JP3955836B2

JP3955836B2 - ガス比例計数管及び撮像システム

Info

Publication number: JP3955836B2
Application number: JP2003272032A
Authority: JP
Inventors: 冬樹門叶; 敬久櫻井; 修一郡司
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP2005032634A

Description

本発明は、ガス比例計数管及び撮像システムに関する。

近年、鉛ガラス製キャピラリープレートを撮像型のガス比例計数管（Capillary Gas Proportional Counter；ＣＧＰＣ）として動作させる新しいタイプの検出器が開発されている（非特許文献１、２参照。）。図７は、このようなＣＧＰＣを用いた撮像型Ｘ線検出装置の構成を示す模式図である（非特許文献３参照）。

同図において、撮像型Ｘ線検出装置１００は、ガス比例計数部１１０の後段に光学系１２０及び撮像系１３０が順に連設されたものである。ガス比例計数部１１０は、一方端及び他方端にそれぞれベリリウム窓１１１及び合成シリカから成る光透過窓１１２が設けられたチャンバ１１３の内部に、各窓１１１，１１２と同軸状に設けられたキャピラリープレート１１４が設置されたものである。キャピラリープレート１１４は、中空状を成す１００μｍ径程度の鉛ガラス製キャピラリーが複数集積されて成っており、成形時のバイアス角度は０°とされている。

また、キャピラリープレート１１４の両面には、電源系１４０に接続された薄膜電極（図示せず）が形成されている。さらに、キャピラリープレート１１４の前段には、整形リング（シェイピングリング）１１５，１１６が設けられており、ドリフト領域が画成されている。これらの整形リング１１５，１１６は、電源系１６０及び接地電位に接続されており、電源系１６０からの高電圧と接地間が抵抗分割されてそれぞれに適切なドリフト電圧が印加されるようになっている。さらに、チャンバ１１３内には、主成分であるＡｒガス、ＣＨ₄ガス等にペニング効果（Penning Effect）を奏するトリメチルアミン（ＴＭＡ）やトリエチルアミン（ＴＥＡ）が添加された混合ガス１１７が封入されている。

この撮像型Ｘ線検出装置１００では、ベリリウム窓１１１を通してチャンバ１１３内に入射したＸ線Ａがベリリウム窓１１１／キャピラリープレート１１４間領域のガス分子と相互作用し、光電効果によって高エネルギーの電子（一次電子）が放出される。この一次電子（Ｘ線光電子）は、他のガス分子にエネルギーを付与しながら進み、その飛跡中に電子−イオン対を生じる。よって、この電子−イオン対の数はＸ線Ａのエネルギーに比例する。一次電子の飛跡に沿って生じた電子（電子雲とも呼ばれる。）は、ベリリウム窓１１１／キャピラリープレート１１４間に生成された電場により、その電子雲形状を保持したままキャピラリープレート１１４の前面からその内部に進入する。

キャピラリープレート１１４の内部には、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な例えば１０⁴Ｖ／ｃｍ以上の電場が形成されており、電子がガス分子と次々に衝突して電子増殖及び光増殖が行われ、例えば、１個の電子が１０³〜１０⁴個程度に増幅される。このようにして撮像型Ｘ線検出装置１００は、ガス比例計数管として機能する。増幅光は光透過窓１１２を透過して光学系１２０に入射し、レンズ系１２１を通ってフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）等から成る光透過窓１２２を透過して撮像系１３０へ出射される。

撮像系１３０としては、例えばＩＣＣＤ（Intensified CCD）が採用される。入射光は、光電面（図示せず）で光電変換され、Ｉ．Ｉ．１３１で電子増倍された後、図示しない蛍光面で再び光電変換され、ファイバーオプティックプレート（ＦＯＰ）等を通してＣＣＤアレイ（共に図示せず）に入射する。こうして増強された二次元画像情報は電気信号として信号処理系１５０へ送出され、例えば二次元位置情報と各位置での発光強度から成る三次元Ｘ線発光画像が得られる。

