(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電子増倍管に供給する分圧器であって、
複数の能動回路を有し、各々の能動回路が、
能動回路に対して関連分割電圧を確立するように構成された少なくとも１つの関連抵抗器と、
第１の電流を前記光電子増倍管に供給するように構成された少なくとも２つのトランジスタであり、前記電流は前記関連分割電圧に基づいている、トランジスタと、
を含む分圧器。
【請求項２】
前記能動回路のうち第１の能動回路に関連した前記関連抵抗器のうち第１の抵抗器は、前記能動回路のうち第２の能動回路に関連した前記関連抵抗器のうち第２の抵抗器と異なる公称抵抗を有し、前記異なる公称抵抗は、前記光電子増倍管の別々のポートで異なる分割電圧レベルを確立するように構成されている、請求項１に記載の分圧器。
【請求項３】
前記分割電圧のうち関連分割電圧を前記光電子増倍管の各ポートに提供するように構成された前記能動回路のうち関連能動回路を含む、請求項１に記載の分圧器。
【請求項４】
前記複数の能動回路の各々は少なくとも１つのコンデンサをさらに含み、前記コンデンサの各々は、第２の電流を前記光電子増倍管に提供するように構成されている、請求項１に記載の分圧器。
【請求項５】
前記複数の能動回路のうち第１の能動回路は前記光電子増倍管の集束格子ポートと陰極との間に結合されるように構成されており、前記複数の能動回路のうち第２の能動回路は前記光電子増倍管の第１のダイノードと前記集束格子ポートとの間に結合されるように構成されており、前記能動回路のうち第１の群の各々は前記光電子増倍管のダイノードの第１の群の各々の間に結合されるように構成されており、前記能動回路のうち第２の群の各々は前記光電子増倍管のダイノードの第２の群の各々の間に結合されるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の分圧器。
【請求項６】
前記複数の能動回路のうち前記第１の能動回路および前記複数の能動回路のうち前記第２の能動回路は、前記能動回路のうち前記第１の群の各能動回路によって提供される分割電圧よりも大きい分割電圧を提供するように構成されている、請求項５に記載の分圧器。
【請求項７】
前記能動回路のうち前記第２の群の各能動回路は、能動回路のうち前記第１の群の各能動回路によって提供される前記分割電圧よりも大きい分割電圧を提供するように構成されている、請求項５に記載の分圧器。
【請求項８】
前記能動回路のうち前記第２の群の第１の能動回路は、前記能動回路のうち前記第２の群の第２の能動回路よりも大きい分割電圧を提供するように構成されている、請求項７に記載の分圧器。
【請求項９】
シンチレーション検出器を構成する方法であって、
複数の関連分割電圧に供給電圧を分割し、前記複数の関連分割電圧の各分割電圧を少なくとも２つの関連トランジスタに供給する分圧回路を構成するステップであって、前記複数の関連分割電圧の各分割電圧は関連抵抗器の関連公称値に基づいており、前記少なくとも２つの関連トランジスタは第１の関連電流を前記光電子増倍管の複数のポートのうち関連ポートに供給するように構成されているステップと、
前記分圧回路を光電子増倍管に結合するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記能動回路のうち第１の能動回路に関連した前記関連抵抗器のうち第１の抵抗器は、前記能動回路のうち第２の能動回路に関連した前記関連抵抗器のうち第２の抵抗器と異なる公称抵抗を有し、前記異なる公称抵抗は、前記光電子増倍管の別々のポートで異なる分割電圧レベルを確立するように構成されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの関連コンデンサを設けるステップをさらに含み、前記関連コンデンサは、第２の関連電流を前記複数のポートのうち少なくとも１つの関連ポートに供給するように構成されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の分割電圧のうち第１の分割電圧は前記光電子増倍管の集束格子ポートと陰極との間に提供されるように構成されており、前記複数の分割電圧のうち第２の分割電圧は前記光電子増倍管の第１のダイノードと前記集束格子ポートとの間に提供されるように構成されており、前記分割電圧のうち第１の群の各々は前記光電子増倍管のダイノードの第１の群の各々の間に提供されるように構成されており、前記分割電圧のうち第２の群の各々は前記光電子増倍管のダイノードの第２の群の各々の間に提供されるように構成されている、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の関連分割電圧のうち前記第１の分割電圧および前記複数の関連分割電圧のうち前記第２の分割電圧は、前記能動回路のうち前記第１の群の各能動回路によって提供される関連分割電圧よりも大きい電圧を提供するように構成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
