KR20120004435A - 방사선 화상 검출기 - Google Patents

방사선 화상 검출기 Download PDF

Info

Publication number
KR20120004435A
KR20120004435A KR1020117023024A KR20117023024A KR20120004435A KR 20120004435 A KR20120004435 A KR 20120004435A KR 1020117023024 A KR1020117023024 A KR 1020117023024A KR 20117023024 A KR20117023024 A KR 20117023024A KR 20120004435 A KR20120004435 A KR 20120004435A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultraviolet
gas
image detector
scintillator
radiation
Prior art date
Application number
KR1020117023024A
Other languages
English (en)
Inventor
겐타로 후쿠다
스미토 이시즈
노리아키 가와구치
도시히사 스야마
아키라 요시카와
다카유키 야나기다
유이 요코타
히데토시 구보
도루 다니모리
히로유키 세키야
Original Assignee
가부시끼가이샤 도꾸야마
도꾜 다이가꾸
도호쿠 다이가쿠
고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 도꾸야마, 도꾜 다이가꾸, 도호쿠 다이가쿠, 고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠 filed Critical 가부시끼가이샤 도꾸야마
Publication of KR20120004435A publication Critical patent/KR20120004435A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/28—Measuring radiation intensity with secondary-emission detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/49—Pick-up adapted for an input of electromagnetic radiation other than visible light and having an electric output, e.g. for an input of X-rays, for an input of infrared radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

본 발명은 경X선이나 γ선 등의 방사선을 고감도로 검출할 수 있고, 위치 분해능 및 계수율 특성이 우수한 신규 방사선 화상 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따르면, 네오디뮴을 함유하는 불화란탄 결정 등의 입사한 방사선을 자외선으로 변환하는 신틸레이터와, 자외선을 전자로 변환하고, 이러한 전자를 가스 전자 증폭 현상을 이용하여 증폭시키고, 검출되는 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 조합한 방사선 검출기로서, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기가 요오드화세슘이나 텔루륨화세슘 등의 자외선을 전자로 변환하는 광전 변환 물질, 전자를 가스 전자 증폭 현상을 이용하여 증폭하는 가스 전자 증폭기 및 증폭 기능과 검출 기능을 갖는 픽셀형 전극으로 기본 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 화상 검출기이다.

Description

방사선 화상 검출기 {RADIOGRAPHIC IMAGE DETECTOR}
본 발명은 신규 방사선 화상 검출기에 관한 것이다. 상기 방사선 화상 검출기는, 양전자 단층 촬영, X선 CT 등의 의료 분야, 각종 비파괴 검사 등의 공업 분야 및 방사선 모니터나 소지품 검사 등의 보안 분야에서 바람직하게 사용할 수 있다.
방사선 이용 기술은 양전자 단층 촬영, X선 CT 등의 의료 분야, 각종 비파괴 검사 등의 공업 분야, 및 방사선 모니터나 소지품 검사 등의 보안 분야 등 다방면에 걸쳐, 현재도 눈부신 발전을 계속하고 있다.
방사선 화상 검출기는, 방사선 이용 기술의 중요한 위치를 차지하는 요소 기술이며, 방사선 이용 기술의 발전에 따라, 검출 감도, 방사선의 입사 위치에 대한 위치 분해능, 또는 계수율 특성에 대해서 보다 고도의 성능이 요구되고 있다. 또한, 방사선 이용 기술의 보급에 따라, 방사선 화상 검출기의 저비용화 및 유감(有感) 영역의 대면적화도 요구되고 있다.
상기 방사선 화상 검출기에 대한 요구에 응하기 위하여, 픽셀형 전극에 의한 가스 증폭을 이용한 입자선 화상 검출기가 개발되었다(특허문헌 1 참조). 해당 입자선 화상 검출기는, 입사 입자선이 가스 분자를 전리하여 생성된 전자를 픽셀형 전극으로 검출하는 것으로, 위치 분해능 및 계수율 특성이 우수하고, 유감 영역을 용이하게 대형화할 수 있으며, 염가로 제작할 수 있다는 이점을 갖는다. 그러나, 사용되는 가스는 원자량이 작기 때문에, 경X선이나 감마선과 같은 높은 에너지를 갖는 광자에 대한 저지능이 부족하고, 따라서 이들 광자에 대해서는 검출 감도가 낮다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 감안하여, 본 발명자들은 이미 원자량이 큰 화학 물질을 포함하는 신틸레이터를 이용하여 입사한 방사선을 자외선으로 변환하고, 이 자외선을 위치 분해능을 갖는 가스 증폭형 검출기에 의해 검출하는 방법을 제안하였다(특허문헌 2 참조). 또한, 동일한 방법에 의해서 방사선을 검출하는 시도는, 다른 것에서도 이루어지고 있다(비특허문헌 1 참조). 그러나, 이들 방법에서는, 신틸레이터로부터 발생하는 자외선이 가스 분자를 전리하여 생성된 전자를 검출하기 때문에, 자외선의 범위가 가스층의 두께만큼에 상당하는 넓이를 갖는다. 그 결과, 방사선 화상 검출기로서 이용했을 때에, 위치 분해능 및 계수율 특성이 저하된다는 문제가 있었다. 또한, 화학적으로 불안정한 가스 분자를 이용할 필요가 있기 때문에, 가스 분자 그 자체가 열화하거나, 가스 분자가 검출기의 전극에 부착되는 문제가 있어, 장기간에 걸쳐 안정적으로 동작시키는 것이 곤란하였다(비특허문헌 2 참조).
한편, 방사선에 의해 신틸레이터로부터 발생하는 자외선을 검출할 때에, 광전 변환 물질을 이용하여 자외선을 전자로 변환하고, 상기 전자를 가스 증폭형 검출기에 의해서 검출하는 방법이 시도되고 있다(비특허문헌 3 참조). 이러한 방법에 따르면, 상기 위치 분해능 및 계수율 특성의 저하나 동작의 안정성에 관한 문제는 회피할 수 있다고 생각되지만, 전자를 가스 증폭형 검출기에 의해서 증폭할 때의 증폭률을 충분히 높이는 것은 불가능하였다. 그 결과, 신틸레이터로부터 발생하는 매우 미약한 자외선을 감도 양호하게 검출할 수 없으며, 이러한 광전 변환 물질을 이용하는 방법에 의해서, 방사선 화상을 검출할 수 있는 장치를 제작하고자 하는 시도는 이루어지지 않은 것이 현실이었다.
일본 특허 제3354551호 공보 일본 특허 공개 제2008-202977호 공보
P. Schotanus, et al., "Detection of LaF3: Nd3+ Scintillation Light in a Photosensitive Multiwire Chamber" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A272, 913-916(1988) J. Va'vra, "Wire Aging of Hydrocarbon Gases with TMAE Additions" IEEE Transactions on Nuclear Science, NS-34, 486-490(1987) J. van der Marel, et al., "A LaF3: Nd(10 ％) Scintillation Detector with Microgap Gas Chamber Read-out for the Detection of γ-rays" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A392, 310-314(1997)
본 발명은 경X선이나 γ선 등의 방사선을 고감도로 검출할 수 있으며, 위치 분해능 및 계수율 특성이 우수한 입사한 방사선을 자외선으로 변환하는 신틸레이터와, 자외선을 전자로 변환하고, 이러한 전자를 증폭하여 검출하는 신규 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 조합하여 구성되는 방사선 화상 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 방사선 화상 검출기를 구성하는 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에 주목하고, 신틸레이터로부터 발생하는 매우 미약한 자외선을 감도 양호하게 검출하는 방법에 대해서 다양한 검토를 거듭하였다.
