CN101238541A - 微通道板、气体比例计数管以及摄像装置 - Google Patents

微通道板、气体比例计数管以及摄像装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供具有能够同时达成高亮度和高分辨率的两者的优良特性的微通道板，以及使用该微通道板的气体比例计数管和摄像装置。基于本发明的微通道板是，具备基体，该基体设置有多个贯通孔(13)且具有绝缘性，是配置在主要包含不活泼气体的气体环境中而构成比例计数管的微通道板，上述基体至少具有设置在上述多个贯通孔(13)的内壁上的光电变换部(1a、1b)。

Description

微通道板、气体比例计数管以及摄像装置
技术领域
本发明涉及微通道板、气体比例计数管以及摄像装置。
背景技术
近年来，开发出将作为微通道板(Micro Chanel Plate：MCP)发挥功能的铅玻璃制毛细管板作为摄像型的气体比例计数管(CapillaryGas Proportional Counter：CGPC)使其动作的新型的检测器(参照非专利文献1～8)。并且，最近，作为X线等的能够进行二维位置检测的其他的放射线检测器，气体电子倍增器(gas electron multiplier)引起广泛关注(参照非专利文献10～12)
并且，本发明者，将现有的CGPC进一步改良，提出能够充分减低噪音水平的毛细管板和使用它的新的CGPC(专利文献1)，以及，与GEM相比耐冲击性和操作性良好，并且灵敏度分布的一致性更高的CGCP(专利文献2)。
非专利文献1：H.Sakurai et al.，“A new type of proportional counterusing a capillary plate”，Nucl.Instr.And Meth.In Phys.Res.A374(1996)341-344.
非专利文献2：H.Sakurai et al.，“Characteristics of capillary gasproportional counter”，SPIE Proceedings Reprint，vol.2806(1996)569-576.
非专利文献3：H.Sakurai et al.，“Detection of photoabsorption pointwith capillary imaging gas proportional counter”，IEEE Trans on Nucl.Sci.vol.49，No.3，(2002).
非专利文献4：M.Tsukahara et al.，“The development of a new typeof imaging X-ray detector with a capillary plate”，IEEE Trans on Nucl.Sci.vol.49，No.3，(1997)679-682.
非专利文献5：H.Sakurai et al.，“The form of X-ray photoelectrontracks in a capillary gas proportional counter”，IEEE Trans on Nucl.Sci.vol.46，No.3，(1999)333-337.
非专利文献6：H.Sakurai，“Imaging gas proportional counter withcapillary plate”，放射线vol.25，No.1，(1999)27-37.
非专利文献7：H. Sakurai et al.，“New type of imaging X-ray detectorusing a capillary plate”，SPIE Proceedings Reprint，vol.3114(1997)481-487.
非专利文献8：T.Masuda et al.，“Optical imaging capillary gasproportional counter with penning mixtures”，IEEE Trans on Nucl.Sci.vol.49，No.2，(2002)553-558.
非专利文献9：Nishi，Yu.；Tanimori，Y.；Ochi，A.；Nishi，Ya.；Toyokawa，H.，“Development of a hybrid MSGC with a conductivecapillary plate.”，SPIE，vol.3 774(1999)87-96.
非专利文献10：F.Sauli，Nucl.Instr.And Meth.A 368(1977)531.
非专利文献11：F.A.F.Fraga，et al.，Nucl.Instr.And Meth.A422(2000)417.
非专利文献12：D.Mormann，et al.，Nucl.Instr.And Meth.A504(2003)93.
