(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を高密度に含むラジエータと中性子との相互作用で発生する反跳陽子が検出素子内で生成する電子−正孔対を、検出素子の空乏層の電界で分離して電流パルスとして取り出し、この電流パルスの電荷量を計測することによって中性子を検出する中性子検出器であって、
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において渦巻き形状を呈する第１、第２の電極と、これら第１，第２の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において互いに嵌め合わされた渦巻き状をなす第１，第２の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第１，第２の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する２組の計測・識別回路と、前記２組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、
を備えていることを特徴とする中性子検出器。
【請求項２】
水素を高密度に含むラジエータと中性子との相互作用で発生する反跳陽子が検出素子内で生成する電子−正孔対を、検出素子の空乏層の電界で分離して電流パルスとして取り出し、この電流パルスの電荷量を計測することによって中性子を検出する中性子検出器であって、
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において櫛の歯形状を呈する第１、第２の電極と、これら第１，第２の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において両側から互いに嵌め合わされた櫛の歯状をなす第１，第２の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第１，第２の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する２組の計測・識別回路と、前記２組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、
を備えていることを特徴とする中性子検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子力発電所等の放射線管理区域内で作業する業務従事者の被曝放射線量を管理するための個人警報線量計や環境の放射線量を監視するための線量計等に使用される中性子検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中性子は、電荷をもたない放射線であって、物質との相互作用が弱く、直接検出することが難しい放射線である。そのため、中性子検出器には、中性子との相互作用の断面積が大きい物質との相互作用で発生する陽子やα線を介して中性子を検出する方式が採用されている。高速中性子及び中速中性子は、水素を高密度で含むポリエチレン等のラジエータからの反跳陽子によって検出され、低速中性子及び熱中性子は、10Ｂや 7Liとの核反応によって放出されるα線によって検出される。反跳陽子やα線の検出手段として一般的に使用されているものには、逆バイアスを印加されたダイオードに形成される空乏層を利用する半導体検出素子がある。
【０００３】
図７は、ラジエータ２を備えた高中速中性子用の中性子検出器の構成を示す概念図であり、図８は、検出素子１の電極形状の一例を示すパターン図である。
この中性子検出器は、逆バイアスが印加されて上面電極（図７では単に電極）11側に空乏層12を形成されている半導体検出素子（以下では検出素子と略称する）１と、その表面に隣接して配置されたポリエチレン等の高密度に水素を含む材料からなるラジエータ２と、電極11に流れる電流パルスを積分・増幅して電流パルスの電荷量に相当する信号を出力するアンプ３と、アンプ３の出力レベルが所定値以上であるか否かを識別して所定値以上である場合に信号を出力する波高値識別回路４と、波高値識別回路４の出力信号を計数する不図示の計数回路と、で構成されている。
【０００４】
