JP3535045B2 - Device for determining gamma-ray incident direction from trajectory image of recoil electrons by MSGC - Google Patents

Device for determining gamma-ray incident direction from trajectory image of recoil electrons by MSGC

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JP3535045B2
JP3535045B2 JP18783199A JP18783199A JP3535045B2 JP 3535045 B2 JP3535045 B2 JP 3535045B2 JP 18783199 A JP18783199 A JP 18783199A JP 18783199 A JP18783199 A JP 18783199A JP 3535045 B2 JP3535045 B2 JP 3535045B2
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gas
recoil
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electrons
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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線入射方向決定装置に関するものである。
The present invention relates to relates to a γ-ray incident direction determined TeiSo location from the trajectory image of the recoil electrons by MSGC (Micro Strip 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 (γ rays here are 100 keV
1MeV) is the electromagnetic wave with the highest energy, and it has a very high straightness like light and has excellent permeability of substances more than X-rays. By using isotope nuclei that generate rays, as a tracer for observing migration of substances in a living body, chemistry,
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。
In the medical field, in particular, γ-ray-based image diagnosis is currently used for a number of diagnoses such as cancer and tumor. The applicable organs are the brain, heart, lungs, liver,
It is widely used in most fields such as cardiovascular and bone.
Many use radioactive isotopes that emit gamma rays around 140 keV, and capture these gamma rays with a gamma ray detector that limits the direction in which they can be detected by a collimator 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。
Investigations using γ rays have also been attempted in biological and industrial applications.

【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, γ rays must be shielded because they are dangerous.
Contamination can be investigated by looking for lines.

【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 for the current state-of-the-art technology, and it can be said that the improvement and improvement of the detection method has a great influence 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。
In the field where the detection of γ-rays is required, the energy of the γ-rays is determined according to the purpose of the detection, the spectral analysis for determining the substance that has emitted the γ-rays, and the direction of the source
Furthermore, it is necessary to detect the image with γ rays. In the former, various scintillation crystals have been developed and many devices are 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, γ-rays have almost no reflection or refraction phenomena such as light or X-rays, and an optical method cannot be applied, so that 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次元的な像を得
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量を増やし
ていた。
However, in the use of γ-rays in the above-mentioned conventional medical field, the position resolution is determined by the size of the collimator, and the collimator itself creates background gamma-rays to increase noise. Will end up. Therefore, the detection is such that a shadow is visible rather than an image, and it is almost impossible to obtain a three-dimensional image. Moreover, as a practical matter, the diagnosis can not be used only a small fraction of the γ-rays entering the collimator, requires absolutely strong dose to take the entire image, as a result have increased radiation exposure of the patient It was

【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 used as a decisive factor for early detection of very early cancer that cannot be detected by other tests.
(itron Emission Tomography)
A method using has appeared. PET is an excellent detector that can obtain a high resolution of several millimeters and a three-dimensional image by capturing 2γ rays that are generated simultaneously from positron and electron annihilation. However, the equipment is very expensive, and an accelerator for making special isotopes is also required, and the reality is that there are only about 20 units 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。
Apart from this, there is also a method for determining the γ-ray incident direction using the double Compton effect, but the efficiency is still very poor. This will not be 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 the ray can be detected, a highly efficient and highly accurate γ-ray direction detector, which is unprecedented, can be obtained. The target γ of 100 keV to 1 MeV
The interactions that a line causes with ordinary matter are mainly the photoelectric effect and the Compton effect. In both cases, 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 a value 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】 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。
[Table 1] From this table, it can be seen that if the direction and energy of recoil electrons generated by incident γ-rays in a substance can be measured, the incident direction can be determined by only a few events of γ-rays.

【0015】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線入射方向決定装置を提供することを目的とす
る。
[0015] The present invention is, in view of the above situation, without the use of collimators, quickly, reliably γ-ray incident direction decision from the trajectory image of the recoil electrons by MSGC capable of determining the γ-ray incident direction an object of the present invention is to provide the equipment.

