JPH0812249B2 - 無電荷粒子を検出し、位置を決定する装置 - Google Patents

無電荷粒子を検出し、位置を決定する装置

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JPH0812249B2
JPH0812249B2 JP61288614A JP28861486A JPH0812249B2 JP H0812249 B2 JPH0812249 B2 JP H0812249B2 JP 61288614 A JP61288614 A JP 61288614A JP 28861486 A JP28861486 A JP 28861486A JP H0812249 B2 JPH0812249 B2 JP H0812249B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、Ｘ光子、ガンマ（γ）光子もしくは中性子
のような無電荷粒子を検出し、それらの位置を決定する
装置に関する。本装置はこれらの無電荷粒子を透過す
る、ガスを充填した包囲体の形をした少なくとも１つの
検出器もしくはセンサを具備し、無電荷粒子の衝突によ
って電離用粒子を放出し、包囲体内のガスを電離せしめ
て帯電粒子を発生させるようになっている少なくとも１
つの変換器と、これらの帯電粒子を十分な力で引き寄せ
てなだれ現象を発生させるように変換器に対して決めら
れた電気的極性を有する検出器部材とを包囲体に収容し
ている。
発明の背景 この型の従来装置は英国特許2,000,632号（1982年２
月10日登録）に開示されている。
無電荷粒子を検出するための装置の最も簡単な例は、
陽極ワイヤと、変換器として動作する陰極とを備え、陽
極ワイヤ及び陰極は互いに近接して配置されており、こ
の組立体はガスを充填した包囲体内に収納されている。
この構造を有する検出器の例は、“Review of Scient
ific Instruments"第50巻第５号（1979）577頁に記載の
論文に記載されている。
検出器の動作とは関係なく、それらに含まれる変換器
の機能は、無電荷粒子の衝突によって電離用粒子、具体
的には高速即ち“一次”電子を放出させることである。
これらの高速電子の運動エネルギはガスの原子もしくは
分子の電離エネルギより大きく、時には、包囲体内部に
発生させた電場によってこれらの電子を陽極に向けて有
効に案内できない程高くなる。
これとは対照的にガスを封入すると、これらの一次電
子はガスを電離させて電子／陽イオン対を発生させる。
このようにして発生した電子を“二次電子”と呼ぶ。二
次電子は陽極に向かって移動し、一方陽イオンは陰極に
向かって移動する。
このようにして、その大きさが二次電子の数に依存す
る電荷が陽極に集められる。陽極に接続されている適切
な回路（もしくは“チャネル”）は陽極によって集めら
れた電荷に比例する信号を、従って観測した現象のエネ
ルギもしくは強度を表す測定信号を発生する。
集められた電荷は直接的に、もしくは間接的に検出す
ることができる。間接的に検出する場合には、集めら電
荷を導体に沿って流し、それにより発生する電流を検出
する。
これらの共通的な特性は別として、無電荷粒子検出器
は極めて多様であり、一般的にはそれらが“ダウンセン
ドなだれ”を使用しているか否かに依存して２つの主な
型に分類される。
当分野においては周知のこの“ダウンセンドなだれ”
現象は、陽極付近の電場が十分に強く、二次電子が２回
衝突する間に取得する運動エネルギがガスの原子もしく
は分子の電離エネルギより大きくなるように二次電子が
加速される場合に発生する。
これらの状態の下では二次電子自体がさらなる二次電
子を作り出し、これらの二次電子が陽極に向かって移動
する際にそれら自体がなだれを起すのである。全ての自
由電子が陽極によって収集されてしまうと、このなだれ
は止む。
検出される電子のこの増殖効果は、測定信号に例えば
107程度までの増幅をもたらし、それによって信号対雑
音比を極めて大幅に改善する。
良好な状態の下では、二次電子の数は一次電子の数に
対してある決まった比を有する高い値に維持される。こ
のような状態の下で動作する検出器を“比例カウンタ”
と呼ぶ。
しかしながら、なだれ現象の増殖率は制限された制度
までしか制御できず、なだれ現象を使用しない検出器を
使用することが好ましい場合もある。具体的には、“電
離箱”検出器がそうであり、その例は前記“Review of
Scientific Instruments"の論文、英国特許1,578,325号
（1981年１月21日登録）、フランス特許2,503,381号（1
986年１月10日登録：対応日本特許出願、特許昭57−161
677）に開示されている。一般にこれらの装置は、陽極
上に累積する電荷が測定可能であれば放射を検出できる
が、このためには無電荷粒子の放射を強くするか、もし
くは測定時間を長くする必要がある。
極めて特別な放射状態にある場合を除いて、電離箱を
撮像に、もしくは粒子の位置を決定するために使用でき
ないのはこの理由からである。即ち、検出しようとす
る、放射のエネルギが約80keV、もしくはこの値より低
い場合を除いて、電離箱は使用することができない。更
に、電離箱を撮像に応用しようとすると、各箱の像の１
つの点（即ち、“画素”）だけしか撮像しないので、複
雑な装置になってしまう（前記フランス特許2,503,381
号参照）。
これらの応用に対して電離箱よりはかなり良好に使用
できるなだれ検出器が撮像もしくは粒子位置決定の分野
で知られている。
二次元画像取得に使用される比例カウンタの例が“IE
EE Transactions on Nuclear Science"第27巻第１号（1
980年２月）157頁に掲載の論文に記載されている。
この検出器は、陽極ワイヤの二次元回路網と、この陽
極回路網に関連付けられ且つ陽極回路網の面に対して垂
直に配置されている酸化鉛結晶管の束からなる変換器と
を備えている。検出器への無電荷粒子放射の入射角は90
゜に極めて近く、検出器の変換効率は入射角には殆ど無
関係に８％以下である。
二次元画像を直接取得するための別の比例カウンタが
前記英国特許2.000,632号に開示されている。上記装置
と同様に、この装置は多重ワイヤ比例箱として知られて
いる装置の分類に属しており、それの面に垂直に入射し
て衝突する放射を検出するようになっている。この装置
は、一緒になって固体変換器を構成するストリップの形
状の２つの陰極と、電気的に相互接続された複数のワイ
ヤが形成する１つの面によって構成されている陽極とを
具備している。
上記陰極のストリップは、時間分析回路に接続された
遅延線と組合わされている。
この検出器が複雑な分析回路を必要とすること、及び
その変換効率を極めて高くすることができないことの他
に、必然的に画像取得時間がかなり長くなるために、そ
の利用は例えばシンチグラフィのような準静止画像の形
成に限られる。
以上に鑑みて、本発明の本質的な目的は、無電荷粒子
を検出し、それらを局在化するための装置を提供するこ
とである。本発明の装置は特に無電荷粒子のエネルギが
50keVより実質的に近い場合に、従来の多重ワイヤ比例
箱よりもかなり効率的である。
発明の概要 本発明は、Ｘ光子、γ光子もしくは中性子のような無
電荷粒子を検出し、その位置を決定する装置を提供す
る。本装置は、上記無電荷粒子に対して透過性であって
ガスを充填した包囲体を有する少なくとも１つのセンサ
を具備している。この包囲体は、上記無電荷粒子が衝突
すると電離用粒子を放出してこれらの電離用粒子によっ
て包囲体内のガスを電離させ帯電粒子を発生させる少な
くとも１つの変換器と、上記帯電粒子を十分な力で引き
寄せてなだれ現象を発生させるように上記変換器に対し
て決められた電気的な極性を有する検出器部材とを含
む。本発明による装置の改良により、粒子は上記センサ
に対して所定の平均方向に伝播する。変換器は上記粒子
の平均伝播方向に対して10゜より少ない角度をなした固
体材料の板を備えている。上記検出器部材は互いに、及
び変換器の板に対して実質的に平行な導電性の細長い検
出器要素の回路網を備えている。これらの要素は、変換
器板の面上への上記粒子の平均伝播方向の投影に対して
垂直な方向の無電荷粒子の強度の分布に対応する一次元
画像を形成する回路に接続される。
変換器を構成する板の形状は、平面、曲面、皿形、ま
たは波形であって差し支えないが、一般的には平面形状
が最も適している。
本発明の本質的に新規な特色の一つは、構造が簡単
で、製造に関して安定しているにも拘わらず、粒子の位
置決定用途に対して引例箱の特質と、固体変換器の利点
とを併せ持つセンサを提供することである。固体変換器
の長所は、本発明以前に知られている長所、及び本発明
に開示されている長所を含む。これらの長所は視射角
（即ち入射角の余角）の利用に関する。
従来、撮像及び粒子位置決定の分野では、前記フラン
ス特許2,503,381号及び前記英国特許1,578,325号に示さ
れているように、伝統的に、画像の各画素を電離箱型の
特定検出器に対応付けるか、もしくは前記英国特許2,00
0,632号及び前記“IEEE Transactions on Nuclear Scie
nce"誌の論文に示されているように、各陽極ワイヤもし
くはストリップを画像の画素の全ての行（線もしくは
列）に対応付けることによって位置を決定すべき粒子の
伝播方向に対して実質的に垂直な面内に画像を形成して
いた。これに対し本発明は、なだれ検出器を使用し、無
電荷粒子の伝播方向に対し視射角の面内に画像を形成
し、画素の行を一組となっている全ての細長い検出要素
（ワイヤもしくはストリップ）に対応付けることを提唱
する。
もし細長い検出要素が互いに電気的に絶縁されたワイ
ヤであり、これらのワイヤが、変換器の面上への粒子の
伝播平均方向の投影に対して平行に伸びていれば、本発
明による検出器の分解能は最良である。
各ワイヤは分離した電子的な電荷検出回路（もしくは
チャネル）に接続され、上記回路からの出力信号の組合
わせによって一次元画像が形成される。
これらの電子的回路（もしくはチャネル）自体は公知
のものであり、例えば多重ワイヤ比例箱に使用されてい
る型のものであってよい。
原子番号が25より小さくない材料を変換器が含む場合
には、Ｘ光子もしくはγ光子の検出に良好な結果を得る
ことができる。
特に中性子を検出する場合、変換器が1mb（ミリバー
ン：原子核物理学において公知のように素粒子等の衝突
過程の断面積の単位であって、1bは10-24cm2に等しい）
より小さくない無電荷粒子との実効相互作用断面積を有
する材料を含むことも有利である。
変換器に使用できる材料は、タングステン、タンタ
ル、鉛、カドミウム、ガドリニウム、ホウ素、サマリウ
ム、ユーロピウム、リチウム、ジスプロシウム、ロジウ
ム、ベリリウム、炭素、金、銀、ランタン、劣化ラウ
ン、白金、タリウム、ニオブ、モリブデン、ニッケル、
銅、コバルト、鉄、イリジウム、水銀、水素、重水素、
窒素、酸素、及び塩素によって構成される群から選択さ
れた材料を含むことが好ましい。
より詳細な例として、変換器の厚みは2mmより厚くな
く、その複数の面の中で無電荷粒子の平均伝播方向に対
して５゜より大きくない角度をなしている１つの面上の
少なくとも若干の点を有することができる。
例えば400keVのエネルギを有する光子の場合、変換器
は200μｍより大きくない厚みを有するタンタルの板と
し、その複数の面の中で無電荷粒子の平均伝播方向に対
して２゜より大きくない角度をなしている１つの面上に
少なくとも若干の点を有することができる。
低カウントレート応用に使用し、PPAC（Parallel Pla
te Avalanche Counter:平行板なだれカウンタ）モード
で、もしくは擬似PPACモードで使用するのであれば（即
ち、比例モードで使用しないのであれば）、検出部材は
適切な幅の単一のストリップによって構成することがで
きる。
因みにPPACは当分野においては公知である。例えばこ
の検出器がどのように動作するかを上述したNuclear In
struments and Methods 217（1983）の229−235頁に所
載の論文“the Parallel Plate Avalanche Chamber as
an Endcap Detector for Time Projection Chambers"
（特に231頁のパラグラフ３）を参照されたい。この動
作は、これも公知の比例モードとは異なっている。
擬似PPACモードはPPACモードとはやや異なる。例えば
Nucl.Instr.and Methods 196（1982）の45−47頁に所載
のYu.N.Pestowの論文“Status and Future Development
s of Spark Counters with a Localized Discharge"、
及びNucl.Instr.and Methods 187（1981）の377−380頁
に所載のR.Santonico及びR.Cardarelliの論文“Develop
ment of Resistive Counters"を参照されたい。
最高品位の画像を必要としない場合には、細長い検出
要素はかなり高抵抗の導電性材料によって構成すること
ができる。これらの要素は、変換器板の面に平行に張
り、上記板の面上への無電荷粒子の平均伝播方向の投影
に対して垂直に配置する。これらの要素を両端において
互いに電気的に接続し、電荷を検出するための電子チャ
ネルにこれらの両端を接続する。このような組立体を用
いると、集められた電荷により発生する電流が２つの電
子チャネルに分布するので、検出要素に沿った無電荷粒
子の位置が決定される。
隣接ワイヤ対間の距離、及び各ワイヤと変換器との間
の距離は例えば15mmより小さくすることができる。
もし変換器と実質的に同一の電位を与えた付加的な面
電極を変換器と平行に、且つワイヤ回路網を挟んで変換
器とは反対の側に配置すれば、またもし検出部材がワイ
ヤ回路網と付加的な電極とを変換器の両側に備えていれ
ば、装置の効率は更に改善される。
この配列は、粒子の伝播方向に対する変換器の視射角
を利用する配列からより大きい長所さえも引き出す。即
ちこの配列によれば極めて薄い変換器を使用することが
可能になり、変換器の無電荷粒子放射が直接突出しない
表面からも一次電子が放出される可能性が高くなる。こ
れらの一次電子によって発生する付加的な二次電子も収
集される。
変換器と検出用部材とを分離している媒体の性質によ
って大きい影響を受ける装置の動作パラメタを制御する
ために、変換器及び検出用部材を包囲している包囲体内
には少なくとも部分的に不活性ガスを充填する。
この包囲体内のガスの圧力は106Pa（パスカル）より
低いことが好ましく、検出用部材と変換器との間の電位
差は30kVより低いことが好ましい。
包囲体の形状に関係付けたある基準軸に対して変換器
と検出用部材とをある角度を付けて保持するブラケット
を設け、この基準軸自体を無電荷粒子の平均伝播方向に
一致せしめると、上記角度が変換器を無電荷粒子の平均
伝播方向に対して所望の向きに配向するので有利であ
る。
無電荷粒子を検出し、それらの位置を決定するための
本発明による装置の長所は、装置を撮像に適用する場合
に、即ち装置によって１つの画像を、もしくはボディの
少なくとも部分的な画像を得るために使用する場合に特
に明白である。
無電荷粒子の源によってボディを照射する場合、ボデ
ィを通過する放射はその放射が通過する材料の性質及び
その材料の質量の関数として減衰し、それによって対応
する空間強度分布が発生する。上述した種類のセンサ
は、この空間強度分布を明らかにすることができる。
従ってこれらの応用においては、本発明による装置は
１もしくは複数のセンサからある距離をおいて配置され
る少なくとも１つの無電荷粒子の源を備え、この、もし
くはこれらのセンサを、この、もしくはこれらのセンサ
と源とを結ぶ軸の方向が無電荷粒子の平均伝播方向と一
致するように配向する。
この場合本発明の装置は好ましくは各センサと関連し
た少なくとも１つの無電荷粒子コリメータを含んでい
て、そのコリメータのスロットは源からうけた無電荷粒
子のビームを、平均伝播方向に中心を有し、そしてその
平均伝播方向に垂直な方向でセンサの変換器の面と交さ
する平ビームにする。
本発明の装置は、複数のセンサを取り付けるための台
枠を含むことができる。
この場合、これらのセンサを台枠上で交互にずらして
配置し、全体として見た場合に、それぞれの変換器が源
から到来する無電荷粒子の平ビーム全体を遮るように部
分的に重ね合わせると有利である。
