JP2620590B2 - 放射線検出器 - Google Patents

放射線検出器

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JP2620590B2 JP62501586A JP50158687A JP2620590B2 JP 2620590 B2 JP2620590 B2 JP 2620590B2 JP 62501586 A JP62501586 A JP 62501586A JP 50158687 A JP50158687 A JP 50158687A JP 2620590 B2 JP2620590 B2 JP 2620590B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は放射線検出器、詳しくは、これに使用限定
するものではないが線量計、例えばガイガーミューラー
管等と同様の小型生体線量計に使用できる、放射線検出
器に関するものである。
技術背景 米国特許第4110621号明細書にPINフォトダイオードに
よるシンチレーターから成るトモグラフィーX線検出器
が記載されている。該シンチレーターは小さな窓を通し
てX線が入射されて該フォトダイオード内で光子を結合
する。この装置は入力放射線エネルギーに応じたパルス
を出力するようにした、いわゆるパルスモード方式のも
のではなく、直接的に入射X線束に比例した出力を発生
する、積分器形式のものである。
英国特許第1014682号明細書に、相異なったエネルギ
ー吸収レベルを有する3つの逆バイアス方式のPIN接合
を有するエネルギースペクトロメーターが記載されてい
る。各PIN接合素子の出力が負荷抵抗を流通し、該負荷
抵抗の端子間出力電圧が増幅されて記録器に入力され
る。この装置は中性子線束のエネルギースペクトラムを
測定するものである。
アール・ノボトニィーの論文“シリコンダイオードポ
ケット放射線チーパー”ヘルスフィジクス44巻(1983
年)2月号158〜160頁に、複数のPINフォトダイオード
又はイオン打ち込み型低ノイズダイオードを用いた放射
線チーパー(Chirper)が記載されている。しかしなが
ら、該計器は放射エネルギーの変化に対し実質的に非均
一の応答を呈する。高い光子エネルギーで十分な計数効
率を得るには可成りの高電圧電源が要求される。“The
international Journal of AppliedRadiation and Isot
opes"33巻(1982年)No.11、1171〜1176頁にシリコンダ
イオード線量計について概説され、ダイオード応答は光
子エネルギーレベルに強く依存することが記載されてい
る。
解決しようとする課題 この発明の目的は新規でかつ従来形式のものとは幾つ
かの点で改良された、放射線検出器を提供することにあ
る。
発明の構成 この発明の放射線検出器は、入射された放射線に応じ
たパルスを発生するフォトダイオードを用いた放射線検
出器において、放射線感応領域が比較的大きい第1PINフ
ォトダイオードと比較的小さい第2PINフォトダイオード
とを設け、上記第1PINフォトダイオードの感応領域への
入射放射線を制限する放射線減衰手段を取り付けるとと
もに該第1PINフォトダイオードの出力ともう1つの第2P
INフォトダイオードの出力とを接続して該両PINフォト
ダイオードの出力を合成し、上記放射線減衰手段を介し
て低減させられた上記第1PINフォトダイオードの放射線
検出応答特性によって上記第2PINフォトダイオードの放
射線検出応答特性を相互に補償することにより広範な入
射放射線エネルギー範囲にわたり実質的に一定の放射線
検出応答特性をもって放射線を計量するようにしたこと
を特徴とするものである。
なお、上記放射線感応領域とは、P形領域とN形領域
間に形成され、入射された放射線に応じて光起電力効果
を発揮する真正半導体領域(I領域)という。また、放
射線感応領域が比較的大きい第1PINフォトダイオードと
は、比較的大きな入射放射線エネルギーに対して所定の
光起電力効果を発揮する真正半導体領域を構成したPIN
フォトダイオードをいい、これに対し、放射線感応領域
が比較的小さい第2PINフォトダイオードとは、比較的小
さい入射放射線エネルギーに対して所定の光起電力効果
を発揮する真正半導体領域を構成したPINフォトダイオ
ードをいう。
好ましくは、上記両PINフォトダイオードの入力放射
線エネルギーに対する応答特性を適宜に選定して両PIN
フォトダイオードの出力特性を相互に補償するようにす
る。
また、上記両PINフォトダイオードのうち、大きい感
応領域を有するPINフォトダイオードにその出力パルス
の振幅を低減させる応答低減手段を取り付けるようにし
てもよい。この応答低減手段は大きい感応領域を有する
PINフォトダイオードと直列接続するキャパシタであっ
てもよい。
上記入力放射線エネルギーの減衰手段は、好ましくは
薄厚の黄銅シートにより形成されたキャップまたはシー
