JP2001013251A - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING INCIDENCE DIRECTION OF gamma RAY FROM TRACE IMAGE OF BOUNCING ELECTRON BY MSGC - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING INCIDENCE DIRECTION OF gamma RAY FROM TRACE IMAGE OF BOUNCING ELECTRON BY MSGC

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JP2001013251A
JP2001013251A JP11187831A JP18783199A JP2001013251A JP 2001013251 A JP2001013251 A JP 2001013251A JP 11187831 A JP11187831 A JP 11187831A JP 18783199 A JP18783199 A JP 18783199A JP 2001013251 A JP2001013251 A JP 2001013251A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a method and device for determining the incidence direction of γ rays from the trace image of recoil electrons by an MSGC for rapidly and securely determining the incidence direction of γ rays without using any collimators. SOLUTION: The device is provided with a drift electrode 11 that becomes a window, a gas package 12, a long drift region 15 with a plurality of field wires 13, a capillary plate 14, an MSGC 16, and a data collection system 20. Gas in a detection region is ionized by bouncing electrons in the gas package 12, and the electrons drift along a drift electric field being adjusted so that they are vertical to a detection surface, reach the capillary plate 14 that is an intermediate amplifier, and are subjected to gas amplification. Further, the amplified electrons drift to the MSGC 16 and generate a signal by a two-dimensional electrode, and a position is recorded at each high-speed time by the data collection system 20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MSGC(マイク
ロストリップガスチャンバー)による反跳電子の軌跡映
像からのγ線入射方向決定方法及びその装置に関するも
のである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method and an apparatus for determining a gamma ray incident direction from a trajectory image of recoil electrons by an MSGC (microstrip gas chamber).

【0002】[0002]

【従来の技術】γ線(ここでのγ線は、100keV〜
1MeV程度のものを指す)は、最もエネルギーの高い
電磁波であり、光と同様、非常に直進性が高く、X線以
上に物質の透過性に優れているため、物体内の透過、さ
らにはγ線を発生する同位体の原子核を用いることによ
り、生体内の物質の移動を見るトレーサとして、化学、
生物、医療、薬学を始めとする多くの分野で使用されて
いる。
2. Description of the Related Art γ-rays (here, γ-rays
Is about 1 MeV), which is the most energetic electromagnetic wave, has very high rectilinearity like light, and has excellent permeability of a substance more than X-rays. The use of isotope nuclei that generate X-rays allows chemicals,
It is used in many fields, including biology, medicine, and pharmacy.

【0003】特に、医学分野への利用においては、現
在、癌、腫瘍など多数の診断にγ線による画像診断が利
用されている。適用される臓器も脳、心臓、肺、肝臓、
循環器、骨などほとんどの分野で広く使用されている。
多くは140keVあたりのガンマ線を出す放射性同位
体を使用し、それらのガンマ線をコリメータにより検出
できる方向を限定したガンマ線検出器で捉え、画像を得
るようにしている。
[0003] In particular, for use in the medical field, gamma-ray image diagnosis is currently used for many diagnoses such as cancer and tumor. The applicable organs are brain, heart, lung, liver,
It is widely used in most fields such as cardiovascular and bone.
Most use radioisotopes that emit gamma rays around 140 keV, and capture those gamma rays with a gamma ray detector that limits the direction in which the collimator can detect the gamma rays to obtain an image.

【0004】また、生物、工業利用でもγ線を用いた調
査が試みられている。
[0004] Investigations using γ-rays have also been attempted for biological and industrial uses.

【0005】一方、核反応を利用する原子力では、γ線
は危険であることから遮蔽されなければならないが、γ
線を探すことにより汚染を調査することができる。
On the other hand, in nuclear power utilizing nuclear reactions, gamma rays must be shielded because they are dangerous.
The contamination can be investigated by looking for the line.

【0006】このように、エネルギー領域のγ線は現在
の最先端技術に不可欠なものであり、その検出方法の改
善、向上は科学のみならず産業にも大きな影響があると
いえる。
As described above, γ-rays in the energy range are indispensable to the current state-of-the-art technology, and it can be said that improvement and improvement of the detection method have a great effect not only on science but also on industry.

【0007】γ線の検出が必要な分野では、その検出目
的により、そのエネルギーを求め、γ線を放射した物質
を決定するスペクトル分析、およびその発生源の方向、
さらにはγ線によるイメージの検出が必要である。前者
は各種のシンチレーション結晶などが開発され多くの装
置が使用されている。
[0007] In a field that requires the detection of γ-rays, the energy of the γ-rays is determined according to the purpose of the detection, and the spectrum analysis for determining the substance that has emitted the γ-rays,
Further, it is necessary to detect an image by γ-rays. For the former, various scintillation crystals and the like have been developed and many devices have been used.

【0008】一方、γ線は光やX線のような反射、屈折
現象がなく光学的な手法を適用できないため、画像をと
ることは殆ど不可能であった。
On the other hand, since γ-rays do not have reflection and refraction phenomena like light and X-rays and cannot be applied to an optical method, it is almost impossible to take an image.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の医学分野におけるγ線の利用に際しては、その
位置分解能がコリメータのサイズで決まり、さらにコリ
メータ自身がバックグラウンドのガンマ線を作ってしま
いノイズを増やしてしまう。そのため画像というより影
が見える程度の検出となってしまい、3次元的な像も得
ることはほとんど不可能であった。また、実際的な問題
として、診断にはコリメータに入るごく一部のγ線しか
使用できない為、全体の像をとるためにはどうしても強
い線量が必要となり、結果として患者の被爆量を増やし
ていた。
However, in the above-mentioned use of γ-rays in the conventional medical field, the positional resolution is determined by the size of the collimator, and the collimator itself generates gamma rays in the background to increase noise. Would. For this reason, the detection is such that a shadow is seen rather than an image, and it is almost impossible to obtain a three-dimensional image. Also, as a practical matter, only a small part of the gamma rays entering the collimator can be used for diagnosis, so a strong dose was absolutely necessary to take the whole image, resulting in an increase in patient exposure. .

【0010】また、最近、他の検査では発見できないご
く初期の癌の早期発見の決め手として、PET(Pos
itron Emission Tomograph)
を用いた方法がでてきた。PETは、陽電子・電子消滅
から同時発生する2γ線を捉えることにより、数ミリと
いう高い位置分解能と3次元像が得られる優れた検出器
である。ただ、装置が非常に高価であり、特殊な同位体
を作る為の加速器も必要となり、全国に20台程度しか
ないのが現実である。
[0010] Recently, PET (Pos) has been considered as a decisive factor in the early detection of very early cancers that cannot be detected by other tests.
itron Emission Tomography
A method using is now available. PET is an excellent detector that can obtain a high positional resolution of several millimeters and a three-dimensional image by capturing 2γ rays generated simultaneously from positron / electron annihilation. However, the equipment is very expensive, and an accelerator for producing a special isotope is also required, and there are only about 20 nationwide.

【0011】これとは別に、二重コンプトン効果を用い
たγ線入射方向決定方法もあるが、やはり効率が非常に
悪い。これについては、ここでは説明を割愛する。
[0011] Apart from this, there is also a method of determining the gamma ray incident direction using the double Compton effect, but the efficiency is still very poor. This is not described here.

【0012】上記したように、コリメータを用いずにγ
線の到来方向を検出できれば、これまでとは比較になら
ない程の高効率で高精度なγ線方向検出器ができる。こ
こで対象となっている100keV〜1MeV程度のγ
線が通常の物質と起こす相互作用は、主に光電効果とコ
ンプトン効果である。いずれもこの作用の結果として物
質中で反跳電子が発生する。この反跳電子の方向は、入
射γ線の方向に対してある確率分布を持っており、ま
た、そのエネルギーは光電効果では一定、コンプトン効
果では反跳角に応じたものを持つ。
As described above, without using a collimator, γ
If the direction of arrival of a line can be detected, a highly efficient and highly accurate gamma-ray direction detector can be produced, which is incomparable to conventional methods. Here, the target γ of about 100 keV to 1 MeV
The interactions that lines cause with ordinary substances are mainly the photoelectric effect and the Compton effect. In each case, recoil electrons are generated in the substance as a result of this action. The direction of this recoil electron has a certain probability distribution with respect to the direction of the incident γ-ray, and its energy is constant in the photoelectric effect and has the energy corresponding to the recoil angle in the Compton effect.

