(57)【要約】【課題】エネルギー分解能が優れている半導体検出素子を使用して、試料から放出される極微量のα線を短時間で精度良くエネルギー分析可能なα線測定装置を提供する。【解決手段】複数個の半導体検出素子１を含むα線検出手段２と、それぞれの半導体検出素子１の出力信号Ｓ１，Ｓ２を加算する加算手段４と、それぞれの半導体検出素子の出力信号Ｓ１，Ｓ２を逆同時計数する逆同時計数手段５と、逆同時計数されなかった半導体検出素子１の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段７とからなるα線測定装置。複数の半導体検出素子の出力信号を加算し測定試料面積を拡大するとともに、バックグラウンドノイズも除去するので、測定時間を短縮しつつ、α線のエネルギーをより高精度に分析できる。【選択図】        図１
2004301601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、
それぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、
半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなる
ことを特徴とするα線測定装置。
【請求項２】
平面に配置した複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、
それぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、
それぞれの半導体検出素子の出力信号を逆同時計数する逆同時計数手段と、
逆同時計数されなかった半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなる
ことを特徴とするα線測定装置。
【請求項３】
上下に配置した複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、
それぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、
それぞれの半導体検出素子の出力信号を逆同時計数する逆同時計数手段と、
逆同時計数されなかった半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなる
ことを特徴とするα線測定装置。
【請求項４】
平面および上下に配置した複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、
各平面内でそれぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、
各平面の半導体検出素子の加算出力信号を逆同時計数する逆同時計数手段と、
逆同時計数されなかった各平面の半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなる
ことを特徴とするα線測定装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか一項に記載のα線測定装置において、
逆同時計数手段が、少なくとも１個の前記半導体検出素子の出力信号と残りの前記半導体検出素子の出力信号との間で逆同時計数する手段である
ことを特徴とするα線測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のα線測定装置において、
評価するエネルギー範囲を指定し分析結果を表示するデータ処理手段を備えたことを特徴とするα線測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンなどの半導体検出素子を用いるα線測定装置に係り、特に、α線の測定時間を短縮する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料中に含まれる極微量のα線を測定する装置として、ＰＲガスを使用したガスフロー型計数管が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
エネルギー分析可能なα線測定装置として、半導体検出素子を用いた半導体検出器も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
日本原子力産業会議編「放射線取扱技術」
日本原子力産業会議，平成１０年５月２６日
ｐ２２４−２２５
【特許文献１】
特開平１０−２１３６６６号公報
（第２頁，図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
試料から放出される極微量のα線の測定において、大面積化が容易なガスフロー型計数管は、α線の捕捉に適している。しかし、試料から放出されるα線のエネルギーへの依存性が少なく、エネルギー分解能が悪い。
【０００６】
一方、半導体検出素子は、エネルギー分解能に優れている。しかし、有感面積が小さく、大面積化が困難であり、極微量のα線を精度良く計測するには、長い測定時間を要する。
【０００７】
また、短時間で精度良く測定するには、宇宙線や電気的外乱によるバックグラウンドノイズを十分に除去する必要がある。バックグラウンドノイズを所定レベルまで除去しようとすると、遮へい体を十分に厚くしなければならず、α線測定装置全体が大きく重くなる。
【０００８】
本発明の目的は、エネルギー分解能が優れている半導体検出素子を使用して、試料から放出される極微量のα線を短時間で精度良くエネルギー分析可能なα線測定装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、それぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなるα線測定装置を提案する。
【００１０】
本発明においては、α線検出手段を複数個の半導体検出素子で構成し、それぞれの半導体検出素子の出力信号を加算するので、実質的測定試料面積を拡大し、測定時間を短縮できる。
【００１１】
本発明は、より具体的には、平面に配置した複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、それぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、それぞれの半導体検出素子の出力信号を逆同時計数する逆同時計数手段と、逆同時計数されなかった半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなるα線測定装置を提案する。
【００１２】
本発明は、また、上下に配置した複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、それぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、それぞれの半導体検出素子の出力信号を逆同時計数する逆同時計数手段と、逆同時計数されなかった半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなるα線測定装置を提案する。
【００１３】
本発明は、さらに、平面および上下に配置した複数個の半導体検出素子を含むα線検出手段と、各平面内でそれぞれの半導体検出素子の出力信号を加算する加算手段と、各平面の半導体検出素子の加算出力信号を逆同時計数する逆同時計数手段と、逆同時計数されなかった各平面の半導体検出素子の加算出力信号に基づきα線のエネルギー分布を分析する波高分析手段とからなるα線測定装置を提案する。
【００１４】
上記いずれかのα線測定装置において、逆同時計数手段は、少なくとも１個の前記半導体検出素子の出力信号と残りの前記半導体検出素子の出力信号との間で逆同時計数する手段とすることができる。
【００１５】
逆同時計数手段を備えたこれらのα線測定装置においては、バックグラウンドノイズとなる宇宙線や電気的外乱を除去できる。
【００１６】
波高値を分析した後、評価するエネルギー範囲を指定し分析結果を表示するデータ処理手段を備える。
【００１７】
本発明においては、複数の半導体検出素子の出力信号を加算して測定試料面積を拡大するとともに、バックグラウンドノイズも除去するので、測定時間を短縮しつつ、α線のエネルギーをより高精度に分析できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図６を参照して、本発明によるα線測定装置の実施形態を説明する。
【００１９】
【実施形態１】
図１は、本発明により複数の半導体検出素子を平面に配置したα線測定装置の実施形態１の系統構成を示すブロック図である。
【００２０】
実施形態１のα線測定装置は、α線検出手段２と、増幅手段３と、加算手段４と、逆同時計数手段５と、遅延回路６と、波高分析手段７と、データ処理手段８とからなり、測定試料９からのα線を測定する。
【００２１】
α線検出手段２は、平面に近接して配置された複数の半導体検出素子１を含んでいる。半導体検出素子１からの信号は、それぞれ増幅手段３で増幅され、２つの信号Ｓ１，Ｓ２となる。
【００２２】
これらの信号Ｓ１，Ｓ２は、２つの信号を加算する加算手段４と、信号Ｓ１とＳ２とが同時に発生した場合に外乱と判断する逆同時計数手段５とにそれぞれ入力される。
【００２３】
半導体検出素子１からの信号Ｓ１，Ｓ２は、加算手段４で加算されて、加算出力信号Ｓ３となる。複数の半導体検出素子１からのＳ１とＳ２とを加算すると、１個１の半導体検出素子１のみで測定する場合と比較して、２倍の試料面積を測定できる。
【００２４】
加算出力信号Ｓ３は、ゲート信号Ｇとの到達時間を調整する遅延回路６を経て、波高分析手段７に計測信号として入力される。
【００２５】
α線のエネルギーを分析する場合、比較的高エネルギー領域を評価する。しかし、高エネルギー領域において測定試料９から放出されるα線は極微量である場合、１時間に数カウント程度しかカウントされないため、測定試料９から放出されるα線が２つの半導体検出素子１に同時に入射する確率は極めて低い。
【００２６】
一方、宇宙線や電気的外乱は、２つの半導体検出素子１に同時にノイズとして誤信号を発生させる場合が多い。そこで、逆同時計数手段５は、２つの半導体検出素子１に同時に計測された信号をノイズと判断する。
【００２７】
ちなみに、ガスフロー型計数管は、上記の通り、試料から放出されるα線のエネルギーへの依存性が少なく、エネルギー分解能が悪いものの、エネルギーに関係なくグロスのカウント値を求めるためにカウント値が多く、宇宙線などによるバックグラウンドノイズの影響は、エネルギー分析可能な半導体検出素子と比較して少ない。
【００２８】
半導体検出素子による測定方式において、比較的高エネルギー領域を分析する場合は、前述のようにカウント値が少ないため、宇宙線などによるバックグラウンドノイズの影響は大きくなる。
【００２９】
そこで、本発明においては、全体のバックグラウンド計数率（ＢＧ計数率）を低減するために、逆同時計数手段５を備えている。
【００３０】
逆同時計数手段５がノイズと判断した場合、波高分析手段７に伝送されるゲート信号Ｇは、ゲートを閉じる方向の信号となり、波高分析手段７はその時点に計測信号として入力される信号Ｓ３を計測値から除外する。
【００３１】
波高分析手段７の出力信号Ｓ４は、データ処理手段８に入力される。データ処理手段８は、評価するエネルギー範囲を指定し、分析結果を表示する。
【００３２】
図２は、波高値を識別するためのエネルギーレベルを逆同時計数手段５とデータ処理手段８とで個別に設定する理由を説明する図である。
【００３３】
宇宙線や電気的外乱によるバックグラウンドノイズは、２つの検出器における発生時間が同時であっても、測定結果として得られるエネルギーが異なる場合がある。
【００３４】
