CN1302292C

CN1302292C - 对电离辐射进行检测的检测装置及方法

Info

Publication number: CN1302292C
Application number: CNB018070302A
Authority: CN
Inventors: T·弗兰克
Original assignee: Xcounter AB
Current assignee: Xcounter AB
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: AU3250601A; EP1256016A1; WO2001059480A1; US6476397B1; KR100680130B1; CA2399004A1; CN1432134A; JP2003522955A; KR20020077423A; AU773520B2; SE0000957D0

Abstract

一种电离辐射检测装置具有一个充满电解质的腔室(13)，一个第一电极(17，19)和一个第二电极(21)，所述两个电极设置得使辐射(1)进入在两个电极之间、并和两个电极平行的所述腔室，并被电离，一个电子雪崩放大装置，一个读出装置(29)，其中所述电极偏移电离产生的电子，雪崩放大装置放大所述的电子，读出装置检测到电子雪崩。辐射先进入腔室的电极间第一距离为(d1)的第一部分，然后进入电极间第二距离为(d2)的第二部分，第一距离和第二距离是不同的，读出装置设置得使从辐射中产生的电子雪崩在腔室的不同地点被分别检测出。

Description

对电离辐射进行检测的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及对电离辐射的检测，特别涉及对X射线的检测，更特别涉及一种对电离辐射进行检测的检测装置，用于平面光束射线照相术的检测装置，以及对电离辐射进行检测的方法。

背景技术

气态检测装置通常对能量约低于10keV的光子有很强的吸附作用，其优点是和固态的检测装置相比，制造该装置比较便宜，而且它可以使用气体的倍增强烈(指振幅)放大信号的振幅，但是，当光子能量小于10keV时，随着气体停止能量的快速减小和光子能量的增加，气体检测装置的吸附力渐渐减小，由于所谓的长射程电子的拉长的轨迹，导致了一个被严重损坏了的空间分辨率，这是X射线被吸附的结果。

一种用于平面光束射线照相术的气态检测装置可以得到一个提高的空间分辨率，此时，在光子和气体原子的交互作用下，释放的电子在与入射辐射基本上正交的方向上被分离提取，这种检测装置在我们自己的名称为一种用于平面光束射线照相术的装置和方法以及一种辐射检测装置，于1998年10月19日申请的国际申请No.PCT/SE98/01873中公开，另外一种检测装置在US专利5521956中被描述。

当设计的检测装置既检测低能量的光子，又检测能量范围既包括高能量又包括低能量的X射线辐射时，该检测装置由于相对较短的长度，只能较低程度的吸引高能量的光子。

然而，在有些情况下，由于高能量光子能带来低能量光子的清楚信息，也希望能对高能量光子进行检测，例如，在放射学中，骨骼和组织的吸收系数，会分别的根据光子的能量有很大的变化。

发明内容

相应的，本发明的目的是提供一种利用电子雪崩，在一个大的能量范围可以工作的，特别是入射辐射的能量比先前技术中的检测装置辐射能量高的情况下，对电离辐射进行检测的装置。

本发明的一个特殊的发明目的是提供的检测装置可以提高空间分辨率和能量分辨率。

本发明的另一个发明目的是可以有效地、快速地、准确地、可靠地、容易地装设和使用该对电离辐射进行检测的检测装置，并且价格低廉。

本发明的另一个发明目的是提供的检测装置可以灵敏的，在X射线通量非常低的情况下，对电离辐射进行检测。

本发明的另一个发明目的是提供的检测装置可以在给定的长度上，在进入的辐射方向上获得理想的停止能量，使对进入的大量辐射的检测成为可能。

本发明的另一个发明目的是，在光子和气体原子的交互作用下，释放的电子在与入射辐射基本上正交的方向上被提供的检测装置分离提取，从而对电离辐射进行检测，因此，可以得到较高的空间清晰度。

本发明的另一个发明目的是提供的检测装置可以在高X射线通量的情况下，不降低性能的对电离辐射进行检测，并且该检测装置具有较长的寿命。

本发明的另一个发明目的是提供的检测装置可以对各种辐射进行检测，不但包括电磁辐射而且包括入射的粒子，还包括基本粒子。

按照本发明的第一方面，本发明的发明目的是通过一种对电离辐射进行检测的检测装置实现的，该装置包括：

一个充满了可电离气体的腔室，还包括电极表面基本上相互平行的第一电极装置和第二电极装置，所述电极装置间可施加第一电压；

辐射入口，设置得使辐射能进入位于第一电极装置和第二电极装置之间并和所述电极装置基本上平行的腔室，用以对可电离气体进行电离；

电子雪崩放大装置，包括雪崩阴极装置和雪崩阳极装置，雪崩阴极装置和雪崩阳极装置之间可施加第二电压；

读出装置，其中

可施加第一电压使电离过程中产生的电子向电子雪崩放大装置偏移，可施加第二电压用来对所述电子进行雪崩放大，读出装置的设置用来对电子雪崩和/或相应产生的离子进行检测；

其特征在于：

所述腔室设置得使通过辐射入口进入的辐射将首先进入第一和第二电极装置间有第一距离的第一腔室部分，然后进入第一和第二电极装置间有第二距离的第二腔室部分，第一距离比第二距离短，并且