【0013】表1はそれぞれの効果における反跳電子の
散乱角とエネルギーについてまとめたものである。
Table 1 summarizes the scattering angle and energy of recoil electrons in each effect.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】この表により、物質中で入射γ線が生じさ
せた反跳電子の方向、及びエネルギーを測定できれば、
数イベントのγ線だけでその入射方向を決定できること
が分かる。
According to this table, if the direction and energy of recoil electrons generated by incident gamma rays in a substance can be measured,
It can be seen that the incident direction can be determined only by gamma rays of several events.

【0016】本発明は、上記状況に鑑みて、コリメータ
を用いること無しに、迅速、確実にγ線入射方向を決定
することができるMSGCによる反跳電子の軌跡映像か
らのγ線入射方向決定方法及びその装置を提供すること
を目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention provides a method of determining a gamma ray incident direction from a recoil electron trajectory image by MSGC, which can quickly and reliably determine a gamma ray incident direction without using a collimator. And an apparatus therefor.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕MSGCによる反跳電子の軌跡映像からのγ線入
射方向決定方法において、反跳電子を生じさせた物理素
過程の識別を行い、光電効果による入射γ線の入射方向
の候補の推定を行い、コンプトン効果による入射γ線の
入射方向の候補の推定を行い、複数事象の反跳電子観測
によるγ線の入射方向の決定を行うようにしたものであ
る。
According to the present invention, there is provided a method for determining a gamma ray incident direction from a trajectory image of recoil electrons by MSGC. The elementary process is identified, the candidate of the incident direction of the incident γ-ray is estimated by the photoelectric effect, the candidate of the incident direction of the incident γ-ray is estimated by the Compton effect, and the γ-ray is estimated by the recoil electron observation of multiple events. The incident direction is determined.

【0018】〔2〕MSGCによる反跳電子の軌跡映像
からのγ線入射方向決定装置において、窓となるドリフ
ト電極と、ガスパッケージと、複数のフィールドワイヤ
を有する長いドリフト領域と、キャピラリープレート
と、MSGCと、データ収集システムとを備え、前記ガ
スパッケージ中の反跳電子により検出領域中のガスを電
離させ、このうち電子は検出面に垂直になるよう調整さ
れたドリフト電場に沿ってドリフトし、中間増幅器であ
る前記キャピラリプレートに到達し、ガス増幅され、さ
らに増幅された電子を前記MSGCへドリフトし、2次
元の電極で信号を発生し、これが前記データ収集システ
ムによって高速時間毎に位置が記録されるようにしたも
のである。
[2] In the apparatus for determining the γ-ray incident direction from the trajectory image of recoil electrons by MSGC, a drift electrode serving as a window, a gas package, a long drift region having a plurality of field wires, a capillary plate, MSGC and a data collection system, wherein the recoil electrons in the gas package ionize the gas in the detection area, wherein the electrons drift along a drift electric field adjusted to be perpendicular to the detection surface; Reaching the capillary plate, which is an intermediate amplifier, gas-amplified, and further drifts the amplified electrons to the MSGC and generates a signal at a two-dimensional electrode, which is recorded at a high-speed time by the data collection system. It is made to be done.

【0019】〔3〕MSGCによる反跳電子の軌跡映像
からのγ線入射方向決定装置において、窓となるドリフ
ト電極と、ガスパッケージと、複数のフィールドワイヤ
を有する長いドリフト領域と、この長いドリフト領域の
脇に配置される光検出器と、キャピラリープレートと、
MSGCと、データ収集システムとを備え、前記ガスパ
ッケージ中の反跳電子は検出領域中のガスを電離させ、
γ線がガス中で光電/コンプトン効果を起こした瞬時の
時間を決定するために、前記光検出器で電離気体が発生
する光を捉えるとともに、前記電子は検出面に垂直にな
るよう調整されたドリフト電場に沿ってドリフトさせ、
中間増幅器である前記キャピラリプレートに到達し、ガ
ス増幅され、さらに増幅された電子をMSGCへドリフ
トし、2次元の電極で信号を発生し、これが前記データ
収集システムによって高速時間毎に位置が記録されるよ
うにしたものである。
[3] In the apparatus for determining the γ-ray incident direction from the trajectory image of recoil electrons by MSGC, a drift electrode serving as a window, a gas package, a long drift region having a plurality of field wires, and the long drift region A photodetector and a capillary plate placed beside
MSGC and a data collection system, wherein the recoil electrons in the gas package ionize the gas in the detection area,
In order to determine the instantaneous time at which the gamma ray caused the photoelectric / Compton effect in the gas, the photodetector captured the light generated by the ionized gas and the electrons were adjusted to be perpendicular to the detection surface. Drift along the drift electric field,
Reaching the capillary plate, which is an intermediate amplifier, gas-amplified, and further drifts the amplified electrons to the MSGC, and generates a signal at a two-dimensional electrode, which is recorded at a high-speed time by the data acquisition system. That's what I did.

【0020】〔4〕上記〔2〕又は〔3〕記載のMSG
Cによる反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装
置において、ガスパッケージはXeをベースとするガス
で満たされるようにしたものである。
[4] MSG according to the above [2] or [3]
In the apparatus for determining the γ-ray incident direction from the image of the trajectory of recoil electrons by C, the gas package is filled with a gas based on Xe.

【0021】〔5〕上記〔4〕記載のMSGCによる反
跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置におい
て、ガスパッケージはXeの圧力を調整可能にするよう
にしたものである。
[5] In the apparatus for determining a γ-ray incident direction from a trajectory image of recoil electrons by MSGC described in [4], the gas package is capable of adjusting the pressure of Xe.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0023】従来の検出器では、物質中でγ線が発生さ
せる数10keV〜数100keV程度のエネルギーの
反跳電子の飛跡を捉え、その方向、エネルギーを決定す
ることは、不可能であった。しかし、近年本願発明者の
グループで実用化しつつある2次元マイクロストリップ
ガスチャンバー(MSGC)、及びMSGC用パイプラ
インデータ処理回路を用いることによって、これが可能
になると考えられる。なお、ここでは、このMSGCの
説明については省略する。必要であれば、特開平10−
300856号、特許公報第2843319号等を参
照。
With a conventional detector, it has been impossible to determine the direction and energy of a recoil electron with energy of about several tens keV to several hundred keV generated by γ-rays in a substance. However, it is thought that this can be achieved by using a two-dimensional microstrip gas chamber (MSGC) and a pipeline data processing circuit for MSGC, which have recently been put to practical use by the group of the present inventors. Here, description of the MSGC is omitted. If necessary, refer to
See 300856, Patent Publication No. 2843319, and the like.

【0024】図1は本発明の時間情報を用いた荷電粒子
軌跡の二次元読み出しの原理を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of two-dimensional reading of a charged particle trajectory using time information according to the present invention.

【0025】この図において、1はMSGC、2はドリ
フト電極、3はドリフト電場(E電界)、4はガス雰囲
気、5は検出器、6は検出器による検出信号、7は電子
雲である。
In this figure, 1 is an MSGC, 2 is a drift electrode, 3 is a drift electric field (E electric field), 4 is a gas atmosphere, 5 is a detector, 6 is a detection signal by the detector, and 7 is an electron cloud.

