JPH0619460B2

JPH0619460B2 - 放射線検出器

Info

Publication number: JPH0619460B2
Application number: JP62169633A
Authority: JP
Inventors: 彰柚木
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-07-09
Filing date: 1987-07-09
Publication date: 1994-03-16
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: JPS6415690A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は半導体放射線検出器において、検出効率の改良
技術に関する。

（従来の技術）従来の半導体検出器の技術を第７図及び第８図を用いて
説明する。

半導体放射線検出器にはいくつか種類があり、本例では
一般的な検出器としてP-n接合型検出器について説明す
る。

P-n接合型検出器は検出面に相当する面を持つＰ型素材
より成るＰ層(1)の面にｎ層(2)としてリンなどの不純物
を厚さ０．１〜２μｍ程度拡散させて作られたものであ
る。

このｎ層(2)とＰ層(1)には電極が接合されており、逆バ
イアス電圧を印加する。すなわち、ｎ層(2)には正、Ｐ
層(1)には負の電圧を印加しておく。

この状態において、検出器の中の正の電荷はＰ層(1)の
電極に引かれ、負の電極はｎ層(2)の電極に引かれる。

このため、検出器には空乏層とよばれる層が作られ、前
述した２つの電極間に電流が流れない。

この空乏層に放射線が入ると、放射線の飛跡近傍で電子
は価電子バンド（第８図参照）から伝導バンド（第８図
参照）に励起され、価電子バンドには正孔を生じる。Ｐ
層(1)・ｎ層(2)に電圧が印加されていなければ電子は再
び価電子バンドに落ちて安定状態となるが、逆バイアス
電圧が印加されていると電子と正孔はそれぞれ電極に引
かれて移動し、電極で互いに逆の電荷と結合し、消滅す
る。この電荷の流れが電流の流れとして検出されるわけ
である。

よつて、この電流を検出することによつて放射線の強さ
を測定することができる。

ところで、放射線のγ線には、そのエネルギーが80KeV
〜3MeVの範囲にある場合においてエネルギーが高いほど
物体を通過しやすくなる。よつて、高エネルギーのγ線
の検出感度は他のエネルギー帯の検出感度に比べ低下す
る。この度合は物体の種類によつて異なつている。

このため、低エネルギーから高エネルギーまで一様なエ
ネルギー分布のγ線が半導体検出器に入射した場合、透
過したγ線のエネルギー分布は低エネルギー帯では少な
く、高エネルギー帯では多く分布することになる。

これでは全エネルギー帯で均等に測定したことにはなら
ない。そこで、一般的には第７図に示すように半導体放
射線検出器に入射する直前にフイルタ(3)を通して補正
を行つている。

このフイルタ(3)を透過したγ線の分布は低エネルギー
のものは少なく、高エネルギーのものはフイルタ(3)に
カツトされにくいため多く分布している。このエネルギ
ー分布を持つγ線を半導体放射線検出器に入射させるこ
とによつて、透過しやすいエネルギー帯のγ線は多く入
射させ、エネルギー帯各部のγ線が同じ割合で電子を励
起させるようにし、結果的に各エネルギー帯における検
出感度の差を補正することになる。

以上、従来はフイルタ(3)を用いて検出感度の補正を行
つてきた。

（発明が解決しようとする問題点）従来の技術においてはフイルタに金属性のものを用いた
ため、全体として見た場合、半導体放射線検出器に入射
するγ線は全帯域において減少する。この減少は検出感
度の低下につながつていた。

本発明では検出感度を低下させることなく、測定対象の
エネルギー帯域においてどこの帯域でも同じ検出効率と
する。すなわち、検出効率のエネルギー依存性を小さく
することを目的とする。

〔発明の効果〕

（問題点を解決するための手段）従来の技術で説明した半導体放射線検出器において、ｎ
層は非常に薄いため、光を通す。空乏層の電子はこの光
によつても励起されるため、光の検出にも使用できる。

本発明ではこの性質を利用し、放射線及び光を検出する
放射線検出器において、ある一定量の放射線の入射によ
つて順次発光量が少なくなるシンチレータを１ないし複
数個、その光が前記放射線検出器に入射するよう設け、
前記放射線検出器の検出効率が低下していくにつれ、こ
の放射線検出器の検出信号に順次発光量の大きいシンチ
レータの光による検出信号を加算するようにした。

