JPH04106788U - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光電子に対する通過時間が短く且つ個別の光
電子検出に対する解像度が高い簡単な電子光学系を使用
することにより、放射線に対する感度の高い非結像形検
出器を提供せんとするものである。 【構成】 チェレンコフ放射のような放射線を検出する
検出器であって、主面が好適には球形のエンベロープ１
の半分以上を被覆する入射スクリーン５を具える。エン
ベロープ１内には光電子検出射出スクリーン11を配設し
て減衰時間が僅かとなり、感度が高くなるようにする。
従ってエンベロープ１内の凹部15に装着されたシンチレ
ーション射出スクリーン11によって、凹部15内に装着さ
れた光電子増倍管17と相俟って100 倍に増強された光電
子を発生させることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、放射線を電子に変換する入射スクリーンと、エンベロープ内に収容 された電子光学系及び電子検知射出スクリーンとを具える放射線検出器に関する ものである。

【０００２】

【従来の技術】

この種の検出器は、例えば輝度増強管において既知である。輝度増強管、特に 増強管の目的は、微弱な入射事象を光学的に忠実な強い射出事象に変換すること により情報を増強することにある。例えば光学像でなく、可視スペクトル領域外 の電磁放射線或いは粒子線により搬送される像を、可視像に変換する必要がある 場合、検出器に変換機能を設ける。輝度増強管の増強度は、例えば入射放射線に より入射スクリーンから放出される１０乃至３０ＫＶの光電子による加速度に主 として基づいている。それ以上の輝度増強は、入射スクリーン及び射出スクリー ン間の像を例えば表面区域で測定して１０乃至５０分の１に縮小することにより 普通えられる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

かかる像増強管で光学的に忠実な像を形成する場合には、電子光学像形成装置 に対して厳しい特定の要求が課せられると共に、入射スクリーンの幾何学的形状 に対して種々の制約が課せられている。

【０００４】 個別の光電子を検出するためには、極めて能率的な光電陰極と、約１０μsec の周期内で検出し得る高２次電子放出機能を有する少なくとも第１番目のダイノ ードとを具える光電子増倍管を用いるようにしている。しかし、かかる光電子増 倍管の入射窓が小さい場合には、これら検出器の感度を高くするのは不可能であ る。

【０００５】 本考案の目的は、光電子に対する通過時間が短かく且つ個別の光電子検出に対 する解像度が高い簡単な電子光学系を使用することにより、放射線に対する感度 の高い非結像形検出器を提供せんとするにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この目的のため、本考案はエンベロープと、該エンベロープ外の放射線をエン ベロープ内で電子に変換する入射スクリーンと、該入射スクリーンからの電子を 捕集する電子検知射出スクリーンとを具え、前記入射スクリーンは、エンベロー プ内でこのエンベロープのほぼ球形部分の少なくとも２πの立体角にわたり延在 する光電陰極を具え、前記射出スクリーンは、前記エンベロープの凹部の端面に 装着してこれが光電陰極全体から光電子を捕集するようにした放射線検出器にお いて、前記射出スクリーンを、エンベロープの球形部分の中心からその半径の約１ ／４ないし１／３の距離の個所に、該半径に対して対称的に配設するようにして 、ほぼ１００μsecよりも短い周期内でほぼ全光電陰極からの光電子を検出する ようにしたことを特徴とする。

【０００７】 従って電子光学系の像形成機能は本考案を実施する検出器において必要としな くなるため、射出スクリーンの位置、形状、寸法を適合させて、この系により入 射スクリーンの光電陰極がエンベロープの内面の大部分を覆うようにする。さら に入射スクリーンと射出スクリーンとの間に通常の電位差を印加するだけで光電 子に対する通過時間を極めて短くすることができる。

【０００８】 好適な実施例ではほぼ球形のエンベロープの中心からみて、入射スクリーンが ほぼ３πの立体角を覆うようにする。光電陰極を、入射スクリーンとして作動さ せると共に射出スクリーンをシンチレーション物質で造る。射出スクリーンは、 例えばエンベロープの凹み部分に装着し、前記凹み部分には射出スクリーン内か ら放出される光子を検出する通常の光電子増倍管を収容する。

【０００９】 非常に好適な実施例においては、射出スクリーンは、例えば直接プリアンプに 接続された半導体電子検出器を具える。シンチレーション物質から造られる射出 スクリーンとこれに結合すべき光電子増倍管との間を適切且つ能率的に光結合す るためには、光ファイバー板を用いる。或いは又、射出スクリーンに対向する端 面が比較的小さく、且つ光電子増倍管に対向する端面が比較的大きな円錐状光導 体を用いることもできる。光結合の離間した部分間の空隙には、離間部分の屈折 率に適合する液浸オイルを充填するのが好適である。或いはまた、これら離間部 分を好適な手段、例えばカナダバルサムにより接着することもできる。

【００１０】 検出感度を増大させるためには、射出スクリーンを、減衰時間の短いシンチレ ーション物質で造るのが好適である。この場合には蛍光物質の励起応答曲線に電 子的に読取り技術を適用してシンチレーション物質の関連する特性が検出に寄与 し得るようにする。また検出をｐ−ｎ接合を有する半導体ウェハにより行って電 子を直接検出し得るようにする。

【００１１】

【実施例】

図面につき、本考案の好適な実施例を詳細に説明する。 光電陰極に入射スクリーンと、シンチレーション射出スクリーンと、該射出ス クリーンに適切に結合し且つ適合させた光電子増倍管とによる組合せによって、 検出器の入射スクリーンからの１個の光電子を例えば、光電子増倍管内で１０乃 至１００個の光電子に変換することができる。

【００１２】 本考案を実施するための検出器のエンベロープ１を図に示す。このエンベロー プは、その大部分を、ほぼ球形とし、中心Ｍを有す球として形成する。球形部分 の内面には、放射線を電子に変換する入射スクリーン５を設け、このスクリーン は、例えば立体角で３πまで延在している。この場合入射スクリーンを、光電陰 極により形成し、これに電位源を、貫通導入線７及び球形部分の内面に設けた導 電細条９を経て接続することができる。光電陰極の形態の入射スクリーンを具え るかかる実施例においては、エンベロープを検出される光子に対して透明とし、 この目的のため、球形部をガラスで造るようにする。あるいはまた入射スクリー ンを蛍光体で造ることもでき、この入射スクリーンを例えばＸ線像増強管に用い る型の光電陰極とすることができる。この場合、検出すべき放射線例えば紫外線 、粒子線或いはＸ線に対してエンベロープは、透明とし、蛍光層は、この放射線 を受けてこれを光電陰極が受け易い光子に変換する。また、エンベロープをガラ ス以外の材料で造ることもできる。本例ではガラスエンベロープを用いる場合、 蛍光スクリーンをエンベロープの外面にも設け得るようにする。その理由はエン ベロープ外面の蛍光スクリーンに像を形成する必要がないからである。又、入射 スクリーンは、これをエンベロープの内壁に直接設けるが、自己保持スクリーン としてエンベロープ内壁に近接して設けることもできる。

【００１３】 特定の例では、検出器に、チェレンコフ放射の検出に対し、即ち例えば400ｍ μの波長のスペクトルの近紫外線又は短波長青色部の光子に対して最適の感度を 有する光電陰極入射スクリーンを設けるが、この場合約６０ｍμの波長をもつ放 射線に対しても好適な感度が得られるようにする。これがため酸化イットリウム を含む蛍光体が好適である。

【００１４】 電子を検出する射出スクリーン１１は、入射スクリーンにおいて中心Ｍとする 立体角の空間２等分線を形成するエンベロープの球形部分の半径Ｒに対して対称 に配設する。図に示す実施例の射出スクリーン１１は、エンベロープ内の凹部１ ５の壁端部分１３に装着する。球形部分の半径Ｒが例えば１７０ｍｍの場合には 、射出スクリーンは例えば中心Ｍから４０乃至６０ｍｍの距離に位置させるよう にする。凹部内に装着された光電子増倍管１７と射出スクリーンとの間を適切に 光結合する場合には、円錐状光導体２１を、壁端部分１３と光電子増倍管の入射 窓１９との間に配設する。円錐状光導体の大きな端面２５だけでなく小さな端面 ２３も対向して位置するガラス窓に適切な液浸オイル或いは接着剤により連結す ることができる。

【００１５】 円錐状光導体の側面２７は、例えばつや出しにより、光が内部反射するように 形成する。凹部には、拡開部分を設けて、電源２９を装着するためのスペースを 形成する。この電源は、例えば光電子増倍管の種々のダイノードに対しては高電 圧発生器とし、且つ射出スクリーンに対しては例えば２５ＫＶの高電圧を発生し 得るようにする。射出スクリーン電圧は、凹部の広い部分と狭い部分との間の肩 部分に設けた貫通導入線３１と内部導体３３とを介して射出スクリーンに供給す る。凹部１５の残存するスペースに、例えばゴムのような電気絶縁体３５を充填 するようにする。光がエンベロープを透過してしまうような高電圧によるポテン シャル光現象を防止するために、入射スクリーンが延在しないエンベロープの外 壁の少なくとも一部分を、導電体層３７で被覆する。検出器を全方向からの光子 の検出に用いる必要がある場合には、導電体層３７はこれら光子が透過するよう に構成する。これがため光子は背後からエンベロープに入射し得、従ってエンベ ロープを通過した後にも光電子が光電陰極内に放出され得るようになる。射出ス クリーンに発生した光子が入射スクリーンの光電陰極に到達するのを防止するた めに、遮光体３９を凹部の壁に設けると共に射出スクリーンには、その内側に２ ５ＫＶの電圧で加速された電子を透過するが光学的には不透明である遮蔽体４１ を設けるようにする。

【００１６】 電源は、導電体４３を経て光電子増倍管に接続する。また導電体４５は信号出 力用としても使用する。

【００１７】 実際には電子光学系は、ほぼ零電位に維持される光電陰極と例えば２５ＫＶの 電圧に維持される射出スクリーンとだけにより構成する。光電陰極上の２つの位 置に対して、光電陰極から直角に出る光電子について算出した電子通路５１と、 光電陰極から４５゜の角度で出る光電子について算出した電子通路５３とを図面 に示す。

【００１８】 本考案の検出器は、天文学の研究で検出しようとしているニュートリノ及びミ ューオンの検出装置に用いるのに特に好適である。物質とニュートリノとの間の 相互作用は、非常に小さく、例えば深水中にて計測を行うことにより、検出装置 内で放射線がじょう乱されるのを避ける必要がある。ニュートリノ及びミューオ ンによって発生するチェレンコフ放射は立体的な検出器マトリックスにより計測 することができる。この検出器のより詳しい情報は、サイエンティフィック ア メリカン １９８１年２月号１０４−１１３ページに、ラーニド及びアイクラが 発表した論文に掲載されている。

【００１９】 この目的のため、図面に示す検出器を好適には球状の圧力容器５７内に収容し うるようにする。本例検出器に対しては、圧力容器は検出器の球状エンベロープ １より著しく大きくする必要はない。この圧力容器を例えば２個の半球で構成し 、これら半球を連結部材５９により組立てて一体に形成し得るようにする。圧力 容器と入射スクリーンとの間のスペース６１には、光結合のため液浸オイルを充 填する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図面は本考案放射線検出器の構成を示す断面図
面である。

【符号の説明】

１ エンベロープ ５ 入射スクリーン（光電陰極） ７ 貫通導入線 ９ 導電細条 １１ 射出スクリーン １５ 凹部 １７ 光電子増倍管 １９ 光電子増倍管の入射窓 ２１ 円錐状光導体 ２９ 電源 ３７ 導電体層 ３９ 遮光体 ５１，５３ 電子通路 ５７ 圧力容器

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンベロープと、該エンベロープ外の放
   射線をエンベロープ内で電子に変換する入射スクリーン
   と、該入射スクリーンからの電子を捕集する電子検知射
   出スクリーンとを具え、前記入射スクリーンは、エンベ
   ロープ内でこのエンベロープのほぼ球形部分の少なくと
   も２πの立体角にわたり延在する光電陰極(5)を具え、
   前記射出スクリーン(11)は、前記エンベロープの凹部(1
   5)の端面(13)に装着してこれが光電陰極全体から光電子
   を捕集するようにした放射線検出器において、前記射出
   スクリーンを、エンベロープの球形部分の中心からその
   半径の約１／４ないし１／３の距離の個所に、該半径に
   対して対称的に配設するようにして、ほぼ１００μsec
   よりも短い周期内でほぼ全光電陰極からの光電子を検出
   するようにしたことを特徴とする放射線検出器。