JP2005098807A - Two-dimensional radiation detector and method of two-dimensional radiation measurement - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線二次元検出器、及び放射線二次元検出法に関する。 The present invention relates to a radiation two-dimensional detector and a radiation two-dimensional detection method.
放射線の入射位置を二次元的に検出する検出器としてはこれまで様々なものが開発されてきており、イメージングプレート(位置分解能50μm)やマイクロストリップガス型検出器(位置分解能100μm)などを例示することができる。このような検出器は医療分野や大型加速器の物理実験分野まで利用されている。しかしながら、上述した従来の検出器では1μm以上の位置分解能しか実現することができず、放射線による非破壊検査の本来の分解能(10keVのX線の波長は約0.1mm)を達成した検出器が未だ実現されていない。 Various detectors for detecting a radiation incident position two-dimensionally have been developed so far, and examples include an imaging plate (position resolution: 50 μm) and a microstrip gas detector (position resolution: 100 μm). be able to. Such detectors are used in the medical field and the physical experiment field of large accelerators. However, the above-described conventional detector can only achieve a position resolution of 1 μm or more, and a detector that achieves the original resolution of non-destructive inspection by radiation (the wavelength of X-ray of 10 keV is about 0.1 mm). It has not been realized yet.
近年、プラスチック飛跡検出器(CR−39)と分子間力顕微鏡(AFM)を組み合わせ、100nmの位置分解能を実現した検出器が開発された。しかしながら、この検出器は被撮像物体を通過した放射線を前記飛跡検出器に感光させ、後に前記分子間力顕微鏡で得られた画像を読出すものである。したがって、位置分解能は高いもののリアルタイムでの撮像は不可能であった。 In recent years, a detector that realizes a positional resolution of 100 nm by combining a plastic track detector (CR-39) and an intermolecular force microscope (AFM) has been developed. However, this detector makes the track detector sensitize the radiation that has passed through the object to be imaged, and reads out an image obtained later by the intermolecular force microscope. Therefore, although the position resolution is high, real-time imaging is impossible.
本発明は、放射線の入射位置を高い位置分解能でリアルタイムで検出することを目的とする。 An object of this invention is to detect the incident position of a radiation in real time with high position resolution.
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定の材料より構成される上部薄膜と、
前記上部薄膜と対向するようにして設けられた下部薄膜と、
前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に設けられた複数の微細温度計と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に接続された熱浴と、
を具えることを特徴とする、メンブレム構造の放射線二次元検出器に関する。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
An upper thin film composed of a predetermined material;
A lower thin film provided to face the upper thin film;
A plurality of micro thermometers provided at a plurality of positions on the upper thin film and the lower thin film;
A heat bath connected to the upper thin film and the lower thin film;
The present invention relates to a two-dimensional radiation detector having a membrane structure.
また、本発明は、
所定の材料より構成される上部薄膜と下部薄膜とを対向させて配置する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜上の複数の位置に微細温度計を配置する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に熱浴を接続する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に対して順次放射線を入射させる工程と、
前記放射線が前記上部薄膜及び前記下部薄膜に入射した際に生成された熱エネルギーが前記熱浴へ向けて拡散する際の温度の時間変化を、前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に配置された前記微細温度計で読取り、それぞれの位置に配置された前記微細温度計の応答性の相異に基づいて、前記放射線の入射位置を同定する工程と、
を具えることを特徴とする、放射線二次元検出法に関する。
The present invention also provides:
A step of arranging an upper thin film and a lower thin film made of a predetermined material to face each other;
Arranging a micro thermometer at a plurality of positions on the upper thin film and the lower thin film;
Connecting a heat bath to the upper thin film and the lower thin film;
Sequentially applying radiation to the upper thin film and the lower thin film;
A plurality of positions on the upper thin film and the lower thin film are measured with respect to time changes in temperature when thermal energy generated when the radiation is incident on the upper thin film and the lower thin film is diffused toward the heat bath. Identifying the incident position of the radiation based on the difference in the responsiveness of the fine thermometers arranged at the respective positions.
It is related with the radiation two-dimensional detection method characterized by comprising.
