SE514475C2 - Strålningsdetektor, en anordning för användning vid radiografi med plant strålknippe och ett förfarande för detektering av joniserande strålning - Google Patents

Description

51-4, 475 2 lavinförstärkning, dvs längden hos elektronlavinerna icke skiljer sig vid olika ställen i gaslavinkammaren med parallel- la plattor. Anledningen till detta är att förstärkningen är starkt beroende av avståndet från startpunkten till slutpunk- ten hos lavinen. Lavinanoder och -katoder har emellertid stora dimensioner, i de plan som de utbreder sig i, jämfört med av- ståndet dem emellan. Det har därför varit mycket komplicerat och dyrt att erhålla en tillräcklig likformighet hos dessa av- stånd eller mellanrum.

Ett huvudsyfte med uppfinningen är att åstadkomma en endimen- sionell detektor för detektering av joniserande strålning, vilken detektor utnyttjar lavinförstärkning, åstadkommer väl- definierade laviner samt kan tillverkas på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt.

Detta och andra syften uppnås medelst en detektor enligt pa- tentkrav 1.

Medelst särdragen hos patentkrav 1. erhålles även en «detektor som kan ge en längd, i riktningen för den inkommande strål- ningen, för åstadkommande av en önskad stoppeffekt, som möj- liggör detektering av en huvuddel av den inkommande strålning- en.

Medelst särdragen hos patentkrav l erhålles även en detektor i vilken elektroner, som är frigjorda genom växelverkan mellan fotoner och gasatomer, kan utskiljas i en riktning i huvudsak vinkelrät mot den infallande strålningen, härigenom blir det möjligt att erhålla en mycket hög lägesupplösning.

Medelst särdragen hos patentkravet 1 erhålles även en detektor som kan åstadkomma god upplösning, hög verkningsgrad med avse- 514 475 3 ende på röntgendetektering och räkning av en huvuddel av de fotoner som infaller i detektorn.

En detektor som kan ge god energiupplösning med avseende på röntgenstrålar erhålls även. En detektor som kan arbeta vid höga röntgenstrålflöden utan prestandaförsämringar och med lång livslängd åstadkommes även.

Medelst särdragen hos patentkravet 1 erhålles även en detektor för effektiv detektering av vilken som helst typ av strålning, innefattande elektromagnetisk strålning såväl som infallande partiklar, omfattande elementarpartiklar.

Ett syfte med uppfinningen är även att åstadkomma en anordning för användning vid radiografi med plant stràlknippe, innefat- tande minst en endimensionell detektor för detektering av jo- niserande strålning, vilken detektor utnyttjar lavinförstärk- ning, åstadkommer väldefinierade laviner och kan tillverkas på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt.

Detta och andra syften uppnås medelst en anordning enligt pa- tentkrav 25.

Medelst särdragen hos patentkrav 25 erhålles även en anordning för användning vid radiografi med plant stràlknippe, t ex slits- eller skanningradiografi, medelst vilken ett föremål sonx skall avbildas endast behöver bestrålas med en låg dos röntgenfotoner, under det att en bild med hög kvalitet erhål- les.

Dessutom erhålles en anordning för användning vid radiografi med plant stràlknippe, i vilken en huvuddel av de röntgenfoto- ner, som infaller i detektorn, kan detekteras för vidare räk- 514 475 1/ ning eller integrering för erhållande av ett värde för varje bildpunkt i bilden.

Dessutom erhålles en anordning för användning vid radiografi med plant strålknippe, i vilken bildbrus, som orsakas av strålning vilken sprids i ett föremål som skall undersökas, minskas kraftigt.

Vidare erhålles en anordning för användning vid radiografi med plant strålknippe, i vilken bildbrus, som orsakas av sprid- ningen i röntgenstrålarnas energispektrum, minskas.

Vidare erhålles en anordning för användning vid radiografi med plant strålknippe innefattande en enkel och billig detektor som kan arbeta med hög verkningsgrad med avseende på röntgen- stråldetektering och med god energiupplösning för röntgenstrå- lar.

Vidare erhålles en anordning för användning vid radiografi med plant strålknippe innefattande en detektor som kan arbeta vid höga röntgenstrålflöden utan prestandaförsämringar och med lång livslängd.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är åstadkomma ett för- farande för detektering av joniserande strålning, vid vilket förfarande lavinförstärkning utnyttjas, väldefinierade laviner åstadkommes och vilket kan implementeras på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt.

Detta och andra syften uppnås medelst ett förfarande enligt patentkrav 29. 514. 475 5 Medelst särdragen hos patentkrav 29 erhålles även ett förfa- rande medelst vilket det är möjligt att detektera en huvuddel av den inkommande strålningen.

Medelst särdragen hos patentkrav 29 erhålls även ett förfaran- de vid vilket elektroner, som frigjorts genom växelverkar mel- lan fotoner och gasatomer, extraheras i en riktning vinkelrätt mot den infallande strålningen. Härigenom är det möjligt att erhålla en mycket hög lägesupplösning.

