JP2013506850A - イオン誘起衝突電離検出器及びその使用 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図18
Description
本出願は、2009年10月1日に出願された「ION INDUCED IMPACT IONIZATION DETECTOR AND HIGH-RESOLUTION IONIZING TRACK STRUCTURE IMAGING METHOD」という名称の米国仮特許出願第61/247,916号及び2009年10月26日に出願された「ION INDUCED IMPACT IONIZATION DETECTOR AND USES THEREOF」という名称の米国仮特許出願第61/255,053号の米国特許法第119条(e)による優先権の利益を主張し、これらの出願はそれぞれ、参照によりその全体が本明細書に援用され、本明細書の一部とみなされる。
Claims (66)
- イオン誘起衝突電離検出器であって、
第1の面及び第2の面を有し、複数のアパーチャを画定するアノードと、
第1の面及び第2の面を有する誘電体層であって、該誘電体層の前記第1の面はアノードの前記第1の面に隣接して配置され、該誘電体層は約1mm〜50mmの厚さを有する、誘電体層と、
前記誘電体層を貫通して延在する複数のウェルであって、前記アノードの前記複数のアパーチャは、該複数のウェルと前記アノードの前記第2の面との間に開口を画定するように、該複数のウェルに対して配置される、複数のウェルと、
前記誘電体層の前記第2の面に隣接して配置されて、前記複数のウェルのそれぞれの底部を形成するカソードと、
を備えるイオン誘起衝突電離検出器。 - 前記厚さは約1mm〜5mmの範囲にある、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記厚さは約2mm〜5mmの範囲にある、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記アノードは、導電性材料の1つ又は複数の層を備える、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記カソードは、抵抗性カソード層を備える、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記アノード及び前記カソードは、前記誘電体層の厚さと実質的に同じ厚さである距離だけ分離される、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記複数のウェルのそれぞれにおいて単一電離イベントに感度を有する、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 第1の配向で構成され、前記誘電体層の前記第1の面上に配設された第1の複数の読出しストリップと、
イオンを検出したウェルの識別を可能にするために、第2の配向で構成され、前記第1の複数の読出しストリップ上に配設された第2の複数の読出しストリップと、
を更に備える、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。 - 前記第1の配向及び前記第2の配向は、X配向及びY配向を規定するように実質的に垂直である、請求項8に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 実質的に同時にイオンを検出した2つ以上のウェルの確定を可能にするために、第3の配向で構成され、前記第2の複数の読出しストリップ上に配設された第3の複数の読出しストリップを更に備える、請求項8に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記第1の配向、前記第2の配向及び前記第3の配向は、X配向、U配向及びV配向を規定する、請求項10に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記複数のウェルはそれぞれ、円柱形状を有し、前記開口はそれぞれ、或る直径を有する円を規定する、請求項1に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記直径は、前記厚さの約1/10から1/1の厚さの範囲にあるように選択される、請求項12に