CN102365561A - 辐射线图像检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够高灵敏度地检测硬X射线、γ射线等辐射线且位置分辨率和计数率特性优异的新型辐射线图像检测器。该辐射线图像检测器的特征在于，将闪烁体与气体放大型紫外线图像检测器进行组合，该闪烁体是含钕的氟化镧晶体等将入射的辐射线变换为紫外线的闪烁体，该气体放大型紫外线图像检测器将紫外线转换为电子，利用气体电子雪崩现象对上述电子进行放大并检测，其中，气体放大型紫外线图像检测器基本上包括以下部分：碘化铯、碲化铯等将紫外线转换为电子的光电转换物质；气体电子放大器，利用气体电子雪崩现象来放大电子；以及像素型电极，具有放大功能和检测功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型辐射线图像检测器。该辐射线图像检测器能够适用于正电子断层摄像、X射线CT等医疗领域、各种非破坏检查等工业领域以及辐射线监控、随身物品检查等治安领域。
背景技术
使用辐射线的技术涉及正电子断层摄像、X射线CT等医疗领域、各种非破坏检查等工业领域以及辐射线监控、随身物品检查等治安领域等多个领域，当前也显著地持续发展。
辐射线图像检测器是在使用辐射线的技术中占据重要位置的基本技术，随着使用辐射线的技术的发展，要求检测灵敏度、对辐射线的入射位置的位置分辨率或者计数率特性具有更高的性能。另外，随着使用辐射线的技术的普及，还要求辐射线图像检测器的低成本化以及感应区域的大面积化。
为了应对针对上述辐射线图像检测器的要求，开发出一种使用了利用像素型电极进行的气体放大的粒子线图像检测器(参照专利文献1)。该粒子线图像检测器使用像素型电极来检测入射粒子线使气体分子电离所生成的电子，具有以下优点：位置分辨率和计数率特性良好且能够容易地使感应区域大型化，并且能够廉价地进行制作。然而，所使用的气体的原子量小，因此缺乏对硬X射线、γ射线这种具有高能量的光子的阻断能力，因而，存在针对这些光子的检测灵敏度低这种问题。
鉴于上述问题，本发明者们已经提出了以下方法：使用含有原子量大的化学物质的闪烁体来将入射的辐射线变换为紫外线，使用具有位置分辨率的气体放大型检测器来检测该紫外线(参照专利文献2)。另外，其他人也在进行使用相同的方法来检测辐射线的尝试(参照非专利文献1)。然而，在这些方法中，检测通过闪烁体而产生的紫外线使气体分子电离所生成的电子，因此紫外线在通过气体层期间扩散，气体层越厚，紫外线的扩散越大。其结果是在用作辐射线图像检测器时，存在位置分辨率和计数率特性下降这种问题。另外，需要使用化学性质不稳定的气体分子，因此存在气体分子本身劣化或者气体分子附着于检测器的电极这种问题，从而难以长时间稳定地进行动作(参照非专利文献2)。
另一方面，尝试着以下方法：在检测使用辐射线由闪烁体产生的紫外线时，使用光电转换物质将紫外线转换为电子，使用气体放大型检测器来检测该电子(参照专利文献3)。根据上述方法，认为能够回避上述的与位置分辨率和计数率特性的下降、动作的稳定性有关的问题，但是没能充分提高使用气体放大型检测器放大电子时的放大率。其结果是现在处于无法高灵敏度地检测由闪烁体产生的极弱的紫外线，还未尝试制作能够通过使用上述光电转换物质的方法来检测辐射线图像的装置的状况。
专利文献1：日本专利第3354551号公报
专利文献2：日本特开2008-202977号公报
非专利文献1：P.Schotanus，et al.，“Detection of LaF3:Nd3+Scintillation Light in a Photosensitive Multiwire Chamber”Nuclear Instruments and Methods in Physics Research，A272，913-916(1988).
非专利文献2：J.Va’vra，“Wire Aging of Hydrocarbon Gaseswith TMAE Additions”IEEE Transactions on Nuclear Science，NS-34，486-490(1987).
非专利文献3：J.van der Marel，et al.，“A LaF3:Nd(10％)Scintillation Detector with Microgap Gas Chamber Read-out forthe Detection of γ-rays”Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research，A392，310-314(1997).
