JP2000292545A

JP2000292545A - 放射線検出器および放射線測定装置

Info

Publication number: JP2000292545A
Application number: JP11096920A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Mogi; 健一茂木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】単一の放射線検出器により広範囲の放射線量
の測定を可能とすることにより、放射線測定装置の小型
化と低価格化とを可能にする【解決手段】半導体基板３１の放射線入射側の面に形
成される共通電極３２と、半導体基板３１の共通電極３
２とは対向する面に複数に分割されて設けられ、それぞ
れが相互に独立した電極を形成する個別電極３３ないし
３６とを備え、各個別電極３３ないし３６の面積に相当
する半導体基板３１に入射する放射線を各個別電極３３
ないし３６と共通電極３２との間において独立して計数
するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば放射線監
視装置などに使用される放射線検出器および放射線測定
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の放射線測定装置の構成図の
一例であり、図１０は放射線測定装置の計測レンジの分
担を示す説明図である。図９において、１は低レベルの
放射線を測定するための放射線測定装置本体、２は高レ
ベルの放射線を測定するための放射線測定装置本体であ
り、それぞれ、放射線検出器１１および２１と、これら
を環境放射線から遮蔽するための遮蔽体１２および２２
と、放射線検出器１１および２１の出力を増幅するプリ
アンプ１３および２３と、所定量の被測定対象物を収容
する容器１４および２４とにより構成され、これらが流
体の流路に並列に（または直列に）接続されて被測定対
象物を取り入れるように構成されると共に、低レベル用
の放射線測定装置本体１の容器１４の容積は高レベル用
の放射線測定装置本体２の容器２４より二桁程度大きく
構成されている。

【０００３】１５および２５はプリアンプ１３および２
３の出力をさらに増幅するメインアンプ、１６および２
６はメインアンプ１５および２５の出力からノイズを除
去するための波高弁別器、１７および２７は放射線検出
器１１および２１から各アンプを介して出力されるパル
ス信号をカウントするカウンタ、１８および２８はカウ
ンタ１７および２７を制御して一定周期毎のパルスの積
算値を読みとり計数率を演算する演算器、１９および２
９は演算器１８および２８から出力される計数率を表示
する表示器である。

【０００４】放射線検出器１１および２１は容器１４お
よび２４のそれぞれに収納される被測定対象物より放射
される放射線を入射し、放射線のエネルギーに応じたパ
ルス信号を発生する。このパルス信号はプリアンプ１３
および２３とメインアンプ１５および２５とにより増幅
され、波高弁別器１６および２６により低い波高値を持
つノイズが除去されてカウンタ１７および２７に入力さ
れる。カウンタ１７および２７はパルス数をカウント
し、演算器１８および２８はカウンタ１７および２７を
セットおよびリセットすることにより一定時間内におけ
るパルス数を積算して計数率を演算し、表示器１９およ
び２９により放射線エネルギー量を表示する。

【０００５】低レベル用の放射線測定装置本体１の容器
１４は容積が大きく設定され、大量の被測定対象物を収
納することにより低レベルの放射線エネルギーを持つ対
象物の放射線を測定し、図１０における（ａ）の測定領
域の計測を分担する。高レベル用の放射線測定装置本体
２は容器２４が小容積に設定され、少量の被測定対象物
を収納することにより高レベルの放射線エネルギーを持
つ対象物の放射線を測定し、図１０における（ｂ）の測
定領域の計測を分担する。測定領域（ａ）の上限値と測
定領域（ｂ）の下限値とには所定量のオーバーラップが
設定され、連続した測定レンジが得られるように構成さ
れ、２系統の測定装置を持つことにより広いレンジの放
射線量の測定を可能としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】入射する放射線を電気
信号に変換して出力する放射線検出器の出力パルス信号
は、放射線検出器や計測回路などの応答特性により決ま
る有限のパルス巾を有しており、測定可能な計数率には
上限がある。このために広範囲の測定レンジを必要とす
る場合には、上記のように異なる測定領域を持つ複数の
測定装置を組み合わせることにより測定領域の拡大を図
る必要があった。例えば上記の従来例において、低レベ
ル用の放射線測定装置本体１の容器１４を高レベル用の
放射線測定装置本体２の容器２４より二桁程度大きく
し、放射線検出器１１の面積を放射線検出器２１に対し
て一桁程度大きくするように設定すれば、オーバーラッ
プを半桁程度設けても総合で５桁半の広範囲の測定が可
能になる。しかし、測定装置に占める放射線検出器や容
器および遮蔽体などのコスト比率は極めて高いものであ
り、複数の測定装置の組合せは放射線測定装置の小型化
と低価格化とに大きな障害をもたらすものであった。

