CN1327244C - 电离辐射的可适应能量分解检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于检测电离辐射的检测器(9)，包含：第一阴极(17)和第一阳极(19)，在该两极间可施加第一电压(U1)；可电离气体，该气体至少部分置于第一阴极和第一阳极之间；射线入口(33)，如此安排该入口，使得电离射线(1)可进入并电离该可电离气体；和读出装置(19，23)。该检测器还包含第二阴极(21)和第二阳极(23)，在该两极间可施加第二电压(U2)；和固态可电离材料，该材料安排在第二阴极和第二阳极之间，使得部分进入可电离气体的射线可穿过该气体，进入该固态材料并电离它；其中安排读出装置，与向第一阳极漂移的电子的检测分开，用以检测分别向第二阳极和/或阴极漂移的电子和/或空穴。

Description

电离辐射的可适应能量分解检测方法和装置

技术领域

本发明总体上涉及电离辐射的检测，特别是X射线的检测。

更具体地说，本发明涉及用于电离辐射检测的装置和方法，并涉及用于平面光束射线照相术的设备和方法。

背景技术

一般而言，在光子较低能量级气态检测器是非常有吸引力的，因为它们的制造成本比固态检测器低，并且可使用气体倍增来强力放大信号幅度。可是在较高能量级，气态检测器缺乏吸引力，因为随着光子能量增加，气体的制动功率急剧减小。这导致高度恶化的空间分辨率，这归因于所谓远程电子的扩展轨道，其是由于X射线吸收而产生的。

通过用于平面光束照相术的气态检测器可取得改善的空间分辨率，其中由光子和气体原子相互作用释放的电子可在与入射辐射基本垂直的方向提取。这种类型的检测器在我们的共同未决的国际申请WO99/23859中有阐述，该申请标题为“A method and a device for planarbeam radiography and a radiation detector”(平面光束射线照相术的方法和设备及辐射检测器)，于1998年10月19日提交。

当设计一种较低能量光子检测器和使用包括较低和较高能量的能量范围的X射线辐射时，因为检测器的有限长度，较高能量光子仅仅只有小部分能在检测器中被吸收。

可是在某些情况下，也希望能检测较高能量光子，因为它们可能携带不同于较低能量光子的信息。例如，在放射线学领域，骨骼和组织的吸收系数分别随光子能量的变化而显著变化。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于电离辐射检测的检测器，该检测器使用雪崩放大，并可工作在比现有技术检测器更大的入射辐射能量范围内，特别也能工作于较高能量。

从这方面看，本发明的一个特别目的是提供如此的检测器，以提供改善的空间分辨率和改善的能量分辨率。

本发明的另一目的是提供这样的用于电离辐射检测的检测器，该检测器高效，快速，精确，可靠，易于安装和使用，并且成本低。

本发明的另一目的是提供这样的用于电离辐射检测的检测器，该检测器是灵敏的，并因此可工作于非常低的X射线通量。

本发明的另一目的是提供这样的用于电离辐射检测的检测器，该检测器可检测大部分的入射辐射。

本发明的另一目的是提供一种设备，该设备用于平面光束射线照相术，如剖面或扫描射线照相术，该设备包含可达到上述目的的用于电离辐射检测的检测器。

从这方面看，本发明的一个特别目的是提供这样的设备，该设备可以以这样的方式工作，使得对待成像物体只需进行小剂量的X射线光子照射，就可获得高质量的影像。

本发明的另一目的是提供这样的设备，在该设备中可减小由分散在待检查物体上的辐射和/或由X射线能量谱的扩散引起的影像噪声。

本发明的另外目的是分别提供用于电离辐射检测和用于平面光束射线照相术的方法，该方法分别使用能实现上述目的的用于电离辐射检测的检测器和用于平面光束射线照相术的设备。

其中这些目的是通过所附的权利要求中所请求保护的检测器，设备和方法获得的。

从以下对本发明的优选实施例的详细论述可明显发现本发明更多的特点和其中的优点，该优选实施例在附图中示出。

附图简述

从下文给出的本发明的实施例的详细论述和附图1-7，可以更加充分地理解本发明，该附图仅作为图解，因此不是对本发明的限制。

图1以截面图示意地说明根据本发明的第一实施例的一种用于平面光束射线照相术的设备。

图2是图1的检测器中包含的第一和第二阳极各自的示意性的顶视图。

图3展示了由于人体内组织和骨骼各自吸收而引起的X射线吸收系数和X射线能量的函数关系。

图4是一个设备的示意性的顶视图，该设备在多层结构中拥有多个图1中的检测器。

图5以截面图示意地说明了一种根据本发明的第二实施例的用于平面光束射线照相术的设备。

图6是图5的设备中包含的检测器的横断面视图，是沿着图5中的线A-A作的截面图。

图7以截面图示意地说明了一种根据本发明第三实施例的用于平面光束射线照相术的设备。

优选实施例详述

为了说明而不是限制，在以下论述中提出了特定的细节，如特定技术和应用，以便能彻底理解本发明。可是，本领域的技术人员显然知道可以在不同于这些特定细节的其它实施例中实现本发明。在其它案例中，省略了对众所周知的方法和设备的详述，以免用不必要的细节掩盖了本发明的论述。