Vidare erhålles ett förfarande som kan utnyttjas vid höga röntgenstrålflöden.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bi- fogade ritning, på vilken fig 1 åskådliggör schematiskt, i en översiktsvy, en anordning för radiografi med plant strålknippe enligt en allmän utföringsform av uppfinningen, fig 2a är en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs lin- _jen II-II i fig 1 av en detektor enligt en första särskild ut- föringsform av uppfinningen, fig 2b är en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en andra särskild utföringsform av uppfin- ningen, fig 2c är en schematisk, delvis förstorad, tvärsek- tionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en tredje särskild utföringsform av uppfinningen, fig 3 är en schematisk vy av en utföringsform av en röntgenstrålkälla och en elektrod utformad i form av utläsningsremsor, fig 4 är en schematisk påsiktsvy av en andra utföringsform av en röntgen- strålkälla och en elektrod, som är utformad i form av segmen- terade utläsningsremsor, fig 5 är en schematisk tvärsektionsvy av en utföringsform av en detektorenhet enligt uppfinningen med staplade detektorer, och fig 6 är en schematisk tvärsek- tionssvy av en ytterligare utföringsform av en detektorenhet enligt uppfinningen med staplade detektorer. 514 475 6 Fig 1 är en sektionsvy i ett plan vinkelrätt mot planet för en plan röntgenstråle 9 till en anordning för radiografi med plant stràlknippe i enlighet med uppfinningen. Anordningen in- nefattar en röntgenstrålkälla 60, som tillsammans med ett för- sta smalt kollimatorfönster 61 alstrar en plan, solfjäderfor- mad röntgenstråle 9, för' bestrålning av' ett föremål 62 som skall avbildas. Det första smala kollimatorfönstret 61 kan er- sättas av andra organ för framställning av en i huvudsak plan röntgenstràle, såsom en röntgendiffraktionsspegel eller en röntgenlins etc. Den strålning, som sänts genom föremålet 62, infaller i en detektor 64. Eventuellt bildar en smal slits el- ler ett andra kollimatorfönster 10, som ligger i linje med röntgenstrålen, ingången för röntgenstrålen 9 j. detektorn 64.

En huvuddel av de infallande röntgenfotonerna detekteras i de- tektorn 64, vilken innefattar en omvandlings- och driftvolym 13 och organ för elektronlavinförstärkning 17, vilken detektor är så orienterad att röntgenfotonerna infaller från sidan mel- lan två elektrodanordningar 1, 2, mellan vilka ett elektriskt fält för förflyttning av elektroner och joner i omvandlings- och driftvolymen åstadkommes.

I denna ansökan är en plan röntgenstråle en stråle som är kol- limerad, t ex medelst kollimatorn 61.

Detektorn och dess funktion kommer att beskrivas närmare ned- an. Röntgenstrålkällan 60, det första smala kollimatorfönstret 61, det valfria kollimatorfönstret 10 och detektorn 64 är för- bundna och fixerade i förhållande till varandra medelst ett särskilt organ 65, t ex en ram eller en stödanordning 65. Den så bildade anordningen för radiografi kan förflyttas såsom en enhet för skanning av ett föremål som skall undersökas. I ett endetektorsystem, såsom visas i fig 1, kan skanningen ske me- delst en fram- och återgående rörelse, rotering av enheten 514 475 ? runt en axel genom t ex röntgenstràlkällan 60 eller detektorn 64. Placeringen av axeln beror på tillämpningen eller använd- ningen av anordningen, och axeln kan eventuellt gå genom före- målet 62 vid vissa tillämpningar. Den kan även ske i form av en translationsrörelse vid vilken detektorn och kollimatorn förflyttas eller det föremål, som skall avbildas, förflyttas.

I en multipellinjekonfiguration, där ett antal detektorer är staplade, såsom kommer att förklaras nedan i anslutning till fig 5 och 6, kan skanningen utföras på olika sätt. I många fall kan det vara fördelaktigt om anordningen för radiografi är stationär och det föremål, som skall avbildas, förflyttas.

Detektorn 64 innefattar en första driftelektrodanordning, som utgöres av en katodplatta 2, och en andra driftelektrodanord- ning, som utgöres av en anodplatta 1. De är inbördes parallel- la och utrymmet dem emellan innefattar ett smalt gasfyllt mel- lanrum eller område 13, som bildar en omvandlings- och drift- volym, och ett elektronlavinförstärkningsorgan 17. Alternativt är plattorna icke-parallella. En spänning påläggs mellan anod- plattan 1 och katodplattan 2, och en eller flera spänningar påläggs över elektronlavinförstärkningsorganet 17. Detta re- sulterar i dels ett driftfält, som åstadkommer förflyttning av elektroner och joner i nællanrummet 13, och dels elektronla- vinförstärkningsfält i elektronlavinförstärkningsorganet 17. I anslutning till anodplattan 1 finns en anordning 15 av utläs-I ningselement för detektering av uppkomna elektronlaviner. An- ordningen 15 av utläsningselement utgör företrädesvis även anodelektroden. Alternativt kan anordningen 15 av utläsnings- element vara anordnad i anslutning till katodplattan 2 eller elektronlavinförstärkningsorganet 17. Den kan även vara utfor- mad på anod- eller katodplattan och skild från anod- eller ka- todelektroden medelst ett dielektriskt skikt eller substrat. I detta fall är det nödvändigt att anod- eller katodelektroden är halvgenomtränglig för de infallande pulserna, t ex utformad 514 475 8 såsom remsor eller dynor. I anslutning till fig 3 och 4 nedan åskådliggörs olika möjliga anordningar 15 av utläsningsele- ment.

Såsom framgår infaller de röntgenstrålar, som skall detekte- ras, från sidan i detektorn och tränger in i omvandlings- och driftvolymen 13 mellan katodplattan 2 och anodplattan 1. Rönt- genstrålarna infaller i detektorn företrädesvis i en riktning parallell med katodplattan 2 och anodplattan 1, och kan infal- la i detektorn via en smal slits eller kollimatorfönster 10.

