(57)【要約】【課題】細長い形状のシンチレータの端で受光する放射線検出器において、受光量が発光位置と受光素子の距離に依存するために生じる、エネルギー情報および位置情報の不均一性が改善された放射線位置検出器を提供すること。【解決手段】２個以上のシンチレータ・セルを平面的に接合し、これを２段以上層状に重ねた多層シンチレータと、この多層シンチレータの各シンチレータ・セルの底面に接続された受光素子を含むパルス波高整列放射線位置検出器において、放射線を吸収し光を発したシンチレータ・セルの位置を弁別する手段、及び各シンチレータ・セルが発した光の前記受光素子による受光量を均一化する手段を設けたことを特徴とするパルス波高整列放射線位置検出器。【選択図】　図１
2004132930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個以上のシンチレータ・セルを平面的に接合し、これを２段以上層状に重ねた多層シンチレータと、この多層シンチレータの各シンチレータ・セルの底面に接続された受光素子を含むパルス波高整列放射線位置検出器において、放射線を吸収し光を発したシンチレータ・セルの位置を弁別する手段、及び各シンチレータ・セルが発した光の前記受光素子による受光量を均一化する手段を設けたことを特徴とするパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項２】
多層シンチレータが、縦方向に２〜３個、横方向に２〜３個のシンチレータ・セルを平面的に接合し、それを３〜５段層状に重ねたものである請求項１記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項３】
多層シンチレータが、縦方向に２個、横方向に２個のシンチレータ・セルを平面的に接合し、それを４段層状に重ねたものである請求項１記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項４】
放射線を吸収し光を発したシンチレータ・セルの位置を弁別する手段が、隣接するシンチレータ層の発光の波形を弁別する手段である請求項１〜３のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項５】
隣接するシンチレータ層の発光の波形を弁別する手段が、発光の減衰時定数の差を利用するものである請求項４記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項６】
減衰時定数の差が５ｎｓ以上である請求項５記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項７】
シンチレータが、セリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶である請求項６記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項８】
各シンチレータ・セルが発した光の受光素子による受光量を均一化する手段が、最上層のシンチレータ層に隣接するシンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を粗面とすること、他のシンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を鏡面とすること、最上層のシンチレータ層及びこれに隣接するシンチレータ層を除く他のシンチレータ層のシンチレータ・セル間に光反射材を設置すること、及びいずれのシンチレータ・セルの表面にも隣接していないシンチレータ・セル外表面に光反射材を設置することである請求項１〜７のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項９】
各シンチレータ層間及び受光素子とこれに隣接するシンチレータ層との間に、シンチレータ・セルが発した光に対して透明な光透過材が満たされている請求項１〜８のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項１０】
縦方向に２個、横方向に２個のシンチレータ・セルを平面的に接合し、これを４段層状に重ねた多層シンチレータと、この多層シンチレータの各シンチレータ・セルの底面に接続された受光素子を含むパルス波高整列放射線位置検出器において、シンチレータがセリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶であり、受光素子に隣接する第１シンチレータ層と第３シンチレータ層のセリウムドープ量が第２シンチレータ層と最上層の第４シンチレータ層のセリウムドープ量より多く、その減衰時定数の差が１０ｎｓ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【請求項１１】