シンチレーション結晶と、
前記シンチレーション結晶と光通信している光電子増倍管と、
前記光電子増倍管に結合された分圧器であり、複数の能動回路を有し、各々の能動回路が、能動回路に対して関連分割電圧を確立するように構成された少なくとも１つの関連抵抗器、及び、第１の電流を前記光電子増倍管に供給するように構成された少なくとも２つのトランジスタであり前記電流は前記関連分割電圧に基づいているトランジスタ、を含む分圧器と、
前記光電子増倍管に結合された分析器と、
を含むシンチレーション検出システム。
【請求項１５】
前記能動回路のうち第１の能動回路に関連した前記関連抵抗器のうち第１の抵抗器は、前記能動回路のうち第２の能動回路に関連した前記関連抵抗器のうち第２の抵抗器と異なる公称抵抗を有し、前記異なる公称抵抗は、前記光電子増倍管の別々のポートで異なる分割電圧レベルを確立するように構成されている、請求項１４に記載のシンチレーション検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シンチレーション検出器に関し、より詳細には、シンチレーション検出器と併用できる分圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンチレーション検出器は、例えば、ガンマ線、低および高エネルギーＸ線、電子、陽電子および中性子を含む放射線を評価または測定するのに利用することができる。シンチレーション検出器は、石油ガス業界における検層から陽電子断層撮影（ＰＥＴ）スキャニングおよびコバルト治療などの各種医学的用途までを含む多くの用途で使用することができる。一般に、検出器は、放射線のエネルギーを光パルスに変換する結晶を含むことができる。次に、例えば光電陰極で光パルスを、電気信号に変換する光電子増倍管または他の光検出器を用いて、光パルスを検出することができる。光電子増倍管は、電気信号を増幅できる中間ダイノードと、増幅された電気信号を出力する陽極とを含むことができる。分圧器によって分割してダイノードに送出できる比較的高い電圧で光電子増倍管を動かすことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の１つの態様は、シンチレーション検出器用の分圧器に関する。分圧器は、複数の能動回路を有し、各々の能動回路が、能動回路に対して関連分割電圧を確立するように構成された少なくとも１つの関連抵抗器と、第１の電流を光電子増倍管に供給するように構成された少なくとも２つのトランジスタであり、電流は関連分割電圧に基づいている、トランジスタと、を含むことができる。
【０００４】
本開示の別の態様は、シンチレーション検出器を構成する方法に関し、この方法は、複数の関連分割電圧に供給電圧を分割し、複数の関連分割電圧の各分割電圧を少なくとも２つの関連トランジスタに提供する分圧回路を構成するステップであって、複数の関連分割電圧の各分割電圧は関連抵抗器の関連公称値に基づいており、少なくとも２つの関連トランジスタは第１の関連電流を光電子増倍管の複数のポートのうち関連ポートに供給するように構成されているステップと、分圧回路を光電子増倍管に結合するステップとを含む。
【０００５】
本開示のさらに別の態様は、シンチレーション検出システムに関する。システムは、シンチレーション結晶と、シンチレーション結晶と光通信している光電子増倍管と、光電子増倍管に結合された分圧器と、光電子増倍管に結合された分析器とを含むことができる。分圧器は、複数の能動回路を有し、各々の能動回路が、能動回路に対して関連分割電圧を確立するように構成された少なくとも１つの関連抵抗器と、第１の電流を光電子増倍管に供給するように構成された少なくとも２つのトランジスタであり電流は関連分割電圧に基づいているトランジスタと、を含むことができる。
【０００６】
この開示の上述のおよび他の特徴と、それらの特徴を達成する方法は、添付図面と併せてここに記載の実施形態の下記の説明を参照することによって一層明らかになりより良く理解できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】シンチレーション検出システムの例である。
