JPS6358189A - 放射線検出用増幅回路 - Google Patents

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】 【発明の属する技術分野】

本発明はガンマ線などの放射線を検出する放射線検出器
からのパルス状の検出信号の増幅回路。 と（に小形の放射線線量計用の増幅回路に適するものに
関する。

【従来技術とその問題点］ 原子力の平和利用や放射線同位元素の産業上および研究
上の種々な利用が広まるにつれて、ガンマ線を含む種々
な放射線のレベルや累積被爆量を許容限以下に制限する
上で放射線検出ないしは測定の重要度が増して来ている
。このための実際面での検出や測定に際して大切なこと
は、そのための検出器や測定器を安価に入手できかつ手
軽に扱えるようにすることであって、高級な精密放射線
測定器は別として、多くの放射線計器例えば前述の放射
線線量計には小形軽量で可搬なものであることが要求さ
れる。この小形軽量化上で有利なのは、従来の０Ｍ管に
かわって半導体を用いる放射線検出器が最近広く利用で
きるようになったことで、これによって検出器の寸法や
重量が大幅に減少されるとともに検出器への電源電圧に
も低電圧が利用できるようになって来た。従って最近の
小形の放射線計器には乾電池を電源として組み込んだ可
搬形のものが主流になっている。 ところが、可搬形のものとはいっても、放射線計器であ
る以上高精度が必要でかつ放射線検出器１からの極めて
微弱な検出信号を扱わねばならないので、放射線計器の
電力消費を最低限度以下に抑えることが従来から困難で
乾電池のがなり顧繁な取替えを要するものが多い。従っ
て勘心なときに乾電池の消耗のために放射線計器が焼殺
に立たないようなことが起こり得る。この対策として電
池を充電可能なものにすることが可能であるが、充電中
は放射線計器が使えなかったり、とかく重量が増しかつ
計器が高価につく不都合を避は得ない。そこで放射線計
器の電力消費自体を減少させるのがやはり最も望ましい
ことになる。 第２図は放射線計器の代表例としての放射ｍ線量計の回
路構成であって、図示のように検出ないしは測定用回路
は、放射線検出器１．増幅回路部５０、波形整形比較部
６０．データ処理表示部７０および電源部８０からなる
が、電源部８０を除いてこの内で最も電力消費の多いの
は増幅回路部である。第３図はこの増幅回路の従来技術
による内容を示すもので、その概要をかいつまんで説明
する。 抵抗１ａを介して所定電圧を印加された放射線検出器１
からのパルス状の検出信号ＤＳはトランジスタ２１によ
って検知され、その出力が１対のトランジスタ２２．２
３からなる差動増幅器の一方のトランジスタ２２に与え
られる。この差動増幅器には１対のトランジスタ１２．
１３からなる電流ミラー回路の出力側トランジスタ１３
からの抵抗１１で設定された定電カニが供給されており
、差動増幅器のトランジスタ２２．２３はｐｎｐ　トラ
ンジスタであるから、−方のトランジスタ２２のベース
への入力がないとき一方のトランジスタ２２がオン、他
方のトランジスタ２３がオフ状態にあって、電流ミラー
回路がらの定電流■はトランジスタ２２の方へ流れてい
る。このとき、トランジスタ２４．２５からなる別の電
流ミラー回路はその基準側トランジスタ２４を流れる前
述の定電流Ｉによりオンしており、その出力側トランジ
スタ２５のオンによりキャパシタ３１は放電状態にある
。差動増幅器のトランジスタ２２のベースに検出信号Ｄ
Ｓに基づくパルスが入ると、トランジスタ２２．２３の
オンオフ状態は逆転して今度は定電流Ｉがトランジスタ
２３側に流れる。このとき別の電流ミラー回路では基準
側トランジスタ２４への電流が消失してその出力側トラ
ンジスタ２５がオフするので、差動増幅器のトランジス
タ２３を流れる定電流■は、キャパシタ３１を充電する
。図示の増幅回路の出力Ｖはこのキャパシタ電圧であっ
て、この充電中の出力Ｖの立ち上がりはキャパシタ３１
のもつ静電容量をＣとして、 ｄ　ｖ／ｄ　ｔ　＝　Ｉ　１０ で与えられる。もちろん、かかる充電は差動増幅器のト
ランジスタ２２への入力パルスが消失してトランジスタ
２２．２３のオンオフ状態が再逆転するまで行なわれる
。 さて、放射線の検出感度を上げるには、容易にわかるよ
うに前述の出力信号Ｖの立ち上がりｄｖ／ｄｔを急峻に
してやる要がある。これには上式かられかるように定電
流■を増し静電容量Ｃを減らしてやればよいが、静電容
量Ｃの値にはおのずから下限があるので、感度を増すに
は定電流■の値をどうしても高く選んでやらねばならな
い。しかし、定電流Ｉの値を高めると増幅回路の消費電
流が増すことになり、これが従来から消費電力を容易に
低減できない主原因である。 【発明の目的】 本発明は従来技術のもつ前述の問題点を克服して、放射
線検出感度を落とすことなく放射線検出用増幅回路の消
費電力を低減させることを目的とする。

