JP3354551B2 - ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器 - Google Patents

ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピクセル型電極に
よるガス増幅を用いた粒子線画像検出器に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】これまで、高位置分解能・高入射粒子許
容量を持ったガス増幅型粒子線検出器として、ストリッ
プ型電極による検出器MSGC(マイクロストリップガ
スチャンバー)が本願発明者等によって開発された。こ
の検出器の特徴として、高い位置分解能の他に、ガス増
幅器としては極めて不感時間が短いことが挙げられてお
り、高輝度の粒子線に対する検出器としても大きな期待
が寄せられている。現在、X線を用いたテストでは毎
秒、1平行mm当たり107 カウント以上の輝度の下で
も動作に支障がないことが確かめられている。
【0003】図6はかかる従来のMSGCの分解斜視図
である。
【0004】この図に示すように、MSGCイメージ素
子は10cm×10cmの有効面積を有しており、1は
基板(サブストレート)であり、ポリイミド薄膜を用い
る。2はその基板1上に形成される陽極ストリップ、3
はストリップ状陰極電極(カソード電極)であり、その
陽極ストリップ2とストリップ状陰極電極3とは、交互
に配置されている。
【0005】また、4はセラミックからなるベース基
板、5はそのベース基板4上に形成されるとともに、基
板1の下層に位置する背面電極である。
【0006】更に、このようにして形成される素子上に
ほぼ間隔D1 を隔ててドリフト板6が配置され、例え
ば、アルゴンとエタンからなるガスが流通するチャンバ
ーが形成されている(例えば、特開平10−30085
6号公報参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たMSGCの実用化にあたっての最大の難問の一つに、
電極間の放電による電極の破壊が挙げられる。上記した
MSGCでは、50μm以下の間隔の電極間に電圧をか
けるため、高いガス増幅率を得るために高い電圧をかけ
ると、電極間に放電による大電流が流れ、放電による熱
で電極ストリップが切断されたり、その破片などが表面
絶縁層に付着するなどして、電極間を導通させる障害が
頻繁に起こっていた。
【0008】また、二次元読み出しのために背面電極に
誘起される信号を使っているために、背面電極5の信号
は表面の陽極による信号の20%程度の大きさとなり、
この微弱な信号を読み出すための回路系として高価な増
幅器を使うか、もしくはガスによる増幅率をさらに増加
させる必要があった。
【0009】本発明は、上記状況に鑑みて、高い感度を
持ち、かつ電極部の信頼性を向上させることができるピ
クセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器
を提供することを目的とする。
【0010】
【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〕ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画
像検出器において、両面基板の裏面に形成される陽極ス
トリップと、この陽極ストリップに植設されるととも
に、その上端面が前記両面基板の表面に露出する円柱状
陽極電極と、この円柱状陽極電極の上端面の回りに穴が
形成されるストリップ状陰極電極とを具備することを特
徴とする。
【0011】〔2〕上記〔1〕記載のピクセル型電極に
よるガス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記
陽極ストリップは200μm〜400μmの幅を有する
ことを特徴とする。
【0012】〔3〕上記〔1〕記載のピクセル型電極に
よるガス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記
陽極ストリップが400μm間隔で配置され、前記スト
リップ状陰極電極には、一定間隔で直径200〜300
μmの穴が形成され、前記円柱状陽極電極は直径40〜
60μm、高さ50μm〜150μmの形状であること
を特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の実施例を示すピクセル型電
極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器の要部斜視
