DD237227A1 - LOCAL DETECTOR FOR GAMMA RADIATION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Messung der raeumlichen Intensitaetsverteilung von Gammastrahlung. Eine solche Aufgabe liegt zum Beispiel vor in der Nuklearmedizin bei der Messung der raeumlichen Intensitaetsverteilung von 511 keV-g-Quanten, die bei der Annihilation von Positronen in organischem Gewebe entstehen, wenn zur Diagnose Positronenaktive Radiopharmaka verwendet werden. Der Detektor kann auch in Gammakameras zur Registrierung niederenergetischer g-Strahlung mit Energien Eg100 keV durch eine optimale Auswahl des Elektrodenmaterials verwendet werden. Mit der Erfindung soll ein ortsempfindlicher Detektor fuer g-Strahlung geschaffen werden, der die positiven Eigenschaften ortsempfindlicher gasgefuellter Strahlungsdetektoren wie grosse Zaehlgeschwindigkeit, gute Ortsaufloesung und niedrige Herstellungskosten aufweist und gleichzeitig eine zu Szintillationsdetektoren vergleichbar gute g-Effektivitaet und Zeitaufloesung besitzt. Es konnte gefunden werden, dass es auf der Basis des Prinzips des Parallelplattenlawinenzaehlers (PPLZ) moeglich ist, grossflaechige ortsempfindliche Detektoren fuer g-Strahlung aufzubauen. Nach der Erfindung wird der Aufbau eines Detektors fuer g-Strahlung dadurch geloest, dass innerhalb eines mit einem bekannten Detektorgas gefuellten Gehaeuses abstandsweise zueinander eine Vielzahl von Metallfolien angeordnet sind, welche abwechselnd als Anoden und Katoden von PPLZ geschaltet sind und deren Elektrodenflaechen parallel zur Haupteinfallsrichtung der zu messenden Strahlung angeordnet sind.The invention relates to a detector for measuring the spatial intensity distribution of gamma radiation. One such task is, for example, in nuclear medicine in the measurement of the spatial intensity distribution of 511 keV-g quanta resulting from annihilation of positrons in organic tissue when positron-active radiopharmaceuticals are used for diagnosis. The detector can also be used in gamma cameras to register low energy g-radiation with energies Eg100 keV through optimal selection of the electrode material. With the invention, a location-sensitive detector for g-radiation is to be created, which has the positive properties of location-sensitive gas-filled radiation detectors such as large Zaehlgeschwindigkeit, good spatial resolution and low production costs and at the same time has a scintillation detectors comparably good g-efficiency and time resolution. It has been found that it is possible, based on the principle of the parallel plate avalanche countermeasure (PPLZ), to construct large-area, spatially sensitive detectors for g-radiation. According to the invention, the structure of a detector for g-radiation is achieved in that within a filled with a known detector gas housing spaced apart a plurality of metal foils are arranged, which are alternately connected as anodes and cathodes of PPLZ and their Elektrodenflaechen parallel to the main direction of incidence are arranged to be measured radiation.
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft einen Detektor zur Messung der räumlichen Intensitätsverteilung von Gammastrahlung. Der Detektor besitzt keine Energieauflösung.The invention relates to a detector for measuring the spatial intensity distribution of gamma radiation. The detector has no energy resolution.
Eine solche Aufgabe liegt zum Beispiel vor in der Nuklearmedizin bei der Messung der räumlichen Intensitätsverteilung von 411 keV-y-Quanten, die bei der Annihilation von Positronen in organischem Gewebe entstehen, wenn zur Diagnose positronenaktive Radiopharmaka verwendet werden. Der vorgestellte Detektor ist wegen seiner guten y-Effektivität und Zeitaufiösung besonders geeignet für einen Einsatz in einem Positronen Emissions Computer Tomographen (PECT). Seine Anwendung ist nicht auf diese nuklearmedizinische Aufgabe beschränkt, sondern auch möglich für die Lösung von Forschungsaufgaben in anderen Bereichen. Der Detektor kann auch in Gammakameras zur Registrierung niederenergetischer y-Strahlung mit Energien ΕγΞ 100 keV durch eine optimale Auswahl des Elektrodenmaterials verwendet werden.One such task is, for example, in nuclear medicine in the measurement of the spatial intensity distribution of 411 keV-γ quanta resulting from the annihilation of positrons in organic tissue when positron-positive radiopharmaceuticals are used for diagnosis. Because of its good y-efficiency and time resolution, the presented detector is particularly suitable for use in a positron emission computer tomograph (PECT). Its application is not limited to this nuclear medicine task, but also possible for the solution of research tasks in other areas. The detector can also be used in gamma cameras to register low-energy y-radiation with energies Ε γ Ξ 100 keV by an optimal selection of the electrode material.