検出素子１には、ｐｎ接合型のシリコンダイオードやｐ型シリコン結晶上にアモルファスシリコン層を形成したヘテロ接合型のシリコンダイオード等が一般的に使用されている。図７及び図８に示した検出素子１はヘテロ接合型のシリコンダイオードであって、その上面の外周部を除く全面に、電極11が形成されており、電極11の形成領域がほぼ空乏層形成領域となっている。ｐ+ ｎ接合型のシリコダイオードの場合には、ｐ+ 層の形成領域が図７及び図８の電極11の形成領域に相当し、通常、その一部に電極が形成される。ｎ+ ｐ接合型のシリコダイオードではｎ+ 層が同様の機能をもつ。
【０００５】
ラジエータ２は、中性子がその中を通過する際に、中性子と水素の原子核である陽子との弾性衝突で反跳陽子を生成させるための部材である。そのため、ラジエータ２の材料としては、水素が高密度に含まれる材料、例えばポリエチレン、が採用される。
反跳陽子のもつエネルギーは、弾性衝突後の散乱方向によって異なるが、中性子の質量と陽子の質量が殆ど同じであるから、中性子が入射したのと同じ方向に散乱される場合が最大であって、衝突直前の中性子のエネルギーと同じとなり、散乱方向が入射方向から傾くにしたがって減少して零までの連続分布となる。
【０００６】
反跳陽子は、物質内に入射すると、その物質との相互作用によって電子−正孔対を生成して、そのエネルギーを消耗しながら物質中を移動する。陽子の質量は電子の質量に比べて３桁以上大きいので、反跳陽子はその方向を殆ど変えないで物質中を移動し、反跳陽子が生成する電子−正孔対は、反跳陽子の通過経路の極めて近傍だけに限られて高密度に分布する。
【０００７】
参考までに、陽子のシリコン中の飛程を示すと、エネルギーが１ＭeVの場合には約18μm 、２ＭeVで約48μm 、４ＭeVで約 150μm 、10ＭeVで約 730μm 、15ＭeVで約1500μm である。
なお、陽子の空気中の飛程は、１ＭeVで約20mm、２ＭeVで約70mmであるので、ラジエータ２と検出素子１との距離が１mm程度であれば、空気層での反跳陽子のエネルギー損失は僅かである。
【０００８】
したがって、検出素子１の素材がシリコンである場合には、反跳陽子が検出素子１に垂直に入射するとしても、50μm の厚さの空乏層12が形成されていれば、５ＭeV以下のエネルギーをもつ反跳陽子によって１ＭeV以上に相当する電荷信号を得ることができる。
このような高中速中性子用の中性子検出器は、中性子だけではなくγ線やβ線も混在する環境で使用される。しかも、上記の検出素子は、γ線によるコンプトン効果や電子対生成等による電子や正電子及びβ線によっても電子−正孔対を生成し、反跳陽子による電子−正孔対と同様に、電流パルスを発生する。特に、原子力発電所等では、水中の窒素と中性子との反応によって生成される16Ｎが放射する 6.1ＭeVのγ線が存在し、この高いエネルギーレベルをもつγ線による信号を中性子による信号と識別することが必要である。従来技術においては、 6.1ＭeVのγ線と中性子とを識別するために、波高値識別回路４の識別レベルを、例えば１ＭeV相当に設定している。この識別レベルは、検出素子１によって 6.1ＭeVのγ線を計測した結果に基づいて、検出素子１に 6.1ＭeVのγ線を検出させないために決定されたものである。
【０００９】
このように、従来の高中速中性子用の中性子検出器においては、波高値識別回路４の識別レベルが、例えば１ＭeV相当という高いエネルギーレベルに設定されているために、その識別レベル以下のエネルギーの中性子を検出することができず、且つ識別レベル以上のエネルギーの中性子の検出感度をも低くしている。
一方、10Ｂや 7Liとの核反応によって放出されるα線によって中性子を検出する方式の中性子検出器は、通常、熱中性子検出器といわれているものである。中性子と10Ｂ等との相互作用の断面積は、熱中性子の場合に最大であって、それよりエネルギーが大きくなるにしたがって、逓減していく。したがって、熱中性子検出器の中性子検出感度は、熱中性子に対する場合が最大であって、エネルギーが大きくなるほど逓減する。
【００１０】
一般に、中性子の検出には、ラジエータ２を用いる方式の高中速中性子用の中性子検出器と熱中性子検出器とが併用されるが、上記のように、高中速中性子用の中性子検出器の感度が１ＭeV以下で零になると、この組合せによる中性子検出では、１ＭeV近傍の中性子の検出感度が他のエネルギー領域に比べて大幅に低くなり、低いエネルギーの中性子が多い場合には、中性子による被曝線量を過少評価してしまうという問題点をもっている。
【００１１】