그 결과, 광전 변환 물질, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극으로 구성되는 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 이용하여, 신틸레이터로부터 발생한 자외선을 광전 변환 물질에서 전자로 변환하고, 이어서 해당 전자를 가스 전자 증폭기에 의해서 증폭한 후, 픽셀형 전극을 이용하여 검출함으로써, 방사선을 감도 양호하게 검출할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 해당 신틸레이터와 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 조합하여 이루어지는 방사선 화상 검출기에 의해서, 방사선 화상을 취득하는 것에 성공하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 따르면,
입사한 방사선을 자외선으로 변환하는 신틸레이터, 및 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 구비하여 이루어지는 방사선 화상 검출기로서, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기가 광전 변환 물질, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 화상 검출기가 제공된다.
상기 방사선 화상 검출기의 발명에서,
(1) 신틸레이터가 네오디뮴, 프라세오디뮴, 툴륨 또는 에르븀을 함유하는 금속 불화물 결정인 것
(2) 광전 변환 물질이 요오드화세슘 또는 텔루륨화세슘인 것
(3) 가스 전자 증폭기가 2매 또는 3매 존재하는 것
이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 신틸레이터에 의해 방사선으로부터 변환되어 발생하는 매우 미약한 자외선을 감도 양호하게 검출할 수 있기 때문에, 위치 분해능 및 계수율 특성이 우수한 방사선 화상 검출기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 방사선 화상 검출기는 유감 영역을 용이하게 대형화할 수 있으며, 염가로 제작할 수 있기 때문에, 의료, 공업 및 보안 등의 분야에서 매우 가치가 높다.
[도 1] 본 도면은, 본 발명의 방사선 화상 검출기의 모식도이다.
[도 2] 본 도면은, 본 발명의 방사선 화상 검출기의 모식도이다.
[도 3] 본 도면은, 본 발명의 방사선 화상 검출기의 모식도이다.
[도 4] 본 도면은, 본 발명의 방사선 화상 검출기의 모식도이다.
[도 5] 본 도면은, 본 발명에서 이용하는 가스 전자 증폭기의 모식도이다.
[도 6] 본 도면은, 실시예 1에서 얻어진 방사선 화상이다.
[도 7] 본 도면은, 실시예 2에서 얻어진 방사선 화상이다.
[도 8] 본 도면은, 실시예 3에서 얻어진 방사선 화상이다.
[도 9] 본 도면은, 실시예 3에서 얻어진 방사선 화상이다.
[도 10] 본 도면은, 실시예 3에서 얻어진 방사선 화상이다.
[도 11] 본 도면은, 실시예 3에서 얻어진 방사선 화상에서의 방사선 검출 빈도의 프로파일이다.
〔동작 원리〕
본 발명의 방사선 화상 검출기의 동작 원리에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다. 우선, 입사한 방사선을 신틸레이터 (1)에 의해서 자외선으로 변환한다. 이어서, 발생된 자외선을 광전 변환 물질 (2)에 의해서 일차 전자 (3)으로 변환한다. 해당 일차 전자 (3)을, 고전계하에서의 가스 전자 사태(avalanche) 현상에 의한 증폭 작용을 이용한 가스 전자 증폭기 (4)로 증폭하고, 이차 전자 (5)를 얻은 후, 이차 전자 (5)를 픽셀형 전극 (6)으로 더 증폭하면서 검출한다. 이 픽셀형 전극으로 검출된 전자에 기초하는 신호를 외부 회로에서 처리함으로써, 방사선의 입사 위치를 특정할 수 있어, 방사선 화상을 얻는 것이 가능해진다. 이하, 본 발명의 방사선 화상 검출기에 대해서 보다 상세히 설명한다.
〔신틸레이터〕
본 발명의 방사선 화상 검출기의 구성 요소인 신틸레이터는, 방사선의 입사에 의해서 자외선을 발생시키는 신틸레이터이면, 특별히 제한없이 사용할 수 있지만, 광전 변환 물질에서의 자외선으로부터 전자에 대한 광전 변환 효율을 감안하여, 자외선 중에서도 파장이 200 nm 이하인 진공 자외선을 발생시키는 신틸레이터를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
검출 대상이 되는 방사선의 종류에 따라, 이용하는 신틸레이터를 선택함으로써, X선, α선, β선, γ선 또는 중성자선 등 중 어느 방사선도 검출 가능해진다. 특히, 원자량이 큰 화학 물질을 포함하는 신틸레이터는, 방사선 중에서도 경X선이나 γ선 등의 고에너지의 광자를 효율적으로 검출할 수 있기 때문에 바람직하다.
방사선의 입사에 의해서 발생된 자외선을 신틸레이터 자신이 흡수하지 않고 출사시키기 위해서는, 자외선을 흡수하기 어려운 신틸레이터를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 자외선을 흡수하기 어려운 신틸레이터로는, 후술하는 금속 불화물; 알루미나(Al2O3), 알루민산이트륨(YAlO3), 알루민산루테튬(Lu3Al5O12) 등의 금속 산화물; 인산루테튬(LuPO4), 인산이트륨(YPO4) 등의 금속 인산화물; 또는 일부의 금속 붕산화물 등을 포함하는 신틸레이터를 들 수 있다.
이들 신틸레이터의 형태는 특별히 한정되지 않으며, 결정, 유리 또는 세라믹 등의 형태를 적절하게 사용할 수 있다. 방사선으로부터 자외선에 대한 변환 효율의 측면에서, 결정을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 진공 자외선을 발생시키는 신틸레이터로는, 금속 불화물을 바람직하게 사용할 수 있다. 진공 자외선은 대부분의 재료에 흡수되는 성질을 갖기 때문에, 방사선의 입사에 의해서 발생된 진공 자외선을 신틸레이터 자신이 흡수한다는 문제가 있지만, 금속 불화물은 예외적으로 진공 자외선을 흡수하기 어려운 특성을 갖기 때문에, 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 금속 불화물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 진공 자외선을 발생시키는 신틸레이터로서 종래 공지된 금속 불화물을 임의로 사용할 수 있다. 구체적으로는, 불화리튬, 불화마그네슘, 불화칼슘, 불화스칸듐, 불화티탄, 불화크롬, 불화망간, 불화철, 불화코발트, 불화니켈, 불화구리, 불화아연, 불화갈륨, 불화게르마늄, 불화알루미늄, 불화스트론튬, 불화이트륨, 불화지르코늄, 불화바륨, 불화란탄, 불화세륨, 불화프라세오디뮴, 불화네오디뮴, 불화유로퓸, 불화가돌리늄, 불화테르븀, 불화에르븀, 불화툴륨, 불화이테르븀, 불화루테튬, 불화하프늄, 불화탄탈, 불화납 등의 금속 불화물이 예시된다.
본 발명에서, 자외선 영역에서 복사 천이를 발생시키는 발광 중심 원소를 함유하는 화합물을 신틸레이터로서 이용하는 것이 바람직하다. 발광 중심 원소는, 복사 천이에 의해서 자외선의 발광을 나타내는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 5d 준위로부터 4f 준위로의 전자 천이에 의한 5d-4f 천이 발광을 나타내는 것이, 발광 수명이 짧고 고속 응답성을 갖기 때문에 특히 바람직하다. 이러한 5d-4f 천이 발광을 나타내는 발광 중심 원소로는, 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 에르븀(Er), 툴륨(Tm) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 발광 중심 원소를 함유하는 신틸레이터에서, 발광 중심 원소의 함유량은, 신틸레이터의 종류 또는 발광 중심 원소의 종류에 따라 다르지만, 통상 0.005 내지 20 중량％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 첨가량을 0.005 중량％ 이상으로 함으로써, 신틸레이터의 발광 강도를 높일 수 있고, 한편 20 중량％ 이하로 함으로써, 농도 소광에서 유래되는 신틸레이터의 발광의 감쇠를 억제할 수 있다.
