半導体検出器と計測システム

片桐 政樹

電気学会原子力研究会資料(NE-01-23), p.9 - 14, 2001/10

新しい素材という観点からは、バンドキャップエネルギーが最も大きいダイヤモンド検出器及び逆にバンドキャップエネルギーが最も小さなInSbを取り上げる。ダイヤモンド検出器はその大きなバンドギャップエネルギーから想像できるように、高温での使用が見込まれる放射線検出器と成りうる。一方、InSbについてはバンドギャップエネルギーが小さく、電子・ホールの電離エネルギーが非常に小さくなることが予想されるため、大きな信号出力が得られることからX線スペクトロスコピーに不可欠なエネルギー分解能の改善が見込まれる。また、小型のスターリング冷却器を用いた冷却方式について計測システムとしての現状を報告する。特に、携帯線計測システムとして、電源を入れると短時間に冷却が完了し線スペクトル分析を開始する機能を持ち、かつ取り扱い操作が簡単なポータブル電気冷却式Ge線スペクトルモニタの実用化について述べる。

深海放射能測定用Ge線検出器システムの開発

山本 忠利; 清水 徳; 小澤 皓雄; 美留町 厚; 千崎 年彦; 片桐 政樹

JAERI-Research 99-032, 59 Pages, 1999/04

JAERI-Research-99-032.pdf:6.47MB

深海海底に存在する人工放射性物質から放出される放射線を計測することを目的として、深海放射能測定システムとして従来のNaI検出器と同様に使用できるように耐圧容器に収納した型の小型電気冷却式Ge検出器を製作した。そして水中における冷却試験及びエネルギー分解能測定試験を行い、Ge検出器を液体窒素温度まで約5.8時間で冷却でき、Co1.33MeVのピークに対して2.66keVのエネルギー分解能を有することが確認できた。さらに、海洋科学技術センター所有の無人探査機ドルフィン3Kへの接続を行った後の海水中における放射能測定試験を行い、海底における天然放射性物質からの放射線を計測できることを確認した。

体内放射能計測技術高度化研究(III)

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PNC TJ1603 98-002, 85 Pages, 1998/03

PNC-TJ1603-98-002.pdf:4.97MB

動力炉・核燃料開発事業団東海事業所放射線保健室には、高純度ゲルマニウム半導体検出器(HPGe検出器)による肺モニタが2台、低エネルギー用の高純度ゲルマニウム半導体検出器(LEGe検出器)が4台設置されており、ヒューマンカウンターとして使用されている。これらの検出器は分解能が極めて高く、内部被曝事故の発生時において迅速に摂取された核種を特定することが可能である。対外計測法による内部被曝線量評価には検出効率の情報が不可欠である。検出効率の校正は水ボックスファントムを使用して行うが、個人の体格差による補正は行われていない。しかし、広範囲の内部被曝事故に備える原子力防災対策の観点から、成人男性の標準体型との違いが大きい子供、女性、外国人に対して内部被曝線量の適切な評価が可能な測定方法が望まれてきた。さらに、水ボックスファントムは均一分布を前提としており、実際の人体内における不均一な線源分布に対する正確な校正は不可能であった。相対測定法による崩壊率決定の信頼性の向上には、計算ファントムや身長・体重を簡便な個人情報とする補正法が提案されている。これに対して本委託研究ではHPGe検出器の高い分解能に着目し、測定された線スペクトルの光電ピークと全計数から、線同時計測の原理の応用による崩壊率絶対測定法を提案した。本研究の目的は、HPGe検出器を使用し線同時計測による体内放射能絶対測定法を確立するための検討を行い、不均一分布に対応可能な測定法について基礎研究を行うことにあった。そこで線カスケード崩壊核種を対象として、1台の検出器を使用する線サムピーク法および複数の検出器を使用する-同時計測法を試み、実験値が理論値とよい一致を示すことを確かめた。さらに、均一および不均一な分布線源測定、角度相関、複雑な崩壊形式の核種に対して理論の拡張を行った。特に-同時計測法では、偶然同時計数による影響を測定で得られた情報のみから補正できるため、高い計数率においても実験値は真の崩壊率とよい一致を示した。さらに複合線スペクトルにおいて線カスケード崩壊核種の崩壊率から、他核種の崩壊率決定を試みた。これらの基礎研究により本測定法が体内放射能測定に広く適用できることが確かめられた。

Isomer-scope: A new instrument for in-beam -ray spectroscopy through deep inelastic collisions

石井 哲朗; 伊東 幹彦*; 石井 三彦; 牧嶋 章泰*; Hossain, I.*; 早川 岳人*; 河野 俊之*; 小川 雅生*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 395(2), p.210 - 216, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(97)00720-1

重イオン深部非弾性散乱により生じたアイソマーを観測するための新測定器Isomer-scopeを開発した。Isomer-scopeは、Sc検出器と線遮蔽、Ge検出器より構成される。Sc検出器は、ビーム様分裂片を受けとめ、そのエネルギーと時間の信号を出す。線遮蔽はターゲットで放出される線を遮蔽する。これにより、Isomer-scopeはビーム様分裂片のアイソマーからの線を高感度で測定することができる。この測定器を用い、Ge(635MeV)+Pt反応によりCuに新しいアイソマーを発見した。新アイソマーは2741keVの励起エネルギーを持ち、半減期0.36(3)sで190-680-1871及び73-786-471-1711の線カスケードで崩壊する。

体内放射能計測技術高度化研究(1)

not registered

PNC TJ1603 96-003, 51 Pages, 1996/03

PNC-TJ1603-96-003.pdf:1.28MB

動力炉・核燃料開発事業団東海事業所では、体内放射能の定量のため鉄室内に直径50mmのHPGe検出器が2台設置されていて、ヒューマン・カウンターとして使用されている。これらの検出効率の校正は水ボックス・ファントムを用いて行われているが、体格補正は行われていない。しかし、異常時には個人の体格情報に基づく内部被曝評価が必要で、特に体格が大きく異なる場合には重要である。この様な観点から、体格による検出効率補正を必要としない-同時計数法による放射能絶対測定法を体内放射能測定に適用するため、60Coを用いてその基礎研究を行った。放射能既知の複数の60Co線源を作製し、絶対測定を行った。その結果、15cm程度までの線源-検出器間距離では、10-100kBqの放射能を20%以内の精度で決定できた。一方、幾何学的効率が大きく異なる分布をした場合には、線源の放射能よりも測定値がかなり小さく評価されることが判明した。

Characteristics of prepared gamma-ray calibration sources for radioactivity measurement of environmental and radiaiton control samples

S.B.Samat*; 大井 義弘; 滝 光成; 間辺 巖; 吉田 真; 南 賢太郎

JAERI-Tech 95-010, 51 Pages, 1995/03

JAERI-Tech-95-010.pdf:1.76MB

現在、Ge半導体検出器の校正は気泡セメント線源を用いている。この線源の作製には、ある程度の熟練を要するため、異なった密度を持つ校正用線源の作製を検討すると共に、形状、組成及び密度に関する検出効率の特性、線源の調整方法の再現性等を調査した。気泡セメント、液体、ビーズ(ガラス:6mm、2mm、発泡ポリスチレン及び硬質プラスチック)の5種類の材料を使用し、密度、高さをパラメータとする3組の線源を作製した。これらの線源をHpGe検出器を用いて測定した。その結果、全ての線源の測定値には再現性があり、調整方法の妥当性を確認することができた。低エネルギー側では、組成の違いにより検出効率が変化するため、その組成を十分考慮する必要があること。100keV以上の線では気泡セメントと良く一致し、密度の異なる校正用線源として使用できる結果が得られた。

Small electric-cooled germanium gamma-ray detector

片桐 政樹; 伊藤 博邦

Radiation Detectors and Their Uses,Proc of 8th Workshop; KEK Proc. 94-7, 0, p.174 - 178, 1994/00

測定現場でのガンマ線スペクトロスコピーに欠かせないGeガンマ線検出器の小型化の研究を行った。液体窒素温度(77K)上での冷却に小型スターリング冷凍機を用いた小型電気冷却式Geガンマ線検出器を開発した。本方式を用いた場合の大きな問題点であるエネルギー分解能のマイクロフォニック雑音による劣化を雑音低減法を考察することにより解決した。AC電圧を定格の11Vから8Vに落として運転しかつスペクトロスコピーアンプの時定数を1secに設定した場合、考案した低減法を用いることにより従来の液体窒素冷却法とほぼ同等のエネルギー分解能を有することがわかった。また、スペクトルアナライザとデジタルオシロスコープを用いて雑音スペクトル解析を行うことによりエネルギー分解能劣化原因の究明を行った。

海洋放射能モニタリングシステムの開発; 水槽実験

柳瀬 信之; 上野 隆; 関根 敬一; 小林 義威

第34回環境放射能調査研究成果論文抄録集; 平成3年度, p.96 - 97, 1992/12

Ge検出器を用いる海洋における放射能モニタリングシステムの開発を目的として、水槽実験を行った。Ge検出器及びNaI検出器の海水中での線スペクトルの比較、及びGe検出器の海水中での検出感度並びに検出限界放射能濃度を検討した。これらの値をこれまでに報告されている海水中Cs及びCoの放射能濃度と比較し、本Ge検出器の海水中での性能を評価した。その結果、NaI検出器の分解能では検出できなかった濃度(約0.3mBq/ml)のCs及びCoが、Ge検出器では検出可能であった。水槽の大きさを検討した結果、Ge検出器について得られた海水中K,Cs,Coの検出感度19,19,17cps/(photon/s・ml)は、実際の海洋での測定に十分適用可能と思われる。

Measurement of formation cross sections of short-lived nuclei by 14 MeV neutrons; F, Mg, Si, Ti, Cr, Ni, Ga, Rb, Sr, Ag

河出 清*; 山本 洋*; 小林 隆*; 加藤 敏郎*; 飯田 敏行*; 高橋 亮人*

JAERI-M 92-020, 56 Pages, 1992/03

JAERI-M-92-020.pdf:0.92MB

半減期が20秒から7分程度の短寿命核生成断面積の測定を、中性子エネルギー13.4から14.9MeVの範囲にわたり、F,Mg,Si,Ti,Cr,Ni,Ga,Rb,Sr,Agに対し(n,2n),(n,p),(n,np),(n,)反応、16断面積を測定した。14MeVまたは熱中性子照射で生成される短寿命核の半減期の測定を、Ti,Co,Rb,Mo,Y,Ag,Pdの7核種について、Ge検出器を用いてスペクトルマルチスケーリングモードで行なった。

Cm半減期の再測定

臼田 重和; 鈴木 敏夫; 河野 信昭; 梅澤 弘一

JAERI-M 90-030, 13 Pages, 1990/02

JAERI-M-90-030.pdf:0.47MB

高純度Cmを調製し、その半減期を再測定した。測定は2比例計数管検出器による放射能測定、低ジオメトリーSi検出器による線スペクトロメトリー及び低エネルギー測定用純Geプレナー型検出器による(X)線スペクトロメトリーの独立した3種類の方法を用いて行った。最後は、Cmの半減期測定には今まで報告されたことのない方法である。これらの測定値の荷重平均として、161.410.28日を得た。この値は、前回の我々の測定値161.350.30日と一致するが、他の文献値より1%程度短い値である。