図、図2はその粒子線画像検出器の平面図、図3は図2
のA部拡大図である。なお、図1においては、両面プリ
ント基板の下方は、陽極(アノード)ストリップの配置
を見やすくするために、別体のように描かれているが一
体の両面基板から構成されている。
【0015】これらの図において、1は粒子線画像検出
器、2はピクセルチャンバー(300mm□)、11は
陽極(アノード)ストリップ(ここでは、d1 は幅30
0μmであるが、約200μm〜400μmでもよ
い)、12はその陽極ストリップ11上に植設される円
柱状陽極電極(ここではd2 は直径50μmであるが、
約直径40μm〜60μmでもよい)、13は両面プリ
ント基板であり、その厚さd3 は約厚さ100μmであ
る。14はその両面プリント基板13の表面に形成され
るストリップ状陰極電極(カソード電極)、21はドリ
フト電極である。
【0016】図1に示すように、本発明の粒子線画像検
出器は、両面プリント基板13の表面にストリップ状陰
極電極14、裏面に陽極ストリップ11がd5 400μ
m間隔で配置してあり、ストリップ状陰極電極14に
は、一定間隔に穴15が空いている。この穴15の中心
には背面の陽極ストリップ11と接続されている円柱状
陽極電極12からなるピクセルがある。ストリップ状陰
極電極14上の穴15のd6 直径は250μmであり、
200μm〜300μmであってもよい。
【0017】また、上記したように、陽極電極12のピ
クセルは、ここでは、直径50μmであるが、直径40
μm〜60μmであってもよい。陽極電極12の高さd
4 は約100μm(約両面プリント基板13の厚さ)の
円柱状の形状をしている。なお、陽極電極12は高さは
これに限定されるものではなく、両面プリント基板の高
さに応じて50μm〜150μmの範囲で適宜設定する
ことができる。
【0018】実際の粒子線検出において、この両面プリ
ント基板13は、ピクセルチャンバー2、つまり、希ガ
スをベースとしたガス雰囲気中に置かれ、図1に示すよ
うに、検出器に並行で適当な位置(実際は数mm〜数c
m)にドリフト電極21を配置することにより、MSG
Cと同様な放射線の画像計測ができる。
【0019】図4は本発明の粒子線画像検出器の動作原
理を示す図である。
【0020】入射粒子線によりガス中で電離された電子
- は、ドリフト電場により検出器表面方向の陽極電極
12のピクセルへドリフトされる。円柱状陽極電極12
の近傍では、陽極・陰極間の電圧(例えば、420V)
と点状の電極形状により作られる強力な電場により、電
子はガス雪崩増幅を起こす。この結果生じた+イオン
は、周囲のストリップ状陰極電極14へ速やかにドリフ
トしていく。
【0021】この過程において、円柱状陽極電極12と
ストリップ状陰極電極14の両方に、電気回路上で観測
可能な電荷が生じることになるので、陽極・陰極のどの
ストリップでこの増幅現象が起きたかを観測すること
で、入射粒子線の位置がわかる。信号の読み出し、及び
2次元画像を得るための回路系などについては、従来の
MSGC用に開発したものをそのまま用いることができ
る。
【0022】この粒子線画像検出器の特色は、以下のと
おりである。
【0023】(1)陽極としてピクセルを用いるので、
高電場が作り易く増幅率が大きい。
【0024】(2)陰極は、陽極の周りを円状に囲んで
いるため、陰極の端部分の電場は陽極に比べて遙に小さ
く、陰極から電子が飛び出し難く、放電が起こり難い。
【0025】(3)陽極から陰極にかけて、距離に応じ
て急速に電場が弱まるので、放電への進展が極めて起こ
り難い。
【0026】(4)陽極・陰極間に基板として絶縁体が
あるが、陽極のストリップをストリップ状陰極電極の穴
直径より大きくとっていることにより、絶縁体表面の電
気力線の方向は常に上向きであり、ガス増幅により生じ
た陽イオンが絶縁体上に溜まって電場を弱めるような静
電場を生じる恐れが無い。
【0027】(5)この粒子線画像検出器は、基本的に
はプリント回路基板作製の技術を用いているため、大面
積のものが安価に作れる。
【0028】(6)放電を起こした場合でも、致命的な
損傷を受けにくい。つまり、局所(ピクセル単位)の破
壊で収まる。
【0029】(7)アノード電極、及びドリフト電極の
2箇所のみの電圧印加で動作するので、必要な電源設備
や結線が少なくて済む。
【0030】図5は粒子線画像検出器による印加電圧と
ガス増幅率の相関を実測した図であり、この図におい
て、横軸は陰極と陽極間の印加電圧(V)、縦軸はガス
増幅率(対数目盛り)を示しており、aは本発明におけ
る特性図、bは従来の特性図である。
【0031】この図から明らかなように、増幅率は10