第１、第２及び第４シンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を鏡面とし、第３シンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を粗面とし、第１及び第２シンチレータ層のシンチレータ・セル間及びシンチレータ・セルの外表面に光反射材を設置し、各シンチレータ層間及び受光素子と第１シンチレータ層との間に、シリコーンオイルを満たし、第３及び第４シンチレータ層のシンチレータ・セル間に空気を満たし、第１及び第３シンチレータ層のシンチレータ・セルが１．５モル％のセリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶であり、第２及び第４シンチレータ層のシンチレータ・セルが０．５モル％のセリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶である請求項１０記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シンチレーション放射線検出器において放射線の位置検出機能および放射線吸収エネルギー選別機能を持たせた放射線位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シンチレーション放射線検出器において放射線の深さ位置検出機能および放射線吸収エネルギー選別機能を持たせた放射線位置検出器に関するものとして、放射線の３次元位置検出器があった（例えば、特許文献１参照）。しかしこの検出器は、各シンチレータ・セルごとに吸収した放射線エネルギーの設定条件が異なっており、個別にその選定を行う必要があるために、エネルギー選別を同一選別条件に基づく回路もしくは同一信号処理回路で行う構成をとることはできない。これは、シンチレータ・セルの積層により得られる多層シンチレータ・ブロックの信号処理回路を複雑にするだけでなく、シンチレータ・セルごとにエネルギー分解能が異なるため、画像の均一性に問題があった。すなわち、シンチレータ層の積み重ねによる出力信号和の減少が受光素子から遠いシンチレータ・セルで起こり、したがって、装置全体としての位置およびエネルギー分解能特性を損なう。
【０００３】
図７は、従来型放射線位置検出器の例であり、図８は、従来型放射線位置検出器（１）の受光素子で受ける光の総量に関する各シンチレータ・セルごとの分布で、単一ガンマ線に対して波高が大きく異なる（例えば、特許文献２）。このため、検出器信号処理の際にダイナミックレンジの広い増幅器およびデジタル処理が必要となり、フロントエンド処理回路が設計しにくかった。
各シンチレータ・セルに依存せず和信号が同一の波高値を得るには、図９の例のように、受光素子に近いセルを囲む光反射材の一部を光吸収材に置き換えるなどの光学的減衰法が利用されていた（例えば、特許文献３参照）。しかし、この方法では受光素子の利用できる光量が減少するために、エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能がすべて劣化する点が問題であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２２９９９５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４２５２３号公報
【特許文献３】
ＩＥＥＥ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｖｏｌ．４５（３）　ｐ．１１５２−１１５７　（１９９８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、細長い形状のシンチレータの端で受光する放射線検出器において、受光量が発光位置と受光素子の距離に依存するために生じる、エネルギー情報および位置情報の不均一性が改善された放射線位置検出器を提供することである。
本発明の他の目的は、シンチレータ・セル間での光の収集効率の差を小さくし、受光素子と光学接合されたシンチレータ層より上部のシンチレータ層で放射線が吸収され発光した場合でも、受光素子における光出力が大きい放射線位置検出器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、エネルギー分解能に優れ、受光素子と光学接合されたシンチレータ層より上部のシンチレータ層で放射線が吸収され発光した場合でも、エネルギー・位置に関して下部と同じ精度の検出情報が正確に得られ、円環の周に沿った稠密なシンチレータ・セルの配置を可能とする、３次元位置検出機能およびセルに依存しないエネルギー情報取得機能を持たせた放射線位置検出器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、従来のような光学的減衰法と異なり、エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能を劣化させる心配がない放射線位置検出器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のパルス波高整列放射線位置検出器を提供するものである。
