(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁部材の第１面に配置された、開口部を有する第１電極と、
前記第１電極の前記開口部に配置された第２電極と、を有するピクセル電極を複数備え、複数の前記ピクセル電極は、行方向及び列方向に配列され、
前記行方向及び列方向において、前記ピクセル電極のピッチが２００μｍ以上３８０μｍ以下であり、
前記第１電極と前記第２電極の面積比率が１４．５：１から１５４．６：１の範囲であり、
前記第１電極と前記第２電極間に印加される電圧は４１１Ｖ以上４８２Ｖ以下であることを特徴とする放射線検出素子。
【請求項２】
前記ピクセル電極のピッチが２００μｍより大きく３００μｍ以下で、前記第１電極と前記第２電極の面積比率が１５．９：１から６９．１：１の範囲であり、
前記第１電極と前記第２電極間に印加される電圧は４４０Ｖ以上４８０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出素子。
【請求項３】
前記ピクセル電極のピッチが２００μｍで、前記第１電極と前記第２電極の面積比率が１４．５：１から２１．７：１の範囲であり、
前記第１電極と前記第２電極間に印加される電圧は４７５Ｖ以上４８２Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出素子。
【請求項４】
絶縁部材の第１面に配置された、開口部を有する第１電極と、
前記第１電極の前記開口部に配置された第２電極と、を有するピクセル電極を複数備え、複数の前記ピクセル電極は、行方向及び列方向に配列され、
前記行方向及び列方向において、前記ピクセル電極のピッチが２００μｍ以上３８０μｍ以下であり、
Ｐはピクセル電極のピッチ、Ｃは第１電極同士の間隔、Ｒは第２電極の半径、Ｇは第１電極と第２電極との間隔としたときに、２００（μｍ）≦Ｐ≦３８０（μｍ）、１０（μｍ）≦Ｃ、１５（μｍ）≦Ｒ、７０（μｍ）≦Ｇを満たし、
前記第１電極と前記第２電極の面積比率が１４．５：１から[（Ｐ−Ｃ）Ｐ-(Ｒ＋Ｇ)2×
３．１４]／（３．１４×Ｒ2）：１の範囲であり、
前記第１電極と前記第２電極間に印加される電圧は４１１Ｖ以上４８２Ｖ以下であることを特徴とする放射線検出素子。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載された前記放射線検出素子を備える放射線検出装置。
【請求項６】
分解能が９５μｍ以下であって、ガス増幅率２０００以上であることを特徴とする請求項５に記載の放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出素子及び放射線検出装置に関する。特に、放射線検出素子を構成するピクセル電極の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器の研究が進められている。ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出装置は、従来の検出装置による放射線検出では不十分であった検出領域、特に、画像イメージングにおいて、大面積かつリアルタイムイメージングができるという特徴がある。
【０００３】
ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出装置の構造に関しては、例えば、特許文献１を参照することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３５４５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のピクセル型電極による放射線検出装置においては、分解能を改善するためにピクセル電極のピッチを小さく配置すると、ガス増幅率が低下することが問題となっていた。
【０００６】
そこで本発明は、放射線検出素子において、ガス増幅率が低下することなく、分解能を向上させることを目的の一つとする。また、本発明は、ガス増幅率が低下することなく、分解能を向上させた放射線検出装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によると、絶縁部材の第１面に配置された開口部を有する第１電極と、第１電極の開口部に配置された第２電極と、を有するピクセル電極を複数備え、複数のピクセル電極は行方向及び列方向に配列され、行方向及び列方向において、ピクセル電極のピッチが３８０μｍ以下であり、第１電極と第２電極の面積比率が１４．５：１から１５４．６：１の範囲であることを特徴とする放射線検出素子が提供される。
【０００８】
ピクセル電極は、ピッチが３００μｍ以下で、第１電極と第２電極の面積比率が１５．９：１から６９．１：１の範囲であってもよい。
【０００９】
ピクセル電極は、ピッチが２００μｍで、第１電極と第２電極の面積比率が１４．５：１から２１．７：１の範囲であってもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態によると、絶縁部材の第１面に配置された開口部を有する第１電極と、第１電極の開口部に配置された第２電極と、を有するピクセル電極を複数備え、複数のピクセル電極は行方向及び列方向に配列され、行方向及び列方向において、ピクセル電極のピッチが３８０μｍ以下であり、Ｐはピクセル電極のピッチ、Ｃは第１電極同士の間隔、Ｒは第２電極の半径、Ｇは第１電極と第２電極との間隔としたときに、２００（μｍ）≦Ｐ≦３８０（μｍ）、１０（μｍ）≦Ｃ、３０（μｍ）≦Ｒを満たし、第１電極と第２電極の面積比率が１４．５：１から[（Ｐ−Ｃ）Ｐ-(Ｒ＋Ｇ)2×３．１４]／（３．１４×Ｒ2）：１の範囲であることを特徴とする放射線検出素子が提供される。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る放射線検出装置は、前記放射線検出素子を備えてもよい。