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記直径は、前記厚さの約1/10から1/1の厚さの範囲にあるように選択される、請求項12に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記直径は、前記厚さの約1/4から前記厚さの約1/3の範囲にあるように選択される、請求項14に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記複数のウェルは、2つの隣接した開口のエッジ間にピッチ距離を規定するようにアレイで配列され、前記ピッチは、該ピッチと前記直径との比が約1〜5の範囲にあるように選択される、請求項12に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 前記ピッチと前記直径との前記比は、約1.1〜3の範囲である、請求項16に記載のイオン誘起衝突電離検出器。
- 検出器システムであって、
或る容積の低圧ガスを有する格納容器と、
前記容積の低圧ガス内に配設されたドリフトアノードと、
請求項1に記載の前記イオン誘起衝突電離検出器であって、前記ドリフトアノードと該イオン誘起衝突電離検出器の前記アノードとの間に検出ガス容積を規定するために、前記容積の低圧ガス内に配設され、前記ウェルは、前記開口に起因して、前記容積の低圧ガス内と実質的に同じ低圧を有する、前記イオン誘起衝突電離検出器と、
前記ドリフトアノード並びに前記イオン誘起衝突電離検出器の前記アノード及び前記カソードに結合された電源であって、前記イオン誘起衝突電離検出器の前記アノードはグラウンド電位にあり、前記ドリフトアノードは、グラウンドに対して正電位にあり、前記カソードは、グラウンドに対して負電位にあるようにされ、前記正電位は、前記イオン誘起衝突電離検出器の前記アノードに向かう正イオンをドリフトさせる第1の電界を前記検出ガス容積内に与えるように選択され、前記負電位は、前記正イオンがドリフトして入る前記ウェル内で制限されたガイガーアバランシェを提供するように選択される、電源と、
を備える検出器システム。 - 前記ガスの前記低圧は、約1トル〜100トルの範囲である、請求項18に記載の検出器システム。
- 前記ガスの前記低圧は、約1トル〜10トルの範囲である、請求項19に記載の検出器システム。
- 前記負電位は、前記ウェル内の電界強度が、該ウェル内の前記ガスの絶縁破壊に関連する閾値より大きくなるように選択される、請求項18に記載の検出器システム。
- 前記負電位は、前記ウェル内の前記電界強度が、該ウェルの表面における電界放出破壊に関連する閾値より小さくなるように選択される、請求項21に記載の検出器システム。
- 前記負電位は、前記ウェル内の電界強度が、前記ウェル内の前記ガスを超高圧状態にするように選択される、請求項18に記載の検出器システム。
- 前記ウェル、該ウェルの間の間隔、及び前記負電位の1つ又は複数の大きさは、前記ウェル内で形成された電界が、別の到来イオンを別の近くのウェルに向けるために前記イオン誘起アバランシェ進行として変化することが可能であるように選択される、請求項18に記載の検出器システム。
- 粒子を検出する方法であって、
請求項1に記載の前記イオン誘起衝突電離検出器を使用して1つ又は複数の正イオンを検出すること、
を含む方法。 - 前記アノードの前記第2の面をガスにさらすことと、
前記イオン誘起衝突電離検出器を囲む環境を約10トル未満の圧力に維持することと、
を更に含む、請求項25に記載の方法。 - 負電圧を前記カソードに印加することと、
正イオンが前記セルに入ると、前記ウェル内の前記ガスのアバランシェ絶縁破壊が生じるように、前記アノードをグラウンド電位に維持し、前記アバランシェの結果、電荷の検出可能な集合体が生じることと、
を更に含む、請求項26に記載の方法。 - 前記印加される負電圧は約600V〜900Vの範囲であり、
前記作動圧は約10トル未満であるように選択される、請求項27に記載の方法。 - 前記作動圧は約2トル未満であるように選択され、
前記負電圧は、約2000V/(cm・トル)の値を有する、電界強度を圧力で割った量(E/p)を生じるように選択される、請求項28に記載の方法。 - 凝縮物質の試料をモデル化する方法であって、
前記凝縮物質に対する局所損傷の原因である電離クラスターを識別することを含む、方法。 - 前記凝縮物質は、細胞、ポリマー、ナノエレクトロニクス、及び核酸分子からなる群から選択される、請求項30に記載の方法。
