CN1185504C - 探测电离辐射的方法、辐射探测器及用在平面束射线照相中的设备 - Google Patents

探测电离辐射的方法、辐射探测器及用在平面束射线照相中的设备 Download PDF

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Abstract

一种用来探测电离辐射的方法；一种用于电离辐射的探测的探测器(64)；及一种用在平面束射线照相中、包括这样一个探测器的设备。该探测器包括：一个腔室，填充有一种电离介质；第一和第二电极装置(2、1、18、19)，提供在所述腔室中，在它们之间有一个空间，所述空间包括一个转换体积(13)；用于电子雪崩放大的装置(17)，布置在所述腔室中，在第一和第二电极装置之间；及至少一个读出元件装置(15)，用于探测电子雪崩，设置成与第一和第二电极装置连接。提供一个辐射进口，从而辐射进入在第一与第二电极装置之间的转换体积。选择在第一与第二电极装置之间的距离以实现荧光光子和/或长程电子的分辨，以便实现改进的位置分辨率。

Description

探测电离辐射的方法、辐射探测器 及用在平面束射线照相中的设备
本发明涉及一种用来探测电离辐射的探测器，涉及一种用在平面束射线照相中的设备，及涉及一种用来检测电离辐射的方法。
上述种类的一种探测器和一种设备在共同待决PCT申请PCT/SE98/01873中描述，该申请通过参考包括在这里。上述种类的另一种探测器和设备公开在EP-A1-0 810 631中。
在光能量＜10keV下，气体探测器能与固态探测器竞争。关于气体探测器的主要优点在于，它们与固态探测器相比制造便宜，并且它们能采用气体倍增来强烈地(在数值的量级上)放大信号振幅。然而，在能量＞10keV下，气体探测器没有什么吸引力。原因在于，气体的停止功率随增大的光子能量迅速减小。这由于作为X射线吸收的结果产生的电子延伸轨道(长范围电子)导致变坏的位置分辨率。
本发明的一个主要目的在于，提供一种用来探测电离辐射的探测器，该探测器能采用雪崩放大，并且提供改进的位置分辨率，及能在进入辐射比先有技术探测器宽的能量范围内操作。
这种和其他目的由以下一种探测器实现。
一种用于电离辐射的探测的探测器，包括：一个腔室，填充有一种电离气体，第一和第二电极装置，基本上平行，提供在所述腔室中，在它们之间有一个空间，所述空间包括一个转换和漂移体积，用于电子雪崩放大的装置，布置在所述腔室中，在第一和第二电极装置之间，及至少一个读出元件装置，用于探测电子雪崩，设置成与第一和第二电极装置连接，该探测器的特征在于：提供一个辐射进口，从而辐射进入在第一与第二电极装置之间的转换和漂移体积，用于电子雪崩放大的装置包括至少一个雪崩阴极和至少一个雪崩阳极，在它们之间施加一个电压以便生成用于雪崩放大的至少一个电场，并且在第一与第二电极装置之间的距离小于荧光光子的衰减长度。
也实现这样一种探测器，该探测器能在进入辐射方向上给出一个用来实现希望停止功率的长度，这使得有可能探测进入辐射的一个主要部分。
也实现这样一种探测器，其中由在光子与气体原子之间的相互作用释放的电子能在基本上与入射方向垂直的方向上抽取。由此有可能得到一个非常高的位置分辨率。
也实现这样一种探测器，该探测器能在高X射线通量下操作而没有性能降低，并且具有长寿命。
也实现一种用于任何种类辐射的有效探测的探测器，这些辐射包括电磁辐射、以及包括基本粒子的入射粒子。
也实现这样一种探测器，该探测器制造简单和便宜。
本发明的一个目的还在于，提供一种用在平面束射线照相中的设备，该设备包括用来探测电离辐射的至少一个一维探测器，该探测器采用雪崩放大，提供改进的位置分辨率，能在进入辐射比先有技术探测器宽的能量范围内操作，及能以简单和成本有效的方式制造。
这种和其他目的由以下的一种设备实现。
一种用在平面束射线照相中的设备，包括一个X射线源，用来形成一个基本平面X射线束的装置，定位在所述X射线源与一个要成象的物体之间，该设备的特征在于，它进一步包括至少一个用于电离辐射的探测的探测器，包括：一个腔室，填充有一种电离气体，第一和第二电极装置，基本上平行，提供在所述腔室中，在它们之间有一个空间，所述空间包括一个转换和漂移体积，用于电子雪崩放大的装置，布置在所述腔室中，在第一和第二电极之间及至少一个读出元件装置，用于探测电子雪崩，设置成与第一和第二电极装置连接，其中提供一个辐射进口，从而辐射进入在第一与第二电极装置之间的转换和漂移体积，用于电子雪崩放大的装置包括至少一个雪崩阴极和至少一个雪崩阳极，在它们之间施加一个电压以便生成用于雪崩放大的至少一个电场，并且在第一与第二电极装置之间的距离小于荧光光子的衰减长度。
