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JP3018055B2 - Peltier cooled semiconductor detector - Google Patents
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JP3018055B2 - Peltier cooled semiconductor detector - Google Patents

Peltier cooled semiconductor detector

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JP3018055B2
JP3018055B2 JP5080942A JP8094293A JP3018055B2 JP 3018055 B2 JP3018055 B2 JP 3018055B2 JP 5080942 A JP5080942 A JP 5080942A JP 8094293 A JP8094293 A JP 8094293A JP 3018055 B2 JP3018055 B2 JP 3018055B2
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peltier element
detector
heat shield
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武博 山岡
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、放射線の検出を目的
とするペルチェ冷却半導体検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Peltier cooled semiconductor detector for detecting radiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のペルチェ冷却半導体検出器の主な
構成を図2及び図3に示す。図2に於いて、放射線を検
出するための半導体検出器1は、半導体検出器1を冷却
するためのペルチェ素子2と冷却シャフト6を介して接
続されている。ペルチェ素子2の放熱のためのヒートシ
ンク3にペルチェ素子2は接続されている。また、前述
のものは、クライオスタット5の内部に配置され、クラ
イオスタット5内部を高真空に保つためのイオンポンプ
4が設けられている。冷却シャフト6は、ペルチェ素子
2から離れた場所にある半導体検出器1を冷却するため
のものであり、普通、熱伝導の良い銅などが使用され
る。
2. Description of the Related Art The main components of a conventional Peltier cooled semiconductor detector are shown in FIGS. In FIG. 2, a semiconductor detector 1 for detecting radiation is connected via a cooling shaft 6 to a Peltier element 2 for cooling the semiconductor detector 1. The Peltier device 2 is connected to a heat sink 3 for heat dissipation of the Peltier device 2. The above-described apparatus is provided inside the cryostat 5 and provided with an ion pump 4 for keeping the inside of the cryostat 5 at a high vacuum. The cooling shaft 6 is for cooling the semiconductor detector 1 located away from the Peltier element 2, and is usually made of copper having good heat conductivity.

【0003】図3に於いて、熱シールド7は、冷却シャ
フト6や半導体検出器1の周囲を囲むようなパイプ状の
構造であり、通常、ペルチェ素子2の最上段よりも下段
と接続され冷却されており、特に輻射熱のシールドとし
て用いられる。
In FIG. 3, a heat shield 7 has a pipe-like structure surrounding the cooling shaft 6 and the semiconductor detector 1, and is usually connected to a lower stage than the uppermost stage of the Peltier device 2 and cooled. It is used as a shield for radiant heat.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のペルチェ冷却半
導体検出器では、クライオスタット5からの輻射熱の流
入などにより検出器1の冷却効率は悪く、これを改善す
る目的で熱シールド7付きのものもあるが、ひとつのペ
ルチェ素子2で半導体検出器を冷却する他に、熱シール
ド7まで冷却しなければならず、冷却効率はその分損を
することになる。
In the conventional Peltier-cooled semiconductor detector, the cooling efficiency of the detector 1 is poor due to the inflow of radiant heat from the cryostat 5 and the like, and there is a detector provided with a heat shield 7 for the purpose of improving the cooling efficiency. However, in addition to cooling the semiconductor detector with one Peltier element 2, it is necessary to cool down to the heat shield 7, and the cooling efficiency is lost accordingly.

【0005】そのため半導体検出器1の冷却温度はペル
チェ素子2最上段の温度より高くなってしまい、検出器
1としての性能に限界を与えるという問題があった。更
に、イオンポンプ4で高真空に保たれているとはいえ、
ペルチェ素子2による冷却部分は残留ガスのトラップと
なり、検出器1やFETの表面に残留ガスがトラップさ
れた場合、入射X線の妨害や、検出器またはFETの表
面漏れ電流の増加などによって検出器1としての性能を
悪化させるという問題があった。
Therefore, the cooling temperature of the semiconductor detector 1 becomes higher than the temperature of the uppermost stage of the Peltier element 2, and there is a problem that the performance of the detector 1 is limited. Furthermore, although the vacuum is kept high by the ion pump 4,
The cooling part by the Peltier element 2 serves as a trap for the residual gas. If the residual gas is trapped on the surface of the detector 1 or the FET, the detector may be disturbed by incident X-rays or an increase in the surface leakage current of the detector or the FET. There is a problem that the performance as No. 1 is deteriorated.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は熱シールドとして、半導体検出器を冷却
するためのペルチェ素子以外のペルチェ素子で冷却され
たパイプを熱シールドとして用いることによって、冷却
効率を改善し、半導体検出器の冷却温度をできる限りペ
ルチェ素子最上段の温度に近づけ、検出器としての性能
を良くするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a pipe cooled by a Peltier element other than a Peltier element for cooling a semiconductor detector as a heat shield. The cooling efficiency of the semiconductor detector is improved, and the cooling temperature of the semiconductor detector is made as close as possible to the temperature of the uppermost stage of the Peltier element, thereby improving the performance as the detector.