读出装置被设置得使电子雪崩和/或相应产生的离子可分别被检测，所述电子雪崩和/或相应产生的离子主要从各个腔室部分中所进行的电离中可导出。

按照本发明的第二方面，本发明的发明目的是通过一种对电离辐射进行检测的检测装置实现的，该装置包括：

充满可电离物质的腔室，还包括电极表面基本上相互平行的第一电极装置和第二电极装置；

辐射入口，设置得使辐射能进入在第一电极装置和第二电极装置之间，并和所述电极装置基本上平行的腔室，对可电离物质进行电离；

电子雪崩放大装置，用来对电离过程中产生的电子进行雪崩放大；以及

读出装置，用来对电子雪崩和/或相应产生的离子进行检测；

其特征在于：

本发明的另一个发明目的是提供用在平面光束射线照相术的装置，例如，包括至少一个如本发明的第一方面所述的检测装置的缝隙或扫描射线照相术。

本发明在这方面的另一个发明目的是提供一种只有少量X射线光子照射下就可以使物体成像的，并且可以获得高质量图像的装置。

本发明的另一个发明目的是提供用于平面光束射线照相术的装置，在检测装置中可以得到入射的X射线光子的一个主要系数，用来计数或积分，从而获得图像每一个像素的值。

本发明还具有的一个发明目的是提供用于平面光束射线照相术，可以检测到在物体中散射辐射产生的图像干扰，并对这些检测到的图像干扰进行强烈滤波的装置。

本发明还具有的一个发明目的是提供用于平面光束射线照相术，可以检测到由于X射线能量光谱的扩散而产生的图像干扰，并对这些图像干扰进行滤波的装置。

本发明还具有的一个发明目的是提供用在平面光束射线照相术，可以在高X射线通量的情况下，不降低性能的工作装置，并且该检测装置具有较长的寿命。

按照本发明的第三个方面，本发明的发明目的是通过一种用于平面光束射线照相术的装置实现的，其特征在于，它包括：X射线源；在所述X射线源和成像物体之间、用来形成基本上是平面的X射线束的准直器窗口；被定位并安排为用于检测穿过所述物体或从所述物体反射过来的平面状X射线束的根据上述本发明的第一方面的检测装置。

按照本发明的第四个方面，本发明的发明目的是通过一种用于平面光束射线照相术的装置实现的，其特征在于，它包括：X射线源；在所述X射线源和成像物体之间定位、形成基本上是平面X射线束的装置；被定位并安排为用于检测穿过所述物体或从所述物体反射过来的X射线束的上述权利要求中的任一项所述的检测装置。

本发明还具有的一个发明目的是一种利用电子雪崩，在一个大的能量范围可以有效工作的，特别是入射辐射的能量比先前技术中的检测方法的辐射能量高的情况下，对电离辐射进行检测的装置。

本发明还具有的一个发明目的是提供一种可以获得提高的空间分辨率和提高的能量分辨率的方法。

本发明的另一个发明目的是提供一种对电离辐射进行检测的检测方法，该方法可以有效地、快速地、准确地、可靠地、容易地施行，并且施行起来简单，有效。

本发明的另一个发明目的是提供一种可以灵敏的、在X射线通量非常低的情况下，对电离辐射进行检测的方法。

本发明的另一个发明目的是提供一种可以对大量的入射辐射进行检测的方法。

本发明的另一个发明目的是提供对电离辐射进行检测的方法，在光子和气体原子的交互作用下，释放的电子在与入射的辐射基本上正交的方向上被分离提取，从而对电离辐射进行检测的检测方法，因此，可以得到较高的空间分辨率。

本发明的另一个发明目的是提供一种可以在高X射线通量的情况下，对电离辐射进行检测的方法。

本发明的另一个发明目的是提供一种不但可以对电磁辐射而且可以对入射粒子，还可以对基本粒子的各种电离辐射进行检测的方法。

按照本发明的第五个方面，本发明的发明目的是通过一种在检测装置中对电离辐射进行检测的方法实现的，检测装置包括：腔室，所述腔室充满了可电离气体，还包括基本上相互平行的第一电极装置和第二电极装置；辐射入口；包括雪崩阴极装置和雪崩阳极装置的电子雪崩放大装置；以及读出装置；所述方法包括：

引入辐射光束到在第一和第二电极装置的电极表面之间，并与第一和第二电极装置的电极表面基本上平行的腔室，用以对可电离气体进行电离；

在第一电极装置和第二电极装置之间施加第一电压，以使电离过程中产生的电子向电子雪崩放大装置偏移；

在雪崩阴极装置和雪崩阳极装置之间施加第二电压，用来对所述电子进行雪崩放大，以及

通过读出装置检测电子雪崩和/或相应产生的离子，

其特征在于：

首先使辐射光束(1)进入所述腔室中第一和第二电极装置间有第一距离的第一部分，然后使辐射光束进入第一和第二电极装置间有第二距离的第二腔室部分，第一距离比第二距离短，并且

通过读出装置单独检测电子雪崩和/或相应产生的离子，所述电子雪崩和/或相应产生的离子主要从各个腔室部分所进行的电离中可导出。

按照本发明的第六个方面本发明的发明目的是通过一种在检测装置中对电离辐射进行检测的方法实现的，检测装置包括：腔室，所述腔室充满了可电离物质，还包括电极表面基本上相互平行的第一电极装置和第二电极装置；辐射入口；电子雪崩放大装置；以及读出装置；所述方法包括：

引入辐射光束到在第一和第二电极装置之间，并与第一和第二电极装置基本上平行的腔室，用以对可电离物质进行电离；

雪崩放大电离过程中产生的电子，

其特征在于：

首先使辐射光束进入所述腔室部分中第一和第二电极装置间有第一距离的第一部分，然后使辐射光束进入第一和第二电极装置间有第二距离的第二腔室部分，第一距离比第二距离短，并且

通过读出装置单独检测电子雪崩和/或相应产生的离子，所述电子雪崩和/或相应产生的离子主要从各个腔室部分中所进行的电离中可导出。

本发明的进一步的特征和优点将在随后对优选实施例和相应的附图详细描述中进一步的明确表示出。

附图说明

本发明将在以下具体实施例和相应的附图1-7的详细描述中被更完全地理解，这仅仅是举例说明，并不能使本发明的保护范围受到限制。

图1是用于平面光束射线照相术对应于本发明具体实施例的检测装置的剖面示意图

图2是在标准的温度和压力(STP)下，X射线由于吸收氩、氪、氙，分别对应的X射线能量平均自由行程函数图

图3是在标准的温度和压力(STP)下，电子由于在氩、氪、氙中的散射，分别对应的电子能量实际交互范围函数图

图4是由于X射线被人体的组织和骨骼吸收，X射线能量分别对应的吸收系数函数图

图5是沿图1中A-A截面的本发明具体实施例部分放大的剖面示意图

图6是对应于本发明具体实施例中的X射线源以及由通过分段读出条形成的电极的具体示意图

图7是对应于本发明其它的具体实施例，用在平面光束射线照相术的成组的检测装置

具体实施方式

以下描述是用来解释而不是限制本发明的，具体的细节描述，例如特定的技术和应用使本发明有一个更清楚的理解，但是，对于本领域的普通技术人员，本发明可以明显的在这些特定实施例以外的实施方案中获得应用，另外，省略了对公知方法和装置的详细描述，就不会使本发明由于不必要的描述而不清楚。