Die Computertomographie (CT) ist allgemein ein Meß- und mathematisches Rekonstruktionsverfahren, mit dessen Hilfe kontrastreiche, überlagerungsfreie zwei- und dreidimensionale Bilder von Objekten erhalten werden, deren physikalische Dichte sich über die zu untersuchende Objektebene nur relativ ändert (J. D. Wholahan, D.G.King, IEEE Trans. Nuci. Sei. NS 28 [1981] 1726).Computed tomography (CT) is generally a measuring and mathematical reconstruction method, with the aid of which high-contrast, overlay-free two- and three-dimensional images of objects are obtained whose physical density changes only relatively over the object plane to be examined (JD Wholahan, DGKing, IEEE Trans. Nuci., See NS 28 [1981] 1726).
Seine große praktische Bedeutung erlangte dieses Verfahren als Diagnoseverfahren in der Medizin. In den letzten Jahren entwickelte sich aus der sogenannten Röntgen-CT die Emissions-CT, bei der nicht mehr die Dichteverteilung des organischen Gewebes eines durchstrahlten Objektes gemessen und berechnet wird, sondern die Dichteverteilung eines radioaktiven Indikators, das als Medikament im organischen Gewebe abgelagert wurde. In der ECT werden seit etwa 1975 zunehmend radioaktive Positronenemitter verwendet (M.E. Phelps u.a., IEEE Trans. Nucl. Sei. NS 25 [1978] 164), die besonders günstige Eigenschaften haben, um Struktur und Funktion wichtiger Organe wie Gehirn, Herz und Lunge sowohl statisch als auch dynamisch zu untersuchen. Meßtechnisch wird dabei die Eigenschaft der Positronen ausgenutzt, daß sie im Annihilationsprozeß mit Elektronen der Umgebung zwei y-Quanten von 511 keV collinear, d.h. unter 180° emittieren. Zwei sich gegenüberstehende ortsempfindliche y-Detektoren, zwischen denen sich das Untersuchungsobjekt befindet, bestimmen die Positronen beider korreliertery-Quanten. Die Entscheidung, ob beide y-Quanten aus demselben Annihilationsprozeß stammen, erfolgt mit einer elektronischen Koinzidenzschaltung.Its great practical importance has gained this method as a diagnostic method in medicine. In recent years, so-called X-ray CT has developed emission CT, in which the density distribution of the organic tissue of an irradiated object is no longer measured and calculated, but the density distribution of a radioactive indicator deposited as a drug in organic tissue. Radioactive positron emitters have been increasingly used in ECT since about 1975 (ME Phelps et al., IEEE Trans. Nucl. Sei. NS 25 [1978] 164), which have particularly favorable properties for both structure and function of important organs such as the brain, heart and lungs static as well as dynamic. In terms of metrology, the property of the positrons is exploited in such a way that they collinear, in the annihilation process with electrons of the environment, two y quanta of 511 keV, ie. emit below 180 °. Two opposing location-sensitive y-detectors, between which the object under investigation is located, determine the positrons of both korreliertery quanta. The decision as to whether both y-quanta originate from the same annihilation process is made with an electronic coincidence circuit.
Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Detektoren eine große Nachweisempfindlichkeit E füry-Quanten mit einer Energie von 511 keV sowie eine gute Zeit- und Ortsauf lösung aufweisen müssen. In einer Arbeit von A. Jeavons wird gezeigt, daß die Größe E2/T mit E als y-Effektivität eines Detektors und T als Zeitauflösung der wichtigste Parameter (figure-of-merit) für die Beurteilung von Detektoren über ihre Einsatzmöglichkeit in Positronenkameras ist. Für die bisher gebräuchlichen Detektoren auf der Basis von Szintillationskristallen (NaJ[TI], BGO, C5F) nimmt dieser Faktor für den Nachweis von 511 keVyQuanten Werte zwischen 300 und 1 500 ein, bei Effektivitäten zwischen 60 und 95% und Zeitauflösungen zwischen 3 und 24ns. Die bekannten gasgefüllten Detektoren (Vieldrahtproportionalkammem MWPC) erreichen dagegen nur Werte zwischen 0,3 und 4 bei einer Effektivität um 10% und Zeitauflösungen von 25 bis 300 ns. Dieser Vergleich macht deutlich, warum in den industriell hergestellten PECT bisher nur Szintillationsdetektoren praktische Bedeutung erlangten. Trotzdem werden gasgefüllte Detektoren heute bereits in experimentellen Positronenkameras genutzt, weil ihre bessere Ortsauflösung und wesentlich niedrigeren Herstellungskosten zugunsten dieser Detektoren sprechen.From this representation, it can be seen that the detectors must have a high detection sensitivity E for y quanta with an energy of 511 keV and a good time and Ortsauf solution. In a paper by A. Jeavons it is shown that the size E 2 / T with E as y-efficiency of a detector and T as time resolution is the most important parameter (figure-of-merit) for the evaluation of detectors about their use in positron cameras , For the detectors on the basis of scintillation crystals (NaJ [TI], BGO, C 5 F), this factor for the detection of 511 keVy quanta values between 300 and 1 500, with efficiencies between 60 and 95% and time resolutions between 3 and 24ns. The known gas-filled detectors (multi-wire proportional chamber MWPC), however, only achieve values between 0.3 and 4 with an effectiveness of 10% and time resolutions of 25 to 300 ns. This comparison makes it clear why in the industrially produced PECT so far only scintillation detectors have gained practical importance. Nevertheless, gas-filled detectors are already being used in experimental positron cameras because of their better spatial resolution and significantly lower production costs in favor of these detectors.
Als solche ortsempfindliche Gasdetektoren für Positronenkameras sind zwei Typen von Vieldrahtproportionalkammem bekannt, die sich in der Art der Konvertierung der 511 keV y-Quanten in Elektronen unterscheiden. Der erste Detektortyp wurde von CB. Lim u.a. (IEEE Trans. Nucl. Sei. NS 22 [1975] 388) und Jeavons u..a (Nucl. Instr. Meth. 176 [1980] 89) entwickelt. Er besteht aus einer klassischen Vieldrahtproportionalkammer und einem speziellen Konverter für γ-Strahlung in schnelle Elektronen. Die große Driftzeit der Elektronen vom Konverter bis in die Drähtkammer ist die Ursache für eine ungenügende Koinzidenzzeitauflösung und begrenzt gleichzeitig durch die maximal mögliche Konverterdichte die Detektoreffektivität auf etwa 10%.As such location-sensitive gas detectors for positron cameras, two types of multi-wire proportional combs are known, which differ in the way in which the 511 keV y quanta are converted into electrons. The first type of detector was made by CB. Lim and others (IEEE Trans. Nucl., See, NS 22 [1975] 388) and Jeavons et al. (Nucl. Instr. Meth., 176 [1980] 89). It consists of a classic multi-wire proportional chamber and a special converter for γ-radiation into fast electrons. The large drift time of the electrons from the converter to the wire chamber is the cause of an insufficient coincidence time resolution and at the same time limits the detector effectiveness to about 10% due to the maximum possible converter density.
Der zweite Detektortyp, die Hybrid-Vieldrahtproportionalkammer von Bateman u.a. (Nucl. Instr. Meth. 156 [1978] 27-31) besteht aus einem Paket von vielen Proportionalkammern, bei denen die Katoden Metallfolien sind und gleichzeitig als Konverter der γ-Strahlung in Elektronen dienen. Bei einer optimalen Wahl des Katodenmaterials und seiner Dichte beträgt die Detektoreffektivität etwa 0,5 bis 1% für eine Sektion. Um eine Detektoreffektivität von 15% zu erhalten, sind deshalb etwa 20 bis 30 solcher Proportionalkammern zu einem Hybriddetektor zu vereinigen. Gegenüber dem ersten Detektortyp wurde mit dem Hybriddetektor die Koinzidenzzeitauflösung verbessert. Sie entspricht der Zeitauflösung von Vieldrahtproportionalkammem (T= 25ns). ,The second type of detector, the hybrid multi-wire proportional chamber from Bateman et al. (Nucl. Instr. Meth., 156 [1978] 27-31) consists of a package of many proportional chambers in which the cathodes are metal foils and at the same time serve as converters of γ-radiation into electrons. With an optimum choice of cathode material and its density, the detector efficiency is about 0.5 to 1% for one section. To obtain a detector efficiency of 15%, therefore, about 20 to 30 such proportional chambers are to be combined to a hybrid detector. Compared to the first detector type, the coincidence time resolution has been improved with the hybrid detector. It corresponds to the time resolution of multi-wire proportional combs (T = 25ns). .