【0026】この図に示すように、MSGC1は、検出
領域のガス雰囲気4中で生じた電子雲7を、ドリフト電
場3により電極までドリフトさせ、さらにガス増幅を行
うことにより位置検出を行っている。ここで、電子雲7
が高速荷電粒子により生じた線状のものである場合、そ
の形状を維持したまま電子雲7は電極へドリフトしてい
き、電子雲7の形に応じた位置において信号6が次々に
現れることになる。
As shown in this figure, the MSGC 1 performs position detection by drifting an electron cloud 7 generated in a gas atmosphere 4 in a detection area to an electrode by a drift electric field 3 and further performing gas amplification. . Here, the electron cloud 7
Is a linear one generated by fast charged particles, the electron cloud 7 drifts to the electrode while maintaining its shape, and the signal 6 appears one after another at a position corresponding to the shape of the electron cloud 7. Become.

【0027】すなわち、従来のMSGCと高速データ収
集システムにおいて、信号の位置と検出時間を連続的に
記録することにより、最初の高速荷電粒子の3次元的な
軌跡が得られるのである。
That is, in the conventional MSGC and the high-speed data acquisition system, the three-dimensional trajectory of the first high-speed charged particle can be obtained by continuously recording the signal position and the detection time.

【0028】似たような方法で荷電粒子の3次元軌跡を
捉える方法は、高エネルギー物理学の分野で数MeV以
上の粒子を観察するために用いられている(Time
Projection Chamber:TPC)が、
MSGCでは飛跡が数mm程度の低エネルギーの電子
(数十keV)でも精度良く観測することができる。
A method of capturing the three-dimensional trajectory of a charged particle by a similar method is used in the field of high energy physics to observe particles of several MeV or more (Time).
Projection Chamber: TPC)
In MSGC, even a low energy electron (several tens keV) whose track is about several mm can be observed with high accuracy.

【0029】また、軌跡の長さ(もしくはMSGCで検
出できるデポジットエネルギー)から反跳電子のエネル
ギーが分かる。これらの情報から、元のγ線の入射方向
を得るためには、以下のステップを施す必要がある。
Further, the energy of the recoil electrons can be determined from the length of the trajectory (or the deposit energy that can be detected by MSGC). The following steps need to be performed to obtain the original incident direction of γ-rays from these information.

【0030】(1)反跳電子を生じさせた物理素過程の
識別 前述したように、1MeV以下のγ線に起因する反跳電
子が生じるプロセスには、光電効果とコンプトン効果の
2つがある。光電効果では、入射するγ線のエネルギー
inを全て吸収するために、反跳電子の運動エネルギー
out は、電子の運動方向に依らず一定値Ein−Wに限
定されることになる。ここで、Wは光電効果により出て
くる電子の束縛エネルギーである。
(1) Identification of Physical Elementary Process that Generated Recoil Electrons As described above, there are two processes of generating recoil electrons caused by γ rays of 1 MeV or less, the photoelectric effect and the Compton effect. In the photoelectric effect, in order to absorb all the energy E in the γ rays entering, the kinetic energy E out of recoil electrons will be limited to a constant value E in -W regardless of the electron motion direction. Here, W is the binding energy of electrons generated by the photoelectric effect.

【0031】一方、コンプトン効果は、光子と電子の準
弾性散乱と考えられ、反跳電子の運動エネルギーは散乱
方向に依存するが、このエネルギーは光電効果によるも
のよりも小さい。
On the other hand, the Compton effect is considered to be quasi-elastic scattering of photons and electrons, and the kinetic energy of recoil electrons depends on the scattering direction, but this energy is smaller than that due to the photoelectric effect.

【0032】そこで、この二つの素過程の識別には、反
跳電子のエネルギーを用いればよいといえる。検出すべ
きγ線は、ある一定の核種から出ているものとすると、
そのエネルギーは既知であるため、光電効果による電子
エネルギーは必ず一定の値となる。つまり、このエネル
ギーより低いものが観測されれば、コンプトン効果であ
る。
Therefore, it can be said that the energy of recoil electrons should be used for discriminating the two elementary processes. Assuming that the gamma rays to be detected come from a certain nuclide,
Since the energy is known, the electron energy due to the photoelectric effect always has a constant value. In other words, if anything lower than this energy is observed, it is Compton effect.

【0033】(2)入射γ線の入射方向の候補の推定
(光電効果の場合) 光電効果により生じる電子の散乱角による微分断面積
は、入射γ線と散乱電子の角度をθとすると、 dφ∝{sin2 θ/(1−βcosθ)4 }dθ …(1) となることが知られている。ここで、βは反跳電子の初
速と光速の比である。入射γ線のエネルギーが電子質量
(511keV)に対し充分小さい場合は、入射γ線と
ほぼ垂直方向に光電子が放射されるが、入射エネルギー
が高くなるに従い、相対論的効果により電子の射出方向
が前方に偏ってくる。
(2) Estimation of Candidates of Incident Gamma-Ray Incident Direction (In the Case of Photoelectric Effect) The differential cross section of the scattering angle of electrons generated by the photoelectric effect is given by dφ, where θ is the angle between the incident γ-ray and the scattered electrons. It is known that ∝ {sin 2 θ / (1−β cos θ) 4 } d θ (1) Here, β is the ratio between the initial speed and the light speed of the recoil electrons. When the energy of the incident γ-ray is sufficiently small with respect to the electron mass (511 keV), photoelectrons are emitted in a direction substantially perpendicular to the incident γ-ray. However, as the incident energy becomes higher, the emission direction of the electron becomes larger due to the relativistic effect. It is biased forward.

【0034】50keV〜800keVのいくつかのエ
ネルギーにおける電子の発生方向を図2に示した。
FIG. 2 shows the direction of electron generation at several energies from 50 keV to 800 keV.

【0035】この散乱電子の方位角分布は、入射γ線の
偏光の度合いに依存するが、偏光がないものと仮定する
と、方位角方向の分布は全く同じである。
The azimuthal distribution of the scattered electrons depends on the degree of polarization of the incident γ-ray, but assuming that there is no polarization, the distribution in the azimuthal direction is exactly the same.

【0036】そのため、図3に示すように、観測された
反跳電子の軌跡より、図2に対応する円錐上の方向(正
確には、円錐を中心とするある確率分布)が、γ線の入
射方向の候補となる。なお、図3において、8は電子ト
ラック、9は入射γ線候補円錐である。
Therefore, as shown in FIG. 3, the direction on the cone corresponding to FIG. 2 (accurately, a certain probability distribution centered on the cone) corresponding to FIG. It becomes a candidate for the incident direction. In FIG. 3, 8 is an electron track, and 9 is an incident γ-ray candidate cone.

【0037】(3)入射γ線の入射方向の候補の推定
(コンプトン効果の場合) 反跳電子の軌跡がコンプトン効果によるものである場
合、エネルギーEinのγ線の入射方向と反跳電子のなす
角度θ、及び電子のエネルギーEout の関係式は、以下
のようになる。
(3) Estimation of Candidates of Incident γ-ray Incident Direction (Compton Effect) When the trajectory of the recoil electron is due to the Compton effect, the incident direction of the γ-ray having energy E in and the recoil electron The relational expression between the formed angle θ and the electron energy E out is as follows.

【0038】 {(1/Ein−Eout )−(1/Ein)}=(1/mc2 )(1−cosθ) …(2) ここで、mc2 は、電子の静止質量である。すなわち、
入射γ線と反跳電子のエネルギーが分かれば、この式は
θについて解くことができ、反跳電子の軌跡を軸とし
た、角度θ方向の円錐上(図3参照)がγ線の入射方向
の候補となる。
{(1 / E in -E out )-(1 / E in )} = (1 / mc 2 ) (1-cos θ) (2) where mc 2 is the rest mass of the electron. . That is,
If the energy of the incident γ-ray and the recoil electron is known, this equation can be solved for θ, and the cone of the trajectory of the recoil electron in the direction of the angle θ (see FIG. 3) indicates the incident direction of the γ-ray. Candidate.