图1是根据本发明第一实施例的平面光束射线照相术设备在垂直于平面X射线束1的平面上的截面图。该设备包含X射线源3，该X射线源和第一细小的准直器窗口5一起生成了平面扇形X射线束1，用于待成像物体7的照射。

该射线束穿过物体7进入检测器9。可选地，和X射线光束对准的一个细小的裂缝或第二准直器窗口11，形成X射线束1射至检测器9的入口。

如此确定检测器的方向，使得X射线光子能横向进入阴极17和阳极19之间，阴极17和阳极19之间安置了一个能充满可电离的气体和气体混合物的空间13。在阴极17和阳极19之间施加电压U1，使空间13中电子和离子的漂移方向最好基本上垂直于入射辐射的方向。阴极17和阳极19最好基本上互相平行。

可电离气体或气体混合物包含如90％氪气和10％二氧化碳，或如80％氙和20％二氧化碳。气体可以加压，最好在1-20atm范围内。因此，该检测器包含有一个裂缝入口窗33的气体密封箱31，通过该窗口，X射线束1可进入该检测器。在图1中，外壳31装入了检测器9的主要部分。可是，应当理解可以用其它方式安排该外壳，只要可以装入正负两极之间的空间。

另外，在检测器9中放置了第二阴极21和第二阳极23，在该阴极21和阳极23之间放置了固态晶片或可电离半导体材料片25。第二阴极21，第二阳极23和固态晶片25位于检测器9内，使得部分通过射线入口33进入空间13的射线1可穿过空间13，并进入固态晶片25。射线1和晶片25的材料相互作用将导致电子和空穴的产生，通过在阴极21和阳极23之间施加第二电压U2，该电子和空穴将分别向阳极23和阴极21漂移，电压方向最好与入射辐射的方向基本垂直。

最好安排阴极21和阳极23，使得进入固态晶片25的部分射线束1在阴极21和阳极23之间传播，并基本上平行于阴极21和阳极23。

可选地，阴极21和阳极23这样安排，使得部分射线束1可通过阴极21进入故态晶片25，并基本上垂直于阴极21和阳极23。

固态晶片25可用硅制成，但最好用更高的Z半导体材料。晶片最好包含高阻抗CdZnTe(镉锌碲)，该材料可在室温下工作并可做入检测器，或其它具有高阻抗并可做入检测器的半导体材料。当然，本领域的技术人员将认识到事实上任何半导体材料都可用于本发明。

在授予Lingren的U.S.6,037,595，授予Antich等的U.S.5,880,490及其参考资料中可找到关于检测器9中的固态部分，如固态晶片25，阴极21和阳极23的其它方面内容，上述文献在此引作参考。

另外，检测器9包含读出装置，该读出装置用于单独检测分别向阳极19和23漂移的电子以及向阴极21漂移的空穴。该读出装置可由图1中的阳极19和23本身构成，或者可以在阳极19和23附近，阴极17，21附近，或者在别处安放一个单独的读出装置。因此，这样的检测器9拥有第一气态检测器部件和第二固态检测器部件，上述部件能够单独检测入射X射线。

X射线源3，第一细小准直器窗口5，随意的准直器窗口11和检测器9通过合适的装置，如框架或支柱(图1中未示出)相互连接并相对固定。

现在参考图2，图中示出阳极19和23可能的结构(因此也示出读出装置的结构)。阳极19由一排在绝缘层或衬底37上相互电绝缘排列的导电读出条35组成，阳极23由另一排在另一绝缘层41上相互电绝缘排列的导电读出条39组成。类似地，阴极21由另一排在另一绝缘层42上相互电绝缘排列的导电读出条49组成。绝缘层37和41可选择只由一个绝缘层组成。该读出条可由照相平版印刷法或电铸等方法形成。该读出单元39和49可选择位于半导体材料25上，而不需要衬底41和42。

读出条35并行排列，读出条39并行排列，读出条49并行排列，其中读出条35，39，49在每一点上都沿着基本上平行于入射X射线光子束1的方向延伸，该入射X射线来自X射线源3。因此，如给出发散光束1，则读出条35，39，49将排列成扇形结构而不如图2所示那样平行。这样的扇形结构提供了改善的空间分辨率和对任何被测图像中视差错误的补偿。

可根据特定的检测器调节读出条35，39，49的长度和宽度，以取得期望的(最佳的)空间分辨率。

每个读出条35，39和49最好通过各自单独的信号导体连接至处理电子装置(图2中未示出)，由此每个读出条的信号可被单独处理。因为读出条35，39还组成阳极，因此通过合适的单独连接，信号导体也连接各个读出条和高压DC电源。