Eine weitere Verbesserung der Zeitauflösung ist aus physikalischen Gründen nicht möglich. Die Vereinigung von etwa 30 Proportionalkammern zu einem Detektor wird als technisch realisierbare Grenze eingeschätzt. Damit ergibt sich für diesen Detektor eine maximale Detektoreffektivität von etwa 20%.A further improvement of the time resolution is not possible for physical reasons. The union of about 30 proportional chambers to a detector is estimated as a technically feasible limit. This results in a maximum detector efficiency of about 20% for this detector.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen billigen ortsempfindlichen Detektor mit großer y-Effektivität und guter Zeitauflösung für den Einsatz in einem Positronen-Emissions-Computer-Tomographen zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to provide a low-cost, high-efficiency, good-time-resolution, location-sensitive detector for use in a positron emission computer tomograph.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ortsempfindlichen Detektor für y-Strahlung zu schaffen, der die positiven Eigenschaften ortsempfindlicher gasgefüllter Strahlungsdetektoren wie große Zählgeschwindigkeit, gute Ortsauflösung und niedrige Herstellungskosten aufweist und gleichzeitig eine zu Szintillationsdetektoren vergleichbar gute yEffektivität und Zeitauflösung besitzt. Es konnte gefunden werden, daß es auf der Basis des Prinzips des Parallelplattenlawinenzählers (PPLZ) möglich ist, großflächige ortsempfindliche Detektoren füry-Strahlung aufzubauen. Der PPLZ wurde in der kernphysikalischen Grundlagenforschung wegen seiner sehr guten Zeitauflösung (T<0,5ns) bisher vornehmlich zur Messung der Flugzeit stark ionisierender Kernteilchen eingesetzt, die die aus metallisierten organischen Folien bestehenden Elektroden senkrecht durchdringen (K.Kusterer u.a., Nucl. Instr. Meth.177 [80] 485).The invention has for its object to provide a location-sensitive detector for y-radiation, which has the positive properties of location-sensitive gas-filled radiation detectors such as large counting speed, good spatial resolution and low production costs and at the same time has a comparably good scintillation detectors yefficiency and time resolution. It has been found that it is possible, based on the principle of the parallel plate avalanche counter (PPLZ), to construct large-area location-sensitive detectors for y-radiation. Due to its very good time resolution (T <0.5ns), the PPLZ has been mainly used in nuclear physics research to measure the time of flight of strongly ionizing core particles that penetrate perpendicularly the electrodes made of metallized organic films (K.Kusterer et al., Nucl. Instr. Meth.177 [80] 485).
Nach der Erfindung wird der Aufbau eines Detektors für y-Strahlung dadurch gelöst, daß innerhalb eines mit einem bekannten Detektorgas gefüllten Gehäuses abstandsweise zueinander eine Vielzahl von Metallfolien angeordnet sind, welche abwechselnd als Anoden und Katoden von PPLZ geschaltet sind und deren Elektrodenflächen parallel zur Haupteinfallsrichtung der zu messenden Strahlung angeordnet sind.According to the invention, the structure of a detector for y radiation is achieved in that within a housing filled with a known detector gas spaced apart a plurality of metal foils are arranged, which are alternately connected as anodes and cathodes of PPLZ and their electrode surfaces parallel to the main direction of incidence are arranged to be measured radiation.
Im folgenden wird für den erfindungsgemäßen Detektor die Abkürzung MPPLZ (Multiparallelplatten-Lawinenzähler) verwendet.In the following, the abbreviation MPPLZ (multiparallel plate avalanche counter) is used for the detector according to the invention.
