(57)【要約】【課題】ガンマ線の検出効率及び時間分解能を向上させることが可能なガンマ線検出器を提供する。【解決手段】ガンマ線検出器１は、入射窓１１及び光電面１３を有する光電子増倍管１０を備える。入射窓１１は、チェレンコフラディエータである。光電面１３は、入射窓１１における真空の内部空間Ｒ側の端面に、中間層１２を介して形成されている。中間層１２の厚さは、ガンマ線が入射窓１１と相互作用することにより放出されるチェレンコフ光の波長以下である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガンマ線を検出する検出器であって、
入射窓及び光電面を有する光電子増倍管を備え、
前記入射窓は、チェレンコフラディエータであり、
前記光電面は、前記入射窓における真空側の面に中間層を介して形成され、
前記中間層の厚さは、前記ガンマ線が前記入射窓と相互作用することにより放出されるチェレンコフ光の波長以下である、ガンマ線検出器。
【請求項２】
前記中間層は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２の少なくとも何れかを含む、請求項１に記載のガンマ線検出器。
【請求項３】
チェレンコフラディエータである前記入射窓は、ＰｂＦ２、ＰｂＷＯ４、ＰｂＯ、鉛ガラスの少なくとも何れかを含む、請求項１又は２に記載のガンマ線検出器。
【請求項４】
チェレンコフラディエータである前記入射窓の厚さは、前記ガンマ線の透過率が規定値以下となるように前記ガンマ線を遮蔽可能な厚さである、請求項１〜３の何れか一項に記載のガンマ線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガンマ線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射窓及び光電面を有する光電子増倍管と、入射窓の外面に光学接着剤で接着されたチェレンコフラディエータと、を備えたガンマ線検出器が知られている（例えば、下記非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】R. Dolenec et al.、「The Performance ofSilicon Photomultipliers in Cherenkov TOF PET」、Trans.Nucl. Sci.、vol 63, NO 5,２０１６年、p.２４７８−２４８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなガンマ線検出器では、チェレンコフラディエータで放出されたチェレンコフ光の少なくとも一部は、チェレンコフラディエータと光学接着剤との間及び光学接着剤と入射窓との間の屈折率の差に起因して、これらの間の境界面で反射を繰り返す場合がある。この場合、当該チェレンコフ光はチェレンコフラディエータで吸収され、光電子増倍管の検出光子数が減少し、ガンマ線の検出効率及び時間分解能が低下してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ガンマ線の検出効率及び時間分解能を向上させることが可能なガンマ線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガンマ線検出器は、ガンマ線を検出する検出器であって、入射窓及び光電面を有する光電子増倍管を備え、入射窓は、チェレンコフラディエータであり、光電面は、入射窓における真空側の面に中間層を介して形成され、中間層の厚さは、ガンマ線が入射窓と相互作用することにより放出されるチェレンコフ光の波長以下である。
【０００７】
このガンマ線検出器では、光電子増倍管の入射窓がチェレンコフラディエータである。これにより、チェレンコフラディエータと光学接着剤との間ないし光学接着剤と入射窓との間のチェレンコフ光の屈折及び反射がそもそも存在しなくなり、チェレンコフ光を効率良く収集することができる。中間層を形成することにより、チェレンコフラディエータと光電面とが反応してチェレンコフラディエータが着色することを抑制でき、当該着色でチェレンコフ光が吸収されることを抑制できる。中間層の厚さがチェレンコフ光の波長以下であることから、チェレンコフラディエータと中間層との間のチェレンコフ光の屈折及び反射を抑えることができ、チェレンコフ光を効率良く収集することができる。以上により、本発明によれば、ガンマ線の検出効率及び時間分解能を向上させることが可能となる。
