JP2003536080A

JP2003536080A - 放射線検出装置及び方法

Info

Publication number: JP2003536080A
Application number: JP2002502475A
Authority: JP
Inventors: フランケ、トム; ペスコフ、ウラジミール
Original assignee: エックスカウンターアーベー
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2003-12-02
Also published as: AU6288001A; AU2001262880B2; SE0002080D0; EP1287385A1; KR100806067B1; CA2410495A1; CN100350271C; SE0002080L; CN1433520A; KR20030014675A; US6731065B1; WO2001094981A1; SE518801C2

Abstract

(57)【要約】本発明は放射線検出装置に関する。この装置は、入射放射線に依存する形で光電子を放出するのに適したフォトカソード（８）と、放射線ビーム（１）が放射線入射口を通って装置に入射可能であるとともに、見通し角で前記フォトカソードに衝突可能とすべく配置された放射線入射口（３３）と、フォトカソードから放出された光電子をアバランシェ増幅させるのに適した電子アバランシェ増幅器（２１，２７，２９，５３）と、増幅器からのアバランシェ増幅された電子を検出するのに適した読み出し機構（２７，２９）とを有する。本発明はさらに、この装置に対応する形の電離放射線を検出する方法と、前記検出装置を有し、平面状ビームＸ線撮影に用いる機構に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は放射線を検出する装置及び方法一般に関する。本発明は、例えば、医療用放射線学、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、顕微鏡
法、非破壊試験を含む種々の分野に使用可能である。

【０００２】気体検出器は一般的に、約１０ｋｅＶよりも低い光子エネルギーでは非常に魅
力的である。気体検出器の主たる利点は、固体検出器に較べて安価に製造できる
ことと、気体増幅を利用して大幅に（数桁のオーダーで）信号振幅を増幅させ得
ることである。しかしながら、１０ｋｅＶを超えるエネルギーでは、気体検出器
は、気体の阻止能が光子エネルギーの増大とともに急激に低下する点でその利点
が低減する。この結果空間分解能が大きく悪化するが、この悪化は、多くの場合
には多様である放射線が入射する際のビームの変換ポイントに視差の誤差が生じ
ることと、Ｘ線吸収の結果生成される所謂長い飛程の電子の飛跡が延びることと
に起因する。

【０００３】空間分解能は平面状ビームＸ線撮影に使用される気体検出器により改善可能で
あり、この気体検出器においては、光子と気体原子との間の相互作用により放出
された電子を入射放射線にちょうど直交する方向に引き抜くことができる。その
ような類の検出器は、本願出願者が本発明と同時係属中で、１９９８年１０月１
９日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＳＥ９８／０１８７３の「平面状ビームＸ線撮
影の方法及び装置と放射線検出器」に記載されている。

【０００４】光子と気体原子との間の相互作用を利用するこのような検出器は、比較的奥行
きのある構造とする必要があり、さらに加圧気体を備える必要がある。またこの
検出器は、入射放射線との相互作用、及び加速電子との相互作用（電子増倍中に
）に最適化された気体を使用する必要がある。

【０００５】本発明の目的は電離放射線を検出する装置及び方法を提供することにある。こ
れら装置及び方法はアバランシェ増幅を利用するものであり、これら装置及び方
法によって高い空間分解能が得られる。

【０００６】本発明のさらなる目的は、電離放射線を検出する装置及び方法を提供すること
にあり、これら装置及び方法は高効率であり、高効率であることにより高い信号
対ノイズ比を示す。

【０００７】本発明のさらなる目的は、電離放射線を検出する装置及び方法を提供すること
にあり、これら装置及び方法は高感度であり、高感度であるが故に非常に低いＸ
線束密度でもって使用することが可能となる。

【０００８】本発明のさらなる目的は、電離放射線を検出する装置及び方法を提供すること
にあり、これら装置及び方法は高効率、高速、高精度であり、高信頼性を示し、
操作性が良く、低コストである。

【０００９】本発明のさらなる目的は、電離放射線を検出する装置及び方法を提供すること
にあり、これら装置及び方法においては、検出中に放出される電子を入射放射線
にちょうど直交する方向に引き抜くことができる。これにより、極めて高い空間
分解能を得ることが可能となる。