也实现一种用在平面束射线照相，例如缝隙或扫描射线照相，中的设备，该设备能提供要成象的物体仅需要用低剂量X射线光子照射，同时得到高质量的图象。
也实现一种用在平面束射线照相中的设备，其中能检测入射在探测器上的X射线光子的主要部分，以便进一步计数或积分从而得到一个用于图象的每个象素的值。
也实现一种用在平面束射线照相中的设备，其中强烈减小由散射在要检查的物体中的辐射引起的图象噪声。
也实现一种用在平面束射线照相中的设备，其中强烈减小由散射在要检查的物体中的辐射引起的图象噪声。
也实现一种用在平面束射线照相中的设备，其中减小由X射线能量谱的散布引起的图象噪声。
另外也实现一种用在平面束射线照相中的设备，包括一个能在高X射线通量下操作而没有性能降低并且具有长寿命的探测器。
本发明的一个目的还在于，提供一种用来探测电离辐射的方法，该方法采用雪崩放大，提供改进的位置分辨率，能在进入辐射比先有技术方法宽的能量范围内有效，及能以简单和成本有效的方式实施。
这种和其他目的由以下的一种方法实现。
一种用来探测电离辐射的方法，其中辐射与布置在第一和第二电极装置之间的气体填充转换和漂移体积中的气体原子相互作用，用于产生释放的电子，该方法的特征在于电子在转换和漂移体积中经受一个电场，所述电场基本上垂直于辐射的方向，所述电场强迫电子进入每个具有一个集中电场的多个区域之一，以便引起电子雪崩，所述电子雪崩借助于读出元件探测，及由于第一和第二电极装置之间的距离小于荧光光子的衰减长度这一事实，分辨作为相互作用结果而发射的荧光光子。
也实现这样一种方法，借助于该方法有可能探测进入辐射的一个主要部分。
也实现这样一种方法，其中由在光子与气体原子之间的相互作用释放的电子能在基本上与入射辐射垂直的方向上抽取。由此有可能得到一个非常高的位置分辨率。
也实现一种方法，该方法能在高X射线通量下使用。
图1以整体视图示意表明一种根据本发明一个一般实施例用于平面束射线照相的设备。
图2a是根据本发明一个第一特定实施例的一种探测器的、在图1中的II-II处得到的示意、部分放大剖视图。
图2b是根据本发明一个第二特定实施例的一种探测器的、在图1中的II-II处得到的示意、部分放大剖视图。
图2c是根据本发明一个第三特定实施例的一种探测器的、在图1中的II-II处得到的示意、部分放大剖视图。
图3是一个X射线源和一个由读出带条形成的电极的一个实施例的示意图。
图4是一个X射线源和一个由分段读出带条形成的电极的一个第二实施例的示意俯视图。
图5是根据本发明一个实施例带有叠置探测器的示意剖视图。
图6是根据本发明另一个实施例带有叠置探测器的示意剖视图。
图1是根据本发明一种用于平面束射线照相的设备在与一个平面X射线束9的平面正交的一个平面中的剖视图。该设备包括一个X射线源60，X射线源60与一个第一细准直窗口61一起产生一个用于要成象的物体62的照射的平面扇形X射线束9。第一细准直窗口61能由用来形成一个基本平面X射线束的其他装置，如X射线衍射镜或X射线透镜等，代替。穿过物体62的束进入一个探测器64。与X射线束对准的一个细缝隙或第二准直窗口10可选择地形成用于X射线束9至探测器64的进口。在探测器64中探测入射X射线光子的主要部分，探测器64包括一个转换和漂移体积13、和用于电子雪崩放大的装置17，并且这样取向，从而X射线光子在两个电极装置1、2之间横向进入，在这两个电极装置1、2之间生成一个用于在转换和漂移体积13中的电子和离子的漂移的电场。
在本申请中，平面X射线束是例如由准直器61准直的束。
下面将进一步描述探测器和其操作。X射线源60、第一细准直窗口61、操作准直窗口10及探测器64由某一装置65例如机架或支撑65相对彼此连接和固定。用于射线照相的如此形成设备能作为一个单元运动以扫描要检查的物体。在一个单探测器系统中，如图1中所示，扫描能通过枢轴运动-绕经例如X射线源60或探测器64的一根轴线转动单元而进行。轴线的位置取决于设备的用途或使用，并且在某些用途中有可能轴线也能穿过物体62。在其中运动探测器和准直器、或运动要成象的物体的转移运动中也能进行。在一种其中叠置多个探测器的多线配置中，如以后联系图5和6解释的那样，能以各种方式进行扫描。在多种情况下，如果固定用于射线照相的设备，并且运动要成象的物体，则可能是便利的。