これらの中性子検出器に使用される検出素子の素材であるシリコンは大きな圧電効果を示す材料であるため、中性子検出器に衝撃が加えられて、その衝撃に伴って検出素子が振動して変形すると、その変形が検出素子の静電容量を変化させ、結果として、アンプ３からその変形に対応した波形のノイズが出力される。このノイズが波高値識別回路４の識別レベル未満であれば問題にはならないが、識別レベル以上に達すると計数回路で計数されて誤計数の原因となる。このような誤計数を避けるために、検出素子は剛性の高い基板やセラミックパッケージ等に貼り付けられて使用される。
【００１２】
一方、原子力発電所等の放射線管理区域内で作業する業務従事者の被爆放射線量を管理するための個人警報線量計に対しては、携帯性を良くするために、小型・軽量・薄型化の要求が強い。そのため、個人警報線量計の場合には、検出素子が上述のような剛性の高い基板やセラミックパッケージ等に貼り付けられて使用されるという状況を確保することが困難になってきており、中性子検出器の従来の形状・寸法の検出素子では、個人警報線量計が衝撃を受けると、次の段落で説明するように、数カウントの誤計数を生じる場合がある。熱中性子検出器の場合には、熱中性子と10Ｂ等との相互作用の断面積が大きいので、熱中性子の検出感度が高く、警報レベル等の管理レベルに相当する計数値が十分におおきくなるので、この程度の誤計数は殆ど問題にならない。しかし、高中速中性子用の中性子検出器の場合には、高中速中性子と水素の原子核との相互作用の断面積が、熱中性子と10Ｂ等との相互作用の断面積に比べてはるかに小さく、同じ大きさの検出素子の場合で比較すると、その検出感度が熱中性子検出器の約１／100 であり、上記のような数カウントの誤計数でも、その影響が大きく、必要な測定精度を確保できなくなる。
【００１３】
図11は、小型・軽量・薄型化対応した個人警報線量計に衝撃を加えた際に、高中速中性子用の中性子検出器のアンプが出力した出力波形を示す記録チャートである。記録チャートの横軸は、衝撃を与えてからの経過時間で、（ａ）は１目盛り 200μｓであり、（ｂ）は１目盛り１ｍｓである。縦軸はアンプ出力であって、点線は波高値識別回路の識別レベルに相当する。個人警報線量計への衝撃の加え方は、スチール机上に個人警報線量計を寝かせて置き、高中速中性子用の中性子検出器を収納している位置の外面に、重さ約 1.8ｇの鉄片を10cmの高さから落下させる、という方法である。この方法は、スチール机上に立てておいた個人警報線量計を倒した場合にほぼ相当する。
【００１４】
このチャートや他の同様のチャートから判断すると、アンプ出力波形は５ｋHz〜10ｋHzの振動に高次の振動が重畳された減衰振動であって、５〜10ｍｓでほぼ衝撃の影響は消滅している。しかし、（ａ）から分かるように、波高値識別回路の識別レベルを越えた部分が数回は発生しており、これが誤計数となるのであるから、高中速中性子用の中性子検出器としては大きな問題である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、上記のような中性子の被曝線量の過少評価を解消するために、より低いエネルギーの中性子まで検出することができ、且つ、机の上で倒す程度の衝撃によっては誤計数することがなくて安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、中性子による反跳陽子が電子−正孔対を生成する状況と、γ線による散乱電子または生成電子が電子−正孔対を生成する状況及び衝撃によってノイズが発生する状況と、の違いを利用して、γ線による電流パルス信号及び衝撃によるノイズを識別することに基づいている。
【００１７】
中性子による反跳陽子が電子−正孔対を生成する状況は、「従来の技術」の項で説明したように、ほぼ直進する反跳陽子の通過経路の極めて近傍だけに限られ、その部分に高密度の電子−正孔対が生成される。しかも、その飛程は、エネルギーが１ＭeVの場合には約18μm 、２ＭeVで約48μm 、４ＭeVで約 150μm 、10ＭeVで約 730μm 、15ＭeVで約1500μm と短い。したがって、検出素子が反跳陽子による電子−正孔対を検出する領域は反跳陽子入射位置の近傍に限られる。
【００１８】
一方、γ線による電子−正孔対の生成状況は、コンプトン効果や電子対生成等による電子等によるために、同じ質量をもつ電子同士の相互作用となり、広い領域に広がった分布状態となる。
図９及び図10は、このような状況をモデル化して示したものである。
中性子によってラジエータ２から弾き出された反跳陽子は、当初の方向を保って検出素子１の電極11、空乏層12内を直進し、そのエネルギーに相当する飛程だけ移動し、その移動経路の直近に高密度の電子−正孔対を生成する。
【００１９】