【００１２】
放射線検出装置は、分解能が９５μｍ以下であって、ガス増幅率２０００以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一実施形態によると、ガス増幅率が低下することなく、分解能を向上させた放射線検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る放射線検出素子を備える放射線検出装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る放射線検出素子を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図３】本発明の一実施形態に係る放射線検出装置の放射線検出原理を示す模式図である。
【図４】シミュレーション１におけるガス増幅率とピクセル電極のピッチの関係を示すグラフである。
【図５】ピクセル電極周辺の電位分布をシミュレーションにより求めた結果を示し、（Ａ）はピクセル電極のピッチが２８０μｍの場合、（Ｂ）は３１０μｍの場合、（Ｃ）は３６０μｍの場合、（Ｄ）は４００μｍの場合をそれぞれ示す。
【図６】シミュレーション２におけるガス増幅率とピクセル電極のピッチの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係る放射線検出素子を用いた放射線検出装置の一例を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例２に係る放射線検出素子を用いた放射線検出装置の一例を示す平面図である。
【図９】比較例１に係る放射線検出素子を用いた放射線検出装置の一例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
【図１０】比較例２に係る放射線検出素子を用いた放射線検出装置の一例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）である。
【図１１】アノード電極の面積に対するカソード電極の面積の比と、ピクセル電極のピッチの関係を示すグラフである。
【図１２】アノード電極の面積に対するカソード電極の面積の比と、ピクセル電極のピッチの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の放射線検出素子及び放射線検出装置について詳細に説明する。なお、本発明の放射線検出素子及び放射線検出装置は以下の実施形態に限定されることはなく、種々の変形を行ない実施することが可能である。全ての実施形態においては、同じ構成要素には同一符号を付して説明する。また、図面の寸法比率は説明の都合上、実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。
【００１６】
［放射線検出装置の概要］
図１および図２を用いて、本発明の一実施形態に係る放射線検出素子１０及び放射線検出装置１００の構造の概要を説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る放射線検出素子１０は、絶縁部材１０２、カソード電極１０４、アノード電極１０６、アノード電極パターン１０８及び基板１３０を有している。
【００１８】
図２は本発明の一実施形態に係る放射線検出素子１０を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。図２（Ｂ）には、放射線検出素子１０の平面図を示し、図２（Ａ）には図２（Ｂ）のＡ−Ａ’線における断面図を示している。図２に示すように、カソード電極１０４は、絶縁部材１０２の第１面に複数配置されている。カソード電極１０４は、複数の開口部１０５を有している。カソード電極１０４は、ストリップ状に形成されているので、カソードストリップ電極ともいう。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態においては、アノード電極パターン１０８は、絶縁部材１０２の第１面の反対側の第２面に配置される。絶縁部材１０２はカソード電極１０４の開口部１０５に貫通孔を備え、アノード電極１０６が貫通孔を介して第１面に露出するよう配置される。アノード電極１０６は、絶縁部材１０２の第１面から反対側の第２面まで絶縁部材１０２を貫通し、アノード電極パターン１０８と接続する。言い換えると、アノード電極１０６は、絶縁部材からなる基板１３０の上に配置されたアノード電極パターン１０８と接続し、絶縁部材１０２を貫通するように配置される。本実施形態においては、アノード電極１０６は、開口部１０５のそれぞれにおいて先端が露出している形状を有しているが、開口部１０５のそれぞれにおいて先端が露出しないような形状（先端が絶縁部材１０２の上面と概略一致する形状、又は先端が絶縁部材１０２の内部に位置する形状を含む。）でもよい。本実施形態においては、カソード電極１０４が延在する方向と、アノード電極１０６が接続するアノード電極パターン１０８が延在する方向とは概略垂直である。
【００２０】
ここで、カソード電極１０４、開口部１０５、アノード電極１０６、絶縁部材１０２を含むピクセル電極の最小繰り返し単位をピクセル電極１とする。ピクセル電極１は概略正方形である。ピクセル電極の一辺の長さをＰとすると、カソード電極１０４のピッチ及びアノード電極１０６のピッチもＰとなる。図１では１個の放射線検出素子１０に６個のピクセル電極１を示したが、これに限定されない。複数のピクセル電極１を有すればよい。