１．２個以上のシンチレータ・セルを平面的に接合し、これを２段以上層状に重ねた多層シンチレータと、この多層シンチレータの各シンチレータ・セルの底面に接続された受光素子を含むパルス波高整列放射線位置検出器において、放射線を吸収し光を発したシンチレータ・セルの位置を弁別する手段、及び各シンチレータ・セルが発した光の前記受光素子による受光量を均一化する手段を設けたことを特徴とするパルス波高整列放射線位置検出器。
２．多層シンチレータが、縦方向に２〜３個、横方向に２〜３個のシンチレータ・セルを平面的に接合し、それを３〜５段層状に重ねたものである上記１記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
３．多層シンチレータが、縦方向に２個、横方向に２個のシンチレータ・セルを平面的に接合し、それを４段層状に重ねたものである上記１記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
４．放射線を吸収し光を発したシンチレータ・セルの位置を弁別する手段が、隣接するシンチレータ層の発光の波形を弁別する手段である上記１〜３のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
５．隣接するシンチレータ層の発光の波形を弁別する手段が、発光の減衰時定数の差を利用するものである上記４記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
６．減衰時定数の差が５ｎｓ以上、好ましくは１０ｎｓ以上、さらに好ましくは２０ｎｓ以上である上記５記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
７．シンチレータが、セリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶である上記６記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
８．各シンチレータ・セルが発した光の受光素子による受光量を均一化する手段が、最上層のシンチレータ層に隣接するシンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を粗面とすること、他のシンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を鏡面とすること、最上層のシンチレータ層及びこれに隣接するシンチレータ層を除く他のシンチレータ層のシンチレータ・セル間に光反射材を設置すること、及びいずれのシンチレータ・セルの表面にも隣接していないシンチレータ・セル外表面に光反射材を設置することである上記１〜７のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
９．各シンチレータ層間及び受光素子とこれに隣接するシンチレータ層との間に、シンチレータ・セルが発した光に対して透明な光透過材が満たされている上記１〜８のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
１０．縦方向に２個、横方向に２個のシンチレータ・セルを平面的に接合し、これを４段層状に重ねた多層シンチレータと、この多層シンチレータの各シンチレータ・セルの底面に接続された受光素子を含むパルス波高整列放射線位置検出器において、シンチレータがセリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶であり、受光素子に隣接する第１シンチレータ層と第３シンチレータ層のセリウムドープ量が第２シンチレータ層と最上層の第４シンチレータ層のセリウムドープ量より多く、その減衰時定数の差が１０ｎｓ以上であることを特徴とする上記１〜９のいずれか１項記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