Jede der Metallfolien ist gleichzeitig Anode bzw. Katode von zwei benachbarten Zählern innerhalb des MPPLZ. Durch die Anordnung der PPLZ parallel zur Strahlungsrichtung kann in natürlicher Weise eine Ortskoordinate erhalten werden, wenn die Katodensignale der einzelnen PPLZ ortsempfindlich ausgelesen werden. Der Abstand von zwei benachbarten gleichen Elektroden bestimmt gleichzeitig die maximal erreichbare Ortsauflösung für diese Koordinate. In einem zweidimensionalen ortsempfindlichen MPPLZ wird die Information über die zweite Ortskoordinate durch die Aufteilung der Anoden der PPLZ in Streifen gehalten, deren Breite der gewünschten Ortsauflösung angepaßt werden muß. Mit Hilfe eines der bekannten elektronischen Verfahren wird die X, Y-Information der registrierten y-Quanten gewonnen.Each of the metal foils is at the same time anode or cathode of two adjacent counters within the MPPLZ. By arranging the PPLZ parallel to the radiation direction, a location coordinate can be obtained in a natural manner, if the cathode signals of the individual PPLZ are read in a location-sensitive manner. The distance between two adjacent same electrodes simultaneously determines the maximum achievable spatial resolution for this coordinate. In a two-dimensional location-sensitive MPPLZ, the information about the second location coordinate is kept in strips by the division of the anodes of the PPLZ, whose width must be adapted to the desired spatial resolution. With the aid of one of the known electronic methods, the X, Y information of the registered y-quanta is obtained.
Neben ihrer Funktion als Elektroden der PPLZ haben die Metallfolien gleichzeitig die Aufgabe, Röntgen- oder y-Quanten in freie schnelle Elektronen zu konvertieren. Für den Nachweis der y-Quanten im PPLZ ist Voraussetzung, daß die gebildeten freien Elektronen die Metallfolie verlassen können und das Zählergas ionisieren. Deshalb bestimmt die mittlere Reichweite der Elektronen im Elektrodenmaterial die maximal mögliche Dicke der Metallfolien.In addition to their function as electrodes of the PPLZ, the metal foils also have the task of converting x-ray or y-quanta into free fast electrons. For the detection of the y-quanta in the PPLZ is a prerequisite that the free electrons formed can leave the metal foil and ionize the counter-gas. Therefore, the average range of the electrons in the electrode material determines the maximum possible thickness of the metal foils.
Wird nur gefordert, daß die Elektronen eine der beiden Oberflächen in Richtung Zählergasvolumen verlassen können, so ist die optimale Elektrodendicke etwa gleich der doppelten mittleren Elektronenreichweite.If it is only required that the electrons can leave one of the two surfaces in the direction of counting gas volume, then the optimum electrode thickness is approximately equal to twice the average electron range.
Die Auswahl des Materials für die Folien wird durch die Forderung nach einem möglichst großen Konversionsfaktor von y-Quanten in Elektroden bestimmt. Für den Nachweis von 511 keV y-Quanten, den γ-Quanten bei der Annihilation von Positionen, ist es vorteilhaft 0,25 mm dicke Bleifolien als Elektrodenmaterial zu verwenden. Ähnlich den Multidrahtproportionalkammem mit Konvertern besitzt der MPPLZ keine Energieauflösung für y-Strahlung.The selection of the material for the films is determined by the demand for the largest possible conversion factor of y quanta in electrodes. For the detection of 511 keV y quanta, the γ quanta in the annihilation of positions, it is advantageous to use 0.25 mm thick lead foils as the electrode material. Similar to the multi-wire proportional combs with converters, the MPPLZ has no energy resolution for y-radiation.
A. Jeavons (IEEE Trans. Nucl. Sei NS 23 [1976] 640) konnte experimentell nachweisen, daß die natürliche Diskrimation im Konvertermantel von γ-Quanten, die im organischen Gewebe des Untersuchungsobjektes gestreut worden sind, ausreichend ist, um kontrastreiche Bilder von Positronenverteilungen zu erhalten. Diese Diskrimination der gestreuten y-Quanten ist besser als für Positronenkameras mit NaJ (Tl)-Kristallen und etwa gleich gutwiefürBGO-Kristalle.A. Jeavons (IEEE Trans. Nucl. Be NS 23 [1976] 640) was able to experimentally prove that the natural dis- crimination in the converter cladding of γ quanta scattered in the organic tissue of the examination subject is sufficient to produce high-contrast images of positron distributions to obtain. This discrimination of scattered y quanta is better than for positron cameras with NaJ (Tl) crystals and about equally well for BGO crystals.