这种读出装置设计提供了电子的单独检测能力，该电子主要由读出条35或39平面射线束1的横向独立部分电离而产生。以这种方式可获得一维影像。

在读出装置为独立装置的情况下，阳极35和39可成为没有读出条的一个整体电极。

在阳极/读出装置的可选择的结构(未示出)中，沿着入射X射线方向，读出条可进一步分为数段，各段之间相互电绝缘。最好各个读出条的各段之间备有小间隔，该间隔沿着垂直于入射X射线的方向延伸。每一段通过各自的信号导体连接至单独的处理电子装置，其中每一段的信号最好单独处理。当需要进一步的能量分辨率检测时，可使用这种读出装置。

另外，在工作中，可保持足够高的电压U1和U2(即由此产生的电场)，而在空间13中引起电子雪崩放大，在固态晶片25中可能但不一定引起电子雪崩放大。

可选择提供其它的雪崩放大装置或场浓度装置，使其在检测前，可以先分别放大空间13中及可能在固态晶片25中的自由电子(和空穴)。

用于气态检测器部件的可能的雪崩放大装置，在我们共同未决的瑞典专利申请No.9901325-2中作了进一步描述，该专利申请标题为“Radiation detector，an apparatus for use in planarradiography and amethod for detecting ionizing radiation”(辐射检测器，用于平面射线照相术的设备和用于检测电离辐射的方法)，于1999年4月14日提交，在此引作参考。用于固态检测器部件的可能的雪崩放大装置，在上面提到的美国专利中作了进一步描述，在此引作参考。

如图1所示，工作中，通过可选的细小裂缝或准直器窗口11，如果存在的话，和阴极17和阳极19之间，最好在两极间的中心平面内，入射X射线1进入检测器。然后，入射X射线1以最好基本上平行于电极17和19的方向穿过气体，并被吸收，从而在空间13中电离气体分子。X射线1中的一些将通过空间13，进入固态晶片25并在那里电离可电离半导体材料。

这样，一些X射线在空间13中的区域27中被吸收，一些X射线在半导体25中的区域29中被吸收。在空间13中被吸收的X射线将使电子被释放，在阴极17和阳极19之间施加的电压U1使得该电子向阳极19漂移。相应地，在固态晶片25中被吸收的X射线将使电子和空穴被释放，在阳极23和阴极21之间施加的电压U2使得该电子和空穴将分别向阳极23和阴极21漂移。如果保持足够高的电压或者提供场浓度装置(如上面讨论的那样)，那么在自由电子向阳极漂移的过程中，它们被雪崩放大。在读出装置中的读出条中，即在如图1和2所示的检测器中的阳极片35和39中，该电子感应电荷，该电荷被检测。如果没有发生雪崩放大，信号的主要部分取决于被释放的电荷的收集。

在一个(或多个)阳极条中，每个入射X射线光子一般引起一个感应脉冲。该脉冲在处理电子装置中被处理，最终形成该脉冲，并集成或计算每个阳极片中的代表一个图象单元的脉冲。也可处理该脉冲，以提供每个像素的能量量度。

在其中X射线和可电离材料发生相互作用的空间13和/或固态晶片25的深度，在统计上由所用材料的X射线吸收率决定的。较高能量X射线一般拥有比较低能量X射线更大的穿透深度。

由于X射线优选地以平行于阴极板17和阳极板19的方向进入检测器，检测器很容易提供一个足够长的交互通道，以允许大部分的入射X射线光子相互作用并被检测。

另外，通过设计具有小极间间隙，即阴极17和阳极19之间，第二阴极21和第二阳极23之间各自的短距离的检测器，在检测器上的散射辐射入射(即不平行于电极的辐射传播)将在几何中很大程度上被识别(即没有被吸收就脱离极间空间，因此逆向影响位置和能量分辨率)。已经证实，超过99％的散射辐射可以很容易地被识别。

每个极间距离最好小于，或远远小于电极的长度，即入射射线束方向的尺寸。典型地，该距离小于2mm，小于1mm更好，最好在0.1mm和1mm之间。

当使用宽带X射线辐射时，依照本发明的检测器特别有用。用这样的方法，检测器9可以被调节，使得宽带辐射中绝大部分的较低能量辐射都被可电离气体吸收，宽带辐射中的较高能量辐射都被可电离半导体材料吸收。用这样的方法，检测器提供辐射的能量分解检测。

宽带X射线辐射和介质(如空间13内的气体)的相互作用导致大范围动能的光电子的释放。较高动能(可达100keV)的电子被表示为远程电子，该电子在减速并停止(失去动能)前，在介质中将传播相对长的路程(典型地在1atm.下为1-20mm)，反之，低动能电子被表示为短程电子。

