シンチレーション検出器
【課題】入射する放射線の輝度の大幅な変化に対しても平均直流レベルが変動しないシンチレーション検出器を提供すること。
【解決手段】光電子増倍管２の陽極Ａをゼロ電位とするため、光電陰極Ｋに対してバイアス電源端子６から負のバイアス電圧を印加する。光電子増倍管２の出力部と直流型波形整形増幅器３の入力部との間、及び、直流型波形整形増幅器３の出力部とシンチレーション検出器出力端５との間の信号経路においては、コンデンサーによる交流結合でなく直流結合とした。
【解決手段】光電子増倍管２の陽極Ａをゼロ電位とするため、光電陰極Ｋに対してバイアス電源端子６から負のバイアス電圧を印加する。光電子増倍管２の出力部と直流型波形整形増幅器３の入力部との間、及び、直流型波形整形増幅器３の出力部とシンチレーション検出器出力端５との間の信号経路においては、コンデンサーによる交流結合でなく直流結合とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシンチレーション検出器に関し、特に、検出器の出力端における平均直流レベルが入射する放射線の輝度によらず一定であるシンチレーション検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射した放射線を吸収してシンチレータが発する光信号を光電子増倍管により光電子信号に変換し増幅して判読する、いわゆるシンチレーション検出器が既に利用されている。光電子増倍管とは、光電面に入射した光信号によって発生した光電子信号を多段に配設されたダイノードで増倍後、最終的にアノードから電流信号として出力する光検出器である。
【０００３】
一般に、シンチレーション検出器からの出力パルス信号の増幅に用いる増幅回路の出力端における直流レベルは、設計上の対応をしない限り直流的に０Ｖとはならない。このため、増幅回路からの出力パルス信号を受けて波高値を判定する入力直結型波高分析回路は出力端の直流レベルと出力パルス信号とを重畳的に判読し、測定値はその直流レベルの分だけ誤差を含むこととなる。
【０００４】
これについては、増幅回路の出力端と波高分析回路の入力端との間にコンデンサーを配設することによって、コンデンサーは直流分を透過できないから増幅回路による直流の透過は阻止され、パルス信号のみを波高分析回路に入力させることが可能となる。
【０００５】
このため、従来型シンチレーション検出器の信号経路は、光電子増倍管のアノードと増幅器入力部、及び、増幅器出力部と検出器出力端との間にコンデンサーが配設され、交流結合されていた。
【０００６】
然し乍ら、コンデンサーを用いた交流結合の場合においては、結合コンデンサーの出力部にパルス信号の極性とは逆方向に繰り返し計数率（パルス信号の繰り返し頻度）に比例した直流レベルの変動が生じてしまうことが原理的に避けられない。
【０００７】
この結果、コンデンサー結合方式を採用する従来型シンチレーション検出器においては、前記直流レベルの変動が殆ど問題とならないような計数率の領域においてのみ使用可能であり、逆にいえば、この領域を超える場合は別途に何らかの対応を必要とするために回路が複雑な構成をとり、特に高計数率測定回路の実現については難しい状況にある。
【０００８】
また、従来型のシンチレーション検出器の増幅器は、波形整形機能を備えていなかったためにプローブ外部において波形整形増幅回路を設け測定系を構成する必要があり、使用に際して煩であるばかりか、高速信号測定におけるタイミング特性やＳＮ比については憂慮すべき不具合を残していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、シンチレーション検出器が有する上記の問題点に鑑み、入射する放射線の輝度の大幅な変化に対しても平均直流レベルが変動しないシンチレーション検出器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決することを目的としてなされた本発明シンチレーション検出器の構成は、入射放射線を吸収して光パルスを発生するシンチレータと、前記シンチレータから発生した光パルスを電気パルスに変換して増幅する光電子増倍管と、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号を増幅する直流結合型増幅器とを備えたシンチレーション検出器であって、前記光電子増倍管の陽極をゼロ電位とするために光電陰極に対して負のバイアス電圧を印加し、光電子増倍管陽極出力部と直流結合型増幅器入力部との間、及び、直流結合型増幅器出力部とシンチレーション検出器出力端との間は、コンデンサーを配した交流結合によらず全ての信号経路を直流結合としたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明シンチレーション検出器の前記直流結合型増幅器は、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号の波形を信号対雑音比を考慮した最適波形に整形する機能を備えた構成としてもよい。
