JP5853370B2 - ガス増幅を用いた放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、ピクセル型電極によるガス増幅を用いた放射線検出器に関する。

ガス増幅を利用した放射線検出器として、従来、ピクセル型の放射線検出器が用いられてきた。この放射線検出器は、例えば両面プリント基板の表面にストリップ状陰極電極が形成されるとともに、裏面に陽極ストリップが形成され、ストリップ状陰極電極には、一定間隔に開口部が形成されるとともに、開口部の中心には裏面の陽極ストリップと接続されている円柱状陽極電極、すなわちピクセル電極が形成されたような構成を採っている。

なお、放射線検出器は、例えばＡｒとエタンとの混合ガス中に配置される。また、ピクセル電極とストリップ状陰極電極との間には所定の電圧が印加されている。

上記放射線検出器においては、所定の放射線が検出器内に入射すると、ガスが電離して電子を生成し、この電子は、上記ストリップ状陰極電極と上記ピクセル電極との間に印加された高電圧、及び上記ピクセル電極の点電極としての形態（形状異方性）に起因して生成される強力な電場によって、電子雪崩増幅を引き起こす。一方、電子雪崩増幅によって生じた正イオンは、周囲のストリップ状陰極電極に向けてドリフトする。

この結果、対象となるストリップ状陰極電極及びピクセル電極に、それぞれ正孔と電子とがチャージされる。この電荷が生成されたストリップ状陰極電極及びピクセル電極の位置を検出することによって、放射線の検出器における入射位置を特定することができ、放射線の検出が可能となる（特許文献１）。

特開２００２−６０４７号

しかしながら、上述した放射線検出器は、一般には平面形状をしていることから、例えば放射性物質からの放射線を検出する場合において、単位面積当たりに入射する放射線の量には限界があるとともに、一方向に放射される放射線しか検出することができない。したがって、放射性物質の検出に関する分解能を向上させることができず、放射性物質の位置を特定する場合において、その特定精度を十分に向上させることができないという問題があった。

本発明は、検出分解能を向上させた新規な構成のガス増幅を用いた放射線検出器を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
希ガスと有機ガスとの混合ガス雰囲気中に配設され、湾曲した放射線検出器の内方に配置した放射性物質から放射される放射線に対するガス増幅を用いた放射線検出器であって、
絶縁部材と、
前記絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第１の電極パターン、及び前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第２の電極パターンを含むピクセル型電極とを具え、
前記絶縁部材及び前記ピクセル型電極は、前記第１の電極パターンの内方に設定された中心軸に対して同心的に湾曲して配列されてなることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器に関する。

本発明の放射線検出器によれば、放射線検出部であるピクセル型電極が、その内方、具体的にはピクセル型電極の、ピクセル電極を構成する第２の電極パターンの凸状部が開口部を介して露出してなる第１の電極パターンの内方において、所定の中心軸を仮想的に設け、この中心軸の回りに、上記ピクセル型電極及びこのピクセル型電極の第１の電極パターン及び第２の電極パターン間に位置する絶縁部材、すなわち放射線検出器を湾曲させ、所定の曲率で湾曲するようにしている。

したがって、湾曲した放射線検出器の内側に放射性物質を配置した場合において、放射性物質から放射される放射線は、放射線検出器の湾曲したピクセル型電極に入射して検出されるようになるため、ピクセル型電極における単位面積当たりの検出放射線量が増大することになる。

また、放射性物質から放射される放射線は、多方向に放射されるようになるが、従来の平面状の放射線検出器の場合は、一方向に放射された放射線しか検出することができないのに対し、本発明の湾曲した放射線検出器は、例えば放射性物質から水平、上方及び下方に放射された大部分の放射線を検出することができるようになる。

この結果、本発明の放射性検出器によれば、放射線の検出分解能を向上させることができるようになる。

なお、本発明の一例においては、上記放射線検出器を上記中心軸に対して半円柱状とすることができる。これは、以下に詳述する湾曲した放射線検出器の、現段階での製造上の制限に起因するとともに、このような半円柱状の放射線検出器を２つ用意して互いに対向するようにして配置すれば、円柱状の放射線検出器を形成できることによる。このような円柱状の放射線検出器を得ることができれば、その内部に配置した放射性物質から放射される総ての放射線の内、水平、又は上下に放射される放射線の大部分を検出することができるため、放射線の検出分解能をより向上させることができる。

上述したように、本発明の一態様においては、上述した放射線検出器を１つの放射線検出器ユニットとし、このような放射線検出器ユニットを２つ準備し、互いを対向させるようにして配置させることができる。

具体的には、希ガスと有機ガスとの混合ガス雰囲気中に配設され、湾曲した放射線検出器の内方に配置した放射性物質から放射される放射線に対するガス増幅を用いた放射線検出器であって、
第１の絶縁部材、この第１の絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第１の電極パターン、及び前記第１の絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記第１の絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第２の電極パターンを含むピクセル型電極を有する第１の放射線検出器ユニットと、
第２の絶縁部材、この第２の絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第３の電極パターン、及び前記第２の絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記第２の絶縁部材を貫通し、前記第３の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第４の電極パターンを含むピクセル型電極を有する第２の放射線検出器ユニットとを具え、
前記第１の放射線検出器ユニット及び前記第２の放射線検出器ユニットは、前記第１の電極パターン及び前記第３の電極パターンの内方に設定された中心軸に対して同心的に湾曲して配列され、相対向してなることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器に関する。

この場合、第１の放射線検出器ユニット及び第２の放射線検出器ユニットの内部に放射性物質を配置した場合、この放射性物質から放射される総ての放射線の内、水平、又は上下に放射される放射線の大部分を検出することができるため、放射線の検出分解能をより向上させることができる。

特に、第１の放射線検出器ユニット及び第２の放射線検出器ユニットをそれぞれ半円柱状に形成すれば、上述したように、その内部に配置した放射性物質から放射される総ての放射線の内、水平、又は上下に放射される放射線のほとんど総てを検出することができるため、放射線の検出分解能をより向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、検出分解能を向上させた新規な構成のガス増幅を用いた放射線検出器を提供することができる。

本発明の放射線検出器の一例における概略構成を示す斜視図である。 図１に示す放射線検出器の一部分を拡大して示す斜視図である。 本発明の放射線検出器の一例における概略構成を示す斜視図である。 図１に示す放射線検出器の製造方法における工程図である。 同じく、図１に示す放射線検出器の製造方法における工程図である。 同じく、図１に示す放射線検出器の製造方法における工程図である。 同じく、図１に示す放射線検出器の製造方法における工程図である。 同じく、図１に示す放射線検出器の製造方法における工程図である。 同じく、図１に示す放射線検出器の製造方法における工程図である。

以下、本発明の特徴及びその他の利点について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の放射線検出器の一例における概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示す放射線検出器の一部分を拡大して示す斜視図である。なお、図２においては、本実施形態における放射線検出器の詳細な構成を明確化するために、平面化して表している。

図１及び図２に示すように、本実施形態の放射線検出器１０は、絶縁部材１１と、この絶縁部材１１の内表面１１Ａに形成された、円形状の複数の開口部１２Ａを有する第１の電極パターン１２と、絶縁部材１１の外表面１１Ｂ上に形成された第２の電極パターン１３とを含んでいる。第２の電極パターン１３は、絶縁部材１１を貫通し、第１の電極パターン１２の開口部１２Ａの略中心部に先端が露出してなる凸状部１３Ａを有する。

凸状部１３Ａは、ピクセル電極（検出電極）を構成し、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３はピクセル型の電極を構成する。なお、凸状部１３Ａの上面は平坦となっており、その周囲にエッジが形成されている。

第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３間には電圧印加手段が接続され、これら電極パターン間に所定の電圧が印加されるようになっている。

また、図１及び図２に示すように、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３は、それぞれ複数のストリップ状の電極から構成されている。なお、本実施形態では、本実施形態の放射線検出器１０の特徴の理解を容易にすべく、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３は、それぞれ４本及び５本のストリップ状電極から構成しているが、実際の放射線検出器においては、それぞれ約５００本のストリップ状電極から構成する。

さらに、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３は、互いに直交するようにして配置されている。但し、これら電極パターンは所定の角度を成すように配置されていれば、特に直交させる必要はない。なお、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３が所定の角度を成すようにして配置するのは、放射線検出器１０で検出した放射線を縦方向及び横方向の電気信号として取り出し、その放射線を放射した物質の位置の特定を容易にするためである。