발광 중심 원소를 함유하는 신틸레이터의 바람직한 것을 예시하면, 상술한 금속 불화물, 금속 산화물 또는 금속 인산화물을 포함하는 결정으로서, 상기 5d-4f 천이 발광을 나타내는 발광 중심 원소를 포함하는 결정을 들 수 있다.
본 발명에서, 경X선이나 γ선 등의 고에너지의 광자에 대한 검출 감도를 높이기 위해, 고밀도이고 유효 원자 번호가 큰 화학 물질을 포함하는 신틸레이터를 이용하는 것이 바람직하다. 유효 원자 번호란, 하기 수학식 1로 정의되는 지표이며, 경X선이나 γ선에 대한 저지능에 영향을 미친다. 상기 유효 원자 번호가 클수록, 경X선이나 γ선에 대한 저지능이 증대하고, 그 결과 신틸레이터의 경X선이나 γ선에 대한 감도가 향상된다.
Figure pct00001
(식 중, Wi 및 Zi는 각각 신틸레이터를 구성하는 원소 중 i번째 원소의 질량분율 및 원자 번호를 나타냄)
신틸레이터의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 후술하는 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에 대향하는 자외선 출사면(이하, 단순히 자외선 출사면이라고도 함)을 갖고, 해당 자외선 출사면은 광학 연마가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 자외선 출사면을 가짐으로써, 신틸레이터에서 발생된 자외선을 효율적으로 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에 입사할 수 있다.
자외선 출사면의 형상은 한정되지 않으며, 1변의 길이가 수 mm 내지 수백 mm 변인 사각형, 직경이 수 mm 내지 수백 mm인 원형 등, 용도에 따른 형상을 적절하게 선택할 수 있다. 신틸레이터의 방사선 입사 방향에 대한 두께는, 검출 대상으로 하는 방사선의 종류 및 에너지에 따라 다르지만, 일반적으로 수백 ㎛ 내지 수백 mm이다.
또한, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에 대향하지 않는 면에, 알루미늄 또는 테플론 등을 포함하는 자외선 반사막을 실시하는 것은, 신틸레이터에서 발생된 자외선의 산일을 방지할 수 있다는 점에서 바람직하다. 또한 이러한 자외선 반사막이 실시된 신틸레이터를 다수 배열하여 이용함으로써, 방사선 화상 검출기의 위치 분해능을 현저히 높일 수 있다.
신틸레이터의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지된 제조 방법에 의해서 제조할 수 있다. 본 발명에서 바람직한 신틸레이터인 금속 불화물 결정을 제조할 때에는, 쵸크랄스키법 또는 브릿지맨법 등의 융액 성장법에 의해서 제조하는 것이 바람직하다. 융액 성장법으로 제조함으로써, 투명성 등의 품질이 우수한 금속 불화물 결정을 제조할 수 있으며, 직경이 수 인치인 대형 결정을 염가로 제조하는 것이 가능해진다.
금속 불화물 결정의 제조시에, 열 왜곡 등에 기인하는 결정 결함을 제거할 목적으로, 결정의 제조 후에 어닐링 조작을 행할 수도 있다. 얻어진 금속 불화물 결정은 양호한 가공성을 가지고 있으며, 원하는 형상으로 가공하여 신틸레이터로서 이용한다. 가공시에는, 공지된 블레이드 소우, 와이어 소우 등의 절단기, 연삭기 또는 연마반을 하등 제한없이 이용할 수 있다.
본 발명의 방사선 화상 검출기가 구비하는 가스 증폭형 자외선 화상 검출기는, 광전 변환 물질, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극으로 기본 구성된다. 이하, 해당 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에 대해서 구체적으로 설명한다.
〔광전 변환 물질〕
광전 변환 물질은, 신틸레이터로부터 발생한 자외선을 일차 전자로 변환하는 기능을 한다. 이 기능을 갖는 것이면, 그의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 요오드화세슘(CsI), 텔루륨화세슘(CsTe) 등을 예시할 수 있다. 이들 중에서도, 자외선을 전자로 변환할 때의 광전 변환 효율 및 화학적 안정성의 측면에서, 요오드화세슘이 바람직하다.
광전 변환 물질은, 자외선으로부터 변환된 일차 전자를 효율적으로 취출하기 위해, 박막으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이 자외선 입사창의 내면에 형성하거나, 가스 전자 증폭기의 자외선 입사창에 대향하는 면 상에 형성하는 것이 바람직하다.
〔가스 전자 증폭기〕
이어서, 상기 광전 변환 물질로부터 발생한 일차 전자를 가스 전자 증폭기에 의해서 증폭한다. 해당 가스 전자 증폭기는, 1997년에 사울리(Sauli)에 의해서 개발되어, 가스 일렉트론 멀티플라이어(Gas Electron Multiplier; GEM)로서 알려져 있다. 본 발명에서 해당 가스 전자 증폭기로는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2006-302844호 공보 또는 일본 특허 공개 제2007-234485호 공보에 기재된 기술을 바람직하게 사용할 수 있다. 이하, 본 발명에서 사용하는 가스 전자 증폭기에 대해서, 도 5를 이용하여 상세히 설명한다.
가스 전자 증폭기는, 수지제의 판상 절연층 (12)와 이 판상 절연층의 양면에 피복된 평면상의 금속층 (13)으로 구성된 판상 다층체와, 이 판상 다층체에 설치된 금속층의 평면에 수직인 내벽을 갖는 관통 구멍 (14)에 의해 구성된다. 해당 가스 전자 증폭기에서는, 금속층에 소정의 인가 전압을 인가하고, 관통 구멍의 내부에 전계를 발생시킴으로써, 관통 구멍 구조의 내부에 침입한 일차 전자가 가속되고, 전자 사태 현상을 일으켜, 위치 정보를 유지한 상태에서 다수의 이차 전자로 증폭된다. 판상 절연층의 재질은 가공성 및 기계적 강도를 감안하여, 폴리이미드 또는 액정 고분자 등인 것이 바람직하다.
판상 절연층의 두께(도 5 중 Di)가 두꺼울수록, 표면과 이면의 금속층 사이에서의 방전을 억제할 수 있기 때문에, 보다 높은 인가 전압을 인가하여 높은 증폭률을 얻을 수 있다. 그러나, 극도로 두꺼운 경우에는, 관통 구멍을 설치할 때의 가공이 곤란해진다. 따라서, 해당 판상 절연층의 두께는 50 ㎛ 내지 300 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 금속층의 재질 및 두께(도 5 중 Dm)는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 재질을 구리, 알루미늄 또는 금으로 하고, 두께를 5 ㎛ 정도로 한 금속층이 바람직하다.
관통 구멍의 직경(도 5 중 d)은 특별히 제한되지 않으며, 관통 구멍의 내부에 발생하는 전계의 강도와 가공의 용이함 등을 고려하여 적절하게 선택된다. 이러한 직경을 구체적으로 예시하면, 일반적으로 50 내지 100 ㎛이다. 또한, 관통 구멍은 생성되는 전계의 일양성을 높이기 위해, 판상 다층체의 전체면에 소정의 피치(도 5 중 P)로 설치하는 것이 바람직하다. 해당 피치는, 판상 절연층의 재질이나 두께, 및 관통 구멍의 직경에 따라서도 다르지만, 일반적으로는 관통 구멍의 직경의 약 2배 정도이다. 또한, 관통 구멍을 설치할 때에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 정삼각형을 배열한 배치로 하는 것이 바람직하다. 이러한 배치로 함으로써, 판상 다층체의 면적에 대한 관통 구멍의 개구율을 높일 수 있기 때문에, 높은 증폭률을 얻을 수 있으며, 또한 후술하는 이온 피드백을 억제할 수 있다.