专利文献1：日本特开2004-241298号公报
专利文献2：日本特开2005-32634号公报
发明内容
在此，以摄像型X线检测装置为例说明使用CGCP的摄像装置的大致结构。摄像型X线检测装置，通常具有在CGCP的后段按顺序连续设置有光学系统和摄像系统的结构。CGCP是，在一端设置有X线等的电磁波入射的铍窗并且另一端被设置在有设有光透过窗的腔室的内部。CP是，聚积有多个成中空状的直径100μm左右的铅玻璃制毛细管的薄板状部件，在其两面形成有薄膜电极。进一步，在CP的前段(光电面一侧)，设置有电源和与设置电位连接的整形环，构成漂移区域。在腔室内封入，在作为主要成分的Ar气体或CH4气体等中添加有起到彭宁效应(Penning Effect)的三甲胺(TMA)等的混合气体。
在如此构成的摄像型X线装置中，当通过铍窗入射X线时，存在于铍窗和与其相对的CP的一侧面(CPIN)之间的气体分子和X线相互作用，通过光电效应放出高能量的一次电子(X线光电子)。该一次光电子，在向其他的气体赋予能量的同时前进，在其飞行轨迹中生成电子-离子对形成电子云，其电子云从CP的一侧面(CPIN)入射到毛细管内。在毛细管内部，形成例如104V/cm以上的电场，电子与气体分子接连碰撞引起气体的放电和激发发光，进行电子增殖(例如103～104倍)和光增殖。增幅光透过光透过窗入射到光学系统，并导光至摄像系统。
本发明者，当使用这样的摄像型X线检测装置时，利用CGCP的特性，根据用途适当选择所谓的高亮度模式和高分辨率模式这两种不同的模式而进行操作。
即，高亮度模式是，在铍窗与CPIN之间的漂移区域中，施加正向偏压，以使电子云向被引进CP侧的方向移动(漂移)的通常的操作模式。在该情况下，由于通过一次电子生成的电子云整体能够入射到CP中，所以能够达到极高的亮度(灵敏度、X线检测效率)。但是，由于电子云在气体中前进时被扩散的几率变高，所以容易丧失X线的入射位置信息，存在分辨率特性(位置分辨能力)略差的倾向。
另一方面，高分辨率模式是，在漂移区域中，与高亮度模式相反地，在使电子云向铍窗侧排斥而移动(漂移)的方向上施加反向偏压的操作模式。依照本发明者的观点，通过施加这样的反向偏压能够达到高分辨率的理由如下所述。
也就是说，在漂移区域中发生的飞行路程长的一次电子，及其行进途中生成的电子云，利用反向偏压阻止向CP入射，所以在CP的毛细管内，在CPIN附近生成的电子云入射有助于电子·光增殖。并且由于在CPIN附近生成的电子云到CP的距离短，所以在气体中几乎没有扩散，能够入射到生成位置附近的毛细管。如上所述，实质上有助于仅使保持了X线的入射位置信息的电子云几乎不发生扩散地在毛细管内电子·光增殖，所以可以由毛细管的直径本身来决定位置分辨能力。
但是，这样的施加反向偏压的高分辨率模式，虽然分辨率特性优良，但是在漂移区域中生成的大量的电子(云)没有向毛细管内入射，所以有助于在毛细管内的电子·光增殖的电子数变少，存在亮度(灵敏度、X线检测率)降低的倾向。
因此，本发明鉴于上述问题而完成，其目的是提供能够同时到达高亮度和高分辨率两者的具有优良特性的MCP、气体比例计数管、和摄像装置。
为了解决上述课题，基于本发明的MCP，具备设有贯通孔且具有绝缘性的基体，并配置在主要包含不活泼气体的气体环境中而构成比例计数管，其中，基体至少具有设置在上述多个贯通孔的内壁上的光电变换部。这里，光电变换部被形成在贯通孔的内壁上(即，贯通孔的内面)，例如，也可以设置在贯通孔的开口端的周围的基体表面上。
在如此构成的MCP中，当在基体的两端面上施加电压形成电场的状态下，多个贯通孔作为进行电子·光增殖的微通道而发挥功能。本发明者，制作具有如此结构的MCP，代替例如在专利文献1中记载的摄像型X线检测装置的CP使用，确认当在施加上述反向偏压的高分辨率模式下运转时，能够得到充分的分辨率，并且能够到达与上述高亮度模式相当的亮度。
并且，将该MCP的结构模型，使用EGS4代码(The EGS4 CodeSystem by W.R.Nelson，H.Hirayama and D.W.O.Rogers，SLAC-265，Stanford Linear Accelerator Center，1985)，进行X线和气体及CP的材料物质的相互作用蒙特卡罗模拟，评价检测效率和脉冲波高频谱(分布)。