- 請求項1に記載の前記イオン誘起衝突電離検出器によって生成された電離放射線に前記凝縮物質をさらすことを更に含み、前記さらすステップは、前記凝縮物質内に異常を誘起する、請求項30に記載の方法。
- 前記凝縮物質に及ぼす前記電離放射線の作用を評価することを更に含む、請求項32に記載の方法。
- 前記作用は、DNA二重鎖切断、中枢神経系作用、発がん作用から選択される、請求項33に記載の方法。
- 飛跡イオン検出方法であって、
請求項1に記載の前記イオン誘起衝突電離検出器を使用して正イオンを検出することによって、凝縮物質内の初期エネルギー付与の空間分布を撮像すること、
を含む、方法。 - 前記撮像するステップからの測定値を前記凝縮物質における放射線作用に相関させることを更に含む、請求項35に記載の方法。
- 前記イオン誘起衝突電離検出器は、飛跡セグメントの電離パターンの実質的に完全なトポロジーを提供し、凝縮物質の長さにわたって前記放射線飛跡に沿って単一電離イベント及びクラスター化電離イベントを分離する、請求項35に記載の方法。
- 請求項1に記載の前記イオン誘起衝突電離検出器を備える飛跡イオン検出器。
- 請求項1に記載の前記イオン誘起衝突電離検出器を備える質量分析計、イオン移動度分光計、又はガスクロマトグラフ。
- 粒子の存在及び場所を検出する粒子検出器であって、
第1の電気板と、
第2の電気板であって、前記第1の電気板及び該第2の電気板は、該第1の電気板と該第2の電気板との間に電界を規定するように互いに対してバイアスされる、第2の電気板と、
前記電界内に配置されるように、前記第1の電気板と前記第2の電気板との間に挿入された絶縁層であって、該絶縁層を貫通して延在する複数のウェルを含み、該ウェルは、粒子を受取るように空間的に分散され、該ウェルは、粒子が入ることができる開口を含む、絶縁層と、
前記ウェル内の粒子の存在を示す信号を提供するように、前記ウェルに対して配置される少なくとも1つのセンサーとを備え、前記電界、前記ウェルの長さ、及び前記ウェル内の雰囲気は、前記ウェルに入る荷電粒子が、前記ウェル内で制限されたガイガーアバランシェ絶縁破壊をもたらし、それにより、前記ウェルに入る前記粒子を示す前記センサーによる検出可能信号が得られるように選択される、粒子検出器。 - 前記ウェルの直径に対する前記ピッチの比は約1.1〜3である、請求項40に記載の検出器。
- 前記ウェルは約2mm〜5mmの長さを有し、前記ウェル内の雰囲気は約10トル未満の圧力に維持され、前記ウェルの直径は約0.1mm〜2mmであり、前記ピッチは約0.2mm〜5mmである、請求項40に記載の検出器。
- 前記圧力は約2トル未満であり、前記ウェルは約3.2mmの長さを有し、前記ウェルの前記直径は約0.8mmであり、前記ピッチは約2mmである、請求項42に記載の検出器。
- 約1個〜10000個のウェルを備える、請求項43に記載の検出器。
- 検出されるイオンの相対的場所を確定するように構成された少なくとも2つの読出しストリップ層を更に備える、請求項43に記載の検出器。
- 正イオンの存在及び場所を検出する方法であって、
低圧ガス環境内に電界を確立してイオンを生成することと(ここで、前記電界は、制限されたガイガーアバランシェ絶縁破壊を生成するのに十分である)、
前記アバランシェ絶縁破壊によって生成された信号を検出することと、
を含む方法。 - 放射線量計であって、
第1の電極層と、
第1の面及び第2の面を有する第2の電極層であって、該第2の電極層の前記第1の面及び前記第1の電極層は、或る圧力のガス分子によって占有される相互作用領域を画定し、前記第2の電極層は、前記相互作用領域を通過する放射線による前記ガス分子の電離によって生成される荷電粒子の通過を可能にするための複数のアパーチャを画定する、第2の電極層と、
前記第2の電極層の第2の面上に配設された第3の電極層と、
前記第2の電極層と前記第3の電極層との間に挿入された絶縁層であって、前記相互作用領域に向いて開口する複数のウェルを画定し、該ウェルは、前記第2の電極層の前記複数のアパーチャに実質的に一致し、前記複数のアパーチャを通過する前記荷電粒子を受取るように空間的に分散される、絶縁層と、
電荷増倍なしで前記第2の電極層に向かう前記荷電粒子のドリフトを可能にする第1の電界を前記相互作用領域に与えるように、前記第1の電極層、前記第2の電極層、及び前記第3の電極層に異なる電位を与えるように構成された電圧制御回路部であって、前記ウェルは、前記荷電粒子が入るウェル内で電荷増倍をもたらす第2の電界を与えられる、電圧制御回路部と、