가스 전자 증폭기의 동작에서, 인가 전압이 높을수록 높은 증폭률이 얻어지지만, 인가 전압이 극단적으로 높은 경우에는, 가스 전자 증폭기의 표리의 금속층 사이에서 방전이 발생하여 안정 동작이 곤란해진다. 해당 인가 전압의 바람직한 범위는, 판상 절연층의 두께에 따라 다르지만, 일반적으로는 200 V 내지 1000 V이며, 이러한 인가 전압에서 얻어지는 증폭률은 일반적으로 수십 내지 수천이다.
〔픽셀형 전극〕
가스 전자 증폭기에 의해서 증폭된 이차 전자는, 픽셀형 전극을 이용하여 더 증폭되어 검출된다. 픽셀형 전극에 대해서는, 상기 특허문헌 1에 상세히 개시되어 있기 때문에, 이것에 개시된 기술에 준하여 제작할 수 있다.
구체적으로는, 픽셀형 전극은 양면 기판의 이면에 형성되는 양극 스트립과, 이 양극 스트립에 수직 설치됨과 동시에, 그의 상단면이 상기 양면 기판의 표면에 노출되는 원주상 양극 전극과, 이 원주상 양극 전극의 상단면의 주위에 구멍이 형성되는 스트립상 음극 전극을 구비하고 있다. 양극 스트립은 200 ㎛ 내지 400 ㎛의 폭을 갖는 것이 바람직하며, 또한 양극 스트립이 400 ㎛ 간격으로 배치되고, 스트립상 음극 전극에는, 일정 간격으로 직경 200 내지 300 ㎛의 구멍이 형성되고, 원주상 양극 전극은 직경 40 내지 60 ㎛, 높이 50 ㎛ 내지 150 ㎛의 형상인 것이 특히 바람직하다.
픽셀형 전극의 원주상 양극 전극과 스트립상 음극 전극 사이에 소정의 인가 전압을 인가함으로써, 원주상 양극 전극의 근방에 강한 전계가 발생한다. 해당 전계에 의해서 가속된 이차 전자는 전자 사태를 일으켜서, 증폭된 후에 원주상 양극 전극으로부터 검출된다. 이 과정에서 양이온화한 가스 분자는, 주위의 스트립상 음극 전극으로 빠르게 드리프트하여 간다. 따라서, 원주상 양극 전극과 스트립상 음극 전극의 양쪽에, 전기 회로 상에서 관측 가능한 전하가 발생하게 되기 때문에, 양극·음극 중 어느 스트립에서 이 증폭 현상이 일어나는지를 관측함으로써, 입사 입자선의 위치를 알 수 있다. 신호의 판독 및 2차원 화상을 얻기 위한 신호 처리 회로에 대해서는, 종래 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있다.
픽셀 전극의 인가 전압의 바람직한 범위는, 사용하는 가스의 종류에 따라 다르지만, 일반적으로 400 V 내지 800 V이다. 픽셀형 전극은, 양극으로서 픽셀을 이용하기 때문에, 고전계가 만들기 쉽고 증폭률이 크다. 따라서, 상기 인가 전압에서 얻어지는 증폭률은 수천 내지 수만에도 도달한다. 또한, 픽셀형 전극은 양이온화한 가스 분자가 드리프트하는 거리가 매우 짧기 때문에, 다른 가스 증폭형 검출기에 비하여 불감 시간이 짧아, 약 5×106 count/(초·mm2)를 초과하는 높은 계수율 특성을 갖는다. 또한, 픽셀형 전극은 인쇄 회로 기판의 제작 기술을 이용하여 제조할 수 있기 때문에, 대면적인 것을 염가로 제공할 수 있다.
〔가스 증폭형 자외선 화상 검출기〕
이하, 상기 광전 변환 물질, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극을 이용하여, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 구성할 때의 바람직한 양태에 대해서, 도 1을 이용하여 상세히 설명한다.
신틸레이터 (1)로부터 발생된 자외선을 입사하기 위한 개구부를 갖는 챔버 (7) 내에, 개구부에 가까운 측에서부터 광전 변환 물질 (2), 가스 전자 증폭기 (4) 및 픽셀형 전극 (6)이 설치되고, 개구부는 자외선 입사창 (8)로 밀봉되어 있다. 이 자외선 입사창의 재료로는, 자외선에 대하여 높은 투과성을 갖는 불화리튬(LiF), 불화마그네슘(MgF2) 또는 불화칼슘(CaF2)을 이용하는 것이 바람직하다.
챔버 내에는, 소정의 가스가 충전되어 있다. 이 전자 증폭용 가스로는, 일반적으로 희가스와 켄처 가스의 조합이 사용된다. 희가스로는, 예를 들면 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크세논(Xe) 등이 있다. 또한, 켄처 가스로는, 예를 들면 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 사불화메탄(CF4) 등을 들 수 있다. 희가스 중에의 켄처 가스의 혼합량은 5 내지 30 ％가 바람직하다.
광전 변환 물질은, 자외선으로부터 변환된 일차 전자를 효율적으로 취출하기 위해, 박막으로 하는 것이 바람직하다. 해당 박막은, 도 1에 나타낸 바와 같이 자외선 입사창의 내면에 형성하거나, 도 2에 나타낸 바와 같이 가스 전자 증폭기의 자외선 입사창에 대향하는 면 상에 형성하는 것이 바람직하다.
광전 변환 물질의 박막을 자외선 입사창의 내면에 형성하는 경우에는, 해당 박막에 전자를 효율적으로 공급하기 위해, 또한 해당 박막과 가스 전자 증폭기 사이에 똑같은 전계를 제공하기 위해, 박막 상의 외주부에 금속층을 포함하는 전극 (9)를 설치하는 것이 바람직하다. 광전 변환 물질의 박막을 가스 전자 증폭기의 자외선 입사창에 대향하는 면 상에 형성하는 경우에는, 가스 전자 증폭기의 금속층과 광전 변환 물질의 반응을 피하기 위해, 해당 금속층의 재질을 금으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 판상 절연층에 적층할 때의 용이함이나 제작 비용을 감안하여, 금속층을 판상 절연층에 가까운 측에서부터 구리, 니켈 및 금의 순으로 적층된 다층의 금속층으로 하는 것이 가장 바람직하다.
가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극은, 각각 자외선 입사창에 평행하게 설치된다. 가스 전자 증폭기는, 증폭률 및 동작의 안정성의 측면에서 복수매 사용하여, 마찬가지로 자외선 입사창에 평행하게 설치하는 것이 바람직하고, 2매 또는 3매 정도 설치하는 것이 특히 바람직하다. 복수매의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극 각각에서 전자를 증폭함으로써, 단계적으로 전자가 증폭되어, 결과적으로 얻어지는 종합적인 증폭률을 대폭 높일 수 있다. 또한, 복수매의 가스 전자 증폭기를 이용함으로써, 이온 피드백을 효과적으로 억제할 수 있어, 동작의 안정성을 높일 수 있다. 이온 피드백이란, 전자 증폭 현상에서 부차적으로 생성된 양이온성의 가스 분자가 축적되어 전계를 왜곡하는 현상으로서, 이러한 이온 피드백이 발생하면 증폭률이나 계수율 특성이 불안정해져, 동작의 안정성에 지장을 초래한다.
자외선 입사창과 초단의 가스 전자 증폭기와의 갭(도 1 중 G1)의 길이, 각 가스 전자 증폭기 사이의 갭(도 1 중 G2)의 길이, 및 최후단의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극과의 갭(도 1 중 G3)의 길이는, 짧을수록 계수율 특성 및 위치 분해능이 향상되지만, 극단적으로 짧은 경우에는 서로가 접하지 않도록 설치하는 것이 곤란해진다. 따라서, 해당 G1, G2 및 G3의 바람직한 길이는 모두 약 1 mm 내지 5 mm이다.