På detta sätt kan detektorn på ett enkelt sätt tillverkas med en växelverkande väg som är tillräckligt lång för att tillåta att en huvuddel av de infallande röntgenfotonerna växelverkar och kan detekteras. I det fall en kollimator utnyttjas skall denna företrädesvis vara anordnad så att den smala, plana strålen infaller i detektorn nära elektronlavinförstärknings- organet 17 och företrädesvis parallellt därmed.

Mellanrummet eller området 13 är fyllt. med en gas, som kan vara en blandning av t ex 90% krypton och 10% koldioxid eller en blandning av t ex 80% xenon och 20% koldioxid. Gasen kan vara trycksatt, företrädesvis inom ett intervall av 1-20 atm.

Detektorn innefattar därför ett gastätt hölje 91 med ett in- fallsfönster 92 i form av en slits, via vilket röntgenstrålen 9 infaller i detektorn. Fönstret är tillverkat av ett material som är transparent för strålningen, t ex Mylar®, eller en tunn aluminiumfolie. En särskilt fördelaktig ytterligare effekt hos uppfinningen är detekteringen i sidled av infallande strålar i en gaslavinkammare 64 jämfört med tidigare utnyttjade gasla- vinkamrar, vilka var utformade så att strålningen infaller vinkelrätt mot anod- och katodplattan, varvid krävs ett föns- ter som täcker en stort yta. Härigenom kan fönstret göras tun- nare, varvid således det antal röntgenfotoner, som absorberas av fönstret, minskar. 514 475 '7 Vid. drift infaller röntgenstrålarna 9 via den valfria smala slitsen eller kollimatorfönstret 10, om detta förefinns, i närheten av elektronlavinförstärkningsorganet 17 och färdas genom gasvolymen i en riktning företrädesvis parallell med elektronlavinförstärkningsorganet 17. Varje röntgenfoton alst- rar ett primärt elektron-jonpar inuti gasen såsom ett resultat av växelverkan med en gasatom. Denna alstring orsakas av foto- effekt, Compton-effekt eller Auger-effekt. Varje alstrad pri- mär elektron ll förlorar sin kinetiska energi via växelverkan med nya gasatomer, varvid ytterligare elektron-jonpar (sekun- dära elektron-jonpar) alstras. Vanligtvis alstras mellan några hundra till tusen sekundära elektron-jonpar av en 20 keV rönt- genfoton i denna process. De sekundära elektronerna 16 (till- sammans med de primära elektronerna 11) kommer att strömma mot elektronlavinförstärkningsorganet 17 tack vare det elektriska fältet i omvandlings- och driftvolymen 13. När elektronerna tränger in i områden av fokuserade fältlinjer i elektronlavin- förstärkningsorganet 17 kommer det att undergå lavinförstärk- ning, som kommer att beskrivas närmare nedan.

Rörelserna hos lavinelektronerna och -jonerna inducerar elekt- riska signaler i anordningen 15 av utläsningselement för de- tektering av elektronlaviner. Dessa signaler tas upp i anslut- ning till elektronlavinförstärkningsorganet 17, katodplattan 2 eller anodplattan 1, eller en kombination av två eller flera av dessa organ. Signalerna förstärks vidare och bearbetas av en utläsningskrets 14 för erhållande av' noggranna mätvärden för punkten för röntgenfotonernas växelverkan, och eventuellt röntgenfotonens energier.

Pig 2a visar en schematisk, delvis förstorad, tvärsektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en för- sta särskild utföringsform av uppfinningen. Såsom framgår in- ...rimv .(.' 4 _ __ v \ i: . f. _ <1 1 v - '- * J* l \ _, ,, .f. .. ß«. . fr! _ _¿ k L. . i f.. . _ I _ ,_ . . U .f .f .f «< \ - /0 nefattar katodplattan ett dielektriskt substrat 6 och ett le- dande skikt 5, som bildar en katodelektrod. Anoden 1 innefat- tar ett dielektriskt substrat 3 och ett ledande skikt 4, som bildar en anodelektrod. Mellan mellanrummet 13 och anoden 1 är ett elektronlavinförstärkningsorgan 17 _anordnat. Detta för- stärkningsorgan 17 innefattar en lavinförstärkningskatod 18 och en lavinförstärkningsanod 19, vilka är åtskilda av ett di- elektriskt medium 24. Detta kan utgöras av en gas eller ett fast substrat 24, som uppbär katoden 18 och anoden 19, såsom visas i. figuren. Såsom framgår är anodelektroderna 4 och 19 utformade av samma ledande element. Mellan katoden 18 och ano- den 19 påläggs en spänning Inedelst en likströmskälla 7 för àstadkommande av ett mycket kraftigt elektriskt fält inom ett lavinförstärkningsområde 25. Lavinförstärkningsområdet 25 är utformat i området mellan och runt de kanter av lavinkatoden 18, vilka är riktade mot varandra, där ett koncentrerat elekt- riskt fält kommer att uppstå tack vare de pàlagda spänningar- na. Likströmskällan 7 är även ansluten till katodelektroden 5 och anodelektroden 4 (19). Den pàlagda spänningen väljs så att ett svagare elektriskt fält, driftfält, bildas över mellanrum- met 13. Elektroner (primära och sekundära elektroner) frigjor- da genom växelverkan i omvandlings- och driftvolymen 13 kommer att strömma, tack 'vare driftfältet, mot förstärkningsorganet 17. De kommer att infalla i de mycket kraftiga lavinförstärk- ningsfälten och accelereras. De accelererade elektronerna 11, 16 kommer att växelverka med andra gasatomer inom området 25, varvid ytterligare elektron-jonpar alstras. De så alstrade elektronerna kommer även att accelereras av fältet och kommer att växelverka med nya gasatomer, varvid ännu fler elektron- jonpar alstras. Denna process fortsätter under elektronernas färd i lavinområdet mot anoden 19 och en elektronlavin bildas.