また、レンズ系１２１の代わりに反射系（リフレクタ）を用いたもの、並びに、光学系１２０及び撮像系１３０の代わりに光電子増倍管（photo multiplier tube；ＰＭＴ）を備えたものも開発されている（非特許文献４〜８参照。）。なお、キャピラリープレートのチャージアップを抑えるために、キャピラリープレート１１４に代えて、ＭＣＰ同様貫通孔の内面をＨ₂還元して低抵抗化したものも提案されている（非特許文献９参照。）。

さらに、最近では、Ｘ線等の二次元位置検出が可能な別の放射線検出器として、ガス・エレクトロン・マルチプライアー（Gas Electron Multiplier；ＧＥＭ）が注目を浴びている（例えば、非特許文献１０、１１参照。）。

図８は、一般にＧＥＭに用いられる多孔質ポリイミドフィルムの一部を示す模式平面図である。また、図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。多孔質ポリイミドフィルム４１１は、例えばフォトリソグラフィ−とドライ又はウェットエッチングとを組み合わせた方法やレーザ加工等を用いて一定間隔で複数の細孔４１３が形成された薄膜（例えば、厚さが数十μｍ〜１００μｍ程度）である。

細孔４１３の一般的な形状としては、例えば図８及び図９に示す如く、略筒状を成しており、多孔質ポリイミドフィルム４１１の厚さ方向の中央付近に突出部Ｋが形成されたものが挙げられる。また、細孔４１３の典型的な寸法としては、最大内径が５０〜１００μｍ程度、最小内径（つまり突出部Ｋにおける内径）が最大内径の−１０μｍ程度、細孔間隔が１００〜２００μｍ程度とされる。ＧＥＭに用いられる場合、細孔４１３の面内密度は、例えば、１０⁴個／ｃｍ²オーダーである。

このような多孔質ポリイミドフィルム４１１を用いたＧＥＭでは、フィルム４１１の両面に蒸着された金属層から成る電極間に数百Ｖの電圧が印加され、細孔４１３の内部及び周辺に、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な電場が形成される。これにより、電子がガス分子と次々に衝突して電子増殖が行われる。
H. Sakurai et al., "A new type of proportional counter using a capillary plate", Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. A374(1996)341-344. H. Sakurai et al., "Characteristics of capillary gas proportional counter", SPIE Proceedings Reprint, vol.2806(1996)569-576. H. Sakurai et al., "Detection of photoabsorption point with capillary imaging gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (2002). M. Tsukahara et al., "The development of a new type of imaging X-ray detector with a capillary plate", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.3, (1997)679-682. H. Sakurai et al., "The form of X-ray photoelectron tracks in a capillary gas proportional counter", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.46, No.3, (1999)333-337. H. Sakurai, "Imaging gas proportional counter with capillary plate", 放射線 vol.25, No.1, (1999)27-37. H. Sakurai et al., "New type of imaging X-ray detector using a capillary plate", SPIE Proceedings Reprint, vol.3114(1997)481-487. T. Masuda et al., "Optical imaging capillary gas proportional counter with penning mixtures", IEEE Trans on Nucl. Sci. vol.49, No.2, (2002)553-558. Nishi,Yu.; Tanimori,Y.; Ochi,A.; Nishi,Ya.; Toyokawa,H., "Development of a hybrid MSGC with a conductive capillary plate.", SPIE, vol.3774(1999)87-96. F. Sauli, Nucl. Instr. And Meth. A 368(1977)531. F.A.F. Fraga et al., Nucl. Instr. And Meth. A 442(2000)417.

しかし、本発明者らが、上記従来のＣＧＰＣを用いた撮像型Ｘ線検出装置１００、及び、多孔質ポリイミドフィルム４１１を備えるＧＥＭについて詳細に検討したところ、以下に示す問題点が存在することを見出した。

撮像型Ｘ線検出装置１００では、低電圧で高電場を形成させるために、キャピラリープレート１１４をせいぜい６０〜７０μｍ程度の厚さとすることが望ましく、そのためには、ガラス製のプレートを機械的に研磨する必要がある。しかし、ガラス製のプレートをこのように薄く研磨する際には、ガラス自体が硬く脆いので、割れや剥離が生じ易く、また、機械的な衝撃に弱いため取り扱いに細心の注意を要する。

