(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出することができる半導体を検知体として使用する放射線検出器において、放射線入射面の面積が異なり所望の厚みが設定された検知体を複数個備え、上記各検知体は、放射線入射面の面積の大きい検知体の上記放射線入射面の上部に、放射線入射面の面積の小さい検知体が載置され、上記各検知体の放射線入射面側をそれぞれ覆う放射線吸収フィルタを備え、上段に位置する検知体ほど、検知体の放射線入射面を覆う放射線吸収フィルタの放射線の吸収量が小さくなるよう上記各放射線吸収フィルタの厚みが設定されている放射線検出器であって、電磁シールドで全ての検知体を囲む場合、最上段位置の検知体の上面側および最下段位置の検知体の下面側の電位を０電位に設定することを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、γ線の線量または線量当量を測定するための放射線検出器に係り、特に、広範囲のエネルギーにわたり検出感度差を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所、加速器利用施設等において、γ線の線量または線量当量を測定する場合は、数１０ｋｅｖから数ＭｅＶまでの広いエネルギー範囲にわたって、光子エネルギー対線量感度依存性または光子エネルギー対線量当量感度依存性（以下、いずれも光子エネルギー特性と略す）が良好な放射線検出器が求められている。
【０００３】
そこで放射線検出器の内でも電離箱は、光子エネルギー特性が良好でかつ体積を大きくすることにより感度の高い検出特性が得られるため、γ線の線量または線量当量を測定する検知体として使用されることが多かった。しかし、最近の小型化ニーズに対して、この電離箱では、内部ガス圧を高くすることにより対応してきたが、技術的に限界があり、電離箱に代わる小型の、すなわち単位体積当たりの感度の高い放射線検出器が求められていた。
【０００４】
そこで、放射線検出器の内でも、化合物半導体としてのＣｄＴｅは、原子番号が４８−５２と大きく、また、５０℃程度までの温度特性が安定しているため、小型の放射線検出器として期待がもたれている。しかしながら、ＣｄＴｅは、感度の光子エネルギーに対する依存性（エネルギーが大きくなると感度が低下する）が大きく、広範囲の光子エネルギーをカバーして使用することができなかった。
【０００５】
その広範囲の光子エネルギー特性をカバーする改善例として、特公平６−２７８１４号公報に記載のものが提案されている。図９は、従来の放射線検出器の構造を示す図である。図において、１は半導体検知体、２は半導体検知体１を保持する保持板、３は放射線入射方向に対して半導体検知体１を覆うようにドーム状に設けられた放射線吸収フィルタ、４は放射線吸収フィルタ３に空けけられた細孔である。
【０００６】
図１０は図９に示した半導体検知体の詳細な構造を示す断面図である。図において、５はＣｄＴｅ半導体、６はＣｄＴｅ半導体５の一方の面に形成されたマイナス電極、７はＣｄＴｅ半導体５のもう一方の面に形成されたプラス電極である。
【０００７】
上記のように構成された従来の放射線検出器の放射線検出方法について説明する。まず、半導体検知体１は保持板２に電気的に絶縁されて取り付けられ、直流電圧でバイアスされる。半導体検知体１に放射線が入射してそのエネルギーが吸収されると、半導体検知体１の中に電子とその抜け殻の正孔が生成され、それらが各電極７、６にそれぞれ収集されてパルス状の電流が流れ、これを検知することにより放射線が検知される。
【０００８】
図１１は半導体検知体１の厚みを同一とし、放射線吸収フィルタ３として材料に鉛を用い、その厚み（ｈ1〜ｈ4を設定し、厚みの関係は、ｈ1＞ｈ2＞ｈ3＞ｈ4と成る）をパラメータとした時の光子エネルギー特性を示す。放射線吸収フィルタ３の厚みを例えばｈ2に選定することにより、８０ｋｅＶ〜１ＭｅＶまでは良好な光子エネルギー特性が得られている。そして、放射線吸収フィルタ３に多数の細孔４を設けることにより、低エネルギー領域の特性を改善している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放射線検出器は上記のように構成され、８０ｋｅＶ〜１ＭｅＶのエネルギー範囲の特性は良好であるものの、１ＭｅＶ以上のエネルギー範囲に対しては、光子エネルギー特性を改善することができない。したがって、原子力発電所、加速器利用施設などで求められている、数１０ｋｅＶ〜数ＭｅＶまでのエネルギー範囲を一定の感度にて検出することに対応できないという問題点があった。このことは、図１１に示すように、８０ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶのエネルギー範囲において、その検出感度に大きな違いが出ることから明らかである。