图1是用于平面光束射线照相术的检测装置在X射线束平面上的二维正交截面图，依照本发明的具体实施方案，检测装置包括一个X射线源3，该射线源和一个狭窄的第一准直器窗口5一起，产生扇形的平面X射线束1，对物体7进行照射，使该物体成像，第一个狭窄的准直器窗口5可以被其它能产生基本上是二维的X射线束的装置替代，例如，X射线衍射镜，或者是X射线透镜。

通过物体7传输的光束到达检测装置9，一个狭窄裂缝或是第二个准直器窗口11可以被随意设置，使之与X射线束在一条直线上，形成X射线束进入检测装置的入口。

在检测装置中可以获得入射X射线的一个主要系数，该检测装置包括一个腔室，一个电子雪崩放大器15，一个读出装置29，检测装置定位的使X射线束横向进入第一电极17、19和第二电极21形成的电压分别为U1、U2的区域，也就是电场区域，该电场区域用来偏移在腔室中的电子和离子。

第一偏移电极装置17、19包括第一负极极板17和第二负极极板19，分别的，第二偏移电极装置21包括一个正极极板21，负极极板17和正极极板21间设置的电压为U1，负极极板19和正极极板21间设置的电压为U2，U1和U2可以是相等的，但是优选的U2比U1要大，这样可以在腔室13中产生一个幅值恒定的电场，优选的电极装置是在腔室第一部分中的负极17和正极21是相互平行的，而且它们之间的距离为d1，在腔室第二部分中的负极19和正极21间的距离d2与d1相比要长，这将在下面被详细描述。

腔室13具有转换和偏移功能，里面充满了电离气体，辐射进入腔室13对腔室中的气体进行电离，由于电压U1和U2产生的电场区域，在偏移区域13中导致电子向正极极板21偏移，这样电子就可以向电子雪崩放大器15运动，离子向负极极板17和19偏移。

腔室13中充满的气体是一种混合气体，它可以包括例如90％的氪和10％的二氧化碳，或者是80％的氙和20％的二氧化碳，这些气体在一定的压力下，优选的压力范围是1-20atm，因此，检测装置包括一个具有狭窄的入口窗口33的气态密封的外壳31，通过入口窗口33，X射线束可以进入检测装置，该窗口是用可以被辐射透射的材料制成的，例如Mylar，或者铝薄膜，这对本发明的其它功能来说，有更特殊的作用，气态雪崩放大器9检测进入的横向光束，与先前使用的气态雪崩放大器相比，它可以设计为使进入的辐射与正、负极板垂直，这就要求该窗口覆盖一个大的范围，窗口在这种方式下可以制作的狭窄一些，这样可以减少在窗口X射线光子被吸收的数量。

在实际操作中，入射X射线通过随意设置的狭缝或者准直器窗口进入检测装置，该狭缝或者准直器窗口位于负极极板17和正极极板21之间中间，优选的位置是在图1示出的负极极板17和正极极板21之间中间的平面上，X射线这样进入检测装置，并且在几乎和电极极板17、19、21平行的方向上通过腔室中的气体，并被吸收，这样就电离了腔室中气体分子。

电子雪崩放大装置15设置为使释放的电子向雪崩放大装置15偏移，并进入雪崩放大装置中的一组雪崩放大器23，优选的通过雪崩负极装置，在那里，它们将被雪崩放大装置的负极25和雪崩放大装置的正极27间的电压Ua增大。

由于雪崩正极和雪崩负极间的电压Ua，使电子从腔室13经过雪崩负极到雪崩正极的过程中被加速，这导致了电子的倍增，这样，倍增的雪崩电子到达雪崩正极27，读出装置29和雪崩正极27相连接，它可以检测由于电子雪崩激发产生的脉冲，在这种方式下，单个光子的检测就可以实现。

优选的，读出装置29也可以由雪崩正极极板27组成，因此，装置27和29可以被集成为一个部分，可选择的，读出装置29既可以和电子雪崩放大装置17的其它部分连接，也可以和偏移电极极板17、19连接，也可以制成一个不导电层或基板(图1中未示出)，在这种情况下，就要求负极和正极对进入的脉冲必须是半透射的，例如制成条或衬垫，关于其它几种可能的不同读出装置15将和附图6随后作进一步的描述。

X射线源3，第一个薄的准直器窗口5，随意设置的准直器窗口11和检测装置9通过一定的方式彼此连接固定在一起，例如框架或支架(图1中未示出)。

用上述方法制造的用于射线照相术中的装置可以作为一个移动的元件对物体进行扫描，物体从而得到检测，在图1示出的一个单独检测系统，可以绕轴旋转运动着进行扫描，绕一个通过例如X射线源或检测装置9的轴旋转所述元件，依据如何更好的使装置得到应用，合理的选择轴的位置，轴还要尽可能的通过物体7，在一些应用中，检测装置和准直器也可以制作为可以移动，或者成像的物体也是可以移动的，当有成堆的许多检测装置时，一种多线外形轮廓将和附图7一起将在后面被描述，扫描可以用各种不同方式来施行，在许多情况下，用于射线照相术中的装置和被成像的可以移动物体的固定连接是有用的。

已经提到，优选的进入检测装置的X射线的方向是与负极极板17和正极极板21平行的，在这种方式下，检测装置的相互作用的路径就可以做的足够长，从而可以使进入的X射线光子交互作用的一个主要系数被检测到，检测装置9中正极极板17、19上的与进入的辐射在平行方向上的长度在下面将作进一步的描述。