Efter att ha lämnat lavinområdet kommer elektronerna att strömma mot anoden 19. Eventuellt fortsätter elektronlavinen ,,'_ . «< \<. .. « < _ . \ < - _ <.< f < . _ , _ _ k- u Km rr u ß /l upp till anoden 19 om det elektriska fältet är tillräckligt kraftigt.

Lavinområdet 25 är utformat i form av en öppning eller en ka- nal i katoden 18 och det dielektriska substratet 24, om detta förefinns. Öppningen eller kanalen kan ha cirkulärt tvärsnitt, sett ovanifràn, eller ha kontinuerlig långsträckt form som sträcker sig mellan två kanter av substratet 24, om detta fö- refinns, och katoden 18. I det fall öppningarna eller kanaler- na har cirkulärt tvärsnitt är de anordnade i rader, varvid varje rad av öppningar eller kanaler innefattar ett flertal cirkulära öppningar eller kanaler. Ett flertal långsträckta vöppningar eller kanaler eller rader av kanaler med cirkulärt tvärsnitt är utformade sida vid sida, parallellt med varandra eller med de infallande röntgenstràlarna. Öppningarna eller kanalerna med cirkulärt tvärsnitt kan alternativt vara anord- nade i andra mönster.

Anodelektroderna 4, 19 bildar även utläsningselement 20 i form av remsor, vilka är anordnade i anslutning till de öppningar eller kanaler, som är upptagna i lavinområdena 25. Företrädes- vis är en remsa anordnad för varje öppning eller kanal eller rad av öppningar eller kanaler. Remsorna kan vara uppdelade i sektioner utmed sin längd, varvid en sektion kan vara anordnad för varje öppning eller kanal med cirkulärt tvärsnitt eller för ett flertal öppningar eller kanaler, i form av dynor. Rem- sorna och sektionerna, om dessa förefinns, är elektriskt iso- lerade från varandra. Varje detektorelektrodelement, dvs remsa eller sektion, är företrädesvis anslutet separat till bearbet- ningselektronik 14. Utläsningselementen kan alternativt vara placerade på baksidan av substratet (motstàende sidan för anodelektroderna 4, 19). I det fall det är nödvändigt att anodelektroderna 4, 19 är halvgenomsläppliga för inmatade pul- ser kan de ha formen av t ex remsor eller dynor. I anslutning 514- 475 /Z till fig 3 och 4 nedan visas olika möjliga anordningar 15 av utläsningselement.

I fornl av ett exempel kan de långsträckta kanalerna ha en bredd inom intervallet 0,01-1 mm, kanalerna med cirkulärt tvärsnitt ha en diameter inom intervallet 0,01-1 mm, och tjockleken hos det dielektriska mediumet 24 (avståndet mellan lavinkatoden 18 och anoden 19) ligger inom intervallet 0,01- 1 mm.

De ledande skikten 5, 4 kan alternativt vara ersätta av en re- sistiv bärare av 1: ex kiselmonoxid, ledande glas eller dia- mant, med de dielektriska substraten 3, 6 ersatta av ledande skikt. I detta fall är företrädesvis ett dielektriskt skikt eller bärare anordnad mellan det ledande skiktet och utläs- ningselementen 20, när de är placerade i anslutning till en driftelektrodarnordning.

Fig 2b åskådliggör en schematisk, delvis förstorad, tvärsek- tionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en andra särskild utföringsform av uppfinningen. Denna utfö- ringsform skiljer sig från utföringsformen i fig 2a i det att anodelektroderna 4 och 19 är utformade av olika ledande ele- ment, vilka är åtskilda av ett dielektriskt medium, som kan vara ett fast medium eller en gas, och att öppningarna eller kanalerna även är utformade i lavinanodelektroden 19. Lavin- förstärkningsanoden 19 är ansluten till likströmskällan 7. I det fall det dielektriska mediumet mellan anodelektroderna 4 och 19 är ett fast medium innefattar det öppningar eller kana- ler genom det dielektriska mediumet, varvid öppningarna eller kanalerna i huvudsak motsvarar de öppningar eller kanaler, vilka är utformade i lavinområdena 25. Ett elektriskt fält bildas mellan anodelektroderna 4 och 19. Detta fält kan utgö- ras av ett driftfält, dvs ett svagare fält, eller ett lavin- 514 475 /3 förstärkningsfält, dvs ett mycket kraftigt elektriskt fält. I anslutning till fig 3 och 4 nedan åskådliggörs olika möjliga anordningar 15 av utläsningselement.

Fig 2c åskådliggör en schematisk, delvis sektionerad, försto- rad sektionsvy tagen längs linjen II-II i fig 1 av en detektor enligt en tredje särskild utföringsform av uppfinningen. De- tektorn innefattar en katod 2, såsom beskrivits ovan, en anod 1 och ett lavinförstärkningsorgan 17. Ett 1nellanrun1 13, som utgöres av en omvandlings- och driftvolym, är anordnat mellan katoden 2 och lavinförstärkningsorganet 17. Mellanrummet 13 är gasfyllt, och katoden 2 är utformad såsom beskrivits ovan.