【００１２】
さらに、本発明シンチレーション検出器の前記シンチレータは、ＹＡＰ（Ｃｅ）を素材とする構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、シンチレーション検出器を用いて放射線を検出するに際して、特に入射する放射線の輝度（計数率）が大きく変化した場合でも、コンデンサー結合による場合のような出力平均直流レベルの変動がなく測定されるパルス波高値に誤差を生じない高計数率測定回路を実現できる。また、直流結合型波形整形増幅器をシンチレータ及び光電子増倍管と共に検出器プローブ内へ一体として配設することにより優れたタイミング特性及びＳＮ比を得ることができ、かつ、直流結合型の波高分析器或は波高弁別器と直接接続することによって誤差の少ない測定系を簡便に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の一実施例を図に拠って説明する。図１は本発明に係るシンチレーション検出器の一例の電気回路図、図２は従来型シンチレーション検出器の電気回路を模式的に表した回路図である。
【００１５】
図１において、Ｒは検出器へ入射する放射線、１は前記入射放射線Ｒを吸収して光パルスＰを発生するシンチレータであって、本実施例においては、高計数率（〜数Ｍｃｐｓまで）Ｘ線の検出に対応すべく減衰時定数が約２７ｎｓｅｃのＹＡＰ（Ｃｅ）により形成されている。２は本発明に係るシンチレーション検出器に備えられた光電子増倍管であって、多段に配設されたダイノードＤを有し光電面から放出された光電子パルス信号を増幅して電流パルス信号に変換して出力する。さらに、光電子増倍管２により出力された電流パルス信号は、直流結合型波形整形増幅器３によってＳＮ比を考慮した最適波形に整形され増幅された後、シンチレーション検出器の出力端５へと出力される。なお、本発明は、波形整形機能を有する増幅器を配設したシンチレーション検出器のみに適用を限られるものではない。また、シンチレータ１はＹＡＰ（Ｃｅ）を素材としたものに限られず、その他素材によって形成することは任意である。
【００１６】
従来型のシンチレーション検出器は、図２に示すように、光電子増倍管２のアノードＡと増幅器３０の入力部との間に結合コンデンサーＣ１を、また、増幅器３０の出力部とシンチレーション検出器の出力端５との間に結合コンデンサーＣ２をそれぞれ配設することによって測定値に平均直流レベルが重畳されることを回避するが、信号経路がコンデンサー結合であるが故に、出力信号が入射計数率に対応して信号とは逆極性の直流レベルの変動を伴うことによって測定値が誤差を含んでしまうという不都合があったことは既に述べた通りである。
【００１７】
一方、本発明に係るシンチレーション検出器は、その回路系において結合コンデンサーＣ１及びＣ２を廃し、光電子増倍管２のアノードＡから検出器出力端５までの信号経路を全て直流結合することで、コンデンサーの存在に起因した直流レベルの変動をゼロにして課題を解決するものである。このため本発明は、光電子増倍管２に対してはアノードＡをゼロ電位とするためにバイアスとして電源端子６から負電圧をカソードＫに対して印加しつつ、アノードＡから出力端５までの信号経路を直流結合とする構成をとっており、これによって、入射放射線Ｒの輝度が大幅に変化しても出力直流レベルが変動しない検出器を実現できると同時に入射放射線Ｒのエネルギースペクトルや入射計数率についても正確な測定評価を得ることが可能となった。
【００１８】
また、図１に示すように、本発明のシンチレーション検出器のプローブ４は、シンチレータ１、光電子増倍管２及び直流結合型波形整形増幅器３をその内部に一体として備えているため、従来型のように波形整形処理のための増幅回路をプローブ４の外部に構成する必要は一切ない。このため、本発明検出器による放射線検出は作業的にもきわめて容易となり、さらに、検出結果におけるタイミング特性及びＳＮ比に関しても大幅に改善し得るものとなった。
【００１９】
なお、本発明に係る検出器はシンチレータ１と光電子増倍管２との組み合わせによるものに限らず、増幅手段を光電子増倍管２に代えて半導体材によるフォトダイオード（ＰＤ）やアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）を配設する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は以上の通りであって、シンチレーション検出器を用いて放射線を検出するに際して、特に入射する放射線の輝度（計数率）が大きく変化した場合でも出力直流レベルが変動せず、測定されるパルス波高値に誤差が含まれることを回避でき、また、直流結合型波形整形増幅器をシンチレータ及び光電子増倍管と共に検出器プローブ内へ一体として配設することによって優れたタイミング特性及びＳＮ比を得ることができると共に、直流結合型の波高分析器或は波高弁別器と接続することで外部に増幅回路を設けることなく簡便に測定系を構成し得るという効果があるからシンチレーション検出器として、特に高輝度Ｘ線用シンチレーション検出器として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るシンチレーション検出器の一例の電気回路図
【図２】従来型シンチレーション検出器の電気回路図
【符号の説明】
【００２２】
１ シンチレータ
２ 光電子増倍管
３ 直流結合型波形整形増幅器
３０ 増幅器
４ プローブ
５ 検出器出力端
６ バイアス電源端子
Ｒ 入射放射線
Ｐ 光パルス
Ａ アノード
Ｋ カソード
Ｄ ダイノード
Ｃ１ 結合コンデンサー
Ｃ２ 結合コンデンサー
ｒ 抵抗体
【技術分野】
【０００１】
本発明はシンチレーション検出器に関し、特に、検出器の出力端における平均直流レベルが入射する放射線の輝度によらず一定であるシンチレーション検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射した放射線を吸収してシンチレータが発する光信号を光電子増倍管により光電子信号に変換し増幅して判読する、いわゆるシンチレーション検出器が既に利用されている。光電子増倍管とは、光電面に入射した光信号によって発生した光電子信号を多段に配設されたダイノードで増倍後、最終的にアノードから電流信号として出力する光検出器である。
【０００３】
一般に、シンチレーション検出器からの出力パルス信号の増幅に用いる増幅回路の出力端における直流レベルは、設計上の対応をしない限り直流的に０Ｖとはならない。このため、増幅回路からの出力パルス信号を受けて波高値を判定する入力直結型波高分析回路は出力端の直流レベルと出力パルス信号とを重畳的に判読し、測定値はその直流レベルの分だけ誤差を含むこととなる。
【０００４】
これについては、増幅回路の出力端と波高分析回路の入力端との間にコンデンサーを配設することによって、コンデンサーは直流分を透過できないから増幅回路による直流の透過は阻止され、パルス信号のみを波高分析回路に入力させることが可能となる。
【０００５】
このため、従来型シンチレーション検出器の信号経路は、光電子増倍管のアノードと増幅器入力部、及び、増幅器出力部と検出器出力端との間にコンデンサーが配設され、交流結合されていた。
【０００６】
然し乍ら、コンデンサーを用いた交流結合の場合においては、結合コンデンサーの出力部にパルス信号の極性とは逆方向に繰り返し計数率（パルス信号の繰り返し頻度）に比例した直流レベルの変動が生じてしまうことが原理的に避けられない。
【０００７】
この結果、コンデンサー結合方式を採用する従来型シンチレーション検出器においては、前記直流レベルの変動が殆ど問題とならないような計数率の領域においてのみ使用可能であり、逆にいえば、この領域を超える場合は別途に何らかの対応を必要とするために回路が複雑な構成をとり、特に高計数率測定回路の実現については難しい状況にある。
【０００８】
また、従来型のシンチレーション検出器の増幅器は、波形整形機能を備えていなかったためにプローブ外部において波形整形増幅回路を設け測定系を構成する必要があり、使用に際して煩であるばかりか、高速信号測定におけるタイミング特性やＳＮ比については憂慮すべき不具合を残していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、シンチレーション検出器が有する上記の問題点に鑑み、入射する放射線の輝度の大幅な変化に対しても平均直流レベルが変動しないシンチレーション検出器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決することを目的としてなされた本発明シンチレーション検出器の構成は、入射放射線を吸収して光パルスを発生するシンチレータと、前記シンチレータから発生した光パルスを電気パルスに変換して増幅する光電子増倍管と、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号を増幅する直流結合型増幅器とを備えたシンチレーション検出器であって、前記光電子増倍管の陽極をゼロ電位とするために光電陰極に対して負のバイアス電圧を印加し、光電子増倍管陽極出力部と直流結合型増幅器入力部との間、及び、直流結合型増幅器出力部とシンチレーション検出器出力端との間は、コンデンサーを配した交流結合によらず全ての信号経路を直流結合としたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明シンチレーション検出器の前記直流結合型増幅器は、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号の波形を信号対雑音比を考慮した最適波形に整形する機能を備えた構成としてもよい。
【００１２】
さらに、本発明シンチレーション検出器の前記シンチレータは、ＹＡＰ（Ｃｅ）を素材とする構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、シンチレーション検出器を用いて放射線を検出するに際して、特に入射する放射線の輝度（計数率）が大きく変化した場合でも、コンデンサー結合による場合のような出力平均直流レベルの変動がなく測定されるパルス波高値に誤差を生じない高計数率測定回路を実現できる。また、直流結合型波形整形増幅器をシンチレータ及び光電子増倍管と共に検出器プローブ内へ一体として配設することにより優れたタイミング特性及びＳＮ比を得ることができ、かつ、直流結合型の波高分析器或は波高弁別器と直接接続することによって誤差の少ない測定系を簡便に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の一実施例を図に拠って説明する。図１は本発明に係るシンチレーション検出器の一例の電気回路図、図２は従来型シンチレーション検出器の電気回路を模式的に表した回路図である。
【００１５】
図１において、Ｒは検出器へ入射する放射線、１は前記入射放射線Ｒを吸収して光パルスＰを発生するシンチレータであって、本実施例においては、高計数率（〜数Ｍｃｐｓまで）Ｘ線の検出に対応すべく減衰時定数が約２７ｎｓｅｃのＹＡＰ（Ｃｅ）により形成されている。２は本発明に係るシンチレーション検出器に備えられた光電子増倍管であって、多段に配設されたダイノードＤを有し光電面から放出された光電子パルス信号を増幅して電流パルス信号に変換して出力する。さらに、光電子増倍管２により出力された電流パルス信号は、直流結合型波形整形増幅器３によってＳＮ比を考慮した最適波形に整形され増幅された後、シンチレーション検出器の出力端５へと出力される。なお、本発明は、波形整形機能を有する増幅器を配設したシンチレーション検出器のみに適用を限られるものではない。また、シンチレータ１はＹＡＰ（Ｃｅ）を素材としたものに限られず、その他素材によって形成することは任意である。
【００１６】
従来型のシンチレーション検出器は、図２に示すように、光電子増倍管２のアノードＡと増幅器３０の入力部との間に結合コンデンサーＣ１を、また、増幅器３０の出力部とシンチレーション検出器の出力端５との間に結合コンデンサーＣ２をそれぞれ配設することによって測定値に平均直流レベルが重畳されることを回避するが、信号経路がコンデンサー結合であるが故に、出力信号が入射計数率に対応して信号とは逆極性の直流レベルの変動を伴うことによって測定値が誤差を含んでしまうという不都合があったことは既に述べた通りである。
【００１７】
一方、本発明に係るシンチレーション検出器は、その回路系において結合コンデンサーＣ１及びＣ２を廃し、光電子増倍管２のアノードＡから検出器出力端５までの信号経路を全て直流結合することで、コンデンサーの存在に起因した直流レベルの変動をゼロにして課題を解決するものである。このため本発明は、光電子増倍管２に対してはアノードＡをゼロ電位とするためにバイアスとして電源端子６から負電圧をカソードＫに対して印加しつつ、アノードＡから出力端５までの信号経路を直流結合とする構成をとっており、これによって、入射放射線Ｒの輝度が大幅に変化しても出力直流レベルが変動しない検出器を実現できると同時に入射放射線Ｒのエネルギースペクトルや入射計数率についても正確な測定評価を得ることが可能となった。
【００１８】
また、図１に示すように、本発明のシンチレーション検出器のプローブ４は、シンチレータ１、光電子増倍管２及び直流結合型波形整形増幅器３をその内部に一体として備えているため、従来型のように波形整形処理のための増幅回路をプローブ４の外部に構成する必要は一切ない。このため、本発明検出器による放射線検出は作業的にもきわめて容易となり、さらに、検出結果におけるタイミング特性及びＳＮ比に関しても大幅に改善し得るものとなった。
【００１９】
なお、本発明に係る検出器はシンチレータ１と光電子増倍管２との組み合わせによるものに限らず、増幅手段を光電子増倍管２に代えて半導体材によるフォトダイオード（ＰＤ）やアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）を配設する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は以上の通りであって、シンチレーション検出器を用いて放射線を検出するに際して、特に入射する放射線の輝度（計数率）が大きく変化した場合でも出力直流レベルが変動せず、測定されるパルス波高値に誤差が含まれることを回避でき、また、直流結合型波形整形増幅器をシンチレータ及び光電子増倍管と共に検出器プローブ内へ一体として配設することによって優れたタイミング特性及びＳＮ比を得ることができると共に、直流結合型の波高分析器或は波高弁別器と接続することで外部に増幅回路を設けることなく簡便に測定系を構成し得るという効果があるからシンチレーション検出器として、特に高輝度Ｘ線用シンチレーション検出器として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るシンチレーション検出器の一例の電気回路図
【図２】従来型シンチレーション検出器の電気回路図
【符号の説明】
【００２２】
１ シンチレータ
２ 光電子増倍管
３ 直流結合型波形整形増幅器
３０ 増幅器
４ プローブ
５ 検出器出力端
６ バイアス電源端子
Ｒ 入射放射線
Ｐ 光パルス
Ａ アノード
Ｋ カソード
Ｄ ダイノード
Ｃ１ 結合コンデンサー
Ｃ２ 結合コンデンサー
ｒ 抵抗体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射放射線を吸収して光パルスを発生するシンチレータと、前記シンチレータから発生した光パルスを電気パルスに変換して増幅する光電子増倍管と、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号を増幅する直流結合型増幅器とを備えたシンチレーション検出器であって、前記光電子増倍管の光電陰極に対して負のバイアス電圧を印加し、光電子増倍管出力部と直流結合型増幅器入力部との間、及び、直流結合型増幅器出力部とシンチレーション検出器出力端との間の信号経路を直流結合としたことを特徴とするシンチレーション検出器。
【請求項２】
前記直流結合型増幅器は、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号の波形を信号対雑音比を考慮した最適波形に整形する機能を備えた請求項１のシンチレーション検出器。
【請求項３】
前記シンチレータは、ＹＡＰ（Ｃｅ）を素材とする請求項１または２のシンチレーション検出器。
【請求項４】
前記光電子増倍管に代えて半導体フォトダイオード或はアバランシュフォトダイオードを配設した請求項１〜３のシンチレーション検出器。
【請求項１】
入射放射線を吸収して光パルスを発生するシンチレータと、前記シンチレータから発生した光パルスを電気パルスに変換して増幅する光電子増倍管と、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号を増幅する直流結合型増幅器とを備えたシンチレーション検出器であって、前記光電子増倍管の光電陰極に対して負のバイアス電圧を印加し、光電子増倍管出力部と直流結合型増幅器入力部との間、及び、直流結合型増幅器出力部とシンチレーション検出器出力端との間の信号経路を直流結合としたことを特徴とするシンチレーション検出器。
【請求項２】
前記直流結合型増幅器は、前記光電子増倍管から出力された電気パルス信号の波形を信号対雑音比を考慮した最適波形に整形する機能を備えた請求項１のシンチレーション検出器。
【請求項３】
前記シンチレータは、ＹＡＰ（Ｃｅ）を素材とする請求項１または２のシンチレーション検出器。
【請求項４】
前記光電子増倍管に代えて半導体フォトダイオード或はアバランシュフォトダイオードを配設した請求項１〜３のシンチレーション検出器。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−３９５４８（Ｐ２００８−３９５４８Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１３２０６（Ｐ２００６−２１３２０６）
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【出願人】（５９３２１７８９０）応用光研工業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月４日（２００６．８．４）
【出願人】（５９３２１７８９０）応用光研工業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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