さらに、キャピラリープレート１１４の両面に設けられる薄膜電極は蒸着等によって被着形成されるが、キャピラリープレート１１４と薄膜電極との密着性が不十分な場合があり、こうなると電極が剥離し易くなるといった不都合が生じる。またさらに、鉛ガラス製のキャピラリープレート１１４では、素材中に含まれる放射性鉛核種から放出されるα線バックグラウンドにより、暗電流や突発的な異常電流が発生してしまうことも確認された。

一方、多孔質ポリイミドフィルム４１１を備えるＧＥＭでは、ポリイミドフィルムに孔加工を施すので、用いる方法によっては、加工不良すなわちフィルムの貫通が不十分で細孔４１３の一部が形成されなかったり、貫通したとしても、所望の形状の細孔４１３となり得なかったりするおそれがある。また、一定間隔で均一な細孔４１３を形成させるのが困難な場合もある。こうなると、多孔質ポリイミドフィルム４１１において二次元感度分布が不均一となるおそれがある。

さらに、図９に示すような尖塔状の内壁を有する細孔１４３の形状自体に不都合があるか否か不明ではあるものの、厚さ方向において突出部Ｋの位置や断面形状が細孔１４３毎に不揃いとなる懸念がある。そうなると、各細孔１４３内での電場に相違が生じ、場合によっては、多孔質ポリイミドフィルム４１１における感度分布の一様性が乱されるおそれが全くないとは言い切れない。

そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電子及び光増倍部を薄膜化しても耐衝撃性及び取扱性を向上できると共に、画一的且つ均一に配置された細孔を備える電子及び光増倍部を実現でき、これにより感度分布の一様性を高めることが可能なガス比例計数管及び撮像システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるガス比例計数管は、不活性ガスを主成分として含む検出用ガスが充填されており且つ電磁波又は電離放射線が入射する窓を有するチャンバと、そのチャンバ内に配置されており、且つ、樹脂から成る複数の管が該管の軸方向に対して交差する方向に併設された板状体とを備えるものである。

このように形成されたガス比例計数管においては、板状体を構成する複数の管が併設されることによって複数の孔が一定間隔で均一に配置された部材が形成される。よって、この板状体の両面に一定の電圧が印加されると、その孔の内部及び周囲に、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な電場が形成され得る。これらの孔は、予め中空状の管によるものなので、膜に孔加工を施す際に懸念される加工不良が生じるおそれがない。また、それらの複数の管が樹脂から成るので、板状体は柔軟性に富む。よって、キャピラリープレートのようにガラス材から成るものと異なり、割れや剥離が極めて生じ難い。

さらに、樹脂から成る板状体は、天然放射性核種のような放射線源を実質的に含まないので、鉛ガラス製のキャピラリープレートで問題となり得る異常放電（例えば、鉛核種から放出されるα線に起因する放電）を生じ得ない。

具体的には、管が中空糸から成るものであると好ましい。中空糸は極めて細い管を構成しており、これらが複数併設されて成る板状体は、多数の細孔が非常に狭い間隔で均一配置されたものとなる。中空糸で板状体を形成するには、多数の中空糸をバンドル状に束ねてスライスする方法等が挙げられ、そのような加工も簡便である。

より具体的には、樹脂がポリオレフィンであると更に好適である。これらは中空糸として入手容易であるだけでなく、樹脂材のなかでも比較的高い抵抗率（体積抵抗率）を発現するので、板状体を極めて薄くしたときに、その両面に蒸着等される電極間の絶縁を充分に担保でき、電場の形成をより確実ならしめることができる。また、長期使用時に電荷が蓄積し易い程の過度な高抵抗ではないので、チャージアップによる異常な突発電流の発生が防止される。

好ましくは、樹脂が、非ハロゲン系のもの、例えばポリエチレン又はポリプロピレンであると一層有用である。これらから成る樹脂は、ポリオレフィンのなかでも、ハロゲン系のものに比して充分に高い抵抗率が発現する。

さらに、検出用ガスが分子中にハロゲン原子を含む有機系ガスを含有するものであると好ましい。検出用ガスとして、ハロゲン原子を含む有機系ガスを添加することにより、可視光を高効率で発光させ得るので、撮像システムに一般的な光学系を用いても透過損失が抑えられ、高感度測定が可能となる。