【００２１】
本実施形態に係る放射線検出素子１０が有するピクセル電極１は行方向及び列方向に配列され、行方向及び列方向におけるピッチは３８０μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍである。言い換えると、本実施形態に係る放射線検出素子１０は、第１面におけるアノード電極１０６の行方向及び列方向におけるピッチが３８０μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍである。これにより、本実施形態に係る放射線検出装置１００の分解能は向上する。
【００２２】
本実施形態に係る放射線検出素子１０が有するピクセル電極１は、第１面におけるカソード電極１０４とアノード電極１０６の面積比率が１４．５：１から１５４．６：１の範囲である。好ましくは１４．５：１から[（Ｐ−Ｃ）Ｐ-(Ｒ＋Ｇ)2×３．１４]／（３．１４×Ｒ2）：１の範囲である。ただし、Ｐはピクセル電極のピッチ、Ｃはカソード電極１０４同士の間隔、Ｒはアノード電極１０６の半径、Ｇはカソード電極１０４とアノード電極１０６との間隔としたときに、２００（μｍ）≦Ｐ≦３８０（μｍ）、１０（μｍ）≦Ｃ、３０（μｍ）≦Ｒを満たす。これにより、各電極間での電位差を維持することができ、本実施形態に係る放射線検出装置１００のガス増幅率の低下を抑制することができる。
【００２３】
通常、アノード電極とカソード電極との間隔を単純に狭くすると放電が発生しやすくなる。しかし、本実施形態では、低い電圧でもガス増幅を維持できるようになることから放電の可能性も回避できる。
【００２４】
放射線検出素子１０はさらに基板表面にはリード配線１２４が設けられており、アノード電極１０６はアノード電極パターン１０８と層間接続部１２６を介して、このリード配線１２４に接続される。すなわちアノード電極１０６、アノード電極パターン１０８、層間接続部１２６、およびリード配線１２４は、一つの導電体であり、リード配線１２４はアノード電極１０６の接続端子として機能する。なお、本実施形態においては、アノード電極１０６、アノード電極パターン１０８、層間接続部１２６、およびリード配線１２４は別に設けられ、それぞれが電気的に接続されている形態について説明しているが、これに限定されるわけではなく、一体形成されていてもよい。アノード電極パターン１０８は、ストリップ状に形成されているので、アノードストリップパターンともいう。
【００２５】
複数のカソード電極１０４と、複数のアノード電極１０６の、絶縁部材１０２の第１面での高さが均一であれば、高電圧を印加して電気力線をアノード電極１０６に集中させても放電が発生しない。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る絶縁部材１０２および基板１３０の材料はポリイミドであるが、絶縁性を備えた材料ならこれに限定しない。本実施形態に係る、カソード電極１０４、アノード電極１０６、アノード電極パターン１０８、層間接続部１２６、およびリード配線１２４の材料は銅であるが、導電性を備えた金属材料ならこれに限定しない。
【００２７】
本発明の一実施形態に係る放射線検出素子１０は、上述したような構成をとることにより、アノード電極１０６とカソード電極１０４の一部とを含むピクセル電極１が複数配置されていることになる。放射線検出素子１０において、アノード電極１０６はマトリクス状に配置された構成を有する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置１００の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る放射線検出装置１００は、ドリフト電極１１０と、放射線検出素子１０及びチャンバー１１１を備えている。ドリフト電極１１０と、放射線検出素子１０は、一定のスペースを介して上下に向かい合って配置される。カソード電極１０４を第１電極、アノード電極１０６を第２電極、ドリフト電極１１０を第３電極という場合がある。
【００２９】
図１で示すように放射線検出装置１００の構成は、アルゴンやキセノンなどの希ガスとエタン、メタンなどの分子性気体の混合ガスで封入されたチャンバー１１１内に配置する。放射線検出装置１００は、ピクセル電極１０とドリフト電極１１０の間に入射した放射線を、放射線検出素子１０によって検出する。
【００３０】
［放射線検出の原理］
図３を用いて、本発明の一実施形態に係る放射線検出装置の動作原理を説明する。それぞれのカソード電極１０４とアノード電極１０６の間に電圧を印加することで、電場が形成される。カソード電極１０４はＧＮＤに接続されており、ドリフト電極１１０とカソード電極１０４との間にも電圧が印加され、電場が形成される。
【００３１】
放射線が入射した時、ドリフト電極１１０とカソード電極１０４との間に発生させた電場の影響により、入射する放射線が存在する気体との相互作用により発生させた電子は電子雲を形成し、アノード電極１０６とカソード電極１０４からなるピクセル電極１の方向へ引き寄せられる。このとき、引き寄せられた電子は気体原子と衝突し、気体原子を電離する。ガス増幅により電離した電子は雪崩的に増殖し、アノード電極１０６で収集される電子群は、電気信号として読み出すことができる程度にまで達する。そして、この電気信号をアノード電極パターン１０８を通して接続端子であるリード配線１２４から外部に読み出すことができる。一方、カソード電極１０４には電子群に誘導された正電荷が生じ、ここから得られる電気信号をカソード電極の接続端子部１０４ａから外部に読みだすことができる。これらの電気信号を時系列に計測することにより、荷電粒子の飛跡を測定することができる。