一方、γ線により散乱または生成された電子等による電子−正孔対の生成領域は、モデル的に示すと、電子等が生成された位置を起点として、電子等が最初に飛び出した方向を直径方向とし、且つ電子等の初期エネルギーに相当する飛程を直径とする球状となる。図９及び図10では、γ線の入射方向と同じ方向に電子等が飛び出した場合を示しており、これは、コンプトン効果の場合には最も大きなエネルギーの電子が散乱される場合に相当する。小さな円で示したのは、γ線のエネルギーが小さい（ 100ＫeV台）場合であり、大きな円で示したのは、γ線のエネルギーが大きい（５ＭeV前後）場合である。
【００２０】
図９のようにγ線が検出素子１の電極11に垂直近くに入射する場合には、電子−正孔対の生成領域が検出素子１の空乏層12の全域にわたることはないが、図10のようにγ線が検出素子１の電極11に傾いて入射する場合には、電子−正孔対の生成領域が検出素子１の空乏層12の全域にわたることがあり、このような場合には、空乏層12内で生成された電子−正孔対の数が最大となり、従来技術の項で説明したように、16Ｎが発生する 6.1ＭeVのγ線によって、検出素子１が最大値で１ＭeV相当の電流パルスを検出することになる。
【００２１】
以上の説明は、ヘテロ接合型のシリコンダイオードの場合であるが、ｐｎ接合型のシリコンダイオードの場合も全く同様である。
参考までに、電子のシリコン中の飛程を示すと、電子のエネルギーが50ＫeVの場合には約13μm 、 100ＫeVでは約54μm 、 200ＫeVでは約 190μm 、 500ＫeVでは約 770μm 、１ＭeVでは約 1.7mm、２ＭeVでは約 4.0mm、５ＭeVでは約11mm、16Ｎが発生する 6.1ＭeVのγ線による最大エネルギーの電子（ 5.9ＭeV）では約13mmである。
【００２２】
また、個人警報線量計に加えられた衝撃によって発生する図11に示したようなノイズは、「従来の技術」の項で説明したように、個人警報線量計に加えられた衝撃に伴う検出素子１の変形・振動による検出素子１の静電容量の変化によるものと考えられる。したがって、このノイズの発生も反跳陽子による電子−正孔対の生成領域のように検出素子の局部に限られるものではなく、検出素子の有感部全面にわたるものであろう。
【００２３】
この発明は、16Ｎが発生する 6.1ＭeVのγ線のようなエネルギーの大きいγ線による電子−正孔対の分布が検出素子１の空乏層12の広い領域に広がっていること、及び、衝撃に伴うノイズの発生が検出素子の有感部全面にわたるものであること、を利用して、広い領域から検出される信号と、反跳陽子による電子−正孔対のような狭い領域に限定されて発生する信号と、を区別することによって、反跳陽子による信号だけを計数するようにしたものである。
【００２４】
請求項１の発明は、水素を高密度に含むラジエータと中性子との相互作用で発生する反跳陽子が検出素子内で生成する電子−正孔対を、検出素子の空乏層の電界で分離して電流パルスとして取り出し、この電流パルスの電荷量を計測することによって中性子を検出する中性子検出器であって、
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において渦巻き形状を呈する第１、第２の電極と、これら第１，第２の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において互いに嵌め合わされた渦巻き状をなす第１，第２の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第１，第２の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する２組の計測・識別回路と、前記２組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、を備えている。
【００２５】
検出素子の空乏層を互いに嵌め合わされた形状をなす第１，第２の空乏層に分割してそれぞれで電流パルスを検出し、両空乏層で同時に所定値以上の電荷量の電流パルスを検出した場合には、その信号を中性子の検出信号とはしないので、電子−正孔対が広い領域にわたって生成されるγ線の電流パルスの計数及び衝撃に伴うノイズの計数が排除され、波高値識別レベルを従来の１／２以下までに低減してもγ線による電流パルスを計数することがなくなって、エネルギーレベルのより低い中性子の検出が可能となり、且つ衝撃に伴う誤計数が少なくなる。
【００２６】