探测器64包括一个是一块阴极板的第一漂移电极装置和一个是一块阳极板的第二漂移电极装置。它们彼此平行，并且在其之间的空间包括一个是转换和漂移体积的细气体填充间隙或区域、和一个电子雪崩放大装置17。要不然板是非平行的。一个电压施加在阳极板与阴极板之间，并且一个或几个电压施加在电子雪崩放大装置17上。这产生一个引起间隙中的电子和离子漂移的漂移场、和一个电子雪崩放大场或在电子雪崩放大装置17中的电子雪崩放大场。与阳极板连接的是用于提供的电子雪崩探测的读出元件的一个装置15。最好读出元件装置15也构成阳极电极。要不然，读出元件装置15能形成与阴极板或电子雪崩放大装置17相连接。它也能形成在通过一个介电层或基片与阳极或阴极电极分离的阳极或阴极板上。在这种情况下，阳极或阴极电极必须是半可透过的以产生脉冲，例如形成为条或垫。联系下面的图3和4，表示读出元件的不同可能装置15。
如看到的那样，要探测的X射线横向入射在探测器上，并且进入在阴极板与阳极板之间的转换和漂移体积13。X射线最好在与阴极板和阳极板平行的方向上进入探测器，并且可以经一个细缝隙或准直窗口10进入探测器。以这种方式，能容易地使探测器带有一条长得足以允许入射X射线光子的主要部分相互作用和被检测的相互作用路径。
间隙或区域填充有一种气体，该气体能是一种例如90％氪和10％二氧化碳的混合物或一种例如80％氙和20％二氧化碳的混合物。该气体能处于压力下，最好在范围1-20个大气压内。因此，探测器包括一个带有一个缝隙进口窗口92的气密壳体91，穿过该窗口92X射线束9进入探测器。窗口由对于辐射可透过的材料例如Mylar或薄铝箔制成。这是本发明一个特别有利的辅助效果，与设计成用于与阳极和阴极板垂直的辐射入射的以前使用的气体雪崩腔室相比，探测在一个气体雪崩腔室64中的横向入射束，要求一个覆盖较大区域的窗口。以这种方式能使窗口较细，因而减小在窗口中吸收的X射线光子的数量。
在操作中，入射X射线9经如果存在的可选择细缝隙或准直窗口10、并且在阴极板与电子雪崩放大装置17的上表面或电极装置之间，最好在这些之间的一个中心平面中，进入探测器。入射X射线9然后在与电子雪崩放大装置17的上表面平行的方向上穿过气体体积。
当一个X射线光子撞击惰性气体的一个原子并且与其相互作用时，生成在K或L层中的一个空穴，并且释放具有动能E＝hv-Eshell的一个光电子。释放的光电子通常是长程电子。这样一个电子具有一个相当长的平均自由路径。
一个长程电子是一个具有高动能(高达30keV)的电子，该电子在气体中成为停滞或停止(失去其动能)之前行进一个较长路径(在1个大气压下为1-2mm)。
当在K或L层中的空穴由从一个较高级跃迁的电子填充时，一个俄歇电子和/或一个荧光光子将出现。一个俄歇电子是一个近程电子。
一个近程电子是一个具有低动能(对于氪为1.5kev，对于氙为4keV)的电子，该电子在气体中成为停止(失去其动能)之前行进一个较短路径(在1个大气压下为0.05-0.1mm)。
因此，在X射线光子与一个气体原子例如Kr或Xe的一次相互作用期间，几个电子在几乎所有情况下都同时释放：长程和近程电子。而且，在相互作用期间也能发射荧光光子。
长程和近程电子都产生是由电子在气体行进期间产生的次级电离电子的轨迹的电子轨迹。当一个电子具有高动能(20-30keV)时，释放电子(次级电离电子)的数量每路径单位较低。对于具有低动能(一般1-4keV)的电子，每路径单位的释放电子(次级电离电子)的数量较高。
如上所述，长程电子的典型轨迹长度在大气压下是约1-2mm。这因此是一个对于位置分辨率的物理极限。如上所述，发射的荧光光子也产生电离。这种电离远离在大气压下具有1.5-250mm的典型衰减长度的初级相互作用发生。这种电离也使位置分辨率变坏，并且产生背景噪声。
通过探测所有电子和荧光光子，这种探测当前在所有存在的气体探测器中进行，在光子能量＞10keV下位置分辨率急剧变坏。在例如EP-A1-0810 631中，如上述那样，探测在转换和漂移体积中产生的所有电离，因为间隙具有较大高度。