本発明によれば、熱浴に接続された上部薄膜と下部薄膜とを互いに対向するようにして配置するとともに、これらの薄膜上の複数の位置に微細温度計を配置するようにして検出器を構成している。放射線は一次的には前記上部薄膜に入射し、この上部薄膜を透過した成分が前記下部薄膜に入射する。 According to the present invention, the upper thin film and the lower thin film connected to the heat bath are arranged so as to face each other, and the micro thermometers are arranged at a plurality of positions on these thin films. It is composed. Radiation primarily enters the upper thin film, and components transmitted through the upper thin film enter the lower thin film.
具体的には、放射線がX線やγ線などの光子から構成される場合は、前記光子は前記上部薄膜で光電変換により電子に変換され、前記上部薄膜にエネルギーを与えながら前記上部薄膜を透過して前記下部薄膜に至る。前記電子のエネルギーが高い場合は前記下部薄膜を透過するが、比較的低エネルギーの場合は前記下部薄膜中で停止する。前記電子は透過及び停止の如何に拘わらず、かかる動作において前記下部薄膜にもエネルギーを付与する。 Specifically, when the radiation is composed of photons such as X-rays and γ-rays, the photons are converted into electrons by photoelectric conversion in the upper thin film, and pass through the upper thin film while applying energy to the upper thin film. To the lower thin film. When the energy of the electrons is high, it passes through the lower thin film, but when the energy is relatively low, it stops in the lower thin film. Regardless of whether the electrons are transmitted or stopped, the electrons impart energy to the lower thin film in such operations.
放射線が荷電粒子から構成される場合、前記荷電粒子は前記上部薄膜にエネルギーを付与しながら前記上部薄膜内を透過し、前記下部薄膜に至る。この場合においても、前記荷電粒子のエネルギーが高い場合は前記下部薄膜を透過するが、比較的低エネルギーの場合は前記下部薄膜中で停止する。いずれの場合においても、前記荷電粒子は前記下部薄膜にエネルギーを付与することになる。 When the radiation is composed of charged particles, the charged particles pass through the upper thin film while applying energy to the upper thin film, and reach the lower thin film. Also in this case, when the energy of the charged particles is high, it passes through the lower thin film, but when the energy is relatively low, it stops in the lower thin film. In either case, the charged particles impart energy to the lower thin film.
前記放射線より、前記上部薄膜及び前記下部薄膜に付与された前記エネルギーは熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーは前記熱浴に向かって拡散する。上述したように、前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に微細温度計が設けられているので、前記熱エネルギーに起因した温度の時間変化は各微細温度計で異なるようになる。したがって、各微細温度計での応答性の相異を検出することにより、前記放射線の前記検出器に対する入射位置を同定できるようになる。 The energy imparted to the upper thin film and the lower thin film by the radiation is converted into thermal energy, and the thermal energy diffuses toward the heat bath. As described above, since the fine thermometers are provided at a plurality of positions on the upper thin film and the lower thin film, the temporal change in temperature caused by the thermal energy differs among the fine thermometers. Therefore, the incident position of the radiation with respect to the detector can be identified by detecting the difference in responsiveness of each micro thermometer.
上述した本発明の検出器及び検出法によれば、目的とする放射線の入射位置を100nmの位置分解能でリアルタイムで同定することができる。 According to the detector and detection method of the present invention described above, the target radiation incident position can be identified in real time with a position resolution of 100 nm.
なお、本発明の好ましい態様においては、前記上部薄膜の厚さを1μm以下とする。この場合、前記放射線が電子線などの軽粒子から構成される場合の飛跡に対するストラグリング効果を十分に抑制することができるようになる。 In a preferred embodiment of the present invention, the upper thin film has a thickness of 1 μm or less. In this case, the struggling effect on the track when the radiation is composed of light particles such as an electron beam can be sufficiently suppressed.
また、本発明の他の好ましい態様においては、前記微細温度計は単電子トランジスタから構成する。この場合、前記微細温度計の大きさを数百nmのオーダにまで低減することができ、上述した熱エネルギーの拡散に対する影響を低減できるようになる。したがって、前記放射線に対する位置分解能をさらに向上させることができる。 In another preferred embodiment of the present invention, the fine thermometer is composed of a single electron transistor. In this case, the size of the micro thermometer can be reduced to the order of several hundred nm, and the influence on the diffusion of the thermal energy described above can be reduced. Therefore, the position resolution with respect to the radiation can be further improved.
