JPH06180370A - 中性子モニタ - Google Patents
中性子モニタInfo
- Publication number
- JPH06180370A JPH06180370A JP33409692A JP33409692A JPH06180370A JP H06180370 A JPH06180370 A JP H06180370A JP 33409692 A JP33409692 A JP 33409692A JP 33409692 A JP33409692 A JP 33409692A JP H06180370 A JPH06180370 A JP H06180370A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】半導体検出素子の表裏の薄膜化した接合部に硼
素とプロトンラジエータ８，９を装着した中性子検出素
子３１を多層構造に積層し、中性子減速体の内部に設置
する高感度中性子モニタ。 【効果】従来の感度に比べ、２桁以上の高感度化を達成
する実用的な中性子モニタを提供できる。
素とプロトンラジエータ８，９を装着した中性子検出素
子３１を多層構造に積層し、中性子減速体の内部に設置
する高感度中性子モニタ。 【効果】従来の感度に比べ、２桁以上の高感度化を達成
する実用的な中性子モニタを提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子力発電所や再処理施
設および加速器取扱施設等に設ける半導体式中性子およ
び荷電粒子モニタに関する。
設および加速器取扱施設等に設ける半導体式中性子およ
び荷電粒子モニタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体式中性子モニタ（線量計）
には参考文献(1):ラディエーションプロテクション ド
シメトリ ボリューム２７ ナンバー３ ページ１４５
〜１５６（１９８９）（Radiation Protection Dosimet
ory、Vol.２７，Ｎｏ.３，Ｐ１４５〜１５６（１９８
９））に記載のような個人被曝線量計の例がある。この
公知例は中性子検出に硼素（中性子コンバータ）の核反
応10Ｂ（ｎ，α）で発生するα線を利用し、高速中性子
検出には水素化合物（プロトンラジエータ）との相互作
用で発生する陽子線（プロトン）を利用する。このα線
や陽子線が半導体のｐ−ｎ接合下部に広がる空乏層に入
射することによって中性子が検出される。これらの線量
計の中性子検出感度は半導体のｐ−ｎ接合面積に依存
し、従来の中性子検出素子では上記公知例のように、特
別な感度向上策は考慮されていなかった。
には参考文献(1):ラディエーションプロテクション ド
シメトリ ボリューム２７ ナンバー３ ページ１４５
〜１５６（１９８９）（Radiation Protection Dosimet
ory、Vol.２７，Ｎｏ.３，Ｐ１４５〜１５６（１９８
９））に記載のような個人被曝線量計の例がある。この
公知例は中性子検出に硼素（中性子コンバータ）の核反
応10Ｂ（ｎ，α）で発生するα線を利用し、高速中性子
検出には水素化合物（プロトンラジエータ）との相互作
用で発生する陽子線（プロトン）を利用する。このα線
や陽子線が半導体のｐ−ｎ接合下部に広がる空乏層に入
射することによって中性子が検出される。これらの線量
計の中性子検出感度は半導体のｐ−ｎ接合面積に依存
し、従来の中性子検出素子では上記公知例のように、特
別な感度向上策は考慮されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】半導体製造のシリコン
ウエハは数百ミクロン（μｍ）厚で直径１５０から200m
mが現状でこれが一般的な寸法となっている。半導体式
線量計の感度は上述のように半導体のｐ−ｎ接合面積に
依存するため、この面積を越える大幅な感度の向上は望
めなかった。
ウエハは数百ミクロン（μｍ）厚で直径１５０から200m
mが現状でこれが一般的な寸法となっている。半導体式
線量計の感度は上述のように半導体のｐ−ｎ接合面積に
依存するため、この面積を越える大幅な感度の向上は望
めなかった。
【０００４】本発明の目的は、従来の半導体検出素子に
比べ大幅な感度向上を実現する中性子および荷電粒子モ
ニタを提供することにある。
比べ大幅な感度向上を実現する中性子および荷電粒子モ