其结果是，当使用至少具有设置在多个贯通孔的内壁上(贯通孔的内面)的光电变换部的MCP时，与不具有这样的光电变换部的MCP相比，确认对于特别是具有10keV以上的能量的X线的检测效率有意地被提高。
进一步，本发明者，将MCP的三维结构模型化，使用麦克斯维尔3D场模拟器(Maxwell 3-D Field Simulator)(Commercial Finite ElementComputation Package，Ansoft Co.Pittsburg，PA，USA.)以及Garfield(R.Veenhof，Nucl.Instr.and Meth.A 419(1998)726.HYPERLINK“http://garfield.web.cern.ch/garfield/”http://garfiled.web.cern.ch/garfield/)代码实施电场以及电子动作的模拟。并且，利用Maxwell进行电场计算，通过Garfield计算气体中的电子的运动。其结果是，在至少具有设置于贯通孔的内壁上(贯通孔的内面)的光电变换部的该贯通孔的内壁上，在贯通孔的前方的漂移区域生成的电子云有难以入射的倾向。
由此推断，在至少具有设置在多个贯通孔的内壁上(贯通孔的内面)的光电变换部的MCP中，充分地抑制在其外部生成的电子云入射到贯通孔内，另一方面在该光电变换部中以高效率生成的一次电子实际上有助于贯通孔内的电子·光增殖。但是，作用机制并不局限于此。
并且，光电变换部的材料，与作为目的的测定对象的电磁波、粒子线等相互作用，其结果是，只要是含有生成电磁波、粒子线等的物质并没有特别的限制，例如，除了过渡金属、重金属、贵重金属之外，可以列举包含碱金属电子的材料，与测定对象的反应截面积大的材料等。更具体的是，例如，测定对象是可见光(波长大约400nm～800nm)的情况下，优选包含后述的多个种类的碱金属的多碱(multi-alkali：マルチアルカリ)，特别是对于波长大约在300nm～600nm的可见光更为优选的是双碱(bi-alkali：バイアルカリ)。并且，当波长是小于大约200nm的真空紫外光的情况下，CsI更为优选，对于更短波长的X线至γ线，可以举例将Au或Cs等作为优选的金属。进一步，测定对象是中子线的情况下，包含B或Gd等的材料为优选。这样，包含碱金属电子，在测定对象为电磁波的情况下作为光电变换部的材料特别有用。
本发明者，制作设置有包含碱金属原子的光电变换部的MCP，代替例如在专利文献1中记载的摄像型X线检测装置的CP来使用，当在施加上述反向偏压的高分辨率模式下运转时，在该情况下，确认能够得到充分的分辨率，并且能够到达与上述高亮度模式相当的亮度。并且，从脉冲波高频谱的评价可知，有助于利用碱金属和X线的相互作用而生成的光电子。根据这些结果明确反应出，通过光电变换部中包含的碱金属等的金属原子和X线的相互作用生成的光电子，成为在贯通孔内的电子·光增殖的电子源(即一次电子)。进一步，在基于Maxwell和Garfield的电场模拟中可确认，在将含有碱金属原子的光电变换部设置在贯通孔的端部内壁的周方向的情况下，在MCP的外部生成的电子云很难入射到贯通孔内。
进一步，在基于Maxwell和Garfield的电场模拟中确认，当使设置于贯通孔的内壁上(端部内壁的周方向)的光电变换部的高度(沿着贯通孔的轴方向的长度；也就是说，光电变换部向贯通孔内部进入的深度)发生各种变化时，当该长度达到某种程度以上时，在MCP的外部生成的电子云几乎不对在贯通孔内的电子·光增殖有帮助。
即，更为优选的是光电变换部满足如下公式(1)
Lcp×0.1＜La......(1)
所表述的关系。公式中，Lcp是表示贯通孔的轴方向长度，La是表示沿着贯通孔的轴方向的光电变换部的长度。
并且，光电变换部还可以兼作对贯通孔的两端施加规定的电压的电极。如果这样，在从紫外光至红外光的波长区域的宽波长范围上，易于实现高灵敏度。并且，对于如X线那样的更短波长的电磁波，能够使在贯通口的端部生成的电子数增加。由此，对于宽波长区域能够易于实现高灵敏度。
具体地说，光电变换部更优选为含有多种类的碱金属原子。如果这样，能够进一步提高光电变换效率，例如如果是X线的情况下，能够使在贯通口的端部生成的电子数进一步增加。
更具体地说，多个贯通孔其内壁截面呈大致直状。