【0039】(4)複数事象の反跳電子観測によるγ線
の入射方向の決定 上記の方法により、単独の反跳電子の観測から、その元
となるγ線の到来方向について空間上に大きな制限を与
えることができるため、同一方向から到来する複数のγ
線入射に起因する反跳電子を観測すれば、それぞれから
求められるγ線入射方向の候補の重なりから、入射方向
を決定することができる。円錐の重なりにより、入射方
向を一意的に決定する場合は、最低限3イベントのγ線
入射が必要である。また、複数の方向よりγ線が到来し
ている場合についても、観測された反跳電子より計算さ
れる円錐の重ね合わせを計算機上で処理していくことに
より、入射方向の決定は可能である(図4参照)。な
お、図4において、Aは複数の事象から求められるγ線
入射方向、Bは一つの反跳電子から求められるγ線入射
方向の候補である。
(4) Determining the incident direction of γ-rays by observing recoil electrons of a plurality of events According to the above method, the observation direction of a single recoil electron greatly restricts the arrival direction of the original γ-ray in space. , A plurality of γs coming from the same direction
By observing recoil electrons caused by the line incidence, the direction of incidence can be determined from the overlap of candidates for the γ-ray incidence direction obtained from each. When the incident direction is uniquely determined by the overlap of the cones, at least three events of γ-ray incidence are required. Also, in the case where γ-rays arrive from a plurality of directions, it is possible to determine the incident direction by processing the superposition of cones calculated from the observed recoil electrons on a computer. (See FIG. 4). In FIG. 4, A is a γ-ray incident direction obtained from a plurality of events, and B is a γ-ray incident direction candidate obtained from one recoil electron.

【0040】この方法によれば、γ線を捉えるためのコ
リメータは不要となり、また大きな検出領域を持つ検出
器が使えるため、線源に対する検出器の立体角が飛躍的
に大きくなり、高効率γ線方向検出器が実現できるもの
と考えられる。
According to this method, a collimator for capturing γ-rays is not required, and a detector having a large detection area can be used. It is considered that a line direction detector can be realized.

【0041】次に、具体的な実施例の説明を行う。Next, a specific embodiment will be described.

【0042】γ線の方向検出器としては、検出器から比
較的離れた線源を調べる場合と、近接したものを調べる
場合が考えられる。
As the γ-ray direction detector, there are a case where a source relatively far from the detector is checked and a case where a source close to the detector is checked.

【0043】前者は、検出器に対する入射γ線の方向の
みを調べるもので、放射線の安全管理分野(放射線の洩
れ検出や放射性廃棄物の放射化部位の調査)に非常に有
用であると考えられる。
The former examines only the direction of incident γ-rays with respect to the detector, and is considered to be very useful in the field of radiation safety management (detection of radiation leakage and investigation of radioactive waste activation sites). .

【0044】また、後者は、線源に対する検出器の立体
角が大きくなることから、低容量の放射性物質の空間的
な位置を特定できることが期待でき、医療用の放射性ト
レーサと組み合わせて利用することで、これまでに比べ
てはるかに扱いやすく危険性の少ない診療を高精度で実
施することが可能になると考えられる。
In the latter, since the solid angle of the detector with respect to the radiation source becomes large, it can be expected that the spatial position of a low-capacity radioactive substance can be specified, and the latter should be used in combination with a radioactive tracer for medical use. Thus, it is considered that medical treatment that is much easier to handle and less dangerous than before can be performed with high accuracy.

【0045】この遠距離用と近距離用のγ線方向検出器
の実施例は、若干異なるので、それぞれについて説明す
る。
The embodiments of the γ-ray direction detector for the long distance and the short distance are slightly different from each other.

【0046】図5は本発明の第1実施例を示すMSGC
による反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置
の模式図であり、遠距離用検出器の構造を示している。
FIG. 5 shows an MSGC showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a device for determining a direction of incidence of γ-rays from a trajectory image of recoil electrons according to FIG.

【0047】この図において、10はγ線到来方向検出
装置、11はドリフト電極(窓)、12はガスパッケー
ジ、12Aはガスパッケージ側壁、13はフィールドワ
イヤ(電場構造線)、14はキャピラリープレート、1
5は長いドリフト領域、16はMSGC、20はデータ
収集システムである。
In this figure, 10 is a gamma ray arrival direction detecting device, 11 is a drift electrode (window), 12 is a gas package, 12A is a gas package side wall, 13 is a field wire (electric field structure line), 14 is a capillary plate, 1
5 is a long drift region, 16 is an MSGC, and 20 is a data acquisition system.

【0048】ここでは、中間増幅器(キャピラリプレー
ト)付MSGCに、長いドリフト領域15を設ける。こ
の長いドリフト領域15は電場の直線性が重視されるた
め、ドリフト電場を補正するためのフィールドワイヤ
(電場調整用電極)13を周囲に張る。このγ線到来方
向検出装置10内部は、Xeをベースとするガスで満た
すことにより、γ線に対する検出効率を上げている。な
お、フィールドワイヤ13はガスパッケージ側壁12A
に張りめぐらされる。つまり、ガスパッケージの内部は
空洞となり、γ線を受け入れることになる。
Here, a long drift region 15 is provided in the MSGC with an intermediate amplifier (capillary plate). Since the long drift region 15 emphasizes the linearity of the electric field, a field wire (electrode for adjusting electric field) 13 for correcting the drift electric field is provided around the long drift region 15. The inside of the γ-ray arrival direction detecting device 10 is filled with a gas based on Xe to increase the detection efficiency for γ-rays. The field wire 13 is connected to the gas package side wall 12A.
It is stretched around. That is, the inside of the gas package becomes hollow, and accepts γ-rays.

【0049】また、このガスを封入している部分は圧力
容器になっており、検出するγ線のエネルギーや効率な
どの必要性に応じて、内部のガス圧を上げることができ
るようになっている。反跳電子は検出領域中のガスを電
離させ、このうち電子は検出面に垂直になるよう調整さ
れたドリフト電場に沿ってドリフトし、中間増幅器であ
るキャピラリプレート14に到達し、ガス増幅される。
The portion in which the gas is sealed is a pressure vessel, and the internal gas pressure can be increased according to the necessity of the energy and efficiency of the γ-ray to be detected. I have. The recoil electrons ionize the gas in the detection region, and the electrons drift along a drift electric field adjusted to be perpendicular to the detection surface, reach the capillary plate 14 as an intermediate amplifier, and are gas-amplified. .

【0050】さらに増幅された電子はMSGC16へド
リフトし、200μ間隔に配置された2次元の電極で信
号を発生し、これがデータ収集システム20によって5
0〜100n秒毎に位置が記録される。キセノンガス中
で1気圧・室温における電子のドリフト速度は、電場が
300V/cmの場合で約2cm/μ秒であるから、こ
の場合であれば、50n秒毎のデータ収集によって検出
器の深さ方向に対し1mmの間隔で反跳電子の軌跡の3
次元構造に対応するデータが得られることになる。
Further, the amplified electrons drift to the MSGC 16 and generate signals at two-dimensional electrodes arranged at 200 μ intervals.
The position is recorded every 0 to 100 nsec. The drift speed of electrons at 1 atmosphere and room temperature in xenon gas is about 2 cm / μsec when the electric field is 300 V / cm. In this case, the depth of the detector is determined by collecting data every 50 nsec. Of the recoil electron trajectory at 1 mm intervals in the direction
Data corresponding to the dimensional structure is obtained.

【0051】ここで、留意すべきことは、このような長
いドリフト領域15を持つMSGCの場合は、電極近傍
で起こる電子なだれによってできる正イオンがドリフト
層に流れ、絶縁体からなるガスパッケージ側壁12Aに
付着しチャージアップを起こし電場を歪めてしまう特性
があるので、MSGC16の上に設置したキャピラリー
プレート14により、下部でできた正イオンは全てキャ
ピラリープレート14の電極で吸収することにより、こ
の影響を無くすことができる。そのため、本発明の装置
は、長時間、強い放射線環境においても電場を歪めてし
まうことはなく、正確なγ線入射方向の測定を行うこと
ができる。
Here, it should be noted that, in the case of the MSGC having such a long drift region 15, positive ions generated by avalanches of electrons generated near the electrodes flow into the drift layer, and the gas package side walls 12A made of an insulator. This has the property of adhering to the surface and causing charge-up and distorting the electric field. Therefore, the capillary plate 14 placed on the MSGC 16 absorbs all the positive ions formed in the lower part by the electrodes of the capillary plate 14, thereby reducing this effect. Can be eliminated. Therefore, the device of the present invention does not distort the electric field even in a strong radiation environment for a long time, and can accurately measure the γ-ray incident direction.