Der mit dem erfindungsgemäßen Detektor erreichbare „figure-of-merit"-Parameter beträgt um 400 und ist somit ca. 100 mal größer als der Wert bekannter gasgefüllter Detektoren.The "figure-of-merit" parameter achievable with the detector according to the invention is around 400 and is thus approximately 100 times greater than the value of known gas-filled detectors.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
In der Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch einen MPPLZ ohne Vakuumgehäuse dargestellt. Die Katoden 1 und die Anoden 2 der PPLZ werden an beiden Seiten des Detektors durch zwei ebene Metallplatten 3 mit vier Schrauben zusammengepreßt. Die beiden Metallplatten enthalten neben den Bohrungen 4 für die Montage des Detektors zusätzlich zwei rechteckige Öffnungen zum Evakuieren des Detektorvolumens und zur Gasversorgung. Zum Betrieb des.Detektors wird das Volumen auf einen Restdruck von ρ = 10~3Torr ausgepumpt und mit einem der bekannten Detektorgase für PPLZ wie Azetoren, Isobutan, Pentan u.a. gefüllt. Die Elektroden bestehen jeweils aus einem Rahmen 1,2 mit den notwendigen elektrischen Leiterbahnen 6 und den Bleifolien 7. Die Rahmen sind aus Leiterplattenmaterial hergestellt, deren Dicke gleichzeitig den Elektrodenabstand in einem PPLZ-Element bestimmt. Sie beträgt im vorgestellten Detektor 0,5mm. Da die Gasverstärkung exponentiell vom Elektrodenabstand abhängt, muß die Dicke aller Rahmen des MPPLZ 0,5 ± 0,01 mm betragen.FIG. 1 schematically shows a section through a MPPLZ without a vacuum housing. The cathodes 1 and the anodes 2 of the PPLZ are pressed together on both sides of the detector by two flat metal plates 3 with four screws. The two metal plates contain in addition to the holes 4 for mounting the detector additionally two rectangular openings for evacuating the detector volume and the gas supply. To operate the detector, the volume is pumped out to a residual pressure of ρ = 10 -3 Torr and filled with one of the known detector gases for PPLZ such as acetals, isobutane, pentane and others. The electrodes each consist of a frame 1, 2 with the necessary electrical conductor tracks 6 and the lead foils 7. The frames are made of printed circuit board material whose thickness simultaneously determines the electrode spacing in a PPLZ element. It is 0.5mm in the presented detector. Since the gas gain depends exponentially on the electrode gap, the thickness of all frames of the MPPLZ must be 0.5 ± 0.01 mm.
Die Katoden- und Anodenrahmen haben die gleichen Innenmaße. Die Außenmaße der Katoden- und Anodenrahmen sind so gewählt, daß die elektrischen Kontakte für die Betriebsspannung und die Signalabnahme frei liegen. An die Katoden muß sowohl die Betriebsspannung negativer Polarität zugeführt werden als auch das schnelle Detektorsignal für die Zeit- und X-Koordinatenmessung abgenommen werden können.The cathode and anode frames have the same internal dimensions. The outer dimensions of the cathode and anode frames are chosen so that the electrical contacts for the operating voltage and the signal loss are exposed. To the cathodes both the operating voltage of negative polarity must be supplied as well as the fast detector signal for the time and X coordinate measurement can be removed.
Die Leiterbahn auf der Katode umschließt die Rahmenöffnung und ist auf beiden schmalen Rahmenseiten als elektrische Kontakte bis an den Rand geführt. Die Anodensignale werden nur zur Messung der Y-Koordinate genutzt. Deshalb ist die Anode in 2,7mm breite Streifen unterteilt, die gegeneinander durch einen 0,3mm breiten Spalt isoliert sind.The conductor track on the cathode encloses the frame opening and is guided on both narrow frame sides as electrical contacts up to the edge. The anode signals are used only to measure the Y coordinate. Therefore, the anode is divided into 2.7mm wide strips, which are isolated from each other by a 0.3mm wide gap.
Entsprechende Streifenkontakte auf den Anodenrahmen gestatten die Signalabnahme von den einzelnen Streifen.Corresponding strip contacts on the anode frame allow the signal pickup of the individual strips.