【0016】[0016]

【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
射方向決定装置であって、窓となるドリフト電極と、ガ
スパッケージと、このガスパッケージ内に配置される複
数のフィールドワイヤを有する長いドリフト領域と、前
記ガスパッケージ内に配置されるキャピラリープレート
と、前記ガスパッケージ内に配置されるMSGC基板部
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基板部へドリフトし、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
ってナノ秒オーダーの高速時間毎に位置が記録されるよ
うにしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides [1] a γ-ray incident direction determining device from a recoil electron trajectory image by MSGC, which comprises a drift electrode serving as a window. A gas package, a long drift region having a plurality of field wires arranged in the gas package, a capillary plate arranged in the gas package, an MSGC substrate part arranged in the gas package, and data. A collector system for ionizing the gas in the detection region by recoil electrons in the gas package, the electrons drifting along a drift electric field tuned to be perpendicular to the detection surface and being an intermediate amplifier. A two-dimensional electrode that reaches the capillary plate, is gas-amplified, and drifts the amplified electron to the MSGC substrate part It generates a signal, in which this is so located in each high speed time nanosecond order is recorded by the data acquisition system.

【0017】〔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であって、窓となるドリフ
ト電極と、ガスパッケージと、このガスパッケージ内に
配置される複数のフィールドワイヤを有する長いドリフ
ト領域と、前記ガスパッケージ内に配置される長いドリ
フト領域の脇に配置される光検出器と、前記ガスパッケ
ージ内に配置されるキャピラリープレートと、前記ガス
パッケージ内に配置されるMSGC基板部と、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基板部へドリフトし、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
によってナノ秒オーダーの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] A device for determining the γ-ray incident direction from a recoil electron trajectory image by MSGC, which comprises a drift electrode serving as a window, a gas package, and a plurality of field wires arranged in the gas package. A long drift region having, a photodetector arranged beside the long drift region arranged in the gas package, a capillary plate arranged in the gas package, and an MSGC substrate arranged in the gas package. And a data acquisition system, the recoil electrons in the gas package ionize the gas in the detection region, and the γ-rays are photoelectrically converted in the gas.
In order to determine the instant of time when the Compton effect is caused, the photodetector captures the light generated by the ionized gas, and the electrons drift along a drift electric field adjusted to be perpendicular to the detection surface, After reaching the capillary plate, which is an intermediate amplifier, and gas-amplified, the amplified electrons are drifted to the MSGC substrate part, and a signal is generated by a two-dimensional electrode, which is a high-speed time of nanosecond order by the data acquisition system. The position is recorded for each.

【0018】〔3〕上記〔〕又は〔〕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、前記ガスパッケージは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。
[3] MSG according to the above [ 1 ] or [ 2 ]
In γ-ray incident direction determining device from the trajectory image of the recoil electrons by C, the gas package is obtained so as to be filled with a gas based on Xe.

【0019】〔4〕上記〔〕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、前記ガスパッケージはXeの圧力を調整可能にする
ようにしたものである。
[0019] [4] In the above [3] γ-ray incident direction determining device from the trajectory image of the recoil electron by MSGC according, the gas package is one which is adapted to permit adjustment of the pressure of Xe.

【0020】[0020]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below.

【0021】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。このMSGCは、これらの公報からも明らかなよう
に、基板(サブストレート)、陽極ストリップ、陰極ス
トリップ、セラミックからなるベース基板、バックスト
リップからなるMSGC基板部と、ドリフト板と、この
ドリフト板とMSGC基板部間に充填されるガスチャン
バーからなっている。
In the conventional detector, it was impossible to determine the direction and energy of the recoil electron tracks of tens of keV to hundreds of keV generated by γ-rays in the substance. However, it is considered that this can be achieved by using a two-dimensional microstrip gas chamber (MSGC) and a pipeline data processing circuit for MSGC which are being put to practical use in the group of the present inventors in recent years. Note that the description of this MSGC is omitted here. If necessary, JP-A-10-
See 300856, Japanese Patent Publication No. 2843319 and the like. This MSGC seems to be clear from these publications as well.
The substrate (substrate), anode strip, cathode
Base substrate made of trip and ceramic, back strike
MSGC substrate part consisting of lip, drift plate and this
Gas channel filled between the drift plate and the MSGC substrate
It consists of a bar.

【0022】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 readout of a charged particle trajectory using time information according to the present invention.

【0023】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 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 5 , and 7 is an electron cloud. .

