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Z 4520

:2007

(1)

まえがき

この規格は,工業標準化法第 12 条第 1 項の規定に基づき,社団法人日本電気計測器工業会 (JEMIMA)

/財団法人日本規格協会 (JSA) から,工業標準原案を具して日本工業規格を制定すべきとの申出があり,

日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格である。

制定に当たっては,日本工業規格と国際規格との対比,国際規格に一致した日本工業規格の作成及び日

本工業規格を基礎にした国際規格原案の提案を容易にするために,IEC 60973 : 1989,Test procedures for

germanium gamma-ray detectors を基礎として用いた。

この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に

抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許

権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に係る確認について,責任は

もたない。

JIS Z 4520

には,次に示す附属書がある。

附属書(参考)JIS と対応する国際規格との対比表


Z 4520

:2007

目  次

ページ

序文

1

1.

  適用範囲

1

2.

  引用規格

1

3.

  定義

1

4.

  構造

2

4.1

  構造一般

2

4.2

  検出器の分類

2

5.

  一般試験条件

3

6.

  エネルギースペクトル測定

4

6.1

  推奨放射線源

4

6.2

  試験器の接続方法

4

6.3

  ピーク面積の求め方

5

6.4

  ピークチャネルの求め方

7

6.5

  ピークの半値幅,1/10 値幅及び 1/50 値幅の求め方

8

6.6

  ピーク対コンプトン比の求め方

8

6.7

  エネルギー分解能の求め方

9

6.8

  総合雑音及び検出器の寄与の求め方

10

6.9

  ピークの非対称性の求め方

10

6.10

  井戸形検出器のエネルギー分解能の求め方

11

6.11

  推奨エネルギー

11

7.

  計数効率の求め方

12

7.1

  点線源に対する 25.0 cm 距離での効率

12

7.2

  井戸形検出器のγ線計数効率の求め方

12

8.

  入射窓厚さの指標

13

9.

  タイミング

14

9.1

  時間分解能の計測システム

14

9.2

  時間分解能の求め方

15

10.

  温度サイクル

16

10.1

  温度サイクル可能な検出器

16

10.2

  アニール可能な検出器

16

附属書(参考)JIS と対応する国際規格との対比表

17


日本工業規格

JIS

 Z

4520

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ゲルマニウムγ線検出器の試験方法

Test procedures for germanium gamma-ray detectors

序文  この規格は,1989 年に第 1 版として発行された IEC 60973,Test procedures for germanium gamma-ray

detectors を翻訳し,技術的内容を変更して作成した日本工業規格である。

なお,この規格で点線の下線を施してある箇所は,原国際規格を変更している事項である。変更の一覧

表をその説明を付けて,

附属書(参考)に示す。

1.

適用範囲  この規格は,ゲルマニウムγ線検出器の製造業者及び使用者にとって重要な性能及び特性

の試験方法について規定する。主として高分解能γ線スペクトロメトリーに用いるゲルマニウムγ線検出

器の試験方法について規定する。

備考  この規格の対応国際規格を,次に示す。

なお,対応の程度を表す記号は,ISO/IEC Guide 21 に基づき,IDT(一致している)

,MOD

(修正している)

,NEQ(同等でない)とする。

IEC 60973 : 1989

,Test procedures for germanium gamma-ray detectors (MOD)

2.

引用規格  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成す

る。これらの引用規格のうちで,発行年を付記してあるものは,記載の年の版だけがこの規格の規定を構

成するものであって,その後の改正版・追補には適用しない。発効年を付記していない引用規格は,その

最新版(追補を含む。

)を適用する。

JIS Z 4001

  原子力用語

JIS Z 8103

  計測用語

IEC 60333 : 1993

,Nuclear instrumentation−Semiconductor charged-particle detectors−Test procedures

IEC 60759 : 1983

,Standard test procedures for semiconductor X-ray energy spectrometers

3.

定義  この規格で用いる主な用語の定義は,JIS Z 4001 及び JIS Z 8103 によるほか,次による。

a)

イオン注入  (Ion implantation)  加速したイオンビームを結晶表面に衝突させ,結晶中にイオンを注入

する工程。

b)

半値幅  (Full width at half maximum, FWHM)  ピークの最高値の 1/2 における分布の幅。正規分布では

標準偏差 σ の 2.35 倍に等しい。

c)

1/10

値幅  (Full width at 0.1 maximum, FW0.1M)  ピークの最高値の 1/10 における分布の幅。FW1/10M

ともいう。

d)  1/50

値幅  (Full width at 0.02 maximum, FW0.02M)  ピークの最高値の 1/50 における分布の幅。FW1/50M

ともいう。


2

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e)

高純度ゲルマニウムγ線検出器 (High-purity germanium gamma-ray detectors, HPGe)  高純度ゲルマニ

ウム単結晶(不純物濃度は,1×10

10

cm

3

以下が一般的である。

)を用いたγ線検出器。使用時にだけ

冷却を行えばよい。

f)

ゲルマニウムγ線検出器 (germanium gamma-ray detectors)  高純度ゲルマニウムγ線検出器,Li ドリ

フトゲルマニウムγ線検出器等の総称。

4.

構造

4.1

構造一般  ゲルマニウムγ線検出器の素材は,低温(液体窒素の温度程度)で,かつ,高い逆バイ

アス電圧の条件下でダイオードとして動作するゲルマニウム単結晶である。逆バイアス電圧を印加するこ

とによって,検出器の大部分で空乏層が形成される。この条件の下,光子の相互作用によって生成された

電子及び正孔は,各電極に向かって空乏層内を移動する。電極に移動した電荷は積分され,吸収された光

子エネルギーに比例した大きさのパルス信号を出力する。

一般的にゲルマニウムγ線検出器は,リーク電流及び熱雑音を減少させるため,検出器を冷却し,低温

を維持するためのクライオスタットの中に収納する。クライオスタットは,検出器の保護及び適切な環境

を保つ役割も果たしている。

通常のゲルマニウムγ線検出器は,ゲルマニウム結晶,前置増幅器,高電圧フィルタ及びクライオスタ

ットが一体構造になっており,前置増幅器と分離して単独のユニットとして検出器の性能を測定すること

は,一般的ではない。

4.2

検出器の分類  ゲルマニウムγ線検出器は,材質及び幾何学的構造によって分類する。

a)

材質による分類  材質としては,p 形ゲルマニウム及び n 形ゲルマニウムがあり,高純度のゲルマニ

ウム単結晶を用いた高純度ゲルマニウムγ線検出器が一般的である。

1)  p

形検出器  p 形検出器は,外側に n

電極(リチウム拡散が一般的であり,不感層の厚さは,0.5∼

0.8 mm である。)をもった p 形ゲルマニウム結晶[図 2 a)  参照]から作る。内側の p

電極は,ほう

素などのイオン注入で作る。空乏層を形成するために,正の高電圧を外側の n

電極に印加する。

2)  n

形検出器  n 形検出器は,逆電極形検出器ともいい,n 形ゲルマニウム結晶の外側に p

電極をも

つ。この外側の電極は,ほう素のイオン注入[

図 2 b)  参照]などによって作る。内側の電極は,リ

チウム拡散で作るのが一般的である。空乏層を形成するために,負の高電圧を外側の p

電極に印加

する。外側の電極は,薄くできるので(約 0.3 µm)

,低エネルギーX 線検出器としても利用できる。

  n 形検出器は,p 形検出器と比較して中性子損傷に対する抵抗性に優れている。

b)

幾何学的構造による分類  一般的な幾何学的構造は,プレーナ形及び同軸形である。これらの違いは

電極の構造による。プレーナ形は,並行な面に電極をもつ円板状が一般的である(

図 参照)。同軸形

は,一方が閉端の同軸円柱の形をした電極をもつ(

図 参照)。

1)

プレーナ形検出器  プレーナ形構造は,低雑音を可能にする小さい直径の検出器及び/又は小容量

の検出器に有効であり,特に低エネルギーX 線に対して高分解能が得られる特長がある。プレーナ

形検出器でも大容量で大入射面積のものもあり,外部電極構造を薄くすることによって,低エネル

ギーX 線も高効率で検出できる。プレーナ形検出器には一般形とハイブリッド形があり,一般形は

単純な平行平板構造[

図 1 a)  参照]をしている。ハイブリッド形は,低静電容量を実現するために,

片側の電極を小面積にした構造をもつ[

図 1 b)  参照]。

2)

同軸形検出器  同軸形構造のものは,高エネルギーγ線に対しても,比較的高い検出効率が得られ

るように,検出器を大容量にすることが可能である。


3

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3)

井戸形検出器  井戸形の同軸形検出器は,内側の電極内に測定試料を挿入できる構造をもつ。試料

は,ほぼ検出器に覆われる形となる[

図 2 c)  参照]。

a)

  一般形検出器(型又は 形)    b)  ハイブリッド形検出器 

備考  点線は薄い p

電極を表し,太い実線は比較的厚い n

電極を表す。

  1  プレーナ形検出器

備考  点線は薄い p

電極を表し,太い実線は比較的厚い n

電極を表す。

  2  同軸形検出器

5.

一般試験条件  この規格に規定するすべての試験項目を実施する必要はないが,当該試験項目を実施

する場合には,ここで規定する方法に従わなければならない。ただし,受渡当事者間の取決めがある場合

には,それに従うものとする。

この規格で規定する試験の一般条件は,次による。

a)

最大印加電圧,装置の周囲温度及び環境並びにその他の製造業者が定めた動作条件は,それらの限界

を超えると検出器の性能を損なう可能性があるので,限界を超えないで試験することが望ましい。

b)

高電圧電源,増幅器,マルチチャネル波高分析器などの試験に用いる装置は,その非安定性,非直線

性又は他の性能によって,検出器の性能試験に有意な影響を与えるものであってはならない。

c)

測定システムの構成部品の変更又はシステムの設定条件(例えば,増幅器の利得)の変更を行った場

合には,全測定システムの再校正を行わなければならない。

d)

性能試験の結果は,それぞれの試験終了後及びすべての試験終了後においても,測定精度の範囲内に

おいて再現性が保たれることが望ましい。


4

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6.

エネルギースペクトル測定  エネルギースペクトルの測定において,受渡当事者間の取決めが特にな

い場合には,スペクトルピークは,その半値幅において 6 チャネル以上,半値幅内の総計数は,50  000 カ

ウント以上とし,放射線源の位置は,検出器の軸上,エンドキャップ表面から 25.0 cm とする。

6.1

推奨放射線源  検出器及び/又はスペクトル測定システムのエネルギー分解能を測定するときの線

源として,

表 の放射線源を推奨する。

  1  推奨放射線源

線源

半減期

エネルギー

55

Fe

241

Am

109

Cd

57

Co

137

Cs

22

Na

60

Co

208

Tl(

228

Th の系列核種)

2.7 年

433 年 
453 日 
270 日

30 年

2.60 年 
5.24 年 
1.91 年

5.9 keV 
59.5 keV,26.36 keV. X-rays 
22.1 keV(X 線,複合ピーク),88.0 keV 
122.1 keV,136.5 keV 
661.6 keV 
1 274.5 keV 
1 173.2 keV,1 332.5 keV (

1

)

2 614.5 keV

注(

1

)

60

Co の 1 332.5 keV は,同軸形検出器の性能検査に好ましいγ線である。 

マルチγ線源として,847∼3 600 keV のエネルギー範囲をもつ半減期 77 日の

56

Co,及び 122∼1 769 keV

のエネルギー範囲をもつ半減期 13 年の

152

Eu を用いてもよい。ただし,エネルギー分解能測定では,測定

システムが 1 チャネル当たりの eV 又は keV の単位でエネルギー校正していることが前提条件である。

エネルギー校正は,測定システムの非直線性に起因する諸問題を低減するために,対象とするピークに

十分に近いエネルギーの複数のγ線を用いて行うとよい。例えば,

60

Co の 1 173.2 keV 及び 1 332.5 keV の 2

本のγ線がこの目的に適しているし,単色γ線を放出する

137

Cs の場合は,

207

Bi (569.7 keV),

54

Mn (835 keV)

などを併せて利用するとよい。

6.2

試験器の接続方法  図 に示すように,検出器に前置増幅器,主増幅器及びマルチチャネル波高分

析器を接続する。

検出器と前置増幅器とは一体構造となっていることが多い。主増幅器による波形整形は,検出器の最高

性能を得る条件に設定することが一般的であり,用いた主増幅器の波形整形の方法及びパラメータは,

個々のエネルギー分解能の測定値又はその仕様とともに示さなければならない。測定システムに接続する

パルス発生器(IEC 60333 を参照。

)は,他のピークに悪影響を与えず(例えば,アンダーシュートが要因

となる。

,かつ,検出効率測定の場合の不感時間補正に大きな誤差を生じないという条件で,γ線測定と

同時に用いてもよい。


5

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  3  一般的なゲルマニウムγ線スペクトロメータシステムのブロック図

6.3

ピーク面積の求め方  ピーク面積(ピークの正味計数値)の求め方には,チャネルごとの計数値を

積算する方法,ピーク関数適合法など多くの方法があるが,ピーク面積の計算結果の確認が容易にできる

ように,この規格では計数値積算法を規定する。計数値積算法にも,ベースライン面積の求め方は幾つか

あるが,ここでは,次に示す二つの方法を規定する。いずれの方法を用いてもよいが,どの方法で試験を

行ったかを明示しなければならない。

参考  a)  の方法は,高分解能のゲルマニウムγ線検出器の場合には,ベースライン直線の引き方によ

って精度が悪くなる。また,チャネルごとのベースライン計数を求めなければならないなどの

煩雑性もあり,b)  の方法が一般的である。

a)

チャネルごとのベースライン計数を積算してベースライン面積を算出する方法で,手順は次による。

1)

図 に示すように,チャネル番号 を横軸に,そのチャネルにおける計数値 N

x

の対数を縦軸にと

って,パルス波高分布をプロットする。この片対数プロット上のピークの両側を通る直線(直線 a

−d)を引いて,ピークの下のベースラインを近似する。ピークの低エネルギー側及び高エネルギー

側付近の 10 点程度の平均値をベースラインとして用いてもよい。

2)

ピークのデータ点を通る滑らかな曲線を描き,その曲線がピークの両端のすそでベースラインと交

わるまで延ばす(曲線 A−B 及び曲線 C−D)

3)

ピークの曲線と交わる 2 点の間の直線(A−D)の下の面積をベースライン面積とする。

4)

全ピーク面積 A

t

は,ベースラインの直線と交わる 2 点間の各チャネルとの計数を積算して求める。

å

=

=

D

A

X

t

X

N

A

 (1)

ここに,  N

x

:  チャネル における計数

5)

同様にベースライン面積 A

b

は,チャネル のベースライン計数 B

x

を積算して求める。


6

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å

=

=

D

A

X

b

X

B

A

 (2)

6)

ピーク面積 は,式 (3) による。

b

t

A

A

A

=

 (3)

  4  チャネルごとのベースライン計数を積算してベースライン面積を算出する方法

b)

ベースライン面積を台形面積として近似する方法で,手順は次による。

1)

図 に示すように,ピークの下のベースラインを直線とみなす。

2)

ピークの領域(LH)をピーク両側の端から数チャネル広く設定する。

3)

全ピーク面積 A

t

は,各チャネルの計数値を積算する。

å

=

=

H

L

X

N

A

X

t

 (4)

ここに,

N

X

チャネル における計数値

4)

ピーク領域内のベースライン面積 A

b

は,式 (5) による。

(

)(

)

H

L

b

1

2

1

N

N

L

H

A

+

+

=

 (5)


7

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ここに,

N

L

チャネル番号

L

における計数値

N

H

チャネル番号

H

における計数値

N

L

及び

N

H

は,統計変動を小さくするため前後の数点(

L

±

k

H

±

k

k

1

5

)の平均値を用い

てもよい。ただし,ピーク中心を Xˆ とすると,

L

2

k

≦ Xˆ −

1.5FWHM

及び

H

2

k

≧ Xˆ +

1.5FWHM

でなければならない。

5

)

ピーク面積

A

は,式

 (3)

による。

  5  ベースライン面積を台形面積として近似する方法

6.4

ピークチャネルの求め方  各チャネルごとに,ベースライン計数を差し引いたチャネル当たりの計

数値

N

x

B

x

を求める。単色エネルギーのスペクトルピークの最大値に相当するチャネル Xˆ を,補間によ

って求める。例えば,ピーク計数値の半分を超えるピークの対称な部分における計数の加重平均を式

 (6)

によって求める方法が簡便である。

å

å

=

)

(

/

)

(

ˆ

X

X

X

X

B

N

B

N

X

X

 (6)


8

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6.5

ピークの半値幅,1/10 値幅及び 1/50 値幅の求め方  に対して N

X

B

X

を直線プロットし,ピーク最

大値の 1/2,1/10 及び 1/50 を決定する。ピークの半値幅,1/10 値幅及び 1/50 値幅のチャネル数

Δ

N

s

を補間

によって決定する(

図 参照)。これらの比(1/10 値幅/半値幅及び 1/50 値幅/半値幅)は,しばしばピ

ーク形状の性能の指標となる。

  6  1 332.5 keVγ線  (

60

Co)

ピークの半値幅,1/10 値幅及び 1/50 値幅

6.6

ピーク対コンプトン比の求め方

60

Co の 1 332.5 keV のγ線に対して 1 040∼1 096 keV の比較的平た

んな部分をコンプトン連続領域として,その平均の計数値

c

を決定する。これらの領域は,コンプトン端

を避けている。ピーク対コンプトン比は,

Xˆ

チャネルにおけるピーク最大計数値

X

c

に対する比とし

て定義する(

図 参照)。

ピーク対コンプトン比は,検出器の形状,マウント方法及びクライオスタットの構造,計数効率並びに

エネルギー分解能に依存する検出器の性能指標の一つである。ピーク対コンプトン比は,他の条件を変え

なければエネルギー分解能に反比例し,一般的に計数効率の増大に伴って大きくなるが,その効果は検出

器の形状によって限界がある。


9

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  7  1 332.5 keVγ線 (

60

Co)

に対するピーク対コンプトン比 (P/C)  の決定

6.7

エネルギー分解能の求め方  対象とするγ線のピークと二番目のγ線のピークが一つのスペクトル

上にあって,エネルギー校正のために,それぞれのピーク中心の

1

ˆ及び

2

ˆ

X

を決定しておくことが望ましい

6.4 参照)

。二番目のピークは,校正したパルス発生器からのパルスでもよい(パルス発生器の校正は,

IEC 60333

の 4.1 を参照。

N

x

B

x

をプロットし,ピークの半値幅のチャネル幅

ΔN

s

を補間によって決定する。エネルギーの単位で

表されるエネルギー分解能

ΔE

s

は,式

 (7)

による。

s

2

1

2

1

s

ˆ

ˆ

∆N

X

X

E

E

∆E

=

 (7)

ここに,

E

1

対象とするピークのエネルギー

1

ˆ

: 対象とするピークの中心チャネル

E

2

二番目のピークのエネルギー

2

ˆ

: 二番目のピークの中心チャネル

エネルギー分解能の測定値又は仕様を記載する場合には,用いた増幅器の波形整形のタイプ及びその条

件(例えば,波形整形時間)を明示しなければならない。

特に高計数率でエネルギー分解能を測定した場合には,計数率及び用いた前置増幅器の性能(最大計数

率とエネルギーとの積,

maximum count rate-energy product :

以下,

CREP

という。

)も明示しなければなら

ない。

CREP

は,前置増幅器がその直線応答レンジの範囲内で正常に動作するエネルギー入力の最大値に


10

Z 4520

:2007

相当する。例えば,抵抗フィードバック前置増幅器において,最大

CREP

はフィードバック抵抗及び最大

フィードバック電圧によって決まる。

CREP

は,式

 (8)

で定義する。

å

=

E

E

CREP

×r

E

(keV×s

1

)  (8)

ここに,

E

: エネルギー(keV)  における計数率  (s

1

)

6.8

総合雑音及び検出器の寄与の求め方  γ線スペクトル及びパルス発生器によるピークを測定し,γ

線ピークの半値幅

Δ

E

s

及びパルス発生器のピークの半値幅

Δ

E

r

を求める。雑音測定にパルス発生器を用い

ることについて,より詳細な情報が必要なときには IEC 60333 を参照する。

Δ

E

r

はスペクトル測定システ

ムの総合雑音である。電気的雑音以外のすべてに起因するγ線ピークの半値幅への寄与

Δ

E

0

は,式 (9) に

よる。

2

1

2

r

2

s

0

)

(

∆E

∆E

∆E

=

 (9)

計数率特性の影響を受けない低い計数率でのデータであれば,

Δ

E

0

は主として検出器の電荷生成及び電

荷収集の過程に起因するものであり,検出器の重要な特性を示す。

6.9

ピークの非対称性の求め方  計数率特性によるピークの非対称性への影響が無視できるように,

1 000 s

1

以下の低い計数率で測定することが望ましい。ピークの非対称性の求め方は,次による。

X 軸に対して  (N

x

B

x

)  を片対数でプロットし,ピークチャネル Xˆ の頂点から X 軸に垂線を引く。ピー

クの 1/10 の高さにおける低エネルギー側の点から中心線までの間隔 を測る(

図 参照)。高エネルギー

側においても,これに相当する間隔 を測る(

図 参照)。H/の比をピーク非対称性とし,そのときに

用いたγ線エネルギーも同時に示す。


11

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  8  ピークの非対称性 H/L 比の求め方

6.10

井戸形検出器のエネルギー分解能の求め方  井戸形検出器のエネルギー分解能測定は,井戸底部中

心から軸上 1 cm 程度離れた位置に,点線源を置いて行われなければならない[

図 2 c)  参照]。電極付近の

電場が低い検出器は,その近傍で電荷収集能力が劣るため,井戸内部の線源に対してのエネルギー分解能

の性能が劣る。この点を除けば,測定方法及び線源の核種は,他のゲルマニウムγ線検出器と同じである。

6.11

推奨エネルギー  エネルギー分解能を試験する場合には,検出器が対応するエネルギー範囲に応じ

て,選択した特有のエネルギーについて測定することが望ましい。エネルギー範囲における推奨エネルギ

ー及び核種は,

表 による。

  2  推奨エネルギー

エネルギー範囲

推奨エネルギー及び核種

1 MeV 以上

1 332.5 keV (

60

Co)

400 keV∼1 MeV

661.6 keV (

137

Cs)

70 keV∼400 keV

122.l keV (

57

Co)

70 keV 未満

5.9 keV (

55

Fe), 22.1 keV (

109

Cd ), 59.5keV (

241

Am)

備考  これより広い範囲のエネルギーについては,6.1 を参照。


12

Z 4520

:2007

7.

計数効率の求め方  全エネルギーピークに対する計数効率は,ゲルマニウムγ線検出器の有効体積及

び形状,検出器に対する線源の配置並びに検出器周辺の構造に依存する。計数効率は,検出器だけでなく

周辺構造を含む検出部全体の効率として定義する。

この規格では,検出器に対する線源の配置として,次の二つを規定する。

a)

検出器エンドキャップ表面中心から 25.0 cm の距離に点線源を置く方法。

b)

井戸形検出器の井戸底部中心から軸上 1.0 cm に点線源を置く方法。

これらの配置は代表的なものであり,可能なすべての配置に対応するものではない。しかしながら,こ

の条件下での測定は,検出器の性能試験,比較及び選択のときに基準となる。

計数効率を性能として示す場合には,どの方法で測定を行ったかを明示しなければならない。

なお,実際の測定試料を模擬した体積線源を用いて計数効率を求めてもよいが,その場合は,模擬した

体積線源の形状などの仕様を明示しなければならない。

7.1

点線源に対する 25.0 cm 距離での効率

7.1.1

全エネルギーピーク絶対効率の求め方  図 に示すように,付随する電子機器を検出器に接続し,

校正した

60

Co 線源を用いてスペクトルを測定する。線源の中心からエンドキャップ表面中心までの距離は,

25.0 cm とする。全エネルギーピーク絶対計数効率 E

a

は,全エネルギーピークの計数値 の計数時間(ラ

イブタイム)中に線源から放出された 1 332.5 keV のγ線の数 N

s

に対する比とする。

s

a

N

A

E

=

 (10)

計数時間は,γ線ピークのエネルギーより 5

%程度高い位置に,既知の一定のパルス発生率をもつパル

ス発生器を用いてピークを発生させ,その面積から決定してもよい。エンドキャップに線源を近づけたと

きの計数効率測定には,この方法が有効である。

7.1.2

全エネルギーピーク相対効率の求め方  線源と検出器との距離 25.0 cm(7.1.1 に規定)における 3

インチ×3 インチ (76 mm×76 mm) NaI (Tl)  シンチレーション検出器の計数効率との比で表すゲルマニウ

ムγ線検出器の効率 E

rel

は,式 (11) による。

NaI

a

rel

E

E

E

=

(11)

ここに,

E

a

式 (10) による全エネルギー計数効率

E

NaI

3 インチ×3 インチ (76 mm ×76 mm) NaI (Tl)  シン
チレーション検出器の全エネルギー計数効率

ただし,線源と検出器エンドキャップとの距離 25.0 cm における

60

Co から放出される 1 332.5 keV のγ線

に対する E

NaI

の値は,1.20×10

3

である。

7.2

井戸形検出器のγ線計数効率の求め方  井戸形検出器のγ線計数効率の求め方は,7.1 に規定する方

法が一般的であるが,井戸内部に線源を挿入して測定する方法もある。いずれの方法を用いてもよいが,

計数効率を性能として示す場合には,どの方法で測定を行ったかを明示しなければならない。

井戸内部に線源を挿入して測定する方法では,線源が井戸形検出器[

図 2 c)]のゲルマニウム結晶に囲

われるため,γ線に対して高い計数効率を示す。また,これに伴い,同時に放出された 2 本のγ線の信号

が加算される確率が,エンドキャップの外側に線源を置いた配置と比較して,格段に大きくなり,同時放


13

Z 4520

:2007

出γ線がスペクトル中で明らかなサムピークとして現れる。サムピークは,2 本のγ線の全エネルギー吸

収が同時に起こったことを示す。

井戸内部に線源を挿入して測定する方法は,次による。

a) 2

本の同時γ線のうちの一つについてみると,その全エネルギーとして検出されるγ線の数は,全エ

ネルギーピーク の計数とサムピーク A

s

の計数の和に等しい。精度の高い測定においては,一つの同

時放出γ線の検出γ線の数は,A+A

s

で表さなければならない。

b)

井戸形検出器における真の同時サム効果は,検出器の計数効率性能に対して特に重要な事項である。

検出器の絶対効率が高くなるにつれて,サムピークによる全エネルギーピーク A

計数の減少の割合

が大きくなり,A

s

/の比は大きくなる。そのため,全エネルギーピークの計数だけを絶対効率の算出

に用いる場合,実際の効率が高くなるのに伴って,計数効率を低く算出してしまう結果となる。二つ

の同時γ線の一方を用いて検出器の計数効率を算出する場合,A+A

s

を,そのγ線に相当する全エネル

ギーの計数としなければならない。

c)

井戸形検出器の計数効率  (

2

)  は,エンドキャップ井戸部の底面の上方 1.0 cm に最大 2.0 mm 以下の

60

Co

点線源を置き,6.2 に規定する方法で測定を行うことが望ましい。偶発同時計数は,計数率及び増幅器

の波形整形時間の制御及び/又はパルスのパイルアップ除去を行うことによって,無視又は補正でき

るようにしなければならない。

60

Co の 1 332.5 keV のγ線は,1 173.2 keV のγ線とのサム効果によって,

2 505.7 keV のサムピークとなる。

注(

2

)  井戸形検出器の計数効率を表す指標の一つにゲルマニウム結晶の有効体積 (cm

3

)  があるが,使

用者は有効体積を確認することはできない。また,信頼性の高い計数効率の指標でもないため,

ゲルマニウム結晶の有効体積 (cm

3

)  は,検出器の性能表示としては不適切である。

d)

60

Co の 1 332.5 keV 及び 2 505.7 keV のピーク面積は,6.3 の方法に従って決定することが望ましい。井

戸形検出器の計数効率  (W)  は,式 (12) による。

s

s

N

A

A

W

+

=

 (12)

ここに,

A: 1 332.5 keV のピーク面積

A

s

2 505.7 keV サムピークのピーク面積

N

s

計数時間中に線源から放出される 1 332.5 keV のγ線
の数

8.

入射窓厚さの指標  入射窓厚さ(検出器不感層,クライオスタット,エンドキャップなど)は,

133

Ba

の 31.0 keV,35.0 keV 及び 79.6 keV/81.1 keV の 3 本のピーク面積を測定し,それらの比を入射窓厚さ指標

として評価する。

109

Cd の 22 keV 及び 88 keV 又は,

155

Eu の 43 keV 及び 86.5 keV のピーク面積の比を用い

てもよい。いずれの場合も線源の自己吸収及び容器による吸収が,無視できることを確認していなければ

ならない。

蛍光 X 線に基づいた入射窓厚さ指標は,薄い入射窓の測定に用いる。その指標については,IEC 60759

に規定しており,厚さ指標は,標準ガラスの蛍光 X 線に基づいている。

このガラスは Si,Ba,Ca,Li,Mg,Zn 及び B の酸化物を含んでいる。

55

Fe 線源によって蛍光 X 線が発

生すると,1∼5 keV の範囲の X 線が多数放出される。これらの X 線と線源から放出され,コヒーレント


14

Z 4520

:2007

に後方散乱した 5.9 keV の X 線との比を入射窓厚さ指標に用いる。

9.

タイミング  ゲルマニウムγ線検出器のタイミングに関する能力を測定する有効な方法は,

22

Na から

正反対方向に放出される 2 本の 511 keV 消滅放射線を検出する同時計測に基づくものである。そのほかに

60

Co からカスケードに放出されるγ線を同時計測する方法もある。測定対象のゲルマニウムγ線検出器か

らのスタート信号と他の高速検出器から得られる遅延ストップ信号とが必要である。時間・波高変換器を

用いてスタート信号とストップ信号との時間差の分布を計測し,システムの時間分解能を求める。高速検

出器及びシステムの電子回路が高速であれば,そのゲルマニウムγ線検出器の時間分解能に関する情報を

得ることができる。ただし,タイミングの測定は,システム全体及びその調整に依存するため,タイミン

グ測定の結果は,必ずしも検出器だけの特性ではない。

9.1

時間分解能の計測システム  図 にゲルマニウムγ線検出器の時間分解能を測定する代表的なシス

テムを示す。ストップ信号は比較的高速な光電子増倍管にマウントした高速プラスチックシンチレータか

の信号である

(総合立上がり時間は 5 ns 以下)

。光電子増倍管からの信号は,コンスタントフラクショ

ン・ディスクリミネータ(constant fraction timing discriminator :  以下,CFTD という。

)を通り,遅延回路で

数 秒遅延されてから時間・波高変換器 (TAC) のストップ側に入力する。そこでは,時間軸校正のため

に,幾つかの校正した時間遅延回路が必要である。

ゲルマニウムγ線検出器からの信号を,前置増幅器の出力段階で二つに分岐する。

一つは,前置増幅器の出力段階で観測できる最も速い立上がり時間にほぼ近い微分時定数をもつ高速波

形整形増幅器に送られ,その出力信号は,CFTD に送られる。CFTD における設定パルス波高レベルとし

ては 20

%が望ましく,また,波形整形による遅延は,前置増幅器の出力で観測される最も速い信号の立ち

上がり時間の 1.5 倍程度であることが望ましい。このパラメータの組合せが,立上がり時間とパルス波高

との変動に起因するタイミングの不確かさを最小限とする。

もう一方は,増幅器及びシングルチャネルアナライザ(SCA)に送られ,マルチチャネルアナライザのゲ

ート信号となる。

22

Na 線源からの陽電子消滅放射線は,SCA によって 511 keV を中心に 10

%のウィンドウ

幅に設定することが望ましい。

  9  タイミング及び時間スペクトルの測定システム


15

Z 4520

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9.2

時間分解能の求め方  図 に,γ線同時計数の時間スペクトルが得られる測定システムの例を示す。

また,代表的なスペクトルを

図 10 に示す。半値幅の間のチャネル数は,少なくとも 6 点とし,半値幅内の

総計数値は,少なくとも 4  000 カウントとする。少なくとも二点の校正した遅延時間を用いて時間軸を校

正した後,半値幅及び 1/10 値幅をナノ秒の単位で決定する。時間分解能試験の再現性を確認するために,

次のパラメータを記録しなければならない。

a)

ゲルマニウムγ線検出器及びシンチレーション検出器の印加電圧

b)

プラスチックシンチレータ系の高速波形整形増幅器及びゲルマニウムγ線検出器系増幅器の波形整形

条件

c)

ストップ信号の遅延時間

 10  ゲルマニウムγ線検出器の時間分解能(例)


16

Z 4520

:2007

10.

温度サイクル

10.1

温度サイクル可能な検出器  温度サイクル可能な検出器(一般的に高純度ゲルマニウムγ線検出器)

は,ポータブル検出器及び液体窒素の供給が確実でない場合などには,特に有用である。温度サイクル可

能な検出器であっても,クライオスタットと一体化されたものの一部として真空に保たれる。温度サイク

ル可能な検出器は,液体窒素温度と室温とのサイクル及び室温における長時間の保管をしても,保証期間

中は検出器の性能を維持することを,製造業者は保証しなければならない。

10.2

アニール可能な検出器  アニール可能な検出器は,放射線(特に高速中性子)による損傷を補修す

るため,ある一定時間,特定の温度に保持しても性能の劣化がないように設計した検出器である(10.1 

照)

。クライオスタット,検出器及びマウント方法は,アニール(例えば,120  ℃,24 時間)に適応でき

るものでなければならない。放射線損傷がない状態では,検出器は定められた性能を超えて劣化すること

なく,アニールに耐えるものであることが望ましい。

適切なアニールによって,放射線損傷を受けた高純度ゲルマニウムγ線検出器をほぼ損傷を受ける前の

状態に回復させることができる。p 形同軸形検出器と比較して,n 形同軸形検出器は,放射線損傷に対し

て感度が低く,かつ,アニール操作による効率の劣化も小さい。


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Z 4520

:2007

附属書(参考)JIS と対応する国際規格との対比表

JIS Z 4520 : 2007

  ゲルマニウムγ線検出器の試験方法

IEC 60973 : 1989

  ゲルマニウムガンマ線検出器の試験手順

(Ⅰ) JIS の規定

(Ⅱ)  国際
規格番号

(Ⅲ)  国際規格の規定

(Ⅳ)  JIS と国際規格との技術的差異の項目ごとの
評価及びその内容

表示箇所:本体 
表示方法:点線の下線

(Ⅴ)  JIS と国際規格との技術
的差異の理由及び今後の対策

項目番号

内容

項目
番号

内容

項目ごと
の評価

技術的差異の内容

1.  適用範囲

ゲルマニウムγ線
検出器の試験方法
について規定。

IEC 60973 1

2

JIS

に同じ。 IDT  −

2.  引用規格 

IEC 60333 
IEC 60759

JIS

に同じ。

IDT

IEC

規格に引用規格の箇条はない

が,PREFACE 部分に引用規格の説
明がある。

JIS Z 4001 
JIS Z 8103 

 

MOD/追加  用語規格の追加。

IEC

規格は,本体で用語の定

義を規定。JIS は,引用規格も
使用して規定しているため。 

3.  定義

JIS Z 4001

及び JIS 

Z 8103

に よ る ほ

か,六つの用語の
定義を規定。

3

記号及び定義 MOD/削除

IEC

規格は,記号と用語の定義を規

定しているが,本体で使用されてい
ない記号及び用語もある。 
JIS

は,記号及び使用されていない

用語を削除。

技術的差異はない。

4.  構造 
4.1 構造一般 
 
4.2 検出器の分類

 
ゲルマニウムγ線
検出器の構造。 
検出器の分類。


4.1 
4.2 
4.3

はじめに 
γ線の相互作用 
Ge 検出器 
検出器の種類

JIS

とほぼ同じ。

 
MOD/削除 
MOD/削除 
MOD/変更

IEC

規格の 4 は,試験方法と全く関

係のない記載内容である。 
JIS

は,4.1 及び 4.2 を削除。4.3 だ

けを修正の上規定。

 
 
 
技術的内容の基本的修正では
ない。

5.  一般試験条件

5

JIS

に同じ。 IDT  − 

 

6.  エネルギースペク
トル測定

6

JIS

に同じ。 IDT  − 

 

6.1 推奨放射線源

6.1

JIS

に同じ。 IDT  − 

 