特に、請求項１の発明においては、第１，第２の空乏層の前記平面形状を、互いに嵌め合わされた渦巻き状としている。互いに嵌め合わされた渦巻き状とすると、どの方向から入射するγ線に対してもその形状がほぼ同等となるので、方向特性の優れた検出素子を得ることができ、且つ、２つの空乏層が嵌め合わされることによって、衝撃に伴う高次の振動に対しても２つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、高次の振動を含むノイズも排除することができる。
【００２７】
請求項２の発明は、水素を高密度に含むラジエータと中性子との相互作用で発生する反跳陽子が検出素子内で生成する電子−正孔対を、検出素子の空乏層の電界で分離して電流パルスとして取り出し、この電流パルスの電荷量を計測することによって中性子を検出する中性子検出器であって、
互いに嵌め合わされるように検出素子上に設けられた反跳陽子入射面側からみた平面形状において櫛の歯形状を呈する第１、第２の電極と、これら第１，第２の電極に対応して、前記空乏層が反跳陽子入射面側からみた平面形状において両側から互いに嵌め合わされた櫛の歯状をなす第１，第２の空乏層に分割されている検出素子と、前記検出素子の第１，第２の空乏層のそれぞれに接続され、それぞれの電流パルスの電荷量を計測してその電荷量が所定値以上である場合に信号を出力する２組の計測・識別回路と、前記２組の計測・識別回路の両方から同時に信号が入力された場合には中性子検出信号を出力せず、いずれか一方の回路だけから信号が入力された場合に中性子検出信号を出力する演算回路と、を備えている。
この請求項２の発明のように、第１，第２の空乏層の前記平面形状を、両側から嵌め合わされた櫛の歯状にすると、入射方向に対する形状の違いはあるが、パターンの細密化が容易であり、且つ、このパターンの電極をマスク蒸着等のマスクを使用する方法で形成する場合には、そのためのマスクの製作も容易である。なお、入射方向に対する形状の違いによる方向特性は、パターンの細密化によって改善できる。更に、請求項１の発明と同様に、２つの空乏層が嵌め合わされることによって、衝撃に伴う高次の振動に対しても２つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、高次の振動を含むノイズも排除することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
この発明による中性子検出器は、図１に示すように、中性子によって反跳陽子を生成させるラジエータ２と、反跳陽子を検出するための、２つの対等な電極（第１の電極13及び第２の電極14）をもつヘテロ接合型の検出素子1aと、電極毎に接続されたアンプ３及び波高値識別回路４と、２つの波高値識別回路４の信号が入力されるアンチコインシデンス演算回路５と、不図示の計数回路と、で構成されている。
【００２９】
２つの対等な電極13及14は、図１では単純に左右に分けて示してあるが、実際には、図２〜図６に示すように、両電極が互いに嵌め合わされていて、はるかに複雑な形状をしている。これは、γ線によって検出素子1a内に生成される電子−正孔対を、両電極ができるだけ等分してパルス電流として取り出せるようにするためであり、且つ、衝撃に伴う振動による変形、特に高次の振動を含む振動による変形が、両電極でそれほど違わないようにするためである。この２つの電極13及び14に対応して、それぞれに第１の空乏層15及び第２の空乏層16が形成されており、この空乏層15及び16の高い電界強度によって、空乏層内の電子−正孔対が、電子及び正孔に分離されて、それぞれの対応する電極13または14から電流パルスとして取り出される。
【００３０】
電極13または14から取り出されたそれぞれの電流パルスは、アンプ３によって積分・増幅されて、その電流パルスの電荷量に相当する波高値のパルス信号に変換される。このパルス信号が、波高値識別回路４に入力されて所定の波高値以上か否かを識別され、所定の波高値以上であれば、波高値識別回路４は計数信号をアンチコインシデンス演算回路５に出力する。アンチコインシデンス演算回路５は、２つの入力部の両方に同時に計数信号を入力された場合には、計数回路へ計数信号を出力せず、２つの入力部のいずれかだけに計数信号を入力された場合に限って、計数信号を出力する。このアンチコインシデンス演算回路５の機能は、検出素子1aの広い領域に広がって電極13及び14の両方に同時に取り出される電流パルスは、γ線による電子−正孔対に由来するもの、または衝撃による検出素子1aの変形に伴うもの、であるから計数対象とはせず、狭い領域に限られて電極13及び14のいずれかだけに取り出される電流パルスが中性子による電子−正孔対に由来するものであるから計数対象とする、ということに相当する。