【０００８】
本発明に係るガンマ線検出器では、中間層は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２の少なくとも何れかを含んでいてもよい。この場合、中間層として、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２の少なくとも何れかを利用できる。
【０００９】
本発明に係るガンマ線検出器では、チェレンコフラディエータである入射窓は、ＰｂＦ２、ＰｂＷＯ４、ＰｂＯ、鉛ガラスの少なくとも何れかを含んでいてもよい。この場合、チェレンコフラディエータである入射窓として、ＰｂＦ２、ＰｂＷＯ４、ＰｂＯ、鉛ガラスの少なくとも何れかを利用できる。
【００１０】
本発明に係るガンマ線検出器では、チェレンコフラディエータである入射窓の厚さは、ガンマ線の透過率が規定値以下となるようにガンマ線を遮蔽可能な厚さであってもよい。これにより、チェレンコフラディエータである入射窓から入射したガンマ線を、当該入射窓で止まるように遮ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガンマ線の検出効率及び時間分解能を向上できるガンマ線検出器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るガンマ線検出器を示す斜視図である。
【図２】図１のガンマ線検出器の分解斜視図である。
【図３】図１のガンマ線検出器の断面図である。
【図４】図３の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。
【００１４】
図１〜図３に示されるように、ガンマ線検出器１は、チェレンコフ光を利用してガンマ線を検出する検出器である。ガンマ線検出器１は、例えば、消滅放射線の飛行時間情報を画像再構成に用いる陽電子放射断層撮像装置（いわゆる、ＴＯＦ−ＰＥＴ（Time Of Flight Positron Emission Tomography）に用いられる。ガンマ線検出器１は、光電子増倍管１０を備える。
【００１５】
光電子増倍管１０は、真空の内部空間Ｒを有する電子管であり、微弱な光を検知し電気信号に変換する。光電子増倍管１０は、ヘッドオン型の光電子増倍管である。光電子増倍管１０は、入射窓１１、中間層１２、光電面１３、気密シール材１４、筒部材１５及び反射材１６を備える。
【００１６】
入射窓１１は、ガンマ線が入射する部材である。入射窓１１は、円柱又は直方体形状を呈する。入射窓１１は、筒部材１５の一方の開口端を封止するように設けられている。本実施形態の入射窓１１は、チェレンコフラディエータである。チェレンコフラディエータである入射窓１１は、入射するガンマ線と相互作用してチェレンコフ光（変換光）を放出する。チェレンコフラディエータは、チェレンコフ輻射体とも称される。
【００１７】
チェレンコフラディエータである入射窓１１は、ＰｂＦ２（フッ化鉛）、ＰｂＷＯ４（タングステン酸鉛）、ＰｂＯ（一酸化鉛）、鉛ガラス、ＢｉＦ３（フッ化ビスマス）の少なくとも何れかを含む。入射窓１１は、結晶化した材料で形成することができる。入射窓１１は、高原子番号の原子を含む。入射窓１１では、鉛含有率が一定値以上とされている。一定値としては特に限定されず、仕様、用途又は要求される加工性に応じて適宜設定できる。
【００１８】
チェレンコフラディエータである入射窓１１に含まれる鉛ガラス（以下、単に「鉛ガラス」と称す）は、鉛含有率がおおよそ数％以上を有する。鉛ガラスは、非晶質ガラス材料である。鉛ガラスでは、鉛が酸化物として二酸化ケイ素と混合している。鉛ガラスは、加工性が良好な材料であり、様々な形状ないし厚さの入射窓１１に容易に適用できる。鉛ガラスを入射窓１１に用いることは、種々の用途に応じたモジュールを形成することに適している。鉛ガラスは、鉛含有率が上がるほど、ガンマ線をチェレンコフ光に変換する効率と４００ｎｍ以下の光の透過率及び屈折率とが高くなる特徴を有する。
