CN110412641A - γ射线检测器 - Google Patents
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Abstract
γ射线检测器是检测γ射线的检测器，包括具有入射窗和光电面的光电倍增管。入射窗是切伦科夫辐射体。光电面隔着中间层形成于入射窗中的真空侧的面。中间层的厚度为通过γ射线与入射窗相互作用而释放的切伦科夫光的波长以下。
Description
技术领域
本发明的一个方面涉及γ射线检测器。
背景技术
一直以来，已知有包括具有入射窗和光电面的光电倍增管以及由光学粘合剂粘合在入射窗的外表面的切伦科夫辐射体的γ射线检测器(例如，参考“R.Dolenec等，《硅光电倍增管在切伦科夫TOF-PET中的性能》，核科学学报，卷63，第5期，2016年，2478-2481页”)。
发明内容
在如上所述的γ射线检测器中，有时由切伦科夫辐射体释放的切伦科夫光的至少一部分由于切伦科夫辐射体与光学粘合剂之间以及光学粘合剂与入射窗之间的折射率之差，而在它们之间的边界面反复反射。此时，有可能该切伦科夫光被切伦科夫辐射体吸收，光电倍增管的检测光子数減少，γ射线的检测效率和时间分辨率会降低。
本发明的一个方面的目的是，提供能够使γ射线的检测效率和时间分辨率提高的γ射线检测器。
本发明的一个方面所涉及的γ射线检测器是检测γ射线的检测器，包括具有入射窗和光电面的光电倍增管，入射窗是切伦科夫辐射体(Cherenkov Radiator)，光电面隔着中间层而形成于入射窗中的真空侧的面，中间层的厚度为通过γ射线与入射窗相互作用而释放的切伦科夫光的波长以下。
该γ射线检测器中，光电倍增管的入射窗是切伦科夫辐射体。由此，切伦科夫辐射体与光学粘合剂之间乃至光学粘合剂与入射窗之间的切伦科夫光的折射和反射变得根本不存在，可以有效地收集切伦科夫光。通过形成中间层，切伦科夫辐射体与光电面反应从而可以抑制切伦科夫辐射体着色，可以抑制切伦科夫光由于该着色而被吸收。因为中间层的厚度为切伦科夫光的波长以下，所以可以抑制切伦科夫辐射体与中间层之间的切伦科夫光的折射和反射，可以有效地收集切伦科夫光。由此，根据本发明的一个方面，能够提高γ射线的检测效率和时间分辨率。
本发明的一个方面所涉及的γ射线检测器中，中间层也可以包含Al2O3、ZnO、HfO2、TiO2中的至少任一个。此时，作为中间层，可以利用Al2O3、ZnO、HfO2、TiO2中的至少任一个。
本发明的一个方面所涉及的γ射线检测器中，作为切伦科夫辐射体的入射窗也可以包含PbF2、PbWO4、PbO、铅玻璃中的至少任一个。此时，作为切伦科夫辐射体、即入射窗，可以利用PbF2、PbWO4、PbO、铅玻璃中的至少任一个。
本发明的一个方面所涉及的γ射线检测器中，作为切伦科夫辐射体的入射窗的厚度也可以是能够屏蔽γ射线以使γ射线的透过率为规定值以下的厚度。由此，可以以由该入射窗阻止的方式屏蔽从切伦科夫辐射体、即入射窗入射的γ射线。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的γ射线检测器的立体图。
图2是图1的γ射线检测器的分解立体图。
图3是图1的γ射线检测器的截面图。
图4是放大表示图3的一部分的截面图。
具体实施方式
以下，关于实施方式，参照附图详细说明。对相同或相当部分标记相同符号，省略重复的说明。各附图的尺寸比率未必与实际的尺寸比率一致。
如图1～图3所示，γ射线检测器1是利用切伦科夫光来检测γ射线的检测器。γ射线检测器1例如被用于在图像再构成中使用湮灭辐射的飞行时间信息的正电子放射断层摄像装置(所谓的TOF-PET(Time Of Flight Positron Emission Tomography))。γ射线检测器1包括光电倍增管10。
光电倍增管10是具有真空的内部空间R的电子管，检测微弱的光并转换成电信号。光电倍增管10是端窗(head-on)型的光电倍增管。光电倍增管10包括入射窗11、中间层12、光电面13、气密密封材料14、筒部件15和反射材料16。