ニタを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、半導体
検出素子の表裏に硼素とプロトンラジエータを装着し、
中性子との相互作用で発生するα線と陽子線（荷電粒子
線）を半導体検出素子の表裏で容易に検出できるように
することによって達成できる。
検出素子の表裏に硼素とプロトンラジエータを装着し、
中性子との相互作用で発生するα線と陽子線（荷電粒子
線）を半導体検出素子の表裏で容易に検出できるように
することによって達成できる。
【０００６】
【作用】熱中性子と硼素の核反応で発生するα線(１.４
７ＭｅＶ）のシリコン中の飛程は１０μｍ以下である。
また、プロトンラジエータとの相互作用で発生する陽子
線の飛程は入射中性子のエネルギに依存し、エネルギ１
０ＭｅＶで数mmとなる。従って、半導体式中性子検出素
子の構造はα線の検出を容易にできるようにα線の入射
面を数μｍ以下にすることによって両者の検出を効率良
く行うことができる。このことから、半導体検出素子の
表裏で容易に検出できるようにするためには、従来表面
でのみ行っていた荷電粒子線入射面の薄膜化を裏面でも
行う。この構造は本出願人の出願に係わる特願平2-3228
67号明細書に詳述してある表裏にｐ−ｎ接合を持つ半導
体式荷電粒子検出素子を利用する方法や、従来の全空乏
層型の検出素子を利用し、裏面のオームコンタクト部を
数μｍ以下にする方法で可能になる。この構造の半導体
検出素子の表裏に硼素及びプロトンラジエータを装着す
ることによって２倍の感度向上を容易に実現できる。さ
らに、この構造を多層構造に積層することによって２桁
以上の高感度化も実現できる。
７ＭｅＶ）のシリコン中の飛程は１０μｍ以下である。
また、プロトンラジエータとの相互作用で発生する陽子
線の飛程は入射中性子のエネルギに依存し、エネルギ１
０ＭｅＶで数mmとなる。従って、半導体式中性子検出素
子の構造はα線の検出を容易にできるようにα線の入射
面を数μｍ以下にすることによって両者の検出を効率良
く行うことができる。このことから、半導体検出素子の
表裏で容易に検出できるようにするためには、従来表面
でのみ行っていた荷電粒子線入射面の薄膜化を裏面でも
行う。この構造は本出願人の出願に係わる特願平2-3228
67号明細書に詳述してある表裏にｐ−ｎ接合を持つ半導
体式荷電粒子検出素子を利用する方法や、従来の全空乏
層型の検出素子を利用し、裏面のオームコンタクト部を
数μｍ以下にする方法で可能になる。この構造の半導体
検出素子の表裏に硼素及びプロトンラジエータを装着す
ることによって２倍の感度向上を容易に実現できる。さ
らに、この構造を多層構造に積層することによって２桁
以上の高感度化も実現できる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の詳細な説明を実施例を用いて
説明する。図１は、本発明の半導体式中性子モニタの一
実施例を示す。この実施例はシリコン半導体を用いた例
で説明する。ｎ型シリコンウエハ１の表裏にＰ陽イオン
拡散層２，３を設け、それぞれの表面にはシリコンの酸
化絶縁膜(ＳｉＯ2）４，５さらに、その表面に中性子と
核反応を起こす硼素６，７とプロトンラジエータ８，９
を設ける。Ｐ陽イオン拡散層２，３の一部から酸化絶縁
膜４，５を介して信号取りだし電極１０，１１を設け
る。対向電極（アース電極）１２は信号電極１０，１１
で共用する。Ｐ陽イオン拡散層２，３と酸化絶縁膜４，
５は荷電粒子線（α線と陽子線）に対して不感層となる
ため１μｍ以下にする。これは半導体製造プロセスの酸
化，拡散の温度，時間管理の現状技術で容易に達成でき
る。この構造の半導体素子に信号電極１０，１１に逆バ
イアスＶ1，Ｖ2を印加するとＰ陽イオン拡散層２，３の
下部に空乏層１３，１４が広がる。この空乏層１３，１
４に荷電粒子線が入射すると電子−正孔対の電荷を生成
する。これが中性子検出の信号源となる。検出の信号は
カップリングコンデンサ１５，１６，前値増幅器１７，
１８，加算増幅器１９，計数回路２０，演算表示器２１
を介して測定し、その中性子量をモニタする。この構成
の中性子モニタでは半導体素子の表裏で中性子を検出す
ることができ、一素子で２倍の感度向上が容易に実現で
きる。また、この実施例は中性子検出を例に説明してい
るが、当然β線や陽子線等の荷電粒子検出にも容易に適