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种能够高灵敏度地检测硬X射线、γ射线等辐射线、位置分辨率和计数率特性优异的、组合将入射的辐射线变换为紫外线的闪烁体与将紫外线转换为电子并对上述电子进行放大来检测的新型气体放大型紫外线图像检测器而构成的辐射线图像检测器。
用于解决问题的方案
本发明者等关注构成辐射线图像检测器的气体放大型紫外线图像检测器来对高灵敏度地检测从闪烁体产生的极弱的紫外线的方法反复进行各种研究。
其结果是发现以下情况：使用包括光电转换物质、气体电子放大器以及像素型电极的气体放大型紫外线图像检测器，通过在使用光电转换物质将从闪烁体产生的紫外线转换为电子、接着使用气体电子放大器来放大该电子之后，使用像素型电极进行检测，能够高灵敏度地检测辐射线。另外，使用将该闪烁体与气体放大型紫外线图像检测器组合而成的辐射线图像检测器成功地获取了辐射线图像，从而完成了本发明。
即，根据本发明，提供一种辐射线图像检测器，具备将所入射的辐射线变换为紫外线的闪烁体以及气体放大型紫外线图像检测器，其特征在于，气体放大型紫外线图像检测器包括光电转换物质、气体电子放大器以及像素型电极。
在上述辐射线图像检测器的发明中，优选以下情况：
(1)闪烁体为含钕、镨、铥或者铒的金属氟化物晶体；
(2)光电转换物质为碘化铯或者碲化铯；以及
(3)气体电子放大器为两个或者三个。
发明的效果
根据本发明，能够高灵敏度地检测通过闪烁体而从辐射线变换产生的极弱的紫外线，因此能够提供一种位置分辨率和计数率特性优异的辐射线图像检测器。另外，本发明的辐射线图像检测器能够容易地使感应区域大型化并且能够廉价地进行制作，因此在医疗、工业以及治安等领域中价值极高。
附图说明
图1是本发明的辐射线图像检测器的示意图。
图2是本发明的辐射线图像检测器的示意图。
图3是本发明的辐射线图像检测器的示意图。
图4是本发明的辐射线图像检测器的示意图。
图5是在本发明中使用的气体电子放大器的示意图。
图6是通过实施例1得到的辐射线图像。
图7是通过实施例2得到的辐射线图像。
图8是通过实施例3得到的辐射线图像。
图9是通过实施例3得到的辐射线图像。
图10是通过实施例3得到的辐射线图像。
图11是通过实施例3得到的辐射线图像中的辐射线检测频率的分布图。
具体实施方式
[动作原理]
使用图1来说明本发明的辐射线图像检测器的动作原理。首先，使用闪烁体1将所入射的辐射线变换为紫外线。接着，使用光电转换物质2将所产生的紫外线转换为一次电子3。使用气体电子放大器4来放大该一次电子3而得到二次电子5之后，使用像素型电极6进一步对二次电子5进行放大并且检测，其中，上述气体电子放大器4利用了高电场下气体电子雪崩现象所产生的放大作用。使用外部电路对基于由该像素型电极检测出的电子的信号进行处理，由此能够确定辐射线的入射位置，从而能够得到辐射线图像。下面，更详细地说明本发明的辐射线图像检测器。
[闪烁体]
作为本发明的辐射线图像检测器的结构要素的闪烁体，只要是可以由辐射线的入射产生紫外线的闪烁体，则可以不受限制地使用，但鉴于光电转换物质中的将紫外线转换为电子的光电转换效率，特别优选使用可以产生紫外线中波长为200nm以下的真空紫外线的闪烁体。
根据作为检测对象的辐射线的种类，选择使用不同的闪烁体，可以检测X射线、α射线、β射线、γ射线或中子射线等的任意一种辐射线。特别优选含有原子量大的化学物质的闪烁体，因为这种闪烁体可以高效率地检测辐射线中如硬X射线或γ射线等高能量的光子。
为了使由辐射线的入射产生的紫外线不被闪烁体自身吸收而是发射出来，优选使用难以吸收紫外线的闪烁体。作为上述难以吸收紫外线的闪烁体，可以例举含有以下物质的闪烁体：后述的金属氟化物；氧化铝(Al2O3)、铝酸钇(YAlO3)、铝酸镥(Lu3Al5O12)等的金属氧化物；磷酸镥(LuPO4)、磷酸钇(YPO4)等的金属磷酸化物或一部份的金属硼酸化物等。
这些闪烁体的形态并无特别限制，可以适当使用晶体、玻璃或陶瓷等形态的物质。从由辐射线变换为紫外线的变换效率的观点出发，优选使用晶体。
作为上述产生真空紫外线的闪烁体，可以优选使用金属氟化物。由于真空紫外线具有可以被多种材料吸收的性质，因此存在由辐射线的入射产生的真空紫外线被闪烁体自身吸收的问题，但由于金属氟化物具有难以吸收真空紫外线这一例外的特性，因此在本发明中可以优选使用。