当X射线光子撞击惰性气体原子并和惰性气体原子出现交互作用，就产生了一个在K壳或L壳里的洞，并且一个动能为E＝hυ-E_shell的光电子被释放。在腔室13内，出现交互作用，交互作用受在气体或混合气体中的x射线的吸收率支配。图2表示出了x射线由于在氩、Ar、氪、Ke、氙、Xe中被吸收的平均自由行程γ，在标准的温度和压力(STP)下，一个X射线的能量系数hυ被分别表示出，在这幅图中，平均自由行程随着X射线光子能量从0到50keV的不同而在0到70cm之间发生变化。

根据本发明的检测装置在使用宽频带X射线辐射时有着特殊作用，因此，在一个很大的动能范围内，具有不同动能的光电子被释放，具有较小动能的电子被表示为短射程电子，这些电子具有一个较短的平均自由行程，具有较大动能的电子相应的被表示为长射程电子。

具有较高动能的电子(大于100keV)被称为长射程电子，相应地，这些在气体中的电子在减速并停止(失去其动能)前要经过一个长的路程(1atm下1-20mm)，图3表示出了电子由于在氩、Ar、氪、Ke、氙、Xe中的散射，电子实际交互作用的范围σ_e，以及在标准的温度和压力(STP)下，一个电子能量系数Ee被分别的在该图中表示出，在这幅图中，电子交互作用的长度随着电子能量从0到50keV的不同而在0到5cm之间发生变化。

当K或L壳中的洞充满了从高能量级上来的电子时，出现了一个具有俄歇效应的电子和/或一个荧光电子，所述具有俄歇效应的电子是一个短射程电子。

一个短射程电子是一个具有低动能的电子(典型的是1-5keV)，相应的，这些在气体或气体混合物中的电子在停止(失去其动能)前，要经过一个短的路程(1atm下0.01-0.1mm)。

因此，在一个X射线光子和一个例如氪或者氙原子的气体原子单独进行交互作用时，在多种情况下可以同时释放既有长射程又有短射程的几个电子，此外，在交互作用时，将发射出荧光电子。

电子在气体中运动时，长射程和短射程电子都将产生轨迹，该轨迹是由二次电离电子产生的，当电子具有非常高的动能(例如20-30keV)时，在元件的单位行程上，释放的电子(二次电离电子)的数量是较少的。当电子具有非常低的动能(典型的是1-4keV)时，在元件的单位行程上，释放的电子(二次电离电子)的数量是较多的。

已经提到，长射程电子在大气压下的典型的轨迹长度大约是1-20mm，因而，这是空间分辨率的一个实际缺陷，上面已经提到，荧光电子被发射也产生电离，这个电离取代最初具有交互作用的、遥远的，一个典型的在大气压下衰减长度为1.5-250mm的电离，这个电离也将使空间的分辨率变坏，并将产生背景噪音。

检测所有的电子、包括电离荧光光子而释放的电子，这在现在的所有存在的气态检测装置中，都可以被检测到，当光子的能量超过10keV时，空间分辨率就剧烈的变坏，只要电极极板的间隙足够大，所有的电子都可以被检测到。

典型的，一个单独的20keV的X射线光子在这个过程中可以产生数量在上百和一千之间的电子对，二次电离电子(和最初的电离电子一起)由于在偏转和偏移装置13中的电场区域中，将向电子雪崩放大器装置17偏移，当这些电子进入电子雪崩放大装置17聚焦范围线这个区域时，它们将经历雪崩放大器的作用。

雪崩电子和离子的运动将在读出装置29中产生用来检测电子雪崩的电信号，读出装置29优选的装设在电子雪崩正极27的附近，但是，这些信号可以由其它地方获得，例如在距离负极极板17和19很近的地方或者在雪崩负极25上，或者在两个或多个位置结合的地方，信号进一步由读出装置(没有在图1中示出)放大和处理，可以获得对X射线光子准确的测量，读出装置设置于合适的地方，可以使在腔室的特定位置，主要的导出从电离中获得的电子雪崩(例如在负极极板17和正极极板21之间，例如在位置35处，并且在负极极板19和正极极板21之间，例如在位置37处)，因此，可以得到一个对X射线能量进行分析检测的检测装置，在那里，我们至少得到一个统计的观点，能量较低的X射线在腔室13的电极极板间距为d1的第一部分被吸收，能量较高的X射线在腔室13电极极板间距为d1的第二部分被吸收。

在腔室第一部分中的电极极板间距为d1的优选选取，可以使在检测低能量光子时，获得高的空间分辨率，这样，优选的d1要比荧光(X射线)光子的衰减长度短，这导致了一大部分荧光光子不能在转换和偏转区域被电离。

当检测装置的腔室第一部分的极板间距为d1时，空间分辨率将会得到进一步的提高，d1将比长射程电子的电子轨迹长度(例如交互长度)短，这导致了在腔室第一部分，大量的荧光电子和大量的长射程电子的能量不能完全消失。

距离d1优选的选取可以识别一大部分荧光光子和/或长射程电子，也就是说，一大部分荧光光子在转换和偏移间隙内不能引起电离和/或一大部分长射程电子不能被减速到一定水平，在这儿，将在腔室的第一部分的每一个单位行程上，产生大量的二次电离电子。

当腔室第一部分中的电极极板间距为d1时，还可以获得提高的空间分辨率，这个距离基本上是短射程电子电子轨迹(例如交互长度)长度的几倍，例如五倍于短射程电子电子轨迹的长度，导致在腔室第一部分，大量的荧光电子和大量的长射程电子的能量在转换和偏移区域里不能完全消失。

通过对长射程电子和荧光电子的几何识别，比不进行识别，可以获得大量由短射程电子产生的被检测到的雪崩，因为长射程电子和荧光电子引起的雪崩距离入射X射线的交互位置远，可以提高空间分辨率，更多的长射程电子和荧光光子被鉴别，在短射程电子引起的被检测到的雪崩和长射程电子和荧光电子引起的被检测到的雪崩中，将得到更高的比率，也将因此得到更高的空间分辨率。