用出来できる。
説明する。図１は、本発明の半導体式中性子モニタの一
実施例を示す。この実施例はシリコン半導体を用いた例
で説明する。ｎ型シリコンウエハ１の表裏にＰ陽イオン
拡散層２，３を設け、それぞれの表面にはシリコンの酸
化絶縁膜(ＳｉＯ2）４，５さらに、その表面に中性子と
核反応を起こす硼素６，７とプロトンラジエータ８，９
を設ける。Ｐ陽イオン拡散層２，３の一部から酸化絶縁
膜４，５を介して信号取りだし電極１０，１１を設け
る。対向電極（アース電極）１２は信号電極１０，１１
で共用する。Ｐ陽イオン拡散層２，３と酸化絶縁膜４，
５は荷電粒子線（α線と陽子線）に対して不感層となる
ため１μｍ以下にする。これは半導体製造プロセスの酸
化，拡散の温度，時間管理の現状技術で容易に達成でき
る。この構造の半導体素子に信号電極１０，１１に逆バ
イアスＶ1，Ｖ2を印加するとＰ陽イオン拡散層２，３の
下部に空乏層１３，１４が広がる。この空乏層１３，１
４に荷電粒子線が入射すると電子−正孔対の電荷を生成
する。これが中性子検出の信号源となる。検出の信号は
カップリングコンデンサ１５，１６，前値増幅器１７，
１８，加算増幅器１９，計数回路２０，演算表示器２１
を介して測定し、その中性子量をモニタする。この構成
の中性子モニタでは半導体素子の表裏で中性子を検出す
ることができ、一素子で２倍の感度向上が容易に実現で
きる。また、この実施例は中性子検出を例に説明してい
るが、当然β線や陽子線等の荷電粒子検出にも容易に適
用出来できる。
【０００８】図２に本発明の素子を多層構造に設けた中
性子モニタの実施例を示す。モデレータ（ポリエチレン
等の中性子減速材）３０の中央に中性子検出素子３１を
多層構造に設け、それぞれの検出信号を前値増幅器１
７，１８を介して取りだし、演算表示器２１でその中性
子量を表示する（加算増幅器，計測回路，逆バイアス印
加回路等の詳細図示は省略）。中性子計測の指向性を小
さくするにはモデレータや検出素子が出来るかぎり球あ
るいは正方形に近い形状にする必要がある。上述のよう
に、シリコンウエハは数百ミクロン（μｍ）厚で直径が
２００mmであり、硼素６とプロトンラジエータ８を含め
た厚さが４mmとすると５０枚の積層素子で直径と高さが
同程度の形状となる。この多層構造素子を用いた中性子
モニタは従来に比べ、２桁以上の大幅な感度向上が図れ
る。
性子モニタの実施例を示す。モデレータ（ポリエチレン
等の中性子減速材）３０の中央に中性子検出素子３１を
多層構造に設け、それぞれの検出信号を前値増幅器１
７，１８を介して取りだし、演算表示器２１でその中性
子量を表示する（加算増幅器，計測回路，逆バイアス印
加回路等の詳細図示は省略）。中性子計測の指向性を小
さくするにはモデレータや検出素子が出来るかぎり球あ
るいは正方形に近い形状にする必要がある。上述のよう
に、シリコンウエハは数百ミクロン（μｍ）厚で直径が
２００mmであり、硼素６とプロトンラジエータ８を含め
た厚さが４mmとすると５０枚の積層素子で直径と高さが
同程度の形状となる。この多層構造素子を用いた中性子
モニタは従来に比べ、２桁以上の大幅な感度向上が図れ
る。
【０００９】図３は本発明の検出素子の変形例を示す。
この変形例は従来の全空乏層型の検出素子を利用し、裏
面のオームコンタクト部を数μｍ以下にするものであ
る。全空乏層型の検出素子は半導体が真性あるいはリチ
ウム等で完全に補償した材料を用いることで可能にな
る。この材料でｐ−ｎ接合を作ると接合の対向電極まで
全体が空乏層となる。この変形例は全空乏層型の検出素
子を応用したものである。真性あるいはリチウム等で完
全に補償したシリコンウエハ１の片方の表面にのみｐ−
ｎ接合を設け、それぞれＰ陽イオン拡散層２，シリコン
の酸化絶縁膜(ＳｉＯ2）４，硼素６，プロトンラジエー
タ８，信号取りだし電極１０は図１の構成とまったく同
一である。対抗電極（アース電極）４０はシリコンウエ
ハ１の裏面に設ける。この対向電極４０はｎ陽イオンの
拡散層でオームコンタクトを作る。さらに、ｎ陽イオン
の拡散層の上に硼素７，プロトンラジエータ９を設け
る。この裏面においても荷電粒子線（α線と陽子線）を
効率良く入射させるためｎ陽イオンの拡散層の厚さを１
μｍ以下にする。この構造の素子に逆バイアスＶ1を印
加するとＰ陽イオン拡散層２から対向電極４０のｎ陽イ