상기 G1, G2 및 G3에 발생시키는 전계의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 소기의 증폭률, 이온 피드백의 억제 효과 및 전하의 수집 효율을 감안하여 적절하게 선택할 수 있다. 해당 전계의 크기의 바람직한 범위를 구체적으로 예시하면, 일반적으로 0.3 내지 10 kV/cm이다. 이러한 전계의 크기로 함으로써, 높은 증폭률과 상기 이온 피드백의 억제를 동시에 달성할 수 있다.
본 발명자들의 검토에 따르면, 2매의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극을 조합하고, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극에 인가하는 인가 전압을 최적화함으로써, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극에 의한 종합적인 증폭률로서 1×105를 초과하는 증폭률을 안정적으로 얻을 수 있어, 신틸레이터로부터 발생된 미약한 자외선에 의해서 화상을 형성하는 것이 가능해졌다.
〔방사선 화상 검출기〕
본 발명의 방사선 화상 검출기에서, 상기 광전 변환 물질, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극에는, 각각 전압을 인가하기 위한 고압 전원이 접속되고, 픽셀형 전극에는 신호의 판독 및 2차원 화상을 얻기 위한 신호 처리 회로가 접속되어 있다. 또한, 픽셀형 전극으로부터 신호를 판독하여 2차원 화상을 얻을 때에, 앵거 로직(Anger logic)에 기초한 앵거형 신호 처리 회로를 이용함으로써, 위치 분해능을 특히 향상시킬 수 있다. 앵거 로직이란, 방사선의 입사에 의해서 발생된 신틸레이션광이 공간적인 확대로 검출된 경우에, 해당 신틸레이션광의 중심 위치를 구함으로써, 방사선의 입사 위치를 특정하는 수법이다.
앵거형 신호 처리 회로는, 픽셀형 전극의 각 픽셀에서의 신호의 강도를 판독하기 위한 판독 회로, 개개의 방사선의 입사에 의해서 발생된 신틸레이션광을 변별하기 위한 동시 계수 회로, 및 각 픽셀로부터 판독된 신호의 강도로부터 신틸레이션광의 중심 위치를 구하기 위한 중심 연산 회로로 구성된다. 해당 앵거형 신호 처리 회로에서는, 판독 회로로부터 얻어진 신호 중, 단일한 방사선의 입사에 의해서 발생된 신호만을 동시 계수 회로에 의해서 변별한다. 이어서, 이와 같이 변별된 신호를 대상으로 하여, 해당 신호의 강도에 대한 하중 평균을, 중심 연산 회로에 의해서 구함으로써, 방사선의 입사 위치를 특정한다. 이러한 앵거형 신호 처리 회로에 따르면, 위치 분해능을 약 100 ㎛까지 향상시킬 수 있다.
이하, 상기 신틸레이터 및 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 이용하여, 본 발명의 방사선 화상 검출기를 구성할 때의 바람직한 양태에 대해서, 도 1을 이용하여 상세히 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 신틸레이터의 자외선 출사면 이외의 면에 자외선 반사막 (10)을 설치하고, 신틸레이터의 자외선 출사면과 가스 증폭형 자외선 화상 검출기의 자외선 입사창을 밀접하여 설치하고, 바람직하게는 자외선 출사면과 자외선 입사창 사이에 그리스 (11)을 충전한다. 그리스를 충전함으로써, 신틸레이터 내부로부터 자외선 사출면에 도달한 자외선을, 자외선 사출면에서 반사시키지 않고 외부로 도출할 수 있어, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에 대한 입사 효율을 높일 수 있다. 해당 그리스로는 굴절률이 높으며 자외선에 대한 투명성이 높은 불소계 그리스를 이용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 듀퐁사 제조 "클라이톡스" 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
신틸레이터의 방사선 입사 방향에 대한 두께가 두꺼워서 신틸레이터 내에서의 자외선의 확대에 의해 위치 분해능이 저하되는 경우에는, 도 3과 같이 작은 자외선 출사면을 갖고, 자외선 출사면 이외의 면에 자외선 반사막이 실시된 신틸레이터를 다수 배열함으로써, 자외선의 확대를 억제할 수 있다.
본 발명의 방사선 화상 검출기의 별도의 양태로서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자외선 입사창 대신에 신틸레이터에 의해서 챔버의 개구부를 밀봉할 수도 있다. 이러한 양태에 의해, 자외선 입사창에서의 자외선의 확대에 기인하는 위치 분해능의 저하를 회피할 수 있으며, 구조를 간소화할 수 있기 때문에 바람직하다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 들어 구체적으로 설명하는데, 본 발명이 이들 실시예에 의해 하등 제한되는 것은 아니다. 또한, 실시예 중에서 설명되어 있는 특징의 조합이 모두 본 발명의 해결 수단에 필수적인 것이라고는 한정되지 않는다.
실시예 1
<신틸레이터의 제작>
본 실시예에서, 신틸레이터는 발광 중심 원소로서 네오디뮴을 함유하는 불화란탄 결정을 이용하였다. 해당 네오디뮴을 함유하는 불화란탄 결정은, 쵸크랄스키법에 의한 결정 제조 장치를 이용하여 제조하였다. 원료로는, 순도가 99.99 ％ 이상인 불화란탄 및 불화네오디뮴을 이용하였다. 우선, 불화란탄 2700 g 및 불화네오디뮴 300 g을 각각 칭량하고, 충분히 혼합하고 도가니에 충전하였다.
이어서, 상기 원료를 충전한 도가니를 결정 제조 장치의 챔버 내에 세팅하고, 진공 배기 장치를 이용하여 챔버 내를 1.0×10-3 Pa 이하까지 진공 배기한 후, 고순도의 사불화메탄과 아르곤을 포함하는 혼합 가스를 챔버 내에 도입하여 가스 치환을 행하였다. 가스 치환 후 챔버 내의 압력은 대기압으로 하였다. 가스 치환 조작을 행한 후, 히터로 원료를 가열하여 용융시키고, 용융한 원료의 융액에 종 결정을 접촉시켰다. 이어서 종 결정을 회전시키면서 인상(引上)하여, 결정의 육성을 개시하였다.
결정을 인상하면서, 일정한 비율로 결정 직경을 확대하고, 결정 직경을 55 mm로 조정하였다. 결정 직경을 55 mm까지 확대시킨 후, 인상 속도를 3 mm/hr로 유지하여, 결정의 길이가 약 100 mm가 될 때까지 연속적으로 인상을 계속하였다. 이어서 히터의 출력을 상승시켜 결정을 원료 융액으로부터 분리하고, 그 후 서냉함으로써, 네오디뮴을 함유하는 불화란탄 결정을 얻었다. 상기 결정은 직경이 55 mm, 길이가 약 100 mm이고, 백탁이나 균열이 없는 양질의 결정이었다. 네오디뮴의 함유량은, 에너지 분산형 X선 분석 장치를 이용하여 측정한 결과, 5.9 중량％였다.
얻어진 결정을, 다이아몬드 와이어를 구비한 와이어 소우에 의해서, 한 변이 20 mm인 입방체상으로 가공한 후, 전체면에 광학 연마를 실시하여 신틸레이터로 하였다. 광학 연마된 면의 일면을 자외선 출사면으로 하고, 다른 면에는 테플론(상표 등록)을 포함하는 자외선 반사막을 실시하였다. 자외선 출사면의 상대면에 실시한 자외선 반사막에, 중앙부에 5 mm×5 mm의 개구부를 설치하고, 방사선 입사구로 하였다. 이 신틸레이터에 대해서, 입사한 방사선을 변환하여 출사되는 자외선의 파장을 이하의 방법에 의해서 측정하였다.
텅스텐을 타겟으로 하는 봉입식 X선 관구를 이용하여, X선을 신틸레이터에 조사하였다. 또한, 봉입식 X선 관구로부터 X선을 발생시킬 때의 관 전압 및 관 전류는 각각 60 kV 및 40 mA로 하였다. 신틸레이터의 자외선 출사면으로부터 발생된 자외선을 집광 미러로 집광하고, 분광기로 단색화하고, 각 파장의 강도를 기록하여 신틸레이터로부터 발생한 자외선의 스펙트럼을 얻었다. 측정의 결과, 이 신틸레이터는 입사한 방사선을 파장이 173 nm인 진공 자외선으로 변환하는 것이 확인되었다.
<가스 증폭형 자외선 화상 검출기의 제작>
본 발명의 방사선 화상 검출기의 구성 요소인 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 이하의 방법에 의해서 제작하였다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 개구부를 갖는 챔버 내에, 개구부에 가까운 측에서부터 2매의 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극을 각각 평행하게 설치하고, 개구부를 자외선 입사창으로 밀봉하였다. 자외선 입사창과 초단의 가스 전자 증폭기와의 거리는 2.5 mm, 초단의 가스 전자 증폭기와 후단의 가스 전자 증폭기와의 거리는 2 mm, 후단의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극과의 거리는 2 mm로 하였다.
가스 전자 증폭기는, 두께가 50 ㎛인 폴리이미드제의 판상 절연층의 양측에, 금속층으로서 5 ㎛의 두께로 구리를 증착하여 판상 다층체로 하고, 해당 판상 다층체의 전체면에 직경이 70 ㎛인 원주상의 관통 구멍을 140 ㎛의 피치로, 정삼각형을 배열한 배치로 설치한 것을 이용하였다.
픽셀형 전극은 두께가 100 ㎛인 폴리이미드 기판을 이용하고, 해당 기판의 이면에 폭이 300 ㎛인 양극 스트립을 설치하고, 이 양극 스트립에 수직 설치되고 기판의 표면에 노출되는 원주상 양극 전극을 400 ㎛ 간격으로 배치하고, 이 원주상 양극 전극의 상단면의 주위에 직경이 260 ㎛인 구멍이 형성된 스트립상 음극 전극을 설치한 것을 이용하였다. 원주상 양극 전극의 직경은, 기판 내에 매설된 부분을 50 ㎛로 하고, 기판의 표면에 노출된 부분을 70 ㎛로 하였다. 원주상 양극 전극의 높이는 110 ㎛로 하고, 상단부 10 ㎛가 표면에 노출된 구조로 하였다.
자외선 입사창에는 직경이 70 mm, 두께가 5 mm인 MgF2를 이용하고, 해당 자외선 입사창의 내면에는 광전 변환 물질로서 요오드화세슘의 박막을 설치하고, 추가로 해당 요오드화세슘 박막 상의 외주부에 알루미늄층을 포함하는 전극을 설치하였다. 요오드화세슘 박막 상의 외주부에 설치된 알루미늄층을 포함하는 전극, 초단의 가스 전자 증폭기의 양면, 후단의 가스 전자 증폭기의 양면, 및 픽셀형 전극의 양극 전극과 음극 전극에는, 인가 전압을 인가하기 위한 고압 전원을 접속하고, 픽셀형 전극의 양극 전극과 음극 전극에는, 신호의 판독 및 2차원 화상을 얻기 위한 신호 처리 회로를 접속하였다.
상기 챔버 내에는, 10 ％의 C2H6을 혼합한 Ar 가스를 충전하여, 본 발명의 구성 요소인 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 얻었다.
해당 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에서, 요오드화세슘 박막 상의 외주부에 설치된 알루미늄층을 포함하는 전극에 -1035 V를 인가하고, 2매의 가스 전자 증폭기 각각에 대하여 양면의 금속층 사이에 280 V를 인가하고, 픽셀형 전극의 양극 전극과 음극 전극 사이에 490 V를 인가하였다. 또한, 자외선 입사창과 초단의 가스 전자 증폭기 사이의 전계가 0.5 kV/cm, 초단의 가스 전자 증폭기와 후단의 가스 전자 증폭기 사이의 전계가 1.25 kV/cm, 후단의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극 사이의 전계가 2.95 kV/cm가 되도록 인가 전압을 조정하였다.
상기 인가 전압하에서, 2매의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극에 의해서 얻어지는 종합적인 증폭률은 6.7×105에 도달하고, 이러한 높은 증폭률에서도, 가스 전자 증폭기의 표리에서의 방전이나 픽셀형 전극에서의 방전은 발생하지 않으며, 장기간 안정적으로 동작하는 것이 확인되었다.
<방사선 화상 검출기의 제조와 평가>
상술한 방법으로 제작한 신틸레이터의 자외선 출사면과, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기의 자외선 입사창을 도 1에 나타낸 바와 같이 밀접하여 설치하여, 본 발명의 방사선 화상 검출기를 얻었다. 또한, 상기 자외선 출사면과 자외선 입사창 사이에는 불소계 그리스로서 듀퐁사 제조 "클라이톡스"를 충전하였다.
방사선 화상 검출기의 성능을 평가하기 위해, 2.6 MBq의 방사능을 갖는 241Am 동위체를 방사선원으로 하고, 상기 방사선원으로부터 발생하는 방사선에 대한 방사선 화상 검출기의 응답을 평가하였다. 방사선원을 신틸레이터에 근접하여 설치하고, 방사선원으로부터 발생하는 α선을 신틸레이터 근접면에 조사하였다. 픽셀형 전극에 접속된 신호 처리 회로를 이용하여, 픽셀형 전극의 각 양극 전극으로부터 출력되는 신호를 취득하고, 2차원 화상을 구성하였다. 그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 신틸레이터의 형상을 화상으로서 파악할 수 있으며, 본 발명의 방사선 화상 검출기가 충분한 감도와 우수한 위치 분해능을 갖는 것이 확인되었다. 또한, 2.6 MBq의 빈도에서의 방사선의 입사에 대해서도 동작에 지장은 없고, 따라서 계수율 특성도 우수한 것이 확인되었다.
실시예 2
<신틸레이터>
신틸레이터는 실시예 1에서 제조한, 발광 중심 원소로서 네오디뮴을 함유하는 불화란탄 결정을 이용하였다.
<가스 증폭형 자외선 화상 검출기의 제작>
가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 이하의 방법에 의해서 제작하였다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 개구부를 갖는 챔버 내에, 개구부에 가까운 측에서부터 2매의 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극을 각각 평행하게 설치하고, 개구부를 자외선 입사창으로 밀봉하였다. 자외선 입사창과 초단의 가스 전자 증폭기와의 거리는 2.5 mm, 초단의 가스 전자 증폭기와 후단의 가스 전자 증폭기와의 거리는 2 mm, 후단의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극과의 거리는 2 mm로 하였다. 초단의 가스 전자 증폭기는, 두께가 100 ㎛인 액정 고분자 제조의 판상 절연층(쿠라레 제조, 벡스터)의 양측에, 다층의 금속층을 피복한 판상 다층체를 이용하였다. 다층의 금속층은, 판상 절연층에 가까운 측에서부터 순서대로 구리, 니켈 및 금을 각각 5 ㎛, 2 ㎛ 및 0.2 ㎛의 두께로 증착하여 제작하였다. 판상 다층체의 전체면에 직경이 70 ㎛인 원주상의 관통 구멍을 140 ㎛의 피치로, 정삼각형을 배열한 배치로 설치하여 가스 전자 증폭기로 하였다. 후단의 가스 전자 증폭기는, 실시예 1과 동일한 것을 이용하였다.
본 실시예에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 초단의 가스 전자 증폭기의 자외선 입사창에 대향하는 면 상에, 광전 변환 물질로서 요오드화세슘의 박막을 설치하였다. 픽셀형 전극에는, 실시예 1과 동일한 것을 이용하고, 상기 자외선 입사창에는 직경이 70 mm, 두께가 5 mm인 MgF2를 이용하였다.