【００１０】本発明のさらなる目的は、電離放射線を検出する装置及び方法を提供すること
にあり、これら装置及び方法は、性能を劣化させることなく高いＸ線束密度で動
作可能であり、稼働寿命が長い。

【００１１】本発明によるこれらの目的は、添付の請求項において請求する装置及び方法を
用いて達成することができる。検出装置のフォトカソードから放出される電子をアバランシェ増幅させること
により、極めて高感度な装置及び方法を実現可能である。こうして実現した装置
及び方法により、極めて低い線量の放射線を使用することが可能となる上に、十
分に高い信号レベルを得ることができて極めて低いノイズレベルを示す画像を生
成可能である。

【００１２】本発明のさらなる利点は、本発明の検出装置が磁界に対して非常に高い感度を
示すことがないことである。本発明のさらなる利点は、この発明により高感度であってしかも広い領域をカ
バーできる検出装置を低コストで製造及び使用が可能となることである。

【００１３】本発明のさらなる特徴及びその利点は、ここに示される本発明の好適な実施形
態の以下の詳細記述と、図示する添付の図１，２とにより明らかとなる。これら
の記述及び図により本発明が説明されるからといってこれらが本発明を制限する
ものではない。

【００１４】以下の記載においては、説明の目的でかつ限定する目的でなく、特定の寸法及
び材料などの特定の詳細を示して本発明の理解を完全なものとする。しかしなが
ら、本発明がこれらの特定の詳細とは異なる他の実施形態においても実施され得
ることは当業者には明らかであろう。

【００１５】図１は平面状Ｘ線ビーム１の平面に直交する平面で切断したときの断面図にお
ける平面状ビームＸ線撮影用の機構を模式的に示す図であり、これを参照しなが
ら本発明の好適な実施形態について記載する。

【００１６】この配置はＸ線源（図示せず）を有し、このＸ線源は、コリメータ窓５と協同
して平面状で扇形のＸ線ビーム１を生成し、撮影すべき対象物７を照射する。コ
リメータ窓５はＸ線回折ミラー又はＸ線レンズなど、ほぼ平面状となるＸ線ビー
ムを形成し得る他の手段に置き換え得る。

【００１７】対象物７を通過したビームは検出装置９に入射する。Ｘ線ビームに対して位置
合わせしてあり、Ｘ線ビーム１の装置９への入射口とするスリット窓又はコリメ
ータ窓１１が随意に設けられる。入射Ｘ線光子の大部分は検出器９の中で検出さ
れ、検出器９はチャンバー１３，５３と、フォトカソード１７，１８と、アバラ
ンシェカソード２１と、アバランシェアノード２７，２９とを有する。

【００１８】装置９は、Ｘ線ビームをフォトカソード機構１７，１８とアバランシェカソー
ド機構２１との間を横向きに入射させ、フォトカソード機構に見通しの入射角、
すなわち、小さな見通し角αで衝突させるべく配置及び配向される。平面状ビー
ムの厚さｔ、見通し角α及び装置９の奥行きＤ（すなわち、入射放射線の方向の
長さ）の間の関係は、ビーム１がフォトカソード機構の大部分を照射するように
設定することが好ましい。ここで分かり易くするために、図１では平面状ビーム
の厚さ及び見通し角αを誇張して描いている。典型的には、平面ビームの厚さｔ
は約５０〜５００マイクロメートル、見通し角αは約０．５０〜５０ミリラジア
ン、好適には２ミリラジアン未満、さらに好適には０．１〜２ミリラジアンの間
であり、検出装置９の奥行きＤは約１〜１０センチメートルである。見通し角α
を非常に小さい値とすることにより、空間分解能に悪影響を与えることなく高い
変換効率が得られる。

【００１９】フォトカソード機構１７，１８好適には誘電体基板１７と薄いフォトカソード
層１８とを有し、フォトカソード層は厚さが０．００００１〜０．１ミリメート
ルのヨウ化セシウム層、又は有機光変換素子、或いは、他のあらゆる高効率の気
体、液体又は固体光変換素子である。フォトカソード層材料は低い仕事関数を有
し、入射放射線ビーム１に依存する形で光電子を放出可能、すなわち、仕事関数
が放射線ビーム１の光子エネルギーよりも低いことが必要である。

