(57)【要約】高解像度能力を備え、高速の画素レスポンス、最小のむだ時間と改良されたアイソトープ識別、そしてそれは大きなサイズで比較的低費用で製造することができる、放射線センサーを実現することを目標とする。【課題】【解決手段】第１の基板と、前記第１の基板と略平行で、前記第１の基板との間で空隙を形成している第２の基板と、前記空隙内に含まれるガスと、少なくとも前記第２の基板に接続された第１の電極と、前記第１の電極に電気的接続された少なくとも一つの第２の電極と、前記第１の電極に接続された第１のインピーダンス素子と、前記第２の電極に接続された第２のインピーダンス素子と、前記電極の少なくとも１つに接続された電源と、前記第１のインピーダンス素子に接続された第１の放電現象検出器と、前記第２のインピーダンス素子に接続された第２の放電現象検知器を備えることを特徴とする電離放射線検知器。【選択図】図１
2008546999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と
前記第１の基板と略平行で、前記第１の基板との間で空隙を形成している第２の基板と、
前記空隙内に含まれるガスと、
少なくとも前記第２の基板に接続された第１の電極と、
前記第１の電極に電気的接続された少なくとも一つの第２の電極と、
前記第１の電極に接続された第１のインピーダンス素子と、
前記第２の電極に接続された第２のインピーダンス素子と、
前記電極の少なくとも１つに接続された電源と、
前記第１のインピーダンス素子に接続された第１の放電現象検出器と
前記第２のインピーダンス素子に接続された第２の放電現象検知器を備えることを特徴とする電離放射線検知器。
【請求項２】
少なくとも１つの画素を定義するために前記第１の電極および前記第２の電極は電気的に接続されることを特徴とする請求項１の電離放射線検知器。
【請求項３】
前記第１の電極はＸ電極、前記第２の電極はＹ電極であることを特徴とする請求項２の電離放射線検知器。
【請求項４】
さらに、少なくとも前記第１の電極に接続された第１の駆動回路と前記第２の電極に接続された少なくとも第２の駆動回路を含むことを特徴とする請求項１記載の電離放射線検知器。
【請求項５】
さらに、前記第１の放電現象検出器および前記第２の放電現象検出器によって検知された放電現象に対してタイムスタンプを押印し、前記第１の放電現象検出器および前記第２の放電現象検出器に接続されたタイムスタンプ回路を含むことを特徴とする請求項１の電離放射線検知器。
【請求項６】
前記第１の放電現象検出器および前記第２の放電現象検出器によって検知された、略同時に発生した連結した放電現象の格納のために前記タイムスタンプ回路に接続された放電現象データ保存装置、をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の電離放射線検知器。
【請求項７】
前記電源と前記第１および第２の放電現象検出器にフィードバック情報を提供するために前記放電現象データ保存装置に接続された感度コントロールをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の電離放射線検知器。
【請求項８】
前記第１の基板に接続された変換層をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の電離放射線検知器。
【請求項９】
前記第１の基板を前記第２の基板に接続するための密閉シールと、前記空隙を規定する周端部スペーサーを備えることを特徴とする請求項１記載の電離放射線検知器。
【請求項１０】
前記第２の電極は前記第１の基板に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電離放射線検知器。
【請求項１１】
前記第２の電極は前記第２の基板に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電離放射線検知器。
【請求項１２】
前記、第１と第２電極間でのガス放電は表面放電形状であることを特徴とする請求項１１の電離放射線検知器。
【請求項１３】
前記、第１と第２基板間で、かつ第１と第２電極の交点でのガス放電は円柱放電形状であることを特徴とする請求項１０の電離放射線検知器。
【請求項１４】
第１の基板と、
前記第１の基板上の変換材料と、
前記第１の基板と略平行で、前記第１の基板のガス空隙を形成している第２の基板と
第１の電極と
前記第１の電極とともに少なくとも一つの画素形成する第２の電極と、
前記第１の電極に接続された第１のインピーダンス素子と
前記第２の電極に接続された第２のインピーダンス素子と、
前記電極の少なくとも１つに接続された電源と、
前記第１の電極のガス放電検出現象を検出するために前記第１のインピーダンス素子に接続された第１の回路と、
前記第２の電極のガス放電検出現象を検出するために前記第２のインピーダンス素子に接続された第２の回路を備えることを特徴とした電離放射線検知器。
【請求項１５】
前記第１の基板と連結された誘電体層をさらに含むことを特徴とする請求項１４の電離放射線検知器。
【請求項１６】
前記第１の電極はＸ電極、前記第２の電極がＹ電極であることを特徴とする請求項１４の電離放射線検知器。
【請求項１７】
前記第１の電極に接続された少なくとも一個の第１の駆動回路と、また前記第２の電極に接続された少なくとも一個の第２の駆動回路をさらに含むこと特徴とした請求項１４の電離放射線検知器。
【請求項１８】
前記第１の回路および前記第２の回路に接続され、前記第１の回路および前記第２の回路によって検知された電離粒子検出現象にタイムスタンプを押印するタイムスタンプ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１４記載の電離放射線検出器。
【請求項１９】
前記画素はガス放電現象によって形成されることを特徴とする請求項１４の電離放射線検知器。
【請求項２０】
第１と第２の基板を備えたプラズマパネルの前記第１の基板で電離放射線を受信し、
受信した電離放射線に応じて、前記第１の基板からの電子が放射され、そして前記、第１と第２基板間の空間に含まれていたガスへ放出される少なくとも１つの自由電子を前記第１の基板内で生成し、
プラズマパネルのピクセル部でガス放電現象を引き起こし
また第１の電極に接続した第１のパルス検出部、および第２電極に接続した第２パルス検出部で前記現象を検出することを特徴とする電離放射線の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
本出願は、２００５年６月２０日に申請された米国出願番号１１／１５５，６６０の優先権を主張し、その明細書を、参照のためにここに収録するものである。
【０００２】
本発明の１つの実施例は電離放射線の検知および画像化に関するものである。
特に、本発明の１つの実施例は、電離放射線の検知および画像化を行うプラズマパネルに基づいた装置に関するものであう。
【背景技術】
【０００３】
放射性物質の検知およびコンピューター断層装置「ＣＡＴ」のような多くの有用な応用が、Ｘ線または、ガンマ線放射線として知られている光子放射線の検知によるものである。
これらの高エネルギーの光子放射線は電離（イオン化）を起こすのもので、本明細書では  Ｘ線とガンマ線という二つの言葉は交互に交換されて使用される。そのような電離放射線の検知という観点では、ほとんどの応用で最も興味のあるスペクトル領域は、一般に約２０〜２，０００ｋｅＶ（つまり０．０２〜２ＭｅＶ）のエネルギー間である。
【０００４】
興味ある上記のスペクトル域では、主な相互作用のタイプは光電効果およびコンプトン効果である。各々からの相対的寄与率は、入射光子エネルギーおよび相互に作用する原子の原子番号（つまりＺ数）のコンビネーションによって量的方法で演繹的に決定することができる。光電効果は単一の原子吸光について記述するものである。一方、コンプトン効果は、コンプトンの反跳電子とコンプトン散乱光子に同時に帰着する非弾性散乱衝突について記述するものである。コンプトン効果では、光子は、退場するか、作用媒体に吸収されるまで、非弾性的に散乱を繰り返す。２つのプロセスのうち、少なくとも２００ｋｅＶまでの光子エネルギーで画像化応用において使用される、ほとんどの既知の電離放射線検知器の主要な根拠は、光電効果である。それは、ひとつの「自由電子」および対応するポジティブな原子イオンの最初の生起をひきおこすものである。
【０００５】
イオン化する電磁放射を検知するために、いくつかの既知の検出装置が一般に使用される。最も初期の名高い電子装置のうちの１つは電離箱である。ガイガーミュラー「ＧＭ」管のような電離箱中の放射線の検知は、イオン対生成の結果として不活性ガス（通常アルゴンとネオンを含んで）に引き起こされた電気伝導に基づくものである。
【０００６】
最近の著しい検出器装置の変化には、Ｇ．Ｐ．Ｌａｈａｃｈｅほかによって公開された管がある：高圧キセノン電離箱「高度な高圧キセノン検知器および強健なフィット分析を備えた特殊核材料用検知感度」ＩＥＥＥトランザクション、核科学、４８（２００１年）ページ３２５−３２、２３５Ｕと２３９Ｐｕの放射性核種の存在を検知するために設計された検知装置。しかしながら、これらの装置は非常に高価で、ＧＭ管のように内部ピクセル構造を持っていない。したがって、管の異なる空間の領域に作成された「同時の」電子を数えることができないし、画像化検知器として機能するように内部に構成されていない。
【０００７】
対照的に、ガス比例シンチレーション計数器「ＧＤＰＣ」は、主として高電圧電場の低いエネルギー放射線とガスの相互作用が、ＶＵＶ検知器、フォトダイオードあるいは光電子増倍管「ＰＭ」管によって検知される第２のＶＵＶ光子を生起させる画像化装置である。
ＧＳＰＣの欠点は、それらの制限されたエネルギー検出範囲、高度の真空技術および極めて高い純度ガスおよび月単位の寿命の短さである。
【０００８】
熱（つまり、遅い、２２００ｍ／Ｓ）ニュートロン検知については、マルチワイヤ比例計数管「ＭＷＰＣ」、多重管位置検出器「ＰＳＤ」およびＧＳＰＣのような他の関連するガスに基づいた検知器が、一般に使用されるが、二次元のｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐガス室「ＭＳＧＣ」が恐らく最も一般的な既知の検知器である。しかしながら、それらが多くの場合、特注で、維持するのが難しいので、これら二次元の検知器は高度に専門の検知器グループをサポートすることができる大きな研究所にのみにふさわしい。さらに、それらはすべて、典型的には中性子コンバータとしての３Ｈｅまたは１０ＢＦ３と、消光物質としてのＣＦ４から構成される超高純度のガス混合を必要とし、または、潜在的に爆発性の危険を示して、約３〜２０気圧の正圧で作動する。
【０００９】
他のいくつかの既知のガス検定器構成として、過去数年にわたって相当注目を集めたものとしては、ガス電子増倍管「ＧＥＭ」、Ｍｉｃｒｏｇａｐ薬室「ＭＧＣ」および複合のＧＥＭ、ＭｉｃｒｏｍｅｇａｓおよびＭＩＣＲＯＭＥＧＥＭのような様々なＭＳＧＣとＧＥＭ検出器の組合せである。電荷前置増幅器によって電子利得を改善するために、ＧＥＭ構造はＭＳＧＣと組み合わせて作動させる。
【００１０】
上記ガス検出器構成は、粒子加速器の低いエネルギー放射（つまり１０ｋｅＶ未満）あるいは高エネルギー粒子（例えば３００ＭｅＶから１０ＧｅＶ）の粒子加速のいずれかを発見するのを主目的として使用に対して開発された。様々なＭＳＧＣ構成（ＭＳＧＣ−ＧＥＭを含む）に関しては、それらは、１０４の典型的なガス電子なだれ増加利得をもち、ガス電離カーブの「比例計数域」で作動するように設計されている。
【００１１】
現在、最多の有効放射検出器は一般にシンチレーション計数器であると考えられる。
基礎的なシンチレーション計数器は主として２つのコンポーネント：  シンチレーション・プレートか水晶、光学的に接続された光電子増倍管あるいはシリコン・フォトダイオードに接続されているものから構成される。シンチレーション・プレートあるいは水晶は、入射電離放射線によって引き起こされた吸収／散乱現象で発生する可視（あるいは紫外線）光子を生産する蛍光体型材料を含んでいる。  シンチレーション物質からの光（それは一般にＮａｌ（ＴＩ）である）は光電子増倍管の光電陰極に転送され、光電陰極は、一連のダイノードによって、電気的信号を増幅する。
【００１２】
１００マイクロ秒オーダーの「むだ時間」を計数現象間にもつＧＭ管は、「むだ時間」の間にどのような応答もできないが、ＧＭ管と比較してシンチレーション検出器は一般的には１マイクロ秒かそれ以下の「むだ時間」である。シンチレーション検出器の別の利点は、シンチレーション・プレートまたは水晶によって生起され、電離放射線との相互作用で、放射された光子の数が、入射放射線のエネルギーにほぼ比例することである。
【００１３】
さらに、画像応用については、シンチレーション計数器は位置感度がよく、中間解像度イメージで十分な画質を提供することができる。しかしながら、解像度は、プレートまたは水晶の厚さ、光電陰極空間分解能、およびシンチレーションプレートの活性領域と光電陰極表面の間の空間の分離を含むいくつかの要因によって制限されている。より高度なエネルギー・ガンマ線の検知については、より高い原子番号（つまり高いＺ）材料（例えばＬＳＯ、ＢＧＯ、Ｃｓｌなど）かつ、またはより厚いシンチレーション結晶（例えば１ｃｍの代わりに３ｃｍ）が一般に使用される。より厚いシンチレーション結晶の場合には、増加した厚さがイメージ解像度を低減する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記の内容から、高解像度能力を備え、高速の画素レスポンス、最小のむだ時間と改良されたアイソトープ識別、そしてそれは大きなサイズで比較的低費用で製造することができる、放射線センサーの必要性がある。
【００１５】
本発明の１つの実施例は、前面の基板と前記前面の基板との間に略並列の空隙を形成する後方の基板を含んでいるプラズマパネルから形成された電離放射線検知器である。
Ｘ（縦列）およびＹ（横列）電極は１つ以上の画素を確定するためにガス放電現象によって連結される。インピーダンス素子がＸ電極とＹ電極に接続されており、また、電源はどちらか一方あるいは両方の電極に接続されている。放電現象検知器は前記インピーダンス素子に接続されている。
【発明の効果】
【００１６】
プラズマパネルに基づいた探知装置を比較的低価格で製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施例は、放射線検知のためにプラズマパネル・センサー（「ＰＰＳ」）を形成するために電子回路類に接続した、ガス放電パネルの使用に関するものである。（もし元来、表示応用に設計されればプラズマディスプレーパネル（「ＰＤＰ」）を表す、あるいは、もし光子放射線検知向け設計されれば、プラズマパネル（「ＰＰ」）を表す）。
【００１８】
本発明の一実施例に従うＰＰＳは、現在の家電業界の高度成長ＰＤＰ部門のために数十億ドルの生産インフラストラクチャーをうまく利用することにより、まさに低価格で高解像度画素構造で、大きなサイズのＰＰＳを作ることができる。動作上、本発明の一実施例は、直接的で、利得が高く、位置および強度に対する感度がよく、電離光子と／または、粒子（例えば高速または低速中性子）と、内部的にこのような放射を高価な光センサーによる可視あるいは、紫外線の光子検出のためのシンチレーション変換工程を経ずに、自由電子に変換することができる適切な材料との相互作業の結果放射される電子のデジタル・カウンタ／検知器、（つまりガンマ線またはＸ線）に関するものである。
【００１９】
一般に、単一のただ一つの電子（つまり自由電子）が高解像度で、高電界で、本発明の実施例に従う適切に設計されたプラズマパネル・セルの画素スペースに入射すると、外部増幅なしで、空間分解能の損失もなく、ほとんど瞬間におよそ１１の桁（つまり１０１１）の利得を備えた、内部電子増幅を達成することができる。結果として生じる電子なだれ（それは両方とも各画素のセル・スペースを確定する高電界によって制限される）が、数百ナノセカンド以内に生じる。ＰＰＳは、本発明の実施例によれば、シンチレーション材料を使用しない。また、３Ｈｅまたは１０ＢＦ３のようなガスはある構成／応用に役立つかもしれないが、３Ｈｅまたは１０ＢＦ３のような高圧で、高価で、高純度同位体のガスの使用を必要としない。
【００２０】
ビデオ表示応用のために設計された典型的な交流型ＰＤＰ（「ＡＣーＰＤＰ」）では、「ＯＦＦ」セルで、著しくプラズマ放電を始めるために必要とされる閾値電位以下の状態にある場合、それぞれ、対応する電極間で初期化する必要がある。
これらの電極は、典型的にはチャージ記憶用の厚膜誘電体で覆われている。
厚膜誘電体は、順番に、薄膜、低い仕事関数を持ち二次電子を放射する誘電体（例えばＭｇＯ）でその天面上が覆われており、その誘電体は低電圧放電ガス（典型的にネオン・キセノン混合物）に容易に電子を供給することができ、そのために、電子増幅なだれ現象であるプラズマ放電を保持することができる。直流型ＰＤＰ（「ＤＣ−ＰＤＰ」装置に関して、プラズマ放電は、通常は外部シリーズ抵抗器によって電流制限されており、電極上には放電電流を制限する対抗荷電を格納する誘電体層は存在しない。ＤＣ−ＰＤＰは、様々な技術的な理由で、ビデオ／テレビ・タイプ応用のために商業化されなかったが、主として低分解能、単色、英数字の応用のために、少数の専門ニッチ市場で使用されている。選択された放電セルに向かって、従来のＡＣ−ＰＤＰあるいはＤＣ−ＰＤＰ装置中では、機械論的に、ガス放電を始めるためには基礎電圧の上に提供されるアドレス電圧「ブースティング」は、「放電電圧」以上のコンポジット合成セル電圧を作り出す必要がある。しかしながら、このようなガス放電「放電開始」現象は、セル放電を開始するに必要な十分な「起爆剤」用の電子が十分に存在する場合のみに安定に生ずる。そうでなければ、はるかに高電圧がガス・ブレークダウンを始めるために要求される。後者の状況は、つまり、「起爆剤」用の電子が存在しないために、「放電開始」電圧よりもはるかに高い基礎セル電圧をセットできる状況は、本発明の実施例が最もよく機能できる望ましい状態である。  そして、その状況が最大の感度で動作する装置の設計目標である。
