JPS6224749B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粒子の位置測定に対する検出器に関す
るものであり、特に粒子ビームの位置測定の可能
な粒子検出器、即ち、気体又は液体状媒体を含
み、且つ、比例計数状態における動作の性質を利
用した型式の検出器によつて検出される１つ又は
それ以上の電気的信号の処理における改良に関す
るものである。

この型式の検出器が帯電粒子（α―粒子、β―
粒子など）、中性粒子（中性子）又は電磁放射線
（Ｘ―線、γ―線）を位置測定できることは知ら
れている。特に、この型式の検出器は、検出用媒
体が気体である時に熱中性子（中性子回折）及び
Ｘ―放射線（Ｘ―線回折）の位置測定に良く適し
ている。液状誘電体（例えば、液体キセノン）を
利用することによつてかなり高エネルギのγ―放
射線の位置測定も可能である。

比例計数型の在来のカウンタにおいて又は多重
ワイヤ比例計数器において、電荷増倍区域は陽極
の導電ワイヤの周囲で非常に小さな径（数10ミク
ロン）の円筒状空間に略限定されている。この空
間において、その電界は放射線によつて発生され
る１次電子がその計数器の容器内に含まれている
気体の未電離の分子をイオン化するべく２つの衝
突間に十分なエネルギを獲得することを保証する
のに十分である。電気的な観点からすると、それ
によつて達成される結果は、あたかもその電荷の
すべてが該導電ワイヤの極めて近傍で発生された
のと全く同じである。故に、単数又は複数の陰極
に誘起される電荷の量は、陽極の極く近傍の電荷
増倍現象の発生する区域に対して、夫々の陰極の
占める立体角に比例する。

第１図は、本願出願人であるコミサーリア・
ア・レナージヤ・アトミツクが、米国に1970年５
月22日付で特許出願し、1972年11月21日付で発行
せられた米国特許第3703638号公報に記述された
型式の多重ワイヤ粒子検出器の要部を斜視図にて
示している。その一般的原理において、前記検出
器は方向Ｘにおける位置測定を可能にし、そして
本質的には第１の陰極板２と、そして互に電気的
に絶縁され且つ、方向Ｘに対して直角に並置され
た第２の陰極板４とから成つている。こうした２
つの陰極板間には、例えば方向Ｘに平行に陽極す
なわち電荷増倍作用を惹起せしめる導電ワイヤ８
が設けられている。電荷の発生はその導電ワイヤ
８の極く近傍で行われる。図面に示されているよ
うな装置では方向Ｘについての検出が可能であ
る。各陰極ストリツプ６は、その導電ワイヤ８の
上の点Ａにおいて発生される電荷の影響によつて
得られる電気的信号を集める役割をする増幅器
（１０ａ，１０ｂなど）に接続されている。図に
は増幅器１０ａ，１０ｂなどの各出力に於て得ら
れるパルスEa，Eb，Ecなどが図式的に示されて
いる。この図によつて、増幅器１０ｃに対応する
パルスEcが最も大きな値を持つている事が明ら
かである。何故ならば、対応の陰極ストリツプ６
は電荷の発生する点Ａに最も近いからである。放
射線の衝突点（点Ａ）を位置測定するためには、
増幅器１０の出力において得られるすべての信号
の間で最も大きな振幅を持つ特定の信号（この場
合には、信号Ec）を検出することが必要であ
る。もしも方向Ｙについて検出値を得たいとする
と、陰極２はストリツプ６と同一で、しかもスト
リツプ６に対して直角な陰極ストリツプによつて
置き変えられ、かくして、方向Ｙにおける位置検
出は各陰極ストリツプ上において得られる信号を
処理することによつて得られる。もしも方向Ｙに
おける高分解能を持ちたいとするならば、方向Ｙ
における空間的分解能はワイヤ８のピツチに実質
的に等しいので、多数の導電ワイヤ８を設けなけ
ればならない。位置測定はＸ及びＹにおいて同時
に為さるべきものなので、方向Ｘ及びＹに関して
２つの陰極ストリツプ上に夫々誘起せられるパル
スのうち生起する時間の一致するパルスによつて
目的を達するのである。

医療装置であつて高い分解能を必要としない場
合（粒子線源、及び放射線源の性能からして３mm
程度の解像力で充分である）には、既に述べた検
出器は電気的にも機械的にも簡単であると云う点
で優れている。他方、生物学的構造の研究に於
て、熱中性子回折及びＸ―線回折による高い解像
力（300μのオーダ）を必要とする場合には、比
例計数状態が失はれるので利用できない。

