(57)【要約】本発明は、シンチレータ（７）を備える放射線検出器に関し、シンチレータ（７）は湿式酸化に敏感な材料でできており、感光センサー（１）と放射線の入射窓（８、９、８０）の間に挟まれている。入射窓（８、９、８０）はチタンを主成分とする材料から作られる。本発明は、特に放射線学または非破壊的検査のためのＸ線検出器に適用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光センサー（１）と放射線の入射窓（８、８０）の間に、湿式酸化に対して敏感な材料で作られるシンチレータ（７）を備える放射線検出器であって、入射窓（８、８０）はチタンを主成分とし、シンチレータ（７）を支持することを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
入射窓（８）は純チタンまたはチタン合金でできていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
入射窓（８０）は、検出されるべき放射線の吸収ができるだけ少ない誘電体層（８２）に固定された、純チタン層またはチタン合金層（８１）でできていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項４】
誘電体層（８２）は、有機プラスチック、ガラスまたはセラミックでできていることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出器。
【請求項５】
有機プラスチックは、ポリイミドのような重合体の種類であることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出器。
【請求項６】
純チタン層またはチタン合金層（８１）は、誘電体層（８２）とシンチレータ（７）の間に配置されることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
入射窓（８、８０）の厚さは、約５０から１００マイクロメータであることを特徴とする 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項８】
シンチレータ（７）と同じ側にある入射窓（８、８０）の表面は、反射率が低いことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項９】
低反射率の表面は酸化により得られることを特徴とする請求項８に記載の放射線検出器。
【請求項１０】
低反射率の表面は、２５から６０％の反射率を有することを特徴とする請求項８または９に記載の放射線検出器。
【請求項１１】
入射窓（８、８０）とシンチレータ（７）は、感光センサー（１）に固定されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１２】
シンチレータは、ヨウ化セシウムのようなアルカリハロゲン族、またはランタンの硫黄酸化物のような希土類硫黄酸化物族に属することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１３】
純チタン層またはチタン合金層を、誘電体層に接着剤で接着することを特徴とする請求項３ないし１２のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１４】
純チタン層またはチタン合金層は、スパッタリング、真空蒸着、化学析出、電解析出により誘電体層上に付着されることを特徴とする請求項３ないし１２のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放射線コンバータに連結された感光センサーを有する放射線検出器に関する。このタイプの検出器は、特に、放射線学、すなわち放射線写真法、透視診断、マンモグラフィに適用でき、また非破壊的検査にも適用できる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
そのような放射線検出器は、例えば、アモルファスシリコンでできたフォトダイオードからなるセンサーがコンバータに連結している仏国特許出願公開第２６０５１６６号から知られている。
そのような放射線検出器の操作および構造について簡単にまとめる。
【０００３】
通常、感光センサーはマトリックス状に配置された固体感光性要素でできている。