この場合、有機系ガスは、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素から成るガス（例えば、ＣＦ₄等のハロゲン化アルカン）であると、光波長及び発光量の観点から一層好ましく、本発明者の現在の知見によれば、取扱性及び工業上の利用可能性を考慮すると、ＣＦ₄ガスが最も好ましいものと考えられる。

また、本発明による撮像システムは、本発明によるガス比例計数管と、チャンバの後段に配置された光検出器とを備えるものである。この光検出器の種類は特に限定されず、ＣＣＤ、ＰＭＴ、陽極ボード、ＣＭＯＳを用いたセンサ等を例示でき、これらのなかでもアレイ化が容易で高感度なＣＭＯＳセンサであると特に好ましい。また、ＣＭＯＳセンサを用いると、ＣＣＤ等を用いた場合に比して撮像システムの小規模化が可能であると共に、撮像時の時間分解能が格段に向上され、高感度のみならずより高精細且つ高速の動的解析をも達成できる利点がある。さらに、ＣＭＯＳセンサを使用すると、ＣＣＤを用いた場合に比して消費電力が格段に、例えば半分以下に軽減される利点がある。

本発明のガス比例計数管及び撮像システムによれば、電子及び光増倍部である板状体を薄膜化しても耐衝撃性及び取扱性を向上できると共に、画一的且つ均一に配置された細孔を備える板状体を実現でき、これにより感度分布の一様性を高めることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。

図１は、本発明によるガス比例計数管に備わる板状体の好適な一実施形態を模式的に示す平面図であり、図２は図１におけるII−II線断面図である。多孔プレート１（板状体）は、樹脂枠１２内に複数の樹脂製の中空糸１３（管）が配置されたものである。各中空糸１３は、互いに接するように、且つ、それらの軸方向が多孔プレートの厚さ方向に沿うように併設されており、中空糸１３同士の空間１１は、中空糸１３の側壁で充填されていてもよく、例えば他の樹脂体（接着性のもの等）が充填されていてもよい。また、多孔プレート１の両面には、例えば真空蒸着等によって形成された薄膜の電極１ａ，１ｂが設けられている。

このような構成により、多孔プレート１３は、多数の細孔が整列するように形成されており、各孔は、ガス比例計数管において各々独立した光・電子増倍器を構成する微細なチャネルとして機能する。

すなわち、多孔プレート１において、電極１ａ，１ｂ間すなわち各中空糸１３で画成される細孔（チャネル）の両端に電圧が印加されると、細孔の内部及び端部の周囲に軸方向の電界が発生する。このとき、多孔プレート１の上部で生成された電子がチャネルの一方端からチャネル内に入射すると、その入射電子は電界からエネルギーを付与され、チャネル内のガス原子と電離・励起衝突を繰り返し、電子及び脱励起に伴う光子が指数関数的に激増することにより電子・光増倍（増殖）が行われる。

ここで、多孔プレート１を構成する中空糸１３の樹脂材料としては、特に制限されるものではないが、ポリオレフィンであると好ましく、なかでも非ハロゲン系のもの、例えばポリエチレン又はポリプロピレンであるとより好ましい。また、それらの樹脂は、架橋体であってもなくてもよい。

また、多孔プレート１の外径（樹脂枠１２の外径）及び有効外径（樹脂枠１２の内径）は、種々の用途に応じて、また、中空糸１３の細孔径及び目的とする位置分解能等に応じて適宜決定されるが、通常は、１〜１００ｍｍφ程度とされる。さらに、多孔プレート１の厚さは、好ましくは０．０５〜２．０ｍｍ程度とされる。多孔プレート１の厚さが０．０５ｍｍ未満となると、充分な膜強度が得られない傾向にある。

またさらに、多孔プレート１における細孔径つまり中空糸１３の内径は、通常、６〜１００μｍ程度とされる。中空糸１３の内径がこの下限値未満であると、十分な光・電子増倍特性が得られない傾向にある。一方、中空糸１３の内径が１００μｍを超えると、用途に依るものの、高解像度、高速応答、高分解能といった要求を十分に満足できないおそれがある。