粒子ビームを位置測定することに関して電気的
信号を発生、且つ処理する装置を簡単化すること
については今迄にも多くの解決策が提案されてき
た。第１の解決策（1973年におけるC.E.R.N.会
議においてC.チヤーパツクによつて提案）は、
並列せる陰極ストリツプの出力を幾つかづつ一緒
にまとめて処理し、そして検出の方向に対応する
幾組かの信号の中から最強のものを決定すると云
う方法である。この解決策は前に述べられた手段
と比較して或る程度の簡素化は達成するが、もし
も高分解能を達成したいとすると得られた信号の
処理がなおも比較的複雑であると云う不都合を有
している。

ペレツーメンデツによつて提案された別のシス
テムでは同じ方向を持つ陰極ストリツプの各出力
間に遅延線を介在させている。基準パルスと、そ
して大きな振幅のパルスとの間において経過する
時間間隔の測定は１つの方向における衝突点を位
置測定するのを可能にする。しかしながら、静電
容量性結合が多くの電荷の損失となり、結果的に
位置測定の為に利用できる信号をかなり弱めるこ
とになる。

ボルコウスキによつて提案された別なシステム
では、位置測定の方向Ｘに平行な抵抗性ワイヤの
先端において集められるパルスの上昇時間を測定
しているが、この場合でのかかるワイヤは形成す
るのが困難でしかも極端にこわれやすい。

本発明は如上の不都合を解消し、複雑且つ製作
コストの高い処理システムを必要とすることな
く、１乃至２つの方向における位置測定の可能な
粒子位置検出器の構造に関するものであり、本発
明の主旨より外れることなく多くの形態で目的に
応じて適用せられるべきものである。

以下、幾つかの実施例について示し併わせて本
発明の要旨を説明するが、但し、上記の要旨に何
等の制限を加えるものではない。

先づ、第２ａ，第２ｂ及び第３図に於て例示さ
れている如き、単一の導電ワイヤが備えられてい
る場合での単一方向Ｘにおける測定を含む最も簡
単な形式の構造を説明することとする。この型式
の検出器は、陽極即ち、、導電ワイヤ１２と、そ
して２個の電気的に絶縁せる半陰極１４及び１６
によつて構成されていて、２つの半陰極１４及び
１６は正確に円形の断面をもち、導電ワイヤ１２
と同軸の円筒状内側面を形成している。第２ｂ図
の展開図に半陰極１４及び１６の展開図を示す。
各半陰極１４及び１６の形状は長方形を対角線に
て分割して得られる直角三角形である。半陰極１
４及び１６は夫々出力ワイヤ１８及び２０に接続
されており、更に出力ワイヤ１８及び２０は夫々
増幅器２２及び２４を駆動し、各増幅器２２及び
２４は各半陰極１４及び１６に誘起された電気的
変化に対応する出力を為すので、これらの増幅器
２２及び２４の出力を処理することによつて粒子
位置を測定検出することができるのである。

発生した電荷の総量に対応すると考えられる値
と対比するとき、各半陰極１４及び１６に誘起さ
れ検出された電気信号の振幅A₁及びA₂は共に荷
電粒子の発生した位置の関数であり、従つて、粒
子ビームの方向Ｘにおける位置測定は、次式にて
表わされる量に比例するものとして示される。

Ａ_１−Ａ_２／Ａ_１＋Ａ_２ すなわち： Ｘ＝ＫＡ_１−Ａ_２／Ａ_１＋Ａ_２ さて第２ａ図を参照するに、もしも陽極の導電
ワイヤ１２上における電荷増倍現象の発生点が図
での左手側近くである場合は、半陰極１６は発生
される電荷の全影響を実際に受けるが、半陰極１
４はその影響を全く受けない。他方、電荷増倍現
象の発生点が図での右手側近くである場合は、半
陰極１４は発生する電荷の全影響を受けることに
なる。このことは、これら夫々の電荷の発生点に
対して陰極１４及び１６が占める夫々の立体角を
比較することにより容易に理解できる。

もしも、幾何学的理由（例えば縁辺効果）の為
に、その検出器の各半陰極１４及び１６の出力が
その導電ワイヤ１２の線上で発生する電荷の電気
的影響に対し、必ずしも電荷の発生の位置に比例
的に対応しない場合には、位置決定の為の対応関
係は陰極の形状を修正することにより直線化する
ことができる。