【００２０】また、フォトカソード機構１７，１８はフォトカソード層表面上に保護層（図
１には明示されていない）を有することがあり、保護層は、好適には０．０１〜
１マイクロメートル厚さの例えばヨウ化セシウムである。フォトカソードは一般
的に、それに接触するあらゆる気体であり、時間の経過とともにフォトカソード
の量子効果を劣化させる、微量不純物に対して高感度である。このようにして保
護層がフォトカソード層１８を保護して、フォトカソード層が装置９のチャンバ
ー１３，５３内の気体に直接触れないようにしているが、フォトカソード層表面
から放出された電子のみならず入射放射線も透過させる。また、保護層は次の現
象を防止するのに有利となるように光に対して不透明とする。すなわち、チャン
バー１３，５３には蛍光発光が生じ、この蛍光がフォトカソード層に達して、そ
こでさらに電子を放出させると検出に悪影響を及ぼす。保護層を光に対して不透
明としない場合には、保護層を薄い金属層で覆い、金属層が光に対して不透明と
なり、入射してくる放射線及び電子を透過させることとなる。

【００２１】電極機構１７，１８及び２１は好適には互いにほぼ平行であり、短い距離、例
えば１０マイクロメートル〜１０ミリメートルだけ離間させる。また、装置を使
用している間、フォトカソード１８とアバランシェカソード２１との間に第１の
電圧を印加し、領域１３にドリフト電界を生じさせ、電子を電極２１に向けてド
リフトさせる。

【００２２】チャンバー１３，５３には気体を充填していることが好ましく、気体としては
、例えば二酸化炭素、又は例えばヘリウムとイソブタンとの混合物、或いは、電
子アバランシェ増倍に適した他のあらゆる気体とすることができる。気体は大気
圧であることが好ましいが、大気圧超でも大気圧未満でも良い。このような場合
においては、検出器は放射線を透過させる材料でできたスリット状入射窓を備え
た気体密閉筐体３１を含み、この窓を通してＸ線ビーム１が検出器に入射する。
またここで、気体混合物の組成及び圧力は、気体が入射放射線ビーム１を吸収せ
ず、又は、より少量の入射放射線しか吸収しないように設定するものとする。

【００２３】装置９は、好適には放出光電子がアバランシェカソード機構２１を通過するこ
とにより電子アバランシェ増幅領域に向かってドリフトして入るように構成する
。この構成の装置において、放出光電子は、装置の使用の間にアバランシェカソ
ード機構２１とアバランシェアノード機構２７，２９との間に印加される第２の
電圧により増倍する。アバランシェアノード機構は誘電体基板２９の上に導電性
アノード層２７を有する。

【００２４】第２の電圧は、チャンバー部１３からの光電子がカソード２１を通過し、アノ
ード機構２７，２９に向かって加速され、電子増倍を起し、そして増倍アバラン
シェ電子が機構２７，２９に到達すべく選択される。アバランシェアノード機構
は装置９の読み出し機構も構成することが好ましく、これにより電子アバランシ
ェにより励起されたパルスを検出する。

【００２５】代替の方法として、読み出し機構はアノード機構２７，２９（図１には示さず
）から分離して形成する。読み出し機構２７，２９は、検出したパルスをさらに処理するためにさらに信
号処理装置（図１には示さず）に接続される。異なるＸ線光子による電離作用に
よって生じるパルスは個々に検出可能であり、これにより単一光子の検出が可能
となる。

【００２６】Ｘ線源、コリメータ窓５、構成が任意のコリメータ窓１１、及び検出器９は、
例えば支持体（図１には示さず）などの適切な手段により互いに対して結合及び
固定することが好ましい。

【００２７】次に図２を参照する。図２は図１のＡ−Ａ線に沿った模式的、部分的な拡大断
面図であり、検出器についてさらに説明する。しかしながら、本発明がこのよう
な構成に限定されるものではないことを理解されたい。例えば、他のアバランシ
ェ増幅手段の構成が使用可能であることが、本願と同時係属中の１９９９年４月
１４日出願のスウェーデン特許出願第９９０１３２５−２号の「放射線検出器−
−平面状Ｘ線撮影に用いられる装置及び電離放射線を検出する方法」にさらに詳
細に記載されている。同特許出願は本明細書において参照されることによりそれ
らのすべてが開示に含まれる。ここでさらに、アバランシェ増幅手段は半導体装
置を有する、或いは、液体増幅領域を有することが可能である。