腔室第一部分在入射的X射线方向上的长度L1的设置，使低能量辐射部分在腔室第一部分基本上被吸收。

腔室第二部分中的电极极板间距为d2的优选选取，可以检测到高能量光子，这样，优选的d2基本上要比d1长，从而可以使最初的长射程电子得到减速，并电离气体分子，这样，释放短射程电子，可以起到提高在检测高能量光子时引起的变坏的空间分辨率的功效。

但是，优选的在腔室第二部分中的电极极板间距d2要比荧光(X射线)光子的衰减长度短，这导致了一大部分荧光电子不能在转换和偏转区域被电离。

当腔室第二部分中的电极极板间距为d2时，可以进一步的提高空间分辨率，这个距离基本上是长射程电子电子轨迹(例如交互长度)长度的几倍，例如五倍于长射程电子电子轨迹的长度。

腔室第二部分在入射的X射线方向上的长度L2的设置，使高能量辐射部分在腔室第二部分基本上被吸收。

当然，电极极板间距d1和d2，腔室部分的长度L1、L2的选取要根据每一个特殊的应用和特殊的光谱，以得到理想的检测效果，并得到满意的空间和能量分辨率。

电性能的识别，也可以提高空间分辨率和能量分辨率，已经提到，短射程电子在每一个单位行程上产生大量的二次电离电子，高能量的电子在每一个单位行程上产生少量的二次电离电子，因此，对短射程电子，在读出装置上的雪崩放大脉冲是高的和/或宽的，然而，相对于腔室第一部分的长射程电子来说，它们是少量的，通过对电子学中具有从适当的信号得到的临界值参数的读出，例如，幅值或积分值，在腔室第一部分中的长射程电子得到的脉冲可以被电性能的识别，并且因此，空间分辨率和能量分辨率得到进一步的提高。

类似的，在腔室第二部分，高能量电子得到足够的减速，并且因此，这样的电子比短射程电子整个的将释放出更大数量的电子，这样，长射程电子产生的被检测到的雪崩脉冲幅值比短射程电子产生的被检测到的雪崩脉冲幅值要高和/或宽，这样，高能量的光子产生长射程电子，在腔室第二部分中的能量分解率通过具有由信号导出的参数，对脉冲进行电性能的识别，可以得到进一步的提高，例如，在一个特定临界值下的幅值或临界值。

本发明的另一个具体实施例中的腔室第一部分和第二部分被流体密封地分开，但是辐射具有可渗透性，在这种方式(图1未示出)下，每一个单独的腔室都充满具有预先设定压力的电离气体，腔室部分被流体密封的墙分开，在该墙中的辐射透射窗口的适当设置(和窗口33一样)，使通过该窗口的X射线进入腔室第二部分，通过控制混合气体的成分和单独控制每一个腔室的气压，可以更进一步的提高能量和空间的分辨率。

现在描述涉及图4的本发明的一个特定实施例，在这里，它可以用来测量人体的骨质密度，图4示出了由于X射线被人体的组织和骨骼分别吸收而具有的吸收系数α，用该吸收系数α作为X射线能量的一个参数，在这幅图中，吸收系数随着X射线光子能量从0到150keV的不同而在1到约为0.4的范围内发生变化，微分的吸收系数(表示出的组织和骨骼)也被表示出，这表明了在组织和骨骼中X射线光子的选择性的吸收，可以作为光子能量的一个参数。

通常，骨骼总是被不知道数量的组织包围着，通常采用评估这些数量的骨骼的方法是检测通过的具有两种不同X射线能量的X射线，根据骨骼和组织对X射线吸收的不同，对X射线能量进行曝光，典型的，在40keV时，不同的吸收系数有一个最大值，看图4，X射线通过骨骼和组织时被吸收，以同一种方式对该X射线进行吸收能量的另一个曝光，典型的，在能量超过100keV时，再次看图4，从这两种测量中，这些数量的骨骼被评估，然而，这需要检测装置能检测到低能量(40keV左右)和高能量(超过100keV)的X射线，这常常是一个问题，此外，在低能量时获得具有狭窄能量分配的光束，进入的具有一个广阔的光谱的X射线通量将被强烈的过滤，在X射线管装入一个大的负荷，这两个在不同时间进行的不同曝光，由于物体在这两次曝光之间的运动使问题加大。

本发明描述了一种能对具有广阔能量范围的X射线进行检测的装置和方法，由于短的吸收长度，低能量的X射线将优选的在腔室狭窄的第一部分被检测，主要是横穿检测装置的腔室第一部分的高能量X射线在腔室厚的第二部分被检测到，本发明允许使用同一个检测装置有效的检测具有不同能量的X射线，还可以用通常的装置两次使用曝光方法。

优选的，两个检测装置可以同时对进入的X射线进行测量，该X射线具有广阔的光谱，第二个优选的方案要求对X射线进行较少量的过滤，并且放入X射线管较少的负荷，此外，同时检测两种能量时，由于曝光时运动产生的间隔问题得到减小。

图5是从图1的A-A截面得到的本发明具体实施例的部分放大剖面图，详细的示出了雪崩放大装置，然而，在实际操作中，它不应当被本发明的这个方式所限制，其它样式的雪崩放大装置在我们于1999年4月14日申请的，名称为辐射检测装置，用于平面放射线照相术中对电离辐射进行检测的方法的，申请号为No.9901325-2的瑞典专利申请中得到进一步的详细描述，该申请也因此在本发明中得到应用，实际操作中，雪崩放大装置也可以是固态装置或者包括一个流体放大区域。

第一极板17包括不导电的极板41和作为负极极板的导电层，并且第二极板43和雪崩负极25是同一个装置，雪崩正极27包括一个不导电的极板45和导电层47。

一个不导电的构件49可以被设置在雪崩负极25和雪崩正极27之间，可以是气态或固体的基板49支持着图中的负极25和正极27，通过直流电源(未在图5中示出)，在装置17和装置21、25之间设置了一个第一电压，在负极25和正极27之间设置了一个第二电压，从而获得一个电场区域51，这个雪崩放大区域53中的电场区域是非常强烈的，雪崩放大区域53形成在雪崩负极25之间和周围的位置，这些区域彼此面对，并且也形成在雪崩负极25和雪崩正极27之间，在这里，由于施加的电压得到了一个集中的电场区域。

