(57)【要約】【課題】放射線の二次元位置を正確に特定することができるガス電子増幅器及びこれを使用した放射線検出器を提供する。【解決手段】電子発生電極１０１と検出部１０２との間に、板状絶縁層１２とこの板状絶縁層１２の片面に形成された平面状の導体層１６とで構成された電子増幅板１０が配置されている。この電子増幅板１０には、電場を集束させるための貫通孔１８が複数形成されている。また、これらの構成要素を収容するチャンバ１０４内には、所定の検出用ガスが充填されている。上記電子発生電極１０１と電子増幅板１０とは密着しており、放射線の入射により電子発生電極１０１から発生した一次電子は、当該一次電子を発生させた放射線の入射位置に対応する位置に配置された貫通孔１８に進入し、増幅される。【選択図】図１
2009206057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出用ガスが充填されたチャンバと、
前記チャンバに収容され、放射線の入射により電子を発生する板状の電子発生電極と、
前記チャンバに収容され、一方の面が前記電子発生電極の一方の面と密着するとともに、両面を貫通した貫通孔が複数形成された板状の電子増幅手段と、
を備えることを特徴とするガス電子増幅器。
【請求項２】
請求項１記載のガス電子増幅器において、前記電子発生電極は、入射する放射線のエネルギーに応じて材料が変更されることを特徴とするガス電子増幅器。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のガス電子増幅器において、前記電子発生電極は、入射する放射線のエネルギーに応じて厚さが変更されることを特徴とするガス電子増幅器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項記載のガス電子増幅器において、前記電子増幅手段は、板状絶縁層とこの板状絶縁層の前記電子発生電極に密着していない面に形成された平面状の導体層とにより構成されていることを特徴とするガス電子増幅器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項記載のガス電子増幅器において、前記電子発生電極には、前記電子増幅手段に形成された貫通孔の位置に対応した位置に、前記貫通孔の径以下の径の通気孔が形成されていることを特徴とするガス電子増幅器。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項記載のガス電子増幅器と、前記電子増幅手段が増幅した電子を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
請求項６記載の放射線検出器において、前記電子増幅手段と前記検出手段とが接触して配置されていることを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス電子増幅器及びこれを使用した放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、荷電粒子、ガンマ線、Ｘ線、中性子または紫外光等の電離放射線を検出する装置としてガス電子増幅器が使用されている。これらの検出装置は、検出対象の放射線がチャンバ内に電子を発生させ、ガス電子増幅器が電子雪崩効果による電子増幅を行い、放射線を検出する構成となっている。
【０００３】
図６には、従来のガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例の断面図が示される。図６において、放射線検出器はドリフト電極１００と検出部１０２との間に、一次電子を発生させるドリフト領域１１と電子増幅板１０が配置されている。この電子増幅板１０は、電子雪崩効果により電荷増倍を行うガス電子増幅器として機能し、板状絶縁層１２とこの板状絶縁層１２の両面に被覆された平面状の導体層１４、１６とで構成されている。また、電子増幅板１０には、電場を集束させるための貫通孔１８が複数形成されている。また、これらの構成要素を収容するチャンバ１０４内には、所定の検出用ガスが充填されている。
【０００４】
このような放射線検出器においては、電源部２０から導体層１４、１６及びドリフト電極１００に所定の電圧が印加されている。これにより、チャンバ１０４内には電子増幅板１０を介してドリフト電極１００から検出部１０２の方向に電子を移動させる電場が形成されている。この状態で放射線がドリフト電極１００側から入射すると、光電効果、コンプトン散乱あるいは電子対生成等により、検出用ガス中の原子から電子を遊離して一次電子を発生させる。発生した一次電子は、ドリフト電極１００と電子増幅板１０との間のドリフト領域１１で検出用ガスを電離させ、その際に発生した電子は上記電場により検出部１０２の方向に移動する（二次電子）。電子増幅板１０に近づいた二次電子は、貫通孔１８内で集束された電場によってさらに加速され雪崩増幅が発生する。これにより生じた励起電荷を検出部１０２で捕集し、出力部２２が検出信号を出力することにより放射線の二次元位置を特定することができる。例えば、下記特許文献１にも、上記ガス電子増幅器の例が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特表２００１−５０８９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の技術においては、上記ドリフト領域１１で発生した電子の一部が、電子増幅板１０の放射線の二次元位置に対応した貫通孔１８に進入せず、周辺の貫通孔１８に拡散してしまう場合がある。このため、放射線の二次元位置の特定に誤差を生じさせ、放射線画像の解像度を悪化させる等の問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、放射線の二次元位置を正確に特定することができるガス電子増幅器及びこれを使用した放射線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載のガス電子増幅器の発明は、検出用ガスが充填されたチャンバと、前記チャンバに収容され、放射線の入射により電子を発生する板状の電子発生電極と、前記チャンバに収容され、一方の面が前記電子発生電極の一方の面と密着するとともに、両面を貫通した貫通孔が複数形成された板状の電子増幅手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のガス電子増幅器において、前記電子発生電極が、入射する放射線のエネルギーに応じて材料が変更されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のガス電子増幅器において、前記電子発生電極が、入射する放射線のエネルギーに応じて厚さが変更されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項記載のガス電子増幅器において、前記電子増幅手段が、板状絶縁層とこの板状絶縁層の前記電子発生電極に密着していない面に形成された平面状の導体層とにより構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項記載のガス電子増幅器において、前記電子発生電極には、前記電子増幅手段に形成された貫通孔の位置に対応した位置に、前記貫通孔の径以下の径の通気孔が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の放射線検出器の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項記載のガス電子増幅器と、前記電子増幅手段が増幅した電子を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の放射線検出器において、前記電子増幅手段と前記検出手段とが接触して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１及び請求項４記載の発明によれば、放射線の入射位置に対応した貫通孔により電子を増幅することができる。これにより、放射線の二次元位置を正確に特定することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、入射する放射線のエネルギーに応じて適切に検出効率を変えることができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、入射する放射線のエネルギーに応じて適切に検出効率を変えることができる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、貫通孔内の検出用ガスをガス電子増幅器の動作中に更新することができる。
【００１９】
請求項６及び請求項７記載の発明によれば、放射線の二次元位置を正確に特定することができる放射線検出器を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００２１】
図１には、本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例の断面図が示され、図６と同一要素には同一符号が付されている。図１において、放射線検出器は電子発生電極１０１と検出部１０２との間に、電子増幅板１０が配置されている。この電子増幅板１０は、電子雪崩効果により電子増幅を行うガス電子増幅手段として機能し、板状絶縁層１２とこの板状絶縁層１２の片面に形成された平面状の導体層１６とで構成されている。また、電子増幅板１０には、電場を集束させるための貫通孔１８が複数形成され、二次元配置されている。また、これらの構成要素を収容するチャンバ１０４内には、所定の検出用ガスが充填されている。この検出用ガスとしては、一般に希ガス＋クエンチャーガスの組合せが使用される。希ガスとしては、例えばＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等がある。また、クエンチャーガスとしては、例えばＣＯ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＦ４等がある。また、希ガス中へのクエンチャーガスの混合量は、１〜３０％が好適である。
【００２２】
本実施形態にかかる放射線検出器においては、電源部２０から導体層１６及び電子発生電極１０１に所定の電圧が印加され、チャンバ１０４内には電子増幅板１０を介して電子発生電極１０１から検出部１０２の方向に電子を移動させる電場が形成されている。ここで、放射線が電子発生電極１０１に入射すると、光電効果、コンプトン散乱あるいは電子対生成等により、電子発生電極１０１から一次電子が発生し、この一次電子が検出用ガスを電離させて二次電子が発生し、電子増幅板１０の貫通孔１８において集束された電場によりさらに加速されて電子の雪崩増幅が行われる。増幅された電子は、二次元配置された貫通孔１８毎に検出部１０２で検出し、出力部２２が検出信号を出力することにより放射線の二次元位置を特定する。なお、検出部１０２は、直接電荷を検出する方法、あるいはシンチレーション光を検出する方法等により増幅された電子の数を検出する構成とすることができる。
【００２３】
本実施形態にかかるガス電子増幅器において特徴的な点は、図１に示されるように、電子発生電極１０１の一方の面（図１では下面）と電子増幅板１０の一方の面（図１では上面）とを密着させている点、及び図２で後述するように、入射した放射線により主として電子発生電極１０１の内部で電子が発生する点である。これにより、電子発生電極１０１から発生した一次電子が、当該一次電子を発生させた放射線の入射位置に対応する位置に配置された貫通孔１８に進入し、増幅されることになる。この結果、放射線の読み出し位置の誤差を無くすことができる。ここで、放射線の入射位置に対応する位置とは、放射線の進行方向を延長した位置をいう。なお、電子発生電極１０１と電子増幅板１０とを密着させる方法は特に限定されないが、例えば電子発生電極１０１を電子増幅板１０の上に載置する方法、エポキシ樹脂等の接着剤により接着する方法及び溶着等がある。また、本実施形態では、図１に示されるように、導体層１６が板状絶縁層１２の電子発生電極１０１に密着していない面に形成されている。
【００２４】
図２（ａ），（ｂ）には、放射線により発生した電子が貫通孔１８に進入する様子の説明図が示される。図２（ａ）が本実施形態にかかるガス電子増幅器の部分断面図であり、図２（ｂ）が従来のガス電子増幅器の部分断面図である。
【００２５】
図２（ａ）において、放射線Ｒが電子発生電極１０１に入射すると、電子発生電極１０１を構成する物質の原子から電子を遊離して一次電子ｅを発生させる。発生した一次電子ｅは、様々な方向に拡散する。このとき、電子増幅板１０と電子発生電極１０１とが密着しているので、一次電子ｅは放射線Ｒの入射位置に対応する位置、すなわち図２（ａ）では放射線Ｒの入射位置の真下にある貫通孔１８に進入することになる。このようにして貫通孔１８に進入した一次電子ｅは、検出用ガスを電離させて二次電子を発生させ、電子雪崩増幅により増幅されつつ検出部１０２で検出される。また、一次電子ｅが図２（ａ）に破線で示される方向（放射線Ｒの入射位置に対応する位置に配置された貫通孔１８とは異なる方向）に飛んだときには、電子増幅板１０の板状絶縁層１２等に衝突し、周辺の貫通孔１８に拡散することが回避される。このように、一次電子ｅを対応する位置の貫通孔１８に確実に導くことができるので、効率よく高精度に放射線Ｒの入射位置の計測を行うことができる。
【００２６】
一方、図２（ｂ）に示されるように、従来のガス電子増幅器では、放射線Ｒがドリフト領域１１に入射して発生した一次電子ｅが、図２（ｂ）に破線で示される方向に飛んだ場合に、放射線Ｒの入射位置に対応する位置に配置された貫通孔１８に進入せず、その周辺の貫通孔１８に進入してしまう。このため、前述したように、放射線の二次元位置の特定に誤差が生じることになる。
【００２７】
図３には、入射する放射線のエネルギーと当該放射線により電子放出が起こる電子発生電極１０１の厚さとの関係が示される。図３において、横軸が放射線のエネルギーを示し、縦軸が電子発生電極１０１の厚さを示している。また、電子発生電極１０１の材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）の３種類が例示されており、金が実線、銀が破線、アルミニウムが一点鎖線でそれぞれ示されている。
【００２８】
図３において、金、銀、アルミニウムを示す各曲線は、入射する放射線のエネルギーに対して一次電子放出が起こる最大厚さを意味している。最大厚さとは、放射線のエネルギーに対して電子放出が起こる厚さの臨界値であり、この最大厚さより材料の厚さが厚くなってしまうと、電子が放出されなくなってしまう。図３の各曲線からわかるように、放射線のエネルギーが高くなると上記最大厚さも厚くなる。
【００２９】
また、上記最大厚さの値は、電子発生電極１０１を構成する材料によって異なっており、原子量が大きい材料ほど最大厚さが小さくなっている。図３に示された例では、原子量の順番（アルミニウム＜銀＜金）で最大厚さが小さくなり、例えば原子量の大きい金の方が原子量の小さいアルミニウム（Ａｌ）よりも最大厚さが小さくなる。このことから、放射線のエネルギーが高い場合には、原子量の大きい材料を使用する方が電子発生電極１０１の厚さを薄くでき、材料を節約することができる。また、放射線のエネルギーが低い場合には、原子量の小さい材料を使用しないと放射線検出に充分な一次電子を発生することが困難になる。
【００３０】
上記電子発生電極１０１を構成する材料としては、例えば金、銀、白金等の重金属、アルミニウム等の軽金属等を使用することができるが、これらの材料は、上記図３で説明した関係に基づいて、入射する放射線のエネルギーに応じて適宜変更するのが好適である。これにより、各種の放射線に対応して、適切な感度及び検出効率で放射線検出を行うことができる。
【００３１】
また、上記電子発生電極１０１の厚さについても、上記図３で説明した関係に基づいて、入射する放射線のエネルギーに応じて適宜変更するのが好適である。これにより、各種の放射線に対応して、適切な感度及び検出効率で放射線検出を行うことができる。
【００３２】
また、上記板状絶縁層１２の材料としては、例えばポリイミド、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ガラスエポキシ、シリコンウエハ及びセラミック等の絶縁体を使用することができる。一般に、ガス電子増幅器では、板状絶縁層１２の上下間に電位差を与えることで貫通孔１８に高電場を発生させる。入射した放射線の電離作用で生成した電子は、この高電場で加速され、周りの検出用ガスを電離させ、大量の電子を生成する（雪崩増幅）。この増幅は電場の高さに依存するが、高電場を発生させるためには、板状絶縁層１２に高い絶縁抵抗値と高い耐電圧を有する材質を使用する必要がある。このような観点から、上述したポリイミド等の絶縁体が優れている。また、ガス電子増幅器では、電子を雪崩増幅する貫通孔１８を微細に加工する必要があるので、加工容易性の観点からも上述した絶縁体が優れている。
【００３３】
また、貫通孔１８の内部に電場を発生させる電極として機能する導体層１６の材料としては、例えば銅等を使用することができる。
【００３４】
なお、上述した板状絶縁層１２及び導体層１６の材料は、典型的なものを例示したが、上述した材料に限定されるものではない。
【００３５】
図４には、本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器の他の概略構成例の断面図が示され、図６と同一要素には同一符号が付されている。図４において特徴的な点は、電子増幅板１０の導体層１６と検出部１０２とが接触するように配置されている点である。これにより、貫通孔１８で雪崩増幅された電子を検出部１０２でより確実に検出することができ、効率よく高精度に放射線Ｒの入射位置の計測を行うことができる。
【００３６】
また、図５には、本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器のさらに他の概略構成例の断面図が示され、図６と同一要素には同一符号が付されている。図５において特徴的な点は、電子発生電極１０１に、電子増幅板１０に形成された貫通孔１８の位置に対応した位置、すなわち各貫通孔１８の開口領域内に通気孔２４が形成されている点にある。この通気孔２４は、貫通孔１８の径以下の径となるように形成されている。これにより、ガス電子増幅器の動作中に貫通孔１８内の検出用ガスを更新することができる。
【００３７】
検出用ガス、特にクエンチャーガス（ＣＯ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＦ４等）は、放射線や電子流に長時間曝されると一部分解し、劣化する。本発明の貫通孔１８は、一方の開口が電子発生電極１０１により覆われているので検出用ガスが入れ替わらず、劣化が進行しやすい。このため、本実施形態のように、通気孔２４を形成すれば、貫通孔１８内の検出用ガスを更新することができ、劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例の断面図である。
【図２】ガス電子増幅器において、放射線により発生した電子が貫通孔に進入する様子の説明図である。
【図３】入射する放射線のエネルギーと当該放射線により電子放出が起こる電子発生電極の厚さとの関係を示す図である。
【図４】本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器の他の概略構成例の断面図である。
【図５】本発明にかかるガス電子増幅器を使用した放射線検出器のさらに他の概略構成例の断面図である。
【図６】従来のガス電子増幅器を使用した放射線検出器の概略構成例の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  電子増幅板、１２  板状絶縁層、１４、１６  導体層、１８  貫通孔、２０  電源部、２２  出力部、２４  通気孔、１００  ドリフト電極、１０１  電子発生電極、１０２  検出部、１０４  チャンバ。
【図１】
2009206057.tif 000003
【図２】
2009206057.tif 000004
【図３】
2009206057.tif 000005
【図４】
2009206057.tif 000006
【図５】
2009206057.tif 000007
【図６】
2009206057.tif 000008