JPS5831551B2 - Ｘ線検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電離箱Ｘ線検出器に係わる。

より詳しくは、本発明はコンピユータ化された断層写真
装置に高圧気体を使用して成る多層検出器に関する。

コンピユータ化されたＸ線レントゲン断層写真に於いて
は、空間的に分布されたＸ線強度分布を電気信号に翻訳
しこの信号を処理して像を形成しなければならない。

こうした装置に使用するための検出器は高度な空間的分
解能をもって効率よくＸ線電磁エネルギを検出しなけれ
ばならない。

断層写真装置に於けるＸ線パルス繰返数は一般にＸ線検
出器の回復時間によって限定される。

それ故、早い回復時間、高い感度及び精細な空間分解能
によって特徴づけられるＸ線検出器の利用が望ましい。

提案されたＸ線断層写真装置は数百のこうしたＸ線検出
器を使用する。

多数の空間的に分離された検出隔室を単一の検出器アセ
ンブリ内に導入する多層構造物はこうした装置の製造に
経済的な手段を提供する。

本発明によれば、Ｘ線電磁放射線は高い原子量の高圧気
体内で検出される。

Ｘ線光子が電界の存在下でこの気体と相互作用をなして
光電子−イオン対をもたらす。

こうして生じた電子は整夕１ルた正に荷電の電極上に集
められ電極近傍にＸ線強度に比例した電流を発生する。

本発明の一具体例に於りては、正の電極は線状に整夕１
ルた複数の平行な金属棒から戒って一対の平行に置かれ
た負の平坦な電極の中間に配置される。

Ｘ線光子と気体との相互作用によって生じる電子と正イ
オンは電界ラインに沿って流動しそれぞれ正及び負の電
極上に収集される。

後続のＸ線パルスがはっきりと検出される前に、Ｘ線パ
ルスと気体との相互作用によって生じた電子及びイオン
の殆んど全てが収集され検出器から取り出されていなけ
ればならない。

効率のよいコンピユータ化断層写真装置には高いパルス
繰返数が要求されるのでこうした装置に使用するために
はイオン−電子収集時間の短い検出器が望ましい。

本発明の一具体例では入射Ｘ線ビームとほぼ平行に横た
わる密な間隔で平行に置かれた複数の板状電極を有する
高圧電離箱から成る。

この電極配列形体は電子−イオン対の取り出しを早め比
較的低い電極電位にて高いＸ線パルス繰返数の使用を可
能にする。

本発明の電離Ｘ線検出器に使われる重い気体原子はケイ
光を発する傾向があり、低いエネルギのＸ線周波数で光
子を放射する。

これ等の低エネルギＸ線光子は検出器気体内に於いて比
較的長い飛程を有し検出器の空間分解能を劣化せしめる
傾向がある。

本発明の平行な板電極は原子量の大きな物質で構成する
ことができこれによりそうした低エネルギの二次光子を
検出器隔室の境界域で吸収する働きをなししかして検出
器の空間分解能を改善する。

各Ｘ線照射から入手できる情報を最大限に利用ししかし
て全放射線照射量を最小とするためには効率の高いＸ線
検出器が必要である。

断層写真検出器はその為、入射するＸ線光子の少なくと
も５０％を検出する必要がある。

装置が安全かつ効率よく動作するには普通、代表的なエ
ネルギ範囲が３０ＫＥＶ〜１００ＫＥＶである入射Ｘ線
ビームの７０％以上を検出できる検出器が必要である。

本発明の特徴と信ぜられる新規な特性は特許請求の範囲
に開示されている。

以下図面をもとに詳述するところにより、本発明はその
目的及び利点と共に一層理解されよう。

Ｘ線光子は検出器の重い気体の原子と相互作用し電子−
イオン対を発生する。

Ｘ線光子は一般に気体原子によって吸収され、この原子
がその一電子レベルから光電子を放出する。

光電子は気体中を移動して他の気体原子と相互作用をな
しこれをイオン化して電子と正イオンとを雨を降らす如
くもたらし、これ等電子及び正イオンは適当な電極上に
収集され電流の流れを発生せしむる。