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためなされたもので、低エネルギーから高エネルギーの広範囲にわたる検出感度差を低減することができる放射線検出器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放射線検出器は、放射線を検出することができる半導体を検知体として使用する放射線検出器において、放射線入射面の面積が異なり所望の厚みが設定された検知体を複数個備え、上記各検知体は、放射線入射面の面積の大きい検知体の上記放射線入射面の上部に、放射線入射面の面積の小さい検知体が載置され、上記各検知体の放射線入射面側をそれぞれ覆う放射線吸収フィルタを備え、上段に位置する検知体ほど、検知体の放射線入射面を覆う放射線吸収フィルタの放射線の吸収量が小さくなるよう上記各放射線吸収フィルタの厚みが設定されている放射線検出器であって、電磁シールドで全ての検知体を囲む場合、最上段位置の検知体の上面側および最下段位置の検知体の下面側の電位を０電位に設定するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１の放射線検出器の構成を示す断面図である。図において、８、９は放射線を検出することができる半導体、例えば、ＣｄＴｅにて成る第１および第２の検知体で、放射線入射面の面積が異なり、第１の検知体８の放射線入射面の面積が、第２の検知体９の放射線入射面の面積より小さく、第２の検知体９の放射線入射面の上部に第１の検知体８が載置されている。１０、１１、１２、１３は各検知体８、９の各面に形成された電極で、プラス電極またはマイナス電極のいずれかにてなる。
【００１６】
１４、１５は各検知体８、９の放射線入射面を覆うように形成された第１および第２の放射線吸収フィルタで、第１の放射線吸収フィルタ１４の放射線の吸収量は、第２の放射線吸収フィルタ１５の放射線の吸収量より小さい。１６は各検知体８、９を電気的に絶縁するための、第１の検知体８と第２の放射線吸収フィルタ１５との間に形成された絶縁膜である。
【００１７】
次に上記のように構成された実施の形態１の放射線検出器における、放射線の検出原理は従来の場合と同様のため省略する。ここでは、放射線検出器の良好な光子エネルギー特性を得るために、第１の検知体８と、第２の検知体９との、放射線入射面の面積配分について説明する。まず、放射線検出器に要求される感度と寸法とから、放射線検出器としての単位面積当たりの仕様感度ηを決定する。
【００１８】
次に、要求されるエネルギー範囲、例えば８０ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶを、複数の領域に分割する。ここでは、例えば、８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶを低エネルギー領域とし、２００ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶを高エネルギー領域として２分割する。この際の高エネルギー領域の感度はほとんど、検知体の感度にて決定されるため、まずは、検知体の厚みを決定する。
【００１９】
そのために、検知体の厚みをパラメータとした、各光子エネルギーに対する検知体の単位面積当たりの相対感度を求める。図２のグラフＡは、検知体の厚みとして、それぞれａ1、ａ2、ａ3（厚みの関係は、ａ1＞ａ2＞ａ3となる）に設定した場合の相対感度を示す。
【００２０】
検知体の厚みは、高エネルギー領域の全域に亘って光子エネルギー特性が許容範囲を満たすような例えば、厚みａ1に決定される。そして、この厚みａ1の高エネルギー領域の中心エネルギー（ここでは例えば、２００ｋｅＶ〜６．５ＭｅＶの中心の間の３ＭｅＶとする）での相対感度η2を、図２のグラフＡのａ1より読み取る。
【００２１】
次に、上記にて決定された検知体の厚みａ1に対しての、第１の放射線吸収フィルタ１４の厚みをパラメータとした際の、各光子エネルギーに対する第１の検知体の単位面積当たりの相対感度を求める。図２のグラフＢは、第１の放射線吸収フィルタ１４の厚みとして、それぞれｂ1、ｂ2、ｂ3、ｂ4（厚みの関係は、ｂ1＞ｂ2＞ｂ3＞ｂ4と成る）に設定した場合の相対感度を示す。
【００２２】
そして、第１の放射線吸収フィルタ１４の厚みは、低エネルギー領域の全域に亘って光子エネルギー特性が許容範囲を満たすような例えば、厚みｂ2に決定される。そしてこの厚みｂ2の、低エネルギー領域の中心エネルギー（ここでは例えば、８０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの中心の間の１５０ｋｅＶとする）の相対感度η1を、図２のグラフＢのｂ2より読み取る。
【００２３】
次に、第２の検知体９を覆う第２の放射線吸収フィルタ１５の厚みは、低エネルギー領域のものをほぼ検出しないような厚みで、かつ、高エネルギー領域の全域に亘って光子エネルギー特性が許容範囲を満たすような厚みに決定する。
【００２４】
よって、上記にて決定された第２の検知体９の厚みａ1に対しての、第２の放射線吸収フィルタ１５の厚みをパラメータとした際の、各光子エネルギーに対する第２の検知体９の単位面積当たりの相対感度を求める。図２のグラフＣは、第２の放射線吸収フィルタ１５の厚みを、それぞれｃ1、ｃ2、ｃ3（厚みの関係は、ｃ1＞ｃ2＞ｃ3と成る）に設定した場合の相対感度を示す。ここでは、第２の放射線吸収フィルタ１５の厚みは、例えば厚みｃ2に決定される。そして、この厚みｃ2の高エネルギー領域の中心エネルギー（ここでは例えば３ＭｅＶ）の相対感度η3を、図２のグラフＣのｃ2より読み取る。
【００２５】
このように設定することにより、低エネルギー領域の検出は、第１の検知体８の放射線入射面の面積Ｓ1にて相対感度η1で検出されることとなる。そして、高エネルギー領域の検出は、概ね、第２の検知体９の放射線入射面の面積Ｓ0にて相対感度η3で、第１の検知体８の放射線入射面の面積Ｓ1にて相対感度η2で放射線が検出されることとなる。
【００２６】
そして、低エネルギー領域および高エネルギー領域の放射線検出器における感度をそろえるように、第１の検知体８の放射線入射面の面積Ｓ1と、第２の検知体９の放射線入射面の面積Ｓ0との割合を求め、放射線検出器の単位面積当りの検出感度を、仕様感度ηにそろえる。そして、各特性にそれぞれの面積を重み付けして、図３に示すように合成すると、低エネルギー領域から高エネルギー領域における感度差が±２０％程度におさまっていることが確認できる。
【００２７】
上記のように構成された実施の形態１の放射線検出器は、放射線入射面の面積の大きい第２の検知体９の放射線入射面の上部に、放射線入射面の面積の小さい第１の検知体８が載置し、上段に位置する第１の検知体８の第１の放射線吸収フィルタ１４の放射線の吸収量が、第２の検知体９の第２の放射線吸収フィルタ１５の放射線の吸収量より小さく設定されているため、低エネルギー領域から高エネルギー領域までを均一な感度にて検出することができる。
【００２８】
尚、上記実施の形態１では、各検知体８、９の両面に電極１０、１１、１２、１３をそれぞれ備えるようにして、放射線を検出するようにしたが、これに限られることはなく、例えば、図４に示すように、第１の検知体８と第２の放射線吸収フィルタ１５との間に導電部材１７を備え、第１の検知体８と第２の検知体９とを電気的に接続する。そして、第１の検知体８と第２の検知体９にて挟まれる側の電極、例えば電極１２をプラスまたはマイナスとして共有する。
【００２９】
また、第１の検知体８の上面の電極１０と第２の検知体９の下面の電極１３とをマイナスまたはプラスの同一側の電極に設定して接続線にて接続する。このようにすれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、接続線を減らすことができ、構成を簡素化することができる。
【００３０】
また、上記実施の形態１では第１および第２の検知体８、９にて、対象エネルギー領域を低エネルギー領域および高エネルギー領域の２分割として感度を設定したが、これに限られることはなく、３つの検知体を備えるようにし、対象エネルギー領域を３分割に分割し、それぞれに対応する放射線吸収フィルタおよび検知体を備えれば、例えば図５に示すように、２分割の場合よりは、エネルギー範囲の中間部分の感度の均一性が改善でき、全体の感度がより一層平坦化される。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、特に電磁シールドを備える場合について説明しなかったが、実施の形態２においては、電磁シールドを備える場合について説明する。図６は実施の形態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、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。１８は全ての検知体８、９を覆う電磁シールドである。
【００３２】
１９、２０は電磁シールド１８と近接する側の各検知体８、９の面上に形成されたマイナス電極で、このように形成することにより、最上段位置の第１の検知体８の上面側および最下段位置の第２の検知体９の下面側の電位を０電位に設定することができる。２１はマイナス電極２０とは逆側の第２の検知体９の面上に形成されたプラス電極、２２はプラス電極２１と接するように形成された導電性部材で、プラス電極２１側を電気的に確実にプラス側に保持するためのものである。
【００３３】
上記のように構成された実施の形態２の放射線検出器は、電磁シールド１８により外来のノイズ侵入を防止するものである。この際、電磁シールド１８と近接する側の各検知体８、９のマイナス電極１９、２０は０電極に設定されるため、電磁シールド１８と、第１の放射線吸収フィルタ１４および第２の検知体９との電位差がなくなるかあるいは極小にできるため、電磁シールド１８と電磁シールド１８内の部分との浮遊容量が極小となり、電気的に安定となる。よって、確実な耐ノイズ性を得ることができる。また、電極シールド１８は、第１の放射線吸収フィルタ１４を兼ねることができることはもちろんのこと、構成を簡素化できる。
【００３４】
尚、上記各実施の形態においては、各検知体８、９として、ＣｄＴｅを使用する例を示したが、これに限られることはなく、放射線を検出することができる半導体としてのＣｄＺｎＴｅを用いて検知体を形成してもよい。図７に示すように、ＣｄＴｅは約５０℃以上の温度で感度が低下し始め、実用的に要求される温度特性±１０％を満たすのは約６０℃までである。
【００３５】
しかし、ＣｄＺｎＴｅは約１００℃まで使用可能であり、高温環境でも使用することができる。よって、例えば、事故時用排気管ガスモニタなど、測定対象時が事故時に高温になる可能性があるような箇所に、近接して設置される放射線検出器などの利用に適している。
【００３６】
また、上記各実施の形態においては、一方向面にのみ各検知体８、９を形成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、図８に示すように、正六面体２３の構造物の複数面に、各検知体８、９をそれぞれ備え、各放射線吸収フィルタ１４、１５（図示は省略する）をそれぞれ備えるようにしてもよく、このように形成すれば、一方向面に形成する場合と比較して、検出エリアを広げることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、放射線を検出することができる半導体を検知体として使用する放射線検出器において、放射線入射面の面積が異なり所望の厚みが設定された検知体を複数個備え、上記各検知体は、放射線入射面の面積の大きい検知体の上記放射線入射面の上部に、放射線入射面の面積の小さい検知体が載置され、上記各検知体の放射線入射面側をそれぞれ覆う放射線吸収フィルタを備え、上段に位置する検知体ほど、検知体の放射線入射面を覆う放射線吸収フィルタの放射線の吸収量が小さくなるよう上記各放射線吸収フィルタの厚みが設定されている放射線検出器であって、電磁シールドで全ての検知体を囲む場合、最上段位置の検知体の上面側および最下段位置の検知体の下面側の電位を０電位に設定するので、広範囲エネルギー領域にて感度を均一化して検出することができる放射線検出器を提供することが可能となる。
また、電気的に安定となり確実な耐ノイズ性を得ることができる放射線検出器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図２】  図１に示した放射線検出器を形成するための放射線吸収フィルタおよび検知体の厚みをそれぞれパラメータとした際の、光子エネルギーと相対感度との関係をそれぞれ示す図である。
【図３】  図１に示した放射線検出器の光子エネルギーと相対感度との関係を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による放射線検出器の光子エネルギーと相対感度との関係を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態２による放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図７】  この発明の実施の形態２による放射線検出器の検知体の各物質における温度と相対感度との関係をそれぞれ示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態２による放射線検出器の構成を示す図である。
【図９】  従来の放射線検出器の構成を示す断面図である。
【図１０】  図９に示した放射線検出器の検知体の構成を示す断面図である。
【図１１】  図９に示した放射線検出器を形成するための放射線吸収フィルタの厚みをパラメータとした際の、光子エネルギーと相対感度との関係をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
８  第１の検知体、９  第２の検知体、１０，１１，１２，１３  電極、
１４  第１の放射線吸収フィルタ、１５  第２の放射線吸収フィルタ、
１６  絶縁膜、１７，２２  導電性部材、１８  電磁シールド、
１９，２０  マイナス電極、２１  プラス電極、２３  正六面体構造物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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