选择施加的电压，可以产生一个弱的电场偏转区域，该区域在腔室第一部分的上方，通过交互作用释放的电子(初始的电子和二次电子)，例如在位置35，由于处于偏转区域，将向雪崩放大装置偏移，他们将进入强烈的雪崩放大区域，并被加速，加速的电子将和其它的气体原子在一个区域53中发生交互作用，引起电子-粒子对的进一步产生，这些产生的电子在这个区域里也将被加速，并和新的气体原子发生交互作用，进一步产生电子-粒子对，此过程在电子在雪崩区域里向正极27运动时持续着，从而形成电子雪崩。

雪崩区域53是通过负极25和不导电的基板49中的孔道或通道形成的，如果可能，孔道或通道可以制成任意的形状，例如，圆环形或正方形，从上面看，或者是在基板49和负极25的两个边缘之间呈连续的纵向延伸的形状，在这种情况下，从上面看，这些孔道或通道是呈圆形被成行设置的，每一行的孔道或通道包括大量的圆形孔道或通道，大量的纵向孔道或通道或成行的通道被设置为彼此紧挨在一起，并和进入的X射线相平行，这些孔道或通道也可以有选择的设置成其它样式。

读出装置29的读出部分也可以形成在导电层47上，该导电层被设置为与上述孔道或通道彼此相连，形成雪崩区域53，优选的，一层对应着每一个孔道或通道或成行的孔道或通道，所述层在它们的长度上被分成几个区域，这里，一个区域以衬垫的形式对应着每一个孔道或通道或大量的孔道或通道，而进行进一步讨论，如果可能，这些层或者截面将被电性能的彼此分开，每一个检测装置的极板部分，也就是层或者截面，优选的，分别和电子学的处理程序相联系(未在图5中示出)。

通过给图5中示出的检测装置9提供大量的读出片条47，可以在这里把平面辐射光束里导出的主要电子雪崩分别的检测到，因此，通过使用检测装置9可以得到一个空间的图像。

读出部分也可以有选择的设置在基板的背面上，在这种方式下，用来产生脉冲的正极极板4，19是半透射的就是必要的，与图6相联系的各种可能装置的读出部分将在下面图6中示出。

举一个例子，纵向孔道有一个范围为0.01-1mm的宽度范围，孔道的宽度范围在0.01-1mm之间，不导电的基板49(被雪崩负极25和正极27分开)的厚度在范围0.01-1mm之间。

不导电层43和47也可以有选择的被具有阻抗的载体所取代，例如，矽，导电的玻璃或金刚石，并且，不导电的基板41和45也可以被导电层替代。

从图1的与A-A截面平行方向上得到的剖面图，除了腔室13的间隙非常大外，和图5是一样的，通过在腔室13相应部分的下面提供单独的读出片条，可以得到检测装置，在这里，具有不同能量的主要从电离的X射线中导出的电子雪崩被分别的检测出。

在上面的具体实施例中，描述了负极装置和正极装置在特殊位置被设置的检测装置，然而，大量的具有其它放置位置的装置和本发明相关的同样装置也是适合的。

涉及图6的一个雪崩正极装置(和读出装置29)的可能构造被示出，该装置由导电的片条47和63形成。

大量的片条47和63被紧挨着放置，从放射源开始，在彼此的位置上，片条47和63延伸的方向和进入的X射线光子的方向平行，优选的，片条47被放置在腔室第一部分的下面，片条63被放置在腔室第二部分的下面，这些片条在基板上形成，通过在它们(没有在图1中示出)之间留下的一定距离，被彼此电性能的隔离，这些片条可以通过照相平板印刷的方法或附加的电铸方法来获得。

可以根据特定的检测装置调整片条47的距离和宽度，从而获得理想的(最佳的)空间分辨率，这样，片条63要比片条47宽，因为在检测高能量的X射线时，得到的空间分辨率不管怎样都是很坏的。

片条47要放置在图5中的孔道或通道或成行的孔道或通道的下面，同样的，片条63相应的，要放置在腔室第二部分中的孔道或通道或成行的孔道或通道下面，孔道或通道或成行的孔道或通道形成在雪崩放大装置中。

每一个片条47，63通过单独的信号传导装置和电子学的处理程序联系在一起，在这里，从每一个片条得到的信号被优选的得到独立的处理，如果正极和负极片条构成检测片条，信号传导装置也和特定的片条通过适当的耦合与高电压直流源相连接。

如在图6中示出的，片条47，63对准X射线源3，这可以补偿检测到的图像的视差。

如果读出装置29是一个独立的装置，正极电极27可以被制成单一的没有片条和调节间距的电极。

一种可选择的读出装置具有片条47和/或片条63(没有举例)的构形，在入射的X射线的方向上被分成几部分，这几部分被彼此的电性能的隔离，优选的，在独立的片条之间的每一个部分，在入射的X射线垂直方向上延伸一段小的距离，每一部分通过独立的信号传导装置和信号处理程序相连接，在这里，优选的，信号和每一个部分被单独的分开。

这时，X射线的能量检测装置将进一步用到读出装置，通过统计的方法，我们可以复原具有良好能量分辨率的入射光子的光谱，例如，见E.L.Kosarev et al.，Nucl.208(1983)637的装置和方法以及G..F.Karabadjak et al.，Nucl.217(1983)56的装置和方法。

通常在所有的具体实施例中，每一个入射的X射线光子在一个(或多个)检测装置的电极部分引起一个感应的脉冲，电子学处理程序对该脉冲进行处理，使最后的脉冲成形，对每一个片条(垫片或成组的垫片)上的脉冲进行积分和计数，代表一个像素，对脉冲的处理也可以得到每一个测量能量的像素。