该金属氟化物的种类并无特别限制，可以任意使用以往公知的作为产生真空紫外线的闪烁体的金属氟化物。具体地说，能够例示氟化锂、氟化镁、氟化钙、氟化钪、氟化钛、氟化铬、氟化锰、氟化铁、氟化钴、氟化镍、氟化铜、氟化锌、氟化镓、氟化锗、氟化铝、氟化锶、氟化钇、氟化锆、氟化钡、氟化镧、氟化铈、氟化镨、氟化钕、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化铒、氟化铥、氟化镱、氟化镥、氟化铪、氟化钽、氟化铅等金属氟化物。
作为本发明中的闪烁体，优选使用含有在紫外线区域产生辐射跃迁的发光中心元素的化合物。发光中心元素只要是可以呈现由辐射跃迁引起的紫外线发光的物质，则并无特别限制。对于可以呈现由从5d轨道向4f轨道的电子跃迁引起的5d-4f跃迁发光的物质，由于其具有发光寿命短的高速响应性，因此特别优选。作为上述呈现5d-4f跃迁发光的发光中心元素，可以优选使用镨(Pr)、钕(Nd)、铒(Er)、铥(Tm)等。
在含有上述发光中心元素的闪烁体中、发光中心元素的含量根据闪烁体的种类或发光中心元素的种类而有所不同，但通常优选设为0.005～20wt％的范围。通过将添加量设为0.005wt％以上，可以提高闪烁体的发光强度，另一方面，通过将其设为20wt％以下，可以抑制由浓度猝灭引起的闪烁体发光的衰减。
如果例示优选的含有发光中心元素的闪烁体，则可以列举含有上述列出的金属氟化物、金属氧化物或金属磷酸化物、且含有上述呈现5d-4f跃迁发光的发光中心元素的晶体。
在本发明中，为了提高对硬X射线、γ射线等高能量光子的检测灵敏度，优选使用含有高密度且有效原子序数大的化学物质的闪烁体。有效原子序数是使用以下式[1]定义的指标，影响对硬X射线、γ射线的阻断能力。该有效原子序数越大，则对硬X射线、γ射线的阻断能力越强，其结果是闪烁体对硬X射线、γ射线的灵敏度提高。
有效原子序数＝(∑WiZi 4)1/4 [1]
(在式中，Wi和Zi分别表示构成闪烁体的元素中的第i个元素的质量分数以及原子序数)。
不特别限定闪烁体的形状，但是优选具有与后述的气体放大型紫外线图像检测器相对的紫外线射出面(下面还简单称为紫外线射出面)，且该紫外线射出面被实施了光学研磨。通过具有上述紫外线射出面，能够使在闪烁体中产生的紫外线高效率地入射到气体放大型紫外线图像检测器。
不限定紫外线射出面的形状，能够适当地选择一边的长度为几毫米～几百毫米的四边形、直径为几毫米～几百毫米的圆形等与用途相应的形状。闪烁体的辐射线入射方向的厚度根据成为检测对象的辐射线的种类以及能量不同而不同，通常为几百微米～几百毫米。
另外，从能够防止在闪烁体中产生的紫外线散失这一点出发，优选对与气体放大型紫外线图像检测器不相对的面施加含铝或者特氟隆等的紫外线反射膜。进一步地，通过排列多个施加了上述紫外线反射膜的闪烁体来使用，能够显著地提高辐射线图像检测器的位置分辨率。
闪烁体的制造方法并无特别限制，可以根据公知的制造方法进行制造。在制造作为本发明中优选的闪烁体的金属氟化物晶体时，优选采用提拉法(Czochralski method)或布里兹曼法(Bridgman method)等的熔体生长法进行制造。通过采用熔体生长法进行制造，可以制造出透明性等品质优异的金属氟化物晶体，而且，可以廉价地制造出直径为几英寸的大型晶体。
在制造金属氟化物晶体时，以消除由热应变等引起的晶体缺陷为目的，可以在晶体制造后进行退火操作。得到的金属氟化物晶体具有良好的加工性，可加工为所要求的形状，作为闪烁体使用。在加工时，其方法并无任何限制，可以使用公知的片锯、钢丝锯等切割机、磨削机或研磨盘。
本发明的辐射线图像检测器所具备的气体放大型紫外线图像检测器基本上包括光电转换物质、气体电子放大器以及像素型电极。下面，具体地说明该气体放大型紫外线图像检测器。
[光电转换物质]
光电转换物质起到将由闪烁体产生的紫外线转换为一次电子的作用。如果光电转换物质具有该功能，则不对其种类特别进行限定。具体地说，能够例示碘化铯(CsI)、碲化铯(CsTe)等。从将紫外线转换为电子时的光电转换效率以及化学稳定性的观点考虑，这些中优选使用碘化铯。
优选将光电转换物质设为薄膜状，以高效率地取出从紫外线转换得到的一次电子。另外，如后述那样，优选形成于紫外线入射窗的内表面或者在气体电子放大器的与紫外线入射窗相对的面上形成。
[气体电子放大器]
接着，使用气体电子放大器对通过上述光电转换物质而产生的一次电子进行放大。作为该气体电子放大器，已知1997年由Sauli开发的Gas Electron Multiplier(GEM)(气体电子放大器)。在本发明中，作为该气体电子放大器，例如能够适合于使用日本特开2006-302844号公报或者日本特开2007-234485号公报所记载的技术。下面，使用图5来详细说明在本发明中使用的气体电子放大器。