また、多孔プレート１の利得特性は、中空糸１３の内径ｄに対する中空糸１３の軸長Ｌの比（規格化長ａ＝Ｌ/ｄ）に依存し、一般に、高利得を得るには、この規格化長ａを大きくすることが有効である。しかし、規格化長ａが過度に大きいと、細孔内に存在するガス（後述）と増倍電子との衝突によってイオンフィードバックが発生し易くなる。こうなると、ノイズが増大しＳ／Ｎ比が低下する傾向にある。また、多孔プレート１では、その厚さが１ｍｍ程度を超えると、利得の向上に比してノイズの増大が顕著となることが懸念されることから、規格化長ａの上限は例えば２００程度とされる。

このような構成を有する多孔プレート１を製造する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す方法を用いることができる。まず、中空糸１３の長尺体を束ねてバンドル状とし、それを樹脂枠１２となる長管内に固定して中空糸１３が配列されたブロックを得る。次いで、そのブロックを一定の厚さとなるように細切り加工（スライス）することにより、多孔プレート１を簡便に得ることができる。

図３は、多孔プレート１を備える本発明のガス比例計数管を用いた撮像システムの好適な一実施形態を示す斜視図（一部破断図）である。また、図４は、その要部を模式的に示す断面図である。

撮像型Ｘ線検出装置２００（撮像システム）は、撮像系２１０に、電源系３４、並びにＣＡＭＣＡユニット及び表示装置が組み込まれた制御系３５（測定回路系を兼ねる。）が接続されたものである。撮像系２１０は、略筒状を成し上方端がベリリウム窓２１（窓）で覆われ且つ側壁に排気口２２ａ及び吸気口２２ｂが設けられたチャンバ２２と、Ｘ線Ｐｖ（電磁波）の入射方向に対してチャンバ２２の後段に接合されたチャンバ２３とを有している。

チャンバ２２内には、Ｘ線Ｐｖの入射方向に沿うように、その上流側から中空状の整形リング（シェイピングリング）２１５，２１６、及び前述した多孔プレート１が同軸状に設けられている。これらの整形リング２１５，２１６は、電源系３４及び接地電位に接続されており、電源系３４からの高電圧と接地間が抵抗分割されてそれぞれに適切なドリフト電圧が印加されるようになっている。これらの整形リング２１５，２１６によって、多孔プレート１の前方空間にドリフト領域が画成されている。

また、多孔プレート１の電極１ａ，１ｂは、それぞれ電源系３４に接続されており、前者には所定のカソード電圧が印加されて陽極として作用し、後者には所定のアノード電圧が陰極として機能する。

また、チャンバ２２，２３の境界には開口部が設けられており、そこにＦＯＰ２がチャンバ２２側を封止するように嵌合設置されている。このように閉止されたチャンバ２２内の空間には、主ガス成分であるＨｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス、ＣＨ₄ガス等に、分子中に好ましくはハロゲン原子、より好ましくはフッ素原子を含むＣＦ₄等のハロゲン化アルカンといった有機系ガスが添加され、更に必要に応じてクエンチングガスが加えられた検出用ガス２１７が封入されている。検出用ガス２１７は、排気口２２ａ及び吸気口２２ｂを用いて適宜排気及び供気される。

ＣＦ₄等の有機系ガスの添加量は、ガスの種類に応じて適宜選択することができるものの、検出用ガス２１７の全量に対して好ましくは１〜１０体積％程度、より好ましくは数体積％とされる。このように、ベリリウム窓２１、チャンバ２２、整形リング２１５，２１６、多孔プレート１、及び検出用ガス２１７から本発明の比例計数管が構成されている。

さらに、チャンバ２３の底壁上には、多孔プレート１及びＦＯＰ２と同軸状にＣＭＯＳセンサアレイ３（ＣＭＯＳセンサ；光検出器）が設置されており、その周囲には、ＣＭＯＳセンサアレイ３を駆動させるための駆動回路ボード４が設けられている。またさらに、先述した電源系３４は、チャンバ２３の側壁に設けられた電源端子２４を介して整形リング２１５，２１６及び多孔プレート１に接続されると共に、電源端子２４を介して駆動回路ボード４及びＣＭＯＳセンサアレイ３にも駆動電力を供給するようになっている。さらにまた、制御系３５は、チャンバ２３の側壁に設けられた信号端子２５を介して駆動回路ボード４と接続されている。