【００３１】
ここで、まず、γ線の影響の低減効果について説明する。
上記のような構成にすることによって、従来技術においては約１ＭeVにも達していた16Ｎのγ線（ 6.1ＭeV）による最大波高値を、その数分の１に低減することができる。すなわち、電極が２分割されることによって、それぞれの電極に取り出される電流パルスの電荷量が約１／２となり、更に、電子−正孔対が広い領域に広がる場合、すなわち散乱電子または生成電子のエネルギーが大きい場合、には、互いに対等な２つの電極が取り出す電流パルスはほぼ等しくなるので、その計数信号はアンチコインシデンス演算回路５によって計数対象から排除され、波高値識別回路４の所定波高値を大幅に低減しないかぎりγ線による計数信号を計数することはなくなる。
【００３２】
ここで、第１の電極13及び第２の電極14の電極幅が共に 0.1mmで、第１の電極13及び第２の電極14が交互に配置されて両電極の間隔も 0.1mmである場合を想定して、波高値識別回路４の所定波高値をどこまで低減できるかを推定する。
電子の飛程が 0.3mm（エネルギーとしては 300ＫeV弱）を越えていれば、必ず電極13の空乏層15及び電極14の空乏層16の両方に電子−正孔対の発生領域が及ぶことになり、両電極13及び14で電流パルスが取り出される。但し、 0.3mmをやっと越える程度では、発生領域が両電極に対等には分布しないから、散乱電子等の散乱位置や散乱方向等によって両電極に取り出される電流値にかなりの差を生ずる可能性がある。電子の飛程が 0.8mm（エネルギーとしては約 500ＫeV）以上であれば、電子−正孔対の発生領域が両電極13及び14にかなり対等に及んでくるので、アンチコインシデンス演算回路５が有効に機能してくるであろう。したがって、電極幅及び電極間隔が共に 0.1mmの場合であれば、16Ｎが発生する 6.1ＭeVのγ線による電子−正孔対の分布は十分に均等であり、アンチコインシデンス演算回路５が有効に機能すると考えることができる。
【００３３】
一方、16Ｎが発生する 6.1ＭeVのγ線による電子−正孔対の内で、従来の電極に取り出されていたものは、電極部と間隔部とでほぼ等分され、更に、両電極に２分割されるので、電極13及び14に取り出されるそれぞれの電荷量の最大値は、１ＭeV／（２×２）＝ 250ＫeVに相当し、しかも、これらの大部分はアンチコインシデンス演算回路５で排除される。したがって、波高値識別回路の所定波高値を 250ＫeV未満に設定することができる。
【００３４】
当然のことながら、電極幅及び電極間隔を狭くすれば、アンチコインシデンス演算回路５がより効果的に機能するので、この所定波高値をより低く設定することができる。
なお、電極面積が小さくなると中性子検出面積が低減する。中性子検出面積を低減させないためには、電極幅に対する電極間隔の比を小さくすることが有効である。しかし、この場合には、電極部と間隔部との面積比に応じて、電極13及び14に取り出されるそれぞれの電荷量の最大値が、250 ＫeVより大きくなる。例えば、電極の面積比率を大きくするために、両電極幅を 0.2mm、電極間距離を 0.1mmとした場合の所定波高値を推定すると、上記と同様にして、１ＭeV×（２／３）×（１／２）≒ 333ＫeV未満となる。
【００３５】
中性子検出感度は、中性子検出面積と所定波高値とで決まる。所定波高値が低くなると、これまでには検出できなかったエネルギーの低い反跳陽子も検出できるようになるので、中性子の検出確率が高くなる。したがって、中性子検出感度は、面積の低減分ほどには低減せず、高エネルギー領域では低減しても、１ＭeVに近い低エネルギー領域では逆に増加する。
【００３６】
以上においては、電極形状で空乏層の平面形状が決まるヘテロ接合型ダイオードの場合を説明してきたが、電極の形状をｐ+ 層またはｎ+ 層の形状に置き換えれば、ｐｎ接合型ダイオードの場合となる。
以上においては、γ線の影響の低減効果について説明したが、衝撃に伴うノイズの影響を低減する効果も、γ線の場合とほぼ同様である。すなわち、中性子検出器が衝撃を受けた場合には、検出素子1aを搭載している不図示の基板やセラミックパッケージが振動し、その振動に伴う変形によって検出素子1aが変形する。この変形は、「従来の技術」の項で説明したように、５〜10ｋHz程度の振動に更に高次の振動が重畳されたものと推定され、検出素子全体がその振動に伴って変形しているものと考えられる。したがって、上記のような２つの対等な電極（第１の電極13及び第２の電極14）とすることによって、衝撃による検出素子の変形を両電極13及び14で同等に受けさせれば、この変形によるアンプ出力が波高値識別回路４の所定波高値を越えても、これらの大部分はアンチコインシデンス演算回路５で排除される。