以上説明したように、本発明の放射線二次元検出器、及び放射線二次元検出法によれば、放射線の入射位置を高い位置分解能でリアルタイムで検出することができる。 As described above, according to the radiation two-dimensional detector and the radiation two-dimensional detection method of the present invention, the radiation incident position can be detected in real time with high position resolution.
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の放射線二次元検出器の一例を示す側面図であり、図2は、図1に示す放射線二次元検出器の上部平面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the invention.
FIG. 1 is a side view showing an example of the radiation two-dimensional detector of the present invention, and FIG. 2 is a top plan view of the radiation two-dimensional detector shown in FIG.
図1及び図2に示す放射線二次元検出器10においては、上部薄膜11と下部薄膜12とが所定の空隙16を介して対向するようにして配置されている。また、上部薄膜11の4つの端部には微細温度計13が配置されており、図からは明確でないが、下部薄膜12の4つの端部にも微細温度計13に相当する位置に微細温度計14が配置されている。上部薄膜11及び下部薄膜12の端部には、これら薄膜の作製方法に起因したバルク状部材15が連続して設けられており、その熱容量の大きさから薄膜11及び12に対する熱浴として機能する。
In the radiation two-
図1及び図2に示す検出器10に放射線が入射すると、前記放射線がX線やγ線などの光子から構成される場合は、前記光子は上部薄膜11で光電変換により電子に変換され、上部薄膜11にエネルギーを与えながら上部薄膜11を透過して下部薄膜12に至る。前記電子のエネルギーが高い場合は下部薄膜12を透過するが、比較的低エネルギーの場合は下部薄膜12中で停止する。前記電子は透過及び停止の如何に拘わらず、かかる動作において下部薄膜12にもエネルギーを付与する。
When radiation enters the
前記放射線が荷電粒子から構成される場合、前記荷電粒子は上部薄膜11にエネルギーを付与しながら上部薄膜11内を透過し、下部薄膜12に至る。この場合においても、前記荷電粒子のエネルギーが高い場合は下部薄膜12を透過するが、比較的低エネルギーの場合は下部薄膜12中で停止する。いずれの場合においても、前記荷電粒子は下部薄膜12にエネルギーを付与することになる。
When the radiation is composed of charged particles, the charged particles pass through the upper
前記放射線より、上部薄膜11及び下部薄膜12に付与された前記エネルギーは熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーは熱浴15に向かって拡散する。上述したように、上部薄膜11上の4つの端部及び下部薄膜12上の4つの端部には微細温度計13及び14が設けられているので、前記熱エネルギーに起因した温度の時間変化は各微細温度計で異なるようになる。したがって、各微細温度計での応答性の相異を検出することにより、前記放射線の検出器10に対する入射位置を同定できるようになる。
The energy applied to the upper
上部薄膜11及び下部薄膜12の厚さは検出すべき放射線の種類やエネルギーなどに応じて適宜に設定する。上部薄膜11の厚さt1を1μm以下とすれば、前記放射線が電子線などの軽粒子である場合においても、その飛跡のストラグリング効果を抑制することができ、前記軽粒子の入射位置を高位置分解能で同定することができる。
The thicknesses of the upper
下部薄膜12の厚さt2を6μm以上とすれば、前記放射線の大部分を膜内で停止させることができ、前記放射線のエネルギーを効率的に吸収して、比較的大きな熱エネルギーを生成することができる。この結果、各微細温度計での検出精度が増大し、前記放射線に対する位置分解能を増大させることができる。
If the thickness t2 of the lower
なお、上部薄膜11及び下部薄膜12の大きさ(一辺の長さ)は特に限定されるものではないが、これら薄膜の厚さを上述のように設定した場合においては、薄膜11及び12の一辺の長さLは10μm程度とする。このとき、微細温度計13及び14は薄膜11及び12の端部から長さ方向及び幅方向にそれぞれ2μm程度離れた位置に配置する。
In addition, although the magnitude | size (length of one side) of the upper
また、空隙16は上部薄膜11及び下部薄膜12を電気的及び熱的に絶縁するために設けているものであり、その幅方向の厚さWは1μm〜2μmに設定することが好ましい。なお、このような空隙を形成する代わりに、上部薄膜11及び下部薄膜12間に、電気的及び熱的に十分大きな絶縁性を有する部材を介入させることもできる。
The
微細温度計13及び14は如何なる種類の温度計をも使用することができる。しかしながら、好ましくは単電子トランジスタから構成する。この場合、微細温度計13及び14の大きさを数百nmのオーダ、具体的には厚さ300nm、幅500nm、長さ500nmにまで低減することができ、上述した熱エネルギーの拡散に対する影響を低減できるようになる。したがって、前記放射線に対する位置分解能をさらに向上させることができる。
As the
上述したように、空隙16を介して互いに対向する上部薄膜11及び下部薄膜12は、所定の単結晶部材をエッチングを介して薄膜化することによって形成することができる。このとき、熱浴15を構成するバルク状部材は前記単結晶部材のエッチング残部から構成することができる。したがって、図1及び図2に示すような検出器10を簡易に作製することができるようになる。
As described above, the upper
上部薄膜11及び下部薄膜12は半導体などの分野で長年使用されてきており、高い信頼性と実績とを有する単結晶Siから構成することができる。この場合、図1及び図2に示す検出器10は、単結晶Si部材を準備し、これをKOHなどでエッチングすることによって上部薄膜11及び下部薄膜12を形成し、並びに熱浴15を形成することによって作製する。
但し、検出器10は単結晶Si以外の部材からも構成することができ、半導体分野並びにその他のデバイス分野において使用されている部材を適宜に使用することができる。
The upper
However, the
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。 As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples. However, the present invention is not limited to the above contents, and all modifications and changes are made without departing from the scope of the present invention. It can be changed.
本発明の放射線二次元検出器及び検出法によれば、特に高い位置分解能が要求される微小構造の非破壊イメージングに好適に用いることができる。例えば、一個の細胞の各構成要素を生きたままイメージングさせることができる。 The radiation two-dimensional detector and detection method of the present invention can be suitably used for non-destructive imaging of microstructures that require particularly high position resolution. For example, each component of a single cell can be imaged alive.
10 放射線二次元検出器
11 上部薄膜
12 下部薄膜
13、14 微細温度計
15 熱浴(バルク状部材)
16 空隙
DESCRIPTION OF
16 Air gap
Claims (18)
前記上部薄膜と対向するようにして設けられた下部薄膜と、
前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に設けられた複数の微細温度計と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に接続された熱浴と、
を具えることを特徴とする、メンブレム構造の放射線二次元検出器。 An upper thin film composed of a predetermined material;
A lower thin film provided to face the upper thin film;
A plurality of micro thermometers provided at a plurality of positions on the upper thin film and the lower thin film;
A heat bath connected to the upper thin film and the lower thin film;
A two-dimensional radiation detector with a membrane structure, characterized by comprising:
前記上部薄膜及び前記下部薄膜上の複数の位置に微細温度計を配置する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に熱浴を接続する工程と、
前記上部薄膜及び前記下部薄膜に対して順次放射線を入射させる工程と、
前記放射線が前記上部薄膜及び前記下部薄膜に入射した際に生成された熱エネルギーが前記熱浴へ向けて拡散する際の温度の時間変化を、前記上部薄膜上及び前記下部薄膜上の複数の位置に配置された前記微細温度計で読取り、それぞれの位置に配置された前記微細温度計の応答性の相異に基づいて、前記放射線の入射位置を同定する工程と、
を具えることを特徴とする、放射線二次元検出法。 A step of arranging an upper thin film and a lower thin film made of a predetermined material to face each other;
Arranging a micro thermometer at a plurality of positions on the upper thin film and the lower thin film;
Connecting a heat bath to the upper thin film and the lower thin film;
Sequentially applying radiation to the upper thin film and the lower thin film;
A plurality of positions on the upper thin film and the lower thin film are measured with respect to time changes in temperature when thermal energy generated when the radiation is incident on the upper thin film and the lower thin film is diffused toward the heat bath. Identifying the incident position of the radiation based on the difference in the responsiveness of the fine thermometers arranged at the respective positions.
A radiation two-dimensional detection method characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003332167A JP2005098807A (en) | 2003-09-24 | 2003-09-24 | Two-dimensional radiation detector and method of two-dimensional radiation measurement |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104458001A (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-25 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | Active/passive diffusion type real-time spectrum emissivity tester and use method thereof |
US10901100B2 (en) | 2018-07-26 | 2021-01-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Radiation detector and radiation detecting device |
-
2003
- 2003-09-24 JP JP2003332167A patent/JP2005098807A/en active Pending
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