検出器は単一の陰極、例えば半陰極１４のみに
よつて有効な信号を集めるように構成することも
できる。実際に半陰極１４が導電ワイヤ１２上の
一点に対して占める立体角は導電ワイヤ１２上の
点の位置に応じた変化をする。従つて、導電ワイ
ヤ１２の上の電荷の発生点の位置を示す値と、半
陰極１４に誘起される出力信号の強さとの間には
１対１の対応性がある。然しながら、事象の検出
中に発生される電荷の数は可変数であるので、検
出され観測された信号は直接には利用できず、発
生したすべての電荷に対応するところの、例えば
陽極の導電ワイヤ１２より検出されるべき電気信
号と比較されなければならない。陰極板が２個の
半陰極１４及び１６より構成されている場合に
は、この比較さるべき信号の強さは発生した電荷
の全量を表わしており、除数（A₁＋A₂）として演
算に用いられる。更に、導電ワイヤ１２の周囲に
回転体状の電荷増倍現象を発生し得る区域を形成
することは常に測定に必要なことなので、半陰極
１４とは別の手段、例えば半陰極１４と相補つて
円筒状を形成する半陰極１６をこの目的だけの為
に用いることができる。

検出器内で誘起される電荷の分布が非対称であ
ること、これは導電ワイヤ１２が存在すること、
及び電荷増倍現象が非対称形に発生すること、及
び導電ワイヤ１２の表面の状態の欠陥、及び円筒
状を形成する半陰極１４及び１６に対して導電ワ
イヤ１２の位置が必ずしも正確に対称な位置にな
いこと等であるが、これらの物理的及び技術的欠
陥を解決するために、別の型式の陰極を用いるこ
とができる。

例として、相補つて円筒状の陰極を構成すると
ころの２個の半陰極の展開図を第３図に図示す
る。半陰極２６は鋸歯状片部３０ａ，３０ｂ及び
３０ｃを備えており、半陰極２８は同じく鋸歯状
片部３０′ａ，３０′ｂ，及び３０′ｃを備えてい
る。更に夫々の半陰極２６及び２８に属する鋸歯
状片部（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，及び３０′
ａ，３０′ｂ，３０′ｃ）は夫々相互に電気的に接
続されている。これらの半陰極２６及び２８及び
導電ワイヤ（図示せず）を備えている。又、第３
図では液体又は気体を充満せる密封容器（図示せ
ず）は図を判り易くする為に図示されていない。
該密封容器は従来の技術による計数管に用いられ
ている容器と区別できる如き特徴を何等備えてお
らず、当業者であれば誰しも公知の技術に基き設
計することができる。

為さるべき実験に関連して、正方形断面を持つ
検出器を用いることが好ましい場合にも叙述せら
れた如き電荷処理の為の装置を適用できる。然し
乍がらこの場合には、各陰極素子はもはや陽極の
導電ワイヤに対して同じ立体角を以て対応しない
ので、各陰極を構成する部分の形状（例えば鋸
歯）のピツチＰを既述の法則に従つて位置測定が
できるよう充分に小さな値に選ぶことが必要であ
る。いづれにせよ、この場合生ずる誤差は一定の
法則に従つて生ずる誤差であるので、各陰極より
出力される情報を処理することによつて誤差を補
正することができる。

第４図には、方向Ｘにおける粒子ビームの位置
測定に対する平坦な多重ワイヤ検出器の１つの型
式の構造が示されている。検出器ケーシング４０
は１点鎖線によつて示されている。陰極全体は２
つの平行な半陰極の組合せ４２及び４４によつて
構成されている。一方の半陰極の組合せ４２は２
つの絶縁された半陰極４６及び４８を備え、、そ
して他方の半陰極の組合せ４４は２つの半陰極５
０及び５２を備えている。各々の半陰極４６，４
８及び５０，５２は、第３図に関連して既に記述
されたように一方の半陰極の鋸歯に他方の鋸歯を
組合せて構成される。これらの半陰極の組合せ４
２及び４４と等距離で且つ、平行に複数の導電ワ
イヤ５４が相互に平行且つ等間隔に並設されてい
る。

半陰極４６及び５０の出力ワイヤ５８及び５６
は信号A₁を伝送するように一緒に接続される。
同様にして、半陰極４８及び５２の出力ワイヤ６
０及び６２は信号A₂を伝送するように一緒に接
続される。既述の荷電粒子位置測定検出の過程は
信号A₁及びA₂に対しても適用される。