当电离介质放松，典型地释放Auger电子和/或荧光(X射线)光子。Auger电子是低动能(典型地为1-5keV)短程电子，该电子在气体中停止前，传播相对短的路程(在1atm.为0.01-0.1mm)。因此，在一个X射线光子和一个气体原子，如Kr或Xe，单独相互作用过程中，在很多情况下会同时释放几个电子，包括远程电子和短程电子。另外，在相互作用过程中可发射荧光光子。

远程电子和短程电子都产生二次电离电子的电子轨迹，该二次电离电子由电子在气体中传播时产生。当电子具有高动能(如20-30keV)时，每个通道单元释放电子(二次电离电子)量少。对于具有低动能(典型地为1-4keV)的电子，每个通道单元释放电子(二次电离电子)量较多。

在大气压下，远程电子典型的轨迹长度大约为1-20mm，这样的量度标准是空间分辨率的物质极限。如上面提到的，发射的荧光光子也可引起电离。这种电离发生与在大气压下典型衰减长度是1.5-250mm的初级相互作用相距甚远。这种电离也会破坏空间分辨率并产生背景噪声。

因此，阴极17和阳极19之间的距离最好选择为使得可以检测高空间分辨率的低能光子。因此，该距离最好比荧光(X射线)光子的衰减长度短。这导致在空间13中，大量荧光光子不会引起电离。

如果检测器阴极17和阳极19之间的距离小于远程电子的电子轨迹长度(即相互作用长度)，则可进一步改善空间分辨率。这导致更大数量的荧光光子和大量的远程电子在第一空间部分不会遭受全部能量损失。

如果检测器阴极17和阳极19之间的距离小于，或基本等于短程电子的电子轨迹长度(即相互作用长度)的几倍，如短程电子电子轨迹长度的1-5倍，则可进一步改善空间分辨率。这导致更大数量的荧光光子和更大数量的远程电子在空间13中不会遭受全部能量损失。如果该距离小于短程电子电子轨迹，效果将会减弱，因为在完成电离之前短程电子也将到达电极板。

通过远程电子和短程电子的这种几何区别，更大量的检测电子由短程电子引发，这提高了空间分辨率，因为在远离入射X射线的相互作用点处，远程电子和荧光光子可引起电子的释放。

最好选择阴极21和阳极23之间的距离(即固态晶片25的厚度)，使得可以检测较高能量光子。因此，阴极21和阳极23之间的距离最好足够长，以允许初级远程电子减速并电离固态晶片中的半导体材料，从而释放较短程电子。这样以破坏空间分辨率为代价，提高了检测较高能量光子的效率。

可是，阴极21和阳极23之间的距离最好小于荧光(X射线)光子的衰减长度。这导致大量荧光光子不会在半导体材料中引起电离。

如果检测器在阴极21和阳极23之间的距离大体上是远程电子的电子轨迹(即相互作用长度)的几倍，如远程电子电子轨迹长度的1-5倍，可进一步提高空间分辨率。

当然，对于每个特定的应用和所用的每个特定的光谱，须分别设计阴极17和阳极19间的距离，阴极21和阳极23间的距离，空间13和固态晶片25在平行于入射辐射方向上的长度，空间13中气体混合物的成分及其中的压力，和固态晶片25的材料，以获得预期的检测效率及所需的空间和能量分辨率。

在申请人共同未决的于1999年4月14日提交的标题为“A methodfor detecting ionizing radiation，a radiation detector andapparator for use in planar beam ra diography”(检测电离辐射的方法，辐射检测器和用于平面光束射线照相术的设备)的No.9901326-0，和2000年2月8日提交的标题为“Detector andmethod for detection of ionizing radiation”(检测器和电离辐射检测方法)的No.0000388-9瑞典专利申请中可找到关于检测器厚度和电极间隙的进一步的讨论。这些申请在此引作参考。

现在参考图3，将描述本发明的一个特定的应用，该应用用于测量人的骨骼的矿物质密度。图3是表示由于分别在人体组织、骨骼中的吸收产生的X射线的吸收系数α和X射线能量的函数关系的图表。在图中，当X射线光子能量从0到150keV变化时，吸收系数从1变到大约0.4。还示出差分吸收系数(表示为组织-骨骼)，该吸收系数作为光子能量的函数，是组织和骨骼之间吸收选择性指示。

通常骨骼被未知数量的组织包围，一个用于估计骨骼数量的一般方法是在两种不同的X射线能量下检测传播的X射线。在骨骼和组织吸收X射线差别很大处的X射线能量下进行一次曝光；典型地在40keV处，该处差分吸收系数具有最大值，见图3。在骨骼和组织吸收X射线相似处的X射线能量下进行另一次曝光；典型地在能量超过100keV处，又见图3。从这两次测量可估计骨骼的数量。可是，这需要检测器能够检测低能量(40keV左右)X射线和高能量X射线(＞100keV)，这经常是个问题。另外，为了在低能下获得窄的能量分布光束，具有宽光谱的入射X射线通量需要严格过滤，给X射线管带来很大的负载。因为两次曝光之间物体变化的原因，在不同时间进行的两次独立曝光也会引起问题。

