JP5082684B2 - ペルチェ冷却型半導体ｘ線検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器に関し、さらに詳しくは、イオンポンプを備えたペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器において、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、イオンポンプを容易に起動可能にしたペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器に関する。
従来、Ｘ線検出のための半導体Ｘ線検出センサと、半導体Ｘ線検出センサを電子冷却するためのペルチェ素子と、半導体Ｘ線検出センサおよびペルチェ素子を収容する真空容器と、真空容器内を高真空にするための真空ポンプとを具備したＸ線検出器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３０８６３２号公報
半導体Ｘ線検出センサをペルチェ素子で冷却するペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、真空容器内の真空度が低下するとペルチェ素子の冷却能力が低下して半導体Ｘ線検出センサの温度が上昇し、検出性能が下がってしまう。そこで、上記従来のＸ線検出器では、真空ポンプを備えて、高真空を維持するようにしている。
この真空ポンプとしては、振動がなく小型であるという理由からイオンポンプを用いることが好ましい。
しかし、ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を長期間使用していないと、ガスが真空容器の内部で放出されたり外部から侵入してくるため、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力（例えば１Ｐａ）より上昇してしまって、イオンポンプを起動できなくなり、この結果、ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を使用できなくなってしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、イオンポンプを備えたペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器において、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、イオンポンプを容易に起動可能にしたペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を提供することにある。
この真空ポンプとしては、振動がなく小型であるという理由からイオンポンプを用いることが好ましい。
しかし、ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を長期間使用していないと、ガスが真空容器の内部で放出されたり外部から侵入してくるため、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力（例えば１Ｐａ）より上昇してしまって、イオンポンプを起動できなくなり、この結果、ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を使用できなくなってしまう問題点があった。
そこで、本発明の目的は、イオンポンプを備えたペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器において、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、イオンポンプを容易に起動可能にしたペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を提供することにある。
第１の観点では、本発明は、Ｘ線検出のための半導体Ｘ線検出センサと、前記半導体Ｘ線検出センサを電子冷却するためのペルチェ素子と、前記半導体Ｘ線検出センサおよび前記ペルチェ素子を収容する真空容器と、前記真空容器内を高真空にするためのイオンポンプと、前記真空容器内をイオンポンプ起動圧力以下にするための真空容器内冷却手段とを具備したことを特徴とするペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を提供する。
上記第１の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、真空容器内冷却手段を作動させることにより真空容器内のガスをコールドトラップし、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下にすることが出来る。従って、イオンポンプが起動可能となり、真空容器内の圧力を必要な高真空にすることが出来る。
なお、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力より下げる時にだけ真空容器内冷却手段を使えばよいから、真空容器内冷却手段の使用は非常時に限られ、ランニングコストを抑制することが出来る。
上記第１の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、真空容器内冷却手段を作動させることにより真空容器内のガスをコールドトラップし、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下にすることが出来る。従って、イオンポンプが起動可能となり、真空容器内の圧力を必要な高真空にすることが出来る。
なお、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力より下げる時にだけ真空容器内冷却手段を使えばよいから、真空容器内冷却手段の使用は非常時に限られ、ランニングコストを抑制することが出来る。
第２の観点では、本発明は、前記真空容器内冷却手段は、液体窒素トラップであることを特徴とする前記第１の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を提供する。
上記第２の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、液体窒素トラップに液体窒素を入れることにより真空容器内のガスをトラップし、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下にすることが出来る。従って、イオンポンプが起動可能となり、真空容器内の圧力を必要な高真空にすることが出来る。
なお、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力より下げる時にだけ液体窒素トラップを使えばよいから、液体窒素の使用は非常時に限られ、使用量が少なくて済み、ランニングコストを抑制することが出来る。
上記第２の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、液体窒素トラップに液体窒素を入れることにより真空容器内のガスをトラップし、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下にすることが出来る。従って、イオンポンプが起動可能となり、真空容器内の圧力を必要な高真空にすることが出来る。
なお、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力より下げる時にだけ液体窒素トラップを使えばよいから、液体窒素の使用は非常時に限られ、使用量が少なくて済み、ランニングコストを抑制することが出来る。
第３の観点では、本発明は、前記真空容器内冷却手段は、冷凍機接続手段であることを特徴とする前記第１の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を提供する。
上記第３の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまい、イオンポンプが起動できなくなってしまったとき、液体窒素温度まで冷却可能な冷凍機を外部から接続し、真空容器内の冷凍機接続口が冷却されることにより、真空容器内のガスをコールドトラップし、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下にすることが出来る。従って、イオンポンプが起動可能となり、真空容器内の圧力を必要な高真空にすることが出来る。
上記第３の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまい、イオンポンプが起動できなくなってしまったとき、液体窒素温度まで冷却可能な冷凍機を外部から接続し、真空容器内の冷凍機接続口が冷却されることにより、真空容器内のガスをコールドトラップし、真空容器内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下にすることが出来る。従って、イオンポンプが起動可能となり、真空容器内の圧力を必要な高真空にすることが出来る。
第４の観点では、本発明は、前記第３の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器において、前記真空容器内の冷凍機接続口の部分に吸着剤を取り付けたことを特徴とするペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器を提供する。
上記第４の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、吸着剤が真空容器内のガスを吸着するため、真空容器内の圧力上昇を抑制することが出来る。また、液体窒素トラップを作動させた時は、吸着剤が液体窒素トラップで冷却され、高い効率でガスを吸着する。
上記第４の観点によるペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器では、吸着剤が真空容器内のガスを吸着するため、真空容器内の圧力上昇を抑制することが出来る。また、液体窒素トラップを作動させた時は、吸着剤が液体窒素トラップで冷却され、高い効率でガスを吸着する。
本発明のペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器によれば、真空ポンプとしてイオンポンプを用いることが出来ると共に、真空容器内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、イオンポンプを容易に起動できるようになる。
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、実施例１に係るペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器１００の構成を示す模式的断面図である。
このペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器１００は、窓１から入射するＸ線を検出するための半導体Ｘ線検出センサ２と、半導体Ｘ線検出センサ２の出力信号を増幅するＦＥＴ３と、半導体Ｘ線検出センサ２やＦＥＴ３を冷却するための伝熱部材４および多段ペルチェ素子モジュール５と、多段ペルチェ素子モジュール５から排熱するためのヒートシンク６と、半導体Ｘ線検出センサ２や多段ペルチェ素子モジュール５などを収容する真空容器７と、真空容器７の真空度を高真空に維持するためのイオンポンプ８と、真空容器７内をイオンポンプ起動圧力以下にするための液体窒素トラップ９と、液体窒素トラップ９の真空容器７内の部分に取り付けた吸着剤１０とを具備している。なお、液体窒素トラップ９は、本発明における真空容器内冷却手段に相当する。
このペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器１００は、窓１から入射するＸ線を検出するための半導体Ｘ線検出センサ２と、半導体Ｘ線検出センサ２の出力信号を増幅するＦＥＴ３と、半導体Ｘ線検出センサ２やＦＥＴ３を冷却するための伝熱部材４および多段ペルチェ素子モジュール５と、多段ペルチェ素子モジュール５から排熱するためのヒートシンク６と、半導体Ｘ線検出センサ２や多段ペルチェ素子モジュール５などを収容する真空容器７と、真空容器７の真空度を高真空に維持するためのイオンポンプ８と、真空容器７内をイオンポンプ起動圧力以下にするための液体窒素トラップ９と、液体窒素トラップ９の真空容器７内の部分に取り付けた吸着剤１０とを具備している。なお、液体窒素トラップ９は、本発明における真空容器内冷却手段に相当する。
半導体Ｘ線検出センサ２は、Ｓi(Ｌi)素子である。ＰＩＮダイオード，ＳＤＤ（Silicon Drift Detector）、高純度シリコン素子または高純度ゲルマニウム素子を用いてもよい。
吸着剤１０は、活性炭である。他の炭素系，シリカ系，アルミナ系などの吸着剤を用いてもよい。その他真空容器内に残存する物質を捕獲する機能を有する限りにおいて、吸着剤の材料及び構造を種々変更可能である。
ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器１００の組立てに際しては、予めベーキング処理を行った部品を組み付けた後、ベーキング処理を行いながら真空引きし、所定の真空度で封止する。
実施例１のペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器１００によれば、次の効果が得られる。
（１）振動がなく小型のイオンポンプを用いることが出来る。
（２）真空容器７の内部でガスが放出されたり、外部からガスが侵入してきても、真空容器７内に入れている吸着剤１０により吸着されるので、真空度の経時的低下を遅くすることが出来る。
（３）真空容器７内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、液体窒素トラップ９に液体窒素Nを入れてイオンポンプ起動圧力以下にすることにより、イオンポンプ８を容易に起動できる。
（４）液体窒素トラップ９を作動させた時は、吸着剤１０が液体窒素トラップ９で冷却され、高い効率でガスを吸着するから、真空容器７内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下に下げる信頼性が増す。
（１）振動がなく小型のイオンポンプを用いることが出来る。
（２）真空容器７の内部でガスが放出されたり、外部からガスが侵入してきても、真空容器７内に入れている吸着剤１０により吸着されるので、真空度の経時的低下を遅くすることが出来る。
（３）真空容器７内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、液体窒素トラップ９に液体窒素Nを入れてイオンポンプ起動圧力以下にすることにより、イオンポンプ８を容易に起動できる。
（４）液体窒素トラップ９を作動させた時は、吸着剤１０が液体窒素トラップ９で冷却され、高い効率でガスを吸着するから、真空容器７内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下に下げる信頼性が増す。
図２は、実施例２に係るペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器２００の構成を示す模式的断面図である。
このペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器２００は、窓１から入射するＸ線を検出するための半導体Ｘ線検出センサ２と、半導体Ｘ線検出センサ２の出力信号を増幅するＦＥＴ３と、半導体Ｘ線検出センサ２やＦＥＴ３を冷却するための伝熱部材４および多段ペルチェ素子モジュール５と、多段ペルチェ素子モジュール５から排熱するためのヒートシンク６と、半導体Ｘ線検出センサ２や多段ペルチェ素子モジュール５などを収容する真空容器７と、真空容器７の真空度を高真空に維持するためのイオンポンプ８と、真空容器７内をイオンポンプ起動圧力以下にするための冷凍機接続口２０と、冷凍機接続口２０の真空容器７内の部分に取り付けた吸着剤２１とを具備している。なお、冷凍機接続口２０は、本発明における真空容器内冷却手段に相当する。
このペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器２００は、窓１から入射するＸ線を検出するための半導体Ｘ線検出センサ２と、半導体Ｘ線検出センサ２の出力信号を増幅するＦＥＴ３と、半導体Ｘ線検出センサ２やＦＥＴ３を冷却するための伝熱部材４および多段ペルチェ素子モジュール５と、多段ペルチェ素子モジュール５から排熱するためのヒートシンク６と、半導体Ｘ線検出センサ２や多段ペルチェ素子モジュール５などを収容する真空容器７と、真空容器７の真空度を高真空に維持するためのイオンポンプ８と、真空容器７内をイオンポンプ起動圧力以下にするための冷凍機接続口２０と、冷凍機接続口２０の真空容器７内の部分に取り付けた吸着剤２１とを具備している。なお、冷凍機接続口２０は、本発明における真空容器内冷却手段に相当する。
半導体Ｘ線検出センサ２は、Ｓi(Ｌi)素子である。ＰＩＮダイオード，ＳＤＤ（Silicon Drift Detector）、高純度シリコン素子または高純度ゲルマニウム素子を用いてもよい。
吸着剤２１は、活性炭である。他の炭素系，シリカ系，アルミナ系などの吸着剤を用いてもよい。その他真空容器内に残存する物質を捕獲する機能を有する限りにおいて、吸着剤の材料及び構造を種々変更可能である。
ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器２００の組立てに際しては、予めベーキング処理を行った部品を組み付けた後、ベーキング処理を行いながら真空引きし、所定の真空度で封止する。
実施例２のペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器２００によれば、次の効果が得られる。
（１）振動がなく小型のイオンポンプを用いることが出来る。
（２）真空容器７の内部でガスが放出されたり、外部からガスが侵入してきても、真空容器７内に入れている吸着剤２１により吸着されるので、真空度の経時的低下を遅くすることが出来る。
（３）真空容器７内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、液体窒素温度まで冷却可能な冷凍機２３を外部から接続し、真空容器内の冷凍機接続口２０が冷却されることにより、真空容器内のガスをトラップし、イオンポンプ起動圧力以下にすることにより、イオンポンプ８を容易に起動できる。
（４）液体窒素温度まで冷却可能な冷凍機を外部から接続し、真空容器内の冷凍機接続口２０が冷却された時は、吸着剤２１が冷却され、高い効率でガスを吸着するから、真空容器７内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下に下げる信頼性が増す。
（１）振動がなく小型のイオンポンプを用いることが出来る。
（２）真空容器７の内部でガスが放出されたり、外部からガスが侵入してきても、真空容器７内に入れている吸着剤２１により吸着されるので、真空度の経時的低下を遅くすることが出来る。
（３）真空容器７内の圧力がイオンポンプ起動圧力より上昇してしまっても、液体窒素温度まで冷却可能な冷凍機２３を外部から接続し、真空容器内の冷凍機接続口２０が冷却されることにより、真空容器内のガスをトラップし、イオンポンプ起動圧力以下にすることにより、イオンポンプ８を容易に起動できる。
（４）液体窒素温度まで冷却可能な冷凍機を外部から接続し、真空容器内の冷凍機接続口２０が冷却された時は、吸着剤２１が冷却され、高い効率でガスを吸着するから、真空容器７内の圧力をイオンポンプ起動圧力以下に下げる信頼性が増す。
以上本発明の実施例１、２について説明したが、本発明における真空容器内冷却手段として、前記真空容器内をイオンポンプ起動圧力以下にする機能を有する限りにおいて、他の公知の冷却手段を適宜採用することが出来る。
本発明のペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置の検出器として利用することが出来る。
１ 窓
２ 半導体Ｘ線検出センサ
３ ＦＥＴ
４ 伝熱部材
５ 多段ペルチェ素子モジュール
６ ヒートシンク
７ 真空容器
８ イオンポンプ
９ 液体窒素トラップ
１０ 吸着剤
２０ 冷凍機接続口
２３ 冷凍機
１００，２００ ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器
２ 半導体Ｘ線検出センサ
３ ＦＥＴ
４ 伝熱部材
５ 多段ペルチェ素子モジュール
６ ヒートシンク
７ 真空容器
８ イオンポンプ
９ 液体窒素トラップ
１０ 吸着剤
２０ 冷凍機接続口
２３ 冷凍機
１００，２００ ペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器
Claims (3)
- Ｘ線検出のための半導体Ｘ線検出センサと、前記半導体Ｘ線検出センサを電子冷却するためのペルチェ素子と、前記半導体Ｘ線検出センサおよび前記ペルチェ素子を収容する真空容器と、前記真空容器内を高真空にするためのイオンポンプと、前記真空容器内をイオンポンプ起動圧力以下にするための真空容器内冷却手段とを具備したペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器であって、前記真空容器内冷却手段は、液体窒素トラップであることを特徴とするペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器。
- Ｘ線検出のための半導体Ｘ線検出センサと、前記半導体Ｘ線検出センサを電子冷却するためのペルチェ素子と、前記半導体Ｘ線検出センサおよび前記ペルチェ素子を収容する真空容器と、前記真空容器内を高真空にするためのイオンポンプと、前記真空容器内をイオンポンプ起動圧力以下にするための真空容器内冷却手段とを具備したペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器であって、前記真空容器内冷却手段は、冷凍機接続手段であることを特徴とするペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器。
- 請求項１または請求項２の何れかに記載のペルチェ冷却型半導体X線検出器において、前記真空容器内冷却手段の前記真空容器内の部分に吸着剤を取り付けたことを特徴とするペルチェ冷却型半導体Ｘ線検出器。
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|---|---|---|---|
| JP2007223456A JP5082684B2 (ja) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | ペルチェ冷却型半導体ｘ線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007223456A JP5082684B2 (ja) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | ペルチェ冷却型半導体ｘ線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009059743A JP2009059743A (ja) | 2009-03-19 |
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ID=40555256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007223456A Active JP5082684B2 (ja) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | ペルチェ冷却型半導体ｘ線検出器 |
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| JP3130500B2 (ja) * | 1998-03-03 | 2001-01-31 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 放射線検出装置 |
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