検出効率、分解能 / 計測器

3. 放射計測〈ラジオメトリ〉

A. 検出効率、分解能

a. 検出効率 2012 記述)

・固有効率

:検出器の効率 = 「計数された数÷入射した数

γ線のエネルギー」「検出器の長さ」に依存

 

・絶対効率

:ある一本のγ線を検出器が計測する確率(幾何学的効率)

  絶対効率 =「固有効率×立体角

  「γ線のエネルギー」「検出器の長さ」「検出器の半径」「検出器線源間距離」に依存する

 

・全エネルギーピーク効率

:全エネルギーピーク効率 = 「全検出器効率×光電ピークの面積÷スペクトルの全面積

 

・端窓型の幾何効率

 G = Ω/4π = 

  r<<dの場合 = 

 

 Ω:立体角  d:試料と検出窓の距離   r:検出半径

 

b. 空間分解能、時間分解能、エネルギー分解能

 

B. 計測器

印加電圧と収集電荷の関係 (2016 記述)
印加電圧2

再結合領域   

電離領域    エネルギー測定可能

比例領域    エネルギー測定可能

境界領域    

GM領域    エネルギー測定不可

連続放電領域  エネルギー測定不可

 

a. 電離箱
 → 
2.線量計測(ドシメトリ)


b.
比例計数管2017 662014 52、 2013 56

 βαまたは、中性子の測定

・印加電圧
比例領域

・分解時間
μs

・測定原理
:電子雪崩による気体増幅を利用
 エネルギー測定が可能  (2014 52

PRガス
α/βの測定に利用する                              

BF3
 :中性子の測定に利用する

・ガスフロー型
幾何学的効率が非常に高い。
計数管が多い。

 

c. GM 計数管 2017 672015 402012 53

 光子またはβの測定

・印加電圧
GM領域

・分解時間
100400μs程度

・回復時間
ms程度

・測定原理
:電子雪崩による一定出力パルス(陽イオン)を測定
   → エネルギーの測定は不可能


・検出効率
500keV以下の低エネルギー光子の検出効率は1%以下
    電離箱に比べるとかなり高い

 β線の検出効率はほぼ100


・消滅法
:連続放電を止める方法

 1,外部消滅法:陽イオン陰極に到達する前に印加電圧を下げる

 2,内部消滅法:気体に有機気体ハロゲン気体(クエンチングガス(Qガス))を添加する方法

          ハロゲン気体の場合、自発的再結合をするため、寿命が長い

 3,気体を50100mHgにする  クエンチング補正

 

・真の計数率 (2017 672015 582013 58 2016 記述)

 回復時間:十分時間が経過し、パルス波高が最大になる時間

 分解時間:電圧が波高弁別レベルを超え、パルスと認識される時間

 不感時間:電離が生じても応答しない時間

 真の計数率n = m /1τ×m)  m:実際の計数 τ:分解時間[s

 τ×m:数え落としの割合 (2016 66

 

d. シンチレーション検出器  (2017 682015 322013 39

光変換効率        NaI(Tl)CsI(Na) CaF2(Eu)
CsI(Tl) 6LiI(Eu) BGO有機

減衰時間       プラスチック,液体シンチNaI(Tl)BGOCsI(Na)CaF(Eu)CsI(Tl)6LiI(Eu)

エネルギー分解能
 NaI(Tl)
BGO , CsI(Tl)

機械的強度
NaI(Tl)
BGO , CsI(Tl)

ピーク発光波長    NaI(Tl) BGOCsI(Tl)

密度
プラスチック NaI(Tl)CsI(Tl) BGO

 

CsINa → I.I.入力面に利用

ZnSAgCdSAg → I.I.出力面に利用

BaFX:Eu2+X:ClBrI] → IPの検出器に利用

CsITl → FPDに利用、α線の検出可能

Gd2O2S:Tb → FPDの検出器に利用

CdWO4 → CTの検出器に利用

LiIEu → 熱中性子の検出

 



e. 半導体検出器 (2017 682014 記述、2013 572012 59

種類

密度

(g/cm3)

バンドギャップ

(eV)

ε

(eV)

移動速度(2V-1s-1)

電子/正孔

 

用途および特徴

Si

2.3

1.1

3.6

1350/480

γ線、β

Ge

5.3

0.6

2.9

36000/36000

γ線、使用時に冷却、高エネルギー分解能

Si表面衝突型/イオン注入型:αに対して高いエネルギー分解能

Si(Li)γ(低エネルギー) に対して高いエネルギー分解能、液体窒素冷却する

*半導体検出器は放射線損傷がある

ε値:電子正孔対を作るのに必要な平均エネルギー

・エネルギー依存性:半導体によってエネルギー応答が違う

・特性:エネルギー分解能はシンチレータ検出器

    時間分解能は気体を利用した検出器の1000倍程度

 

・検出原理
半導体

1,価電子帯の電子が伝導帯に励起される

2,印加電圧により、電子・正孔が移動する


○n
形半導体

・キャリア:電子

・ドーパント(不純物)(ドナー)
 :Siの場合SbPAs(いずれも15 族元素)


○p
形半導体

・キャリア:正孔

・ドーパント(不純物)(アクセプタ)
 :Siの場合BAlGa(いずれも13 族元素)

*接合面では電子と正孔の接合により、空乏領域ができる

 

f. サーベイメータ

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