シンチレータ / 半導体検出器

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発光を利用した検出器

 (68am79)

○無機シンチレータ

・検出原理

1,価電子帯の電子にエネルギーが付与される
2,電子は伝導帯へ移動し、電子正孔対を作る
3,正孔が活性化物質を電離する
4,伝導帯の電子が電離された活性化物質に行く
5,活性化物質励起状態に上がる
6,基底状態に遷移する際に可視光を放出する
*純粋な結晶では禁止帯が大きいため、少量の不純物を添加する

種類 密度
(g/cm3)
最大波長
(nm)
減衰定数
(ns) 

相対効率
(%)

用途および特徴
★NaI(Tl) 3.6 410 230 100  γ線、潮解性、高エネルギー分解能
CsI(Tl) 4.5 540 680 45 α線、γ線
CsI(Na) 4.5 420 640 80 α線、γ線、吸湿性
LiI(Eu) 4.1 470 1400 35  γ線、中性子
BGO 7.1 480 300 10  α線、中性子、高検出効率、低分解能
CWO 7.9  470  1100  17~20 γ線
ZnS(Ag) 4.1  450  200  130   γ線、加工が容易

有機シンチレータ

種類  密度
(g/cm3)
最大波長
(nm)
減衰定数
(ns) 
 相対効率
(%)
用途および特徴
アントラセン 1.2  450  30  100  α線、β線、昇華性
スチルベン 1.1  410  4.5  ~60 α線、β線
プラスチック[BC400] 1 420 2.4   65   
液体[BC501A] 0.8  420  3.2 78  

・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

シンチレータの使用例

 (66am14、63am12、60am20)
・アナログ増感紙フィルタ系
 レギュラーフィルム:CaWO4
 オルソフィルム、FPD:Gd2O2S:Tb

・間接撮影用蛍光板
 硫化物蛍光板 :(Zn,Cd)S:Ag
 希土類蛍光板:Gd2O2S:Tb

・I.I.
 入力面:CsI(Na)
 出力面:(Zn,Cd)S:Ag 

・IP:BaFX:Eu2+ (X:Cl,Br,I)

・FPD(間接):CsI(Tl)、Gd2O2S:Tb

・CT:CdWO4、Gd2O2S:Pr,Ce、(Y,Gd)2O3:Eu

・ガンマカメラ:NaI(Tl) 

・PETカメラ:BGO、LSO、GSO、NaI(Tl)

・熱中性子の検出:LiI:Eu 
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半導体検出器

 (71am80pm82、70pm81、65.63、64.64、63.63、61.61.64)

・検出原理

1,価電子帯の電子が伝導帯に励起される(電離作用)
2,加えられた電圧により、電子・正孔が移動する

p-n接合に基づき、電流が流れる

・n型半導体
:不純物の電子によって電気伝導の大きくなるもの

・p型半導体
:不純物の正孔によって電気伝導の大きくなるもの

*接合面では電子と正孔の接合により、空乏領域ができる

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線
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

・ε値
:電子正孔対を作るのに必要な平均エネルギー
 空気のW値が34eVなので、電離箱に比べ、同密度の場合10倍程度の感度

・特性

(1)エネルギー分解能
シンチレータ検出器の数倍

(2)時間分解能
気体を利用した検出器の1000倍程度

(3)感度
:シンチレータ検出器に比べて低い
 Si半導体検出器は空洞電離箱に対して20000倍程度

(4)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

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