【0052】図6は本発明の第2実施例を示すMSGC
による反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置
の模式図であり、近距離用検出器の構造を示している。
FIG. 6 shows an MSGC according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a device for determining a direction of incidence of γ-rays from a trajectory image of recoil electrons according to FIG.

【0053】近距離用のγ線方向検出器では、反跳電子
の3次元像を得る時に、それが検出器中どの位置(深
さ)で生じたかということも必要な情報となる。この情
報はドリフト電子が発生する時間、つまりγ線の到来時
間とドリフト電子がMSGC16に到達した時間差から
求められる。
In the γ-ray direction detector for the short distance, when obtaining a three-dimensional image of the recoil electrons, it is necessary information that the position (depth) in the detector at which the three-dimensional image occurred. This information is obtained from the time when the drift electrons are generated, that is, the difference between the arrival time of the γ-rays and the time when the drift electrons reach the MSGC 16.

【0054】そこで、近距離用の検出器の構造は、遠距
離用のものに加えて、γ線がガス中で光電/コンプトン
効果を起こした瞬時の時間を決定するために、電離気体
が発生する光(シンチレーション)を捉えるための高速
の光検出器17(光電子の像倍管など1光子を数ナノ秒
の精度で捉えられる検出器)をドリフト領域脇に配置す
る。この光検出器17から生じたトリガ信号も、データ
収集システム20へ送られる。それ以外の構成は第1実
施例と同様であるので、ここでは説明を省略する。
Therefore, the structure of the detector for the short distance, in addition to the detector for the long distance, determines the instant when the γ-ray causes the photoelectric / Compton effect in the gas. A high-speed photodetector 17 (a detector capable of capturing one photon with an accuracy of several nanoseconds, such as a photomultiplier tube) for capturing light (scintillation) is arranged beside the drift region. The trigger signal generated from the photodetector 17 is also sent to the data collection system 20. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted here.

【0055】さらに、遠距離、近距離に共通して、1M
eV近いγ線を観測する場合のエネルギーを測定するた
めに、必要に応じて検出領域に磁場を与えられる構造に
しておく場合もある。
Further, 1M is commonly used for long distance and short distance.
In order to measure the energy when observing a γ-ray near eV, the structure may be such that a magnetic field can be applied to the detection region as needed.

【0056】図7は本発明の実施例を示すMSGC用デ
ータ収集システムのブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram of an MSGC data collection system according to an embodiment of the present invention.

【0057】この図において、MSGC用データ収集シ
ステム20は、エンコーダシステム21、メモリモジュ
ール22、クロック23、カウンタ(タイムスタンプ)
24、コンピュータシステム25を有する。なお、16
はMSGC、17は光検出器、26はトリガ信号であ
る。
In this figure, an MSGC data collection system 20 includes an encoder system 21, a memory module 22, a clock 23, and a counter (time stamp).
24, a computer system 25. Note that 16
Is an MSGC, 17 is a photodetector, and 26 is a trigger signal.

【0058】図7に示すように、基本的にはこれまでの
イメージング用の高速データ収集システムと同じ構造で
あるが、軌跡の3次元構造を捉えるための時間記録の高
精度化を実現している。すなわち、従来の2次元のスト
リップ型検出器で2次元座標を得る場合、このような光
速に近い速さの粒子が作るトラックは一つの事象となっ
てしまい、従来のゲートを空けてその間にヒットしたス
トリップの位置を記録する方法では捉えることが不可能
であった。それを解決する方法として、位置方向のスト
リップをパッドとよぶピクセルの列として各ピクセルに
回路を取り付け、そのヒットしたパッドと、残りの方向
のストリップのヒット、およびその時間を記録すること
でこのトラックの各ストリップでの粒子トラックの3次
元的位置を捉え、トラック全体を捉えることが初めて可
能となった。これがTPC(Time Project
ion Chamber)である。他にもパッドを使わ
ず一方向のストリップの両端からアナログ信号を読み、
粒子のトラックのそのストリップ上での位置を得るJE
T−Chamberという方法などがある。TPCの場
合は回路が面積に比例して増加してしまう。また、JE
T−Chamberの場合は位置分解能が悪く多くのア
ナログ信号を変換するADC回路が必要となってしま
う。
As shown in FIG. 7, the structure is basically the same as that of the conventional high-speed data acquisition system for imaging. However, it is possible to improve the accuracy of time recording for capturing the three-dimensional structure of the trajectory. I have. In other words, when two-dimensional coordinates are obtained with a conventional two-dimensional strip-type detector, a track created by such a particle having a speed close to the speed of light is one event. It was not possible to capture the position of the strip by recording it. A solution to this problem is to attach a circuit to each pixel as a row of pixels called a strip in the direction of position, and record the hit pad, the hit of the strip in the remaining direction, and the time of this track. For the first time, it was possible to capture the three-dimensional position of the particle track in each strip and capture the entire track. This is TPC (Time Project)
ion Chamber). Read analog signals from both ends of the strip in one direction without using other pads,
JE to get the position of a particle track on its strip
There is a method called T-Chamber. In the case of TPC, the circuit increases in proportion to the area. Also, JE
In the case of T-Chamber, the position resolution is poor and an ADC circuit for converting many analog signals is required.

【0059】本発明のイメージング用の高速データ収集
システム20は各ストリップからの信号を高速のクロッ
ク23で同期を取る。つまり、一つのクロック23内の
各ストリップのヒットが一事象となる。普通粒子トラッ
クからドリフトしてくる電子は、マイクロ秒程度のバラ
ツキを持ってくるので、10MHz程度のクロック23
を用いてデータを取ると一つのトラックで10点程度の
点の連続した点のデータとして簡単にトラックが記録さ
れる。このシステムは、検出器の面積ではなく周囲長、
つまり面積の平方根でしか増加せず、また一切アナログ
処理を必要としないため、小型で大量の事象の処理が可
能となる。すなわち、これまでのデータ収集システムで
は、データ収集は10MHzクロックで行っており、時
間記録は最高10クロック毎(1μ秒分解能)であった
のに対し、本発明のイメージング用の高速データ収集シ
ステム20では、各クロック23毎の時間が記録され
る。さらに、近距離用のシステムに、光検出器17から
のトリガ信号26のタイミングもデータとして記録でき
る。
The high-speed data acquisition system 20 for imaging of the present invention synchronizes signals from each strip with a high-speed clock 23. That is, a hit of each strip in one clock 23 becomes one event. An electron drifting from a normal particle track has a variation of about microsecond, so that a clock 23 of about 10 MHz is used.
When the data is obtained by using, the track is easily recorded as data of about 10 continuous points in one track. The system measures the perimeter rather than the detector area,
That is, since it increases only by the square root of the area and does not require any analog processing, it is possible to process a large number of events in a small size. That is, in the conventional data collection system, data collection is performed with a 10 MHz clock and time recording is performed at a maximum of every 10 clocks (1 μsec resolution), whereas the high-speed data collection system 20 for imaging of the present invention is used. Then, the time for each clock 23 is recorded. Further, the timing of the trigger signal 26 from the photodetector 17 can be recorded as data in the short distance system.