Driftanoden 1 är anordnad på baksidan av ett dielektriskt sub- strat 26, t ex ett glassubstrat. På framsidan av glassubstra- tet 26 är lavinförstärkningskatod- och anodremsor 18, 19 an- ordnade växelvis. Katod- och anodremsorna 18, 19 är ledande remsor och är anslutna till likströmskällan 7 för bildande av ett koncentrerat elektriskt fält, dvs ett lavinförstärknings- fält inom varje område mellan en katodremsa 18 och en anodrem- sa 19. Anoden 1 och katoden 2 är även anslutna till lik- strömskällan 7. De pålagda spänningarna väljs så att ett sva- gare elektriskt fält, driftfält, bildas över mellanrummet 13.

Det dielektriska substratet 26 kan alternativt ersättas av en gas. Anoderna och katoderna är då uppburna vid t ex sina re- spektive ändar.

Företrädesvis bildar även lavinanodremsorna 19 utläsningsele- menten 20 och är i detta fall anslutna till bearbetningselekt- ronik 14. Lavinkatodremsorna 18 kan i stället bilda utläs- ningselementen, eller kan bilda desamma tillsammans med anod- remsorna 19. Såsom ett alternativ kan anodelektroden 1. vara utformad. i form. av remsor, vilka kan, vara segmenterade och vilka är isolerade från varandra. Dessa remsor kan då ensamt bilda utläsningselementen eller tillsammans med anod- 514 475 /L/ och/eller katodremsorna. De remsor, som verkar såsom anod/katod och utläsningselement, är anslutna till lik- strömskällan 7 samt till bearbetningselektronik 14 medelst lämpliga frånskiljbara kopplingar. I ett ytterligare alterna- tiv är katodremsorna 18 och/eller anodremsorna 19 utformade av ett underliggande, ledande skikt, som är täckt av ett resis- tivt toppskikt, tillverkat av t ex kiselmonoxid, ledande glas eller diamant. Detta minskar verkan av eventuella gnistor, på grund av det kraftiga elektriska fältet. I ett ytterligare al- ternativ till en anordning av utläsningsremsor är utläsnings- remsorna 20 anordnade under och parallellt med lavinanodrem- sorna 19. Utläsningsremsorna 20 har då litet större bredd än lavinanodremsorna 19. Om de är placerade under anoden 1 är det nödvändigt att anodelektroden är halvgenomsläpplig för induce- rade pulser, t ex i form av remsor eller kuddar. I ännu ett alternativ kan anoden 1 vara utesluten, eftersom de nödvändiga elektriska fälten. kan bildas av katodelektroderna 5, 18 och anodelektroderna 19.

Glassubstratet är i form av ett exempel ca 0,1-5 mm tjockt.

Vidare har den ledande katodremsan en bredd som uppgår till ca 20-1000 um, och den ledande anodremsan har en bredd som uppgår till ca 10-200 um med en delning av ca 50-2000 um. Katoderna och anoderna kan i sin längdriktning vara uppdelade i segment.

Vid drift infaller röntgenfotoner i utrymmet 13 av detektorn i fig 2c i huvudsak parallellt med lavinkatodremsorna 18 och anodremsorna 19. De infallande röntgenfotonerna absorberas i omvandlings- och driftvolymen 13 och elektron-jonpar alstras, såsom beskrivits ovan. Ett moln av primära och sekundära elek- troner, som är resultatet av växelverkningar àstadkomna av en enda röntgenfoton, rör sig mot lavinförstärkningsorganet 17. 514 475 6' Elektronerna kommer att tränga iš i det mycket kraftiga elekt- riska fältet i det gasfyllda området mellan en anodremsa och en katodremsa, som utgör ett lavinförstärkningsområde. I det kraftiga elektriska fältet initierar elektronerna elektronla- viner. Detta resulterar i att det antal elektroner, som samlas på anodremsorna, är några tiopotenser högre än antalet primära och sekundära elektroner (så kallad gasmultiplikation). En fördel hos denna utföringsfomn är att varje elektronlavin en- dast inducerar en signal i stort sett på ett enda anodelement eller j. huvudsak på ett enda detektorelektrodelement. Läges- upplösning med en koordinat kan därför fastställas medelst delningen.

I de ovan beskrivna utföringsformerna har olika placeringar av detektorelektrodanordningarna beskrivits. Det finns många va- riationer, t ex kan fler än en detektorelektrodanordning vara anordnad intill varandra med olika riktningar hos remsorna el- ler segmenten eller vid separata ställen.

Under hänvisning till fig 3 åskådliggörs en möjlig konfigura- tion av en detektorelektrodanordning 4, 5, 15. Elektrodanord- ningen 4, 5, 15 är utformad av remsor 20', och kan även verka såsonx anod- eller katodelektrod, såväl som. detektorelektrod.

Ett antal remsor 20' är placerade sida vid sida och sträcker sig i riktningar parallellt med riktningen för en infallande röntgenfoton vid. varje ställe. Remsorna är utformade på ett substrat och elektriskt isolerade från varandra genom att man lämnar ett mellanrum 23 dem emellan. Remsorna kan tillverkas medelst fotolitografiska förfaranden eller elektroformning etc. Mellanrummet 23 och bredden hos remsorna 20' är anpassad till den specifika detektorn ifråga för erhållande av önskad (optimal) upplösning. I t ex utföringsformen enligt fig 2a bör remsorna 20' vara placerade under öppningarna eller kanalerna eller raderna av öppningar eller kanaler och. ha i huvudsak samma bredd som öppningarna eller kanalerna eller vara något bredare. Detta gäller både i det fall detektorelektrodanord- ningen är placerad skild från anodelektroden 4 och i det fall detektorelektrodanordningen även utgöres av anodelektroden 4.

Varje remsa 20' är ansluten till bearbetningselektroniken 14 medelst en separat signalledare 22, där signalerna från varje remsa företrädesvis bearbetas var för sig. I det fall en anod- eller katodelektrod utgör detektorelektroden ansluter även signalledarna 22 respektive remsa till den högspända lik- strömskällan 7 medelst lämpliga frånskiljbara kopplingar.

Såsom framgår av figuren är remsorna 20' och mellanrummen 23 riktade mot röntgenstrålkällan 60, och remsorna blir succes- sivt bredare utmed riktningen för de inkommande röntgenfoto- nerna. Med denna konfiguration åstadkommes kompensation' för parallaxfel.

Den elektrodanordning, som visas i fig 3, är företrädesvis anoden, men alternativt eller samtidigt kan katoden ha den be- skrivna uppbyggnaden. I det fall detektorelektrodanordningen 15 är en separat anordning kan anodelektroden 4 vara utformad såsom en odelad elektrod utan remsor och mellanrum. Detsamma gäller för katodelektroden respektive anodelektroden, när en- dera av desamma innefattar detektorelektrodanordningen. Om emellertid detektorelektrodanordningen är placerad på ett sub- strat på motsatt sida i förhållande till en katod- eller anod- elektrod måste anod- eller katodelektroden vara halv- genomsläpplig för inducerade pulser, t ex i form av remsor el- ler dynor.

I fig 4 visas en alternativ utformning av en elektrod. Remsor- na är uppdelade i segment 21, vilka är elektriskt isolerade från varandra. Ett litet utrymme, som sträcker sig vinkelrätt 514 475 I? mot de infallande röntgenstrålarna, är företrädesvis anordnat mellan varje segment 21 av respektive remsa. Varje segment är anslutet till bearbetningselektroniken 14 lnedelst en separat signalledare 22, där signalerna från varje segment företrädes- vis bearbetas var för sig. Såsom i fig 3, där anod- eller ka- todelektroden utgör detektorelektroden, ansluter signalledarna 22 även respektive remsa till den högspända likströmskällan 7.

Denna elektrod kan utnyttjas då energin hos varje röntgenfoton skall mätas, eftersom en röntgenfoton med högre energi statis- tiskt åstadkommer en primär jonisering efter en längre sträcka genom gasen än en röntgenfoton med lägre energi. Medelst denna elektrod kan både läget för röntgenstrålens växelverkan och energin hos varje röntgenfoton detekteras. Medelst statistiska förfaranden kan man rekonstruera spektrumet hos de infallande fotonerna med mycket hög energiupplösning. Se t ex E.L. Kosa- rev m fl, Nucl. Instr and methods 208 (1983)637 och G.F. Kara- badjak m fl, Nucl. Instr and methods 217 (l983)56.

Allmänt gäller för alla utföringsformer att varje infallande röntgenfoton åstadkommer en inducerad puls i ett (eller flera) detektorelektrodelement. Pulserna bearbetas i bearbetnings- elektroniken, som slutligen formar pulserna och integrerar och räknar pulserna fràn varje remsa (dyna eller uppsättning av dynor) representerande en bildpunkt. Pulserna kan även bearbe- tas för åstadkommande av ett energimàtt för varje bildpunkt.

Då detektorelektroden är placerad på katodsidan blir området för en inducerad signal bredare (i en riktning vinkelrätt mot infallsriktningen hos röntgenfotonerna) än på anodsidan. Man föredrar därför viktning av signalerna i bearbetningselektro- niken. ' " 'f fm; _ < <1 - 'fl ' ' ' ._ . I .w (f. -- _» I _ __ g ~ _. ,,. t, r- fc f /Z Fig 5 åskådliggör schematisk en utföringsform av uppfinningen med ett flertal detektorer 64 staplade ovanpå varandra. Me- delst denna utformning kan multipellinjeskanning åstadkommas, vilket minskar det totala skanningavståndet såväl som skan- ningtiden. Anordningen enligt denna utföringsform innefattar en röntgenkälla 60, som tillsammans med ett antal kollimator- fönster 61, alstrar ett antal plana, solfjäderformade röntgen- strålar 9 för bestrålning av ett föremål 62 som skall avbil- das. De strålar, som tränger igenom föremålet 62, infaller valfritt i de individuella staplade detektorerna. 64 via ett antal andra kollimatorfönster 10, vilka är anordnade i linje med röntgenstrålarna. De första kollimatorfönstren 61. är an- ordnade i en första fast struktur 66, och de valfria, andra kollimatorfönstren. 10 är anordnade i. en andra fast struktur 67, som är fäst vid detektorerna 64 eller anordnade separat på detektorerna.

Röntgenstrålkällan 60, den fasta strukturen 66, den eventuella strukturen 67 innefattande kollimatorfönstren 61 respektive 10 och de staplade detektorerna 64, vilka är fästade vid var- andra, är anslutna och fixerade i förhållande till varandra medelst ett särskilt organ 65, t ex en ram eller en stödanord- ning 65. Den så bildade anordningen för radiografi kan för- flyttas såsom en enhet för skanning av ett föremål vilket skall undersökas. I denna multipellinjekonfiguration kan skan- ningen ske med en tvärgående rörelse vinkelrätt mot röntgen- strålen, såsom angivits ovan. Det kan även vara fördelaktigt on1 anordningen för radiografi är stationär och det föremål, som skall avbildas, flyttas.

En ytterligare fördel med att utnyttja en staplad konfigura- tion jämfört med stora envolyms gasdetektorer är ndnskningen av bakgrundsbrus som orsakas av röntgenfotoner, vilka är spridda i föremålet 62. Dessa spridda röntgenfotoner, som fär- 514 475 /7 das i icke-parallella riktningar i förhållande till den infal- lande röntgenstrålen, kan orsaka ”falska” signaler eller lavi- ner i endera av de staplade detektorerna 64, om de passerar genom anod- och katodplattorna och tränger in i en sådan kam- mare. Denna ndnskning uppnås genom att nmn j. betydande ut- sträckning absorberar (spridda) röntgenfotoner i materialet till anod- och katodplattorna eller i kollimatorn 67.

Detta bakgrundsbrus kan minskas ytterligare genom anordnande av tunna absorberande plattor 68 mellan de staplade detekto- rerna 64, såsom visas i fig 6. Den staplade detektorn liknar den i fig 5 med den skillnaden att tunna skivor av absorberan- de material är placerade mellan intilliggande detektorer 64.

Dessa absorberande plattor eller skivor kan vara tillverkade av ett material med högt atomnummer, t ex volfram.

Det elektriska fältet i omvandlings- och driftmellanrummet (volymen) kan, såsom ett alternativ för alla utföringsformer, hållas tillräckligt kraftigt för åstadkommande av elektronla- viner, varvid det således utnyttjas i ett förförstärknings- tillstånd.

För alla utföringsformer gäller att gasvolymerna är mycket smala, vilket resulterar i ett snabbt avlägsnande av joner, som leder till låg eller ingen ackumulering av rymdladdningar.

Detta möjliggör drift vid hög hastighet.

För alla utföringsformer gäller även att de små avstånden le- der till låga driftspänningar, vilket resulterar i låg energi Ahos eventuella gnistor, vilket är fördelaktigt med avseende på elektroniken.

Fokuseringen av fältlinjerna i utföringsformerna är även för- delaktig med avseende på undertryckande av plasmakanaler 514 475 20 (streamer formations). Detta leder till minskad risk för gnistbildning. Även om uppfinningen har beskrivits i anslutning till ett an- tal föredragna utföringsformer, skall det förstås att olika modifieringar kan göras utan att man frångâr uppfinningens ram, såsom den definieras i de efterföljande patentkraven.

Till exempel kan spänningarna páläggas pà olika sätt så länge som de beskrivna elektriska fälten bildas.

Claims (33)

1. l. 514 475

2. / P alt e n t k r a v Detektor för detektering av joniserande strålning, inne- fattande:

3. ,3. a - det fältkoncentrerande organet innefattar lavinkatoden, en kammare fylld med joniserbar gas, en första och en andra elektrodanordning anordnad i kammaren med ett mellanrum dem emellan, vilket mellanrum innefattar en omvandlings- och driftvolym, organ för elektronlavinförstärkning anordnade i kammaren, och minst en anordning av utläsningselement för detektering av elektronlaviner, ä n n e t e c k n a d a v att en stràlningsingång är anordnad så att strålningen infaller i omvandlings- och driftvolymen mellan den första och den andra elektrodanordningen, organet för elektronlavinförstärkning innefattar minst en lavinkatod och minst en lavinanod, mellan vilka en spänning är inrättad att pàläggas för bildande av minst ett elekt- riskt fält för lavinförstärkning, och organet för elektronlavinförstärkning innefattar ett flertal lavinområden. Detektor enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c: k n a d v att organet för elektronlavinförstärkning innefattar fältkon- centrerande organ. Detektor enligt patentkrav 2, k ä n ru e t e c lt n a d v att vil- ken är försedd med öppningar eller hål.

4. t Detektor enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e - e c k n a d a v att 514 475 22 en yta av ett dielektriskt substrat bildar minst en begräns- ningsyta hos ett område för lokal lavinförstärkning mellan lavinkatoden och lavinanoden.

5. Detektor enligt något av patentkraven l - 4, k ä n n e - t e c k n a d a v att - lavinkatoden och lavinanoden är utformade på en första sida av ett dielektriskt substrat med ett mellanrum mellan lavin- katoden och lavinanoden, varvid mellanrummet bildar en be- gränsningsyta hos ett område för lokal lavinförstärkning.

6. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 5, k ä n n e - e c k n a d a v att F? lavinkatoden och lavinanoden innefattar elektriskt ledande remsor.

7. Detektor enligt patentkrav 5 eller 6, k ä n n e t e c k- n a d a v att - ett flertal lavinkatoder och lavinanoder är växelvis anord- nade pà substratet.

8. Detektor enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att - lavinkatoderna och lavinanoderna innefattar elektriskt le- dande remsor med längsgående kanter, vilka är i huvudsak pa- rallella med den infallande strålningen.

9. Detektor enligt patentkrav 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a d a v att - lavinkatoden är utformad pà en första sida av det dielekt- riska substratet, och lavinanoden är utformad på en andra sida av det dielektriska substratet, och att - minst en kanal är anordnad i lavinkatoden och det dielekt- riska substratet, och lavinanoden bildar en vägg hos kana- len.

10. Detektor enligt patentkrav 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a d a v att 5fl4r475 i*«,1,w,»»»~»( 23 - lavinkatoden är utformad på en första sida av det dielekt- riska substratet och lavinanoden är utformad på en andra sida av det dielektriska åubstratet, och att - minst en kanal är anordnad i lavinkatoden, det dielektriska substratet och i lavinanoden.

11. ll. Detektor enligt patentkrav 9 eller 10, k ä n n e t e c k- n a d a v att I - kanalen har i huvudsak cirkulärt tvärsnitt.

12. Detektor enligt patentkrav 9 eller 10, k ä n n e - t e c k n a d a v att - kanalen har i. huvudsak kvadratiskt tvärsnitt och sträcker sig mellan två motstàende kanter av det dielektriska sub- stratet.

13. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 12, k ä n n e - t e c k n a d a v att - utläsningselementen innefattar làngsträckta remsor med längsgående kanter parallella med den infallande strålning- en.

14. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 12, k ä n n e - t e c k n a d a v att - utläsningselementen innefattar långsträckta remsor med längsgående kanter vinkelräta mot den infallande strålning- en.

15. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 14, k ä n n e - t e c k n a d a v att - den första elektrodanordningen är en driftkatod, - den andra elektrodanordningen är en driftanod, och - utläsningselementen är anordnade mellan driftanoden och la- vinanoden.

16. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 14, k ä n n e - t e c k n a d a v att - den första elektrodanordningen är en driftkatod, - den andra elektrodanordningen är en driftanod, och 514 475 21, - driftanoden är anordnad mellan utläsningselementen och la- vinanoden.

17. l7. Detektor enligt något av patentkraven l - l4, k ä n n e - t e c k n a d a v att - den första elektrodanordningen är en driftkatod, - den andra elektrodanordningen är en driftanod, och - driftkatoden är anordnad mellan utläsningselementen och la- vinkatoden.

18. Detektor enligt något av patentkraven l - 14, k ä n n e - t e c k n a d a v att - utläsningselementen även utgör den första driftelektrodan- ordningen.

19. Detektor enligt något av patentkraven l - 14, k ä n n e - t e c k n a d a v att ~ utläsningselementen även utgör den andra driftelektrodanord- ningen.

20. Detektor enligt något av patentkraven l - 14, k ä n n e - t e c k n a d a v att - utläsningselementen även utgör lavinanodanordningen.

21. 2l. Detektor enligt något av patentkraven l - 20, k ä n n e - t e c k n a d a v att - ett flertal utläsningselement i form av remsor är anordnade under rader av lavinomràden.

22. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 20, k ä n n e - t e c k n a d a v att - ett utläsningselement i form av en dyna är anordnat under varje lavinområde eller uppsättningar av lavinomràden.

23. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 22, k ä n n e - t e c k n a d a v att - en smal slits eller kollimatorfönster är anordnat i anslut- ning till strålningsingången, så att strålningen kommer att infalla nära den första elektrodanordningen.

24. Detektor enligt något av patentkraven 1 - 22, k ä n n e - t e c k n a d a v att 514 475 p ~ . ïi.,_n,,.iå¿;«ïtif(l;«. 25 - en smal slits eller kollimatorfönster är anordnat i anslut- ning till strålningsingången, så att strålningen kommer att infalla nära lavinkatoden.

25. Anordning för användning vid radiografi med plant strål- knippe, innefattande: - en röntgenstrålkälla, - organ för bildande av en i huvudsak plan röntgenstråle, vil- ka organ är placerade mellan röntgenstrålkällan och ett fö- remål som skall avbildas, k ä n n e t e c k n a d a v att den även innefattar - en detektor enligt något av patentkraven 1 - 24.

26. Anordning enligt patentkrav 25, k ä n n e t e c k n a d a v att - ett antal detektorer är staplade till bildande av en detek- torenhet, - organ för bildande av en i huvudsak plan röntgenstråle är anordnade vid varje detektor, varvid organet är placerat mellan röntgenstrålkällan och det föremål som skall avbil- das, och V - röntgenstrålkällan, organet för bildande av en i. huvudsak plan röntgenstråle och detektorenheten är stationära i för- hållande till varandra för bildande av en enhet, som kan ut- nyttjas för skanning av ett föremål.

27. Anordning enligt patentkrav 26, k ä n n e t e c k n a d a v att - absorberande plattor är anordnade mellan detektorerna för absorbering av spridda röntgenfotoner.

28. Anordning enligt något av patentkraven 25 - 27, k ä n - n e t e c k n a d a v att - en smal slits eller ett kollimatorfönster är anordnat vid den sida av varje detektor som är riktad mot röntgenstrål- källan.

29. Förfarande för detektering av joniserande strålning, var- vid strålningen växelverkar med gasatomer j. en gasfylld om- 514 475 26 vandlings- och driftvolym för bildande av frigjorda elektro- ner, k ä n n e t e c k n a t a v att - elektronerna utsätts för ett första elektriskt fält i om- vandlings- och driftsvolymen, varvid det första elektriska fältet är i huvudsak vinkelrätt mot strålningsriktningen, - i vart och ett av ett flertal områden bildas ett koncentre- rat elektriskt fält för åstadkommande av elektronlaviner, - det första elektriska fältet tvingar elektronerna att tränga in i ett av områdena med ett koncentrerat elektriskt fält, och - elektronlaviner detekteras medelst utläsningselement.

30. Förfarande för detektering av joniserande strålning en- ligt patentkrav 29, k ä n n e t e c k n a t a v att - områdena med ett koncentrerat elektriskt fält bildas medelst fältkoncentreringsorgan.

31. Förfarande för detektering av joniserande strålning en- ligt patentkrav 29 eller 30, k ä n n e t e c k n a t a v att - områdena med ett koncentrerat elektriskt fält bildas medelst en lavinkatod försedd med öppningar eller hål.

32. Förfarande för detektering av joniserande strålning en- ligt något av patentkraven 29 - 31, k ä n n e t e c k n a t a v att - signaler orsakade av elektronlaviner inom varje område med ett koncentrerat elektriskt fält detekteras var för sig.

33. Förfarande för detektering av joniserande strålning en- ligt något av patentkraven 29 - 32, k ä n n e t e c k n a t a v att - signaler orsakade av elektronlaviner i uppsättningar av om- råden med ett koncentrerat elektriskt fält detekteras var för sig.