并且，基于本发明的气体比例计数管包括，腔室，填充有主要包含不活泼气体的检测用气体，并且具有入射电磁波或者电离放射线的窗，和配置在腔室内的基于本发明的MCP。此外，“气体比例计数管”并不局限于管状部件，而是指在比例计数区域中动作的整个计数装置。
进一步，优选检测用气体含有，分子中包含卤素原子的有机类气体。
当使用上述以Ar气体和CH4气体等作为主要成分的气体中添加称作TMA或TEA的胺类气体的混合气体时，例如，作为Ar的激发发光的波长127nm通过TMA进行波长变换，而发出波长290nm的光。由此，在通常的摄像装置中，需要变换为可见光。对此，检测用气体分子如果是包含分子中含有卤素原子的有机类气体的气体(例如，CF4等卤化烷烃)，则能够以高效率发出比现有技术波长更长的可见光(含有CF4的情况下，发光区域400～900nm左右，峰值波长大约620nm)。
并且，依据本发明的摄像装置，包括基于本发明的比例计数管和配置于腔室的后段的光检测器。此外，考虑上述细节，换句话说，基于本发明的MCP，具备设置有多个贯通孔并具有绝缘性的基体，而且配置在主要包含不活泼气体的气体环境中，而构成比例计数管，基体具有光电变换部，该光电变换部包括，设置在贯通孔的开口端的周围并包含碱金属原子，光电变换部优选设置在多个贯通孔的内壁上。
依据本发明的MCP、气体比例计数管、和摄像装置，通过在形成于MCP的贯通孔的开口端的周围设置的含有碱金属原子的光电变换部，可抑制在MCP的外部生成的电子云入射到贯通孔内，另一方面，由于在该光电变换部中以高效率生成的一次电子，实质上有助于贯通孔内的电子·光增殖，所以能够实现同时达成高亮度和高分辨率的两者的优良特性。
附图说明
图1是以模型表示依据本发明的MCP的一个优选实施方式的平面图。
图2是表示沿图1的II-II线的剖面图。
图3是表示图2的主要部分的扩大图，是以模型表示通道13及其周围的剖面图。
图4是表示使用具备MCP1的本发明的气体比例计数管的摄像装置的适当的一种实施方式的立体图。
图5是以模型表示图4所示的摄像装置的主要部分的剖面图。
图6是表示在电极1a的长度La为25μm的通道13的开口部附近等电线分布的计算结果的图。
图7是表示在电极1a的长度La为50μm的通道13的开口部附近等电线分布的计算结果的图。
图8是表示在电极1a的长度La为100μm的通道13的开口部附近等电线分布的计算结果的图。
图9是表示在电极1a的长度La为25μm的通道13内的电场强度的计算结果的图。
图10是表示在电极1a的长度La为50μm的通道13内的电场强度的计算结果的图。
图11是表示在电极1a的长度La为100μm的通道13内的电场强度的计算结果的图。
图12是表示当在电极1a的前方不存在气体的条件下，在电极1a的长度La为25μm的通道13及其附近的电子的移动状态的计算结果的图。
图13是表示当在电极1a的前方不存在气体的条件下，在电极1a的长度La为50μm的通道13及其附近的电子的移动状态的计算结果的图。
图14是表示当在电极1a的前方不存在气体的条件下，在电极1a的长度La为100μm的通道13及其附近的电子的移动状态的计算结果的图。
图15是表示当在电极1a的前方存在有气体的条件下，在电极1a的长度La为25μm的通道13及其附近的电子的移动状态的计算结果的图。
图16是表示当在电极1a的前方存在有气体的条件下，在电极1a的长度La为50μm的通道13及其附近的电子的移动状态的计算结果的图。
图17是表示当在电极1a的前方存在有气体的条件下，在电极1a的长度La为100μm的通道13及其附近的电子的移动状态的计算结果的图。
图18是以模型表示本发明的MCP的另一例的立体图。
图19是表示测试图的平面照片。
图20是表示使MCP1在高解像模式下运转以X线对测试图进行摄像的结果的照片。
图21是表示使MCP1在高解像模式下运转以X线对测试图进行摄像的结果的照片。
图22是表示使MCP1在高解像模式下运转以X线对测试图进行摄像的结果的照片。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，在同一要素上标注同一符号，省略其重复说明。并且，只要没有事先说明，上下左右等的位置关系是基于图中所示的位置关系。而且，图的尺寸比率并不局限于图示的比率。