气体电子放大器由板状多层体和贯通孔14构成，该板状多层体由树脂制板状绝缘层12以及覆盖在该板状绝缘层的两面的平面状的金属层13构成，该贯通孔14被设置于该板状多层体中，具有与金属层的平面垂直的内壁。在该气体电子放大器中，通过对金属层施加规定的施加电压以使贯通孔的内部产生电场，来使进入到贯通孔结构内部的一次电子加速而产生电子雪崩现象，在保持位置信息的状态下放大为多个二次电子。鉴于加工性以及机械强度，板状绝缘层的材质优选聚酰亚胺或者液晶高分子等。
板状绝缘层的厚度(图5中的Di)越厚，则越能够抑制表面与背面的金属层之间的放电，因此能够施加更高的施加电压而得到高放大率。但是，在极厚的情况下，设置贯通孔时的加工变得困难。因而，优选将该板状绝缘层的厚度设为50μm～300μm。不特别限定金属层的材质和厚度(图5中的Dm)，但是优选例如将材质设为铜、铝或者金、将厚度设为5μm左右的金属层。
不特别限定贯通孔的直径(图5的d)，可考虑贯通孔内部产生的电场的强度以及加工的难易度等来适当地进行选择。如果具体地例示上述直径，则通常为50～100μm。此外，为了提高所产生的电场的一致性，优选在板状多层体的整个面上以规定的间距(图5中的P)设置贯通孔。该间距取决于板状绝缘层的材质、厚度以及贯通孔的直径，通常为贯通孔的直径的大约两倍左右。另外，如图5所示，在设置贯通孔时，优选排列成正三角形的配置。通过设为上述配置，能够提高针对板状多层体的面积的贯通孔的开口率，因此能够得到高放大率，进一步能够抑制后述的离子反馈。
在气体电子放大器的动作过程中，施加电压越高则得到越高的放大率，但是在施加电压极高的情况下，在气体电子放大器的表面和背面的金属层之间产生放电而难以稳定动作。该施加电压的优选范围根据板状绝缘层厚度不同而不同，通常为200V～1000V，在上述施加电压的情况下得到的放大率通常为几十～几千。
[像素型电极]
使用像素型电极进一步放大由气体电子放大器进行放大而得到的二次电子并进行检测。在上述专利文献1中详细地公开了像素型电极，因此遵照在此公开的技术来制作像素型电极即可。
具体地说，像素型电极具备：阳极带，其形成于双面基板的背面；圆柱状阳极电极，其嵌设于该阳极带，并且其上端面在上述双面基板的表面露出；以及带状阴极电极，其在该圆柱状阳极电极的上端面周围形成孔。阳极带优选具有200μm～400μm的宽度，进一步地，特别优选以400μm间隔来配置阳极带，在带状阴极电极上以固定间隔形成直径200～300μm的孔，圆柱状阳极电极具有直径40～60μm、高度50μm～150μm的形状。
通过在像素型电极的圆柱状阳极电极与带状阴极电极之间施加规定的施加电压，在圆柱状阳极电极附近产生强电场。通过该电场被加速的二次电子产生电子雪崩，在被放大之后由圆柱状阳极电极进行检测。在该过程中阳离子化的气体分子迅速向周围的带状阴极电极漂移。因而，在圆柱状阳极电极和带状阴极电极两者上产生能够在电路上观测的电荷，因此通过观测在阳极和阴极的哪一带中产生了该放大现象，可获知入射粒子线的位置。用于读取信号以及得到二维图像的信号处理电路能够不受限地使用以往公知的电路。
像素型电极的施加电压的优选范围根据所使用的气体种类不同而不同，通常为400V～800V。像素型电极使用像素作为阳极，因此容易制作高电场而放大率大。因而，在上述施加电压的情况下得到的放大率甚至能够达到几千至几万。另外，像素型电极的阳离子化的气体分子所漂移的距离极短，因此与其它气体放大型检测器相比，不感应时间短，具有超过大约5×106count/(sec·mm2)的高计数率特性。并且，像素型电极能够使用印刷电路基板的制作技术来制造，因此能够廉价地提供大面积的电极。
[气体放大型紫外线图像检测器]
下面，根据图1来详细说明使用上述光电转换物质、气体电子放大器以及像素型电极来构成气体放大型紫外线图像检测器时的优选方式。
在具有用于使从闪烁体1产生的紫外线入射的开口部的腔室7内，从接近开口部一侧起，依次设置光电转换物质2、气体电子放大器4及像素型电极6，使用紫外线入射窗8密封开口部。作为该紫外线入射窗的材料，优选使用对紫外线具有高透过性的氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)或氟化钙(CaF2)。
在腔室内填充规定的气体。作为该电子放大用气体，一般使用惰性气体和猝灭气体的组合。作为惰性气体，例如有氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氙(Xe)等。另外，作为猝灭气体，例如可以例举二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、四氟甲烷(CF4)等。惰性气体中猝灭气体的混合量优选为5～30％。