本发明描述了一种混合的气态-固态检测器，该检测器可在宽能量范围上测量X射线。因为吸收长度短，低能X射线最好在检测器的第一气态部分检测。高能X射线大多数穿过检测器的第一部分并在第二固态部分检测。本发明允许使用同一个检测器，用通常使用的双曝光方法，依靠同一个检测器有效检测不同能量的X射线。

可选择使用入射X射线的宽X射线光谱同时进行两次测量。该第二选择需要较少的X射线过滤，给X射线管带来较少的负载。另外，通过同时检测两个能量间隔，两次曝光之间的变化问题也缩小了。

图1中的设备可作为一个单元移动，以扫描待检测物体。在单个检测器系统中，可通过旋转运动来完成扫描，绕着通过如X射线源3或检测器9的轴旋转该单元。轴的位置取决于设备的应用和使用，在某种应用中轴也可能通过物体7。也可以在转移运动中进行，其中检测器和准直器被移动或待成像物体被移动。

在多个检测器叠加的多行结构中，可以以不同的方式进行扫描。在很多情况下，固定射线照相术设备而移动待成像物体是有利的。

图4示意性地展示了根据本发明的一种实施例的这种多行结构91，具有多个相互并行叠加的创造性检测器9。通过该实施例，可实现多行扫描，这可以减少总的扫描距离和扫描时间。该实施例设备包括X射线源3，该射线源和多个准直器窗口5共同产生多个平面扇形X射线束1，用于待成像物体7的照射。该射线束穿过物体7，可选地经过与X射线束对准的多个第二准直器窗口11，进入单个叠加的检测器9。第一准直器窗口5安置在第一刚性结构中(图7中未示出)，可选择的第二准直器窗口11被安置在附属于检测器9的第二刚性结构中(图7中未示出)，或单独安置在检测器上。

通过一个特定装置，如机架或支撑(图4中未示出)，X射线源3，第一刚性结构，和可能的第二刚性结构相互连接和固定，第二刚性结构分别包括准直器窗口11和相互固定的叠加检测器9。这样结构的射线照相术设备可以作为一个单元移动以扫描待测物体。如上所述，在该多行结构中，可以在垂直于X射线束方向的横向移动中进行扫描。如果射线照相术设备固定而移动成像物体也是有利的。可选地，用共同控制的马达同步移动准直器和检测器。

与大型两维检测器相比，使用叠加结构的另一优点是减少由分散在物体7内的X射线光子引起的背景噪声。在不平行于入射X射线束方向上传播的该散射X射线光子如果通过阳极和阴极板进入该叠加结构中的另一检测器，可在该检测器中引起“错误”信号或者雪崩。通过(散射)X射线光子在阳极和阴极板或准直器11的材料中的吸收，可减少该噪声。通过在叠加检测器中提供薄吸收板(未示出)，可进一步减少该背景噪声。该吸收板或薄片可由高原子序数材料如钨制成。

现在参考图5和6，描述本发明的第二实施例，图中以截面图示意性地分别描述平面光束射线照相术设备和其中的检测器。图5和6中用相同的参考数字表示和图1和2中一样的细节和元件，不再作进一步的描述。

和图1和2中的检测器9一样，检测器9’包含气态检测器部件，该部件包括阴极17，阳极19，和能充满可电离气体的空间13。

可是检测器9’包含基于闪烁体的检测器部件51，而不是固态检测器部件，该基于闪烁体的检测部件包括闪烁材料55，该材料如此安放，使得通过射线入口33进入空间13的部分射线束1可穿过空间13传播并进入闪烁体材料55，其中该射线被转化为光。基于闪烁体的部件还包括光检测装置53，用来检测所产生的光。闪烁体材料55最好安放在排成阵列的多个拉长的闪烁体单元中。闪烁体部件51还可包含置于闪烁体单元55之间，用以分隔闪烁体单元和邻近单元的间隙屏障57。间隙屏障57由一种材料组成，该材料吸收进入闪烁材料的射线和闪烁体55中发射的闪烁光。

多个拉长闪烁体单元55被如此安放，使得射线束1在相应的第一端进入多个拉长闪烁体单元55，而光检测装置53安置在其相应的第二端。最好在平行于入射射线束的方向检测射入闪烁材料的光。可是，也可以以直角或几乎任意的角度进行检测，因为光是各向同性地射入闪烁材料。

假如平面射线束进入检测器9’，则每个检测器部件支持一维成像。

如前面的实施例一样，假如具有宽带能量谱的射线进入检测器，该宽带射线的大部分较低能量射线被空间13中的可电离气体吸收，该宽带射线的大部分较高能量射线在闪烁材料55中转化成光。检测器9’以这种方式提供射线的可适应的能量分解检测。