オンの拡散層まで全体が空乏層４１化する。従って、Ｐ
陽イオン拡散層２側とｎ陽イオンの拡散層の両面で荷電
粒子線を検出できるようになる。検出信号はカップリン
グコンデンサ１５，前値増幅器１７，加算増幅器１９，
計数回路２０，演算表示器２１を介して測定し、その中
性子量をモニタする（モデレータは図示せず）。
この変形例は従来の全空乏層型の検出素子を利用し、裏
面のオームコンタクト部を数μｍ以下にするものであ
る。全空乏層型の検出素子は半導体が真性あるいはリチ
ウム等で完全に補償した材料を用いることで可能にな
る。この材料でｐ−ｎ接合を作ると接合の対向電極まで
全体が空乏層となる。この変形例は全空乏層型の検出素
子を応用したものである。真性あるいはリチウム等で完
全に補償したシリコンウエハ１の片方の表面にのみｐ−
ｎ接合を設け、それぞれＰ陽イオン拡散層２，シリコン
の酸化絶縁膜(ＳｉＯ2）４，硼素６，プロトンラジエー
タ８，信号取りだし電極１０は図１の構成とまったく同
一である。対抗電極（アース電極）４０はシリコンウエ
ハ１の裏面に設ける。この対向電極４０はｎ陽イオンの
拡散層でオームコンタクトを作る。さらに、ｎ陽イオン
の拡散層の上に硼素７，プロトンラジエータ９を設け
る。この裏面においても荷電粒子線（α線と陽子線）を
効率良く入射させるためｎ陽イオンの拡散層の厚さを１
μｍ以下にする。この構造の素子に逆バイアスＶ1を印
加するとＰ陽イオン拡散層２から対向電極４０のｎ陽イ
オンの拡散層まで全体が空乏層４１化する。従って、Ｐ
陽イオン拡散層２側とｎ陽イオンの拡散層の両面で荷電
粒子線を検出できるようになる。検出信号はカップリン
グコンデンサ１５，前値増幅器１７，加算増幅器１９，
計数回路２０，演算表示器２１を介して測定し、その中
性子量をモニタする（モデレータは図示せず）。
【００１０】図４に計測回路の変形例を示す。この変形
例は多層構造の検出素子３１の各信号を結合し、一台の
カップリングコンデンサ１５，前値増幅器１７で中性子
をモニタするものである。この構成では検出器の静電容
量が大きくなり前値増幅器１７に負担がかかるが、計測
回路の大幅な簡略化を達成できる。以上の実施例はシリ
コン半導体を用いた例であるが、他の半導体材料や化合
物半導体にも容易に適用できる。また、モデレータ部で
は熱中性子の応答調節のためカドミウム等の熱中性子吸
収体を同時に用いる構成も考えられる。さらに、中性子
コンバータとして硼素を例に述べているがリチウムやウ
ラン等他の核分裂物質も容易に適用できる。
例は多層構造の検出素子３１の各信号を結合し、一台の
カップリングコンデンサ１５，前値増幅器１７で中性子
をモニタするものである。この構成では検出器の静電容
量が大きくなり前値増幅器１７に負担がかかるが、計測
回路の大幅な簡略化を達成できる。以上の実施例はシリ
コン半導体を用いた例であるが、他の半導体材料や化合
物半導体にも容易に適用できる。また、モデレータ部で
は熱中性子の応答調節のためカドミウム等の熱中性子吸
収体を同時に用いる構成も考えられる。さらに、中性子
コンバータとして硼素を例に述べているがリチウムやウ
ラン等他の核分裂物質も容易に適用できる。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、従来に比べ２桁以上の
大幅な感度向上を図った実用的な半導体式中性子および
荷電粒子のモニタを実現できる。
大幅な感度向上を図った実用的な半導体式中性子および
荷電粒子のモニタを実現できる。
【図１】本発明の半導体式中性子モニタの一実施例を示
す説明図。
す説明図。
【図２】本発明の素子を多層構造に設けた中性子モニタ
の実施例を示す説明図。
の実施例を示す説明図。
【図３】本発明の検出素子の変形例を示す説明図。
【図４】本発明の計測回路の変形例を示す説明図。
６…硼素、８…プロトンラジエータ、１７，１８…前値
増幅器、２１…演算表示器、３０…モデレータ、３１…
中性子検出素子。
増幅器、２１…演算表示器、３０…モデレータ、３１…
中性子検出素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 智 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 佐藤 克利 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 海原 明久 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内