【００２１】
プラズマパネルが本発明の実施例に従って放射線センサーとしてうまく機能するために、放電を始めるために必要とされる、「起爆剤」電子が電離放射線（例えばガンマ線、ニュートロンなど）が外部のソースから来るように構成される。これは、プラズマパネルが構造上および電子的にも、表示装置としての使用を管理するための設計基準とは、極めえ異なった設計基準で設計されるべきであることを意味する。したがって、感度を最大限にするために、パネルは、起爆剤電子のあらゆる内部線源を除去するか、少なくとも最小化する必要がある。パネル中の電子の中で、内部起爆剤電子に「潜在的になることができる」最も大きな貯蔵所は、ガスにインターフェースする誘電体表面（「壁」）上で含まれる格納された電荷である。いかなる所定の周囲の温度でも、誘電体表面を去り、ガスに入る荷電／電子に帰着する誘電性の表面でガス相と誘電体表面の衝突に関係する動的均衡が常に存在し、そのためにこれが起爆剤電子となる。画素壁電荷の除去は、本発明の実施例によるＰＰＳ放射線検出装置としてプラズマパネル装置（ＡＣまたはＤＣ）をうまく構成し操作することに関して恐らく単一の最も重要な要因である。したがって、できるだけ内部パネル誘電体構造および材料の多くを最小化すること（除去しないにしても）が必要である。
これは、すべての発光体誘電体粒子の除去と同様に様々な形状の壁およびリブを含む内部誘電性の障壁構造の除去を意味する。したがって、ガスからの直接のルミネセンスのために構成された白黒のプラズマパネル構造が、発光体からの直接のルミネセンスのために構成されたカラーパネルより本質的に優れており、本発明の実施例によるＰＰＳ装置として使用のために適している。
ＡＣ−ＰＰＳ対ＤＣ−ＰＰＳ構造
【００２２】
本発明によるＰＰＳの実施例はＡＣ（「ＡＣ−ＰＰＳ」）あるいはＤＣ（「ＤＣ−ＰＰＳ」）のどちらでもよい。ＡＣ−ＰＰＳをＤＣ−ＰＰＳ構成と比較すると、ＤＣ−ＰＰＳには前者よりはるかにより多くのＧＭ管のそれと似た電子オペレーションの装置構造およびモードがある。特に、ＧＭ管のように「円柱放電」の構成（図１に示されるように、以下に議論される）のその最も単純な実施例中のＤＣ−ＰＰＳは、「露出した」陰極は「露出した」陽極（中間の誘電体層なしで）に面し、隙間によって分離され、放電ガスで満たされ構成される。この構造では、ＤＣ−ＰＰＳ電極は、ＧＭ管のように、安定して、正常なＤＣの電源回路への直接の接続によって一定の「準備完了の放電」電圧で通常維持される。
ＡＣ−ＰＰＳの場合はそうではない。設定電圧は絶えず二つの本質的に対抗するプラトー電圧セッティングの間を前後に循環するようになっている。電圧が変わっている過渡期の間、装置は反応することができず、放射線によって発生した自由電子はその間に消滅する。（つまりカウントされない）。さらに、「通常の方法で」構造化したＡＣ−ＰＰＳ装置で、放電電極上に誘電体が付加されたものは、誘電体の壁電荷を消去する機能を組み込んだ複雑なドライブ波形”それらはせいぜい、単に部分的に有効になりえるものであるが”、（以前に「オン」となった画素から蓄積された電荷の中和のために）、を必要とする。しかしながら、トップの誘電体層から格納された壁電荷を効率的に消すことができる場合、ＡＣ−ＰＰＳ構造はいくつかの重要な利点をもたらすことができる。例えば、ＡＣ−ＰＰＳ最上層ＭｇＯ不活性・コーティングは、金属のＤＣ−ＰＰＳ電極物質よりも、より安定し、効率の良い電子放射表面を提供することができる。さらに、ＡＣ−ＰＰＳの放射薄膜オーバーコートは、「標準」の低ーＺ、ＭｇＯコーティングを高ーＺの電子放射酸化物であるＬａ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３などで置き換えることによって、電離放射線（つまり吸収および（または）非弾性散乱）との相互作用に関して改善することができる。しかし、そのような二次電子放射材料（ＭｇＯのような）の候補はすべて、化学的にも熱的にもより安定していて、スパッタ耐性があり、プロセス互換温度で熱的に活性化されるものでなければならない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施例で用いる円柱放電のＰＰＳ放射線センサー１０の透視図である。
センサー１０はガスで充満した隙間１８によって分離されて、第１の（前面）基板１２および第２（裏面）基板１４を含んでいる。センサー１０は縦列（「Ｘ」）電極１６および横行（「Ｙ」）電極１７を含んでいる。センサー１０はさらに第１の変換層１９、第２変換層２０、第１と第２誘電体層２１および２２、第３と第４変換層２３および２４を含んでいる。センサー１０はＤＣ−ＰＰＳ構造である。裏面基板上で使用される構造および材料に関して、構成と材料は、図１に示されるような前面基板のために選ばれたものと対称構造をなすものである。このようにして、前面基板を通り抜ける電離放射線（つまり光子または粒子）は、裏面基板と相互に作用し、生じた自由電子のごく一部分はガスに到達して、検知現象を開始する機会を得る。しかしながら、経済的理由のために、図１に関連して、ここに記述された発明のいくつかの実施例は、１つあるいは変換層２３、２４および恐らく第２の誘電体層２２（第２の基板が絶縁体である場合）両方を除去するか、前面基板上で使用されたものより、低価格な材料を使用する裏面基板構築を利用してもよい。
【００２４】
円柱放電のＤＣ−型構造は、図１に示されたように、次のものの上に誘電体層の追加によって物理的に従来のＡＣ−型構造に変換することができる：
（１）前面基板電極、または（２）裏面基板電極、あるいは（３）両方の電極セット。
しかしながら、感度を最大限にするために、上に議論したように、本発明の実施例に従うＰＰＳ装置は内部起爆剤および電荷蓄積を最小化した。電荷蓄積がＡＣ−ＰＤＰの動作にとって必須であるので、ＤＣ型装置よりＡＣ型装置は、はるかにより難しいと通常考えられている。しかしながら、それがディスプレイ装置でなく、ＸとＹの放電電極上の誘電体あるいは従来のＡＣ型装置の維持／駆動波形を必要としないので、ＡＣ−ＰＰＳの中の電荷蓄積を正確に最小化することは可能である。優れたＡＣ−ＰＰＳ装置としては、ＤＣ−ＰＰＳのように、連続する現象に対立するものとして、単一のガス放電なだれ現象だけを扱うようにするのが良い。図１および他の図に示される本発明の実施例に従うすべてのＰＰＳ構造は、したがって、適切に構成され正常なＡＣ電源でそれらを直接運転することにより、ＤＣの装置としてだけでなく、「通常のものとは異なる」ＡＣタイプ装置（つまりトップの誘電体層のない）として動作することができる、そのようなオペレーションについては、高スパッタ耐性の電極システムが使用されるべきである（ＤＣ−ＰＰＳのために使用されたものと同様の）。ＰＰＳのための負荷サイクルがＰＤＰビデオ・モニターのためによりも低い桁になるであろうことは特記すべき点である。したがって、「露出した」金属の電極ＡＣ−ＰＤＰ型構造はきわめて合理的である。
表面放電型ＰＰＳ構造
【００２５】
プラズマパネル構成は、それらの陽極陰極／ガス放電の形から一般に記述される。
例えば、陽極と陰極が反対の基板に置かれ、図１のように互いに直角の場合、直角の電極の交差の２枚のプレート間のガス放電は、「円柱」放電ボリューム形と仮定する。
あるいは、陽極と陰極が同じ基板上に互いの横にあれば、ガス放電は板面に制限され、「表面」弧形放電を仮定することができる。両方のタイプの放電構造はそれぞれＰＰＳ放射線検出装置に関して長所を持つ。また、２つの基本構造の各々は多くの変化を持つことができる。表面放電のＰＰＳ装置（「ＳＤ−ＰＰＳ」）の１つの利点は、図２に示すように、第１の基板から放電極を除去する際に（つまり、図２の中の第２の基板にそれを移動させて）、基板材料、構造の修正およびガス隙間の選択に関して自由度が獲得されるということである。後者に関して、円柱放電のＰＰＳ（「ＣＤ−ＰＰＳ」）では、ガス隙間１８およびＸ−Ｙ放電空隙（さらに１８）は、本質的に全く同一である（図１を参照）。
しかしながら、ＳＤ−ＰＰＳ（図２を参照）では、ガス隙間３２およびＸ−Ｙ放電空隙３３は切り離され、そしてそれらは本質的には互いに独立した関係である。
言いかえれば、ＳＤ−ＰＰＳ型構造は、強められた光子／粒子相互作用現象のために、ＧＭ管と類似した、非常に大きなガス隙間の利用が可能であり、したがって、表面の電極の電界の強さおよびＸ−Ｙガス放電原動力に対する影響を最小限に抑えるとともに、ＰＰＳ収集効能を増加させることができる。物理的にこの能力をインプリメントするそのような１つの手段はパネル周囲シール１２６に沿った適切な高さの周辺のスペーサー１２８を加えることによって実現できる。（図１０を参照）。例えば、ＧＭ管のためのガス「横断」媒体としての厚さは、一般的には、１０−１００ｍｍの間にある。しかし、商用ＰＤＰ（例えばテレビジョンセット）では、ガス相互作用の断面はわずか約０．１ｍｍである。
ＳＤ−ＰＰＳでは、パネル・ガス隙間３２（図２）は、少なくとも１〜２桁増加させて、０．１ｍｍ以上から１．０ｍｍ、あるいは１０ｍｍ以上さえ容易に増加される場合がある。
実際、「画像フレーム」タイプのスペーサー・プリフォームの周辺構造１２８、１２９（図１０）（右下挿入紙）と、ガス隙間はＧＭ管のように大きくすることができた。
大きなガス隙間の使用によって、本発明の実施例によるＳＤ−ＰＰＳは、ＧＭ管で使用されているものと同等のガス混合で、たとえば  ３Ｈｅベースのガス混合でニュートロン検出用に設計されたＰＰＳと共に使用されるものを採用することで、最大のガス混合減衰させるように修正ができる。しかしながら、この可能性は、放電経路長さがガス隙間に依存せず、かつ、画素／電極電界強度の中の犠牲はこの大きなガス隙間では招かない場合にのみ、ＳＤ−ＰＰＳ型構成のために実現できるのである。
【００２６】
１つのＳＤ−ＰＰＳ実施例は、図２で示すように、入射光子（例えばガンマ線）あるいは粒子（例えばニュートロン）電離放射線をガスへ放射することができる自由電子に変換するために単一の変換層３１を備えた単純で平面設計の第１の基板３４を利用している。
図２は、第１の基板３４、変換層３１および第２の基板３６からなるプラズマパネル・センサー３０からなる表面放電の一実施例の透視図である。センサー３０はさらに第２の基板上に、Ｘ電極３８、Ｙ電極３７および絶縁用誘電体３５を含んでいる。第１と第２基板３４および３６は、ガスで満たされるガス隙間３２を形成する。図２に示される単純なＳＤ−ＰＰＳ構造は、一部分、ガス放電画素の場所特定のため、隣接したＸ−Ｙ（つまり縦列横列）電極の密接した組み合わせに依存する。図２に示すように、与えられたＸ−Ｙ電極ペアの放電空隙３３は、２つの隣接した画素ペア間の画素隙間３９より小さくしてある。この隙間差は重要である。また、より大きな画素隙間３９に比べて、より小さな放電空隙３３は、放電を広げることおよび非局在化を防ぐのが目的である。放電の拡大と非局在化はイメージ解像度および検知感度の減少につながる。しかしながら、大きすぎる、画素隙間（あるいは、時々、隔離隙間と呼ばれる）を持っているという欠点は、そのために、ＰＰＳ検知器空間分解能を低減し、プラズマパネル内に「デッドスペース」をつくり、本質的に有効な収集エリアあるいは活発な充填比を低減する。  これにより、放射線検出装置としてＰＰＳの効能を低減する。さらにイメージ解像度を低減せずに、放電ローカライゼーションを強めるために、付加的なガス放電パネル構造の隔離コンポーネントを使用することができる。そのような１つの実施例は、隣接した画素列および（または）縦列の間のセル隔離を達成するために内部スペーサー・バリア壁を使用することである。あるいは、比較的深い表面のくぼみ／溝あるいは隔離電極のいずれかは、放電が電気的なクロス・トークによって１つのＸ−Ｙ電極ライン・ペアから次の電極ライン・ペアまで、横に横切ってジャンプするのを防ぐことにより、電子なだれが広がるのを除去するために使用することができる。（電圧バイアスを備えた）「分離」電極で、隣接したＸ−Ｙ表面の電極の「ライン・ペア」間、あるいは、平行に設けられたものは、スペーサー・バリア壁より作り上げるのがより簡単であるという特徴がある。
【００２７】
例えば、図１に示す円柱放電の構造のために、１つではなく２つ以上の、第１の基板上の変換層の使用により、異なるＳＤ−ＰＰＳ実施例のファミリーを構成して、多くの表面放電の構成の変形が可能である。一方、第１の基板はそれ自身変換層として機能することができ、それによって、図２に示すように個別の変換層３１を除去することが可能である。さらに、第１の基板の上に電極を持っていないことによって、第１の基板誘電体層（図１に示すように）は必要なくなるが、また次のものに関連する問題を招くことになる。
（１）誘電体層による電荷蓄積、および（２）変換層から誘電体層まで、およびガスの中への非能率的な自由電子輸送。上記の特性を利点として利用する実施例においては、第１の基板は導電性の変換層材料（例えばガドリニウム）から作り上げることができる。
同様に、第１の基板は、単純な平面構造に制限されず、たとえば、多種多様の３次元の基板の使用への利点を使うことが可能である。  たとえば、図３および４に図示するように、以下に説明する外部リブ構造のような形状とすることができる。しかしながら、それら、３次元の構造はＳＤ−ＰＰＳにある外部基板表面にみに限定されるわけではなく、ＣＤ−ＰＰＳでも利用できる。３次元の構成をパフォーマンス強化、感度最適化およびソースアイソトープ識別に内部的に使用することは、多くの利点がある（以下を参照）。
例えば、図２に示される平面の変換層３１は、図３および図４に示す２重のレベルのプラトー構成４９および６９のようなマルチレベルプラトー構造と置き換えることができる。
そのような置き換えによって、３次元変換層表面は直接ガスにインターフェースし、そのために、ガスに達する前に、誘電性の絶縁被膜２１、４４、６４、および電極層１６、４２および６２（図１、図３および図４を参照）を最初に通ることによる非能率および空間分解能損失を被る必要がないだろう。変換層とガスの間の任意の中間のメディアの存在は、ガスに達してガス放電電子なだれ検知現象を起こすことになる変換層に生じた自由電子のある量の減衰損失をもたらすことになる。最後に、放電空隙３３がＳＤ−ＰＰＳ構造中のガス隙間３２に依存しないので、そのような構造はガス隙間非画一性に対するさらにより多くの許容差を持つもとになり、それは、多くの場合において内部基板のスペーサ（例えば、図１０で内部スペーサー１２２を参照）を縮小し、消去することと互換性がある。
【００２８】
以前に、ＤＣ−ＰＰＳ構造に関して述べたように、本発明の実施例による、図２に示し、かつ上記の議論および以下に議論するＳＤ−ＰＰＳ構造のすべては、ＤＣ装置として動作することができるだけでなく、通常のあるいは特別のＡＣ装置（つまり通常型は電極上に誘電体層があり、特別型にはこのような誘電体層がない）としても操作可能である。しかしながら、ＤＣのモードでの動作は、一般に以前に議論された理由で好ましいモードである。二つのＡＣ表面放電構造のうち、「特別型」構造は、格納された表面電荷の問題をほぼ解消し、したがって、適切に構成され正常なＡＣ電源で、Ｘ電極とＹ電極を単に駆動することにより物理的に電子的にインプリメントするのがより簡単である。
さらなる実施例では、減衰させずに第１の基板を通り抜けた電離放射線と相互作用することにより、効率を向上させるために、第２の基板上に追加の変換層２３と２４を用いることができる。
【００２９】
さらに効率をあげるために、本発明の一実施例は、ＡＣあるいはＤＣのモードのいずれかで上記のものとして操作することができるダブル表面の放電ＰＰＳ（「ＤＳＤ−ＰＰＳ」）放射線検出装置である。ＤＳＤ−ＰＰＳの基本的な利点は、自由電子のより効率的な収集のために前面と裏面に基板の両方で比較的独立して活発な画素構造を持っていることである。図２に示すＳＤ−ＰＰＳ構造は、第１の基板構造を再構成することにより、第２の基板に示された構造のように見え、かつ機能するＤＳＤ−ＰＰＳ構造を構築するために変更することができる。そのような実施例の一つでは、第１の基板は、Ｘ１電極とＹ１電極を含み、ここでＹ１電極は第２基板の図２に示すＹ電極の誘電体によって二つに分離、絶縁された層で形成されている。したがって、ＤＳＤ−ＰＰＳの１つの実施例では、第１と第２基板構造はＸ電極とより複雑なＹ電極構成の両方を含めて、本質的に互いのミラー像の関係である。この実施例では、２つの基板上の二組のＸ電極とＹ電極は、互いに、比較的と独立して作動することができ、第１の基板の上のＸ１電極とＹ１電極の方向は、第２の基板上のＸ２電極とＹ２電極に対し、平行、または直角にすることができる。同様に、Ｘ電極とＹ電極の間の必要な電圧電位差を提供するために、２つの異なる電源回路がＤＳＤ−ＰＰＳの中で利用される。相対的な電極方向に関して、第１と第２の基板ＸおよびＹの方向は表面放電電極がそれぞれ直角になるように（すなわち、Ｘ１はＸ２に対して直角、Ｙ１はＹ２に対して直角になるように）することで画素放電の局在化をつよめて、高度な空間分解能センサーが実現できる。
ハイパフォーマンス、ハイブリッド固体放射線検出器としてのＰＰＳ
【００３０】