【００２８】従って誘電体４９は、アバランシェカソード２１とアバランシェアノード２７
との間に配置される。この誘電体は図２に示すように、カソード２１を支持する
気体又は固体の基板４９とすることができる。装置の使用の間にアバランシェカ
ソード２１とアバランシェアノード２７との間に印加される第２の電圧は、好適
には気体の充満した複数のアバランシェ増幅領域５３に電界を生じさせる。読み
出し素子２７のうちの一つとフォトカソード層１８との間に生じる電界線が、図
２の参照番号５５により模式的に示される。アバランシェ領域５３は、互いに対
向するアバランシェカソード２１端部の間及び周辺、さらに、アバランシェカソ
ード２１とアバランシェアノード２７との間の領域に形成され、装置の使用の間
、印加電圧により集中電界が生じる。

【００２９】アバランシェ領域５３は、カソード２１中の、及び誘電体基板４９があるので
あれば誘電体基板４９中の開口又はチャネルにより形成される。開口又はチャネ
ルは任意の形状とすることができ、例えば、円形又は正方形の断面とすることが
できる。開口又はチャネルは列状に配列され、各列の開口又はチャネルは複数の
開口又はチャネルを含む。複数の細長い開口又はチャネル、或いは、何列ものチ
ャネルは互いの近くに、互いに又は入射Ｘ線に平行に形成される。代替の方法と
して、開口又はチャネルは他のパターンに配列することができる。

【００３０】導電性アノード層は多くのパッド即ち細片２７を有し、これらのパッド又は細
片は読み出し素子をも構成し、アバランシェ領域５３を形成する開口又はチャネ
ルに対応するように配列される。開口又はチャネルのそれぞれには少なくとも一
つの素子２７を設けることが好ましい。素子２７は基板２９により互いに電気的
に絶縁され、それぞれが別々に信号処理装置（図示せず）に接続される。

【００３１】図２に示すように複数の読み出し素子２７を設けることにより検出器９が完成
する。検出器においては、電子アバランシェは、平面状放射線ビーム１の横方向
に分離される部分による電離作用から主として導き出すことができ、この電子ア
バランシェが別個に検出される。このようにして、装置９による一次元撮影が可
能となる。好適には素子を細長い形状とし、その方向を放射線源に指向させる。
このような場合、放射線源の発散及び放射線源までの有限距離に合わせて素子２
７を扇形に配列することが好ましい。ここで特に、撮影が入射放射線の方向にほ
ぼ垂直な方向に行なわれている際に、このような一次元撮影の空間分解能が非常
に小さな見通し角αにより悪影響を受けないことに注目されたい。

【００３２】本発明の検出装置の幅は好適には所望の用途に適合させる。医療用のＸ線用途
には、幅は典型的には最大５０センチメートルまでであるが、ある特定用途には
、幅は単一の検出素子を有すればよく、約０．１ミリメートルである。

【００３３】動作時においては、図１の検出装置２１は検出したい放射線の通路に配置する
。被検査物から直接放射される入射放射線の光線はコリメータ１１を通過してフ
ォトカソード１８に入射するように一つの通路を進む。一方、被検査物から散乱
されて検出装置に向かう不要な放射線は通常、ある角度でコリメータ面に向かっ
て進むのでコリメータ１１を横切ることができない。

【００３４】フォトカソード層１８に衝突する入射放射線からの光子は電子、所謂光電子を
放出させる。フォトカソードの材料が仕事関数（すなわち、カソード電子の結合
エネルギー）と呼ばれる固有のエネルギーを有し、この仕事関数は入射光の光子
エネルギーよりも低く、電子を非常に容易に放出可能である。また、使用する幾
何学的構成、すなわち、入射放射線が衝突する表面と同じ表面から光電子を放出
させる幾何学的構成により、非常に高い効率を実現することができる。入射放射
線の吸収は貫通深度が大きくなるにつれて指数関数的に減少し、従って、大部分
の電子は放射線が入射する表面近傍で放出され、その表面からフォトカソード層
から離れる方向に出ていくことになる。