Claims (6)
- 【請求項１】半導体検出素子の表裏に荷電粒子が入射可
能な厚さの接合を設け，その両接合の上面に硼素と水素
化合物を装着してなることを特徴とする荷電粒子検出素
子。 - 【請求項２】全空乏層型の半導体検出素子の接合拡散層
と対向する電極の厚さを荷電粒子が入射可能な厚さに設
け、その接合部と電極の上面に硼素と水素化合物を装着
してなることを特徴とする荷電粒子検出素子。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記半導体検
出素子に、それらの検出信号を計測する前値増幅器，計
数回路，演算表記を設けた荷電粒子モニタ。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記半導体検
出素子を多層に積層してなる荷電粒子検出素子。 - 【請求項５】請求項１，２または３において、前記半導
体検出素子を中性子減速体か熱中性子吸収体あるいはそ
の両者の内部に収納し、それらの検出信号を計測する前
値増幅器，計数回路，演算表記を設けた荷電粒子モニ
タ。 - 【請求項６】請求項４において、多層検出器の検出信号
を直結し、一系統の計測回路で計測する荷電粒子モニ
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33409692A JPH06180370A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 中性子モニタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33409692A JPH06180370A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 中性子モニタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06180370A true JPH06180370A (ja) | 1994-06-28 |
Family
ID=18273489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33409692A Pending JPH06180370A (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | 中性子モニタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06180370A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5880471A (en) * | 1995-09-01 | 1999-03-09 | Forschungszentrum Julich | Neutron detector |
| JP2007509345A (ja) * | 2003-10-20 | 2007-04-12 | アメリカ合衆国 | 中性子検出デバイス及びその製造方法 |
| JP2007516432A (ja) * | 2003-10-20 | 2007-06-21 | アメリカ合衆国 | 中性子変換層組み込み型半導体基板 |
-
1992
- 1992-12-15 JP JP33409692A patent/JPH06180370A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5880471A (en) * | 1995-09-01 | 1999-03-09 | Forschungszentrum Julich | Neutron detector |
| JP2007509345A (ja) * | 2003-10-20 | 2007-04-12 | アメリカ合衆国 | 中性子検出デバイス及びその製造方法 |
| JP2007516432A (ja) * | 2003-10-20 | 2007-06-21 | アメリカ合衆国 | 中性子変換層組み込み型半導体基板 |
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