典型地在该过程中从一个20keV X射线光子产生在几百与几千之间的次级电离电子-离子对。次级电离电子16(与初级电离电子11一起)由于在转换和漂移体积13中的电场向电子雪崩放大装置17漂移。当电子进入电子雪崩放大装置17的聚焦场线的区域时，它们经受雪崩放大，这在下面进一步描述。
雪崩电子和离子的运动在用于电子雪崩探测的读元件的装置15中产生电信号。联系电子雪崩放大装置17、阴极板或阳极板、或所述位置的两个或多个的组合拾波这些信号。诸信号进一步由读出电路14放大和处理，以得到X射线光子相互作用点的准确测量、和可选择的X射线光子能量。
为了提高位置分辨率，根据本发明的探测器提供有一个转换和漂移体积，具有一个比荧光光子的衰减长度小的高度h。这导致大量荧光光子不会在转换漂移体积中引起电离。
为了进一步提高位置分辨率，根据本发明的探测器提供有一个转换和漂移体积，具有一个比长程电子的电子轨迹长度小的高度h。这导致大量荧光光子和大量长程电子不会在转换漂移体积中经受完全能量损失。
最好能选择高度h，从而分辨荧光光子和/或长距离电子的主要部分。就是说，荧光光子的主要部分不会在转换和漂移间隙中引起电离，并且/或者长程电子的主要部分不会停滞到其中它们在转换和漂移间隙内每路径单位产生高数量次级电离电子的能量级。
为了更进一步提高位置分辨率，根据本发明的探测器提供有一个转换和漂移体积，具有一个基本上是近程电子的电子轨迹长度的几倍(例如近程电子的电子轨迹长度的1-5倍)的高度h。这导致大量荧光光子和大量长程电子不会在转换漂移体积中经受完全能量损失。当然，高度h能比近程电子的电子轨迹长度小，但这样效率将降低，因为也分辨近程电子。
通过长距离电子和荧光光子的这种几何分辨，实现在探测电子雪崩中由除不分辨之外的近程电子引起探测雪崩的一个主要量。这提高位置分辨率，因为长程电子和荧光光子引起远离相互作用点的雪崩。分辨长程电子和荧光光子越多，在由近程电子引起的探测雪崩与由长距离电子和荧光光子引起的探测雪崩的之间的比值越高。由此实现较高位置分辨率。
电子分辨也能用来提高位置分辨率。如描述的那样，一个近程电子每路径单位产生大数量的次级电离电子，而具有高能量的一个电子每路径单位产生小数量的次级电离电子。因此在每个单独读出带条或垫上的雪崩放大信号对于一个近程电子较高，而对于长程电子在其行进的大部分期间较低。通过为读出电子电路提供一个阈值函数，能分辨来自长程电子的低信号。
在图2a-2e中表示本发明的不同实施例，其中使用不同的雪崩放大装置。
图2a表示根据本发明一个第一特定实施例的一种探测器的、在图1中的II-II处得到的示意、部分放大剖视图。如看到的那样，阴极板包括一个介电基片6和一个是一个阴极电极5的导电层。阳极包括一个介电基片3和一个是一个阳极电极4的导电层。在间隙与阳极之间，布置一个电子雪崩放大装置17。该放大装置17包括一个雪崩放大阴极18和一个雪崩放大阳极19，由一个介电层24分离。这能是携带雪崩放大阴极18和雪崩放大阳极19的气体或固体基片24，如图中所示。如看到的那样，阳极电极4和19由相同导电元件形成。借助于用来在一个雪崩放大区域25中生成一个非常强的电场的一个直流电源7，在雪崩放大阴极18与雪崩放大阳极19之间，施加一个电压。雪崩雪崩放大区域25形成在彼此面对着的雪崩放大阴极18的边缘之间和其周围的一个区域中，其中由于施加的电压将出现一个集中电场。直流电源7也与阴极电极5和阳极电极4(雪崩放大19)相连接。选择施加的电压，从而在间隙上生成一个较弱的电场、漂移场。在转换和漂移体积13中通过相互作用释放的电子(初级和次级电子)，由于漂移场将向放大装置17漂移。它们将进入非常强的雪崩放大场并且被加速。加速的电子11、16将与区域25中的其他气体原子相互作用，引起另外的电子-离子对产生。这些产生的电子也将在场中被加速，并且与新的气体原子相互作用，引起另外的电子-离子对产生。该过程在电子在雪崩区域中向雪崩放大阳极19的行进期间继续，并且形成一种电子雪崩。在离开雪崩区域之后，电子将向雪崩放大阳极19漂移。如果电场足够强，则电子雪崩可能继续到雪崩放大阳极19。
雪崩区域25由在雪崩放大阴极18和如果存在的介电基片24中的一个开口或通道形成。开口或通道从上方看能是圆形的，或者在如果存在的基片24的两个边缘与雪崩放大阴极18之间连续纵向延伸。在当从上方看时开口或通道是圆形的情况下，它们并排布置，每一行开口或通道包括多个圆形开口或通道。多个纵向开口或通道或圆形通道的行彼此相近地、彼此平行或与入射X射线平行地形成。要不然，能以其他图案布置圆形开口或通道。