【0060】データ収集システム20に取り込まれたデ
ータは、直接コンピュータシステム25に取り込むこと
ができ、ここから入射γ線の方向を計算することにな
る。反跳電子の空間上の軌跡からその射出方向、また長
さからそのエネルギーを測定することができる。エネル
ギーについては、1MeV近くの高いエネルギーのγ線
入射の場合、多くの反跳電子軌跡が検出器内で収まらな
くなる可能性があるため、この場合には検出領域に磁場
をかけて、電子の軌跡が曲がる曲率を観測することによ
り反跳電子のエネルギーが得られる。これらの値が得ら
れれば、後は上記したように、数イベントの軌跡から入
射γ線の方向を決定することができる。
The data captured by the data collection system 20 can be directly captured by the computer system 25, from which the direction of the incident gamma ray is calculated. The direction of emission from the locus of the recoil electrons in space and the energy from the length can be measured. Regarding the energy, in the case of high energy γ-ray incidence near 1 MeV, there is a possibility that many recoil electron trajectories may not fit in the detector. In this case, a magnetic field is applied to the detection area, and electron trajectories are applied. By observing the curvature at which the is bent, the energy of the recoil electrons can be obtained. Once these values are obtained, the direction of the incident γ-ray can be determined from the trajectories of several events as described above.

【0061】近距離用のものについては、検出器の中の
軌跡の生じた位置の違いを用いて、三角測量と同様な手
法により線源までの距離も特定できる。また、遠距離の
線源を観測する場合でも、複数の検出器を用いることに
より、同様に三角測量法で線源の空間的位置を捉えるこ
とができる。これらの計算は、現在のコンピュータを用
いればほぼ瞬時にできるものと考えられ、γ線の入射方
向をリアルタイムに記録、表示することも可能である。
In the case of a short-distance object, the distance to the radiation source can be specified by a method similar to triangulation using the difference in the position of the locus in the detector. Even when observing a long-distance source, the spatial position of the source can be similarly detected by triangulation using a plurality of detectors. It is considered that these calculations can be performed almost instantly using a current computer, and it is also possible to record and display the incident direction of γ-rays in real time.

【0062】次に、動作試験の結果について述べる。Next, the results of the operation test will be described.

【0063】構造的には従来のMSGCと共通すること
が多いため、従来のMSGCを用いて基本的な現象は観
測されている。
Since the structure is often common with the conventional MSGC, a basic phenomenon has been observed using the conventional MSGC.

【0064】図8にMSGCに何も入射させずに10秒
間動作させた時に得られた像を示す。
FIG. 8 shows an image obtained when the apparatus is operated for 10 seconds without incident on the MSGC.

【0065】一般に地上においては、1cm2 当たり1
-2 個程度、μ粒子が降り注いでいるが、この図に、
その軌跡と見られるものがはっきり観測されている。現
在のデータ収集システムでは、得られた点列の時間並び
を正確に記録することはできないが、ここでは、データ
収集は10MHzクロックで行っているために、それぞ
れの点は100n秒毎に得られている(図8におけるC
参照)と考えられる。
Generally, on the ground, 1 cm 2
About 0 -2 μ particles are pouring down.
What can be seen as its trajectory is clearly observed. The current data collection system cannot accurately record the time sequence of the obtained point sequence, but here, since the data collection is performed with a 10 MHz clock, each point is obtained every 100 nsec. (C in FIG. 8)
See).

【0066】ここで、宇宙線起源のμ粒子が通過するこ
とにより生じる電離電子の密度よりは、γ線による反跳
電子が生じる電子密度の方がはるかに大きいため、少な
くともμ粒子の軌跡が見えているということは、γ線の
反跳電子も同様に容易に観測できるであろうことを示し
ている。
Here, since the electron density at which recoil electrons generated by γ-rays are much higher than the density of ionized electrons generated by the passage of μ-particles originating from cosmic rays, at least the trajectory of the μ-particles can be seen. This indicates that recoil electrons of γ-rays will be easily observable as well.

【0067】このMSGCは、ドリフト領域の厚さが5
mm程度であり、ここにかけていた電場が約200V/
cm、データ収集が100n秒、ガス組成がキセノン7
0%:エタン30%であったことから、このドリフト領
域を突き抜けたμ粒子の軌跡が5〜6個の点列となって
現れている。これは、MSGCがTPCとして動作して
いる証拠であり、荷電粒子の軌跡が、深さ方向に1mm
単位で得られ、3次元的な粒子の軌跡が記録されている
ことを示している。
This MSGC has a drift region thickness of 5
mm, and the electric field applied here is about 200 V /
cm, data collection 100 ns, gas composition xenon 7
0%: Ethane was 30%, so that the trajectory of the μ-particles penetrating this drift region appears as a sequence of 5 to 6 points. This is evidence that the MSGC is operating as a TPC, and the trajectory of the charged particle is 1 mm in the depth direction.
This indicates that the three-dimensional particle trajectory is recorded in units.

【0068】このように、本発明の装置は、前述したP
ET以上の3次元的位置分解能をこのエネルギー領域の
シングルγ線発生源に対して得ることができ、2πステ
ラジアン(2π str:ほぼ半球の領域)という大き
な立体角を有する。また、コリメータを必要としないの
で、バックグラウンドも激減する。そのため、例えば医
療分野の利用に際しては患者の被爆を従来の100分の
1以下にしながらPET以上の位置分解能、時間分解能
をシングルガンマ線源で得ることができる。
As described above, the apparatus according to the present invention uses the P
A three-dimensional position resolution higher than ET can be obtained for a single γ-ray source in this energy region, and has a large solid angle of 2π steradian (2π str: a substantially hemispherical region). Also, since no collimator is required, the background is greatly reduced. Therefore, for example, when used in the medical field, a single gamma ray source can obtain a position resolution and a time resolution higher than PET while reducing the exposure of the patient to 1/100 or less of that of the conventional art.

【0069】また、2ガンマ線崩壊に対する検出に対し
ても、この装置は500keVからのコンプトン散乱で
出てくる反跳電子(ほとんどは200keV以下であ
り、この装置で完全に捉えられる)を捉えることで、同
様の精度で位置を検出することができる。医学利用の場
合、ガンマ線のエネルギーが既知であるため、前で述べ
たように電子の方向とエネルギーのみからガンマ線の方
向が求められる。つまり、1ガンマ線のみの検出でよ
い。また、大立体角のため検出効率は同じく数百倍改善
される。より感度を上げたい場合は、ノイズを落とすた
めに、検出器の反対側に同時計測用のシンチレータの板
検出器(ピクセルにする必要はない)を置き、同時計測
およびエネルギー測定で2ガンマ線事象ということを同
定できる。
Also, for the detection of 2 gamma ray decay, this device can capture recoil electrons (mostly 200 keV or less, which are completely captured by this device) generated by Compton scattering from 500 keV. The position can be detected with the same accuracy. In the case of medical use, since the energy of the gamma ray is known, the direction of the gamma ray is obtained only from the direction and the energy of the electron as described above. That is, detection of only one gamma ray is sufficient. In addition, the detection efficiency is also improved several hundred times because of the large solid angle. If you want to increase the sensitivity, place a scintillator plate detector (not necessary to be a pixel) on the opposite side of the detector to reduce noise, and call 2 gamma ray events in simultaneous measurement and energy measurement. Can be identified.

【0070】このように、従来のガンマ線診断の概念を
一新させX線CTに近い能力が得られる。
As described above, the concept of the conventional gamma ray diagnosis is renewed, and a capability close to X-ray CT is obtained.

【0071】次に、生物・工業利用について述べる。Next, biological and industrial use will be described.

【0072】この分野の利用においては、医学利用と同
じように同位体を用いたトレーサの流れをリアルタイム
でしかも検出器よりもずっと大きな離れたものの中の移
動をリアルタイムで診ることができる。例えば、反応炉
の中の反応の場所、進み具合、拡散具合など、物質量が
ガンマ線をある程度透過できるものは大抵、トレーサの
動きを捉えられる。
In this field of use, it is possible to examine the flow of an isotope-based tracer in real time, as in medical use, and in real time the movement in a remote object much larger than the detector. For example, a substance whose amount of a substance can transmit a certain amount of gamma rays, such as the location of a reaction in a reactor, the degree of progress, the degree of diffusion, etc., can usually capture the movement of the tracer.

【0073】また、この検出器はガンマ線の角度を得る
ものであり、検出器に近い程位置分解能があがる。その
ため生物、薬学、医学で使用される小動物では線源と検
出器との距離を小さくすることができ、そのため位置分
解能があがり、小動物に対しても部位の位置決定が可能
となる。
This detector obtains the angle of a gamma ray, and the closer the detector is, the higher the position resolution. Therefore, in a small animal used in biology, pharmacy, and medicine, the distance between the radiation source and the detector can be reduced, so that the positional resolution is increased, and the position of a part can be determined for the small animal.

【0074】さらに、原子力関連では、作業前の広範囲
な汚染状況の確認、作業後の人体全体の被爆の確認な
ど、従来サーベメータで全領域をチェックする以外方法
がなく、時間がかかり信頼度も低かったものが、大幅に
質、時間の両面で改善される。
Furthermore, in the nuclear power field, there is no method other than checking the entire area using a conventional surveyor, such as checking the state of contamination over a wide area before work and checking the exposure of the entire human body after work, and it is time-consuming and has low reliability. Is greatly improved in both quality and time.

【0075】なお、本発明は、電極間隔が1mm以下に
配置された2次元ガス比例係数装置にも適用可能であ
る。
The present invention is also applicable to a two-dimensional gas proportional coefficient device in which the distance between the electrodes is 1 mm or less.

【0076】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0078】(1)コリメータを用いることなしに、迅
速、確実にγ線入射方向を決定することができる。
(1) The γ-ray incident direction can be quickly and reliably determined without using a collimator.

【0079】(2)γ線の入射方向をリアルタイムに記
録、表示することも可能である。
(2) It is also possible to record and display the incident direction of the γ-ray in real time.

【0080】(3)キセノンガスを充満することによ
り、γ線に対する検出効率を上げることができる。
(3) By filling the gas with xenon gas, the detection efficiency for γ-rays can be increased.

【0081】(4)キセノンガスの圧力を調整すること
により、γ線に対する検出効率をより向上させることが
できる。
(4) By adjusting the pressure of the xenon gas, the detection efficiency for γ-rays can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の時間情報を用いた荷電粒子軌跡の二次
元読み出しの原理を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of two-dimensional reading of a charged particle trajectory using time information according to the present invention.

【図2】本発明の光電効果による反跳電子の発生方向を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a direction in which recoil electrons are generated by the photoelectric effect of the present invention.

【図3】本発明の反跳電子軌跡より求まる入射γ線方向
の候補を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing candidates for the incident γ-ray direction obtained from the recoil electron trajectory of the present invention.

【図4】本発明の円錐で表される空間上の方向を平面に
置き換えた図である。
FIG. 4 is a diagram in which a direction in space represented by a cone of the present invention is replaced with a plane.

【図5】本発明の第1実施例を示す遠距離γ線方向検出
用MSGCの模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a long-distance γ-ray direction detecting MSGC showing the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2実施例を示す近距離γ線方向検出
用MSGCの模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of a short-range γ-ray direction detecting MSGC showing a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例を示すMSGC用データ収集シ
ステムのブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram of a data collection system for MSGC showing an embodiment of the present invention.

【図8】本発明のγ線方向検出用MSGCで捉えたミュ
ーオンの軌跡を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a trajectory of muons captured by the MSGC for gamma ray direction detection of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,16 MSGC 2,11 ドリフト電極(窓) 3 ドリフト電場(E電界) 4 ガス雰囲気 5 検出器 6 検出器による検出信号 7 電子雲 8 電子トラック 9 入射γ線候補円錐 A 複数の事象から求められるγ線入射方向 B 1つの反跳電子から求められるγ線入射方向の候
補 10 γ線到来方向検出装置 12 ガスパッケージ 13 フィールドワイヤ(ガスパッケージの側壁に張
りめぐらされる電場構造線) 14 キャピラリープレート 15 長いドリフト領域 17 光検出器 20 データ収集システム 21 エンコーダシステム 22 メモリモジュール 23 クロック 24 カウンタ(タイムスタンプ) 25 コンピュータシステム 26 トリガ信号
1,16 MSGC 2,11 Drift electrode (window) 3 Drift electric field (E electric field) 4 Gas atmosphere 5 Detector 6 Detected signal by detector 7 Electron cloud 8 Electron track 9 Incident gamma ray candidate cone A Obtained from multiple events γ-ray incident direction B Candidate of γ-ray incident direction obtained from one recoil electron 10 γ-ray arrival direction detector 12 Gas package 13 Field wire (electric field structure line stretched on side wall of gas package) 14 Capillary plate 15 Long Drift area 17 Photodetector 20 Data acquisition system 21 Encoder system 22 Memory module 23 Clock 24 Counter (time stamp) 25 Computer system 26 Trigger signal

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Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 MSGCによる反跳電子の軌跡映像から
のγ線入射方向決定方法において、(a)反跳電子を生
じさせた物理素過程の識別を行い、(b)光電効果によ
る入射γ線の入射方向の候補の推定を行い、(c)コン
プトン効果による入射γ線の入射方向の候補の推定を行
い、(d)複数事象の反跳電子観測によるγ線の入射方
向の決定を行うことを特徴とするMSGCによる反跳電
子の軌跡映像からのγ線入射方向決定方法。
1. A method of determining a gamma ray incident direction from a trajectory image of recoil electrons by MSGC, (a) identifying a physical elementary process that caused recoil electrons, and (b) incident gamma rays by a photoelectric effect. (C) Estimate the candidate of the incident direction of the incident γ-ray by the Compton effect, and (d) Determine the incident direction of the γ-ray by the recoil electron observation of a plurality of events. A method of determining a gamma ray incident direction from a trajectory image of recoil electrons by MSGC.
【請求項2】 MSGCによる反跳電子の軌跡映像から
のγ線入射方向決定装置において、(a)窓となるドリ
フト電極と、(b)ガスパッケージと、(c)複数のフ
ィールドワイヤを有する長いドリフト領域と、(d)キ
ャピラリープレートと、(e)MSGCと、(f)デー
タ収集システムとを備え、(g)前記ガスパッケージ中
の反跳電子により検出領域中のガスを電離させ、このう
ち電子は検出面に垂直になるよう調整されたドリフト電
場に沿ってドリフトし、中間増幅器である前記キャピラ
リプレートに到達し、ガス増幅され、さらに増幅された
電子を前記MSGCへドリフトし、2次元の電極で信号
を発生し、これが前記データ収集システムによって高速
時間毎に位置が記録されることを特徴とするMSGCに
よる反跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置。
2. An apparatus for determining a gamma ray incident direction from a locus image of recoil electrons by MSGC, wherein (a) a drift electrode serving as a window, (b) a gas package, and (c) a long electrode having a plurality of field wires. A drift region, (d) a capillary plate, (e) MSGC, and (f) a data collection system, and (g) ionizing the gas in the detection region by recoil electrons in the gas package. The electrons drift along a drift electric field adjusted to be perpendicular to the detection surface, reach the capillary plate, which is an intermediate amplifier, are gas-amplified, and further drift the amplified electrons to the MSGC, and have a two-dimensional structure. A signal is generated at the electrode, and the position is recorded at every high-speed time by the data collection system. γ-ray incident direction determining device from the image.
【請求項3】 MSGCによる反跳電子の軌跡映像から
のγ線入射方向決定装置において、(a)窓となるドリ
フト電極と、(b)ガスパッケージと、(c)複数のフ
ィールドワイヤを有する長いドリフト領域と、(d)該
長いドリフト領域の脇に配置される光検出器と、(e)
キャピラリープレートと、(f)MSGCと、(g)デ
ータ収集システムとを備え、(h)前記ガスパッケージ
中の反跳電子は検出領域中のガスを電離させ、γ線がガ
ス中で光電/コンプトン効果を起こした瞬時の時間を決
定するために、前記光検出器で電離気体が発生する光を
捉えるとともに、前記電子は検出面に垂直になるよう調
整されたドリフト電場に沿ってドリフトさせ、中間増幅
器である前記キャピラリプレートに到達し、ガス増幅さ
れ、さらに増幅された電子をMSGCへドリフトし、2
次元の電極で信号を発生し、これが前記データ収集シス
テムによって高速時間毎に位置が記録されることを特徴
とするMSGCによる反跳電子の軌跡映像からのγ線入
射方向決定装置。
3. An apparatus for determining a direction of incidence of γ-rays from a trajectory image of recoil electrons by MSGC, wherein (a) a drift electrode serving as a window, (b) a gas package, and (c) a long electrode having a plurality of field wires. A drift region; (d) a photodetector located beside the long drift region; and (e)
A capillary plate, (f) MSGC, and (g) a data collection system, (h) the recoil electrons in the gas package ionize the gas in the detection area, and γ-rays generate photoelectric / Compton in the gas. In order to determine the instantaneous time at which the effect occurred, the photodetector captures light generated by the ionized gas, and the electrons drift along a drift electric field adjusted to be perpendicular to the detection surface. The gas reaches the capillary plate, which is an amplifier, and is gas-amplified.
A device for determining a direction of incidence of γ-rays from a trajectory image of recoiled electrons by MSGC, wherein a signal is generated by a two-dimensional electrode, and the position is recorded at every high-speed time by the data acquisition system.
【請求項4】 請求項2又は3記載のMSGCによる反
跳電子の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置におい
て、ガスパッケージはXeをベースとするガスで満たさ
れることを特徴とするMSGCによる反跳電子の軌跡映
像からのγ線入射方向決定装置。
4. The apparatus according to claim 2, wherein the gas package is filled with a gas based on Xe, wherein the gas package is filled with a gas based on Xe. A gamma ray incident direction determination device from the image of the trajectory of the jumping electrons.
【請求項5】 請求項4記載のMSGCによる反跳電子
の軌跡映像からのγ線入射方向決定装置において、ガス
パッケージはXeの圧力を調整可能にしてなることを特
徴とするMSGCによる反跳電子の軌跡映像からのγ線
入射方向決定装置。
5. The apparatus for determining a direction of incidence of γ-rays from a locus image of recoil electrons by MSGC according to claim 4, wherein the gas package is capable of adjusting the pressure of Xe. Γ-ray incident direction determination device from trajectory images
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005114387A (en) * 2003-10-03 2005-04-28 Japan Atom Energy Res Inst Method of analyzing nuclide highly sensitively by concurrent counting measurement with one radiation detector
JP2005532567A (en) * 2002-07-11 2005-10-27 ザ ユニバーシティ オブ アルバータ, ザ ユニバーシティ オブ ブリティッシュ コロンビア, カールトン ユニバーシティ, サイモン フレイザー ユニバーシティ, アンド ザ ユニバーシティ オブ High resolution 3D position detector for gamma rays
JP2008232971A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Hitachi Medical Corp Nuclear medicine diagnostic apparatus and photon measuring device
JP2008544249A (en) * 2005-06-16 2008-12-04 インテグレイテッド センサーズ、 エルエルシー Ionizing photon radiation detector using plasma panel
JP2008546999A (en) * 2005-06-20 2008-12-25 インテグレイテッド センサーズ、 エルエルシー Ionizing radiation detector based on plasma panel and its application equipment
WO2015119065A1 (en) 2014-02-04 2015-08-13 Canon Kabushiki Kaisha Charged particle detecting device and gamma camera
JP2017067604A (en) * 2015-09-30 2017-04-06 大日本印刷株式会社 Nuclear medical imaging device
US9885675B2 (en) 2015-05-20 2018-02-06 Canon Kabushiki Kaisha Ionizing radiation detection apparatus
EP3358373A4 (en) * 2015-09-30 2019-06-05 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Nuclear medicine examination device and nuclear medicine examination method
CN112558136A (en) * 2019-09-10 2021-03-26 南京邮电大学 Processing method for three-dimensional detection of collision of strong laser pulse and high-energy electrons

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6780649B2 (en) 2015-09-30 2020-11-04 大日本印刷株式会社 Radiation imaging device
JP6319523B2 (en) 2015-10-08 2018-05-09 大日本印刷株式会社 Detection element

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS625194A (en) * 1985-06-30 1987-01-12 Shimadzu Corp Radiation position detector
JPS62203079A (en) * 1986-02-28 1987-09-07 Shimadzu Corp Radiation position detector
JPS62225984A (en) * 1986-03-27 1987-10-03 Shimadzu Corp Radiation position detector
JPH09508750A (en) * 1994-11-25 1997-09-02 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシエルシュ シアンティフィック Ionizing radiation detector with proportional microcounter
JPH10300856A (en) * 1997-04-30 1998-11-13 Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan Imaging microstrip gas chamber
JP2001508935A (en) * 1997-10-22 2001-07-03 ヨーロピアン オーガナイゼイション フォー ニュークリア リサーチ Very high performance radiation detector and parallax-free planar celestial X-ray imaging apparatus including such radiation detector
JP2001516454A (en) * 1997-03-14 2001-09-25 ブリマン、ダグラス Gamma ray detector

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS625194A (en) * 1985-06-30 1987-01-12 Shimadzu Corp Radiation position detector
JPS62203079A (en) * 1986-02-28 1987-09-07 Shimadzu Corp Radiation position detector
JPS62225984A (en) * 1986-03-27 1987-10-03 Shimadzu Corp Radiation position detector
JPH09508750A (en) * 1994-11-25 1997-09-02 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシエルシュ シアンティフィック Ionizing radiation detector with proportional microcounter
JP2001516454A (en) * 1997-03-14 2001-09-25 ブリマン、ダグラス Gamma ray detector
JPH10300856A (en) * 1997-04-30 1998-11-13 Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan Imaging microstrip gas chamber
JP2001508935A (en) * 1997-10-22 2001-07-03 ヨーロピアン オーガナイゼイション フォー ニュークリア リサーチ Very high performance radiation detector and parallax-free planar celestial X-ray imaging apparatus including such radiation detector

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005532567A (en) * 2002-07-11 2005-10-27 ザ ユニバーシティ オブ アルバータ, ザ ユニバーシティ オブ ブリティッシュ コロンビア, カールトン ユニバーシティ, サイモン フレイザー ユニバーシティ, アンド ザ ユニバーシティ オブ High resolution 3D position detector for gamma rays
JP4676759B2 (en) * 2002-07-11 2011-04-27 アドバンスト アプライド フィジクス ソリューションズ,インコーポレイテッド Method and detector for determining the three-dimensional position of a gamma ray interaction
JP2005114387A (en) * 2003-10-03 2005-04-28 Japan Atom Energy Res Inst Method of analyzing nuclide highly sensitively by concurrent counting measurement with one radiation detector
JP2008544249A (en) * 2005-06-16 2008-12-04 インテグレイテッド センサーズ、 エルエルシー Ionizing photon radiation detector using plasma panel
JP2008546999A (en) * 2005-06-20 2008-12-25 インテグレイテッド センサーズ、 エルエルシー Ionizing radiation detector based on plasma panel and its application equipment
JP2008232971A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Hitachi Medical Corp Nuclear medicine diagnostic apparatus and photon measuring device
WO2015119065A1 (en) 2014-02-04 2015-08-13 Canon Kabushiki Kaisha Charged particle detecting device and gamma camera
US9885675B2 (en) 2015-05-20 2018-02-06 Canon Kabushiki Kaisha Ionizing radiation detection apparatus
JP2017067604A (en) * 2015-09-30 2017-04-06 大日本印刷株式会社 Nuclear medical imaging device
EP3358373A4 (en) * 2015-09-30 2019-06-05 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Nuclear medicine examination device and nuclear medicine examination method
EP4235222A3 (en) * 2015-09-30 2023-09-13 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Nuclear medicine examination device and nuclear medicine examination method
CN112558136A (en) * 2019-09-10 2021-03-26 南京邮电大学 Processing method for three-dimensional detection of collision of strong laser pulse and high-energy electrons

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