ルド部材形態の金属スクリーン部材を用いることができ
る。
図面の説明 第1図は本発明の検出器を組み込んだ放射線計の概略
説明図、 第2図は第1図の放射線計における各構成部分の物理
的形態の1例を示す図面である。
実施例 第1図は本発明の1実施例の放射線検出器を示す。こ
の放射線検出器は2つのPINフォトダイオード1及び3
とその他の回路素子とにより構成されたものである。そ
の他の回路素子は、上記PINフォトダイオード1及び3
のうち大きい感応領域を有するPINフォトダイオード1
と直列接続されたキャパシタ4、両PINフォトダイオー
ド1及び3の両出力の加え合わせた合成出力が入力され
る前置増幅器5、該前置増幅器5の出力を増幅する増幅
器6、該増幅器6の出力を予め定めた検出限界しきい値
(基準値ともいう)と比較して該しきい値を超えたパル
スを検出するしきい値検出器7及び該しきい値検出器7
の出力パルスを計数するパルスカウンター8である。上
記キャパシタ4はPINフォトダイオード1のキャパシタ
ンスと協働して該PINフォトダイオード1の入力放射線
エネルギーの検出限界レベルを高めるように作用する。
上記回路素子5〜8は、上記両PINフォトダイオード
1及び3による放射線エネルギー検出信号のうち、上記
検出限界しきい値を越えたパルスの割合を指示する計測
手段を構成する。上記しきい値検検出器7とパルスカウ
ンター8とで構成されるカウンター手段が処理回路9と
接続される。該処理回路9は線量率および総線量を表す
信号を発生するとともに線量率又は総線量のいずれかが
許容限界値を越えたとき警報信号を発生する。この処理
回路9から送出される警報信号を含む種々の出力が例え
ば液晶ディスプレイ等の表示器10に入力されて計測結果
が表示される。
上記PINフォトダイオード1は、好ましくは、適当に
ドーブされたPおよびN領域間に真性半導体層を形成し
たシリコンフォトダイオードが用いられる。このPINフ
ォトダイオード1に入射した放射線光子はシリコン結晶
格子と光電子間のコンプトン作用により高エネルギーを
保有する電子群を発生させる。その後、該電子群は結晶
格子との相互作用において保有エネルギーを放出し、該
真性半導体層内に電子−ホール対を発生させる。このよ
うにして発生された電子群はPINフォトダイオード1内
の固有電界によって分離させられて電荷パルスを発生
し、該電荷パルスは前置増幅器5及び増幅器6によって
増幅される。上記しきい値検出器7によって電荷パルス
の振幅レベルが予め定められたしきい値を越えるものと
判定されると、該電荷パルスが後続のパルスカウンター
8で計数される。
上記ノボトニィの先行技術文献に記述されているよう
に、一般にPINフォトダイオードは放射線エネルギー変
化に対し実質的に非均一な応答特性を呈するため、好ま
しくは、該PINフォトダイオードの出力と他の異なった
応答性を有する少なくとも1つのPINフォトダイオード
の出力とを接続してそれらPINフォトダイオードの出力
を合成し、これにより上記一方のPINフォトダイオード
の応答特性を補償して入力放射線エネルギー変化に対し
実質的に一定の応答特性を得るようにすることができ
る。これには、例えばBPX61 PINダイオード等のPINフォ
トダイオード1の感応領域へ入射する放射線を制限する
放射線減衰手段2、好ましくは、代表的に厚さ2.5mmの
黄銅製キャップを取り付けられる。この放射線エネルギ
ー減衰用のキャップ4は第1図において破線をもって概
略的に示す。
比較的大きい感応領域を有するPINフォトダイオード
1に上記キャップ4を取り付けることにより、該PINフ
ォトダイオード1に入力される低放射線エネルギー、例
えば150KeV以下の放射線エネルギーに対する応答が低下
せしめられる。このようにキャップ4の減衰又は放射線
遮蔽作用に基づく第1PINフォトダイオード1の低放射線
エネルギーに対する検出応答の低下特性を補償するため
に、該第1PINフォトダイオード1の出力に、低放射線エ
ネルギーに対し高い検出反応特性を示す第2PINフォトダ
イオード3の出力が加えられる。他方のPINフォトダイ
オード3はBPX65′PINダイオードの窓部のガラスレンズ
を取り外して低放射線エネルギーに対し高応答性のもの
とされ、その感応領域が例えば上記PINフォトダイオー
ド1の有効感応領域の約14%を有するものとされる。比
較的大きい感応領域を有するPINフォトダイオードから
の低放射線エネルギーに対し低い応答を示す出力と、比
較的小さい感応領域を有するPINフォトダイオードから
の低放射線エネルギーに対し高い応答を示す出力とを合
成することにより、当該放射線検出器に入力される種々
のエネルギーレベルの放射線に対し実質的に一定の応答
特性を得ることができる。上記BPX 61PINダイオードを
用いた本実施例において、上記ダイオード1の応答を低
減させる手段4は180pFのキャパシタとされる。
第2図は第1図にしたがって電気接続した計器11の物