また台枠は、源を包囲する例えばＬ字形、Ｕ字形、も
しくは弓形のような形状とし、源は台枠からある距離を
おいて且つ源を包囲する上記形状の内部に位置するよう
に配置することが好ましい。
本発明の装置は、複数の無電荷粒子の源、もしくは複
数の異なる位置に配置することができる１つの無電荷粒
子の源を含むことができる。この場合台枠上の複数のセ
ンサは、１つのまたは他の無電荷粒子の源、もしくは単
一の源の１つのまたは他の配置可能な位置に向けること
ができるように、回転可能に取り付ける。
上述した静電誘導技術を使用して照射されるボディの
二次元画像が得られるように、直交方向に伸びる２つの
ワイヤ回路網を組合わせた実質的に500cm2よりも大きい
面積を有する変換器をセンサ内に設けることができる。
また、本発明の装置は変換器と検出器部材とを交互に
配列して構成された面のスタックからなることもでき
る。
これらの面は互いに平行であり、前述したように無電
荷粒子の伝播方向に対してある視射角をなすように配置
する。
前述したように、各検出器部材は、変換器の面上への
無電荷粒子の平均伝播方向の投影に対して平行に伸びる
一連のＮ本の導電性ストリップ（もしくは個々に絶縁さ
れたワイヤ）を備えることができる。もし装置がＭ個の
検出用部材を備えていれば、これはＮ×Ｍ要素のマトリ
クスに対応する被照射ボディの二次元画像を得るのに適
している。
しかしながら、上述したセンサのジオメトリは一次元
画像を得るのに適するようになっているから、かなりな
大きさ及び／または体積（例えば数十m3）のボディの二
次元画像を得るための簡単な解決策は、被試験ボディの
１つの断面の画像を形成し、被試験ボディを走査し（即
ち、連続断面の連続画像を形成し）、そしてある時間中
に得た種々の画像を記録することからなる。このような
技術は撮像の分野では一般的である。
この場合、ボディはセンサに対して、もしくは源に対
して、もしくは好ましくはセンサ及び源の両者に対して
移動させることができる。
本発明による装置は、無電荷粒子の通路に対して1cm
より厚い金属より大きい厚みを呈する高密度の物体の画
像を得るために使用可能であり、また約60cmまでの厚み
を有する発明の鉄もしくは鋼のボディと共に使用するこ
とができる。
以上のように、本装置はコンテナのような高密度で、
かさばった物体の画像を得るために使用することができ
る。
この型の応用では、Ｘ光子もしくはγ光子を使用する
と便利である。それらのエネルギは、例えば50keVより
小さくなく、250keV乃至2MeVの範囲内にあることが好ま
しく、そして典型的には約350keV乃至750keVの範囲内に
ある。
本発明による装置は数多くの利点を有している。
センサ効率は極めて高く400keVの放射を用いて約30％
であるので、高いコントラストを有する被試験物体の画
像を得ることができる。
またこの高効率の故に、上述したような高密度でかさ
ばった物質の画像を形成する場合でさえも、極めて強い
放射を使用する必要はない。その結果、放射に対する保
護を得るために施す必要がある予備措置は中庸のままで
あり、源自体（即ち典型的にはＸ線発生器）の体積及び
価格も合理的な値に留まる。これらの発生器が放出する
Ｘ線の放射角はかなり大きいままであるので、比較的小
さい空間（即ち、比較的小寸法の設備もしくは建物）内
において比較的かさばった物体を照射することができ
る。
実施例 本発明は、少なくとも検出器もしくは１つの検出器も
しくはセンサ１を具備する装置に関する。センサ１（第
３図に詳細に示されている）は変換器２（第１図参照）
と検出器部材とを含み、検出器部材自体は以下に説明す
る複数の要素３、３′、４、４′から形成されている。
センサは、センサを照射するＸ光子、γ光子、もしく
は中性子のような無電荷粒子を検出し、その源を探知す
るようになっている。第１図の波形の線で記号化されて
いるこれらの粒子の平均伝播方向は、少なくとも検出中
は、センサに対して実質的に固定されているものとす
る。粒子は、第１図の面に対して垂直な、且つ第１図の
波形の線を含む面内を伝播するものとする。
変換器２は、例えばタンタルのような高原子番号材料
の板であり、無電荷粒子の伝播方向に対してある視射角
が得られるように配置されている。例えば、板と伝播方
向とがなす角αは１゜に等しくすることができる。第１
図及び第３図では変換器は図の面に対して垂直な面内に
伸びている。
例えば、変換器は長さ（第１図及び第３図における最
大の長さ方向の次元において）を30cm、幅（第１図及び
第３図の各面に対して垂直もしくは実際的に垂直な方向
の次元において）を16cm、そして厚みを70μｍにするこ
とができる。
必須ではないが、平らな変換器を使用すると好都合で
ある。もし変換器を構成している板が十分に堅固でなけ
れば、堅固な支持部材に糊付けすることができるが、こ
れにより板の両側に位置する２つの空間の半分では電子
を検出しなくなるので効率が約20乃至50％低下する。
変換器の厚みが同一であれば、第１図に示す角αを小
さくする程、入射粒子が変換器を通って走行しなければ
ならない距離が長くなる。
角αが１゜であって変換器の厚みが70μｍである場
合、この距離は約4000μｍ、即ち4mmになる。
変換器２の両側にそれぞれ導電性のワイヤ回路網３及
び３′が設けられており、各ワイヤには変換器２に与え
られている電位とは異なる電位が与えられている。
例えば、ワイヤ回路網３及び３′を接地電位とし、一
方変換器には2kV乃至3kVの負電位を与えることができ
る。
変換器は光電子効果、もしくはコンプトン効果によっ
