(57)【要約】【課題】  単結晶基盤上に製作された超伝導トンネル接合素子により放射線吸収により基盤で発生したフォノンを検出する放射線検出器において、ガンマ線またはＸ線または電子線と、粒子線との弁別を可能とした放射線検出器を提供する。【解決手段】  単結晶基盤上に製作された超伝導トンネル接合素子により放射線吸収により基盤で発生したフォノンを検出する放射線検出器において、超伝導トンネル接合素子の電荷パルス信号の立ち上がり時間がガンマ線またはＸ線または電子線と、粒子線との間において異なることを利用して信号弁別を行うことにより、放射線種弁別を可能とした放射線検出器を実現する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基盤上に製作された超伝導トンネル接合素子による放射線吸収により基盤で発生したフォノンを検出する放射線検出器において、ガンマ線またはＸ線または電子線と、粒子線とを電荷パルス信号の立ち上がり時間が異なることを利用して弁別することを特徴とした放射線検出器。
【請求項２】
上記請求項１において、単結晶基盤の構成元素にボロン10（10B）あるいはリチウム６(6Li)を含むことを特徴とした中性子検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶基盤上に製作された超伝導トンネル接合素子により放射線吸収により基盤で発生したフォノンを検出する放射線検出器において、ガンマ線またはＸ線または電子線と、粒子線（アルファ線、中性子など）との線種弁別機能を持った放射線検出器に関するものである。
【０００２】
特に、本発明は、超伝導トンネル接合素子の電荷パルス信号の立ち上がり時間が放射線種により異なることを利用することを特徴としている。また、ボロン10（10B）やリチウム６（6Li）などの中性子捕獲断面積の大きな元素を含む単結晶基盤を用いて検出器を構成した場合、中性子検出が可能となり、バックグランドとなるガンマ線、Ｘ線、電子線との弁別が可能となる。このため、各放射線種が混在するような放射線場においても中性子対バックグランド比に優れた中性子検出が可能となり、中性子ビームを用いた実験や分析などの検出器として用いることができる。
【背景技術】
【０００３】
従来より、半導体検出器あるいはシンチレーション検出器においては、放射線の線種によりパルス信号の立ち上がり時間が異なることを利用して、放射線の弁別を行う放射線検出器あるいは中性子検出器が開発され使用されてきた（例えば、非特許文献１参照 ）。また、図４に示すようにＧeなどの半導体検出素子上にフォノンセンサを形成した放射線検出器においては、Ｇｅ半導体素子による電離信号とフォノンセンサからのフォノン信号の相関をとることで、中性子とガンマ線の弁別が行われている(例えば、非特許文献２参照)。
【０００４】
しかし、放射線吸収により単結晶基盤で発生したフォノンを、単結晶上に製作した超伝導トンネル接合素子により検出し、放射線あるいは中性子を検出する検出器においては、放射線種によりその信号の立ち上がり時間特性が異なることが知られていなかったため、立ち上がり時間の差を利用して放射線種弁別を行った例はない。
【非特許文献１】Knoll著、放射線計測ハンドブック第３版、日刊工業新聞社
【非特許文献２】Nuclear Instruments and Method In Physics Research A,326(1993)166-171
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
単結晶基盤で発生したフォノンを超伝導トンネル接合素子で検出する放射線検出器おいて、従来技術では放射線のエネルギー情報を必要とし、また複数のセンサーからの信号相関を取る必要があるため検出器の構造、信号処理回路等が複雑になるという問題があった。この欠点を改善し、入射する放射線のエネルギーに関係なく、ガンマ線またはＸ線または電子線と、粒子線とを明確に分離することが解決すべき課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
単結晶基盤上に製作された超伝導トンネル接合素子による放射線吸収により基盤で発生したフォノンを検出する放射線検出器において、超伝導トンネル接合型素子の電荷パルス信号の立ち上がり時間が、Ｘ線またはガンマ線または電子線吸収による場合と、粒子線吸収による場合とにおいて異なることを利用して放射線種弁別を可能とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の検出器により、入射する放射線のエネルギーに関係なく、ガンマ線またはＸ線または電子線と、粒子線とを明確に分離することができる。
【実施例】
【０００８】
（実施例１）