【００３２】
本実施形態に係る放射線検出素子１０が有するピクセル電極１のピッチは３８０μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍである。言い換えると、本実施形態に係る放射線検出素子１０は、第１面におけるアノード電極１０６のピッチが３８０μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍである。これにより、本実施形態に係る放射線検出装置１００の分解能は向上する。
【００３３】
本実施形態に係る放射線検出素子１０が有するピクセル電極１は、第１面におけるカソード電極１０４とアノード電極１０６の面積比率が１４．５：１から１５４．６：１の範囲である。好ましくは１４．５：１から[（Ｐ−Ｃ）Ｐ-(Ｒ＋Ｇ)2×３．１４]／（３．１４×Ｒ2）：１の範囲である。ただし、Ｐはピクセル電極のピッチ、Ｃはカソード電極１０４同士の間隔、Ｒはアノード電極１０６の半径、Ｇはカソード電極１０４とアノード電極１０６との間隔としたときに、２００（μｍ）≦Ｐ≦３８０（μｍ）、１０（μｍ）≦Ｃ、３０（μｍ）≦Ｒを満たす。これにより、各電極間での電位差を維持することができ、本実施形態に係る放射線検出装置１００のガス増幅率の低下を抑制することができる。
【００３４】
このような条件を備える放射線検出素子１０を有する放射線検出装置１００は、分解能が向上し、ガス増幅率の低下を抑制することができる。さらに、電圧を抑えることができることから、放電の可能性も回避できる。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【実施例】
【００３６】
上述した本発明に係る放射線検出素子を有する放射線検出装置について、より詳細に説明する。
【００３７】
本願発明の一実施形態に係る放射線検出素子の分解能を改善し、且つガス増幅率を維持するために、ピクセル電極のピッチ及びアノード電極とカソード電極の面積比率を検討した。
【００３８】
［シミュレーション１］
シミュレータＧａｒｆｉｅｌｄ++を用いてガス増幅のシミュレーションを行った。
【００３９】
まず、カソード電極の開口径及びアノード電極の直径を変化させずに、カソード電極のピッチ及びアノード電極のピッチを縮小させた。このときのシミュレーションで用いたパラメータは、次の通りである。
【００４０】
固定値
アノード電極の半径（Ｒ）：３０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
変数
カソード電極及びアノード電極のピッチ（Ｐ）：２８０〜６００μｍ
【００４１】
図４はシミュレーション１におけるガス増幅率と各電極ピッチの関係を示すグラフである。ここでアノード電極とカソード電極間の電圧は４６０Ｖに固定して、各電極のピッチを６００μｍから２８０μｍまで小さくした。図４に示すように、各電極ピッチが６００μｍ〜４００μｍでは徐々にガス増幅率が低下し、４００μｍ未満ではこのガス増幅率の低下が顕著になることがわかった。
【００４２】
ガス増幅率が低下する一因として、アノード電極の面積に対してカソード電極の面積が減ることにより、電子が１つのアノード電極に集束せず、隣接するアノード電極へ分散するため、ガス増幅率が低下することが考えられた。これを検証するため、シミュレータＥｌｍｅｒを用いて電場計算を行った。
【００４３】
図５は各電極ピッチ（２８０、３１０、３６０、４００μｍ）における、ピクセル電極の電位をシミュレートした断面図である。図５に示すように、各電極ピッチが小さくなるにつれて、高電位の領域が広がった。すなわち、カノード電極の面積が小さくなるにつれて、各電極間での電位差が小さくなる結果となった。各電極間での電位差が小さくなることで、電子が１つのアノード電極に集束せず分散してしまうという仮説を裏付ける結果となった。
【００４４】
［シミュレーション２］
上記結果から、各電極ピッチが４００μｍ未満の時には、アノード電極径、カソード電極開口径、カソード電極幅の寸法仕様の変更が必要なことがわかった。このため次に、カソード電極の開口径及びアノード電極の直径も、各電極間のピッチと連動して縮小させたシミュレーションを行った。すなわちアノード電極とカソード電極の面積比率を固定して各電極のピッチを縮小した。このときのシミュレーションで用いたパラメータは、次の通りである。
【００４５】
固定値
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
変数
アノード電極の半径（Ｒ）：２１〜３０μｍ
カソード電極の開口径：１７５〜２５０μｍ
カソード電極及びアノード電極のピッチ（Ｐ）：２８０〜４００μｍ
【００４６】
図６は、シミュレーション２におけるガス増幅率と各電極ピッチの関係を示すグラフである。ここでアノード電極とカソード電極間の電圧は４６０Ｖに固定して、各電極のピッチ、カソード電極の開口径及びアノード電極の直径を小さくした。図６に示すように、アノード電極とカソード電極の面積比率を固定すると、各電極ピッチが小さくなるほど、ガス増幅率は増加することが分かった。
【００４７】
実動作においては、アノード電極とカソード電極間の距離が小さくなるにつれて放電が生じやすくなる。しかしながらガス増幅率を改善することによって、印加する電圧を抑えることが可能となる。
【００４８】
