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）

①再結合領域　　　

②電離領域　　　　エネルギー測定可能

③比例領域　　　　エネルギー測定可能

④境界領域　　　　

⑤GM領域　　　　エネルギー測定不可

⑥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　66、2014　52、　2013　56）

　β線、α線または、中性子の測定

・印加電圧
：比例領域

・分解時間
：数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線の測定に利用する                              

・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。2π計数管が多い。

 

c. GM 計数管　（2017　67、2015　40、2012　53）

　光子またはβ線の測定

・印加電圧
：GM領域

・分解時間
：100～400μs程度

・回復時間
：数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：陽イオンが陰極に到達する前に印加電圧を下げる

　2，内部消滅法：気体に有機気体やハロゲン気体（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50～100mHgにする　→　クエンチング補正

 

・真の計数率　（2017　67、2015　58、2013　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　/（1－τ×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　68、2015　32、2013　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)＜BGO＜CsI(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) ＜BGO＜CsI(Tl)

密度
プラスチック＜ NaI(Tl)＜CsI(Tl) ＜BGO

 

・CsI：Na　→　I.I.入力面に利用

・ZnS：Ag、CdS：Ag　→　I.I.出力面に利用

・BaFX:Eu²⁺［X:Cl、Br、I］　→　IPの検出器に利用

・CsI：Tl　→　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

・LiI：Eu　→　熱中性子の検出

 

e. 半導体検出器　（2017　68、2014　記述、2013　57、2012　59）

・Si表面衝突型/イオン注入型：α線に対して高いエネルギー分解能

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

＊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の数倍

　　　　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

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Sb、P、As(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B、Al、Ga、I (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