【００３５】放出された光電子は光子エネルギーとフォトカソードの仕事関数との差分の運
動エネルギーを有することになり、アバランシェカソード２１（フォトカソード
層１８よりも高い電位に保持される）に向かってドリフトする。アバランシェカ
ソード２１では、光電子がアバランシェカソード２１とアバランシェアノード機
構２７，２９との間の強い集中電界により加速される（アバランシェアノード層
２７はアバランシェカソードよりもずっと高い電位に保持される）。

【００３６】加速された電子は他の物質（例えば、原子、分子など）と領域５９で相互に作
用し、生成すべき電子−イオンペアを生じさせる。これらの生成された電子はま
た電界中で加速され、新しい物質と次々に相互作用して生成すべき電子−イオン
ペアをさらに生じさせる。このプロセスは、電子がアバランシェ領域内をアバラ
ンシェ領域の底部に位置するアノード機構２７，２９に向かって進む間に渡って
継続し、このようにして電子アバランシェが形成される。

【００３７】電子アバランシェは検出装置９の読み出し素子中に電気パルスを生じさせ、こ
の電気パルスは、各読み出し素子が信号処理装置（図示せず）に向かう信号経路
を個々に有するので個々に検出可能である。信号処理装置はパルスを処理し、パ
ルスを成形する場合もあり、その後、各読み出し素子２７からのパルスを積算す
る、又は計数する。

【００３８】上記した実施形態においては、フォトカソード、アノード、カソード及び読み
出し機構の位置及び幾何学的構成について記載した。しかしながら他にも複数の
位置及び幾何学的構成が考えられ、これらは本発明との関連上、どれも同じよう
に適したものとして本発明に採用できるものである。

【００３９】本発明においては、一般的に、各入射Ｘ線光子が一つの（又はそれよりも多く
の）検出電極素子中に一つの誘起パルスを生じさせる。本発明においてはまた、一般的に、電極間に介在する体積空間が薄いので、イ
オンを迅速に除去でき、空間電荷の蓄積を少なくする、又は無くすことができる
。これにより、高速動作が可能となる。距離が短いことにより低動作電圧も可能
となり、スパークを生じさせるエネルギーを小さくし、電子機器にとって好まし
いこととなる。アバランシェ手段に電界線を集束させることも好ましいことであ
り、これによってストリーマーの形成を抑制し、スパークの危険を減らすことが
できる。

【００４０】さらにそのような場合には、蛍光Ｘ線のような不要な放射線を幾何学的に区別
することができ、そのようなことができないときには、空間分解能及び感度を劣
化させてしまう。このような検出動作は、本願と同時係属中の１９９９年４月１
４日出願のスウェーデン特許出願番号９９０１３２６−０の「電離放射線を検出
する方法、平面状ビームＸ線撮影に用いられる放射線検出器及び装置」と、２０
００年２月８日出願のスウェーデン特許出願番号００００３８８−９の「電離放
射線を検出するの検出器及び方法」にさらに詳細に記載されている。これらの出
願がここにおいて参照されることによりそれらのすべてが開示に含まれる。

【００４１】代替の方法として、変換及びドリフトギャップ（ボリューム）中の電界を十分
に高く維持して電子アバランシェを生じさせ、この電子アバランシェを初期増幅
モードにおいて利用することができる。

【００４２】さらなる代替の方法として、少なくともいくつかの場合において、電極機構２
１を省くことができ、層１８と素子２７との間の電界を十分に高く維持して領域
１３及び５３により構成される全ての容積内で電子アバランシェ増幅を生じさせ
ることができる。

【００４３】また、全ての電極表面は抵抗性材料で被覆してもよく、そうすることにより、
測定に影響を与え、検出器の電子機器を破壊に至らしめるスパークを生じさせる
エネルギーを減衰させる。このような抵抗層は、本願とともに係属中の１９９９
年４月１４日出願のスウェーデン特許出願番号９９０１３２７−８の「Ｘ線撮影
に用いられる放射線検出器及び装置」にさらに詳細に記載されている。この出願
がここにおいて参照されることによりそれらのすべてが開示に含まれる。

【００４４】代替の方法として、同じ理由により、全ての電極を半導体材料、例えば、シリ
コンにより作製し、或いは、層１８，２７のみを半導体材料により作製すること
もできる。

【００４５】本発明は複数の方法で変更させることが可能であることは明らかである。例え
ば、記載した電界を生じさせ得る限りにおいて、電圧を他の方法を用いて印加す
ることができる。このような変更は本発明の技術範囲を逸脱するものとは見做さ
れない。当業者にとって明らかな全ての変形は、添付の請求項の範囲に含まれる
ものである。