【図２】結晶、光電子増倍管、分圧器および検出回路を含むシンチレーション検出システムの一部の機能ブロック図である。
【図３】能動分圧回路の例の例示的な概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
この開示は、その適用において、下記の説明に記載されるまたは図面に例示される構成要素の配置および構成の詳細に限定されないことを理解されたい。ここに記載の実施形態は、他の実施形態で可能であり、各種方法で実施または実現可能である。また、ここで使用される表現および用語は、説明する目的のためであり、限定とみなすべきではないものとする。ここで、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」およびそれらの変形の使用は、後で列挙された項目、その等価物、追加項目を包含することを意味する。特に限定がない限り、ここで、「接続され（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「結合され（ｃｏｕｐｌｅｄ）」および「装着され（ｍｏｕｎｔｅｄ）」という用語およびそれらの変形用語は、広く使用され、直接および間接の接続、結合および装着を包含する。さらに、「接続され（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」および「結合され（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語およびそれらの変形用語は、物理的または機械的な接続または結合に限定されない。
【０００９】
本開示は、シンチレーション検出器と併用する分圧器に関する。上述のように、放射線のエネルギーを光パルスまたは光子に変換することによって放射線を評価または測定するのにシンチレーション検出器を使用することができる。放射線は、電磁気、即ち、ガンマ線、低および高エネルギーＸ線など、波または光子の形であってもよい。また、放射線は、粒子放射線、即ち、電子、陽電子または中性子を含む亜原子粒子の形であってもよい。シンチレーション検出器は、光パルスまたは光子を電気エネルギーに変換し、例えば光電子増倍管で電気エネルギーを増幅することができる。
【００１０】
光電子増倍管は、光パルスまたは光子を受信して光エネルギーを電気エネルギーに変換できる陰極と、電気エネルギーを増幅できる複数のダイノードと、増幅された電気エネルギーを出力する陽極とを含むことができる。比較的高い電圧で光電子増倍管にバイアスをかけることができる。分圧器は、比較的高い電圧を分割でき、分割された電圧を光電子増倍管のダイノードに提供できる。光電子増倍管の利得は、分圧器によって供給される電圧と電流に左右されることがある。分かるように、シンチレーション検出器の利得直線性により、放射線の評価または測定が一層正確になる。
【００１１】
シンチレーション検出システムの例を図１に例示する。検出器１１０は、放射線を吸収して吸収エネルギーの一部を光子として発するまたは放出することができるシンチレーション結晶１１２を含むことができる。比較的一般的なシンチレーション結晶の例は、タリウムをドープしたヨウ化ナトリウム（ＮａＩ（ＴＩ））またはタリウムをドープしたヨウ化セシウム（ＣｓＩ（ＴＩ））を含むことができる。シンチレーション結晶の追加例は、フッ化バリウム、セリウムをドープした塩化ランタン（ＬａＣｌ３（Ｃｅ））、ゲルマン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）、セリウムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｃｅ：ＹＡＧ）、セリウムをドープした臭化ランタン（ＬａＢｒ３（Ｃｅ））、ヨウ化ルテチウム（ＬｕＩ３）、テルビウムをドープした酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ（Ｔｂ））、タングステン酸カルシウム（ＣａＷＯ４）、タングステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ４）、タングステン酸鉛（ＰｂＷＯ４）、タングステン酸亜鉛（ＺｎＷＯ４）または酸オルトケイ酸ルテチウム（Ｌｕ２ＳｉＯ５）を含むことができる。次に、結晶と光通信している光検出器１１４によって放出光子を検出することができる。
【００１２】
一例では、光検出器１１４は、光電子増倍管（ＰＭＴ）であってもよい。結晶から放出された光子は光電子増倍管内で光電陰極に当たるので、シンチレーション結晶によって吸収された入射放射線を表す信号を生成する電子を生成することができる。分圧器１１８に接続する高圧電源１１６によって光電子増倍管１１４にバイアスをかけることができる。分圧器１１８は、１つの光電子増倍管段階から次の段階に電子を加速する一連の段階に高電圧を分割することができる。光電子増倍管は、少なくとも数桁、例えば１０２から１０８の範囲で生成された信号を増倍または増幅することができる。他の光検出器１１４は、フォトダイオードまたは電荷結合素子を含むことができる。次に、光検出器１１４によって提供された信号を、前置増幅器（Ｐｒｅ−Ａｍｐ）１２０および増幅器１２２、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１２３によって処理してから、光検出器１１４が電気通信可能なマルチチャネル分析器（ＭＣＡ）１２４によって処理することができる。一例では、前置増幅器は、光検出器から受信された信号を増幅または増加することができ、増幅器は、前置増幅器から受信された信号を整形するまたはフィルターにかけることができる。しかし、ここで同様に他の構成も利用できることが分かる。
【００１３】
図２は、図１に例示のシンチレーション検出システムの一部２１０の機能ブロック図の例を示す。一部２１０は、シンチレーション結晶２１２、光電子増倍管２１４（例えば、光電子増倍管）および分圧回路２１８を含むことができる。上述のように、シンチレーション検出システムは、放射線を吸収して吸収エネルギーの一部を光子として放出できる結晶（ＸＴＡＬ）を含むことができる。次に光電子増倍管２１４で増幅できる電気エネルギー（例えば、電子）に光子を変換することができる。光電子増倍管は、電子を増幅する複数のダイノードを含むことができる。多くの種類の光電子増倍管がある。光電子増倍管の種類は、複数のダイノードの特定の構成、例えば、構造および／または数に左右されることがある。
【００１４】
光電子増倍管２１４では、光電陰極Ｋによって光子を電子に変換することができる。次に、集束格子ポートＧに結合可能な集束格子によって電子を集束することができる。次いで、一連のダイノード（段）Ｄ１〜Ｄｎの中で第１のダイノードＤ１によって集束電子を受け取ることができる。各連続ダイノードＤ２〜Ｄｎは、前のダイノードから１つ以上の電子を受け取ることができ、一連の中で次のダイノードによって順に受け取り可能な各受け取り電子に対して複数の二次電子を生成することができる。例えば、入射電子１個当たりの生成二次電子の数は、４〜５個の範囲にある場合がある。その処理を、ｎ番目のダイノードＤｎまで繰り返すことができる。ダイノードＤｎによって生成された二次電子は、陽極によって受け取られ、次いでＰＭＴから流出することができる。出力電流を、負荷抵抗器、例えばＲ１８に提供することができる。次いで、負荷抵抗器Ｒ１８の両端間に生じた電圧を、検出回路、例えば前置増幅器１２０、増幅器１２２、ＡＤＣ１２４およびＭＣＡ１２４に提供することができる。
【００１５】
図２に例示するように、陰極Ｋを接地でき、抵抗器Ｒ２を介して陽極Ａに正電圧を提供できる。この構成では、直流供給電圧ＨＶが前置増幅器１２０および他の信号処理回路に伝わるのを阻止するのに結合コンデンサＣ２９を含んでもよい。次に、陽極電流を負荷抵抗器Ｒ１８に供給して、電圧出力信号ＳＩＧ  ＯＵＴを生成することができる。この構成を、例えばシンチレーション検出のために使用することができる。代わりに、負荷抵抗器を介して陽極Ａを接地し、負電圧を陰極Ｋに結合することもできることが分かる。次いで、直流阻止コンデンサＣ２９を除くこともできる。
【００１６】
二次電子を生成するダイノードの場合、ダイノードは入射電子をまず受け取る必要があることが分かる。一連の中で第１のダイノードとしてのダイノードＤ１に、最少入射電子、即ち光電陰極Ｋによって生成され集束格子によって集束された電子を提供することができる。従って、光電陰極Ｋによって生成された電子がダイノードＤ１に到達する可能性は、ＰＭＴが増倍できる重要な要因である。電子をダイノードＤ１の有効面積で受け取る確率と収集効率を定義することができる。有効面積は、入射電子を受け取り次第、一連の中で後のダイノードの有効面積に着地できる軌道の二次電子を生成できるダイノードの面積を意味すると理解できる。換言すれば、有効面積で受け取られない電子は、二次電子を生成できず、その結果、増倍に貢献できない。ダイノードＤ１の収集効率は、陰極Ｋと第１のダイノードＤ１との間の電圧に左右されることがある。この電圧が低すぎると、Ｄ１の収集効率を減らすことがある。
【００１７】
図２に例示するように、光電子増倍管は、複数のダイノードを含むことができる。例えば、光電子増倍管は、８個のダイノードを含むことができる。別の例では、光電子増倍管は、１０個のダイノードを含むことができる。上述のように、各ダイノードは、４〜５倍に電子を効果的に増倍することができる。従って、１０ダイノードＰＭＴは、陰極Ｋと陽極Ａとの間で約１０６の電流利得を得ることができる。利得は、陽極Ａでの電流と陰極Ｋでの電流との比を意味すると理解できる。利得は、中間ダイノードＤ２〜Ｄｎの増倍率（受け取った入射電子１個当たりの放出二次電子の数、即ち二次電子放出比）だけでなくダイノードＤ１の収集効率にも左右されることがある。増倍率は、ダイノードの段間電圧、即ち一連の中で１つのダイノードと前のダイノードとの間の電圧に左右されることがある。例えば、ダイノードＤ２の段間電圧は、段間回路ＩＳ２の両端間の電圧、即ちダイノードＤ１とダイノードＤ２との間の電圧であることがある。段間電圧を減らすと、ダイノードの増倍率を減らすことができ、これによって光電子増倍管の正味の利得が減る。これは、出力信号が比較的小さいので、適切な検出のために、前置増幅器１２０および／または増幅器１２２による増幅がさらに必要であることを意味する。これにより、増幅器が光電子増倍管よりも比較的雑音があるにつれて、シンチレーション検出システム１１０の信号対雑音比を減らすことができる。
【００１８】
光電子増倍管は、比較的高い強度の入力を検出する場合、非直線性の別の源を含むことができる。この非直線性は、陽極Ａに一層近いダイノード、例えばダイノードＤｎにおける空間電荷効果のせいであろう。電子数、即ち電流の大きさが陽極Ａに一層近いダイノード、例えばＤｎ、Ｄｎ−１、Ｄｎ−２で比較的一層高いように入射電子を増幅（増倍）するように各ダイノードを構成していることが分かる。ダイノード間の空間電荷効果は、利得飽和の原因となる更なる増倍を抑制することができ、即ち、陰極電流の増加に伴って出力電流は増加できない。飽和電流レベルは、陽極およびダイノード構造および／または段間電圧に左右されることがある。陽極Ａに近いダイノード、例えばＤｎ、Ｄｎ−１、Ｄｎ−２に対する段間電圧を増加することによって、利得飽和を減少することができる（即ち、飽和電流を増加することができる）。
【００１９】
光電子増倍管のポートの両端間に印加される電圧および供給電圧＋ＨＶは、光電子増倍管の動作（即ち、収集効率、利得および／または直線性）における重要なパラメータである。光電子増倍管のポートは、陰極Ｋ、集束格子ポートＧ、ダイノードＤ１〜Ｄｎおよび陽極Ａを含むことができる。すべての光電子増倍管が、ポートＧと内部集束格子との間の内部接続部を含むとは限らないことが分かる。分圧回路２１８によって光電子増倍管を一般に供給することができる。比較的高い電圧供給、例えば８００または１０００ボルトを、多くの回路、例えば段間回路ＩＳ１〜ＩＳｎ、陰極・集束格子回路ＣＫＧおよび最終ダイノード・陽極回路ＣＤＡによって分割することができる。例えば、段間回路ＩＳ２を、段階（即ち、ダイノード）Ｄ１およびＤ２の間に結合することができる。比較的単純な構成、即ち受動回路では、各回路ＣＫＧ、ＩＳ１〜ＩＳｎ、ＣＤＡは、同じ公称値を有する全抵抗器を用いた抵抗器であってもよい。陽極電流が比較的小さい、例えば比較的低い強度パルスを検出したと仮定して、ＣＫＧ、ＣＤＡの両端間の電圧および各段間電圧は、供給電圧の何分の１にほぼ等しいことがある。この状況では、ダイノードからの電流は、電源＋ＨＶからの電流と比べて小さい。次に、光電子増倍管の利得は、陰極電流と無関係であり、即ち直線である。比較的高い強度パルスの場合、この近似はもはや正確ではない。
【００２０】
比較的高い強度入力の場合、陽極およびダイノード電流は、供給電流と比べて小さくない。次に、ダイノード電流は、段間回路、例えばＩＳ１〜ＩＳｎに流入することができる。これらのダイノード電流は、電圧源＋ＨＶによって供給される電流に抵抗することがある。段間回路における正味の減少電流は、段間電圧の減少になることがある。各段階（例えば、ダイノード）における増倍のために、正味の減少電流は、陽極に一層近いダイノード、例えばＤｎ、Ｄｎ−１に対して一層大きいことがある。その結果、段間電圧は、（各連続ダイノードにおける電流増幅のために）陰極に一層近いダイノード、例えばＤ１、Ｄ２に対して比較的一層高く、陽極に一層近いダイノードに対して比較的一層低いことがある。分圧回路の両端間の電圧を、電源の容量の範囲内で、電源電圧に保持することができる。電源の容量を超えると、一層高い強度入力は、供給電圧＋ＨＶの減少になることがある。従って、抵抗分圧器を有する検出器回路は、制限されたダイナミックレンジを有することがある。
【００２１】
図３は、ダイナミックレンジを増加できる、本開示に従う能動分圧回路３１８の例の例示的な概略図を示す。換言すれば、図１に例示した検出回路は、図３に従って構成された、分圧器１１８を用いて一層高い強度パルスを検出することができる。例えばシンチレーション検出器において比較的高い強度パルスを検出する場合、直線性を向上させるように能動分圧回路３１８を構成することができる。能動分圧回路は、収集効率を維持し、ダイナミックレンジを向上させて、より広い入力範囲にわたって直線出力を与えることができる。
【００２２】
図２に示す陰極・格子ポート回路ＣＫＧ、Ｄｎ・陽極回路ＣＤＡおよび段間回路ＩＳ１〜ＩＳｎ、に対応する回路素子の例を示すのに図３に注釈が付けられている。図３に示す能動分圧回路は、例えば１０個のダイノードを有する光電子増倍管用に構成されていることが分かる。例えばジャンパーＪ１およびＪ２を除去して段間回路ＩＳ８を回路ＣＤＡに結合することによって、能動分圧回路３１８を８ダイノード光電子増倍管用に構成することができる。能動分圧回路３１８は、８個または１０個のダイノードを有する光電子増倍管に限定されない。段間回路、即ちＩＳ１〜ＩＳｎの数を調整して、光電子増倍管におけるダイノードの数に一致させることができる。
【００２３】
回路ＣＫＧ、ＣＤＡおよび段間回路ＩＳ１は、段間回路ＩＳ２〜ＩＳ１０とは違って構成されていることが分かる。陰極Ｋおよび陽極Ａと相対的な位置に従って各回路を構成することができる。換言すれば、回路の望ましい特性は、陰極Ｋと第１のダイノードＤ１との間、または第２のダイノードＤ２と第３のダイノードＤ３との間、または最後のダイノード、例えばＤ１０と陽極Ａとの間に回路を結合するかに左右されることがある。例えば、段間回路ＩＳ２は、第１のＰＮＰバイポーラ接合トランジスタＱ５を含むことができる。Ｑ５のコレクタをダイノードＤ１に結合することができる。Ｑ５のエミッタをダイノードＤ２に結合することができ、Ｑ５のベースを第２のＰＮＰトランジスタＱ１８のエミッタに結合することができる。第１のコンデンサＣ５を、第２のＰＮＰトランジスタＱ１８のコレクタとエミッタとの間に結合することができる。第２のトランジスタＱ１８のベースを、抵抗器Ｒ８に結合することができる。コンデンサＣ１９を、Ｒ８と並列に結合することができる。段間回路ＩＳ３から、例えばＩＳ１０までを、同様に構成することができる。
【００２４】
同様に、例えば、段間回路ＩＳ１は、第１および第２のＰＮＰトランジスタＱ１およびＱ２を含むことができる。第１のトランジスタＱ１のコレクタを、陰極Ｋおよび電源の出力、例えばＧＮＤに結合することができる。第１のトランジスタＱ１のエミッタを、第２のトランジスタＱ２のコレクタに結合することができる。第１のトランジスタＱ１のベースを、第３のトランジスタＱ１４のエミッタおよび第４のトランジスタＱ１５のコレクタに結合することができる。第２のトランジスタＱ２のベースを、第４のトランジスタＱ１５のエミッタに結合することができる。第２のトランジスタＱ２のエミッタを、集束格子ポートＧに結合することができる。第３のトランジスタＱ１４のコレクタを、電源の出力、例えばＧＮＤに結合することができる。第１のコンデンサＣ１を、第１のトランジスタＱ１のコレクタとベースとの間に結合することができる。第２のコンデンサＣ２の第１の電極を、第１のトランジスタＱ１のベースに結合することができ、第２のコンデンサＣ２の第２の電極を、第２のトランジスタＱ２のベースに結合することができる。第１の抵抗器Ｒ４を、第３のトランジスタＱ１４のコレクタとベースとの間に結合することができる。第２の抵抗器Ｒ５を、第３のトランジスタＱ１４のベースと第４のトランジスタＱ１５のベースとの間に結合することができる。第３のコンデンサＣ１５を、第１の抵抗器Ｒ４と並列に結合することができ、第４のコンデンサＣ１６を、第２の抵抗器Ｒ５と並列に結合することができる。段間回路ＩＳ１を、同様に構成することができる。
【００２５】
上述のように、光電子増倍管、例えば光電子増倍管２１４の利得直線性は、収集効率、増倍率に左右されることがあり、利得飽和の影響を受けやすいことがある。これらの要因は、陽極および／または陰極に対するダイノード位置、段間電圧および／または供給電流に左右されることがある。名目上同じ抵抗器の値を有する上述の受動抵抗分圧器は、この複雑さに対処できず、従って制限されたダイナミックレンジを有する検出回路になることがある。ダイナミックレンジを増加して直線性を向上させるように、図３に示す例示的な能動分圧回路を構成することができる。
【００２６】
特に、ＣＫＧ回路、ＣＤＡ回路、および供給電圧＋ＨＶの一部としての段間電圧を、抵抗器Ｒ４〜Ｒ１７によって設定することができる。各抵抗器の値を、段階および／または光電子増倍管ポート、例えば回路が供給している集束格子ポートＧに従って選択することができる。ある実施形態では、抵抗器Ｒ８〜Ｒ１３の値よりも比較的大きい値を有するように、抵抗器Ｒ４〜Ｒ７を選択することができる。その結果、陰極Ｋと集束格子ポートＧとの間、および集束格子ポートＧと第１のダイノードＤ１との間の電圧は、Ｄ１とＤ２との間、Ｄ２とＤ３との間などの段間電圧よりも比較的高い。このようにして、収集効率を維持および／または増大することができる。ある実施形態では、抵抗器Ｒ８〜Ｒ１３の値よりも比較的大きい値を有し、Ｒ１４〜Ｒ１７から徐々に増加するように、抵抗器Ｒ１４〜Ｒ１７を選択することができる。このようにして、電子密度が比較的高い、陽極に一層近いダイノード、例えばＤ１０〜Ｄ８間の電圧勾配を増加することができる。電圧勾配の増加により、空間電荷効果が減少し、これによって利得飽和を回避しながら比較的高い強度パルスの検出に対処することができる。
【００２７】
供給電流以上の大きさのオーダーであるダイノード電流が存在する状態で段間電圧を維持するように、能動構成要素、例えばトランジスタを構成することができる。そのようなダイノード電流は、比較的高い強度パルスを検出する場合に生成されることができ、陽極Ａに一層近いダイノードに対して比較的一層高い。ある実施形態では、ダイノード電流（即ち、ダイノードからの電子の流れ）を受け取るようにトランジスタＱ１〜Ｑ１３を構成することができ、この電流を使用して段間電圧を維持することができる。トランジスタＱ１４〜Ｑ２６は、抵抗器Ｒ４〜Ｒ１６と光電子増倍管との間に比較的高い入力インピーダンスを与えることができる。このようにして、能動分圧回路は、比較的高い強度パルスの検出中に段間電圧を維持することができる。
【００２８】
ある実施形態では、能動分圧回路３１８は、複数のコンデンサ、例えばコンデンサＣ１〜Ｃ２８をさらに含むことができる。短時間、比較的高い強度パルスを受け取ると、これらのコンデンサＣ１〜Ｃ２８は追加電流を提供することができる。荷電したコンデンサは、電荷Ｑ（ただし、Ｑはコンデンサの両端間の電圧（定数）を掛けた静電容量に等しい）を含むことができる。コンデンサの両端間の電圧が減少すると、コンデンサは電流を供給する、即ち放電することができる。コンデンサＣ１〜Ｃ２８は、パルス間で充電することができ、パルスを検出すると、少なくとも部分的に放電して追加電流を供給することができる。これにより、検出システムのダイナミックレンジをさらに向上できる。
【００２９】
能動分圧回路における構成要素の値の選択は、光電子増倍管１１４、結晶１１２および／または検出される信号の性質に左右される場合があることが分かる。例えば、抵抗器Ｒ４〜Ｒ１７の相対値を、光電子増倍管１１４、結晶１１２および／または検出される信号の性質によって調整することができる。一実施形態では、抵抗器Ｒ４〜Ｒ７は６６５ｋΩ、抵抗器Ｒ８〜Ｒ１３は５１０ｋΩ、Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６およびＲ１７はそれぞれ６６５ｋΩ、７６８ｋΩ、１０００ｋΩおよび１２５０ｋΩであってもよい。ここで使用される状況では、Ωはオームを意味すると理解でき、ｋΩはキロオームを意味すると理解できる。記載の抵抗器の値は、実際の抵抗器の値が許容誤差、例えば記載の公称値の±１％の範囲内である、公称抵抗器の値であると理解できる。
【００３０】
表１、２および３は、受動の純抵抗分圧器、等分割電圧用の能動分圧器、および分割電圧の範囲用に構成された本開示に従う能動分圧器に関してエネルギー直線性に対する例示的な試験データを含む。データに関して、エネルギー準位６６２ｋｅＶを有するセシウム（Ｃｓ−１３７）の同位体を基準として使用し、セリウムをドープした臭化ランタン（ＬａＢｒ３（５％Ｃｅ））のシンチレーション結晶を使用した。セリウムをドープした臭化ランタンの結晶は比較的速くて比較的高い強度光パルスを生成できることが分かる。表１は、２つのエネルギー準位（１１７２．５ｋｅＶおよび１３３２．５ｋｅＶ）におけるコバルト（Ｃｏｂａｌｔ−６０）の同位体、トリウム（Ｔｈ−２２８）の同位体およびキュリウム（Ｃｍ−２４４）の同位体に関するピークエネルギー、およびＣｓ−１３７に対するこれらのピークエネルギーの比を含む。検出システムの非直線性の程度を、表１に列挙した理想比と検出エネルギー比との間の偏差によって示すことができる。
【表１】
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【００３１】
表２は、例示的な１０段分圧器に関して検出エネルギー比を含む。「受動」は、ほぼ等分割電圧を有する純抵抗分圧器を意味すると理解できる。「能動、等電圧」は、例えば、図３に示す分圧器として構成され、ほぼ等分割電圧を有する能動分圧器を意味すると理解できる。「能動」は、例えば、図３に示す分圧器として構成された能動分圧器を意味すると理解できる。表示データに関して、中間ダイノードＤ２〜Ｄ８間の分割電圧よりも陰極Ｋと集束格子ポートＧとの間、および集束格子ポートＧと第１のダイノードＤ１との間の分割電圧を比較的高くするように分圧器を構成した。中間ダイノードＤ２〜Ｄ８間の分割電圧よりもダイノードＤ８とＤ９との間、ダイノードＤ９とＤ１０との間、およびダイノードＤ１０と陽極Ａとの間の電圧を比較的高くするように分圧器をさらに構成した。ダイノードＤ９とＤ１０との間に印加される電圧よりもダイノードＤ８とＤ９との間の電圧を比較的低くするように分圧器をさらに構成した。同様に、ダイノードＤ１０と陽極Ａとの間に印加される電圧よりもダイノードＤ９とＤ１０との間の電圧を比較的低くするように分圧器をさらに構成した。本開示の一実施形態に従って構成された能動分圧器は、列挙したエネルギーに対する受動および／または等電圧を有する能動の分圧器と比較して比を向上させたことが分かる。
【表２】
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【００３２】
表３は、例示的な８段分圧器に関して検出エネルギーデータを含む。ジャンパーＪ１およびＪ２が存在せず、段間回路ＩＳ８を回路ＣＤＡに結合して８段分圧器を得ることを除いて、「受動」および「能動、等電圧」は表２の場合と同じ意味を有する。ジャンパーＪ１およびＪ２無しで、中間ダイノードＤ２〜Ｄ８間の電圧よりもダイノードＤ８と陽極Ａとの間の電圧を比較的高くするように分圧器をさらに構成したことを除いて、「能動」は表２の場合と同じ意味を有する。８段構成の直線性は１０段構成の直線性ほど良くないことが分かる。しかし、能動構成は、表１に列挙した比と比較的一層厳密に一致する。
【表３】
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【００３３】
本開示に従う能動分圧器を、各種シンチレーション検出器で利用することができる。ここで、米国特許第５，８６９，８３６号明細書、同第６，２２２，１９２号明細書、同第６，３５９，２８２号明細書および米国特許出願公開第２００７／０００７４６０号明細書を参照し、その開示内容はここに参照として取り込まれ、ここで考えられた能動分圧器を利用できる多くのシンチレーション検出器が記載されている。さらに、ここに記載の分圧器を含むシンチレーション検出器を、医療機器、地球物理学的機器、検査機器、研究機器および保健物理学の用途を含む各種用途および機器に使用することができる。医療機器は、陽電子放射断層撮影装置、ガンマカメラ、コンピュータ断層撮影装置および放射免疫測定の用途を含むことができる。地球物理学的機器は、検層検出器を含むことができる。検査機器は、放射輝度検出器、例えば、熱中性子放射化分析検出器、荷物スキャナー、厚さ計、液面計、能動および受動の安全および明示検証、能動および受動の分光法（放射性同位体識別機器）、および能動および受動の総合計算器を含むことができる。研究機器は、分光計および熱量計を含むことができる。保健物理学の用途は、洗濯監視およびエリア監視を含むことができる。
【００３４】
幾つかの方法および実施形態の上記説明は、例示の目的で提示されている。開示されている厳密な工程および／または形態に特許請求の範囲を限定する、またはすべて網羅しているものではなく、明らかに、上記の教示に照らして多くの修正および変形が可能である。本発明の範囲を、ここに添付の特許請求の範囲によって規定する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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