优选将光电转换物质设为薄膜状以高效率地取出从紫外线转换得到的一次电子。该薄膜优选如图1所示那样形成在紫外线入射窗内表面或者如图2所示那样形成在与气体电子放大器的紫外线入射窗相对的面上。
在将光电转换物质的薄膜形成在紫外线入射窗内表面的情况下，为了对该薄膜高效率地提供电子并且对该薄膜与气体电子放大器之间提供同样的电场，优选在薄膜上的外周部设置由金属层构成的电极9。在将光电转换物质的薄膜形成在与气体电子放大器的紫外线入射窗相对的面上的情况下，为了避免气体电子放大器的金属层与光电转换物质之间反应，优选将该金属层的材质设为金。并且，鉴于向板状绝缘层层叠时的难易度、制作成本，优选从接近板状绝缘层一侧起以铜、镍、金的顺序层叠金属层而得到的多层金属层。
气体电子放大器和像素型电极分别被设置成与紫外线入射窗平行。从放大率和动作稳定性的观点考虑，优选使用多个气体电子放大器且同样地设置成与紫外线入射窗平行，特别优选设置两个或者三个左右。使用多个气体电子放大器和像素型电极各自来放大电子，由此电子被逐步地放大，其结果是能够大幅提高所得到的总放大率。另外，通过使用多个气体电子放大器，能够有效地抑制离子反馈，能够提高动作的稳定性。离子反馈是指电子雪崩现象派生出的阳离子性气体分子蓄积而使电场扭曲的现象，当产生上述离子反馈时，放大率、计数率特性变得不稳定，妨碍动作的稳定性。
紫外线入射窗与初级的气体电子放大器之间的间隙(图1中的G1)长度、各气体电子放大器之间的间隙(图1中的G2)长度以及最后一级的气体电子放大器与像素型电极之间的间隙(图1中的G3)长度越短则计数率特性和位置分辨率越高，但是在极短的情况下难以设置成相互不接触。因而，该G1、G2以及G3的优选长度均大约为1mm～5mm。
不特别限定在上述G1、G2以及G3中产生的电场的大小，能够鉴于期望的放大率、离子反馈的抑制效果以及电荷的收集效率来适当地进行选择。如果具体地例示该电场大小的优选范围，则通常为0.3～10kV/cm。通过设为上述电场大小，能够同时实现高放大率和离子反馈的抑制。
根据本发明者们进行的研究，通过将两个气体电子放大器与像素型电极进行组合，使施加到气体电子放大器和像素型电极的施加电压优化，作为利用气体电子放大器和像素型电极得到的总放大率能够稳定地得到超过1×105的放大率，能够使用从闪烁体产生的微弱紫外线来形成图像。
[辐射线图像检测器]
在本发明的辐射线图像检测器中，上述光电转换物质、气体电子放大器以及像素型电极分别与用于施加电压的高压电源相连接，像素型电极上连接有用于读取信号以及得到二维图像的信号处理电路。此外，在使用像素型电极读取信号来得到二维图像时，通过使用基于安格逻辑(Anger logic)的安格型信号处理电路，特别能够提高位置分辨率。安格逻辑是指以下方法：在通过辐射线的入射而产生的闪烁光在空间上扩散而被检测出的情况下，通过求出该闪烁光的重心位置来确定辐射线的入射位置。
安格型信号处理电路包括：读取电路，其用于读取像素型电极的各像素的信号强度；同时计数电路，其用于辨别通过各个辐射线的入射而产生的闪烁光；以及重心计算电路，其用于根据从各像素读取到的信号强度来求出闪烁光的重心位置。在该安格型信号处理电路中，使用同时计数电路来仅辨别由读取电路得到的信号中的通过单一辐射线的入射而产生的信号。接着，将辨别得到的上述信号设定为对象，通过使用重心计算电路来求出与该信号的强度有关的负荷的平均，来确定辐射线的入射位置。根据上述安格型信号处理电路，能够将位置分辨率提高到大约100μm。
下面，使用图1来详细说明使用上述闪烁体和气体放大型紫外线图像检测器来构成本发明的辐射线图像检测器时的优选方式。
如图1所示，在闪烁体的紫外线射出面以外的面上设置紫外线反射膜10，使闪烁体的紫外线射出面与气体放大型紫外线图像检测器的紫外线入射窗紧密接合地设置闪烁体和气体放大型紫外线图像检测器，优选在紫外线射出面与紫外线入射窗之间填充润滑脂11。通过填充润滑脂，能够使从闪烁体内部到达紫外线射出面的紫外线不在紫外线射出面上反射而导出到外部，能够提高向气体放大型紫外线图像检测器的入射效率。作为该润滑脂，优选使用折射率高并且对紫外线的透明性高的氟系润滑脂，例如能够适合使用Du Pont(デユポン)公司制“Krytox(クライトツクス)”等。