例えばもし約１０気圧のキセノンガスを６０ＫＥＹのＸ
線光子で照射すると、光電子が３４．５ＫＥＹのキセノ
ンに殻から約２５．５ＫＥＹで噴射される。

２５．５ＫＥＹの光電子はキセノン中で約１間の飛程を
有し、各々が約８００電子−イオン対をもたらす。

もしこれ等の電子−イオン対が反対の極性をした２つの
電極間に於ける領域に生ずると、これ等は電解ラインに
沿って電極まで流動し電極間に正味電流流れをもたらす
。

しかして電極間を流れる電流はこうした電極の近傍で相
互作用するＸ線光子の総数の関数となる。

Ｘ線光子の検出の確率は収集電極間に介在する気体の原
子番号及び原子量の関数である。

しかして、感度の高い検出器は比較的高圧下にある原子
量の大きな気体から構成できる。

検出器の感度は又、電極間の空間を増し、しかしてその
間の気体分子の数を増大することによっても増大しうる
。

しかし、電極間の空間を増せば電子−イオン対が収集に
向って流動しなければならない距離が増すから検出器の
回復時間を増す傾向がある。

電極間の電界勾配を増せば電子−イオン流動速度を増大
し検出器回復時間を幾分短縮することになろうが、この
流動速度は電極の電圧の増加につれて比較的小さな割合
でしか増大しない。

更に、電界勾配が過度になると気体崩壊のなだれ現象を
起し検出感度に於ける応答に極めて非線形的な応答を生
せしめる。

本発明の検出器は気体のなだれ崩壊を起すに満たない電
界勾配で動作するものである。

即ち、本発明の検出器は電離箱として特徴づけることが
でき比例計算管として特徴づけることはできない。

上述した電子−イオン対の発生はに殻噴射の光電子から
のエネルギ伝達のみに起因するものであって、印加電界
の影響下に移動する電子又はイオンの衝突によって起る
のではない。

電離箱検出器に使用するのに適した電界勾配の値は当業
界で周知でありＭｅｄｉｃａｌ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ。

Ｗ、 Ｒ，Ｈｅｎｄｅｅ ９Ｙｅａｒ Ｂｏｏｋ Ｍｅ
ｄ １ｃａｌＰｕｂｌ １ｓｈｅｒｓ 、 Ｃｈｉｃａ
ｇｏのＣｈａｐｔｅｒ ４及び１７に十分記載されてい
る。

本発明の検出器が動作する電界勾配は略１０ｖ／ｍｍ乃
至略１０００ｖ／關である。

重い気体原子からに殻光電子が放出して生じた間隙は一
般に１殻電子の落下によって充填される。

１殻からに殻レベルへの電子の落下によって生じたエネ
ルギ差は二次Ｘ線光子の形態で放射される。

例えば、キセノンガスでは１殻からに殻レベルへの移動
によって２９ＫＥＹのＸ線光子が生ずる。

高圧気体に於けるこれ等の二次光子の飛程は光電子の飛
程より一般にずっと大きい。

例えば、１０気圧のキセノン中に於いては、２５．５Ｋ
ＥＹの光電子は略１關の飛程を有するのに対し２９ＫＥ
ＹのＸ線は約２０ｍｍの飛程を有する。

入射Ｘ線光子により励起されて重い気体原子がケイ光を
発しこれによって二次光子が生ずるが、この二次光子は
検出器内の他の重い気体分子によって吸収され入射Ｘ線
光子と区別できなくなる。

このように、−個の電極隔室の領域でケイ光によって生
じた光子は多層検出器を通ってもう一つの電極隔室の領
域まで走行できここで入射Ｘ線と同じように検出される
。

それ故、ｋ殻のケイ光効果は多層電離箱検出器に於ける
空間分解能を劣化させる原因となるものと見ることがで
きる。

第１図は本発明の多層Ｘ線検出器の具体例を例示する。

圧力容器１０は高圧の検出器ガス１２を含む。

圧力容器１０の一方の側は薄い窓１４を区画し、窓１４
はＸ線周波数にある電磁放射線に対し実質上透過性であ
る。

窓１４は放射線検出技術界に於けるこうした目的に対し
周知でありかつ又普通に使用されているところの任意の
物質から構成でき、例えばアルミニウム、プラスチック
樹脂又は原子番号の低い金属によって強化されたプラス
チック樹脂マトリックスから構成できる。

術語１実質上透過性“という語はここでは、Ｘ線放射線
が窓物質と相互作用をなす確率がそうしたＸ線放射線が
検出器ガス１２と相互作用をなす確率よりもずっと小さ
いことを意味する。

検出器ガス１２は圧力容器１０を充填し、そしてＸ線周
波数の電磁放射線に対し実質上不透過性であるように選
択される。

ここに使用する術語１実質上不透過性“とは、Ｘ線放射
線が検出器ガス１２と相互作用をなす確率が、そうした
電磁放射線が窓１４と相互作用する確率よりずっと大き
いことを意味する。

ガス１２の気体の種類、気体の圧力及び電極間隔は当業
界に周知の方法を使って選び、入射Ｘ線光子の犬き゛な
割合（典型的には７０％以上）が気体内に吸収されるよ
うにする。