これらの要素は、Ｘ線またはガンマ線のように非常に短い波長の放射線は直接感知しない。そのために、感光センサーには、シンチレーション物質の層を含む放射線コンバータが連結されている。この物質は、そのような放射線により励起されたとき、センサーが感知可能なより長い波長（可視光線、または可視光線に近い波長）の放射線を発する性質を持つ。発せられた光は、光電転換を行い、適切な回路で用いることができる電気的信号を伝える、センサーの感光性要素を照射する。
【０００４】
コンバータからセンサーへ発せられた光の集光を向上させるために、コンバータおよびセンサーをほぼ同じサイズとし、接近させて光学的に連結させる。
連結物質、空気または接着剤、の厚さが組立体の空間的分解能に比べると小さいのは、センサーにより提供された画像の質の悪化をできるだけ低減するためである。第１の構成では、シンチレータは支持体上に付着され、該支持体は検出されるべき放射線がシンチレータに到達する前に通過する入射窓を形成する。
【０００５】
他の構成では、センサーがシンチレータの支持体として機能し、それらは直接的に密接している。表面には、センサーは通常、感光性要素を特に水分から保護するためのパッシベーション層を有する。そしてシンチレータは、不透水性の保護シートで覆われており、それが検出されるべき放射線が入射する窓として機能する。
【０００６】
感光性要素は半導体材料から作られ、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳタイプのセンサーの場合は通常、単結晶シリコンから、あるいは多結晶シリコン、またはアモルファスシリコンから作られる。感光性要素は少なくとも１つのフォトダイオード、１つのフォトトランジスタ、または１つの光導電セルを有する。これらの要素は通常ガラスタイルの基材上に配設する。
【０００７】
アルカリハロゲン族、または希土類硫黄酸化物族に属する一部のシンチレーション物質が、高性能のため、頻繁に用いられる。
４００ナノメータの放射と５００ナノメータの放射のいずれが必要かによってそれぞれナトリウムまたはタリウムが添加されるヨウ化セシウムが、Ｘ線の高吸収性および優れた蛍光収量で知られている。それは、支持体上に成長した細かい針状の形態で現れる。これらの針は実質的にこの支持体に対して垂直であり、そしてそれらはセンサーに照射される光を部分的に限定する。それらの細さが検出器の分解能を決定する。ランタンおよびガドリニウムの酸硫化物もまた、同じ理由から非常に広く用いられている。
【０００８】
しかし、これらの物質の一部は、不安定であるという欠点を有する；それらは、水分に接すると部分的に腐食し、その腐食により化学種が放出され、それら化学種はセンサーの方へ、またはセンサーから遠ざかる方へ移動する。これらの化学種は腐食性が強い。特にヨウ化セシウムおよびランタン酸硫化物はこの欠点を有する。
【０００９】
ヨウ化セシウムに関して、その腐食によりセシウムの水酸化物Ｃｓ＋ＯＨ−、および錯イオンＩ−３を作るためにその後ヨウ素イオンと結合するはずである自由ヨウ素Ｉ２が生じる。
ランタンの硫化酸化物に関して、その腐食により化学的に非常に活発な硫化水素Ｈ２Ｓが生成される。
【００１０】
水分の除去は非常に困難であり、いくらかは常に大気中にあり、大気のため、または頻繁にあることだが、重合が２つの化学種の濃縮の結果である場合は、重合の副生成品として接着剤は微量の水分を含む。
両方の構成は有利であるが、欠点も有する。
【００１１】
接着剤で接着すると、コンバータ、およびセンサーを別々に最適化する事が可能になる。コンバータは熱処理されることがあるが、センサーを損害するおそれがある。ヨウ化セシウムを蒸着させるために、加熱して蒸発させ、凝結すると支持体に蒸着させる。最適な蛍光収量を得るために、その後アニーリング操作を約３００℃で行う。シンチレータをセンサー上に直接付着させる場合、センサーが損害を受けないようにアニーリング温度について妥協する必要がある。
【００１２】
他の利点は、センサーおよびコンバータは、検査が成功した後は組立てるだけという点で、これは全体的な製造率を改善することができ、直接的な付着では、コンバータに欠陥があると、リサイクルによるリスクを避けるためにセンサーは廃棄される。
組立のための接着剤には厚さがあるために、空間的分解能、および集光は多少低下する。シンチレータをセンサー上に直接付着させると、光学的連結の状態は最適となる。
【００１３】
両方の構成では、入射窓は次の条件、すなわち、検出する放射線に対してできるだけ透過性があること、水分を通さないこと、そして実際には必然的なシンチレータの腐食の間に放出される化学種と共生できること、シンチレータによって生成された光を吸収、または反射するが通過させないこと、そして検出器による処理に適合した力学的性質を有すること、という条件を満たしていなくてはならない。
【００１４】
高い分解能の検出器が使えるようにしたいときは、シンチレータより後方に、すなわち、シンチレータに関してセンサーから遠ざかる方へ発せられた光を吸収する入射窓を提供すると有益である。しかし幾分感度は低下する。
【００１５】
一方で、感度のよい検出器が必要なときには、シンチレータにより後方に発せられた光をセンサーの方へ反射する入射窓を提供すると有益である。したがって、センサーで受信した光信号は 放射線と同量になるまで増加される。この感度の向上は分解能の低下によって得られるが、これは、１個のＸ線光子において、直接通過した光と反射された光とで、センサーに達したときの弾着点が異なるためである。得られた画像は以前の場合に比べてやや鮮明でない。
【００１６】
現在の放射線検出器は、一般的な放射線写真術の信号対雑音比であるという条件のもとでは、入射窓の反射率を低減すると全体としてより有利になるはずである。これは、シンチレータは１個のＸ線光子を多数の光子に転換させるので、吸収されたＸ線光子１個により数百個の電子が生成されるからである。肝心なのは、電子への転換の後で、それぞれのＸ線光子はセンサーにより検出されるということである。センサー内で読みとったノイズを、Ｘ線光子の吸収に起因する信号と比較することができれば、反射率を低減させて、信号対雑音比および感度を低下させることなく分解能を改善することができる。
【００１７】
シンチレータが入射窓上に付着され、センサーに取り付けられている場合、その窓は、損害を被ることなく、シンチレータの付着および処理の熱応力を支持しなくてはならず、そしてシンチレータの膨張係数およびセンサー（より詳細にはその基材）の膨張係数と同程度の大きさの膨張係数を有していなくてはならない。この窓に関して、一方では窓とシンチレータの間の、そして一方では窓とセンサー（より詳細にはその基材）の間の応力の差を除去できるように弾性係数を小さくするという条件も設定することができる。したがって、シンチレータにひびが入る、およびセンサーの基材が壊れるという危険性はなくなる。
【００１８】
最後に、その表面状態は、特にヨウ化セシウムの場合、できるだけ均一に、できるだけ細かい針を成長させることができるものでなくてはならない。針の細かさは検出器分解能の品質係数である。
【００１９】
現在では、入射窓はアルミニウムで作られる。検出する放射線に対するアルミニウムの透過性は優れており、その光学的性質は良好で、水密性が完全で、そして処理後に、その上にシンチレータを付着させるのに申し分のない表面状態を得ることが可能である。しかし、その熱的な性質および耐食性は十分ではなく、それは、こういった検出器の信頼性は、湿性温熱のような最も厳しい環境においては保証できないことを意味する。そのような放射線検出器は、それらが搭載されている放射線使用装置または他の装置の償却耐用期間に対応する耐用期間であることが望ましく、この耐用期間は約１０年である。
【００２０】
本発明は耐用期間の長い放射線検出器を提供するもので、その入射窓はアルミニウム窓が有する欠点を持たない。本発明によると、アルミニウム入射窓を、チタンを主成分とする入射窓で置き換えるのが有利であることがわかった。さらに詳細には、本発明による放射線検出器は、感光センサーと放射線の入射窓との間に配置された、湿式酸化に対して敏感な材料でできたシンチレータを備え、その入射窓はチタンを主成分とする。
そのような窓は上記に列挙した要件を満たし、そしてコストは容認できるものである。
【００２１】
入射窓は、純チタンまたはチタン合金、あるいは検出する放射線をできるだけ吸収しない誘電体層に固着した純チタン層またはチタン合金層を有する他のもので完全に作られる。
【００２２】
誘電体層は、有機プラスチック、ガラスまたはセラミックの中から選ばれる。
重合体カテゴリーの有機プラスチック、特にポリイミドは非常に安定である。
純チタン層、またはチタン合金層は、誘電体層とシンチレータの間に配置される。
【００２３】
検出器の性能を全体的に向上することができ、窓のシンチレータ側の、純チタンまたはチタン合金表面の反射率が低い場合は、分解能と感度の間の折り合いをつけることができる。この低い反射率は、陽極酸化または化学酸化によって得られるはずである。
入射窓はシンチレータを支え、シンチレータは感光センサーに固定される。他の構成では、シンチレータを支えるのは感光センサーで、シンチレータに入射窓が固定される。
【００２４】
シンチレータは、例えば、ヨウ化セシウムのようなアルカリハロゲン族、またはランタンの硫黄酸化物のような希土類酸化物族に属するものであってよい。
【００２５】
本発明は、添付の図面を参照して次の記述を読むことによって、よりよく理解され、そして他の特徴および利点が明確になるであろう。
明示するために、これらの図の倍率は一定ではない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１について述べる。放射線センサーは参照番号１である。それは基材２を有し、基材は通常ガラスタイルで、感光性要素３を支持している。感光性要素３それぞれは、アドレスが決まるように、横に並んだ導体および縦に並んだ導体の間に搭載されている。単純にするために、導体は図には描いていない。感光性要素３および導体は通常、水分から保護するために、パッシベーション層４で覆われている。
【００２７】
センサー１はコンバータ５に接続しているが、この例では、コンバータ５は光学的接着剤６でセンサー１に光学的に連結している。コンバータ５はシンチレータ層７を有し、そのシンチレータ層７は針状の構造を示し、支持体８上に付着されている。このように支持体８はシンチレータ７を支えている。以前のようにアルミニウムで作られたものではなく、当該支持体８はチタンを主成分とする。この支持体８はＸ線の入射窓として機能する。シンチレータ７は、特に湿式酸化に対して感度の高いヨウ化セシウムのようなアルカリハロゲン族に属するものとしてよいが、希土類硫黄酸化物族に属するものでもよく、例えばランタン硫黄酸化物のような一部の希土類硫黄酸化物は、非常に安定というわけではない。
アルミニウムでは十分に満足できないのは、シンチレータの副生成物による腐食に対する耐食性が弱いのが主な理由である。
【００２８】
全てが、費用はかかっても貴金属で置き換えるべきだということを示唆するものであるということになる。しかし、貴金属（金、銀、プラチナ等）は、原子番号が大きすぎ（銀は４７、プラチナは７８、金は７９）、入射放射線（Ｘ線、ガンマ線）を吸収しすぎてしまうため、満足のいくものとは言えない。１個体当たりのそのような放射線の吸収は、原子番号の３乗で増加する。したがって、それらを使用できるようにするためには、放射線の線量およびエネルギーを非常に大幅に増加させる必要がある。
【００２９】
Ｐ．Ｐａｓｃａｌ著、「鉱物化学の決まり（Ｔｒａｉｔｅ ｄｅ Ｃｈｉｍｉｅ Ｍｉｎｅｒａｌｅ）」、Ｍａｓｓｏｎ出版、で示されているように、チタンは２５℃以上では純ヨウ素により腐食されることが知られている。
発明者は、ヨウ化セシウムの湿式腐食によりヨウ素分子が生成されるが、その量は少なく、チタンは、湿った空気中でのヨウ化セシウムの腐食に起因する腐食作用に対する耐食性が良好であることに気付いた。
チタンはまたランタン硫黄酸化物の腐食に起因する副生成物に対しても耐食性があることは明らかである。
【００３０】
チタンの原子番号（２２）はアルミニウムの原子番号（１３）よりはるかに大きいが、これはアルミニウムを選択するように示唆するものではない。しかし、その力学的性質および約４．５の平均密度から、検出すべき放射線の吸収が適切になるように、その厚さを例えば５０から１００マイクロメータに適合させることによりその使用が可能になる。
【００３１】
実際、純チタンまたはチタン合金でできた、側面の長さが約５０センチメートルの支持体（その厚さは上述の範囲内である）は、十分に固いので特別な処理を施さなくても扱うことができる。そのような厚さで、通常の放射線写真術ではＸ線の吸収が２ないし５％増加するが、これは許容範囲である。通常の放射線写真術は約３０ｋｅＶから１５０ｋｅＶの間のエネルギー、および１から５０マイクログレイの線量に対応する。
【００３２】
光学的性質に関して、チタンシートを陽極酸化または化学酸化により処理して、灰色またはさらに変色して曇った反射率の低い表面を得る。この処理はフッ酸／硝酸を用いて行うことができる。拡散反射率は典型的には３０から４０％で、純チタンを代わりに用いた場合だけさらに２５から６０％にすることができ、アルミニウムの場合は６０から８０％が得られる。
【００３３】
支持体８は純チタンまたはチタン合金でよく、例えば広く用いられているチタン合金であるＴＡ６Ｖでよい。
加えて、チタンまたはその合金は、必要な熱的性質および弾性的性質、そして必要な不透水性を有し、そしてヨウ化セシウムを成長させるための、満足のいく表面状態を得ることができる。
【００３４】
検出量子効率（ＤＱＥ）の名前で知られるＸ線検出器のメリット係数と、変調伝達関数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、アルミニウムが主成分の窓よりもチタンが主成分の窓のほうが良好であることがわかった。
図１で示したように、シンチレータ７をチタンを主成分とする支持体８上に付着させて組立体をセンサー１に固定する代わりに、シンチレータ７を直接センサー１上に付着させ、シンチレータ７を、Ｘ線の入射窓として機能するチタンを主成分とするシート９で覆うことができる。この変形は図２に示されている。
【００３５】
特に検出すべき放射線の吸収を低減させるために、純チタンまたはチタン合金を、例えば有機プラスチック、セラミックまたはガラスのような、この放射線をできるだけ吸収しない誘電体と結合させることを想定することもできる。誘電体層８２に固定されている純チタン層またはチタン合金層８１を有する入射窓８０を示す図３を参照する。チタン層８１はシンチレータと同じ側にあり、誘電体層８２で覆われている。
【００３６】
一部の有機プラスチック（重合体）は、低エネルギーのＸ線でさえほとんど吸収せず、高熱に耐え、力学的および弾性的性質が良好で、容易に形成加工できるので有利である。それらの欠点は、必要な水密性を持たないことであるが、しかしこの条件をチタンは満たしている。
多少の重い元素を含んでいるガラスまたはセラミックも、特にＸ線の吸収の点からは適切であろう。
【００３７】
例えば、スパッタリング、真空蒸着、化学析出、電解析出のような、専門家に知られている任意の方法で、純チタン層またはチタン合金層８１をシンチレータ上に付着させることが可能である。純チタンシートまたはチタン合金シートは、接着して誘電体層に固定することさえできる。純チタン層またはチタン合金層の厚さは数マイクロメータであってよい。
【００３８】
図１で述べたような構造は、図２で述べた構造に比べて多くの利点を有する。
図１で示した構造の場合、１つは基材８上のシンチレータ７、そしてもう１つはセンサー１という、２つの要素を別々に製造できるようにすることによって、生産の流れの管理が改善される。
さらに、図１に示した支持体８にかかるコストは、図２で示したセンサーより低い。したがってこれは、図１の場合コンバータ５、または図２の場合センサー１およびシンチレータ７が廃棄されることとなる、シンチレータ７の付着が不完全な場合の損失を減らすことになる。
【００３９】
最後に、図１で示した構造は、例えば仏国特許出願公開第２７５８６５４号、および第２７５８６５６号に開示されているような、複数の結合された要素のセットを備える感光性要素に適用することができる。図２の構造は、複数の結合された要素の組立体を備えるそのような感光性組立体に適用することはできない。というのは、シンチレータ７を、図１ではその支持体８上に、または図２ではセンサー１上に付着させた後シンチレータ７を実装するために必要となる３００℃という温度における、そのような組立体の寸法安定性は乏しいからである。図１に示されたような支持体８（または図３の入射窓８０）は、そのような温度に適合できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による例示的な放射線検出器の断面を示す概略図である。
【図２】本発明による放射線検出器の変形の断面を示す概略図である。
【図３】本発明による放射線検出器の変形の断面を示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
2004505252.tif 000003
2004505252.tif 000004
2004505252.tif 000005
2004505252.tif 000006
2004505252.tif 000007
2004505252.tif 000008
2004505252.tif 000009
2004505252.tif 000010
2004505252.tif 000011
2004505252.tif 000012
2004505252.tif 000013
2004505252.tif 000014
2004505252.tif 000015
2004505252.tif 000016
2004505252.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004505252.tif 000018
2004505252.tif 000019
【国際調査報告】
2004505252.tif 000020
2004505252.tif 000021
2004505252.tif 000022
2004505252.tif 000023