Zur leichten Montage und Demontage des MPPLZ sind die Elektrodenfolien nicht direkt auf ihren Rahmen montiert, sondern jeweils auf den Rückseiten des benachbarten Rahmens geklebt, d. h. die Katodenfolie auf die Rückseite des Anodenrahmens und umgekehrt. Nach der Montage des MPPLZ erfolgt der elektrische Kontakt zwischen einer Elektrodenfolie und ihrer zugehörigen Leiterbahn mechanisch beim Zusammenpressen des MPPLZ mit den beiden Abschlußplatten. Die Katodenfolien sind um 10 mm kleiner als die Rahmenbreite, um auf beiden Seiten des Detektors je einen Gaskanal durch den gesamten Detektor freizulassen.For easy assembly and disassembly of the MPPLZ, the electrode foils are not mounted directly on their frames, but glued to the backs of the adjacent frame, respectively. H. the cathode foil on the back of the anode frame and vice versa. After the assembly of the MPPLZ, the electrical contact between an electrode foil and its associated conductor track takes place mechanically when the MPPLZ is pressed together with the two end plates. The cathode foils are 10 mm smaller than the frame width to leave a gas channel on each side of the detector through the entire detector.
Zur Reduzierung der elektrischen Feldstärke im kritischen Randgebiet der PPLZ ist die gesamte Breite der Streifenanode um 10mm kleiner als die der Katode, d.h. der Abstand zum Rand der Katode auf beiden Seiten des PPLZ beträgt 5 mm.To reduce the electric field strength in the critical peripheral region of the PPLZ, the total width of the strip anode is 10mm smaller than that of the cathode, i. the distance to the edge of the cathode on both sides of the PPLZ is 5 mm.
Wegen der hohen elektrischen Feldstärken in einem PPLZ von 20kV/cm existieren zwischen Katode und Anode relativ große elektrische Anziehungskräfte, die in einem isolierten PPLZ zu einer mechanischen Durchbiegung der Folien führen können und damit auch einschränkend auf die maximal mögliche Baugröße wirken. Da im MPPLZ Katoden mit Anoden abwechselnd angeordnet sind, heben sich diese Anziehungskräfte im Innern des Detektorsauf. Nurfür die äußersten Katoden des MPPLZ trifft dieses nicht zu. Deshalb werden als abschließende Anoden am Rand des Detektors anstelle einer Streifenanode aus Bleifolie Cu-kaschierte Leiterplatten verwendet, die ausreichend stabil gegenüber mechanischen Verformungen sind.Because of the high electric field strengths in a PPLZ of 20 kV / cm, there are relatively large electrical forces of attraction between the cathode and the anode, which can lead to a mechanical bending of the foils in an isolated PPLZ and thus also have a limiting effect on the maximum possible size. Since cathodes with anodes are alternately arranged in the MPPLZ, these attractive forces cancel each other inside the detector. Only for the outermost cathodes of the MPPLZ this is not true. Therefore, as final anodes at the edge of the detector, instead of a strip anode of lead foil, Cu-clad printed circuit boards are used, which are sufficiently stable against mechanical deformation.
Als elektronisches Verfahren für die Messung der Ortskoordinaten X, Y wurden zwei Verzögerungsleitungen gewählt und die Katoden bzw. Anodenstreifen gleicher Y-Koordinate entsprechend ihrer Position mit der X- bzw. Y-Verzögerungsleitung verbunden. Aus zwei getrennten Zeitdifferenzmessungen der Signale der beiden Verzögerungsleitungen erhält man dann direkt für jedes registrierte y-Quant die X- und Y-Koordinate im Detektor. Das notwendige schnelle Signal für die Messung der Koinzidenzzeit liefert eine „pickup"-Elektrode, die in der Nähe einer der beiden Verzögerungsleitungen montiert ist.As an electronic method for measuring the location coordinates X, Y, two delay lines were selected and the cathodes and anode strips of the same Y coordinate were connected to the X and Y delay lines, respectively, in accordance with their position. From two separate time difference measurements of the signals of the two delay lines, the X and Y coordinates in the detector are then obtained directly for each registered y-quant. The necessary fast signal to measure the coincidence time is provided by a pickup electrode mounted near one of the two delay lines.