（作用）一般に、半導体放射線検出器の検出信号は、パルス状で
ある。その波高値は半導体放射線検出器の検出信号とシ
ンチレータの発光による検出信号とでは異なつており、
半導体放射線検出器の検出信号の波高値の方が大きい。
また、シンチレータによる検出信号の波高値はシンチレ
ータの種類によつて異なつている。この波高値はγ線の
持つエネルギーによつても影響を受ける。

γ線の測定は、ある一定時間内にカウントされるある設
定された波高値以上の検出信号をもつて行う。この波高
値の設定は任意に行える。

この波高設定を半導体放射線検出器の検出信号とシンチ
レータによる検出信号の波高の間になるよう行えば、検
出できるのは半導体放射線検出器による検出信号のみで
ある。

これに対し、設定値をシンチレータによる検出信号の波
高以下とした場合にはγ線の検出はシンチレータの検出
した結果も含むことになる。すなわち、半導体放射線検
出器では突き抜けてしまい、検出できない高エネルギー
のγ線でもシンチレータの発光によつて検出することが
できるわけである。

（実施例）本発明における第１の実施例を第１図に示し説明する。

本実施例は半導体放射線検出器の検出面に２つのシンチ
レータを貼付し、半導体放射線検出器の効率が下がるエ
ネルギー帯のものは必要に応じて１つないしは２つのシ
ンチレータの光による出力信号を半導体放射線検出器の
出力信号に加算することにより、効率の低下分を補正す
るものである。

第１図にブロツク図を示す。この半導体放射線検出器で
先づ、ベースとなるのはＰ型半導体のＰ層(1)に薄いｎ
型半導体のｎ層(2)を形成したものである。このｎ層(2)
には２つのシンチレータａ(4)，シンチレータｂ(5)が貼
付されている。

このシンチレータａ(4)及びシンチレータｂ(5)には、放
射線によつて発生する光がｎ層(2)のみに入射するよう
に、反射膜(6)でカバーしてある。

また、ｎ層(2)はシンチレータ(4,5)以外に光源があると
その光も検出してしまうため、ｎ層(2)全体をシンチレ
ータ(4,5)も含めて遮光膜(7)でカバーしてある。

以上のように構成された半導体放射線検出器において、
γ線が入射するとシンチレータ(4,5)は発光するが、半
導体放射線検出器はγ線のエネルギーによつて検出され
たりされなかつたりする。この発光、及び検出信号はP-
n両電極に電圧を印加している回路に流れる電流として
検出される。

この検出信号は増幅器(8)によつて増幅された後、波高
弁別器(9)によつて予め設定した波高以上の検出信号の
みを選別し、この選別された信号のみを計数器(10)でカ
ウントする。このカウントはある一定時間行われ、その
カウント値が測定値となる。

検出信号はパルス状であり、増幅器(8)の出力波形を第
２図に示す。このパルスの巾は 5×10^-6sec程度であり、半導体放射線検出器がγ線を検
出して得られる信号をａとし、その波高値はＶである。

同じγ線を入射させた場合、シンチレータの発光による
検出信号の波高値よりも半導体放射線検出器による検出
信号の波高値の方が大きい。本実施例では、検出信号の
波高値が異なるシンチレータを２種類用意した。これら
のシンチレータのうち、シンチレータａ(4)によるパル
スを信号ｂ、波高V／xとし、シンチレータｂ(5)による
パルスを信号ｃ、波高V／xy とする。すなわち、信号ｂ
は信号ｃのｙ倍の高さを持ち、信号ａは信号ｂのｘ倍の
高さを持つている。

波高弁別器(9)において、設定する波高を信号ａと信号
ｂの間に設ければ、計数器(10)でカウントされる測定値
は、半導体放射線検出器で直接γ線を検出した信号、す
なわち、信号ａのみの測定になる。

設定する波高が、信号ｂと信号ｃの間であれば、測定値
は信号ａと信号ｂすなわち、シンチレータａ(4)による
検出信号を加算したものである。

設定する波高が信号ｃ以下であれば、測定値は信号ａと
信号ｂ及び信号ｃ、すなわち、シンチレータｂ(5)によ
る検出信号を加算したものである。

第３図は半導体検出器として有効面積 100mm²，空乏層
の厚さ16μｍのシリコンフオトダイオードを用い、シン
チレータａとしてサイズ1mm×10mm²で素材はＣ_SI(Tl)及
びシンチレータｂとしてサイズ1mm×10mm²で素材はＣ_SI
(Na)を用いた場合の入射γ線エネルギーとγ線検出効率
の関係を示すグラフである。