［実施例１］
図７は、本発明の実施例１に係る放射線検出素子４０を用いた放射線検出装置４００の一例を示す平面図である。
【００４９】
図７に示すように、本発明の実施例１に係る放射線検出素子４０は、後述する比較例に係る放射線検出素子（図９Ａ、比較例１）の分解能を改善するため、ピクセル電極１の構成を縮小した。
【００５０】
例えば、カソード電極１０４のピッチ及びアノード電極１０６のピッチを４００μｍから３００μｍに縮小する。このような放射線検出素子におけるカソード電極１０４およびアノード電極１０６の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：２６２．５μｍ
カソード電極の開口径：１８７．５μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：２２．５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：３７．５μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：７１μｍ
【００５１】
表１に示すように、このような放射線検出素子４０を備える放射線検出装置４００の分解能は、１００μｍから７５μｍに改善することができた。アノード電極に４４０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は２０００であり、比較例２でみられたガス増幅率の低下を抑制することができた。さらに、電圧を抑えることができたことから、放電の可能性も回避できた。
【表１】
0006696162.tif 000002
【００５２】
［実施例２］
図８は、本発明の実施例２に係る放射線検出素子５０を用いた放射線検出装置５００の一例を示す平面図である。
【００５３】
図８に示すように、本発明の実施例２に係る放射線検出素子５０は、実施例１の放射線検出素子（図７）の分解能をより改善するため、ピクセル電極１の構成をさらに縮小した。
【００５４】
例えば、カソード電極のピッチ及びアノード電極のピッチを３００μｍから２００μｍに縮小する。このような放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：１９０μｍ
カソード電極の開口径：１７０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：２００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：１５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に２００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：７０μｍ
【００５５】
表１に示すように、このような放射線検出素子５０を備える放射線検出装置５００の分解能は、７５μｍから５０μｍにさらに改善することができた。アノード電極に４６０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は１３４７となるが、電圧を４７５Ｖに上げることでガス増幅率を２０００にでき、後述する比較例２でみられたガス増幅率の低下を抑制することができた。４７５Ｖを印加したが、カソード電極１０４とアノード電極１０６との間隔が７０μｍである状況では放電は生じなかった。よって、この間隔は４７５Ｖに対して耐圧があることがわかった。
【００５６】
［比較例１］
図９は比較例１の放射線検出素子２０を用いた放射線検出装置２００の一例を示す平面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
【００５７】
比較例１に係る放射線検出素子２０は、絶縁部材９０２、カソード電極９０４、アノード電極９０６、アノード電極パターン９０８及び基板９３０を有している。
【００５８】
ここで、カソード電極９０４、開口部９０５、アノード電極９０６、絶縁部材９０２を含むピクセル電極の最小繰り返し単位をピクセル電極９とする。ピクセル電極９は概略正方形である。ピクセル電極の一辺の長さをＰとすると、カソード電極９０４のピッチ及びアノード電極９０６のピッチもＰとなる。
【００５９】
比較例１に係る放射線検出素子におけるカソード電極９０４およびアノード電極９０６の幅、ピッチ等は次の通りである。
【００６０】
比較例１の放射線検出素子の構成は、以下の通りである。
カソード電極の幅：３５０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：４００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：３０μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に４００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：５０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔（Ｇ）：９５μｍ
【００６１】
表１に示すように、比較例１の放射線検出素子２０を備える放射線検出装置２００において、分解能は１００μｍであり、アノード電極に４６０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は２０００である。
【００６２】