阳极电极4、雪崩放大阳极19也以联系形成雪崩区域25的开口或通道提供的带条的形式形成读出元件20。最好对于每个开口或通道或者开口或通道的行布置一个带条。诸带条沿其长度能划分成段，其中为每个圆形开口或通道或者为多个开口或通道能以垫的形式提供一段。带条和段，如果存在的话，则彼此电气绝缘。每个检测器电极元件，即带条或段，最好分别连接到处理电子电路14上。要不然，读出元件能布置在基片的后侧(相对着阳极电极4、雪崩放大阳极19的侧)。在这种情况下，阳极电极4、雪崩放大阳极19必须是半可透过的以产生脉冲，例如以带条或垫的形式。联系下面的图3和4，表示读出元件的不同可能装置15。
作为一个例子，纵向通道能具有在范围0.01-1mm内的宽度，圆形通道能具有在范围0.01-1mm内的圆直径，及介电层24(在雪崩阴极18与阳极19之间的隔离层)的厚度在范围0.01-1mm内。
要不然，导电层能由例如一氧化硅、导电玻璃或金刚石的一个电阻载体代替，使介电基片3、6由一个导电层代替。在这样一种情况下，当导电层和读出元件20与漂移电极装置相连接地布置时，一个介电层或载体最好布置在它们之间。
图2b表示根据本发明一个第二特定实施例的一种探测器的、在图1中的II-II处得到的示意、部分放大剖视图。该实施例与根据图2a的实施例的不同之外在于：阳极电极和雪崩放大阳极19由不同的导电元件形成，由一个能是固体或气体的介电层隔开；并且开口或通道也形成在雪崩放大阳极19中。雪崩放大阳极19连接到直流电源7上。在阳极电极与雪崩放大阳极19之间的介电层是固体的情况下，它包括穿过介电层的开口或通道，开口或通道基本上与形成雪崩区域25的开口或通道相对应。一个电场生成在阳极电极与雪崩放大阳极19之间。该场能是一个漂移场，即一个弱场，或者是一个雪崩放大场，即一个非常强的电场。联系下面的图3和4，表示读出元件的不同可能装置15。
图2c表示根据本发明一个第三特定实施例的一种探测器的、在图1中的II-II处得到的示意、部分放大剖视图。该探测器如上所述包括一个阴极、一个阳极、及一个雪崩放大装置17。一个是一个转换和漂移体积13的间隙提供在阴极与雪崩放大装置17之间。间隙被气体填充，并且如上述那样形成阴极。第二漂移电极装置1提供在一个介电基片26，例如一个玻璃基片，的一个后表面上。在基片26的前表面上，交替地提供带条形式的雪崩放大阴极18和雪崩放大阳极19。雪崩放大阴极18和雪崩放大阳极19带条是导电带条，并且连接到直流电源7上，用于在一个阴极带条与一个阳极带条之间的每个区域中生成一个集中电场，即一个雪崩放大场。阳极和阴极也连接到直流电源7上。选择施加的电压，从而在间隙上生成一个较弱电场、漂移场。要不然，介电基片26能由一种气体代替。然后把阳极和阴极支撑在例如其相应端部。
最好雪崩阳极带条也形成读出元件20，并且然后连接到处理电子电路14上。雪崩阴极带条能代之以形成读出元件，或者与阳极带条一起形成。作为一个选择例，第二漂移电极装置1能由能分段的带条构成，并且彼此绝缘。这些带条然后能单独或者与阳极和/或阴极带条一起形成读出元件。起阳极/阴极和读出元件作用的带条，借助于用于隔离的适当联接连接到直流电源7和处理电子电路14上。在另一个选择例中，阴极带条和/或阳级带条通过由一个例如一氧化硅、导电玻璃或金刚石制成的电阻顶部层覆盖的下部导电层形成。这减小可能由于强电场能出现在气体中的可能火花的功率。在读出带条一种布置的另外一个选择例中，读出带条20布置在下面，并且与雪崩阳极带条平行。然后使读出带条20稍宽于雪崩阳极带条。如果它们布置在阳极下方，则阳极电极必须是半可透过的以产生脉冲，例如以带条或垫的形式。在又一个选择例中，能省去阳极，因为借助于阴极电极5、雪崩放大阴极18和雪崩放大阳极电极19能生成必需的电场。
作为一个例子，玻璃基片是约0.1-5mm厚。而且，导电阴极带条具有一个是约20-1000μm的宽度，而导电阳极带条具有一个是约10-200μm的宽度，具有一个约50-2000μm的间距。阴极和阳极沿其延伸能划分成诸段。