【0007】[0007]

【作用】上記のように構成されたペルチェ冷却半導体検
出器においては、熱シールドの冷却を半導体検出器を冷
却するためのペルチェ素子以外のペルチェ素子で冷却し
ているため、半導体検出器の冷却効率が改善される。ま
た、この熱シールドは残留ガスの冷却トラップとしても
作用するため、半導体検出器やFETへの残留ガスの吸
着をかなり防ぐことができる。また、半導体検出器の立
ち上げ時は熱シールドの冷却を先に行い、検出器の冷却
を後に行うことで、やはり検出器やFETへの残留ガス
の吸着を防ぐことができる。更に、半導体検出器の立ち
下げ時は、検出器の降温を先に行い、熱シールドの降温
を後に行うことによって同様の効果を得ることができ
る。
In the Peltier-cooled semiconductor detector configured as described above, the heat shield is cooled by a Peltier element other than the Peltier element for cooling the semiconductor detector, so that the cooling efficiency of the semiconductor detector is reduced. Is improved. Further, since the heat shield also functions as a cooling trap for the residual gas, the adsorption of the residual gas to the semiconductor detector and the FET can be considerably prevented. In addition, when the semiconductor detector is started, cooling of the heat shield is performed first, and cooling of the detector is performed later, so that adsorption of residual gas to the detector and the FET can also be prevented. Further, when the semiconductor detector is turned off, the same effect can be obtained by lowering the temperature of the detector first and then lowering the temperature of the heat shield.

【0008】[0008]

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図1中の1は放射線を検出するための半導体
検出器、2は半導体検出器1を冷却するための第1のペ
ルチェ素子、3は第1のペルチェ素子2の放熱のための
ヒートシンク、4はクライオスタット5の内部を高真空
に保つためのイオンポンプである。クライオスタット5
の頂部には、ベリリウムまたは高分子の膜(図示せず)
が入射窓として取り付けられている。6は冷却シャフト
で、第1のペルチェ素子2から離れた場所にある半導体
検出器1を冷却するためのものである。7は熱シールド
で、半導体検出器1を冷却する第1のペルチェ素子2以
外の複数のペルチェ素子8によって冷却される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is a semiconductor detector for detecting radiation, 2 is a first Peltier element for cooling the semiconductor detector 1, 3 is a heat sink for heat radiation of the first Peltier element 2, 4 is This is an ion pump for keeping the inside of the cryostat 5 at a high vacuum. Cryostat 5
Beryllium or polymer film (not shown)
Are attached as entrance windows. Reference numeral 6 denotes a cooling shaft for cooling the semiconductor detector 1 located at a position away from the first Peltier element 2. Reference numeral 7 denotes a heat shield, which is cooled by a plurality of Peltier elements 8 other than the first Peltier element 2 that cools the semiconductor detector 1.

【0009】この熱シールド冷却用ペルチェ素子8は、
第1のペルチェ素子2よりも低い段数のペルチェ素子で
も良い。この熱シールド7は残留ガスの冷却トラップも
兼ねている。そのため、半導体検出器の立ち上げ時は熱
シールド7の冷却を先に行い、検出器1の冷却を後に行
うことで、検出器1やFETへの残留ガスの吸着をより
防ぐことができる。また半導体検出器の立ち下げ時は、
検出器の降温を先に行い、熱シールドの降温を後に行う
ことによって同様の効果を得ることができる。
This heat shield cooling Peltier element 8
A Peltier element having a lower number of stages than the first Peltier element 2 may be used. The heat shield 7 also serves as a cooling trap for the residual gas. Therefore, when the semiconductor detector is started, cooling of the heat shield 7 is performed first, and cooling of the detector 1 is performed later, so that adsorption of residual gas to the detector 1 and the FET can be further prevented. When the semiconductor detector is shut down,
A similar effect can be obtained by lowering the temperature of the detector first and then lowering the temperature of the heat shield.

【0010】この発明の他の実施例を図4に基づいて説
明する。これは斜め形状のヒートシンク3に取り付けら
れた1個の熱シールド冷却用のペルチェ素子8によって
熱シールド7を冷却している。ヒートシンク3を斜め形
状にしているのは、全体の形状をコンパクトにするため
である。熱シールド7と熱シールド冷却用ペルチェ素子
8は銅の薄板または銅のより線10によって接続され、
熱シールド7は複数個の支持リング9でクライオスタッ
ト5の内壁に固定される。支持リング9はシリコンゴム
や弗素系のゴム製で、図5に示すような形をしており、
3つの突起のみがクライオスタット5の内壁に接するこ
とで、熱伝導を悪くしているため、熱シールドを十分に
冷却することができる。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this case, the heat shield 7 is cooled by one heat shield cooling Peltier element 8 attached to the oblique heat sink 3. The reason for making the heat sink 3 slanted is to make the whole shape compact. The heat shield 7 and the heat shield cooling Peltier element 8 are connected by a copper thin plate or a copper stranded wire 10,
The heat shield 7 is fixed to the inner wall of the cryostat 5 by a plurality of support rings 9. The support ring 9 is made of silicon rubber or fluorine-based rubber and has a shape as shown in FIG.
Since only three protrusions are in contact with the inner wall of the cryostat 5, heat conduction is deteriorated, so that the heat shield can be sufficiently cooled.

【0011】さらに、前述の構造を有するペルチェ冷却
半導体検出器において、半導体検出器の立ち上げ時は熱
シールドの冷却を先に行い、検出器の冷却を後に行うこ
とも可能である。また更に、前述の構造を有するペルチ
ェ冷却半導体検出器において、半導体検出器の立ち下げ
時は、検出器の昇温を先に行い、熱シールドの昇温を後
に行うことも可能である。
Further, in the Peltier-cooled semiconductor detector having the above-described structure, when the semiconductor detector is started, it is possible to cool the heat shield first and then cool the detector. Further, in the Peltier-cooled semiconductor detector having the above-described structure, when the semiconductor detector is turned off, the temperature of the detector can be raised first, and the temperature of the heat shield can be raised later.

【0012】[0012]

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、熱シ
ールドの冷却を半導体検出器を冷却するためのペルチェ
素子以外のペルチェ素子で冷却しているため、半導体検
出器の冷却効率が改善される。また、この熱シールドは
残留ガスの冷却トラップとしても作用するため、半導体
検出器やFETへの残留ガスの吸着をかなり防ぐことが
できる。
As described above, according to the present invention, the cooling efficiency of the semiconductor detector is improved because the heat shield is cooled by the Peltier element other than the Peltier element for cooling the semiconductor detector. You. Further, since the heat shield also functions as a cooling trap for the residual gas, the adsorption of the residual gas to the semiconductor detector and the FET can be considerably prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のペルチェ冷却半導体検出器の主な構造
を示した断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main structure of a Peltier cooled semiconductor detector according to the present invention.

【図2】従来のペルチェ冷却半導体検出器の断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional Peltier cooled semiconductor detector.

【図3】従来の別のペルチェ冷却半導体検出器の断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of another conventional Peltier-cooled semiconductor detector.

【図4】本発明の他の実施例を示した断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図5】支持リングの平面図である。FIG. 5 is a plan view of a support ring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体検出器 2 第1のペルチェ素子 3 ヒートシンク 4 イオンポンプ 5 クライオスタット 6 冷却シャフト 7 熱シールド 8 熱シールド冷却用ペルチェ素子 9 支持リング 10 銅の薄板または銅のより線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor detector 2 1st Peltier element 3 Heat sink 4 Ion pump 5 Cryostat 6 Cooling shaft 7 Heat shield 8 Heat shield cooling Peltier element 9 Support ring 10 Copper thin plate or copper strand

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01T 1/24 H01L 35/28 H05G 1/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01T 1/24 H01L 35/28 H05G 1/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 放射線を検出するための半導体検出器、
半導体検出器を冷却するためのペルチェ素子、ペルチェ
素子の放熱のためのヒートシンク、クライオスタットの
内部を高真空に保つためのイオンポンプ、ペルチェ素子
から離れた場所にある半導体検出器を冷却するための冷
却シャフトを有する半導体検出器において、半導体検出
器と冷却シャフトの周囲を囲む熱シールドを、半導体検
出器を冷却するためのペルチェ素子以外のペルチェ素子
を用いて冷却することを特徴とするペルチェ冷却半導体
検出器。
A semiconductor detector for detecting radiation;
Peltier element for cooling the semiconductor detector, heat sink for radiating the Peltier element, ion pump for keeping the inside of the cryostat at a high vacuum, cooling for cooling the semiconductor detector located away from the Peltier element A semiconductor detector having a shaft, wherein a heat shield surrounding a periphery of the semiconductor detector and the cooling shaft is cooled using a Peltier element other than a Peltier element for cooling the semiconductor detector. vessel.
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