000倍程度までは達成できる。また、増幅率1000
倍程度で連続2日ほど動作させたところ、放電現象は一
度も起こらなかった。またさらに高い増幅率で、たまに
放電が見られたが、その後の検出器の動作に問題は生じ
なかった。
【0032】なお、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。
【0033】
【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。
【0034】(A)MSGCと同等の長所を持ち、利得
が大きく、かつ電極部の信頼性を向上させることができ
る。
【0035】(B)陽極としてピクセルを用いるので、
高電場が作り易く増幅率が大きい。
【0036】(C)陰極は、陽極の周りを円状に囲んで
いるため、陰極の端部分の電場は陽極に比べて遙に小さ
く、陰極から電子が飛び出し難く、放電が起こり難い。
【0037】(D)陽極から陰極にかけて、距離に応じ
て急速に電場が弱まるので、放電への進展が極めて起こ
り難い。
【0038】(E)陽極・陰極間に基板として絶縁体が
あるが、陽極のストリップを陰極の穴直径より大きくと
っていることにより、絶縁体表面の電気力線の方向は常
に上向きであり、ガス増幅により生じた陽イオンが絶縁
体上に溜まって、電場を弱めるような静電場を生じる恐
れが無い。
【0039】(F)この粒子線画像検出器は、基本的に
はプリント回路基板作製の技術を用いているため、大面
積のものが安価に作れる。
【0040】(G)放電を起こした場合でも、致命的な
損傷を受け難い。つまり、局所(ピクセル単位)の破壊
で収まる。
【0041】(H)アノード電極、及びドリフト電極の
2箇所のみの電圧印加で動作するので、必要な電源設備
や結線が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すピクセル型電極によるガ
ス増幅を用いた粒子線画像検出器の要部斜視図である。
【図2】本発明の実施例を示す粒子線画像検出器の平面
図である。
【図3】図2のA部拡大図である。
【図4】本発明の粒子線画像検出器の動作原理を示す図
である。
【図5】粒子線画像検出器による印加電圧とガス増幅率
の相関を実測した図である。
【図6】従来の従来のMSGCの分解斜視図である。
【符号の説明】
1 粒子線画像検出器 2 ピクセルチャンバー 11 陽極(アノード)ストリップ 12 円柱状陽極電極 13 両面プリント基板 14 ストリップ状陰極電極(カソード電極) 15 穴 21 ドリフト電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01T 1/00 - 7/12 H01J 47/00 - 47/26

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)両面基板の裏面に形成される陽極ス
    トリップと、 (b)該陽極ストリップに植設されるとともに、その上
    端面が前記両面基板の表面に露出する円柱状陽極電極
    と、 (c)該円柱状陽極電極の上端面の回りに穴が形成され
    るストリップ状陰極電極とを具備することを特徴とする
    ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出
    器。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のピクセル型電極によるガ
    ス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記陽極ス
    トリップは200μm〜400μmの幅を有することを
    特徴とするピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子
    線画像検出器。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のピクセル型電極によるガ
    ス増幅を用いた粒子線画像検出器において、前記陽極ス
    トリップが400μm間隔で配置され、前記ストリップ
    状陰極電極には、一定間隔で直径200〜300μmの
    穴が形成され、前記円柱状陽極電極は直径40〜60μ
    m、高さ50μm〜150μmの形状であることを特徴
    とするピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画
    像検出器。
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