DE19750337A1

DE19750337A1 - Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE19750337A1
Application number: DE1997150337
Authority: DE
Inventors: Ryouhei Nakamura; Nobuyuki Yamada
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1998-06-04
Also published as: JPH10160852A

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor, insbesonde re einen solchen zur Verwendung bei einem Röntgenstrahl-Com putertomograph, um industriell eingesetzte Untersuchungsbil der und/oder medizinische Diagnosebilder zu verbessern.

Computertomographen sind typische Strahlungsuntersuchungsge räte unter Einsatz von Röntgenstrahlung. Ein Computertomo graph verfügt über einen solchen Aufbau, daß eine ein fä cherförmiges Röntgenstrahlbündel emittierende Röntgenröhre und ein Strahlungsdetektor mit einem Array aus vielen Strah lungserfassungselementen einander zugewandt angeordnet sind, wobei das interessierende Objekt in den Strahl des Röntgen strahlbündels zwischen diesen beiden Einrichtungen einge setzt wird. Im Betrieb wird ein fächerförmiges Röntgen strahlbündel von der Röntgenröhre zum Strahlungsdetektor ge strahlt, und es wird die Intensität der Röntgenstrahlen nach der Absorption im Objekt gemessen. Dann wird die Anordnung aus der Röntgenröhre und dem Strahlungsdetektor und die axiale Linie des Meßobjekts verschwenkt, und es werden Röntgenschwächungs- oder Absorptionsdaten unter verschiede nen Winkeln hinsichtlich des Objekts gesammelt und durch einen Computer analysiert, um ein Bild zu erhalten, das dem Ausmaß der Röntgenabsorption entspricht.

Bei Computertomographen wurden bisher verschiedene Arten von Strahlungsdetektoren verwendet, wie eine Kombination aus einem einkristallinen CdWO₄-Szintillator mit einer Silizium photodiode oder eine Kombination aus einem einkristallinen Bi₄Ge₃O₁₂-Szintillator mit einer Photovervielfacherröhre.

Ein einkristalliner CdWO₄-Szintillator weist guten Wirkungs grad hinsichtlich des Durchlassens von sichtbarem Licht auf, wie es aus Röntgenphotonen umgesetzt wurde, jedoch hat sein Wirkungsgrad zum Umsetzen von Röntgenstrahlung in Licht nur den kleinen Wert von ungefähr 4-6%. Dies erschwert es, mit einem einkristallinen CdWO₄-Szintillator Tomographie mit hoher Auflösung auszuführen, da sich das S/R-Verhältnis ver ringert, wenn eine Tomographiemessung an einem Objekt mit großem Röntgenabsorptionskoeffizient oder großer körperli cher Struktur erfolgt. Obwohl hochsensitive, einkristalline Röntgenstrahlungsszintillatoren wie NaI, CsI usw. neben CdWO₄ existieren, verhindern ihre Verfließbarkeit und ihr großes Nachleuchten die Anwendung in einem Computertomo graph.

Als Szintillatoren mit einem Wirkungsgrad bei der Umsetzung von Röntgenstrahlung in Licht vom hohen Wert von 13%, die außerdem weniger nachleuchten und keine Verfließbarkeit zei gen, sind Keramikszintillatoren unter Verwendung von Sel tenerdelement-dotiertem Gadoliniumoxysulfid bekannt, wie Gd₂O₂S : Pr (mit Praseodym dotiertes Gadoliniumoxysulfid). Keramikszintillatoren bestehen jedoch aus einer Vielzahl in verschiedenen Richtungen ausgerichteten feinen Körnern, da sie aus einem vielkristallinen Material hergestellt werden, das durch Sintern von Pulvern einer fluoreszierenden Sub stanz mit hohem Umsetzungswirkungsgrad erhalten wird. Derar tiges Seltenerdelement-dotiertes Gadoliniumoxysulfid gehört zum hexagonalen Kristallsystem mit verschiedenen Brechungs indizes, abhängig von den Richtungen der a- und der c-Achse, und es besteht die Tendenz einer Streuung von durch . dieses Material hindurchlaufendem Licht. Dadurch besteht die Ten denz einer Verlängerung des Lichttransmissionspfads, was zu erhöhter Lichtabsorption führt. Daher ist die Transmission von Gadoliniumoxysulfid für sichtbares Licht viel geringer als die bei einkristallinen Szintillatoren. Aus diesem Grund würde, wenn die Dicke eines Keramikszintillators erhöht wür de, um den Nutzungsgrad von Röntgenstrahlung zu verbessern, wenn hochenergetische Röntgenstrahlung verwendet wird, der sich ergebende Szintillator zwar hohen Leuchtwirkungsgrad, aber geringe Lichttransmission aufweisen. Im Ergebnis würde das den Photodetektor erreichende Licht schwach, was zu ge ringer Ausgangsleistung und niedrigem S/R-Verhältnis führen würde, wie es für einen einkristallinen CdWO₄-Szintillator gilt. Dies erschwert es, Tomographie hoher Auflösung mit Ke ramikszintillatoren zu realisieren.

Dagegen kann ein Strahlungsdetektor, in dem ein einkristal liner Bi₄Ge₃O₁₂-Szintillator mit einer Photovervielfacher röhre kombiniert ist, hohe Empfindlichkeit erzielen, da die Photovervielfacherröhre für Licht sehr empfindlich ist, wo bei jedoch der einkristalline Bi₄Ge₃O₁₂-Szintillator gerin gen Leuchtwirkungsgrad für Röntgenstrahlung hat. Wegen der Schwierigkeiten, eine Photovervielfacherröhre mit kleiner Größe herzustellen, besteht allerdings die Tendenz, daß ein Strahlungsdetektor aus einer Kombination eines einkristalli nen Bi₄Ge₃O₁₂-Szintillators mit einer Photovervielfacherröh re große Abmessungen aufweist, was die Anzahl von Strah lungsdetektoren begrenzt, die in einem Array um die axiale Linie eines Meßobjekts herum angeordnet werden können, wo durch es erschwert ist, die Auflösung bei Tomographie zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlungs detektor (z. B. für Röntgenstrahltomographie) hoher Empfind lichkeit hinsichtlich Röntgenstrahlung und anderer Strahlung zu schaffen, der kompakt aufgebaut werden kann und hohe Auf lösung für große Objekte mit großen Strahlungsabsorptionsko effizienten oder großen körperlichen Abmessungen realisieren kann.

Diese Aufgabe ist durch den Strahlungsdetektor gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor weist Detektorkom ponenten auf, bei denen ein Keramikszintillator mit hohem Leuchtwirkungsgrad mit einem einkristallinen Szintillator mit hoher Lichtdurchlässigkeit im Bereich sichtbaren Lichts kombiniert ist, wodurch er insgesamt besonders hohen Leucht wirkungsgrad für Röntgenstrahlung aufweist, mit kleiner Grö ße hergestellt werden kann und Röntgenstrahlung gut ausnut zen kann.

Gemäß der Erfindung kann Computertomographie mit hoher Auf lösung mit hoher Empfindlichkeit hinsichtlich Röntgenstrah lung dadurch realisiert werden, daß ein einkristalliner Szintillator zwischen einem Keramikszintillator und einer Photodiode entlang einem Röntgenstrahlungsbündel angeordnet wird. Alternativ werden ein Keramikszintillator und ein ein kristalliner Szintillator parallel nebeneinander oder paral lel auf der Lichterfassungseinrichtung angeordnet, um Tomo graphie mit hoher Auflösung mit einem Gerät kompakter Größe mit hoher Empfindlichkeit für Röntgenstrahlung und andere Strahlungsarten zu erzielen.

Beim erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor sollte die Dicke des Keramikszintillators mit hohem Leuchtwirkungsgrad, wenn er in Kombination mit einem einkristallinen Szintillator verwendet wird, vorzugsweise kleiner als diejenige sein, wie sie verwendet würde, wenn er alleine eine Detektorkomponente bilden würde. Durch diese Vorgehensweise können die meisten einfallenden Röntgenstrahlen durchgelassen werden. Um die hindurchgestrahlten Röntgenstrahlen in sichtbares Licht um zusetzen, wird der einkristalline Szintillator benachbart zur Rückseite des Keramikszintillators auflaminiert. Trotz seines niedrigen Leuchtwirkungsgrads empfängt der einkris talline Szintillator die durch den Keramikszintillator lau fende Röntgenstrahlung und setzt sie in sichtbares Licht um. Der einkristalline Szintillator dient nicht nur als Fluores zenzmaterial, sondern auch als Wellenleiter zum Führen so wohl des vom Keramikszintillator herkommenden Lichts als auch desjenigen, das im einkristallinen Szintillator selbst erzeugt wird, zum Photodetektor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilgeschnittene, perspektivische Ansicht eines die Erfindung realisierenden Strahlungsdetektors;

Fig. 2 und 3 sind Schnittansichten entlang einer Linie 2-2 in Fig. 1, und sie zeigen ein erstes bzw. zweites Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Bezugsbeispiels.

In Fig. 1 sind mehrere quaderförmige Detektorkomponenten 2 auf einem Substrat 7 angeordnet. Über dem in der Figur dar gestellten Strahlungsdetektor 1 ist eine Röntgenröhre (nicht dargestellt) als Röntgenstrahlungsquelle vorhanden. Durch diese Röntgenröhre wird ein Röntgenstrahlungsbündel erzeugt, das nach unten auf den Strahlungsdetektor gestrahlt wird, wie es durch einen Pfeil in der Figur gekennzeichnet ist. Ein Meßobjekt wird zwischen der Röntgenröhre und dem Strah lungsdetektor 1 angeordnet.

Der Strahlungsdetektor 1 mißt die Absorptionsdaten für die durch das Meßobjekt laufende Röntgenstrahlung, während eine Verschwenkung um eine axiale Linie des Meßobjekts herum er folgt.

Je kleiner die Breite der Detektorkomponenten 2 in der Rich tung der Schwenkbewegung ist, um so höher wird die Auflösung beim Tomographievorgang. Beim vorliegenden Beispiel beträgt die Breite der Detektorkomponenten 2 ungefähr 0,5-3 mm.

Im Strahlungsdetektor 1 sind Photodetektoren 3 wie Photodio den in einem Array auf dem Substrat 7 (das z. B. aus glasfa serverstärktem Epoxidharz besteht) eingebettet, wobei jede Detektorkomponente 2 auf einem jeweiligen Photodetektor 3 liegt. Die Detektorkomponente 2 aus einem Szintillatormate rial setzt einfallende Röntgenphotonen in sichtbares Licht um. Dieses sichtbare Licht wird durch die jeweils zugehörige Photodiode 3 erfaßt, die ihrerseits ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Intensität der Intensität des einfallenden Röntgenstrahls entspricht. Das elektrische Signal wird durch ein wohlbekanntes Verfahren in digitale Werte umgesetzt. Auf Grundlage der so erhaltenen Daten werden Computertomogramme für das interessierende Objekt erstellt.

An den Enden der Anordnung der Detektorkomponenten 2 sowie auf der Oberfläche, auf die die Röntgenstrahlung fällt, sind Lichtreflexionsmaterialien 6 und 4 vorhanden, die z. B. da durch hergestellt werden, daß eine Paste aus Pulvern wie TiO₂, MgO, BaSO₄, metallischem Aluminium, einer Aluminiumle gierung, Silber usw. auf die Oberflächen aufgetraten werden, und sie werden dazu verwendet zu verhindern, daß das sicht bare Licht, wie es aus der auf die Detektorkomponenten 2 treffenden Röntgenstrahlung umgesetzt wurde, aus den Detek toren 2 entweicht. Zwischen den Detektorkomponenten 2 sind Lichtreflexionsplatten 5 in Form von Mo-Platten vorhanden, um zu verhindern, daß das aus den Röntgenphotonen in einer Detektorkomponente 2 erzeugte sichtbare Licht in eine be nachbarte Detektorkomponente 2 ausleckt, was zu einem Stör signal führen würde, und um zu verhindern, daß auf eine vorgegebene Detektorkomponente 2 von außen fallende Röntgen strahlung in eine benachbarte Detektorkomponente 2 ausleckt, was ebenfalls zu einem Störsignal führen würde.

Der Detailaufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfin dungsgemäßen Strahlungsdetektors ist dergestalt, daß jede Detektorkomponente 2 dadurch hergestellt wird, daß ein ers ter und zweiter Teil 21 und 22 der Detektorkomponente 2, die beide entlang dem Röntgenstrahlungspfad ausgerichtet und in diesem aufeinanderfolgend angeordnet sowie optisch miteinan der gekoppelt sind, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, auf einanderlaminiert werden. Dabei ist der erste Teil 21 der Detektorkomponente 2 ein vielkristalliner Keramikszintilla tor, und der zweite Teil 22 der Detektorkomponente 2 ist ein einkristalliner Szintillator. Der erste Teil 21 der Detek torkomponente 2 hat höheren Wirkungsgrad zum Umsetzen von Röntgenstrahlung in Licht als der zweite Teil 22. Die Photo diode 3 (z. B. eine Photodiode aus einkristallinem oder amorphem Silizium) ist in das Substrat 7 eingebettet, um das Licht vom ersten und zweiten Teil 21 und 22 der Detektorkom ponente 2 zu erfassen; sie ist so ausgebildet, daß sie für das sichtbare Licht von beiden Teilen 21 und 22 der Detek torkomponente 2 empfindlich ist.

Röntgenstrahlung, wie sie von außen einfällt, wird zunächst im ersten Teil 21 der Detektorkomponente 2 in sichtbares Licht umgesetzt. Da dieser erste Teil 21 der Detektorkompo nente 2 ein vielkristalliner Keramikszintillator ist, weist er relativ hohen Wirkungsgrad für die Umsetzung von Röntgen strahlung in Licht auf. Wegen seiner schlechten Transmis sionswirkung für sichtbares Licht ist jedoch die Dicke des vielkristallinen Keramikszintillators relativ klein, so daß das in ihm erzeugte sichtbare Licht zum zweiten Teil 22 der Detektorkomponente 2 geführt wird, die unter dem ersten Teil 21 liegt. Da der zweite Teil 22 der Detektorkomponente 2, der ein einkristalliner Szintillator ist, weniger Licht ab sorbiert und er als Wellenleiter dient, wird das im ersten Teil 21 der Detektorkomponente 2 erzeugte sichtbare Licht zur Photodiode 3 geführt.

Da der erste Teil 21 der Detektorkomponente 2 dünn ist, wird nicht die gesamte einfallende Röntgenstrahlung in ihm absor biert und in sichtbares Licht umgesetzt, sondern ein Teil derselben geht zum zweiten Teil 22 der Detektorkomponente 2 weiter. Die zum zweiten Teil 22 der Detektorkomponente 2 ge führte Röntgenstrahlung wird dort in sichtbares Licht umge setzt, das zusammen mit dem im ersten Teil 21 der Detektor komponente 2 erzeugten Licht weiter zur Photodiode 3 geführt wird, und beide Lichtinformationen werden, wie bereits ange geben, in digitale Wert umgesetzt.

Da der zweite Teil 22 der Detektorkomponente 2 als Wellen leiter für das im ersten Teil 21 der Detektorkomponente 2 erzeugte sichtbare Licht wirkt, wie oben beschrieben, sollte der zweite Teil 22 vorzugsweise ein Lichttransmissionsvermö gen von nicht unter 30% aufweisen. Bei einem Lichttransmis sionsvermögen unter 30% könnte die Empfindlichkeit des Strahlungsdetektors 1 auf einen nicht praxisgerechten Wert fallen.

Obwohl es erwünscht ist, daß der erste Teil 21 der Detek torkomponente 2 so dünn wie möglich ausgebildet ist, um die Lichtabsorption zu verringern, würde eine zu geringe Dicke des ersten Teils 21 die möglichen Funktionen desselben be treffend den guten Wirkungsgrad für die Umsetzung von Rönt genstrahlung in Licht beeinträchtigen. Um dies zu berück sichtigen, sollte der erste Teil 21 der Detektorkomponente 2 vorzugsweise eine Dicke von 1-3 mm aufweisen, während der zweite Teil 22 eine Dicke von 0,5-5 mm aufweisen sollte, so daß das Verhältnis aus der Dicke des ersten Teils zu der des zweiten Teils 0,2-6 beträgt. Wenn das Verhältnis klei ner als 0,2 ist, können die möglichen Funktionen des ersten Teils 21 der Detektorkomponente 2 nicht vollständig genutzt werden, was zu einem Fehlschlag hinsichtlich der erwarteten Zunahme der Ausgangsleistung aus dem Laminat aus dem viel kristallinen Szintillator und dem einkristallinen Szintilla tor führen würde. Bei einem Verhältnis über 6 würde dagegen die erhöhte Dicke des vielkristallinen Keramikszintillators die Lichtabsorption erhöhen, was zu verringerter Ausgangs leistung führen würde.

Der erste Teil 21 der Detektorkomponente 2 ist vorzugsweise ein vielkristalliner Szintillator aus einem Sinterkörper mit mindestens einem Leuchtstoff, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Gd₂O₂S : SE (SE-dotiertes Gd₂O₂S; SE ist min destens ein aus der aus Pr, Eu und Tb bestehenden Gruppe ausgewähltes Seltenerdelement), (Y, Gd)₂ : Eu (Eu-dotiertes (Y, Gd)₂O₃)) und Gd₃Ga₅O₁₂ : Cr (Cr-dotiertes Gd₃Ga₅O₁₂). Die ses Szintillatormaterial wird dadurch hergestellt, daß ein Pulver aus einem fluoreszierenden Material einem HIP(heiß-iso statisches Pressen)-Vorgang in Inertgasatmosphäre bei un gefähr 1300°C und ungefähr 1000.10⁵ Pa (1000 bar) unterzo gen wird.

Der zweite Teil 22 der Detektorkomponente 2 ist ein einkri stalliner Szintillator aus CdWO₄ oder Bi₄Ge₃O₁₂, dessen Her stellung dem Fachmann wohlbekannt ist.

Die Kontaktgrenze zwischen dem ersten Teil 21 der Detektor komponente 2 und dem zweiten Teil 22 derselben ist derge stalt, daß das im ersten Teil 21 erzeugte sichtbare Licht leicht den zweiten Teil 22 erreichen kann. Die Kontaktgrenze zwischen dem zweiten Teil 22 der Detektorkomponente 2 und der Photodiode 3 ist für eine optische Kopplung der beiden ausgebildet, so daß das durch den zweiten Teil 22 laufende Licht und das in ihm erzeugte Licht leicht die Photodiode 3 erreichen können.

Die äußere Erscheinungsform der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform entspricht derjenigen der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Jedoch sind bei dieser Aus führungsform der erste Teil 210 der Detektorkomponente 2 und der zweite Teil 220 derselben im Pfad der Röntgenstrahlung parallel angeordnet. Die Szintillatormaterialien des ersten Teils 210 und des zweiten Teils 220 der Detektorkomponente 2 sind dieselben wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die ge nannte Parallelanordnung aus den beiden Teilen sitzt auf einer jeweiligen Photodiode 3 auf.

Röntgenstrahlung fällt gleichzeitig auf den ersten Teil 210 und den zweiten Teil 220 der Detektorkomponente 2 und wird in sichtbares Licht umgesetzt. Ein Teil des im ersten Teil 210 der Detektorkomponente 2 erzeugten sichtbaren Lichts erreicht unmittelbar die Photodiode 3, während ein Teil des selben durch den zweiten Teil 220 der Detektorkomponente 2 läuft und dann die Photodiode 3 erreicht. Das im zweiten Teil 220 der Detektorkomponente 2 erzeugte sichtbare Licht erreicht ebenfalls die Photodiode 3 und wird von dieser er faßt. Durch diesen Aufbau kann, wie beim vorigen Ausfüh rungsbeispiel, ein kompakter Strahlungsdetektor 1 zur Ver wendung mit hochenergetischer Röntgenstrahlung erzielt wer den, der hohe Empfindlichkeit aufweist.

Da der vielkristalline Keramikszintillator, der den ersten Teil 210 der Detektorkomponente 2 bildet, einen höheren Wir kungsgrad für die Umsetzung von Röntgenstrahlung in Licht als der den zweiten Teil 220 bildenden einkristalline Szin tillator aufweist, wird mehr sichtbares Licht erzeugt. Der zweite Teil 220 der Detektorkomponente 2 verfügt über besse re Lichttransmissionswirkung als der erste Teil 210, und er dient als Lichtwellenleiter. Das im ersten Teil 210 der De tektorkomponente 2 aus Röntgenphotonen erzeugte Licht brei tet sich in allen Richtungen (Raumwinkel: 4π) ausgehend vom Fleck, an dem das Licht erzeugt wird, aus. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel dient der zweite Teil 220 der Detektor komponente 2 als Lichtwellenleiter, wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels, in dem der zweite Teil 22 der Detek torkomponente 2 in Reihe mit dem ersten Teil 21 angeordnet ist.