【００４６】特に、本発明は、放射線がフォトカソードと相互作用して光電子をそこから放
出させる限りにおいて、Ｘ線放射線以外の他の種類の放射線を検出するためにも
適用可能である。従って、例えば、光だけでなくガンマ及びＸ線放射線、粒子放
射線が本発明を用いて検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施形態による平面状ビームを用いたＸ線撮影用
の機構を模式的に示す断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った好適な実施形態の模式的、部分拡大断面
図。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年５月２９日（２００２．５．２９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 47/06 Ｈ０１Ｊ 47/06 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＣ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 2G001 AA01 BA11 CA01 DA01 DA02 DA08 SA02 2G088 EE01 EE02 EE30 FF02 GG03 GG30 JJ04 JJ05 JJ08 JJ09 JJ31 KK32 5C037 GG05 GH05 GH20 5C038 DD02 DD03 DD05 DD12 DD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面を有し、入射放射線に依存して光電子を放出すること
に適したフォトカソード（１８）と、放射線ビーム（１）が放射線入射口を通って装置に入射可能であるとともに、
見通し角の入射で前記フォトカソードに衝突可能とすべく配置された前記放射線
入射口（３３）と、前記フォトカソードの第１面に対向し、かつ、前記フォトカソードから放出さ
れる光電子をアバランシェ増幅させることに適した電子アバランシェ増幅器（２
１，２７，２９，５３）と、アバランシェ増幅された前記増幅器からの電子を検出することに適した読み出
し機構（２７，２９）とからなる放射線を検出する装置において、前記放射線入射口は、前記放射線ビームが前記フォトカソードと前記電子アバ
ランシェ増幅器との間にて前記装置に入射可能であり、かつ、前記フォトカソー
ドの第１面に衝突可能であるように配置されることと、前記フォトカソードは、それに呼応してその第１面から光電子を放出させるこ
とに適することとを特徴とする放射線を検出する装置。
【請求項２】前記フォトカソードは０．００００１〜０．１ミリメートル
の厚さの層である請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項３】前記フォトカソードは前記放射線ビームの光子エネルギーよ
りも低い仕事関数を有する材料からなる請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】前記フォトカソードはヨウ化セシウム又は土類金属から作製
されるか、或いは有機光電変換器である請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】時間の経過とともに前記フォトカソードの量子効果を劣化さ
せる不純物に前記フォトカソードの第１面が接触することから保護すべく、前記
フォトカソードの第１面上に保護層が設けられ、同保護層はさらに前記放射線ビ
ームを透過させ、かつ、フォトカソードの第１面から放出される電子を透過させ
る請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】前記保護層は光を透過させない請求項５に記載の装置。
【請求項７】前記保護層は光を透過させず、かつ薄く、好適には金属から
なる層を備える請求項５に記載の装置。
【請求項８】前記放射線入射口は、前記放射線ビームが前記装置に入射可
能であり、かつ、前記フォトカソードに０．５０〜５０ミリラジアンの間の見通
し角αで衝突可能であるように配置される請求項１〜７のいずれかに記載の装置
。
【請求項９】前記放射線入射口は、前記放射線ビームが前記装置に入射可
能であり、かつ、前記フォトカソードに２ミリラジアン未満、好適には０．１〜
２ミリラジアンの間の見通し角αで衝突可能であるように配置される請求項１〜
７のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】前記放射線入射口は前記放射線ビームを透過させる窓を備
える請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】前記放射線入射口の前面に配置されたコリメータ（１１）
を有する請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】前記電子アバランシェ増幅器はアバランシェ増幅媒体を充
填したアバランシェ増幅領域（５３）のアレイを有する請求項１〜１１のいずれ
かに記載の装置。
【請求項１３】前記アバランシェ増幅媒体は気体又は気体混合物である請