6.2 試験器の接続方

6.2

JIS

に同じ。 

IDT

 

 

6

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Z 4520

:2007

(Ⅰ) JIS の規定

(Ⅱ)  国際
規格番号

(Ⅲ)  国際規格の規定

(Ⅳ)  JIS と国際規格との技術的差異の項目ごとの
評価及びその内容

表示箇所:本体 
表示方法:点線の下線

(Ⅴ)  JIS と国際規格との技術
的差異の理由及び今後の対策

項目番号

内容

項目
番号

内容

項目ごと
の評価

技術的差異の内容

6.3 ピーク面積の求
め方

6.3

JIS

とほぼ同じ。 MOD/選択

JIS

は,IEC 規格の方法とは異なる

方法を追加し,いずれの方法を用い
てもよいと規定。

現システムでは,JIS で追加し
た試験方法が一般的であるた
め。 
IEC

規格見直しのとき,改正

を提案する予定。

6.4 ピークチャネル
の求め方

6.4

JIS

に同じ。 IDT  −

6.5 ピークの半値幅,
1/10 値幅及び 1/50 値
幅の求め方

6.5

JIS

に同じ。 IDT  −

6.6 ピーク対コンプ
トン比の求め方

6.6

JIS

に同じ。 

IDT

6.7 エネルギー分解
能の求め方

6.7

JIS

に同じ。 

IDT

6.8 総合雑音及び検
出器の寄与の求め方

6.8

JIS

に同じ。 

IDT

6.9 ピークの非対称
性の求め方

6.9

JIS

とほぼ同じ。 

MOD/追加  JIS は,計数率の数値に,“1 000s

1

以下の”を追加。

試験方法に具体性をもたせた
ため。

6.10 井戸形検出器の
エネルギー分解能の
求め方

6.10

JIS

に同じ。 

IDT

6.11 推奨エネルギー

6.11

JIS

とほぼ同じ。 

MOD/追加  JIS は,推奨エネルギー値に,59.5

keV (

241

Am)  を追加。

一般的に使用されている数値
であるため。

7.  計数効率の求め方

7

JIS

とほぼ同じ。 

MOD/削除  IEC 規格に記載の標準的なマリネ

リビーカを削除。

標準的なマリネリビーカが,
国内には存在しないため。 
IEC

規格見直しのとき,改正

を提案する予定。

MOD/追加  体積線源の仕様について許容する

文章を追記した。 

JIS

で追加した試験方法が一

般的であるため。また,実質
的な試験方法の差異はない。

6

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(Ⅰ) JIS の規定

(Ⅱ)  国際
規格番号

(Ⅲ)  国際規格の規定

(Ⅳ)  JIS と国際規格との技術的差異の項目ごとの
評価及びその内容

表示箇所:本体 
表示方法:点線の下線

(Ⅴ)  JIS と国際規格との技術
的差異の理由及び今後の対策

項目番号

内容

項目
番号

内容

項目ごと
の評価

技術的差異の内容

7.1 点線源に対する
25.0 cm 距離での効

7.1

JIS

に同じ。 

IDT

7.2 井戸形検出器の
γ線計数効率の求め

7.2

JIS

とほぼ同じ。 

MOD/選択  JIS は,IEC 規格の方法とは異なる

方法(7.1 に規定の方法)を追加し,
いずれの方法を用いてもよいと規
定。

JIS

で追加した試験方法が一

般的であるため。

7.3

標準マリネリビー
カを用いたときの
γ線計数効率。 

MOD/削除  − 7.の  (Ⅴ)  参照。

8.  入射窓厚さの指標

8

JIS

とほぼ同じ。 

MOD/変更 
 
MOD/選択

133

Ba のエネルギーに誤りがあった

ので変更した。 
指標とし

155

Eu を追加し,選択可能

とした。

IEC

規格見直しのとき,改正

を提案する予定。

一般的に有用な指標であるた
め。

9.  タイミング

9

JIS

とほぼ同じ。 

MOD/選択

60

Co による試験方法を追加し,選択

可能とした。

一般的に有用な試験方法であ
るため。

9.1 時間分解能の計
測システム

9.1

JIS

に同じ。 

IDT

9.2 時間分解能の求
め方

9.2

JIS

に同じ。 

IDT

10.  温度サイクル

10 JIS に同じ。 

IDT

10.1 温度サイクル可
能な検出器

10.1

JIS

に同じ。 

IDT

10.2 アニール可能な
検出器

10.2

JIS

に同じ。 

IDT

11

低バックグラウン
ド・ゲルマニウム
γ線検出器 

MOD/削除  IEC 規格の記載内容は,一般常識事

項であり規定内容の記載がないの
で削除。

技術的内容に差異はない。

JIS

と国際規格との対応の程度の全体評価:MOD

6

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20

Z 4520

:2007

備考1.  項目ごとの評価欄の記号の意味は,次のとおりである。

    ―  IDT………………  技術的差異がない。 
    ―  MOD/削除………  国際規格の規定項目又は規定内容を削除している。

    ―  MOD/追加………  国際規格にない規定項目又は規定内容を追加している。 
    ―  MOD/変更………  国際規格の規定内容を変更している。 
    ―  MOD/選択………  国際規格の規定内容と別の選択肢がある。

2.  JIS

と国際規格との対応の程度の全体評価欄の記号の意味は,次のとおりである。

    ―  MOD

……………  国際規格を修正している。

6

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