本発明の実施例によるガス充填の放射線検出装置については、低エネルギーの光子あるいはニュートロン電離放射線への有効反応がガス検知メディアと装置壁の両方に生じさせることができる。しかしながら、最も高い減衰横断面をもつ（例えばガンマ線用のＸｅあるいはニュートロン用の３Ｈｅ）を充填した装置でも、上で議論したように、大きなガス空隙を持つことができる表面放電の構造を例外として、ＰＰＳのための一般的な場合デバイスが低圧で動作する場合（例えば０．５気圧）で小さなガス空隙が（０．１ｍｍ）、相互作用はほとんどガス領域には生じない場合がある。より高いエネルギーの放射線に関しては、「吸収」が、壁が適切に高い減衰材料で作られている場合は、装置壁にほとんど排他的に生じる。（例えばガンマ線の場合は、高いＺの材料であり、ニュートロンの場合は高い相互作用横断面材料）。
しかし、どうにか側壁面を回避し、ガス中へ到達する（あるいはガス中で形成される）電子だけは増幅し数えることができる。したがって、ＰＰＳの中のガス混合は、一般に、変換メディアとしては役立たないが、信号の増幅メディアとして役立つ。また、この理由で、ＰＰＳは、従来の感覚のガス検定器としてではなくハイブリッド固体検出器と見なされるべきである。電離光子、あるいは高速／低速の中性子の自由電子への変換を最大化にするために、高効率放射「吸収」変換層は、図１の層１９、２０、２３および２４のような基礎的なプラズマパネル構造に組み込まれる。この追加で、ＰＰＳは、光子および（または）中性子放射をイオン化する現象によって生じさせられた単一の自由電子を検知することができる、非常に統合された、並列の画素センサ素子のマクロの配列として機能することができる。
【００３１】
ＰＰＳが作動する電圧領域では、ガスへのパネル壁を回避するほとんどの電子は、「直ちに」（つまり１００ナノセカンド内に）、最も近い画素の非常に高い電場（つまり５Ｘ１０６Ｖ／ｍ）の電子増殖に入ることになる。
この電子増殖の結果は、活性化された光を放射する画素と「見なすことができる」「プラズマ」ガス放電パルス（つまり電子なだれ）である。
すべてのプラズマパネル装置（ＤＣもＡＣも）は、このプロセスは、高電流が流れる前に、画素にたいして直列に接続された対抗インピーダンス素子によって、画素電圧を低下し、これにより放電を遮断し、自己制限するように設計されている。
したがって、各画素からの出力パルスは、最初に、同じ局部画素スペースに入る「自由電子」の数にかかわらず常にほぼ同じになる。しかしながら、異なる画素フィールド・空間に同時に入る、同じ電離放射線によって形成された他の自由電子は、異なる放電を形成し、別々に数えることができる。したがって、画素放電の数は、合理的に入射電離放射線によって形成された自由電子の数を反映することになる。これが、本発明の実施例に従って構成された場合、プラズマパネルが強度感度にすぐれてれており、かつ、デジタル計数装置として作用する能力を持っている理由である。この点で、ＰＰＳ装置はシンチレーション計数器としてほとんど同じ方法で電離光子のエネルギーに応答することができる。
しかしながら、ＧＭ管の場合、管全体が単一の画素として作用し、したがって、陰極側壁面の異なる部位から空間に放出された「同時の」電子を数えることができないので、ＧＭ管はそのような能力を持っていない。本質的には、プラズマパネル電極マトリックス（０．０１ｍｍ）と小さなガス隙間（例えば０．１ｍｍ以下）の非常に高い空間分解能能力と高速の放電時間（つまり数百ナノセカンド）であることを考慮すると、多数の自由電子が同じＰＰＳ画素空間に同時に入る可能性が低く、検知されないということはない。これらの理由で、本発明の実施例に従うＰＰＳ装置は比例計数器として多少類似したやり方で入射放射線に対して強度集中型となりえるが、可能性としてより高い空間分解能とシンチレーションベースの放射線検出装置より高い更新フレーム速度（つまり（１０００ｆｐｓ）をもつものである。後者（それらは典型的にはＰＭ管、Ｓｉ、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ光子センサーを用いる）は、本発明の実施例によるＰＰＳより単位面積ごとにはるかにより高価である。
入射放射線に対するＰＰＳレスポンス
【００３２】
ほとんどの応用のために電離光子放射線（つまりガンマ線および（または）Ｘ線）を検知することに最も興味のあるスペクトルのエネルギー範囲は、一般に２０ＫｅＶから２，０００ＫｅＷ（つまり０．０２〜２ＭｅＶ）のエネルギー間である。この範囲では、入射光子減衰が主として光電効果とコンプトン効果のコンビネーションによって生ずる。２つのプロセスのうち、数百ｋｅＶまでの光子エネルギーの大多数の電離放射線検出装置の基本原理は、光電効果である。それは、単一の自由電子と対応する正の原子のイオンの初期の生成をもたらす。この領域は、高いＺのセンサー材料を使用することによって、約０．５ＭｅＶまで拡張することができる。しかしながら、より高い光子エネルギーでは、コンプトン散乱が一般に支配機構になる。入射光子（数ＭｅＶまでの）のエネルギーが大きいほど、コンプトン散乱の広がりの程度は大きく、また、ＰＰＳに要求されるスペクトル感度も広い。しかし、機構の如何にかかわらず、ガスの中への装置壁からどうにか漏れる電子だけは増幅され感知される。装置壁における電離光子放射線から自由電子へに変換効果を利用するために、高いＺと高密度の変換層が、図１の変換層１９、２０、２３および２４としてＰＰＳ構造に組み込まれる。しかし、そのような高いＺの変換層なしでさえ、本発明の実施例は、テストされた場合、電離光子検出器として機能するようにうまく変更され、次の３つのγ線源（それらはただ一つの放射線同位元素でテストされた）への十分な感度を実証した：  ５７Ｃｏ（１２２ｋｅＶ）、９９Ｔｃ（１４３ＫｋｅＶ）および１３７Ｃｓ（６６２ＫｋｅＶ）。材料設計見地からすると、肯定的な検出結果（実施例が成功であったことを指す）は、特に印象的であった。なぜなら、非最適材料構造、つまり、プラズマパネル壁は比較的、低原子番号材料  （低いＺ）で、厚さは、高いγ線感度を実現するには誤った選択であったからである。
少なくとも一桁の改良は、最適化された変換層壁材料でのＰＰＳ放射線検出装置（表示パネルではない）、高電界、ぺニング混合ガスおよび壁電荷を消去など、最初から構築されたプラズマパネルを使うことで期待することができる。
【００３３】
γ線放射とは対照的に、低速中性子に対するＰＰＳの反応が、シングル・ステップあるいは多重ステップ、粒子／光子、反応工程のいずれかによる場合がある。
しかし、機構にかかわらず、第一ステップは（ｎ、α）（ｎ、ｐ）（ｎ、γ）、あるいは（ｎ、ｅｉｃ）型反応に関係する；  低速中性子の吸収では、後者のリアクションが内部転換電子（ｅｊｃ）の直接の放射を構成することは特記すべき事項である。第一ステップが（ｎ、α）、（ｎ、ｐ）であれば、第２変換ステップが続き、そして最もありそう、電子（ｅ）および（または）γ線エミッションと関係する。いずれの場合も、第三のリアクションはほぼ確実に存在する（γ，ｅ）。要約すると、入射低速中性子は、直接あるいは間接的に自由電子とγ線を生じさせることができる。それは本発明の実施例によるＰＰＳによって検知することができる。したがって、検出器の「フロントエンド」での、ＰＰＳの熱中性子に対する効率と感度、（例えば図１の第１の変換層１９）は、誘電気体とガス・インターフェース２１（例えば第２の変換層２０）近くの検出器の「バックエンド」でのγ線と自由電子に対するＰＰＳ効率と感度に調和させる必要がある。
【００３４】
本発明の実施例に従うＰＰＳも変換層材料と大きさの変更により高速中性子検出器として設計することができる。一般的に設計された中性子検出器では、高速中性子は低速中性子より検知するのがより難しい。したがって、高速中性子へのＰＰＳ感度が低速中性子用のそれより低いと予想される。さらに、低速中性子用よりも、高速中性子にふさわしい固体状態変換材料の選択は、さらに制限されて、１Ｈおよび（または）６Ｌｉを含んでいる材料を組み入れることを通常必要とする。前者の場合には、飽和炭化水素重合体が、高密度ポリエチレン（「ＨＤＰＥ」）のように従来は使用されていた。後者の場合には、２つの頻繁に選ばれた材料は６Ｌｉ２０−ＳｉＯ２基づいた無機ガラスと厚膜、あるいは、６ＬｉＦ被覆をデポジットした薄膜を含んでいる。高速中性子用のＰＰＳ効率は低速中性子のそれに比較して低いが、基礎的なデバイスとしての利点：大きな収集エリアに対して低価格、高い空間分解能、高い内部増幅、高画素結像能力、ソース同位元素ＩＤ、高い信号対雑音比を備えた周囲のオペレーション、高いフィルファクタなど、はそのまま保持される。最も重要なことには、本発明の実施例に従う新しいＰＰＳデバイス構造は、著しく高速中性子効率を向上させるポテンシャルがある新素材可能性の使用を促進することである。
ＰＰＳ感度、検知能力と光子検出器としての効率
【００３５】
本発明の実施例の実験結果は以下のように要約することができる：
３平方インチ未満のアクティブセンサを使用して、１個の場合は５フィートの距離で、または等価的には２個の検出器が１０フィートのポータル開口部の両側に置かれた位置で、修正したＰＤＰは、弱い放射線同位元素・エミッション（つまり３．０μｒｅｍ／ｈｒ）、を検知することができた。言いかえれば、１０フィートの広さの出入口ポータルを通って移動する積荷／車両については、２つの小さな（つまり２−３インチ）ＰＰＳ検出器が、背景レベルで、あるいはその背景強度より下で放射線を放射するほとんど任意の電離光子源のイメージを速く捕らえることができる。以前に述べられたように、ＰＰＳγ線検出器については、少なくとも感度における一桁の改良は期待することが期待できる。しかしながら、技術が非常に低価格で実現できるので、ＰＰＳ検出器のほんの少数の平方インチに基づいた受動のポータルはそれ専用には通常、設計されない。代わりに、この低価格を利用し、高分解能ソース画像を捕らえるために高速（例えば６０ｍｐｈ）で、かつ分光器の放射性同位元素局識別検査と共に、少なくとも、数平方メートルのＰＰＳ検出器を使用する。
【００３６】
γカメラシンチレーション計数器の空間のピクセル解像度が約３ｍｍである。このγカメラシンチレーション計数器と本発明の実施例に従ってＰＰＳ検出器を比較すると、０．１１ｍｍもの高いピクセル解像度を備えたＡＣ−ＰＤＰが１０年以上前に生成されたことは注目される。したがって、シンチレーション検出器上で見つかったものより桁レベルで高い本質的な画素空間分解能を備えたＰＰＳ検出器が、核医用画像の中で使用されたことは理にかなったことである。しかしながら、ＰＰＳ画像処理システム中のそのような高い空間分解能を実現するためには、一実施例中の装置には適切に調和させた、高解像度コリメータプレートを組み込む必要がある。効率の点では、固有のＰＰＳデバイス効率に明白な制限はない。しかしながら、固有のデバイス効率は実際にほとんどの放射線検出器アプリケーション用の重要なパラメーターではない。典型的には、最も重要なパラメーターはシステムまたは広域効率である。なぜなら、１／ｒ２広域効率損失を破るただ一つの方法は、検出器システムが放射された放射線の最大の立体角を集めるようにできるだけ大きな表面積を「カバーする」ことだからである。検出器のコストが非常に低い場合のみ、これは実際に達成することができる。本発明の実施例よる、予測されるＰＰＳ装置コストは、平方インチ当たりわずか数ドルであり、少なくとも競合する「従来の」システムほど高価ではない。したがって、相応して高いシステム効率を達成するために最大の実際的な検出域をカバーすることによって、最大の利点を得ることができる。計画されたＰＰＳの低価格、高感度、高速応答時間、扁平形状要因および極めて頑丈である点を勘案して、次のものを含めて、いくつかの興味をそそるセキュリティ・アプリケーションが実現可能ある：  すなわち
海上（あるいはビルディング）で船の上で「とどまり」、疑わしい「隠された」放射線源を検知し画像化するために、ＰＰＳデバイスを最下段のカバーに備えたヘリコプターか、あるいは、ビルディング内に隠された放射線源を画像化する目的で疑わしいビルディングの横に駐車することができ、側面を検出器で覆うたようなトラックまたはバンなどである。
拡張スペクトル領域最適化用のマルチレベルＰＰＳ
【００３７】
国土安全保障のような多種多様な放射性源に関するアプリケーションについては、放射線検出器が広いスペクトル領域に対し高感度で反応できることが望ましい。
しかしながら、そのような状況は、デバイス材料、大きさおよび最適化解の矛盾する選択を行う必要性をもたらすことになる。この多面の要求に答えるため、本発明の一実施例は、動作解決策を異なるスペクトル領域に適合させる柔軟性を最大化するマイクロセグメント化した内部ＰＰＳ構成によって、光電効果・コンプトン効果の両方を活用することができる図３に示しめすような多層のデバイス構造である。図３は、本発明の一実施例で用いる２重レベル、単電極、マイクロセグメント化した、円柱放電のＰＰＳデバイスのための前面基板４０の透視図である。前面基板４０は縦列Ｘ電極４２、誘電体層４４および２重のレベルのプラトー変換プレート４９を含んでいる。
【００３８】
低いエネルギー領域では、図１の前面基板１２と変換層１９は、変換層への基板を経た入射γ線と、これにより、結果として生じる単一で低エネルギー電子（光電効果によって生じさせられた）、の変換層を通って、ガス部への移動の可能性の両方を最大限にするために、最小の厚さとすべきである。図３の実施例では、これらの２つの機能は、変換プレート４９の低いプラトー領域として、組み合わされる。
対照的に、高エネルギーでは、主要な問題がガスの中への変換層を通じてのコンプトン反跳電子（つまり自由電子）の効率的な生成と後の電子伝達の変換層での入力γ線の十分なコンプトン散乱インタラクションを達成するので、基板厚は問題ではない。この後者の要求は、図３に示すような変換プレート４９のより厚いプラトー領域で満たすことができる。
この発明の一実施例では、図３のマルチレベルＰＰＳ前面基板４０は図１の背面基板１４とペアになっており、それによって、拡張範囲ＰＰＳ最適化解を提供するために図１の前面基板１２を置き換えている。この実施例を組み合わせることによって、上述したように、また、図３に概念図として示したように、モジューラ構成材アプローチによるタイル状アレイ形状に基づいた総合体系設計は、図５に示すような、可能な限り広域スペクトル領域で最適のシステム感度を達成するために適用することができる。マルチレベルＰＰＳ構成の重要な利点は、それを以下で議論されるような放射性同位元素供給元識別という大きな利点として使用することができるということである。その最も基礎的な実施例では、「マルチレベル」ＰＰＳは２重のレベル、単電極、マイクロセグメント化したＰＰＳとして形成することができる。その前面基板を図３に示す。
【００３９】
図３の中のＰＰＳ前面基板４０は、図１に示されるＰＰＳデバイス１０の実施例として見ることができる。主要な差別化する特徴は、図３の２重のレベルのプラトー変換プレート４９である。それは図１の観点からすると、「パターン化」された前面基板１２が第一の変換層１９と結合し、第２の変換層２０が省略されたものとみることができる。  
２重レベルのプラトー変換プレートの好ましい材料は、タングステン合金のような高Ｚの金属で、図３に示されるパターンを都合よく鋳造するか、形成することができるものである。２重レベル、単電極、マイクロセグメント化されたＰＰＳの背面基板は、標準ＰＰＳ構造用で図１に示されるものと同一とすることができる。但し、背面基板材料は、熱膨張の線形係数という点において、前面の変換プレートに緊密に調和させるという要求を満足する必要がある。図３の中の前面基板４０は金属である必要はない。さらに、前面基板４０は、１つの、パターン化された、セラミック（あるいはガラス）で、ＷＯ２とか、ＨｆＯ２のような高いＺの材料を組み込むことも可能である。前面基板が高いＺの絶縁体である場合、図３（また図１の中の２１）の中の誘電体層４４は除去することができる。また、図３（また図１の中の１６）の中のＸ電極４２は、パターン化された２重のレベル変換プレート４９の後部上に直接置くことがでる。
【００４０】
本発明の実施例によるマルチレベルＰＰＳの構築において、特に重要な点は、広範囲の入射光子／質点エネルギー上の異なる最適化のためにコンバータ板材（つまりプラトーの）の異なる厚さを利用することである。原則的には、単一のマルチレベルＰＰＳデバイス内に多種多様のプラトー厚さを組み入れることができる。あるいは、多種多様の異なる２重のレベルＰＰＳデバイス（各々異なるスペクトル領域のために最適化された）は単一のアレイ構造のタイル構成で形成することができる。恐らく後者の選択がより実際的で、より詳細に下に議論される。
ＰＰＳスペクトル反応変換による、放射性同位元素識別
【００４１】
図３の２重のレベルおよびマイクロセグメント化されたＰＰＳ前面基板は、内部デバイスのマイクロ放電セル構造に起因する固有の高い空間分解能をさらに利用することができるように設計することができる。台形の横断面の形は、図５に示されるようなモジュール実施例の各ＰＰＳモジュールに対して変換プレートの外部の上面を構築する２重の高さのプラトー構造に対して使用され、図３（他の形を使用することができたが）に示される。図３に示されるように、平面の内部誘導体の表面の上部に位置した放電電極は、外部リブまたは溝構造に並列であり、また電気的に分離されている。また放電電極は薄いあるいは厚い外部リブ変換プレートの薄いか厚いプラトー層かは設計によって選択可能である。