在操作中，X射线光子进入在图2c的探测器中的空间13，基本上与雪崩放大阴极18和雪崩放大阳极19带条平行。在转换和漂移体积13中，吸收入射X射线光子，并且如上述那样产生电子-离子对。是由一个X射线光子引起的相互作用结果的一团初级和次级电子，向雪崩放大装置17漂移。电子将进入在一个阳极带条与一个阴极带条之间的气体填充区域中的非常强的电场，这是一个雪崩放大区域。在强电场中，电子启动电子雪崩。结果，在阳极带条上收集的电子数量比初级和次级电子数量高几个数量级(所谓的气体倍增)。对于该实施例的一个优点在于，每次电子雪崩仅大都在一个阳极元件上或基本上在一个探测器电极元件上产生一个信号。在一个坐标中的位置分辨率因此由间距确定。
在上述实施例中，已经描述了用于探测器电极装置的不同位置。有多种变化，例如，对于带条或段的不同方向、或在分离位置处，能彼此相邻地提供多于一个探测器电极装置。
参照图3，表示探测器电极装置4、5、15的一种可能配置。电极装置4、5、15由带条20′形成，并且也能起阳极或阴极电极以及探测器电极的作用。多个带条20′挨着放置，并且在与在每个位置处的入射X射线光子方向平行的方向上延伸。带条形成在一个基片上，通过在它们之间留下一个空隙23彼此电气绝缘。带条可以由光刻法或电成形等形成。对于具体探测器调节空隙23、和带条20′的宽度，以便得到希望的(最优的)分辨率。在例如图2a的实施例中，带条20′应该放置在开口或通道或者开口或通道的行下方，并且基本上具有与开口或通道相同的宽度，或者稍宽。这对于探测器电极装置布置成与阳极电极4分离的情形和对于探测器电极装置也构成阳极电极4的情形都是有效的。
每个带条20′借助于一个分离信号导体22连接到处理电子电路14上，其中来自每个带条的信号最好分别处理。在阳极或阴极电极构成探测器电极的场合，信号导体22也通过用于分离的适当联接把相应带条连接到高压直流电源7上。
如从图中看到的那样，带条20′和空隙23对准X射线源60，并且带条沿进入X射线光子的方向变宽。这种配置提供对于倾斜误差的补偿。
图3中所示的电极装置最好是阳极，但可选择地或共同地阴极能具有描述的构造。在探测器电极装置15是一种分离的装置时，阳极电极4能形成为整体电极而没有带条和空隙。同样这分别对于阴极电极或阳极电极是有效的，此时只有其另一个包括探测器装置。然而，如果探测器电极装置布置在一个基片上在对于阴极或阳极电极的相对侧，则阳极或阴极电极是半可透过的以产生脉冲，例如形成为带条或垫。
在图4中，表示一个电极的一种可选择配置。带条已经划分成彼此电气绝缘的段21。最好在相应带条的每段21之间提供垂直于进入X射线延伸的一个小空隙。每段借助于一个分离信号导体22连接到处理电子电路14上，其中来自每段的信号分离地处理。如在图3中那样，在阳极或阴极电极构成探测器电极的场合，信号导体22也把相应带条连接到高压直流电源7上。
当要测量每个X射线光子的能量时，能使用这种电极，因为一个统计具有较高能量的X射线光子在比低能量X射线光子穿过气体更长的路径之后，引起初级电离。借助于这种电极，既能探测X射线光子相互作用的位置，又能探测每个X射线光子的能量。通过统计方法，能以非常高的能量分辨率恢复入射光子的频谱。见例如E.L.Kosarev等的Nucl.Instr和methods208(1983)637和G.F.Karabadjak等的Nucl.Instr和methods217(1983)56。
一般对于所有实施例，每个入射X射线光子在一个(或多个)探测器电极元件中引起一个诱导脉冲。脉冲在处理电子电路中处理，该电路最终成形脉冲，并且积分或计数来自表示一个象素的每个带条(垫或垫组)的脉冲。也能处理脉冲，以便为每个象素提供一种能量度量。
在探测器电极在阴极侧的场合，诱导信号的区域比在阳极侧宽(在与X射线光子的入射方向垂直的方向上)。因此，在处理电子电路中的信号的加权是希望的。
图5示意表示本发明的一个实施例，使多个发明的探测器64一个叠置在另一个的顶部上。通过该实施例，能实现多线扫描，这减小整个扫描距离、以及扫描时间。该实施例的设备包括一个X射线源60，X射线源60与多个准直窗口61一起为要成象的物体62的照射产生多个平面扇形X射线束9。穿过物体62的束经多个第二准直窗口10可选择地进入各个叠置的探测器64，第二准直窗口10与X射线束对准。第一准直窗口61布置在一种第一刚性结构66中，并且可选择第二准直窗口10布置在固定到探测器64上的第二刚性结构67中，或者分离地布置在探测器上。