放射線検出装置の分解能を改善するためには、一般的に、ピクセル電極９のピッチを小さく配列する方法がとられる。しかしながら、カソード電極９０４とアノード電極９０６との間隔が小さくなると、放電する可能性が高くなってしまう。このため、放電の可能性を回避し、かつ分解能を改善する方法がとられる。すなわち、カソード電極９０４の開口径及びアノード電極９０６の直径を変化させずに、カソード電極のピッチ及びアノード電極のピッチを縮小する。
【００６３】
例えば、カソード電極のピッチ及びアノード電極のピッチを４００μｍから３００μｍに縮小する。このような放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
【００６４】
［比較例２］
比較例２の放射線検出素子の構成は、以下の通りである。
カソード電極の幅：２９０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：３０μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：９５μｍ
【００６５】
図１０は分解能を改善した比較例２の放射線検出素子３０を用いた放射線検出装置３００の一例を示す平面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
【００６６】
表１に示すように、このような放射線検出素子３０を備える放射線検出装置３００において、分解能は７５μｍであり、アノード電極に４６０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は８３４である。比較例１と比べると、分解能は改善するが、ガス増幅率はおよそ半減してしまうことが分かった。これはシミュレーションの結果と一致する。高いガス増幅率が必要とされるγ線を検出する医療用途において、特に大きな課題となった。
【００６７】
図９Ｂ及び図１０Ｂに示すように、ガス増幅率が低下する一因として、アノード電極の面積に対してカソード電極の面積が減ることにより、電子が１つのアノード電極に集束せず、隣接するアノード電極へ分散するため、ガス増幅率が低下することが考えられた。
【００６８】
［実施例３］
表２に示すように、本発明の実施例３に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：１９０μｍ
カソード電極の開口径：１７５μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：２００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：１７．５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に２００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：７０μｍ
【表２】
0006696162.tif 000003
【００６９】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は５０μｍであり、アノード電極に４６０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は９０２．２であった。しかし、電圧を４８２Ｖにすることでガス増幅率を２０００にでき、比較例２のようなガス増幅率の低下を抑えることができた。４８２Ｖを印加したが、カソード電極１０４とアノード電極１０６との間隔７０μｍは十分な耐圧があった。
【００７０】
［比較例３］
表２に示すように、比較例３に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：１９０μｍ
カソード電極の開口径：１８０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：２００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：２０μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に２００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：７０μｍ
【００７１】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は５０μｍであるが、アノード電極に４６０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は６２１．８であった。電圧を４８４Ｖに上げたところで、放電が生じたため、ガス増幅率を１５００にしかできず、ガンマ線を検出するのに必要なガス増幅率２０００を確保することができなかった。
【００７２】
［実施例４］
表３に示すように、本発明の実施例４に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：２９０μｍ
カソード電極の開口径：１７６μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：１７μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：７１μｍ
【表３】
0006696162.tif 000004
【００７３】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は７５μｍであるが、アノード電極に４４８Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は２０００であった。比較例２でみられたガス増幅率の低下を抑制することができた。さらに、電圧を抑えることができたことから、放電の可能性も回避できた。