【０００７】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであって、単一の放射線検出器により
広範囲の放射線量の測定を可能とすることにより、放射
線測定装置の小型化と低価格化とを可能にし、さらに、
放射線検出器自体を小型化することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる放射線
検出器は、半導体基板の放射線入射側の面に形成される
共通電極と、半導体基板の共通電極と対向する面に複数
に分割されて設けられ、それぞれが相互に独立した電極
を形成する個別電極とを備え、各個別電極の面積に相当
する半導体基板に入射する放射線を各個別電極と共通電
極との間において独立して計数するように構成したもの
である。

【０００９】また、共通電極を低電位電極とし、個別電
極を高電位電極として構成するようにしたものである。
さらに、共通電極を接地してゼロ電位とし、個別電極に
正の電位を印加するようにしたものである。さらにま
た、複数の個別電極のうち、少なくとも一つの電極面積
を他のものより小さく設定するようにしたものである。

【００１０】また、この発明に係わる放射線検出装置
は、放射線被測定対象物を収容する容器と、この容器内
の被測定対象物の放射線を測定するために設けられ、半
導体基板の放射線入射面に共通電極を有し、共通電極と
対向する面に複数の個別電極を有すると共に、少なくと
も個別電極が大面積と小面積との二つの集合に分割さ
れ、それぞれが異なる面積のセンサーを形成する放射線
検出器と、放射線検出器のセンサーのそれぞれに接続さ
れセンサーの出力パルス信号をカウントとするカウンタ
と、各カウンタからの出力パルスを受け、それぞれの計
数率を演算して出力する演算器とを備えるようにしたも
のである。

【００１１】さらに、放射線被測定対象物を収容する容
器と、この容器内の被測定対象物の放射線を測定するた
めに設けられ、半導体基板の放射線入射面に共通電極を
有し、共通電極と対向する面に複数の個別電極を有する
と共に、少なくとも個別電極が大面積と小面積との二つ
の集合に分割され、それぞれが異なる面積のセンサーを
形成する放射線検出器と、放射線検出器のセンサーのそ
れぞれに接続されセンサーの出力パルス信号をカウント
とするカウンタと、各カウンタの出力パルスを入力して
計数率を演算すると共に、各カウンタからの入力のレベ
ルに応じて大面積センサー側の計数率と小面積センサー
側の計数率とを選択して出力する演算器とを備えるよう
にしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１および図２は
この発明の実施の形態１の放射線検出器を示すもので、
図１は構成図、図２は回路図である。図１において、３
１は例えばＣｄ、ＴｅまたはＣｄ、Ｚｎ、Ｔｅなどの化
合物半導体により形成される半導体基板、３２は半導体
基板３１の放射線入射側の面に設けられる共通電極、３
３ないし３６は半導体基板３１の共通電極３２を有する
面とは対向する面に分割して設けられる個別電極で、個
別電極３３ないし３６を分割することにより、後述する
ように共通電極３２と各個別電極３３ないし３６との間
に挟まれた半導体基板３１には個別電極３３ないし３６
の面積にほぼ対応するセンサー３７ないし４０が形成さ
れ、複数のセンサーを有する一つの放射線検出器３０が
構成される。

【００１３】図２において、３７ないし４０は上記した
共通電極３２と個別電極３３ないし３６との間に介在す
るセンサー、４１はこれらのセンサー３７ないし４０に
抵抗４２ないし４５を介してバイアス電圧を印加する電
源端子、４６ないし４９は各センサー３７ないし４０と
各抵抗４２ないし４５との各接続点と信号出力端子５０
ないし５３との間に接続されるコンデンサである。電源
端子４１には共通電極３２に対して高い電位が供給さ
れ、各個別電極３３ないし３６は高電位に、共通電極３
２は低電位に設定される。

【００１４】このように構成された放射線検出器におい
て、電源端子４１にバイアス電圧が供給され各コンデン
サ４６ないし４９が充電された状態で例えばセンサー３
７に放射線が入射すると、半導体基板３１内部のセンサ
ー３７を形成する部分には電子と正孔とが生成され、電
子は個別電極３３に、正孔は共通電極３２に流入してコ
ンデンサ４６が放電し、信号出力端子５０、コンデンサ
４６、センサー３７、共通電極３２にて形成される回路
に電荷が移動して信号出力端子５０にはパルス信号が出
力される。この時、半導体基板３１内に生成される電子
と正孔とは電界に沿って最短距離を移動するので、半導
体基板３１は個別電極３３ないし３６の面積にほぼ相当
する面積に分割され、個別電極３３ないし３６の数に相
当するセンサー３７ないし４０が形成されることにな
る。

【００１５】以上のように、この発明の実施の形態１の
放射線検出器によれば、半導体基板３１上に複数個の放
射線検出用のセンサーを得ることができ、センサーの感
度はその面積に比例するので、複数個のセンサーのう
ち、高レベルの放射線検出用には１個のセンサーを、低
レベルの放射線検出用にはＮ個センサーを並列接続して
使用することにより、各センサーが同一面積であるなら
ば、Ｎ倍のレベルでの低レベル放射線検出用センサーと
高レベル放射線検出用センサーとを併せ持つ放射線検出
器を一枚の半導体基板３１上に構成することができ、検
出レンジが広く、検出精度の高い放射線検出器を容易に
得ることができるものである。

【００１６】また、半導体基板３１にＣｄＴｅまたはＣ
ｄＺｎＴｅなどの化合物半導体を使用する場合には各電
極は蒸着により形成することができ、とくに個別電極は
多数の電極を任意の形状に形成することが可能になる。
さらに、放射線入射面を共通電極３２側とすることによ
り、放射線入射面にリード線などの障害物を多数設ける
ことが避けられ、また、共通電極３２を低電位電極とす
ることにより、飛程距離の短いα線やβ線により共通電
極３２の近辺に生成される正孔を精度良く検出すること
ができるようになる。なお、上記の説明では共通電極３
２を低電位に、個別電極を高電位に設定して説明した
が、電位の設定が逆であっても、一個の放射線検出器に
複数の放射線検出用のセンサーを構成することができ
る。また、このような放射線検出器はシンチレータとホ
トダイオードを組み合わせた光電変換式に比べ分解能が
良好なため、個別電極を細分化して高感度のガンマーカ
メラなどを得ることも可能である。

【００１７】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２の放射線検出器の構成を示す断面図である。図にお
いて、５４は半導体基板３１と共通電極３２と個別電極
３３ないし３６とで構成される放射線検出器３０を保持
するフランジ、５５はフランジ５４と放射線検出器３０
との間に介在して放射線検出器３０をフランジ５４に接
着すると共に個別電極３３ないし３６をフランジ５４か
ら絶縁するための絶縁接着剤、５６は取付枠５７を介し
てフランジ５４に取り付けられ、放射線検出器３０の共
通電極３２側を覆って放射線入射窓を形成すると共に静
電誘導ノイズや浮遊イオンからの遮蔽をするための静電
シールド、５８はフランジ５４に接続される接地端子で
あり、静電シールド５６はフランジ５４を介して接地端
子５８に接続され、共通電極３２は回路コモン（アース
電位）に接続され、また個別電極３３ないし３６には正
の電位が印加される。

【００１８】以上のように構成されたこの発明の実施の
形態２の放射線検出器において、放射線は入射窓を形成
する静電シールド５６を介して共通電極３２側より半導
体基板３１内に入射するが、放射線のα線およびβ線は
物質中の飛程が短いために半導体基板３１内の入射面に
近い部分、すなわち共通電極３２に近い部分において電
子と正孔とを生成する。従って、個別電極３３ないし３
６より低い電位に設定された共通電極３２の近辺に生成
される正孔は効率よく共通電極３２に流入することにな
り、検出器としての感度を高めることができると共に、
共通電極３２を入射窓を形成する静電シールド５６とほ
ぼ同電位のゼロ電位に設定したため、静電シールド５６
を共通電極３２に近接して構成することができ、検出器
を小型化することができるものである。