X射线源60；刚性结构66；及分别包括准直窗口61、10、及彼此固定的叠置探测器64的可能结构67，借助于某一装置65，例如机架或支撑65，相对于彼此连接和固定。用于射线照相的如此形成设备能作为一个单元运动以扫描要检查的物体。在这种多线配置中，如上所述，能以垂直于X射线束的横向运动进行扫描。如果固定用于射线照相的设备而移动要成象的物体，则也可能是便利的。
与大单体积气体探测器相比，使用一种叠置配置的一个另外的优点在于，减小由散射在物体62中的X射线光子引起的背景噪声。在不平行于入射X射线束的方向上传播的这些散射X射线光子，如果通过阳极和阴极板并且进入这样一个腔室，则在叠置的其他探测器64之一中能引起“虚假”信号或雪崩。这种减小通过在阳极和阴极板、或准直器67的材料中显著吸收(散射的)X射线光子实现。
通过在叠置探测器64之间提供薄的吸收板68能进一步减小这种背景噪声，如图6中所示。叠置探测器类似于图5的，不同之处在于薄吸收材料片放置在每个相邻探测器64之间。这些吸收板或片能由高原子数材料例如钨制成。
对于所有实施例一般是，气体体积非常稀薄，这引起离子的快速除去，这导致空间电荷的低或无积累。这使得高速率下的操作是可能的。
对于所有实施例一般的还有，小距离导致低操作电压，这导致在可能火花中的低能量，这对于电子电路是希望的。
为了抑制电子流形成，在实施例中的场线的会聚也是希望的。这导致对于火花的减小危险。
作为用于所有实施例的一个可选择例，在转换和漂移间隙(体积)中的电场能保持得足够高以引起电子雪崩，因此用在预放大模式中。
作为一个另外的可选择实施例，间隙或区域13可以包括一种诸如液体介质或固体介质之类的电离介质来代替所述气体介质。所述固体或液体介质可以是一个转换和漂移体积和一个电子雪崩体积。
液体电离介质例如可以是TME(三甲基乙烷)或TMP(三甲基戊烷)或具有类似性质的其他液体电离介质。
固体电离介质例如可以是一种半导体材料，例如硅或锗。当电离介质是固体时，能除去绕探测器的壳体。
能使使用固体或液体电离介质的探测器较薄，并且它们相对于来自由探测器探测的辐射物体的图象的分辨率对入射X射线的方向没有类似的气体探测器敏感。
电场最好在引起雪崩放大的区域中，但本发明也能工作在较低电场范围下，即当在探测器中使用固体或液体电离介质时高得不足以引起电子雪崩。
尽管联系多个最佳实施例已经描述了本发明，但要理解，仍可以进行各种修改而不脱离由附属权利要求书定义的本发明的精神和范围。例如，电压能以其他方式施加，只要生成描述的电场。

Claims (25)

1.一种用于电离辐射的探测的探测器，包括：
一个腔室，填充有一种电离气体，
第一和第二电极装置，基本上平行，提供在所述腔室中，在它们之间有一个空间，所述空间包括一个转换和漂移体积，
用于电子雪崩放大的装置，布置在所述腔室中，在第一和第二电极装置之间，及
至少一个读出元件装置，用于探测电子雪崩，设置成与第一和第二电极装置连接，
该探测器的特征在于：
提供一个辐射进口，从而辐射进入在第一与第二电极装置之间的转换和漂移体积，
用于电子雪崩放大的装置包括至少一个雪崩阴极和至少一个雪崩阳极，在它们之间施加一个电压以便生成用于雪崩放大的至少一个电场，并且
在第一与第二电极装置之间的距离小于辐射与气体原子相互作用产生的荧光光子的衰减长度。
2.根据权利要求1所述的探测器，其中
选择在第一与第二电极装置之间的距离，从而分辨荧光光子的主要部分。
3.根据权利要求1所述的探测器，其中
选择在第一与第二电极装置之间的距离，从而分辨作为与X射线光子相互作用的结果从气体原子和/或离子释放的长程电子的主要部分。
4.根据权利要求1所述的探测器，其中
在第一与第二电极装置之间的距离小于作为与X射线相互作用的结果从气体原子和/或离子释放的近程电子的电子轨迹长度。
5.根据权利要求1所述的探测器，其中
在第一与第二电极装置之间的距离是作为与X射线相互作用的结果从气体原子和/或离子释放的近程电子的电子轨迹长度的几倍。
6.根据权利要求1所述的探测器，其中
一个介电基片的一个表面形成用于在所述至少一个雪崩阴极与所述至少一个雪崩阳极之间的局部雪崩放大的区域的至少一个限制表面。
7.根据权利要求6所述的探测器，其中
其中用于电子雪崩放大的所述装置包括多个雪崩区域。
8.根据权利要求1所述的探测器，其中
所述读出元件装置包括带有与入射辐射平行的纵向边缘的细长带条。
9.根据权利要求1所述的探测器，其中
所述读出元件装置是细长带条形式，并且包括在所述电极装置之一中。
10.根据权利要求1所述的探测器，其中