상기 초단의 가스 전자 증폭기의 양면, 후단의 가스 전자 증폭기의 양면, 및 픽셀형 전극의 양극 전극과 음극 전극에는, 인가 전압을 인가하기 위한 고압 전원을 접속하고, 픽셀형 전극의 양극 전극과 음극 전극에는, 신호의 판독 및 2차원 화상을 얻기 위한 신호 처리 회로를 접속하였다. 챔버 내에 10 ％의 C2H6을 혼합한 Ar 가스를 충전하여, 본 발명의 구성 요소인 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 얻었다.
이 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에서, 2매의 가스 전자 증폭기의 각각에 대하여, 양면의 금속층 사이에 300 V를 인가하고, 픽셀형 전극의 양극 전극과 음극 전극 사이에 400 V를 인가하였다. 또한, 자외선 입사창과 초단의 가스 전자 증폭기 사이의 전계가 0.48 kV/cm, 초단의 가스 전자 증폭기와 후단의 가스 전자 증폭기 사이의 전계가 1.25 kV/cm, 후단의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극 사이의 전계가 2.5 kV/cm가 되도록 인가 전압을 조정하였다.
상기 인가 전압하에서, 2매의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극에 의해서 얻어지는 종합적인 증폭률은 1.3×105에 달하였다. 이러한 높은 증폭률에서도, 가스 전자 증폭기의 표리에서의 방전이나 픽셀형 전극에서의 방전은 발생하지 않고, 장기간 안정적으로 동작하는 것이 확인되었다.
<방사선 화상 검출기의 제작과 평가>
제작한 신틸레이터의 자외선 출사면과, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기의 자외선 입사창을 도 2에 나타낸 바와 같이 밀접하여 설치하여, 본 발명의 방사선 화상 검출기를 얻었다. 또한, 상기 자외선 출사면과 자외선 입사창 사이에는 불소계 그리스로서 듀퐁사 제조 "클라이톡스"를 충전하였다.
방사선 화상 검출기의 성능 평가는, 실시예 1과 동일하게 2.6 MBq의 방사능을 갖는 241Am 동위체를 방사선원으로 하고, 상기 방사선원으로부터 발생되는 방사선에 대한 방사선 화상 검출기의 응답을 평가함으로써 행하였다. 그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 신틸레이터의 형상을 화상으로서 파악할 수 있으며, 본 발명의 방사선 화상 검출기의 충분한 감도와 우수한 위치 분해능을 갖는 것이 확인되었다. 또한, 2.6 MBq의 빈도에서의 방사선의 입사에 대해서도 동작에 지장은 없으며, 따라서 계수율 특성도 우수한 것이 확인되었다.
실시예 3
<신틸레이터의 제작>
신틸레이터는 실시예 1에서 제조한, 발광 중심 원소로서 네오디뮴을 함유하는 불화란탄 결정을 이용하였다. 이 신틸레이터를, 다이아몬드 와이어를 구비한 와이어 소우에 의해서 3×3×10 mm3의 직방체상으로 가공한 후, 전체면에 광학 연마를 실시하였다. 해당 광학 연마된 면 중, 3×3 mm2의 일면을 자외선 출사면으로 하고, 해당 자외선 출사면 및 그의 상대면을 제외한 4면에 테플론을 포함하는 자외선 반사막을 실시하였다. 이러한 신틸레이터를 9개 준비하고, 각각의 신틸레이터를, 그의 자외선 출사면이 동일한 면내에 배치하도록 배열하고, 3×3 배열의 신틸레이터 어레이를 제작하였다.
<가스 증폭형 자외선 화상 검출기의 제작>
가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 제작하였다.
해당 가스 증폭형 자외선 화상 검출기에서, 상기 요오드화세슘 박막 상의 외주부에 설치된 알루미늄층을 포함하는 전극에 -1250 V를 인가하고, 2매의 가스 전자 증폭기 각각에 대하여 양면의 금속층 사이에 300 V를 인가하고, 픽셀형 전극의 양극 전극과 음극 전극 사이에 400 V를 인가하였다. 또한, 자외선 입사창과 초단의 가스 전자 증폭기 사이의 전계가 0.8 kV/cm, 초단의 가스 전자 증폭기와 후단의 가스 전자 증폭기 사이의 전계가 1.25 kV/cm, 후단의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극 사이의 전계가 3.0 kV/cm가 되도록 인가 전압을 조정하였다.
상기 인가 전압하에서, 2매의 가스 전자 증폭기와 픽셀형 전극에 의해서 얻어지는 종합적인 증폭률은 6.0×105에 달하였다. 이러한 높은 증폭률에서도, 가스 전자 증폭기의 표리에서의 방전이나 픽셀형 전극에서의 방전은 발생하지 않으며, 장기간 안정적으로 동작하는 것이 확인되었다.
<방사선 화상 검출기의 제작과 평가>
신틸레이터 어레이의 자외선 출사면과, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기의 자외선 입사창을 도 3과 같이 밀접하여 설치하여, 본 발명의 방사선 화상 검출기를 얻었다. 또한, 상기 자외선 출사면과 자외선 입사창 사이에는 불소계 그리스로서 듀퐁사 제조 "클라이톡스"를 충전하였다.
본 발명의 방사선 화상 검출기의 성능을 평가하기 위해, 8 kBq의 방사능을 갖는 241Am 동위체를 방사선원으로 하고, 이 방사선원으로부터 발생하는 방사선에 대한 방사선 화상 검출기의 응답을 평가하였다. 방사선원을 신틸레이터에 근접하여 설치하고, 방사선원으로부터 발생하는 α선을 신틸레이터 근접면에 조사하였다. 본 실시예에서는, 3×3 배열의 신틸레이터 어레이 중, 좌측하, 중앙 및 우측상에 위치하는 신틸레이터에 개별적으로 α선을 조사하여 평가를 행하였다. 즉, 신틸레이터 어레이를 차폐체로 덮고, 해당 차폐체 중 조사의 대상으로 하는 신틸레이터의 개소에만 개구부를 설치하고, 해당 개구부를 통하여 조사의 대상으로 하는 신틸레이터에만 α선을 조사하였다. 픽셀형 전극에 접속된 신호 처리 회로를 이용하여, 픽셀형 전극의 각 양극 전극으로부터 출력되는 신호를 취득하고, 2차원 화상을 구성하였다.
3×3 배열의 신틸레이터 어레이 중, 좌측상, 중앙 및 우측하에 위치하는 신틸레이터에 개별적으로 조사한 경우의 결과를, 각각 도 8, 9 및 10에 나타내었다. 또한, 이들 도면에서, 파선부(사각선)는 신틸레이터 어레이를 설치한 위치를 나타낸다. 방사선의 검출 빈도가 가장 높았던 픽셀을 백색, 가장 낮던 픽셀을 흑색으로 하고, 256 계조의 그레이 스케일로 화상을 구성하였다. 이들 결과로부터 본 발명의 방사선 화상 검출기에 따르면, 신틸레이터의 위치, 즉 방사선의 입사 위치를 식별 가능하다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8, 9, 및 10의 일점 쇄선(수평 직선)을 따른 방사선 검출 빈도의 프로파일을 도 11에 나타내었다. 해당 방사선 검출 빈도의 프로파일로부터 신틸레이터의 위치를 명확히 식별할 수 있으며, 본 발명의 방사선 화상 검출기가 충분한 감도와 우수한 위치 분해능을 갖는 것을 확인할 수 있다.
1 신틸레이터
2 광전 변환 물질
3 일차 전자
4 가스 전자 증폭기
5 이차 전자
6 픽셀형 전극
7 챔버
8 자외선 입사창
9 전극
10 자외선 반사막
11 그리스
12 판상 절연층
13 금속층
14 관통 구멍

Claims (4)

  1. 입사한 방사선을 자외선으로 변환하는 신틸레이터 및 가스 증폭형 자외선 화상 검출기를 구비하여 이루어지는 방사선 화상 검출기로서, 가스 증폭형 자외선 화상 검출기가 광전 변환 물질, 가스 전자 증폭기 및 픽셀형 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사선 화상 검출기.
  2. 제1항에 있어서, 신틸레이터가 네오디뮴, 프라세오디뮴, 툴륨 또는 에르븀을 함유하는 금속 불화물 결정인 것을 특징으로 하는 방사선 화상 검출기.
  3. 제1항에 있어서, 광전 변환 물질이 요오드화세슘 또는 텔루륨화세슘인 것을 특징으로 하는 방사선 화상 검출기.
  4. 제1항에 있어서, 가스 전자 증폭기가 2매 또는 3매 존재하는 것을 특징으로 하는 방사선 화상 검출기.
KR1020117023024A 2009-04-01 2010-03-19 방사선 화상 검출기 KR20120004435A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009089351 2009-04-01
JPJP-P-2009-089351 2009-04-01
JPJP-P-2009-207779 2009-09-09
JP2009207779 2009-09-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120004435A true KR20120004435A (ko) 2012-01-12

Family

ID=42827977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117023024A KR20120004435A (ko) 2009-04-01 2010-03-19 방사선 화상 검출기

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120018642A1 (ko)
EP (1) EP2416176A1 (ko)
JP (1) JP5554322B2 (ko)
KR (1) KR20120004435A (ko)
CN (1) CN102365561A (ko)
CA (1) CA2757216A1 (ko)
RU (1) RU2011143855A (ko)
WO (1) WO2010113682A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017171131A1 (ko) * 2016-03-31 2017-10-05 이화여자대학교 산학협력단 가스 전자 증폭 검출기를 이용한 에너지 필터 방식의 이중 에너지 x-선 영상 촬영 시스템 및 그 x-선 영상 생성방법

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6109304B2 (ja) 2012-06-08 2017-04-05 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ 放射、特に、高エネルギー電磁放射用検出器
JP6029551B2 (ja) * 2013-07-31 2016-11-24 富士フイルム株式会社 ガス電子増倍器およびガス電子増倍装置
EP2843398A1 (en) * 2013-09-02 2015-03-04 Fenno-Aurum OY Electron source and X-ray fluorescence analyser using an electron source
TWI532056B (zh) 2013-10-15 2016-05-01 財團法人工業技術研究院 濾屏與中子束源
CZ306489B6 (cs) * 2014-11-03 2017-02-08 Crytur, Spol.S R.O. Zařízení pro koincidenční zobrazování sekundárními elektrony
US9880291B2 (en) 2015-03-02 2018-01-30 Beamocular Ab Ionizing radiation detecting device
US11105936B2 (en) * 2017-05-03 2021-08-31 Heikki Sipila Oy Gas drift detector
JP7148916B2 (ja) * 2017-09-22 2022-10-06 慶造 石井 ストロンチウム９０放射能測定装置、およびその測定方法
US11027152B1 (en) 2018-08-06 2021-06-08 Integrated Sensors, Llc Ionizing-radiation beam monitoring system
US10828513B2 (en) * 2018-08-06 2020-11-10 Integrated Sensors, Llc Ionizing-radiation beam monitoring system
US10525285B1 (en) * 2018-08-06 2020-01-07 Integrated Sensors, Llc Ionizing-radiation beam monitoring system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3704716A1 (de) * 1987-02-14 1988-08-25 Kernforschungsanlage Juelich Ortsempfindlicher detektor
DE4316513B4 (de) * 1993-05-17 2006-06-29 Berthold Gmbh & Co. Kg Atomabsorptionsspektrometer
JP2001004555A (ja) * 1999-06-18 2001-01-12 Hamamatsu Photonics Kk 容器検査方法
DE10014311C2 (de) * 2000-03-23 2003-08-14 Siemens Ag Strahlungswandler
JP3354551B2 (ja) 2000-06-27 2002-12-09 科学技術振興事業団 ピクセル型電極によるガス増幅を用いた粒子線画像検出器
SE528236C2 (sv) * 2004-10-05 2006-10-03 Xcounter Ab Detektor för joniserande strålning som registrerar elektroner och ljus alstrat av strålningen
JP2006302844A (ja) 2005-04-25 2006-11-02 Univ Of Tokyo ガス電子増幅器、その製造方法及びガス電子増幅器を使用した放射線検出器
CN100593837C (zh) * 2005-07-29 2010-03-10 独立行政法人科学技术振兴机构 微通道板、气体比例计数管以及摄像装置
KR100716495B1 (ko) * 2005-11-23 2007-05-10 창원대학교 산학협력단 기체전자증폭기를 이용한 디지털 영상 광 검출장치
JP5022611B2 (ja) * 2006-03-02 2012-09-12 独立行政法人理化学研究所 ガス電子増幅フォイルの製造方法
JP4280833B2 (ja) * 2006-08-09 2009-06-17 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 ガス電子増幅器および放射線測定装置
JP5082096B2 (ja) * 2007-01-25 2012-11-28 国立大学法人神戸大学 ピクセル型電極構造のガス放射線検出器
JP4685042B2 (ja) * 2007-02-16 2011-05-18 株式会社トクヤマ 放射線検出装置及び放射線の検出方法
CN201130252Y (zh) * 2007-11-30 2008-10-08 中核(北京)核仪器厂 组合式γ计数器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017171131A1 (ko) * 2016-03-31 2017-10-05 이화여자대학교 산학협력단 가스 전자 증폭 검출기를 이용한 에너지 필터 방식의 이중 에너지 x-선 영상 촬영 시스템 및 그 x-선 영상 생성방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP5554322B2 (ja) 2014-07-23
WO2010113682A1 (ja) 2010-10-07
EP2416176A1 (en) 2012-02-08
CN102365561A (zh) 2012-02-29
JPWO2010113682A1 (ja) 2012-10-11
US20120018642A1 (en) 2012-01-26
RU2011143855A (ru) 2013-05-10
CA2757216A1 (en) 2010-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5554322B2 (ja) 放射線画像検出器
US7582880B2 (en) Neutron detector using lithiated glass-scintillating particle composite
JP5460067B2 (ja) 放射線検出装置
Giaz et al. Preliminary investigation of scintillator materials properties: SrI2: Eu, CeBr3 and GYGAG: Ce for gamma rays up to 9 MeV
JP6991501B2 (ja) 中性子検出器及び中性子測定装置
JP4685042B2 (ja) 放射線検出装置及び放射線の検出方法
WO2012032816A1 (ja) 放射線画像検出器
Fraga et al. Luminescence and imaging with gas electron multipliers
JP2010286316A (ja) 光検出器
Oed Detectors for thermal neutrons
Saatsakis et al. Luminescence efficiency of CaF2: Eu single crystals: Temperature dependence
KR20120036305A (ko) 신틸레이터
Liu et al. Optimization of WLS fiber readout for the HERD calorimeter
Koshimizu et al. Timing property of undoped BaCl2 single crystal scintillator
Tremsin et al. High efficiency angular selective detection of thermal and cold neutrons
JP2012185025A (ja) 放射線画像検出器
Kurosawa et al. Development of a new imaging device using a VUV scintillator and a gas photomultiplier with a μ-PIC and GEM
Tsukahara et al. The development of a new type of imaging X-ray detector with a capillary plate
Shibuya et al. Application of accelerators for the research and development of scintillators
Winch et al. Segmented scintillators for megavolt radiography
Belushkin Modern trends in the development of position sensitive neutron detectors for condensed matter research
Benson Ionising Radiation Detectors
Song et al. A high-speed radiation imaging system based on liquid scintillator filled capillary arrays
Shumakov et al. Modern detectors for radiation monitors
RU2243573C1 (ru) Способ изготовления сцинтилляционных экранов для визуализации рентгеновского излучения

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid