(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複数の検出器パッド（１２１）によって定義される第１の検出器層（１６）と、前記第１の検出器層（１６）の上方で延在する第２の検出器層（１８）と、前記第２の検出器層（１８）の上方で延在する第３の検出器層（２０）と、を備え、前記第２の検出器層（１８）は、第２の複数の検出器パッド（１２２）によって定義され、前記第１の検出器層（１６）から分離され、前記第１の検出器層（１６）の前記検出器パッド（１２１）に容量結合され、前記第３の検出器層（２０）は、第３の複数の検出器パッド（１２３）によって定義され、前記第２の検出器層（１８）から分離され、前記第２の検出器層（１８）の前記検出器パッド（１２２）に容量結合される、なだれ粒子検出器のための読み出し装置（１０）であって、
前記第２の検出器層（１８）中の検出器パッド（１２２）の数は、前記第１の検出器層（１６）中の検出器パッド（１２１）の数よりも多く、
前記第３の検出器層（２０）中の検出器パッド（１２３）の数は、前記第２の検出器層（１８）中の検出器パッド（１２２）の数よりも多く、
前記第１の検出器層（１６）の前記検出器パッド（１２１）は各々、読み出し手段（２２）に接続され、前記読み出し手段（２２）は、前記第１の検出器層（１６）の前記検出器パッド（１２１）の間の測定された電荷分布から前記第２の検出器層（１８）の前記検出器パッド（１２２）の間の電荷分布を少なくとも近似的に決定するように適応される、読み出し装置（１０）。
【請求項２】
前記検出器パッド（１２１、１２２）は、前記第２の検出器層（１８）の所与の検出器パッド（１２２）にある電荷によって前記第１の検出器層（１６）の前記検出器パッド（１２１）に誘起される第１の電荷分布が、前記第２の検出器層（１８）中の前記所与の検出器パッド（１２２）の任意の隣接する検出器パッドにある同一電荷によって前記第１の検出器層（１６）の前記検出器パッド（１２１）に誘起される第２の電荷分布とは異なるように前記それぞれの検出器層（１６、１８）中に位置決めされる。請求項１に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項３】
前記第２の電荷分布は、前記第１の電荷分布による前記第１の検出器層（１６）の２つの検出器パッド（１２１）に誘起される電荷の相対量が、前記第２の電荷分布による前記第１の検出器層（１６）の同じ２つの検出器パッド（１２１）に誘起される電荷の相対量とは異なるという点で前記第１の電荷分布とは異なる、請求項２に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項４】
前記第２の電荷分布は、それが前記第１の検出器層（１６）の検出器パッド（１２１）の異なる組に電荷を誘起するという点で前記第１の電荷分布とは異なる、請求項２または３に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項５】
前記第２の検出器層（１８）の所与の検出器パッド（１２２）が重なる前記第１の検出器層（１６）の検出器パッド（１２１）の第１の組は、前記第２の検出器層（１８）中の前記所与の検出器パッド（１２２）の任意の隣接する検出器パッドが重なる前記第１の検出器層（１６）の検出器パッド（１２１）の組とは異なる、請求項１から４のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項６】
前記第１の検出器層（１６）の第１および第２の検出器パッド（１２１）それぞれと前記第２の検出器層の所与の検出器パッド（１２２）との重なりの比は、前記第１の検出器層（１６）中の前記第１および前記第２の検出器パッドそれぞれと前記第２の検出器層（１８）中の前記所与の検出器パッド（１２２）の任意の隣接する検出器パッドとの重なりの比とは異なる、請求項１から５のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項７】
前記第２の検出器層（１８）中の前記検出器パッド（１２２）は、前記第１の検出器層（１６）中の前記検出器パッド（１２１）よりも小さい、請求項１から６のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項８】
前記第２の検出器層（１８）中の前記検出器パッド（１２２）は、前記第１の検出器層（１６）中の前記検出器パッド（１２１）よりも表面積が３から６倍小さい、請求項７に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項９】
前記第２の検出器層（１８）中の前記検出器パッド（１２２）は、前記第１の検出器層（１６）中の前記検出器パッド（１２１）よりも表面積が４から５倍小さい、請求項７に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１０】
前記検出器パッド（１２１、１２２）は、前記第１の検出器層（１６）および／または前記第２の検出器層（１８）中に等距離に間隔をあけられる、請求項１から９のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１１】
前記第１の検出器層（１６）は、第１の誘電体層（２４）によって前記第２の検出器層（１８）から分離される、請求項１から１０のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１２】
前記第１の誘電体層（２４）の厚さは、１０μｍから５００μｍの範囲である、請求項１１に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１３】
前記検出器パッド（１２１、１２２）のサイズおよび／もしくは配向、ならびに／または前記第１の検出器層（１６）を前記第２の検出器層（１８）から分離する第１の誘電体層（２４）の厚さおよび／もしくは材料は、前記第１の検出器層（１６）中の検出器パッド（１２１）と前記第２の検出器層（１８）中に形成された重なる検出器パッド（１２２）とによって形成される静電容量が、１０ｐＦａｒａｄ／ｃｍ２から１ｎＦａｒａｄ／ｃｍ２の範囲であるように選択される、請求項１から１２のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１４】
前記検出器パッド（１２１、１２２）のサイズおよび／もしくは配向、ならびに／または前記第１の検出器層（１６）を前記第２の検出器層（１８）から分離する第１の誘電体層（２４）の厚さおよび／もしくは材料は、前記第１の検出器層（１６）中の検出器パッド（１２１）と前記第２の検出器層（１８）中に形成された重なる検出器パッド（１２２）とによって形成される静電容量が、前記第１の検出器層（１６）中の前記検出器パッド（１２１）とそれの隣接する検出器パッドとによって形成される静電容量よりも少なくとも５倍大きいように選択される、請求項１から１３のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１５】
前記検出器パッド（１２１、１２２）のサイズおよび／もしくは配向、ならびに／または前記第１の検出器層（１６）を前記第２の検出器層（１８）から分離する第１の誘電体層（２４）の厚さおよび／もしくは材料は、前記第１の検出器層（１６）中の検出器パッド（１２１）と前記第２の検出器層（１８）中に形成された重なる検出器パッド（１２２）とによって形成される静電容量が、前記第１の検出器層（１６）中の前記検出器パッド（１２１）とそれの隣接する検出器パッドとによって形成される静電容量よりも少なくとも１０倍大きいように選択される、請求項１から１３のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１６】
前記検出器パッド（１２１、１２２）のサイズおよび／もしくは配向ならびに／または前記第１の検出器層（１６）および／もしくは前記第２の検出器層（１８）内の隣接する検出器パッド（１２１、１２２）の分離は、前記隣接する検出器パッド（１２１、１２２）によって形成される静電容量が、２．５ｆＦａｒａｄから２５０ｆＦａｒａｄの範囲であるように選択される、請求項１から１５のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１７】
前記検出器パッド（１２３）は、前記第３の検出器層（２０）の所与の検出器パッド（１２３）にある電荷によって前記第２の検出器層（１８）の前記検出器パッド（１２２）に誘起される第１の電荷分布が、前記第３の検出器層（２０）中の前記所与の検出器パッド（１２３）の任意の隣接する検出器パッドにある同一電荷によって前記第２の検出器層（１８）の前記検出器パッド（１２２）に生成される第２の電荷分布とは異なるように前記第３の検出器層（２０）中に位置決めされる、請求項１から１６のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１８】
前記第３の検出器層（２０）の所与の検出器パッド（１２３）が重なる前記第２の検出器層（１８）の検出器パッド（１２２）の第１の組は、前記第３の検出器層（２０）中の前記所与の検出器パッド（１２３）の任意の隣接する検出器パッドが重なる前記第２の検出器層（１８）の検出器パッド（１２２）の組とは異なる、請求項１から１７のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項１９】
前記第３の検出器層（２０）中の前記検出器パッド（１２３）は、前記第２の検出器層（１８）中の前記検出器パッド（１２２）よりも小さい、請求項１から１８のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２０】
前記第３の検出器層（２０）中の前記検出器パッド（１２３）は、前記第２の検出器層（１８）中の前記検出器パッド（１２２）よりも表面積が３から６倍小さい、請求項１９に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２１】
前記第３の検出器層（２０）中の前記検出器パッド（１２３）は、前記第２の検出器層（１８）中の前記検出器パッド（１２２）よりも表面積が４から５倍小さい、請求項１９に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２２】
前記第３の検出器層（２０）は、第２の誘電体層（２６）によって前記第２の検出器層（１８）から分離される、請求項１から２１のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２３】
前記第２の誘電体層（２６）の厚さは、１０μｍから５００μｍの範囲である、請求項２２に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２４】
前記検出器パッド（１２３）は、前記第３の検出器層（２０）中に等距離に間隔をあけられる、請求項１から２３のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２５】
前記読み出し装置（１０）の上面に形成される抵抗層（２８）をさらに含み、前記抵抗層（２８）は、第３の誘電体層（３０）によって最上部検出器層（２０）から分離される、請求項１から２４のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２６】
前記読み出し装置（１０）の上面に形成される抵抗層（２８）をさらに含み、前記読み出し装置（１０）の前記上面に平行な方向への電荷輸送のための前記抵抗層（２８）の表面抵抗率は、０．５ＭΩ／□から１００ＭΩ／□の範囲である、請求項２４に記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２７】
前記第１の検出器層（１６）、前記第２の検出器層（１８）および前記第３の検出器層（２０）の前記検出器パッド（１２１、１２２、１２３）は、誘電体で形成された共通保持構造体（１４）に埋め込まれる、請求項１から２６のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２８】
前記第１の検出器層（１６）の前記検出器パッド（１２１）および／または前記第２の検出器層（１８）の前記検出器パッド（１２２）および／または前記第３の検出器層（２０）の前記検出器パッド（１２３）は、銅で形成される、請求項１から２７のいずれかに記載の読み出し装置（１０）。
【請求項２９】
ガス室と、
前記ガス室にこの順番で置かれる第１、第２および第３の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極とは、入射する粒子または放射線による電子の生成のための変換ギャップの範囲を定め、
前記第２の電極と前記第３の電極とは、なだれ過程での電子の増倍のための増倍ギャップの範囲を定める、なだれ粒子検出器であって、
前記第２の電極は、穴を開けられ、前記第３の電極は、請求項１から２８のいずれかに記載の読み出し装置（１０）を含む、なだれ粒子検出器。
【請求項３０】
ガス室と、
前記ガス室にこの順番で置かれる第１（３８）および第２の電極であって、
前記第１の電極（３８）が、その対向表面両側に第１（４２）および第２（４４）の金属被覆層を有する絶縁体（４０）と、前記第１の電極（３８）を通って延びる複数の穴（４８）とを含む、第１および第２の電極と、
前記第１（４２）および第２（４４）の金属被覆層に結合され、前記第１の金属被覆層（４２）を第１の電位に引き上げかつ前記第２の金属被覆層（４４）を前記第１の電位よりも高い第２の電位に引き上げるように適応される極性形成手段（４６）と、
を備え、
前記第２の電極は、請求項１から２８のいずれかに記載の読み出し装置（１０）を含む、
なだれ粒子検出器（３２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、なだれ粒子検出器のための、特に微細パターン・ガス検出器（ＭＰＧＤ）のための読み出し電極アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子検出器は、放射線または粒子を検出し、追跡し、かつ／または識別するための装置であり、素粒子物理学、生物学ならびに医療技術全体にわたって広く応用される。
【０００３】
ガス中のイオン化および電荷増倍の過程を利用する粒子検出器は、ラザフォード（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ）が１世紀よりも前に自然放射能を調べるためにガス充填ワイヤー計数管を最初に用いてからずっと、継続的な改善とともに使用されてきた。増加した物理的サイズならびに／または高められた空間分解能および感度の検出器を設計するための技術は、今日の検出器界で活発な研究分野であり続ける。
【０００４】
ガス検出器は、通常、イオン化放射線によって解放される電子を収集し、それらを強い電界を持つ領域に案内し、それによって電子なだれを引き起こす。そのなだれは、読み出し装置で収集され、読み出し電子機器によって分析されるのに十分に大きな電流または電荷を生成するために十分な電子を作成することができる。収集された電子電荷は、入射粒子または放射線の電荷、エネルギー、運動量、進行方向および他の属性を示すこともある。
【０００５】
大部分のそのような検出器では、電子なだれを引き起こし、支援するために必要な大きな増倍電界は、正の高電圧電位の細いワイヤーから生じる。この同じ細いワイヤーはまた、なだれから電子を収集し、それらを読み出し電子機器の方へ案内する。つい最近は、注目は、微細網目ガス構造室（マイクロメガス）およびガス電子増倍管（ＧＥＭ）などのいわゆる微細パターン・ガス検出器（ＭＰＤＧ）に集中している。半導体製作技術を用いることによって、大面積追跡ＭＰＧＤは、印象的なほどいろいろな形状で大量生産されてもよく、一方同時に小さななだれギャップを可能にし、それ故に急速な信号発展、高速読み出しおよび高信頼性を可能にする。
【０００６】
ＭＰＧＤでは、増倍過程で生成された電子は、通常、半導体基板上に所定のパターンで配置され、高速読み出し電子機器に電気的に接続される金属読み出しパッドまたはストリップで収集される。検出器装置の空間分解能は、従来、個々の読み出しパッドのサイズによって制限されていた。共通の読み出しパッドにぶつかるほど十分に近い２つの隣接するなだれは、もはや空間的に区別されない可能性があり、それ故に単一の事象として誤解されることもある。
【０００７】
空間検出器分解能を増加させるための明白な方法は、より多くのかつより小さな読み出しパッドを使用することである。しかしながら、より多数の読み出しパッドは、それに対応してより多数の読み出しチャンネルおよび電子機器を必要とし、それ故に検出器コストおよび複雑さの両方を増加させる。実際には、現代の読み出し電子機器で迅速に分析可能な読み出しチャンネル数は、読み出しパッドのサイズに、それ故に検出器分解能に重大な制約を課す。現代の検出器は、より高い粒子エネルギーに適応するためにますますサイズが大きくなり、したがって、先ずそれに対応して多数の読み出しチャンネルを必要とするので、これは特に、当てはまる。
【０００８】
読み出しチャンネル数の対応する増加の欠点なしに読み出し装置の空間分解能を高めようとして、Ｍ．Ｓ．ＤｉｘｉｔおよびＡ．Ｐａｎｋｉｎは、彼らの研究論文「Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｇａｓ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ａｎｏｄｅ」、ＮＵＣＬ．ＩＮＳＴＲ．ＭＥＴＨ．、２００６年、Ａ５６６、ｐ．２８１で、接着剤の絶縁層を使って複数の読み出しパッドに接着された抵抗ホイルを持つ複合アノード読み出しパッドを提示する。接着剤は、抵抗ホイルを読み出しパッドから分離する誘電体スペーサの役割を果たす。抵抗ホイルに到着する任意の局所的電荷なだれは、検出器表面に平行な方向に分散されることになり、対応する電荷を下にある読み出しパッドに誘起することになる。隣接する読み出しパッドで収集される信号の相対強度は、カスケードが抵抗ホイルにぶつかる位置を推測することを可能にする。
【０００９】
空間分解能が、複数の読み出しボードに容量結合される抵抗性電荷拡散パッドを用いて高められる別の読み出し電極アセンブリは、国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０００９９５明細書で述べられる。読み出しパッドの注意深い較正および適切な補間スキームは、個々の読み出しパッドのサイズにもはや限定されない空間分解能で事象の位置を突き止めることを可能にする。
【００１０】
抵抗材料を通じてもたらされる読み出しパッド間の電荷拡散は、検出器分解能の増加につながることもある。しかしながら、抵抗層での電荷の分散は、時間を必要とするので、これは、検出器不感時間の望ましくない増加および読み出し速度の対応する減少を結果的にもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開２０１１／０５４３６５号パンフレット
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｍ．Ｓ．ＤｉｘｉｔおよびＡ．Ｐａｎｋｉｎ「Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｇａｓ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ａｎｏｄｅ」、ＮＵＣＬ．ＩＮＳＴＲ．ＭＥＴＨ．、２００６年、Ａ５６６、ｐ．２８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、改善された分解能およびより高速の読み出しを可能にするなだれ粒子検出器のための読み出し装置を提供することが、本発明の目的である。この目的は、独立クレーム１の特徴を持つ読み出し装置によって達成される。従属クレームは、好ましい実施形態に関連する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によるなだれ粒子検出器のための読み出し装置は、第１の複数の検出器パッドによって定義される第１の検出器層、および前記第１の検出器層の上方で延在する第２の検出器層を含み、前記第２の検出器層は、第２の複数の検出器パッドによって定義され、前記第１の検出器層から空間的に分離され、それに容量結合される。前記第２の検出器層中の検出器パッドの数は、前記第１の検出器層中の検出器パッドの数よりも多い。前記第１の検出器層の前記検出器パッドは各々、読み出し手段に接続され、前記読み出し手段は、前記第１の検出器層の検出器パッドの間の測定された電荷分布から、前記第２の検出器層の検出器パッドの間の電荷分布を少なくとも近似的に決定するように適応される。
【００１５】
本発明による検出器構想は、読み出しボードを通じての容量性電荷拡散に頼る。読み出しボードの前面にぶつかる電子雲は、第２の（上部）検出器層中の複数の検出器パッドに電荷分布を誘起することになる。第２の検出器層の検出器パッドは、第２の検出器層の下に延びる第１の検出器層の検出器パッドから空間的に分離されてもよいが、しかしそれらに容量結合される。それ故に、信号は、前記第１の検出器層の前記検出器パッドへと下向き方向に拡散することになり、それから信号が、読み出され、分析され得る。読み出し手段は、下部検出器層の検出器パッドの間で測定された電荷分布から、上部検出器層の検出器パッドの間の電荷分布を少なくとも近似的に決定するように適応される。これは、検出器の前面とは反対側の最底部検出器層で検出される信号から検出器の前面にぶつかる電子雲の位置を突き止めることを可能にする。
【００１６】
前記第２の検出器層中の検出器パッドの数は、前記第１の検出器層中の検出器パッドの数よりも多いので、たとえ前記第１の検出器層中の相対的に少数の読み出しパッド（したがって、対応する少数の読み出しチャンネルおよび電子機器）だけが必要とされても、入射粒子の位置は、高い精度で決定可能である。これは、読み出しシステムのコストおよび全体の複雑さを低減し、拡大された物理的サイズおよび高められた空間分解能の読み出しボードを可能にすることになる。容量性拡散は、高速であるので、読み出し速度は、高く、検出器時間は、短い。
【００１７】
本発明の根底にある原理は、多種多様な異なる検出器設計で実施可能である。本発明によると、前記第１および第２の複数の検出器パッドは、任意の適切な形状、サイズおよび材料とすることができ、上述の基準が満たされる限りは任意の空間的構成で配置可能である。前記第１の複数の検出器パッドの任意の構成または集合体は、本発明の意味では第１の検出器層を定義し、前記第２の複数の検出器パッドの任意のさらなる構成または集合体は、第２の検出器層を定義する。前記第１および第２の検出器層は、任意のサイズまたは形状とすることができ、平面かまたは湾曲してもよい。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によると、前記検出器パッドは、前記第２の検出器層の所与の検出器パッドにある電荷によって前記検出器層の前記検出器パッドに誘起される第１の電荷分布が、前記第２の検出器層中の前記所与の検出器パッドの任意の隣接する検出器パッドにある同一電荷によって前記第１の検出器層の前記検出器パッドに誘起される第２の電荷分布とは異なるように前記それぞれの検出器層中に位置決めされる。この実施形態によると、検出器パッドは、前記第１の（下部）検出器層の前記検出器パッドに誘起される電荷分布が、第２の（上部）検出器層中の電荷分布を明確に推測することを可能にするように前記第１および第２の検出器層中に適応され、位置決めされるべきある。この目的のために、本発明によると、前記検出器パッドは、前記第２の検出器層の所与の検出器パッドにある試験電荷によって前記第１の検出器層の前記検出器パッドに誘起される第１の電荷分布が、前記第２の検出器層の任意の他の検出器パッドにある同じ試験電荷によって前記第１の検出器層の前記検出器パッドに誘起される第２の電荷分布とは異なるように前記それぞれの検出器層中に位置決めされる。この条件が満たされる限りは、たとえ第２の検出器層中の検出器パッドの数が、第１の検出器層中の検出器パッドの数よりも多くても、または言い換えれば、第２の検出器層の幾何学的分解能が、第１の検出器層のそれよりも高くても、第１の（下部）検出器層の読み出し電荷分布から第２の（上部）検出器層中の電荷分布を遡って追跡することが確かに可能である。
【００１９】
好ましい実施形態によると、上述の「第２の電荷分布」は、前記第１の電荷分布による前記第１の検出器層の２つの検出器パッドに誘起される電荷の相対量が、前記第２の分布による前記第１の検出器層の同じ２つの検出器パッドに誘起される電荷の相対量とは異なるという点で前記「第１の電荷分布」とは異なる。隣接する検出器パッドに拡散した電荷を比較することによって、衝突の位置は、第１の検出器パッドのサイズによって制限されない精度で正確に決定され得る。
【００２０】
さらなる実施形態によると、前記第２の電荷分布は、それが前記第１の検出器層の検出器パッドの異なる組に電荷を誘起するという点で前記第１の電荷分布とは異なる。
【００２１】
好ましくは、前記検出器パッドは、前記第１の電荷分布が前記第１の層の所与の検出器パッドに所定の検出しきいを超える電荷を誘起し、一方前記第２の電荷分布が前記第１の層のその同じ検出器パッドに前記検出しきいより上の電荷を誘起しないように前記それぞれの検出器層中に位置決めされてもよい。それ故に、前記検出器パッドに誘起される電荷が前記しきい値よりも上かまたは下かどうかを決定することは、前記第１の電荷分布を前記第２の電荷分布と区別することを可能にする。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の検出器層の所与のパッドが重なる前記第１の検出器層の検出器パッドの第１の組は、前記第２の検出器層中の前記所与の検出器パッドの任意の隣接する検出器パッドが重なる前記第１の検出器層の検出器パッドの組とは異なる。前記第１の層の隣接する検出器パッドは、前記第２の検出器層の検出器パッドとの重なりの程度が異なってもよいので、前記第１の検出器層の前記検出器パッドに誘起される電荷分布は、それに対応して異なってもよい。これは、前記第１の検出器層の読み出しパッドにある電荷の相対量を比較することによって衝突の位置を推測することを可能にする。
【００２３】
この発明の意味では、前記第１の検出器層の検出器パッドおよび前記第２の検出器層の検出器パッドは、もし前記検出器層に垂直な方向に沿った共通平面へのそれらの投影、例えばそれらの直交投影が交差するならば、重なると理解されてもよい。交差のサイズは、重なりの程度を示してもよい。前記第２の検出器層の所与の検出器パッドが重なる前記第１の検出器層の検出器パッドの組は、共通平面へ投影されるとき、前記第２の検出器層の所与の検出器パッドとのゼロにならない重なりを有する前記第１の検出器層の検出器パッドの集合体であってもよい。前記第２の検出器層の検出器パッドとの前記第１の検出器層の検出器パッドの重なりの量は、前記第２の検出器層の前記検出器パッドにある電荷によって前記第１の検出器層の前記検出器パッドに誘起される電荷の量を決定してもよい。
【００２４】
好ましい実施形態によると、前記第１の検出器層の第１および第２の検出器パッドそれぞれとの第２の検出器層の検出器パッドの重なりの比は、前記第１の検出器層中の前記第１および前記第２の検出器パッドそれぞれとの前記第２の検出器層中の前記所与の検出器パッドの任意の隣接する検出器パッドの重なりの比とは異なる。
【００２５】
前記第２の層の隣接する検出器パッドが前記第１の検出器層の検出器パッドの所与の対と重なる程度または割合は、変化するので、前記第１の検出器層の前記検出器パッドに誘起される電荷分布も、それに応じて変化する。この場合もやはり、これは、第２の検出器層の２つの検出器パッドのどちらに電荷があるかを推測することを可能にする。
【００２６】
本発明のさらなる実施形態によると、前記第２の検出器層中の前記検出器パッドは、前記第１の検出器層中の前記検出器パッドよりも小さい。前記第１の検出器層の読み出しパッドの相対的に大きなサイズにもかかわらず、容量性電荷拡散は、高められた精度で位置を突き止めることを可能にする。特に、本発明による読み出し装置の空間分解能は、前記第１の検出器層中の検出器パッドの相対的に大きなサイズによって制限されない。隣接する検出器パッドに拡散した電荷を比較することによって、本発明による読み出し装置は、前記第２の検出器層の多数の小さな読み出しパッドの代わりに前記第１の検出器層の相対的に少数の大きな読み出しパッドだけを読み出すことによって高精度で衝突の位置を突き止めることを可能にする。
【００２７】
好ましい実施形態によると、前記第２の検出器層中の前記検出器パッドは、前記第１の検出器層中の前記検出器パッドよりも表面積が３から６倍小さく、好ましくは表面積が４から５倍小さい。
【００２８】
さらに好ましい実施形態によると、前記検出器パッドは、前記第１の検出器層および／または前記第２の検出器層中に等距離に間隔をあけられる。
【００２９】
前記第１の検出器層は、第１の誘電体層によって前記第２の検出器層から分離されてもよい。誘電体層は、隣接する検出器パッド間に容量結合を提供する働きをしてもよい。好ましい実施形態では、前記第１の誘電体層の厚さは、１０μｍから５００μｍの範囲である。
【００３０】
さらに好ましい実施形態では、前記検出器パッドのサイズおよび／もしくは配向ならびに／または前記第１の検出器層を前記第２の検出器層から分離する第１の誘電体層の厚さおよび／もしくは材料は、前記第１の検出器層中の検出器パッドと前記第２の検出器層中に形成された重なる検出器パッドとによって形成される静電容量が、１０ｐＦａｒａｄ／ｃｍ２から１ｎＦｒａｄ／ｃｍ２の範囲であるように選択される。