Die Zeitauflösung eines einzelnen PPLZ mit einem Elektrodenabstand von 0,5mm für schnelle Elektroden mit einer kinetischen Energie von etwa 400keV ist etwa 0,4ns. Die integrale Zeitauflösung des gesamten MPPLZ ist deshalb nicht schlechter als 2 bisThe time resolution of a single PPLZ with an electrode spacing of 0.5mm for fast electrodes with a kinetic energy of about 400keV is about 0.4ns. The integral time resolution of the entire MPPLZ is therefore no worse than 2 to
In seiner Wirkungsweise ist der Parallelplatten-Lawinenzähler vergleichbar mit einem elektrischen Plattenkondensator, dessen Isolator das Detektorgas darstellt. Ist die an den Platten liegende Spannung groß gegen das lonisierungspotential der Gasmoleküle, so tritt beim Vorhandensein freier Elektronen im Gasraum durch Stoßionisation eine Vervielfachung der Ladungsträger ein. Die Gasverstärkung des PPLZ von 107 ist ausreichend, um einzelne Elektroden mit konventioneller kernphysikalischer Meßtechnik nachzuweisen. Für den Nachweis von γ-Strahlung ist es notwendig, daß die -y-Quanten in schnelle freie Elektronen konvertiert werden. Das erfolgt im vorgestellten MPPLZ mit Elektroden aus Bleifolie, die für 511 keV γ-Quanten einen besonders großen Wirkungsgrad besitzt.In its mode of operation, the parallel plate avalanche counter is comparable to an electric plate capacitor whose insulator is the detector gas. If the voltage across the plates is large compared to the ionization potential of the gas molecules, multiplication of the charge carriers occurs in the presence of free electrons in the gas space by impact ionization. The gas amplification of the PPLZ of 10 7 is sufficient to detect individual electrodes with conventional nuclear physics. For the detection of γ-radiation it is necessary that the -y quanta are converted into fast free electrons. This is done in the presented MPPLZ with electrodes made of lead foil, which has a particularly high efficiency for 511 keV γ quanta.
Die Detektoreffektivität E für 511 keV-y-Quanten beträgt für einen 30 mm dicken MPPLZ mit 0,25 mm Bleifolien bei einem Elektrodenabstand von 0,5 mm etwa 3 E = 32%. In Fig. 2 ist die Effektivität des Detektors in Abhängigkeit vom Einfallswinkel ader γ dargestellt. Danach beträgt die Detektoreffektivität für alle Einfallswinkel a>4° etwa E = 32%, während sie für Einfallswinkel a>4°zu kleinen Winkeln anwächst und für α = ± 0,5° ihren Maximalwert von Es 50% erreicht.The detector efficiency E for 511 keV-y quanta is approximately 3 E = 32% for a 30 mm thick MPPLZ with 0.25 mm lead foils at an electrode spacing of 0.5 mm. In Fig. 2, the effectiveness of the detector as a function of the angle of incidence ader γ is shown. Thereafter, the detector effectiveness for all angles of incidence a> 4 ° about E = 32%, while for incidence angle a> 4 ° increases to small angles and for α = ± 0.5 ° reaches its maximum value of Es 50%.
Aus der Fig. 2 ist zu erkennen, daß der MPPLZ in der X, Z-Ebene wegen seiner Plattenstruktur eine Kollimatorwirkung besitzt, die durch eine Vergrößerung des Verhältnisses Abstand/Dicke der Elektroden noch verstärkt und beim eventuellen Einsatz des Detektors in Gammakameras genutzt werden kann.From Fig. 2 it can be seen that the MPPLZ has a collimator effect in the X, Z plane because of its plate structure, which can be further enhanced by increasing the ratio of gap / thickness of the electrodes and used in the eventual use of the detector in gamma cameras ,
Mit den Werten für die Zeitauflösung und γ-Effektivität E erhält man für eine Positronenkamera mit MPPLZ als Detektoren einen „figure-of-merit"-ParameterE2/T = 400, der etwa gleich ist für PECT, die mit den modernsten und sehr teuren Szinillationsdetektoren (BOG) ausgerüstet sind.With the values for the time resolution and γ-efficiency E, one obtains a figure-of-merit parameter E 2 / T = 400 for a positron camera with MPPLZ as detectors, which is about the same for PECT, those with the most modern and very expensive ones Szinillationsdetektoren (BOG) are equipped.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD25119783A DD237227A1 (en) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | LOCAL DETECTOR FOR GAMMA RADIATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD25119783A DD237227A1 (en) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | LOCAL DETECTOR FOR GAMMA RADIATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD237227A1 true DD237227A1 (en) | 1986-07-02 |
Family
ID=5547523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD25119783A DD237227A1 (en) | 1983-05-24 | 1983-05-24 | LOCAL DETECTOR FOR GAMMA RADIATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD237227A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4954709A (en) * | 1989-08-16 | 1990-09-04 | Apti, Inc. | High resolution directional gamma ray detector |
-
1983
- 1983-05-24 DD DD25119783A patent/DD237227A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4954709A (en) * | 1989-08-16 | 1990-09-04 | Apti, Inc. | High resolution directional gamma ray detector |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |