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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor, und spezieller
einen Strahlungsdetektor zum Detektieren einer ein- oder zweidimensionalen
Intensitätsverteilung
von Strahlung.
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2. Diskussion
des Hintergrunds
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Ein
Röntgenbildempfänger wird
in einer Einrichtung verwendet, in der Strahlung zu detektieren ist,
beispielsweise in einem Kernkraftwerk. Die Grundstruktur des Röntgenbildempfängers und
ein Verfahren zum Detektieren von Röntgenstrahlen werden unter
Bezugnahme auf eine perspektivische Ansicht, wie in 1 gezeigt,
eines herkömmlichen Röntgenbildempfängers beschrieben.
Ein plattenähnlicher
Szintillator 1 fluoresziert in Antwort auf empfangene Strahlung.
Eine Mehrzahl von Fluoreszenzfasern 17, beispielsweise
Wellenlängenverschiebungsfasern,
ist in zwei Schichten auf der Rückseite
einer Röntgenstrahlempfangsoberfläche Szintillators 1 angeordnet.
Die zwei Schichten sind derart angeordnet, dass die Fluoreszenzfasern 17 auf
einer Schicht senkrecht zu den Fluoreszenzfasern 17 der anderen
Schicht sind. Diese Struktur erzeugt und gibt zweidimensionale Positionsinformation
von Strahlung, die von dem Szintillator 1 empfangen wird,
aus. Die Fluoreszenzfasern 17 absorbieren szintilliertes Licht,
und strahlen und senden fluoresziertes Licht, das eine Wellenlänge aufweist,
die länger
als die von dem Szintillator 1 ist.
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Wenn
das szintillierte Licht von dem Strahlungseintrittspunkt ausgestrahlt
wird, absorbieren die Fluoreszenzfasern 17 einen Teil des
szintillierten Lichts, wodurch Licht fluoresziert wird. Das Fluoreszenzlicht
wird in den Fluoreszenzfasern 17 übertragen und durch Fotodetektoren
(nicht gezeigt), die an dem Ende der Fluoreszenzfasern 17 angeordnet sind,
detektiert. Der Kreuzungspunkt von zwei Fluoreszenzfasern, in denen
das Fluoreszenzlicht übertragen
und detektiert wird, wird als der Strahlungseintrittspunkt bezeichnet.
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In
dem herkömmlichen
Szintillator sind die Fluoreszenzfasern 17 dicht angeordnet,
um eine hohe Auflösung
zu erreichen, die ungefähr
gleich dem Durchmesser der Fluoreszenzfasern 17 ist. Wenn
jedoch die Anzahl an Fluoreszenzfasern 17 reduziert und
deren Intervall groß wird,
wird die Empfangswahrscheinlichkeit des szintillierten Lichts durch
Fluoreszenzfasern 17 reduziert. Folglich wird die Wahrscheinlichkeit
einer Signaldetektion reduziert.
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Eine
hohe Auflösung
ist erforderlich, wenn Röntgenstrahlen
detektiert werden. Wenn jedoch die Verteilung von radioaktiven Material
oder die Verteilung von Strahlungsintensität in einem herkömmlichen
Atomkraftwerk oder dergleichen detektiert wird, ist es erstrebenswert
einen Strahlungsdetektor zu verwenden, der eine geringere Auflösungsleistungsfähigkeit
und einen breiteren Detektionsbereich aufweist, verglichen mit dem
Röntgenbildempfänger. Obwohl
der Röntgenbildempfänger, wie
in 1 gezeigt, verwendet wird zum Messen eines Bereichs, der
definiert ist durch 10–30
mm Ränder,
erfordert eine Oberflächenkontaminierungsuntersuchung
in Kernkraftwerken einen Bereich, der definiert ist durch 100–300 mm
Ränder.
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Es
sei angenommen, dass ein Basisquadrat existiert, das ungefähr 100 mm
Ränder
aufweist, und dass ein bestimmter Bereich, der zu messen ist, existiert,
der diese Basisquadverhältnis
enthält.
Wenn die herkömmliche
Technik, wie in 1 gezeigt, mit einer spärlichen
Anordnung von Fluoreszenzfasern 17 verwendet wird, indem
deren Anzahl reduziert wird, kann die zweckmäßige Empfindlichkeit nicht
realisiert werden. Wenn dagegen die Anzahl der Fluoreszenzfasern 17 zu
einer dichten Anordnung erhöht wird,
sind zu viele Fotodetektoren und Verarbeitungsschaltungen erforderlich.
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Die
US 5,391,878 offenbart einen
Strahlungsdetektor gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Die
EP 0 583 118 A2 offenbart
Gamma-Kameras, die eine Struktur aufweisen, die ähnlich der in
1 gezeigten
ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben genannten Umstände gemacht
worden, und soll die oben genannten Probleme lösen. Speziell ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung einen Strahlungsdetektor zu schaffen,
der in der Lage ist Strahlung in einem großen Bereich zu detektieren.
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Die
Aufgabe wird durch einen Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Weiterentwicklungen
der Erfindung sind in den unabhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in diese Beschreibung eingearbeitet und Bestandteil
der Beschreibung sind, verdeutlichen verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur
Erklärung
der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die eine Grundstruktur eines herkömmlichen
Röntgenbildempfängers zeigt.
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2 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 zeigt
eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung von Fotodetektoren
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 zeigt
eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung von Fotodetektoren
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 zeigt
eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung von Fotodetektoren
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 zeigt
eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung von Fotodetektoren
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 zeigt
eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung von Fotodetektoren
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8A und 8B zeigen
Seitenansichten, die Beispiele der Anordnung der Fotodetektoren
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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9A, 9B und 9C zeigen
Querschnittsansichten, die Beispiele der Anordnung von Fotodetektoren
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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10 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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11 zeigt
eine Seitenansicht, die ein Beispiel der Anordnung von ersten und
dritten Lichtführungen
und Einheitsszintillatoren eines positionsempfindlichen Strahlungsdetektors
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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12 zeigt
eine Seitenansicht, die ein Beispiel der Anordnung der ersten und
dritten Lichtführungen
und Einheitsszintillatoren eines positionsempfindlichen Strahlungsdetektors
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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13 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor zeigt.
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14 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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15 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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16 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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17 zeigt
eine Seitenansicht, die ein Beispiel der Anordnung der ersten und
der dritten Lichtführungen
und Einheitsszintillatoren eines positionsempfindlichen Strahlungsdetektors
gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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18 zeigt
eine Seitenansicht, die ein Beispiel der Anordnung der ersten und
dritten Lichtführungen
und Einheitsszintillatoren eines positionsempfindlichen Strahlungsdetektors
gemäß einem siebten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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19 zeigt
eine Seitenansicht, die ein Beispiel der Anordnung der ersten und
der dritten Lichtführungen
und Einheitsszintillatoren eines positionsempfindlichen Strahlungsdetektors
gemäß einem achten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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20 zeigt
ein Blockdiagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel einer Signalverarbeitungseinheit
zeigt.
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21 zeigt
ein Blockdiagramm, das ein zweites Ausführungsbeispiel einer Signalverarbeitungseinheit
zeigt.
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22 zeigt
ein Blockdiagramm, das ein drittes Ausführungsbeispiel einer Signalverarbeitungseinheit
zeigt.
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23 zeigt
ein Blockdiagramm, das das dritte Ausführungsbeispiel einer Signalverarbeitungseinheit
zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
eines Strahlungsdetektors der vorliegenden Erfindung werden speziell
genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wann immer möglich,
werden gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um Bezug
zu nehmen auf gleiche oder ähnliche
Teile.
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2 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Fall ist ein positionsempfindlicher
Strahlungsdetektor eine Art von Strahlungsdetektor.
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In 2 enthält ein Strahlungsdetektor 100 einen
Szintillator 1, eine Mehrzahl von ersten Lichtführungen 2,
eine Mehrzahl von zweiten Lichtführungen 3 und
eine Mehrzahl von Fotodetektoren 4. Der Szintillator 1 ist
aus einer Platte gebildet, und szintilliert während Strahlung empfangen wird.
Die ersten Lichtführungen 2 und
die zweiten Lichtführungen 3 enthalten
Fluoreszenzmaterial.
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Die
ersten Lichtführungen 2 sind
an zwei gegenüberliegenden
Rändern
des Szintillators 1 verbunden. Strahlung tritt in die obere
Fläche
des Szintillators 1 ein. Die Mehrzahl der zweiten Lichtführungen 3 ist
benachbart zu der Bodenfläche
des Szintillators 1 und in einer Y-Achsenrichtung parallel zu dem Szintillator 1 angeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel
enthält
der Strahlungsdetektor 100 drei zweite Lichtführungen 3.
Wie in 2 gezeigt, hat die zweite Lichtführung 3 einen
größeren Rand
(in einer X-Achsenrichtung), ungefähr gleich lang, wie die erste
Lichtführung 2,
und einen kleineren Rand (in einer Y-Achsenrichtung), ungefähr ein drittel
der Länge des
größeren Rands,
und die Hauptfläche
der zweiten Lichtführung 3,
die durch diese Ränder
definiert ist, ist größer als
die der ersten Lichtführung 2.
Beispielsweise kann der Szintillator 1 600 mm Ränder haben,
und die zweite Lichtführung 3 kann
einen 600 mm Rand und einen 200 mm Rand haben. Dagegen kann die
zweite Lichtführung 3 auch
einen 600 mm Rand und einen 100 mm Rand jeweils haben. Die Fotodetektoren 4 sind
an beiden Enden der ersten Lichtführungen 2 und der
zweiten Lichtführungen 3 verbunden.
Der Fotodetektor 4 kann beispielsweise eine fotoelektrische
Multiplikationsröhre
(PMT) sein.
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Man
beachte, dass die Ausgangssignale von den Fotodetektoren 4 verarbeitet
werden können,
indem eine Signalverarbeitungseinheit verwendet wird, wie im Folgenden
beschrieben.
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Der
Betrieb des Detektierens von Strahlen unter Verwendung des Strahlungsdetektors
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden erklärt.
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In
Antwort auf Strahlung, die in den Szintillator 1 eintritt,
wird Licht in dem Szintillator 1 szintilliert. Das szintillierte
Licht verläuft
durch den Szintillator 1 und wird in zwei Komponenten getrennt:
ein internes Sendelicht, das durch die erste Lichtführung 2 absorbiert
wird, und ein externes Ausstrahlungslicht, das ausgestrahlt wird,
wenn der Szintillator 1 szintilliert.
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Das
interne Sendelicht tritt in die ersten Lichtführungen 2 ein, die
dann Fluoreszenzlicht erzeugen. Dieses Fluoreszenzlicht wird gehalten
und in den ersten Lichtführungen 2 übertragen,
und zu den Fotodetektoren 4 geleitet, die mit den Enden
der Führungen 2 verbunden
sind. Das externe Ausstrahlungslicht, das nicht von dem Szintillator 1 erfasst wird,
tritt in die zweiten Lichtführungen 3 unterhalb des
Szintillators 1 ein, wodurch Licht fluoresziert wird. Das
Fluoreszenzlicht, das durch die zweite Lichtführung 3 erzeugt wird,
wird gehalten und in den zweiten Lichtführungen 3 gestreut,
und zu den Fotodetektoren 4 geleitet, die mit den Enden
von diesen verbunden sind.
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Das
szintillierte Licht, das irgendwo in dem Szintillator 1 erzeugt
wird, wird durch die ersten Lichtführungen 2, die mit
seinen Rändern
verbunden sind, detektiert. Das externe Ausstrahlungslicht wird
jedoch immer von einem Punkt ausgestrahlt, wo das szintillierte
Licht erzeugt wurde, und durch eine der zweiten Lichtführungen 3 detektiert,
die in der Y-Achsenrichtung ausgerichtet sind. Entsprechend definiert
der kleinere Rand jeder zweiten Lichtführung 3 die Auflösung des
Strahlungsdetektors 100 entlang der Y-Achsenrichtung. Entsprechend
wird Positionsinformation des Szintillationspunkts entlang der Y-Achsenrichtung
detektiert, indem die Gleichzeitigkeit von Signalen betrachtet wird,
die durch den Szintillator 1 und die zweiten Lichtführungen 3 detektiert worden
sind.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist der Szintillator 1 aus Kunststoff und eine Platte.
Die erste Lichtführung 2 und
die zweite Lichtführung 3 sind
aus einem Harz, das ein Fluoreszenzmaterial enthält, beispielsweise einen Wellenlängenschieber,
oder aus optischen Fasern. Die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts von
der ersten Lichtführung 2 und
der zweiten Lichtführung 3 wird
von der des szintillierten Lichts von dem Szintillator 1 geändert aufgrund
des Wellenlängenschiebers.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist die erste Lichtführung 2 gebildet
durch Polieren des Harzes, das Wellenlängenschieber enthält, in eine
Prismaform. Die erste Lichtführung 2,
die eine derartige Form aufweist, hat weniger Flexibilität, als die
optische Faser, die eine zylindrische Form aufweist; jedoch ist
sie einfach in eine willkürliche
Dicke formbar. Da die erste Lichtfüh rung 2 von Luft umgeben
ist, die einen Brechungsindex aufweist, der von dem Brechungsindex
von Harz sehr verschieden ist, kann eine hohe Effizienz des Einfangens
und des Übertragens
von Licht in dem Szintillator erreicht werden. Darüber hinaus
kann die erste Lichtführung 2 verdickt werden,
um die Transformierungswahrscheinlichkeiten von Fluoreszenz des
szintillierten Lichts zu verbessern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel,
das eine Einschränkung
hatte, wie beispielsweise die Form des Szintillators 1,
die Position des Fotodetektors 4 oder dergleichen, kann
eine optische Faser als erste Lichtführung 2 verwendet
werden.
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Das
Wellenlängenband
der Szintillation des Szintillators 1 und das Wellenlängenband
der Absorption des Wellenlängenschiebers überlagern
sich vorzugsweise. Ein Teil des Fluoreszenzlichts von den ersten
Lichtführungen 2 und
den zweiten Lichtführungen 3 wird
darin gehalten und an die Ränder
gesendet; folglich können
die Fotodetektoren 4, die an den Rändern angeordnet sind, das
szintillierte Licht und das Fluoreszenzlicht detektieren.
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Einige
Arten von Wellenlängenschiebern und
optischen Fasern, die daraus bestehen, sind verfügbar zur Herstellung eines
Szintillators, der um die Wellenlänge von 400 Nanometer szintilliert.
Beispielsweise sind die Modelnummer „ BC-482" von Bicron Inc. und „Y-7" von Kuraray Inc.
typische Wellenlängenschieber.
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Ein
optischer Binder kann verwendet werden, um die erste Lichtführung 2 und
die zweite Lichtführung 3 mit
dem Fotodetektor 4 zu verbinden. Optische Binder verhindern
Luft zwischen den Lichtführungen 2 und 3 und
den Fotodetektoren 4, und reduzieren folglich Reflexionsverluste.
Ferner kann ein reflektierendes Material auf offenen Rändern des
Szintillators 1 oder Enden der ersten Lichtführungen 2 und
der zweiten Lichtführungen 3 verwendet
oder angeordnet werden. Dies hält
effizient gesammeltes szintilliertes Licht und gesammeltes Fluoreszenzlicht.
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Einige
Beispiele von anderen Anordnungen von Fotodetektoren 4 sind
in den 3 bis 9 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. Die 3 bis 7 sind Draufsichten,
und die 8 bis 9 sind
jeweils Seitenansichten. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
sind die optischen Detektoren 4 mit beiden Enden jeder der
ersten Lichtführungen 2 verbunden,
wie in 3 gezeigt. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird die Detektionseffizienz verbessert, obwohl die Anzahl an optischen
Detektoren 4 erhöht
wird.
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Bezugnehmend
auf die 4 und 5 können die
optischen Detektoren 4 mit einem Ende jeder der ersten
Lichtführungen 2 verbunden
werden. In diesem Fall können
die anderen Enden der ersten Lichtführungen 2 reflektierende
Materialien 5 enthalten zum Reflektieren von gesammeltem
szintilliertem Licht, wie in den 6–7 gezeigt,
zum Verhindern des Verlusts des Fluoreszenzlichts davon, und folglich
zum Halten des gesammelten Fluoreszenzlichts. Das reflektierende
Material 5 kann beispielsweise ein Spiegelflächenreflektor
sein, wie beispielsweise eine Platte mit vakuumaufgedampftem Aluminium,
oder ein Streuoberflächenreflektor,
beispielsweise Titanoxide und Magnesiumoxide.
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Erneut
Bezug nehmend auf 5, ist die Länge der ersten Lichtführungen 2 kürzer als
die Länge
des Seitenrands des Szintillators 1, und die Fotodetektoren 4 sind
angeordnet. Unter Berücksichtigung
eines Packraums für
den Strahlungsdetektor, ist es manchmal wünschenswert eine derartige Struktur
zu verwenden. In diesem Fall wird eine Reduktionsverhältnis „F" des gesammelten
szintillierten Lichts geschätzt
durch: F = 1 – A/B
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Der
Ausdruck „A" repräsentiert
hier die Länge
der ersten Lichtführung 2 in
Kontakt mit dem Seitenrand des Szintillators 1, und „B" repräsentiert
die Länge
des Seitenrand des Szintillators 1. Reflektierende Materialien
können
an die ersten Lichtführungen 2 gekoppelt
sein, wie in 7 gezeigt.
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Darüber hinaus
kann der Szintillator 1 mit der ersten Lichtführung 2 in
einer anderen Art und Weise verbunden werden. In dem Fall der ersten
Lichtführung 2,
die einen anderen Brechungsindex relativ zur Luft aufweist, wie
in 2 gezeigt, können
einige Modifikationen in Betracht gezogen werden. Beispielsweise
sind der Szintillator 1 und die ersten Lichtführungen 2 einfach
miteinander verbunden, wie in 8A gezeigt,
oder Rillen 21 sind in den ersten Lichtführungen 2 gebildet
und der Szintillator 1 passt in die Rillen 21,
wie in 8B gezeigt. Das letztere Beispiel
ist in Anbetracht des Packens vorteilhaft, um den Szintillator 1 zu
fixieren.
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Wie
oben erwähnt,
ist die erste Lichtführung 2 nicht
auf eine Prismaform beschränkt,
und kann eine Kreisform aufweisen, wie in den 9A und 9B gezeigt.
In 9A ist der Rand des Szintillators 1 mit
der Oberfläche
der ersten Lichtführung 2 verbunden.
In 9B ist eine Rille 21 in der ersten Lichtführung 2 gebildet,
und der Szintillator 1 ist in der Rille 21 angeordnet.
Weiter kann die erste Lichtführung 2 aus
einem optischen Material gebildet werden, das mit einer Verkleidung 22 beschichtet
ist, wie in 9C gezeigt.
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10 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Szintillator 1a mit
einer anderen Form verwendet, als der Szintillator 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
In 10 enthält
ein Strahlungsdetektor 200 eine Mehrzahl von Einheitsszintillatoren 1a,
die ersten Lichtführungen 2,
die zweiten Lichtführungen 3,
die Fotodetektoren 4 und eine Mehrzahl von dritten Lichtführungen 8.
Jeder Einheitsszintillator 1a ist aus einer Platte gebildet, und
fluoresziert während
Strahlung empfangen wird. Die ersten Lichtführungen 2, die zweiten
Lichtführungen 3 und
die dritten Lichtführungen 8 enthalten
Fluoreszenzmaterial.
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Drei
Einheitsszintillatoren 1a sind in der gleichen Ebene angeordnet,
und die ersten Lichtführungen 2 sind
mit äußeren Rändern der
Einheitsszintillatoren 1a verbunden. Die dritten Lichtführungen 8 sind mit
inneren Rändern
der Einheitsszintillatoren 1a verbunden, um die Einheitsszintillatoren 1a nebeneinander
zu fixieren. Die zweiten Lichtführungen 3 sind
benachbart zu der Bodenfläche
der Einheitsszintillatoren 1a angeordnet. Die zweiten Lichtführungen 3 sind in
der gleichen Ebene angeordnet parallel zu den Einheitsszintillatoren 1a,
und die verlängerte
Richtung von diesen ist senkrecht zu der verlängerten Richtung der Einheitsszintillatoren 1a.
Der Fotodetektor 4 ist mit den Enden der ersten Lichtführungen 2,
zweiten Lichtführungen 3 und
dritten Lichtführungen 8 verbunden.
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Die
Einheitsszintillatoren 1a und die zweiten Lichtführungen 3 bilden
folglich eine Matrix, die drei Reihen und drei Spalten aufweist.
Durch Sicherstellung einer Gleichzeitigkeit der detektierten Signale von
den Fotodetektor 4 auf den ersten Lichtführungen 2 und
den dritten Lichtführungen 8,
die mit den Einheitsszintillatoren 1a verbunden sind, zusammen mit
denen auf den zweiten Lichtführungen 3,
können neuen
Regionen unterschieden werden zur Erkennung der Position des Szintillationspunkts.
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Die 11 und 12 zeigen
Seitenansichten, die Beispiele der Anordnung der ersten bzw. dritten
Lichtführungen 2 und 8 und
des Einheitsszintillators 1a zeigen. Eine Mehrzahl von
Einheitsszintillatoren 1a kann derart angeordnet werden,
dass die erste Lichtführung 2 und
die dritte Lichtführung 8 auf
jedem Seitenrand der Einheitsszintillatoren 1a, wie in 11 gezeigt,
verbunden sind. Speziell ist die dritte Lichtführung 8 auf den Seitenrand
jedes Einheitsszintillators 1a angeordnet, und entsprechende
dritte Lichtführungen 8 von
benachbarten Einheitsszintillatoren 1a grenzen aneinander
an.
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Die 12 zeigt
eine Seitenansicht, die einen positionsempfindlichen Strahlungsdetektor
zeigt, der eine Anordnung derart aufweist, dass Fluoreszenzlicht,
das durch Szintillation von zwei Einheitsszintillatoren 1a verursacht
wird, gesammelt und durch eine dritte Lichtführung 8 übertragen
wird, die von den zwei Szintillatoren 1a gemeinsam verwendet wird.
In dem Fall der Berücksichtigung
der Beziehung zwischen einem Querschnittsbereich der dritten Lichtführung 8 und
einem Empfangsbereich des Fotodetektors 4, kann das fluoreszierte
Licht der dritten Lichtführung 8 mit
größerer Effizienz
empfangen werden, und die Anzahl an Fotodetektoren 4 kann
reduziert werden.
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Die 13 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor zeigt, die nützlich
ist, um die vorliegende Erfindung zu erklären. Ein Strahlungsdetektor 300 hat
eine Doppelschichtstruktur, die eine erste Schicht 300a und
eine zweite Schicht 300b enthält. Die erste Schicht 300a und
die zweite Schicht 300b enthalten die Einheitsszintillatoren 1a und
die ersten und dritten Lichtführungen 2 und 8,
wie in 10 gezeigt, und sind in gleicher
Richtung ausgerichtet.
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Man
weiß,
dass jeder Typ von Strahlung, beispielsweise Alpha-Strahlen, Beta-Strahlen
und dergleichen einen unverkennbaren Energieverlust haben. Folglich
kann jede der mehreren Szintillatorschichten unterschiedliche Typen
von Strahlung detektieren. Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel können die
unterschiedlichen Typen von Strahlung in der ersten Schicht und
in der zweiten Schicht detektiert werden, zusätzlich zu einer eindimensionalen Positionsdetektion
des szintillierten Punkts.
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14 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel hat der Strahlungsdetektor 400 eine
dreifache Schichtstruktur. Dies bedeutet, eine erste Schicht 400a und
eine zweite Schicht 400b haben die gleiche Struktur, wie
die erste Schicht 300a und die zweite Schicht 300b,
wie in 13 gezeigt, und eine dritte
Schicht 400c ist weiter darauf angeordnet. Die dritte Schicht 400c enthält drei
zweite Lichtführungen 3.
Während
alle Einheitsszintillatoren 1a der ersten und zweiten Schicht 400a und 400b in der
gleichen Richtung ausgerichtet sind, sind die zweiten Lichtführungen 300 der
dritten Schicht 400c senkrecht zu den Szintillatoren 1a der
ersten und zweiten Schicht 400a und 400b ausgerichtet.
Ein Fotodetektor 4 ist mit beiden Enden jeder der zweiten Lichtführungen 3 der
Schicht 400c verbunden.
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Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
arbeitet die dritte Schicht 400c zusammen mit jeder der ersten
Schicht 400a und zweiten Schicht 400b, um zweidimensionale
Positionsinformation des szintillierten Punkts zu detektieren, ähnlich wie
bei den Ausführungsbeispiel,
das in 10 gezeigt ist. Folglich ist
es nicht notwendig die Dicke, wie in 10 gezeigt,
bis auf das doppelte zu erhöhen,
und es ist möglich
die dritte Schicht 400c mit der ersten Schicht 400a und
der zweiten Schicht 400b gemeinsam zu betreiben. Darüber hinaus
ist es auch möglich
die Hintergrunddaten („Hintergrunddaten" werden später beschrieben)
zu korrigieren und zu kompensieren.
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15 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Strahlungsdetektor 500,
wie in 15 gezeigt, hat ein ähnliche
Struktur wie der Strahlungsdetektor 200, wie in 10 gezeigt.
Der Strahlungsdetektor 500 enthält eine erste bzw. zweite Schicht 500a und 500b.
Ein zweiter Szintillator 1b, der als Platte gebildet ist,
wird auf der oberen Fläche
jeder zweiten Lichtführung 3 in
der zweiten Schicht 500b fixiert, und die zweiten Szintillatoren 1b sind
angeordnet, um zu der Bodenfläche
der ersten Schicht 500a zu weisen.
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In
diesem Aufbau erzeugen die zweiten Lichtführungen 3 in der zweiten
Schicht 500b Fluoreszenzlicht, wenn das externe Ausstrahlungslicht von
den Einheitsszintillatoren 1b in der ersten Schicht 500a auf
die zweite Schicht 500b trifft. Ferner erzeugen die zweiten
Szintillatoren 1b in der zweiten Schicht 500b szintilliertes
Licht, wenn Strahlung direkt in die zweite Schicht 500b eintritt.
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Da
die zweite Schicht 500b Szintillatoren 1b die
Lichtführungen 3 enthält, können eindimensionale
Hintergrunddaten korrigiert und kompensiert werden, indem die Differenz
von Typ und Energie der Strahlung berücksichtigt wird. Ferner, da
die zweite Schicht 500b unterschiedliches Licht detektieren kann,
beispielsweise Strahlung und das externe Ausstrahlungslicht, kann
die Anzahl an Teilen der Vorrichtung reduziert werden, um deren
Aufbau zu vereinfachen.
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Gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel können eindimensionale
Hintergrunddaten korrigiert und kompensiert werden, und eine zweidimensionale Detektion
von Strahlung kann mit einer einfachen Struktur durchgeführt werden.
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16 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die einen positionsempfindlichen
Strahlungsdetektor gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ähnlich wie bei dem vierten
Ausführungsbeispiel,
wie in 15 gezeigt, enthält ein Strahlungsdetektor 600 gemäß diesen
Ausführungsbeispiel
die zweiten Szintillatoren 1b, die auf der Oberfläche der
zweiten Lichtführungen 3 angeordnet
sind. Jedoch sind die zweiten Szintillatoren 1b auf der
Bodenfläche
einer zweiten Schicht 600a angeordnet, also der Oberfläche der zweiten
Lichtführungen 3,
entgegen dem in 15 gezeigten Fall. In diesem
Ausführungsbeispiel,
da die zweiten Lichtführungen 3 zwischen
den Szintillatoren 1a in der ersten Schicht 600a und
die Szintillatoren 1b in der zweiten Schicht 600b angeordnet sind,
liefert der Grad der Strahlungssendung der zweiten Schicht 600a einen
anderen Wert, verglichen mit dem der zweiten Schicht 500b,
wie in 15 gezeigt.
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Es
sei angenommen, dass ein gemischtes Strahlungsfeld vorliegt, beispielsweise
eine Alpha-Strahlung
und eine Beta-Strahlung. In dem Fall gemäß 15 wird
angenommen, dass eine Strahlung einen Teil Ihrer Energie verliert
während
sie durch den Einheitsszintillator 1a in der ersten Schicht 500a verläuft, und
die restliche Energie verloren wird während sie durch den zweiten
Szintillator 1b in der zweiten Schicht 500b verläuft. Wenn
eine Beta-Strahlung mit genügend
Energie durch den Einheitsszintillator 1a in der ersten
Schicht 500a in den Detektor eintritt, ist es wahrscheinlich,
dass die Beta-Strahlung mit dem Einheitsszintillator 1a in
der ersten Schicht 500a und dem zweiten Szintillator 1b in der
zweiten Schicht 500b bestimmt und gezählt werden kann. Wenn jedoch
die zweiten Lichtführungen 3 zwischen
diesen Szintillatoren 1a und 1b angeordnet sind,
wie in 16 gezeigt, geht Energie der
Beta-Strahlung in den zweiten Lichtführungen 3 verloren,
ohne dass dies ein Fluoreszieren dieser mit sich bringt. Wenn folglich
die Dicke der zweiten Lichtführungen 3 eingestellt
wird, so dass die gesamte restliche Energie der Beta-Strahlung,
die nicht in dem Einheitsszintillator 1a in der ersten
Schicht 500a verloren wurde, gesammelt und in der zweiten
Lichtführung 3 verloren
wird, kann die gesamte Beta-Strahlung durch
die zweite Lichtführung 3 abgeschirmt
werden und nicht den zweiten Szintillator 1b erreichen.
Eine derartige Technik kann verwendet werden und folglich kann irgendeine
der Strukturen gemäß den 15 oder 16 ausgewählt werden
unter Berücksichtigung
von Korrektur und Kompensation der Hintergrunddaten.
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Die 17 bis 19 zeigen
Seitenansichten, die die Anordnung der ersten und der dritten Lichtführungen
und der Einheitsszintillatoren eines positionsempfindlichen Strahlungsdetektors
gemäß dem sechsten,
siebten und achten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung jeweils zeigen. Die Struktur der dritten
Lichtführung 8,
wie in 17 gezeigt, trennt nicht zwei
Einheitsszintillatoren 1a, die damit optisch verbunden
sind.
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Obwohl
es unwahrscheinlich ist, ist es möglich, dass das szintillierte
Licht, von dem Einheitsszintillator 1a, links in 17,
nicht vollständig
von der dritten Lichtführung 8 absorbiert
werden kann, und das szintillierte Licht dann an den Einheitsszintillator 1a rechts
gesendet wird. In diesem Fall kann die erste Lichtführung 2 auf
der rechten Seite bestimmen, dass das detektierte szintillierte
Licht von dem Einheitsszintillator 1a auf der linken Seite
durch den Einheitsszintillator 1a auf der rechten Seite
erzeugt worden ist.
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Entsprechend
enthält
die Vorrichtung das reflektierende Material 5 in der dritten
Lichtführung 8 zum
Blockieren des Lichts darin, um eine Lichtübertragung zwischen Einheitsszintillatoren 1a,
wie in 18 gezeigt, zu verhindern. Die
zwei Einheitsszintillatoren 1a können optisch getrennt sein,
und jedes szintillierte Licht kann von den zwei Szintillatoren 1a unabhängig geführt werden.
Das reflektierende Material 5 kann beispielsweise ein Spiegelflächenreflektor
sein, beispielsweise ein vakuumaufgedampftes Aluminiumblatt, oder
ein Streuflächenreflektor,
beispielsweise Titanoxid oder Magnesiumoxid.
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Der
Vorgang des Einlegens des reflektierenden Materials 5 in
die dritte Lichtführung 8 kann
jedoch aufgrund von Herstellungsschwierigkeiten nicht effizient
sein. Aus diesem Grund kann es vorzuziehen sein zwei Lichtführungen 8a zu
verwenden, die jeweils die halbe Dicke aufweisen, verglichen mit
der Dicke der ersten Lichtführung 2,
und das reflektierende Material 5 wird zwischen diese Lichtführung 8a angeordnet,
wie in 19 gezeigt. Dieser Herstellungsprozess
des Detektors, wie in 19 gezeigt, kann einfacher sein,
als der Herstellungsprozess des Detektors gemäß 17.
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Gemäß dem siebten
und achten Ausführungsbeispiel
ist ein Strahlungsdetektor vorgesehen, der eine Fehldetektion von
szintilliertem Licht von dem anderen Einheitsszintillator verhindert.
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20 zeigt
ein Blockdiagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel einer Signalverarbeitungseinheit
zeigt. Die Signalverarbeitungseinheit ist hier in der Lage die oben
beschriebenen positionsempfindlichen Strahlungsdetektoren der vorliegenden
Erfindung zu verwenden. Im Folgenden wird eine UND-Verarbeitungseinheit
definiert, die logische Produkte eines Eingangssignals berechnet,
und „wahr" ausgibt, wenn irgendein
Signal detektiert oder gleichzeitig mit dem Eingangssignal ausgegeben
wird. Ähnlich
wird eine ODER-Verarbeitungseinheit definiert, so dass sie logische
Summen eines Eingangssignals berechnet, und „wahr" nur dann ausgibt, wenn irgendein Signal
detektiert oder ausgegeben wurde. Ferner wird eine Invertierungsverarbeitungseinheit
definiert, die eine Logik eines Signals invertiert und „falsch" ausgibt, wenn irgendein
Signal detektiert wird, oder ausgegeben wird, oder „wahr" ausgibt, wenn keine
Signale detektiert worden sind.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
hat der in 20 gezeigte Strahlungsdetektor 700 einen Dreischichtaufbau,
wie in 14 gezeigt, jedoch kann eine
andere Anzahl an Schichten verwendet werden. Der Strahlungsdetektor 700 enthält eine
erste Schicht 700a, eine zweite Schicht 700b und
eine dritte Schicht 700c.
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In 20 enthält jede
der ersten Lichtführungen 2,
die auf dem Seitenrand des Szintillators 1 in der ersten
Schicht 700a angeordnet sind, einen Fotodetektor 4,
wie in den 5 bis 7 gezeigt.
Eine erste UND-Verarbeitungseinheit 6 ist mit diesen Fotodetektoren 4 verbunden,
um von dieser Ausgangssignale zu empfangen.
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Ähnlich enthält jede
der ersten Lichtführungen 2,
die auf dem Seitenrand des Szintillators 1 in der zweiten
Schicht 700b angeordnet sind, einen Fotodetektor 4,
und eine zweite UND-Verarbeitungseinheit 7 ist
mit diesen Fotodetektoren 4 verbunden, um Ausgangssignale
davon zu empfangen.
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Ein
Ausgangssignal von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 gibt
einen Einfall von Strahlung an, und deren Zeitpunkt am Szintillator 1 in der
ersten Schicht 700a, und gibt Signale von der zweiten UND-Verarbeitungseinheit 7 aus,
die einen Einfall von Strahlung und deren Zeitpunkt am Szintillator 1 in
der zweiten Schicht 700b angeben. Die Signale von den Fotodetektoren 4 und
die Funktion dieser UND-Verarbeitungseinheiten 6 und 7 geben
an, dass irgendeiner der Szintillatoren 1 in der ersten Schicht 700a oder
zweiten Schicht 700b Strahlung detektiert.
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In 20 sind
zwei Fotodetektoren 4 mit der zweiten Lichtführung 3 verbunden.
Wenn das szintillierte Licht, das durch den Szintillator 1 in
der zweiten Schicht 700b erzeugt worden ist, in die zweite
Lichtführung 3 eintritt,
dann wird Fluoreszenzlicht erzeugt. Die Ausgangssignale von der
zweiten Lichtführung 3, die
das Fluoreszenzlicht darstellen, werden für die erste ODER-Verarbeitungseinheit 8 verwendet.
Die Ausgangssignale von der ersten ODER-Verarbeitungseinheit 8 geben
an, dass ein Fluoreszenzlicht in der zweiten Lichtführung 3 erzeugt
worden ist. Man beachte, dass die UND-Verarbeitungseinheit 6 verwendet
wird, da die ersten Lichtführungen 2 in
der ersten Schicht 700a gemeinsam von anderen benachbarten
Szintillatoren, wie in 14 gezeigt, verwendet werden.
Stattdessen kann jedoch eine ODER-Verarbeitung verwendet werden,
da diese zweiten Lichtführungen 3 optisch
unabhängig
sind.
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Der
Szintillator 1 in der ersten Schicht 700a und
der Szintillator 1 in der zweiten Schicht 700b sind entlang
der gleichen Richtung angeordnet. Die zweiten Lichtführungen 3 in
der dritten Schicht 700c sind senkrecht zu den Szintillatoren 1 angeordnet.
Folglich bilden diese Szintillatoren und die zweiten Lichtführungen
eine Matrix mit Reihen und Spalten. Folglich wird die Positionserkennung
davon ausgedrückt durch: (Szintillatorenanzahl pro Schicht) × (Anzahl
der zweiten Lichtführung)
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Durch
Verwenden der Ausgangssignale von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 und
der ersten ODER-Verarbeitungseinheit 8 für die dritte UND-Verarbeitungseinheit 9,
kann das szintillierte Licht, das an einem Kreuzungsbereich erzeugt
wird, der definiert ist durch den Szintillator 1 in der
ersten Schicht 700a und der entsprechenden zweiten Lichtführung 3 in
der dritten Schicht 700c, und entsprechend der Einfall
von Strahlung detektiert werden. Ähnlich kann durch Verwenden
der Ausgangssignale von der zweiten UND-Verarbeitungseinheit 7 und
der ersten ODER-Verarbeitungseinheit 8 für eine vierte UND-Verarbeitungseinheit 10 ein
Strahlungseinfall mit Information in den Szintillator 1 in
der zweiten Schicht 700b detektiert werden.
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21 zeigt
ein Blockdiagramm, das eine Signalverarbeitungseinheit gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 21 sind
Fotodetektoren 4 mit jedem Ende der ersten Lichtführung 2 verbunden,
die auf dem Rand des Szintillators 1 in einer ersten Schicht 800a angeordnet
ist, wie in den 5 bis 7 gezeigt.
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Die
Ausgangssignale von zwei Fotodetektoren 4 werden für eine erste
UND-Verarbeitungseinheit 6 verwendet, und die Ausgangssignale
von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 geben einen Strahlungseinfall
und ihren Zeitpunkt am Szintillator 1 in der ersten Schicht 800a an.
Diese Anordnung der Fotodetektoren 4 erlaubt der ersten
UND-Verarbeitungseinheit 6 zu bestimmen, dass die Ausgangssignale
von dem Szintillator 1 erzeugt worden sind, der zwischen
zwei ersten Lichtführungen 2 in
der ersten Schicht 800a angeordnet ist.
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Wie
in 21 gezeigt, sind zwei Fotodetektoren 4 mit
dem Rand der zweiten Lichtführung 3 verbunden.
Das Fluoreszenzlicht, das durch die zweite Lichtführung 3 erzeugt
wird in Antwort auf das szintillierte Licht von dem zweiten Szintillator 1b wird
detektiert, indem Ausgangssignale von den Fotodetektoren 4 für die erste
ODER-Verarbeitungseinheit 8 verwendet werden. Durch Analysieren
der Ausgangssignale von der ersten ODER-Verarbeitungseinheit 8 kann
das Fluoreszenzlicht, das durch die zweite Lichtführung 3 erzeugt
wird, detektiert werden.
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Die
zweite Lichtführung 3 ist
senkrecht zu dem Szintillator 1 in der ersten Schicht 800a angeordnet,
und bildet dadurch eine Matrix mit Reihen und Spalten. Folglich
kann eine Positionserkennung davon ausgedrückt werden durch (Szintillatoranzahl
pro Schicht) × (Anzahl
der zweiten Lichtführungen)
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Durch
Verwenden der Ausgangssignale von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 und
der ersten ODER-Verarbeitungseinheit 8 für eine dritte
Verarbeitungseinheit 9 können szintilliertes Licht,
das an einem Kreuzungsbereich erzeugt wird, der definiert wird durch
den Szintillator 1 und die entsprechende zweite Lichtführung 3,
und entsprechend der Strahlungseinfall detektiert werden.
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Die 22 und 23 zeigen
Blockdiagramme, die ein drittes Ausführungsbeispiel einer Signalverarbeitungseinheit
zeigen. In diesem Ausführungsbeispiel
werden Ausgangssignale von den ersten UND-Verarbeitungseinheiten 6 von
Detektionssignalen der ersten Schichten 900a und 1000a hergeleitet.
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Zuerst
wird die Korrektur und die Kompensation von Hintergrunddaten erklärt. Die
Messung einer Oberflächenkontamination
auf Geräten,
Objekten, menschlichen Körpern
und dergleichen, die durch Betanuklide verursacht wird, sei angenommen.
In diesem Fall werden die Gamma strahlkomponenten zur Korrektur und
Kompensation der Hintergrunddaten gelöscht. Das Grundkonzept gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird unter Bezugnahme auf 22 erklärt.
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Ein
Strahlungsdetektor 900 enthält eine erste Schicht 900a,
die Strahlungseinfall akzeptiert, und eine zweite Schicht 900b,
die neben der ersten Schicht 900a angeordnet ist. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
detektiert die erste Schicht 900a hauptsächlich beides,
Beta-Strahlung und Gamma-Strahlung, und die zweite Schicht 900b detektiert
hauptsächlich
Gamma-Strahlen. Die Detektion erfolgt für eine bestimmte Zeitperiode.
Wenn Beitragsverhältnisse
der ersten Schicht 900a und der zweiten Schicht 900b definiert
sind durch (β + γ) und (γ'), wird das Beitragsverhältnis von
Beta-Strahlung, das durch Gamma-Strahlenkomponenten korrigiert ist, erhalten
durch β = (β + γ) – c1·γ' (1)wobei c1
ein Korrekturkoeffizient ist.
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In
den Detektoren gemäß den 22 und 23 können durch
Zuweisen von Ausgangssignalen von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 und der
zweiten UND-Verarbeitungseinheit 7 in einer bestimmten
Zeitperiode geteilt durch die Periode, (β + γ) und (γ') hergeleitet werden. Dieser Prozess
ist einer von vielen einfachen Prozessen und kann gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
verwendet werden.
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Im
Allgemeinen ist es praktisch Kunststoff für den Szintillator 1 zu
verwenden. Die Energieabsorption einer Beta-Strahlung für einen
derartigen Szintillator beträgt
ungefähr
2 MeV pro 1 cm Dicke. Wenn ein Szintillator mit einer dünnen Dicke
verwendet wird, um die Empfindlichkeit für Gamma-Strahlen zu bewahren,
können
die Beta-Strahlen den Szintillator durchdringen während ihre
innere Energie reduziert wird. Dies geschieht in Abhängigkeit
von der Energie der Beta-Strahlung.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird ein Szintillator aus Kunststoff gebildet und hat eine Dicke von
1–2 mm.
Die Energieabsorption von Beta-Strahlen eines derartigen Szintillators
beträgt
ungefähr 200
keV bis 400 keV. Eine Beta-Strahlung von Kobalt 60 (Co–60) hat
ihre maximale Energie um 300 keV; folglich wird die meiste Energie
von dem Szintillator absorbiert.
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In
dem Fall, wo Beta-Strahlen, die eine größere Energie aufweisen, im
Hintergrund existieren, sollten Signale, die andere sind als Signale,
die zuzuordnen sind, von den Ausgangssignalen von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 und
der zweiten UND-Verarbeitungseinheit 7 ausgeschlossen werden.
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Beispielsweise
wird eine Messung einer Oberflächenkontamination
an Wänden
und Böden angenommen.
Herkömmliche
Materialien, die für Wände und
Böden verwendet
werden, enthalten Kalium 40 (K–40), dass von Natur aus radioaktives
Material ist. Folglich werden Beta-Strahlen, die eine höhere Energie
als 1,3 MeV haben, ausgesendet. Andererseits haben Beta-Strahlen
von Kobalt 60, das eine Kontaminierungsquellen in nuklearen
Einrichtungen sein kann, eine kleinere Energie von etwa 300 keV.
Beide dieser Nuklide strahlen Gamma-Strahlen aus. Entsprechend wird
berücksichtigt,
dass Beta-Strahlung von Kalium 40, das eine größere Energie
aufweist, ausgeschlossen werden sollte von Beta-Strahlung, während Daten
auf Gamma-Strahlen korrigiert werden, ähnlich dem beschriebenen Beispiel.
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Es
sei angenommen, dass die Beta-Strahlungskomponente von Kobalt 60 „β 1" ist, und die Beta-Komponente von Kalium 40 „β 2" ist. Von allen Gamma-Strahlkomponenten
wird angenommen, dass sie die „γ" Komponente gemeinsam
haben. In diesem Fall enthalten die detektierten Signale von der
ersten Schicht 900a β 1, β 2 und γ, und die
detektierten Signale von der zweiten Schicht enthalten β 2 und γ.
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Hier
ist es sehr wahrscheinlich, dass β 2
in der ersten Schicht 900a und in der zweiten Schicht 900b detektiert
wird. Jedoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass γ in der ersten Schicht 900a und
in der zweiten Schicht 900b detektiert wird, gering, da Kunststoffe
mit geringer Wahrscheinlichkeit auf Gamma-Strahlung reagiert, und
ein dünner
Szintillator keinen ausreichenden Abschnittsbereich für die Reaktion
mit Gamma-Strahlung hat.
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Basierend
auf der oben beschriebenen Eigenschaft, ist es Effizient Beta-Strahlungs-komponenten
zu betrachten, die in der zweiten Schicht 900a und 900b detektiert
werden, sodass sie immer β 2 sind,
und folglich sie im Voraus von den folgenden Berechnungen auszuschließen. Wie
in den 22 und 23 gezeigt,
kann β 2
mit einer größeren Energie
ausgeschlossen werden aus Ausgangssignalen von der ersten Schicht 900a und
der zweiten Schicht 900b. Dies erfolgt durch Verwenden
von Ausgangssignalen von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 und
von der zweiten UND-Verarbeitungseinheit 7 über die
inverse Verarbeitungseinheit 13 für die fünfte UND-Verarbeitungseinheit 12,
und dann Verwenden der Ausgangssignale von der fünften Verarbeitungseinheit 12 für die dritte
Verarbeitungseinheit 9. Entsprechend kann ein Detektionsergebnis
gewonnen werden, das exakt β 1
zeigt, wobei das meiste von β 2
ausgeschlossen ist, indem die das Beitragsverhältnis berücksichtigt wird, das von den
Ausgangssignalen der dritten UND-Verarbeitungseinheit 9 hergeleitet
worden ist.
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β 2 kann in
den detektierten Signalen von der zweiten Schicht 900b enthalten
sein. Um β 2
zu gewinnen, wird eine Struktur, wie in 22 und 23 gezeigt,
verwendet. Ausgangssignale von der ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 und
der zweiten UND-Verarbeitungseinheit 7, die von der ersten Schicht 900a bzw.
der zweiten Schicht 900b ausgegeben werden, werden für die siebente
UND-Verarbeitungseinheit 15 verwendet, wodurch gleichzeitig eine
Detektion durchgeführt
wird. Die Ausgangssignale von der siebenten UND-Verarbeitungseinheit 15 und
von der ersten ODER-Verarbeitungseinheit 8, die verwendet
wird, um Positionsinformation hinzuzufügen, werden für die achte
UND-Verarbeitungseinheit 16 verwendet, wodurch Information über β 2 gewonnen
wird.
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Wenn β 2 im Voraus
unter der Bedingung von β 1
detektiert wird, und das Beitragsverhältnis von β 2 zu der ersten Schicht 900a studiert
wird, kann die Korrektur während
dem Detektieren von Beta-Strahlung realisiert werden. Dies kann
geschehen, wenn die achte UND-Verarbeitungseinheit 16 verwendet
wird, wie in den 22 und 23 gezeigt.
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Um
die Komponenten zu gewinnen, die andere sind als β 2, kann
ein Signalverarbeitungsschritt wie im Folgenden beschrieben, verwendet
werden. Dies erfolgt durch Verwenden der Ausgangssignale von der
ersten UND-Verarbeitungseinheit 6 über die erste inverse Verarbeitungseinheit 11 und
von der zweiten Verarbeitungseinheit 7 für die sechste UND-Verarbeitungseinheit 14,
und dann durch Verwenden der Ausgangssignale von der sechsten Verarbeitungseinheit 14 und
der ersten ODER-Verarbeitungseinheit 18, die verwendet
wird, um Positionsinformation hinzuzufügen, für die vierte UND-Verarbeitungseinheit 10.
Folglich können
Ausgangssignale gewonnen werden, in denen Gamma-Strahlen vorherrschen
und die β 2
Komponenten ausgeschlossen sind.
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Entsprechend
erzeugt die dritte UND-Verarbeitungseinheit 9 Ausgangssignale,
in denen β 2
ausgeschlossen ist und β 1
vorherrschende Positionsinformation ist, die vierte UND-Verarbeitungseinheit 10 erzeugt
Ausgangssignale, in denen β 2
ausgeschlossen ist und γ vorherr schende
Positionsinformation ist, und die achte UND-Verarbeitungseinheit 16 erzeugt
Ausgangssignale, in denen β 2
vorherrschende Positionsinformation ist.
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Entsprechend
kann eine Gleichung (2) wie im Folgenden gezeigt, hergeleitet werden,
wenn die Attributsverhältnis
berechnet wird, indem die oben beschriebenen Ausgangssignale verwendet
werden. A(B) = A(β1) – c1·A(γ) – c2·A(β2) (2)
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A(β1) stellt
hier das Detektionsergebnis der dritten UND-Verarbeitungseinheit 9 dar,
A(γ) stellt das
Detektionsergebnis der vierten UND-Verarbeitungseinheit 10 dar,
A(β2) stellt
das Detektionsergebnis der achten UND-Verarbeitungseinheit 16 dar,
c1 stellt das Effizienzverhältnis
von γ der
ersten Schicht und der zweiten Schicht dar, c2 stellt das Effizienzverhältnis von β2 der ersten
Schicht und der zweiten Schicht dar. Die Gleichung (2) kann genaue
A(β) herleiten.
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Wenn
Detektionsobjekte α-Strahlen,
Neutronenstrahlen und dergleichen unter γ-Hintergrund enthalten, kann
auch ein Signalverarbeitungsschritt wie in den 22 und 23 gezeigt,
verwendet werden.
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Bezüglich der
Fünften
UND-Verarbeitungseinheit 12 und der sechsten UND-Verarbeitungseinheit,
können
Anschlüsse
davon mit der ersten inversen Verarbeitungseinheit 11 verbunden
werden, und die zweite inverse Verarbeitungseinheit 13 kann
alternativ mit „WAHR" gekoppelt werden.
Ferner können
die siebente UND-Verarbeitungseinheit 15 und die achte
UND-Verarbeitungseinheit 16 weggelassen werden. Diese Änderungen
können
in Abhängigkeit von
dem Objekt, das zu detektieren ist, und dem Hintergrund gemacht
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Strahlungsdetektor geschaffen, der in der Lage
ist Strahlung in einem großen
Bereich zu detektieren. Ferner wird ein Strahlungsdetektor geschaffen,
der in der Lage ist eine zweidimensionale Detektion durchzuführen während Daten
von der Hintergrundstrahlung korrigiert und kompensiert werden.
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Die
vorangegangene Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann auf diesem Gebiet versteht,
dass die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen implementiert werden
kann, ohne den Schutzbe reich der Ansprüche zu verlassen. Entsprechend
ist die Offenbarung der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft
und schränkt
den Schutzbereich der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert,
nicht ein. Folglich kann die vorliegende Erfindung in verschiedener
Art und Weise innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche verkörpert werden.