【００１９】実施の形態３．図４および図５は、この発
明の実施の形態３の放射線検出器の構成を示すもので、
この実施の形態の放射線検出器は半導体基板３１の一方
の面に設けられる個別電極を小面積の個別電極５９と大
面積の個別電極６０とに分割して設けるようにしたもの
である。このように構成することにより１個の検出器で
検出効率の異なる２種類のセンサーが得られるもので、
例えば個別電極５９の電極面積を１ｍｍ×１ｍｍに、ま
た、個別電極６０の電極面積を３２ｍｍ×３２ｍｍに設
定することによりセンサーの面積比を約１：１０００と
することができ、約１０００倍のレベルで低レベル放射
線用センサーと高レベル放射線用センサーとを一枚の半
導体基板３１からなる放射線検出器に構成することがで
きるものである。なお、図５はこの実施の形態の放射線
検出器を円形に構成した実施例であり、目的と効果とは
図４に示した方形の放射線検出器と同様である。

【００２０】実施の形態４．図６および図７はこの発明
の実施の形態４の放射線測定装置の構成図とブロック図
を示すもので、この実施の形態は上記の実施の形態１な
いし実施の形態３に示した放射線検出器を使用する放射
線測定装置に関するものである。また、上記の従来例と
同一部分には同一符号が付与されている。図６において
６１は放射線測定装置本体で、放射線検出器６２と、放
射線検出器６２を環境放射線から遮蔽する遮蔽体６３
と、放射線被測定対象物を収容する容器６４と、プリア
ンプ１３、２３とにより構成される。放射線検出器６２
は実施の形態１ないし３にて示した低レベル放射線用セ
ンサーと高レベル放射線用センサーとが一枚の半導体基
板上に構成されたものが使用され、低レベル放射線用セ
ンサーとプリアンプ１３とが接続されて図７のセンサー
６５を構成し、高レベル放射線用センサーとプリアンプ
２３とが接続されてセンサー６６を構成している。

【００２１】センサー６５およびセンサー６６の出力は
図７に示すように、信号増幅用のメインアンプ１５およ
び２５、ノイズ除去用の波高弁別器１６および２６、パ
ルス信号をカウントするカウンタ１７および２７、一定
周期毎のパルス数を積算して計数率を演算する演算器１
８および２８を介して表示器１９および２９に接続され
る。このように実施の形態４の放射線検出装置において
は、放射線測定装置６１内に実施の形態１ないし３にて
示した一枚の半導体基板に低レベル放射線用センサーと
高レベル放射線用センサーとを構成した放射線検出器６
２を設けるようにしたので、例えば放射線検出器６２
が、実施の形態３にて示したように低レベル放射線用セ
ンサーと高レベル放射線用センサーとが約１０００倍の
検出効率を持つものであれば、両者の測定レンジに一定
量のオーバーラップを設けても広いレンジでの放射線計
測が可能になり、従来装置のように複数の放射線測定装
置を必要としないので、放射線監視装置の小型化と低価
格化が可能になるものである。

【００２２】実施の形態５．図８はこの発明の実施の形
態５の放射線測定装置のブロック図を示すもので、この
実施の形態は、実施の形態４に示した放射線測定装置本
体６１を使用して放射線を測定し、測定された放射線に
応じて演算器がセンサーと計数率とを切り替えることに
より、一台の表示器と演算器とにより広いレンジの放射
線測定ができるようにしたものである。図８において、
低レベル放射線用センサーであるセンサー６５の出力パ
ルス信号はメインアンプ１５、波高弁別器１６を介して
カウンタ１７に入力され、高レベル放射線用センサーで
あるセンサー６６の出力パルス信号はメインアンプ２
５、波高弁別器２６を介してカウンタ２７に入力され
る。演算器６７はカウンタ１７とカウンタ２７のパルス
信号の積算値からそれぞれの計数率を演算し、カウンタ
１７からの計数率が所定値以下であればその計数率を出
力し、カウンタ１７からの計数率が所定値を越えるとカ
ウンタ２７からのパルス信号により演算した計数率に切
り替え表示器６８に出力する。

【００２３】また、演算器６７の計数率の切り替えにお
いては、放射線計数値の上昇時と下降時とで所定のヒス
テリシスを設け、計数率切り替え近辺における表示のハ
ンチングを防止して円滑な表示ができるように構成され
ている。この実施の形態においては以上のように、演算
器６７に計数率切替手段を持たせたので、演算器と表示
器とを一台づつで構成することができ、装置のさらなる
小型化と低価格化が可能となるものである。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の放射
線検出器によれば、半導体基板の放射線入射側に共通電
極を設け、共通電極とは対向する面に複数に分割した個
別電極を設けたので、個別電極の面積と個数に相当する
複数のセンサーを一枚の半導体基板上に構成することが
でき、個別電極を１：Ｎの並列接続にし、または、面積
の異なる個別電極を形成して低レベル放射線用センサー
と高レベル放射線用センサーとを構成したので、測定レ
ンジの異なるセンサーを一個の放射線検出器に形成する
ことができる。また、放射線入射側の共通電極を低電位
またはゼロ電位に設定し、個別電極を高電位または正電
位に設定したので、小型にして高い精度と感度とが得ら
れ、広い測定レンジを持つ小型で高性能の放射線検出器
を得ることができるものである。