【0024】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 detects the position by drifting the electron cloud 7 generated in the gas atmosphere 4 in the detection region to the electrode by the drift electric field 3 and further performing gas amplification. . Here, electronic cloud 7
Is a linear one caused by fast charged particles, the electron cloud 7 drifts to the electrodes while maintaining its shape, and the signal 6 appears one after another at the position corresponding to the shape of the electron cloud 7. Become.

【0025】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 high-speed data acquisition system, the first three-dimensional trajectory of the high-speed charged particles can be obtained by continuously recording the signal position and the detection time.

【0026】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
ProjectionChamber:TPC)が、M
SGC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 a three-dimensional trajectory of a charged particle by a similar method is used in the field of high energy physics for observing particles of several MeV or more (Time).
Projection Chamber (TPC) is M
With SGC, it is possible to accurately observe even low-energy electrons (tens of keV) whose track is about several millimeters.

【0027】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 recoil electron energy can be known from the length of the trajectory (or the deposit energy detectable by MSGC). In order to obtain the original γ-ray incident direction from these information, the following steps need to be performed.

【0028】(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 Element Process that Causes Recoil Electrons As described above, there are two processes in which recoil electrons caused by γ-rays of 1 MeV or less are photoelectric effect and Compton effect. In the photoelectric effect, the kinetic energy E out of recoil electrons is limited to a constant value E in −W regardless of the moving direction of electrons, because all the energy E in of incident γ rays is absorbed. Here, W is the binding energy of electrons generated by the photoelectric effect.

【0029】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.

【0030】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 may be used to distinguish between these two elementary processes. If the gamma rays to be detected are emitted from a certain nuclide,
Since the energy is known, the electron energy due to the photoelectric effect always has a constant value. So if anything lower than this energy is observed, it is the Compton effect.

【0031】(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、 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 for the incident direction of incident γ-rays (in the case of photoelectric effect) The differential cross-section due to the scattering angle of electrons generated by the photoelectric effect is given by the angle θ between the incident γ-rays and scattered electrons. It is known that Here, β is the ratio of the initial velocity of recoil electrons to the speed of light. When the energy of the incident γ-rays is sufficiently small with respect to the electron mass (511 keV), photoelectrons are emitted in a direction almost perpendicular to the incident γ-rays, but as the incident energy becomes higher, the electron emission direction is changed by the relativistic effect. It is biased forward.

【0032】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。
The electron generation directions at several energies of 50 keV to 800 keV are shown in FIG.

【0033】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 azimuth angle distribution of the scattered electrons depends on the degree of polarization of the incident γ rays, but assuming that there is no polarization, the azimuth angle distribution is exactly the same.

【0034】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, from the observed trajectory of recoil electrons, the direction on the cone corresponding to FIG. 2 (correctly, a certain probability distribution centered on the cone) is It becomes a candidate for the incident direction. In FIG. 3, 8 is an electronic track and 9 is an incident γ-ray candidate cone.

【0035】(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 the incident direction of incident γ-rays (in the case of Compton effect) When the trajectory of recoil electrons is due to the Compton effect, the incident direction of γ-rays with energy E in and recoil electrons The relational expression of the formed angle θ and the electron energy E out is as follows.

【0036】 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。
[0036] Here, mc 2 is the rest mass of the electron. That is,
If the incident γ-ray and the recoil electron energy are known, this equation can be solved for θ, and the incident direction of the γ-ray is on the cone in the angle θ direction (see Fig. 3) with the trajectory of the recoil electron as the axis. Become a candidate.

【0037】(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) Determination of Incident Direction of γ-Ray by Observation of Recoil Electrons of Multiple Events According to the above method, from the observation of a single recoil electron, the arrival direction of the original γ-ray is greatly limited in space. Can be given, so multiple γ's coming from the same direction
By observing the recoil electrons caused by the line incidence, the incidence direction can be determined from the overlap of the candidates for the γ-ray incidence direction obtained from the respective recoil electrons. When the incident direction is uniquely determined by overlapping the cones, at least three events of γ-ray incidence are required. In addition, even when γ-rays arrive from multiple 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 Figure 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.