１１．第１、第２及び第４シンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を鏡面とし、第３シンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を粗面とし、第１及び第２シンチレータ層のシンチレータ・セル間及びシンチレータ・セルの外表面に光反射材を設置し、各シンチレータ層間及び受光素子と第１シンチレータ層との間に、シリコーンオイルを満たし、第３及び第４シンチレータ層のシンチレータ・セル間に空気を満たし、第１及び第３シンチレータ層のシンチレータ・セルが１．５モル％のセリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶であり、第２及び第４シンチレータ層のシンチレータ・セルが０．５モル％のセリウムをドープしたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶である上記１０記載のパルス波高整列放射線位置検出器。
を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、２個以上、好ましくは４個以上のシンチレータ・セルを平面的に接合し、それを２段以上、好ましくは３〜５段、最も好ましくは４段層状に重ねて多層シンチレータを形成し、２個以上の受光素子または位置分解が可能な受光素子を光学結合し、各シンチレータ・セル間は、空気、光反射材、光透過材、前記シンチレータと同じ材料から選ばれた少なくとも１種類のもので満たし、シンチレータ・セルごとの光学表面条件（鏡面又は粗面）と光反射材および光学透過材の組み合わせを最適化することにより、受光素子から得る出力信号で、放射線を検出したシンチレータ・セルの同定および放射線エネルギーの選別を行い、エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能に優れた、パルス波高整列放射線位置検出器を提供するものである。
【０００８】
本発明のパルス波高整列放射線位置検出器において、放射線を吸収し光を発したシンチレータ・セルの位置を弁別する手段としては、隣接するシンチレータ層の発光の波形を弁別する手段が挙げられる。隣接するシンチレータ層の発光の波形を弁別する手段の具体例としては、発光の減衰時定数の差を利用するものが挙げられる。減衰時定数の差は好ましくは５ｎｓ以上、さらに好ましくは１０ｎｓ以上、最も好ましくは１５ｎｓ以上である。
【０００９】
本発明の放射線位置検出器に使用するシンチレータ材料としては、放射線を吸収して発光するものであれば特に制限されないが、セリウムをドープしたＧＳＯ（Ｃｅ：　Ｇｄ２ＳｉＯ５）、セリウムをドープしたＬＳＯ（Ｃｅ：　Ｌｕ２ＳｉＯ５）、ＢＧＯ（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）等が挙げられる。しかし、本発明に用いるシンチレータ材料は、蛍光出力が高いほど位置弁別効果が大きく、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２より５０％以上高い出力のシンチレータであることが望ましく、Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５を用いることがさらに望ましい。Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５のセリウムのドープ量は好ましくは０．１〜５．０モル％、さらに好ましくは０．５〜１．５モル％程度である。Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５のセリウムのドープ量を変えて蛍光減衰時定数を変えることにより、隣接するシンチレータ層間の波形弁別を向上させ、位置弁別を良好にするためには、セリウムのドープ量の差を０．１〜３．０モル％程度とし、減衰時定数の差が５ｎｓ以上、好ましくは１０ｎｓ以上、さらに好ましくは２０ｎｓ以上とすることが適当である。
シンチレータ・セルはシンチレータ材料（単結晶）を直方体に切断したものが好ましく、その大きさは、１．０〜１０ｍｍ×１．０〜１０ｍｍ×１０〜５０ｍｍ程度が適当である。
【００１０】
各シンチレータ・セルが発した光の受光素子による受光量を均一化する手段としては、最上層のシンチレータ層に隣接するシンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を粗面とすること、他のシンチレータ層のシンチレータ・セルの表面を鏡面とすること、最上層のシンチレータ層及びこれに隣接するシンチレータ層を除く他のシンチレータ層のシンチレータ・セル間に光反射材を設置すること、及びいずれのシンチレータ・セルの表面にも隣接していないシンチレータ・セル外表面に光反射材を設置することが挙げられる。
【００１１】
単結晶の表面を鏡面とするには、機械研磨、化学研磨等の方法が使用できる。
単結晶の表面を粗面とするには、切断、粗研磨等の方法が使用できる。粗面の程度は、最大高さＲｍａｘ＝３４６ｎｍ（へき開面）〜３７６ｎｍ（へき開面）が適当である。
また、光反射材としては、金属箔（例えば、アルミニウム箔等）、ポリマー膜（例えば、ポリテトラフルオロエチレン等）、無機粉末等が挙げられる。これらの光反射材の厚さは通常１０〜５００μｍであり、好ましくは３０〜２００μｍである。