【００３７】
以下に、検出素子（ヘテロ接合型）の電極形状の実施例を説明する。
〔電極形状の第１の実施例〕
図２は、この発明による中性子検出器に使用される検出素子の電極形状の第１の実施例を示すパターン図である。
この実施例は、全く同じ形状の渦巻き状のパターンが２つ組み合わされており、検出素子1aの中央を中心として第１の電極13を180 度回転すると第２の電極14となる。
【００３８】
この電極形状の特徴は、上下左右のどの方向からみてもほぼ同じ形状をしているので、電極幅を広くしても方向特性がそれほど悪くならないことである。
〔電極形状の第２の実施例〕
図３は、電極形状の第２の実施例を示すパターン図である。
この実施例は、全く同じ形状の渦巻き状のパターンが４つ組み合わされており、検出素子1bの中央を中心として第１の電極13b を反時計方向に90度ずつ回転すると、第２の電極14b 、第３の電極17、第４の電極18となる。これらの電極は、アンプ３への接続の際に、第１の電極13b 及び第３の電極17と、第２の電極14b 及び第４の電極18とが、それぞれ同じアンプ３に接続され、第１の電極13b 及び第３の電極17が図１における第１の電極13に相当し、第２の電極14b 及び第４の電極18が図１における第２の電極14に相当する。
【００３９】
この電極形状の特徴は、方向特性が第１の実施例より更に優れていること、及び、個々の渦巻きの長さが第１の実施例の１／２になるので、金属マスクを用いた蒸着やスパッタリングで電極を形成する場合の、金属マスクの製作及びその使用が容易になること、である。
〔第３の実施例〕
図４は、電極形状の第３の実施例を示すパターン図である。
【００４０】
この実施例は、第１の実施例における渦巻きを直線状のパターンの組合せに置き換えたものである。このパターンの特徴は、パターンを容易に形成できること、及び検出素子1cの面積を有効に活用できること、である。この実施例は、渦巻き状のパターンに比べて方向特性がやや悪くなるが、電極幅を幾らか狭めることによって十分に改善することができる。
【００４１】
図２、図３及び図４においては、電極幅と電極間距離とが同じに示されているが、前述したように、高エネルギー側の中性子検出感度を低下させないためには、可能な限り電極間距離を狭くすることが望ましい。
〔第４の実施例〕
図５は、電極形状の第４の実施例を示すパターン図である。
【００４２】
この実施例は、櫛の歯状のパターンを２つ組み合わせたものであり、検出素子1dの中央を中心として第１の電極13d を180 度回転すると第２の電極14d となる。
この実施例は、渦巻き状のパターンと異なり、方向によってパターンの横切り方が大きく異なるので、方向特性が渦巻き状のパターンに比べて悪くなる。しかし、所定波高値に相当する電子の飛程に対応させて電極幅及び電極間距離を狭めれば、電子−正孔対の生成領域の広がりによって、方向特性を改善することができる。
【００４３】
この実施例の特徴は、金属マスクを用いた蒸着やスパッタリングで電極を形成する場合の、金属マスクの製作及びその使用が容易なことである。その理由は、パターンが直線状であること、及び櫛の歯の両端に第１電極13d 及び第２電極14d の間のキャップを有しているので、この部分がマスクの細かいパターンの部分を両側で支えること、である。
【００４４】
〔第５の実施例〕
図６は、電極形状の第５の実施例を示すパターン図である。
この実施例は、実効的には、第４の実施例を左右２つの領域に分けて形成したものに相当し、中央から両側に形成された櫛の歯をもつ第２の電極14e と、この右半分に嵌め合わされた第１の電極13e と、第２の電極14e の左半分に嵌め合わされた第３の電極17e と、で構成されている。この実施例では、マスクの細かいパターンの部分を支える部分が３ヵ所になっており、金属マスクの製作及びその使用がより容易になる。なお、第１の電極13e と第３の電極17e とが同じアンプへ接続されて、図１における電極13と同等となる。
【００４５】