【0038】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 unnecessary, and a detector having a large detection area can be used, so that the solid angle of the detector with respect to the radiation source is dramatically increased, and high efficiency γ is achieved. It is considered that a line direction detector can be realized.

【0039】次に、具体的な実施例の説明を行う。Next, a concrete example will be described.

【0040】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 which is relatively distant from the detector and a case where a source which is close to the detector are examined.

【0041】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 is for examining only the direction of incident γ-rays to the detector, and is considered to be very useful in the field of radiation safety control (detection of leakage of radiation and investigation of activation site of radioactive waste). .

【0042】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 case, since the solid angle of the detector with respect to the radiation source becomes large, it can be expected that the spatial position of the low-capacity radioactive substance can be specified. Therefore, the latter can be used in combination with a medical radioactive tracer. Therefore, it is thought that it will be possible to carry out medical treatment that is far easier to handle and less dangerous than before, with high accuracy.

【0043】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。
Since the embodiments of the γ-ray direction detector for long distance and the one for short distance are slightly different, each will be described.

【0044】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. 3 is a schematic diagram of a γ-ray incident direction determination device from a recoil electron trajectory image by FIG. 1, showing the structure of a long-distance detector.

【0045】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基板部(MSG
C本体)、20はデータ収集システムである。
In this figure, 10 is a γ-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 a MSGC substrate part (MSG
C main body) , 20 is a data collection system.

【0046】ここでは、中間増幅器(キャピラリプレー
14)付MSGC基板部16に、長いドリフト領域1
5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12の内部は空洞となり、γ線を受け入れることに
なる。
Here, the long drift region 1 is formed on the MSGC substrate 16 with the intermediate amplifier (capillary plate 14 ).
5 is provided. Since the linearity of the electric field is important in this long drift region 15, a field wire (electric field adjusting electrode) 13 for correcting the drift electric field is stretched around the periphery. The inside of the γ-ray arrival direction detection device 10 is filled with a gas based on Xe to improve the detection efficiency for γ-rays. The field wire 13 is stretched around the gas package side wall 12A. That is, the inside of the gas package 12 is hollow and receives γ rays.

【0047】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。
Further, the portion enclosing this gas is a pressure vessel, and the internal gas pressure can be increased according to the needs of the energy and efficiency of the γ rays to be detected. There is. The recoil electrons ionize the gas in the detection region, and among them, the electrons drift along a drift electric field adjusted so as to be perpendicular to the detection surface, reach the capillary plate 14 which is an intermediate amplifier, and are gas-amplified. .

【0048】さらに増幅された電子はMSGC基板部
6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50〜100n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。
The further amplified electrons are the MSGC substrate 1
Drift to 6 and generate signals at two-dimensional electrodes spaced 200μ apart, which are recorded by the data acquisition system 20 every 50-100 ns position. The drift velocity of electrons at 1 atm and room temperature in xenon gas is
Since the electric field is about 2 cm / μsec when the electric field is 300 V / cm, in this case, three-dimensional recoil electron trajectories are obtained at intervals of 1 mm in the depth direction of the detector by collecting data every 50 nsec. Data corresponding to the structure will be obtained.

【0049】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基板部の場合は、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1
2A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、MSGC基板部16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 substrate portion having such a long drift region 15, positive ions generated by electron avalanche that occurs in the vicinity of the electrodes flow into the drift layer, and a gas package made of an insulator is formed. Side wall 1
Since it has the property of adhering to 2A and causing charge-up to distort the electric field, the capillary plate 14 installed on the MSGC substrate part 16 absorbs all the positive ions formed in the lower part by the electrode of the capillary plate 14. , This effect can be eliminated. for that reason,
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.

【0050】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 showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a γ-ray incident direction determination device from a recoil electron trajectory image according to FIG. 1, showing the structure of a short-distance detector.

【0051】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MSGC基板部16に到達した時間
差から求められる。
In the γ-ray direction detector for short distances, when obtaining a three-dimensional image of recoil electrons, it is necessary information as to which position (depth) in the detector it occurred. This information is obtained from the time when drift electrons are generated, that is, the arrival time of γ-rays and the time difference when the drift electrons reach the MSGC substrate unit 16.