【００１２】
本発明の放射線位置検出器においては、受光素子で受ける光の総量を均一化するために、各シンチレータ層間及び受光素子とこれに隣接するシンチレータ層との間に、シンチレータ・セルが発した光に対して透明な光透過材を満たしておくことが望ましい。透明な光透過材としてはシリコーンオイル、空気、透明接着剤等が挙げられるた、シリコーンオイル（シリコーンオイルの特性をもう少し特定できればして下さい。）が好ましい。
【００１３】
以上のとおり、本発明の放射線位置検出器においては、シンチレータ・ユニット内の各シンチレータ・セルは、不純物の含量の違いもしくは組成の違いによる蛍光減衰時定数の選択、および結晶表面処理に関して粗面もしくは鏡面にするかの選択が可能であり、さらにセル間の境界層は光学的不連続層を形成し、層間に光反射材を挿入するかもしくは光に対して透明な透過材（光学接合材）を挿入するかの選択が可能である。特開平１１−１４２５２３号公報に詳細に説明されているように、あるシンチレータ・セル内で発生した光は、この境界層を介して隣接するシンチレータ・セルにある割合で分配される。この分配された光を受け取ったシンチレータ・セルでも同様にこれと隣接するシンチレータ・セルにある割合で分配され、以下、この過程がシンチレータ・ユニット内の各シンチレータ・セル間で行われ、最終的に、シンチレータ・ユニットの一端面に結合されたそれぞれの受光素子に到達する。
【００１４】
それぞれの受光素子で受け取る光量は、上記で示したシンチレータ・ユニット内の各シンチレータ・セル間の光の分配率に依存し、これを工夫することによって、それぞれの受光素子で受け取る光量の組み合わせにより、シンチレータ・ユニット内のどのシンチレータ・セルが光を発生したかを知ることが可能となり、シンチレータ・ユニットの深さ方向における放射線の検出位置を計測することができる。これと同時に、シンチレータ・セルの光学表面と光反射材および透過材の組み合わせを最適化することにより、位置弁別を可能にしつつ、どのセルで発光しても受光素子全体で受け取る光の総量を同一にするパルス波高整列放射線位置検出器を形成できる。
また、位置弁別を向上させるためには、高感度の受光素子、例えば、３０％程度の感度を有する受光素子を使用したり、光収集効率の高い受光素子を使用することが望ましい。
【００１５】
【実施例】
以下、図面により本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明のパルス波高整列放射線位置検出器の１実施例を説明するための図である。本発明のパルス波高整列放射線位置検出器は、図１に示したように、シンチレータ・セルを光学的に積層して４層シンチレータとし、シンチレータ・ユニットを形成する。なお、このシンチレータ・ユニットの端面のそれぞれの多層シンチレータに対し、各１つの受光素子が結合され、それ以外の外側部分には光反射材（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）が乾燥膜厚例えば、１００μｍで塗布されている。この構成により、各シンチレータ・セル内で発生した光は、４つの受光素子に分配されて到達することとなる。この光の分配率は、各シンチレータ・セル毎に光の透過度や表面条件が異なることで両端の受光素子までの光路長が異なること、及び、各シンチレータ・セル間の境界層は光学的不連続層が形成されていること、各シンチレータ・セルの組成もしくは不純物含量に応じて蛍光現象が異なることにより、各シンチレータ・セル毎に異なる。このことにより、放射線を検出したシンチレータ・セルが同定される、すなわち深さ情報を知ることができる。
【００１６】
図２の位置弁別分布は、蛍光減衰時定数の同じシンチレータ・セルを組み合わせてシンチレータ・ユニットを形成した場合の光の分配率を２次元表示したもので、個々の丸の区域が各シンチレータ・セルからの発光に一対一の対応をしているためにシンチレータ・セルの３次元的な位置の弁別を実現できる。すべてのシンチレータ・セルが同じ鏡面の光学表面の場合は、丸の区域が重なり位置弁別できないが、すべてのシンチレータ・セルが同じ粗面の光学表面の場合は、丸の区域が離れて位置弁別可能となる。しかし、すべて粗面では受光素子で受ける光の総量が受光素子から遠いセルほど減少するため、各層のシンチレータ・セルの光学表面を変化させ、同時にセル間の光反射材および透過材の組み合わせを最適化することによって、図３のようにすべてのシンチレータ・セルの発光に対して受光素子で受ける光の総量が同じとなるように調節する。
【００１７】