检测器9’还可包含放大器，用以放大在空间13中释放的电子和在闪烁材料中发射的光。可选地或附加地，可提供其它合适的放大装置。

现在参考图7，描述本发明的第三说明实施例，图中以截面图示意性地说明了平面光束射线照相术设备。图7中用相同的参考数字表示和前述实施例中一样的细节和元件，不再作进一步的描述。

图7中的设备包含检测器9”，和图1和2中的检测器9一样，该检测器包含气态检测器部件，该部件包括阴极17，阳极19，和能充满可电离气体的空间13。同样地，检测器9”包含第二固态检测器部件，可是这一部件排列不同。

该实施例还包含第二X射线源3”，细小的准直器窗口5”，用于产生两个平面扇形X射线束1，1”，用于待成像物体7的照射。

该射线束通过物体7，经过入口窗33，33”进入检测器9”。可选地，具有两个与X射线束对准的孔径的薄片11”可放置在射入窗口33，33”的前面。确定检测器9”的方向，使得射线束1进入气态检测器部件，即进入阴极17和阳极19之间的空间13，射线束1”进入检测器9”的第二固态检测器部件。空间13由外壳31”和入口窗33，33”围了起来，并充满了可电离的气体。

第二检测器部件可使用与气态检测器部件包括的相同阴极17，但是也可选择提供单独的阴极(未示出)。第二检测器部件还包含与阴极17基本上平行的阳极19”，和放置在阴极17和阳极19”之间的可电离半导体材料固态厚片25”。固态厚片25”由适合的材料组成并能被射线束1”电离。还可在阴极17和阳极19”之间施加电压U2”，用以使在半导体材料电离过程中产生的电子向阳极19”漂移。

阳极19”可如检测器9中的阳极19(图1和2)那样配置，即在一绝缘层或衬底41”上相互电绝缘排列的导电读出条39”，以组成读出装置。读出条最好并行排列，并沿着基本上平行于入射X射线光子束1的方向延伸。可选择提供单独的读出装置(未示出)。

在两个例子中，读出装置都被用于检测分别向阳极19和23”漂移的电子。

和上述实施例一样，气态检测器部件优选适用于较低能量辐射的检测，而固态检测器部件适用于较高能量辐射的检测。

可选择使用扩展的辐射源代替两个辐射源，通过缝隙或类似的装置，该扩展的辐射源可被分成两个射线束。

还可选地，该检测器在垂直于单个的，优选为宽带的射线束方向上是可移动的，带有各自的射入窗口的检测器部件相继与射线束校准，使得检测器部件可以连续检测，而不是使用两个辐射源和在两个检测器部件中可能同时发生的检测。

还应认识到，该检测器在各个检测器部件前可配置适合的过滤器。特别地，在这种情况下，只能传播较高能量射线的过滤器放置在固态检测器部件之前，只能传播较低能量射线的过滤器放置在气态检测器部件之前。先前的实施例中，可在固态检测器部件和基于闪烁体的检测器部件前面提供这样的过滤器。

本发明的另一实施例(未示出)还用了图7实施例中的几何概念，但是包含基于闪烁体的检测器部件用以取代固态检测器部件。

应该认识到，上述实施例和可供选择的方法可在其它结构中混合使用。

还应认识到，各种实施例中的检测器部件的电极可以是不相互平行的。每个阴极和阳极最好相对成α角放置，由此面向辐射源的电极端相互距离比其远端距离近。在固态检测器部件的情况下，可电离固态晶片在面向辐射源的那一端较薄。在我们共同未决的瑞典专利申请No.9901324-5中进一步涉及这方面内容，该专利申请标题为“Radiation detector and an apparatus for use in planarradiography”(辐射检测器和用于平面光束射线照相术的设备)，并于1999年4月14日提交，该申请在此引作参考。

不应认为这些变化背离本发明的范围。所有这些对于本领域技术人员来说显而易见的变型应当包含在附加的权利要求范围内。

Claims (34)

1.一种射线照相设备，包含：

射线源(3)，产生具有给定辐射频谱的电离辐射；

第一阴极(17)和第一阳极(19)，该两极之间可施加第一电压(U₁)；

空间(13)，该空间中能够充满具有给定成份和给定压力的可电离气体，并至少部分置于所述第一阴极和所述第一阳极之间；

射线入口(33)，如此安排该入口，使得由所述射线源产生的电离辐射(1)能进入所述阴极和所述阳极之间的所述空间，以电离可电离气体；和

读出装置，其中

可施加所述第一电压，以使在所述可电离气体电离过程中产生的电子向第一阳极漂移；

安排所述读出装置，用于检测向第一阳极漂移的电子，

其特征在于：

所述第一阴极和第一阳极之间的距离比通过所述进入的电离辐射电离后具有所述给定成份和给定压力的可电离气体中发出的荧光光子的衰减长度短；还在于

第二阴极(21)和第二阳极(23)，该两极之间可施加第二电压(U₂；U₂”)；

可电离半导体材料固态晶片(25；25”)，在所述第二阴极和所述第二阳极之间如此安排该晶片，使得由所述射线源产生的电离辐射(1)进入所述固态晶片，电离可电离半导体材料；其中