Aus diesem Grund würde eine zu große Dicke des ersten Teils 210 der Detektorkomponente 2 sowie eine zu geringe Dicke des zweiten Teils 220 derselben zu einer Beeinträchtigung der Funktion des zweiten Teils 220 als Lichtwellenleiter führen. In umgekehrter Weise würde eine zu große Dicke des zweiten Teils 220 der Detektorkomponente 2 die Dicke des ersten Teils 210 derselben mit gutem Wirkungsgrad für die Umsetzung von Röntgenstrahlung in Licht verringern, was den Umset zungs-Gesamtwirkungsgrad verringern würde. Das Verhältnis aus den Breiten des ersten Teils 210 und des zweiten Teils 220 der Detektorkomponente 2 sollte vorzugsweise 0,5-10 sein.

BEISPIEL 1

Der erste Teil 21 der Detektorkomponente 2 wurde aus einer quaderförmigen Platte von 30 mm (L) ×1,6 mm (B) ×1,2 mm (H) aus einem vielkristallinen Gd₂O₂S : Pr-Keramikszintillator hergestellt, und der zweite Teil 22 derselben wurde aus einer quaderförmigen Platte von 30 mm (L) ×1,6 mm (B) ×1,8 mm (H) aus einem einkristallinen CdWO₄-Szintillator herge stellt, die beide mit der in Fig. 2 dargestellten Struktur zusammengebaut wurden. Der erste Teil 21 und der zweite Teil 22 einerseits sowie der zweite Teil 22 und die Photodiode 3 andererseits wurden miteinander unter Verwendung eines opti schen Epoxidklebers verbunden. Auf die Oberfläche dieser De tektorkomponente wurde als optisches Reflektormaterial 4 ein TiO₂-Pulver aufgetragen, und mit der Seitenfläche der Detek torkomponente wurde als optisches Reflektormaterial 5 eine MO-Platte verbunden. Relative Ausgangsleistungen eines Strahlungsdetektors 1, wie sie erhalten wurden, wenn ein kontinuierlicher Röntgenstrahl, wie er mit einer Röntgenröh renspannung von 400 kV und einem Röntgenröhrenstrom von 4 mA erzeugt wurde, auf den Strahlungsdetektor gestrahlt wurde, sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Die in den folgenden Tabellen 1 und 2 angegebenen relativen Ausgangsleistungen sind die Ausgangsleistungen bei jedem der Beispiele und beim Bezugsbeispiel 2 im Vergleich mit der Ausgangsleistung des Strahlungsdetektors des Bezugsbeispiels 1, die zu 1,0 angenommen ist.

TABELLE 1

BEISPIEL 2

Ein Strahlungsdetektor 1 wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß als erster Teil 21 der Detektorkomponente 2 ein Keramikszintillator aus vielkristallinem Gd₂O₂S : Eu verwendet wurde. Die Eigenschaf ten dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und die Auswertungs ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

BEISPIEL 3

Ein Strahlungsdetektor 1 wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß als erster Teil 21 der Detektorkomponente 2 ein Keramikszintillator aus vielkristallinem Gd₂O₂S : Tb verwendet wurde. Die Eigenschaf ten dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und die Auswertungs ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

BEISPIEL 4

Der erste Teil 210 der Detektorkomponente 2 wurde aus einer quaderförmigen Platte von 30 mm (L) ×1,0 mm (B) ×3,0 mm (H) aus einem vielkristallinen Gd₂O₂S : Pr-Keramikszintillator hergestellt, und der zweite Teil 220 derselben wurde aus einer quaderförmigen Platte von 30 mm (L) ×0,6 mm (B) ×3,0 mm (H) aus einem einkristallinen CdWO₄-Szintillator herge stellt, wobei beide mit der in Fig. 3 dargestellten Struktur dadurch zusammengebaut wurden, daß sie parallel zueinander in der Richtung der Röntgenstrahlung aufeinanderlaminiert wurden. Der erste Teil 210 und der zweite Teil 220 sowie die ersten und zweiten Teile 210 und 220 und die Photodiode 3 wurden miteinander unter Verwendung eines optischen Epoxid klebers verbunden. Auf die Oberfläche dieser Detektorkompo nente wurde als optisches Reflektormaterial 4 ein TiO₂-Pul ver aufgetragen, und mit der Seitenfläche der Detektorkompo nente wurde als optisches Reflektormaterial 5 eine MO-Platte verbunden. Die Eigenschaften des Strahlungsdetektors 1 wur den auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 ausgewertet, und die Auswertungsergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

BEISPIEL 5

Ein Strahlungsdetektor 1 wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß als erster Teil 210 der Detektorkomponente 2 ein Keramikszintillator aus vielkristallinem Gd₂O₂S : Eu verwendet wurde. Die Eigen schaften dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und die Aus wertungsergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

BEISPIEL 6

Ein Strahlungsdetektor 1 wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß als erster Teil 210 der Detektorkomponente 2 ein Keramikszintillator aus vielkristallinem Gd₂O₂S : Tb verwendet wurde. Die Eigen schaften dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und die Aus wertungsergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.

BEZUGSBEISPIEL 1

Als nächstes wurde ein Bezugsbeispiel 1 dadurch hergestellt, daß eine quaderförmige Platte von 30 mm (L) ×1,6 mm (B) ×3,0 mm (H) aus einem einkristallinen CdWO₄-Szintillator als Detektorkomponente 300 mit einem optischen Epoxidkleber mit einer Silizium-Photodiode 3 verbunden wurde, wie es in der Schnittansicht von Fig. 4 dargestellt ist. Auf die Oberflä che dieser Detektorkomponente wurde TiO₂-Pulver als opti sches Reflektormaterial 4 aufgetragen, und mit der Seiten fläche der Detektorkomponente wurde eine Mo-Platte als opti sches Reflektormaterial 5 verbunden. Die Eigenschaften die ses Bezugsbeispiels wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und der Ausgangsleistung wurde der Bezugswert von 1,0 in der Tabelle 1 zugeordnet.

BEZUGSBEISPIEL 2

Hinsichtlich dieses Bezugsbeispiels 2 wurde ein Strahlungs detektor auf dieselbe Weise wie beim Bezugsbeispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß eine quaderförmige Platte von 30 mm (L) ×1,6 mm (B) ×3,0 mm (H) aus einem vielkristalli nen Gd₂O₂S : Pr-Keramikszintillator als Detektorkomponente 400 verwendet wurde, wie es in der Schnittansicht von Fig. 4 dargestellt ist. Die Eigenschaften dieses Bezugsbeispiels wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und die Auswertungsergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

BEISPIELE 7 bis 9

Ein Strahlungsdetektor 1 für Beispiele 7 bis 9 wurde auf dieselbe Weise wie der jeweilige Strahlungsdetektor gemäß den Beispielen 1 bis 3 hergestellt, mit der Ausnahme, daß als zweiter Teil 22 der Detektorkomponente 2 ein einkristal liner Bi₄Ge₃O₁₂-Szintillator verwendet wurde. Die Eigen schaften dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und die Ergeb nisse sind in der Tabelle 2 aufgelistet.

BEISPIEL 10

Ein Strahlungsdetektor 1 wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 5 mit der Ausnahme hergestellt, daß als zweiter Teil 220 der Detektorkomponente 2 ein einkristalliner Bi₄Ge₃O₁₂-Szintillator verwendet wurde. Die Eigenschaften dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise aus gewertet, wie es oben angegeben ist, und die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgelistet.

BEISPIELE 11 und 12

Ein Strahlungsdetektor 1 für Beispiele 11 und 12 wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 2 mit der Ausnahme herge stellt, daß als erster Teil 21 der Detektorkomponente 2 Ke ramikszintillatoren aus vielkristallinem Gd₃Ga₅O₁₂ : Cr ver wendet wurden. Die Eigenschaften dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angege ben ist, und die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgelis tet.