リブ形状の変換プレートに入射する電離光子放射束については、一連の専用に定義された気体放電強度比差は、（各ＰＰＳの内で）厚い変換プレートと薄い変換プレートプラトー下の電極間で観測される。個別電極比率の値はそれぞれ、「交互の電極のモジュール強度比率」あるいはＡＥＭＩ比率と呼ばれる。ＡＥＭＩ比率のマトリックスあるいはファミリーは、このようにＰＰＳ構造と源放射性同位元素の入射スペクトルエネルギー分布に直接関係のあるユニークなスペクトル反応機能に相当する。図３のリブ構造の変換プレート４９は、ＡＥＭＩ比率によって表わされる「自由電子スペクトル反応変換式」を生じさせるための「溝構造の透過型回折格子」と多少類似して概念化することができる。観測され測定可能なＡＥＭＩ比率のマトリックスはこのように入射γ線分布の関数で、ＰＰＳ装置寸法、物質減衰係数、物質電子放射率（つまり光電子とコンプトン反跳電子エミッションに関連した電子フラクション）、物質電子伝達、ガスなどの中への電子放出変換層表面仕事関数からおおむね計算可能である。上記のパラメーターは一方の既知の構成要素か、あるいは計算上（例えば、モンテカルロ・モデリング・ツールを使用して）評価することができるか、実験的に測定することができる。興味のある様々な放射性同位元素に対応するＡＥＭＩ比率値の実験的に証明可能な「モジュール・レスポンス・ルックアップテーブル」を作ることにより、与えられたＰＰＳモジュールを測定することができる。未知の放射性同位元素は、「測定されたサンプル」ＡＥＭＩ比率を以下に議論されるような図５の中の検出器プロセッサ５８に保存されているシステム・ルックアップテーブル中のそれと比較することにより識別される。溝構造の変換プレートを通り抜ける放射性同位元素の混合物は、このように源放射性同位元素を識別するために、検出器プロセッサ中のデコンボリュウションアルゴリズムを要求するＡＥＭＩ比率値の自由電子基づいたスペクトルを生成する。上記の方法論は、未知のソース材料を識別し分析するため多く従来の光学分光学中の複素フーリエ変換のデコンボリュウションに多くの方法において、概念的に類似している。
【００４２】
クリティカルな構成、構造そして材料セレクションを含むＰＰＳ最適化を達成する場合、特に上記のＡＥＭＩスペクトル反応の変形に関しては、本発明の様々な実施例の点から、経験的に基づくものではなく、理論的に導かれるべきである。例えば、仮に適切により広いプラトー下の３重電極構成が変更されるＡＥＭＩ比率に関してデバイス感度および源放射線同位元素識別を改善するなら、３重電極ＰＰＳ構成を採用すべきである。
拡張によって、図４に示されるように、変換プレート上面上の著しく広いプラトー領域を、底面（つまりちょうどプラトー・ベース領域より下の）での対応したものより広い多重電極パターンと共に使用することは、源放射線同位元素識別のための別の構成を提供する。
図４は、本発明の一実施形態で用いる２重のレベル、多重電極、マイクロセグメント化された、円柱放電のＰＰＳデバイスのための前面基板６０の透視図である。
前面基板６０は多数のエレメント・列Ｘ電極６２、誘電体層６４および２重レベルのプラトー変換プレート６９を含んでいる。
【００４３】
上記の変更される構成の実現可能性は、より大きな、入射γ線光子のエネルギーが大きければ大きいほど、より大きな、コンプトン散乱が発生し、オリジナルのインタラクション位置のすぐ近くで生じるその後の光子電子散乱現象の数も多いという事実に基づく。
対応する広いリブの外部構造プラトー（図４に示される）の底部の生じる多重電極放電パターンに関して、近隣の／隣接する放電セルの数は、直接、変換プレート内の最初の光子散乱パターンおよび源放射線同位元素のエネルギーおよび識別に関係してくる。
プラトー領域の厚さ／薄さに関連し、結果的に発生するコンプトンの「クラスター」あるいは「バルーン」散乱パターンの修正ＡＥＭＩ比率比較は、前節に述べたとおりである。
上記のように、最終の源放射線同位元素識別は経験的に基づいた参照テーブルを使用して作成される。
【００４４】
要約すると、２重の高さおよびマイクロセグメント化されたＰＰＳモジュールについては、源放射線同位元素識別のための新しく考えられたＡＥＭＩ比率分析法の２つの代替構成の変形（つまり図３および４）が自然に発生する放射能源および（または）他の無害の混信（例えば、セラミックタイル、コンクリート、猫用砂箱、生鮮品などで見つかった４０Ｋ、あるいは診断の医学上のレントゲン画像撮影を受けた人に注入された９９Ｔｃ）から「偽陽性」の問題をなくすということが記述された。それは、与えられた源放射線同位元素に対して全く異なる型のエネルギー分布スペクトルを促進するためにＰＰＳ電極に対して駆動電圧をダイナミックに調節することができることを述べることは価値があることである。さらに、自由電子は変換層から放射されて、ガスに入射するので、それが電子なだれを構築するとともに、各ピクセルの初期電流反応は、源自由電子の特定のエネルギー分布を代表するものである。未知出所のより包括的な「識別指紋」を生み出すために、必要であれば、これらの追加的方法を組み合わせることができるかもしれない。
放射能源がそれぞれ上記方法に関してそれ自身のユニークな材料指紋署名を有しているので、、図５に示す検波プロセッサ５８へ、これらをプログラムできるし、また、それらは、実時間でのＰＰＳを通り越しながら、未知の出所と比較することができる。
ＰＰＳモジューラ設計アーキテクチャ：タイル状配列システム
【００４５】
システム費用を最小化し、装置設計柔軟性およびパフォーマンスを最大限にすることために、本発明の一実施例は、広面積を形成するために多くの異なるいわゆる「標準」ＰＰＳセンサーユニット、（各センサーユニットは特定のスペクトル域内の検出、あるいは放射線同位元素の特定用にグループの識別に対して最適化されたされたものとなっている）を統合し広面積の「グローバルな」検出器アレイシステムを形成することに基づいたモジューラ設計である。特に、図３および４に示されたような多重レベル・デバイス構造を組み合わせることによって、モジュールの構成要素のアプローチで、「タイル状配列」の構成に基づいたトータルシステムは、できるだけ広いスペクトル域に関する最大の検出感度を備えた増強された放射線同位元素識別用に実現することができる。概念的に、これらの検出器アレイはエレクトロニクスおよび図５に示されるようなコントロール・システムによって相互連結される。図５は本発明の一実施例によるＰＰＳをタイル状に構成したモジュールの配列システム５０をサンプルのブロック図である。
システム５０は検出回路５２、多数の２重のレベルＰＰＳモジュール５６から形成されたＰＰＳモジュール配列グループ５４、図３および図４に示される前面基板を含む。システム５０はさらにセンサー・コンパイラー５７および検出器プロセッサ５８からなるローカルデータ収集―演算処理装置５１を含む。図５に示されたようなシステムについては、各配列を構成する個々のモジュラー・ユニットは、広帯域、高解像度、源画像および源放射線同位元素、分光器の識別の各性能を向上させ提供するために相互に連結することができる。後者に関しては、配列システム収集エリアがおおきければ大きいほど、検出信号は強くなり、混合源放射線同位元素識別（つまりラジオアイソトープ（同位体）混合物からオーバーラップする分光器の線路構造体を分離する）の観点からシステムの分光学上のエネルギー分解能をより高めることができる。核医療の画像化の走査、光学天文学、あるいは図６に示される実施形態のようなある安全保障システムに一般に採用されているような複数の検出器アレイユニットを使用することによって任意のアプリケーションに対して源画像化能力を増強することができる。
【００４６】
様々なＰＰＳが図６の中の実施形態のような検出システムを構築するモジュール配列にタイル状にある間隔をおいて、張られている場合、ディジタル・カメラおよびビデオ・モニター・スカラーにおいて画素補間に一般に使用される商用のファームウェアの概念にベースをおいた、これに類似する統合開口合成技術のインプリメンテーションを通じて、「擬似接触」検出信号を抽出することができる。より具体的には、隣接した配列間のいわゆるデッドスポットは人間の目の網膜の中心に人間の脳が「盲点」を扱う方法と多少類似したやり方でソフトウェアで扱うことができる。
【００４７】
図６は、本発明の一実施例に従ってリンクしたプラズマパネル放射線センサー・ローカル・エリア・ネットワーク検出システム７０の一例を示したものである。
システム７０は、ローカルデータ収集ー演算処理装置５１、に連結される複数のＰＰＳ検出器モジュールのハウジング７４−７６、（それは機能的に図５に示されるのと同じユニットであるが）、を含んでいる。図６の中のハウジングはそれぞれ、本の発明の実施例に従うＰＰＳ検出器、エレクトロニクスおよびオプションのデジタル・ビデオ・カメラを含んでいる。そのようなカメラが使用される場合、ＰＰＳエレクトロニクスはモジュール裏面の代わりにモジュール側面に沿って配置することができる。また、図８に対して下記に述べられるように、増強されるカメラ９６は、以下図８に示すように、構成される。
ハウジング７４−７６のデジタル出力は装置５１に送られる。また、分散型電源７２によって電源がハウジング７４−７６に供給される。図６に示されるそのようなシステムによって、車両７１で運ばれた核物質は容易に検知することができる。
【００４８】
図６に下に示されるデジタル・ビデオ・カメラは、ＰＰＳ検出器中のピクセル放電現象の記録に対する１つのオプションである。より見込みのあるオプションは、図５の左上に示すような放電電子回路５２を通じてピクセル放電現象を直接検知することであり、より詳細に以下議論する。遠方にある距離をおいて設置された「中央処理装置」において配列コントロール、開口合成などが行なわれる可能性もある。相互連結、配列中の各モジュールの個々のコンピュータ・インタフェースから高速ＵＳＢ、ファイヤーワイヤー、イーサネットなどによって相互接続も可能である。モジュールにはそれぞれ、バッファリング、プロトコルおよびそのそれぞれのデータフレーム、またはコンピューターへのファイル転送に必要な適切な処理およびメモリが必要である。
【００４９】
図５のシステム５０は、異なる行には異なる分光感度のＰＰＳモジュールが組み込まれるが、同一の与えられた行の内のすべてのＰＰＳモジュールは同一の特性を与えられる「行セグメンテーション」と呼ばれる概念で構成されている。例えば図５の中の行１には、３つの同一の２重のレベルＰＰＳモジュール（つまりＰＰＳ１−ＰからＰＳ−３）各々同じように低エネルギー（例えば２０〜１００  ｋｅＶ）の入射放射線に対する反応に対して最適化されたものから構成されている。同様に、行２には、３つの同一の２重のレベルＰＰＳモジュール（つまりＰＰＳ４−ＰからＰＳ−６）各々同じように中エネルギー（例えば１００〜５００  ｋｅＶ）の入射放射線に対する反応に対して最適化されたものから構成されている。最後に、行３には、３つの同一の２重のレベルＰＰＳモジュール（つまりＰＰＳ７−ＰからＰＳ−９）各々同じように高エネルギー（例えば５００〜３０００  ｋｅＶ）の入射放射線に対する反応に対して最適化されたものから構成されている。図５に描かれたグローバルな配列検出システムは、３つの別個のＰＰＳ最適化設計を利用する３つのスペクトル領域へセグメント化さられており、合計９つの２重レベルＰＰＳモジュールから構成されている。それらは例からわかるように、２０ＫｅＶから３ＭｅＶの領域をカバーする。しかしながら、モジュールの数、行セグメンテーションのレベルおよび個々の２重レベルＰＰＳ最適化の数などの設計は、簡単に図において示され、また議論されたものより大きな桁でも可能である。ＰＰＳ「モジュール」という用語は、図５に示すプラズマパネルヘッド「局所」電子回路５２に接続されたプラズマパネル「センサヘッド」（例えば図１−４）のコンビネーションを、特に指すものであることを特記する。
ＰＰＳ内部構造と中性子検出器としての効率
【００５０】
ＰＰＳは少なくとも３個の同時に作動する独立したパラレル・メカニズムによって熱中性子を検知する能力を持つので、ＰＰＳには、原則として、従来の低速中性子画像検出器より高い効率を持っている可能性がある。３つのメカニズムは次のとおりである：（ａ）変換層において生成された内部転換電子のガス中の直接検出、（ｂ）変換層中の入射中性子吸収に起因する荷電粒子インタラクションによって生成された自由電子の検出、および（ｃ）図１に示されるような発明の実施例に対して第１の変換層１９中の中性子捕獲「プロンプト」γ線リアクションによって図１の第２の変換層２０内に生成された自由電子の検出。これらの３つのメカニズムのうち、最初のものはシングル・ステップ（つまり直接の電子）変換で、したがって、複合のステップのコンバージョンより高い効率である。
【００５１】
図１に基づいた材料構成で、かつ、また最初の構造（つまり内部転換電子の直接の収集）を利用した設計による例では、変換層の上面の薄いＧｄ酸化物（Ｇｄ２０３）コーティングと共に、Ｇｄ金属のコーティングを最初の変換層１９に使用することとし、これにより、第２のニュートロン変換層２０、ガスへの二次電子表面放射および電極誘電性絶縁体２１の３倍の効果を得ることができる。Ｘ電極１６は、さらに効率の点で優位であるＧｄ金属、Ｎｉのような他のある適切な金属、あるいはＧｄ−Ｎｉのような合金としてもよい。底基板は、４番目の変換層２４として、適切に薄く、「透明な」Ｇｄ金属コーティング（あるいは透明な酸化スズコーティング）であることを除き、上面の材料と同様にすることができる。上記の実施形態において、変換層２０および２３は、誘電性の絶縁体層２１および２２としてそれぞれそのために役目をし、そのため各基板から１層を除去することができることは特記すべき事項である。さらに、ガスに近い変換層（つまり２０と２３）を薄くし、かつ基板に近い変換層（つまり１９と２４）を金属にすることによって、後者は、前者によって蓄積されたどんな蓄積電荷も削除するように設計ができる。最後に、この構成が任意のエレメントの中で、最も高い熱中性子横断面を持っており、低速中性子吸収をして生ずる「内部転換」電子の非常に効率的な源であり、低速中性子捕獲による低いエネルギーγ線の効率的な放射が可能であるので、（つまり、１５７Ｇｄに対し最も強いγ線トランジションが１８２ｋｅＶで生じ、また、７２ｋｅＶでの転換電子はその低速中性子捕獲反応の〜３９％で放射される）、上記の実施形態においてＧｄを使用するという利点が相当あることは特記事項である。
【００５２】
いくつかの並列で同時性を有した構造によってニュートロンを検知する能力にもかかわらず、図１に示すＰＰＳの構成は単純で、エレガントな構成である（つまり、低価格である）。しかしながら、材料および効率最適化によって、本発明の実施例中の最終構成は図１の修正版とすることもできる。例えば、金属の基板、例えば、Ｇｄ金属あるいはＧｄ合金であるＧｄ−Ｎｉによる基板１２および１４に第１と第４の変換層１９および２４を組み入れることができれば、２つの変換層を持っていることが必要ではない。もしそうならば、Ｇｄ２０３のような薄い誘電体は電極分離に必要で、組み合わせた変換層２０、２３、誘電体層２１、２２としての２重の役割をもつことになる。上に記述したように、電極１６および１７はＧｄかＧｄ−Ｎｉ、あるいは他のある金属とすることができる。上記の特性に加えて、Ｇｄ−Ｎｉ／Ｇｄ２０３／Ｇｄ−Ｎシステムは、組み合わせたγ線と低速中性子検出器として役立つことという二重の長所を持つ。あるいは、もし基板が効率的なニュートロンを吸収し、かつ電子を放射するガラスで、そのガラスが多少導電性（例えば６Ｌｉ２０）を有しており、壁電荷を除去するものであれば、ガスに面して、上面に電極を直接設けることができる。最後に、広いエネルギースペクトルに関する光子放射と同様に、低速および高速中性子の両方を検知することができる、単一のグローバルな配列システム（図５に示すように）へ、γ線検出器（例えば、行２および行３）として組み立てられたＰＰＳモジュールに中性子検出器モジュール（例えば、図５のタイル構成のモジュールの配列５０の行１）として組み立てられたＰＰＳデバイスを統合することができる。
【００５３】
以前に議論したように、本発明の実施例は高速中性子検出器として設計することができる。不運にも、高速で動いている中性粒子は、通常遅く動いている中性粒子よりもはるかに与えられた材料媒体に大きく浸透をしている。従って、高速中性子は、検知できる現象を生成するような方法で反応する可能性が、本質的に少ない。したがって、そのような検出器は典型的には低速中性子検出器より著しく低い効率で作動する。しかしながら、以下に議論されるように、本発明の新しいＰＰＳデバイス構造は従来の高速中性子検出器を使用して、一般的に達成できるレベルを超して、高速中性子検出効率を最大限にする多くの面白い可能性を提示するとともに低価格を実現することが可能である。
自由電子への低速中性子のコンバージョン（変換）
【００５４】
上で議論したように、自由電子への入射低速中性子のコンバージョンはシングル・ステップか多段階製造方法のいずれかである。図１に示されるそのような与えられたデバイス構造のプロセスの効率は、主として材料の選択および材料厚さ寸法に依存する。例えば、初期の重大な相互作用が中性子吸収であるので、高い中性子吸収断面がある材料は明らかに望ましい。しかし、材料分岐比およびＱ値は同じように大きな意味にある。ある材料はニュートロンの吸収に優れているとする。しかし、生じる結果が検出構造に関して有用でなければ、吸収されたニュートロンは単に「失われ」、カウントできないことになる。ニュートロン変換および後発事象検出の両方の点から効率的であるために、中性子吸収の候補材料は「内部転換」電子、有用なガンマ線および（または）電子および（または）、有用なガンマ線などを次に生成することができるエネルギッシュな粒子を放射する必要がある。
用語の「有用な」ガンマ線が意味するものは、それがガスに近い内部の変換層に達するために十分に高いエネルギーをもつガンマ線で、その結果、生じる自由電子は、残る変換層厚さを通過してガスに入力することができ、電子なだれを引き起こし、カウントされるものである。しかしながら、放射されたガンマ線がエネルギーが高く、検出器と相互に作用する可能性は極めて低いので、カウントされずに通り過ぎてしまう。
【００５５】
変換層の候補材料は次のアイソトープ（同位元素）材料を含む：  ６Ｌｉ、１０Ｂ、１４９ｓｍ、１５５Ｇｄおよび１５７Ｇｄ。ＢとＧｄのようなこれらの材料のうちのいくつかはそれらの純粋な状態でのメッキとして使用されるが、一方、他のものは、ＢＮおよび（または）Ｌｉ３Ｎのような化合物の形をしている。本質的に、恐らくホウ素以外は、それらの純粋な酸化物形式（つまりＬｉ２Ｏ、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３など）でこれらの材料をすべて考慮する必要がある。それは安定したガラスを生成するために恐らく他の酸化物と結合する必要がある。コンビネーション・ガラス・システム、例えば、酸化物６Ｌｉ２Ｏおよび（または）１０Ｂ２Ｏ３は、個々にあるいは混合して、例えば、ホウ酸リチウム、リチウム・ホウケイ酸塩あるいはリチウム−アルミナホウケイ酸ガラス（恐らくＧｄ２Ｏ３などでさらに増強される）は、基板と変換プレートの両方として二元機能として役立たせることができる。
付加利益として、上記の酸化物は、二次電子放出に関して低仕事関数を持つ傾向がある。様々な理由で、本発明の一実施例が上記の理由でＧｄ／Ｇｄ２Ｏ３システムを含むことは特記すべき事項である。
【００５６】
以前に表面放電ＰＰＳ構成と共に議論されたように、ＳＤ−ＰＰＳの１つの利点が局所の気体放電ピクセル・フィールドに悪影響を及ぼさずに、大きなガス空隙を使用する能力であることが明らかにされた。特に、３Ｈｅに基づいたガス混合はニュートロン検出に使用することができることは一実施例の中で説明された。しかしながら、３ＨｅおよびＢＦ３のガス混合の両方は、検出媒体として低速中性子放射線検出器に一般に使用される。また、これらは、図２に示されるＳＤ−ＰＰＳ構成３０の、あるいはその代わりの、以前に記述された実施形態のＤＳＤ−ＰＰＳの変形の中でも使用することができる。
自由電子への高速中性子の変換
【００５７】
本質的に、どんな低速中性子検出器も、適切な緩和メディアで速度を落とし、かつ高速の入射ニュートロンのエネルギーを削減するために単に入射ニュートロンを囲むことにより高速中性子検出器に仕上げ、それによって、それらを低速中性子に変換する。
不運にも、この畜力供給方法は３つの大きな問題がある。
まず第１に、緩和するプロセスは、当然の性質として、入射粒子エネルギー情報を破壊し、それにより、供給元識別に必要とされた源エネルギースペクトルと関係する知識をすべて除去する。第２に、そのプロセスは全体として高速中性子を「熱中性子化させる」ために減速材内に生じる多数の衝突に関連したタイムラグにより遅い（例えば数百（マイクロセカンドの））傾向があり、その後、減速材から活発な検出器まで結果として生成される熱中性子の遅い拡散が続く。最後に、減速媒体は、減速材ニュートロン寄生捕獲リアクションおよび減速材厚さ（つまり経路の長さ）、（それは活発な検出器への熱中性子化されたニュートロン拡散を確実に生じさせることを難しくし、発生しづらくするものであるが）、のコンビネーションにより効率損失が生ずる。上記の問題のために、好ましい検出方法は追加の減速ステップのない直接の高速中性子検出である。直接の検出により、大幅に上記問題を縮小するかさらに除去することができる。基本的に、直接検出のための２つのメカニズムは図１に示される構成に基づいたＰＰＳデバイスに組み入れられる。
【００５８】
直接検出のための第１の方法では、６Ｌｉのようなアイソトープ（同位元素）を含む材料層／コーティングが、使用される。それは直接α粒子核エミッション・リアクションによって高速中性子と相互に作用するものである。その後、放射されたα粒子は、変換層内で反応し、自由電子（ｅ）および（または）γ線エミッションを生成する。そして、後者の場合には電子放出に帰着する第三のリアクションを有効にすることができる。したがって、特別なメカニズムパスとは無関係に、６Ｌｉ（ｎ，α）リアクションは、直接あるいは間接的に（つまりγ線によって）自由電子放射をＰＰＳガスのインターフェース近傍の放射をおこすことができる。これにより、電子なだれ検出とカウントが可能となる。
【００５９】
第２の方法では、１Ｈが反動陽子である場合に反跳核に帰着するような軽い核（例えば１Ｈ）による弾性散乱のメカニズムによって高速中性子と直接相互に作用することができる材料層／コーティングが使用される。水素からの単一散乱については、入射ニュートロン・エネルギーの平均的には２分の１が、転送されるが、入射ニュートロンは反動陽子にそのエネルギーをすべて転送することができる。陽子電荷のため、以前に記述された６Ｌｉ（ｎ、α）リアクションに起因するものと同様に起こる二次電子放出を伴う反動陽子の範囲は、比較的小さい。材料コンパティビリティの観点から、６ＬｉＨは、ＰＰＳ高速中性子変換層コーティングに対する優れた選択肢であり、２つの個々のアイソトープ（つまり６Ｌｉと１Ｈ）に対して、各々は上記で議論された、直接的な高速中性子検出メカニズムに適合するものである。
【００６０】
６ＬｉＨによる第１の変換層１９を使用した、図１に基づいた発明の実施例の点から、ＬｉＨが安定した化合物を形成し、ガドリニウム（さらに、それは水素化物を形成することができる）の２番目の隣り合う変換層２０にうまく適合することは特記すべき事項である。
ニュートロン検出のためのＧｄを含む層の使用は以前に議論された。この点において、外部のＬｉＨによる第１の変換層１９から、内部のＧｄによる第２の変換層２０への１Ｈ（またさらに６Ｌｉ）の格子間拡散を増強するための熱／アニール組立てプロセス・サイクルの導入は、粒子、反動陽子、γ線および自由電子の、２つの変換層間およびガス検出領域への境界にわたるより効率的な転送を促進するものであり、そのために、直接の高速中性子検出器として、ＰＰＳデバイスの効率を著しく増加させさせるのである。格子間拡散からのこの予期された能率増進、一部分二層間で縮小された格子不整合（つまり表面欠陥捕獲）の結果である点は注目すべき点である。
【００６１】
第１の変換層のための６ＬｉＨの使用に加えて、直上で議論したように、直接の高速中性子検出にふさわしい他の可能な第１の変換層材料には、安定したガドリニウム・フッ化物（つまりＧｄＦ３）の相互拡散浸透層を形成することができる６ＬｉＦ、および安定したガドリニウム酸化物Ｇｄ２０３の相互拡散浸透層を同様に形成することができる６Ｌｉ２Ｏ  がある。後者の場合、純粋な６Ｌｉ２Ｏ層はより高い効率パフォーマンスで、恐らくより低いトータル費用を示すかもしれないが、多くの６Ｌｉ２Ｏベースのガラスが市販されており、純粋な６Ｌｉ２Ｏコーティングに代わって使用できる。要約すると、上に記述され、図１に示されるような高速中性子検出器構造の実施形態は、６ＬｉＨ（あるいは６ＬｉＦあるいは６Ｌｉ２Ｏ）の第１の変換層１９、および、Ｇｄ金属の第２の変換層２０を使用している。薄い絶縁誘電体層２１はＧｄ２Ｏ３とすることができるが、十分に薄い場合、蓄積電荷を取り除くのを促進するために部分的に伝導性にすることができる。別の実施形態では、最初の変換層１９から絶縁するＧｄ２Ｏ３層２１まで直接接続することにより、Ｇｄ金属の第２の変換層２０を除去することができる。一方の実施形態では、ＧｄあるいはＧｄ−ＮｉのようなＧｄ合金は明白な選択肢になるが、様々な金属から電極構造１６を作り上げることが可能である。基板１２の選択の点では、上記の実施形態は、４つのカテゴリーの基板材料のうちの何かを使用することができる：  非リアクタンス性のガラスか金属基板、反応的な６Ｌｉ−合金金属の基板あるいは反応的な６Ｌｉ２Ｏに基づいたガラス基板。図１の中の裏面プレートのために使用される構成および材料に関しては、構成と材料は、正面プレート用に選ばれたものを使用ことができる。あるいは、１つあるいは変換層２３、２４および恐らく第２の誘電体層２２（第２の基板が絶縁体である場合）両方を除去するか、正面プレート上で使用されたものより低価格の材料を使用する裏面プレート構造を採用することができる。
【００６２】
上記で議論された２つの型の反応的な基板に関しては、（つまり６Ｌｉ−合金金属および６Ｌｉ２Ｏに基づいたガラス）、希望の６Ｌｉの種類は、「純粋な」同位体によって、あるいは自然に発生するエレメント中の７．６％の同位体存在比によって導入することができる（７Ｌｉが残りの９２．４％を構成することに注目する）。可能性のある金属基板の２つの候補はＭｇ−ＬｉおよびＡｌ−Ｌｉシステムの合金を含んでいる。しかしながら、金属基材と比較して、より高いレベルのリチウムは、ガラスサブストレートに組み入れることができる。可能なリチウムを含んでいて、安定したガラス基板・システムは次のとおりである：硼酸塩、ケイ酸塩、硼珪酸塩、アルミノケイ酸塩、アルミ硼珪酸塩、タングステン酸塩など。
【００６３】
上に議論したように、直接高速中性子検出方法の使用によって、入射粒子エネルギー分布情報は、源放射線同位元素識別の目的のために保存し使用することができるようになる。これを遂行するために、図３か図４に示される前面基板構成と同様のＰＰＳ前面基板構成を、以前に議論された方法で使用することができる。このような構成の場合、金属またはガラスサブストレートを含んでいる上記の６Ｌｉの成形物が、溝が彫られた２重レベル・プラトー外部の変換プレートに対する最良の選択と考えられる。いずれの場合も、図３および図４に示される誘電体層４４および６４は、さらに外板６Ｌｉ（ｎ、α）反応によって放射されたα粒子からのガスへの自由電子の生成の二次的転換層として機能する。
【００６４】
以前に説明したとおり、図２に示すＳＤ−ＰＰＳ構成は、局所的な気体放電ピクセル・フィールドに悪影響を及ぼさずに、大きなガス空隙を使用する能力を持っている。
この特徴を利用して、発明の一実施例は、図２のＳＤ−ＰＰＳ構成３０、あるいは以前に記述した構成に異なるＤＳＤ−ＰＰＳの変形のいずれか中の高速中性子用の検出媒体として３Ｈｅに基づいたガス混合を使用することができる。
ガス系および起爆剤
【００６５】
以前に議論したように、放射探知のための感度プラズマパネルを最大限にすることは電子を準備する内部線源をすべて最小化し、気体放電を始めるために必要とされる、「起爆剤用」電子がγ線またはニュートロンのような電離放射線の外部源から生成されるように、形成されるべきである。したがって、本発明の実施例において、ガス混合、放電空隙、圧力および駆動電圧およびそのコンビネーションは、放射線誘発性の自由電子への感度を同時に最大限にしている間、電子を準備する内部線源をすべて禁じる必要がある。下に示す設計要素および方法論は、ガスの励起状態種類の寿命と同様に最小化する気相準安定も含めて、望まれない起爆、ＶＵＶの伝搬放射光子（適切な気相クエンチングおよびＶＵＶ吸収する分子の使用による）を禁止することである。
【００６６】
ぺニング混合ガス  −励起状態準安定の種類を減らす低濃度（つまりＯ２またはＮＯのような分子種、あるいはＨｇのような気相原子）の適切で低いイオン化ポテンシャルガス状成分の追加。
ぺニング混合ガスは高い増幅率および効果的な電子なだれ開始を維持するものである。
【００６７】
放電拡散防止部材  −初期の局所的な放電位置（高いイメージ分解のための）の空間の完全な状態を維持するために発火用意をする隣接したセルの消去とこれによる放電の近隣のセルへ拡大防止。
この方法は、大きな電子捕捉断面積および高い陰イオンを形成する傾向の両方がある少量のガスの追加による高いモビリティーのガス電子あるいはイオンの平均自由行程の縮小に基づくものである。偶然に、Ｏ２は、さらに励起状態準安定の種類の割合を減らすためにキセノンと組み合わせてぺニング混合物（上記参照）を形成することができるような分子である。さらに、Ｏ２は「遊動電子」と同様にＶＵＶ光子も吸収し、それによって、さらにピクセル放電を局地化する。本質的には、Ｏ２（また恐らくＮＯのような他の種）の追加は、放電をそれが隣接したセルへ広がるのを防ぐために十分にコントロールし抑えることができることを示す。しかし、局所的な（つまり単一のピクセル）電子なだれに関しては増幅を防止するものではない。
【００６８】
ガス衝突断面積  −放電電圧
−最大圧力および最大の平均原子量を備えたパネル・ガス混合は、電子捕捉／相互作用の可能性および二次電子生成の可能性を増加させるために使用することができる。
例えば、商用ＰＤＰにおいて使用される基礎的なネオン中のキセノンのガス混合は、ネオンのより高い原子量ガス状成分への置換によって電子衝突断面積を増加させるために成功裡に変更された。側面的な利点として、平均原子量を増加させることは次のことを可能にする：（１）電圧を上げて、局地的な画素・フィールドを増加させる。（２）より短い放電時間は、より速い反応およびより高い更新速度を可能にする。（３）装置のむだ時間を縮小する。
【００６９】
「典型的な」中性子検出器のためのガス混合
−マイクロストリップガスチャンパー（ＭＳＧＣ）のような中性子検出器は、通常、３Ｈｅまたは１０ＢＦ３を中性子コンバータとして、ＣＦ４を消光物質として使用する。
図１に示されたような円柱放電のＰＰＳ装置では、パネルが減圧状態でも作動し、小さな空隙（つまりビーム路程〜０．１  ｍｍ）のため、３Ｈｅの使用に、利益はほとんどない。
さらに、ヘリウムは、他の不活性ガスと比較すると、非常に低い電子衝突断面積であり、このため、実際に装置効率を低下させる。最後に、消光物質としてのＣＦ４の使用は、プラズマ放電環境中の炭素とフッ素イオンの両方は化学上非常に活発で、電子放射表面（つまりガスと電極に面するトップの誘電体）に対して有害なので、恐らく非常に不利益と考えられる。しかしながら、図２（あるいはＤＳＤ−ＰＰＳにおいて）に示すようなＳＤ−ＰＰＳ構成において、表面放電のＰＰＳ構造ははるかに大きなガス空隙を提供することができるので、高速および低速中性子検出の両方のための３Ｈｅの使用は、大きなメリットがある。
【００７０】
ぺニング電荷としての酸素、電荷移動ドーパントおよび電子なだれ制御因子
−１００％のＸｅで満たされたＡＣ−ＰＤＰおよび９９％のＸｅと１％のＯ２で満たされたＡＣ−ＰＤＰ（つまり、放電を受けて）の二つの軽量可視の発光スペクトルが記録され分析された。１００％のＸｅパネルでは、Ｘｅ−Ｉからの典型的なキセノン「青」輝線は、４６７ｎｍおよび４６２ｎｍで容易に明白なキセノン可視領域で２つの最も強い線を伴って観察された。しかしながら、１％のＯ２混合では、ガス混合はまだ９９％のキセノンを含んでいるにもかかわらず、顕著な「青い」Ｘｅ−Ｉラインは「見当たらず」、５３３ｎｍから５５８ｎｍまでのイオン化された原子の酸素の強い「緑の」ラインが存在し、可視スペクトルを支配していた。酸素分子およびキセノン原子のための第１の電離定数はそれぞれ、１２．０７および１２．１３ｅＶである。したがって、酸素分子およびキセノン原子は、同時にほとんど完全な共振状態であり、この状態でＯ２のイオン化エネルギーは、Ｘｅのイオン化エネルギーのわずかに低いレベルにあり、Ｏ２をイオン化したＸｅから電荷をＯ２に運ぶための優れたコンポーネントにしている。９９％のＸｅ／１％のＯ２ガス混合の発光スペクトルの特性はキセノンの「青い」バンドのうちのいずれでもなく、酸素の「緑の」色を有するという事実は、以下のことを示すものである。  すなわち、刺激されたＸｅは、効率的に酸素分子にそのエネルギーを転送し、酸素分子は分離（活発なプラズマ中で）に伴って、酸素原子を特徴づける約５３８ｎｍのピークを中心にしたそのより低いエネルギー準位からは放射することを示すものである。したがって、少量のＯ２はイオン化されたＸｅおよび興奮したＸｅの準安定をとり消し、これにより、イオン化した光子かニュートロンの初期の自由電子への変換現象が起こる場所に近い局部のピクセル位置にＰＰＳ放電を制限することができる。Ｏ２がさらによいＶＵＶ吸収器および「浮遊」電子電荷の補集剤であるという事実は、放電拡大インヒビターおよび電子なだれ制御因子の両方としてその有効性を増すものである。
デバイス構造
【００７１】
本発明の一実施例にしたがって構成したＰＰＳ検出器は密閉し、ガス処理されてＰＤＰデバイスと同様な方法で製作される必要がある。しかし、商用ＰＤＰデバイスと異なり、ＰＳＰ放射線検出器は、ピクセル壁電荷を最小化するために内部３次元の誘電体表面（例えばりん光体など）を取り付ける必要はない。上に議論したように、最大のデバイス効率を目的として、ＰＰＳ構成は、ガス電極インターフェースでのセル放電位置とその近傍で、内部誘電体表面に残された残余の壁電荷を「逃がす」ことができるように、わずかな量の内部誘電体導電率を考慮して設計される必要がある。
【００７２】
電極用ピッチによって、本発明の実施例に従うＰＰＳは高度に統合された配列で、１つの平方インチ当たり１０２−１０６個の小さな検出セルがあり、それぞれ、１つの１つが、独立した位置、強度、感度をもった放射センサーとして行動する能力を持っている。
材料、組立ておよび理論的な見解からみて、「１つの、超高度」の０．０１ｍｍのＰＰＳピクセル分解能は、商用テレビ用のＰＤＰ製品用より高いが、極めて実現可能なレベルである。これは、最も見込みのあるＰＰＳ構成（例えば図１−４）がすべて、本質的には、すべての商用ＰＤＰーテレビ製品の１００％で使用されるＡＣ−ＰＤＰ構成とは全く異なって、ＤＣ−ＰＤＰに似ているからである。組立ての見解から、ＤＣ−ＰＤＰの中の電極分解能は、ＡＣ−ＰＤＰデバイスの電極分解能よりも、さらに高く、かつ  はるかうまくコントロールできるのである。  何故なら、ＤＣ−ＰＤＰ電極は、ＡＣ−ＰＤＰ電極物質輝線幅を下回り、これを害する傾向があるような、非常に反応的で、化学上腐食する厚膜誘電体の範疇には入らないからである。重要な付随的な利益として、画像解像度を増強する目的のため、ＰＰＳ電極幅を最小化することは、固有動作電圧を上げ、それによって、局所ピクセルの電界強度を増し、そしてその結果デバイス感度を高めることができる。
【００７３】
γ線ー自由電子変換プレート／層
−自由電子変換への効率的なγ線を達成するために、高密度、高いＺの材料で次の特性有しているものが使用されるのがよい：
（１）  入射光子の放射に関しての高い物質減衰係数（２）変換媒体（つまり光電子およびコンプトン反跳電子エミッションに関連した高い電子小片）内の高い電子放射率、（３）ガス・インターフェースへの変換媒体による効率的な電子伝達、および（４）変換媒体からガスの中への電子排出に関する低い表面仕事関数。
スペクトル領域にもよるが、変換媒体の選択は両方の高いＺの金属（以下を参照）および（または）高いＺの誘電体を含むことができる。後者の例としては以下のような誘電体で「重い」コンポーネントである  ＷＯ２、ＨｆＯ２、ＰｂＷＯ４、Ｂｉ２（ＷＯ４）３、ＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３など  を含んでいる
【００７４】
高いＺ、二元機能、正面基板／変換プレート
−高い光子エネルギーでは、ある高いＺ材料は、正面基板および変換プレートの両方としての組み合わせた役割を持たせることにより、原則としてはＰＰＳ装置効率を向上させることができ、それによって、図１に示すような実施形態である第１と第２変換層１９および２０を除去することができる。そのような構成については「使用可能」タングステン合金（例えばＷ−Ｔｉ，  Ｗ−Ｚｒ，  Ｗ−Ｔａ，  Ｗ−Ｒｅ，  Ｗ−Ｐｔ）があり、それらは、都合よく、図３および４に示すような多重レベル構造に鋳造されるか形成することができるもので、Ａｇ−Ｃｕ，  Ｐｔ−Ａｇ，  Ｐｔ−Ｗなどのような他の高いＺの金属（高度に放射する電子である）と共に有力な候補である。これらの材料で、電極分離のための基板底面に堆積させられた適切な薄膜酸化物は、誘電性基板２１として役立つ。熱膨張の線形係数間の良好な組み合わせを仮定すれば、標準の電子ビームかスパッタによる薄膜絶縁酸化膜のうちの何れでもよい。二次電子放出のための高いＺ数および低仕事関数のコンビネーションのため、ＷＯ２，ＨｆＯ２  Ｌａ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３、ＢＪ２Ｏ３などのような材料、およびそれらの（例えばＬａ２Ｏ３−Ｇｄ２Ｏ３）コンビネーションを調査する必要がある。電極１６のための候補金属は高い電子放射率を所有しているべきである。したがって、銀、タングステンおよびニッケルは恐らく可能な選択であり、より大きな電子放射率とスパッタリングに対する抵抗を備えたフラッシュで覆われたか合金、または、白金との合金なども候補となる。材料コンパティビリティ視点から、基板１２、１４のための関心をそそるコンビネーション／誘電体２１、２２／電極１６と１７システム実施形態は次のとおりである：  Ｗ合金／ＷＯ２／Ｗ−Ｐｔ、他のシステムは次のものを含んでいる：Ｇｄ合金／Ｇｄ２Ｏ３／Ｇｄ−Ｎｉ、Ｔａ合金／Ｔａ２Ｏ５／Ｔａ−Ｗなど。
【００７５】
部分的伝導性誘電体層
図１−４に示す様々な実施形態におけるデバイス電極と伝導性の変換層の間に位置する、部分的に伝導性を有した誘電体層の使用は、効率的なＰＰＳ構成を形成する。なぜなら、部分的に伝導性を有した誘電体層は蓄積された壁電荷を、放電ガスに直接接する絶縁誘電体層の上面、から逃がす手段を提供するからである。そのような部分的に伝導性のある誘電体を作り上げる３つの手段は次のものを含んでいる：（１）適切な誘電材料のセレクション、それは固有に、わずかに伝導性を有しているもの（２）リチウム（例えばＬｉＯ２の形式で）あるいはホウ素（それは半導体でありえる）のような高移動度ドーパントを加えることにより部分的に伝導性の誘電体を作り上げること、（３）その非常に薄い断面によって部分的に伝導している、非常に薄い誘電体膜を利用すること
【００７６】
入射放射線束（強度）へのピクセル・レスポンス
−ＰＰＳの実施形態は、真のデジタル統合デバイス向けのものである。
個々ピクセルの光強度は特に重要ではなく（ピクセルが明るくされるという事実だけ）。（つまり「オン」か「オフ」）、したがって、強度集積化は特別のピクセルが、指定期間に「オン」となる回数に基づく。毎秒（以下を参照）１，０００，０００回も輝くピクセルの実現性があると、ＰＰＳ検出器の影像・階調能力はとても印象的なものとなり、１／６０秒で灰色の２５６の諧調を表示し、１５，３６０回／秒のオン／オフすることができるＰＤＰビデオ・モニター、あるいは等価なもののよりもはるかに優れている。
個々および集合的なピクセル強度データに加えてＰＰＳモジュール・エレクトロニクスによって収集される付加的な集積化情報は、「オン」となるピクセルの場所を含むことである。
記述されたＰＰＳデバイスについては、三次元（つまり、ＰＤＰデバイスは、コントロールが難しい三次元で、垂直の障壁壁の焼結と砂の吹きつけなどの処理と組立ておよび三次元障壁構造の中への蛍光体の厚膜蒸着などの処理と組立て工程を要求する。）とは全く異なって、内部プラズマパネル構成は平面であるので（つまり、作り上げることが非常に容易）、光子利得はＰＤＰビデオ・モニターにおいてよりも均一性の点からさらに一層よく定義される。１０６カウント／秒（ｃｐｓ）のピクセル応答率ポテンシャルと、６ｘ１０６ピクセル／平方インチの影像ドット密度に対応する１０ミクロンの潜在的なピクセル分解能は、１平方インチ当たり６ｘ１０１２ｃｐｓのＰＰＳ検出器反応能力を発揮する。
この反応性能は、実験的に遭遇するかもしれないものよりすべて勝れているので、信号飽和は問題にはならない。また、ＰＰＳデバイスはこのように本質的に、任意の入射放射線源に対しても、線形のデジタル強度反応を提供することができる。
【００７７】
光子誘導電荷生成と伝搬
−ＰＰＳの内の電荷生成のメカニズムは、入射光子のエネルギーおよび変換層の原料組成物（つまりＺ数）に依存する。約２００ｋｅＶを下回る光子エネルギーについては、デバイス電荷は、ある二次Ｘ線光子およびオージェ電子エミッションと共に主としてほとんどＫシェル電子放出に帰着する入射光子の光電吸収によって生成される。より高いエネルギー入射光子（例えば５００ｋｅＶ以上）については、電荷は、主として多数の連続する反跳電子生成に帰着するコンプトン散乱によって生成される。ガス領域への輸送の点では、いかなる入射光子（またニュートロンなど）も定義によって、順方向に向かう運動量ベクトルを持つので、結果として生成される電子は、運動量の保存によって統計的にガス（つまり順方向）の方向に放射されることになる。この統計的に裏づけられた確率因子は、生成された自由電子が、ピクセルＥＭＦのフィールドの「引き」を感じ、表面の電極とガスの層のインターフェースまたは接合から出ることによってさらに増強される。これらの理由で、最も重大か最も重要な変換プレート／層が前面基板上に設けられる。
【００７８】
ＰＰＳデバイス・コリメーターの集積化
−ＰＰＳデバイスの高解像度画像化ポテンシャルを実現するために、任意の検出器で、コリメーターにそれを連結することが必要である。一般に、コリメーターのコストは放射センサーに依存しない。したがって、放射センサーがＰＰＳ、ａ‐Ｓｉ、光電子増倍管、ＣＭＯＳあるいはＣＣＤ技術に基づいても、コリメーターに関しては関係がない。しかしながら、コストの点では、ＰＰＳはユニークでかなりの長所を持っている。これは、高解像度コリメーターの物理的な特徴および材料要件が、高解像度の、２重のレベル・プラトー、基板プレートのそれと似ているためである（（図３、４を参照）。材料に関しては、同じ金属（例えば上に記述されるような「使用可能の」タングステン合金）からコリメータプレートおよび２重レベル基板プレートの両方を作り上げることができる。したがって、共有される材料費およびオートアライメントを考慮に入れて、「２重のレベルおよびマイクロセグメント化されたプラトー」であり、かつコリメーターとして機能をもつものが設計可能となる。
【００７９】
ＰＰＳ画像出力
−活性化されたＰＰＳピクセルのための影像場所情報／出力データを収集する点では、２つの基本的方法が利用可能である。
プラズマパネルがガラスで従来条件下で作られており、輝いたピクセル（例えばテレビ影像）を見るように光学上透明であるので、各ピクセル放電現象の場所を記録するために、低価格のＣＭＯＳ（あるいはＣＣＤ）カメラ（あるいはそのようなカメラの水平な配列）は、プラズマパネルの後ろに位置することができる（図６を参照）。使用されるカメラは、携帯電話へ組み込まれた小さなカメラの廉価で広角のバージョンでよい。そのような１つの実施形態は、ＰＰＳセンサヘッドとバックプレーン・モジュール・エレクトロニクスの間の中間層として物理的に位置した統合ＣＭＯＳカメラの「水平な」配列から成り立つ（ＰＰＳセンサヘッドがいかなる２重のレベル変換プレートも含む「むき出しの」プラズマパネルとして定義されることに注目する）。代替実施形態では、モジュール・エレクトロニクスはＰＰＳセンサヘッドの外部の周囲に沿って置かれる。カメラに基づいたデータ収集方法が使用されれば、ＰＰＳ背面基板およびいかなる関連する変換層および誘電体層も透明でなければならないが、それは問題とはならない。第２およびより低コストで影像場所／出力データを集める好ましい方法は、直接、電子の検出行うことである。この実施形態では、検出現象回路は、検出する現象の数を数えるだけでなく、単位時間当たりの現象の数を統合し、そして放射源の影像を生成するためにそれらの空間の場所を記録する。ＰＰＳデバイスの行および列はそれぞれ、暴走放電を防ぐために電流制限インピーダンス素子（例えば典型的に抵抗器）を所有しており、各放電現象の場所は行列電圧低下の測定により決定することができる。この後者の方法は注意深い電子なだれコントロール（つまりインピーダンス・マッチング）およびＰＰＳデバイス不感時間によりデータ損失を防ぐ高速応答回（つまりピクセル壁電荷の迅速な除去）が必要となる。外部の行および列のインピーダンスを使用する代わりに、行／列放電不感時間を縮小するために各ピクセルへ内部インピーダンス素子（例えば抵抗器）をスクリーン印刷することができるようにすれば、ピクセルがそれぞれ同じ電極上の他のピクセルの放電状態に電子的に依存しないようにすることができる。スクリーン印刷での高インピーダンス素子、各放電セル（つまりピクセル）の回路の中への直列抵抗の組み入れのための組立てプロセスは、ＨＤＴＶアプリケーションのためのカラーＤＣ−ＰＤＰ技術を追求するいくつかの日本の会社によって１９９０年代の初めに開発され、採用された。
【００８０】
電子なだれコントロールと応答時間
−電子なだれ（つまりプラズマ放電）にはコントロールされる必要のある特徴がある：  開始、持続時間、リセットおよび放電拡散。本質的に、プラズマパネル材料構成階層全体、そしてエレクトロニクスの反応的な回路は（電源設計を含んで）、上記の放電電子なだれ特性に寄与する影響を与える。特定の制御パラメータは次のものを含んでいる：
ガス混合合成および圧力、放電空隙、電極幅およびピッチ、誘電率、誘電体の横断面の厚さ、誘電体の表面および体積抵抗率、放電セル内部インピーダンス、パネル電極行および列の内部インピーダンス、電源などを含む外部リアクタンス回路インピーダンス。
電子なだれの拡大に伴う、壁電荷の最小化とピクセル放電リセットは、ＡＣ−ＰＤＰで問題となるが、ＤＣ−ＰＤＰでは問題ないので、図１−４に示すＰＰＳ構成は主としてＤＣ−ＰＰＳ動作に集中する。電子なだれコントロールおよび高速応答時の目標を達成するのに必要な２つの重大なメトリクスは次のとおりある：（ｉ）広がる放電を「１個のセル」空間分解能に制限し、（ｉｉ）３つの電子なだれ位相（つまり開始、持続時間およびリセット）の累積的な時限を約１マイクロセカンド（μｓ）に制限する。  この制限時間は、最初の変更されたＰＤＰの放射検出装置のうちのいくつかを観察し評価してきめたものである。
電子なだれ開始および持続時間位相は、研究し、変更された１．０ｍｍの電極用ピッチのＰＤＰデバイス上では数百ナノセカンド以内に生じるのに気づいたことは特記すべき事項である。しかしながら、より高い分解能パネル（例えば０．０１〜０．１ｍｍの電極用ピッチ）で、より短い放電空隙および高電圧での使用の場合、３つの電子なだれ位相は１マイクロ秒をはるかに下回わる著しい減少に結びつく。しかし、１マイクロ秒のピクセル応答時間でさえ、ピクセルがそれぞれ１，０００，０００のカウント／秒を記録することができるようにする必要がある。ＰＰＳの中のピクセルが独立して、平行に作動すべきであるので、１０ミクロン（μｍ）電極用ピッチパネルは１平方インチあたり６ｘ１０１２カウント／秒を記録することができるように設計されている。
【００８１】
バッファ回路、インピーダンス、データ収集と雑音
直列に並べたインピーダンスは、電子なだれの開始、持続およびリセット位相制御因子である。バッファー回路は、対抗する電極の１つのセットにわたって電子なだれのフィードバックが電極の他のセットへ連結されるのを防ぐことができる。バッファ回路には直列に並べたインピーダンスおよび（または）放電現象センサーを組込むことができる。さらに、電極に電源出力のゲーティングあるいは同期をかけることができる。電源は放電現象信号処理システムでコントロールする必要があることが注目される。バッファ回路の使用と、直列に並べたインピーダンス制御は、電源、ガス混合および電極システムと高度に相互関係がある。これらのシステムは全体に初期のサージ（開始）をサポートし、放電現象を感知のできる程度に長く、しかし、放電を拡大させず、電極劣化しない程度に、放電を保持するようにしなければならない（持続）。リセット位相は、ガスの励起状態種の消耗、スペース／表面電荷（内部起爆剤）、再同期エレクトロニクスのためにものである。放電現象の起動、持続、そしてリセット現象は１マイクロ秒あるいは１マイクロ秒未満で生ずるものである。
したがって、ＰＰＳイメージの活動領域のキャプチャー／アップデート／リフレッシュを１ミリ秒のフレームレート（すなわち１０００ｆｐｓ）は直接的であり、わかり易い。０．１ミリセカンド（つまり１００マイクロセカンドあるいは１０，０００  ｆｐｓ）に対応するフレームレートも可能である。
【００８２】
図５はマイクロセンサ回路５２を図示したものである。以下、詳細に下に記述される。
「自由電子」を受け取り、放電現象（ＤＥ）を示す正方形内の交差点は、放電ガスで満たされる空隙によって分離された、２つの対立する電極の交点にある。電源（「＋」を備えた長方形はラベルで示される）は、バッファ回路を介して、直列に並べたインピーダンス（シリンダ）から電極へと接続される。インピーダンス素子全体にわたって、インピーダンスにおける、電圧降下あるいは電流の流れを感知する回路が接続される。別の電極は、接地された同様の回路「戻る」に接続される。記法上の目的のために、Ｘ電極において感知されたＤＥはＤＥＸと呼ぶことにする。また、Ｙ電極において感知されたＤＥはＤＥＹと呼ぶことにする。ＤＥＸとＤＥＹが同時に感知され、ＤＥＸＹと呼ぶことができる場合、ＤＥが発生した、「セル」が登録される。したがって、ＤＥＸＹはマトリクス表示の「ピクセル」と等価である。
【００８３】
放電現象イメージプロセシング−ＤＥＸとＤＥＹのセンサーの出力は同期回路（つまり、ＤＥＸＹ生成回路」）に接続される。この回路は本質的に、マスタークロックを参照して各現象にタイムスタンプを押印するものである。ＤＥＸＹ生成回路は、「感度コントロール」回路に情報を提供する。それは、次に電源とＤＥＸとＤＥＹセンサーに制御を。したがって、ＤＥ処理システムは、緊密にリンクした（閉ループではないにしても）システムであり、そのシステムは個々のＰＰＳモジュールとグローバルなタイル構成のＰＰＳモジュール配列システムの両方を備えた非常に統合されたシステムを要求する。ＤＥ処理システムは、さらに「センサー・コンパイラー」（図５の中では５７）への「リンク」を介して連続するＤＥＸＹフレームあるいは「画像」の流れを供給する。
ＤＥＸＹフレームあるいは画像はＰＰＳの中で最も基礎的な画像化機能を表わす。
ＤＥＸＹフレームは、ＤＥ空間および一時的な密度を示すことにより放射線の強度を示す時間領域のセグメントへコンパイルされる。セグメント化された２重のレベルモジュールの配列に適切なコリメーターを適用することで、入射放射源の高解像度ソース画像化および放射線同位元素識別は達成することができる。放射線同位元素識別指紋採取法は、さらにＤＥ処理レベルのプログラムされた電圧調節、および「センサー・コンパイラー」および「検知器プロセッサ」（図５のうちの５８）におけるシステムレベル・アルゴリズムによって増強することができる。
【００８４】
放電現象カメラ増強
−以前に議論されたように、ＰＰＳは「背面」あるいは、「第２」の基板は光学的にＤＥＸＹを捕らえるオプションを提供するために透明とすることができる。カメラ必要条件は次のものを含む：分解能、レンズ、画角、焦点、シャッター／フレーム速度、ＣＭＯＳ／ＣＣＤ感度、実装などは、関連するパネル・エレクトロニクスおよび後のセンサー・コンパイルおよび検出器処理と、カメラの同期を含む、ＤＥ処理および最適化して、カメラ配列バックプレーンをまとめることに関連して、評価しておく必要がある。特に、カメラ増強は、カメラ機能をトリガーあるいは同期させるために機能する電子セル（つまりＤＥ）感知の構成がさらに必要である。
【００８５】
信号対雑音比 
−プラズマパネルがそれ自身低電圧、半導体、トランジスターのような材料構成あるいはかなりの温度特性依存をしている他の材料を使用しないので、ＰＰＳの想定される信号対雑音（Ｓ／Ｎ比）比率は非常に高い。温度に対して過敏な低電圧バンド空隙材料が使われていないので、いかなるクリオジェニクスあるいは他の型の能動素子冷却も使用する理由はない。したがって、熱刺激の下では、不活発なガスの原子は誘電体の表面と衝突し、電子を自由電子としてガスに転送し、かつそれによりピクセル放電を開始させることは起こる可能性はあるが、熱的に誘発されて輝くピクセルは存在しない。一般的なＰＤＰでは、デバイスは任意の表示装置の中で最も広い動作温度範囲があると考えられ、プラズマパネルによってではなく外部電子回路類の熱の範囲によって通常制限されている。しかしながら、放射線同位元素識別の目的のためのエネルギー輝線の分析に関しては、より大きなＰＰＳ配列収集エリアの使用による信号増強によってＳ／Ｎ比は常に改善することができる。
検出イベント回路
【００８６】
図５に示される回路５２として機能することができる検出現象回路の一実施形態およびそれが放電現象を検知する様子を、図７に示す。図７は、電気的に放電位置を感知するための本発明の一実施例に従ったＰＰＳの画素重心８４を定義する、２つの電流方向のある電極（ＸとＹ）に付けられた回路を例証するブロック図である。プラズマパネルのＸ軸に付けられた回路は、電源８０、Ｘ駆動８１、電流制限インピーダンス８２およびＤＥＸパルス検出器８３を含んでいる。プラズマパネルのＹ軸に付けられた回路は、Ｙ駆動８６、電流の限界インピーダンス８７およびＤＥＹパルス検出器８５を含んでいる。どちらかあるいは両方の軸では、電流制限インピーダンスは抵抗および（または）リアクタンスとしてインプリメントすることができる。１つの実施形態では、図７のドライバー、インピーダンスおよびパルス検出器は、能動素子か受動素子かもしれないし、いくつかのコンビネーションにおいて集積回路によって提供されてもよい。さらに、１つの実施形態では、商用ＰＤＰビデオの表示アプリケーションにおいて一般的であるように、Ｘドライバー８１およびＹドライバー８５は個別電極ベースには含まれていない。
【００８７】
図７に示す検知は、ＰＰＳ変換層におけるγ線（あるいは、イオン化粒子）相互作用によって開始される。ＰＰＳ変換層は、ガスにインターフェースするＰＰＳ表面から放出される自由電子８８を生成して、以前に記述されたようにピクセル空間８４を定義する高電界へ移動する。そのメカニズムも、電子なだれか放電現象（「ＤＥ」）に関する「日付順の」用語に表現することができる−つまり電子なだれの前か、または後かを表すような表現に。
さらに、物理的な用語においてＤＥの検知能力の量を計ることができることは有用である。
この点では、「放電マージン」（「ＤＭ」）電圧として知られている「生の」プラズマパネル参照値は、プラズマパネル感度を向上させるのに役立つ。ＤＭ電圧はＰＰセンサーの検知距離感度に相互に関連する。特に、ＤＭ電圧が大きければ大きいほど、ＰＰデバイスの与えられた放射能源に関する感度（あるいは検知距離）大きくなる。放電、回復速度（マイクロセカンドで）、製造原価および収集効能は、本発明の実施例の最適化に関連する他の要因である。
【００８８】
図８は、本発明による一実施例における図７の回路に付けられている検知現象処理回路を例証するブロック図である。より詳細に以下に議論される検知現象処理回路は時間押印ＤＥＸ９０および時間押印ＤＥＹ９１、感度コントロール９２、ＤＥＸＹ生成回路９４、画像化機能９５、カメラ９６および外部コンピューティング・システム９７を含む。
【００８９】
１つの実施例では、図７および８に示される、電子検知回路は、電子なだれ現象の前と最中と後に関連する。電源８０は電子なだれの前に電気的検知メカニズムにバイアスをかける。検知エレクトロニクス（例えばＤＥＸパルス検出部８３およびＤＥＹパルス検出部８５）は電子なだれの最中に動作する検知メカニズムを提供する。ＤＥ処理回路（例えばＤＥＸ９０、ＤＥＹ９１、感度コントロール９２、ＤＥＸＹ生成回路９４、画像化機能９５、カメラ９６および外部コンピューティング・システム９７）は、電子なだれ後に動作する検知メカニズムを提供する。
【００９０】
１つの実施例における電源８０はプラズマパネルへの電源で、ＤＣのプラズマパネルの横にあるＸ電極に接続される出力を有する。ＡＣプラズマパネルがある実施例では、電源８０から少なくとも１つの「Ｘ」出力と、１つの「Ｙ」出力が存在する。１つの実施例では、電源８０は、個々の電極に接続される個別の出力と同じ回路を複数あるいはグループの電極としてインプリメントすることができる。１つの実施例では、電源８０は下記に述べられるＤＥ処理システムの管理の下で調整可能である。
【００９１】
議論したように、ＤＥはガンマ線（あるいは、粒子をイオン化して）検知現象と等しい。したがって、次の記法は本発明の実施例について記述するのに使用されてもよい：
ＤＥ＝放電現象＝検知されたガンマ線、ＤＥＸ＝プラズマパネルのＸ軸（出力列電極）で検知されたＤＥ、  
ＤＥＹ＝プラズマパネルのＹ軸（つまり出力列電極）において感知されたＤＥ
ＤＥＸＹ＝ラズマパネルのＸ−Ｙピクセル位置で感知されたＤＥ
【００９２】
記述したように、本発明の実施例では、ＤＥは、電極を気化させることができる暴走電流ができる前に、放電を遮断する対抗インピーダンス素子による自己制御式である。１つの実施例における「対抗インピーダンス素子」は図７のインピーダンス素子８２およびインピーダンス素子８７である。それはＤＣのプラズマパネルの場合には抵抗性のインピーダンス素子でよい。ＤＥが生じる場合は常に、電極およびそれらの関連するインピーダンス素子を通って流れる電流は、放電を終結させるインピーダンス素子にわたって電圧降下を引き起こす。ＤＥの電流通路においてインピーダンス素子を横切った瞬間の電圧降下は、図７に示されるＤＥＸとＤＥＹのパルス検出部８３および８５によって感知される。
【００９３】
図８に示すとおり、ＤＥＸパルス検出器８３とＤＥＸＹパルス検出器８５の出力は、マスタークロックを参照して各々の現象に時間押印する同期回路に接続される。したがって、同じタイムスタンプを備えたＤＥＸとＤＥＹの現象はＤＥＸＹ生成回路９４においてＤＥＸＹを定義し格納するために組み合わせられる。ＤＥＸＹ生成回路９４は、電源８０とＤＥＸおよびＤＥＹパルス検出器８３および８５にフィードバック情報を提供する感度コントロール回路９２に情報を提供する。フィードバック制御はリアルタイム・インピーダンス調節および最適化を目的としてインプリメントされてもよい。ＤＥ処理システムは、ＸとＹのインピーダンス、電源（ＡＣもＤＣも）、駆動波形、パルス検出器、プラズマパネルの構成および材料選択のほとんどすべての面に関する統合設計最適化を要求する緊密にリンクしたシステムである。本発明の実施例に従うＤＥ回路類処理システムは、さらに画像化機能９５に連続するＤＥＸＹフレームあるいは「画像」の流れを供給する。マスタークロックは、時々連続的に、また同時、そして背中合わせに生じるＤＥを捕らえるほど高速度で、動作するようにしてあるので  既知の加工方法を使用して、データが適切にろ過し、かつ／または、圧縮する必要があるかもしれない大量の生データを生成することができるようになっている。１つの実施例では、標準の商用ゲート・アレイ、メモリー・チップおよび他のＩＣコンポーネントはＤＥ処理必要条件を満たすためにインプリメントされる。
【００９４】
１つの実施例では、カメラ９６は様々な機能を行うためにＤＥ処理に含まれている。最初に、プラズマパネルの１つの側に光学上明瞭な放電位置がある場合、カメラ９６は直接ＤＥＸＹを捕らえるために使用されてもよい。カメラ９６は、感度コントロール９２、ＤＥＸＹ生成回路９４および画像化機能９５と同期される。別の実施例では、２番目のカメラ機能は電極パスにおける電流からのフォトダイオード（つまりＬＥＤ）点滅を捕らえるために使用されてもよい。この実施例では、フォトダイオードは、カメラがＤＥＸおよびＤＥＹ「画像」として捕らえるパルスを明るくするために放電電流を変形し、それは、さらに、ＤＥＸＹ生成回路９４および画像化機能９５に同期され処理される。
【００９５】
図８に示すように、１つの実施例では、ＤＥ処理システムはＤＥＸＹ生成回路９４からの連続するＤＥＸＹフレームか「画像」の流れを画像化機能９５へ供給する。１つの実施例では、ＤＥＸＹフレームはプロトコルに翻訳され、既知の処理技術を使用して、外部コンピューターシステム９７によって容易に接続され処理することができるスキームを転送する。
双方向バスかネットワーク機能は、図８の中の「同期リンク」として示された４先端部の矢構造によって表わされる。
積み重ねられたＰＰＳ装置
【００９６】
上記で議論されたように、システムあるいはグローバル効率は、通常は、より適切なパラメーターであるが、多くの材料要素の価値を評価する重要な数字は、固有の装置効率である。以前に議論されたように、基礎的なＰＰＳ装置の最適化は変換プレート／層の最適化に大部分依存する。例えば、変換層が厚ければ厚いほど、より大きな、放射線吸収（それは都合のよいことである）が実現されるが、自由電子輸送距離は短くなる。（つまり、生成された自由電子のガス相への到達の可能性はより低くなる（それは不都合なことである））。最適のバランスはどうであれ、特定用途に対して、これら２つの機能が反対方向に移動するので、吸収と電子伝達の間に妥協が常に存在する。しかしながら、能率バーは、パラダイム・シフトに本質的になるシステムデザイン実施例の引用により著しく上げることができる。すなわち、ＰＰＳ装置は、その薄い平面パネル構造のために、他方の上にＰＰＳ装置を垂直に積み重ねることが出来る。それはシステム設計者に新しい自由度を提供する。その結果、ＰＰＳ装置の変換プレート最適化バランスは、より薄い変換層（つまりより少ない吸収）の使用に向けてシフトし、各プレート／層は、個々に電子伝達を向上させており、互いの上に垂直により多くの装置を積み重ねることにより、縮小された電子吸収を実現している。図９は垂直に積み重ねられたＰＰＳ構成１００の透視図である。
ＰＰＳ装置がそれぞれコストにおいて個々に非常に低いので、この解法はたやすく手頃である。さらに、この垂直のスタックの概念は次のものを含めて、以前に議論されたＰＰＳ構造のすべてに当てはまる：入射光子とニュートロンのＰＰＳ検知器、ＡＣとＤＣの構造、円柱放電および表面放電の構成など。最後に、ほとんどの特性に対して、垂直の積重ねに関連した余分な自由度は、様々な革新的なハイブリッド構造を可能にする。例としてはつぎのようなものがある：異なるスペクトル反応に最適化した装置を互いの上に設置する、互いの上の異なる２重のレベル・プラトー構造、異なるピクセル分解能装置の積重ね、表面放電装置を備えた円柱放電の混合、あるいは中性子検出器などを備えたガンマ線感知器など。
さらに、図９は、単一体で積み重ねられたＰＰＳ構成１１０の本発明の別の実施例の透視図などである。この実施例では、垂直の積み重ねが単一体であり、第１の装置の、裏の基板が第２の装置の正面の基板として役立つようになっている。
本発明の実施例の追加詳細
【００９７】
上に議論された本発明の実施例、そして以下に、動くプラットフォーム（例えば図５および６）に隠された放射性物質を検知するようなセキュリティ応用に特化すると共に光子と粒子放射線をイオン化する効率的で廉価な検知を目的として構成される。図１に示される実施例は恐らく、応用の種類、および組立てでの最低のコストという点からもっとも普遍的である。最大の装置効率については、図９に示される、２つの積み重ねられたＰＰＳ構成は最も高いパフォーマンスを提供する。しかし、アイソトープ（同位体）識別については、図３および４に示す実施例は、スペクトル分解能の点から最も優れた選択肢を提供する。しかしながら、総合体系設計の点では、図５に示される、タイル張構造のＰＰＳ配列配置は、柔軟性、性能およびシステム価値の最も大きなレベルを提示する。
【００９８】
装置動作電圧に関して、本発明の実施例によるＰＰＳ放射線検出装置として機能するためにプラズマパネルを設計する際に、放電電極全体への印加電圧は、いわゆる正常なディスプレイ動作電圧で、あるいはその動作電圧より高くにセットするのがよい。なぜなら、本質的にパネル能動態のエリアを含むガス空隙容積内に起爆準備用電子は存在しないからである。いわゆる正常なディスプレイ動作電圧より上の良く整ったＤＣの電位で放電電極を維持することによって、放射線の生起により、自由電子がパネル・ガス放電スペースに入ることによって局所的な放電現象（つまり電子なだれ）を生成する際に、ピクセルはそれぞれ、ほとんど瞬間的に反応することができるにすることができる。しかしながら、内部起爆剤用電子（「正常な」ディスプレイ動作電圧より上に装置動作電圧を上げること）の除去には、内部壁電荷が除去されるか少なくとも非常に低レベルにまで最小化されることが本質的に必要である。これは、恐らく様々な発明実施例に関して、放射線検出装置としてＰＰＳパフォーマンスを全体として最大限にするために単一で最も重要なデザイン面の配慮である。ここに（１つまり図１−４）示されたプラズマパネル・センサー・ヘッドの実施例はすべて、電極表面上に存在する誘電体材料を除去することによって、この目標を達成する。次に、アンダー層（誘電体層）をわずかに伝導性にし、これを適切にバイアスされた導体に直接接続することで迅速にまた効率的に残留電荷を流すことにより、物理的に表面の電極をサポートする該誘電体層に格納された任意の、残留電荷を「放血する」するものである。
【００９９】
様々な示された実施例の実際的な構築の点では、プラズマパネル組立てに関係のある利用可能な膨大な量の公の情報がある。発明を制限せずに、ＰＰＳ材料選択、装置構成、プロセス組立ておよびパフォーマンス最適化に関連した少数のより基礎的な様相については、以下に述べる。
【０１００】
第１の（正面）基板：
これはプラズマパネルの入力側で、入射放射線が入るところである。
この基板は、ガラスか金属素材、あるいは  外部のより厚いガラス基板にサポートされた内部の表面上の薄い金属シートかフォイルのようなガラス‐メタル・ラミネート、またはメタル‐メタル・ラミネートとすることができる。入射放射ソースに面する上部または外側表面は滑らかにするか、あるいはパターン化することができる。後者の場合は、パターンは、図３および４に示される溝が彫られたリブのパターンのような３次元の構造とすることができる。パターン化された上面が使用される場合、パタニングは次のものを含む任意の適切なプロセスによって遂行することができる：鋳造、プレス、エッチング、機械加工など。  底、あるいは放電電極とガスに面する表面の内部は、各放電セルに対して一定の電圧特性を達成することができるように一般に、できるだけ滑らかであるべきである。しかしながら、表面の放電の構成（ＳＤ−ＰＰＳ）については、内部のガスに面するリブ構造に利点がある。もし基板がガラスで作られているならば、２つの最も見込みのある材料はガラス、２．８ｍｍ（厚さ）の朝日ＰＤ２００（登録商標）で、プラズマ・ディスプレイ用に開発されたガラスであり、もう一つは０．５ｍｍのコーニング・イーグル２０００（登録商標）である。それは、低Ｚ、低密度、液晶ディスプレイに対して開発されたボロ−アルミノシリケートガラスある。しかしながら、商用ディスプレイ・ガラス基板は厚さで縮小され続けており、また、これは、ある応用では優位に立つかもしれない。２つのうち、製品上に、２０ｋｅＶγ線のような低エネルギーのイオン化する光子への最も広い温度範囲および最も高い透明度を備えたものは、０．５ｍｍコーニング・イーグル２０００（登録商標）である。したがって、これは、低エネルギーの放射への最大の感度を備えたＰＰＳの好ましい基板になる。中程度のエネルギー光子については、選択はＰＤ２０００ガラスである；  一方、２ＭｅＶγ線のような高エネルギーのイオン化光子用だが、基板選択はタングステン合金がよい。
低速中性子検知については、好ましい基板についてはガドリニウム合金である。一般に、正面の基板によって伝播を最大限にし、機械的な負荷を最小化し、正面および裏面基板を同一の材料構成および厚さで、また、営利上利用可能で適切である最も薄い材料から作成することは利点があり、また平面パネル処理にも適している。
【０１０１】
第２の（裏面）基板：
これは、ＰＰＳによって減衰ない入射放射線が出力される出力側のプラズマパネルである。
図９の積み重ね１００のように、垂直に積み重ねられたモジュール構成においては、上部ＰＰＳの裏面基板が、つぎの低い位置のＰＰＳの正面基板に面している。しかし、図９の構造１１０のような単一体の積み重ねられた構造においては、基板上部ＰＰＳの裏面基板はつぎの低いＰＰＳの正面基板として役目を果たし、ガラスは絶縁物なので、ガラス基板の使用はそのような単一体の装置における単純化された電気的な分離を可能とする。一般に、裏面基板は正面の基板と同一の材料構成であるべきである。しかし、そうでなければ、それは、不適当な熱応力および装置の反りを回避するために、同様の線形の熱膨張率を所有しているべきである。正面の基板と異なり、裏面基板の底／後部側はパターン化された構造を所有する必要はない。
【０１０２】
変換層／プレート：
本発明の１つの特徴は、光子（例えばガンマ線）および（または）粒子（例えば低速中性子と高速中性子）放射線を、自由電子に変換するための最適化された変換層／プレートの使用である。この自由電子はＰＰＳ構造を成功裡に伝播し、ガス容積に到達し局所的な画素電子なだれを始めるものである。この電子なだれは空間的に検知され、デジタル的にカウントされ、映像化され、さらには分光的に解析されるものである。多数の変換層構成、オプション、構造、形状および材料は、様々な放射線検知応用（図１−４を参照）に対してここに記述されており、同様に個々のＰＰＳ装置とシステム設計との両方の特定の最適化戦略点から議論した（図５および９を参照）。
【０１０３】
電極回路：
一定の電圧ピクセル特性を増強するために、電極は一般的に、できるだけ滑らかで均一であるべきであり、それはスパッタリングのような薄膜処理による組立てが向いている。
実際の工法はその名称とは関係せず、また、Ｘ電極、あるいはＹ電極、ならび、行、あるいは列電極などの用語は任意であり、本発明に制限されるものではない。例えば、方位および図１−４の中の方角ではＸ電極およびＹ電極を逆にすることができる。また、図１および２の中の構造は同様にひっくり返すことができる。その結果、逆に底基板はトップにすることも可能である。図１−４については、電極駆動回路はできれば１本の抵抗器を介してＸ電極およびＹ電極にわたってよく調整されて安定したＤＣ（あるいはＡＣ）電圧源と同じくらい単純なものでよい。しかしながら、高機能を達成するために、ほとんどの応用は、恐らく下に示されるような電子回路に対する追加の考慮をするのがよい。例えば、図２では、放電を局地化することができるように、Ｘ電極およびＹ電極は隣接する部分でペアにするのがよい。図１−４では、電流は駆動回路の中への両方の電極において流れる。それはさらに電流（あるいはインピーダンスにわたって電圧降する）センサーとして役立てもよい。したがって、電極それぞれにそれ自身の駆動回路がある場合、初期の放電のＸＹ「位置」は容易に決定することができる。
【０１０４】
前述の抵抗器かリアクタンスは電子なだれ現象中の電流の流れを制限し効果的に電子なだれパラメーターをコントロールする。それは、ガスおよび電極材料、および形状のような他のパネル・パラメーターと共に抵抗（あるいはインピーダンス素子）の機能である。電極は、希望の電子なだれ特性を達成するために個別の抵抗器（あるいはインピーダンス素子）によって電気的に分離され駆動されるグループへパターン化される必要がある。あるいは、適切に抑制された電子なだれ形成のために、電極がそれぞれ抵抗器あるいは他のインピーダンス素子を持ってもよい。実際、個々の放電セルはそれぞれ、図５の回路５２ごとに処理することができる電流感知を提供するためにそれ自身の抵抗器あるいはインピーダンス素子を所有することができた。
【０１０５】
以前に議論したように、ガスに面する絶縁表面はプラズマパネル装置感度および入射電離放射線に対する反応を禁じる電荷を引きつけて格納するようにしてもよい。使用されたいかなるスペーサー（あるいはスペーサー障壁）あるいは誘電体層は、バイアス電圧を加える必要のある部分的に伝導性を持たせる構造として、実現するようにしてもよい。障壁に沿って電荷を削除するために、バイアス電圧は、タイミング方式で加えられ、電子なだれが検知されたあとに印加されるように同期化されるようにしてもよい。
【０１０６】
スペーサー：
図１０に示すように２つの型のスペーサーがある：周辺と内部である。
周辺（あるいは周囲）スペーサーは長く（つまり長さで数インチ）、ちょうどシール面の内部でパネル周囲に接近して位置する。周辺のスペーサーは、主として適切なパネル・ガス空隙を維持するようにシール厚さを保持することに対して使用される。内部スペーサーはパネル能動放電領域内に置かれ、また長さは通常、はるかに短いが、（つまり、数ピクセル分相当）、スペーサー障壁リブ構造（図示せず）においては、行あるいは列の電極と同じくらい長くすることもできる。一般に、内部スペーサーは、一定のパネル・ガス空隙を保持する点では構造の完全性を維持するのにちょうど十分な程度に、ほんの少数の必要な位置で控え目に適用される傾向がある。また小さなパネル・サイズ、あるいは内部ガス圧力が外部周囲圧力に非常に接近している中規模パネルではまったく必要でないかもしれない。表面放電の構成（例えばＳＤ−ＰＰＳおよびＤＳＤ−ＰＰＳ）については、一定のガス空隙の維持がそれほど重要でないので、内部スペーサーの必要性は少ない。
しかしながら、表面の排出構造の中のインチオーダーのガス空隙を達成するために、画像フレーム、周囲スペーサー／シール配置（あるいは他のそのような同様の構成）の使用が必要である（図１０を参照）。画像フレーム・スペーサー・プリフォームを伝導性にすることは格納された電荷に関連した問題を最小化するが、画像フレーム・スペーサー・プリフォームはそれ自身任意の材料で作ることができる。最後に、障壁リブ型構造では、スペーサーリブは内部スペーサー、および放電の両方を広げる障害として働く。障壁リブが壁電荷の貯蔵を回避するために、セル表面上でトラップされる傾向がある格納された電荷を「放血する」するために、部分的に伝導性すべきである。
【０１０７】
ガス：
２つの基板の間、「空隙」、あるいは空間、の部分は、先に議論したとおり、適切な圧力の適切なガス混合で満たされる。ＰＤＰを密閉するために使用される標準方法は上記の２つの基板をともに（以下を参照）密閉するために使用され、それにより、ガスを含むための室を形成する。ガスは、電子なだれ抑制剤を備えた混合物：９８％Ｘｅ／２％Ｏ２  が一般的である。スペーサー障壁が使用される場合、適切なガス分布とするようにそれらを構成しなければならない。中規模ＰＰＳデバイスにおいて内部スペーサーの使用のない一定のガス空隙を維持するために、ガス充填圧力は７００トルの周囲圧力に等しくあるいは、非常に接近して設定すべきである。本発明の範囲外のいくつかの機械的な手段でこれらを実現する方法もありうる。
【０１０８】
シーリング：
プラズマパネル・シールは、圧力と機械的ストレスの下の長期的に、ガスが漏れず、気密障壁を維持しなければならない。シールはさらに図１０に示されるようなガス交換ポート・メカニズムを含んでいなければならないし、パネルにおいて適切なガス空隙をセットすることと調和していなければならない。一般に、商用ＰＤＰに対して使用されたシール技術は、ＰＰＳデバイスの組立てにおいて使用される。
【０１０９】
図１０は、上記の記述された、バックプレート基板１２０の上に形成される、画像フレーム型、スペーサー・シール配置された一実施例を示し、それは、典型的なＰＤＰにおいて使用されるシールと著しく異なるものである。バックプレート１２０はガス排出口と充填穴部１２４、内部スペーサー１２２、周辺のスペーサー１２８およびシール１２６を含んでいる。シール１２６は、正面と裏面基板の間のシール材料１２７および画像フレーム・スペーサー１２９を含んでいる。ほとんどの実施例では、画像フレーム・スペーサー・シール、周辺のスペーサーおよび内部スペーサーはすべて、パネル全体にわたって一定のガス空隙を維持するために同じの高さとなっている。図１０に示すシール配置は、主として非常に大きなガス空隙向けのもので、それは、ＳＤ−ＰＰＳおよびＤＳＤ−ＰＰＳ構成での使用向けで、空隙がＧＭ管（例えば１−１０ｍｍ）のオーダーである場合採用されるものである。この配列では、シール材料は、図１０に示されるような画像フレーム平坦面の上と、平坦面の下に連続的な層として覆われるか、または玉縁される。
【０１１０】
記述されるように、本発明の実施例は、比較的低価格で製造することができるプラズマパネルに基づいた探知装置を形成するために検知エレクトロニクスと共に機能するプラズマパネル構造を利用するものである。
本発明の多くの実施例は特に例証され、かつ、またはここに記述した。しかしながら、本発明の修正および変形は上記の教示と意図から逸脱することなく、上記の教示および添付された請求項の範囲とでカバーされると認識される。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、プラズマパネルに基づいた放射線探知装置に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の一実施例で用いる円柱放電のプラズマパネル放射線センサーの透視図である。
【図２】表面放電（本発明の一実施例によるプラズマパネル放射線センサー）の透視図である。
【図３】本発明の一実施例で用いる２重のレベル、単一の電極、ミクロンレベルに細分化された円柱放電のプラズマパネル放射線センサー・デバイス用の前面基板の透視図である。
【図４】本発明の一実施例で用いる２重のレベル、マルチ電極、ミクロンレベルに細分化された円柱放電のプラズマパネル放射線センサー・デバイス用の前面基板の透視図である。
【図５】本発明の一実施例に従ってプラズマパネル放射線センサーモジュールをタイル状に張った配列システムの一例のブロック図である。
【図６】本発明の一実施例に従ってリンクしたプラズマパネル放射線センサー・ローカル・エリア・ネットワーク検出システムの一例を示したものである。
【図７】電気的に放電位置を感知ための本発明の一実施例に従ってプラズマパネル放射線センサーの画素重心を確定する、２つの電流方向のある電極（ＸとＹ）に付随された回路を図示するブロック図である。
【図８】本発明の一実施例に従って図７の回路に付随されている検知現象処理回路を図示するブロック図である。
【図９】本発明の２つの実施例で用いる２つの垂直に積み重ねられたプラズマパネル放射線センサー構成の透視図である。
【図１０】本発明の一実施例に従う画像フレームタイプのスペーサー・シール配置を図示する。
【符号の説明】
【０１１３】
１２    第１の基板（正面）
１４    第２の基板（背面）
１６    Ｘ電極（列）
１７    Ｙ電極（行）
１８    ガス空間（さらに放電空間）
１９    第１の変換層
２０    第２の変換層
２１    第１の誘電体層
２２    第２の誘電体層
２３    第３の変換層
２４    第４の変換層
３１    変換層
３２    ガス空間
３３    放電空隙
３４    第１の基板（正面）
３５    誘電体層
３６    第２の基板（背面）
３７    Ｙ電極（行）
３８    Ｘ電極（列）
３９    画素空間
４２    Ｘ電極（列）
４４    誘電体層
４９    ２レベル・プラトー変換プレート
５０    センサー・コンパイラーへのリンク
５１    ローカルデータ収集と処理装置
５４    タイル張りのＰＰＳモジュール配列
５６    ２レベルのＰＰＳモジュール
５７    センサー・コンパイラー
５８    検知器プロセッサ
６２    複合の要素のＸ電極構造（列）
６４    誘電体層
６９    ２レベルのプラトー変換プレート
７２    分散型電源（グリッドあるいは太陽ーＰＶ）
８０    電源
８１    Ｘ駆動
８２    電流制限インピーダンス
８３    ＤＥＸパルス検出部
８４    プラズマパネル吸い込み電流
８５    ＤＥＹパルス検出部
８６    Ｙ駆動
８７    電流制限インピーダンス
９０    時間押印ＤＥＸ
９１    時間押印ＤＥＹ
９２    感度コントロール
９４    ＤＥＸＹ形成
９６    カメラ
９５    イメージ機能
９７    外部コンピューティング・システム
１２０  基板プレート
１２２  内部スペーサー＊＊
１２４  ガス排出口と埋め込み穴部
１２６  シール＊
１２７  シール材料
１２８  周辺スペーサー
１２９  画像フレーム・スペーサー
【図１】
2008546999.tif 000003
【図２】
2008546999.tif 000004
【図３】
2008546999.tif 000005
【図４】
2008546999.tif 000006
【図５】
2008546999.tif 000007
【図６】
2008546999.tif 000008
【図７】
2008546999.tif 000009
【図８】
2008546999.tif 000010
【図９】
2008546999.tif 000011
【図１０】
2008546999.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月17日(2008.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板と略平行で、前記第１の基板との間で空隙を形成している第２の基板と、
前記空隙内に含まれるガスと、
前記第２の基板に接続された第１の電極と、
前記第１の電極に電気的接続された第２の電極と、
前記第１の電極に接続された第１のインピーダンス素子と、
前記第２の電極に接続された第２のインピーダンス素子と、
前記電極の少なくとも１つに接続された電源と、
前記第１のインピーダンス素子に接続された第１の放電現象検出器と、
前記第２のインピーダンス素子に接続された第２の放電現象検知器と、
複数の画素と、
ガス放電パルスが前記画素から出力されたことを検出し、各ガス放電パルスを個別の現象として計数するための回路と、
を備える電離放射線計数検知器であって、
前記複数の画素のそれぞれは、電離放射線との相互作用でガス放電パルスを出力可能であり、
各ガス放電パルスは互いにほぼ等価であることを特徴とする電離放射線計数検知器。
【請求項２】
前記各画素を定義するために、前記第１の電極および前記第２の電極は電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項３】
前記第１の電極はＸ電極、前記第２の電極はＹ電極であることを特徴とする請求項２に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項４】
さらに、前記第１の電極に接続された第１の駆動回路と、前記第２の電極に接続された第２の駆動回路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項５】
さらに、前記第１の放電現象検出器および前記第２の放電現象検出器によって検知された放電現象をタイムスタンプする、前記第１の放電現象検出器および前記第２の放電現象検出器に接続されたタイムスタンプ回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項６】
前記第１の放電現象検出器および前記第２の放電現象検出器によって検知された、略同時に発生した連結した放電現象の格納のために、前記タイムスタンプ回路に接続された放電現象データ保存装置をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項７】
前記電源と前記第１および第２の放電現象検出器にフィードバック情報を提供するために、前記放電現象データ保存装置に接続された感度コントロールをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項８】
前記第１の基板に接続された変換層をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項９】
前記第１の基板を前記第２の基板に接続するための密閉シールと、前記空隙を規定する周端部スペーサーと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１０】
前記第２の電極は前記第１の基板に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１１】
前記第２の電極は前記第２の基板に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１２】
前記第１と第２電極間でのガス放電は表面放電形状であることを特徴とする請求項１１に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１３】
前記第１と第２基板間で、かつ第１と第２電極の交点でのガス放電は円柱放電形状であることを特徴とする請求項１０に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１４】
第１の基板と、
前記第１の基板上の変換材料と、
前記第１の基板と略平行で、前記第１の基板のガス空隙を形成している第２の基板と、
第１の電極と、
前記第１の電極とともに少なくとも一つの画素を形成する第２の電極と、
前記第１の電極に接続された第１のインピーダンス素子と、
前記第２の電極に接続された第２のインピーダンス素子と、
前記電極の少なくとも１つに接続された電源と、
前記第１の電極のガス放電検出現象を検出するために前記第１のインピーダンス素子に接続された第１の回路と、
前記第２の電極のガス放電検出現象を検出するために前記第２のインピーダンス素子に接続された第２の回路と、
複数の画素と、
を備える電離放射線計数検知器であって、
前記複数の画素のそれぞれは、電離放射線との相互作用でガス放電パルスを出力可能であり、
各ガス放電パルスは互いにほぼ等価であり、
前記第１の電極および前記第２の電極が、ガス放電パルスが前記画素から出力されたことを検出し、各ガス放電パルスを個別の現象として計数できるようになっていることを特徴とする電離放射線計数検知器。
【請求項１５】
前記第１の基板と連結された誘電体層をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１６】
前記第１の電極はＸ電極、前記第２の電極がＹ電極であることを特徴とする請求項１４に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１７】
前記第１の電極に接続された第１の駆動回路と、前記第２の電極に接続された第２の駆動回路と、をさらに含むこと特徴とする請求項１４に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項１８】
前記第１の回路および前記第２の回路に接続され、前記第１の回路および前記第２の回路によって検知された電離粒子検出現象をタイムスタンプするタイムスタンプ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の電離放射線計数検出器。
【請求項１９】
前記画素はガス放電現象によって形成されることを特徴とする請求項１４に記載の電離放射線計数検知器。
【請求項２０】
ガス放電現象の計数に基づく電離放射線の検出方法であって、該方法は、
第２の基板を有するプラズマパネルの第１の基板で電離放射線を受信する工程と、
受信した電離放射線に応答して、前記第１の基板に接続される変換層内で少なくとも１つの自由電子を生成する工程と、
前記自由電子の生成によって、前記変換層から、前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間内に含まれるガス中に、電子を放出する工程と、
プラズマパネルのピクセル部でガス放電現象を引き起こす工程と、
第１の電極に接続した第１のパルス検出部および第２の電極に接続した第２のパルス検出部で、複数の前記現象を検出する工程と、を含み、
前記各現象は、ほぼ等価として計数されることを特徴とする電離放射線の検出方法。
【国際調査報告】
2008546999.tif 000013
2008546999.tif 000014