可施加所述第二电压，以使在所述半导体材料电离过程中产生的电子和空穴分别向第二阳极和第二阴极漂移；

与向第一阳极漂移的电子的检测分开安排所述读出装置，用以检测分别向第二阳极和/或第二阴极漂移的电子和/或空穴。

2.如权利要求1所述的设备，其中如此安排射线入口，使得具有宽带能量谱的辐射可进入该空间，由此由所述宽带辐射中的较低能量辐射电离产生短程电子，由所述宽带辐射中的较高能量辐射电离产生远程电子，且第一阴极和第一阳极之间的距离设置成小于远程电子的相互作用长度。

3.如权利要求2所述的设备，其中第一阴极和第一阳极之间的距离小于短程电子的相互作用长度。

4.如权利要求1所述的设备，其中如此安排射线入口，使得具有宽带能量谱的辐射可进入该空间，且其中如此安排检测器，使得所述宽带辐射中的大部分较低能量辐射能被可电离气体吸收，所述宽带辐射中的大部分较高能量辐射能被可电离半导体材料吸收，由此安排读出装置，用于辐射的能量分解检测。

5.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，还包含气态雪崩放大器，用以雪崩放大在所述可电离气体电离过程中产生的电子。

6.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，还包含放大器，用以放大在所述半导体材料电离过程中产生的电子。

7.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，其中如此安排所述第二阴极和第二阳极，使得电离辐射可进入所述第二阴极和所述第二阳极之间的所述固态晶片。

8.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，其中如此安排所述第二阴极和第二阳极，使得电离辐射可穿过第二阴极，并以基本上垂直于所述第二阴极和第二阳极的方向，进入所述固态晶片。

9.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，其中如此安排射线入口，使得平面射线束可进入该空间，如此安排读出装置，使得电子可分别检测，该电子可以由横向分离的部分所述平面射线束电离引起的。

10.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，其中第一阴极和第一阳极基本上相互平行，第二阴极和第二阳极基本上相互平行。

11.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，其中第一阴极和第一阳极基本上相互不平行，第二阴极和第二阳极基本上相互不平行。

12.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，包含用以形成基本上平面的X射线束(1)的装置(5)，所述装置位于所述X射线源与待成像物体(7)之间。

13.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，其中放置在所述第二阴极和第二阳极之间的可电离半导体材料固态晶片(25)如此安排，使得通过所述射线入口进入所述空间的电离辐射通过所述空间传播，随后进入所述固态晶片。

14.如权利要求1-4的任何一项所述的设备，其中放置在所述第二阴极和第二阳极之间的可电离半导体材料固态晶片(25)如此安排，使得进入所述固态晶片的电离辐射不同于进入所述空间的电离辐射。

15.如权利要求14所述的设备，其中第一和第二阴极仅由一个导电薄片或层(17)组成。

16.如权利要求14所述的设备，包括用于产生两个分离电离辐射束的装置，其中进入所述固态晶片的电离辐射来自一个所述辐射束，进入所述空间的电离辐射来自另一个所述辐射束。

17.如权利要求14所述的设备，在辐射路径上，所述固态晶片之前包括一个过滤器，在辐射路径上，所述空间之前包括一个过滤器。18.用于在包含第一和第二检测器部件的检测器(9；9”)中检测电离辐射的方法，特征在于以下步骤：

使电离射线(1)进入所述第一检测器部件的空间(13)，所述空间充满可电离气体，且至少部分置于第一阴极(17)和第一阳极(19)之间，其中所述第一阴极和第一阳极之间的距离小于由所述辐射电离后可电离气体中发出的荧光光子的衰减长度；

