JPH0961533A

JPH0961533A - シンチレータ及びシンチレーション検出器

Info

Publication number: JPH0961533A
Application number: JP21749495A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamashita; 貴司山下
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】光出力の空間的広がりが少なく、出力光量の
大きいシンチレータを提供する。【解決手段】本発明のシンチレータ（１００）は、互
いに対向する光入射面（２０）及び光出射面（２２）を
備え、複数のシンチレータ個片（１０、１５）に分割さ
れた板状のシンチレータである。光入射面及び光出射面
は、各シンチレータ個片の一の側面（１６、１１）の集
合からそれぞれ構成されている。また、各シンチレータ
個片は、光入射面及び光出射面に対して傾斜した他の側
面（１２、１３、１７、１８）同士を対向させて配列さ
れている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線、ガンマ線、
ベータ線、アルファ線等の放射線や高エネルギー粒子線
の検出に用いるシンチレータ、及びこのシンチレータを
用いて放射線や高エネルギー粒子線を検出するシンチレ
ーション検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のシンチレーション検出器として
は、例えば、特開昭５２−２４８５に開示されるような
放射線位置検出器が知られている。この検出器は、複数
の直方体状シンチレータ個片を互いの側面間に空気層を
介在させて配列した構成のシンチレータを備えており、
任意のシンチレータ個片内で発生したシンチレーション
光の大部分が空気層との境界面で全反射され、その発光
個片から出力されるようになっている。このため、この
放射線位置検出器によれば、比較的分解能の高い放射線
位置検出が可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
シンチレータでは、シンチレーション光のうち全反射条
件を満たさない光は、隣接した個片に到達するばかりで
なく、さらに遠方の個片まで到達してから検出される場
合がある。このため、上記のシンチレーション検出器で
は、発光個片の位置に出力ピークを持ち、すその広がっ
た光出力分布が測定されることになる。このようなすそ
の広がった光出力分布に対して重心位置演算を行うと、
出力光子数の統計変動により検出位置の精度が著しく低
下してしまう。

【０００４】各シンチレータ個片の側面に反射材を設置
すれば、シンチレーション光は自己が生じたシンチレー
タ個片内に閉じ込められるが、この場合には、反射材
における反射損失により光出力が減少する、シンチレ
ータの製造にあたって、反射材を各個片の側面に設置す
る組立工数が増加するため、製造コストが上昇する、
反射材の厚さ分だけ放射線に対するシンチレータの充填
密度が減少するので検出感度がそれだけ低下する、など
の問題が生じる。

【０００５】また、上記のシンチレータでは、各シンチ
レータ個片が直方体状であり、その側面が上面及び下面
に対して直交しているため、上面及び下面に対して比較
的平行に近い角度で放出されたシンチレーション光の多
くが、シンチレータ個片の内側壁で多重反射されながら
非常に長い光路を経由して光出力面に到達する。このた
め、上記のシンチレータには、各シンチレータ個片内の
吸収損失により出力光量が減少するという問題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題点に鑑みなされたも
ので、光出力の空間的広がりが少なく、出力光量の大き
いシンチレータ、及び放射線や高エネルギー粒子を高い
位置分解能及びエネルギー分解能をもって検出すること
の可能なシンチレーション検出器を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明のシンチレータは、互いに対向する光入
射面及び光出射面を備え、複数のシンチレータ個片に分
割された板状のシンチレータであって、光入射面及び光
出射面が各シンチレータ個片の一の側面の集合から構成
されており、各シンチレータ個片が光入射面及び光出射
面に対して傾斜した他の側面同士を対向させて配列され
ていることを特徴としている。

【０００８】ここで、「光入射面及び光出射面に対して
傾斜」とは、光出射面及び光出射面に対してシンチレー
タ個片の側面が直交していないことを意味する。

【０００９】一般的に、複数のシンチレータ個片が互い
の側面を対向させて配列されてなるシンチレータでは、
放射線や高エネルギー粒子が一つのシンチレータ個片内
に入射すると、その個片内でシンチレーション光が発生
する。このシンチレーション光は、その発光点から全立
体角にわたって等方的に出射する。発光点から所定の立
体角が見込まれる空間領域であって隣接する個片同士で
対向している側面（以下、隣接部の側面という。）の法
線を中心とする領域では全反射条件が満足されず、シン
チレーション光の一部が発光個片を透過して隣接する個
片に入射する。各個片の隣接部の側面が光入射面及び光
出射面に直交している従来のシンチレータでは、隣接部
の側面の法線方向が光入射面及び光出射面に平行となる
ので、全反射条件を満たさない空間領域は光入射面及び
光出射面に沿って遠方まで延びる領域となる。

【００１０】本発明のシンチレータでは、各個片の隣接
部の側面が光入射面及び光出射面に対して傾斜している
ので、隣接部の法線が光入射面及び光出射面のいずれか
に交差するような方向を向くことになる。これに伴っ
て、全反射条件を満たさない空間領域も、従来のシンチ
レータの場合に比べて、光入射面または光出射面の方向
を向くようになる。このため、本発明のシンチレータで
は、全反射条件を満たさない方向に進行するシンチレー
ション光は、全体として、遠方のシンチレータ個片に到
達する前にすみやかに光入射面または光出射面に到達す
ることになる。具体的には、全反射条件を満たさない方
向のうちのいくつかの方向に進行するシンチレーション
光については、光入射面または光出射面に到達するまで
に透過する個片の数が従来よりも減少することになる。
光入射面に到達した光はそこで反射されて光出射面へ向
かうようになり、光出射面に到達した光はそのまま出射
するので、光入射面または光出射面に到達するまでに透
過する個片の数が減少することで光出力の空間的広がり
が低減されることになる。

【００１１】なお、光出力の空間的広がりの低減は、各
個片の隣接部の側面の傾斜が大きい程、すなわち光出射
面の法線と隣接部の側面の法線とがなす角度が小さい
程、大きくなる。本発明者らの知見によれば、光出力の
空間的広がりを十分に低減するためには、この角度は、
６２度以下であるのが好ましい。また、シンチレータ個
片の製造の便宜を考慮すると、光出射面の法線と隣接部
の側面の法線とがなす角度は、６０度程度とするのが好
ましい。

【００１２】また、本発明のシンチレータでは、各個片
の隣接部の側面が光入射面及び光出射面に対して傾斜し
ているので、隣接部の側面で全反射されるようなシンチ
レーション光であって光入射面や光出射面に対して比較
的平行に近い方向に進行するもののなかに、隣接部の側
面に比較的平行に近い角度で入射するようなものが従来
よりも多く含まれるようになる。このようなシンチレー
ション光は、隣接部の側面に対して比較的平行に近い角
度で全反射されるので、シンチレーション光がすみやか
に光入射面または光出射面に到達するようになる。これ
により、シンチレータ個片の内部でシンチレーション光
が多重反射されて出力光量が減少するという現象が抑制
される。

【００１３】本発明のシンチレータにおいて各シンチレ
ータ個片は、略三角柱状または略台形柱状であり、これ
らの各シンチレータ個片は、その上下を互いに反転させ
て配列されていても良い。

【００１４】ここで、「上下を互いに反転させて配列」
とは、シンチレータ個片が略三角柱の場合は、断面であ
る三角形の頂点の上下を交互に変えながら配列すること
をいい、シンチレータ個片が略台形柱の場合は、断面で
ある台形の上底の上下を交互に変えながら配列すること
をいう。

【００１５】このシンチレータは、各個片が光入射面及
び光出射面に対して傾斜した側面（上記の隣接部の側
面）を二つずつ有しており、これらの側面は互いに傾斜
の向きが異なる。このため、このシンチレータは、上記
の作用に加えて、個片内でシンチレーション光が半永久
的に反復反射される現象を生じにくくするという作用を
有しており、これによって出力光量を高めることができ
る。

【００１６】本発明のシンチレータにおいて各シンチレ
ータ個片は、板状シンチレータをその上面及び下面に対
して傾斜した切り溝によって分割してなるものであって
も良い。

【００１７】このシンチレータは、通常の板状シンチレ
ータに切り溝を形成することで製造できるため、製造が
容易であるという利点を有している。

【００１８】本発明のシンチレータにおいて各シンチレ
ータ個片の傾斜した側面（上記の隣接部の側面）は、鏡
面であると良い。これにより、隣接部の側面で全反射が
生じやすくなるので、反射損失が低減され、出力光量が
高まることになる。

【００１９】本発明のシンチレータにおいて各シンチレ
ータ個片の側面のうち光入射面を構成するものは、粗研
磨面であると良い。この場合、光入射面に到達したシン
チレーション光が拡散反射されるため、光入射面に対し
て斜めに入射したシンチレーション光の反射光において
光入射面に直交する成分を増加させることができる。こ
れにより、光入射面を正反射面とした場合に比べて光出
射面へ速やかに到達する光成分が増加するので、個片内
での反射損失が低減され、出力光量が高まる。

【００２０】次に、本発明のシンチレーション検出器
は、（ａ）本発明のシンチレータと、（ｂ）このシンチ
レータの光出射面に対向した受光面を有し、この受光面
に入射した光の入射位置を検出する光検出手段とを備え
ている。

【００２１】本発明のシンチレーション検出器では、本
発明のシンチレータの出力光を光検出手段が検出するこ
とで、シンチレータに入射した放射線や高エネルギー粒
子の入射位置が検出される。上述のように、本発明のシ
ンチレータは光出力の空間的広がりが少なく出力光量が
大きいので、これを備える本発明のシンチレーション検
出器は、優れた位置分解能とエネルギー分解能を有する
ことになる。

【００２２】本発明のシンチレーション検出器におい
て、シンチレータの光入射面上および側面上に、光反射
材が設置されていると良い。なお、ここでの「側面」
は、シンチレータ全体の側面をいう。

【００２３】この場合、シンチレータ内で発生したシン
チレーション光のうちシンチレータの光入射面あるいは
側面を透過しようとするものはこの光反射材で反射され
るので、シンチレータの出力光量が高まる。

【００２４】また、本発明のシンチレーション検出器が
備える光検出手段は、その受光面を覆う光入射窓を備え
ており、シンチレータの光出射面とこの光入射窓との間
には、光入射窓と略同一の屈折率を有する光学結合材が
介在されていても良い。

【００２５】通常用いられているシンチレータ材料や入
射窓材に比べて空気や水などは、屈折率がかなり低い。
シンチレータと光入射窓との間にこのような屈折率の低
いものが介在していると、シンチレータと光入射窓との
間でのシンチレーション光の反射が増加する。これに対
し、シンチレータと光入射窓との間に上記の光学結合材
を介在させた検出器では、反射が低減され、光検出手段
へシンチレーション光を効率良く導くことができる。

【００２６】また、本発明のシンチレーション検出器に
おいて、光検出手段としては、位置検出型の光電子増倍
管または半導体位置検出器（ＰＳＤ：Position sensiti
ve device)を用いることができる。

【００２７】この場合、位置検出型光電子増倍管や半導
体位置検出器からの出力信号に基づいて演算を行うこと
により、位置検出型光電子増倍管や半導体位置検出器の
受光面に入射した光の重心位置が算出され、シンチレー
タに入射した放射線や高エネルギー粒子の入射位置が求
まることになる。

【００２８】また、本発明のシンチレーション検出器に
おいて、光検出手段は、シンチレータが有する各シンチ
レータ個片の側面のうちシンチレータの光出射面を構成
するものに接続された複数の光導波手段と、この光導波
手段にそれぞれ接続された複数の光電子増倍管とを備え
るものであっても良い。なお、光導波手段としては、光
ファイバ等を用いることができる。また、ここでの光電
子増倍管には、位置検出型の光電子増倍管も含まれる。

【００２９】この場合、各シンチレータ個片で生じたシ
ンチレーション光は、その個片に接続された光導波手段
により光電子増倍管に導かれ、光電子増倍管でその光量
に応じたレベルの電気信号に変換されて出力される。こ
の出力信号に基づいて演算を行うことで各個片で発生し
たシンチレーション光の光量がそれぞれ別個に求まるの
で、シンチレータに入射した放射線や高エネルギー粒子
の入射位置が求まることになる。また、各個片について
の発光量データを総合すれば、入射位置の空間的分布も
求まる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明に
おいて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、図面の寸法比率は説明のものと必ず
しも一致していない。

【００３１】図１は、本実施形態のシンチレータ１００
の構造を示す側面図である。このシンチレータ１００
は、光入射面２０、光出射面２２及び側面２１ａ、２１
ｂを有し、断面が台形の板状シンチレータである。光入
射面２０と光出射面２２とは、ほぼ平行になっている。
図１に示すように、シンチレータ１００は、複数のシン
チレータ個片１０及び１５が互いの側面同士を対向させ
て交互に配列されたシンチレータアレイ構造を有してい
る。また、各個片の間には、空気層が介在している。こ
のシンチレータ１００は、放射線や高エネルギー粒子が
光入射面２０から入射するといずれかのシンチレータ個
片１０、１５内で閃光（シンチレーション光）が発生
し、光出射面２２から出射するようになっている。

【００３２】各シンチレータ個片１０及び１５は図１の
紙面に垂直な方向を軸方向とする正三角柱であり、いず
れも略同一の形状を有している。なお、図１では、これ
らの正三角柱のうち、上向きに、すなわち頂点の方向を
上方にして配置されているものを符号１０で、また、下
向きに、すなわち頂点の方向を下方にして配置されてい
るものを符号１５で示してある。

【００３３】図示のとおり、シンチレータ個片１０は三
つの側面１１、１２及び１３を、また、シンチレータ個
片１５は三つの側面１６、１７及び１８をそれぞれ有し
ている。図１に示すように、シンチレータ個片１０と１
５は、側面１２と１７、及び側面１３と１８をそれぞれ
略平行に対向させながら配列されている。本実施形態で
は、シンチレータ個片１５の側面１６は粗研磨面となっ
ており、その他の側面１７及び１８は鏡面となってい
る。また、シンチレータ個片１０の側面１１〜１３はい
ずれも鏡面となっている。

【００３４】上述のように、本実施形態のシンチレータ
１００では、シンチレータ個片１５の側面１６が粗研磨
面となっており、側面１６に到達した光を拡散反射する
ようになっている。粗研磨面の反射パターンは、コサイ
ン角度分布であり、特に斜入射光の反射光における垂直
成分方向を増加するように働く。このため、正反射面に
比較して速やかにシンチレーション光を光出射面２２か
ら出射させることができる。

【００３５】また、上述のように、本実施形態のシンチ
レータ１００では、隣接する各シンチレータ個片間の側
面１２、１３、１７、１８がそれぞれ鏡面となっている
ので、これらの側面に入射するシンチレーション光を全
反射しやすくなっている。各個片間の空気層の存在と相
舞って、これらの側面の法線に対して所定の角度（臨界
角）以上の入射角で入射してくるシンチレーション光が
全反射される。全反射には光の反射損失がないので、シ
ンチレータの出力光量の低減を抑えることができる。

【００３６】光入射面２０は、各シンチレータ個片１５
の側面１６の集合面であり、光出射面２２は、各シンチ
レータ個片１０の側面１１の集合面である。上述のよう
に、側面１６は粗研磨面であるから、光入射面２０全体
も粗研磨面となる。また、側面１１は鏡面であるから、
光出射面２２全体も鏡面となる。側面２１ａは、シンチ
レータ１００の左端に配置されたシンチレータ個片１０
の側面１３であり、側面２１ｂは、シンチレータ１００
の右端に配置されたシンチレータ個片１０の側面１２で
ある。これらは、いずれも鏡面である。なお、図１で
は、作図の便宜上、光入射面２０、光出射面２２及び側
面２１をそれぞれ破線で示してある。

【００３７】本実施形態のシンチレータ個片１０及び１
５の材料は、ＢＧＯ（ビスマス酸ゲルマニウム）であ
る。なお、シンチレータ個片の材料としては、ＢＧＯ以
外にも、タリウム添加ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ（Ｔ
ｌ））等の一般的なシンチレータ結晶を用いることがで
きる。

【００３８】図２及び図３は、シンチレータ１００内で
のシンチレーション光の進行を説明するための模式図で
ある。まず、上向きのシンチレータ個片１０ａ内で発光
が生じた場合の進行を、図２を参照しながら説明する。
図２に示すように、放射線や高エネルギー粒子がシンチ
レータ個片１０ａに入射すると、その入射個片１０ａ内
でシンチレーション光が発生する。発光点からは全立体
角にわたって等方的にシンチレーション光が放出される
が、このうち発光点からほぼ真下に向かった光１は、入
射個片１０ａ内を伝搬して光出射面２２を構成する側面
１１から出射する。また、光出射面２２に平行な平面に
対してやや下方に向かった光２は、入射個片１０ａ内を
伝搬して側面１２に到達する。この側面１２は光出射面
２２に対して傾斜しており、これによって全反射条件が
満足されるので、光２は全反射され、入射個片１０ａの
側面１１から出射する。このように、本実施形態のシン
チレータ１００では、従来のシンチレータ個片のように
隣接する個片間の側面が光出射面２２に対して直交して
いる場合に比べ、光出射面２２に平行な平面に対して下
方に向かった光が個片の側面で全反射されやすくなって
いる。

【００３９】次に、光出射面２２に平行な平面に対して
上方に向かった光３、４は、それぞれ入射個片１０ａの
側面１２、１３を透過して隣のシンチレータ個片１５
ａ、１５ｂに入射する。この後、光３は、シンチレータ
個片１５ａの側面１６及び１８で順次反射されて再び入
射個片１０ａに戻る。また、光４は、シンチレータ個片
１５ｂの側面１６で反射された後、さらに隣の上向き個
片１０ｂに入射して光出射面２２を構成する側面１１か
ら出射する。側面１２、１３が光出射面２２に対して傾
斜しているため、全反射条件を満たさない方向に進行す
るシンチレーション光は、すみやかに光入射面２０に到
達し、そこで反射されるようになっている。このため、
従来のように発光個片から極めて遠方の個片にまでシン
チレーション光が到達して出力されるような現象を防止
することができ、光出力の空間的分散を低減することが
できる。

【００４０】次に、下向きのシンチレータ個片１５ｂ内
で発光が生じた場合のシンチレーション光の進行を、図
３を参照しながら説明する。シンチレーション光のうち
下方に向かう光１は、シンチレータ個片１５ｂの側面１
７及び隣り合うシンチレータ個片１０ｂの側面１２を透
過して、個片１０ｂの側面１１から出射する。この場合
も、個片１５ｂの側面１７が光出射面２２に対して傾斜
しているため、シンチレーション光は遠方の個片に到達
することなく光出射面２２から出射される。

【００４１】また、上方に向かう光２は、シンチレータ
個片１５ｂの側面１６で反射され側面１８及び隣のシン
チレータ個片１０ａの側面１３を透過して、個片１０ａ
の側面１１から出射する。側面１８が光出射面２２に対
して傾斜しているため、側面１８に到達した光のうち全
反射条件を満たさないものは、遠方の個片に到達するこ
となく光出射面２２から出射される。

【００４２】なお、本発明のシンチレータは上記のシン
チレータ１００に限られるものではなく、例えば、図４
（ａ）及び（ｂ）に示すようなものであっても良い。こ
れらのシンチレータ１０１及び１０２は、いずれも断面
が台形状のシンチレータ個片が上下を互いに反転させな
がら配列されたものである。

【００４３】また、本発明のシンチレータは、各シンチ
レータ個片を縦に１個、横にｎ個配列したような一次元
的配列によるものであっても良いし、各個片を縦にｍ
個、横にｎ個配列したような二次元的配列によるもので
あっても良い。図５は、シンチレータ個片を二次元的に
配列したシンチレータを示す斜視図である。

【００４４】また、図６に示すように、本発明のシンチ
レータは、光入射面２０及び光出射面２２を有する板状
シンチレータに、光入射面２０及び光出射面２２に対し
て傾斜した切り溝２５、２６を設けることにより形成す
ることもできる。この場合は、切り溝によって互いに分
割された符号１０′及び１５′で示す部分がシンチレー
タ個片となる。

【００４５】次に、図７は、本実施形態のシンチレータ
１００を用いたシンチレーション検出器２００を示す側
面図である。このシンチレーション検出器２００は、シ
ンチレータ１００と光検出器６０を備えており、さら
に、シンチレータ１００の上面（光入射面）及び側面上
に設置された光反射材７０を備えている。

【００４６】図７に示すように、光検出器６０は、その
上面（受光面）をシンチレータ１００の下面（光出射
面）と対向させながらシンチレータ１００に取り付けら
れている。このシンチレーション検出器２００では、光
検出器６０の出力信号に基づいて適切な演算処理を行う
ことにより、シンレチーション光の光量のみならずその
発光位置を算出することができ、これによって、シンチ
レータ１００に入射した放射線や高エネルギー粒子の入
射位置を求めることができるようになっている。

【００４７】シンチレータ１００の光出射面と光検出器
６０の受光面との間には光学結合材５０が介在してい
る。通常、光検出器６０には受光面の上方に光入射窓
（図示せず）が設置されているので、光学結合材５０は
この光入射窓の上面とシンチレータ１００の光出射面と
の間に介在することになる。

【００４８】この光学結合材５０は、光検出器６０の入
射窓とほぼ同一の屈折率を有する材料で構成されてい
る。多くの場合、入射窓はガラス（屈折率１．５）から
構成されているが、この場合は、光学結合材５０として
シリコン樹脂やエポキシ樹脂（いずれも屈折率が１．４
７〜１．４８程度のもの）を用いることができる。

【００４９】シンチレータ材料の屈折率は一般的に光検
出器６０の光入射窓よりも高い屈折率を有している。例
えば、入射窓材料として用いられるガラスの屈折率が
１．５であるのに対し、シンチレータ１００の材料であ
るＢＧＯの屈折率は２．１５である。このため、シンチ
レータ１００と光検出器６０の入射窓との間に空気層な
どの低屈折率境界層が介在すると、この層におけるシン
チレーション光の反射が大きくなる。

【００５０】本実施形態のシンチレーション検出器２０
０では、入射窓とほぼ等しい屈折率を有する光学結合材
５０をシンチレータ１００と光検出器６０との間に介在
させているので、両者の間の光結合が良好に行われ、両
者の境界層における光反射が低減される結果、シンチレ
ーション光を光検出器６０へ効率良く導くことができる
ようになっている。また、上述のようにシンチレータ１
００の光出射面２２は鏡面となっているが、このように
光学結合材５０に接する境界面を鏡面とすることで一層
効率良くシンチレーション光を光検出器６０へ導くこと
ができる。

【００５１】光反射材７０は、シンチレータ１００内で
発生するシンチレーション光を極めて高い反射率で反射
するものである。シンチレータ１００の光入射面や側面
に到達したシンチレーション光のうち光入射面や側面を
透過しようとするものは、光反射材７０で反射され、光
出射面に向かうようになる。従って、光反射材７０を設
置することにより、シンチレータ１００の出力光量を高
めることができ、その結果としてシンチレーション検出
器２００のエネルギー分解能を高めることができる。

【００５２】次に、図８は、本実施形態のシンチレータ
１００を用いたシンチレーション検出システム３００を
示す全体構成図である。この検出システム３００は、シ
ンチレータ１００を備えるシンチレーション検出器２１
０と、この検出器２１０に接続されたアンプ８０と、ア
ンプ８０に接続されたＡ／Ｄ変換器８５と、このＡ／Ｄ
変換器８５に接続された位置演算器９０から構成されて
いる。

【００５３】シンチレーション検出器２１０は、本実施
形態のシンチレータ１００と、このシンチレータ１００
に光学結合材５０を介して取り付けられた位置検出型光
電子増倍管６１から構成されている。

【００５４】位置検出型光電子増倍管６１は公知のもの
であるから、ここでは詳細な説明は省略し、簡単にその
構成の概略を説明することにする。図示のように、位置
検出型光電子増倍管６１は、光電変換面６２、電子増倍
部６４、及びクロスワイヤアノード６６を備えている。

【００５５】電子増倍部６４は、多数のグリッド状ダイ
ノードから構成されており、各ダイノードが二次電子放
出機能を有している。電子増倍部６４がこのような微細
構造を有しているため、各段間での二次電子の空間広が
りが少なく、このため、電子増倍部６４は優れた空間分
解能を有している。光電子増倍管６１は、この電子増倍
部６４を備えることで光入射位置の検出を可能にしてい
る。

【００５６】クロスワイヤアノード６６は、互いに直交
した複数のワイヤ電極が配列されてなる網目状のアノー
ドであり、ワイヤ配列方向の一つをＸ方向、もう一つを
Ｙ方向と規定している。なお、図８では、紙面に垂直な
方向をＹ方向に一致させている。クロスワイヤアノード
６６の各アノード間は抵抗チェーンで接続されている。
なお、図示の関係上、図８には、Ｘ方向アノードに接続
された抵抗チェーン６８のみを図示してある。また、抵
抗チェーン６８の両端には抵抗チェーン端子Ｘ ₁、Ｘ₂
が設けられており、これらの端子にアンプ８０が接続さ
れている。このことは、Ｙ方向アノードについても同様
である。電子増倍部６４から出力される電子群はクロス
ワイヤアノード６６に到達すると、Ｘ、Ｙ二方向のアノ
ードによってそれぞれＸ₁、Ｘ₂、Ｙ₁、Ｙ₂方向に分
流されるようになっている。出力電子群の到達位置に応
じて、Ｘ₁端子から出力される電流とＸ₂端子から出力
される電流の比が異なるので、この電流比から出力電子
群の到達位置、ひいては光電子増倍管６１に入射した光
の入射位置を求めることができる。これは、Ｙ方向につ
いても同様である。