【0052】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 short distance is not limited to that for long distance, and ionized gas is generated in order to determine the moment 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 a few nanoseconds such as a photoelectron image multiplier) for capturing the light (scintillation) is arranged beside the drift region. The trigger signal generated from this photodetector 17 is also sent to the data acquisition system 20. The rest of the configuration is the same as that of the first embodiment, so the description is omitted here.

【0053】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。
Furthermore, in common with long distance and short distance, 1M
In order to measure the energy when observing γ-rays near eV, there is a case in which a magnetic field can be applied to the detection region if necessary.

【0054】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 a data collection system for MSGC showing an embodiment of the present invention.

【0055】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基板部、17は光検出器、26はトリガ信号
である。
In this figure, the MSGC data collection system 20 includes an encoder system 21, a memory module 22, a clock 23, and a counter (time stamp).
24 and a computer system 25. 16
Is an MSGC substrate part , 17 is a photodetector, and 26 is a trigger signal.

【0056】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, but the accuracy of time recording for capturing the three-dimensional structure of the trajectory is improved. There is. In other words, when two-dimensional coordinates are obtained with a conventional two-dimensional strip detector, the track formed by particles with a speed close to the speed of light becomes an event, and the conventional gate is opened to hit between them. It was impossible to capture by the method of recording the position of the strip. The way to solve this is to attach a circuit to each pixel as a row of pixels called a position direction strip called a pad, and record the hit pad and the remaining direction strip hit, and its time. For the first time, it was possible to capture the entire track by capturing the three-dimensional position of the particle track on each strip. This is TPC (Time Project)
Ion Chamber). Read the analog signal from both ends of the unidirectional strip without using other pads,
JE to get the position of particle track on its strip
There is a method called T-Chamber. In the case of TPC, the number of circuits 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.

【0057】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 the signals from each strip with a high speed clock 23. That is, a hit of each strip within one clock 23 is one event. Electrons that drift from ordinary particle tracks bring about microsecond variations, so a clock of about 10 MHz
When data is obtained by using, the track is easily recorded as data of continuous points of about 10 points in one track. This system uses perimeter rather than detector area,
In other words, 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 acquisition system, data acquisition is performed at a 10 MHz clock, and time recording is performed every 10 clocks at the maximum (1 μsec resolution), whereas the high speed data acquisition system 20 for imaging according to the present invention. Then, the time for each clock 23 is recorded. Further, the timing of the trigger signal 26 from the photodetector 17 can also be recorded as data in the short distance system.

【0058】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 acquired by the data acquisition system 20 can be directly acquired by the computer system 25, from which the direction of the incident γ-ray will be calculated. The energy can be measured from the trajectory of the recoil electron in the space, its emission direction, and its length. Regarding the energy, in the case of γ-ray incident with high energy near 1 MeV, many recoil electron trajectories may not fit within the detector. In this case, therefore, a magnetic field is applied to the detection area to trace the electron trajectories. The energy of recoil electrons can be obtained by observing the curvature that bends. Once these values are obtained, the direction of the incident γ-ray can be determined from the locus of several events, as described above.

【0059】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。
For short distances, the distance to the radiation source can also be specified by a method similar to triangulation using the difference in the position of the locus in the detector. Further, even when observing a radiation source at a long distance, the spatial position of the radiation source can be similarly detected by the triangulation method by using a plurality of detectors. It is considered that these calculations can be performed almost instantly by using a current computer, and it is also possible to record and display the incident direction of γ rays in real time.

【0060】次に、動作試験の結果について述べる。Next, the result of the operation test will be described.

【0061】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 to the conventional MSGC, the basic phenomenon has been observed using the conventional MSGC.

【0062】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 MSGC was operated for 10 seconds with nothing incident on it.

【0063】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, 1 per cm 2 on the ground
About 0 -2 μ particles are pouring in, but in this figure,
What can be seen as the locus is clearly observed. With the current data acquisition system, it is not possible to accurately record the time sequence of the obtained point sequence, but since the data acquisition is performed with a 10 MHz clock, each point is obtained every 100 nsec. (C in Fig. 8
See).

【0064】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 generated by recoil electrons due to γ rays is much larger than the density of ionized electrons generated by passage of μ particles originating from cosmic rays, at least the trajectory of μ particles can be seen. The fact that γ-ray recoil electrons could be easily observed as well.