【００７４】
［実施例５］
表３に示すように、本発明の実施例５に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：２５８μｍ
カソード電極の開口径：２２５μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：２７．５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：４２μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：８５μｍ
【００７５】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は７５μｍであるが、アノード電極に４８０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は２０００であった。比較例２でみられたガス増幅率の低下を抑制することができた。
【００７６】
［比較例４］
表３に示すように、比較例４に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：２９０μｍ
カソード電極の開口径：１３０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：１５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：５０μｍ
【００７７】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は７５μｍであるが、アノード電極に４５７Ｖの電圧をかけた時、放電が多発し、計測ができなくなった。
【００７８】
［比較例５］
表３に示すように、比較例５に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：２５０μｍ
カソード電極の開口径：２０５μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３００μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：３２．５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３００μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：５０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：７０μｍ
【００７９】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は７５μｍだが、アノード電極に４８３Ｖの電圧をかけた時、放電が多発し計測ができなかった。カソード電極１０４とアノード電極１０６との間隔は７０μｍでは４８３Ｖに対して耐圧がないことがわかった。
【００８０】
［実施例６］
表４に示すように、本発明の実施例６に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：３７０μｍ
カソード電極の開口径：２００μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３８０μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：１５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３８０μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：８５μｍ
【表４】
0006696162.tif 000005
【００８１】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は９５μｍであり、アノード電極に４１１Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は２０００であった。
【００８２】
［実施例７］
表４に示すように、本発明の実施例７に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：３３０μｍ
カソード電極の開口径：２５０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３８０μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：３０μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３８０μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：５０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：９５μｍ
【００８３】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は９５μｍであり、アノード電極に４６１Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は２０００であった。
【００８４】
［実施例８］
表４に示すように、本発明の実施例８に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：３１０μｍ
カソード電極の開口径：２７０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３８０μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：３５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３８０μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：７０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：１００μｍ
【００８５】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は９５μｍであり、アノード電極に４８０Ｖの電圧をかけた時、ガス増幅率は２０００であった。
【００８６】
［比較例６］
表４に示すように、比較例６に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：３７０μｍ
カソード電極の開口径：１３０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３８０μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：１５μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３８０μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：１０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：５０μｍ
【００８７】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は９５μｍであり、アノード電極に４０４Ｖの電圧をかけた時、放電が多発した。
【００８８】
［比較例７］
表４に示すように、比較例７に係る放射線検出素子におけるカソード電極およびアノード電極の幅、ピッチ等は、次の通りである。
カソード電極の幅：３１０μｍ
カソード電極の開口径：２６０μｍ
カソード電極のピッチ（Ｐ）：３８０μｍ
アノード電極の半径（Ｒ）：６０μｍ
アノード電極のピッチ（Ｐ）：行方向及び列方向に３８０μｍ
カソード電極同士の間隔（Ｃ）：７０μｍ
カソード電極とアノード電極との間隔：７０μｍ
【００８９】
このような放射線検出素子を備える放射線検出装置の分解能は９５μｍであり、アノード電極に５１６Ｖの電圧をかけた時、放電が多発した。
【００９０】
以上の構造とすることにより、図１１にピクセル電極のピッチに対するアノード電極１０６の面積に対するカソード電極１０４の面積の比Ｓの関係を示す。１５４．６＜Ｓでは放電が多発し、Ｓ＜１４．５ではゲインが２０００に達しなくなる。図１１の結果より、アノード電極１０６の面積に対するカソード電極１０４の面積の比Ｓが１４．５以上、１５４．６以下の範囲を満たす本実施形態に係る本発明の放射線検出素子を用いた放射線検出装置は、ガス増幅率が低下することなく、分解能を向上させた放射線検出装置を提供することが可能となる。
【００９１】
図１２ではさらに詳細を説明する。上記の比較例の結果を四角で、実施例の結果を丸で図中にプロットすると、ガス増幅率が２０００で計測ができる範囲は、３つの線で囲まれた三角の領域であることがわかる。第１面におけるカソード電極１０４とアノード電極１０６の面積比率が１４．５：１から[（Ｐ−Ｃ）Ｐ-(Ｒ＋Ｇ)2×３．１４]／（３．１４×Ｒ2）：１の範囲を満たす本実施形態に係る本発明の放射線検出素子を用いた放射線検出装置は、ガス増幅率が低下することなく、分解能を向上させた放射線検出装置を提供することが可能となる。ただし、Ｐはピクセル電極のピッチ、Ｃはカソード電極１０４同士の間隔、Ｒはアノード電極１０６の半径、Ｇはカソード電極１０４とアノード電極１０６との間隔としたときに、２００（μｍ）≦Ｐ≦３８０（μｍ）、１０（μｍ）≦Ｃ、３０（μｍ）≦Ｒである。
【符号の説明】
【００９２】
１：ピクセル電極
１０、２０、３０、４０、５０：放射線検出素子
１００、２００、３００、４００、５００：放射線検出装置
１０２：絶縁部材
１０４：カソード電極
１０４ａ：カソード電極１０４の接続端子
１０５：開口部
１０６：アノード電極（＝１２４：リード配線＋１２６：層間接続部＋１０８：アノード電極パターン）
１０６ａ：アノード電極１０６の接続端子
１０８：アノード電極パターン
１１０：ドリフト電極
１１１：チャンバー
１２４：リード配線（＝１０６ａ：アノード電極１０６の接続端子）
１２６：層間接続部
１３０：基板
【図１】
0006696162.tif 000006
【図２】
0006696162.tif 000007
【図３】
0006696162.tif 000008
【図４】
0006696162.tif 000009
【図５】
0006696162.tif 000010
【図６】
0006696162.tif 000011
【図７】
0006696162.tif 000012
【図８】
0006696162.tif 000013
【図９】
0006696162.tif 000014
【図１０】
0006696162.tif 000015
【図１１】
0006696162.tif 000016
【図１２】
0006696162.tif 000017