在由于针对辐射线入射方向的闪烁体的厚度厚而紫外线在闪烁体内扩散导致位置分辨率下降的情况下，如图3所示，通过排列多个具有小的紫外线射出面且对紫外线射出面以外的面施加了紫外线反射膜的闪烁体，能够抑制紫外线的扩散。
如图4所示，作为本发明的辐射线图像检测器的其它方式，还可以代替紫外线入射窗而使用闪烁体来密封腔室的开口部。根据上述方式，能够避免紫外线入射窗中的紫外线扩散而引起的位置分辨率下降，并且能够使结构简单化，因此优选。
实施例
下面，举出本发明的实施例来具体地说明，但是本发明并不限于这些实施例。另外，在实施例中说明的特征的组合都不是用来限定本发明的用于解决问题的方案所必须的结构。
实施例1
<闪烁体的制作>
本实施例中，闪烁体使用含有钕作为发光中心元素的氟化镧晶体。该含有钕的氟化镧晶体采用提拉法、使用晶体制造装置进行制造。作为原料，使用了纯度为99.99％以上的氟化镧和氟化钕。首先，分别称量2700g氟化镧和300g氟化钕，混合均匀后填充入坩埚内。
接着，将填充了上述原料的坩埚设置在晶体制造装置的腔室内，使用抽真空装置将腔室内抽真空至1.0×10-3Pa以下后，将含有高纯度的四氟甲烷和氩的混合气体导入腔室内进行气体置换。气体置换后腔室内的压力为大气压。在进行了气体置换操作后，使用加热器加热原料，使其熔化，将熔化的原料的熔体与晶种(seed crystal)相接触。然后一边使晶种旋转一边提拉，开始进行晶体的生长。
一边提拉晶体，一边以一定的比例扩大晶体粒径，将晶体粒径调整至55mm。将晶体粒径扩大至55mm后，维持提拉速度为3mm/hr，继续进行连续的提拉，直至晶体的长度生长到约100mm。然后加大加热器的输出功率，使晶体与原料熔体分离，之后通过缓慢冷却，得到含钕的氟化镧晶体。该晶体为直径55mm、长度约100mm、无白色浑浊或裂缝的品质优良的晶体。使用能量分散型X射线分析装置测定钕的含量，结果为5.9wt％。
使用具备金刚石线材的钢丝锯，将得到的晶体加工成棱长20mm的立方体状，对其所有面实施光学研磨，制成闪烁体。将经光学研磨的面中的一个面作为紫外线发射面，其他面设置由特氟隆(注册商标)构成的紫外线反射膜。在设置于紫外线发射面的对面的紫外线反射膜的中央部分设置5mm×5mm的开口部，作为辐射线入射口。对于该闪烁体，通过以下方法测定了将入射的辐射线进行变换后发射的紫外线的波长。
使用以钨为靶的封闭式X射线管，用X射线照射闪烁体。需要说明的是，通过封闭式X射线管产生X射线时，管电压和管电流分别设定为60kV和40mA。使用聚光镜对由闪烁体的紫外线发射面产生的紫外线进行聚光，通过分光器进行单色化，记录各波长的强度，得到了由闪烁体产生的紫外线的光谱图。测定的结果为，确认到该闪烁体将入射的辐射线变换为了波长为173nm的真空紫外线。
<气体放大型紫外线图像检测器的制作>
通过以下方法来制作作为本发明的辐射线图像检测器的结构要素的气体放大型紫外线图像检测器。
如图1所示，在具有开口部的腔室内，从接近开口部一侧起分别平行地设置两个气体电子放大器以及像素型电极，使用紫外线入射窗密封开口部。将紫外线入射窗与初级的气体电子放大器之间的距离设定为2.5mm，将初级的气体电子放大器与后级的气体电子放大器之间的距离设定为2mm，将后级的气体电子放大器与像素型电极之间的距离设定为2mm。
气体电子放大器使用以下的放大器：在厚度50μm的聚酰亚胺制板状绝缘层的两侧蒸镀厚度5μm的铜作为金属层来设为板状多层体，在该板状多层体的整面以140μm的间距、排列成正三角形的配置来设置直径为70μm的圆柱状贯通孔。
像素型电极使用以下电极：使用厚度为100μm的聚酰亚胺基板，在该基板的背面设置宽度为300μm的阳极带，以400μm间隔配置嵌设于该阳极带且在基板的表面露出的圆柱状阳极电极，在该圆柱状阳极电极的上端面周围设置形成有直径为260μm的孔的带状阴极电极。关于圆柱状阳极电极的直径，将埋设于基板内的部分设定为50μm，将在基板的表面露出的部分设定为70μm。将圆柱状阳极电极的高度设定为110μm，设为上端部10μm在表面露出的结构。
紫外线入射窗使用直径为70mm、厚度为5mm的MgF2，在该紫外线入射窗的内表面设置碘化铯的薄膜作为光电转换物质，并且在该碘化铯薄膜上的外周部设置由铝层构成的电极。在设置于碘化铯薄膜上的外周部的由铝层构成的电极、初级的气体电子放大器的两面、后级的气体电子放大器的两面以及像素型电极的阳极电极和阴极电极上连接用于施加施加电压的高压电源，在像素型电极的阳极电极和阴极电极上连接用于读取信号以及得到二维图像的信号处理电路。
在上述腔室内填充混合了10％的C2H6的Ar气体，从而得到作为本发明的结构要素的气体放大型紫外线图像检测器。
