放射線計測の精鋭：Ge(Li)検出器

放射線計測の精鋭：Ge(Li)検出器

半導体と放射線検出

物質には、電気を通しやすい導体、ほとんど通さない絶縁体、そしてその中間の性質を持つ半導体があります。半導体は、導体と絶縁体の両方の性質を併せ持ち、条件によって電気を通したり通さなかったりする、電気伝導度を変化させるという興味深い特徴を持っています。この半導体の性質を利用して、目に見えない放射線を検出するのが半導体検出器です。

半導体検出器は、半導体内部に電気を運ぶキャリア（電子や正孔）が存在しない領域を作ります。この領域は空乏層と呼ばれ、高い抵抗値を持つため、普段は電流がほとんど流れません。ここに放射線が入射すると、物質との相互作用によって電荷を持ったキャリアが発生します。この電荷が空乏層で電流を発生させることで、放射線の存在を捉えることができます。

さらに、発生する電流の大きさは、入射した放射線のエネルギーに比例するため、電流を測定することで放射線のエネルギーを知ることができます。また、放射線の種類によって物質との相互作用の仕方が異なるため、電流が発生するまでの時間や電流の変化の様子から放射線の種類を特定することも可能です。このように、半導体検出器は、放射線の種類やエネルギーを精密に測定できるため、医療分野、環境放射線の測定、原子力産業など、様々な分野で活用されています。

Ge(Li)検出器の仕組み

– Ge(Li)検出器の仕組み

Ge(Li)検出器は、放射線計測の分野で重要な役割を担う装置であり、特にガンマ線と呼ばれる高エネルギーの放射線を精密に測定するために用いられます。

この検出器の心臓部には、ゲルマニウム（Ge）と呼ばれる半導体材料が使われています。ゲルマニウムは、純粋な状態では電気を通しにくい性質を持つものの、微量の不純物を添加することで電気伝導性を制御することが可能です。Ge(Li)検出器では、この不純物としてリチウム（Li）が用いられています。

リチウムをゲルマニウム結晶中に拡散させることで、結晶内部に「空乏層」と呼ばれる特殊な領域を作り出すことができます。空乏層は、電気的に中性な状態を保っており、外部から放射線が入射すると、そのエネルギーを吸収して電子と正孔という電気を帯びた粒子を生じさせます。

これらの粒子は、空乏層にかけられた電圧によって電極へと移動し、その際に発生する電流パルスが検出されます。電流パルスの大きさは、入射した放射線のエネルギーに比例するため、これを測定することで放射線のエネルギーを知ることができます。

このように、Ge(Li)検出器は、ゲルマニウム結晶とリチウムの働きによって放射線のエネルギーを精密に測定することを可能にする高度な装置です。

高分解能と高エネルギー測定

ゲルマニウムリチウム（Ge(Li)）検出器は、放射線のエネルギーの違いを非常に精密に測定できるという優れた特性を持っています。この特性をエネルギー分解能と呼びますが、Ge(Li)検出器はこのエネルギー分解能が非常に高い、すなわち、僅かなエネルギーの違いも明確に区別できることを意味します。
この高いエネルギー分解能によって、検出器に飛び込んできた放射線が具体的にどのような種類のものなのかを特定することが可能になります。さらに、微量であっても放射性物質が存在すれば、それを検出することもできます。
Ge(Li)検出器は、高エネルギーの放射線を測定するのにも適しています。これは、検出器に使用されているゲルマニウム結晶の密度が高いため、放射線とゲルマニウム結晶との相互作用が起きやすいからです。つまり、高エネルギーの放射線でも、効率的に検出できることを意味します。
これらの優れた特性から、Ge(Li)検出器は医療分野における放射線治療や原子力発電所における放射線管理など、様々な分野で広く活用されています。