一个细缝隙或准直窗口布置成与辐射进口连接，从而辐射基本上入射在第一与第二电极装置之间的中央平面中。
11.根据权利要求1所述的探测器，其中
第一电极装置是一个第一阴极装置，
第二电极装置是一个第一阳极装置，所述雪崩阴极提供有多个开口或通道，其布置在第一电极装置与所述雪崩阳极之间，
一个第一电压施加在第一电极装置与第二电极装置之间，而一个第二电压施加在所述雪崩阴极与雪崩阳极之间，以便生成一个在第一电极装置与所述雪崩阴极之间的第一电场、和在所述雪崩阴极中的开口或通道的区域中的多个集中场，其中集中场基本上比第一电场强得多。
12.根据权利要求1所述的探测器，其中
腔室填充有电离液体材料或固体材料来代替电离气体。
13.一种用在平面束射线照相中的设备，包括
一个X射线源，
用来形成一个基本上为平面的X射线束的装置，定位在所述X射线源与一个要成象的物体之间，
该设备的特征在于，它进一步包括至少一个用于电离辐射的探测的探测器，包括：
一个腔室，填充有一种电离气体，
第一和第二电极装置，基本上平行，提供在所述腔室中，在它们之间有一个空间，所述空间包括一个转换和漂移体积，
用于电子雪崩放大的装置，布置在所述腔室中，在第一和第二电极之间及
至少一个读出元件装置，用于探测电子雪崩，设置成与第一和第二电极装置连接，
其中
提供一个辐射进口，从而辐射进入在第一与第二电极装置之间的转换和漂移体积，
用于电子雪崩放大的装置包括至少一个雪崩阴极和至少一个雪崩阳极，在它们之间施加一个电压以便生成用于雪崩放大的至少一个电场，并且
在第一与第二电极装置之间的距离小于辐射与气体原子相互作用产生的荧光光子的衰减长度。
14.根据权利要求13所述的设备，其中
多个探测器叠置以形成一个探测器单元，
对于每个探测器布置用来形成一个基本上为平面的X射线束的另外的装置，所述另外的装置定位在要成象的物体与探测器之间，
X射线源、用来形成一个基本平面的X射线束的所述装置和所述另外的装置及所述探测器单元彼此相对地固定，以便形成一个能用来扫描物体的单元。
15.根据权利要求14所述的设备，其中
吸收板布置在探测器之间，以便吸收散射的X射线光子。
16.根据权利要求14所述的设备，其中
用来形成一个基本上为平面的X射线束的另外的装置是一个细缝隙或准直窗口，布置在面对着X射线源的每个探测器侧。
17.一种用来探测电离辐射的方法，其中辐射与布置在第一和第二电极装置之间的气体填充转换和漂移体积中的气体原子相互作用，用于产生释放的电子和荧光光子，
该方法的特征在于
电子在转换和漂移体积中经受一个电场，所述电场基本上垂直于辐射的方向，
所述电场强迫电子进入每个具有一个集中电场的多个区域之一，以便引起电子雪崩，
所述电子雪崩借助于读出元件探测，及
设置第一和第二电极装置之间的距离小于荧光光子的衰减长度，从而分辨所述的荧光光子。
18.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中
分辨作为相互作用结果释放的长程电子。
19.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中
分辨荧光光子的主要部分。
20.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中
分辨长程电子的主要部分。
21.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中
通过在至少一个尺寸中限制转换和漂移体积得到分辨。
22.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中
通过分辨在读出元件中拾波的信号得到分辨。
23.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中
分离地探测在具有一个集中电场的每个区域中由电子雪崩引起的信号。
24.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中
分离地探测在具有一个集中电场的区域组中由电子雪崩引起的信号。
25.根据权利要求17所述用来探测电离辐射的方法，其中辐射与属于液体或固体材料的原子相互作用，这些原子代替属于气体的原子。
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