在该气体放大型紫外线图像检测器中，对设置于碘化铯薄膜上的外周部的由铝层构成的电极施加-1035V，在两个气体电子放大器各自的两面的金属层之间施加280V，在像素型电极的阳极电极与阴极电极之间施加490V。此外，调整施加电压使得紫外线入射窗与初级的气体电子放大器之间的电场为0.5kV/cm、初级的气体电子放大器与后级的气体电子放大器之间的电场为1.25kV/cm、后级的气体电子放大器与像素型电极之间的电场为2.95kV/cm。
在上述施加电压的情况下，利用两个气体电子放大器和像素型电极得到的总放大率达到6.7×105，即使在上述高放大率的情况下，也不会产生气体电子放大器表面和背面的放电、像素型电极中的放电，从而确认为在长时间内稳定地进行动作。
<辐射线图像检测器的制作与评价>
如图1所示那样使通过上述方法制作的闪烁体的紫外线射出面以及气体放大型紫外线图像检测器的紫外线入射窗紧密接合地设置闪烁体和气体放大型紫外线图像检测器，来得到本发明的辐射线图像检测器。此外，在上述紫外线射出面与紫外线入射窗之间，作为氟系润滑脂而填充了Du Pont(デユポン)公司制“Krytox(クライトツクス)”。
为了评价辐射线图像检测器的性能，将具有2.6MBq的辐射能的241Am同位素设为辐射线源，评价辐射线图像检测器对于从该辐射线源产生的辐射线的响应。接近闪烁体地设置辐射线源，使从辐射线源产生的α射线照射到接近闪烁体的一面。使用与像素型电极相连接的信号处理电路来获取从像素型电极的各阳极电极输出的信号，构成二维图像。其结果如图6所示，能够将闪烁体的形状捕捉为图像，确认为本发明的辐射线图像检测器具有充分的灵敏度和优异的位置分辨率。此外，即使对于2.6MBq频率的辐射线的入射，动作也不受妨碍，因而，确认为计数率特性也优异。
实施例2
<闪烁体>
闪烁体使用在实施例1中制造的、含有钕作为发光中心元素的氟化镧晶体。
<气体放大型紫外线图像检测器的制作>
通过以下方法来制作气体放大型紫外线图像检测器。
如图2所示，在具有开口部的腔室内从接近开口部一侧起分别平行地设置两个气体电子放大器以及像素型电极，使用紫外线入射窗密封开口部。将紫外线入射窗与初级的气体电子放大器之间的距离设定为2.5mm，将初级的气体电子放大器与后级的气体电子放大器之间的距离设定为2mm，将后级的气体电子放大器与像素型电极之间的距离设定为2mm。初级的气体电子放大器使用在厚度为100μm的液晶高分子制的板状绝缘层(curare(クラレ)制，Bextor(ベクスタ一))两侧覆盖多层金属层而得到的板状多层体。从接近板状绝缘层一侧起按顺序依次蒸镀厚度5μm的铜、厚度2μm的镍以及厚度0.2μm的金来制作多层金属层。在板状多层体的整面以140μm的间距、排列成正三角形的配置来设置直径为70μm的圆柱状贯通孔，从而得到气体电子放大器。后级的气体电子放大器使用与实施例1相同的放大器。
如图2所示，在本实施例中，在初级的气体电子放大器的与紫外线入射窗相对的面上设置碘化铯薄膜作为光电转换物质。像素型电极使用与实施例1相同的电极，上述紫外线入射窗使用直径为70mm、厚度为5mm的MgF2。
在上述初级的气体电子放大器的两面、后级的气体电子放大器的两面以及像素型电极的阳极电极和阴极电极上连接用于施加施加电压的高压电源，在像素型电极的阳极电极和阴极电极上连接用于读取信号以及得到二维图像的信号处理电路。在腔室内填充混合了10％的C2H6的Ar气体，从而得到作为本发明的结构要素的气体放大型紫外线图像检测器。
在该气体放大型紫外线图像检测器中，在两个气体电子放大器各自的两面的金属层之间施加300V，在像素型电极的阳极电极与阴极电极之间施加400V。此外，调整施加电压使得紫外线入射窗与初级的气体电子放大器之间的电场为0.48kV/cm、初级的气体电子放大器与后级的气体电子放大器之间的电场为1.25kV/cm、后级的气体电子放大器与像素型电极之间的电场为2.5kV/cm。
在上述施加电压的情况下，利用两个气体电子放大器和像素型电极得到的总放大率达到1.3×105。即使在上述高放大率的情况下，也不会产生气体电子放大器表面和背面的放电、像素型电极中的放电，从而确认为在长时间内稳定地进行动作。
<辐射线图像检测器的制作与评价>
如图2所示那样使制作出的闪烁体的紫外线射出面以及气体放大型紫外线图像检测器的紫外线入射窗紧密接合地设置闪烁体和气体放大型紫外线图像检测器，从而得到本发明的辐射线图像检测器。此外，在上述紫外线射出面与紫外线入射窗之间，作为氟系润滑脂而填充了Du Pont(デユポン)公司制“Krytox(クライトツクス)”。