このように構成されたガス比例計数管、及び撮像型Ｘ線検出装置２００によれば、ベリリウム窓２１を通してチャンバ２２内に入射したＸ線Ｐｖがベリリウム窓２１／多孔プレート１間領域のガス分子と相互作用し、光電効果によって高エネルギーの電子（一次電子）が放出される。この一次電子（Ｘ線光電子）は、他のガス分子にエネルギーを付与しながら進み、その飛跡中に電子−イオン対を生じる。一次電子の飛跡に沿って生じた電子（電子雲）は、ベリリウム窓２１／多孔プレート１間に生成された電場により、その電子雲形状を保持したまま多孔プレート１の前面からその内部に進入する。

多孔プレート１の内部には、ガスの放電及び励起発光を引き起こすのに十分な例えば１０⁴Ｖ／ｃｍ以上の電場が形成されており、電子がガス分子と次々に衝突して電子増殖及び光増殖が行われ、例えば、１個の電子が１０³〜１０⁴個程度に増幅される。この際、種々の素反応が引き起こされ、なかでも励起されたＣＦ₄分子が基底状態に遷移する際に、そのエネルギー遷移に特有な波長を有する光が発せられる（CF₄ ^*→CF₄＋hν）。この励起発光の波長領域は、可視光から赤外光領域にかけた広いものであり、そのピーク波長は約６２０ｎｍである。

なお、整形リング２１５，２１６は、ベリリウム窓２１／多孔プレート１間のガス厚を増やしてＸ線の検出効率を高める場合に、補助的に使用されるものである。図示を省略したが、通常、ベリリウム窓２１を接地し、多孔プレート１の直前に１０〜２００Ｖ程度の電圧を印加することにより、ベリリウム窓２１／多孔プレート１間の電場が例えば１００〜２００Ｖ／ｃｍ程度になるように調整される。このとき、ベリリウム窓２１／多孔プレート１間の距離が大きくされると電場が乱れ易くなるため、それを‘整形’する目的で整形リング２１５，２１６が用いられる。よって、Ｘ線の検出効率をさほど重視せずにベリリウム窓２１／多孔プレート１間の距離が小さい場合には、整形リング２１５，２１６を用いなくともよい。

増幅光はＦＯＰ２を透過し、再度光電変換されることなくＣＭＯＳセンサアレイ３に入射する。ＣＭＯＳセンサアレイ３からは、光の入射した二次元位置情報と各入射位置での光強度に基づく電気信号が駆動回路ボード４を通して制御系３５へ出力され、そこで、三次元Ｘ線発光画像が構成されて表示装置等に出力される。

こうして用いられる多孔プレート１は、管状の中空糸１３が均一に配置されているので、細孔が一定間隔で規則正しく整列した状態が生起されている。よって、本発明のガス比例計数管及びそれを備える撮像型Ｘ線検出装置２００は、Ｘ線Ｐｖ等の放射線の入射位置を検出するための二次元位置検出器として、分解能に優れたものとなる。しかも、中空糸１３が隣接して密に設けられているので、更なる高解像度が期待できる。

また、多孔プレート１に形成された細孔は、中空糸１３に予め備わるものなので、従来のＧＥＭのように膜に孔加工を施す際に懸念される加工不良が生じるおそれがない。よって、多孔プレート１において二次元感度分布が不均一となることを抑止できる。さらに、細孔が直管状の中空糸１３で画成されるので、多孔プレート１の厚さ方向において、従来のＧＥＭで見られるような突出部Ｋ（図９参照）を有しない。よって、突出部Ｋの位置や断面形状が細孔毎に不揃いとなる懸念があったＧＥＭと異なり、各細孔内での電場が均一化され、多孔プレート１における感度分布の一様性を高めることができる。