更に第５図において、直交するＸ―方向及びＹ
―方向に関する粒子位置検出装置の本発明による
一実施例を図示する。

検出器は気体又は液体を密封せる長方形のケー
シングを持つが、そのケーシングは明瞭化の為に
図から除外されている。検出器は２つの平行な陰
極板７０及び７２を備え、それらの陰極板７０及
び７２の間にはそれに平行して導電ワイヤ５４が
等間隔且つ、相互に平行に並設されている。陰極
板７０は方向Ｘにおける位置測定を実施する。即
ち、陰極板７０は交互に歯合せる形状に構成され
た２個の相互に電気的に絶縁された鋸歯状の半陰
極７４及び７６を備えており、各半陰極７４及び
７６の鋸歯片部分は夫々相互に電気的に接続され
ており、各鋸歯の方向は導電ワイヤに平行であ
る。陰極板７２は陰極板７０と同一であるが、然
し、半陰極７４′及び７６′は、方向Ｙにおける位
置測定の為に設けられており、これらの半陰極７
４′及び７６′の鋸歯の方向は導電ワイヤ５４に直
交している。半陰極７４及び７６の出力ワイヤ７
８及び８０に検出される信号は、Ｘ―方向の位置
検出について既述せると同じ方法で処理され、Ｘ
―方向の位置が測定される。Ｙ―方向の位置測定
も又、出力ワイヤ７８′及び８０′より検出される
信号についてＸ―方向の位置測定と同様に行われ
る。４つの出力ワイヤに集められる信号の和は基
準となる信号として用いられる。

この発明は、叙述せるように陰極板の形状を連
続する鋸歯状の陰極板を組合せた形状とすること
ができ、依つて複雑な構造或は演算処理を要する
ことなく、１又は２方向の粒子位置を測定し得る
ので、コストダウンに寄与できる等、極めて著大
な効果を奏する発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による複合検出器を示してい
る斜視図であり、第２ａ図は本発明による単一陽
極ワイヤを持つ単一方向検出器の陰極を示してい
る斜視図であり、第２ｂ図は第２ａ図の陰極板の
展開図であり、第３図はその陰極板の別な形式の
構造の展開図であり、第４図は単一方向の位置測
定を持つ平坦な多重ワイヤ検出器を示している斜
視図であり、第５図は２方向の位置測定を持つ平
坦な多重ワイヤ検出器を示している斜視図であ
る。 符号説明、２，４，７０，７２……陰極板、６
……陰極ストリツプ、８，１２，５４……導電ワ
イヤ、２２，２４，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ……
増幅器、１４，１６，４６，４８，５０，５２，
７４，７４′，７６，７６′……半陰極、３０ａ，
３０ｂ，３０ｃ，３０′ａ，３０′ｂ，３０′ｃ…
…鋸歯状片部、４０……密封容器、４２，４４…
…半陰極の組合わせ、５６，５８，６０，６２，
７８，７８′，８０，８０′……出力ワイヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比例計数状態で動作する粒子位置測定検出器
   において、流体でもつて満たされる密封容器を備
   え、密封容器内には少くとも１つの導電ワイヤに
   よつて構成される第１の型式の電極、及び第１の
   型式の電極に平行な母線をもつ円筒状内側面の一
   部の形状をした導電板によつて構成される第２の
   型式の電極が設けられており、且つ、第２の型式
   の電極の輪郭は導電ワイヤ上の各点の位置を示す
   値と導電ワイヤ上の各点に対して導電板が占める
   各立体角の大きさが数的に夫々１対１に対応する
   関係を有する形状とし、更に又、導電板に生ずる
   電気的信号を集める手段を備えていることを特徴
   とする粒子位置測定検出器。 ２ 第１の型式の電極は１本の導電ワイヤにより
   構成され、第２の型式の電極は２つの相互に電気
   的に絶縁され、且つ、導電ワイヤと同一の中心軸
   をもち断面が円形の円筒状内側面上にある導電板
   により構成され、各々の導電板は折れ線より成る
   縁辺をもつ連続した鋸歯状をなすことを特徴とす
   る特許請求範囲第１項に記載の粒子位置測定検出
   器。 ３ 比例計数状態で動作する粒子位置測定検出器
   において、流体でもつて満たされる密封容器を備
   え、密封容器内には少くとも１つの導電ワイヤに
   よつて構成される第１の型式の電極及び、第１の
   型式の電極に平行な平面の一部分の形状をした導
   電板によつて構成される第２の型式の電極が設け
   られており、且つ第２の電極の輪郭は導電ワイヤ
   上の各点の位置を示す値と導電ワイヤ上の各点に
   対して導電板が占める各立体角の大きさが数的に
   夫々１対１に対応する関係を有する形状とし、更
   に又、導電板に発生する電気的信号を集める手段
   を備えていることを特徴とする粒子位置測定検出
   器。 ４ 第１の型式の電極は同平面上にある複数の平
   行な導電ワイヤによつて構成され、第２の型式の
   電極は２組の夫々２個の相互に電気的に絶縁せら
   れた半陰極により構成され、夫々１組の半陰極は
   導電ワイヤに平行な平面上にあり、各半陰極は平
   坦な長方形の一部分の形状であつて、且つ、折れ
   線より成る縁辺をもつ連続した鋸歯状をなしてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載
   の粒子位置測定検出器。