【0065】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。
In this MSGC, the drift region has a thickness of 5
mm and the electric field applied here is about 200 V /
cm, data collection is 100 ns, gas composition is xenon 7
Since it was 0%: ethane 30%, the trajectory of μ particles penetrating this drift region appears as a sequence of 5 to 6 points. This is evidence that MSGC operates as TPC, and the trajectory of charged particles is 1 mm in the depth direction.
It is obtained in units, indicating that a three-dimensional particle trajectory is recorded.

【0066】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 of the present invention has the above-mentioned P
A three-dimensional position resolution equal to or higher than ET can be obtained for a single γ-ray generation source in this energy range, and a large solid angle of 2π steradian (2π str: almost hemispherical region) is obtained. Also, since no collimator is required, the background is drastically reduced. Therefore, for example, the position resolution of the above PET while the radiation exposure of the patient to less than one conventional 100 minutes. Before use of the medical field, it is possible to obtain the temporal resolution in a single gamma-ray source.

【0067】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 detect recoil electrons (most of which are 200 keV or less, which can be perfectly 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 gamma rays is known, the direction of gamma rays can be obtained only from the direction and energy of electrons as described above. That is, only one gamma ray needs to be detected. Also, due to the large solid angle, the detection efficiency is also improved several hundred times. If you want to increase the sensitivity, place a scintillator plate detector (not necessary to be a pixel) for simultaneous measurement on the opposite side of the detector in order to reduce noise, and use 2 gamma ray events for simultaneous measurement and energy measurement. Can be identified.

【0068】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。
In this way, the conventional concept of gamma ray diagnosis is renewed, and the ability close to that of X-ray CT can be obtained.

【0069】次に、生物・工業利用について述べる。Next, biological / industrial use will be described.

【0070】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 application, as with medical applications, isotope-based tracer flow can be examined in real-time and in real-time for movements far away from the detector. For example, the movement of the tracer can be usually detected in a place where the amount of substance can transmit gamma rays to some extent, such as the place of reaction in the reaction furnace, the degree of progress, and the degree of diffusion.

【0071】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内では線源と
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。
Further, this detector is for obtaining the angle of gamma ray, and the closer to the detector, the higher the position resolution. Therefore, the distance between the radiation source and the detector can be made small in a small animal used in biology, medicine, and medicine, which improves the position resolution and enables the position determination of a site even for a small animal.

【0072】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。
[0072] In addition, the nuclear-related, confirmation of a wide range of pollution situation of the previous work, such as confirmation of the radiation exposure of the entire human body after work, there is no way other than to check the entire area in a conventional Sabemeta, also confidence takes time What was low was greatly improved in terms of both quality and time.

【0073】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 can also be applied to a two-dimensional gas proportional coefficient device having an electrode interval of 1 mm or less.

【0074】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 embodiments, but various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these modifications are not excluded from the scope of the present invention.

【0075】[0075]

【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 in detail above, according to the present invention, the following effects can be achieved.

【0076】(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 determined quickly and reliably without using a collimator.

【0077】(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 γ-rays in real time.

【0078】(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 with xenon gas, the detection efficiency for γ-rays can be improved.