検出器ガス１２は典型的には原子番号の大きな希ガス例
えばキセノン、クリプトン、アルゴン、又はアルゴンの
原子量より大きい原子量をした原子を含んだ分子状ガス
から成ることができ、その圧力は約１０気圧乃至約５０
気圧である。

第１及び１ａ図は本発明の検出器のもう一つの具体例を
示している。

Ｘ線透過性の窓１４を持った圧力容器１０に上述した種
類の検出器ガス１２を上述したように充填する。

複数の平坦なアノード４２を窓１４に対しほぼ垂直な方
向に向けて圧力容器１０内に整列させる。

アノード４２は複数のリード２２に個別に接続されてお
り、リード２２は圧力容器を通って誘電性貫通送り２４
上を通る。

金属板カソード３８をアノード４２の各々の間に等距離
で位置づける。

カソード３８はり−ド３０によって並列に接続され、リ
ード３０は圧力容器１０を通って誘電性貫通送り４０上
を通る。

アノード板４２とカソード板３８はＸ線周波数の電磁放
射線に対し実質上不透過性の金属から構成される。

原子番号の大きな金属例えばモリブデン、タンタル又は
タングステンがアノード４２及びカソード３８として使
用するのに適している。

単に説明として掲げると、典型的な検出器に於けるアノ
ード及びカソード板は０．０５ｍｍのモリブデン又はタ
ングステンシートから構成される。

カソードリード３０及びアノードリード２２を信号プロ
セッサ２６及び電位源２８に上述の態様にて電気的に接
続する。

Ｘ線放射線３２の光子は窓１４からアノード板４２及び
カソード板３８に対しほぼ平行な方向にて検出器に入る
。

光子はアノード板４２とカソード板３８の間の領域で充
填ガス１２と相互作用する。

ガス１２と光子３２との相互作用によって生じた電子−
イオン対はアノードとカソードの間の電界ラインに沿っ
て流動しこれ等電極上に集められて電流信号を発生する
。

ある特定のアノード４２から流れる電流はそのアノード
とこれに隣接する一対のカソード３８との間の空間に於
けるガス１２と相互作用をなすＸ線光子の数に比例する
。

検出器のこの具体例にあっては、ｋ帯Ｘ線ケイ光の分解
能制限効果には非感応性である。

アノード板４２とカソード板３８との間の領域でのケイ
光現象によって生ずるいかなるＸ線光子も、電子−イオ
ン対を発生しこれ等の対が隣接するアノードまで流動す
る可能性が生ずる前に、カソード板３８を通過しなけれ
ばならない。

上述したように、カソード板３８はＸ線光子に対し実質
的に不透過性の材料から構成されておりしかして隣接す
るアノード隔室に電流を生ずるに十分な飛程を有するケ
イ光Ｘ線光子の入射は大いに減少する。

この具体例のアノード４２及びカソード３８構造物は光
子の入射方向に対し平行に横たわる。

それ故、アノード４２とカソード３８の板は比較的密な
間隔で組み立てられて検出器の回復時間を短縮し、他方
板の長さが増大できるから検出器の感度が高くなる。

説明にとどまるものであるが、典型的な検出器ではアノ
ード及びカソード板は２間センタ上に装着される。

この具体例の検出器の電極板が平行であることは又外部
の物体（即ち検査中の組のから散乱されたり斜角をなし
て検出器に入って来る入射光子を吸収するにも役立つ。

第２図は第１図の検出器に利用できるアノード板４２の
別の具体例を示している。

この具体例では、各アノード板は薄い誘電体シート４６
から成っており、このシート４６は例えばセラミック、
マイカ、又はＭｙ Ｉ ａ ｒ （商標名）プラスチッ
ク樹脂のシートから構成できる。

Ｘ線周波数の電磁放射線に対し実質上不透過性の金属か
ら構成された１対の電極４４を誘電体シート４６の両側
に配置する。

別々のリード２２を各々の金属電極４４に接続しこれ等
リードを圧力容器１０を通して別々の誘電体貫通送り２
３上に通す。

アノード板４２の対向側に流れる電子の流れをこのよう
にして別々の金属シート４４上に集めて信号プロセッサ
２６に別個に伝送する。

この検出器の空間分解能はこうして２倍増大する。

アノードとカソード板の組立体を構成する方法が第３図
に例示されている。

アノード板４２とカソード板３８が複数の絶縁ボルト上
に交互に積み重られる。

一連の管状絶縁物５０をアノード板４２とカソード板３
８との間にあってボルト４８上にねじ込み電極板を位置
づける。

平行化したＸ線ビームの検出に対しては電極板を平行に
整列させて装置でき又絶縁物５０の厚さを変えて発散す
るＸ線ビームの検出に適した曲線型の電極整列を形成す
ることもできる。