【発明の要点】

本発明は従来回路においては増幅回路に検出信号が到来
しないときにもその出力信号源である定電流が出力信号
回路以外に流れ続けており、このいわばむだな定電流を
放射線検出に必要な時間を除いてなくすようにすれば、
定電流消費つまり電力消費を実際上激減させうろことに
着目してなされたもので、上述の目的に本発明によれば
放射線検出用増幅回路を、所定値の定電流を発生する電
流源回路と、放射線検出器から到来する検出信号を受け
該検出信号パルスの存在期間中電流源回路からの電流を
出力する電流スイッチ回路と、該電流スイッチ回路から
の出力電流を受けその電流値を積分して増幅出力信号と
して発する出力回路と、検出信号を受けこれに応動して
電流源回路を始動させ該検出信号パルスの存在期間中に
限り電流源回路に定電流を発生させる電流源発停回路と
により構成することによって達成される。 上述の構成中の電流源発停回路によって、出力信号形成
時板外には電流源回路からの定電流の発生が全く停止さ
れてしまうので、増幅回路の実際の定電流消費は従来よ
り飛躍的に減少される。周知のように放射線計器の使用
中において、検出信号が増幅回路に繰り返えして到来し
ても、検出信号の存在する時間の合計は放射線計器の使
用時間に比して桁違いに少ないから、本発明により放射
線検出用増幅回路の消費電流従って消費電力を最低１０
分の１に低減することができる。 本発明回路の実際構成とその有利な実施態様については
次項に述べるとおりである。