またさらに、中空糸１３が樹脂から成るので、ガラス製のプレートを用いるキャピラリープレートのように機械的に研磨する必要がなく、また、ガラスのように硬く脆くなく柔軟性に富むので、多孔プレート１の製造時に割れや剥離が生じ得ない。さらにまた、機械的な衝撃に強いので、そのような外部からの衝撃によって使用時に破損し難く、取扱性にも優れる。加えて、多孔プレート１は製造が平易であって、例えば上述の如くブロック体をスライスして薄膜化できる。よって、７０μｍ程度より薄くすることも簡便であり、低電圧で高電場を形成させ易い。

また、樹脂製の中空糸１３が多孔プレート１を構成するので、蒸着等で被着される薄膜の電極１ａ，１ｂの密着性がガラス材に比して高められる。よって、電極１ａ，１ｂの剥離が充分に防止でき、装置の信頼性が高められる。さらに、多孔プレート１が天然放射性核種を含む可能性が殆どないので、従来の鉛ガラスを用いたチャネルガラスで問題となり得たα線による異常電離電流や異常発光の発生を確実に抑止でき、バックグラウンドレベルを格段に低減できる。よって、Ｓ／Ｎ比を格別に向上でき、これにより従来に比して高感度且つ高精度のＸ線測定が可能となる。

またさらに、中空糸１３がポリオレフィン、特にポリエチレンやポリプロピレン等の非ハロゲン系ポリオレフィンから成ると、工業上の利用性に優れると共に、適度に高い抵抗率を発現するので、多孔プレート１を極薄化したときでも、電極１ａ，１ｂ間の絶縁を充分に担保でき、電場の形成をより確実ならしめることができる。また、長期使用時に電荷が蓄積し易い程の過度な高抵抗ではないので、チャージアップによる異常な突発電流の発生を防止できる。

さらにまた、検出用ガス２１７として、ＣＦ₄ガス等のハロゲン置換されたアルカンといった有機系ガスが添加されたものを用いると、高効率で可視領域の波長を有する光を発光させることができるので、可視光透過性に優れる汎用のＦＯＰ２を用いても、高い透過率を達成できる。よって、ＣＭＯＳセンサアレイ３への入射光の減弱を十分に防止でき、更に高感度なＸ線測定を実現できる。

図５は、多孔プレート１を備える本発明のガス比例計数管を用いた撮像システムに係る他の実施形態の要部を模式的に示す断面図である。撮像型光検出装置３００（撮像システム）は、ベリリウム窓２１の代わりに入射窓３１を有する撮像系３１０を備えており、且つ、Ｘ線Ｐｖの代わりに光Ｐｘの撮像測定を行うものであること以外は、図３及び４に示す撮像型Ｘ線検出装置２００と同様の構成を有するものである。

入射窓３１は、いわゆる透過型の光電面として機能し、例えば石英等の窓基材上に薄い下地金属膜が形成され、更にその上に、例えばバイアルカリ化合物、マルチアルカリ化合物や、バイアルカリ及びアンチモン若しくはテルルの化合物、又は、マルチアルカリ及びアンチモン若しくはテルルの化合物等から成る薄膜、並びに必要に応じてカーボンナノチューブ等から成る中間層を有する光電子放出膜３１ａが蒸着等によって形成されたものである。

このように構成された撮像型光検出装置３００では、入射窓３１に入射した光Ｐｘが光電子放出膜３１ａに達すると、光電変換によって生じた光電子が多孔プレート１の前段の空間に放出される。この光電子が、撮像型光検出装置２００で説明した一次電子に相当し、上述したのと同様にして電子−イオン対を生じ、多孔プレート１内で電子増殖及び光増幅が行われ、ＣＦ₄ガスの励起発光が得られる。この光は多孔プレート１で増幅され、ＦＯＰ２を透過してＣＭＯＳセンサアレイ３へ入射し、三次元入射光画像が表示装置等に出力される。そして、撮像型光検出装置３００によっても、上述した撮像型Ｘ線検出装置２００と同様の作用効果が奏される（重複を避けるため、ここでの説明は省略する。）。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、多孔プレート１における樹脂枠１２を省略してもよい。この場合、多孔プレート１の製造時には、バンドル化した中空糸１３の長尺体を接着性の樹脂で接合するといった方法を採用し得る。また、多孔プレート１の形状は円板状に制限されず、例えば角板状等でもよい。図６は、本発明のガス比例計数管に用いられる他の板状体の一例を模式的に示す斜視図である。多孔プレート１０（板状体）は、矩形の樹脂枠２１２を備え、中空糸１３が多数併設され、空間２１１が例えば他の樹脂等で埋め込まれた構造を有する。