由所述射线电离可电离气体；

在所述第一阴极和第一阳极间施加第一电压(U₁)，以使在所述可电离气体电离过程中产生的电子向第一阳极漂移；

通过读出装置，检测向第一阳极漂移的电子；

使射线进入所述第二检测器部件的固态晶片(25；25”)，所述晶片为可电离半导体材料，并置于第二阴极(21；17)和第二阳极(23)之间；

由进入所述固态晶片的所述射线电离可电离半导体材料；

在所述第二阴极和第二阳极间施加第二电压(U₂)，以使在所述可电离半导体材料电离过程中产生的电子向第二阳极漂移；和

通过所述读出装置，与向第一阳极漂移的电子的检测分开，单独检测向第二阳极漂移的电子。

19.如权利要求18所述的方法，其中

第一能量或能量范围的射线进入充满可电离气体的空间；和

第二能量或能量范围的射线进入可电离半导体材料固态晶片，所述第二能量或能量范围高于第一能量或能量范围。

20.如权利要求18所述的方法，其中进入所述可电离半导体材料固态晶片(25)的射线，与进入并穿过充满可电离气体的空间(13)的部分射线是相同的。

21.如权利要求16所述的方法，其中

如此安排射线入口，使得具有宽带能量谱的辐射可进入该空间，由此由所述宽带辐射中的较低能量辐射电离产生短程电子，由所述宽带辐射中的较高能量辐射电离产生远程电子；且

第一阴极和第一阳极之间的距离设置成小于远程电子的相互作用长度，小于短程电子相互作用长度的若干倍。

22.用于电离辐射的检测的射线照相设备(9’)，包含：

射线源(3)，产生具有给定辐射频谱的电离辐射；

阴极(17)和阳极(19)，该两极之间可施加电压(U₁)；

空间(13)，该空间中能够充满可电离气体，并至少部分置于所述阴极和所述阳极之间；

射线入口(33)，如此安排该入口，使得由所述射线源产生的电离辐射(1)在所述阴极和所述阳极之间进入所述空间，以电离可电离气体；和

读出装置，其中

可施加所述电压，以使在所述可电离气体电离过程中产生的电子向该阳极漂移；

安排所述读出装置，用于检测向所述阳极漂移的电子，

特征在于：

所述第一阴极和第一阳极之间的距离比由所述进入的电离辐射电离后，具有所述给定成份和给定压力的可电离气体中发出的荧光光子的衰减长度短；

一种闪烁材料(55)，该材料如此安排，使得通过所述射线入口进入所述空间的部分所述射线可传播通过所述空间，可进入所述闪烁材料并在那里被转化为光；和

光检测装置(53)，用于所述光的检测。

23.如权利要求22所述的设备，其中如此安排射线入口，使得具有宽带能量谱的辐射可进入该空间，由此由所述宽带辐射中的较低能量辐射电离产生短程电子，由所述宽带辐射中的较高能量辐射电离产生远程电子；且

第一阴极和第一阳极之间的距离小于远程电子的相互作用长度，小于短程电子相互作用长度的若干倍。

24.如权利要求22或23所述的设备，还包含气态雪崩放大器，用以雪崩放大在所述可电离气体电离过程中产生的电子。

25.如权利要求22或23所述的检测器，其中所述闪烁材料包含排成一列的多个拉长的闪烁体单元(55)。

26.如权利要求25所述的设备，其中所述多个拉长的闪烁体单元如此安排，使得进入所述闪烁材料的所述射线可进入所述多个拉长的闪烁体单元的相应的一端，而其中所述光检测装置安放在相应的另一端。

27.如权利要求22或23所述的设备，还包含置于闪烁体单元(55)之间用以分隔每个闪烁体单元和邻近单元的间隙屏障(57)，所述间隙屏障由一种材料组成，该材料可吸收进入所述闪烁材料的部分所述射线。

28.如权利要求22或23所述的设备，其中如此安排射线入口，使得平面射线束能进入该空间，如此安排读出装置和光检测装置，使其分别检测电子，所述电子可以由横向分离的部分所述平面射线束电离引起。

29.如权利要求22或23所述的设备，其中所述闪烁材料(55)如此安排，使得通过所述射线入口进入所述空间的部分电离辐射通过所述空间传播，然后进入所述固态晶片。

30.如权利要求22或23的设备，其中所述闪烁材料(55)如此安排，使得进入所述固态晶片的电离辐射不同于进入所述空间的电离辐射。

31.如权利要求30的设备，其中产生两个分离电离辐射束的装置，其中进入所述固态晶片的电离辐射来自一个所述辐射束，进入所述空间的电离辐射来自另一个所述辐射束。

32.用于在包含第一和第二检测器部件的检测器(9’)中检测电离辐射的方法，特征在于以下步骤：

使电离射线(1)进入所述第一检测器部件的空间(13)，所述空间充满可电离气体，且至少部分置于阴极(17)和阳极(19)之间，其中所述阴极和阳极之间的距离小于由所述辐射电离后可电离气体中发出的荧光光子的衰减长度；

由所述射线电离可电离气体；

在所述阴极和阳极间施加电压(U1)，以使在所述可电离气体电离过程中产生的电子向该阳极漂移；

通过读出装置，检测向该阳极漂移的电子；

使射线进入所述第二检测器部件中的闪烁材料(55)；

将进入所述闪烁材料的所述射线转化为光；和

检测所述光。

33.如权利要求32所述的方法，其中

第一能量或能量范围射线进入充满可电离气体的空间；和

第二能量或能量范围射线进入闪烁材料，所述第二能量或能量范围高于第一能量或能量范围。

34.如权利要求32所述的方法，其中进入所述闪烁材料的射线与进入并穿过充满可电离气体的空间的部分射线是相同。

35.如权利要求34所述的方法，其中

如此安排射线入口，使得具有宽带能量谱的辐射可进入该空间，由此由所述宽带辐射中的较低能量辐射电离产生短程电子，由所述宽带辐射中的较高能量辐射电离产生远程电子；且

第一阴极和第一阳极之间的距离设置为小于远程电子的相互作用长度，小于短程电子相互作用长度的若干倍。

Images