本来はデータ処理手段８で用いるディスクリミネータすなわち波高値識別回路における所定のエネルギーレベルＤを逆同時計数手段５の段階で設定してしまうと、図２の上段第４番目の外乱に対応する下段３番目の信号のように、外乱信号として検出できず、除去対象から外れる場合がある。
【００３５】
そこで、本発明においては、逆同時計数手段５の外乱信号の検出レベルＡを評価対象となる低エネルギー下限ぎりぎりのノイズ除去レベルに設定し、それ以上の外乱信号をすべて拾うようにする。
【００３６】
データ処理手段８におけるエネルギー範囲指定の具体例については、図６を参照して、後述する。
【００３７】
α線測定装置の性能を表す重要な値として、測定下限値すなわち検出限界値Ｄ（Ｃ／ｃｍ２・ｈ）がある。測定下限値は、バックグラウンドＢＧ測定時間をｔｂ（ｈ），ＢＧ計数率をｎｂ（Ｃ／ｈ），検出効率をΓ，試料面積をＡ（ｃｍ２）とすると、一般に式１で表される。
【００３８】
Ｄ≒３｛√（２ｎｂ／ｔｂ）｝／（Γ・Ａ）……（１）
式１から、より精度良く測定するには、ＢＧ計数率を少なくし、測定試料の面積を大きくする必要があることがわかる。
【００３９】
図１の構成を採用すると、試料面積が２倍に増加したということだけでも、１個の半導体検出素子１の場合と比較して、半分の測定下限値で測定できることになる。
【００４０】
さらに、逆同時計数手段５により宇宙線や電気的外乱によるバックグラウンドノイズを低減するので、ＢＧ計数率を少なくし、より高精度の計測を実現できる。
【００４１】
図３は、実施形態１のα線測定装置における信号相互の関係を模式的に示す図である。
【００４２】
２つの半導体検出素子１からは各々計測されたランダムな信号Ｓ１，Ｓ２が出力され、加算手段４で加算され、信号Ｓ３となる。
【００４３】
逆同時計数手段５からは、波高分析手段７のゲートをＯＮ／ＯＦＦするゲート信号Ｇが出力され、Ｓ１とＳ２とが同時に計測されたときのみゲートをＯＦＦする信号となる。
波高分析手段７から出力される信号Ｓ４は、Ｓ１とＳ２とが同時でない信号すなわち逆同時計数されなかった半導体検出素子の加算出力信号のみとなり、バックグラウンドノイズを低減できる。
【００４４】
【実施形態２】
図４は、本発明により複数の半導体検出素子を上下に配置したα線測定装置の実施形態２の系統構成を示すブロック図である。
【００４５】
半導体検出素子１を上下に設置した実施形態２において、測定試料９は、各々の半導体検出素子１に対応して設置してもよいし、上下いずれか片側に設置することもできる。
【００４６】
片側に設置した場合に、測定試料９が設置されていない側の半導体検出素子１は、逆同時計数用としてのみ機能する。
【００４７】
【実施形態３】
図５は、本発明により複数の半導体検出素子を平面に配置し更に上下に配置したα線測定装置の実施形態３の系統構成を示すブロック図である。
【００４８】
本実施形態３においては、図１の加算手段４および逆同時計数手段５の前段に４つの半導体検出素子１の信号を加算する加算手段４を設置することになる。なお、１個の増幅手段３に複数の半導体検出素子１を接続してもよい。
【００４９】
本実施形態３によれば、α線検出手段２の実効面積を更に拡大できる。
【００５０】
【実施形態４】
実施形態３の図５では、上段と下段とで逆同時計数する構成を示している。
【００５１】
本発明は、回路構成を変更すれば、少なくとも１個の半導体検出素子１の出力と残りの半導体検出素子１の出力との間で、逆同時計数も可能であり、逆同時計数する半導体検出素子１の組み合わせは、限定されない。
【００５２】
試料を測定する半導体検出素子１のほかに、逆同時計数のためのみの半導体検出素子１を設置することも可能である。
【００５３】
図６は、本発明によるα線測定装置におけるエネルギー計測範囲設定例とバックグラウンドノイズ低減効果とを示す図である。
【００５４】
図２において説明したように、逆同時計数手段５の外乱信号の検出レベルＡを設定すると、低エネルギーノイズ除去設定レベル未満のノイズは、評価対象から除去される。
【００５５】
データ処理手段８において、エネルギー範囲を指定すると、例えば、所定値未満のエネルギー範囲Ｌに属するカウント，所定範囲Ｍに属するカウント，所定値以上のエネルギー範囲Ｈに属するカウントを得て、画面上に表示できる。
【００５６】
この範囲は、逆同時計数手段５の外乱信号の検出レベルＡの設定とは独立に柔軟に指定可能であり、宇宙線や電気的外乱を除去し、測定試料９から放出されるα線を短時間でより高精度に計測できる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の半導体検出素子の出力信号を加算して測定試料面積を拡大するとともに、バックグラウンドノイズも除去して測定時間を短縮しつつ、α線のエネルギーをより高精度に分析できるα線測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により複数の半導体検出素子を平面に配置したα線測定装置の実施形態１の系統構成を示すブロック図である。
【図２】波高値を識別するためのエネルギーレベルを逆同時計数手段とデータ処理手段とで個別に設定する理由を説明する図である。
【図３】実施形態１のα線測定装置における信号相互の関係を模式的に示す図である。
【図４】本発明により複数の半導体検出素子を上下に配置したα線測定装置の実施形態２の系統構成を示すブロック図である。
【図５】本発明により複数の半導体検出素子を平面に配置し更に上下に配置したα線測定装置の実施形態３の系統構成を示すブロック図である。
【図６】本発明によるα線測定装置におけるエネルギー計測範囲設定例とバックグラウンドノイズ低減効果とを示す図である。
【符号の説明】
１  半導体検出素子
２  α線検出手段
３  増幅手段
４  加算手段
５  逆同時計数手段
６  遅延回路
７  波高分析手段
８  データ処理手段
９  測定試料
【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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