以上より、本発明が線形の空間分布をしたＸ線強度に応
答した電気信号を発生するＸ線検出器構造を提供するこ
とがわかる。

この構造は感度力塙く、回復時間が短くそして空間分解
能が精細であリに殻のＸ線ケイ光の悪影響に対し比較的
非感応性である検出器の構成を可能にする。

本発明の好ましい具体例の記載例に於ける電極は記載の
容易さから１カソード“及びゝアノード“とじて言及さ
れている。

しかし、これ等電極に印加する電位の極性をば開示の発
明の動作原理に影響を及ぼすことなく逆転することがで
き、又１カソード”電位に対して、負の電位を印加して
１アノード“構造を動作させることができることを理解
されるべきである。

ここに使用する術語１カソード“及び１アノード“は反
対の極性をした電極を意味するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は平行な板カソードとアノードを導入した本発明
の検出器の別の具体例、第１ａ図は第１図の検出器の具
体例の頂面図、第２図は第１図の検出器のためのアノー
ド構造の別な具体例、そして第３図は第１ａ図に示した
種類の検出器に第２図のアノードを導入した構造の図で
ある。 １０・・・・・・圧力容器、１２・・・・・・検出器ガ
ス、１４・・・・・・窓、２６・・・・・・信号処理回
路、２８・・・・・・直流電位源、３２・・・・・・入
射Ｘ線、３４・・・・・・３８・・・・・・カソード、
４２・・・・・・アノード、４４・・・・・・電極、４
６・・・・・・誘電体シート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ線周波数にある電磁放射線に対し実質的に不透過
   性であると特徴づけられる種類の気体状媒質、前記気体
   状媒質内に配置されＸ線周波数にある電磁放射線に対し
   実質的に不透過性であると特徴づけられる物質からなる
   複数の実質上平面なシート状アノード、前記気体状媒質
   内に配置されＸ線周波数にある電磁放射線に対し実質的
   に不透過性であると特徴づけられる物質からなり各々が
   前記アノードの２個の間にほぼ等距離で横たわる複数の
   実質上平面なシート状カソード、前記カソードと前記ア
   ノードの間に直流電位を印加する手段及び前記アノード
   と前記電位を印加する手段との間に直列に接続され各ア
   ノードからの電流を別々に測定する手段を有し、前記ア
   ノードとカソードが検出される放射線の方向に実質上平
   行に配置されたＸ線検出器。 ２ 前記アノードが実質上平行である特許請求の範囲第
   １項記載のＸ線検出器。 ３ 前記アノードが互いに等距離に隔てられている特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載のＸ線検出器。 ４ 前記アノードのそれぞれが、２つの側部を持った平
   坦な誘電体板と該誘電体板の前記側部に配置された２つ
   の金属性電極から戒っている特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のいずれか１項に記載のＸ線検出器。 ５ 前記アノード、前記カソード及び前記気体状媒質を
   内蔵するようにこれ等のまわりに圧力容器を配置した特
   許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の
   Ｘ線検出器。 ６ 前記の圧力容器が前記カソードと垂直をなした窓を
   含み、故意がＸ線周波数にある電磁放射線に対し実質上
   透過性であると特徴づけられる特許請求の範囲第５項記
   載のＸ線検出器。 ７ 前記窓がアルミニウム又はプラスチック樹脂から成
   っている特許請求の範囲第６項記載のＸ線検出器。 ８ 前記気体状媒質がアルゴンの原子量よりか大きいか
   又はこれと等しい原子量の元素から成っている特許請求
   の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載のＸ線検
   出器。 ９ 前記気体状媒質がアルゴン、クリプトン又はキセノ
   ンである特許請求の範囲第８項記載のＸ線検出器。 １０前記気体状媒質の圧力が略１０気圧及至約５０気圧
   である特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項
   に記載のＸ線検出器。 １１ 前記の電位源が前記アノードと前記カソードを
   分離している領域内に略１０ ｖ ／ｍｒｎ乃至略１０
   ００ ｖ／ｍｒｒｔの電界勾配を印加するのに適してい
   る特許請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に
   記載のＸ線検出器。 １２前記電位源の大きさが前記検出器を電離箱の態様で
   動作されるよう選択されている特許請求の範囲第１項乃
   至第１１項のいずれか１項に記載のＸ線検出器。 １３前記アノード及びカソードがタンタル、タングステ
   ン、又はモリブデンからなる特許請求の範囲第１項乃至
   第１２のいずれか１項に記載のＸ線検出器。