さらに、検出用ガス２１７には、ＣＦ₄ガスに替えて又は加えてＴＭＡやＴＥＡ等の他のペニング効果を奏するガスが添加されていてもよいが、励起光波長が上述の如く可視域となる点でＣＦ₄等のハロゲン化アルカン等の有機系ガスがより好ましい。

さらにまた、ＣＭＯＳセンサアレイ３に代えて、ＣＣＤ、ＩＣＣＤ、ＰＭＴ、陽極ボードを用いた撮像用センサを用いても構わないが、高精細且つ高速な動的解析用途にはＣＭＯＳセンサアレイ３を用いることが望ましい。また、ＦＯＰ２の代わりに従来の光透過窓１１２及び光学系１２０の組み合わせを用いてもよいし、バンドル状の光ファイバーを用いても構わない。

以上説明したように、本発明によるガス比例計数管及び撮像システムを用いれば、電子及び光増倍部である板状体を薄膜化しても耐衝撃性及び取扱性を向上できると共に、画一的且つ均一に配置された細孔を備える板状体を実現でき、これにより感度分布の一様性を高めることが可能となる。

本発明によるガス比例計数管に備わる板状体の好適な一実施形態を模式的に示す平面図である。図１におけるII−II線断面図である。多孔プレート１を備える本発明のガス比例計数管を用いた撮像システムの好適な一実施形態を示す斜視図である。多孔プレート１を備える本発明のガス比例計数管を用いた撮像システムの好適な一実施形態の要部を模式的に示す断面図である。多孔プレート１を備える本発明のガス比例計数管を用いた撮像システムに係る他の実施形態の要部を模式的に示す断面図である。本発明のガス比例計数管に用いられる他の板状体の一例を模式的に示す斜視図である。従来のＣＧＰＣを用いた撮像型Ｘ線検出装置の構成を示す模式図である。ＧＥＭに用いられる多孔質ポリイミドフィルムの一部を示す模式平面図である。図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

符号の説明

１，１０…多孔プレート（板状体）、１ａ，１ｂ…電極、３…ＣＭＯＳセンサアレイ（光検出器）、４…駆動回路ボード、１２，２１２…樹脂枠、１３…中空糸（管）、２１…ベリリウム窓、２２，２３…チャンバ、３１…入射窓、３１ａ…光電子放出膜、３４…電源系、３５…制御系、２００，３００…撮像型Ｘ線検出装置（撮像システム）、２１０，３１０…撮像系、２１５，２１６…整形リング、２１７…検出用ガス、Ｐｖ…Ｘ線、Ｐｘ…光。

Claims

不活性ガスを主成分として含む検出用ガスが充填されており、電磁波又は電離放射線が入射する窓を有するチャンバと、
前記チャンバ内に前記窓と対向して配置されており、樹脂から成り絶縁性を有する複数の管が該管の軸方向に対して交差する方向に併設されており、且つ、該複数の管の内部で前記検出用ガスの電離又は励起により電子及び光が増倍される板状体と、
前記板状体における両面上又は両面側に設けられた電極と、
を備えており、
前記電極のうち、前記板状体を挟んで前記窓と反対側に設けられた電極は、前記管の内部から該電極側に該管の軸方向に放出される光を、該軸方向延長線上において透過可能に設けられたものであり、
前記検出用ガスが、分子中にハロゲン原子を含み且つ励起発光を生じる有機系ガスを含有するものである、
ガス比例計数管。
前記管が中空糸から成るものである請求項１記載のガス比例計数管。
前記樹脂がポリオレフィンである請求項１記載のガス比例計数管。
前記樹脂がポリエチレン又はポリプロピレンである請求項１記載のガス比例計数管。
前記有機系ガスは、少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された炭化水素から成るガスである、請求項１記載のガス比例計数管。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス比例計数管と、
前記チャンバの後段に配置された光検出器と、
を備える撮像システム。