【００２５】さらに、このような複数の測定レンジを持
つ放射線検出器を放射線測定装置に使用するようにし、
また、低レベル放射線用センサーと高レベル放射線用セ
ンサーとのパルス信号のレベルに応じて演算器が計数率
の切り替えを行うようにしたので、一台の放射線測定装
置で広い範囲の放射線量を測定することが可能になると
共に、小型で低価格の放射線測定装置を得ることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の放射線検出器の構
成図である。

【図２】この発明の実施の形態１の放射線検出器に使
用する回路図である。

【図３】この発明の実施の形態２の放射線検出器の断
面図である。

【図４】この発明の実施の形態３の放射線検出器の構
成図である。

【図５】この発明の実施の形態３の放射線検出器の構
成図である。

【図６】この発明の実施の形態４の放射線測定装置の
構成図である。

【図７】この発明の実施の形態４の放射線測定装置の
ブロック図である。

【図８】この発明の実施の形態５の放射線測定装置の
ブロック図である。

【図９】従来の放射線測定装置の構成図である。

【図１０】放射線測定装置の測定レンジの分担を説明す
る説明図である。

【符号の説明】

１５、２５メインアンプ、１６、２６波高弁別器、
１７、２７カウンタ、１８、２８、５７演算器、１
９、２９、６８表示器、３０放射線検出器、３１
半導体基板、３２共通電極、３３、３４、３５、３６
個別電極、３７、３８、３９、４０センサー、５４
フランジ、５５絶縁接着剤、５６静電シールド、
５７取付枠、５９小面積個別電極、６０大面積個
別電極、６２放射線検出器、６３遮蔽体、６４容
器、６５、６６センサー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の放射線入射側の面に形成さ
れる共通電極と、半導体基板の共通電極と対向する面に
複数に分割されて設けられ、それぞれが相互に独立した
電極を形成する個別電極を備え、上記各個別電極の面積
に相当する半導体基板に入射する放射線を各個別電極と
共通電極との間において独立して計数するように構成さ
れたことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】共通電極を低電位電極とし、個別電極を
高電位電極としたことを特徴とする請求項１に記載の放
射線検出器。
【請求項３】共通電極を接地してゼロ電位とし、個別
電極に正の電位を印加することを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項４】複数の個別電極のうち、少なくとも一つ
の電極面積を他のものより小さく設定したことを特徴と
する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の放
射線検出器。
【請求項５】放射線被測定対象物を収容する容器と、
この容器内の被測定対象物の放射線量を測定するために
設けられ、半導体基板の放射線入射面に共通電極を有
し、この共通電極と対向する面に複数の個別電極を有す
ると共に、少なくとも個別電極が大面積と小面積との二
つの集合に分割され、それぞれが異なる面積のセンサー
を形成する放射線検出器と、この放射線検出器のセンサ
ーのそれぞれに接続されセンサーの出力パルス信号をカ
ウントとするカウンタと、これらの各カウンタからの出
力パルスを受け、それぞれの計数率を演算して出力する
演算器を備えたことを特徴とする放射線測定装置。
【請求項６】放射線被測定対象物を収容する容器と、
この容器内の被測定対象物の放射線量を測定するために
設けられ、半導体基板の放射線入射面に共通電極を有
し、共通電極と対向する面に複数の個別電極を有すると
共に、少なくとも個別電極が大面積と小面積との二つの
集合に分割され、それぞれが異なる面積のセンサーを形
成する放射線検出器と、この放射線検出器のセンサーの
それぞれに接続されセンサーの出力パルス信号をカウン
トとするカウンタと、これらの各カウンタの出力パルス
を入力して計数率を演算すると共に、各カウンタからの
入力のレベルに応じて大面積センサー側の計数率と小面
積センサー側の計数率とを選択して出力する演算器を備
えたことを特徴とする放射線測定装置。