理的配置の1例を示す。両PINフォトダイオード1及び
3は集積回路12に組み込まれる。該集積回路12は当該放
射線検出器における検出、増幅及び信号処理ステージを
含む。
上記両PINフォトダイオード1及び3のうち、比較的
大きい感応領域を有するフォトダイオード1は黄銅製シ
ールド部材2によって被覆される。両PINフォトダイオ
ード1および3は少なくとも6mmの間隔をあけて配置さ
れる。このようにして、黄銅製シールド部材2を取り外
した非遮蔽PINフォトダイオード3が入力される放射線
エネルギーのうち低エネルギー成分が遮蔽されることを
防止する。両ピンPINフォトダイオード1、3が組み込
まれた集積回路基板12の正面部が装用者の体面からそむ
けられる。上記放射線遮蔽部材2はダイオード1に同心
状に装着される円板体とされる。この円板体はPINフォ
トダイオード1の活性領域よりも大きな面積を有する。
この構成のものは第1図に記載したシールド部材と同様
の機能を有するものである。表示器10は、好ましくは当
該線量計の頂部に装着して見易くされる。所望であれ
ば、集積回路12に組み込まれた回路9によって駆動され
る可聴警報器13を上記表示器10の近くに配置するととも
に警報信号によって起動するようにする。バッテリー14
は、好ましくは少なくとも1年以上持続するのに十分な
容量を有するものとされ、当該計器底部の凹所に配置さ
れる。
上述した検出器は、適当なしきい値において約40KeV
以上のエネルギーを有する光子に対し光子エネルギーお
よび光子入射角度と実質的に独立関係のパルス出力を発
生するように変形することができる。そのような機器は
生体線量計機器として使用するのに適した感度を有す
る。
上述した検出器は公知のエネルギー補償式ガイガーミ
ューラー管におけるエネルギー応答および極性応答を改
善するものである。また、該検出器は、頑丈、堅固かつ
製作コストが安価であり、どのような高圧電源の付加を
も必要とすることなくバックグラウンド応答をより精確
なものとする利点がある。
フロントページの続き (72)発明者 バ−ジェス,ピ−タ−・ハミルトン イギリス国オックスフォ−ドシャ−・オ −・エックス12・8エイチ・ジェイ、ウ ォンテイジ、チャ−ルトン・ロ−ド 73 番 (56)参考文献 特開 昭59−197880(JP,A) 特開 昭58−125867(JP,A) 特開 昭62−75366(JP,A) 実開 昭56−99483(JP,U)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射された放射線に応じたパルスを発生す
    るフォトダイオードを用いた放射線検出器において、 放射線感応領域が比較的大きい第1PINフォトダイオード
    (1)と比較的小さい第2PINフォトダイオード(3)と
    を設け、 上記第1PINフォトダイオード(1)の感応領域への入射
    放射線を制限する放射線減衰手段(2)を取り付けると
    ともに該第1PINフォトダイオード(1)の出力ともう1
    つの第2PINフォトダイオード(3)の出力とを接続して
    該両PINフォトダイオード(1、3)の出力を合成し、
    上記放射線減衰手段(2)を介して低減させられた上記
    第1PINフォトダイオード(1)の放射線検出応答特性に
    よって上記第2PINフォトダイオード(2)の放射線検出
    応答特性を相互に補償することにより広範な入射放射線
    エネルギー範囲にわたり実質的に一定の放射線検出応答
    特性をもって放射線を計量するようにしたことを特徴と
    する、放射線検出器。
  2. 【請求項2】放射線減衰手段(2)が薄厚金属シートで
    形成されたキャップである、第1項記載の放射線検出
    器。
  3. 【請求項3】第1PINフォトダイオード(1)の比較的大
    きい感応領域に入射された放射線に対する出力パルスの
    振幅を低減させる応答低減手段(4)を接続し、これに
    より検出しようとする入射放射線に対する第1及び第2P
    INフォトダイオード(1、3)の合成された応答性を高
    めるようにした、第1項又は第2項記載の放射線検出
    器。
  4. 【請求項4】応答低減手段(4)が第1PINフォトダイオ
    ード(1)に直列接続されるキャパシタである、第3項
    記載の放射線検出器。
  5. 【請求項5】第1及び第2PINフォトダイオード(1、
    3)の合成出力のうち、予め定められた基準レベルを超
    えた出力パルスをもって入射された放射線を計量する、
    第1項〜第4項のいずれかに記載の放射線検出器。
JP62501586A 1986-03-05 1987-03-03 放射線検出器 Expired - Lifetime JP2620590B2 (ja)

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