また、図１から明らかなように、本実施形態の放射線検出器１０においては、第１の電極パターン１２の内方において、中心軸Ｉ−Ｉを仮想的に設け、この中心軸Ｉ−Ｉの回りに、絶縁部材１１、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３、すなわち放射線検出器１０が所定の曲率で湾曲し、中心軸Ｉ−Ｉに対して半円柱状となっている。

したがって、湾曲した放射線検出器１０の内側に放射性物質を配置した場合において、放射性物質から放射される放射線は、放射線検出器１０の湾曲したピクセル型電極、すなわち、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３に入射して検出されるようになるため、ピクセル型電極における単位面積当たりの検出放射線量が増大することになる。

また、放射性物質から放射される放射線は、多方向に放射されるようになるが、従来の平面状の放射線検出器の場合は、一方向に放射された放射線しか検出することができないのに対し、本実施形態の湾曲した放射線検出器１０は、例えば放射性物質から水平、上方及び下方に放射されたほとんど総ての放射線を検出することができるようになる。

この結果、本実施形態の放射性検出器１０によれば、従来の平面上の放射線検出器に比し、放射線の検出分解能を向上させることができるようになる。

なお、本実施形態では、放射線検出器１０を半円柱状としているが、これは現状での製造上の制限と、以下に説明するように、半円柱状の放射線検出器１０を相対向するようにして組み合わせれば、実質上、検出分解能をさらに向上させた、円柱状の放射線検出器を歩留まりよく製造できることに起因する。

但し、中心軸Ｉ−Ｉ線の回りに所定の曲率で湾曲させれば、平面上の放射線検出器と比較して検出できる放射線の量は増大するので、放射線の検出分解能を向上させることができる。

放射線検出器１０の湾曲度合いは、主として絶縁部材１１の材料とその厚さとに依存する。例えば、絶縁部材１１をプリント配線基板に使用されている汎用の変性ポリイミドから構成したとすると、その厚さを５０μｍ〜２００μｍとすることができる。

次に、図１及び２に示す放射線検出器１０における放射線の検出原理について説明する。
最初に、放射線検出器１０を、所定のガス、例えばＨｅとメタンとの混合ガス雰囲気中に配置する。次いで、例えば、第１の電極パターン１２をカソードとし、第２の電極パターン１３をアノードとするように、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３間（第１の電極パターン１２の開口部１２Ａに露出した端部１２Ｂ及び第２の電極パターン１３の凸状部１３Ａ間）に、放射線検出に際して必要な所定の電圧（例えば４００Ｖ〜６００Ｖ）を印加する。

この場合、上述した混合ガス雰囲気中であって、湾曲した放射線検出器１０の内側に例えば放射性物質を配置すると、この放射性物質は放射線を放射し、放射された放射線が前記ガスと衝突することによって前記ガスを電離し、電子を生成する。

生成した電子は、第１の電極パターン１２と、第２の電極パターン１３の凸状部１３Ａとの間に印加された電圧に起因して生成された大きな電場によって、電子雪崩を引き起こし、凸状部１３Ａに溜まるようになる。一方、前記電子雪崩によって生じた正イオンは、凸状部１３Ａから周囲の第１の電極パターン１２に向けてドリフトする。

この結果、第１の電極パターン１２及び第２の電極パターン１３の凸状部１３Ａにそれぞれ正孔と電子がチャージされるようになるので、凸状部１３Ａ、すなわちピクセル電極の位置を図示しない電荷検出回路で検出することによって、前記放射線の、放射線検出器ユニット１０における入射位置を特定することができ、前記放射線の検出が可能となる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の放射線検出器の他の例における概略構成を示す斜視図である。
図３に示すように、本実施形態の放射線検出器２０は、図１及び図２に示す半円柱状の放射線検出器１０が、それぞれ放射線検出器ユニット３０及び４０として構成され、相対向して円柱状の放射線検出器２０を構成している。

第１の放射線検出器ユニット３０は、図１及び図２に示す放射線検出器１０と同様に、第１の絶縁部材３１と、この絶縁部材３１の内表面３１Ａに形成された、円形状の複数の開口部３２Ａを有する第１の電極パターン３２と、第１の絶縁部材３１の外表面３１Ｂ上に形成された第２の電極パターン３３とを含んでいる。第２の電極パターン３３は、絶縁部材３１を貫通し、第１の電極パターン３２の開口部３２Ａの略中心部に先端が露出してなる凸状部３３Ａを有する。

凸状部３３Ａは、ピクセル電極（検出電極）を構成し、第１の電極パターン３２及び第２の電極パターン３３はピクセル型の電極を構成する。なお、凸状部３３Ａの上面は平坦となっており、その周囲にエッジが形成されている。

第１の電極パターン３２及び第２の電極パターン３３間には電圧印加手段が接続され、これら電極パターン間に所定の電圧が印加されるようになっている。

第１の放射線検出器ユニット４０も、図１及び図２に示す放射線検出器１０と同様に、第１の絶縁部材（特許請求の範囲における第２の絶縁部材）４１と、この絶縁部材４１の内表面４１Ａに形成された、図示しない円形状の複数の開口部を有する第１の電極パターン（特許請求の範囲における第３の電極パターン）と、第１の絶縁部材４１の外表面４１Ｂ上に形成された第２の電極パターン（特許請求の範囲における第４の電極パターン）４３とを含んでいる。第２の電極パターン４３は、絶縁部材４１を貫通し、第１の電極パターンの開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する。

第１の放射線検出器ユニット３０及び第２の放射線検出器ユニット４０において、凸状部３３Ａ等は、ピクセル電極（検出電極）を構成し、第１の電極パターン３２及び第２の電極パターン３３等はピクセル型の電極を構成する。なお、凸状部３３Ａ等の上面は平坦となっており、その周囲にエッジが形成されている。また、第１の電極パターン３２及び第２の電極パターン３３間等には電圧印加手段が接続され、これら電極パターン間に所定の電圧が印加されるようになっている。

また、本実施形態においても、第１の電極パターン３２及び第２の電極パターン３３等は、それぞれ複数のストリップ状の電極から構成されており、実用上は、それぞれ約５００本のストリップ状電極から構成する。

なお、第１の放射線検出器ユニット３０及び第２の放射線検出器ユニット４０のその他の特徴は、図１及び図２に示す放射線検出器１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態の放射線検出器２０においては、図３に示すように円柱状となっているので、放射線検出器２０の内側に放射性物質を配置した場合において、放射性物質から放射される放射線は、放射線検出器２０における第１の放射線検出器ユニット３０及び第２の放射線検出器ユニット４０の、湾曲したピクセル型電極、すなわち第１の電極パターン３２及び第２の電極パターン３３等に入射して検出されるようになるため、ピクセル型電極における単位面積当たりの検出放射線量が増大することになる。

また、放射性物質から放射される放射線は、多方向に放射されるようになるが、従来の平面状の放射線検出器の場合は、一方向に放射された放射線しか検出することができないのに対し、本実施形態の放射線検出器２０は、例えば放射性物質から水平、上方及び下方に放射されたほとんど総ての放射線を検出することができるようになる。

この結果、本実施形態の放射性検出器２０によれば、従来の平面上の放射線検出器に比し、放射線の検出分解能を格段に向上させることができるようになる。

なお、本実施形態では、第１の放射線検出器ユニット３０及び第２の放射線検出器ユニット４０を半円柱状としているが、これは現状での製造上の制限等に基づくものであって、これら放射線検出器ユニットを中心軸Ｉ−Ｉ線の回りに所定の曲率で湾曲させれば、平面上の放射線検出器と比較して検出できる放射線の量は格段に増大するので、放射線の検出分解能を格段に向上させることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態においては、第１の実施形態に係わる図１及び図２に示す放射線検出器１０の製造方法について説明する。図４〜図９は、上記放射線検出器の製造方法における工程図である。なお、本実施形態では、放射線検出器１０の製造過程を明確にすべく、図２に示すＰ−Ｐ方向に沿った断面について示している。

最初に、図４に示すように、例えば厚さ５０μｍ〜２００μｍの変性ポリイミド等からなる絶縁部材１１の主面１１Ａ及び裏面１１Ｂに、銅などの導電性部材からなる第１の電極層１７及び第２の電極層１８を形成する。次いで、第２の電極層１８をプリプレグあるいは接着剤５２を介して、例えば熱硬化性樹脂からなる支持基板５１に貼り付ける。

次いで、図５に示すように、第１の電極層１７にフォトリソグラフィを施し、第１の電極層１７において複数の加工用開口部１７Ａを形成する。

次いで、図６に示すように、第１の電極層１７の複数の加工用開口部１７Ａを介して絶縁部材１１にエネルギー線を照射し、絶縁部材１１の厚さ方向において貫通孔１１Ｈを形成する。なお、前記エネルギー線としては例えばレーザ光線を用いることができ、好ましくは炭酸ガスレーザを用いる。このガスレーザは、その波長特性から絶縁部材１１のみに加工を施し、第２の電極層１８は加工しない。なお、前記エネルギー線照射に代えて、感光性フォトリソグラフィを施すことによって貫通孔１１Ｈを形成してもよい。

次いで、図７に示すように、貫通孔１１Ｈ内にビアフィルメッキを施し、貫通孔１１Ｈを埋設するようにして金属メッキ層１９を形成する。その後、図８に示すように、第１の電極層１７に対して再度フォトリソグラフィ工程を施し、第１の電極層１７において金属メッキ層１９を中心とした円形状の開口部を形成して、第１の電極パターン１２を形成する。

次いで、図９に示すように、支持基板５１及びプリプレグあるいは接着剤５２を研削によって除去した後、第２の電極層１８にフォトリソグラフィを施し、金属メッキ層１９からなる凸状部１３Ａを有する第２の電極パターン１３を形成する。なお、研削によって残留した接着剤５２等は、適宜溶剤によって溶解除去する。

以上のような工程を経ることにより、例えば、図２に示すような平板状の放射線検出器が製造できるので、この放射線検出器を中心軸Ｉ−Ｉの回りにベンダー等によって湾曲させ、必要に応じて加熱処理を施すことにより、中心軸Ｉ−Ｉの回りに所定の曲率半径で湾曲してなる半円柱状の放射線検出器１０を得ることができる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例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。

１０ 放射線検出器
１１ 絶縁部材
１２ 第１の電極パターン
１３ 第２の電極パターン
２０ 放射線検出器
３０ 第１の放射線検出器ユニット
３１ （第１の）絶縁部材
３２ 第１の電極パターン
３３ 第２の電極パターン
４０ 第２の放射線検出器ユニット
４１ （第２の）絶縁部材
４３ 第２の（第４の）電極パターン

Claims (4)

1. 希ガスと有機ガスとの混合ガス雰囲気中に配設され、湾曲した放射線検出器の内方に配置した放射性物質から放射される放射線に対するガス増幅を用いた放射線検出器であって、
   絶縁部材と、
   前記絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第１の電極パターン、及び前記絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第２の電極パターンを含むピクセル型電極とを具え、
   前記絶縁部材及び前記ピクセル型電極は、前記第１の電極パターンの内方に設定された中心軸に対して同心的に湾曲して配列されてなることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器。
2. 前記絶縁部材及び前記ピクセル型電極は、前記中心軸に対して半円柱状となるように湾曲していることを特徴とする、請求項１に記載のガス増幅を用いた放射線検出器。
3. 希ガスと有機ガスとの混合ガス雰囲気中に配設され、湾曲した放射線検出器の内方に配置した放射性物質から放射される放射線に対するガス増幅を用いた放射線検出器であって、
   第１の絶縁部材、この第１の絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第１の電極パターン、及び前記第１の絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記第１の絶縁部材を貫通し、前記第１の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第２の電極パターンを含むピクセル型電極を有する第１の放射線検出器ユニットと、
   第２の絶縁部材、この第２の絶縁部材の第１の面上に形成されるとともに、円形状の複数の開口部を有する第３の電極パターン、及び前記第２の絶縁部材の前記第１の面と相対向する第２の面上に形成されるとともに、前記第２の絶縁部材を貫通し、前記第３の電極パターンの前記開口部の略中心部に先端が露出してなる凸状部を有する第４の電極パターンを含むピクセル型電極を有する第２の放射線検出器ユニットとを具え、
   前記第１の放射線検出器ユニット及び前記第２の放射線検出器ユニットは、前記第１の電極パターン及び前記第３の電極パターンの内方に設定された中心軸に対して同心的に湾曲して配列され、相対向してなることを特徴とする、ガス増幅を用いた放射線検出器。
4. 前記第１の放射線検出器ユニット及び前記第２の放射線検出器ユニットは、前記中心軸に対して半円柱状となるように湾曲していることを特徴とする、請求項３に記載のガス増幅を用いた放射線検出器。

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