【発明の実施例】

以下第１図を参照して本発明回路の実施例を説明するに
あたり、第２図に帰って放射線計器の例としての放射線
線量計の全体回路の概要をまず説明する。図の右側部に
示された電源部８０は、前述の乾電池と定電圧回路５例
えば公知のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を含み、乾電池電
圧に拘らず一定の電圧を図の左側の諸回路に供給する。 放射線検出器部１は放射線検出器１自体と抵抗１ａとを
含み、電源部８０からの電圧が該抵抗１ａを介して放射
線検出器１に加えられる。放射線検出器１としては前記
のように半導体放射線検出器、とくにシリコンを用いた
ものが有利で、公知のように上述の定電圧はシリコン内
に形成された接合に対して逆バイアス方向に加えられる
。従って、図では放射線検出器１はダイオードとして示
されている。この逆バイアス電圧は該接合に隣接したバ
ルクのシリコン内に空乏層を広がらせ、この空乏層内に
外部から放射線りが侵入すると荷電対が発生して空乏層
内に存在する電場によって移動される。放射線検出器１
からの検出信号はこの微少な電荷の移動に基づくもので
、放射線１個に対して第１図の左下部に示すような１個
のパルスが検出信号として放射線検出器１から増幅回路
５０に与えられる。 増幅回路５０は本質的には前述のように、この検出信号
パルスのもつパルス幅に相当する時間中キャパシタ３１
を定電流■で充電して三角波状の出力信号Ｖを発するも
のであるが、パルス幅が検出信号パルスの波高値にほぼ
比例するので、三角波状出力信号Ｖの波高値が検出信号
パルスの波高値すなわち放射線１個のもつエネルギを代
表することになる。放射線計器回路としては放射線検出
器１に次々と侵入して来る放射線を１個ずつ正確に弁別
することが望ましいが、実用上は数ｐ８程度の間隔を置
いて侵入して来る放射線を正確に弁別できるように作ら
れる。このため出力信号の三角波の幅が１μｓを越えな
いように回路定数が選ばれる。 従って増幅回路としては、この１　ａｓ以下の間に微弱
なエネルギの放射線も検出できる感度が得られるように
出力信号の波高値を立ち上げてやる要があるわけで、前
述のように定電流Ｉの値をできるだけ高めてやることが
その感度を高める上で望ましいのである。 増幅回路部の後段回路は放射線計器の種類によって異な
って来るが、図示の例は前述の放射線線量計に対するも
のである。波形整形比較部６０内のフィルタ６１はノイ
ズ除去を含む波形整形用であって、その出力はコンパレ
ータ６２により所定のしきい値と比較される。しきい値
としては例えば放射線線量針が検出すべき放射線の最低
エネルギに対応する値が選ばれ、必要に応じて放射線の
検出最高エネルギの対応値を含めた上下のしきい値が設
定される。この波形整形比較部６０の出力を受けるデー
タ処理表示部７０のデータ処理回路７１は例えばカウン
タであって、コンパレータ６２からの出力中の所定時間
内のパルスの累積値を計数する。その表示回路７２は例
えば液晶デスプレであって、カウンタ７１の計数結果を
前記の所定時間内の侵入放射線の個数すなわちいわゆる
線量率を表示する。本発明回路は図示の放射線線量計以
外の放射線線量計に対しても放射線検出用増幅回路とし
て利用できる。 さて、第１図に示された本発明による放射線検出用増幅
回路は、図の中央に示された電流源発停回路４０を除く
残余部は前の第３図の回路と同じなので、両図の対応す
る回路要素には共通の符号が付されており、前記本発明
回路の構成に対応して電流源回路１０．電流スイッチ回
路２０．出力回路３０および電流源発停回路４０がそれ
ぞれ一点鎖線で囲んで区分して示されている。 電流スイッチ回路２０のもつ機能は前述のように放射線
検出器１からの検出信号ＤＳを鋭敏に検出して、該検出
信号のパルス幅に相当する時間だけ電流源回路１０から
の定電流■を出力回路３０のキャパシタ３１に与えるも
ので、その初段のトランジスタ２１にはユニジャンクシ
ョン形トランジスタまたはディプリーション形ＦＥＴを
用いるのがよく、そのベース側のキャパシタ２１ａと抵
抗２１ｂからなるＣＲ回路には放射線の最小弁別幅１　
ａｓよりは小な０、１　ｐａ程度の時定数が選ばれる。 従ってそのベースが受ける検出信号ＤＳｎは放射線検出
器１の検出信号ＤＳと変わりがなく、図の下部の一点鎖
線円に示されたような負のシャープなパルス波形をもつ
。 この負性の波形は放射線検出器１に放射線が１個侵入し
たとき、これによって生じる電荷流により直列抵抗ｌａ
内に電圧降下が発生するためである。 トランジスタ２１の負荷抵抗２１ｃに生じる増幅出力は
前と同程度の時定数をもつキャパシタ２２ａと抵抗２２
ｂからなるＣＲ回路を介して差動増幅器の一方のトラン
ジスタ２２のベースに与えられるが、この段での検出信
号ＤＳｐは図の下部に示すように今度は正のパルス波形
をとる。もちろん、検出信号ＤＳｐの波高値は検出信号
ＤＳｎのそれよりもトランジスタ２１０回路の増幅率に
よって高められているが、図ではその波形のみが示され
ている。この−方のトランジスタ２２とベース抵抗２３
ａを備えた他方のトランジスタ２３とからなる差動増幅
器の動作およびトランジスタ２４．２５からなる電流ミ
ラー回路の動作は前の第３図の場合と同じであって、ト
ランジスタ２２に検出信号パルスＤＳｐが入っている間
はトランジスタ２２，２４．２５がオフ、トランジスタ
２３がオンの上述になり、トランジスタ２２に検出信号
パルスＤＳｐが入っていない間はそれと逆の状態になる
が、本発明回路では後者の状態において電流源発停回路
４０からの定電流■が供給されない点が従来と異なって
来る。 すなわち、この例で電流源発停回路４０を構成する電流
ミラー回路の基準電流側のトランジスタ１２に流れる基
準電流値Ｉｒを決める抵抗１１に直列に電流源発停回路
４０としてのトランジスタ４１が挿入されており、その
ベースに前述の検出信号パルスＤＳｐが与えられている
。従って、検出信号Ｄｓｐが存在しない間は該トランジ
スタ４１はオフ状態にあり、基準電流１ｒがゼロである
から、電流ミラー回路の出力側トランジスタ１３からの
定電流出力■もゼロになる。従って、この期間にはトラ
ンジスタ２２　、２４はオン状態にはあるが定電流■は
それらを介して流れることはなく、単にトランジスタ２
５のオンによって出力回路３０のキャパシタ３１を放電
状態に維持しているだけである。しかし、検出信号ＤＳ
ｐがトランジスタ２２に与えられると、これによって電
流源発停回路４０のトランジスタ４１がオンされ、基準
電流Ｉｒがこれに応じて発生して電流ミラー回路のトラ
ンジスタ１２に流れるので、その出力側トランジスタ１
３から直ちに基準電流１ｒに比例する定電流■が電流ス
イッチ回路２ｏを介して電流源発停回路４０に与えられ
る。この基準電流Ｉｒの値と定電流Ｉの値との比は任意
であってよいのであるが、簡単化のためこの比を１：１
とし、また電流源発停回路４０のトランジスタ４１のエ
ミッタが図で鎖線で示すようにアースに落とされている
とすると、検出信号ＤＳＰの到来に応じてトランジスタ
２３がオン、トランジスタ２５がオフ状態にあるから抵
抗１１に設定された基準電流Ｉｒの値と等しい定電流■
が出力回路３０のキャパシタ３１に供給されてこれを充
電することになる。、 以上の構成により、検出信号の非到来時には電流源発停
回路４０の定電流ｌの発生を停止し、検出信号の到来時
にのみ該定電流■を発生させて電流スイッチ回路２０を
介して出力回路３０に与えるという本発明の当初の目的
が達せられる。しかし、図示の実施例では、電流源発停
回路４０のトランジスタ４１のエミッタはアースに落と
すかわりに図の実線で示すように出力回路３０に対する
入力点に接続されている。これによって、トランジスタ
４１がオンされたとき抵抗１１によって決まる基準電流
Ｉｒが電流源発停回路４０から出力される定電流■と相
加されて出力回路３０に与えられることになり、その分
だけキャパシタ３１の充電電流値が増してキャパシタ３
１のキャパシタンス電圧としての出力信号Ｖの立ち上が
りが促進される。前述のように基準電流１ｒと定電流■
との比が１であるとすると、出力信号Ｖの立ち上がり速
度は従来の２倍に促進されることになる。 なお、出力回路３０は図では単一のキャパシタ３１で示
されているが、実際には第１図の右下部に一点鎖線で囲
んで例示されているように演算増幅器回路として構成す
るのがよい。この例は直列抵抗３２ａと帰還抵抗３２ｂ
を備える抵抗帰還形の演算増幅器３２で出力回路３０を
構成するもので、定電流工ないしはその基準電流１ｒと
の合成電流により充電されるキャパシタ３１は、図示の
ように演算増幅器３２が内部にもつキャパシタンスであ
る。この容量はもちろん１ｐＦ前後の僅かなものである
が、前述のようにキャパシタ３１の容量値は少ないほど
本発明に対する検出感度を上げる上で都合がよい。 第１図に示された実施例回路を実際に放射線計器回路に
組み込んだとき、前述のように増幅回路の消費電力は１
桁以上改善され、Ｉ　Ｖ　／　ｐｓ以上の急峻な立ち上
がりをもつ出力信号が得られる。なお、本発明回路は第
１図に示した実施例回路に拘らず、その要旨内で種々変
形された態様で実施をして本発明の目的を達し、かつ所
期の効果をあげることができる。

【発明の効果】

以上の記載から容易に諒解されるように、本発明によれ
ば従来からの放射線検出用増幅回路に簡単な電流源発停
回路を追加するだけで、放射線検出器からの検出信号の
非到来時に電流源回路の無用な定電力の発生を停止する
ことにより、増幅回路の消費電力を激減させることがで
きる。この減少率は検出ないしは測定すべき放射線の発
生個数が少ないほど有利になるので、微弱な放射線を管
理すべき実用上の多くの用途に対して、本発明のこの効
果は有効に発揮される。また放射線の検出ないしは測定
に先立って放射線計器内の回路動作を安定化させるため
、あらかじめ所定時間内放射線計器に対する電源をオン
させておく要がある場合が多いが、本発明回路はこの待
機期間中の電力消費を減少させる実用上の効果も有する
。 放射線計器の検出感度向上の観点からは、従来のように
電力消費面から定電流値が抑えられる制限を実際上取り
除くことができるので、従来よりも定電流をかなり高く
選んで放射線計器の感度向上を図ることができる。また
、この意味では本発明を前述の有利な態様で実施をすれ
ば、同し定電流値下でも放射線計器の感度を従来の２倍
に向上することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による放射線検出用増幅回路の具体構成
例を示す回路図、第２図は本発明回路が放射線計器回路
内に果たす役割りを例示する該放射線計器の全体回路の
ブロック回路図、第３図は従来技術による放射線検出用
増幅回路を示す回路図である。図において、 １：放射線検出器、１０：電流源回路、１２．１３：電
流源回路内の電流ミラー回路のトランジスタ、２０：電
流スイッチ回路、２１：電流スイ・シチ回路内の初段ト
ランジスタ、２２．２３：電流スイッチ回路内差動増幅
器のトランジスタ、２４，２５：電流スイッチ回路内の
電流ミラー回路のトランジスタ、３０：出力回路、３１
：出力回路内積分手段としてのキャパシタ、３２：出力
回路の構成例としての演算増幅器、４０：電流源発停回
路、４１：電流源発停回路内の発停用トランジスタ、５
０：増幅回路部、６０：波形整形比較部、７０：データ
処理表示部、８０：電源部、ＤＳ、ＤＳｎ、ＤＳｐ　：
検出信号、Ｉ：定電流、■ｒ：定電流値の指定用基準電
流、Ｌ：放射線、■＝放射線検出用増幅回路からの出力
信号、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）放射線検出器からのパルス状の検出信号の増幅回路
   であって、所定値の定電流を発生する電流源回路と、放
   射線検出器から到来する検出信号を受け該検出信号パル
   スの存在期間中電流源回路からの電流を出力する電流ス
   イッチ回路と、該電流スイッチ回路からの出力電流を受
   けその電流値を積分して増幅出力信号として発する出力
   回路と、検出信号を受けこれに応動して電流源回路を始
   動させ該検出信号パルスの存在期間中に限り電流源回路
   に定電流を発生させる電流源発停回路とを備えてなる放
   射線検出用増幅回路。 ２）特許請求の範囲第１項記載の回路において、電流源
   回路が電流ミラー回路であり、電流源発停回路が検出信
   号に応じて該電流ミラー回路への基準電流をオンオフ操
   作することにより電流源回路の定電流の発生を発停する
   ようにしたことを特徴とする放射線検出用増幅回路。 ３）特許請求の範囲第２項記載の回路において、電流源
   発停回路によりオン操作される電流源回路に対する基準
   電流が電流源回路が発生する定電流に相加して出力回路
   に与えられるようにしたことを特徴とする放射線検出用
   増幅回路。