【0079】(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, it is possible to further improve the detection efficiency for γ rays.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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 showing the principle of two-dimensional readout 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 directions of recoil electrons 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 an incident γ-ray direction obtained from a 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 range γ-ray direction detecting MSGC according to 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 detection 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 locus of muons captured by the MSGC for γ-ray direction detection of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 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12A ガスパッケージ側壁 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 16 MSGC基板部 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 MSGC 2,11 drift electrode (window) 3 drift electric field (E electric field) 4 gas atmosphere 5 detector 6 detection signal by detector 7 electron cloud 8 electron track 9 incident γ ray candidate cone A γ ray obtained from multiple events Incident direction B Candidate of γ-ray incident direction obtained from one recoil electron 10 γ-ray arrival direction detector 12 Gas package 12A Gas package side wall 13 Field wire (electric field structure line stretched around the side wall of gas package) 14 Capillary plate 15 long drift region 16 MSGC substrate part 17 photodetector 20 data acquisition system 21 encoder system 22 memory module 23 clock 24 counter (time stamp) 25 computer system 26 trigger signal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−300856(JP,A) 特開 昭62−225984(JP,A) 特開 昭62−5194(JP,A) 特開 昭62−203079(JP,A) 特表 平9−508750(JP,A) 特表2001−516454(JP,A) 特表2001−508935(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01T 1/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP 10-300856 (JP, A) JP 62-225984 (JP, A) JP 62-5194 (JP, A) JP 62- 203079 (JP, A) Special table 9-508750 (JP, A) Special table 2001-516454 (JP, A) Special table 2001-508935 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01T 1/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 MSGCによる反跳電子の軌跡映像から
のγ線入射方向決定装置であって、 (a)窓となるドリフト電極と、 (b)ガスパッケージと、 (c)該ガスパッケージ内に配置される複数のフィール
ドワイヤを有する長いドリフト領域と、 (d)前記ガスパッケージ内に配置されるキャピラリー
プレートと、 (e)前記ガスパッケージ内に配置されるMSGC基板
部と、 (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基板部
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ナノ秒オーダーの高速時
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。
1. A device for determining a γ-ray incident direction from a trajectory image of recoil electrons by MSGC, comprising: (a) a drift electrode serving as a window; (b) a gas package; and (c) a gas package inside the gas package. A long drift region having a plurality of field wires arranged therein; (d) a capillary plate arranged in the gas package; (e) an MSGC substrate portion arranged in the gas package; (f) data collection. And (g) ionizing the gas in the detection region by recoil electrons in the gas package, of which electrons drift along a drift electric field adjusted to be perpendicular to the detection surface, and an intermediate amplifier Reaching the capillary plate, gas-amplified, and further the amplified electrons are drifted to the MSGC substrate part to generate a signal at a two-dimensional electrode. A device for determining a γ-ray incident direction from a recoil electron trajectory image by MSGC, characterized in that the position is recorded at every high-speed time of nanosecond order by the data collection system.
【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であって、 (a)窓となるドリフト電極と、 (b)ガスパッケージと、 (c)該ガスパッケージ内に配置される複数のフィール
ドワイヤを有する長いドリフト領域と、 (d)前記ガスパッケージ内に配置される長いドリフト
領域の脇に配置される光検出器と、 (e)前記ガスパッケージ内に配置されるキャピラリー
プレートと、 (f)前記ガスパッケージ内に配置されるMSGC基板
部と、 (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基板部へドリフトし、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ナノ秒オ
ーダーの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. A device for determining a γ-ray incident direction from a recoil electron trajectory image by MSGC, comprising: (a) a drift electrode serving as a window; (b) a gas package; and (c) a gas package inside the gas package. A long drift region having a plurality of field wires arranged therein; (d) a photodetector arranged beside the long drift region arranged in the gas package; and (e) arranged in the gas package. A capillary plate; (f) an MSGC substrate part arranged in the gas package; and (g) a data acquisition system. (H) recoil electrons in the gas package ionize the gas in the detection region. In order to determine the moment when the γ-ray causes the photoelectric / Compton effect in the gas, the photodetector captures the light generated by the ionized gas, and the electron is detected on the detection surface. It drifts along a drift electric field adjusted to be vertical, reaches the capillary plate which is an intermediate amplifier, gas-amplifies, and further drifts the amplified electron to the MSGC substrate part, and outputs a signal at a two-dimensional electrode. It occurs, this Nanobyoo by the data acquisition system
An apparatus for determining a γ-ray incident direction from a recoil electron trajectory image by MSGC, which is characterized in that the position is recorded at each high-speed time of the radar.
【請求項3】 請求項又は記載の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、前記ガスパッケージは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。
3. A γ-ray incident direction determining device from the trajectory image of the recoil electron by MSGC according to claim 1 or 2, wherein the gas package by MSGC characterized in that it is filled with a gas based on Xe A device for determining the γ-ray incident direction from the recoil electron trajectory image.
【請求項4】 請求項記載の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、前記
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。
4. The γ-ray incident direction determination device from the recoil electron trajectory image by the MSGC according to claim 3 , wherein the gas package is capable of adjusting the pressure of Xe. An apparatus for determining a γ-ray incident direction from a recoil electron trajectory image by MSGC.
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