図４は、縦２．９ｍｍ×横２．９ｍｍ×高さ７．５ｍｍの直方体の、セリウムをドープしたＧＳＯ（Ｃｅ：　Ｇｄ２ＳｉＯ５）（以下「ＧＳＯ」と呼ぶ）結晶２種を、交互に４つ縦方向に結合した４つの４層シンチレータを行列（２行×２列）配列し光学的に結合してシンチレータ・ユニットを形成した場合の実施例である。すなわち、蛍光減衰時定数の異なる２種類のＧＳＯシンチレータ・セル（Ｃｅ　濃度：０．５　％　ｍｏｌ（結晶１−２と１−４）と　１．５　％　ｍｏｌ（結晶１−１と１−３））を交互に重ねて４層シンチレータを形成し、これを２行×２列配列してシンチレータ・ユニットを形成している。Ｃｅ　濃度が０．５　％　ｍｏｌ　の蛍光減衰時定数は６０ｎｓであり、Ｃｅ　濃度が１．５　％　ｍｏｌの蛍光減衰時定数は３５ｎｓである。また、シンチレータ・ユニットの下部の端面には複数の受光素子（位置感応型光電子増倍管）が結合されている。この例の場合は、各シンチレータ・セル（１−１〜４−４の合計１６個）で発生した光は４つの受光素子に分配される。なお、シンチレータ層１とシンチレータ層２のシンチレータ・セル間には光反射材を配置したため、これら２層のシンチレータ・セルの大きさは、シンチレータ層３及び４のシンチレータ・セルよりやや小さい縦２．９ｍｍ×横２．９ｍｍ×高さ７．５ｍｍとした。
【００１８】
このシンチレータ・ユニットに対する光の分配率を２次元分布で表したものが図５である。２種類の蛍光減衰時間（６０ｎｓと３５ｎｓ）ごとに光の分配率を２次元表示したもので、個々の丸の区域が各シンチレータ・セルからの発光に一対一の対応をしており、単一の蛍光減衰時定数のシンチレータ・セルを組み合わせた場合に比べて丸の領域の重なりを回避しやすく、位置弁別を容易に実現できる。波形１は、結晶１−１、１−３、２−１、２−３、３−１、３−３、４−１及び４−３の発光に対応し、波形２は、結晶１−２、１−４、２−２、２−４、３−２、３−４、４−２及び４−４の発光に対応する。
【００１９】
また、すべてのシンチレータ・セル（ＧＳＯ単結晶）の表面を粗面にすると各シンチレータ・セルごとに受光素子で受け取る光の総量は大きく異なり、一方、すべてのシンチレータ・セル（ＧＳＯ単結晶）の表面を鏡面にすると光の分配率を示す２次元分布の丸の領域が重なる。
この実施例では、図４のようにシンチレータ層１（シンチレータ・セル１−１、２−１、３−１及び４−１）、シンチレータ層２（シンチレータ・セル１−３、２−３、３−３及び４−３）、シンチレータ層４（シンチレータ・セル１−４、２−４、３−４及び４−４）を鏡面（化学研磨したもの）、シンチレータ層３（シンチレータ・セル１−３、２−３、３−３及び４−３）を粗面（切断面のまま）とし、シンチレータ層１及び２の各シンチレータ・セル間及びシンチレータ・ユニットの全外表面に光反射材（厚さ１００μｍのポリテトラフルオロエチレン製）を設け、各シンチレータ層間及びシンチレータ層１と受光素子の間にシリコーンオイルを満たし、シンチレータ層３及び４のシンチレータ・セル間には空気を満たした。このような構成を採用することにより、光の分配率を示す２次元分布の丸の領域が離れ、しかも受光素子で受け取る光の総量は、図６に示すようにすべてのシンチレータ・セルでほぼ同一になった。
【００２０】
図６において縦軸は発光の相対的なカウント数を示す。この試験では、シンチレータユニットのシンチレータ層４の側から５１１ｅＶのセシウム１３７の放射線を照射した。このため、相対的なカウント数はシンチレータ層４が最も多く、シンチレータ層１が最も少なくなっている。横軸はパルス波高（受光素子で受け取る光の総量）を示す。右側のシャープなピークの位置が光の総量（総エネルギー量）を示す。シンチレータ層１〜４のピーク位置がほぼ一致しており、シンチレータ層１〜４のどのセルが発光しても受光素子が受け取る光のエネルギー量がほぼ等しいことを示している。
【００２１】
【発明の効果】
本発明による放射線３次元位置検出器によって、受光素子と光学結合されたシンチレータ層より上部のシンチレータ層で放射線が吸収され発光した場合でも、検出情報が正確に得られ、３次元位置検出機能を持たせた放射線検出器を得ることができるだけでなく、放射線エネルギーが同じであれば位置によらない同一出力信号和を得る。従来法のように、光吸収材を用いる必要がないため、エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能を劣化させる心配がない。本発明によるパルス波高整列放射線位置検出器を陽電子放出断層装置（ＰＥＴ）に導入すれば、放射線エネルギー情報を１つの波高分析回路のみで分析可能となる。
本発明の実施例では、シンチレータ材料としてＣｅ：　Ｇｄ２ＳｉＯ５を用いる場合についてのみ示したが、本発明の袴型放射線位置検出器のシンチレータ材料はＣｅ：　Ｇｄ２ＳｉＯ５に限定されるものではない。ただし、本発明に用いるシンチレータ材料は、蛍光出力が高いほど効果的で、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２より５０％以上高い出力のシンチレータであることが望ましく、Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５を用いることがさらに望ましい。
また本発明の実施例では、シンチレータ材料として一種類もしくは二種類の蛍光減衰時間の異なるシンチレータを用いる場合のみを示したが、三種類以上の異なるシンチレータを組合せた場合も本発明に含まれる。異なる蛍光減衰時間のシンチレータ材料を用いることで、蛍光減衰時間の違いを波形弁別することが可能となり、出力信号を波形弁別することによっても、本発明のパルス波高整列放射線位置検出器を得ることができる。
【００２２】
以下に本発明の好ましい実施態様を示す。
１．所定の形状を有する位置検出器であって、前記検出器から得られる複数の出力信号の比演算および和演算によって、位置検出情報を得ることと検出器に吸収された放射線エネルギーの選別情報を得ることが出来る、放射線位置検出器。
２．２個以上のシンチレータ・セルを平面的に接合し、それを２段以上層状に重ねて多層シンチレータを形成し、各シンチレータ・セル間は、空気、光反射材、光透過材、前記シンチレータと同じ材料から選ばれた少なくとも１種類のものからなり、前記多層シンチレータの底面に２個以上の受光素子または１個以上の位置分解が可能な受光素子を結合し、前記受光素子から得られる出力信号で、放射線を検出したシンチレータ・セルの同定およびシンチレータ・セルで吸収された放射線エネルギーの選別を行うことを特徴とする放射線位置検出器。
３．前記多層シンチレータは、同じ特性もしくは異なる蛍光減衰時定数をもつシンチレータを複数個用いたことを特徴とする上記２記載の放射線位置検出器。
４．前記多層シンチレータは、表面光学条件の異なるシンチレータを複数個用いたことを特徴とする上記２記載の放射線位置検出器。
５．前記多層シンチレータは、互いのシンチレータ・セル間に光反射材もしくは光学透過材または空気層の異なる層グループからなることを特徴とする上記２記載の放射線位置検出器。
６．前記多層シンチレータは、前記層グループごとに、異なる光学表面をもつシンチレータを複数個用いたことを特徴とする上記２記載の放射線位置検出器。
７．放射線を検出したシンチレータ・セルの同定は、受光素子の出力信号の大きさの比をとって行うことを特徴とする上記２〜６のいずれか１項記載の放射線位置検出器。
８．シンチレータ・セルで検出した放射線エネルギーの選別は、受光素子の出力信号の加算による波高弁別で行うことを特徴とする上記２〜６のいずれか１項記載の放射線位置検出器。
９．放射線を検出したシンチレータ・セルの同定および吸収エネルギーの同定は、受光素子の出力信号の比をとって行うことと、既受光素子の受光素子の出力信号の加算による波高弁別の両方を行うことを特徴とする上記２〜６のいずれか１項記載の放射線位置検出器。
１０．前記各シンチレータ・セルの形状が直方体からなることを特徴とする上記２〜９のいずれか１項記載の放射線位置検出器。
１１．放射線を検出したシンチレータ・セルのエネルギー吸収値の同定は、シンチレータ・セルによらず同一条件で出力波高弁別を行えることを特徴とする上記２〜１０のいずれか１項記載の放射線位置検出器。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパルス波高整列放射線位置検出器の１実施例を説明するための図である。
【図２】パルス波高整列放射線位置検出器の４つの受光素子で受け取る光の分配率を表す二次元分布図である。
【図３】パルス波高整列放射線位置検出器の受光素子で受け取る光の総量に関する各シンチレータ・セルごとの分布図であり、単一ガンマ線に対して同一パルス波高（横軸）を形成する。
【図４】本発明の実施例を説明するためのパルス波高整列放射線位置検出器の構造例を示す図である。
【図５】本発明の実施例を説明するためのパルス波高整列放射線位置検出器の４つの受光素子で受け取る光の分配率を表す２次元分布図である。波形（１）はシンチレータ層１及び３の各４個のシンチレータ・セル、波形（２）はシンチレータ層２及び４の各４個のシンチレータ・セルが発した光を４つの受光素子が受光する際の光の分配率を表す２次元分布図である。
【図６】本発明の実施例を説明するためのパルス波高整列放射線位置検出器の受光素子で受け取る光の総量に関する各シンチレータ・セル（１−１〜４−４）ごとの分布を示す図である。
【図７】従来型放射線位置検出器の構成例（１）を示す図である。
【図８】従来型放射線位置検出器（１）の受光素子で受ける光の総量に関する各シンチレータ・セルごとの分布を示す図である。
【図９】従来型パルス波高整列放射線位置検出器の構成例（２）を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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