実施例１として、本発明による検出器について、図１、図２を参照して述べる。本実施例では図１に示すような単結晶上に超伝導（Ｓ）／絶縁体（Ｉ）／超伝導（Ｓ）構造（ＳＩＳ構造）のＮｂ／Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ／Ｎｂ構造を用いた超伝導トンネル接合素子を形成し、放射線吸収により基盤で発生したフォノンを検出する放射線検出器を製作する。実施例では単結晶体としてはＬＢＯ（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）を用いた。超伝導トンネル接合素子からの信号は電荷アンプにより増幅して読み出す。図２は、Ｘ線(55Fe線源、エネルギー  5.9 keV)、ガンマ線(60Co線源、1.17MeV、1.33MeV、電子線と等価)及び熱中性子 (241Am/Li線源、α粒子と7Ｌｉとに対応)を入射した場合における超伝導トンネル素子からの電荷パルス信号の立ち上がり時間分布が示している。この実験結果より、Ｘ線またはガンマ線（電子線）と、α粒子と7Ｌｉ（中性子との核反応により発生）とにおいて電荷パルス信号の立ち上がり時間が異なることがわかる。
【０００９】
この電荷パルス信号を電荷アンプの後に接続されたライズタイム・パルス波高変換回路により立ち上がり時間をパルス波高値に変換し、その後に設けられた波高弁別器により、図２の立ち上がり時間分布情報に基づいて放射線線種毎のパルス波高を選別する。選別した信号は、Ｘ線またはガンマ線用と粒子用の２つの計数回路により計数される。このように、超伝導トンネル接合素子の電荷パルス信号の立ち上がり時間を利用することで、ガンマ線またはＸ線または電子線と、粒子線との線種弁別を可能とする放射線検出器を構成できる。
【００１０】
（実施例２）
実施例２として、本発明による検出器について、図３を参照して述べる。本実施例では、単結晶基盤として10Ｂを９６％まで濃縮したＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5あるいはＬｉ2Ｂ4Ｏ7）単結晶を用い、その上に超伝導（Ｓ）／絶縁体（Ｉ）／超伝導（Ｓ）構造（ＳＩＳ構造）のＮｂ／Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ／Ｎｂ構造を用いた超伝導トンネル接合素子を製作し検出器とする。10Ｂを９６％まで濃縮することにより自然のＬＢＯ単結晶（10Ｂ含有率２０％）の約５倍の中性子捕獲率を持つ検出器を構成することができる。ＬＢＯ単結晶基盤に入射した中性子はＬＢＯ単結晶中の10Ｂと核反応し、α粒子と6Ｌｉを生成する。このため、実施例１で述べたように、Ｘ線またはガンマ線（電子線）または中性子（α粒子及び7Ｌｉに対応）とにおいて立ち上がり時間が異なる。
【００１１】
実施例１と同様に、この電荷バルス信号を電荷アンプの後に接続されたライズタイム・パルス波高変換回路により立ち上がり時間をパルス波高値に変換し、その後に設けられた波高弁別器により、図２の立ち上がり時間分布情報に基づいて放射線線種毎のパルス波高を選別する。選別した信号は、Ｘ線またはガンマ線用と、中性子用の２つの計数回路により計数される。このように、超伝導トンネル接合素子の電荷パルス信号の立ち上がり時間を利用することで、ガンマ線またはＸ線または電子線と、中性子との線種弁別を可能とする中性子検出器を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】単結晶上に超伝導（Ｓ）／絶縁体（Ｉ）／超伝導（Ｓ）構造（ＳＩＳ構造）のＮｂ／Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ／Ｎｂ構造を用いた超伝導トンネル接合素子を形成し、放射線吸収により基盤で発生したフォノンを検出する放射線検出器の構造を示す図である。
【図２】Ｘ線(55Fe線源、エネルギー  5.9 keV)、ガンマ線(60Co線源、1.17MeV、1.33MeV、電子線と等価)及び熱中性子 (241Am/Li線源、α粒子と7Ｌｉ粒子に対応)を入射入射した場合の、超伝導トンネル素子の電荷バルス信号の立ち上がり時間分布の測定結果を示す図である。
【図３】単結晶基盤として10Ｂを９６％濃縮した単結晶体ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5あるいはＬｉ2Ｂ4Ｏ7）を用い、その上に超伝導（Ｓ）／絶縁体（Ｉ）／超伝導（Ｓ）構造（ＳＩＳ構造）のＮｂ／Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ／Ｎｂ構造を用いた超伝導トンネル接合素子を製作した中性子検出器の構造を示す図である。
【図４】従来のＧe半導体検出素子上にフォノンセンサを形成し電荷とフォノンの相関を取ることにより線種弁別を行っている放射線検出器の構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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