本実施例において、第３図の線分ｌ−ｌ′で示すように
半導体放射線検出器はγ線エネルギーが高くなると検出
効率が低下する。すなわち、検出されずに透過してしま
うものがあるが、このγ線でもシンチレータ(4,5)は発
光する。これによつて検出されることになり、検出効率
を向上させることになる。

以上によつて、半導体放射線検出器のみの場合、高エネ
ルギーのγ線の検出効率低下をシンチレータの発光によ
つて補うことによつて、測定対象とするγ線エネルギー
帯で一様に近い検出効率にすることができた。

また、本実施例ではシンチレータを２種類用いたが、こ
れは２種類に限らず、多種類のシンチレータを用いるこ
とによつて、検出効率を一様に高いレベルにすることが
できる。

第２実施例本実施例の構成を第４図に示し説明する。本実施例は第
１実施例の構成において、ｎ層(2)とシンチレータ(4,5)
の間にフイルム(11)を設け、２つのシンチレータ(4,5)
は同種のものを用いる。

フイルム(11)はシンチレータａ(4)とシンチレータｂ(5)
の位置では透過度が異なる。

これによつて、γ線による発光量は同じであつても、フ
イルム(11)を通ると光量に差が付くため、シンチレータ
の種類が異なる場合に発光量に差が出るのと同じであ
り、この光が半導体放射線検出器に入射することにな
る。

これによつて、第１実施例と同様な効果を奏するが、設
けるシンチレータの個数とフイルム透過度の組合せによ
つては第１実施例よりもより細かく検出効率の一様化を
計ることができる。

第３実施例第２実施例では、検出効率の一様化のためにシンチレー
タの個数を増やすが、本実施例では、フイルム（１１）
と同じ面積のシンチレータ（４）でフイルム（１１）を
カバーすることにより、第２実施例においてより細かく
細分化したシンチレータを設けたものと同様の効果をね
らつたものである。

本実施例で用いるフイルム(11)は部分ごとに透過度が異
なつているものを用いる。

シンチレータは、高屈折率のものを用いる。このシンチ
レータの内部で発光した光は、四方八方に放射されシン
チレータ表面に達するが、表面に対する入射角度が浅い
光は反射され、垂直またはそれに近い角度で表面に当た
る光だけが通過できる。理想的には発光した光はその発
光点からｎ層まで垂直に引いた線上を通ることが望まし
い。これは光がｎ層に達する過程でフイルム（１１）を
通過するためであり、この線上以外の線を通ると垂直な
線上にあるフイルム（１１）の透過度とは異なった透過
度の部分を通過してしまうためである。

このような部分毎に透過度の異なるシンチレータを用い
るため、連続した１枚のシンチレータとしてもｎ層に対
して光が垂直方向にシンチレータ（４）とフイルム（１
１）を通過するため、透過度をすこしづつ変化させたシ
ンチレータを無限に細分化しえ並べたに等しい効果が得
られる。

第４実施例第４の実施例を第６図に示し、説明する。本実施例は第
３実施例と同様に高屈折率のシンチレータ(4)を用い、
フイルムの替わりに穴径の異なる多数の穴の開いた絞り
(12)を設けた。

第３実施例ではｎ層(2)に通す光の量を部分ごとに調節
するために部分ごとに透過度の異なるフイルムを用いた
が、本実施例では光の量の調節を絞り(12)に開けた穴の
大きさと数で行ない、同様の効果を出すようにしたもの
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体放射線検出器でγ線を検出する
場合に、高エネルギーのγ線の検出効率が低下する分を
シンチレーシヨン検出器を組合せることによつて補うこ
とにより、検出対象とするエネルギー帯において、一様
な検出効率で検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における第１の実施例を説明する構成
図、第２図は半導体放射線検出器及び、２種のシンチレ
ータによる検出信号の波高を比較するグラフ、第３図は
入射γ線エネルギーとγ線検出効率の関係を示すグラ
フ、第４図は第２の実施例を説明する構成図、第５図は
第３の実施例を説明する構成図、第６図は第４の実施例
を説明する構成図、第７図は従来の技術を説明する構成
図、第８図は半導体放射線検出器における電子の励起を
説明するためのエネルギー状態図である。１……Ｐ層、２……ｎ層３……フイルタ、４……シンチレータａ５……シンチレータｂ、６……反射膜７……遮光膜、８……増幅器９……波高弁別器、１０……計数器１１……フイルム、１２……絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線及び光を検出する半導体放射線検出
器において、放射線の入射で発光量の異なる複数のシン
チレータを前記半導体放射線検出器の入射面に貼付し、
前記半導体放射線検出器が放射線及び光を検出した信号
の両方を出力することを特徴とする放射線検出器。