与实施例1同样地将具有2.6MBq的辐射能的241Am同位素设为辐射线源，通过评价辐射线图像检测器对于从该辐射线源产生的辐射线的响应，来对辐射线图像检测器的性能进行了评价。其结果如图7所示，能够将闪烁体的形状捕捉为图像，确认为本发明的辐射线图像检测器具有充分的感应度和优异的位置分辨率。此外，即使对于2.6MBq频率的辐射线的入射，动作也不受妨碍，因而，确认为计数率特性也优异。
实施例3
<闪烁体的制作>
闪烁体使用在实施例1中制造的、含有钕作为发光中心元素的氟化镧晶体。使用具备金刚石线(diamond wire)的钢丝锯将该闪烁体加工成3×3×10mm3的长方体之后，对所有面实施光学研磨。将该光学研磨后的面中的3×3mm2的一面设为紫外线射出面，对除了该紫外线射出面及其相对面以外的四个面施加由特氟隆构成的紫外线反射膜。准备九个上述闪烁体，以使其紫外线射出面配置于同一面内的方式排列各个闪烁体，制作出3×3排列的闪烁体阵列。
<气体放大型紫外线图像检测器的制作>
通过与实施例1相同的方法来制作气体放大型紫外线图像检测器。
在该气体放大型紫外线图像检测器中，对设置于上述碘化铯薄膜上的外周部的由铝层构成的电极施加-1250V，在两个气体电子放大器各自的两面的金属层之间施加300V，在像素型电极的阳极电极与阴极电极之间施加400V。此外，调整施加电压使得紫外线入射窗与初级的气体电子放大器之间的电场为0.8kV/cm、初级的气体电子放大器与后级的气体电子放大器之间的电场为1.25kV/cm、后级的气体电子放大器与像素型电极之间的电场为3.0kV/cm。
在上述施加电压的情况下，利用两个气体电子放大器和像素型电极得到的总放大率达到6.0×105，即使在上述高放大率的情况下，也不会产生气体电子放大器表面和背面的放电、像素型电极中的放电，从而确认为在长时间内稳定地进行动作。
<辐射线图像检测器的制作与评价>
如图3所示那样使闪烁体阵列的紫外线射出面以及气体放大型紫外线图像检测器的紫外线入射窗紧密接合地设置闪烁体阵列和气体放大型紫外线图像检测器，从而得到本发明的辐射线图像检测器。此外，在上述紫外线射出面与紫外线入射窗之间，作为氟系润滑脂而填充了Du Pont(デユポン)公司制“Krytox(クライトツクス)”。
为了评价本发明的辐射线图像检测器的性能，将具有8kBq的辐射能的241Am同位素设为辐射线源，评价辐射线图像检测器对于从该辐射线源产生的辐射线的响应。接近闪烁体地设置辐射线源，使从辐射线源产生的α射线照射到接近闪烁体的一面。在本实施例中，对在3×3排列的闪烁体阵列中的位于左下、中央以及右上的闪烁体分别照射α射线来进行评价。即，使用遮蔽体覆盖闪烁体阵列，在该遮蔽体内仅在设为照射对象的闪烁体的位置处设置开口部，通过该开口部仅对设为照射对象的闪烁体照射α射线。使用与像素型电极相连接的信号处理电路来获取从像素型电极的各阳极电极输出的信号，构成二维图像。
图8、9以及图10分别示出对3×3排列的闪烁体阵列中位于左上、中央以及右下的闪烁体分别照射的情况的结果。此外，在这些附图中，虚线部(四边形线)表示设置了闪烁体阵列的位置。将辐射线的检测频率最高的像素设为白色，将最低的像素设为黑色，通过256色调的灰度等级来构成图像。从这些结果可知，根据本发明的辐射线图像检测器能够识别闪烁体的位置、即辐射线的入射位置。
另外，图11示出沿图8、9以及图10的一点划线(水平直线)的辐射线检测频率的分布图。根据该辐射线检测频率的分布图，能够明确地识别出闪烁体的位置，能够确认本发明的辐射线图像检测器具有充分的灵敏度和优异的位置分辨率。
附图标记说明
1：闪烁体；2：光电转换物质；3：一次电子；4：气体电子放大器；5：二次电子；6：像素型电极；7：腔室；8：紫外线入射窗；9：电极；10：紫外线反射膜；11：润滑脂；12：板状绝缘层；13：金属层；14：贯通孔。
Claims (4)
1.一种辐射线图像检测器，其特征在于，具备将所入射的辐射线变换为紫外线的闪烁体以及气体放大型紫外线图像检测器，其中，气体放大型紫外线图像检测器构成为包括光电转换物质、气体电子放大器以及像素型电极。
2.根据权利要求1所述的辐射线图像检测器，其特征在于，
闪烁体为含钕、镨、铥或者铒的金属氟化物晶体。
3.根据权利要求1所述的辐射线图像检测器，其特征在于，
光电转换物质为碘化铯或者碲化铯。
4.根据权利要求1所述的辐射线图像检测器，其特征在于，
气体电子放大器为两个或者三个。
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