放射線の線質を識別するための
外的手操作が一切不要となる。また、検出素子への印加
電圧も共通使用が可能なことから、極めて単純な回路構
成となり、小型に実装できる。したがって、従来のフィ
ルムバッチ、ＴＬＤ等の個人被ばく管理測定への応用、
各種放射線モニタ、サーベイメータ等への応用を容易に
展開できる。また、中性子線、α線のモニタリングが重
要となっている再処理施設のモニタ、再処理プロセスの
インラインモニタ等への適用が可能である。特に、本発
明は再処理施設のような、各種の放射線線質が混在する
雰囲気の測定に対し、その機能を大きく発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は同実施例
の論理演算ユニットの構成を示す図、第３図はハイブリ
ット化した検出器の実装状態を示す図、第４図は電極の
変形例を示す図、第５図はガス充填型の検出器を示す図
、第６図は他の検出素子の例を示す斜視図である。（符号の説明）１・・・半導体　　　　　２，３，４，５・・・電極６
・・・出力信号線　　　７・・・１！極８・・・増幅器
　　　　　９・・・積分器１０・・・論理演算ユニット
　１１・・・表示部１２・・・空乏層　　　　２０・・
・線量率補正回路２１・・・表示部　　　　２２・・・
検出素子２３・・・増幅器　　　　２４・・・論理ユニ
ットＲ・・・抵抗　　　　　　ＶＢ・・・　印加電圧３
１．３２・・・電極　　３３・・・検出器３４・・・検
出器収納ケース　３５・・・ヘリウム３８・・・半導体
　　　　３９・・・検出信号出刃。第１図１−　半導体２〜５．７−ｍ−電才弧８−　増幅器９−ｍ−才貴８老舌７０−ｍ−言禽工里演算ユニット１１−　　展示部第２図１０−−一輪理演算ユニ・ソト１１−　　表示部第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】１　半導体を挟んだ電極間への電圧印加により半導体内
に形成される空乏層中に電極を透過した放射線により生
ずる電子・正孔対を電極で収集検出するように構成され
た放射線検出素子であつて、空乏層中に電子・正孔対を
生ぜしめる放射線としてγ線のみの電極透過を許す放射
線検出素子、γ線およびβ線のみの電極透過を許す放射
線検出素子ならびにγ線、β線およびα線の電極透過を
許す放射線検出素子のうちの少くとも前二者を具備し、更に、上記具備された各放射線検出素子の検出出力間に
補正係数を乗じた減算処理を施してγ線の線量率、β線
の線量率およびα線の線量率のうち少くとも前二者に夫
々相当する出力を算出する論理演算回路と、論理演算回
路のこれら出力を夫々表示する表示器とを具備したこと
を特徴とする放射線検出器。２　各放射線検出素子の電極対は共通の半導体の異る部
分に夫々設けられている特許請求の範囲第１項記載の放
射線検出器。３　各放射線検出素子の電極対は夫々別個の半導体に設
けられている特許請求の範囲第１項記載の放射線検出器
。４　中性子線、γ線およびβ線のみの透過を許し且つ裏
側に中性子線と反応してα粒子を生ずる材料を施した電
極間に半導体を挟み、電極間への電圧印加により半導体
内に形成される空乏層中に電極を透過した中性子線と上
記材料との反応で生じたα粒子ならびに電極を透過した
γ線およびβ線により生ずる電子、正孔対を電極で収集
検出するように構成された放射線検出素子を具備すると
共に、半導体を挟んだ電極間への電圧印加により半導体内に形
成される空乏層中に電極を透過した放射線により生ずる
電子・正孔対を電極で収集検出するように構成された放
射線検出素子であつて、空乏層中に電子・正孔対を生ぜ
しめる放射線としてに線のみの電極透過を許す放射線検
出素子、γ線およびβ線のみの電極透過を許す放射線検
出素子ならびにγ線、β線およびα線の電極透過を許す
放射線検出素子のうちの少くとも前二者を具備し、更に、上記具備された各放射線検出素子の検出出力間に
補正係数を乗じた減算処理を施して中性子線の線量率、
γ線の線量率、β線の線量率およびα線の線量率のうち
少くとも前三者に夫々相当する出力を算出する論理演算
回路と、論理演算回路のこれら出力を夫々表示する表示
器とを具備したことを特徴とする放射線検出器。５　各放射線検出素子の電極対は共通の半導体の異る部
分に夫々設けられている特許請求の範囲第４項記載の放
射線検出器。６　各放射線検出素子の電極対は夫々別個の半導体に設
けられている特許請求の範囲第４項記載の放射線検出器
。７　中性子線およびγ線のみの透過を許し且つ裏側に中
性子線と反応してα粒子を生ずる材料を施した電極間に
半導体を挟み、電極間への電圧印加により半導体内に形
成される空乏層中に電極を透過した中性子線と上記材料
との反応で生じたα粒子および電極を透過したγ線によ
り生ずる電子・正孔対を電極で収集検出するように構成
された放射線検出素子を具備すると共に、半導体を挟ん
だ電極間への電圧印加により半導体内に形成される空乏
層中に電極を透過した放射線により生ずる電子・正孔対
を電極で収集検出するように構成された放射線検出素子
であつて、空乏層中に電子・正孔対を生ずる放射線とし
てγ線のみの電極透過を許す放射線検出素子、γ線およ
びβ線のみの電極透過を許す放射線検出素子ならびにγ
線、β線およびα線の電極透過を許す放射線検出素子の
うちの少くとも第一者を具備し、更に、上記具備された各放射線検出素子の検出出力間に
補正係数を乗じた減算処理を施して中性子線の線量率、
γ線の線量率、β線の線量率およびα線の線量率のうち
少くとも前二者に夫々相当する出力を算出する論理演算
回路と、論理演算回路のこれら出力を夫々表示する表示
器とを具備したことを特徴とする放射線検出器。８　各放射線検出素子の電極対は共通の半導体の異る部
分に夫々設けられている特許請求の範囲第７項記載の放
射線検出器。９　各放射線検出素子の電極対は夫々別個の半導体に設
けられている特許請求の範囲第７項記載の放射線検出器
。