このような領域の分割は、電極間隔を狭くする場合に有効であって、必要に応じて、領域の分割を更に細かくして、マスクの細かいパターンの部分を支えるための保持部を多くすればよい。この場合には、アンプとの接続時に、これらの分割された電極を、図１における対等な２つの電極となるように接続することになる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明においては、検出素子の空乏層を反跳陽子入射面側からみた平面形状において互いに嵌め合わされた形状（渦巻き状、もしくは、櫛の歯状）をなす第１，第２の空乏層に分割してそれぞれで電流パルスを検出し、両空乏層で同時に所定値以上の電荷量の電流パルスを検出した場合には、その信号を中性子の検出信号とはしないので、電子−正孔対が広い領域にわたって生成されるγ線の電流パルスの計数及び衝撃に伴うノイズの計数が排除され、波高値識別レベルを従来の１／２以下までに低減してもγ線による電流パルスを計数することがなくなって、エネルギーレベルのより低い中性子の検出が可能となり、且つ衝撃に伴う誤計数が少なくなる。したがって、この発明によれば、より低いエネルギーの中性子まで検出することができ、且つ、机の上で倒す程度の衝撃によっては誤計数することがなくて安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することができ、この高中速中性子用の中性子検出器と熱中性子検出器とを併用することによって、より優れたエネルギー特性をもつ中性子検出器を提供することができる。
【００４７】
とくに、請求項１の発明においては、第１，第２の空乏層の反跳陽子入射面側からみた平面形状を、互いに嵌め合わされた渦巻き状とするので、どの方向から入射するγ線に対してもその形状がほぼ同等となり、方向特性の優れた検出素子を得ることができ、且つ、２つの空乏層が嵌め合わされることによって、衝撃に伴う高次の振動に対しても２つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、高次の振動を含むノイズも排除することができて、より安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することができる。
【００４８】
また、請求項２の発明においては、第１，第２の空乏層の反跳陽子入射面側からみた平面形状を、両側から嵌め合わされた櫛の歯状としているので、入射方向に対する形状の違いはあるが、パターンの細密化が容易であり、且つ、このパターンの電極をマスク蒸着等のマスクを使用する方法で形成する場合には、そのためのマスクの製作も容易である。なお、入射方向に対する形状の違いによる方向特性は、パターンの細密化によって改善できる。更に、請求項１の発明と同様に、２つの空乏層が嵌め合わされることによって、高次の振動に対しても２つの空乏層が同等な変形を受けるようになり、衝撃に伴う高次の振動を含むノイズも排除することができて、より安定した測定精度をもつ高中速中性子用の中性子検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による中性子検出器の構成を示す概念図
【図２】この発明による中性子検出器に使用される検出素子の電極形状の第１の実施例を示すパターン図
【図３】第２の実施例を示すパターン図
【図４】第３の実施例を示すパターン図
【図５】第４の実施例を示すパターン図
【図６】第５の実施例を示すパターン図
【図７】従来技術による中性子検出器の構成を示す概念図
【図８】従来技術による検出素子の電極形状の一例を示すパターン図
【図９】検出素子による中性子及びγ線の検出を説明するための概念図
【図１０】従来技術による検出素子の問題点を説明するための概念図
【図１１】従来技術による中性子検出器の問題点を説明するための個人警報線量計の衝撃試験結果を示すアンプ出力チャート
【符号の説明】
１, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e  検出素子
11  電極
12  空乏層
13, 13b, 13c, 13d, 13e  第１の電極
14, 14b, 14c, 14d, 14e  第２の電極
15  第１の空乏層
16  第２の空乏層
17, 17e 第３の電極
18  第４の電極
２  ラジエータ
３  アンプ
４  波高値識別回路
５  アンチコインシデンス演算回路
【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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