【００５７】アンプ８０は、位置検出型の光電子増倍管
６１の出力電流を増幅するものである。Ａ／Ｄ変換器８
５は、アンプ８０から出力されるアナログ信号をデジタ
ル信号に変換し、そのデジタル信号を位置演算器９０に
送出する。位置演算器９０は、このデジタル信号が保持
する電流値情報に基づいて演算処理を行い、クロスワイ
ヤアノード６６で分流された電流の電流比を求めて、入
射光の重心位置を算出する。この位置演算器９０は、例
えば、二つの入力信号の組み合わせに対応して位置デー
タを与えるような変換テーブルを持つメモリー等を用い
て構成することができる。

【００５８】位置演算器９０で求めたＸ、Ｙ方向の位置
演算結果から放射線等の入射位置あるいは入射したシン
チレータ個片を検出することができる。また、位置演算
器９０が出力する重心位置データをコンピュータに送出
し、そこで必要な処理を施すようにしておくことで、放
射線等の入射位置分布を表示装置に表示させることも可
能である。

【００５９】

【実施例】本実施例では、（ａ）上記形態のシンチレー
タ１００と、（ｂ）方形断面の個片から構成される従来
のシンチレータとを用意し、それぞれに位置検出型の光
電子増倍管を取り付けて、出力光の空間分布を測定し
た。双方のシンチレータの厚さはともに５ｍｍである。
また、シンチレータ１００のシンチレータ個片（断面が
正三角形のもの）の一辺は５ｍｍであり、従来の検出器
が有する方形断面の個片の幅も５ｍｍである。双方のシ
ンチレータは、ともにＢＧＯ（ビスマス酸ゲルマニウ
ム）を材料としており、その屈折率は２．１５である。
また、双方のシンチレータにおける光吸収係数（減衰定
数）０．０００５［１／ｍｍ］である。また、双方のシ
ンチレータの光入射面及び側面上には、それぞれ反射率
９８％の光反射材が設置されている。

【００６０】図９（ａ）は、シンチレータ１００の光出
力の空間分布を示すものであり、図９（ｂ）は、従来の
シンチレータの光出力の空間分布を示すものである。図
９（ｂ）に示されるように、方形断面の個片からなる従
来のシンチレータでは、するどい出力ピークが現れる
が、同時に長距離にわたってすそを引いた分布となる。
これに対し、本発明に係るシンチレータ１００では、遠
方個片からの光出力が抑制され、すそ引きの少ない分布
となっている。

【００６１】各光出力分布について、発光量に対する出
力光量の割合（光出力割合）と光分布の標準偏差を測定
したところ、次のようになった。

【００６２】標準偏差（光出力広がり）光出力割合本発明４．７２ｍｍ９４％従来１４．７ｍｍ８９％このデータから明らかなように、本発明の一形態である
シンチレータ１００では、従来に比べて光出力の広がり
が低減されるとともに、光出力割合が従来より増加す
る。

【００６３】なお、シンチレーション光の空間分布の重
心位置を算出することにより、シンチレータ内における
発光点位置あるいは発光を生じた個片の位置が検出され
るが、このとき位置分解能（標準偏差σ）は、出力光の
空間広がりの標準偏差σ_Pと、１イベントあたりに放出
される光子数Ｎを用いて次のように表される。

【００６４】σ＝ｋ・σ_P・Ｎ^-1/2（ｋ：定数）この式からも明らかなように、本発明に係るシンチレー
タでは従来に比べて出力光の空間広がりが抑制され、か
つ出力光量が増加するので、このシンチレータを備える
シンチレーション検出器は良好な位置分解能を有するよ
うになる。また、本発明に係るシンチレータは従来より
も出力光量が増加するが、このことはこのシンチレータ
を備えるシンチレーション検出器において入射放射線や
粒子線の持ちエネルギーを同定する精度、すなわちエネ
ルギー分解能の向上をもたらすことになる。