前記第2の電極層及び前記第3の電極層のうちの少なくとも一方と通信し、前記ウェル内の前記電荷増倍を検出するように構成された検出回路部と、
を備える、放射線量計。 - 前記荷電粒子は、前記電離によって生成された正イオンを含む、請求項47に記載の線量計。
- 前記第2の電極層は、電気グラウンドに電気的に接続される、請求項48に記載の線量計。
- 前記第1の電極層は、前記第2の電極層に向かう前記正イオンのドリフトを可能にするように、前記電気グラウンドに対して正電位を与えられる、請求項49に記載の線量計。
- 前記第3の電極層は、前記ウェル内の前記正イオンを加速して前記電荷増倍の誘起を可能にするように、前記電気グラウンドに対して負電位を与えられる、請求項50に記載の線量計。
- 前記相互作用領域内の電離断面が、ナノスケール凝縮物質オブジェクトの電離断面と同様であるように、前記相互作用領域が寸法決定され、前記圧力が選択される、請求項47に記載の線量計。
- 前記圧力は、前記相互作用領域寸法を比較的大きく拡大して前記ナノスケール凝縮物質オブジェクトの前記電離断面を近似することを可能にするように約10トル未満であるように選択される、請求項52に記載の線量計。
- 前記ウェルの深さは、前記選択された圧力及びそれに対応する、前記電荷増倍が起こる電界強度/圧力(E/p)値の範囲に基づいて選択される、請求項53に記載の線量計。
- 前記ウェルの深さは、前記電荷増倍が十分な検出可能電荷をもたらす確率に基づいて選択される、請求項53に記載の線量計。
- 前記ウェルの深さは、前記絶縁層の絶縁破壊の可能性を減少させるように選択される、請求項53に記載の線量計。
- 前記ウェルの深さは約2mm以上であるように選択される、請求項53に記載の線量計。
- 前記ウェルの深さは約2mmから5mmの間であるように選択される、請求項57に記載の線量計。
- 放射線量測定方法であって、
ガス容積を通過する放射線が、該放射線とナノスケール凝縮物質オブジェクトとの電離相互作用の確率と同様である、或る圧力のガス分子との電離相互作用の確率を有するような該ガス容積を設けることと、
前記ガス容積の第1の面に対する、1つ又は複数の電離ガス分子から生成された1つ又は複数の正イオンのドリフトを誘起するために、前記ガス容積に第1の電界を与えることであって、該第1の電界は、前記1つ若しくは複数の正イオン又は対応する電子から電荷増倍ではなく前記ドリフトをもたらすように、前記圧力の前記ガス容積について選択される、設けることと、
前記ガス容積内の前記電離相互作用を特徴付けるために、前記第1の面において前記ドリフトする1つ又は複数の正イオンを検出することと、を含み、
前記ガス分子の前記圧力及び前記放射線が進む前記ガス容積の寸法は、前記ガス容積内の前記電離相互作用の前記特徴付けが、前記放射線と前記ナノスケール凝縮物質オブジェクトとの前記電離相互作用を近似するように選択される、方法。 - イオン検出器素子であって、
アノードと、
第1の面及び第2の面を有する絶縁体層であって、該絶縁体層の前記第1の面は前記アノードに隣接して配設され、該絶縁体層は約1mm〜5mmの範囲の厚さを有する、絶縁体層と、
前記絶縁体層の前記第2の面に隣接して配設されたカソードと、
を備え、
前記絶縁体層は、該絶縁体層の前記第1の面と前記第2の面との間に延在するウェルを画定し、該ウェルは、約1トル〜10トルの圧力のガスを与えられ、前記アノード及び前記カソードは、約600V〜900Vの電位差を与えられる、イオン検出器素子。 - 請求項60に記載の前記イオン検出器素子のうちの1つ又は複数を備える、ガスクロマトグラフ。
- 請求項60に記載の前記イオン検出器素子のうちの1つ又は複数を備える、イオン移動度分光計。
- 前記分光計は、爆発物、薬物、及び化学兵器に関連する1つ又は複数の化学物質の痕跡量を検出するように構成される、請求項62に記載のイオン移動度分光計。
- 前記検出器素子に入射するイオンの空間的決定を可能にするために、アレイで配列された請求項60に記載の複数の前記イオン検出器素子を備える、イオン検出器。
- 請求項64に記載の前記イオン検出器アレイを備える、線量計。
- 請求項64に記載の前記イオン検出器アレイを備える、質量分析計。
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