图1是以模型表示基于本发明的MCP的一个优选的实施方式的平面图。图2是沿着图1中的II-II线的剖面图。MCP1是，在呈板状的绝缘性的多孔板11(基体)的周围接合外周框12。多孔板11沿着其厚度方向设置有多个通道13(贯通孔)，其材质没有特别的限定，例如，可以举例出在专利文献1等中记载的与玻璃框接合的由毛细管板构成的通道玻璃(可以含铅也可以不含铅)，在专利文献2中记载的将多个树脂制的空心线管配置在树脂框内。
设置在多孔板11上的这些通道13，构成各自独立的电子·光倍增器。进一步，在多孔板11的两面设置，例如利用真空蒸镀等形成，包含由过渡金属合金(例如，铬镍铁合金(inconel)等)或含有碱金属原子的金属等构成的电极1a(光电变换部)和电极1b。
作为在该电极1a、1b中使用的含有碱金属原子的金属材料，例如，可以举例有，双碱(bi-alkali)化合物、多碱(multialkali)化合物、双碱以及锑或者碲的化合物、或者多碱以及锑或者碲的化合物等，电极1a、1b还可以具有由碳纳米管(carbon nano tube)等构成的其他的层，进一步，例如还可以含有中子线的吸收截面积(与中子的反应截面积)大的核素。
在此，图3是图2的主要部分的扩大图，是以模型表示通道13及其周围的剖面图。通道13，是细长的直孔状，即内壁13a是直的，内径沿着延伸轴G大致一定地形成。并且，在图中，通道13是偏置角度(垂直与多孔板11的面的方向与延伸轴G所成的角度)大致为0°，也可以成例如5～15°左右的偏置角度。
另外，电极1a、1b以覆盖在通道13的开口端的周围的方式被设置，并且，从通道13的开口端进入其内部，也就是说延伸设置直到通道13的端部的内壁13a上。
进一步，一方的电极1a(如后文所述，当MCP1被设置在摄像装置时设置在X线等的电磁波入射侧CPIN的电极)优选以满足如下公式
(1)；
Lcp×0.1＜La......(1)，
更为优选的是以满足公式(2)
Lcp×0.2≤La≤Lcp×0.5......(2)
所表示的关系的方式而设置。
在此，Lcp表示通道13的延伸轴G方向的全长(多孔板11的厚度)，La表示沿着通道13的延伸轴G方向的电极1a的长度(在通道13的内部的电极1a的高度)。
在如此构成的MCP1中，当在电极1a、1b之间即各通道13的两端施加电压时，在通道13内发生延伸轴G方向的电场。这时，由电极1a的光电效应生成的电子(一次电子)从一端入射到通道13内时，该入射电子由在通道13内形成的强电场被赋予能量，多重地(雪崩式)重复与通道13内的气体原子的电离·激发冲撞，电子和光(激发发光)以指数函数激增，由此可进行电子·光增殖。
图4是表示使用具备MCP1的本发明的气体比例计数管(CGPC)的摄像装置的一个优选实施方式的立体图(部分剖开图)。并且图5是以模型表示其主要部分的剖面图。
摄像型X线检测装置200(摄像装置)，在摄像系统210上，连接有电源系统34、以及组装有CAMCA单元和显示装置的控制系统35(兼用作测定电路系统)。摄像系统210具有腔室22和腔室23，上述腔室22呈大致筒状上方端由铍窗21(窗)覆盖并且在侧壁设置有排气口22a和吸气口22b，上述腔室23是相对于X线Pv(电磁波)的入射方向与腔室22的后段接合。
在腔室22内，沿着X线Pv的入射方向，从其上流侧呈同轴状地设置有，中空状的整形环(修整环)215、216以及上述的MCP1。这些整形环215、216与电源系统34和接地电位连接，在来自电源系统34的高电压与接地之间被电阻分割，分别被施加适当的漂移电压。通过这些整形环215、216，在MCP1的前方空间构成漂移区域。
并且，MCP1的电极1a、1b分别与电源系统34连接，在电极1a被施加规定的负极电压作为阳极使用，在电极1b被施加规定的正极电压作为阴极使用。
并且，在腔室22、23的边界设置有开口部，在此FOP2以密封腔室22侧的方式被嵌合设置。在像这样被封闭的腔室22内的空间中，在作为主要成分的He气体、Ar气体、Xe气体CH4气体等中，添加分子添加有机类气体，该有机类气体可以是分子中优选含有卤素原子，更为优选的是含有氟元素原子的CF4等的卤化烷烃，而且根据需要封入添加有淬火气体的检测用气体217。检测用气体217，使用排气口22a和吸气口22b被适当地排气和吸气。
CF4等的有机类气体的添加量，可以根据气体的种类适当地选择，但是相对于检测用气体217的总量优选为1～10体积％左右，更为优选的是几体积％。像这样，由铍窗21、腔室22、整形环215、216、MCP1以及检测用气体217构成本发明的比例计数管。
进一步，在腔室23的底壁上，与MCP1和FOP2同轴状地设置有光位置检测器3(光检测器)，在其周围，设置有用于驱动光位置检测器3的驱动电路板4。作为光位置检测器3，优选为能够进行二维位置检测的光检测器，例如，可以列举CMOS传感器阵列、图像增强器(I.I.)、CCD、ICCD、PMT、或者使用阳极板的摄像用传感器等。
再进一步，上述的电源系统34，通过设置在腔室23侧壁的电源端子24与整形环215、216以及MCP1连接，同时通过电源端子24向驱动电路板4和光位置检测器3供给驱动电力。再进一步，控制系统35通过设置在腔室23的侧壁的信号端子25与驱动电路板4连接。
在使用具备如此构成的MCP1的气体比例计数管的摄像型X线检测装置200中，通过铍窗21入射到腔室22内的X线Pv，与在铍窗21和MCP1之间构成的区域(漂移区域)的气体分子相互作用，通过光电效应放出高能量的一次电子(X线光电子)。该一次电子在给其他的气体分子赋予能量的同时前进，在其飞行轨迹中生成电子-离子对，形成电子云。
在漂移区域中，施加与现有的高亮度模式同样的正向偏压，由一次电子生成的电子云，利用该正向偏压形成的电场(例如100V/cm左右的强度)，向MCP1侧移动(漂移)。这样的向MCP1侧移动的电子，在现有的装置中入射到MCP的通道内，但是在本发明的MCP1中，向通道13内的进入被阻止。
在此，为了说明如上所述的电子的动作，对本发明者进行过的使用Maxwell & Carfield三维模拟代码的电场模拟的结果进行说明。在模拟中使用的MCP1附近的结构模型的概略如下所述。此外，通道13的形状基本上等同于与图3所示，并且，以下的符号是图3中的符号。
通道13的全长Lcp：500μm
通道13的内径D：50μm
电极1a与前方电位点Vtop的距离Ltop：500μm
电极1a与后方电位点Vtop的距离Lbot：500μm
电极1a的通道13内的长度La：25，50，100μm
电极1b的通道1 3内的长度Lb：50μm
上方电位点的电位：+45.8V
电极1a的电位：+50V
电极1b的电位：+1050V
下方电位点的电位：+1045V
在该模型中，电极1a的前方的漂移区域的电场强度是100V/cm，通道13内的电场强度是2×104V/cm以上。
图6～8表示的是，La分别是25、50、100μm时的通道13的开口部附近的等电位线(电位的等高线)分布的计算结果。能够确认电极的长度La越大，等电位线间隔变密的部位就越向通道13内部的更深位置变化。
并且，图9～11是表示La分别是25、50、100μm时的通道13内的电场强度的计算结果。确认当电极1a的长度变化为25、50、100μm时，通道13内的电场增大到最大23、24.5、28kV/cm。像这样，当电极1a的长度增大时，通道13内的电场强度升高，反过来说就是，当电极1a的长度越大，可利用低电压能够相同的电场强度。
进一步，图12～14是表示，在电极1a的前方气体不存在的条件下，La分别是25、50、100μm时的通道13以及其附近的电子的移动(漂移)状态的计算结果。确认当电极1a的长度越大时，在电极1a的前方存在的电子E越难入射到通道13的内部。
再进一步，图15～17是表示，在电极1a的前方存在气体的条件下，La分别是25、50、100μm时的通道13以及其附近的电子的移动(漂移)状态的计算结果。在这样的情况下，确认当电极1a的长度越大时，在电极1a的前方存在的电子E越难入射到通道13的内部。
再进一步，在从电极1a到前方电位点Vtop侧400μm的距离上且在通道13的延伸轴G的位置上配置1000个假想电子，计算评价其动作，以及在通道13的内部利用与气体的相互作用而用于(有助于)电子增殖的电子的比例。将结果总结表示在表1中。
表1
  电极1a的长度La(μm)             电子的存在数量(个)  用于通道13内的电子增殖的电子的比例(％)
  Vtop和电极1a之间的漂移区域   电极1a  通道13的内部
    25     18     155     827     16
    50     23     463     513     14
    100     32     946     22     1
根据这些结果确认，电极1a的长度变得越长，在电极1a停止的电子数变得越多，由此到达通道13内的电子数减少，同时在通道13内用于电子增殖的电子的比例降低。特别是，当电极1a的长度La大于50μm(即La＝Lcp×0.1)时，在电极1a的前方的漂移区域发生的电子E中用于通道13内的电子增殖的比例大幅地减少，当La达到100μm(即La＝Lcp×0.2)以上时，其有用比率减小到实质上可以忽略的程度。
像这样，存在于电极1a前方的漂移区域的电子E难以入射到通道13内，推断其理由之一是，如图6～8所示，电极的长度La越大，等电位线间隔变密的部位向通道13内部更深的位置变化，由此正在向通道13的开口端入射的电子以向电极1a入射的方式移动(参照图12～14)。但是，作用并不仅限于此。
这样一来在漂移区域生成的电子云，变得很难入射到通道13内，同时在入射到腔室22内的X线Pv中，存在未利用与气体分子的相互作用而变换成电子即到达MCP1的情况。当该X线Pv入射到电极1a时，利用与电极1a的相互作用引起光电变换，能够生成光电子。这时，在电极1a上，由于包含光电变换的反应横截面积大的碱金属原子，所以光电子的发生效率被提高。
由电极1a生成的光电子，由于发生在通道13的开口部附近或者通道13的内部，所以直接向到通道13内入射。在通道13的内部，通过在电极1a、1b上施加电压，而形成充分的用于引起气体的放电和激发发光的例如104V/cm以上的电场，电子与气体分子接连碰撞而进行电子增殖和光增殖。
这时，各种的基本反应过程被引发，其中当被激发的CF4分子向基态迁移时，其能量迁移时发出具有特有的波长的光(CF4 *→CF4+hγ)。该激发发光的波长区域覆盖从可见光到红外光的广泛区域(400～900nm左右)，其峰值波长大于为620nm。该发光波长，具有在上述的光位置检测器3的具体的设备中，与CCD的灵敏度最吻合的倾向。
像这样被增殖的光透过FOP2，不必再次进行光电变换而入射到光位置检测器3。基于光入射后的二维位置信息和在各入射位置的光强度的电信号通过驱动电路板4从光位置检测器3向控制系统35输出，因此，构成三维X线发光图像并输出到显示装置等。
这里，图20～图22是表示，制作通道13的内径D为100μm，作为电极1a、1b使用Inconel 600(铬镍铁合金600)的MCP1，将图19所示的测试图案(孔径：aperture)装载在铍窗21之前，在施加反向偏压的高分辨率模式下照射X线同时进行摄像的结果的照片。并且，在腔室23内，封入规定压力的Ar+CF4混合气体。图20～图22是表示，该混合气体的压力分别是1大气压、0.5大气压和0.25大气压的情况下的结果。并且，在图20～图22中表示的数值越大，其相邻拍摄的直线越致密。
依据这些结果确认，使用本发明的MCP1以及具备该MCP1的气体比例计数管的摄像型X线检测装置200，即使在位置分辨能力十分优秀的高分辨率模式中也具有充分的摄像灵敏度。另外，在施加正向偏压的高亮度模式下的运转中，通常情况下，腔室内的气体压力越小电子的飞行痕迹长度变得越大，因此相对于气体压力变得越小分辨率有劣化倾向，与此相对，从如图20～图22可以明白，在使用本发明的MCP1以及具备该MCP1的气体比例计数管的摄像型X线检测装置200中，即使如上所述腔室内的气体压力变化也不会看到分辨率的劣化。
如果使用具备像这样构成的MCP1的气体比例计数管的摄像型X线检测装置200，使通过电极1a中包含的碱金属原子和X线Pv的相互作用以高效率生成的电子，成为通道13内的电子·光增殖的电子源，因此能够实现高亮度(高灵敏度)的摄像。并且，在漂移区域中生成的电子云，在气体中扩散的同时向MCP1侧移动，在防止它们向MCP1内的入射的同时，使在通道13的开口部附近及其内部生成的电子，在气体中几乎没有扩散，所以更加准确地保持X线Pv入射的位置的信息。并且，由于这些光电子成为通道13内的电子·光增殖的电子源，所以能够实现由通道13的内径决定的良好的位置分辨能力。这样一来，能够实现高亮度且高分辨率的X线摄像。
并且，本发明并不局限于上述各实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以有各种各样的变形。例如，MCP1的形状并不局限于圆板状，例如也可以是角板状。图18是示意的表示所述的本发明的MCP的另一例子的立体图。MCP10具备矩形外周框212，并在其内侧设置有基体211，该基体211由设置有多个通道13的例如玻璃或树脂等的绝缘性材料构成。并且，MCP1、10也可以不具有外周框12、212。
并且进一步，在检测用气体217中，也可以替代CF4或者在其基础上添加TMA或TEA等的其它的起到彭宁效应的气体。关于激发光波长如上所述在可见区域的方面优选CF4等的卤化烷烃等的有机类气体。进一步，代替FOP2也可以使用现有的光透过窗以及光学系统的组合，还可以使用束状的光纤。并且，在电极1b中也可以不包含碱金属原子。
并且，在上述实施方式中，对X线的检测·摄像进行了说明，但是检测对象并不局限于X线，本发明的MCN、气体比例计数管、以及摄像装置也可以应用于其他的电磁波和电离放射线的检测。特别是，由于在光电变换部包含有碱金属原子，所以具有从紫外区域到近红外区域的波长的光中也具有高灵敏度，在该情况下也能够实现上述的优秀的位置分辨能力。
再进一步，在电极1a，也可以设置包含中子线的吸收截面积(与中子的反应截面积)大的核素(例如10B)的层，在该情况下，也能够作为中子的检测装置发挥功能。即，在该情况下，在电极1a，发生由如下公式(3)
10B+n→4He+7Li+2.78MeV......(3)
所表示的核反应。这时被放出的4He(α线)和7Li在通道13内对气体施加能量生成一次电子云，该一次电子云成为通道13内的电子·光增殖的起源。由此，在中子检测中能够达到μm等级的位置分辨能力。由于通常使用气体的中子检测器的位置分辨能力是在cm等级，而通过本发明的MCN、气体比例计数管、和摄像装置，能够将中子检测中的位置分辨能力与现有技术相比提高1000倍左右。
进一步，多孔板11的材质也没有特别的限制，如果使用玻璃，能够抑制电极1a中包含的碱金属原子和氧元素的反应，所以从防止电极1a的随时间发生的劣化的观点是作为优选的。
如上所述，依据本发明的微通道板、气体比例计数管、和摄像装置，能够同时达成高亮度和高分辨率两者，所以可在以位置检测为首的电磁波或者电离放射线的各种测定中被广泛应用。

Claims (9)

1.一种微通道板，具备设有多个贯通孔且具有绝缘性的基体，并配置在主要包含不活泼气体的气体环境中而构成比例计数管，其特征在于：
所述基体至少具有设置在所述多个贯通孔的内壁上的光电变换部。
2.根据权利要求1所述的微通道板，其特征在于：
所述光电变换部含有碱金属原子。
3.根据权利要求2所述的微通道板，其特征在于：
所述光电变换部满足由如下公式(1)
Lcp×0.1＜La......(1)
所表示的关系，其中
Lcp是所述贯通孔的轴方向长度
La是沿着所述贯通孔的轴方向的所述光电变换部的长度。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的微通道板，其特征在于：
所述光电变换部兼作用于对所述贯通孔的两端施加规定的电压的电极。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的微通道板，其特征在于：
所述光电变换部含有多种类的碱金属原子。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的微通道板，其特征在于：
所述多个贯通孔的内壁截面呈大致直状。
7.一种气体比例计数管，其特征在于，包括：
腔室，填充有主要包含不活泼气体的检测用气体，具有电磁波或者电离放射线入射的窗，和
配置在所述腔室内的权利要求项1～6中任意一项所述的微通道板。
8.根据权利要求7所述的气体比例计数管，其特征在于：
所述检测用气体含有，分子中包含卤素原子的有机系气体。
9.一种摄像装置，其特征在于，包括：
权利要求7或者8中所述的气体比例计数管，和
被配置在所述腔室的后段的光检测器。
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