BEISPIEL 13

Ein Strahlungsdetektor 1 wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 5 mit der Ausnahme hergestellt, daß als erster Teil 210 der Detektorkomponente 2 ein Keramikszintillator aus vielkristallinem (Y,Gd)₂O₂S : Eu verwendet wurde. Die Ei genschaften dieses Strahlungsdetektors 1 wurden auf dieselbe Weise ausgewertet, wie es oben angegeben ist, und die Ergeb nisse sind in der Tabelle 2 aufgelistet.

TABELLE 2

Wie es aus den obigen Beispielen ersichtlich ist, weist ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor hervorragende Empfind lichkeit für Röntgenstrahlung auf, d. h. eine relativ hohe Ausgangsleistung im Vergleich mit derjenigen der bei den Be zugsbeispielen angegebenen Strahlungsdetektoren.

Insbesondere weisen die Strahlungsdetektoren gemäß dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel höhere Aus gangsleistungen als die des in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels auf.

Unter den Beispielen, die zur ersten Ausführungsform gehö ren, weisen die Beispiele 1 bis 3 größere Ausgangsleistungen als die Beispiele 7 bis 9 auf, da die Eigenschaften des als einkristalliner Szintillator verwendeten CdWO₄ besser sind als die von Bi₄Ge₃O₁₂.

Bei den obigen Beispielen wurden die vielkristallinen Kera mikszintillatoren und die einkristallinen Szintillatoren je weils in Quaderform verwendet, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Form beschränkt. Es können für diese Szin tillatoren alle Formen und Abmessungen verwendet werden, so lange ähnliche Funktionen und Wirkungen wie bei den obigen Ausführungsbeispielen erzielt werden können.

Obwohl bei den obigen Beispielen Strahlungsdetektoren ver wendet sind, bei denen ein Typ eines vielkristallinen Szin tillators mit einem Typ eines einkristallinen Szintillators kombiniert ist, können mindestens zwei Typen von Keramik szintillatoren mit mindestens zwei Typen einkristalliner Szintillatoren kombiniert werden, um einen erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor aufzubauen.

Obwohl bei den obigen Beispielen Röntgenstrahlung als Strah lung verwendet ist, ist die Erfindung z. B. auch zur Verwen dung bei Gammastrahlung geeignet.

Claims

1. Strahlungsdetektor, der beabstandet von einer Quelle hochenergetischer Strahlung in einem Pfad dieser hochenerge tischen Strahlung angeordnet ist, um diese Strahlung zu er fassen, gekennzeichnet durch:

- einen ersten und einen zweiten Teil (21, 22; 210, 220) von Detektorkomponenten (2) zum Umsetzen der hochenergetischen Strahlung in Licht, wobei diese beiden Teil der Detektorkom ponente im Strahlungspfad aneinander angrenzen und optisch miteinander gekoppelt sind, wobei der erste Teil aus einem vielkristallinen Keramikszintillator und der zweite Teil aus einem einkristallinen Szintillator besteht und der erste Teil höheren Wirkungsgrad für die Umsetzung von hochenerge tischer Strahlung in Licht als der zweite Teil aufweist; und
- eine Lichterfassungseinrichtung (3), die optisch mit den beiden Teilen der Detektorkomponenten gekoppelt ist und die auf Lichtsignale von den beiden Teilen der Detektorkomponen ten reagiert.

2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden Teile (21, 22) der Detektorkompo nenten (2) im Strahlungspfad aufeinanderfolgend entlang dem selben angeordnet sind, wobei der erste Teil näher an der Strahlungsquelle als der zweite Teil liegt.

3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden Teile (210, 220) der Detektorkom ponenten (2) parallel zueinander im Strahlungspfad angeord net sind.

4. Strahlungsdetektor nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der vielkristalline Kera mikszintillator ein Sinterkörper aus mindestens einem Leuchtstoff ist, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Gd₂O₂S : SE (SE ist mindestens ein aus der aus Pr, Eu und Tb bestehenden Gruppe ausgewähltes Seltenerdelement), (Y, Gd)₂O₃ : Eu und Gd₃Ga₅O₁₂ : Cr.

5. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der einkristalline Szintillator aus einkristallinem CdWO₄ oder Bi₄Ge₃O₁₂ besteht.

6. Strahlungsdetektor nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichterfassungsein richtung eine Photodiode (3) ist.