【００１９】
チェレンコフラディエータである入射窓１１の厚さは、ガンマ線の透過率が規定値以下となるようにガンマ線を遮蔽可能な厚さである。入射窓１１の厚さは、その軸方向（図中の上下方向）の寸法である。規定値としては特に限定されず、仕様、用途又は要求される加工性に応じて適宜設定できる。入射窓１１の厚さは、例えば２０ｍｍ以上である。
【００２０】
中間層１２は、入射窓１１における内部空間Ｒ側（真空側）の端面に形成されている。
中間層１２は、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）、ＴｉＯ２（酸化チタン）の少なくとも何れかを含む。
【００２１】
中間層１２は、入射窓１１に含まれる鉛と光電面１３との反応を遮るバリア層である。中間層１２は、緻密層である。中間層１２の厚さは、ガンマ線が入射窓１１と相互作用することにより放出されるチェレンコフ光の波長以下である。中間層１２の厚さは、当該チェレンコフ光の波長よりも十分に小さい、例えば１００Å（１０ｎｍ）である。中間層１２は、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition)によって入射窓１１における内部空間Ｒ側に形成されている。
【００２２】
光電面１３は、入射窓１１における内部空間Ｒ側の端面に中間層１２を介して形成されている。図示する例では、光電面１３は、透過型の光電面である。光電面１３は、入射窓１１側から光が入射された場合に、内部空間Ｒ側から光電子を放出する。光電面１３は、アルカリ金属を含んで形成されている。光電面１３の材料としては、例えばアルカリ−アンチモン等が挙げられる。光電面１３は、陰極を構成する。
【００２３】
気密シール材１４は、入射窓１１と筒部材１５との間に介在されている。気密シール材１４は、入射窓１１と筒部材１５との間を気密封止する。気密シール材１４は、リング状を呈する。図示する例では、気密シール材１４は、入射窓１１の外縁部分に対応する位置で中間層１２と光電面１３との間に挟まれている（図３参照）。気密シール材１４は、光電面１３の電位コンタクトとしての機能、及び、入射窓１１から放射されたチェレンコフ光を反射する反射材としての機能を有する。気密シール材１４は、常温で軟金属な材料により形成されている。気密シール材１４は、例えばＡｌ（アルミニウム）又はＩｎ（インジウム）等により形成されている。
【００２４】
筒部材１５は、光電子増倍管１０の側管の少なくとも一部を構成する。筒部材１５は、例えばコバール製の筒体１５ａと、筒体１５ａに連通するようにして融着された例えばガラス製の筒体１５ｂと、を含む。筒部材１５には、集束電極２１、電子増倍部２２及び陽極（不図示）が収容されている。集束電極２１は、光電面１３で放出された光電子を電子増倍部２２へ導く。電子増倍部２２は、複数のダイノードを含み、集束電極２１で導かれた光電子を増倍する。陽極は、電子増倍部２２で増倍された光電子を収集し、外部へ電気信号として取り出す。筒部材１５は、その端面上に気密シール材１４及び入射窓１１が重ねられた状態で熱及び圧力が加えられることにより、これらと密着されて接続される。
【００２５】
反射材１６は、入射窓１１の外表面に形成されている。具体的には、反射材１６は、入射窓１１における内部空間Ｒ側とは反対側の端面、及び、入射窓１１の側面（外周面）に形成されている。反射材１６は、入射窓１１から放射されたチェレンコフ光を反射する。反射材１６は、例えばＡｌにより形成されている。反射材１６は、外乱光２（図４参照）を遮光する遮光膜としての機能も有する。
【００２６】
ガンマ線検出器１では、図４に示されるように、ガンマ線３は反射材１６を透過し、入射窓１１に入射する。このガンマ線３は入射窓１１と相互作用し、チェレンコフ光４が放出される。チェレンコフ光４は、内部空間Ｒ側へ進み、又は反射材１６で反射して内部空間Ｒ側へ進み、入射窓１１から放出され、中間層１２を透過し、光電面１３に入射する。これにより、光電面１３内の電子が励起され、真空の内部空間Ｒ中に光電子５が放出される（外部光電効果）。その後、光電子５は、集束電極２１で加速及び集束され、電子増倍部２２で電子増倍され、陽極より電気信号として取り出される。
【００２７】
以上、ガンマ線検出器１では、入射窓１１がチェレンコフラディエータである。これにより、一般的な検出器において生じ得る光の屈折及び反射、すなわち、チェレンコフラディエータと光学接着剤との間ないし光学接着剤と入射窓との間のチェレンコフ光４の屈折及び反射が、そもそも存在しなくなる。チェレンコフ光４を効率良く収集することができる。
【００２８】
中間層１２を形成することにより、チェレンコフラディエータである入射窓１１とアルカリ金属で形成された光電面１３とが反応することを抑制できる。チェレンコフラディエータである入射窓１１が着色（黒色化）することを抑制できる。当該着色でチェレンコフ光４が吸収されることを抑制できる。
【００２９】
中間層１２の厚さがチェレンコフ光４の波長以下であることから、チェレンコフラディエータである入射窓１１と中間層１２との間のチェレンコフ光４の屈折及び全反射を抑えることができる。チェレンコフ光４を効率良く収集することができる。以上により、ガンマ線検出器１によれば、ガンマ線３の検出効率及び時間分解能を向上させることが可能となる。
【００３０】
ガンマ線検出器１では、中間層１２は、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２の少なくとも何れかを含んでいる。この場合、中間層１２として、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２の少なくとも何れかを利用できる。
【００３１】
ガンマ線検出器１では、チェレンコフラディエータである入射窓１１は、ＰｂＦ２、ＰｂＷＯ４、ＰｂＯ、鉛ガラスの少なくとも何れかを含む。この場合、チェレンコフラディエータの入射窓１１として、ＰｂＦ２、ＰｂＷＯ４、ＰｂＯ、鉛ガラスの少なくとも何れかを利用できる。入射窓１１におけるガンマ線３の阻止能を向上することが可能となる。
【００３２】
ガンマ線検出器１では、チェレンコフラディエータである入射窓１１の厚さは、ガンマ線３の透過率が規定値以下となるようにガンマ線３を遮蔽可能な厚さである。これにより、チェレンコフラディエータである入射窓１１から入射したガンマ線３を、入射窓１１で止まるように遮ることができる。ガンマ線３の阻止能を向上することが可能となり、ひいては、ガンマ線３を阻止することが可能となる。
【００３３】
ガンマ線検出器１では、入射窓１１は、チェレンコフ光４をできるだけ減衰せずに光電面１３に到達させるために、鉛含有率が高くなっている。これにより、よりコンパクト（薄い）なガンマ線検出器１を実現できる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態では、中間層１２を入射窓１１における内部空間Ｒ側の端面に形成したが、これに加えて、入射窓１１における入射側の端面に形成してもよいし、入射窓１１の側面に形成してもよい。中間層１２を入射窓１１の外表面の全域に形成し、入射窓１１が中間層１２で覆われるように構成してもよい。上記実施形態では、場合によっては、反射材１６及び気密シール材１４の少なくとも何れかは無くてもよい。
【００３５】
上記実施形態では、電子増倍部２２として、ＭＣＰ（Micro  Channel  Plate）を用いることができる。特に、電子増倍部２２として、鉛フリーのＭＣＰ（鉛を含まない又はほとんど含まないＭＣＰ）を用いることができる。例えば鉛ガラスを含むＭＣＰを電子増倍部２２に用いた場合、ＭＣＰ自体が放射線(γ線)と相互作用し、それがノイズとなる可能性がある。鉛フリーのＭＣＰを用いることで、放射線がＭＣＰと反応しなくなるため、ノイズが低減される。
【符号の説明】
【００３６】
１…ガンマ線検出器、３…ガンマ線、４…チェレンコフ光、１０…光電子増倍管、１１…入射窓、１２…中間層、１３…光電面、１４…気密シール材、１６…反射材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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