求項１２に記載の装置。
【請求項１４】前記アバランシェ増幅媒体は液体である請求項１２に記載
の装置。
【請求項１５】前記アバランシェ増幅媒体は固体である請求項１２に記載
の装置。
【請求項１６】個々の前記アバランシェ増幅領域（５３）は互いに誘電体
（４９）により分離される請求項１２〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】前記電子アバランシェ増幅器はアバランシェカソード（２
１）とアバランシェアノード（２７，２９）機構とをそれぞれ有する請求項１〜
１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】前記アバランシェカソード（２１）は電子を透過させる請
求項１７に記載の装置。
【請求項１９】前記アバランシェアノード及び読み出し機構は単一の機構
（２７，２９）から構成される請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】前記読み出し機構（２７，２９）は読み出し素子（２７）
のアレイを有する請求項１〜１９に記載の装置。
【請求項２１】前記放射線入射口は平面状放射線ビーム（１）が前記放射
線入射口を通って前記装置に入射可能であるとともに、見通し角で前記フォトカ
ソードに衝突可能であるように配置され、前記読み出し機構（２７，２９）は主
として前記平面状放射線ビームの横方向に分離される部分を吸収することによっ
て得られる複数の電子アバランシェが別個に検出可能であるように配置される、
請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】Ｘ線源と、該Ｘ線源と撮影すべき対象物（７）との間に位
置し略平面をなすＸ線ビーム（１）を形成する手段と、前記対象物を透過し、又
は対象物から反射された平面状Ｘ線ビームを検出すべく配置し、かつ整備した請
求項１〜２１のいずれかに記載の検出器（９）とからなることを特徴とする平面
状ビームＸ線撮影に使用するための機構。
【請求項２３】放射線入射口（３３）と、フォトカソード（１８）と、電
子アバランシェ増幅器（２１，２７，２９，４９，５３）と、読み出し機構（２
７，２９）とからなる検出装置（９）において、見通し角で前記フォトカソードの第１面に放射線ビームを衝突させるべく、前
記放射線ビーム（１）を前記検出装置に前記放射線入射口を通して入射させ、同
放射線ビームの衝突に呼応して前記フォトカソードから光電子を放出させる工程
と、前記フォトカソードから放出された光電子を前記電子アバランシェ増幅器によ
りアバランシェ増幅させる工程と、前記読み出し機構によって前記アバランシェ増幅された電子を検出する工程と
からなる、放射線を検出する方法であって、前記放射線ビームは前記フォトカソードと前記電子アバランシェ増幅器との間
で前記装置に入射することと、アバランシェ増幅された後に続いて検出される光電子は前記フォトカソードの
第１面から放出されることとを特徴とする放射線検出方法。
【請求項２４】前記入射した放射線ビームは前記フォトカソードの仕事関
数よりも高い光子エネルギーを有した光子からなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】前記放射線ビームは前記フォトカソードに０．５０〜５０
ミリラジアンの間の見通し角αで衝突するように入射する請求項２３又は２４に
記載の方法。
【請求項２６】前記放射線ビームは前記フォトカソードに２ミリラジアン
未満、好適には０．１〜２ミリラジアンの間の見通し角αで衝突すべく入射され
る請求項２３又は２４に記載の方法。
【請求項２７】前記フォトカソードはヨウ化セシウム又は土類金属から作
製されるか、或いは有機光電変換器である請求項２３〜２６のいずれかに記載の
装置。
【請求項２８】前記フォトカソードの量子効果を時間の経過とともに劣化
させる不純物との接触から前記フォトカソードの第１面を保護すべく、同フォト
カソードの第１面上に設けられ、放射線及び電子を透過させる保護層に前記放射
線ビームを透過させ、同保護層を前記放出された光電子を透過させる請求項２３
〜２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】前記検出装置内で放出される全ての光の光子は、光を透過
させない層、好適には金属層によって前記フォトカソードに到達しないように阻
止される請求項２３〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】前記光電子は、気体又は気体混合物などの好適には電離可
能な物質であるアバランシェ増幅媒体が充填されたアバランシェ増幅領域（５３
）のアレイの中でアバランシェ増幅される請求項２３〜２９のいずれかに記載の
方法。
【請求項３１】平面状放射線ビーム（１）は見通し角で前記フォトカソー
ドに衝突すべく前記放射線入射口を通って前記装置に入射され、主として前記平
面状放射線ビームの横方向に分離された部分を吸収することによって得られる複
数の電子アバランシェは、前記読み出し機構により別個に検出され、前記読み出
し機構はその目的を達成するために読み出し素子（２７）のアレイを有する請求
項２３〜３０のいずれかに記載の方法。