入射窗11是γ射线入射的部件。入射窗11呈圆柱或长方体形状。入射窗11被设置成将筒部件15的一个开口端封闭。本实施方式的入射窗11是切伦科夫辐射体。作为切伦科夫辐射体的入射窗11与入射的γ射线相互作用而释放切伦科夫光(转换光)。切伦科夫辐射体也被称为切伦科夫辐射体(Cherenkov Radiator)。
作为切伦科夫辐射体的入射窗11包含PbF2(氟化铅)、PbWO4(钨酸铅)、PbO(氧化铅)、铅玻璃、BiF3(氟化铋)中的至少任一个。入射窗11可以由结晶化的材料形成。入射窗11包含高原子序号的原子。入射窗11中，铅含有率为一定值以上。作为一定值，没有特别限定，可以根据规格、用途或被要求的加工性适当设定。
作为切伦科夫辐射体的入射窗11中包含的铅玻璃(以下，简称为“铅玻璃”)其铅含有率为约几％以上。铅玻璃为非晶玻璃材料。铅玻璃中，铅以氧化物的形式与二酸化硅混合。铅玻璃是加工性良好的材料，可以容易地适用于各种形状或厚度的入射窗11。将铅玻璃用于入射窗11，适合于形成对应于各种用途的模块。铅玻璃具有以下特征：铅含有率越高，将γ射线转换为切伦科夫光的效率及400nm以下的光的透过率和折射率越高。
作为切伦科夫辐射体的入射窗11的厚度是，能够以使γ射线的透过率为规定值以下的方式屏蔽γ射线的厚度。入射窗11的厚度是其轴向(图中的上下方向)的尺寸。作为规定值，没有特别限定，可以根据规格、用途或被要求的加工性适当设定。入射窗11的厚度例如为20mm以上。
中间层12被形成于入射窗11中的内部空间R侧(真空侧)的端面。中间层12包含Al2O3(氧化铝)、ZnO(氧化锌)、HfO2(氧化铪)、TiO2(氧化钛)中的至少任一个。
中间层12是屏蔽包含于入射窗11中的铅与光电面13的反应的屏蔽层。中间层12是致密层。中间层12的厚度是通过γ射线与入射窗11相互作用而释放的切伦科夫光的波长以下。中间层12的厚度与该切伦科夫光的波长相比充分小，例如为(10nm)。中间层12通过原子层沉积(ALD：Atomic Layer Deposition)而被形成于入射窗11中的内部空间R侧。
光电面13隔着中间层12而形成于入射窗11中的内部空间R侧的端面。在图示的例子中，光电面13是透过型的光电面。光电面13在光从入射窗11侧入射的情况下，从内部空间R侧释放光电子。光电面13包含碱金属而形成。作为光电面13的材料，例如可以列举碱-锑等。光电面13构成阴极。
气密密封材料14介于入射窗11与筒部件15之间。气密密封材料14对入射窗11与筒部件15之间进行气密封闭。气密密封材料14呈环状。在图示的例子中，气密密封材料14在与入射窗11的外缘部分对应的位置被夹于中间层12与光电面1之间(参照图3)。气密密封材料14具有：作为光电面13的电位触点的功能，和作为对从入射窗11放射的切伦科夫光进行反射的反射材料的功能。气密密封材料14由常温软金属材料形成。气密密封材料14例如由Al(铝)或In(铟)等形成。
筒部件15构成光电倍增管10的侧管的至少一部分。筒部件15包括例如科瓦合金(Kovar)制的筒体15a和以与筒体15a连通的方式熔接的例如玻璃制的筒体15b。在筒部件15，收纳有聚焦电极21、电子倍增部22和阳极(不图示)。聚焦电极21将由光电面13释放的光电子向电子倍增部22引导。电子倍增部22包括多个倍增极，对由聚焦电极21引导的光电子进行倍增。阳极将由电子倍增部22倍增的光电子进行收集，并作为电信号向外部取出。筒部件15通过在气密密封材料14和入射窗11重叠的状态下，在其端面上施加热和压力，从而与它们紧贴并连接。
反射材料16形成于入射窗11的外表面。具体而言，反射材料16被形成于入射窗11中的与内部空间R侧相反侧的端面以及入射窗11的侧面(外周面)。反射材料16对由入射窗11放射的切伦科夫光进行反射。反射材料16例如由Al形成。反射材料16也具有作为对环境光2(参照图4)进行遮光的遮光膜的功能。