【００６５】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明のシ
ンチレータによれば、シンチレータ個片の側面で全反射
されないシンチレーション光が遠方の個片まで到達せず
光入射面あるいは光反射面に到達するとともに、全反射
されるシンチレーション光が個片内部で多重反射される
現象が抑制されるので、光出力の空間的広がりを低減
し、出力光量を高めることができる。

【００６６】また、本発明のシンチレーション検出器に
よれば、本発明のシンチレータが光出力の空間的広がり
が少なく出力光量が大きいという特徴を有するため、優
れた位置分解能とエネルギー分解能をもって放射線や高
エネルギー粒子を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシンチレータの実施形態の構造を示す
側面図である。

【図２】シンチレータ１００内でのシンチレーション光
の進行を説明するための第１の模式図である。

【図３】シンチレータ１００内でのシンチレーション光
の進行を説明するための第２の模式図である。

【図４】本発明に係るシンチレータの他の例を示す第１
の図である。

【図５】本発明に係るシンチレータを他の例を示す第２
の図である。

【図６】本発明に係るシンチレータを他の例を示す第３
の図である。

【図７】シンチレータ１００を用いたシンチレーション
検出器２００を示す側面図である。

【図８】シンチレータ１００を用いたシンチレーション
検出システム３００を示す全体構成図である。

【図９】（ａ）は、シンチレータ１００の光出力の空間
分布を示すものであり、（ｂ）は、従来のシンチレータ
の光出力の空間分布を示す図である。

【符号の説明】

１０…上向きのシンチレータ個片、１１〜１３…個辺１
０の側面、１５…下向きのシンチレータ個片、１６〜１
８…個辺１５の側面、２０…光入射面、２１ａ及び２１
ｂ…シンチレータ１００の側面、２２…光出射面、１０
０…シンチレータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向する光入射面及び光出射面を
備え、複数のシンチレータ個片に分割された板状のシン
チレータであって、前記光入射面及び光出射面は、前記各シンチレータ個片
の一の側面の集合から構成されており、前記各シンチレータ個片は、前記光入射面及び光出射面
に対して傾斜した他の側面同士を対向させて配列されて
いることを特徴とするシンチレータ。
【請求項２】前記各シンチレータ個片は、略三角柱状
または略台形柱状であり、これらの各シンチレータ個片は、上下を互いに反転させ
て配列されていることを特徴とする請求項１記載のシン
チレータ。
【請求項３】前記各シンチレータ個片は、板状のシン
チレータをその上面及び下面に対して傾斜した切り溝に
よって分割してなるものであることを特徴とする請求項
１記載のシンチレータ。
【請求項４】前記各シンチレータ個片の傾斜した側面
は、鏡面であることを特徴とする請求項１記載のシンチ
レータ。
【請求項５】前記各シンチレータ個片の側面のうち前
記光入射面を構成するものは、粗研磨面であることを特
徴とする請求項１記載のシンチレータ。
【請求項６】請求項１から５までのいずれかに記載の
シンチレータと、前記シンチレータの光出射面に対向した受光面を有し、
この受光面に入射した光の入射位置を検出する光検出手
段と、を備えるシンチレーション検出器。
【請求項７】前記シンチレータの光入射面上および側
面上に、光反射材が設置されていることを特徴とする請
求項６記載のシンチレーション検出器。
【請求項８】前記光検出手段は、前記受光面を覆う光
入射窓を備えており、前記シンチレータの光出射面と前
記光入射窓との間には、前記光入射窓と略同一の屈折率
を有する光学結合材が介在していることを特徴とする請
求項６記載のシンチレーション検出器。
【請求項９】前記光入射位置検出手段は、位置検出型
光電子増倍管または半導体位置検出器であることを特徴
とする請求項６記載のシンチレーション検出器。
【請求項１０】前記光検出手段は、前記シンチレータ
が有する各シンチレータ個片の側面のうち前記光出射面
を構成するものに接続された複数の光導波手段と、この
光導波手段にそれぞれ接続された複数の光電子増倍管と
を備えるものであることを特徴とする請求項６記載のシ
ンチレーション検出器。