【００３１】
さらなる実施形態によると、前記検出器パッドのサイズおよび／もしくは配向ならびに／または前記第１の検出器層を前記第２の検出器層から分離する第１の誘電体層の厚さおよび／もしくは材料は、前記第１の検出器層中の検出器パッドと前記第２の検出器層中に形成された重なる検出器パッドとによって形成される静電容量が、前記第１の層中の前記第１の検出器パッドとそれの隣接する検出器パッドとによって形成される静電容量よりも少なくとも５倍大きく、好ましくは少なくとも１０倍大きいように選択される。
【００３２】
垂直方向での容量結合よりも十分に小さい横方向での容量結合を選択することによって、横方向平面での信号の望ましくない拡散は、回避可能であり、さもなければその拡散は、信号を希薄にすることもある。
【００３３】
好ましい実施形態によると、前記検出器パッドのサイズおよび／もしくは配向ならびに／または前記第１の検出器層および／もしくは前記第２の検出器層内の隣接する検出器パッドの分離は、前記隣接する検出器パッドによって形成される静電容量が、２．５ｆＦａｒａｄから２５０ｆＦａｒａｄの範囲であるように選択される。
【００３４】
本発明による読み出し装置は、２つの検出器層に限定されず、対応する複数の検出器パッドによって定義される任意の数の連続する検出器層を含んでもよい。信号はそのとき、最底部層に達するまで容量結合によって後続層を通じて拡散することになり、その最底部層から信号は、読み出され、分析される。後続検出器層の数が多いほど、より少ない読み出しチャンネルが、必要とされてもよく、検出器装置の空間分解能は、より高い。
【００３５】
好ましい実施形態による読み出し装置は、前記第２の検出器層の上方で延在する第３の検出器層をさらに含み、前記第３の検出器層は、第３の複数の検出器パッドによって定義され、前記第２の検出器層から空間的に分離されるが、しかしそれに容量結合され、前記第３の検出器層中の検出器パッドの数は、前記第２の検出器層中の検出器パッドの数よりも多い。
【００３６】
それ故に、電荷は、第２および第１の検出器層についてそれぞれ上で述べられたのと全く同じように容量結合によって前記第３の検出器層から前記第２の検出器層へ拡散されてもよい。いったん電荷が、前記第２の検出器層の前記検出器パッドに誘起されると、それらは次に、先の実施形態を参照して述べられたのと全く同じように前記第１の検出器層の前記検出器パッドに対応する電荷を誘起することになる。いったん電荷が、前記第１の検出器層の前記検出器パッドに誘起されると、それらは、読み出し電子機器を用いて読み出され、分析され得る。第３の検出器層中の検出器パッドの数は、第２の検出器層中の検出器パッドの数よりもさらに多いので、検出器装置の空間分解能は、たとえ読み出しパッド（それ故に読み出しチャンネルおよび読み出し電子機器）の数が一定に保たれても、さらに高められ得る。
【００３７】
好ましい実施形態によると、前記検出器パッドは、前記第３の検出器層の所与の検出器パッドにある電荷によって前記第２の検出器層の前記検出器パッドに誘起される第１の電荷分布が、前記第３の検出器層中の前記所与の検出器パッドの任意の隣接する検出器パッドにある同一電荷によって前記第２の検出器層の前記検出器パッドに生成される第２の電荷分布とは異なるように前記第３の検出器層中に位置決めされる。
【００３８】
これは、第３の検出器層中の電荷分布を第２の検出器層中の電荷分布から明確に決定することを可能にし、それは次に、第１の検出器層の読み出しパッドで測定される電荷分布から決定され得る。
【００３９】
好ましい実施形態によると、前記第２の電荷分布は、前記第１の電荷分布による前記第２の検出器層の２つの検出器パッドに誘起される電荷の相対量が、前記第２の電荷分布による前記第２の検出器層の同じ２つの検出器パッドに誘起される電荷の相対量とは異なるという点で前記第１の電荷分布とは異なってもよい。
【００４０】
好ましい実施形態では、前記第３の検出器層の所与の検出器パッドが重なる前記第２の検出器層の検出器パッドの第１の組は、前記第３の検出器層中の前記所与の検出器パッドの任意の隣接する検出器パッドが重なる前記第２の検出器層の検出器パッドの組とは異なる。上で述べられたように、前記第３の検出器層の検出器パッドと前記第２の検出器層の検出器パッドとが、前記第２および第３の検出器層に垂直な方向に沿って見たとき、互いに重なるかどうかおよびどの程度重なるかが、検出器パッドの前記対間の容量結合の程度を決定してもよく、それは次に、隣接する検出器パッドに拡散する電荷の相対量を決定する。
【００４１】
さらなる実施形態によると、前記第３の検出器層中の前記検出器パッドは、前記第２の検出器層中の前記検出器パッドよりも小さい。
【００４２】
好ましい実施形態によると、前記第３の検出器層中の前記検出器パッドは、前記第２の検出器層中の前記検出器パッドよりも表面積が３から６倍小さく、好ましくは表面積が４から５倍小さい。
【００４３】
電荷は、後続層で続いて誘起されるので、本発明による読み出し装置は、検出器層の数で指数関数的に拡大縮小する空間分解能の増加または必要とされる読み出しチャンネル数の減少を可能とする。連続する層の検出器パッドの表面積の比は、指数関数的拡大縮小の基底を決定する。
【００４４】
好ましい実施形態によると、前記第３の検出器層は、第２の誘電体層によって前記第２の検出器層から分離される。前記第２の誘電体層の厚さは、１０μｍから５００μｍの範囲であってもよい。
【００４５】
好ましい実施形態によると、前記検出器パッドは、前記第３の検出器層中に等距離に間隔をあけられる。
【００４６】
好ましい実施形態では、読み出し装置は、前記読み出し装置の上面に形成される抵抗層をさらに含み、前記抵抗層は、第３の誘電体層によって最上部検出器層から分離される。
【００４７】
抵抗層は、読み出し装置を火花または放電から保護する働きをしてもよく、一方同時に、到着する電子によって誘起される電荷の横方向への分散を可能にする。
【００４８】
好ましい実施形態によると、前記読み出し装置の前記上面に平行な方向への電荷輸送のための前記抵抗層の表面抵抗率は、０．５ＭΩ／□から１００ＭΩ／□の範囲である。この範囲の表面抵抗率は、火花から効果的に保護する。同時に、それは、下にある検出器層中で１つの検出器パッド直径を超えることになり、従って検出器装置の空間分解能を低減することもある距離にわたって信号が拡散するのを防止する。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態では、前記第１の検出器層、前記第２の検出器層および前記第３の検出器層の前記検出器パッドはすべて、誘電体で形成される共通保持構造体に埋め込まれる。共通保持構造体は、便利で簡略化された製造過程を可能にする。
【００５０】
さらに好ましい実施形態では、前記第１の検出器層の前記検出器パッドおよび／または前記第２の検出器層の前記検出器パッドおよび／または前記第３の検出器層の前記検出器パッドは、銅で形成される。
【００５１】
本発明はまた、ガス室と前記ガス室にこの順番で置かれる第１、第２および第３の電極とを含むなだれ粒子検出器にも向けられ、前記第１の電極と前記第２の電極とは、入射粒子による電子の生成のための変換ギャップの範囲を定め、前記第２の電極と前記第３の電極とは、なだれ過程での電子の増倍のための増倍ギャップの範囲を定める。第２の電極は、穴を開けられ、第３の電極は、上で述べられたような本発明の特徴のいくつかまたはすべてを持つ読み出し装置を含む。
【００５２】
第２の穴あき電極および第３の（読み出し）電極は、増倍ギャップに高電界を生成するための極性形成手段（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍｅａｎｓ）に接続されてもよい。電子は、このギャップに生成され、次いで第３の電極の方へドリフトし、そこでそれらは、本発明による読み出し装置で位置を突き止められることになる最終電子電荷を作成する。上で述べられたように、後続検出器層を通じての電子電荷の容量性拡散は、非常に限られた数の読み出しチャンネルだけを必要としながら高められた精度で衝突の位置を検出することを可能にする。
【００５３】
本発明はさらに、ガス室と前記ガス室にこの順番で置かれる第１および第２の電極とを含むなだれ粒子検出器に向けられる。前記第１の電極は、それの対向表面両側に第１および第２の金属被覆層を有する絶縁体、ならびに前記第１の電極を通って延びる複数の穴を含む。検出器は、前記被覆層に結合され、前記第１の被覆層を第１の電位に引き上げかつ前記第２の被覆層を前記第１の電位よりも高い第２の電位に引き上げるように適応される極性形成手段をさらに含む。前記第２の電極は、上で論じられた特徴のいくつかまたはすべてを持つ本発明による読み出し装置を含む。
【００５４】
この後者の実施形態によると、電子増倍は、両側に金属被覆を持つホイルを通って延びる複数の穴の中で起こってもよい。生成された電子は次いで、読み出し装置へドリフトし、それは、増倍過程それ自体には含まれない。また、この第２の検出器設計では、本発明による読み出し装置は、高められた空間分解能でかつ／または低減された数の読み出しパッドを使って事象の位置を突き止めることも可能にする。
【００５５】
本発明による容量性拡散読み出しボードの特徴および多数の利点は、付随する図面の説明から最もよく理解されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態による容量性拡散読み出しボードの概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態による容量性拡散読み出しボードの概略平面図である。
【図３】ガス電子増倍管検出器中の本発明による容量性拡散読み出しボードの動作を例示する概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１は、本発明による容量性拡散読み出しボード１０の一部の側面図である。図１で示される読み出しボード１０は、銅で形成され、共通保持構造体１４に埋め込まれた複数の検出器パッド１２を含む。検出器パッド１２は、３つの連続した検出器層１６、１８、２０を（Ｚ方向に沿って）定義するように前記保持構造体１４中に形成され、各々は、複数の空間的に分離された検出器パッド１２を含む。最底部（第１の）検出器層１６を形成する検出器パッド１２１は、最も数が少ないが、しかしサイズが最も大きい。それらは、正方形の表面積ならびに約２ｍｍのエッジ長さおよび約１０μｍの厚さを持つ平坦な直方体で形成される。図１の概略図面では、第１の検出器層１６の２つの検出器パッド１２１だけが、示される。しかしながら、本発明による容量性拡散読み出しボード１０は、第１の検出器層１６中に任意の数の検出器パッド１２１を含んでもよい。第１の検出器層１６の検出器パッド１２１の各々は、個々の読み出し手段２２に接続され、それは次に、入射粒子または放射線によって誘発される信号の分析のための読み出し電子機器（図示されず）に接続される。
【００５８】
第２の検出器層１８を形成する検出器パッド１２２は、第１の検出器層１６の検出器パッド１２１の上方で延在し、約７５μｍの厚さで、３．５から４．５の範囲の誘電率εを有するプリプレグ、ガラス・エポキシで形成される第１の誘電体層２４によって第１の検出器層１６から分離される。第２の検出器層の検出器パッド１２２は、この場合もやはり銅で形成され、正方形の表面積ならびに約１ｍｍのエッジ長さおよび約１０μｍの厚さを持つ直方体の形状である。図１の概略図面は、第２の検出器層１８中に５つの検出器パッド１２２を示すが、しかし本発明による読み出しボード１０は、第２の検出器層１８中に任意の数の検出器パッド１２２を含んでもよいことが理解されるべきである。
【００５９】
検出器パッド１２３は、第２の検出器層１８の上方で延在し、第３の検出器層２０を定義し、それは、第２の誘電体層２６によって第２の検出器層１８から分離される。第３の検出器層の検出器パッド１２３は、銅で形成され、正方形の表面積ならびに約０．５ｍｍのエッジ長さおよび約１０μｍの厚さを持つ直方体の形状である。図１で描写される実施形態では、第２の誘電体層２６は、厚さおよび材料が第１の誘電体層２４と同一であるが、しかし用途に応じて、第１の誘電体層２４および第２の誘電体層２６を異なる材料でかつ／または異なる厚さで形成することがまた、有利なこともある。
【００６０】
第１の検出器層１６の検出器パッド１２１と対照的に、第２の検出器層１８の検出器パッド１２２も第３の検出器層２０の検出器パッド１２３も、読み出し手段に接続されない。代わりに、それらは、前記誘電体保持構造体１４中で電気的に隔離される。
【００６１】
図１で例示される読み出しボード１０は、読み出しボード１０の最上面に形成され、第３の誘電体層３０によって第３の検出器層２０から分離される抵抗カバー層２８をさらに含む。図１の実施形態では、第３の誘電体層３０は、材料および厚さが第１および第２の誘電体層２４、２６と同一である。しかしながら、検出器レイアウトに応じて、第３の誘電体層３０はまた、第１および／または第２の誘電体層２４、２６の材料およびサイズとそれぞれ異なる材料またはサイズで形成されてもよい。
【００６２】
本発明者は、抵抗カバー層２８の材料および寸法が、それの表面抵抗率が火花および放電からの読み出しボード１０の効果的な保護を提供し、一方同時に下にある第１の検出器層２０中の１つのパッドを超えるサイズに対応する範囲にわたって抵抗カバー層２８に沿って信号が水平に拡散するのを防止するように調節されてもよいことを見いだした。
【００６３】
高さｈ、長さｌおよび幅ｗを持つ均一材料の長方形ブロックの表面抵抗率またはシート抵抗率ＲＳは一般に、ρ／ｈによって与えられ、ただしρは、材料の固有抵抗である。基板の長さｌに沿った電荷輸送のための全抵抗Ｒは次いで、表面抵抗率ＲＳの観点から
【数１】
0005645943.tif 000002
として与えられる。本発明による読み出しボードでは、抵抗カバー層２８は、正方形の表面積を有する。それ故に、ｌ＝ｗであり、読み出しボード１０の上面に平行な方向への電荷輸送のための抵抗Ｒは従って、シート抵抗率ＲＳに等しく、すなわちＲ＝ＲＳである。表面抵抗率を全抵抗とより良く区別するために、表面抵抗率は通常、単位Ω／□で測定される。
【００６４】
図１で例示される実施形態では、抵抗カバー層２８は、約２５μｍの厚さで、０．５から１００ＭΩ／□の範囲の読み出しボード１０の上面に平行な（Ｚ方向に垂直な）方向に沿った電荷輸送のための表面抵抗率を持つ高抵抗ポリイミドから形成される。
【００６５】
図１で描写される実施形態では、所与の層の検出器パッドはすべて、サイズ、形状、および材料が同一であり、隣接するパッド間に約５０μｍの分離を設けてそれらの所与の層内に分配される。しかしながら、検出器パッドが、検出器設計および動作条件に応じて、二次元ストリップ、六角形パッド、放射状セグメント、および他の形状を含む、多種多様な異なる形状および構成で形成されてもよいことは、微細パターン・ガス検出器の利点の１つである。読み出し形状の例は、Ａ．Ｂｒｅｓｓｏｎ等、「Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｒｅａｄｏｕｔ  ｏｆ  ＧＥＭ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」、Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、１９９９年、Ａ４２５、ｐ．２５４−２６１で述べられ、それは、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６６】
その上、図１の実施形態による検出器パッド１２は、前記保持構造体１４中に等間隔で形成される平面層１６、１８、２０中に配置される。しかしながら、本発明は、平面層に限定されない。検出器形状および動作に応じて、検出器パッド１２はまた、曲がったまたは湾曲した層を形成するように配置されてもよい。例えば、後続層の検出器パッド１２は、同心球殻上に等距離に分配されてもよい。抵抗カバー層２８は同様に、任意の（平面または湾曲）形状に形成されてもよい。
【００６７】
検出器パッド１２のレイアウトおよび構成ならびに容量性電荷拡散についてのそれらの関連性は、今から図２を参照してより詳細に述べられる。図２は、図１で例示されるような読み出しボード１０の概略平面図と見なされてもよい。しかしながら、提示を容易にするために、図２の簡略化された説明図は、２つの隣接検出器層、すなわち第１の検出器層１６および第２の検出器層１８だけを示す。第３の検出器層２０の検出器パッドおよび抵抗カバー層２８は、説明図を分かりにくくしないために図２では示されない。しかしながら、図１で描写される実施形態では、第２の検出器層１８の検出器パッド１２２に関する第３の検出器層２０の検出器パッド１２３の構成は、第１の検出器層１６の検出器パッド１２１に関する第２の検出器層１８の検出器パッド１２２の構成と同じ（しかし検出器パッドの再拡大縮小について）である。それ故に、図２の平面図は、第１の検出器層１６および第２の検出器層１８の代わりに第２の検出器層１８および第３の検出器層２０をそれぞれ同様に良好に示すと見なされてもよい。
【００６８】
図２の平面図では、第１の検出器層１６の検出器パッド１２１は各々、大きな正方形によって表され（そこでは、図２は読み出しボード１０の切断図であるので、周囲に沿ったパッド１２１は部分的に描かれるだけである）、一方第１の検出器層１６の上方で延在する第２の検出器層１８の検出器パッド１２２は、より小さな正方形によって表される。前記第２の検出器層１８の各検出器パッド１２２は、第１の検出器層１６および第２の検出器層１８の共通平面に垂直な方向Ｚに沿って見るとき、前記第１の検出器層１６の検出器パッド１２１の特定の組と重なるように位置決めされる。例えば、第２の検出器層１８の中央の検出器パッドａは、第１の検出器層１６の検出器パッドＡおよびＢと重なり、一方検出器パッドａのすぐ右に位置決めされる第２の検出器層１８の検出器パッドｂは、第１の検出器層１６の検出器パッドＢとだけ重なる。第２の検出器層１８の検出器パッドｃは、第１の検出器層１６の検出器パッドＢおよびＣと重なり、一方第２の検出器層１８の検出器パッドｄは、第１の検出器層１６の検出器パッドＡ、Ｂ、ＣおよびＤの各々と重なる。それぞれの検出器パッドが重なる程度または割合はまた、変化してもよい。例えば、検出器パッドａは、ＡおよびＢと等しい割合で重なり、一方検出器パッドｃは、ｃの表面積の約３分の２がＢの上にあり、ｃの表面積の約３分の１がＣの上にあるようにＢおよびＣと重なる。
【００６９】
図２の説明図からわかるように、検出器パッド１２は、第２の検出器層１８の所与の検出器パッド１２２が重なる第１の検出器層１６の検出器パッド１２１の組が、各検出器パッド１２２に特有であるように前記第１および第２の検出器層１６、１８中に配置される。後続層の間の容量結合によって、第２の検出器層１８の所与の検出器パッド１２２に誘起される電荷はそれ故に、検出器パッド１２２に特有である下にある第１の検出器層１６の検出器パッド１２１に電荷分布を誘起することになる。例えば、第２の検出器層１８の検出器パッドａにある電荷は、第１の検出器層１６の検出器パッドＡおよびＢにほぼ等しい電荷を誘起することになり、一方第２の検出器層１８の検出器パッドｂにある対応する電荷は、非常に良い近似で、第１の検出器層１６の検出器パッドＢだけに電荷を誘起することになる。それ故に、第１の検出器層１６の検出器パッド１２１に誘起される電荷の相対量は、第２の検出器層１８のどの検出器パッド／複数パッドに電荷が誘起されたかを識別することを可能にし、それ故に電荷の起源を突き止めることを可能にする。
【００７０】
全く同様に、第３の検出器層２０の所与の検出器パッド１２３にある電荷は、その検出器パッド１２３に特有である第２の検出器層１８の検出器パッド１２２に対応する電荷分布を誘起することになる。それ故に、第２の検出器層１８の検出器パッド１２２に誘起される電荷の相対量は、電荷信号が生じた第３の検出器層２０の検出器パッド１２３を識別することを可能にする。
【００７１】
電荷が読み出しボード１０の後続検出器層１６、１８、および２０を通じて拡散する方向ならびに速度は、隣接する検出器パッド間の容量結合によって決定され、それは次に、検出器パッド１２の形状およびサイズによってならびに隣接するパッドを分離する誘電体材料によって支配される。もし同じ検出器層中の隣接するパッド間の容量結合が、高すぎるならば、信号は、横方向（Ｚ方向に垂直な）に伝搬することになり、最底部層に達する前に検出器表面の大部分にわたって希薄されることになる。信号レベルはその結果、信頼できる信号検出にとって低すぎることもある。それ故に、横方向の寄生容量は、信号が確実に拡散できる後続検出器層の数を制限する。本発明者は、もし検出器パッドのサイズおよび／もしくは配向ならびに／または２つの隣接検出器層を分離する誘電体層の厚さおよび／もしくは材料が、前記第１の検出器層中の検出器パッドと前記第２の検出器層中に形成された重なる検出器パッドとによって形成される静電容量が、同じ検出器層内の隣接する検出器パッドによって形成される静電容量よりも少なくとも５倍大きく、好ましくは少なくとも１０倍大きいように選択されるならば、信号が、３つのまたは４つさえの後続検出器層にわたって確実に位置を突き止められてもよいことを見いだした。
【００７２】
図１および２で描写される実施形態では、検出器パッド１２のサイズおよび／または配向は、１つの同じ層中の隣接する検出器パッドによって形成される静電容量が、５ｆＦａｒａｄから２５０ｆＦａｒａｄの範囲であり、一方隣接層中の重なる検出器パッド間の静電容量が、１０ｐＦａｒａｄ／ｃｍ２から１ｎＦａｒａｄ／ｃｍ２の範囲であるように選択される。
【００７３】
次に、粒子または放射線の検出のための読み出しボード１０の動作が、さらに詳細に述べられる。
【００７４】
粒子検出器に侵入する入射粒子は、接地読み出しボード１０の抵抗カバー層２８にぶつかる電子雲を生成することになる。上で説明されたように、抵抗カバー層２８は、読み出しボード１０を火花および放電から保護する働きをし、検出器表面の一部にわたって電子電荷を分散させる。３０ＭΩ／□から１００ＭΩ／□の範囲の高表面抵抗率は、空間分解能を低減することになる、最上部検出器層中の１つのパッドの表面よりも大きな面積にわたる信号の横方向拡散を効果的に防止する。
【００７５】
第３の誘電体層３０を通じてもたらされる容量結合によって、電子雲が抵抗カバー層２８にぶつかる場所に位置が対応する検出器パッド１２３に電荷が誘起される。図１および２に関して上で述べられたように、この検出器パッド１２３に誘起される電荷それ自体は、第２の誘電体層２８を介した容量結合によって下にある第２の検出器層１８の検出器パッド１２２に電荷を誘起し、それは次に、第１の誘電体層２４を介した容量結合によって第１の検出器層１６の検出器パッド１２１に電荷をさらに誘起する。それ故に、電荷信号は、検出器本体を通じて下方に（Ｚ方向に沿って）拡散される。第１の検出器層１６の検出器パッド１２１に誘起される電荷は次いで、読み出し手段２２を用いて読み出され、分析される。
【００７６】
上で述べられたように、第１の検出器層１６の検出器パッド１２１で検出される電荷の相対量は、第３の検出器層２０の検出器パッド１２３のどれが最初に誘発されたかを推測することを可能にし、それ故に隣接する読み出しパッドへ拡散した電荷を比較することによって高精度で電子雲の位置を決定することを可能にしてもよい。特に、第１の検出器層１６のかなりより大きな検出器パッド１２１だけが、読み出され、分析されるけれども、電子雲の位置は、最上部層２０の小さな検出器パッド１２３の１つのサイズにおおむね対応する精度で決定され得る。
【００７７】
結果として、本発明は、低減された数の読み出しチャンネルを持つ高分解能読み出しボードを提供する。検出器分解能の増加、または読み出しチャンネル数の減少は、異なる検出器層の数および後続層中の読み出しパッドの相対的サイズに依存する。本実施形態による読み出しボード１０は、検出器パッドの３つの後続層１６、１８、２０を有する。第２の検出器層１８の検出器パッド１２２は、第３の検出器層２０の検出器パッド１２３の表面サイズの約４倍である表面サイズを有し、同じ関係は、第１および第２の検出器層１６および１８の検出器パッド１２１および１２２それぞれについても成り立つ。それ故に、本実施形態による読み出しボード１０は、４２倍だけの表面分解能の増加、または読み出しチャンネル数の減少を可能にする。より一般的には、ｎの後続検出器層および２つの後続層の検出器パッドの表面サイズ間の表面比γを持つ読み出しボード１０は、約γｎ−１倍だけの空間分解能の増加、または読み出しチャンネル数の減少を可能にする。
【００７８】
本発明による読み出しボード１０の動作は今から、例として図３が基づく米国特許第６，０１１，２６５号明細書から知られるものなどのガス電子増倍管検出器（ＧＥＭ）についてさらに詳細に例示される。
【００７９】
図３で描写されるＧＥＭ検出器３２は、適切なガス、例えば混合物またはアルゴンおよびメタンを循環させるための手段を提供されるガス室（図示されず）を含む。検出器３２は、イオン化粒子または放射線がそれを通ってガス室に入ることができる入口窓３４、ならびにこの順番でガス室に互いに平行に置かれる３つの平面電極３６、３８、および１０をさらに含む。上部電極３６は、ドリフト電極とし働き、ドリフト電位ＶＤに引き上げられる。下部電極１０は、図１および２を参照して上で述べられたように、共通保持構造体１４に埋め込まれた第１、第２および第３の検出器層１６、１８、２０を含む本発明による読み出しボードを備える。
【００８０】
中間電極３８は、いわゆるＧＥＭ電極であり、第１の金属被覆層４２と第２の金属被覆層４４との間に挟まれた絶縁体ホイル４０を含む。極性形成手段４６は、第１の金属被覆層４２および第２の金属被覆層４４に結合されてそれらの間に高電位ＶＧＥＭを印加し、小さな円筒穴４８は、第１の金属被覆層４２、絶縁体ホイル４０、および第２の金属被覆層４４を通って延びるように一定間隔でＧＥＭ電極３８中に形成される。
【００８１】
イオン化粒子がガス室を通過するとき、それは、ドリフト電極３６とＧＥＭ電極３８との間のドリフト領域にあるガスをイオン化し、典型的にはそのギャップに約１０個の一次電子を生成する。それらの電子は次いで、ドリフト電極３６とＧＥＭ電極３８との間に広がるドリフト電界によってＧＥＭ電極３８の方へ引き付けられる。ドリフト電極３６に印加される電圧ＶＤおよび金属被覆層４２、４４に印加される電圧ＶＧＥＭは、円筒穴４８の内部に生成される電界が、ドリフト空間の電界よりもはるかに強く、例えば２０〜５０倍を超えて強いように選択される。この大きな電界勾配に起因して、ＧＥＭ電極３８に近づく一次電子は、円筒穴４８中へ引き付けられ、円筒穴４８内になだれ増倍を誘起するのに十分に大きな速度に加速される。
【００８２】
衝突イオン化過程によって生成された正イオンは、ドリフト電極３６の方へ引き付けられ、一方電子雲は、抵抗カバー層２８にぶつかるまで読み出しボード１０の方へ反対方向に加速される。上で述べられたように、電子雲は次いで、第３の（最上部）検出器層２０の検出器パッド１２３の１つに電荷を誘起することになる。容量結合によって、信号は、第２の検出器層１８を介して第１の検出器層１６まで拡散することになり、それから信号は、入射粒子の属性を推測するために読み出され、分析されることになる。第１の検出器層１６の検出器パッド１２１に接続される読み出し手段２２は、読み出しボード１０によって収集された電気信号を増幅する高速増幅器Ａ、および高速増幅器Ａによって供給される信号を処理するための処理手段（図示されず）の両方を含む。提示を容易にするために、２つの読み出し手段２２だけが、図３の説明図で示される。しかしながら、第１の検出器層１６の検出器パッド１２１の各々は、対応する読み出しおよび処理手段に接続されることが理解されるべきである。上で説明されたように、電子雲の衝突の位置は、隣接する読み出しパッド１２１へ拡散した電荷を比較することによって決定可能であり、それ故に入射粒子は、読み出しパッド１２１の相対的に大きなサイズにもかかわらず高精度で位置を突き止めら得る。
【００８３】
本発明による読み出しボード１０は、上記の図３を参照して上で述べられたＧＥＭ検出器に限定されるものでは決してなく、いろいろな他の粒子検出器、特に微細パターン・ガス検出器での同じ効果に適用されてもよい。例えば、本発明による読み出しボード１０はまた、米国特許第６，１３３，５７５号明細書で述べられるものなどのマイクロメガス検出器のアノードとして働いてもよく、同様により高精度でまたはより少数の読み出しチャンネルを使って入射粒子の位置特定を可能にすることになる。
【００８４】
上で述べられた実施形態ならびに付随する図は、単に本発明による読み出しボードおよび粒子検出器を例示する働きをするだけであり、なんらかの限定を示すと見なされるべきではない。本特許の範囲はもっぱら、以降の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００８５】
１０  読み出しボード
１２  検出器パッド
１２１  第１の検出器層１６の検出器パッド
１２２  第２の検出器層１８の検出器パッド
１２３  第３の検出器層２０の検出器パッド
１４  保持構造体
１６  第１の検出器層
１８  第２の検出器層
２０  第３の検出器層
２２  読み出し手段
２４  第１の誘電体層
２６  第２の誘電体層
２８  抵抗カバー層
３０  第３の誘電体層
３２  ＧＥＭ検出器
３４  入口窓
３６  ドリフト電極
３８  ＧＥＭ電極
４０  絶縁体ホイル
４２  第１の金属被覆層
４４  第２の金属被覆層
４６  ＧＥＭ極性形成手段
４８  円筒穴
【図１】
0005645943.tif 000003
【図２】
0005645943.tif 000004
【図３】
0005645943.tif 000005