当检测装置的电极在负极基板的边上时，感应信号的区域比在阴极基板边上的区域要广阔的多(与进入的X射线的方向相垂直的方向上)，因此，电子学处理程序优选的对这些信号进行处理。

图7图解性的表述了按照本发明的具体实施例，具有一组彼此紧挨着的检测装置9的检测装置，在这个具体实施例中，可以获得多线扫描的方式，这可以减小总的扫描距离和扫描时间，该具体实施例中的检测装置包括一个X射线源3，大量的准直器窗口5，X射线源3和大量的准直器窗口5一起产生大量用来对成像物体进行放射的平面扇形X射线束，这些光束随机的通过物体7，并通过大量的第二准直器窗口11，进入独立的成组检测装置9，第二准直器窗口和X射线束排成一线，第一准直器窗口被设置在第一个刚性结构(没有在图7中式出)中，随机的第二准直器窗口依附着检测装置9或独立的排列在检测装置上，被设置在第二个刚性结构中。

X射线源3，第一个刚性结构和可能的包括准直器窗口11的第二个刚性结构，以及成组的检测装置分别被彼此固定在一起，通过某一种装置彼此连接和固定，例如，一个框架或支架(未在图7中示出)，用这种方式制成的用于射线照相术的装置可以作为一个可移动的元件，对物体进行扫描，并检测该物体，在这个多线的构造中，在与X射线束横向的垂直方向上进行扫描，上面已经提到，当所述用于射线照相术的装置被固定在一起，并且被成像的物体可以移动时，该装置依然有用，可选择的，准直器和检测装置可以通过一个常见的控制机器被同步移动。

使用成组构造的进一步好处是，和大的单独的气态检测装置相比，可以减少X射线光子通过物体时产生的背景噪音，这些散射的在与入射的X射线束不平行的各种方向上的X射线光子将在成组的其它的一个检测装置9中，产生错误的信号或雪崩，如果穿过正极和负极极板进入这样一个腔室，这将有效的减少X射线光子被正极极板和负极极板之间的气体原料吸收，或者有效的减少在准直器11的散射。

在成组的检测装置中间提供狭窄的吸收极板(没有表示出)可以进一步减少背景噪音，这些用来吸收电子的极板或薄板可用例如钨这样具有高原子数量的原料制得。

对所有的具体实施例，气体组织是非常狭窄的，这导致了粒子的快速移动，引起空间电荷的减少或没有积聚，这可以使在可能的高效率下，进行实际的操作。

对所有的具体实施例通常还有这样的特点，短的距离引起低的工作电压，导致可能产生的火化能量较低，这在电子学中是有利的。

在具体实施例中的聚焦范围线对排除形成的电子流也是有利的，这减少了火化的危险。

在所有具体实施例中，可选择的，转换和偏移缝隙中的电场区域可以被保持足够高，从而引起电子雪崩，因此可被用在一个预先放大的模式中。

进一步可选择的，电极极板装置21、25可以和电极极板装置17、19以及负极装置27之间的电场区域一起进行分配，并保持足够高的电压，来引起电子雪崩放大，上述区域在范围13和23、53确定的完全区域内。

进一步的，所有的电极极板可以覆盖一层有阻抗的原料，可以减小产生火花时的危险，这将影响测量，并且可能损坏检测装置中的电气设备，该阻抗层在我们于1999年4月14日申请的，名称为辐射检测装置，用于平面放射线照相术对电离辐射进行检测的方法，申请号为No.9901325-2的瑞典专利申请中得到进一步的详细描述，该申请也因此在本发明中得到应用。

很明显的，本发明可以作多种形式的改变，例如，只要能产生描述的电场区域，电压可以通过其它的方式施加。

所述变化并不是分离在本发明的保护范围之外的，所有这些包含在附加的权利要求中的变形对本领域的普通技术人员来说，是明显的。

Claims

1.一种对电离辐射进行检测的检测装置，包括：

一个充满了可电离气体的腔室(13)，还包括电极表面基本上相互平行的第一电极装置(17、19)和第二电极装置(21)，所述电极装置间可施加第一电压；

辐射入口(33)，设置得使辐射(1)能进入位于第一电极装置和第二电极装置之间并和所述电极装置基本上平行的腔室，用以对可电离气体进行电离；

电子雪崩放大装置(15)，包括雪崩阴极装置(25)和雪崩阳极装置(27)，雪崩阴极装置和雪崩阳极装置之间可施加第二电压(Ua)；

读出装置(29)，其中

其特征在于：

所述腔室设置得使通过辐射入口进入的辐射将首先进入第一和第二电极装置间有第一距离(d1)的腔室第一部分，然后进入第一和第二电极装置间有第二距离(d2)的腔室第二部分，第一距离(d1)比第二距离(d2)短，并且

2.如权利要求1所述的检测装置，其中第一距离(d1)比荧光光子的衰减长度要短，所述荧光光子在电离过的可电离气体中被发射。

3.如权利要求1或2所述的检测装置，其中第二距离(d2)比荧光光子的衰减长度要短，所述荧光光子在电离过的可电离气体中被发射。

4.如权利要求1或2所述的检测装置，其中辐射入口(33)被设置得使具有宽频带能量光谱的辐射能进入腔室，由此，短射程电子借助低能量辐射所进行的电离来释放，而长射程电子借助高能量辐射所进行的电离来释放；其中，第一距离(d1)比长射程电子的交互长度要短。

5.如权利要求1所述的检测装置，其中在入射X射线的方向上，对各个腔室部分的可电离气体和长度(l₁、l₂)作如此设置，使低能量辐射部分基本上在腔室第一部分中被吸收，而高能量辐射部分基本上在腔室第二部分中被吸收，从而读出元件装置(29)被设置为用于能量分析检测。

6.如权利要求1或2所述的检测装置，第一和第二电极装置都是二维的。

7.如权利要求1或2所述的检测装置，其中辐射入口(33)被设置得使平面辐射光束(1)能进入腔室，读出装置(29)备有并排设置的、在每个位置上在与所述平面辐射光束的方向平行的方向上延伸的多个读出片条(47、63)，从而使电子雪崩和/或相应产生的离子可分别被检测到，电子雪崩和/或相应产生的离子主要从所述平面辐射光束的横向分开部分所进行的电离中可导出。

8.如权利要求1或2所述的检测装置，进一步包括一个信号处理装置，所述信号处理装置被安排为对一个信号进行识别，所述信号是依赖于一个信号导出参数而可从检测到的电子雪崩和/或相应产生的离子中导出的。

9.如权利要求1或2所述的检测装置，其中电子雪崩放大装置(15)包括大量的雪崩区域(53)。

10.如权利要求9所述的检测装置，其中雪崩阴极装置(25)备有开孔。

11.如权利要求10所述的检测装置，其中雪崩阳极装置(27)是以大量片条(47、63)或衬垫的形式来设置的。

12.如权利要求1、2、10或11所述的检测装置，其中第二电极装置(21)和雪崩阴极装置(25)构成一个单独的装置。

13.如权利要求1、2、10或11所述的检测装置，其中雪崩阳极装置(27)和读出装置(29)构成一个单独的装置。

14.如权利要求1所述的检测装置，其中所述X射线源(3)，所述形成基本上是平面的X射线束(1)的准直器窗口(5)和所述检测装置(9)的相互关系的是固定的。

15.如权利要求1所述的检测装置，包括检测装置(9)之间设置的、以便吸收散射的X射线光子的吸收极板。

16.一种在检测装置中对电离辐射进行检测的方法，检测装置包括：腔室(13)，所述腔室充满了可电离气体，还包括基本上相互平行的第一电极装置(17、19)和第二电极装置(21)；辐射入口(33)；包括雪崩阴极装置(25)和雪崩阳极装置(27)的电子雪崩放大装置(15)；以及读出装置(29)；所述方法包括：

引入辐射光束(1)到在第一和第二电极装置的电极表面之间，并与第一和第二电极装置的电极表面基本上平行的腔室，用以对可电离气体进行电离；

在第一电极装置(17、19)和第二电极装置(21)之间施加第一电压，以使电离过程中产生的电子向电子雪崩放大装置偏移；

在雪崩阴极装置(25)和雪崩阳极装置(27)之间施加第二电压(Ua)，用来对所述电子进行雪崩放大，以及

通过读出装置检测电子雪崩和/或相应产生的离子，

其特征在于：

首先使辐射光束(1)进入所述腔室中第一和第二电极装置间有第一距离(d1)的腔室第一部分，然后使辐射光束进入第一和第二电极装置间有第二距离(d2)的腔室第二部分，第一距离(d1)比第二距离(d2)短，并且

17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：使用电子仪器这种方法对电子雪崩和/或相对的产生的离子进行识别，所述的电子雪崩和/或相应产生的离子主要通过分开具有信号参数的脉冲，从具有预先设定能量的辐射中得到，该信号参数相应于预先设定的能量。

18.一种对电离辐射进行检测的检测装置，包括：

充满可电离气体的腔室(13)，还包括电极表面基本上相互平行的第一电极装置(17、19)和第二电极装置(27、45、47)；

辐射入口(33)，设置得使辐射(1)能进入在第一电极装置和第二电极装置之间，并和所述电极装置基本上平行的腔室，对可电离气体进行电离；

电子雪崩放大装置，包括一个液体放大区或者是固态装置，用来对电离过程中产生的电子进行雪崩放大；以及

读出装置(29、45、47、63)，用来对电子雪崩和/或相应产生的离子进行检测；

其特征在于：

所述腔室设置得使通过辐射入口进入的辐射将首先进入第一和第二电极装置间有第一距离的腔室第一部分，然后进入第一和第二电极装置间有第二距离的腔室第二部分，第一距离比第二距离短，并且

19.如权利要求18所述的检测装置，其中第一距离比荧光光子的衰减长度要短，所述荧光光子在已经电离的可电离气体中被发射。

20.如权利要求18或19所述的检测装置，第二距离比荧光光子的衰减长度要短，所述荧光光子在已经电离的可电离气体中被发射。

21.如权利要求18所述的检测装置，辐射入口(33)被设置得使具有宽频带能量光谱的辐射能进入腔室，由此，短射程电子借助低能量辐射所进行的电离来释放，而长射程电子借助高能量辐射所进行的电离来释放；其中，第一距离(d1)比长射程电子的交互长度短。

22.如权利要求21所述的检测装置，在入射的X射线的方向上，对各个腔室部分的可电离气体和长度(l₁、l₂)作这样的设置，使低能量辐射部分基本上在腔室第一部分中被吸收，而高能量辐射部分基本上在腔室第二部分中被吸收，从而读出元件装置(29)被设置为用于所述辐射的能量分析检测。

23.如权利要求18所述的检测装置，其中第一和第二电极装置都是二维的。

24.一种在检测装置中对电离辐射进行检测的方法，检测装置包括：腔室(13)，所述腔室充满了可电离气体，还包括电极表面基本上相互平行的第一电极装置(17、19)和第二电极装置(27、45、47)；辐射入口(33)；电子雪崩放大装置(15)，包括一个液体放大区或者是固态装置；以及读出装置(29、45、47、63)；所述方法包括：

引入辐射光束(1)到在第一和第二电极装置之间，并与第一和第二电极装置基本上平行的腔室，用以对可电离气体进行电离；

雪崩放大电离过程中产生的电子，

其特征在于：

首先使辐射光束(1)进入所述腔室部分中第一和第二电极装置间有第一距离(d1)的腔室第一部分，然后使辐射光束进入第一和第二电极装置间有第二距离(d2)的腔室第二部分，第一距离(d1)比第二距离(d2)短，并且

25.如权利要求24所述的方法，进一步包括：使用电子仪器这种方法对电子雪崩和/或相对的产生的离子进行识别，所述的电子雪崩和/或相应产生的离子主要通过分开具有信号参数的脉冲，从具有预先设定能量的辐射中得到，该信号参数相应于预先设定的能量。