如图4所示，在γ射线检测器1中，γ射线3透过反射材料16，并入射至入射窗11。该γ射线3与入射窗11相互作用，切伦科夫光4被释放。切伦科夫光4向内部空间R侧行进，或由反射材料16反射而向内部空间R侧行进，从入射窗11释放，透过中间层12，并入射至光电面13。由此，光电面13内的电子被激发，光电子5被释放至真空的内部空间R中(外部光电效应)。其后，光电子5由聚焦电极21加速和聚焦，由电子倍增部22进行电子倍增，从阳极作为电信号取出。
以上，在γ射线检测器1中，入射窗11是切伦科夫辐射体。由此，在一般的检测器中可能发生的光的折射和反射、即切伦科夫辐射体与光学粘合剂之间乃至光学粘合剂与入射窗之间的切伦科夫光4的折射和反射变得根本不存在。可以有效地收集切伦科夫光4。
通过形成中间层12，可以抑制作为切伦科夫辐射体的入射窗11与由碱金属形成的光电面13发生反应。可以抑制作为切伦科夫辐射体的入射窗11着色(黑色化)。可以抑制切伦科夫光4由于该着色而被吸收。
因为中间层12的厚度为切伦科夫光4的波长以下，所以可以抑制作为切伦科夫辐射体的入射窗11与中间层12之间的切伦科夫光4的折射和全反射。可以有效地收集切伦科夫光4。根据以上所述，根据γ射线检测器1，能够提高γ射线3的检测效率和时间分辨率。
在γ射线检测器1中，中间层12包含Al2O3、ZnO、HfO2、TiO2中的至少任一个。此时，作为中间层12，可以利用Al2O3、ZnO、HfO2、TiO2中的至少任一个。
在γ射线检测器1中，作为切伦科夫辐射体的入射窗11包含PbF2、PbWO4、PbO、铅玻璃中的至少任一个。此时，作为切伦科夫辐射体的入射窗11，可以利用PbF2、PbWO4、PbO、铅玻璃中的至少任一个。能够提高入射窗11中的γ射线3的阻止能力。
在γ射线检测器1中，作为切伦科夫辐射体的入射窗11的厚度是能够以使γ射线3的透过率为规定值以下的方式屏蔽γ射线3的厚度。由此，可以以由入射窗11阻止的方式屏蔽从作为切伦科夫辐射体的入射窗11入射的γ射线3。能够提高γ射线3的阻止能力，甚至能够阻止γ射线3。
在γ射线检测器1中，为了尽可能使切伦科夫光4不衰减而到达光电面13，提高入射窗11的铅含有率。由此，可以实现更加紧凑的(薄的)γ射线检测器1。
以上，对于本发明的一个方式所涉及的实施方式进行了说明，但本发明的一个方式并不限定于上述实施方式。上述实施方式中，将中间层12形成在入射窗11中的内部空间R侧的端面，但除此以外，也可以形成于入射窗11中的入射侧的端面，也可以形成于入射窗11的侧面。也可以构成为：将中间层12形成于入射窗11的外表面的整个区域，并且入射窗11被中间层12覆盖。上述实施方式中，根据情况，也可以没有反射材料16和气密密封材料14中的至少任一个。
上述实施方式中，作为电子倍增部22，可以使用MCP(Micro Channel Plate(微通道板))。特别地，作为电子倍增部22，可以使用无铅的MCP(不含或基本不含铅的MCP)。例如在将包含铅玻璃的MCP用于电子倍增部22的情况下，MCP本身会与放射线(γ射线)相互作用，其有可能成为噪音。通过使用无铅的MCP，放射线不会与MCP反应，因此噪音被减少。
根据本发明的一个方面，能够提供可以提高γ射线的检测效率和时间分辨率的γ射线检测器。
Claims (4)
1.一种γ射线检测器，其中，
是检测γ射线的检测器，
包括具有入射窗和光电面的光电倍增管，
所述入射窗是切伦科夫辐射体，
所述光电面隔着中间层而形成于所述入射窗中的真空侧的面，
所述中间层的厚度为通过所述γ射线与所述入射窗相互作用而释放的切伦科夫光的波长以下。
2.如权利要求1所述的γ射线检测器，其中，
所述中间层包含Al2O3、ZnO、HfO2、TiO2中的至少任一个。
3.如权利要求1或2所述的γ射线检测器，其中，
作为切伦科夫辐射体的所述入射窗包含PbF2、PbWO4、PbO、铅玻璃中的至少任一个。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的γ射线检测器，其中，
作为切伦科夫辐射体的所述入射窗的厚度是能够屏蔽所述γ射线以使所述γ射线的透过率为规定值以下的厚度。
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