て、または対生成によって無電荷粒子の衝突に対応し、
少なくとも１個の高エネルギ一次電子e- 1を解放する。
この一次電子は、ガスを電離して電子／イオン対を発生
させることができる。このようにして発生した二次電子
e- 2はそれらの電荷によって２つのワイヤ回路網３及び
３′の一方もしくは他方に向かって引き寄せられ、今度
はそれらがさらなる二次電子e- 2を作り出す。
この分野における用語として、帯電粒子、特に、陽極
に集められる二次電子のことをしばしば「電荷」と称す
る。
入射粒子と変換器２とがなす角αは小さいが、変換器
に対する一次電子e- 1の放出角度は大きくすることがで
きる（実際には90゜に等しくすることができる）ので、
これらの電子が変換器から除去される前に変換器の内側
を辿らなければならない経路は、変換器が入射放射に対
して呈する4mmの仮想的な厚みに対して極めて短い。
陽極ワイヤの回路網３及び３′は、タウンゼンドなだ
れ現象による電荷の増倍によって信号を増幅可能にし、
またこのようにして受けた電荷の位置の決定に役立つ。
複数のワイヤが、変換器２の両側に、且つ、ワイヤに平
行な面、即ち第１図の面に対して垂直な面内に配列され
ている。
２つの回路網３及び３′内のワイヤは、変換器２の面
上への無電荷粒子の平均伝播方向の投影に対しても平行
である。この平均伝播方向は、第１図に波形線で示され
ているから、変換器板２上への上記方向の投影は第１図
において変換器板２の断面として示されている極めて細
長い矩形の底縁に一致し、２つのワイヤ回路網３及び
３′はこの投影に平行に伸びているのである。
回路網内３及び３′の全てのワイヤには同一の電位が
与えられるが、各回路網内の各ワイヤの同一回路網内の
他の全てのワイヤから電気的に絶縁されている。一方、
第１図に示すように各回路網内の各ワイヤは、変換器に
対して対称的な位置を占めている他の回路網のワイヤに
接続され、そのワイヤと共に検出器ワイヤ対を構成する
ことができる。回路網３及び３′内のこれらの検出器ワ
イヤの各対は分離した電子検出器チャネル（増幅器５に
よって記号化されている）に接続することができる。各
チャネルは、それに関連付けられたワイヤ対によって集
められた電荷e-に対応する電流を増幅する。従って電子
チャンネル群は、第１図の面に対して垂直な方向の無電
荷粒子の強度分布の画像を表す電気信号群を発生する。
これらの信号は、当分野では公知のように、最終ビデ
オ画像を発生する。
センサ検出器部材は、２つの付加的な面電極４及び
４′をも備えている。これらの電極４及び４′は変換器
２及び回路網３及び３′と平行に且つ回路網３及び３′
に対して変換器２とは反対の側に配置されている。これ
らの付加的な面電極４及び４′には変換器２と同一の電
位が、即ちこの場合には２乃至3kVの負電位が与えられ
る。
これらの付加的な電極は不可欠的なものではないが、
増倍率と電荷収集とを改善し、また回路網３及び３′の
陽極ワイヤに作用する静電力を打ち消す。これらの静電
力は、付加的な電極を設けてない場合にはワイヤを湾曲
させ、それによってセンサの挙動を変化させる恐れがあ
る。
第２図は変換器／検出器部材組立体の総合構造を示す
分解斜視図である。
第２図では変換器２は中央に示されており、図示の実
施例の変換器は30cm×16cm×70μｍの寸法を有するタン
タルの板によって構成されている。
この板は、それぞれが1.5mm厚のステンレス鋼製の２
つの矩形枠６及び７の間に張られている。
第２図では下側の枠である枠７は、矢印で示されてい
る無電荷粒子放射を受ける側の縁が欠けている。この縁
は、無電荷粒子に対して鋼よりも透過性の高い材料製の
細長い要素7aによって置換されている。要素7aは、例え
ばガラス繊維強化エポキシ樹脂製であってよい。
変換器及びその枠によって構成されている組立体２−
６−７−7aの両側には回路網３及び３′を構成している
3aのような陽極ワイヤを支持する２枚の板８及び９が存
在している。図を明瞭にするために、回路網３は第２図
には示してない。
これらの板８及び９は枠６及び７より長く、無電荷粒
子に対して透過性の堅固な絶縁材料で作られている。印
刷回路基板に広く使用されている種類のガラス繊維強化
エポキシ樹脂が完全に適している。
これらの各板８及び９は1.5mm厚であり、枠６及び７
よりも小寸法の、対応する窓8a及び9aが設けられてい
る。
第２図に示すように、回路網３′の３′ａのような陽
極ワイヤが、板８の窓8aの上面上に張られている。
これらのワイヤは、例えばステンレス鋼もしくは金め
っきしたタングステン製であってよく、直径は約50μｍ
である。これらのワイヤは互いに平行に張られており、
隣接するワイヤ対間の距離は例えば約2.5mmである。
これらのワイヤは、例えばスポット溶接による等、何
等かの適当な手段によって板８に固定されている。
これらのワイヤは、枠８の極めて高い抵抗によって互
いに電気的に絶縁されており、板８の端に固定されてい
るコネクタ11の個々の接続片に別々に接続されている。
窓8aのそれぞれの縁に沿って伸びる２本のワイヤは他
のワイヤより直径が大きく、例えばそれらの直径は70μ
ｍであってよく、またそれらはコネクタ11には接続され
ていない。この特色は、図面の明瞭化のために第２図に
は示してないが、コネクタ11に実際に接続されている全
ての陽極ワイヤのために均一な電場を提供するのに役立
つ。
板９上のワイヤ回路網３は全く同一の手法で作られて
おり、変換器２の板に対して対称的に配置されている。
換言すれば、第２図について言えば、ワイヤ回路網は
板９の隠れた面上に張られているのである。
唯一の相違点はワイヤ回路網３及び３′の接続にあ
る。
例えば、図２に示すように、板９は板８よりも短く、
回路網３の3a及び3bのようなワイヤは、変換器２の面に
対して対称的な位置を占めている板８の回路網３′のワ
イヤがコネクタ11に接続されている点の付近において回
路網３′のワイヤ３′ａおよび３′ｂに個々に接続され
ている。つまり、コネクタ11は板８に取り付けられては
いるが、それは板９上に取り付けられている回路網３の
ワイヤへの接続のためにも役立っているのである。
付加的な面電極４及び４′は上述した組立体２−６−
７−８−９のそれぞれの側に、対応する回路網３及び
３′からスペーサ部材12a、12b、13a、及び13bによって
3mmの距離において対称的に配置されている。
これらの付加的な電極は例えばステンレス鋼板製でよ
く、それらが電気的に負にバイアスされ、またそれらの
機能の一つが変換器から引き出された電子を回路網３及
び３′の陽極ワイヤへ戻すことであるために“陰極”と
も呼ばれる。
第２図に示すように、陰極４′の上には絶縁板14が設
けられており、この絶縁機能に関しては第３図を参照す
ると理解し易い。
最後に、スペーサ15が板８と９との間に配置されてい
て、これらの板が相対的に運動するのを阻止している。
第２図を参照して説明した上記スタックは、例えばこ
れらの積重ねられた要素を貫通するナイロンねじ等の適
当な手段によって組立てられ、互いに締付けられる。
完成した組立体はブラケット16（第３図参照）上に取
り付けられる。このブラケット16が金属製である場合
に、陰極とブラケットとを前記絶縁板14が電気的に絶縁
するのである。
ブラケット16は、例えばボルト17による等の適当な手
段によってガス密封包囲体18のベース18aに固定され
る。
ボルト19a、19b及びナット20a、20bのような適当な手
段によって、包囲体を密封するためのガスケット21と共
に、ベース18aに固定される矩形箱18bによって包囲体18
は構成されている。
包囲体18は、無電荷粒子に対して透過性で且つ機械的
に強い材料、例えばアルミニウムで作られている。
第３図の番号22は、包囲体18の外部矩形形状の縦対称
軸を表している。
この軸がベース18aと、箱18bの対面端とを貫通する線
は、簡単な長さ測定によって容易に決定される。
包囲体18に囲われて見ることができなくなった変換器
を、入射する放射に対して適切に配向させるために、ブ
ラケット16が基準軸22に対して指定された向きに変換器
２を保持しており、この向きは無電荷粒子の平均伝播方
向に対する変換器の所望の傾斜に対応している。
すなわち、第２図で説明したスタックのためのブラケ
ット16の支え面は、軸22と１゜の各αをなしていて、粒
子の平均伝播方向に上記軸22を合致させた時に、第３図
の面に対して垂直な軸の周りに適切に変換器２が配向さ
れるようにする。
包囲体18は軸22を中心として回転させることによっ
て、枠要素7aに接する変換器２の前縁と入射する粒子の
平ビーム23の平均面とが平行になるように配向させるこ
とができる。このようにすると、この平均面及び変換器
の前縁は第３図の面に対して垂直になる。
無電荷粒子の平ビーム23は、コリメータ25の長いスロ
ット24によって画定される。コリメータ25は、例えば幅
5mm、長さ16cmのスロット24を有する鉛の遮蔽によって
構成することができる。第３図において、スロット24の
長手方向は図の面に対して垂直であり、平ビーム23の平
均面と変換器２とが交わる線26は、第３図の面に対して
垂直であって変換器のほぼ中央に位置するようになる。
包囲体18のベース18aは、密封貫通ピンを有する多ピ
ンコネクタ27を含む。コネクタ11の各接続片はコネクタ
27の包囲体18の内側のピンの１つに接続され、包囲体の
外側の各ピンは対応する電子的処理チャネルに接続され
る。
ベース18aは、適当なガスを所望の圧力で包囲体内に
充填するための弁28をも含む。
選択されるガスはアルゴンのような不活性ガスと、極
めて微量のイソブタン、エタン、アルコール蒸気、メチ
ル、もしくはアルコールと二酸化炭素との混合体のよう
な多価の分子とからなるべきである。
圧力は５×103乃至106Paの範囲内の値に調整され、上
記特定の実施例では105Paに調整されている。
ガスのエージングに起因する影響の重大性を回避する
ために、包囲体に２つの開口（共に弁28に類似する）を
設けて包囲体内にガスを連続的に流したり、または包囲
体内のガスを入れ替えることができる。
最後に、ベース18aは、電気ケーブル30のために別の
封止された貫通部分を含む。
このケーブル30は絶縁外被を有しており、変換器２及
び陰極４、４′をこの実施例では約２乃至約3kVの負バ
イアス電位に接続している。
このケーブルの導体は、例えば変換器及び陰極上の側
部コネクタ（図示してない）に接続されている。
選択されるバイアス電位は、回路網３及び３′の陽極
ワイヤと変換器との間の距離と、外囲内のガス圧と、タ
ウンゼンドなだれの所望の増倍係数と、陽極ワイヤの直
径とに依存する。選択された電圧は、1V/mm/トル（１ト
ルは約1.3×102Paに等しい）にすると有利である。
第４図は、本発明による装置を使用する設備を示す。
装置は、第３図に示したセンサのような、複数のセン
サを取り付けた台枠31を備えている。この台枠は、例え
ば約30基のセンサを取り付けることができる（第5A図参
照）。
例えばＸ線発生器、線形加速器、もしくは同位元素
（例えばコバルト60）の源のような無電荷粒子の源32
は、複数のセンサに向けて、もしくは少なくとも若干の
センサに向けて粒子を放出するように台枠31からある距
離に配置されている。
台枠31は包み込み形であり、例えばＬ字形もしくは半
円形であってよい。台枠と源との間の距離は、トレーラ
もしくはコンテナ33のような比較的大きい物体を源とセ
ンサとの間に挿入できるように、数メートル程度であ
る。物体は矢印の方向に定速で走行するものとする。
壁35によって源32から保護されている撮像装置34は台
枠31上に取り付けられている各センサ１上の各コネクタ
ピン27から電流信号を受信する。これらの信号は任意選
択的に増幅器５のような増幅器によって前置増幅され
る。これらの信号は、無電荷粒子放射が物体33を通過し
た後に、対応するピンに接続されている3a及び３′ａの
ような陽極ワイヤ対によって検出される放射の強度を表
している。
従ってこれらの各信号は、高度に正確な方向に沿う源
からの放射が被試験物体33によって吸収される程度を表
しており、故に放射が通過した材料の性質及び質量を表
している。
電流信号は短い時間間隔（例えば20ms）にわたって個
々に積分され、次いでディジタルサンプルに変換されて
メモリ内に記憶される。従って同一の積分期間に関係付
けられたこれらのディジタルサンプルは、この期間中に
照射された物体33の断面の画像に対応する。物体33全体
が設備を通過するのに要した積分期間の集合に対応して
記憶されたディジタルサンプルの集合は、普通の技術を
使用して物体の二次元画像を構成するために使用するこ
とができる。
実際には、第5A図に示すように、全ての角度をカバー
するように、そして立体画像を得るように物体33の２つ
の画像を撮ると有利である。
これは、２つの画像を撮るような位置に源22を変位さ
せることによって（もしくは第１の源と第２の源を使用
することによって）、及びそれぞれの場合にセンサを適
切な源に向けることによって行うことができる。
この目的のために、センサ１は、源が撮り得る２つの
位置の一方もしくは他方に向けることができるように、
第5A図の面に垂直な軸を中心として回転可能に台枠上に
取り付けることができる。
第5A図には、図４では図面の明瞭化のために図示しな
かったコリメータ36を示してある。
番号36は、無電荷粒子の放出を、台枠31の平均面に一
致し且つ第5A図の面に平行な、またその厚みが台枠31の
厚みと同程度である平ビームにするように、第5A図の面
内に細長くのびるスロットを有する例えば鉛板製のコリ
メータに表している。
第5B図は、第5A図のＢ−Ｂ矢視図である。
第5B図は、第5A図に示す撮像方法を実現する場合に生
ずる問題の解決策を示している。
第３図の面に対して垂直な方向のセンサ内部の変換器
の幅よりも各センサは、狭くすることはできない。その
ため、センサを単一の行に並べて（第5B図において右か
ら左へ）配置し、源32及びコリメータ36から放出される
平ビーム全体をその平均面内への全広がりにわたって遮
ることは不可能である。
この問題は、センサ１を第5B図に示すように交互にず
らして配列することによって解決される。
100μｍの厚みを有するタンタル変換器、変換器と陽
極ワイヤとの距離が2.5mm、源とセンサとの距離が3m及
び400keV、10mAで動作するＸ線発生器を使用し、源とセ
ンサとの間に4cmの鋼を介在させた時には約６×10-6Aの
電流が陽極ワイヤ上に得られ、14cmの鋼を介在させた時
には約３×10-6Aの電流が得られた。
当業者には明白なように、本発明による装置の応用は
数多く、第４図及び第５図に特定的に示した応用に限定
されるものではない。
具体的に言えば、本発明はＸ線、γ線、中性子、もし
くは陽子放出トモグラフィ及びシンチグラフィにも使用
することができる。
何れの場合にも、本発明によるセンサが極めて高効率
であることから、高い放射線量を使用することなく良好
な画像を得ることができる。
本発明は、走査を必要としない応用、例えば一次元Ｘ
線回折画像を得るためにも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の装置に使用されるセンサの動作原理
を説明するための部分概要断面図であり、 第２図は、センサの部分分解図であり、 第３図は、センサ全体の縦断面図であり、 第４図は、本発明を使用した産業用撮像設備の部分切除
斜視図であり、そして 第5A図及び第5B図は、第４図の設備の一部の詳細図であ
る。 １……センサ、２……変換器、３……（陽極）ワイヤ回
路網、 ４……付加的な電極（陰極）、５……増幅器（電子検出
器チャネル）、 ６、７……枠、８、９……板、11……コネクタ、12、1
3、15……スペーサ、 14……絶縁板、16……ブラケット、18……外囲、21……
ガスケット、 23……入射ビーム、24……スロット、25……コリメー
タ、 27……多ピンコネクタ、28……弁、31……台枠、32……
無電荷粒子の源 33……コンテナ、34……撮像装置、35……壁、36……コ
リメータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−187679（ＪＰ，Ａ)

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの検出器を具備し、この検
    出器は、 無電荷粒子に対して透過性であってガスを充填してある
    包囲体と、 この包囲体内に設けられ、無電荷粒子が衝突することに
    よって電離用粒子を放出し、これらの電離用粒子が包囲
    体内のガスを電離せしめて帯電粒子を発生させる変換器
    と、 帯電粒子を十分な力で引き寄せてなだれ現象を発生させ
    るように上記変換器に対して決定した電気的極性を有す
    る検出用部材と を備えている、無電荷粒子を検出し、位置を決定する装
    置であって、 無電荷粒子を、包囲体に対して所定の平均方向に沿って
    伝播するように包囲体内に導入する手段を含み、 上記変換器は、無電荷粒子の平均伝播方向と10゜より小
    さい角度で交わるように配列されている固体材料の板を
    含み、 上記検出用部材は、互いに実質的に平行な導電性の細長
    い検出要素の回路網３を含み、 この回路網は、上記変換器の板の面と平行であり、 上記回路網の検出要素は、上記変換器の板の面上への無
    電荷粒子の平均伝播方向の投影に対して垂直な方向の無
    電荷粒子の強度の分布に対応する一次元画像を形成する
    回路５に接続されている ことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】細長い検出要素は、互いに電気的に絶縁さ
    れ且つ変換器の板上への無電荷粒子の平均伝播方向の投
    影に対して平行に保持されているワイヤである請求項
    （１）に記載の装置。
  3. 【請求項３】変換器は、25よりも小さくない原子番号の
    材料を含む請求項（１）もしくは（２）に記載の装置。
  4. 【請求項４】変換器は、無電荷粒子との実効相互作用断
    面が１ミリバーンより小さくない材料を含む請求項
    （１）もしくは（２）に記載の装置。
  5. 【請求項５】変換器は、２ミリメートルより大きくない
    厚みを有し且つ無電荷粒子の平均伝播方向に対して５゜
    より大きくない角度をなしている請求項（１）もしくは
    （２）に記載の装置。
  6. 【請求項６】変換器は、200ミクロンより大きくない厚
    みを有するタンタルの板であり且つ無電荷粒子の平均伝
    播方向に対して２゜より大きくない角度をなしている請
    求項（１）もしくは（２）に記載の装置。
  7. 【請求項７】隣接する２本のワイヤ間の距離、及び各ワ
    イヤと変換器との間の距離は、15ミリメートルより小さ
    い請求項（２）に記載の装置。
  8. 【請求項８】検出用部材は、ワイヤ回路網に対して変換
    器とは反対の側に変換器と平行に配列され且つ変換器と
    実質的に同一の電位を与えられている少なくとも１つの
    付加的な面電極をも含んでいる請求項（２）に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】検出用部材は、変換器の一側に配置されて
    いるワイヤ回路網と、他側に配置されている付加的な電
    極とを備えている請求項（８）に記載の装置。
  10. 【請求項１０】包囲体内のガス圧は、106パスカルより
    低い請求項（１）に記載の装置。
  11. 【請求項１１】検出用部材と変換器との間の電位差は、
    30kVより小さい請求項（10）に記載の装置。
  12. 【請求項１２】包囲体の外形に関係付けられた参照軸に
    対して傾斜を付けて変換器及び検出用部材を保持し、参
    照軸を無電荷粒子の平均伝播方向と合致するように整列
    させることによって変換器の平均伝播方向に対する所望
    配向が得られるようにするブラケットを含む請求項
    （１）に記載の装置。
  13. 【請求項１３】複数の検出器からある距離に少なくとも
    １つの無電荷粒子の源を含み、各検出器と上記源とを結
    ぶ軸の方向が無電荷粒子の平均伝播方向になるように各
    検出器が配向されている請求項（１）に記載の装置。
  14. 【請求項１４】各検出器と対応した少なくとも一つの無
    電荷粒子コリメータを含み、このコリメータのスロット
    は源からうけた粒子のビームを平均伝播方向に集中した
    平ビームにし、この平ビームが平均伝播方向に垂直に検
    出器の変換器の面と出合うようにした請求項（13）に記
    載の装置。
  15. 【請求項１５】源は、50keVよりも小さくないエネルギ
    を有するＸ光子もしくはガンマ光子である請求項（13）
    に記載の装置。
  16. 【請求項１６】複数の検出器が取り付けられている台枠
    を含む請求項（13）に記載の装置。
  17. 【請求項１７】検出器は台枠上に交互にずらした形状に
    配列され、複数の変換器を全体として見た場合に源から
    の無電荷粒子の平ビーム全体を遮るように配置されてい
    る請求項（16）に記載の装置。
  18. 【請求項１８】台枠は、例えばＬ字形、Ｕ字形、もしく
    は弓形のような包み込むような形状をしており、源はこ
    の包み込み形状の内側に且つ台枠からある距離をおいて
    配置されている請求項（16）に記載の装置。
  19. 【請求項１９】検出器は、少なくとも２つの無電荷粒子
    の源、もしくは単一の源が取り得る少なくとも２つの位
    置に向けることができるように、台枠上に回転可能に取
    り付けられている請求項（16）に記載の装置。
JP61288614A 1985-12-04 1986-12-03 無電荷粒子を検出し、位置を決定する装置 Expired - Lifetime JPH0812249B2 (ja)

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